円偏波面切替型ＧＰＳアンテナ

【課題】折畳型携帯無線機の展開、折畳の両状態において受信特性を改善することができるＧＰＳアンテナを提供する。
【解決手段】紙面から上方向に右旋偏波を送受信する場合、放射導体３を使用するため、整合回路切替スイッチ７は整合回路５側に接続され、整合回路５と給電部８が接続される。そのため、ＧＰＳアンテナは、放射導体３とヘリカルアンテナ２がアンテナとして動作し、右旋偏波を送受信することが可能となる。一方、左旋偏波を送受信する場合には、整合回路切替スイッチ７は整合回路６側に接続され、給電部８と整合回路６が接続される。そのため、ＧＰＳアンテナは、放射導体４とヘリカルアンテナ２がアンテナとして動作するため、紙面から上方向に左旋円偏波を送受信することが可能となる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は携帯無線機に関し、特に、折畳型携帯無線機で使用されるＧＰＳアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯無線機には、テレビ受信機能、音楽再生機能等、さまざまな機能が搭載されてきている。その機能の一つに、ＧＰＳ（global positioning system）がある。本機能と地図により、携帯無線機においても、ナビゲーションシステムが可能となっている。ＧＰＳシステムは、複数の衛星からの電波を受信して、信号の時間差から現在位置を割り出している。衛星からの電波は、円偏波であるため、受信用アンテナも円偏波アンテナが望ましい。自動車等に搭載されているＧＰＳアンテナは、ダッシュボード上に配置されており、常に天頂方向を向いていること、また、円偏波のため自動車の向きに関係なく偏波面が一致し、比較的良好な受信特性が得られる。一方、携帯無線機に搭載されるＧＰＳアンテナは、携帯無線機が小型化されているため、パッチアンテナ等の円偏波アンテナは搭載することができず、直線偏波素子を使用している。しかし、直線偏波素子は実際には軸比は大きく劣化するものの、円偏波成分も放射しており、偏波回転方向を対向するアンテナの偏波と一致させることができるか否かで通信性能が決まる。
【０００３】
携帯無線機の従来例のＧＰＳアンテナを図１０に示す。従来例のＧＰＳアンテナは、ヘリカルアンテナ２と放射導体３と整合回路５と給電部８とＧＰＳ回路２３と制御回路２４と回路基板２５等から構成されている。ここで、ＧＰＳアンテナの偏波について考えてみると、従来例のＧＰＳアンテナは、直線偏波アンテナを用いているものの、ヘリカルアンテナ２および放射導体３を図１１（ａ）のように配置すると、正面方向には右旋円偏波を出すことができる。一方、図１１（ｂ）のように配置すると、正面方向には左旋円偏波を出すことができる。図１２は図１１（ａ）の配置時の回路基板２５表裏の偏波面を示している。前述のように正面方向には右旋円偏波を出すことができるが、背面方向については、図１１（ｂ）と同じ実装になるため、左旋円偏波となることが分かる。
【０００４】
ここで、実際の携帯無線機に実装した状態のＧＰＳアンテナについて、図１３を用いて説明する。図１３に示す携帯無線機は折畳型携帯無線機であり、ヘリカルアンテナ２、放射導体３、給電部８、回路基板２５、表示部２６、キー入力部２７から構成されており、ここでは、表示部２６側にＧＰＳアンテナ１を実装している。なお、キー入力側筐体には、携帯無線機の回路や電池、キー入力部２７が実装されている。図１３（ａ）は展開状態におけるＧＰＳアンテナの偏波面を表している。図１３（ｂ）は折畳時の偏波面を表している。前述の様に、図１３（ａ）の展開時に右旋円偏波を出すようにアンテナを設計すると、折畳時については、左旋円偏波となることが分かる。実際の携帯無線機の使用状態を考えると、ＧＰＳを使用する状態は、ブラウザモードのため、図１３（ａ）の展開状態で偏波面を合わせることにより良好な特性が得られる。しかし、折畳状態においても、他のユーザから位置情報の問い合わせ等があるため、ＧＰＳ機能を使用する場合があり、展開状態で偏波面を合わせてしまうと、折畳状態では偏波面が合わず、特性が大幅に劣化してしまっていた。
【０００５】
なお、特許文献１には、水平給電導体と垂直給電導体をスイッチすることにより、１台の平面アンテナによって左旋円偏波と右旋円偏波を送受信できることが記載されている（段落００１６，００１７）。
【特許文献１】特開平１１−２６６１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、折畳型携帯無線機では、ＧＰＳアンテナをＬＣＤ表示部側に実装した場合に、展開折畳で偏波面が反転してしまい、展開折畳で通信特性が大幅に変化してしまう問題があった。また、折畳状態については、携帯無線機がかばんの中やポケットの中などに入れて持ち運ばれるため、携帯無線機の姿勢が天頂方向に対して一定にはならず、偏波面を一致させることがさらに難しいという問題があった。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、折畳型携帯無線機の展開、折畳の両状態において受信特性を改善することができるＧＰＳアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、ＧＰＳアンテナは、アンテナエレメントと、一端がアンテナエレメントに接続された、受信する円偏波の回転方向に応じた２つの放射導体と、該放射導体の各々の他端にそれぞれ接続され、当該放射導体およびアンテナエレメントに選択的に給電する２つの給電部と、を有し、両給電部は、受信する円偏波の回転方向に応じて、切替信号によって、一方がオン、他方がオフに切り替えられる。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、ＧＰＳアンテナは、アンテナエレメントと、一端がアンテナエレメントに接続された、受信する円偏波の回転方向に応じた２つの放射導体と、アンテナエレメントおよび放射導体に給電する給電部と、各放射導体の他端に接続され、当該放射素子を選択的にＧＮＤに接続する２つのＧＮＤ接続部と、を有し、両ＧＮＤ接続部は、受信する円偏波の回転方向に応じて、切替信号によって、一方がオン、他方がオフに切り替えられる。
【００１０】
本発明の第３の態様によれば、ＧＰＳアンテナは、受信する円偏波の回転方向に応じた２つの放射導体と、給電端子とを含むアンテナエレメントと、給電端子に接続され、アンテナエレメントに給電する給電部と、各放射導体を選択的にＧＮＤに接続する２つのＧＮＤ接続部と、両ＧＮＤ接続部は、受信する円偏波の回転方向に応じて、切替信号によって、一方がオン、他方がオフに切り替えられる。
【００１１】
本発明は、受信する円偏波の回転方向に応じた２つの放射導体を設け、受信する円偏波の回転方向に応じた放射導体に給電して、円偏波の回転方向を反転させることにより、折畳型携帯無線機の展開、折畳の両状態においてＧＰＳの受信特性を改善するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、受信する円偏波の回転方向に応じた２つの放射導体を設け、これら放射導体の一方に給電することにより、左右円偏波を出せるようにすることが可能となり、折畳型携帯無線機の展開、折畳のどちらの状態についてもＧＰＳの受信特性を最適化できるアンテナを実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の第１の実施の形態による偏波切替ＧＰＳアンテナのブロック図である。本実施形態の偏波切替ＧＰＳアンテナは、ヘリカルアンテナ２、放射導体３、４、整合回路５、６、整合回路切替スイッチ７、給電部８から構成されている。放射導体３、４は、ここでは、基板上に形成された導体パターンで構成されている。また、紙面から上方向に右旋偏波を送受信する場合、放射導体３を、紙面から上方向に左旋円偏波を送受信する場合、放射導体４を使用するようになっている。
【００１５】
本実施形態の動作について述べる。まず、紙面から上方向に右旋偏波を送受信する場合、整合回路切替スイッチ７は偏波切替信号１０により整合回路５側に接続され、整合回路５と給電部８が接続される。そのため、本ＧＰＳアンテナは、放射導体３とヘリカルアンテナ２がアンテナとして動作し、右旋偏波を送受信することが可能となる。一方、左旋偏波を送受信する場合には、整合回路切替スイッチ７は偏波切替信号１０により整合回路６側に接続され、給電部８と整合回路６が接続される。そのため、本ＧＰＳアンテナは、放射導体４とヘリカルアンテナ２がアンテナとして動作するため、紙面から上方向に左旋円偏波を送受信することが可能となる。なお、紙面から上方向に右旋円偏波を送受信している場合には、紙面から下方向には左旋円偏波、紙面から上方向に左旋円偏波を送受信している場合には、紙面下方向には右旋円偏波が送受信できるようになる。
【００１６】
図２はＰＩＮダイオードで構成された整合回路切替スイッチ７の回路図である。整合回路５、６と給電部８のそれぞれの間にＰＩＮダイオードＸ１、Ｘ２を直列に挿入している。ＰＩＮダイオードＸ１、Ｘ２をそれぞれオンすることにより、整合回路５もしくは６が給電部８と接続される。整合回路５側を選択する場合には、制御信号１０がハイレベルとなる。ここで、抵抗Ｒ１は電流制御抵抗であり、ＰＩＮダイオードＸ１に流す電流調整用である。また、Ｌ２、Ｃ２は、高周波帯で制御信号ラインが影響しないように制御信号ラインをハイインピーダンスに調整する回路である。さらに、Ｃ１、Ｃ３は直流抵抗がアンテナおよびＧＰＳ回路側に流れないようにするためのコンデンサであり、Ｌ１は、直流電流を流すためのコイルである。逆に、整合回路６側を選択する場合には、制御信号１１がハイレベルとなり、ＰＩＮダイオードＸ２がオンする。この場合にも抵抗Ｒ２、コンデンサ、コイルの用途については前述と同じであり、省略する。
【００１７】
なお、ここではＰＩＮダイオードを用いた整合回路切替スイッチ７を示したが、ＧａＡｓスイッチ等による切替や機械的スイッチを用いることも可能である。また、ＧＰＳアンテナのアンテナエレメントとしてヘリカルアンテナを使用しているが、図３〜６のように板状の放射素子１２や線状のアンテナ１３、メアンダ状アンテナ１４、誘電体を装荷したチップアンテナ１５等を使用しても同様の効果を得ることができる。放射導体３，４についても、ここでは基板上のパターンにより平面に形成されているが、板金を用いて立体的に構成することも可能である。
【００１８】
なお、制御信号１０，１１としては、折畳型携帯電話機の開閉を検出する信号を用い、展開と折畳時で偏波面を切り替えてもよく、あるいはＧＰＳ回路（不図示）が検出した受信レベルを用い、より受信レベルが高いほうを選択するように切り替えてもよい。
【００１９】
〔第２の実施の形態〕
図７は本発明の第２の実施の形態による偏波切替ＧＰＳアンテナのブロック図である。本実施の形態による偏波切替アンテナは、開放端給電タイプチップアンテナ１６、放射導体３、４、整合回路５、給電部８、ＧＮＤ接続スイッチ１７、１８から構成されている。ここでは、アンテナエレメントとして、開放端側から給電するタイプのチップ素子を用いている。紙面から上側に右旋円偏波を送受信する場合には、偏波切替信号１０がハイレベルとなり、ＧＮＤ接続スイッチ１７がＧＮＤと接続され、放射導体３とチップアンテナ１６が動作する。一方、紙面から上側に左旋円偏波を送受信する場合には、偏波切替信号１１がハイレベルとなり、ＧＮＤ接続スイッチ１８がＧＮＤと接続され、放射導体４とチップアンテナ１６が動作する。ここでも、紙面の反対側には、上部方向とは逆の円偏波が送受信される。
【００２０】
図８はＰＩＮダイオードで構成されたＧＮＤ接続スイッチ１７、１８の回路図である。右旋偏波を送受信するためには、制御信号１０がハイレベルとなり、ＰＩＮダイオードＸ１がオンする。その結果、放射導体３がＧＮＤと接続され、放射導体３とチップアンテナ１６がアンテナとして動作する。ここで、抵抗Ｒ１は電流制御抵抗であり、ＰＩＮダイオードに流す電流調整用である。また、Ｌ２、Ｃ２は、制御信号ラインを高周波的にオープンに調整する回路である。さらに、Ｃ１は直流電流がアンテナおよびＧＰＳ回路側に流れないようにするためのコンデンサである。一方、左旋円偏波アンテナとして動作させる場合には、制御信号１１がハイレベルとなり、ＰＩＮダイオードＸ２がオンし、放射導体４がＧＮＤと接続される。周辺回路については、前述と同じ動作であるため、ここでは省略する。
【００２１】
〔第３の実施の形態〕
図９は本発明の第３の実施の形態による偏波切替ＧＰＳアンテナのブロック図である。本実施の形態による偏波切替アンテナは、ＧＮＤ接続端子２１，２２および給電端子２０を有する逆Ｆアンテナ１９、整合回路５、給電部８、ＧＮＤ接続スイッチ１７、１８から構成されている。ここでは、アンテナエレメントとして、逆Ｆアンテナ１９を用いている。また、逆Ｆアンテナ１９から出ている３本の腕のうちの両端の腕が放射導体の役目をしている。
【００２２】
紙面から上側に右旋円偏波を送受信する場合には、偏波切替信号１０がハイレベルとなり、ＧＮＤ接続スイッチ１７がＧＮＤと接続され、ＧＮＤ接続端子２１と給電端子２０間が逆Ｆアンテナとして動作する。一方、紙面から上側に左旋円偏波を送受信する場合には、偏波切替信号１１がハイレベルとなり、ＧＮＤ接続スイッチ１８がＧＮＤと接続され、ＧＮＤ接続端子２２と給電端子２０間が逆Ｆアンテナとして動作する。ここでも、紙面の反対側には上部方向とは逆の円偏波が送受信される。
【００２３】
第２、３の実施形態では、ＧＮＤ接続ＳＷ１７，１８を設けることにより偏波面を切り替えるため、整合回路を１つにすることができ、調整が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態による偏波切替ＧＰＳアンテナのブロック図である。
【図２】図１の整合回路切替ＳＷの回路図である。
【図３】アンテナエレメントとして板状アンテナを用いた偏波切替ＧＰＳアンテナのブロック図である。
【図４】アンテナエレメントとして棒状アンテナを用いた偏波切替ＧＰＳアンテナのブロック図である。
【図５】アンテナエレメントとしてメアンダ状アンテナを用いた偏波切替ＧＰＳアンテナのブロック図である。
【図６】アンテナエレメントとしてチップアンテナを用いた偏波切替ＧＰＳアンテナのブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による偏波切替ＧＰＳアンテナのブロック図である。
【図８】図７のＧＮＤ接続ＳＷの回路図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態による偏波切替ＧＰＳアンテナのブロック図である。
【図１０】従来例のＧＰＳアンテナ構成図である。
【図１１】実装位置と円偏波特性の関係を示す図である。
【図１２】実装位置と表裏の円偏波特性図である。
【図１３】従来例の折畳型携帯電話機の実装図である。
【符号の説明】
【００２５】
１ＧＰＳアンテナ
２ヘリカルアンテナ
３，４放射導体
５，６整合回路
７整合回路切替ＳＷ
８給電部
１０，１１偏波切替信号
１２板状アンテナ
１３棒状アンテナ
１４メアンダ状アンテナ
１５チップアンテナ
１６開放端給電タイプチップアンテナ
１７，１８ＧＮＤ接続ＳＷ
１９逆Ｆアンテナ
２０給電端子
２１，２２ＧＮＤ接続端子
２３ＧＰＳ回路
２４制御回路
２５回路基板
２６表示部
２７キー入力部
Ｘ１、Ｘ２ＰＩＮダイオード
Ｃ１〜Ｃ６キャパシタンス
Ｌ１〜Ｌ４インダクタンス
Ｒ１、Ｒ２電流制御抵抗

【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナエレメントと、
一端が前記アンテナエレメントに接続された、受信する円偏波の回転方向に応じた２つの放射導体と、
該放射導体の各々の他端にそれぞれ接続され、当該放射導体および前記アンテナエレメントに選択的に給電する２つの給電部と、
を有し、
前記両給電部は、受信する円偏波の回転方向に応じて、切替信号によって、一方がオン、他方がオフに切り替えられる
ＧＰＳアンテナ。
【請求項２】
折畳型携帯無線機において用いられ、前記切替信号として、前記折畳型携帯無線機の開閉信号を用いた、請求項１に記載のＧＰＳアンテナ。
【請求項３】
折畳型携帯無線機において用いられ、前記切替信号として受信レベルを用いた、請求項１に記載のＧＰＳアンテナ。
【請求項４】
前記アンテナエレメントとしてヘリカルアンテナを用いた、請求項１から３のいずれかに記載のＧＰＳアンテナ。
【請求項５】
前記アンテナエレメントとしてメアンダ状アンテナを用いた、請求項１から３のいずれかに記載のＧＰＳアンテナ。
【請求項６】
前記アンテナエレメントとして板状アンテナを用いた、請求項１から３のいずれかに記載のＧＰＳアンテナ。
【請求項７】
前記アンテナエレメントとして線状アンテナを用いた、請求項１から３のいずれかに記載のＧＰＳアンテナ。
【請求項８】
前記アンテナエレメントとして誘電体装荷アンテナを用いた、請求項１から３のいずれかに記載のＧＰＳアンテナ。
【請求項９】
アンテナエレメントと、
一端が前記アンテナエレメントに接続された、受信する円偏波の回転方向に応じた２つの放射導体と、
前記アンテナエレメントおよび前記放射導体に給電する給電部と、
前記各放射導体の他端に接続され、当該放射素子を選択的にＧＮＤに接続する２つのＧＮＤ接続部と、
を有し、
前記両ＧＮＤ接続部は、受信する円偏波の回転方向に応じて、切替信号によって、一方がオン、他方がオフに切り替えられる
ＧＰＳアンテナ。
【請求項１０】
折畳型携帯無線機において用いられ、前記切替信号として、前記携帯無線機の開閉信号を用いた、請求項９に記載のＧＰＳアンテナ。
【請求項１１】
折畳型携帯無線機において用いられ、前記切替信号として受信レベルを用いた、請求項９に記載のＧＰＳアンテナ。
【請求項１２】
受信する円偏波の回転方向に応じた２つの放射導体と、給電端子とを含むアンテナエレメントと、
前記給電端子に接続され、前記アンテナエレメントに給電する給電部と、
前記各放射導体を選択的にＧＮＤに接続する２つのＧＮＤ接続部と、
前記両ＧＮＤ接続部は、受信する円偏波の回転方向に応じて、一方がオン、他方がオフに切り替えられる
ＧＰＳアンテナ。
【請求項１３】
折畳型携帯無線機において用いられ、前記切替信号として、前記折畳型携帯無線機の開閉信号を用いた、請求項１２に記載のＧＰＳアンテナ。
【請求項１４】
折畳型携帯無線機において用いられ、前記切替信号として受信レベルを用いた、請求項１２に記載のＧＰＳアンテナ。

【図１】