JP2018198372A

JP2018198372A - 電子機器

Info

Publication number: JP2018198372A
Application number: JP2017102085A
Authority: JP
Inventors: 直樹西坂; Naoki Nishisaka
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-05-23
Filing date: 2017-05-23
Publication date: 2018-12-13
Also published as: US20180342800A1

Abstract

【課題】通信品質の更なる向上を図る。【解決手段】本開示に係る電子機器１０は、送信用アンテナ１１と、受信用アンテナ１２と、受信用アンテナ１２の受信周波数帯を送信用アンテナ１１の送信周波数帯から離れるようにシフトさせる制御部１４と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、複数のアンテナを備える電子機器に関する。

近年、ＬＴＥ（Long Term Evolution），ＷＣＤＭＡ（登録商標）（Wideband Code Division Multiple Access），ＧＳＭ（登録商標）（Global System for Mobile communications）などの複数の通信方式への対応、また、複数のアンテナで信号を受信するＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）への対応などのために、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末などの電子機器に搭載されるアンテナの数が増加している。

特許文献１には、複数のアンテナを備える携帯端末において、通信品質の向上を図るための技術が提案されている。

特開２０１５−１２２６５７号公報

上述したような複数のアンテナを備える電子機器においては、通信品質の更なる向上が望まれている。

本開示は、上述した課題を解決し、通信品質の更なる向上を図ることができる電子機器を提供することを目的とする。

本開示の一態様の電子機器は、送信用アンテナと、受信用アンテナと、前記受信用アンテナの受信周波数帯を前記送信用アンテナの送信周波数帯から離れるようにシフトさせるコントローラと、を備える。

本開示によれば、通信品質の更なる向上を図ることができる電子機器を提供することができる。

本開示の一実施形態に係る電子機器の要部構成の一例を示す図である。本開示の一実施形態に係る電子機器の要部構成の他の一例を示す図である。受信用アンテナの受信周波数帯をシフトさせるための構成の一例を示す図である。受信用アンテナの受信周波数帯をシフトさせるための構成の他の一例を示す図である。本開示の一実施形態に係る電子機器の動作の一例を説明するための図である。本開示の一実施形態に係る電子機器の動作の他の一例を説明するための図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して例示説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または同等の構成要素を示している。

図１は、本開示の一実施形態に係る電子機器１０の要部構成の一例を示す図である。本実施形態に係る電子機器１０は、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末、車載通信機器、ＩｏＴ（Internet of Things）機器などの電子機器であり、不図示の他の通信装置（例えば、基地局）と無線通信を行うものである。なお、図１においては、電子機器１０の構成のうち、他の通信装置と無線通信を行うためのアンテナおよびそれに関連する構成のみを示しており、電子機器１０が備える各種の機能を実現するための構成については記載を省略している。

上述したように、一般に、電子機器には、通信方式の異なる複数の通信帯域への対応、ＭＩＭＯへの対応などのために、多数のアンテナを設けることが求められるようになっている。電子機器の筐体内の限られたスペースに多数のアンテナを設ける場合、アンテナ間の間隔が近くなり、アンテナ間の相互影響（干渉）により、通信特性が劣化するという問題がある。本実施形態では、このような問題を解決し、アンテナ間の相互影響による通信特性の劣化を抑制し、通信品質の向上を図っている。

図１に示す電子機器１０は、送信用アンテナ１１と、受信用アンテナ１２と、給電回路１３と、制御部１４（コントローラ）とを備える。

送信用アンテナ１１は、他の通信装置への信号の送信、および、他の通信装置から送信されてきた信号の受信に用いられるアンテナである。送信用アンテナ１１は、信号の送信および受信に用いられるアンテナであるが、以下では、説明の便宜上、信号の送信に用いられるものとして説明する。

受信用アンテナ１２は、他の通信装置から送信されてきた信号の受信に用いられるアンテナである。

給電回路１３は、送信用アンテナ１１および受信用アンテナ１２への給電を行う。

制御部１４は、受信用アンテナ１２が信号を受信する周波数帯である受信周波数帯を、送信アンテナ１１が信号を受信する周波数帯である送信周波数帯から離れるようにシフトさせる。制御部１４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサである。制御部１４は、他の構成要素が統合されたＳｏＣ（System-on-a-Chip）などの集積回路であってもよい。制御部１４は、複数の集積回路を組み合わせて構成されてもよい。制御部１４は、電子機器１の動作を統括的に制御して各種の機能を実現する。

一般に、ＬＴＥ，ＷＣＤＭＡ（登録商標），ＧＳＭ（登録商標）などの通信方式毎に、電子機器１０が信号を送信する送信帯と、電子機器１０が信号を受信する受信帯とが設けられている。そして、各通信方式の送信帯と受信帯とが隣接していることが多い。ある通信方式に対応して設けられた送信アンテナ１１の送信周波数帯は、その通信方式の送信帯に合うように設定されている。また、ある通信方式に対応して設けられた受信アンテナ１２の受信周波数帯は、その通信方式の受信帯に合うように設定されている。しかしながら、送信帯と受信帯とが隣接しているために、受信用アンテナ１２が送信帯でも利得を持つことがある。この場合、送信用アンテナ１１と受信用アンテナ１２との相互影響により、送信用アンテナ１１の通信特性が低下することがある。そこで、制御部１４は、所定の場合に、受信用アンテナ１２の受信周波数帯を送信用アンテナ１１の送信周波数帯から離れるようにシフトさせる。こうすることで、送信用アンテナ１１と受信用アンテナ１２との相互影響を低減し、通信品質の向上を図ることができる。

なお、図１においては、電子機器１０は、送信用アンテナ１１と受信用アンテナ１２とをそれぞれ１本ずつ備える例を示しているが、これに限られるものではない。上述したように、近年、電子機器１０には、複数のアンテナで信号を受信するＭＩＭＯへの対応も求められるようになっている。この場合、電子機器１０は、同じ受信周波数帯を少なくとも有する複数の受信用アンテナ１２を備える。

図２は、同じ受信周波数帯を有する複数の受信用アンテナ１２を備える電子機器１０の構成例を示す図である。図２においては、同じ受信周波数帯を有する２本の受信用アンテナ１２−１，１２−２を電子機器１０が備える例を示している。なお、電子機器１０は、３本以上の受信用アンテナ１２を備えていてもよい。

制御部１４は、電子機器１０が同じ受信周波数帯を有する複数の受信用アンテナ１２を備える備える場合、その複数の受信用アンテナ１２のうち、少なくとも１本の受信用アンテナ１２の受信周波数帯を送信用アンテナ１１の送信周波数帯から離れるようにシフトさせる。

なお、受信用アンテナ１２の受信周波数帯をシフトさせるための構成としては、種々の構成がある。図３は、受信用アンテナ１２の受信周波数帯をシフトさせるための構成の一例を示す図である。

図３においては、受信用アンテナ１２と給電回路１３との接続点に切替回路１５が接続されている。切替回路１５は、スイッチ１５１と、素子１５２，１５３とを備えている。

スイッチ１５１は、端子１５１ａ〜１５１ｃを備えている。端子１５１ａは、受信用アンテナ１２と給電回路１３との接続点に接続されている。端子１５１ｂは、素子１５２の一端に接続されている。端子１５１ｃは、素子１５３の一端に接続されている。スイッチ１５１は、制御部１４の制御に従い、端子１５１ａと、端子１５１ｂおよび端子１５１ｃのいずれか一方とを接続する。

素子１５２，１５３は、インダクタ、キャパシタなどで構成される。素子１５２は、一端がスイッチ１５１の端子１５１ｂと接続され、他端が接地される。素子１５３は、一端がスイッチ１５１の端子１５１ｃと接続され、他端が接地される。端子１５１ａと端子１５１ｂとが接続された場合、受信用アンテナ１２と素子１５２とを含む共振回路が構成される。また、端子１５１ａと端子１５１ｃとが接続された場合、受信用アンテナ１２と素子１５３とを含む共振回路が構成される。そして、受信用アンテナ１２と素子１５２とを含む共振回路の共振周波数と、受信用アンテナ１２と素子１５３とを含む共振回路の共振周波数とが異なるように、素子１５２，１５３の素子値などが設定される。

受信用アンテナ１２の受信周波数帯は、受信用アンテナ１２を含む共振回路の共振周波数を中心とした一定の周波数帯域である。したがって、例えば、受信用アンテナ１２の受信周波数帯が、受信用アンテナ１２が対応する通信方式の受信帯に合う共振周波数となるように、素子１５２は設定される。また、受信用アンテナ１２の受信周波数帯が、送信用アンテナ１１の送信周波数帯から離れる方向にシフトした周波数帯となるように、素子１５３は設定される。したがって、制御部１４が、スイッチ１５１を制御する（端子１５１ａと接続する端子を、端子１５１ｂから端子１５１ｃに切り替える）ことで、受信用アンテナ１２の受信周波数帯を送信用アンテナ１１の送信周波数帯から離れるようにシフトさせることができる。なお、素子１５２，１５３の一方を開放端としてもよい。

図４は、受信用アンテナ１２の受信周波数帯をシフトさせるための構成の他の一例を示す図である。

図４においては、受信用アンテナ１２の一端（給電回路１３による給電点）から所定の距離だけ離れた位置に切替回路１５が接続されている。そして、例えば、受信用アンテナ１２の受信周波数帯が、受信用アンテナ１２が対応する通信方式の受信帯に合う共振周波数となるように、素子１５２は設定される。また、受信用アンテナ１２の受信周波数帯が、送信用アンテナ１１の送信周波数帯から離れる方向にシフトした周波数帯となるように、素子１５３は設定される。このような構成によっても、端子１５１ａと接続する端子を、端子１５１ｂから端子１５１ｃに切り替えることで、受信用アンテナ１２の受信周波数帯を送信用アンテナ１１の送信周波数帯から離れるようにシフトさせることができる。

次に、本実施形態に係る電子機器１０の動作について説明する。なお、以下では、電子機器１０は、図２に示すように、同じ受信周波数帯を有する複数の受信用アンテナ１２を備え、ＭＩＭＯ通信を行うものとする。

図５は、送信用アンテナ１１および受信用アンテナ１２の周波数−電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Voltage Standing Wave Ratio）特性を示す図である。図５において、横軸は周波数を示し、縦軸はＶＳＷＲを示している。また、送信用アンテナ１１の周波数−ＶＳＷＲ特性を実線で示し、受信用アンテナ１２の周波数−ＶＳＷＲ特性を破線で示している。また、送信用アンテナ１１の送信周波数帯および受信周波数帯とは、ＶＳＷＲが所定値以下の周波数帯を指すものとする。

図５に示すように、送信帯と受信帯とは隣接していることがある。送信用アンテナ１１の送信周波数帯は、送信帯に合うように設定され、受信用アンテナ１２の受信周波数帯は、受信帯に合うように設定される。なお、上述したように、送信用アンテナ１１は、信号の送信だけでなく、信号の受信にも用いられる。そのため、送信用アンテナ１１の送信周波数帯域は、受信帯にも広がっている。

電子機器１０がＭＩＭＯに対応する場合、下り方向の通信速度（基地局から電子機器１０への通信速度）が重視され、電子機器１０には、送信用アンテナ１１（送受信用アンテナ）が一本、受信用アンテナ１２が複数本設けられることが多い。一般に、電子機器１０から基地局への上り方向の電波強度の不足により通信不良が生じる可能性は、下り方向の電波強度の不足により通信不良が生じる可能性よりも高い。また、上述したように、送信用アンテナ１１は一本であることが多いため、アンテナ間の相互影響により、送信用アンテナ１１の特性が劣化すると、受信用アンテナ１２の特性が劣化した場合に比べて、通信品質に与える影響が大きい。ここで、複数のアンテナが同じあるいは近い共振周波数で共振した場合、アンテナ間の相互影響が大きくなる。

そこで、本実施形態においては、制御部１４は、上り方向の通信特性が劣化した場合に、図５に示すように、複数の受信用アンテナ１２のうち、少なくとも一本の受信用アンテナ１２の共振周波数を変化させ、その受信用アンテナ１２の受信周波数帯を送信用アンテナ１１の送信周波数帯から離れるようにシフトさせる。受信用アンテナ１２の受信周波数帯を送信用アンテナ１１の送信周波数帯域から離れるようにシフトさせることで、受信用アンテナ１２と送信用アンテナ１１との相互影響を緩和し、上り方向の通信特性の劣化を抑制することができる。

一般に、基地局の通信エリアのエッジのような、下り電波強度が弱い領域では、上り電波強度も弱くなることが知られている。このような上り電波強度が弱い環境下では、上り方向の通信特性の劣化が生じやすい。そこで、本実施形態では、上り方向の通信特性が劣化した場合に、受信用アンテナ１２の受信周波数帯を送信用アンテナ１１の送信周波数帯から離れるようにシフトさせ、上り方向の通信特性の劣化を抑制する。上り方向の通信特性の劣化を抑制することで、基地局の通信エリアのエッジなどにおいても上り方向の通信も可能となり、通信の安定性の向上を図ることができる。受信用アンテナ１２の受信周波数帯をシフトさせることで、ＭＩＭＯ通信における受信感度は低下するが、受信用アンテナ１２は複数本設けられており、その複数の受信用アンテナ１２のうち、いくつかの受信用アンテナ１２の受信周波数帯をシフトさせても、ある程度の受信特性を確保することができる。

上述したように、一般に、電子機器１０から基地局への上り方向の電波強度の不足により通信不良が生じる可能性は、下り方向の電波強度の不足により通信不良が生じる可能性よりも高い。したがって、図１に示すように、電子機器１０が送信用アンテナ１１と受信用アンテナ１２とを１本ずつ備える場合にも、上り方向の通信特性が劣化した場合に、受信用アンテナ１２の受信周波数帯を送信用アンテナ１１の送信周波数帯から離れるようにシフトさせることで、上り方向の電波強度の不足により通信不良が生じる可能性を低減し、通信品質の更なる向上を図ることができる。

なお、制御部１４は、基地局から送信されてくる信号に基づき、上り方向の通信特性が劣化したことを検知することができる。一般に、基地局が送信した信号に対する応答が電子機器１０から無い場合、基地局が送信した信号に対する応答が無いことを示す信号が、基地局から電子機器１０に送信される。また、電子機器１０からの信号強度が不足している場合、送信電力を上げるように指示する信号が、基地局から電子機器１０に送信される。基地局から受信した信号に対する応答を電子機器１０が送信したにも関わらず、応答が無いことを示す信号が基地局から送信されてきた場合、上り方向の通信特性が劣化していることが想定される。また、基地局から送信電力を上げるように指示された場合も、上り方向の通信特性が劣化していることが想定される。したがって、制御部１４は、基地局から送信される、電子機器１０からの信号の受信品質が劣化していることを示す信号に基づき、上り方向の通信特性の劣化を検出する。

また、制御部１４は、電子機器１０が複数の受信用アンテナ１２を備える場合、当該複数の受信用アンテナ１２のうち、送信用アンテナ１１との相関がより高い（影響が大きい）少なくとも一つのアンテナの受信周波数帯をシフトさせてよい。

また、制御部１４は、電子機器１０が複数の受信用アンテナ１２を備える場合、送信用アンテナ１１との相関が高い受信用アンテナ１２から順に、受信周波数帯をシフトさせてよい。そして、制御部１４は、上り方向の通信を行うのに必要な通信特性が確保された時点で、受信用アンテナ１２の受信周波数帯をシフトさせる処理を終了する。ここで、制御部１４は、例えば、送信電力を維持あるいは下げることを指示する信号を基地局から受信すると、上り方向の通信を行うのに必要な通信特性が確保されたと判定する。

送信用アンテナ１１との相関が高い受信用アンテナ１２は、例えば、送信用アンテナ１１および受信用アンテナ１２の配置から特定することができる。また、送信用アンテナ１１との相関が高い受信用アンテナ１２は、例えば、送信用アンテナ１１と偏波面が同じアンテナとすることもできる。

また、制御部１４は、電子機器１０が複数の受信用アンテナ１２を備える場合、複数の受信用アンテナ１２それぞれの受信周波数帯を順次シフトしていき、それぞれの受信用アンテナ１２の受信周波数帯をシフトさせた状態での送信用アンテナ１１による通信特性に応じて、送信用アンテナ１１との相関が高い受信用アンテナ１２を決定してもよい。

また、制御部１４は、構造上などの理由で送信用アンテナ１１との相関が特に高い受信用アンテナ１２については、図６に示すように、送信用アンテナ１１の送信周波数帯から完全に外れるように、受信周波数帯をシフトさせてもよい。

このように本実施形態においては、電子機器１０は、送信用アンテナ１１と、受信用アンテナ１２と、受信用アンテナ１２の受信周波数帯を送信用アンテナ１１の送信周波数帯から離れるようにシフトさせる制御部１４（コントローラ）とを備える。

受信用アンテナ１２の受信周波数帯を送信用アンテナ１１の送信周波数帯から離れるようにシフトさせることで、受信用アンテナ１２と送信用アンテナ１１との相互影響を減らし、通信品質の更なる向上を図ることができる。

本開示の一実施形態を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。従って、これらも、本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

１０電子機器
１１送信用アンテナ
１２、１２−１，１２−２受信用アンテナ
１３給電回路
１４制御部（コントローラ）
１５切替回路
１５１スイッチ
１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ端子
１５２，１５３素子

Claims

送信用アンテナと、
受信用アンテナと、
前記受信用アンテナの受信周波数帯を前記送信用アンテナの送信周波数帯から離れるようにシフトさせるコントローラと、を備えることを特徴とする電子機器。
同じ受信周波数帯を少なくとも有する複数の受信用アンテナを備え、
前記コントローラは、前記複数の受信用アンテナのうち、少なくとも１本の受信用アンテナの受信周波数帯をシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
前記コントローラは、前記複数の受信用アンテナのうち、前記送信用アンテナとの相関が高いアンテナから受信周波数帯をシフトさせることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
前記コントローラは、前記複数の受信用アンテナそれぞれの受信周波数帯をシフトさせ、それぞれの受信用アンテナの受信周波数帯をシフトさせた状態での前記送信用アンテナによる通信特性に応じて、前記送信用アンテナとの相関が高いアンテナを決定し、前記送信用アンテナとの相関が高いアンテナから受信周波数帯をシフトさせることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
前記コントローラは、前記電子機器と無線通信を行う通信装置から、前記電子機器からの信号の受信品質の劣化を示す信号を受信すると、前記受信用アンテナの受信周波数帯をシフトさせることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電子機器。
前記コントローラは、前記送信用アンテナの送信周波数帯から外れるように、前記受信用アンテナの受信周波数帯をシフトさせることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電子機器。