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WO2021090487A1 - 整合回路およびアンテナ装置 - Google Patents

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Publication number
WO2021090487A1
WO2021090487A1 PCT/JP2019/043935 JP2019043935W WO2021090487A1 WO 2021090487 A1 WO2021090487 A1 WO 2021090487A1 JP 2019043935 W JP2019043935 W JP 2019043935W WO 2021090487 A1 WO2021090487 A1 WO 2021090487A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
antenna
circuit
switch
matching circuit
antenna device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2019/043935
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
小林　智雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to US17/755,577 priority Critical patent/US20220393345A1/en
Priority to PCT/JP2019/043935 priority patent/WO2021090487A1/ja
Publication of WO2021090487A1 publication Critical patent/WO2021090487A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H01Q5/335—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors at the feed, e.g. for impedance matching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/273—Adaptation for carrying or wearing by persons or animals
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks
    • H03H2007/386—Multiple band impedance matching

Definitions

  • This disclosure relates to a matching circuit and an antenna device.
  • Such a matching circuit includes a plurality of capacitance elements having different capacitance values and a switch for switching each capacitance element.
  • the matching circuit attempts impedance matching with the antenna in a plurality of frequency bands by switching the capacitive element connected to the antenna by a switch.
  • the matching circuit is required to have impedance matching with the antenna in a wide band range, for example, as the frequency band used by the antenna is widened.
  • IoT Internet of Things
  • Wearable devices are smaller than smartphones and home appliances, and the mounting space for antennas is limited, so smaller antennas are required.
  • the antenna becomes smaller, the radiation resistance of the antenna becomes lower, and the influence of the loss in the matching circuit becomes non-negligible in the loss of the entire antenna device. Therefore, it is required to reduce the loss in the matching circuit.
  • the present disclosure provides a technique capable of further reducing the loss in the matching circuit.
  • a matching circuit is provided.
  • the matching circuit is a matching circuit that matches the impedance of an antenna used for communication in a plurality of frequency bands and a subsequent circuit of the antenna.
  • the matching circuit includes a selection circuit and a bypass circuit.
  • the selection circuit has a switch for selecting an impedance value corresponding to each of the plurality of frequency bands.
  • the bypass circuit bypasses the antenna and the subsequent circuit.
  • elements having substantially the same functional configuration may be distinguished by adding different alphabets or numbers after the same code.
  • a plurality of elements having substantially the same functional configuration are distinguished as necessary, such as switch SW1 and switch SW2.
  • switch SW1 and switch SW2 are distinguished as necessary.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a matching circuit according to the embodiment of the present disclosure.
  • the matching circuit 100 includes a selection circuit 110, a bypass circuit 120, and an inductor L1, one end of which is connected to the antenna 200, and the other end of which is, for example, an amplifier (not shown). It is connected to the circuit of.
  • the matching circuit 100 is arranged for matching the input impedance of the antenna 200 with the output impedance of the circuit in the subsequent stage.
  • the matching circuit 100 and the antenna 200 are collectively referred to as an antenna device 10.
  • the selection circuit 110 selects an impedance value for matching according to the frequency band used for communication of the antenna 200.
  • the selection circuit 110 includes a capacitance circuit 111 and a switch circuit 112.
  • the capacitance circuit 111 includes capacitors C1 and C2. Capacitors C1 and C2 are connected in parallel.
  • the switch circuit 112 includes switches SW1 and SW2 connected in series to capacitors C1 and C2, respectively.
  • the selection circuit 110 selects capacitors C1 and C2 connected to a subsequent circuit (for example, a wireless unit) by switching the ON / OFF state of the switches SW1 and SW2. As a result, the impedance value of the selection circuit 110 changes, and the impedance value for matching can be selected according to the operating frequency band.
  • the number of capacitors C and switches SW is not limited to two, and may be one or three or more as long as the impedance value of the matching circuit 100 can be changed.
  • the radiation resistance of the antenna 200 is as low as several ⁇ , for example, the loss due to the resistance component of the switch circuit 112 cannot be ignored, and the loss of the matching circuit 100 and the antenna device 10 including the antenna 200 becomes large.
  • the bypass circuit 120 is connected in parallel with the selection circuit 110 in order to further reduce such loss.
  • the bypass circuit 120 is a circuit that bypasses the antenna 200 and the radio unit (not shown) in the subsequent stage.
  • the bypass circuit 120 shown in FIG. 1 includes a capacitor Cb. One end of the capacitor Cb is connected to the antenna 200 and the other end is connected to a radio unit (not shown) in the subsequent stage without going through the switch SW.
  • the current flowing into the switch circuit 112 of the selection circuit 110 can be divided between the bypass circuit 120 and the switch circuit 112 to reduce the current flowing into the switch circuit 112, and the power consumption in the selection circuit 110 can be reduced. It can be suppressed. Therefore, the loss in the selection circuit 110 can be suppressed, and the loss in the matching circuit 100 can be further reduced. A detailed description of the point that the loss can be reduced by the bypass circuit 120 will be described later with reference to FIGS. 3 to 7.
  • terminal device 1 including the matching circuit 100 will be described.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the terminal device 1 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the terminal device 1 includes a matching circuit 100, an antenna 200, and a wireless communication unit 300.
  • the terminal device 1 will be described as being applied to, for example, a wearable device capable of cellular communication.
  • the antenna 200 radiates a signal output by the wireless communication unit 300 into space as a radio wave. Further, the antenna 200 converts a radio wave in space into a signal and outputs such a signal to the wireless communication unit 300.
  • the antenna 200 is a frequency band used for cellular communication, and resonates in a plurality of frequency bands.
  • the antenna 200 is, for example, an inverted L-shaped antenna.
  • the matching circuit 100 is a circuit for impedance matching between the input impedance of the antenna 200 and the output impedance of the wireless communication unit 300.
  • the matching circuit 100 includes a selection circuit 110, a bypass circuit 120, and an inductor L1.
  • the bypass circuit 120 includes a capacitor Cb.
  • the capacitor Cb is connected in parallel with the capacitors C1 to C4 of the capacitance circuit 111.
  • the bypass circuit 120 does not have a switch, and the capacitor Cb bypasses between the antenna 200 and the wireless communication unit 300 regardless of the open / closed state of the switches SW1 to SW4.
  • the inductor L1 is a so-called shunt inductor.
  • the wireless communication unit 300 communicates with other communication devices via the antenna 200.
  • the wireless communication unit 300 includes a signal processing unit 310 and a control unit 320.
  • the signal processing unit 310 generates a transmission signal by, for example, modulating the data to be transmitted based on a predetermined modulation method, and transmits the transmission signal to another communication device via the antenna 200. Further, the signal processing unit 310 acquires the reception result of the signal transmitted from the other communication device from the antenna 200 and performs demodulation processing on the reception result to transmit the data transmitted from the other communication device. To demodulate.
  • the control unit 320 controls communication with other communication devices by controlling the operation of each unit of the wireless communication unit 300 and the matching circuit 100. For example, the control unit 320 controls the operation of the signal processing unit 310 so that desired data is transmitted to another communication device. Further, the control unit 320 controls the operation of the signal processing unit 310 so that the data transmitted from the other communication device is demodulated.
  • control unit 320 controls the switch circuit 112 of the matching circuit 100 so that the impedance value of the matching circuit 100 becomes a desired value.
  • the control unit 320 selects the impedance value of the matching circuit 100 according to the frequency band used for communication by the wireless communication unit 300.
  • the control unit 320 controls the switches SW1 to SW4 of the switch circuit 112 so that the matching circuit 100 has the selected impedance value, and switches the on / off state of the switches SW1 to SW4.
  • the antenna 200 mounted on the terminal device 1 is also required to be an ultra-small antenna.
  • the antenna 200 mounted on the terminal device 1 is also required to be an ultra-small antenna.
  • an inverted L-shaped antenna is used as the ultra-small antenna 200 will be described.
  • the antenna 200 is an inverted L-shaped antenna
  • the height from the main plate is low, so the radiation resistance is low and it is difficult to match with 50 ⁇ .
  • the size of the ground on which the antenna 200 is installed is also very small, about several centimeters, and the radiation resistance is further reduced. Therefore, it becomes more difficult to match with 50 ⁇ .
  • FIGS. 3 and 4 are diagrams showing an example of the configuration of the antenna device according to the comparative example.
  • the antenna device according to the comparative example shown in FIGS. 3 and 4 is also referred to as “antenna device 3000” for convenience in order to distinguish it from the antenna device 10 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the antenna device 3000 has an antenna 200 and a matching circuit 1000.
  • the matching circuit 1000 of the antenna device 3000 shown in FIG. 3 has the same configuration as the matching circuit 100 shown in FIG. 1 except that it does not include a bypass circuit.
  • the number of capacitors in the capacitance circuit 111 and the number of switches in the switch circuit 112 are set to two for simplification of the description. Further, it is assumed that the switch SW1 is in the ON state and the switch SW2 is in the OFF state.
  • FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the antenna device 3000 shown in FIG.
  • the antenna 200 is represented by a radiation resistor Rr, a capacitor Ca, and an inductor La.
  • the switch SW1 since the switch SW1 is in the ON state, the parasitic resistance R s1 of the switch SW1 is generated between the capacitor C1 and the inductor L1. Since the switch SW2 is in the off state, the space between the capacitor C2 and the inductor L1 is open.
  • FIG. 5 is a Smith chart showing an example of the impedance characteristics of the antenna 200.
  • FIG. 6 is a Smith chart showing an example of the impedance characteristics of the switch circuit 112.
  • FIG. 5 shows the impedance characteristics of the antenna 200 from 500 MHz to 4 GHz.
  • m1 in FIG. 5 shows the impedance of the antenna 200 at an operating frequency of 897.6 MHz.
  • the impedance of the antenna 200 is "2.2 ⁇ + j0.5 ⁇ ", and S (1, 1) is "0.934 / 124.835".
  • m2 indicates the impedance of the antenna 200 at an operating frequency of 837.4 MHz.
  • the impedance of the antenna 200 is "1.75 ⁇ + j8.8 ⁇ ", and S (1, 1) is "0.935 / 160.58".
  • FIG. 6 shows the impedance characteristics of the switch circuit 112 from 500 MHz to 4 GHz.
  • m1 in FIG. 6 shows the impedance of the switch circuit 112 at an operating frequency of 897.6 MHz.
  • the impedance of the switch circuit 112 is "2.15 ⁇ + j0.45 ⁇ "
  • S (1, 1) is "0.918 / 178.808".
  • m2 indicates the impedance of the switch circuit 112 at an operating frequency of 837.4 MHz.
  • the impedance of the switch circuit 112 is "2.1 ⁇ + j0.45 ⁇ ", and S (1, 1) is "0.919 / 179.014".
  • the antenna 200 when the antenna 200 is a small inverted L-shaped antenna, the radiation resistance of the antenna 200 is small and the value is close to the parasitic resistance of the switch circuit 112, so that the loss due to the parasitic resistance has a great influence as the loss of the antenna device 3000. Will be given.
  • I1 is the current input to the switch circuit 112.
  • the switch circuit 112 causes a loss of -3.4 dB.
  • the present disclosure proposes a technique for reducing the loss in the switch circuit 112.
  • FIG. 7 is a diagram showing an equivalent circuit of the antenna device 10 including the matching circuit 100 shown in FIG.
  • the equivalent circuit shown in FIG. 7 is the same as the equivalent circuit of the antenna device 3000 shown in FIG. 4, except that the bypass circuit 120 is included.
  • the antenna device 10 has a capacitor Cb connected in parallel with the capacitors C1 and C2.
  • the capacitor Cb is a component of the bypass circuit 120.
  • the capacitor Cb is provided as the bypass circuit 120 in the antenna device 10
  • the current flowing into the switch SW1 is separated from the capacitor Cb. Therefore, the current flowing into the switch SW1 is smaller than that without the capacitor Cb, and the power consumed by the switch SW1 is also smaller. Thereby, the loss of the antenna device 10 can be reduced.
  • the power Pr s1 consumed by the parasitic resistor R s1 of the switch SW1 when the capacitor Cb is added is represented by the following equations (2) to (4).
  • Z1 is the combined impedance of the parasitic resistor R s1 of the switch SW1 and the capacitor C1. Further, Z2 is the impedance of the capacitor Cb.
  • the capacitor C1 is 3pF
  • Z1 61.1 ⁇
  • the loss of the antenna device 10 can be improved from -3.4 dB to -0.89 dB, that is, 2.5 dB.
  • the radiation characteristics of the antenna device without the switch circuit 112 hereinafter, also referred to as the antenna device 4000
  • the antenna device 3000 without the bypass circuit the antenna device 10 according to the embodiment of the present disclosure.
  • a simulation was performed.
  • FIG. 8 is a diagram showing the simulation results of the radiation characteristics of the antenna devices 10, 3000 and 4000.
  • the vertical axis represents efficiency and the horizontal axis represents frequency.
  • the simulation result of the antenna device 4000 is shown by a solid line.
  • the simulation result of the antenna device 3000 is shown by a dotted line.
  • the simulation result of the antenna device is shown by a broken line.
  • the antenna device 4000 is provided with a matching circuit to perform matching with the antenna 200.
  • the matching circuit of the antenna device 4000 has the inductor L1 and the capacitor C1 of the capacitance circuit 111, but does not have the switch circuit 112, and no loss occurs due to the switch circuit 112.
  • the antenna device 3000 includes the matching circuit 1000 shown in FIG.
  • the matching circuit 1000 has a capacitance circuit 111 and a switch circuit 112, but does not have a bypass circuit 120.
  • the radiation efficiency of the antenna device 3000 is about -3.2 dB lower than that of the antenna device 4000.
  • the antenna device 10 includes the matching circuit 100 shown in FIG.
  • the matching circuit 100 includes a bypass circuit 120 in addition to the selection circuit 110.
  • a loss occurs in the switch circuit 112, but the loss is smaller than that of the antenna device 3000 without the bypass circuit 120. Therefore, as shown in FIG. 8, the radiation efficiency of the antenna device 10 is lower than that of the antenna device 4000 by about -1 dB.
  • the antenna device 10 As described above, the antenna device 10 according to the embodiment of the present disclosure is provided with the bypass circuit 120, so that the radiation efficiency can be improved and the loss can be reduced.
  • the terminal device 1 is applied to, for example, a wearable device capable of cellular communication.
  • cellular communications for example, different frequency bands are assigned to mobile network operators (MNOs), countries, and regions. Therefore, in order for the terminal device 1 to support communication in each MNO, country, etc., it is desirable that communication can be performed in a plurality of frequency bands.
  • MNOs mobile network operators
  • the antenna device 10 of the terminal device 1 can operate in a plurality of frequency bands
  • the matching circuit 100 matches the impedance of the antenna 200 in a plurality of frequency bands.
  • the impedance value of the matching circuit 100 is selected by the selection circuit 110 to match the impedance of the antenna 200 in a plurality of frequency bands.
  • the selection circuit 110 can select the impedance value as the capacitor Cb of the bypass circuit 120 as one of the capacitance elements of the capacitance circuit 111. Specifically, when the switch circuit 112 turns off all the switch SWs, the capacitor Cb is connected to the subsequent circuit (wireless communication unit 300 in FIG. 2), and the capacitor C of the selection circuit 110 is connected to the wireless communication unit 300. It becomes a state separated from. Further, by turning on at least one of the switch SWs of the switch circuit 112, the capacitor Cb and the capacitor C connected in series to the switch SW in the on state are connected to the wireless communication unit 300.
  • a plurality of impedance values of the matching circuit 100 can be selected by switching the connection state of the switch SW including the state in which all the switch SWs of the switch circuit 112 are off.
  • the matching circuit 100 can match the impedance of the antenna 200 in a plurality of frequency bands. This point will be described with reference to FIGS. 9 to 11.
  • FIG. 9 and 10 are diagrams showing an antenna device (hereinafter, also referred to as an antenna device 10A) used in the simulation.
  • FIG. 11 is a diagram showing a simulation result using the antenna device 10A.
  • the antenna device 10A shown in FIGS. 9 and 10 is a device in which a part of the antenna device 10 shown in FIG. 1 is omitted in order to simplify the description.
  • the antenna device 10A has the same configuration as the antenna device of FIG. 1 except that the selection circuit 110 includes one capacitor C1 and one switch SW1 and does not include the capacitor C2 and the switch SW2. As described above, the number of the capacitors C and the switches SW of the selection circuit 110 may be one or more.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing an antenna device 10A in a state where the switch SW1 is on. Further, FIG. 10 is a circuit diagram showing an antenna device 10A in a state where the switch SW1 is off.
  • FIG. 11 shows the simulation results of the radiation characteristics using the antenna device 10A shown in FIGS. 9 and 10.
  • FIG. 11 is a diagram showing a simulation result of the radiation characteristics of the antenna device 10A. The vertical axis of FIG. 11 shows the efficiency, and the horizontal axis shows the frequency.
  • the graph shown by the alternate long and short dash line in FIG. 11 is a graph showing the radiation characteristics of the antenna device 10A in which the switch SW1 is in the ON state. As shown in FIG. 11, when the switch SW1 is in the ON state, the antenna device 10A has the highest radiation characteristic at around 898 MH.
  • the graph shown by the broken line in FIG. 11 is a graph showing the radiation characteristics of the antenna device 10A in which the switch SW1 is in the off state. As shown in FIG. 11, when the switch SW1 is in the off state, the antenna device 10A has the highest radiation characteristic at about 942 MHz.
  • the antenna device 10A can operate in a plurality of frequency bands by switching the on / off state of the switch SW1 and switching the impedance value of the matching circuit 100.
  • FIGS. 9 and 10 show the antenna device 10A when there is one switch SW1, but as described above, the matching circuit 100 may have one or more switch SWs.
  • the number of switch SWs may be two as shown in FIG. 1 or four as shown in FIG. As the number of switch SWs increases, the number of frequency bands in which the antenna device 10 operates increases. This point will be described with reference to FIGS. 12 and 13.
  • FIG. 12 is a table showing a combination of switch SW states in the terminal device 1 shown in FIG.
  • the control unit 320 controls the state of the switch SW based on the table shown in FIG. 12, for example, according to the frequency band in which communication is performed. Specifically, for example, when communicating with Band_A, the control unit 320 turns off all the switches SW1 to SW4. Further, when the control unit 320 communicates with Band_C, the switches SW1 to SW3 are turned on and the switches SW3 are turned off.
  • Band_A to Band_D shown in the table correspond to each band in LTE, for example.
  • FIG. 13 is a diagram showing a simulation result of the radiation characteristics of the antenna device 10 according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a graph showing the radiation characteristics of the antenna device 10 when the control unit 320 switches the switch SW based on the table shown in FIG.
  • the vertical axis of FIG. 13 shows the efficiency, and the horizontal axis shows the frequency.
  • the radiation characteristics of the antenna device 10 when all the switches SW are turned off are shown by broken lines.
  • the radiation characteristics of the antenna device 10 when the switches SW1 and SW2 are turned on and the switches SW3 and SW4 are turned off are shown by a alternate long and short dash line.
  • the radiation characteristics of the antenna device 10 when the switches SW1 to SW3 are turned on and the switches SW4 are turned off are shown by a solid line.
  • the radiation characteristics of the antenna device 10 when all the switches SW are turned on (Band_B) are shown by dotted lines.
  • the operating frequency of the antenna device 10 is switched by the control unit 320 switching the state of the switch SW.
  • the number of operating frequencies of the antenna device 10 can be increased.
  • the matching circuit 100 can match the impedance of the antenna 200 in a plurality of frequency bands by including the selection circuit 110 having the switch SW for selecting the impedance value. it can. Further, by providing the bypass circuit 120 that bypasses the antenna 200 and the subsequent circuit (for example, the wireless communication unit 300), the loss due to the parasitic resistance of the switch SW can be reduced, and the radiation loss of the antenna 200 can be reduced. Can be done.
  • FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of the antenna device 10B according to a modified example of the embodiment of the present disclosure.
  • the antenna device 10B shown in FIG. 14 has the same configuration as the antenna device 10 shown in FIG. 1 except that an inductor circuit 113 is provided instead of the capacitance circuit 111.
  • the inductor circuit 113 includes inductors L11 and L12 connected in parallel.
  • the inductors L11 and L12 are connected in series with the switches SW1 and SW2 of the switch circuit 112, respectively.
  • the impedance value of the matching circuit 100 may be changed by using the inductors L11 and L12 instead of the capacitors C1 and C2.
  • the antenna device 10B is provided with two inductors L11 and L12, the number of inductors is not limited to two and may be one or more. Further, although the case where the antenna device 10B includes the inductors L11 and L12 instead of the capacitors C1 and C2 is shown here, the antenna device 10B may include both the capacitance circuit 111 and the inductor circuit 113. That is, the antenna device 10B may include one or more capacitors C and inductor L connected in parallel.
  • the selection circuit 110 may have various configurations as long as it is provided with a switch SW that changes the impedance value.
  • the capacitor C of the selection circuit 110 is replaced with an inductor
  • the capacitor Cb of the bypass circuit 120 may be replaced with an inductor. In this way, the capacitor of the matching circuit 100 can be appropriately replaced with an inductor.
  • the terminal device 1 is applied to, for example, a wearable device capable of cellular communication.
  • a wearable device capable of cellular communication a case where the terminal device 1 is applied to an eyewear type wearable device as an example of the wearable device will be described.
  • FIG. 15 is an explanatory view showing an example of the appearance of the wearable device.
  • the wearable device 800 shown in FIG. 15 is an eyewear type wearable device.
  • the wearable device 800 has left and right main bodies 802L and 802R, a display 804, a lens 806, and a neckband 808 connecting the main bodies 802L and 802R.
  • the antenna device 10 of the technique according to the present disclosure can be installed in either the main body 802L or 802R.
  • the display 804 is composed of an organic EL (Electro Luminescence) display or the like. Therefore, the user can see the surroundings through the lens 806 with the wearable device 800 attached, and can also see the screen displayed on the display 804 with one eye.
  • organic EL Electro Luminescence
  • the main body units 802L and 802R have a built-in main control unit (not shown) capable of controlling each block of the wearable device 800.
  • the main control unit is realized by hardware such as a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory).
  • the main body units 802L and 802R have a built-in communication unit (not shown) capable of transmitting and receiving information to and from an external device.
  • the communication unit is realized by the terminal device 1 of the embodiment of the present disclosure.
  • the communication unit is realized by, for example, a communication device such as an antenna 200, a wireless communication unit 300, or a port.
  • the wearable device 800 may include a speaker, earphones, a light emitting element, a vibration module, and the like in order to output various information to the user by voice, light, vibration, or the like. Further, the wearable device 800 may further have an input unit that receives data and commands input to the wearable device 800, which is realized by a touch panel, buttons, switches, keys, a keyboard, a microphone, an image sensor, and the like.
  • the wearable device 800 is not limited to the form shown in FIG. 15, and is, for example, an HMD (Head Mounted Display) type, an ear device type, anklet type, a bracelet type, a collar type, a pad type, a batch type, and clothing. It may be a wearable device of various types such as a mold.
  • HMD Head Mounted Display
  • the matching circuit 100 bypasses the selection circuit 110 having the switch SW for selecting the impedance value, the antenna 200, and the subsequent circuit (for example, the wireless communication unit 300).
  • a bypass circuit 120 is provided.
  • the impedance of the antenna 200 can be matched in each of the plurality of frequency bands, and the loss due to the parasitic resistance of the switch SW can be reduced.
  • a matching circuit that matches the impedance of an antenna used for communication in a plurality of frequency bands and the subsequent circuit of the antenna.
  • a selection circuit having a switch for selecting an impedance value corresponding to each of the plurality of frequency bands, and A matching circuit including a bypass circuit that bypasses the antenna and the subsequent circuit.
  • the selection circuit includes a plurality of inductors or capacitors. The matching circuit according to any one of (1) to (3), wherein the switch selects the inductor or the capacitor connected to the antenna or the subsequent circuit.
  • Antennas used for communication in multiple frequency bands, A matching circuit that matches the impedance of the antenna and the subsequent circuit of the antenna is provided.
  • the matching circuit A selection circuit having a switch for selecting an impedance value corresponding to each of the plurality of frequency bands, and An antenna device including a bypass circuit that bypasses the antenna and the subsequent circuit.
  • Terminal device 10 10A Antenna device 100 Matching circuit 110 Selection circuit 111 Capacitive circuit 112 Switch circuit 120 Bypass circuit 200 Antenna 300 Wireless communication unit 310 Signal processing unit 320 Control unit

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Abstract

本開示に係る整合回路（１００）は、複数の周波数帯域での通信に使用されるアンテナ（２００）とアンテナ（２００）の後段回路（３００）とのインピーダンスを整合する整合回路（１００）である。整合回路（１００）は、選択回路（１１０）と、バイパス回路（１２０）と、を備える。選択回路（１１０）は、複数の周波数帯域それぞれに対応するインピーダンス値を選択するためのスイッチ（ＳＷ）を有する。バイパス回路（１２０）は、アンテナ（２００）と後段回路（３００）とをバイパスする。

Description

整合回路およびアンテナ装置
　本開示は、整合回路およびアンテナ装置に関する。
　従来、アンテナの入力インピーダンスと無線部の出力インピーダンスとを整合するために、アンテナに整合回路を設ける方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる整合回路は、容量値の異なる複数の容量素子と、各容量素子を切り替えるためのスイッチを備える。整合回路は、スイッチによってアンテナに接続される容量素子を切り替えることで、複数の周波数帯域でアンテナとインピーダンス整合を図る。
国際公開第２０１４／１８１５６９号
　このように、整合回路には、例えばアンテナの使用周波数帯域の広帯域化に伴い、広帯域な範囲でアンテナとのインピーダンス整合が求められている。
　一方、近年のＩｏＴ（Internet　of　Things）化に伴い、今まではインターネットに接続されなかった機器にも、インターネットに接続するための通信機能が搭載され始めている。このようなインターネットに接続することができる機器を「ＩｏＴデバイス」とも称する。
　製品のＩｏＴデバイス化はますます顕著となり、テレビや冷蔵庫などの家電製品以外に、スマートウォッチやスマートグラスなど、ウェアラブル装置にもＩｏＴに対応したものが開発されてきている。
　ウェアラブル装置は、スマートフォンや家電製品に比べて小型であり、アンテナの搭載スペースが限られるため、より小型なアンテナが求められている。アンテナが小型化するとアンテナの放射抵抗が低くなり、整合回路での損失の影響がアンテナ装置全体の損失において無視できないほど大きくなる。そのため、整合回路での損失を小さくすることが求められる。
　そこで、本開示では、整合回路での損失をより低減することができる技術を提供する。
　本開示によれば、整合回路が提供される。整合回路は、複数の周波数帯域での通信に使用されるアンテナと前記アンテナの後段回路とのインピーダンスを整合する整合回路である。整合回路は、選択回路と、バイパス回路と、を備える。選択回路は、前記複数の周波数帯域それぞれに対応するインピーダンス値を選択するためのスイッチを有する。バイパス回路は、前記アンテナと前記後段回路とをバイパスする。
本開示の実施形態に係る整合回路の一例を示す図である。 本開示の実施形態に係る端末装置の構成例を示す図である。 比較例に係るアンテナ装置の構成の一例を示す図である。 比較例に係るアンテナ装置の構成の一例を示す図である。 アンテナのインピーダンス特性の一例を示すスミスチャートである。 スイッチ回路のインピーダンス特性の一例を示すスミスチャートである。 図１に示す整合回路１００を含むアンテナ装置の等価回路を示す図である。 本開示の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ特性のシミュレーション結果を示す図である。 シミュレーションに用いたアンテナ装置を示す図である。 シミュレーションに用いたアンテナ装置を示す図である。 アンテナ装置の放射特性のシミュレーション結果を示す図である。 図２に示す端末装置におけるスイッチＳＷの状態の組み合わせを示す表である。 本開示の実施形態に係るアンテナ装置の放射特性のシミュレーション結果を示す図である。 本開示の実施形態の変形例に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。 ウェアラブル装置の外観の一例を示す説明図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットまたは数字を付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の要素を、必要に応じてスイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２のように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２を特に区別する必要が無い場合には、単にスイッチＳＷと称する。
　なお、説明は以下の順序で行うものとする。
　　１．整合回路の概要
　　２．無線通信装置の構成例
　　３．アンテナ装置の特性に関する検討
　　４．技術的特長
　　５．アンテナ特性のシミュレーション結果
　　６．変形例
　　７．適応例
　　８．まとめ
　　９．補足
　＜１．整合回路の概要＞
　図１を用いて本開示の実施形態に係る整合回路の概要について説明する。図１は、本開示の実施形態に係る整合回路の一例を示す図である。
　図１に示すように、実施形態に係る整合回路１００は、選択回路１１０とバイパス回路１２０と、インダクタＬ１とを備え、一端がアンテナ２００に接続され、他端が例えば増幅器（図示省略）など後段の回路に接続される。整合回路１００は、アンテナ２００の入力インピーダンスと後段の回路の出力インピーダンスとの整合のために配置される。なお、以下、整合回路１００およびアンテナ２００を合わせてアンテナ装置１０とも称する。
　選択回路１１０は、アンテナ２００の通信に使用する周波数帯域に応じて、マッチングのためのインピーダンス値を選択する。選択回路１１０は、容量回路１１１およびスイッチ回路１１２を備える。
　容量回路１１１は、コンデンサＣ１、Ｃ２を備える。コンデンサＣ１、Ｃ２は、並列接続される。スイッチ回路１１２は、コンデンサＣ１、Ｃ２にそれぞれ直列接続されるスイッチＳＷ１、ＳＷ２を備える。選択回路１１０は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフ状態を切り替えることで、後段の回路（例えば無線部）に接続されるコンデンサＣ１、Ｃ２を選択する。これにより、選択回路１１０のインピーダンス値が変わり、動作周波数帯域に応じて、マッチングのためのインピーダンス値を選択することができる。
　なお、コンデンサＣおよびスイッチＳＷの数は２個に限定されず、整合回路１００のインピーダンス値を変更できればよく、１個または３個以上であってもよい。
　ここで、アンテナ２００の放射抵抗が例えば数Ω程度に低い場合、スイッチ回路１１２の抵抗成分による損失が無視できなくなり、整合回路１００およびアンテナ２００を含むアンテナ装置１０の損失が大きくなってしまう。
　そこで、本開示の実施形態に係る整合回路１００では、かかる損失をより低減するために、バイパス回路１２０を選択回路１１０と並列に接続する。バイパス回路１２０は、アンテナ２００と後段の無線部（図示省略）とをバイパスする回路である。図１に示すバイパス回路１２０は、コンデンサＣｂを備える。コンデンサＣｂは、スイッチＳＷを介さずに、一端がアンテナ２００に接続され、他端が後段の無線部（図示省略）に接続される。
　これにより、選択回路１１０のスイッチ回路１１２に流入する電流をバイパス回路１２０とスイッチ回路１１２とで分流して、スイッチ回路１１２に流入する電流を小さくすることができ、選択回路１１０での電力消費を抑制することができる。そのため、選択回路１１０での損失を抑制することができ、整合回路１００の損失をより低減することができる。なお、バイパス回路１２０によって、損失を低減できる点についての詳細な説明は、図３～図７を用いて後述する。
　以下、かかる整合回路１００を備える端末装置１について説明する。
　＜２．無線通信装置の構成例＞
　図２は、本開示の実施形態に係る端末装置１の構成例を示す図である。端末装置１は、整合回路１００、アンテナ２００および無線通信部３００を備える。以下、端末装置１は、例えばセルラー通信が可能なウェアラブル装置に適用されるものとして説明する。
　アンテナ２００は、無線通信部３００により出力される信号を電波として空間に放射する。また、アンテナ２００は、空間の電波を信号に変換し、かかる信号を無線通信部３００へ出力する。アンテナ２００は、セルラー通信に使用される周波数帯域であって、複数の周波数帯域で共振する。アンテナ２００は、例えば逆Ｌ型アンテナである。
　整合回路１００は、アンテナ２００の入力インピーダンスと無線通信部３００の出力インピーダンスとのインピーダンスマッチングを行うための回路である。整合回路１００は、選択回路１１０、バイパス回路１２０およびインダクタＬ１を備える。
　選択回路１１０は、１以上のコンデンサＣｎ（図２の例ではｎ＝４）を有する容量回路１１１と、１以上のスイッチＳＷｎ（図２の例ではｎ＝４）を有するスイッチ回路１１２とを有する。コンデンサＣ１～Ｃ４は、互いに並列に接続される。スイッチＳＷ１～ＳＷ４は、それぞれコンデンサＣ１～Ｃ４に直列に接続され、コンデンサＣ１～Ｃ４と無線通信部３００との接続状態を切り替える。
　バイパス回路１２０は、一端がアンテナ２００に接続され、他端が無線通信部３００に接続され、アンテナ２００と無線通信部３００との間をバイパスする。バイパス回路１２０は、コンデンサＣｂを備える。コンデンサＣｂは、容量回路１１１のコンデンサＣ１～Ｃ４と並列に接続される。なお、バイパス回路１２０は、スイッチを有しておらず、コンデンサＣｂは、スイッチＳＷ１～ＳＷ４の開閉状態によらず、アンテナ２００と無線通信部３００との間をバイパスする。
　インダクタＬ１は、一端が選択回路１１０に接続され、他端が接地される。インダクタＬ１は、いわゆるシャント・インダクタである。
　無線通信部３００は、アンテナ２００を介して他の通信装置との通信を行う。無線通信部３００は、信号処理部３１０と、制御部３２０とを備える。
　信号処理部３１０は、例えば送信対象となるデータを所定の変調方式に基づき変調することで送信信号を生成し、アンテナ２００を介して当該送信信号を他の通信装置に送信する。また、信号処理部３１０は、他の通信装置から送信される信号の受信結果をアンテナ２００から取得し、当該受信結果に対して復調処理を施すことで、当該他の通信装置から送信されるデータを復調する。
　制御部３２０は、無線通信部３００および整合回路１００の各部の動作を制御することで、他の通信装置との間の通信を制御する。例えば、制御部３２０は、所望のデータが他の通信装置に送信されるように信号処理部３１０の動作を制御する。また、制御部３２０は、他の通信装置から送信されたデータが復調されるように信号処理部３１０の動作を制御する。
　また、制御部３２０は、整合回路１００のスイッチ回路１１２を制御し、整合回路１００のインピーダンス値が所望の値となるよう制御する。制御部３２０は、無線通信部３００による通信に使用する周波数帯域に応じて、整合回路１００のインピーダンス値を選択する。制御部３２０は、整合回路１００が選択したインピーダンス値になるように、スイッチ回路１１２のスイッチＳＷ１～ＳＷ４を制御し、スイッチＳＷ１～ＳＷ４のオン／オフ状態を切り替える。
　＜３．アンテナ装置の特性に関する検討＞
　続いて、アンテナ装置１０の比較例を説明したうえで、技術的課題について説明する。
　上述したように、端末装置１は、ウェアラブル装置に適用される非常に小型な装置であるため、かかる端末装置１に搭載するアンテナ２００も超小型なアンテナが求められる。本開示の実施形態では、超小型なアンテナ２００として、逆Ｌ型アンテナを用いる場合について説明する。
　アンテナ２００が逆Ｌ型アンテナの場合、地板からの高さが低いため、放射抵抗が低くなり、５０Ωとの整合が取りにくくなる。特に、ウェアラブル装置に適用される場合、アンテナ２００が設置されるグランドのサイズも数センチ程度と非常に小さくなり、放射抵抗がさらに低くなる。そのため、５０Ωとの整合をとることが更に難しくなる。
　そこで、アンテナ２００と無線通信部３００との整合を取るために、アンテナ２００と無線通信部３００との間に整合回路を設けることが一般的である。
（比較例）
　ここで、本開示の実施形態に係る整合回路１００の特徴をよりわかりやすくするために、比較例として、整合回路を含むアンテナ装置の一例について説明する。図３、図４は、比較例に係るアンテナ装置の構成の一例を示す図である。なお、以降の説明では、図３、図４に示す比較例に係るアンテナ装置を、本開示の実施形態に係るアンテナ装置１０と区別するために、便宜上「アンテナ装置３０００」とも称する。
　図３に示すように、アンテナ装置３０００は、アンテナ２００と、整合回路１０００とを有する。図３に示すアンテナ装置３０００の整合回路１０００は、バイパス回路を備えていない点を除き図１に示す整合回路１００と同じ構成を有する。
　なお、以降の説明では、特段の断りがない限り、説明を簡略化するために、容量回路１１１のコンデンサの数およびスイッチ回路１１２のスイッチの数をそれぞれ２つとする。また、スイッチＳＷ１がオン状態であり、スイッチＳＷ２がオフ状態であるものとして説明する。
　図４は、図３に示すアンテナ装置３０００の等価回路を示す図である。図４に示すように、アンテナ２００は、放射抵抗Ｒｒと、コンデンサＣａと、インダクタＬａで表される。また、スイッチＳＷ１がオン状態であるため、スイッチＳＷ１の寄生抵抗Ｒｓ１がコンデンサＣ１とインダクタＬ１との間に発生する。スイッチＳＷ２はオフ状態であるため、コンデンサＣ２とインダクタＬ１の間がオープンとなる。
　アンテナ装置３０００では、アンテナ２００が複数の周波数で共振するように、スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフ状態を切り替える。ここで、図５、図６を用いて、アンテナ２００およびスイッチ回路１１２のインピーダンス特性について説明する。図５は、アンテナ２００のインピーダンス特性の一例を示すスミスチャートである。図６は、スイッチ回路１１２のインピーダンス特性の一例を示すスミスチャートである。
　図５では、５００ＭＨｚから４ＧＨｚにおけるアンテナ２００のインピーダンス特性を示している。例えば図５のｍ１は、動作周波数が８９７．６ＭＨｚにおけるアンテナ２００のインピーダンスを示す。ここでは、アンテナ２００のインピーダンスは、「２．２Ω＋ｊ０．５Ω」であり、Ｓ（１、１）は、「０．９３４／１２４．８３５」である。
　また、ｍ２は、動作周波数が８３７．４ＭＨｚにおけるアンテナ２００のインピーダンスを示す。ここでは、アンテナ２００のインピーダンスは、「１．７５Ω＋ｊ８．８Ω」であり、Ｓ（１、１）は、「０．９３５／１６０．０５８」である。
　図６では、５００ＭＨｚから４ＧＨｚにおけるスイッチ回路１１２のインピーダンス特性を示している。例えば、図６のｍ１は、動作周波数が８９７．６ＭＨｚにおけるスイッチ回路１１２のインピーダンスを示す。ここでは、スイッチ回路１１２のインピーダンスは、「２．１５Ω＋ｊ０．４５Ω」であり、Ｓ（１、１）は、「０．９１８／１７８．８０８」である。
　また、ｍ２は、動作周波数が８３７．４ＭＨｚにおけるスイッチ回路１１２のインピーダンスを示す。ここでは、スイッチ回路１１２のインピーダンスは、「２．１Ω＋ｊ０．４５Ω」であり、Ｓ（１、１）は、「０．９１９／１７９．０１４」である。
　このように、アンテナ２００が小型の逆Ｌ型アンテナの場合、アンテナ２００の放射抵抗が小さく、スイッチ回路１１２の寄生抵抗に近い値になるため、寄生抵抗による損失がアンテナ装置３０００の損失として大きな影響を与えてしまう。
　ここで、具体的に、寄生抵抗がアンテナ装置３０００に与える損失について説明する。図４に示すように、スイッチ回路１１２に入力される電力Ｐｉｎがアンテナ２００の放射抵抗ＲｒとスイッチＳＷ１の寄生抵抗Ｒｓ１で全て消費されるものとする。このとき、アンテナ２００の放射抵抗Ｒｒから放射される電力Ｐｒは、以下の式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　なお、Ｉ１は、スイッチ回路１１２に入力される電流である。
　ここで、アンテナ２００およびスイッチ回路１１２の各抵抗値をＲｒ＝１．７５Ω、Ｒｓ１＝２．１Ωとする。この場合、電力Ｐｒは、「Ｒｒ＝１．７５Ω、Ｒｓ１＝２．１Ω」を式（１）に代入することで、Ｐｒ＝－３．４ｄＢとなる。
　このように、アンテナ装置３０００では、スイッチ回路１１２によって、－３．４ｄＢの損失が発生してしまう。
　以上のように、アンテナ２００が小型化すると、スイッチ回路１１２での損失の影響が大きくなり、放射電力Ｐｒが大きく低下してしまうという技術的課題が発生する。そこで、本開示では、スイッチ回路１１２での損失を低減するための技術を提案する。
　＜４．技術的特長＞
　以下に、本開示の実施形態に係る端末装置１の技術的特長について、特にアンテナ装置１０の構成に着目して説明する。
　図７は、図１に示す整合回路１００を含むアンテナ装置１０の等価回路を示す図である。図７に示す等価回路は、バイパス回路１２０を含む点を除き、図４に示すアンテナ装置３０００の等価回路と同じである。
　図７に示すように、アンテナ装置１０は、コンデンサＣ１、Ｃ２と並列に接続されたコンデンサＣｂを有する。コンデンサＣｂは、バイパス回路１２０の構成要素である。
　このように、アンテナ装置１０にバイパス回路１２０としてコンデンサＣｂを設けると、スイッチＳＷ１に流入する電流が、コンデンサＣｂとで分流される。そのため、コンデンサＣｂがない場合と比較してスイッチＳＷ１に流入する電流が小さくなり、スイッチＳＷ１で消費される電力も小さくなる。これにより、アンテナ装置１０の損失を小さくすることができる。
　具体的に、コンデンサＣｂを追加した場合に、スイッチＳＷ１の寄生抵抗Ｒｓ１で消費される電力Ｐｒｓ１は、以下の式（２）～（４）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　なお、Ｚ１は、スイッチＳＷ１の寄生抵抗Ｒｓ１とコンデンサＣ１との合成インピーダンスである。また、Ｚ２は、コンデンサＣｂのインピーダンスである。
　ここで、アンテナ２００の放射抵抗ＲｒをＲｒ＝１．７５Ω、スイッチＳＷ１の寄生抵抗Ｒｓ１をＲｓ１＝２．１Ω、コンデンサＣｂをＣｂ＝３．７ｐＦ、コンデンサＣ１を３ｐＦ、アンテナ装置１０の動作周波数ｆをｆ＝９００ＭＨｚとすると、Ｚ１＝６１．１Ω、Ｚ２＝４７．８Ωとなる。そのため、スイッチＳＷ１の寄生抵抗Ｒｓ１で消費される電力Ｐｒｓ１は、Ｐｒｓ＝０．１９Ｒｓ１×Ｉ１２となり、スイッチＳＷ１の寄生抵抗Ｒｓ１が、コンデンサＣｂを設けない場合に比べて、等価的に０．１９倍に小さくなっていることがわかる。
　これを用いて、アンテナ２００の放射抵抗Ｒｒから放射される電力Ｐｒを式（１）に基づいて算出すると、以下の通り、Ｐｒ＝－０．８９ｄＢとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　このように、アンテナ装置１０にバイパス回路１２０を設けることで、アンテナ装置１０の損失を－３．４ｄＢから－０．８９ｄＢに、すなわち、２．５ｄＢ改善することができる。
　＜５．アンテナ特性のシミュレーション結果＞
　続いて、本開示の実施形態に係るアンテナ装置１０のアンテナ特性のシミュレーション結果について以下にまとめる。
（放射特性のシミュレーション結果）
　ここでは、スイッチ回路１１２を有していないアンテナ装置（以下、アンテナ装置４０００とも称する）、バイパス回路を有していないアンテナ装置３０００、および、本開示の実施形態に係るアンテナ装置１０の放射特性のシミュレーションを行った。
　図８は、アンテナ装置１０、３０００、４０００の放射特性のシミュレーション結果を示す図である。図８では、縦軸が効率を示しており、横軸が周波数を示している。図８では、アンテナ装置４０００のシミュレーション結果を実線で示す。また、アンテナ装置３０００のシミュレーション結果を点線で示す。アンテナ装置のシミュレーション結果を破線で示す。
　アンテナ装置４０００は、整合回路を備えることで、アンテナ２００との整合を行う。アンテナ装置４０００の整合回路は、インダクタＬ１および容量回路１１１のコンデンサＣ１を有するが、スイッチ回路１１２を有しておらず、スイッチ回路１１２による損失が発生しない。
　一方、アンテナ装置３０００は、図３に示す整合回路１０００を備える。整合回路１０００は、容量回路１１１およびスイッチ回路１１２を有するがバイパス回路１２０を有していない。この場合、スイッチ回路１１２で損失が発生するため、図８に示すように、アンテナ装置３０００の放射効率は、アンテナ装置４０００より約－３．２ｄＢ程度低下してしまう。
　本開示の実施形態に係るアンテナ装置１０は、図１に示す整合回路１００を備える。整合回路１００は、選択回路１１０に加え、バイパス回路１２０を備える。この場合、スイッチ回路１１２で損失が発生するが、その損失はバイパス回路１２０を有さないアンテナ装置３０００より小さい。したがって、図８に示すように、アンテナ装置１０の放射効率は、アンテナ装置４０００より約－１ｄＢ程度の低下に収まっている。
　なお、ここでは、アンテナ装置１０、３０００において、スイッチ回路１１２のスイッチＳＷ１がオン状態であり、コンデンサＣ１が後段の無線通信部３００（図２参照）に接続されているものとしてシミュレーションを行った。また、コンデンサＣｂをＣｂ＝３．７ｐＦ、コンデンサＣ１をＣ１＝３ｐＦ、インダクタＬ１をＬ１＝３．９ｎＨ、スイッチＳＷ１の寄生抵抗Ｒｓ１をＲｓ１＝２．１Ωとしてシミュレーションを行った。
　このように、本開示の実施形態に係るアンテナ装置１０は、バイパス回路１２０を備えることで、放射効率を改善することができ、損失を低減することができる。
（２つの周波数帯域でのシミュレーション結果）
　続いて、整合回路１００が複数の周波数帯域においてアンテナ２００のインピーダンスを整合できる点について説明する。
　上述したように、本開示の実施形態に係る端末装置１は、例えばセルラー通信が可能なウェアラブル装置に適用される。セルラー通信では、例えば移動体通信事業者（MNO：Mobile　Network　Operator）や国、地域ごとに異なる周波数帯域（バンド）が割り当てられる。したがって、端末装置１が各ＭＮＯや国等での通信に対応するためには、複数の周波数帯域で通信を行えることが望ましい。換言すると、端末装置１のアンテナ装置１０は、複数の周波数帯域で動作を行えることが望ましく、整合回路１００は、複数の周波数帯域でアンテナ２００のインピーダンスを整合することが望ましい。
　そこで、本開示の実施形態に係る整合回路１００では、選択回路１１０によって、整合回路１００のインピーダンス値を選択することで、複数の周波数帯域でアンテナ２００のインピーダンスを整合する。
　このとき、例えば選択回路１１０が、バイパス回路１２０のコンデンサＣｂも容量回路１１１の容量素子の１つとして、インピーダンス値を選択することもできる。具体的には、スイッチ回路１１２が全てのスイッチＳＷをオフ状態とすることで、コンデンサＣｂが後段回路（図２の無線通信部３００）に接続され、選択回路１１０のコンデンサＣが無線通信部３００から切り離された状態となる。また、スイッチ回路１１２のスイッチＳＷの少なくとも１つをオン状態とすることで、コンデンサＣｂおよびオン状態のスイッチＳＷに直列接続されたコンデンサＣが無線通信部３００に接続される。
　このように、スイッチ回路１１２の全てのスイッチＳＷがオフである状態も含めて、スイッチＳＷの接続状態を切り替えることで、整合回路１００のインピーダンス値を複数選択することができる。これにより、整合回路１００は、複数の周波数帯域でアンテナ２００のインピーダンスを整合することができる。この点について、図９～図１１を用いて説明する。
　図９および図１０は、シミュレーションに用いたアンテナ装置（以下、アンテナ装置１０Ａともいう）を示す図である。図１１は、アンテナ装置１０Ａを用いたシミュレーション結果を示す図である。
　図９および図１０に示すアンテナ装置１０Ａは、説明を簡略化するために、図１に示すアンテナ装置１０の一部を省略した装置である。アンテナ装置１０Ａは、選択回路１１０が１つのコンデンサＣ１および１つのスイッチＳＷ１を備え、コンデンサＣ２およびスイッチＳＷ２を備えていない点を除き、図１のアンテナ装置と同じ構成である。このように、選択回路１１０のコンデンサＣおよびスイッチＳＷの個数は１つ以上であればよい。
　図９は、スイッチＳＷ１がオン状態のアンテナ装置１０Ａを示す回路図である。また、図１０は、スイッチＳＷ１がオフ状態のアンテナ装置１０Ａを示す回路図である。図９および図１０に示すアンテナ装置１０Ａを用いた放射特性のシミュレーション結果を図１１に示す。図１１は、アンテナ装置１０Ａの放射特性のシミュレーション結果を示す図である。図１１の縦軸が効率を示しており、横軸が周波数を示している。
　なお、ここでは、コンデンサＣｂをＣｂ＝３．７ｐＦ、コンデンサＣ１をＣ１＝３ｐＦ、インダクタＬ１をＬ１＝３．９ｎＨ、スイッチＳＷ１の寄生抵抗Ｒｓ１をＲｓ１＝２．１Ωとしてシミュレーションを行った。
　図１１の一点鎖線で示すグラフは、スイッチＳＷ１がオン状態であるアンテナ装置１０Ａの放射特性を示すグラフである。図１１に示すように、スイッチＳＷ１がオン状態の場合、アンテナ装置１０Ａは、約８９８ＭＨ付近で放射特性が最も高くなっている。
　また、図１１の破線で示すグラフは、スイッチＳＷ１がオフ状態であるアンテナ装置１０Ａの放射特性を示すグラフである。図１１に示すように、スイッチＳＷ１がオフ状態の場合、アンテナ装置１０Ａは、約９４２ＭＨｚ付近で放射特性が最も高くなっている。
　このように、スイッチＳＷ１のオン／オフ状態を切り替えて、整合回路１００のインピーダンス値を切り替えることで、アンテナ装置１０Ａは、複数の周波数帯域で動作することができる。
（４つの周波数帯域でのシミュレーション結果）
　図９および図１０では、スイッチＳＷ１が１つの場合のアンテナ装置１０Ａについて示したが、上述したように、整合回路１００のスイッチＳＷは１つ以上であればよい。図１に示すようにスイッチＳＷが２つであってもよく、図２に示すように４つであってもよい。スイッチＳＷの数が多いほど、アンテナ装置１０が動作する周波数帯域の数が増える。かかる点について、図１２および図１３を用いて説明する。
　図１２は、図２に示す端末装置１におけるスイッチＳＷの状態の組み合わせを示す表である。制御部３２０は、例えば、通信を行う周波数帯域に応じて、図１２に示す表に基づき、スイッチＳＷの状態を制御する。具体的に、例えば、制御部３２０は、Ｂａｎｄ＿Ａで通信を行う場合、スイッチＳＷ１～ＳＷ４全てをオフ状態とする。また、制御部３２０は、Ｂａｎｄ＿Ｃで通信を行う場合、スイッチＳＷ１～ＳＷ３をオン状態とし、スイッチＳＷ３をオフ状態とする。なお、表に示すＢａｎｄ＿Ａ～Ｂａｎｄ＿Ｄは、例えばＬＴＥにおける各バンドに対応するものとする。
　図１３は、本開示の実施形態に係るアンテナ装置１０の放射特性のシミュレーション結果を示す図である。図１３は、図１２に示す表に基づき、制御部３２０がスイッチＳＷを切り替えた場合のアンテナ装置１０の放射特性を示すグラフである。図１３の縦軸が効率を示しており、横軸が周波数を示している。
　図１３では、スイッチＳＷを全てオフ状態にした場合（Ｂａｎｄ＿Ａ）のアンテナ装置１０の放射特性を破線で示す。スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオン状態、スイッチＳＷ３、ＳＷ４をオフ状態にした場合（Ｂａｎｄ＿Ｄ）のアンテナ装置１０の放射特性を一点鎖線で示す。スイッチＳＷ１～ＳＷ３をオン状態、スイッチＳＷ４をオフ状態にした場合（Ｂａｎｄ＿Ｃ）のアンテナ装置１０の放射特性を実線で示す。スイッチＳＷを全てオン状態にした場合（Ｂａｎｄ＿Ｂ）のアンテナ装置１０の放射特性を点線で示す。
　図１３に示すグラフから、制御部３２０がスイッチＳＷの状態を切り替えることで、アンテナ装置１０の動作周波数が切り替わっていることがわかる。このように、スイッチＳＷおよびスイッチＳＷに直列接続するコンデンサＣの数を増やすことで、アンテナ装置１０の動作周波数の数を増やすことができる。
　このように、本開示の実施形態に係る整合回路１００は、インピーダンス値を選択するためのスイッチＳＷを有する選択回路１１０を備えることで、複数の周波数帯域でそれぞれアンテナ２００のインピーダンスを整合することができる。また、アンテナ２００と後段回路（例えば、無線通信部３００）とをバイパスするバイパス回路１２０を備えることで、スイッチＳＷの寄生抵抗による損失を低減することができ、アンテナ２００の放射損失を低減することができる。
　＜６．変形例＞
　図１４を用いて、本開示の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１０Ｂについて説明する。図１４は、本開示の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１０Ｂの構成例を示す図である。
　図１４に示すアンテナ装置１０Ｂは、容量回路１１１の代わりにインダクタ回路１１３を備えている点を除き、図１に示すアンテナ装置１０と同じ構成である。インダクタ回路１１３は、並列に接続されたインダクタＬ１１、Ｌ１２を備える。インダクタＬ１１、Ｌ１２は、それぞれスイッチ回路１１２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２と直列に接続される。
　このように、コンデンサＣ１、Ｃ２の代わりに、インダクタＬ１１、Ｌ１２を用いて整合回路１００のインピーダンス値を変更するようにしてもよい。
　なお、ここでは、アンテナ装置１０Ｂが、２つのインダクタＬ１１、Ｌ１２を備える構成を示したが、インダクタの数は２つに限定されず、１以上であればよい。また、ここでは、アンテナ装置１０ＢがコンデンサＣ１、Ｃ２の代わりにインダクタＬ１１、Ｌ１２を備える場合について示したが、アンテナ装置１０Ｂが容量回路１１１およびインダクタ回路１１３の両方を備えていてもよい。つまり、アンテナ装置１０Ｂが並列に接続された１つ以上のコンデンサＣおよびインダクタＬを備えていてもよい。
　このように、選択回路１１０は、インピーダンス値を変化させるスイッチＳＷを備えていればよく、種々の構成を取り得る。
　また、ここでは、選択回路１１０のコンデンサＣをインダクタに置き換える場合の変形例を説明したが、例えばバイパス回路１２０のコンデンサＣｂをインダクタに置き換えてもよい。このように、整合回路１００のコンデンサは適宜インダクタに置き換えることも可能である。
　＜７．適応例＞
　上述したように、端末装置１は、例えばセルラー通信が可能なウェアラブル装置に適用される。ここでは、端末装置１がウェアラブル装置の一例としてアイウエア型のウェアラブル装置に適用される場合について説明する。図１５は、ウェアラブル装置の外観の一例を示す説明図である。
　図１５に示すウェアラブル装置８００は、アイウエア型のウェアラブル装置である。当該ウェアラブル装置８００は、左右の本体部８０２Ｌ、８０２Ｒと、ディスプレイ８０４と、レンズ８０６と、本体部８０２Ｌ、８０２Ｒを接続するネックバンド８０８とを有する。本体部８０２Ｌ、８０２Ｒには、例えば、本開示に係る技術である端末装置１等のうちの少なくとも一部が内蔵される。例えば、本開示に係る技術のアンテナ装置１０を、本体部８０２Ｌ、８０２Ｒのいずれかに設置することができる。また、ディスプレイ８０４は、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等からなる。従って、ユーザは、ウェアラブル装置８００を装着した状態で、レンズ８０６を介して周囲の見ることができ、片方の目で、ディスプレイ８０４に表示される画面も見ることができる。
　本体部８０２Ｌ、８０２Ｒは、ウェアラブル装置８００の各ブロックを制御することができる主制御部（図示省略）を内蔵する。当該主制御部は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等のハードウェアにより実現される。本体部８０２Ｌ、８０２Ｒは、外部装置との間で情報の送受信を行うことができる通信部（図示省略）を内蔵する。当該通信部が、本開示の実施形態の端末装置１により実現される。通信部は、例えばアンテナ２００、無線通信部３００やポート等の通信デバイスにより実現される。
　さらに、ウェアラブル装置８００は、例えば、ユーザに向けて、音声、光、又は、振動等により各種の情報を出力するために、スピーカ、イヤフォン、発光素子、振動モジュール等を有してもよい。また、ウェアラブル装置８００は、タッチパネル、ボタン、スイッチ、キー、キーボード、マイクロフォン、画像センサ等により実現される、ウェアラブル装置８００へのデータ、コマンドの入力を受け付ける入力部をさらに有していてもよい。
　なお、ウェアラブル装置８００は、図１５に示す形態に限定されるものではなく、例えば、ＨＭＤ（Ｈｅａｄ　Ｍｏｕｎｔｅｄ　Ｄｉｓｐｌａｙ）型、イヤーデバイス型、アンクレット型、腕輪型、首輪型、パッド型、バッチ型、衣服型等の各種の方式のウェアラブル装置であってもよい。
　＜８．まとめ＞
　以上のように、本開示の技術によれば、整合回路１００がインピーダンス値を選択するためのスイッチＳＷを有する選択回路１１０と、アンテナ２００と後段回路（例えば、無線通信部３００）とをバイパスするバイパス回路１２０を備える。これにより、複数の周波数帯域でそれぞれアンテナ２００のインピーダンスを整合することができつつ、スイッチＳＷの寄生抵抗による損失を低減することができる。
　＜９．補足＞
　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
　なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
　複数の周波数帯域での通信に使用されるアンテナと前記アンテナの後段回路とのインピーダンスを整合する整合回路であって、
　前記複数の周波数帯域それぞれに対応するインピーダンス値を選択するためのスイッチを有する選択回路と、
　前記アンテナと前記後段回路とをバイパスするバイパス回路と
　を備える整合回路。
（２）
　前記バイパス回路は、コンデンサを備える（１）に記載の整合回路。
（３）
　前記コンデンサは、スイッチを介さず前記アンテナおよび前記後段回路に接続される（２）に記載の整合回路。
（４）
　前記選択回路は、インダクタまたはコンデンサを複数備え、
　前記スイッチは、前記アンテナまたは前記後段回路に接続される前記インダクタまたは前記コンデンサを選択する
　（１）～（３）のいずれか１つに記載の整合回路。
（５）
　前記アンテナは、セルラー通信に使用される周波数帯域であって、複数の周波数帯域で共振する（１）～（４）のいずれか１つに記載の整合回路。
（６）
　前記アンテナは、逆Ｌ型アンテナである（１）～（５）のいずれか１つに記載の整合回路。
（７）
　複数の周波数帯域での通信に使用されるアンテナと、
　前記アンテナと前記アンテナの後段回路とのインピーダンスを整合する整合回路とを備え、
　前記整合回路は、
　　前記複数の周波数帯域それぞれに対応するインピーダンス値を選択するためのスイッチを有する選択回路と、
　　前記アンテナと前記後段回路とをバイパスするバイパス回路と
　を備えるアンテナ装置。
１　端末装置
１０、１０Ａ　アンテナ装置
１００　整合回路
１１０　選択回路
１１１　容量回路
１１２　スイッチ回路
１２０　バイパス回路
２００　アンテナ
３００　無線通信部
３１０　信号処理部
３２０　制御部

Claims (7)

  1. 　複数の周波数帯域での通信に使用されるアンテナと前記アンテナの後段回路とのインピーダンスを整合する整合回路であって、
    　前記複数の周波数帯域それぞれに対応するインピーダンス値を選択するためのスイッチを有する選択回路と、
    　前記アンテナと前記後段回路とをバイパスするバイパス回路と
    　を備える整合回路。
  2. 　前記バイパス回路は、コンデンサを備える請求項１に記載の整合回路。
  3. 　前記コンデンサは、スイッチを介さず前記アンテナおよび前記後段回路に接続される請求項２に記載の整合回路。
  4. 　前記選択回路は、インダクタまたはコンデンサを複数備え、
    　前記スイッチは、前記アンテナまたは前記後段回路に接続される前記インダクタまたは前記コンデンサを選択する
    　請求項３に記載の整合回路。
  5. 　前記アンテナは、セルラー通信に使用される周波数帯域であって、複数の周波数帯域で共振する請求項４に記載の整合回路。
  6. 　前記アンテナは、逆Ｌ型アンテナである請求項５に記載の整合回路。
  7. 　複数の周波数帯域での通信に使用されるアンテナと、
    　前記アンテナと前記アンテナの後段回路とのインピーダンスを整合する整合回路とを備え、
    　前記整合回路は、
    　　前記複数の周波数帯域それぞれに対応するインピーダンス値を選択するためのスイッチを有する選択回路と、
    　　前記アンテナと前記後段回路とをバイパスするバイパス回路と
    　を備えるアンテナ装置。
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