CN101569105B - 便携式无线通信装置 - Google Patents

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Abstract

一种便携式无线通信装置，其中，壳体天线20具备第1导体部7、接地导体部9以及第1供电部2；第1导体部7是折叠式手机的上部壳体的底板；接地导体部9是折叠式手机的下部壳体的底板；1/4波长单端短路平板天线30具备第1导体部7、第2导体部8、短路导体部10以及第2供电部3；第1供电部2是壳体天线20的供电部；第2供电部3是1/4波长单端短路平板天线30的供电部；第1供电部2及第2供电部3与无线通信电路4连接，实现无线通信。

Description

便携式无线通信装置
技术领域
本发明涉及一种无线通信设备用的天线装置，在利用手机等的移动通信中被进行控制，以在增大通信容量实现高速通信的同时保持良好的通信质量。具体涉及一种具备多输入多输出天线或自适应阵列天线(AdaptiveArray Antenna)的无线通信装置。 
背景技术
作为采用了利用多个天线来同时接收或发送多个信道的无线信号的多输入多输出(Multi-Input Multi-Output，MIMO)技术的天线装置，例如有专利文献1所公开的MIMO天线装置。 
专利文献1所记载的现有的MIMO天线装置包括按等间隔设置的4个天线元件组和主体部。各个天线元件组分别具备极化方向互不相同的4个天线元件。主体部具备：开关部，与各个天线元件连接；信号接收部，经由开关部来对接收信号进行接收；天线控制部，生成针对开关部的控制信号；天线选择部，生成天线元件的组合，并向天线控制部通知选择元件信息；以及天线决定部，基于由天线选择部生成的天线元件所接收到的接收信号，决定特定的天线元件的组合，并向天线控制部通知决定元件信息。 
该现有的MIMO天线装置通过该构成，分别从各个天线元件组中各选一个天线元件来决定天线元件的组合，从而达到减小天线元件间的相关性，充分确保传输容量的目的。 
也就是说，在现有的MIMO天线装置中，多个天线元件同时工作，从而各个天线元件获得尽可能大的接收功率，关系到MIMO解调后的多个信号序列的合计传输速度的高速化。为此，专利文献1所记载的MIMO天线装置中具备比MIMO的同时通信信道数目多的天线元件，通过选择其中接收信号强度大的天线元件来进行MIMO解调，从而实现了上述目的。 
这样的天线元件的选择，在移动通信中，特别在由于移动台(使用者) 的移动或周围环境的时间性变化，致使主极化以及交叉极化的信号强度呈时间性变化或到达角度发生变化的情况下，尤其有效。此外，还能够利用极化特性不同的天线元件来应对极化方向的变化，通过控制天线元件的切换来克服时间性变化。 
如上所述，专利文献1所记载的MIMO天线装置具备多个分别由多个天线元件构成的天线元件组，利用开关部来选择相关最小的天线元件的组合，或传输容量最大的天线元件的组合，从而能够减小天线元件间的相关性，提高传输容量。 
此外，参照专利文献2及3，对将便携式无线装置的一部分用作天线的便携式无线装置的一例进行说明。 
专利文献2所记载的便携式无线设备通过将便携式无线装置的一部分壳体导体作为天线的一部分来工作，这样，无需作为天线的专门元件，从而达到了削减元件数目，降低制造成本，实现薄型化和轻量化的目的。并且，通过将壳体自身作为天线，能够构成更大的天线，从而实现天线的高灵敏度。这样，根据专利文献2所记载的便携式无线设备，在追求小型化的便携式终端中，通过将壳体导体作为天线的一部分来工作，便能够实现高质量的无线通信。 
专利文献3中记载了以减小起因于使用者的手的状态的增益变化为目的的手机，并公开了下述构成：在可折叠的手机1中，上部壳体3内的屏蔽盒(shield box)14与下部壳体4内的发送电路15的输出端子通过软导线(flexible cable)9连接，屏蔽盒14作为天线来使用(专利文献3的图3)。这样，通过将屏蔽盒14作为天线来使用的构成，能够减小起因于使用者的手的状态的增益变化。 
此外，参照专利文献4，对具有小型底板的1/4波长单端短路平板天线的一例进行说明。 
专利文献4所记载的1/4波长单端短路平板天线通过使底板小型化来达到实现宽带化和无线设备小型化的目的。尤其是寻呼机(pager)等小型便携式无线机器因其薄型的平板构造，而具有起因于电子电路以及人体的接近的增益变化小，极为小型、轻便的特征。也就是说，该现有例的天线最适合于作为小型便携式无线机器用的天线，在追求小型化的便携式终端中， 通过使用小型且薄型的平板构造，从而能够实现高质量的无线通信。 
然而，专利文献1所记载的现有的MIMO天线装置中却存在下述问题。 
如上所述，该现有的MIMO天线装置为了获得尽可能大的接收功率，所具有的构成是：具备比MIMO的同时通信信道数目多的天线元件，通过选择其中接收信号强度大的天线元件来进行MIMO解调。但是，像手机那样具有1波长或更小尺寸的小型机器在搭载多个天线元件组的情况下天线间隔变小，由于在极化一致的天线间构成阵列来进行MIMO通信，所以存在因天线之间的互耦而导致的辐射效率降低的问题。 
另一方面，专利文献2所记载的现有的便携式无线装置存在下述问题。 
该现有的便携式无线装置通过将壳体导体的一部分用作天线来实现小型化，并提出了适合于单个天线或与缝隙天线(slot antenna)进行切换分集的构造。然而，即使在切换分集中，也是1个天线工作，所以不会有天线之间的互耦的问题，因此没有考虑到降低互耦的天线构成。换言之，在需要多个天线同时工作的MIMO天线或自适应阵列天线中，不能将专利文献2所记载的便携式无线装置用于MIMO天线。 
此外，专利文献3所记载的手机或专利文献4所记载的现有的天线中，也仅设想了单个天线工作，而没有考虑到多个天线同时工作的MIMO天线或自适应阵列天线的构成。 
【专利文献1】特开2004-312381号公报 
【专利文献2】特开2004-274730号公报 
【专利文献3】日本特许第3830773号说明书 
【专利文献4】特公平6-1848号公报 
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种不仅形状小型，而且天线之间的互耦小，从而使多个供电天线元件同时保持良好的接收状态的移动台用的无线通信装置， 
本发明涉及一种具备多个天线元件的便携式无线通信装置。为达到上述目的，本发明的一种形态是，具备：第1导体部；第2导体部，与第1 导体部以规定的间隔平行地设置；短路导体部，将第1导体部的一端部和与该一端部正对的第2导体部的一端部电连接；接地导体部，与第1导体部仅间隔规定的距离；及无线通信电路；经由设置于第1导体部与接地导体部之间的第1供电部，将第1导体部上的第1供电点和无线通信电路连接，从而使第1导体部和接地导体部作为第1天线元件工作；经由设置于第1导体部与第2导体部之间的第2供电部，将第2导体部上的第2供电点和无线通信电路连接，从而使第1导体部、第2导体部以及短路导体部作为第2天线元件工作。 
若将从第2导体部中连接短路导体部的一端部到与一端部正对的开放端部的、经过第2供电点的路径长度，与用于连接第1导体部和第2导体部的短路导体部的长度的合计长度设为通信信号波长的1/4，则能够使第2天线元件作为1/4波长单端短路平板天线工作。也可以将由导电性材料形成的便携式无线通信装置的壳体的一部分作为第1导体部来使用。此外，无线通信电路也可以安装于第1导体部。 
此外，若期望在不同的2个频率中使1个第2天线元件工作的情况下，可以根据各个频率来设置2个短路导体部以进行切换。该情况下的短路导体部可以考虑：含有电感器(inductor)和电容器(capacitor)的并联谐振电路(Parallel Resonance Circuit)，或由控制部控制的开关电路等。 
在此，若还具备：自适应控制电路，对第1及第2天线元件所接收到的无线信号分别执行自适应控制处理，并合并经自适应控制后的无线信号；解调电路，解调合并后的无线信号的同时，分别解调第1天线元件单个接收到的无线信号以及第2天线元件单个接收到的无线信号；以及，装置控制电路，对解调合并后的无线信号后得到的信号完整性(Signal Integrity)和解调第1及第2天线元件所接收到的无线信号后得到的各个信号完整性进行比较，控制自适应控制电路，以使具有根据该比较而判断的最佳信号完整性的无线信号被接收；则本发明的便携式无线通信装置能够作为自适应天线工作。 
此外，若还具备：第1处理电路，对第1及第2天线元件所接收到的无线信号执行自适应控制处理；第2处理电路，对第1及第2天线元件所接收到的无线信号执行选择分集处理；选择电路，对从第1处理电路输出 的无线信号的信号完整性和从第2处理电路输出的无线信号的信号完整性进行比较，选择并输出具有良好的信号完整性的信号；则本发明的便携式无线通信装置能够作为选择分集天线工作。 
此外，若还具备：自适应控制电路，对第1及第2天线元件所接收到的无线信号分别执行自适应控制处理，并合并经自适应控制后的无线信号；装置控制电路，检测出第1及第2天线元件所接收到的各个无线信号的相位及振幅，并对自适应控制电路进行控制，以对无线信号进行最大比合并；则本发明的便携式无线通信装置能够作为合并分集天线工作。 
此外，若还具备MIMO解调电路，对第1及第2天线元件所接收到的无线信号分别执行MIMO解调处理，并输出1个解调信号；则本发明的便携式无线通信装置能够作为MIMO天线工作。 
根据上述本发明，在不大幅度增加天线的元件数目的情况下，便能够在小型终端实现阵列天线。此外，通过将壳体自身作为天线，能够尽可能地实现天线的大型化。此外，通过将1/4波长单端短路平板天线的短路边设置为面向壳体天线的供电部，能够降低天线之间的互耦。并且，将天线按辐射方向的不同进行设置，能够降低天线之间的相关系数(correlationcoefficient)。由此，能够提高作为阵列天线的性能，从而提供工作更好的MIMO天线或自适应阵列天线。 
附图说明
图1是本发明的第1实施方式所涉及的便携式无线通信装置的内部构成的示意图。 
图2是壳体天线20的构成示意图。 
图3是壳体天线20的电流方向、电场方向以及辐射图形的简图。图4是1/4波长单端短路平板天线30的构成示意图。 
图5是被1/4波长单端短路平板天线30激励的电场的方向及辐射图形的简图。 
图6是壳体天线20的试制例的说明示意图。 
图7是图6的壳体天线20的阻抗特性的示意图。 
图8是图6的壳体天线20的辐射图形的示意图。 
图9是1/4波长单端短路平板天线30的试制例的说明示意图。 
图10是图9的1/4波长单端短路平板天线30的阻抗特性的示意图。 
图11是图9的1/4波长单端短路平板天线30的辐射图形的示意图。 
图12是组合了两个天线的天线阵列的试制例的示意图。 
图13是图12的天线阵列的阻抗特性的示意图。 
图14是图12的天线阵列的反射特性和互耦特性的示意图。 
图15是天线阵列中壳体天线20的辐射方向性的示意图。 
图16是天线阵列中1/4波长单端短路平板天线30的辐射方向性的示意图。 
图17是本发明的第1实施方式所涉及的其他便携式无线通信装置的内部构成示意图。 
图18是本发明的第2实施方式所涉及的便携式无线通信装置的内部构成示意图。 
图19是图18中的1/4波长单端短路平板天线30的构成示意图。 
图20是用于实现短路导体部33a及33b的具体电路例的示意图。 
图21是图20所示的电路的史密斯圆图。 
图22是用于实现短路导体部33a及33b的其他的具体电路例的示意图。 
图23是本发明的第3实施方式所涉及的自适应天线装置的构成示意图。 
图24是示出由图23的控制器103所执行的自适应控制处理的流程图。 
图25是本发明的第4实施方式所涉及的选择分集天线装置的构成示意图。 
图26是本发明的第5实施方式所涉及的合并分集天线装置的构成示意图。 
图27是本发明的第6实施方式所涉及的MIMO天线装置的构成示意图。 
附图标记说明 
2、3、3a供电部 
4无线通信电路 
5、6供电线路 
7、8导体部 
9接地导体部 
10、33a、33b短路导体部 
20壳体天线 
30单端短路平板天线 
41电感器 
42电容器 
43开关 
100a～d、201、202、401a～c、501a～c、507天线元件 
101、502A/D转换电路 
102自适应控制电路 
103、405、505控制器 
104a～d、402a～c可变放大器 
105a～d、403a～c可变移相器 
106、406信号合并器(signal combining device) 
107解调器 
109判定器 
203、204处理电路 
205、206检波器 
207信号完整性监测电路 
208选择电路 
404a～c接收信号检波器 
503MIMO解调电路 
504信号电平比较电路 
506无线发送电路 
具体实施方式
以下参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。在说明本发明的实施方式的所有附图中，对具有相同功能的构成要素付上同一标记，并省略 其重复说明。 
(第1实施方式) 
图1是示出本发明的第1实施方式的便携式无线通信装置的内部构成的正视图及侧视图。图1中，第1实施方式的便携式无线通信装置具备：第1供电部2、第2供电部3、无线通信电路4、第1供电线路6、第2供电线路5、第1导体部7、第2导体部8、接地导体部9以及短路导体部10。 
第1实施方式的便携式无线通信装置以天线阵列的构成，具备：将壳体导体的一部分作为天线来使用的壳体天线及，以该壳体导体的一部分作为底板的1/4波长单端短路平板天线。第1供电部2是经由第1供电线路6向壳体天线提供电源的供电部。第2供电部3是经由第2供电线路5向1/4波长单端短路平板天线提供电源的供电部。第1供电部2及第2供电部3与无线通信电路4连接，实现无线通信。该无线通信电路4中包括滤波器、放大器或混频器(Mixer)等高频电路以及调制器或解调器等基带电路。 
首先，结合图2及图3说明壳体天线20的动作，并结合图4及图5说明1/4波长单端短路平板天线30的动作。 
图2示出壳体天线20的简要构成。该壳体天线20具备：第1导体部7、接地导体部9以及第1供电部2。第1导体部7是折叠式手机的上部壳体的底板。接地导体部9是折叠式手机的下部壳体的底板。第1供电部2设置于连接第1导体部7和接地导体部9的合页部分。 
图3是示出壳体天线20的电流方向、电场方向以及辐射图形的简图。如图3所示，壳体天线20中，第1导体部7和接地导体部9中流有高频电流24，并因此而辐射出电波。由于电流的流动方式与偶极子天线(DipoleAntenna)相同，所以得到的辐射方向性为：面向纸面(ZY平面)呈8字形的方向性25，在与纸面垂直的面(XY平面)呈无方向性。并且，辐射电波的电场方向26与高频电流24平行。 
图4示出1/4波长单端短路平板天线30的简略构成。该1/4波长单端短路平板天线30具备：第1导体部7、第2导体部(上层导体部)8、短路导体部10以及第2供电部3。第1导体部7与第2导体部8平行地设置，并距离规定的间隔。通过宽度为该规定的间隔的短路导体部10，第1导体部7的短边与第2导体部8的短边实现电连接。此外，短路导体部10也可以 设置于第1导体部7和第2导体部8的长短边之间。第2供电部3在第1导体部7和第2导体部8之间进行供电。在该1/4波长单端短路平板天线30中，第2导体部8的长边距离(虚线a)与短路导体部10的短边距离(虚线b)的合计长度被设计为通信信号波长的1/4，其中，第2导体部8的长边通过源于第2供电部3的供电点。 
图5是示出被1/4波长单端短路平板天线30激励的电场的方向以及辐射图形的简图。如图5所示，在1/4波长单端短路平板天线中，由于第2供电部3的供电，第1导体部7与第2导体部8之间产生电场35，并且，短路导体部10作为反射板工作，所以获得在Z方向强的辐射方向性36。 
接着，结合图6～图11，分别对壳体天线20以及1/4波长单端短路平板天线30的试制例进行说明。 
图6是壳体天线20的试制例。该试制例中，将第1导体部7以及接地导体部9的形状都设定为45mm×90mm的长方形，并设定第1导体部7与接地导体部9之间距离5mm。此外，图7及图8中示出阻抗特性(输入电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)及辐射图形(XY平面))。从图7可知，壳体天线20在1.4GHz处产生谐振。图8是频率为1.4GHz时的辐射图形。从图8可知，获得在X方向稍强的方向性。这是由于供电部与天线不对称的缘故。但可以得知获得了大致无方向性。 
图9是1/4波长单端短路平板天线30的试制例。该试制例中，将第1导体部7设定为45mm×90mm的长方形，第2导体部8设定为45mm×60mm的长方形，短路导体部10设定为45mm×5mm的长方形。此外，图10及图11示出阻抗特性(输入VSWR)及辐射图形(XY平面)。从图11可知，1/4波长单端短路平板天线30在1.3GHz处产生谐振。因1.3GHz的波长为231mm，那么1/4波长则为58mm，这与第2导体部8的长边＝60mm几乎一致。此外，还可以得知的是，在频率1.4GHz也获得VSWR接近于“1”的良好的阻抗特性。另外，图11是频率为1.4GHz时的辐射图形。从图11可以得知，获得在Y方向稍强的方向性。如图5所示，这是由于短路导体部10作为反射板工作的缘故。 
如上所述，由于壳体天线20与1/4波长单端短路平板天线30的辐射方向性不同，所以可以估计天线之间的相关系数低。因此，作为MIMO天 线、自适应阵列天线以及最大比合并等的阵列天线，能够实现良好的阵列特性。 
接着，对由壳体天线20和1/4波长单端短路平板天线30组合而成的天线阵列进行说明。 
图12是组合图6的壳体天线20和图9的1/4波长单端短路平板天线30而构成的天线阵列的试制例。此外，图13示出两个天线的阻抗特性(输入VXWR)，图14示出两个天线的反射特性和互耦特性(天线间通过特性)。 
从图13可知，阵列天线在1.3GHz处产生谐振。将图13与图7及图10进行比较可以得知，阵列天线的阻抗特性与单个的阻抗特性相比，几乎没有发生变化。换言之，构成阵列天线的两个天线互相都难以受到来自另一方天线的影响。这是由于设置在壳体天线20的第1供电部2与1/4波长单端短路平板天线30的第2供电部3之间的短路导体部10提高了屏蔽效果的缘故。 
由此，按照每个天线个体来设计天线成为可能，从而具有提高设计的容易性的效果。并且，从图14可知互耦特性为-10dB以下。因此，一方天线的功率被另一方天线所吸收的功率为1/10以下，一方天线的辐射效率的降低程度为-0.5dB以下，从而能获得下降程度小、良好的辐射效率。 
图15及图16示出天线阵列时的壳体天线20及1/4波长单端短路平板天线30的辐射方向性。与单个时相比可以得知，虽然图16的1/4波长单端短路平板天线30的辐射方向性稍微变弱，但与壳体天线20都获得与单个天线时同样的方向性，并且，由天线阵列化所引起的方向性的变化小。 
如上所述，根据本发明的第1实施方式的便携式无线通信装置，能够获得天线间的互耦小，方向性不同的、良好的阵列特性，并且能够实现适合于小型便携式无线装置的、最佳的天线。 
此外，上述第1实施方式中，对无线通信电路4安装于接地导体部9的例子进行了说明。但如图17所示，无线通信电路4也可以安装于第1导体部7。通过这样的构成，具有缩短向第2供电部3布线的第2供电线路5的效果。此外，由于第1导体部7成为第1供电部2及第2供电部3共同的接地部分，所以还具有能够实现接地的稳定化及构造的简单化的优点。 
此外，在上述第1实施方式中以图1所示的折叠式构造的便携式无线 通信装置为例，进行了说明，但本发明的天线阵列构成也可以应用于其他各种构造(直板式或滑动式)的便携式无线通信装置。 
此外，若便携式无线通信装置的壳体的一部分由导电性材料形成，该部分还能够作为第1导体部7来使用。 
(第2实施方式) 
图18是透视本发明的第2实施方式的便携式无线通信装置的内部构成的正视图。该第2实施方式的便携式无线通信装置的构成是在上述第1实施方式的便携式无线通信装置的基础上增设第2供电部3a。 
第2供电部3是用于获得1/4波长单端短路平板天线30的长边方向的谐振的供电部，而上述第2供电部3a是用于获得1/4波长单端短路平板天线30的短边方向的谐振的供电部。在该例子中，通过第2供电部3获得低频率(第1频率)，通过第2供电部3a获得高频率(第2频率)。此外，在本实施方式的构成中，由于2个谐振的方向垂直，所以还能够获得相互难以受到影响的效果。 
接着，结合图19，对用于实现第2实施方式的便携式无线通信装置的1/4波长单端短路平板天线30的构造进行说明。 
第2实施方式的1/4波长单端短路平板天线30中，作为短路导体部，设置有针对第1频率的短路导体部33a和针对第2频率的短路导体部33b。要在第1频率产生谐振的情况下，使短路导体部33a成为短路，短路导体部33b成为开路。另一方面，要在第2频率产生谐振的情况下，使短路导体部33a成为开路，短路导体部33b成为短路。由此，便能够实现2个正交的谐振。 
图20示出用于实现短路导体部33a及33b的具体的电路例。 
图20(a)是具备电感器41和电容器42的并联谐振电路，在谐振频率处阻抗为无穷大，成为开路状态。此时的史密斯圆图(Smith Chart)如图21(a)所示。该例子中设计的是在第2频率f2获得谐振。此时，在第1频率f1变为低阻抗而成为短路状态。另一方面，如图21(b)所示，若将电感器41及电容器42的大小设定为在第1频率f1产生谐振，则在第1频率f1成为开路状态，在比第1频率f1高的第2频率f2变为低阻抗而成为短路状态。 
图20(b)是具备电感器41和电容器42的串联谐振电路，在谐振频率处 阻抗为0，成为短路状态。此时的史密斯圆图如图21(a)所示。该例子中设计的是在第1频率f1获得谐振。此时，在第2频率f2变为高阻抗而成为接近开路的状态。另一方面，如图21(b)所示，若将电感器41及电容器42的大小设定为在第2频率f2产生谐振，则在第2频率f2成为短路状态，在比第2频率f2低的第1频率f1变为高阻抗而成为接近开路的状态。 
另一方面，还能够用如图22所示的开关43来代替短路导体部33a及33b。该情况下，要在第1频率动作时，连接代替短路导体部33a的开关43，并断开代替短路导体部33b的开关43。此外，要在第2频率动作时，连接代替短路导体部33b的开关43，并断开代替短路导体部33a的开关43。 
如上所述，根据本发明的第2实施方式的便携式无线通信装置，通过将根据频率来改变阻抗的电路用作短路导体部33a及33b，能够在1个装置中实现2个频率的谐振动作。 
(第3实施方式) 
图23是示出本发明的第3实施方式的自适应天线装置的构成的图。图23中，第3实施方式的自适应天线装置具备：4个天线元件100a～d、模拟/数字转换电路(A/D转换电路)101、自适应控制电路102、控制器103、判定器109及解调器107。该4个天线元件100a～d中的任意2个中应用了上述第1实施方式中所说明的壳体天线20及1/4波长单端短路平板天线30。 
图23中，各个天线元件100a～d所接收到的无线信号被分别输入到A/D转换电路101及自适应控制电路102。A/D转换电路101具备与各个天线元件100a～d相对应的A/D转换器，将各个天线元件100a～d所接收到的模拟无线信号分别转换为数字信号后，输出到控制器103。 
自适应控制电路102具备4个可变放大器104a～d，4个可变移相器105a～d及信号合并器106。可变放大器104a～d的可变振幅量与可变移相器105a～d的移相量由控制器103控制。天线元件100a所接收到的无线信号经由可变放大器104a及可变移相器105a被输出到信号合并器106；天线元件100b所接收到的无线信号经由可变放大器104b及可变移相器105b被输出到信号合并器106；天线元件100c所接收到的无线信号经由可变放大器104c及可变移相器105c被输出到信号合并器106；天线元件100d所接收到的无线信号经由可变放大器104d及可变移相器105d被输出到信号合 并器106。信号合并器106将所输入的4个无线信号合并(相加)后输出到解调器107。 
解调器107通过规定的数字解调方式，将从信号合并器106输入的合并无线信号解调为解调信号，即基带信号后，输出到输出端子108及判定器109。判定器109基于包含在所输入的基带信号中的、且预先所决定的参考模式(reference pattern)期间内的参考模式来测定错误率后，输出到控制器103。控制器103利用之后将详述的自适应控制方法对自适应控制电路102进行控制，以使接收并解调的是具有最佳信号完整性的无线信号。 
此外，图23中，省略了用于处理无线信号的基本构成、高频滤波器、高频放大器、高频电路、中频电路以及信号处理电路等。即，该自适应控制电路102中既可以在载波频率执行处理，也可以在中间频率执行处理。此外，在自适应控制电路102中，可变放大器104a～d和可变移相器105a～d的构成顺序也可以颠倒。 
首先，对自适应天线装置的自适应控制方法进行如下说明。 
自适应天线装置应用了，使天线的辐射图形在期望电波的到达方向最大化(即，使天线的辐射图形中的主波束实质朝向期望波方向)，使成为妨碍的干涉波的方向朝向辐射图形的NULL(即，使天线的辐射图形中的NULL实质朝向干涉波方向)，来实现稳定的无线通信的自适应控制技术。一般地，自适应天线装置通过向各个天线元件100a～d所接收到的无线信号(或，无线信号经频率转换后获得的中间频率信号)提供振幅差和相位差而进行控制，以获得最大的期望信号功率和最小的干涉信号功率。 
在各个天线元件100a～d中，热噪声成分通常与期望波一起被接收。并且，还有从相邻基站发出的同一频率的同一信道干涉波、或期望波由于经由大的路径到来的缘故而产生了时间上的延迟的延迟波被接收的情况。延迟波在电视播放或收音机播放等模拟无线通信系统中，例如作为电视图像接收机上所显示的重影(Ghost)致使画面显示的质量降低。另一方面，在数字无线通信系统中，热噪声成分、同一信道干涉波或延迟波都作为误码而产生影响，并直接降低信号完整性。这里，若设期望波功率为C，热噪声功率为N，含有同一信道干涉波和延迟波的干涉波功率为I，为了改善信号完整性，自适应控制天线装置则最好进行自适应控制以使C/(N+I)达到最 大。 
接着，具体说明自适应天线装置的自适应控制动作。 
各个天线元件100a～d所接收到的无线信号在A/D转换电路101中被转换为数字信号x(t)(在本实施方式中是具有4个分量的信号矢量)，并被输入到控制器103。控制器103决定使从自适应控制电路102输出的无线信号y(t)的信号完整性达到最佳的、自适应控制电路102内可变放大器104a～d的振幅量和可变移相器105a～d的移相量。 
含有这些振幅量和移相量的加权系数的计算方法如下所示。此外，加权系数Wi用振幅量Ai和移相量φi，通过下式(1)来定义。 
Figure G2008800012622D00141
其中，j为虚数单位。并且，i取1～4的值，并分别与处理各个天线元件100a～d所接收到的无线信号的系统相对应。以下，定义以加权系数Wi为分量的加权系数矢量W，示出求加权系数Wi的方法。 
有多种求加权系数Wi的方法，在此示出应用最小均方算法(LMS：LeastMeans Squares)的例子。该方法中，自适应天线装置预先存有包含在已知的期望波中的信号序列，即参考信号r(t)，并进行控制，以使包含在所接收到的无线信号中的信号序列接近参考信号r(t)。这里，作为一例，示出控制器103中预先存有参考信号r(t)的情况。具体而言，控制器103对自适应控制电路102进行控制，使无线数字信号x(t)与具有振幅量及移相量的成分的加权系数w(t)相乘。通过下式(2)求出该加权系数w(t)乘以无线数字信号x(t)后获得的结果与参考信号r(t)的残差e(t)。 
e(t)＝r(t)-W(t)×x(t)...(2) 
其中，残差e(t)取正值或负值。因此，通过上式(2)求得的残差e(t)的平方值的最小值通过递推的反复计算而获得。即，通过多次反复计算而获得的第(m+1)次的加权系数w(t，m+1)，用第m次的加权系数w(t，m)，通过下式(3)而获得。 
W(t，m+1)＝W(t，m)+u×x(t)×e(t，m)...(3) 
其中，u被称为步长(step size)，虽然具有步长u越大，使加权系数w收敛为最小值的反复计算次数就会变少的优点，但却存在如果步长u过大，在最小值附近便会产生振动的缺点。因此，需要十分注意根据系统来对步长u进行选定。相反地，加权系数w会由于步长u的减小而稳定地收敛为最小值。但反复计算的次数会增加。而反复计算的次数增加，便需要花费长时间来求出加权系数。如果算出加权系数w的时间比周围环境的变化时间(例如，数毫秒)慢，那么通过该加权系数w便不能改善信号完整性。于是，在决定步长u时必须尽量选择高速且稳定的收敛条件。并且，残差e(t，m)被定义为下式(4)。
e(t，m)＝r(t)-W(t，m)×x(t)   ...(4) 
利用该式(4)的值来递推地更新式(3)。此外，用于求出加权系数w的最大反复计算次数的设定要在算出加权系数的时间不慢于无线系统的切换时间的范围内。 
在此作为一例，对基于最小均方算法的无线通信系统的自适应控制的判定法进行了说明，但本发明并不局限于此，例如也可以应用判定更快的最小二乘算法(RLS：Recursive Least Squares)，样本矩阵求逆(SMI：SampleMatrix inversion)法。尽管通过这些方法判定得快，但判定器109中的计算却变得复杂。此外，在信号序列的调制方式是如数字相位调制那样具有一定的包络线的恒定包络调制时，也可以应用恒模算法(CMA：ConstantModulus Algorithm)。 
图24是示出由图23的控制器103执行的自适应控制处理的流程图。 
图24中，首先，控制器103从A/D转换电路101获取各个天线元件100a～d的接收数据(步骤S1)。接着，控制器103基于所取得的接收数据，计算自适应控制所要求的振幅量及移相量(步骤S2)，并根据该所计算出的振幅量和移相量来控制自适应控制电路102(步骤S3)。解调器107解调从自适应控制电路102输出的接收信号(步骤S4)。判定器109对解调器107所输出的接收信号进行判定(步骤S4)。控制器103获取判定器109所判定的信号完整性，即错误率(步骤S4)。然后，控制器103判断所取得的错误率是否为规定的阈值以上(步骤S5)。 
当在步骤S5中判断错误率为10-5以上时，控制器103从A/D转换电路101再次获取各个天线元件100a～d的接收数据(步骤S1)。而当在步骤S5中判断错误率未满10-5时，控制器103控制自适应控制电路102，并从判定器109分别获取各个天线元件100a～d单个时的错误率(步骤S6)。 
这里，各个天线元件100a～d单个时是指仅使天线元件100a～d中的 一个工作的状态。例如，天线元件100a单个时是指：仅使天线元件100a工作而不使天线元件100b～d工作。具体地，该情况下，将可变放大器104a的增幅度设定为“1”且可变移相器105a的移相量为“0”，并设定可变放大器104b～d的增幅度为“0”。 
最后，控制器103把自适应控制合并输出时的错误率和各个天线元件100a～d单个时的接收信号的错误率分别进行比较，选择最佳的错误率，并控制自适应控制电路102，以使具有所选择的最佳的错误率的接收信号被接收(步骤S7)。 
此外，图24中，在从步骤S5返回步骤S1，或从步骤S7返回步骤S1的情况下，最好仅在规定的时间内待机。 
如上所述，根据本发明的第3实施方式的自适应天线装置，利用4个天线元件100a～d边进行自适应控制边检查错误率，并在错误率为未满规定的阈值时，测定各个天线元件100a～d单个时的各个接收信号的错误率，并控制自适应控制电路102，以使具有最佳的错误率的接收信号被接收。这样，通过进行自适应控制和各个天线元件单个时的切换控制，能够始终选择具有最佳的信号完整性的接收信号。 
(第4实施方式) 
图25是本发明的第4实施方式所涉及的选择分集天线装置的构成示意图。图25中，第4实施方式所涉及的选择分集天线装置具备：2个天线元件201及202、2个处理电路203及204、信号完整性监测电路207以及选择电路208。该2个天线元件201及202应用了上述第1实施方式中所说明的壳体天线20及1/4波长单端短路平板天线30。 
首先，天线元件201及202所接收到的各个无线信号被分别输入到处理电路203及204。处理电路203对所输入的无线信号执行自适应控制处理后，输出到检波器205及信号完整性监测电路207。在此，处理电路203通过抑制所接收到的无线信号中的干涉波来保持良好的信号完整性。即在延迟波或来自相邻基站的同一信道干涉波到来的情况下具有很大效果。此外，处理电路204对所输入的无线信号执行选择分集处理后，输出到检波器206及信号完整性监测电路207。在此，处理电路204通过从天线元件201及202分别所接收到的无线信号中选择具有较大接收功率的无线信号， 来保持良好的信号完整性。即，在诸如衰减这样接收功率的变动大的情况下将发挥很大效果。 
这里，信号完整性监测电路207对通过解调经处理电路203进行了自适应控制的无线信号而获得的基带信号的信号完整性，和经处理电路204进行了选择分集处理的无线信号的信号完整性进行判定。然后，选择电路208基于信号完整性监测电路207的判定结果，选择来自于与具有更加良好的信号完整性的信号对应的检波器205或206的基带信号，并将所选择的基带信号输出到输出端子209。 
如上所述，根据本发明的第4实施方式的选择分集天线装置，能够解决移动通信系统中导致接收信号的信号完整性降低的两大要因，即干涉波和衰减。 
(第5实施方式) 
图26是本发明的第5实施方式的合并分集天线装置的构成示意图。图26中，第5实施方式的合并分集天线装置具备：3个天线元件401a～c、可变放大器402a～c、可变移相器403a～c、信号合并器406、接收信号检波器404a～c及控制器405。可变放大器402a～c是具有正或负的增幅度的放大器，并能够作为衰减器动作。该3个天线元件401a～c中的任意2个应用了上述第1实施方式中所说明的壳体天线20及1/4波长单端短路平板天线30。 
图26中，各个天线元件401a～c所接收到的无线信号被分别输入到可变放大器402a～c及接收信号检波器404a～c。各个接收信号检波器404a～c检测出各个无线信号的相位及振幅，并将该检测数据输出到控制器405。控制器405使用公知的适应控制方法对可变放大器402a～c的增幅度和可变移相器403a～c的移相量进行控制，以使天线元件401a～c所接收到的3个无线信号以最大比合并。即，一方面，可变放大器402a～c对无线信号实施与无线信号间的比率相应的放大或衰减，另一方面，可变移相器403a～c使无线信号的相位一致，并输出到信号合并器406。信号合并器406通过最大比合并将所输入的3个无线信号进行同相合并后，输出到输出端子407。 
如上所述，根据本发明的第5实施方式的合并分集天线装置，能够获 得稳定的接收功率。 
(第6实施方式) 
图27是本发明的第6实施方式的MIMO天线装置的构成示意图。图27中，第6实施方式的MIMO天线装置具备：3个供电天线元件501a～c、模拟/数字转换电路(A/D转换电路)502、MIMO解调电路503、信号电平比较电路504、控制器505、无线发送电路506以及发送天线元件507。上述3个供电天线元件501a～c中的任意2个应用了上述第1实施方式中所说明的壳体天线20及1/4波长单端短路平板天线30。 
3个供电天线元件501a～c用于从MIMO发送基站设备(图未示)分别接收以规定的MIMO调制方式而发送的3个不同的无线信号。供电天线元件501a～c将所接收到的各个无线信号输入到A/D转换电路502。A/D转换电路502具备分别与所输入的各个无线信号相对应的3个A/D转换器，通过这些A/D转换器对各个无线信号个别地执行A/D转换处理，并将处理后的各个信号(以下称接收信号)分别输出到MIMO解调电路503和信号电平比较电路504。 
MIMO解调电路503对3个接收信号执行MIMO解调处理后，输出1个解调信号。信号电平比较电路504对3个接收信号的信号电平进行相互比较，并将比较结果的信息输出到控制器505。控制器505根据MIMO适应控制处理的结果，也可以变更MIMO发送端基站设备及MIMO解调电路503中所使用的MIMO通信方式。即，控制器505利用无线发送电路506及发送天线元件507，发送请求MIMO发送端基站设备变更MIMO发送端基站设备中的MIMO调制方式的控制信号，并同时使MIMO解调电路503中所使用的MIMO解调方式变更。 
第6实施方式的MIMO天线装置最好根据需要，在A/D转换电路502的前段设置用于从供电天线元件501a～c所接收到的各个无线信号中分离规定频率的信号的高频滤波器，及用于放大信号的高频放大器。此外，第6实施方式的MIMO天线装置最好根据需要，在MIMO解调电路503的前段设置用于转换由A/D转换电路502输出的各个接收信号的频率的混频电路等高频电路、中频电路及信号处理电路等。此外，为了简化说明，本申请的说明书及附图中省略了上述构成要素。 
工业实用性 
本发明能够应用于具备MIMO天线或自适应阵列天线的无线通信设备等，尤其适用于使用了手机等的移动通信中，为了使通信容量增大来实现高速通信的同时保持良好的通信品质而进行控制的情况。 

Claims (17)

1.一种便携式无线通信装置，具备多个天线元件，并且包括：
第一导体部；
第二导体部，与所述第一导体部以规定的间隔平行地设置；
短路导体部，将所述第一导体部的一端部和与该一端部正对的所述第二导体部的一端部电连接；
接地导体部，与所述第一导体部仅间隔规定的距离；及
无线通信电路；
经由设置于所述第一导体部和所述接地导体部之间的第一供电部，将所述第一导体部与所述无线通信电路连接，从而使所述第一导体部及所述接地导体部作为壳体天线工作；
经由设置于所述第一导体部和所述第二导体部之间的第二供电部，将所述第二导体部与所述无线通信电路连接，从而使所述第一导体部、所述第二导体部及所述短路导体部作为1/4波长单端短路平板天线工作；
将从所述第二导体部的连接所述短路导体部的一端部到所述第二导体部的与该一端部正对的开放端部的、且通过源于所述第二供电部的供电点的路径长度，与所述短路导体部的长度的合计长度设定为通信信号波长的1/4，其中，所述短路导体部连接所述第一导体部和所述第二导体部。
2.根据权利要求1所述的便携式无线通信装置，其特征在于：
将由导电性材料形成的所述便携式无线通信装置的壳体的一部分用作所述第一导体部。
3.根据权利要求1所述的便携式无线通信装置，其特征在于：
所述无线通信电路安装于所述第一导体部上。
4.根据权利要求1所述的便携式无线通信装置，其特征在于，
还具备：
自适应控制电路，对所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号分别执行自适应控制处理，并合并经自适应控制后的无线信号；
解调电路，解调所述合并后的无线信号的同时，分别对所述壳体天线单个所接收到的无线信号及所述1/4波长单端短路平板天线单个所接收到的无线信号进行解调；及
装置控制电路，对解调所述合并后的无线信号后得到的信号完整性，与解调所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号后得到的各个信号完整性进行比较，并控制所述自适应控制电路，以使具有通过所述比较而判断的最佳的信号完整性的无线信号被接收。
5.根据权利要求1所述的便携式无线通信装置，其特征在于，
还具备：
第一处理电路，对所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号执行自适应控制处理；
第二处理电路，对所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号执行选择分集处理；及
选择电路，对从所述第一处理电路输出的无线信号的信号完整性和从所述第二处理电路输出的无线信号的信号完整性进行比较，选择并输出具有良好的信号完整性的信号。
6.根据权利要求1所述的便携式无线通信装置，其特征在于，
还具备：
自适应控制电路，对所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号分别执行自适应控制处理，并合并经自适应控制后的无线信号；及
装置控制电路，检测出所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的各个无线信号的相位及振幅，并控制所述自适应控制电路，以对由壳体天线及1/4波长单端短路平板天线接收的无线信号进行最大比合并。
7.根据权利要求1所述的便携式无线通信装置，其特征在于：
还具备，
多输入多输出解调电路，对所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号分别执行多输入多输出解调处理，并输出一个解调信号。
8.一种便携式无线通信装置，具备多个天线元件，并且包括：
第一导体部；
第二导体部，与所述第一导体部以规定的间隔平行地设置；
设置于所述第一导体部的一端部和与该一端部正对的所述第二导体部的一端部之间的、电感器与电容器并联连接的第一并联谐振电路；
设置于所述第一导体部的另一端部和与该另一端部正对的所述第二导体部的另一端部之间的、电感器与电容器并联连接的第二并联谐振电路；
接地导体部，与所述第一导体部仅间隔规定的距离；及
无线通信电路；
所述第一并联谐振电路，使所述第一导体部和所述第二导体部针对第一频率的信号进行电连接，而针对第二频率的信号断开电连接；
所述第二并联谐振电路，使所述第一导体部和所述第二导体部针对第一频率的信号断开电连接，而针对第二频率的信号进行电连接；
经由设置于所述第一导体部和所述接地导体部之间的第一供电部，将所述第一导体部与所述无线通信电路连接，从而使所述第一导体部及所述接地导体部作为壳体天线工作；
经由设置于所述第一导体部和所述第二导体部之间的第二供电部，将所述第二导体部与所述无线通信电路连接，从而使所述第一导体部、所述第二导体部及所述第一及第二并联谐振电路作为1/4波长单端短路平板天线工作。
9.根据权利要求8所述的便携式无线通信装置，其特征在于，
还具备：
自适应控制电路，对所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号分别执行自适应控制处理，并合并经自适应控制后的无线信号；
解调电路，解调所述合并后的无线信号的同时，分别对所述壳体天线单个所接收到的无线信号及所述1/4波长单端短路平板天线单个所接收到的无线信号进行解调；及
装置控制电路，对解调所述合并后的无线信号后得到的信号完整性，与解调所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号后得到的各个信号完整性进行比较，并控制所述自适应控制电路，以使具有通过所述比较而判断的最佳的信号完整性的无线信号被接收。
10.根据权利要求8所述的便携式无线通信装置，其特征在于，
还具备：
第一处理电路，对所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号执行自适应控制处理；
第二处理电路，对所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号执行选择分集处理；及
选择电路，对从所述第一处理电路输出的无线信号的信号完整性和从所述第二处理电路输出的无线信号的信号完整性进行比较，选择并输出具有良好的信号完整性的信号。
11.根据权利要求8所述的便携式无线通信装置，其特征在于，
还具备：
自适应控制电路，对所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号分别执行自适应控制处理，并合并经自适应控制后的无线信号；及
装置控制电路，检测出所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的各个无线信号的相位及振幅，并控制所述自适应控制电路，以对由壳体天线及1/4波长单端短路平板天线接收的无线信号进行最大比合并。
12.根据权利要求8所述的便携式无线通信装置，其特征在于，
还具备：
多输入多输出解调电路，对所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号分别执行多输入多输出解调处理，并输出一个解调信号。
13.一种便携式无线通信装置，具备多个天线元件，并且包括：
第一导体部；
第二导体部，与所述第一导体部以规定的间隔平行地设置；
第一开关电路，设置于所述第一导体部的一端部和与该一端部正对的、所述第二导体部的一端部之间；
第二开关电路，设置于所述第一导体部的另一端部和与该另一端部正对的、所述第二导体部的另一端部之间；
接地导体部，与所述第一导体部仅间隔规定的距离；
无线通信电路；及
控制部，在接收第一频率的信号时，使所述第一开关电路短路，并使所述第二开关电路开路，在接收第二频率的信号时，使所述第一开关电路开路，并使所述第二开关电路短路；
经由设置于所述第一导体部和所述接地导体部之间的第一供电部，将所述第一导体部与所述无线通信电路连接，从而使所述第一导体部及所述接地导体部作为壳体天线工作；
经由设置于所述第一导体部和所述第二导体部之间的第二供电部，将所述第二导体部与所述无线通信电路连接，从而使所述第一导体部、所述第二导体部及所述第一及第二开关电路作为1/4波长单端短路平板天线工作。
14.根据权利要求13所述的便携式无线通信装置，其特征在于，
还具备：
自适应控制电路，对所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号分别执行自适应控制处理，并合并经自适应控制后的无线信号；
解调电路，解调所述合并后的无线信号的同时，分别对所述壳体天线单个所接收到的无线信号及所述1/4波长单端短路平板天线单个所接收到的无线信号进行解调；及
装置控制电路，对解调所述合并后的无线信号后得到的信号完整性，与解调所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号后得到的各个信号完整性进行比较，并控制所述自适应控制电路，以使具有通过所述比较而判断的最佳的信号完整性的无线信号被接收。
15.根据权利要求13所述的便携式无线通信装置，其特征在于，
还具备：
第一处理电路，对所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号执行自适应控制处理；
第二处理电路，对所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号执行选择分集处理；及
选择电路，对从所述第一处理电路输出的无线信号的信号完整性和从所述第二处理电路输出的无线信号的信号完整性进行比较，选择并输出具有良好的信号完整性的信号。
16.根据权利要求13所述的便携式无线通信装置，其特征在于，
还具备：
自适应控制电路，对所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号分别执行自适应控制处理，并合并经自适应控制后的无线信号；及
装置控制电路，检测出所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的各个无线信号的相位及振幅，并控制所述自适应控制电路，以对由壳体天线及1/4波长单端短路平板天线接收的无线信号进行最大比合并。
17.根据权利要求13所述的便携式无线通信装置，其特征在于，
还具备：
多输入多输出解调电路，对所述壳体天线及1/4波长单端短路平板天线所接收到的无线信号分别执行多输入多输出解调处理，并输出一个解调信号。
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