JP2016005137A - アンテナ装置、アンテナの自動整合方法、無線装置、及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送信電力制御に基づいた無線通信を行いながらアンテナの自動整合を行うことができるアンテナ装置、アンテナの自動整合方法、無線装置、及び制御装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置は、送信電力制御によって送信電力が変動する信号を送信するアンテナと、アンテナから送信された信号の電力を検出する電力検出器と、アンテナのインピーダンスを整合する可変整合器と、を備える。アンテナ装置は、基準値と電力検出器の検出値との比較結果に基づき、電力が大きくなるように可変整合器の設定値を調整する調整部と、検出値の時間変化に基づいて送信電力の変動を検出する検出部と、検出部によって検出された送信電力の変動に基づいて基準値を補正する補正部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、アンテナ装置、アンテナの自動整合方法、及び無線装置に関する。

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自動で整合する整合回路を備えたアンテナ装置が知られている。かかるアンテナ装置は、インピーダンスを整合するための参照信号を生成する生成回路を有しており、参照信号に基づいてアンテナのインピーダンスを整合する。これにより、送信電力制御に基づいた無線通信を行っている場合でも、安定してインピーダンス整合を行うことができる。

しかしながら、従来のアンテナ装置では、アンテナのインピーダンスを整合する間、無線部とアンテナとの接続を切り離し、生成回路とアンテナとを接続しているため、アンテナを整合している間は、無線通信が行えないという問題があった。

特開２００６−３４００２８号公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、送信電力制御に基づいた無線通信を行いながらアンテナの自動整合を行うことができるアンテナ装置、アンテナの自動整合方法、及び無線装置を提供することを目的とする。

実施形態のアンテナ装置は、送信電力制御によって送信電力が変動する信号を送信するアンテナと、アンテナから送信された信号の電力を検出する電力検出器と、アンテナのインピーダンスを整合する可変整合器と、を備える。アンテナ装置は、基準値と電力検出器の検出値との比較結果に基づき、電力が大きくなるように可変整合器の設定値を調整する調整部と、検出値の時間変化に基づいて送信電力の変動を検出する検出部と、検出部によって検出された送信電力の変動に基づいて基準値を補正する補正部と、を備える。

実施形態にかかる無線装置の構成を示す図。 実施形態にかかる調整処理を示すフローチャート。 実施形態にかかる送信電力制御を説明する図。 実施形態にかかる停止処理を示すフローチャート。 実施形態の変形例にかかる無線装置の構成を示す図。

図１を用いて、実施形態にかかる無線装置１の構成を説明する。無線装置１は、アンテナ装置１０とアンテナ装置１０を介して信号を送受信する無線部２０とを有する。

アンテナ装置１０は、信号を送受信するアンテナ１００と、アンテナ１００のインピーダンスを整合する可変整合器２００と、アンテナ１００が送信した信号を受信するプローブ３００とを有する。また、アンテナ装置１０は、プローブで受信した信号の電力を検出する電力検出器４００と、可変整合器２００を制御する制御部５００とを有する。

アンテナ１００は、送信電力制御によって送信電力が変動する信号を送信する。かかる信号は、無線部２０によって生成される。また、アンテナ１００は、受信した信号を無線部２０へ出力する。アンテナ１００は信号を送信又は受信するものであれば、形状や種類はどのようなものであってもよい。アンテナ１００の例として、例えば、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、あるいはループアンテナ等がある。

可変整合器２００は、一端がアンテナ１００の給電点に接続され、他端が無線部２０に接続される。可変整合器２００は、無線部２０が生成する信号の周波数や通信状態等に応じて、アンテナ１００のインピーダンスを整合する。

可変整合器２００は、第１可変素子２１０と、第２可変素子２２０とを有する。可変整合器２００は、制御部５００の指示に従い、第１、第２可変素子２１０、２２０を制御することで、アンテナ１００の入力インピーダンスと無線部２０の出力インピーダンスを整合する。

第１可変素子２１０は、一端がアンテナ１００の給電点に接続され、他端が無線部２０に接続された可変容量素子である。第２可変素子２２０は、一端がアンテナ１００の給電点に接続され、他端が短絡された可変容量素子である。第１、第２可変素子２１０、２２０は、例えば半導体やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）で構成された素子である。

ここでは、第１、第２可変素子２１０、２２０が可変容量素子である場合を例に説明するが、第１、第２可変素子２１０、２２０は、可変整合器２００のインピーダンスを調整できるものであればよく、例えば可変インダクタやスイッチを用いてもよい。また、これらを組み合わせて可変整合器２００を構成してもよい。

なお、可変整合器２００が有する可変素子の個数は２個に限られず、可変整合器２００のインピーダンスを調整できるのであればいくつあってもよい。また、インピーダンスの可変範囲を調整するために、容量値が固定の容量素子や、インダクタンス値が固定のインダクタ素子をさらに備えるようにしてもよい。

プローブ３００は、アンテナ１００の近傍に配置され、アンテナ１００から送信された信号を受信する。プローブ３００は、例えば、ダイポール形状やモノポール形状などの形状を有する。なお、プローブ３００は、アンテナ１００から送信された信号を受信できればよく、上述した形状以外にも種々の形状としてよい。

電力検出器４００は、プローブ３００を介して、アンテナから送信された信号の電力を検出し、検出値を生成する。電力検出器４００は、信号の電力に応じた直流電圧や直流電流、あるいはバイナリデータを検出値として制御部５００へ出力する。

制御部５００は、アンテナ１００のインピーダンスを整合するよう可変整合器２００を制御する。具体的に、制御部５００は、調整部５１０と、検出部５２０と、補正部５３０とを有する。

調整部５１０は、基準値と電力検出器４００の検出値との比較結果に基づき、信号の電力が大きくなるように可変整合器２００の設定値を調整する。可変整合器２００は、可変容量素子である第１、第２可変素子２１０、２２０を有しているため、調整部５１０は、設定値として第１、第２可変素子２１０、２２０の容量値Ｃ１、Ｃ２を調整する。

また、検出部５２０は、電力検出器４００の検出値の時間変化に基づいて送信電力の変動を検出する。補正部５３０は、検出部５２０によって検出された送信電力の変動に基づいて基準値を補正する。

制御部５００は、例えばマイコンＩＣで実現される。したがって、上述したように、制御部５００が調整部５１０と、検出部５２０と、補正部５３０とをそれぞれ有するようにしてもよく、各部の機能を制御部５００が実行するように構成してもよい。なお、制御部５００が行う可変整合器２００の調整処理の詳細については後述する。

無線部２０は、図示しない信号処理部や増幅部などを有し、送信電力が制御された信号を生成する。無線部２０は、信号の送信電力を決定し、生成した信号が決定した送信電力で送信されるように信号を増幅してアンテナ装置１０へ出力する。このように、無線部２０は、信号を生成し、一定周期Ｔ２でかかる信号の送信電力制御を行う（図３参照）。また、無線部２０は、アンテナ１００を介して受信する信号に対して信号処理を施す。

（調整処理）
続いて、図２及び図３を用いて、制御部５００が可変整合器２００を制御する調整処理について説明する。図２は、可変整合器２００の調整処理を示すフローチャートである。また、図３は、無線部２０が行う送信電力制御の一例を示す図である。図３の横軸は時刻、縦軸は無線部２０が決定する信号の送信電力Ｐを示している。

制御部５００は、例えば無線部２０や上位レイヤ（図示せず）から可変整合器２００の調整処理が必要であるとの指示を受けると、可変整合器２００の制御を開始する。無線部２０や上位レイヤは、例えば無線通信を開始した場合や、通信中に通信品質が劣化した場合などに、可変整合器２００の調整処理が必要であると判定し、その旨を制御部５００へ出力する。

制御部５００は、可変整合器２００の調整処理を開始する旨の指示を受けると、各変数を初期化する（ステップＳ１０１）。具体的に、制御部５００の調整部５１０は、変数の初期化として、第１可変素子２１０、第２可変素子２２０の容量値Ｃ１、Ｃ２を所定値に設定する。所定値は、前回の容量値としてもよく、例えば無線部２０から通知される値としてもよい。

また、調整部５１０は、ステップＳ１０１における可変整合器２００の状態を基準状態として記憶する。ここで、可変整合器２００の状態とは、第１、第２可変素子２１０、２２０の容量値Ｃ１、Ｃ２の組み合わせを指す。さらに、調整部５１０は、調整対象とする可変素子、調整方向、及び調整量Ｃを決定する。ここでは、第１可変素子２１０を調整対象とし、容量値をＮ１増やす（調整方向：正方向、調整量Ｃ＝Ｎ１）ものとする。

次に、制御部５００の検出部５２０は、電力検出器４００の検出値に変動があったか否かを判定する（ステップＳ１０２）。図３に示すように、電力検出器４００は、周期Ｔ１で、プローブ３００が受信する信号の電力を検出し、検出結果を制御部５００へ出力する。

なお、電力検出器４００が検出する電力は、アンテナ１００から送信された信号の電力であるため、図３に示す送信電力が制御された信号の電力とは異なる値となる。また、電力検出器４００が信号の電力を検出する周期Ｔ１は、無線部が行う送信電力制御の周期Ｔ２より短い（Ｔ１＜Ｔ２）。

検出部５２０は、検出値と、１つ前のタイミングで電力検出器４００が検出した検出値とを比較する。例えば検出部５２０は、図３に示す時刻ｔ１における検出値Ｐ１と、時刻ｔ２における検出値Ｐ２とを比較する。この場合、信号の送信電力が変動していないため、検出値Ｐ１、Ｐ２が等しくなる。そこで、検出部５２０は、送信電力に変動がないと判定し（ステップＳ１０２のＮｏ）、図２に示すステップＳ１０２に戻る。なお、検出部５２０は、検出値Ｐ１と検出値Ｐ２との差分が所定値以内である場合に、送信電力に変動がないと判定するようにしてもよい。

図３に示す例では、時刻ｔｐ１において送信電力がＰａからＰｂに変動している。したがって、検出部５２０が時刻ｔ５における検出値Ｐ５と、時刻ｔ６における検出値Ｐ６とを比較すると、Ｐ５＜Ｐ６となる。そこで、検出部５２０は送信電力が変動したと判定し（ステップＳ１０２のＹｅｓ）、補正部５３０にその旨を通知する。

補正部５３０は、検出部５２０から送信電力が変動したとの通知を受けると、検出値に基づいて、基準値Ｐ０を初期化する（ステップＳ１０３）。補正部５３０は、送信電力が変動したと判定した次のタイミングで検出した検出値を基準値Ｐ０とする。図３に示す例では、補正部５３０は、時刻ｔ７における検出値Ｐ７の値を基準値Ｐ０とする。補正部５３０は、基準値Ｐ０を調整部５１０に通知する。なお、ここでは、補正部５３０が基準値Ｐ０を初期化しているが、例えば調整部５１０が初期化するようにしてもよい。

図２に戻る。調整部５１０は、基準値Ｐ０を補正部５３０から受け取ると、可変整合器２００の設定値を調整する（ステップＳ１０４）。ここでは、調整部５１０は、第１可変素子２１０の容量値Ｃ１を＋Ｎ増やすように第１可変素子２１０を制御する。ここで、制御後の可変整合器２００の状態を状態１と称する。

次に、調整部５１０は、可変整合器２００の設定値が変更された次のタイミングで検出値Ｐをサンプリングする（ステップＳ１０５）。調整部５１０が可変整合器２００を調整してから実際に可変整合器２００の設定値が所望の値となるまでに所定の時間Ｔ３がかかる。図３に示す例では、調整部５１０が時刻ｔｃ１で可変整合器２００を調整し、時刻ｔｃ２で可変整合器２００の設定値が所望の値となるとする。この場合、調整部５１０は、時刻ｔ１０における検出値Ｐ１０を電力検出器４００から取得する。

次に、調整部５１０は、検出値Ｐと基準値Ｐ０とを比較する（ステップＳ１０６）。比較結果、検出値Ｐが基準値Ｐ０以下である場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ）、調整部５１０は、可変整合器２００が現状態（状態１）で、基本状態に対して収束したと判定する（ステップＳ１０７）。

一方、検出値Ｐが基準値Ｐ０より大きい場合（ステップＳ１０６のＮｏ）、調整部５１０は、可変整合器２００が現状態（状態１）で、基本状態に対して収束していないとし、現状態である状態１を基準状態に変更する（ステップＳ１０８）。

続いて、調整部５１０は、検出値Ｐの変動幅が前回より小さいか判定する（ステップＳ１０９）。具体的に、調整部５１０は、前回の基準値Ｐ０と検出値Ｐとの差（Ｐ０−Ｐ）を記憶しており、今回の基準値Ｐ０と検出値Ｐとの差（Ｐ０−Ｐ）と比較する。比較結果、調整部５１０が今回の差が前回の差以上、すなわち変動幅が前回以上であると判定した場合（ステップＳ１０９のＮｏ）、調整量Ｃを変更せず、Ｃ＝Ｎ１として、ステップＳ１１２へ進む。

一方、調整部５１０が今回の差が前回の差より小さい、すなわち変動幅が前回より小さいと判定した場合（ステップＳ１０９のＮｏ）、調整部５１０は、調整量Ｃを調整前の調整量Ｃ＝Ｎ１よりも小さいＮ２（Ｎ１＞Ｎ２）とする（ステップＳ１１０）。なお、ここでは、調整処理を始めて最初に可変整合器２００を調整した場合について説明しており「前回の差」の算出結果がないため、調整量Ｃを変更せずＣ＝Ｎ１としてステップＳ１１２へ進むものとする。

次に、調整部５１０がステップＳ１０７で可変整合器２００が現状態（状態１）で、基本状態に対して収束したと判定した場合について説明する。この場合、調整部５１０は、可変整合器２００が基準状態に対して全ての方向で収束したか判定する（ステップＳ１１１）。ここで、全ての方向とは、第１、第２可変素子２１０、２２０の容量値Ｃ１、Ｃ２が増える正方向、及び減る負方向全てを意味する。

すなわち、調整部５１０は、第１、第２可変素子２１０、２２０の容量値Ｃ１、Ｃ２のいずれを正方向及び負方向に調整しても検出値Ｐが基準値Ｐ０より小さくなる場合に、基本状態に対して収束したと判定する。具体的に、調整部５１０は、ステップＳ１０７で収束したと判定した方向を記憶しておき、ある基準状態に対して全ての方向で収束したと判定されている場合に、可変整合器２００がかかる基準状態に対して全ての方向で収束したと判定する（ステップＳ１１１のＹｅｓ）。この場合、制御部５００は、後述する停止処理を実行する（ステップＳ１１６）。

一方、調整部５１０は、ある基準状態に対して収束していない方向があると判定した場合に、可変整合器２００がかかる基準状態に対して全ての方向で収束していないと判定する（ステップＳ１１１のＮｏ）。この場合、調整部５１０は、ステップＳ１１２に進み、可変整合器２００の次状態を決定する。

ステップＳ１１２での処理を説明する。まず、ステップＳ１０６で、検出値Ｐが基準値Ｐ０以下であると判定された場合、すなわち可変整合器２００が現状態（状態１）で、基本状態に対して収束したと判定された場合について説明する。

この場合、調整部５１０は、ステップＳ１０４で調整した可変素子の値を維持したまま、残りの可変素子の１つの容量値を調整すると決定する。ここでは、調整部５１０は、第１可変素子２１０の容量値Ｃ１を維持したまま、第２可変素子２２０の容量値Ｃ２を調整すると決定する。具体的に、調整部５１０は、第２可変素子２２０を制御対象とし、第２可変素子２２０の容量値Ｃ２をＮ１増やす（調整方向：正方向、調整量Ｃ＝Ｎ１）と決定する。

一方、ステップＳ１０６で、検出値Ｐが基準値Ｐ０より大きいと判定された場合、すなわち可変整合器２００が現状態（状態１）で、基本状態に対して収束していないと判定された場合について説明する。

この場合、調整部５１０は、ステップＳ１０４で調整した可変素子の値を調整前の状態に戻したうえで、残りの可変素子の１つの容量値を調整すると決定する。ここでは、調整部５１０は、第１可変素子２１０の容量値Ｃ１を、調整前の状態に戻したうえで、第２可変素子の容量値Ｃ２を調整すると決定する。

具体的に、調整部５１０は、第１、第２可変素子２１０、２２０の両方を調整対象とする。調整部５１０は、第１可変素子２１０の容量値Ｃ１をＮ１減らす（調整方向：負方向、調整量Ｃ＝Ｎ１）と決定し、第２可変素子２２０の容量値Ｃ２をＮ１増やす（調整方向：正方向、調整量Ｃ＝Ｎ１）と決定する。

決定後、検出部５２０は、電力検出器４００の検出値に変動があるか否かを判定する（ステップＳ１１３）。ステップＳ１１３で行う処理は、ステップＳ１０２と同じであるため、説明を省略する。図３に示す例では、検出部５２０は、時刻ｔ１１における検出値Ｐ１１と時刻ｔ１２における検出値Ｐ１２とを比較した結果、送信電力が変動したと判定する（ステップＳ１１３のＹｅｓ）。検出部５２０は、判定結果を補正部５３０に通知し、図２に示すステップＳ１１４へ進む。

補正部５３０は、検出部５２０から判定結果を受け取ると、検出値Ｐをサンプリングする（ステップＳ１１４）。図３に示す例では、補正部５３０は、送信電力が変動したと検出部５２０が判定した次の時刻ｔ１３における検出値Ｐ１３を電力検出器４００から取得する。

図２に戻る。次に、補正部５３０は、検出部５２０によって検出された送信電力の変動に基づいて基準値Ｐ０を補正する（ステップＳ１１５）。補正部５３０は、送信電力が変動する前の検出値Ｐと、送信電力が変動した後の検出値Ｐとの差分を基準値Ｐ０に加えることで基準値Ｐ０を補正する。図３に示す例では、時刻ｔ１１における検出値Ｐ１１と時刻ｔ１３における検出値Ｐ１３の差分（Ｐ１３−Ｐ１１）を基準値Ｐ０に加え、新たな基準値Ｐ０とする。あるいは、時刻ｔ１３における検出値Ｐ１３を新たな基準値Ｐ０とするようにしてもよい。

補正部５３０は、補正後の基準値Ｐ０を調整部５１０へ通知する。調整部５１０は、補正部５３０から基準値Ｐ０を受け取ると、図２のステップＳ１０４に戻り、可変整合器２００を調整する。

このように、制御部５００は、基準値Ｐ０と電力検出器４００の検出値Ｐとの比較結果に基づき、アンテナ１００から送信される信号の電力が大きくなるように可変整合器２００の設定値を調整する。また、制御部５００は、送信電力の変動に基づいて基準値Ｐ０を補正する。これにより、アンテナ装置１０は、送信電力制御を行いながら信号を送信している間でもアンテナ１００を整合することができる。

図２に示す調整処理では、調整部５１０が可変整合器２００を調整する（ステップＳ１０４）と、その後、送信電力が変動するまで待って（ステップＳ１１３）から基準値Ｐ０を補正し（ステップＳ１１５）、可変整合器２００を調整している（ステップＳ１０４）。この点について説明する。

上述したように、図２のステップＳ１０４で、調整部５１０が可変整合器２００を調整しても、可変整合器２００の設定値が所望の値になるまでに所定の時間Ｔ３がかかる。ここで、仮に時刻ｔｃ２の次のタイミングでサンプリングした検出値Ｐ１０と基準値Ｐ０に基づいて、時刻ｔｃ３で可変整合器２００を調整したとする。この場合、時刻ｔｃ３で可変整合器２００を調整してから、時刻ｔｃ４で実際に可変整合器２００の設定値が所望の値になるまでに、送信電力が変動してしまう。

このように、可変整合器２００の設定値が所望の値になるまでに送信電力が変動してしまうと、次のタイミングでサンプリングした検出値Ｐ１３が変化していたとしても、送信電力が変動したために変化したのか、可変整合器２００を調整したために変化したのか区別がつかない。

そこで、図２に示す調整処理では、調整部５１０が可変整合器２００を調整した後、送信電力が変動するまで待ってから、再度可変整合器２００を調整している。これにより、可変整合器２００を調整している間に送信電力制御が行われることがなくなり、可変整合器２００を調整した結果に基づき、アンテナ１００を整合することができる。

また、図２に示すステップＳ１１３で送信電力が変動したと判定した後に基準値Ｐ０を補正している。これは、送信電力が変動することによって、基準状態での検出値、すなわち基準値Ｐ０も変動しているためである。このように、送信電力が変動した場合に、変動に応じて基準値Ｐ０を補正することで、無線装置１が送信電力制御を行っている場合であっても、アンテナ１００を整合することができる。

さらに、図２に示す調整処理では、送信電力が変動したと判定した次のタイミングで検出した値に基づいて基準値Ｐ０を初期化、あるいは補正している（ステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１１３、Ｓ１１４参照）。これは、図３に示すように、電力検出器４００が所定の期間測定した電力を検出値Ｐ０として制御部５００へ出力しているためである。

電力検出器４００が電力を検出している所定期間に、送信電力が変動する場合がある（図３の時刻ｔ６参照）。この場合、時刻ｔ６における検出値Ｐ６は、送信電力が変動する前の時刻ｔ５における検出値Ｐ５とも変動後の時刻ｔ７における検出値Ｐ７とも異なる値となる。このように、送信電力が変動したタイミングで電力検出器４００が電力を検出すると、検出結果に誤差が含まれてしまう。

検出部５２０は、検出値Ｐ５、Ｐ６の比較結果、送信電力が変動したと判定する。このとき、送信電力が変動したと判定した検出値Ｐ６に基づいて基準値Ｐ０を決定すると、基準値Ｐ０は誤差を含んだ値となる。そこで、本実施形態では、送信電力が変動したと判定した後のタイミングで検出した検出値に基づいて基準値Ｐ０を初期化、あるいは補正することで、基準値Ｐ０に含まれる誤差を小さくすることができる。

なお、本実施形態では、調整部５１０が可変整合器２００を１回調整すると、送信電力が変動するまで待ってから可変整合器２００を調整するようにしている。これは、上述したように、送信電力の変動を待たずに可変整合器２００を調整すると、可変整合器２００が所望の設定値になる前に送信電力が変動してしまうためである。

したがって、可変整合器２００が所望の設定値になるまでの時間Ｔ３が短い、あるいは送信電力制御の周期Ｔ２が長く、調整部５１０が可変整合器２００をＮ回（Ｎ＞１）調整しても送信電力が変動しない場合は、調整部５１０がＮ回調整してから送信電力の変動を待ってもよい。

このように、可変整合器２００が所望の設定値になる前に送信電力が変動しないようにすればよい。したがって、例えばＮ＋１回目に可変整合器２００を調整すると送信電力が変動する場合は、アンテナ１００が整合するように、調整部５１０が可変整合器２００をＮ回調整し、その後送信電力が変動するまで待ってから、次に可変整合器２００を調整するようにしてもよい。可変整合器２００を調整している間に送信電力が変動する可能性がある場合は、送信電力の変動を待ってから可変整合器２００を調整することで、無線装置１は、送信電力制御を行いながらアンテナ１００を整合することができる。

（停止処理）
図４を用いて、制御部５００が行う停止処理について説明する。制御部５００は、可変整合器２００がかかる基準状態に対して全ての方向で収束したと判定する（図２のステップＳ１１１のＹｅｓ）と、停止処理を実行する（図２のステップＳ１１６）。

まず、図４に示すように、制御部５００の検出部５２０は、電力検出器４００の検出値Ｐに変動があったか否かを判定する（ステップＳ２０１）。具体的に、検出部５２０は、時刻ｔｎにおける検出値Ｐｎと時刻ｔｎ＋１における検出値Ｐｎ＋１とを比較する（ｎは自然数）。比較結果、Ｐｎ＝Ｐｎ＋１であった場合、検出部５２０は検出値Ｐに変動がないと判定し（ステップＳ２０１のＮｏ）、ステップＳ２０１に戻る。なお、検出部５２０は、検出値Ｐｎと検出値Ｐｎ＋１との差分が所定値以内である場合に、送信電力に変動がないと判定するようにしてもよい。

一方、比較結果、Ｐｎ≠Ｐｎ＋１であった場合、検出部５２０は検出値Ｐに変動があったと判定し（ステップＳ２０１のＹｅｓ）、その後のタイミング（時刻ｔｎ＋２）で電力検出器４００が検出した検出値Ｐｎ＋２をサンプリングする（ステップＳ２０２）。

次に、検出部５２０は、検出値Ｐｎ＋２と基準値Ｐ０との差分Ｐｄ＝｜Ｐ０−Ｐｎ＋２｜を算出し、差分Ｐｄが所定の範囲外であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。一般的に、無線部２０は、信号の送信電力を所定値ＰＡ増減させることで送信電力制御を行う。そこで、検出部５２０は、算出した差分Ｐｄがかかる所定値ＰＡを含む所定の範囲（ＰＡ±ｄ）内であると判定すると（ステップＳ２０３のＮｏ）、送信電力制御が行われたと判定し、補正部５３０にその旨を通知する。

補正部５３０は、停止処理を実行しているときに検出部５２０から送信電力制御が行われた旨の通知を受けると、送信電力の変動に基づいて基準値Ｐ０を補正する（ステップＳ２０４）。補正部５３０は、図２のステップＳ１１５と同様にして基準値Ｐ０を補正する。補正部５３０は、補正後の基準値Ｐ０を調整部５１０及び検出部５２０へ通知する。

一方、検出部５２０が算出した差分Ｐｄがかかる所定値を含む所定の範囲外であると判定した場合（ステップＳ２０３のＹｅｓ）、検出部５２０は、アンテナ１００が不整合になったと判定し、調整部５１０にその旨を通知する。調整部５１０は、検出部５２０から通知を受けると、可変整合器２００の制御を再開し（ステップＳ２０５）、図２に示す調整処理を実行する。

このように、本実施形態では、図２に示す調整処理を停止している場合であっても、図４に示す停止処理を実行している。これにより、送信電力の変動に応じて基準値Ｐ０を補正するとともに、無線装置１の周辺環境が変動するなどしてアンテナ１００の整合が取れなくなった場合に調整処理を再開することができる。したがって、無線装置１の周辺環境の変動等によってアンテナ１００の整合が取れなくなった場合でも自動でアンテナ１００を整合することができる。

以上のように、本実施形態にかかる無線装置１は、アンテナ装置１０を用いることで、送信電力制御に基づいた無線通信を行っている場合であっても、無線通信を行いながらアンテナ１００の自動整合を行うことができる。

（変形例）
図５を用いて、本実施形態にかかる無線装置１の変形例を説明する。図５は、本変形例にかかる無線装置２の構成を示す図である。無線装置２は、プローブ３００の代わりに方向性結合器６００を有する点、及び制御部５０１の調整部５１１を除き図１に示す無線装置１と同じである。なお、図１の無線装置１と同じ構成要素には同一符号を付し説明を省略する。

図５に示す方向性結合器６００は、一端が無線部２０に接続され、他端が可変整合器２００に接続される。方向性結合器６００は、無線部２０が出力した信号のうち、アンテナ１００で送信されずにアンテナ１００から無線部２０へ反射する反射波を取り出す。方向性結合器６００は、反射波を電力検出器４００へ出力する。

電力検出器４００は、方向性結合器６００から受け取った反射波の電力を検出し、検出結果を制御部５０１へ出力する。制御部５０１は、電力検出器４００の検出値Ｐに基づき、アンテナ１００から送信される信号の電力が大きくなるように可変整合器２００の設定値を調整することでアンテナ１００を整合する。

上述した方向性結合器６００は、アンテナ１００からの反射波を取り出す。アンテナ１００が整合しておらず、アンテナ１００から送信される信号の電力が小さいほど、方向性結合器６００が取り出す反射波が大きくなる。そこで、制御部５０１の調整部５１１は、反射波が小さくなるように可変整合器２００を調整する。

具体的には、図２に示す調整処理のステップＳ１０６で、検出値Ｐが基準値Ｐ０以上である場合に可変整合器２００が現状態（状態１）で基本状態に対して収束したと判定し、検出値Ｐが基準値Ｐ０より小さい場合に収束していないと判定する。このように、ステップＳ１０６を「Ｐ≧Ｐ０？」と変更することで反射波が小さくなるように可変整合器２００を調整する。これ以外のステップは図２に示す場合と同じであるため説明を省略する。

以上のように、本変形例では、プローブ３００の代わりに方向性結合器６００を用いることで、アンテナ装置１１は、無線装置２が送信電力制御を行いながら無線通信を行っている場合であっても、無線通信を行いながらアンテナ１００の自動整合を行うことができる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、２ 無線装置
１０、１１ アンテナ装置
２０ 無線部
１００ アンテナ
２００ 可変整合器
２１０ 第１可変素子
２２０ 第２可変素子
３００ プローブ
４００ 電力検出器
５００、５０１ 制御部
５１０、５１１ 調整部
５２０ 検出部
５３０ 補正部
６００ 方向性結合器

本発明の実施形態は、アンテナ装置、アンテナの自動整合方法、無線装置、及び制御装置に関する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、送信電力制御に基づいた無線通信を行いながらアンテナの自動整合を行うことができるアンテナ装置、アンテナの自動整合方法、無線装置、及び制御装置を提供することを目的とする。

Claims (8)

1. 送信電力制御によって送信電力が変動する信号を送信するアンテナと、
   前記アンテナから送信された前記信号の電力を検出する電力検出器と、
   前記アンテナのインピーダンスを整合する可変整合器と、
   基準値と前記電力検出器の検出値との比較結果に基づき、前記電力が大きくなるように前記可変整合器の設定値を調整する調整部と、
   前記検出値の時間変化に基づいて前記送信電力の変動を検出する検出部と、
   前記検出部によって検出された前記送信電力の変動に基づいて前記基準値を補正する補正部と、
   を備えるアンテナ装置。
2. 前記調整部は、前記検出部が前記送信電力の変動を検出した後に前記可変整合器の前記設定値を調整し、調整後の前記検出値と補正後の前記基準値との比較結果に基づいて前記可変整合器の前記設定値を決定する請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記可変整合器は、第１可変素子と第２可変素子とを有し、
   前記調整部は、前記第１可変素子の設定値の調整後に前記電力が小さくなった場合には前記第１可変素子の設定値を調整前の状態に戻したうえで、前記第２可変素子の設定値を調整する請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記調整部は、前記可変整合器の調整後の前記基準値と前記検出値との差が、調整前の前記基準値と前記検出値との差より小さい場合に、前記可変整合器の前記設定値の調整量を、調整前の前記調整量よりも小さくする請求項２又は請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記アンテナから送信された前記信号を受信するプローブをさらに有し、
   前記電力検出器は、前記信号の前記電力として前記プローブの受信信号の電力を検出し、
   前記調整部は、前記電力が大きくなるような前記設定値の調整として、前記検出値が大きくなる前記設定値を決定する請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記アンテナからの反射波を取り出す方向性結合器をさらに有し、
   前記電力検出器は、前記信号の前記電力として前記反射波の電力を検出し、
   前記調整部は、前記電力が大きくなるような前記設定値の調整として、前記検出値が小さくなる前記設定値を決定する請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 送信電力制御によって送信電力が変動する信号をアンテナが送信するステップと、
   前記アンテナから送信された前記信号の電力を電力検出器が検出するステップと、
   前記アンテナのインピーダンスを可変整合器が整合するステップと、
   基準値と前記電力検出器の検出値との比較結果に基づき、前記電力が大きくなるように前記可変整合器の設定値を調整部が調整するステップと、
   前記検出値の時間変化に基づいて前記送信電力の変動を検出部が検出するステップと、
   前記検出部によって検出された前記送信電力の変動に基づいて前記基準値を補正部が補正するステップと、
   を備えるアンテナの自動整合方法。
8. 信号を生成し、前記信号の送信電力制御を行う無線部と、
   送信電力制御によって送信電力が変動する信号を送信するアンテナと、
   前記アンテナから送信された前記信号の電力を検出する電力検出器と、
   前記アンテナのインピーダンスを整合する可変整合器と、
   基準値と前記電力検出器の検出値との比較結果に基づき、前記電力が大きくなるように前記可変整合器の設定値を調整する調整部と、
   前記検出値の時間変化に基づいて前記送信電力の変動を検出する検出部と、
   前記検出部によって検出された前記送信電力の変動に基づいて前記基準値を補正する補正部と、
   を備える無線装置。

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