CN1614907A - 自适应天线装置 - Google Patents

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Abstract

一种自适应天线装置，包含：分别由半波长偶极天线构成，分别具有双向指向特性的辐射图案(pattern)(2a、2b、2c、2d)，设置在正方形(30)的各顶点上的4个天线(1a、1b、1c、1d)。自适应控制电路选择彼此相对的第一对天线(1a、1c)、彼此相对的第二对天线(1b、1d)中的任意一组，进行自适应控制。

Description

自适应天线装置
技术领域
本发明涉及用于移动通信系统的基站或用于移动站的天线装置，特别是，由分别具有双向的指向特性的多对天线构成，具有合计4个以上的偶数个天线，使用彼此相对的1对天线，进行无线信号的自适应控制的自适应天线装置。
背景技术
图32是表示专利文献1中描述的与以往技术有关的自适应天线装置结构的立体图。图32的自适应天线装置结构为：在给定水平面中并列配置3个无指向特性天线。在该自适应天线装置中，通过把各相邻的无指向特性天线间隔S设定为1波长以上，3波长以下，能削减天线的数量。
[专利文献1]特开平10-242739号公报
[专利文献2]特开2002-359515号公报
[专利文献3]美国专利第6600455号说明书
在图33中，2个无指向特性天线101a、101b离开给定的天线间隔S，并列配置。此外，无指向特性天线101a具有圆形的辐射图案(pattern)102a，无指向特性天线101b具有圆形的辐射图案102b。这里，天线间隔S为半波长。
图34是表示这时设定所需波的入射角度和干涉波的入射角度时的基于自适应控制的干涉波抑制量的曲线图。这里，干涉波抑制量是表示从不进行自适应控制室的干涉波的入射功率由自适应控制把干涉波压制了何种程度的功率量。须指出的是，设所需波和干涉波的振幅相等，具有所需波的0.001倍振幅的噪声输入到该自适应天线装置中。无指向特性天线101a的位置为与X轴和Y轴交叉的Z轴，入射角度如图33所示，为从+X轴向+Y轴的角度。在图34中，把所需波和干涉波的入射角度表示到±45度。从图34可知，所需波的入射角度和干涉波的入射角度的差为5度以下时，难以压制干涉波。此外，干涉波对于所需波的入射角度为5度以下时，干涉波的压制效果小，所以变为自适应天线装置的控制范围外。可是，在其他范围中，表示10Db以上的高的干涉波抑制量。
接着，调查自适应天线装置的干涉波压制动作所必要的移相器的相位变化量。这里作为一例，图35表示使所需波入射角度为0度时的干涉波入射角度变化时的结果。图35的横轴是干涉波的入射角度和所需波的入射角度的角度差，纵轴表示无指向特性天线101b所必要的加权系数的相位与无指向特性天线101a所必要的加权系数的相位的相位差。这里，考虑自适应天线装置的对称性，干涉波的入射角度和所需波的入射角度的角度差最大为180度。从图35可知，加权系数的最大相位差为360度。即为了实现该相位变化量，具有360度的移相量的移相器是必要的。
此外，当没有干涉时，有必要实现在所需方向具有大的增益的指向特性。例如，所需波来自+X轴方向时，控制为在+X轴方向取得最大辐射增益。图36表示这时取得的辐射图案。这时，天线101a和101b之间的相位差位180度。从图36可知，在+X轴方向取得4.4dBi的大的增益。
除了自适应天线装置的动作，通过从1波长到3波长变更天线间隔S，在辐射特性中形成旁瓣，使一个电波变得尖锐。据此，在主瓣和旁瓣之间实现深的指向特性的陷落。能用比通常少的天线数实现优异的自适应天线装置的干涉波的压制效果。如上所述，用简单的构造，能实现当没有干涉波时，在所需波的到来方向取得高的增益，当存在干涉波时，表现干涉波的压制效果的自适应天线装置。
可是，在图32的自适应天线装置中存在以下的问题点。如上所述，当存在干涉波时，为了用水平面覆盖全方向，输入到天线中的信号的加权系数间的相位差有必要为360度。基于通常的90度混合波导(hybrid)和可变放大器的移相器在原理上只能使相位变化到90度。另外，即使市售的二极管移相器也只有100度左右的位移变化量。因此，为了实现360度的相位变化量，有必要把这些移相器连接为多级。因此，天线的电路规模增大，小型化变得困难。如图32所示，调整振幅和相位的振幅相位可变器也需要天线的个数。自适应天线装置的控制所必要的是天线间的相位差和振幅差，所以能把该振幅相位可变器削减为比天线的数还少一个，但在该结构中，这是极限。此外，当没有干涉波时，如图36所示，在与所需波方向即X轴方向相反的方向即-X轴方向也进行同样的辐射。通过从1波长到3波长变更天线间隔S，自适应天线装置的小型化是不可能的。因此，由于辐射功率的浪费，在增益的提高上存在极限的以往技术的自适应天线装置构造可以说是不适当的。
发明内容
本发明的目的在于：解决以上的问题，用比以往技术简单的构造，有效并且可靠地进行自适应控制，能取得比以往技术高的主瓣增益，并且能取得比以往技术高的干涉波抑制量的自适应天线装置。
一种自适应天线装置，其特征在于：包括：
包含分别具有双向指向特性的多对天线，所述各对天线彼此相对，即设置在具有与所述天线个数相同数量的顶点的多边形顶点上的合计4个以上的偶数N个天线；
使用所述彼此相对的1对天线，进行无线信号的自适应控制的自适应控制电路。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：
相对设置所述各对天线，使各对天线的指向特性的主瓣方向的轴彼此实质上一致。
此外，在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述多边形为正多边形。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述偶数N个天线具有彼此相同的形状。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述各1对天线间隔是在1/4波长上加上半波长的整数倍的间隔。
此外，在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述自适应控制电路具有：
使所述无线信号的振幅和相位中的至少一个变化的2个变化部件；
把所述偶数N个天线中彼此相对的各1对天线分别连接在所述2个变化部件上的开关部件；
合成从所述2个变化部件输出的无线信号，输出合成无线信号的合成部件；
通过根据从所述合成部件输出的合成无线信号，控制所述开关部件，在由所述各天线接收的无线信号中根据给定的判断基准选择1个无线信号，当使用包含通过控制所述开关部件接收所述选择的无线信号的天线的彼此相对的1对天线时，根据从所述合成部件输出的合成无线信号，自适应控制所述2个变化部件，使主瓣实质上向着所需波方向并且在干涉波方向实质上为0的控制部件。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述自适应控制电路具有：
使所述无线信号的振幅和相位中的至少一个变化的2个变化部件；
把所述偶数N个天线中彼此相对的各1对天线分别连接在所述2个变化部件上的开关部件；
合成从所述2个变化部件输出的无线信号，输出合成无线信号的合成部件；
根据从所述合成部件输出的合成无线信号，控制所述开关部件，使用彼此相对的各1对天线时，从由所述合成部件输出的各合成无线信号中，按照给定的判断基准选择一个合成无线信号，当使用通过控制所述开关部件接收所述选择的合成无线信号的彼此相对的1对天线时，根据所述选择的合成无线信号，自适应控制所述2个变化部件，使主瓣实质上向着所需波方向并且在干涉波方向实质上为0的控制部件。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述自适应控制电路具有：
使由所述N个天线分别接收的N个无线信号的振幅和相位中的至少一个变化的N个变化部件；
把所述偶数N个天线分别连接在所述N个变化部件上的开关部件；
合成从所述N个变化部件输出的无线信号，输出合成无线信号的合成部件；
根据从所述合成部件输出的合成无线信号，控制所述开关部件，在由所述各天线接收的无线信号中根据给定的判断基准选择1个无线信号，当使用包含通过控制所述开关部件接收所述选择的无线信号的天线的彼此相对的1对天线时，根据从所述合成部件输出的合成无线信号，自适应控制所述使用的1对天线上连接的2个变化部件，使主瓣实质上向着所需波方向并且在干涉波方向实质上为0的控制部件。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述自适应控制电路具有：
使由所述N个天线分别接收的N个无线信号的振幅和相位中的至少一个变化的N个变化部件；
把所述偶数N个天线分别连接在所述N个变化部件上的开关部件；
合成从所述N个变化部件输出的无线信号，输出合成无线信号的合成部件；
根据从所述合成部件输出的合成无线信号，控制所述开关部件，使用彼此相对的各1对天线时，从由所述合成部件输出的各合成无线信号中，按照给定的判断基准选择一个合成无线信号，当使用通过控制所述开关部件接收所述选择的合成无线信号的彼此相对的1对天线时，根据从所述选择的合成无线信号，自适应控制所述使用的1对天线上连接的2个变化部件，使主瓣实质上向着所需波方向并且在干涉波方向实质上为0的控制部件。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述自适应控制电路具有：
使由所述N个天线分别接收的N个无线信号的振幅和相位中的至少一个变化的N个变化部件；
把所述偶数N个天线分别连接在所述N个变化部件上的开关部件；
合成从所述N个变化部件输出的无线信号，输出合成无线信号的合成部件；
通过根据从所述各天线输出的无线信号，控制所述开关部件，在由所述各天线接收的无线信号中根据给定的判断基准选择1个无线信号，当使用包含通过控制所述开关部件接收所述选择的无线信号的天线的彼此相对的1对天线时，根据从所述合成部件输出的合成无线信号，自适应控制所述使用的1对天线上连接的2个变化部件，使主瓣实质上向着所需波方向并且在干涉波方向实质上为0的控制部件。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述自适应控制电路具有：
使由所述N个天线分别接收的N个无线信号的振幅和相位中的至少一个变化的N个变化部件；
把所述偶数N个天线分别连接在所述N个变化部件上的开关部件；
合成从所述N个变化部件输出的无线信号，输出合成无线信号的合成部件；
通过根据从所述各天线输出的无线信号，控制所述开关部件，使用彼此相对的各1对天线时，从由所述合成部件输出的各合成无线信号中，按照给定的判断基准选择一个合成无线信号，当使用通过控制所述开关部件接收所述选择的合成无线信号的彼此相对的1对天线时，根据所述选择的合成无线信号，自适应控制所述使用的1对天线上连接的2个变化部件，使主瓣实质上向着所需波方向并且在干涉波方向实质上为0的控制部件。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述开关部件把连接在所述各变化部件上的天线以外的天线连接在给定的负载阻抗上。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述判断基准是选择把所述无线信号解调时的基带信号的位错误率更小的无线信号。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述判断基准是选择所述无线信号的接收功率更大的无线信号。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述N个天线分别是半波长偶极天线。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述N个天线分别是1波长补丁天线(patch antenna)。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述N个天线分别是M型天线。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述各M型天线具有辐射导体、连接在所述辐射导体的中央部的供电导体、分别连接在所述辐射导体的两端并且连接在接地导体上的短路导体；
形成所述n个M型天线，从而使所述n个M型天线中彼此相邻的2个M型天线共享短路导体。
因此，依据本发明的自适应天线装置，由分别具有双向的指向特性的多对天线构成，具有与上述天线个数相同数的顶点的多边形的顶点上所设置的合计4个以上的偶数个天线，和使用彼此相对的1对天线，进行无线信号的自适应控制的自适应控制电路。因而，用比以往技术简单的构造，有效并且可靠地进行自适应控制，能取得比以往技术高的主瓣增益，并且能取得比以往技术高的干涉波抑制量的自适应天线装置。特别是，可以将自适应控制所需最大相移量控制在最大90度以下，所以可以在各天线连接的自适应控制电路中用一个90度移相器的构成。
附图说明
图1是表示本发明实施例1的自适应天线装置的天线配置的平面图。
图2是表示在图1的自适应天线装置中分别使用半波长偶极天线的2个天线1a、1c时的天线配置的平面图。
图3是表示用于图2的天线配置的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。
图4是表示在图2中，当天线间隔S为半波长时设定所需波的入射角度和干涉波的入射角度时的基于自适应控制的干涉波抑制量的曲线图。
图5是表示在图2中当天线间隔S为半波长时加权系数对于所需波和干涉波的角度差的相位差的曲线图。
图6是表示在图2中当天线间隔S为半波长时对于天线间隔S的X轴方向增益的曲线图。
图7是表示图6时的动作说明的天线配置的平面图。
图8是表示对于图2时的天线间隔S的2个天线1a、1c间的隔离的曲线图。
图9是表示在图2中当天线间隔S为0.8波长时设定所需波的入射角度和干涉波的入射角度时的基于自适应控制的干涉波抑制量的曲线图。
图10是表示在图2中当天线间隔S为0.75波长时设定所需波的入射角度和干涉波的入射角度时的基于自适应控制的干涉波抑制量的曲线图。
图11是表示在图2中当天线间隔S为0.75波长时加权系数对于所需波和干涉波的角度差的相位差的曲线图。
图12是表示本发明实施例2的自适应天线装置中使用的M型天线元件3的结构的立体图。
图13是表示具有图12的4个M型天线元件3a、3b、3c、3d的自适应天线装置结构的立体图。
图14是表示对图13的M型天线元件3a供电时的反射系数S11的频率特性的曲线图。
图15是表示对图13的M型天线元件3a供电时的XY平面的辐射指向特性的曲线图。
图16是表示在图13的自适应天线装置中进行自适应控制时X轴方向的所需波到来时的XY平面的辐射指向特性的曲线图。
图17是表示在图13的自适应天线装置中进行自适应控制时所需波从X轴方向到来，并且干涉波以方位角φ＝30度到来时的XY平面的辐射指向特性的曲线图。
图18是表示本发明实施例3的自适应天线装置的自适应控制电路的曲线图。
图19是表示本发明实施例4的补丁天线装置的动作的立体图。
图20是图19的A-A’面的纵剖视图。
图21是表示图19的补丁天线装置动作的立体图。
图22是表示本发明实施例5的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。
图23是表示在图22的自适应天线装置中所需波从X轴方向到来时的XY平面的辐射指向特性的曲线图。
图24是表示图22的自适应天线装置的负载阻抗14、15由电抗构成时的电路图。
图25是表示本发明实施例6的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。
图26是表示本发明实施例7的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。
图27是表示本发明实施例8的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。
图28是表示本发明实施例9的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。
图29是表示本发明实施例10的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。
图30是表示本发明实施例11的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。
图31是表示本发明实施例1的变形例的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。
图32是表示以往技术的自适应天线装置结构的立体图。
图33是表示使用图32的2个天线101a、101c时的指向特性的平面图。
图34是表示图33中天线间隔S为半波长时设定所需波的入射角度和干涉波的入射角度时的基于自适应控制的干涉波抑制量的曲线图。
图35是表示图33中天线间隔S为半波长时加权系数对于所需波和干涉波的角度差的相位差的曲线图。
图36是表示图33中天线间隔S为半波长时所需波从X轴方向到来时的XY平面中指向特性的曲线图。
图中：1、1a～1f…天线；2a～2f…辐射图案；3、3a～3d-M型天线元件；3-1-辐射导体；3-2-供电导体；33、3-4-短路导体；4、4a～4d-供电点；5-接地导体；6、6a～6d、6A、6B、6C-开关电路；7a～7d-可变放大器；8a～8d-移相量；9-开关；10-信号端子；11-控制器；11m-存储器；12-补丁天线；13-介质衬底；14、15、14a～14d-负载阻抗；16-电抗；17-分配和合成器；18-比较器；19-无线信号处理电路；20-中间频率信号处理电路；21-同轴供电电缆；25-补丁导体；30-正方形；31-正六边形；32-A/D转换器；33-接收自适应控制电路；34-解调器；SW1～SW6、SW11、SW12、SW21、SW22-开关。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明实施例。须指出的是，关于同样的构成要素，付与同一符号。
实施例1
图1是表示本发明实施例1的自适应天线装置的天线配置的平面图。本实施例的自适应天线装置的特征在于：分别由半波长偶极天线构成，分别具有双向指向特性的辐射图案2a、2b、2c、2d，具有设置在正方形30的各顶点上的4个天线1a、1b、1c、1d，选择彼此相对的第一对天线1a、1c、彼此相对的第二对天线1b、1d的任意一组使用，进行自适应控制。
在图1中，在由彼此正交的X轴和Y轴形成的XY平面上设置虚拟的正方形30，在该正方形30的各顶点位置分别设置4个天线1a、1b、1c、1d。须指出的是，与X轴和Y轴都正交的Z轴位于正方形30的2条对角线的交叉点即正方形30的中心。在4个天线1a、1b、1c、1d中，第一对天线1a、1c以给定的天线间隔S分开配置，使各天线1a、1c的双向指向特性的主瓣(在指向特性中，指具有最大辐射强度的辐射电波，以下同样)的方向平行于X轴方向，第二对天线1b、1d以给定的天线间隔S分开配置，使各天线1b、1d双向指向特性的主瓣的方向平行于Y轴方向。这里，天线间隔S与正方形30的对角线一致。
因此，天线1a配置在+X轴方向的位置，天线1b配置在-Y轴方向的位置，天线1c配置在-X轴方向的位置，天线1d配置在+Y轴方向的位置。此外，天线1a具有在±X轴方向具有主瓣的双向指向特性的辐射图案2a，天线1b具有在±Y轴方向具有主瓣的双向指向特性的辐射图案2b，天线1c具有在±X轴方向具有主瓣的双向指向特性的辐射图案2c，天线1d具有在±Y轴方向具有主瓣的双向指向特性的辐射图案2d。在本实施例中，表示使用4个天线1a、1b、1c、1d的自适应天线装置的一例。此外，在以下的说明中，关于无线信号的电波的接收，说明自适应天线装置的动作。
自适应天线装置使用在所需的无线信号电波到来的方向使天线的辐射图案的增益实质上最大，在成为妨碍的干涉波的方向使辐射图案的增益实质上为零，实现稳定的无线通信的技术。通常，自适应天线装置在各天线中具有可变放大器和移相器，通过对天线间提供振幅差和相位差，实现最大的所需信号功率和最小的干涉信号功率。在本实施例的自适应天线装置中，在通常的自适应天线装置中加上区段天线装置的结构。
区段天线装置把指向特性在水平面或垂直面中分割空间，由覆盖个空间的天线组构成。通过分割空间，能限制无线信号的电波辐射的方向，实现在主瓣方向具有比较大的增益的指向特性，谋求高灵敏度。因此，在一般的自适应天线装置中，需要区段数的天线，其中只把接收最强的天线通过信号端子和供电电缆连接在无线信号处理电路上，工作。在本实施例的自适应天线装置中，作为区段天线，如图1所示，使用双向指向特性天线。即在该自适应天线装置中，使用相对的2个具有双向指向特性的天线，进行自适应控制，通过区段天线的动作实现高灵敏度，通过自适应天线装置的动作，实现基于更高灵敏度的所需信号功率的最大化和干涉波功率的最小化。
图2是表示在图1的自适应天线装置中，分别使用半波长偶极天线即2个天线1a、1c时的天线配置的平面图。即作为具有双向指向特性的天线的一例，说明使用图2所示的2个半波长偶极天线，进行该天线的辐射图案的控制。在图2中，半波长偶极天线1a设置为半波长偶极天线1a的2个天线元件与Y轴平行，半波长偶极天线1c设置为半波长偶极天线1c的2个天线元件与Y轴平行，即设置各半波长偶极天线1a、1c，使各半波长偶极天线1a、1c的各天线元件变为彼此平行，只隔开天线间隔S。作为该自适应天线装置要求的特性，希望：第一，当存在干涉波时，大幅度减少干涉波；第二，当没有干涉波时，要求具有在所需波方向具有更大增益的主瓣的指向特性。因此，首先考察干涉波的压制效果，接着，考察能取得具有在所需波方向具有更大增益的主瓣的指向特性的结构。在以下的研究中，假定所需波和干涉波的振幅相等，噪声的振幅对于所需波具有0.001倍的振幅。
下面，说明自适应天线装置的详细动作。
在由各天线1a、1b、1c、1d接收的信号中，通常与所需波的信号一起收到热噪声成分。虽然是来自相邻基站的同一频率的同一频道干涉波或所需波，但是经由大的路线到来，所以有时收到产生时间延迟的延迟波。延迟波在电视或收音机等模拟无线通信中，作为电视图象的重像，使画面显示的质量恶化。而在数字无线通信中，热噪声、同一频道干涉波或延迟波都作为位错误产生影响，直接使信号质量恶化。这里，如果所需波的接收功率为C，热噪声的接收功率为N，包含同一频道干涉波和延迟波的干涉波功率为I，则自适应天线装置为了改善信号质量，进行工作使C/(N+I)实质上最大。
图3是表示图2的天线配置中的用于自适应天线装置的自适应控制电路的框图。具体而言，参照图3说明自适应天线装置的动作。作为一例，以使用彼此相对的1对天线1a、1c时为例进行说明。由各天线1a、1c分别接收的无线信号通过A/D转换器32变换为数字信号x(t)(这里，x(t)是具有2个要素的信号矢量)，输入到控制器11中。控制器11控制接收自适应控制电路33内的可变放大器7a、7c的放大度或衰减度、接收自适应控制电路33内的移相器8a、8c的移相量，使从接收自适应控制电路33输出的无线信号y(t)的信号质量变为最好(具体而言，如后面详细描述的那样，合成接收功率变为最大，或解调的基带信号的位错误率变为最小)。据此，从解调器6输出的解调信号的信号质量变为最好。
接着，表示可变放大器7a、7c的放大度或衰减度、移相器8a、8c的移相量(把这些值在以下总称为加权系数)的计算方法。这里，加权系数Wi根据振幅量Ai和相位Φi，由以下表达式定义。须指出的是，在该说明书中，表达式混合使用图象输入的表达式的带墨括弧的数编号、文字输入的表达式的大括弧的表达式编号，此外，作为该说明书中的一系列表达式编号，使用“表达式(1)”的形式，在表达式的最后部付与表达式编号。
[表达式1]
Wi＝Aiexp(jωφi)           (1)
这里，j是虚数单位，ω(＝2πf)是角频率。此外，i是1或2，i＝1表示连接在天线1a上的电路的值，i＝2表示连接在天线1c上的电路的值。定义把Wi作为要素的加权系数矢量W，下面表示求出加权系数矢量W的方法。
在求出加权系数矢量W的方法中存在几个方法，但是这里表示使用最急下降法(别名也称作LMS(Least Means Squares)法)的例子。在该手法中，自适应天线装置预先保有已知的所需波中包含的信号系列r(t)(以下，称作参照信号)，进行控制，使接收的信号接近它。这里，作为一例，表示预先在控制器11中存储参照信号时的情形。具体而言，控制器11在无线数字信号x(t)上乘以具有振幅和相位的成分的加权系数w(t)，求出相乘结果和参照信号r(t)的残差。这时，残差e(t)由下以下表达式表示。
[表达式2]
e(t)＝r(t)-w(t)×x(t)                (2)
这里，残差e(t)取正或负的值。因此，把由表达式(2)求出的残差e(t)平方的值的最小值重复计算、求出。即通过(m+1)次重复计算而取得的加权系数w(t，m+1)使用第m次的加权系数w(t，m)由以下表达式表示。
[表达式3]
w(t，m+1)＝w(t，m)+u×x(t)×e(t，m)           (3)
这里，u称作步长，如果u大，则存在加权系数w(t，m)收敛到最小值的重复计算次数减小的优点，但是如果步长过大，则具有在最小值附近振动的缺点。因此，在步长u的选定上，有必要根据系统充分注意。相反，通过减小步长u，加权系数w(t，m)稳定收敛到最小值。可是重复计算次数增加。如果重复计算次数增加，则求出加权系数w(t，m)时花费时间。假如加权系数w(t，m)的计算时间比周围环境的变化时间(例如，数毫秒)还慢时，基于加权系数w(t，m)的信号质量的改善变为不可能。因此，当决定步长u时，有必要尽可能选择高速并且稳定的收敛条件。此外，残差(t，m)由以下表达式表示。
[表达式4]
e(t，m)＝r(t)-w(t，m)×x(t)         (4)
使用表达式(4)的值，逐渐更新表达式(3)。须指出的是，用于求出加权系数w(t，m)的最大重复计算次数设定为不比无线系统的切换时间慢。
这里，作为一例，说明基于最急下降法的无线通信系统的判定法，但是并不局限于此。例如，可以使用能更快进行判定的RLS(Recursive Least-Squares)法、SMI(Sample Matrix inversion)法等。根据这些方法，判定变快，但是控制器11的判定处理的计算变得复杂。此外，当信号系列的调制方式为数字相位调制，并且具有一定的包络线的低包络线调制时，能使用CMA(Constant Modulus Algorithm)法。
下面，说明使用图1和图2的自适应天线装置的基于本发明者的模拟结果。
图4是表示在图2中，当天线间隔S为半波长时设定所需波的入射角度和干涉波的入射角度时的基于自适应控制的干涉波抑制量的曲线图。须指出的是，在各图中，用λ表示1波长。入射角度如图2的方位角Φ所示，从+X轴方向到+Y轴方向的角度为正，以下同样。在本实施例的自适应天线装置的结构中，使用分别具有双向指向特性的4个天线1a、1b、1c、1d，所以每个天线1a、1b、1c、1d覆盖的角度范围为±45度的范围。从图4可知，能取得与由图32所示的以往技术的无指向性天线构成的自适应天线装置几乎同等的干涉波抑制量。此外，知道所需波的入射角度和干涉波的入射角度的差位5度以下时，难以压制干涉波。因此，当干涉波对于所需波的入射角度差位5度以下时，干涉波的压制效果小，所以不考虑为自适应天线装置的控制范围内。
接着，调查自适应天线装置的干涉波压制动作所必要的移相器8a、8c的相位变化量。这里作为一例，图5表示所需波的入射角度为0度是使干涉波的入射角度变化时的结果。在图5中，横轴是干涉波的入射角度与所需波的入射角度的角度差，纵轴表示天线1c所必要的加权系数的相位和1a所必要的加权系数相位的相位差。从图5可知，这时的加权系数的最大相位差位53度。而由无指向性天线构成的自适应天线装置时，如图35所示，需要相位差位360度。即与以往技术相比，必要的相位差能减少到1/7。此外，所需波和干涉波的入射角度从-45度变化到+45度时天线1c的相位和天线1a的相位的最大相位差位53.4度。
通过使用2个具有双向指向特性的自适应天线装置，能保持干涉波的压制效果，并且能减小天线间的相位差。据此，对于移相器8a、8c的移相量规格的要求小。
接着，在本实施例的自适应天线装置中，考虑没有干涉波时，在主瓣方向是否取得具有更大增益的指向特性。在图2所示的使用半波长偶极天线的自适应天线装置中，与使用无指向特性天线的自适应天线装置相比，更限制辐射方向，所以在主瓣方向即最大方向，辐射无线信号的电波功率增强2.15dB。即通过在自适应天线装置中使用半波长偶极天线，用振幅比衡量，能把无线信号的电波增强到1.28倍。因此，当用相同相位把从2个天线1a、1c辐射的无线信号相加时，与无指向特性天线单体相比，在主瓣方向能取得(1.28+1.28)的平方的功率6.55倍(8.16dBi)的增益。此外，当使用2个无指向特性天线构成自适应天线装置时，与无指向特性天线单体相比，在主瓣方向能取得(1+1)的平方的功率4倍(6.01dBi)的增益。
如上所述，使用具有双向指向特性的天线的自适应天线装置与具有无指向特性天线的自适应天线装置相比，能取得6.55/4＝1.65倍即增益增大2.15dB的指向特性。此外，把图1所示的双向指向特性天线分别置换为无指向特性天线，通过调整4个无指向特性天线的相位和振幅，能取得与基于本双向指向特性天线的自适应天线装置几乎同样的指向特性。可是，这时对于全部天线，可变放大器和移相器成为必要，具有成本提高，不利于小型化的缺点。即本实施例的自适应天线装置的结构中，控制的天线数少，有利于无线装置的小型化和成本降低。
图6是表示在图2中当天线间隔S为半波长时对于天线间隔S的X轴方向增益的曲线图。即图6表示求出使天线间隔S变化时的+X轴方向的增益，求出最佳天线间隔S的结果。在图6中，在由天线1a接收的无线信号、由天线1c接收的无线信号之间提供90度的相位差。这里，天线间隔S从0波长到0.5波长时，把由天线1c接收的无线信号的相位移相，从而与由天线1a接收的无线信号的相位相比，前进90度，天线间隔S为0.5以上时，把由天线1c接收的无线信号的相位移相，从而与由天线1a接收的无线信号的相位相比，延迟90度。这时，在各天线间隔S下，+X轴方向变为最大辐射方向(即主瓣方向)。
从图6可知，天线间隔S为0.2波长和0.3波长之间时(实质上为0.25波长时)、0.7波长和0.8波长之间时(实质上为0.75波长时)分别能取得极大值。此外，当天线间隔S为0.2波长时，能取得6.2dBi的增益，当天线间隔S为0.8波长时，能取得5.3dBi的增益。天线间隔S为0.5波长和1波长时，分别取得极小值2.4dBi和1.9dBi的增益。据此，当“天线间隔S为1/4波长+半波长的整数倍”时，+X轴方向的增益具有极大值，当半波长的整数倍时，变为极小值。
下面，关于图6的结果，参照图7进行理论的考察。
如上所述，天线间隔S从0波长到0.5波长时，从天线1c辐射的无线信号与从天线1a辐射的无线信号相比，只前进90度。这时，在+X轴方向辐射最强无线信号的电波的是如图7所示，从天线1c辐射的无线信号的电波和从天线1a辐射的无线信号的电波在+X轴方向以同相位相加时。即从天线1c辐射的无线信号的电波传播到天线1a，需要延迟90度的相位。据此，在相同时刻，从天线1a向+X轴方向辐射的无线信号的电波相位与从天线1c向+X轴方向辐射的无线信号的电波相位变为同相。相反，在-X轴方向变为反相，所以不辐射无线信号的电波。即当天线间隔S为0.25波长时，向+X轴方向的指向特性增益变为最大。而天线间隔S为0.5波长到1波长之间，从天线1c辐射的无线信号的电波与从天线1a辐射的无线信号相比，只延迟90度。这时，在+X轴方向辐射最强无线信号的电波的是从天线1c辐射的无线信号的电波传播到天线1a，需要延迟270度(-90度)的相位。即当天线间隔S为0.75波长时，向+X轴方向的指向特性增益变为最大。这与图6的结果一致。因此，希望设定为“天线间隔S为1/4波长+半波长的整数倍”。
须指出的是，在图6中，加进了天线1a和天线1c间的隔离引起的增益减少。该隔离由从天线1a辐射的无线信号的电波功率中由天线1c接收的功率的比表示。即隔离比的功率不辐射，所以增益减少。例如当隔离为10dB时，从天线1a、1c辐射的无线信号的电波功率为90％。
图8是表示对于图2时的天线间隔S的2个天线1a、1c间的隔离的曲线图。从图8可知，伴随着天线间隔S增大，隔离增大。要使隔离变为10dB以上，需要天线间隔S为0.3波长以上。因此，通过把天线间隔S设定为0.75波长或0.8波长(约＝1/4波长+半波长)，具有比较高的隔离，效率高，取得比较高的天线增益。因此，希望的天线间隔S设定为0.75波长或0.8波长(约＝1/4波长+半波长)。
图9是表示在图2中当天线间隔S为0.8波长时设定所需波的入射角度和干涉波的入射角度时的基于自适应控制的干涉波抑制量的曲线图。从图9可知，与图4所示的天线间隔S为0.5波长时相比，能取得大的干涉波抑制量。此外，这时，当所需波的入射角度和干涉波的入射角度为5度以下时，难以压制干涉波。因此，当干涉波对于所需波的入射角度差位5度以下时，干涉波的压制效果小，所以不考虑为自适应天线装置的控制范围内。
调查天线间隔S为0.8波长时的自适应天线装置的干涉波压制动作所必要的移相器的相位变化量。自适应天线装置的控制范围内的天线1c和天线1a的加权系数间的相位差位250.5度～336.8度。据此，对移相器8a、8c要求的相位变化量为83.6度，与由无指向性天线构成的自适应天线装置相比，能减少到1/4。
图10是表示在图2中当天线间隔S为0.75波长时设定所需波的入射角度和干涉波的入射角度时的基于自适应控制的干涉波抑制量的曲线图。从图10可知，与图4所示的天线间隔S为0.5波长时以及图9所示的天线间隔S为0.8波长时相比，能取得大的干涉波抑制量。此外，这时，当所需波的入射角度和干涉波的入射角度为5度以下时，难以压制干涉波。因此，当干涉波对于所需波的入射角度差位5度以下时，干涉波的压制效果小，所以不考虑为自适应天线装置的控制范围内。
图11是表示在图2中当天线间隔S为0.75波长时加权系数对于所需波和干涉波的角度差的相位差的曲线图。从图11可知，对移相器8a、8c要求的相位变化量为79.2度，与由无指向性天线构成的自适应天线装置相比，能减少到1/5。
如上所述，在使用分别具有双向指向特性的1对天线1a、1c进行自适应控制的自适应天线装置中，当把天线间隔S设定为0.75波长时，与图32的以往技术以及把天线间隔S设定为0.5波长时或0.8波长时相比，不仅能增大主瓣增益，而且能取得大的干涉波抑制量。此外，与把天线间隔S设定为0.5波长时相比，移相器的相位变化量增加一些，但是相位变化量为79.2度，能由通常容易取得的一个90度移相器实现。因此，希望把天线间隔S设定为0.75波长(约＝1/4波长+半波长)。
在以上的实施例中，把使用4个天线1a、1b、1c、1d的结构作为一例进行说明，但是本发明并不局限于此，可以使用6个以上的偶数个天线构成。图31是表示本发明实施例1的变形例的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。在图31的天线装置中，其特征在于：分别由半波长偶极天线构成，分别具有双向的指向特性的辐射图案2a、2b、2c、2d、2e、2f，具有设置在正6边形31的各顶点上的6个天线1a、1b、1c、1d、1e、1f，选择使用彼此相对的第一对天线1a、1d、彼此相对的第二对天线1b、1e、彼此相对的第三对天线1c、1f的任意一组，进行自适应天线装置。通过这样增大天线数，一个天线覆盖的范围变窄，在与所需波方向平行的主瓣的方向，能取得具有更大增益的双向指向特性的天线。据此，能使增益进一步增大，增大干涉波抑制量。因为覆盖区窄，所以输入到用于实现干涉波的压制控制的天线中的无线信号的移相量减小，所以能使用具有更小的最大移相量的移相器。
实施例2
图12是表示本发明实施例2的自适应天线装置中使用的M型天线元件3的结构的立体图。须指出的是，关于M型天线元件3和使用它的天线装置，在专利文献2和3中描述。在实施例1中，并列配置4个天线1a、1b、1c、1d，构成自适应天线装置，但是在实施例2中，如图13所示，其特征在于：使用M型天线元件3，进一步小型化。
在图12中，M型天线元件3具有辐射导体3-1、供电导体3-2、2个短路导体3-3、3-4、接地导体5。与接地导体5平行配置辐射导体3-1，其两端分别通过短路导体3-3、3-4连接在接地导体5上。这里，以垂直于接地导体5的角度直立设置，从而使供电导体3-2与2个短路导体3-3、3-4彼此平行。此外，供电导体3-2的一端连接在辐射导体3-1的中央部，而供电导体3-2的另一端连接在供电点4上。在供电点4，在接地导体5上形成圆孔4c，供电导体3-2在对接地导体5电绝缘的状态下，通过圆孔4c连接在同轴电缆等供电电缆上。
图13是表示具有图12的4个M型天线元件3a、3b、3c、3d的自适应天线装置结构的立体图。在图13中，4个M型天线元件3a、3b、3c、3d分别具有供电点4a、4b、4c、4d。此外，在图13的自适应天线装置中，通过共享彼此相邻的M型天线元件的短路导体，与实施例1相比，能实现小型化。须指出的是，由4个M型天线元件3a、3b、3c、3d的各辐射导体3-1形成正方形。此外，在基于本发明者的样机中，4个M型天线元件3a～3d的辐射导体3-1的长度为120mm，该高度的短路导体3-3、3-4的长度为12mm，接地导体5具有140mm×140mm的正方形。
在采用以上结构的使用4个M型天线元件3a～3d的自适应天线装置中，天线1a和天线1c在与±X轴方向平行的主瓣方向具有更大增益的双向指向特性，天线1b和天线1d在与±Y轴方向平行的主瓣方向具有更大增益的双向指向特性。即用1对天线1a、1c的组、1对天线1b、1d的组，能在360度的范围中覆盖水平面辐射无线信号的电波。
图14是表示对图13的M型天线元件3a供电时的反射系数S11的频率特性的曲线图。在图14中，其他M型天线元件3b、3c、3d具有50Ω的终端电阻。从图14可知，在该天线装置中，在频率2GHz，反射功率变为最小，能高效进行无线信号的电波的收发。这时，在频率2GHz，对于输入功率，反射功率的比为-9.7dB，天线的效率为90％。该天线的构造对于X轴和Y轴是对称的，天线1a～1d的特性都相同，任意天线都能实现效率高的天线。这里，M型天线元件3a～3d的长度为120mm，频率2GHz的波长是150mm。即M型天线元件3a～3d的长度变为120/150＝0.8波长。因此，进行自适应控制的相对的各对天线间(天线1a和天线1c间、天线1b和天线1d间)的间隔S变为0.8波长，实现具有双向指向特性天线的几乎最佳值模型的2元件自适应天线装置。
图15是表示对图13的M型天线元件3a供电时的XY平面的辐射指向特性的曲线图。在图15中，使用频率是2GHz，以下所示的辐射图案表示频率2GHz的辐射图案。从图15可知，该天线装置在平行于±X轴方向的主瓣方向，表现具有更大增益的双向指向特性。此外，在-X轴方向取得3.4dBi的辐射增益，在X轴方向取得2.0dBi的辐射增益。在-X轴方向表现具有更大的辐射增益的指向特性，但是差位1.4dB。本实施例的天线装置的构造对于X轴和Y轴是对称的，天线1a～1d的指向特性全部相同。这里，天线1b在平行于±Y轴方向的主瓣方向具有更大增益，具备+Y轴方向具有比-Y轴方向大一些的增益的双向指向特性。此外，天线1c在平行于±X轴方向的主瓣方向具有更大增益，具备+X轴方向具有比-X轴方向大一些的增益的双向指向特性。，天线1d在平行于±Y轴方向的主瓣方向具有更大增益，具备-Y轴方向具有比+Y轴方向大一些的增益的双向指向特性。
下面，表示实施例2的自适应天线装置的自适应控制的辐射特性。
图16是表示在图13的自适应天线装置中进行自适应控制时，没有干涉波，X轴方向的所需波到来时的XY平面的辐射指向特性的曲线图。从图16可知，在+X轴方向取得具有5.6dBi的大增益的指向特性。它能取得比天线单体的最大辐射增益3.4dBi高2.2dB的增益。此外，-X轴方向的增益是-8.6dBi，把向不要方向的指向特性抑制在很小。这时，从天线1a辐射的无线信号的相位与从天线1c辐射的无线信号的相位相比，前进+90度。从天线1a辐射的无线信号与从天线1c辐射的无线信号的各振幅设定为相同。在实施例2的自适应天线装置中，通过调整相对的双向指向特性天线的振幅和相位，当没有干涉波时，在平行于所需波方向即±X轴方向的主瓣方向，能取得具有更大增益的双向指向特性，能使该自适应天线装置具有高灵敏度。此外，在该自适应天线装置中，通过进一步增大所需波方向的主瓣增益，能削减使用的天线数。
下面，表示本实施例的自适应天线装置的干涉波压制的自适应控制的辐射特性一例。
图17是表示在图13的自适应天线装置中进行自适应控制时所需波从X轴方向到来，并且干涉波以方位角φ＝30度到来时的XY平面的辐射指向特性的曲线图。从图17可知，在所需波方向取得-2.6dBi的增益，在干涉波方向取得-13.9dBi的增益。据此，取得11.3dBi的干涉波的压制效果。这时，把从天线1a辐射的无线信号的相位设定为0度，把从天线1c辐射的无线信号的相位设定为30度。通过实施例2的自适应天线装置，能有效压制干涉波。
如上所述，通过实施例2的自适应天线装置，在没有干涉波时，在水平面中实现5.6dBi的高增益，当存在干涉波时，能实现有效压制干涉波的自适应控制。须指出的是，在本实施例中，尽管在构成自适应天线装置的各天线的双向指向特性中存在1.4dB的增益差，但是能实现这样的效果。即在天线的辐射图案从理想的双向指向特性偏移一些时，也能取得使用相对的双向指向特性天线的自适应天线装置的效果。
通过使用分别具有双向指向特性的彼此相对的1对天线进行自适应控制，同时实现高增益和干涉波的雅致。通过分割覆盖范围，不进行自适应控制就能抑制来自覆盖范围外的干涉波。
实施例3
图18是表示本发明实施例3的自适应天线装置的自适应控制电路的曲线图。实施例3的自适应天线装置的特征在于：使用第一对天线1a、1c、第二对天线1b、1d中的任意1对天线，在连接在选择的1对天线上的可变放大器7a、7b和移相器8a、8b中，改变加权系数的振幅和移相量，进行自适应控制。须指出的是，天线1a～1d是半波长偶极天线，如图1所示，配置在XY平面上。
在图18中，开关电路6具有2个开关SW1、SW2，开关电路9具有2个开关SW5、SW6。开关1a连接在开关SW1的接点a以及开关SW2的接点a上，开关1b连接在开关SW1的接点b以及开关SW2的接点b上，开关1c连接在开关SW1的接点c以及开关SW2的接点c上，开关1d连接在开关SW1的接点d以及开关SW2的接点d上。这里，开关电路6的2个开关SW1、SW2由控制器11控制，把第一对天线1a、1c、第二对天线1b、1d中的任意1对天线连接在可变放大器7a、7b和移相器8a、8b上。开关SW1的公共端子通过可变放大器7a、移相器8a连接在开关SW5的公共端子上，开关SW2的公共端子通过可变放大器7b、移相器8b连接在开关SW6的公共端子上。须指出的是，开关SW5的接点a和开关SW6的接点a分别通过终端电阻50Ω的负载电阻R1、R2接地。这里，通过控制器11控制可变放大器7a、7b的放大度或衰减度，移相器8a、8b的移相量由控制器11控制。此外，开关电路9由控制器11控制，把从移相器8a输出的无线信号、从移相器8b输出的无线信号中的任意一个无线信号或合成这2个无线信号而成的无线信号向控制器11输出，并且向通过供电电缆(未图示)连接在无线信号处理电路(未图示)上的信号端子10输出。
下面，关于图18的自适应天线装置自适应控制处理(以下，称作第一自适应控制处理)的动作，以所需波的无线信号的电波从+X轴方向到来时为例进行说明。
(步骤S1)首先，根据控制器11的控制，通过开关电路6，把天线1a～1d中彼此相对的1对天线分别连接在可变放大器7a、7b上，通过移相器8a、8b以及开关电路9连接在信号端子10上。在初始状态下，可变放大器7a、7b的放大度设定为1，移相器8a、8b的移相量设定为0。
(步骤S2)在初始状态下，由控制器11控制开关电路6，把1对天线1a、1c的组连接在可变放大器7a、7b上，并且把开关电路9的开关SW5的接点切换到接点a，并且把开关SW6切换到接点b，移相器8a的输出端子通过开关SW5连接到信号端子10以及控制器11上。这时，从开关电路9输出的无线信号的接收功率Pa由控制器11检测，暂时存储在控制器11内的存储器11m中。
(步骤S3)接着，把开关电路9的开关SW5切换到接点b，并且把开关SW6切换到接点a，移相器8a的输出端子通过开关SW6连接到信号端子10以及控制器11上。从开关电路9输出的无线信号的接收功率Pc由控制器11检测，暂时存储在控制器11内的存储器11m中。
(步骤S4)由控制器11控制开关电路6，把1对天线1b、1d分别连接在可变放大器7a、7b上，并且把开关电路9的开关SW5的接点切换到接点a，并且把开关SW6切换到接点b，移相器8a的输出端子通过开关SW5连接到信号端子10以及控制器11上。这时，从开关电路9输出的无线信号的接收功率Pb由控制器11检测，暂时存储在控制器11内的存储器11m中。
(步骤S5)接着，把开关电路9的开关SW5切换到接点b，并且把开关SW6切换到接点a，移相器8a的输出端子通过开关SW6连接到信号端子10以及控制器11上。从开关电路9输出的无线信号的接收功率Pd由控制器11检测，暂时存储在控制器11内的存储器11m中。
(步骤S6)接着，比较存储在控制器11内的存储器11m中的接收功率Pa、Pb、Pc、Pd，选择最大的接收功率。这时，所需无线信号的电波从+X轴方向到来，所以在天线1a和天线1c中收到具有最大功率的无线信号的电波，选择接收功率Pa和Pc。可是，通常象实施例2的样机那样，天线1a和天线1c的辐射图案有一些不同，所以选择接收功率Pa和Pc中的任意一个。
(步骤S7)这里，如果选择接收功率Pa，则控制器11控制开关电路6，把天线1a、1c的组分别连接在可变放大器7a、7b上，并且把开关电路9的开关SW5的接点切换到接点a，并且把开关SW6切换到接点b，移相器8a的输出端子以及移相器8b的输出端子分别通过开关SW5、SW6连接到信号端子10以及控制器11上。然后，通过控制器11对可变放大器7a、7b以及移相器8a、8b进行自适应控制。即控制可变放大器7a、7b的放大度或衰减度、移相器8a、8b的移相量，进行自适应控制，使所需波的无线信号增大，并且使干涉波的无线信号减少。须指出的是，当没有干涉波的无线信号时，自适应控制可变放大器7a、7b以及移相器8a、8b，从而使所需波的无线信号最大。
如上所述，在控制器11中具有：存储关于由各天线1a、1b、1c、1d接收的无线信号的接收功率Pa～Pd的存储器11m；为了自适应控制而计算可变放大器7a、7b的放大度或衰减度、移相器8a、8b的移相量的计算处理部；开关电路6；开关电路9；控制可变放大器7a、7b以及移相器8a、8b的控制部。根据以上结构，防止干涉波的无线信号引起的信号质量的恶化，并且选择适当的天线作为接收天线，通过自适应控制，能使对于所需波无线信号的天线增益增大。
在以上的第一自适应控制处理中，根据来自各天线的无线信号的接收功率或来自1对天线的无线信号的合成接收功率，进行自适应控制，但是本发明并不局限于此，可以把各无线信号解调为基带信号，根据解调的基带信号的错误率，进行自适应控制。
下面，说明与所述第一自适应控制处理不同的第二自适应控制处理。
(步骤S11)首先，由控制器11控制开关电路6，把1对天线1a、1c分别连接在可变放大器7a、7b上，并且把开关电路9的开关SW5的接点切换到接点a，并且把开关SW6切换到接点a，移相器8a以及移相器8b的输出端子分别通过开关SW5、SW6连接到信号端子10以及控制器11上。这时，从开关电路9输出的无线信号的合成接收功率Pp由控制器11检测，暂时存储在控制器11内的存储器11m中。
(步骤S12)接着，由控制器11控制开关电路6，把1对天线1b、1d分别连接在可变放大器7a、7b上，并且把开关电路9的开关SW5的接点切换到接点a，并且把开关SW6切换到接点a，移相器8a以及移相器8b的各输出端子分别通过开关SW5、SW6连接到信号端子10以及控制器11上。这时，从开关电路9输出的无线信号的合成接收功率Pq由控制器11检测，暂时存储在控制器11内的存储器11m中。
(步骤S13)执行步骤S11或S12的开关控制处理，从而选择所述存储的合成接收功率Pp、Pq中检测到更大合成接收功率的1对天线，使所述选择的1对天线工作后，由控制器11自适应控制可变放大器7a、7b以及移相器8a、8b。即控制可变放大器7a、7b的放大度或衰减度、移相器8a、8b的移相量，进行自适应控制，从而使所需波的无线信号增大，并且使使干涉波的无线信号减小。
在所述第二自适应天线装置中，根据来自1对天线的无线信号的合成接收功率，进行自适应控制，但是本发明并不局限于此，可以把各无线信号解调为基带信号，根据解调的基带信号的错误率，进行自适应控制。
以下，详细描述对可变放大器7a、7b以及移相器8a、8b分别提供放大度和移相量的具体计算方法。如果使用所述表达式(3)计算的加权系数w(t，N)(可是，计算的重复次数为N)的计算值为Wopt，就由以下表达式表示。这里，天线1a为第一天线，天线1c为第二天线。
[表达式5]
Wopt＝[wopt1 wopt2]T    (5)
这里，[·]T为矩阵的转置。对于表达式(5)的右边的各要素，取复数共轭，对从天线1a辐射的无线信号乘以加权系数wopt1 *，对从各天线1c辐射的无线信号乘以加权系数wopt2 *。各加权系数wopt1 *、wopt2 *的振幅值由以下表达式表示。
[表达式6]
A1＝|wopt1 *|               (6)
[表达式7]
A2＝|wopt2 *|               (7)
此外，各加权系数wopt1 *、wopt2 *的相位θ1、θ2由以下表达式表示。
[表达式8]
tan(θ1)＝Im(wopt1)/Re(wopt1)    (8)
[表达式9]
tan(θ2)＝Im(wopt2)/Re(wopt2)    (9)
因此，可取得以下表达式。
[表达式10]
θ1＝tan-1(Im(wopt1 *)/Re(wopt1 *))       (10)
[表达式11]
θ2＝tan-1(Im(wopt2 *)/Re(wopt2 *))       (11)
这里，Im(·)表示自变量的复数的虚数成分，Re(·)表示自变量的实数成分。能按如下计算加权系数。
在以上的实施例中，自适应控制加权系数的振幅值和相位，但是本发明并不局限于此，可以调整加权系数的振幅值和相位中的至少一个，进行控制。
在以上的实施例中，为了自适应控制相对的1对天线，使用2个可变放大器7a、7b以及2个移相器8a、8b，但是本发明并不局限于此，可以使用1个可变放大器以及1个移相器，使用开关，有选择地切换使用。据此，能谋求成本降低。此外，可以在各天线1a、1b、1c、1d之后的后级中分别连接可变放大器和移相器。通过这样构成，天线个数的可变放大器以及移相器成为必要，但是能调整由各天线接收的无线信号电波的相位的校准变得容易。
须指出的是，当用1对天线进行自适应控制时，有必要使加权系数的振幅值A1、A2以及相位θ1、θ2的合计4个参数变化。可是，通过把这些振幅以及相位差作为参数使用，能象以下表达式那样把变化的量减少到2个参数。
[表达式12]
A21＝A2/A1             (12)
[表达式13]
θ21＝θ2-θ1          (13)
这时，对第一天线即天线1a不提供振幅值和相位的变化(即振幅值为1，相位为0)，对第二天线即天线1c提供振幅值和相位的变化(即振幅值为A21，相位为θ21)。据此，能取得与基于所述表达式(5)～表达式(11)的自适应控制同样的作用效果。
实施例4
图19是表示本发明实施例4的补丁天线装置的构成的立体图，图20是图19的A-A’面的纵剖视图。此外，图21是表示图19的补丁天线装置动作的立体图。本实施例的自适应天线装置是具有双向指向特性的天线的其他例子。
在图19和图20中，在背面形成接地导体5的介质衬底13的表面的中央部，形成具有宽度W和长度λ的矩形的补丁导体25。然后，以补丁导体25的宽度方向的中央部，以在补丁导体25的长度方向比中央部更接近下端的边的点为供电点4，通过由中心导体23和接地导体22构成的同轴电缆21对供电点4供电。须指出的是，中心导体23与接地导体5通过间隔24电绝缘。
在采用以上结构的1波长补丁天线装置中，当作为接收天线工作时，基于接收的无线信号的电流相与补丁导体25的1波长长度的边平行的方向流动，在共振频率下，如图21所示，产生驻波，从而在补丁导体25的两端变为0。在图21中，为了便于观察，沿着补丁导体25的边表示电流分布，但是在补丁导体25的宽度W方向一样分布。这样，因为正和负的电流流向补丁导体25，所以在包含中心线(Y轴)的补丁天线装置中包含的ZY面中，无线信号的电波被抵消，所以不辐射。即根据图21的结构，在±X轴方向，无线信号的电波被加强，取得双向的指向特性。须指出的是，希望宽度W为半波长以下，从而在Y轴方向不产生共振。
通过使用本实施例的1波长天线装置，能使天线装置非常薄。通过在2GHz频带，使用厚度3mm的介质衬底13，能实现高效率的天线，能使用更薄的衬底。据此，能使天线薄，能实现优异的天线。
在以上的实施例中，使用同轴电缆21，但是本发明并不局限于此，可以把与补丁天线形成在同一衬底上的微波传输带线路作为供电线路使用。
实施例5
图22是表示本发明实施例5的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。在图18的实施例3中，把不使用的天线连接在终端电阻50Ω的负载电阻R1、R2上，但是在实施例5中，如图22所示，其特征在于：使用具有4个开关SW1～SW4的开关电路6A，把不使用的天线连接在具有彼此不同的阻抗Z1、Z2的负载阻抗14、15上。须指出的是，阻抗Z1、Z2可以相同。
在采用以上结构的自适应天线装置中，根据控制器11的控制，由开关电路6选择1对天线1a、1c，把天线1a、1c分别连接在可变放大器7a、7b上时，由开关电路6把天线1b、1d分别连接在负载阻抗14、15上。相反，由开关电路6选择1对天线1d、1b，把天线1d、1d分别连接在可变放大器7a、7b上时，由开关电路6把天线1a、1c分别连接在负载阻抗14、15上。通过所述2个负载阻抗14、15，能控制该自适应天线装置的指向特性。
图23是表示在图22的自适应天线装置中所需波从X轴方向到来时的XY平面的辐射指向特性的曲线图。在图23中，是对于天线1a和天线1c，供给相同振幅并且天线1a一方前进90度的无线信号时，在天线1b和天线1d上分别连接j1000Ω的只有电抗成分的负载阻抗14、15时的XY面的辐射图案。从图23可知，在图22的自适应天线装置中，抑制-X轴方向的辐射功率，在+X轴方向取得6.2dBi的高增益。与图18的实施例3的天线1b、1d以终端电阻50Ω的负载电阻R1、R2结束时相比，能取得0.6dB的增加。这时，负载电阻如图24所示，只由电抗16构成，所以由负载阻抗14、15消耗的功率变为0。即由1对天线1b、1d接收的无线信号的功率由电抗16即负载阻抗14、16反射，从天线1b、1d再辐射无线信号的电波，能实现高效率的天线。
实施例6
图25是表示本发明实施例6的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。实施例6与实施例5比较，只由1个负载阻抗14构成。即在图22中，当阻抗Z1、Z2相等时，如图25所示那样构成。在图25中，使用具有4个开关SW11、SW12、SW21、SW22的开关电路6B，把不使用的天线连接在具有阻抗Z1的负载阻抗14上。在本实施例中，能削减元件数量，据此，能降低成本，能使天线装置小型化。
在以上的实施例5和6中，当只由电抗构成负载阻抗14、15时，用可变电容二极管构成所述负载阻抗14、15，使外加在该元件上的直流偏置电压变化，使可变电容二极管的电容值变化，从而能取得所需的指向特性。此外，使用片状电阻、线圈或电容器，把该元件的一端接地，可以构成负载阻抗14、15。这时，能使电路小型化。当负载阻抗只为电抗成分时，通过把微波传输带线路或同轴电缆的高频传输线路的一端短路或开放，可以构成负载阻抗14、15。这时，能实现损失小的理想的负载阻抗。
实施例7
图26是表示本发明实施例7的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。实施例7是图18的实施例3的变形例，其特征在于：具有以下结构。
在图26中，把天线1a通过开关6a连接在可变放大器7a、移相器8a或负载阻抗14a上，把天线1b通过开关6b连接在可变放大器7b、移相器8b或负载阻抗14b上，把天线1c通过开关6c连接在可变放大器7c、移相器8c或负载阻抗14c上，把天线1d通过开关6d连接在可变放大器7d、移相器8d或负载阻抗14d上，通过分配和合成器17合成来自各移相器8a～8d的无线信号，把合成的无线信号向控制器11以及信号端子10输出。
在采用以上结构的自适应天线装置中，代替开关电路9，能使用分配和合成器17，因为通常容易取得，并且是通用品，所以能使用廉价的1对2的开关14a～14d以及分配和合成器17构成。
实施例8
图27是表示本发明实施例8的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。实施例8与实施例7相比，其特征在于：具有比较从移相器8a～8d输出的无线信号的信号功率，把表现最大信号功率的天线信息向控制器11输出。通过采用以上结构，能用比较器18一度比较多个天线的接收功率，能使自适应控制处理高速化。须指出的是，在控制器11中可以执行比较器18的同时比较处理。
实施例9
图28是表示本发明实施例9的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。在实施例8中，比较器18比较从各移相器8a～8d输出的无线信号的信号功率，但是在实施例9中，其特征在于：比较器18比较从各天线1a～1d输出的无线信号的信号功率，把表现最大信号功率的天线信息向控制器11输出。
在以上的实施例7～9中，负载阻抗14a～14d可以是终端电阻50Ω，可以是电抗击负载阻抗。
实施例10
图29是表示本发明实施例10的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。在实施例1～9中，对于无线信号执行自适应控制，但是实施例10与图18的实施例3相比，可以在天线1a～1d和开关电路6之间插入无线信号处理电路19。无线信号处理电路19对于由各天线1a～1d接收的无线信号执行高频放大、频率变换、中间频率放大等处理，产生与由各天线1a～1d接收的无线信号对应的中间频率信号，使用该中间频率信号进行自适应控制。
实施例11
图30是表示本发明实施例11的自适应天线装置的自适应控制电路的框图。在实施例10中，对于中间频率信号执行自适应控制，但是实施例11与图29的实施例10相比，在无线信号处理电路19和开关电路6之间插入中间频率信号处理电路20。中间频率信号处理电路20对于从无线信号处理电路19输出的与天线1a～1d对应的中间频率信号，执行解调等处理，产生与由天线1a～1d接收的无线信号对应的基带信号，使用该基带信号进行自适应控制。通过采用以上结构，处理的信号的频率下降，能降低进行数字信号处理时的采样频率，能使用信号的数字化所必要的低价格A/D转换器。
变形例
在以上的实施例中，各天线具有同一形状，但是本发明并不局限于此，可以使用具有彼此不同的形状，具有双向指向特性的天线。
如上所述，根据本发明的自适应天线装置，包括：分别具有双向指向特性的多对天线，即设置在具有与所述天线个数相同数量的顶点的多边形顶点上的合计4个以上的偶数N个天线；使用所述彼此相对的1对天线，进行无线信号的自适应控制的自适应控制电路。因此，能用比以往技术简单的构造，有效并且可靠地进行自适应控制，与以往技术相比，能取得主瓣增益，并且能取得比以往技术高的干涉波抑制量，在连接在各天线上的自适应控制电路中，能使用1个90度移相器构成。

Claims (18)

1.一种自适应天线装置，其特征在于：包括：
包含分别具有双向指向特性的多对天线，在具有与所述天线个数相同数量的顶点的多边形顶点上使所述各对天线彼此相对地设置合计4个以上的偶数N个天线；和
使用所述彼此相对的1对天线，进行无线信号的自适应控制的自适应控制电路。
2.根据权利要求1所述的自适应天线装置，其特征在于：
相对设置所述各对天线，使各对天线的指向特性的主瓣方向的轴彼此实质上一致。
3.根据权利要求1或2所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述多边形为正多边形。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述偶数N个天线具有彼此相同的形状。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述各1对天线间隔是在1/4波长上加上半波长的整数倍的间隔。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述自适应控制电路具有：
使所述无线信号的振幅和相位中的至少一个变化的2个变化部件；
把所述偶数N个天线中彼此相对的各1对天线分别连接在所述2个变化部件上的开关部件；
合成从所述2个变化部件输出的无线信号，输出合成无线信号的合成部件；以及
通过根据从所述合成部件输出的合成无线信号，控制所述开关部件在由所述各天线接收的无线信号中根据给定的判断基准选择1个无线信号，当使用包含通过控制所述开关部件接收所述选择的无线信号的天线在内的彼此相对的1对天线时，根据从所述合成部件输出的合成无线信号，自适应控制所述2个变化部件，使主瓣实质上向着所需波方向并且在干涉波方向实质上为0的控制部件。
7.根据权利要求1～5中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述自适应控制电路具有：
使所述无线信号的振幅和相位中的至少一个变化的2个变化部件；
把所述偶数N个天线中彼此相对的各1对天线分别连接在所述2个变化部件上的开关部件；
合成从所述2个变化部件输出的无线信号，输出合成无线信号的合成部件；以及
根据从所述合成部件输出的合成无线信号，控制所述开关部件，使用彼此相对的各1对天线时，从由所述合成部件输出的各合成无线信号中，按照给定的判断基准选择一个合成无线信号，当使用通过控制所述开关部件接收所述选择的合成无线信号的彼此相对的1对天线时，根据所述选择的合成无线信号，自适应控制所述2个变化部件，使主瓣实质上向着所需波方向并且在干涉波方向实质上为0的控制部件。
8.根据权利要求1～5中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述自适应控制电路具有：
使由所述N个天线分别接收的N个无线信号的振幅和相位中的至少一个变化的N个变化部件；
把所述偶数N个天线分别连接在所述N个变化部件上的开关部件；
合成从所述N个变化部件输出的无线信号，输出合成无线信号的合成部件；以及
根据从所述合成部件输出的合成无线信号，控制所述开关部件，在由所述各天线接收的无线信号中根据给定的判断基准选择1个无线信号，当使用包含通过控制所述开关部件接收所述选择的无线信号的天线在内的彼此相对的1对天线时，根据从所述合成部件输出的合成无线信号，自适应控制所述使用的1对天线上连接的2个变化部件，使主瓣实质上向着所需波方向并且在干涉波方向实质上为0的控制部件。
9.根据权利要求1～5中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述自适应控制电路具有：
使由所述N个天线分别接收的N个无线信号的振幅和相位中的至少一个变化的N个变化部件；
把所述偶数N个天线分别连接在所述N个变化部件上的开关部件；
合成从所述N个变化部件输出的无线信号，输出合成无线信号的合成部件；以及
根据从所述合成部件输出的合成无线信号，控制所述开关部件，使用所述彼此相对的各1对天线时，从由所述合成部件输出的各合成无线信号中，按照给定的判断基准选择一个合成无线信号，当使用通过控制所述开关部件接收所述选择的合成无线信号的彼此相对的1对天线时，根据所述选择的合成无线信号，自适应控制所述使用的1对天线上连接的2个变化部件，使主瓣实质上向着所需波方向并且在干涉波方向实质上为0的控制部件。
10.根据权利要求1～5中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述自适应控制电路具有：
使由所述N个天线分别接收的N个无线信号的振幅和相位中的至少一个变化的N个变化部件；
把所述偶数N个天线分别连接在所述N个变化部件上的开关部件；
合成从所述N个变化部件输出的无线信号，输出合成无线信号的合成部件；以及
根据从所述各天线输出的无线信号，通过控制所述开关部件，在由所述各天线接收的无线信号中根据给定的判断基准选择1个无线信号，当使用包含通过控制所述开关部件接收所述选择的无线信号的天线的彼此相对的1对天线时，根据从所述合成部件输出的合成无线信号，自适应控制所述使用的1对天线上连接的2个变化部件，使主瓣实质上向着所需波方向并且在干涉波方向实质上为0的控制部件。
11.根据权利要求1～5中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述自适应控制电路具有：
使由所述N个天线分别接收的N个无线信号的振幅和相位中的至少一个变化的N个变化部件；
把所述偶数N个天线分别连接在所述N个变化部件上的开关部件；
合成从所述N个变化部件输出的无线信号，输出合成无线信号的合成部件；以及
根据从所述各天线输出的无线信号，控制所述开关部件，使用彼此相对的各1对天线时，从由所述合成部件输出的各合成无线信号中，按照给定的判断基准选择一个合成无线信号，当使用通过控制所述开关部件接收所述选择的合成无线信号的彼此相对的1对天线时，根据所述选择的合成无线信号，自适应控制所述使用的1对天线上连接的2个变化部件，使主瓣实质上向着所需波方向并且在干涉波方向实质上为0的控制部件。
12.根据权利要求6～11中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述开关部件还把连接在所述各变化部件上的天线以外的天线连接在给定的负载阻抗上。
13.根据权利要求6～12中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述判断基准是选择把所述无线信号解调时的基带信号的位错误率更小的无线信号。
14.根据权利要求6～12中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述判断基准是选择所述无线信号的接收功率更大的无线信号。
15.根据权利要求1～14中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述N个天线分别是半波长偶极天线。
16.根据权利要求1～14中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述N个天线分别是1波长补丁天线。
17.根据权利要求1～14中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述N个天线分别是M型天线。
18.根据权利要求17所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述各M型天线具有：辐射导体、连接在所述辐射导体的中央部的供电导体、以及分别连接在所述辐射导体的两端并且连接在接地导体上的短路导体，
形成所述N个M型天线，并使所述N个M型天线中彼此相邻的2个M型天线共享短路导体。
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