JP2002353867A - 可変指向性アンテナを備えた情報端末装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変指向性アンテナを備えた情報端末装置お
ける受信及び送信時における最適なアンテナ指向性パタ
ーンを比較的簡単な方法で制御する。 【解決手段】 可変指向性アンテナを備えた情報端末装
置の処理回路は、前記可変指向性アンテナがとり得る有
限個の指向性データのうち一方向に指向性を有する指向
性パターンのみを順次前記制御回路に送出して指向性ス
キャンを行い、各指向性での受信信号品質を判定する。
そしてこのスキャン判定結果から最適な指向性パターン
を決定し、前記制御回路に対して、受信時には受信周波
数を含む指向性データを、送信時には送信周波数を含む
指向性データを送出する。制御回路は、受信周波数及び
送信周波数において前記最適な指向性パターンとなるよ
うに可変指向性アンテナを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＷ−ＣＤＭ
Ａや無線ＬＡＮなどの無線通信を用いて基地局と情報端
末装置とのデータ通信を行うシステムにおいて、パーソ
ナルコンピュータやＰＤＡ、携帯電話機などの情報端末
側に設置する可変指向性アンテナの制御方法、及び可変
指向性アンテナの構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動通信の端末においては、通信相手で
ある基地局の方向は不定であり、端末の設置方法や移動
によって変わるので、アンテナは出来る限り無指向性が
良いとされている。例えば、携帯電話では、モノポール
アンテナや、ヘリカルアンテナ、逆Ｆ型内蔵アンテナ等
が使われている。

【０００３】これらはあくまで、小型化、高能率（ロス
が少ない）、ダイバーシティ効果などを考えたものであ
り、高利得の指向性を目的としたものではない。また、
外付けアンテナで、車のボディに取り付けるものも有る
が、これらもアンテナ効率を向上させるのが目的であ
り、指向性に関しては平面内で最大限無指向性になるよ
うな設計となっている。

【０００４】しかしながら最近になって、Ｗ−ＣＤＭＡ
でＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）
方式の導入が検討されている。これは、ＣＤＭＡ（Code
Division Multiple Access）のデータ伝送をパケット
方式で行うものである。この方式では、ＣＤＭＡ特有の
遠近問題を解決する方法として、パワーコントロールよ
りもむしろ、拡散率や変調方法を変える方法がとられ
る。

【０００５】すなわち、伝播損失が少ない（通常は近く
にいるユーザー）通信路に対しては、少ない拡散率や高
速変調方式を割り当て、高速のデータ伝送を行う。これ
に対して、伝播損失が多い（通常は遠くにいるユーザ
ー）通信路に対しては、大きな拡散率でしかも低速な変
調方式を割り当ててデータ伝送速度を下げる。

【０００６】このような操作を行う理由は、拡散率の小
さい高速データ伝送では、多くのＣＤＭＡチャンネルを
浪費することになるので、送信電波の強度を上げるとそ
れだけ他の多くのユーザーへの干渉を引き起こすからで
ある。それゆえ，高速データ伝送は基地局近傍の限られ
たユーザー（すなわち伝播損失が少ないユーザー）のみ
を対象とし、遠方のユーザー（すなわち伝播損失が多い
ユーザー）には低速データ通信を割り当てるのである。

【０００７】このような方式が導入された場合、当然の
帰結として、伝播損失が少ないユーザーほど高速データ
伝送が可能になるので、伝播損失を少しでも少なくした
ほうが有利ということになる。従って，高速データ伝送
を希望するユーザーは、 １）できるだけ、基地局の近
くで、基地局を直視できる場所で通信を行う。 ２）高
利得の指向性アンテナを使う。 の２種類の方策をとる
必要がある。

【０００８】この内、１）は移動通信の本来のメリット
である「出来る限り、どこでも通信が出来る。」という
メリットを損なう。故に、２）の方法をとるのが最も現
実的である。

【０００９】以上述べたように、新しく導入が予定され
ているＨＳＤＰＡなどの通信方式では、高利得の指向性
アンテナを用いたほうが有利であるため、このようなア
ンテナに対するニーズが高まるものと予想される。

【００１０】一方、指向性の切り替えが可能な移動通信
用の小型アンテナとして、４方向に指向性を切り替え可
能とする携帯端末用セクタアンテナが、「２０００年電
子情報通信学会総合大会講演論文集、B-1-74及びB-1-7
5」（以下、文献１）において提案されている。

【００１１】この携帯端末用セクタアンテナは、円形地
板中央に放射器、その周囲に対称になるように４本の無
給電素子と切換回路を配置したセクタアンテナを用い、
放射方向の無給電素子のみを導波器とし、残りの３素子
を反射器とすることにより４方向に指向性を切り替え可
能とするものである。

【００１２】また、無給電素子を導波器または反射器に
切り替える手段として、電気長を等価的に伸張して反射
器として動作させるためのインダクタと、インダクタ有
無を切り替えるためのＰＩＮダイオードあるいはＦＥＴ
等からなるスイッチング回路が用いられている。

【００１３】文献１記載の携帯端末用セクタアンテナに
よれば、４方向に指向性を切り替え可能なアンテナを実
現することができるが、このように無給電素子を単に導
波器または反射器に切り替える方式では、４方向以上の
多方向への指向性の切り替えを実現することは困難であ
り、また指向特性も比較的広指向性であって十分な利得
が得られないという問題がある。

【００１４】従って、より多方向に切り替え可能な高利
得指向性アンテナが必要となるが、このようなアンテナ
の１例として、“Design of Electronically Steerable
Passive Array Radiator（ESPAR）Antennas” 2000 IE
EE，AP-S International Symposium，PP.922-925，July
2000．（以下、文献２）あるいは、特開２００１−２
４４３１号公報（以下、文献３）に記載されているアン
テナを用いることが考えられる。

【００１５】上記文献２〜３記載のアンテナも、唯一給
電されている主アンテナ素子を中心とする円上に、複数
の補助アンテナ素子を対照的に設けたものである。電波
は主アンテナから放射され、補助アンテナはその電波を
各自適切な移相を施して反射する。電波の波面がある特
定の方向で揃うように、補助アンテナの移相量を調整し
てやれば、任意の方向に利得８ｄＢｉ（例えば７素子の
場合）以上の指向性を持たせることが可能である。

【００１６】移相量を決める可変移相回路はバラクタダ
イオードなどの可変リアクタンス素子を用いて作ること
が出来る。上記文献によれば、指向性は連続的に変える
事が可能であり、特定の指向性を与える各可変リアクタ
ンスの値を決定する方法も確立されている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】このようなアンテナを
用いれば、高利得可変指向性アンテナを実現できるが、
問題は、各補助アンテナをどのようにして制御するかに
ある。可変リアクタンスの値は確かにある種のアルゴリ
ズムを用いれば計算できるのであるが、これを情報端末
装置の中のＣＰＵが直接計算し、各可変移相回路に供給
するのでは、アンテナと情報端末間の信号伝送が複雑に
なり、価格、大きさ、消費電力に悪影響を及ぼすものと
予想される。

【００１８】このような問題点を解決するために、本件
出願人は、比較的簡単な構成で可変指向性アンテナの指
向性制御が可能であり、かつ、情報端末が移動中で基地
局の位置が絶えず変化する状況においても常に最適なア
ンテナ指向性を確保して通信を行うことが可能な可変指
向性アンテナの指向性制御方法に関する発明を、特願２
００１−７４８３５号（以下、先願発明）として出願し
ている。

【００１９】上記先願発明では、可変指向性アンテナ
と、該可変指向性アンテナを介して無線による送受信を
行う携帯可能な情報端末装置において、前記情報端末装
置は、前記無線による送受信を行う送受信回路と、前記
可変指向性アンテナの指向性を決定する処理回路（ＣＰ
Ｕ）を有し、前記可変指向性アンテナは、前記処理回路
で決定された該可変指向性アンテナの指向性制御を行う
制御回路を内蔵しており、前記処理回路は、前記可変指
向性アンテナがとり得る指向性データを前記制御回路に
送出して指向性スキャンを行う機能と、各指向性での受
信信号品質を前記送受信回路で測定した結果に応じて受
信状態の良い指向性を決定する機能と、該決定した最適
指向性データを前記制御回路に送出する機能を有し、前
記可変指向性アンテナは有限個の指向性が設定可能に構
成されており、前記処理回路は、前記可変指向性アンテ
ナの指向性を選択するため、前記可変指向性アンテナが
とり得る有限個の指向性データを順次前記制御回路に送
出して指向性スキャンを行い、各指向性での受信信号品
質を前記送受信回路で測定した結果に応じて最も受信状
態の良い最適指向性を決定し、該決定した最適指向性デ
ータを前記制御回路に送出することにより、最適な指向
性を有するアンテナパターンを設定し、この最適指向性
パターンに固定された状態で送受信を行っている。

【００２０】一方、たとえばＷ−ＣＤＭＡでは送受信周
波数帯は、送信時１．９２〜１．９８ＧＨｚ、受信時
２．１１〜２．１７ＧＨｚであり約１０％程度の周波数
差があり、上記インダクタやバラクタダイオードを用い
た可変リアクタンスは、周波数による影響が大きいと言
う問題がある。

【００２１】また、送受信それぞれにおいても各端末が
使用する周波数帯域は送受信周波数の中で分割されたう
ちの１周波数帯のみを使用し、使用するたびに異なって
いる。このため送受信それぞれの条件で最適な指向性パ
ターンを決定するリアクタンス値が異なるという問題が
ある。

【００２２】本発明の目的は、これら問題点をさらに加
味することによって、上記先願発明を改良し、送信及び
受信のそれぞれにおいて常に最適なアンテナ指向性を確
保して通信を行うことが可能な可変指向性アンテナの指
向性制御手段を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の可変指向性アン
テナを備えた携帯情報端末装置は、まず基本的な構成と
して、先願発明と同様に、可変指向性アンテナ本体に指
向性制御を行う制御回路を内蔵しており、携帯可能な情
報端末装置は、無線の送信と受信を行う送受信回路と、
指向性アンテナの指向性を決定する処理回路を保有し、
処理回路の指示する指向性データを、制御回路に伝達
し、制御回路はその指向性データに基づいてアンテナの
指向性を制御する。

【００２４】本発明では、前記情報端末装置の処理回路
は、前記可変指向性アンテナの指向性パターンを選択す
るため、前記可変指向性アンテナがとり得る有限個の指
向性データのうち一方向に指向性を有する指向性パター
ンのみを順次前記制御回路に送出して指向性スキャンを
行い、各指向性での受信信号品質を判定する。

【００２５】前記処理回路はこのスキャンによる判定結
果から最適な指向性パターンを決定する。そして、受信
時にはこの最適な指向性パターンを決定する受信周波数
を含む指向性データを制御回路に送出し、また、送信時
には前記処理回路は、送信周波数を含む指向性データを
前記制御回路に送出する。制御回路は、受信周波数及び
送信周波数において前記最適な指向性パターンとなるよ
うに可変指向性アンテナを制御する。

【００２６】本発明の可変指向性アンテナは、有限個の
指向性を設定可能に構成され、その指向性を選択するた
め、パケットの送受信を行っていない期間において、処
理回路は、受信時において可変指向性アンテナがとり得
る指向性のうち一方向に指向性をもつ指向性パターンを
選択し、この指向性パターンを順次、制御回路に指示し
て指向性スキャンを行い、各指向性パターンでの受信信
号品質を送受信回路で測定し、その指向性方向に対する
測定結果を記憶しておく。

【００２７】その後可変指向性アンテナが選択可能な指
向性パターンと記憶した受信状態の良い指向性方向との
比較を行い、受信状態の良い指向性パターンを持つ指向
性パターンを選択する。その際、本発明では、受信状態
のよい一方向の指向性パターンを選択する方法に加え
て、受信状態の良い指向性パターンのうちからより有効
な指向性方向を複数個選択可能にしたことを特徴とす
る。さらに、受信状態の悪い指向性方向に指向性パター
ンを持たないヌルとなる指向性パターンを選択すること
も可能としたことを特徴とする。

【００２８】このようにして受信時の最適な指向性パタ
ーンが決定される。一方送信時においては、受信周波数
と受信時に決定された指向性パターンから送信周波数に
おいても同一な指向性パターンとなる条件を決定する。

【００２９】パッケトの送受信を行っている期間は、送
受信それぞれで最適指向性パターンとなる条件を、送受
信時にそれぞれ切り替えることでそれぞれの最適指向性
条件で通信を行うことを特徴としている。

【００３０】ここでいう「受信信号品質」とは、単純な
受信電界強度や、妨害波の影響も考慮したＳＩＲ（信号
対妨害波比：Signal to Interference Ratio）等であ
る。ＣＤＭＡ方式の場合は、同一周波数チャンネルに他
の基地局からの信号も混入しているため、その影響で受
信品質が劣化する場合が多い。従って、ＣＤＭＡでは、
ＳＩＲを使うほうが好ましい。

【００３１】本発明における可変指向性アンテナは、先
願発明と同様に、送受信回路から給電され直接電波を放
射する単一の主アンテナと、主アンテナから放射された
電波を反射し、２次的な電波を所定の移相を行って放射
する複数の補助アンテナを保有しており、その複数の補
助アンテナの移相量を制御することにより、例えば複数
方向に指向性を有する指向性パターンを形成する。ま
た、前記複数の補助アンテナの反射波を移相させるため
に、各補助アンテナにつながる可変移相回路を保有して
いる。

【００３２】可変指向性アンテナで用いる可変移相回路
としては、バラクタダイオードを用いた可変リアクタン
ス素子を用いて構成することができ、このバラクタダイ
オードに印加する電圧によってリアクタンスを変化させ
て、各補助アンテナにおける反射波の移相量を変えるこ
とにより、指向性を所望の方向に設定する。

【００３３】この可変移相回路を制御する制御回路は、
情報端末装置の処理回路から送られてきた指向性データ
に基づいて、各可変移相回路内のバラクタダイオードに
供給する印加電圧を発生させるものである。

【００３４】この場合の制御回路の構成としては、メモ
リーと、各可変移相回路に対応した複数のＤ／Ａ変換器
を備えており、処理回路から送られた指向性データをア
ドレスとして、メモリーから印加電圧データを読み出
し、印加電圧データをＤ／Ａ変換器で印加電圧に変換し
対応する可変移相回路に供給する。

【００３５】また、可変移相回路の異なる実現方法とし
て、伝送線路で構成された単数または複数のストリップ
線、オープンスタブ、ショートスタブを、それぞれスイ
ッチング手段で補助アンテナに接続されたストリップ線
に接続または、切断、あるいはグランドにショートする
ことによって、有限種類の離散的移相量を実現する構成
とすることができる。

【００３６】その場合、スイッチング手段として、Ｇａ
Ａｓ ＦＥＴ、またはＰＩＮダイオード等適宜のスイッ
チング素子を使用することができる。また、制御回路
は、処理回路から送られてきた指向性データに応じて、
各可変移相回路の各スイッチング手段を駆動する駆動信
号を発生させる論理回路によって構成するのが好適であ
る。

【００３７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用可能な基本
的構成を示す接続概念図である。図中の可変指向性アン
テナ（１）は、コネクタ（４）、ケーブル（２）、コネ
クタ（５）を介して情報端末装置（３）に接続されてい
る。情報端末装置（３）はパーソナルコンピュータ、Ｐ
ＤＡ、携帯電話などである。

【００３８】図２は、本発明の機能的ブロック図であ
る。情報端末装置（３）は、高周波信号を送受信する送
受信機（２３１）と、ＣＰＵなどの処理装置（２３２）
を含んでいる。可変指向性アンテナ（１）は、送受信機
（２３１）から直接高周波（ＲＦ）信号を給電される主
アンテナ（２０１）と、主アンテナ（２０１）から放射
された電波に対して、それぞれ位相をずらした（すなわ
ち、移相した）反射波を二次的に放射する複数の補助ア
ンテナ（２０２〜２０７）から構成されている。

【００３９】各補助アンテナ（２０２〜２０７）にはそ
れぞれ反射波の移相量を決定する可変移相回路（２１２
〜２１７）が接続されており、各可変移相回路（２１２
〜２１７）はさらに、制御回路（２２０）で移相量を制
御されている。その制御は、対応する制御信号（２２２
〜２２７）を介して行われる。制御信号（２２２〜２２
７）は、各々、アナログ電圧の場合もあるし、複数ビッ
トのロジック信号であることも可能である。

【００４０】制御回路（２２０）は、情報端末装置
（３）のＣＰＵ（２３２）から、送受信機（２３１）、
コネクタ（５）、ケーブル（２）、コネクタ（４）を介
して、指向性データ（２２９）を受け取る。そのデータ
を分析して、対応する制御信号（２２２〜２２７）を発
生し、可変移相回路（２１２〜２１７）の移相量を制御
する。

【００４１】これによって、主アンテナ（２０１）と補
助アンテナ（２０２〜２０７）から放射、または二次放
射される電波が、ある特定の方向で波面が合うように各
補助アンテナの移相量が調整され、その方向に指向性を
持つよう可変指向性アンテナ（１）が制御される。

【００４２】本発明では、補助アンテナ（２０２〜２０
７）が主アンテナ（２０１）を中心に、半径がλ／４で
ある円周上に等間隔に並んだ円盤状アンテナを考える。
λは扱う電波の波長である。特に、補助アンテナの数が
６本の場合、隣り合う補助アンテナ、主アンテナの間隔
は全てλ／４に等しく、正六角形の形状になる。可変指
向性アンテナ本体（１）は、主アンテナ（２０１）、補
助アンテナ（２０２〜２０７）以外の部分は金属で出来
たグランド面になっており、主アンテナ（２０１）を中
心とした半径はλ／２程度になるように作られている。

【００４３】以上のアンテナの形状は、上記文献２、
“Design of Electronically Steerable Passive Array
Radiator（ESPAR）Antennas”2000 IEEE，AP-S Intern
ational Symposium，PP.922-925，July 2000で述べられ
ている、ＥＳＰＡＲ（Electronically Steerable Passi
ve Array Radiator）アンテナに相当するものである。

【００４４】各補助アンテナの反射波の移相量を決定す
るための可変移相回路の構成方法としてまず考えられる
のは、可変リアクタンス素子を用いる方法である。可変
リアクタンス素子として代表的なものにバラクタダイオ
ードがある。このダイオードは、アノードとカソード間
に印加される逆バイアス電圧に応じて、キャパシタンス
が変わるダイオードである。

【００４５】これを用いて構成した可変移相回路の例を
図９に示す。図９のようなバラクタダイオード（６２
７）を用いた可変移相回路の場合、制御信号は、バラク
タダイオード（６２７）に、チョークコイル（６１７）
を介して印加されるアナログ直流電圧になる。

【００４６】図１０は、図９の可変移相回路を用いた場
合の指向性制御方法を示すブロック図である。アンテナ
１に内蔵されている制御回路（２２０）は、各可変移相
回路（２１２〜２１７）に対応したＤ／Ａ変換器（６０
２〜６０７）を持つ。また、各可変移相回路に供給する
印加電圧に対応する電圧データを記憶するメモリー（６
０１）を持っている。

【００４７】情報端末装置（３）から送られて来る指向
性データ（２２９）をもとに、メモリー（６０１）か
ら、各補助アンテナ（２０２〜２０７）に対応する印加
電圧データを読み出す。読み出した印加電圧データはＤ
／Ａ変換器（６０２〜６０７）で各可変移相回路（２１
２〜２１７）の移相量を決定する印加電圧に変換され
る。

【００４８】このようにして、情報通信端末装置（３）
のＣＰＵ（２３２）から指示される指向性データ（２２
９）に基づいて、可変指向性アンテナ（１）の指向性パ
ターンが形成される。

【００４９】図１１は、本発明における可変指向性アン
テナで用いることができる可変移相回路の他の実施形態
を示している。

【００５０】図９、図１０に示す可変移相回路では、制
御電圧によりリアクタンスが連続的に変化するバラクタ
ダイオードを用いて、移相量を設定しているが、バラク
タダイオード（６２７）の特性は、部品ごとのバラツキ
が大きく、また、温度によってキャパシタンスが大きく
変わるので、移相量を正確に設定することは困難であ
り、また、制御も複雑となる。

【００５１】そこで図１１に示す実施形態では、可変移
相回路（７０２）を、ストリップ線路（７０３）の反射
特性を変えることで実現している。ストリップ線路をそ
れぞれショート及びオープンあるいはグランドに接続さ
れたショートスタブと切り替えることで移相量の制御を
行う。オープン・ショートはスイッチング素子として機
能するガリウム砒素のＦＥＴスイッチ（７０４〜７０
９）と、ＦＥＴ（７０４〜７０９）をオン・オフ制御す
るデコーダ（７２０）によって構成する。この例ではス
イッチの状態により移相量の設定を変えているがより細
かく移相量を設定する場合はスイッチ及びショートスタ
ブを増やすことで可能である。

【００５２】図１１では、説明を簡単にするため、制御
回路（２２０）から送られる移相器に設定される信号に
よりスイッチ（７０４〜７０９）の設定をするためのデ
コーダ（７２０）を各可変移相回路（７０２）内にそれ
ぞれ内蔵した構成としているが、各補助アンテナ用のデ
コーダを、可変移相回路（７０２）の近傍の一カ所に集
中して配置することもできる。また制御回路（２２０）
から直接設定することも可能である。

【００５３】図１２は、本発明における可変指向性アン
テナで用いることができる可変移相回路の更に他の実施
形態を示している。本実施形態では、補助アンテナ（７
０１）に接続されたストリップ線（７０３）のショート
を、スイッチング用ＦＥＴ（７１４〜７１９）のオン・
オフで切り替えることにより、移相量を実現している。
この例では設定する移相量分スイッチの数が必要とな
る。

【００５４】この他にも、図１３のように、補助アンテ
ナ（７０１）に接続されたストリップ線（７０３）に複
数のオープンスタブ（７３４〜７３９）を接続し、各ス
タブ（７３４〜７３９）の末端と接地間にスイッチング
用ＦＥＴ（７２４〜７２９）を設け、これらをオン・オ
フすることで各スタブを接続するか、しないかを切り替
えることによって移相量を設定することもできる。

【００５５】図２の可変指向性アンテナにおいて、図１
１〜図１３に示した可変移相回路を用いて構成した場
合、情報端末装置側の処理回路から出力された指向性デ
ータ（２２９）は、制御回路２２０を通して、各可変移
相回路（２１２〜２１７）の各デコーダに入力される。
各デコーダにおいてこの指向性データをデコードするこ
とにより指定の移相量となるように設定する。

【００５６】図１１〜図１３に示す実施形態では、可変
移相回路がストリップ線（７０３）またはそれにつなが
るスタブ（７０４〜７０９）（７１４〜７１９）をディ
ジタル的に切り替える方法をとっているため、部品のば
らつきや、温度による変動が少なく、また、処理装置か
らの指向性データをアナログ制御信号に変換する必要が
ないので、回路構成も簡略化される。

【００５７】図３は本発明の実施形態を示すフローチャ
ートであり、図４〜図８は、本発明における指向性パタ
ーンを示す図である。以下、本発明の動作について、図
１〜図８を参照して説明する。

【００５８】情報端末装置が通信を行う基地局等にアク
セスすると、使用する送受信周波数が決定され（Ｓｔｅ
ｐ１）、つぎに最適指向性パターン決定のために、受信
周波数において指向性スキャンを行う。ここで情報端末
装置は指向性スキャンを行うために、図６に示すような
単一方向に指向性をもつ指向性パターンを順次指向性ア
ンテナに設定する（Ｓｔｅｐ２）。

【００５９】ここで処理装置（２３２）は、指向性パタ
ーンを設定するための受信周波数での可変移相回路（２
１２〜２１７）の設定値である指向性データを制御回路
（２２０）へ送信する方法と、受信周波数と指向性パタ
ーンを決定する移相条件からなる指向性データを送信す
ることで制御回路（２２０）が受信周波数条件で指定さ
れた指向性パターンとなるように可変移相回路（２１２
〜２１７）を設定する方法がある。

【００６０】図４に単一方向に指向性パターンをもつ指
向性パターンの一例を示す。図４では、右方向に最大指
向性があるパターン（３０１）になるように、補助アン
テナ（２０２〜２０７）の反射波移相量を決定してい
る。

【００６１】図５は、図４の指向性を反時計方向に３０
度回転した場合に相当し、この指向性パターとなるよう
に補助アンテナ（２０２〜２０７）の反射波移相量を決
定している。

【００６２】図４及び図５の指向性をそれぞれ補助アン
テナに設定する移相量を回転した設定量とする事で図６
に示した合計１２通りの指向性パターン（３０１〜３１
２）を実現できる。

【００６３】これら１２通りの指向性に設定を変えなが
ら受信信号品質であるＳＩＲの測定を行うことで受信状
態の良い指向性方向及び受信状態の悪い指向性方向の測
定が可能であり、このためスキャンしたときの各単一指
向性パターンにおけるＳＩＲの値を保存しておく（Ｓｔ
ｅｐ３〜５）。

【００６４】他の方法として、測定したＳＩＲのうち規
定値より大きい場合にその方向とＳＩＲの値を保存す
る。また受信状態の悪いＳＩＲを保存するため測定した
ＳＩＲのうち規定値より小さい場合にその方向とＳＩＲ
の値を保存する方法もある。

【００６５】また、１２通りよりさらに細かいスキャン
を実施するには、さらに各素子の移相量を細かく変化さ
せることで実現可能であるが、設定数量及び設定のため
の時間と効果を考慮して１２通りとしている。時間及び
ハードウエアに制限のない場合は１２通り以上設定する
ことも可能である。また逆に１２通り以下とすることも
可能である。

【００６６】次に測定したＳＩＲの結果から、受信状態
のよい指向性方向に指向性を持つ指向性パターンを決定
する。あるいは受信状態の悪い指向性方向にヌル（指向
性のない状態）をもつ指向性パターンを決定する。本発
明では指向性パターンをあらかじめＲＯＭ等のメモリー
に記憶された指向性パターンから選択する方法を用いて
いる（Ｓｔｅｐ６）。

【００６７】ここでは測定した１２方向に対して指向性
かヌルを設定するため２＾１２＝４０９６通りとなる
が、このうち回転対称なものが存在するため実際の記憶
パターンはこれより少なく、約３５０パターン程度であ
る。

【００６８】測定した受信状態のよい指向性方向が１方
向のみの場合は、図６の３０１〜３１２のうちから一つ
を選択し設定すればよい。また一例として図６の３０７
と３１１の方向に受信状態の良いものが存在した場合、
図７に示す指向性パターンのように２方向に指向性パタ
ーンをもつものを選択する。

【００６９】さらに図８は、３方向に受信状態の良いも
のが存在した場合の一例である。複数の受信状態のよい
方向が存在した場合に指向性パターンを選択する方法の
一例としては、受信信号品質ＳＩＲの値が規定値以上の
指向性方向と、比較する指向性パターンとが一致するも
のを選択する方法がある。

【００７０】この場合に複数の指向性を持たせた場合に
は、図６のような単一の指向性を持つものに比較して、
一方向のゲインは低下するため、保存したＳＩＲの値か
ら総合的な受信状態が最大となるように複数の指向性方
向の中から指向性方向を選択して設定する方法も考えら
れる。

【００７１】また逆に受信信号品質の悪い（ＳＩＲの悪
い）指向性方向に指向性を持たないように指向性パター
ンを選択する方法もある。さらに受信信号品質のよい方
向と受信信号品質の悪い方向の両方を考慮して決定する
方法もある。

【００７２】さらに時間とメモリーがあれば測定した受
信信号品質すなわちＳＩＲの値から１２方向以上のさら
に細かなパターンを設定することも可能である。また先
に述べたスキャン数に応じて設定数も増加あるいは少な
くすることも可能である。これも設定時間及びメモリー
の量と実際の効果を考慮して実用的な範囲で設定すれば
よい。

【００７３】以上の方法により受信状態での最適な指向
性パターンが決定される（Ｓｔｅｐ７）。

【００７４】次に送信時における最適指向性パターンの
決定のためには、送信周波数での移相条件を、受信状態
での最適な指向性パターンを得る移相条件と同じにすれ
ばよい。バラクタダイオードを用いた移相器であればリ
アクタンスの値を送信周波で同じリアクタンス値となる
ような電圧を設定すればよく、またストリップ線を用い
た場合も同様に送信周波数での移相条件を受信条件と同
じ移相条件に設定すればよい（Ｓｔｅｐ８）。

【００７５】ここで送信時においても受信時と同様に、
処理装置（２３２）は指向性パターンを設定するための
送信周波数での可変移相回路（２１２〜２１７）の設定
値である指向性データを制御回路（２２０）へ送信する
方法と送信周波数と指向性パターンを決定する移相条件
からなる指向性データを送信することで制御回路（２２
０）が送信周波数条件で指定された指向性パターンとな
るように可変移相回路（２１２〜２１７）を設定する方
法がある。

【００７６】以上、受信・送信それぞれの指向性パター
ン設定値を送受信パケット毎に切り替えることで送受信
それぞれに最適な指向性パターンで送受信可能となる。
ここで送受信毎に、それぞれの設定値を送受信回路２３
１から可変指向性アンテナの制御回路２２０に送信し設
定する方法の他に、制御回路２２０が送受信毎の設定値
を保存しておき、送受信毎に切り替える方法とが考えら
れる。

【００７７】また本発明においては、情報端末装置
（３）は送信パケットがなく、自分への受信パケットも
ない期間の間に、可変指向性アンテナの指向性スキャン
を行い、受信信号品質を送受信回路２３１で測定し、そ
の結果最適な向性パターンを決定する。

【００７８】この後パケットを送信する間、及び受信す
る間は、可変指向性アンテナ（１）に指示した送受信そ
れぞれの最適指向性パターンに固定された状態で通信を
行う。このようにすることによって、パケットを送受す
るごとに最適指向性が更新されるので、アンテナの移動
や設置方向の変動にも対応可能である。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、受信時及び送信時の何
れにおいても可変指向性アンテナを常に最適な指向パタ
ーンに設定可能であるので、送受信状態の良い状態すな
わち高速な通信条件で通信を行うことができる。さらに
アンテナ内部に、アンテナ指向性を制御する制御回路を
保有し、これによってアンテナの指向性が制御される構
成であるため、情報端末装置側では、簡単な指向性デー
タを転送するだけで、可変指向性アンテナの多様な指向
性を実現でき、従って、インターフェイスが簡単とな
り、情報端末装置の構成や機能が簡単になる。

【００８０】また、可変指向性アンテナの指向性パター
ンの種類を離散的な有限個のパターンに限定することに
より、最適指向性パターン設定するための回路を少なく
し、設定時間を短縮することが出来る。

【００８１】また、パケットの送受信を行っていない、
パケット送信または受信の直前の期間に指向性スキャン
を行うことにより、パケット通信を行う度に指向性パタ
ーンの更新を行うことが可能であるため、可変指向性ア
ンテナが移動した場合や、設置方向が変わった場合でも
支障なく通信が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による可変指向性アンテナと情報端末の
接続概念図である。

【図２】本発明による可変指向性アンテナと情報端末の
接続を示すブロック図である。

【図３】本発明による可変指向性アンテナの指向性パタ
ーンを決定するためのフローチャートである。

【図４】本発明による可変指向性アンテナの単一方向に
指向性を持つ第１の指向性パターンの例を示す図であ
る。

【図５】本発明による可変指向性アンテナの単一方向に
指向性を持つ第２の指向性パターンの例を示す図であ
る。

【図６】本発明による可変指向性アンテナの単一方向に
指向性持つ指向性パターンの例を示す図である。

【図７】本発明による可変指向性アンテナの２方向に指
向性持つ指向性パターンの例を示す図である。

【図８】本発明による可変指向性アンテナの３方向に指
向性持つ指向性パターンの例を示す図である。

【図９】可変指向性アンテナの反射素子における可変移
相回路構成例を示す回路図である。

【図１０】図９の可変移相回路を用いた場合の本発明に
よる各可変移相回路の制御方法を示すブロック図であ
る。

【図１１】本発明による可変移相回路の他の実施形態を
示す回路図である。

【図１２】本発明による可変移相回路の更に他の実施形
態を示す回路図である。

【図１３】本発明による可変移相回路の更に他の実施形
態を示す回路図である。

【符号の説明】

１ 可変指向性アンテナ ２ ケーブル ３ 情報端末装置 ４，５ コネクタ ２０１ 主アンテナ ２０２〜２０７，７０１ 補助アンテナ ２１２〜２１７，７０２ 可変移相回路 ２２０ 制御回路 ２２１，２２２〜２２７，７２１ 制御信号 ２２８ ＲＦ信号線路 ２２９ 指向性データ ２３１ 送受信回路 ２３２ 処理回路（ＣＰＵ） ３０１〜３１２ 単一方向に指向性を持つ指向性パター
ン ３１３ ２方向に指向性を持つ指向性パターン ３１４ ３方向に指向性を持つ指向性パターン ６０１ メモリー ６０２〜６０７ Ｄ／Ａ変換器 ６１２〜６１７ チョークコイル ６２２〜６２７ バラクタダイオード ７０３ ストリップ線路 ７０４〜７０９，７２４〜７２９ スイッチ（ＦＥＴ） ７１４〜７１９ ショートスタブ ７３４〜７３９ オープンスタブ ７２０ デコーダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J021 AA01 AA09 AA10 AB02 BA01 DB03 DB05 EA04 FA03 FA06 FA29 FA31 GA02 HA10 5K059 BB01 CC01 DD02 DD07 EE02 5K067 AA33 AA42 BB41 CC10 DD44 DD45 DD46 KK02 KK13

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変指向性アンテナと、該可変指向性ア
   ンテナを介して無線による送受信を行う携帯可能な情報
   端末装置において、 前記情報端末装置は、前記無線による送受信を行う送受
   信回路と、前記可変指向性アンテナの指向性パターンを
   決定する処理回路（ＣＰＵ）を有し、前記可変指向性ア
   ンテナは、前記処理回路で決定された該可変指向性アン
   テナの指向性制御を行う制御回路を内蔵しており、 前記処理回路は、前記可変指向性アンテナがとり得る向
   指向性データを前記制御回路に送出して指向性スキャン
   を行う機能と、各指向性での受信信号品質を前記送受信
   回路で測定した結果に応じて受信状態の良い指向性パタ
   ーンを決定する機能と、該決定した指向性パターンに基
   づいて受信時最適指向性データ及び送信時最適指向性デ
   ータを前記制御回路に送出する機能を有していることを
   特徴とする可変指向性アンテナを備えた情報端末装置。
2. 【請求項２】 前記可変指向性アンテナは有限個の指向
   性パターンが設定可能に構成されており、 前記情報端末装置の前記処理回路は、前記可変指向性ア
   ンテナがとり得る有限個の指向性パターンのうち一方向
   に指向性を有する指向性パターンを形成するデータのみ
   を順次前記制御回路に送出して指向性スキャンを行い、
   各指向性での受信信号品質を前記送受信回路で測定した
   結果に応じて最も受信状態の良い最適指向性パターンを
   決定し、該決定した最適指向性パターンに基づいて受信
   時には受信時最適指向性データを、送信時には送信時最
   適指向性データを前記制御回路に送出する機能を有して
   いることを特徴とする請求項１記載の可変指向性アンテ
   ナを備えた情報端末装置。
3. 【請求項３】 前記処理回路は指向性スキャンを行った
   結果受信状態の良い指向性方向が複数存在する場合、そ
   の全部あるいは受信状態の良いものから複数個の指向性
   を選択し、該選択した複数の方向に指向性有する指向性
   パターン決定する機能を有していることを特徴とする請
   求項１または２記載の可変指向性アンテナを備えた情報
   端末装置。
4. 【請求項４】 前記処理回路は指向性スキャンを行った
   結果受信信号品質の悪い指向性方向が存在する場合、そ
   の指向性方向にヌルを生ずる指向性パターンを決定する
   機能を有していることを特徴とする請求項１〜３のいず
   れかに記載の可変指向性アンテナを備えた情報端末装
   置。
5. 【請求項５】 前記処理回路は信号受信時における受信
   周波数によって前記指向性スキャンを行うことにより最
   適指向性パターンを決定する機能と、該最適指向性パタ
   ーンから受信時最適指向性データを求める機能と、送信
   時の送信周波数と前記最適指向性パターンから送信時最
   適指向性データを求める機能を有していることを特徴と
   する請求項１〜４のいずれかに記載の可変指向性アンテ
   ナを備えた情報端末装置。
6. 【請求項６】 前記情報端末装置は無線パケット通信方
   式による送受信が可能な構成を有しており、前記情報端
   末装置は、前記パケットの送受信を行っていない期間に
   最適指向性パターンの決定を行い、パケットの送受信を
   行っている間は、前記可変指向性アンテナの指向性がパ
   ケットの送受信それぞれに前記最適指向性パターンに固
   定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記
   載の可変指向性アンテナを備えた情報端末装置。
7. 【請求項７】 前記可変指向性アンテナは、前記送受信
   回路から給電され直接電波を放射する単一の主アンテナ
   と、該主アンテナから放射された電波を、それぞれ所定
   位相ずらした反射波を２次的に放射する複数の補助アン
   テナと、前記処理回路からの指向性データを入力して前
   記複数の補助アンテナの各移相量をそれぞれ制御するこ
   とによってアンテナの指向性を制御する前記制御回路を
   備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに
   記載の可変指向性アンテナを備えた情報端末装置。
8. 【請求項８】 前記複数の補助アンテナには、それぞれ
   前記複数の補助アンテナにおける反射波を移相させるた
   めの可変移相回路が接続されていることを特徴とする請
   求項７記載の可変指向性アンテナを備えた情報端末装
   置。
9. 【請求項９】 前記可変移相回路は、バラクタダイオー
   ドを用いた可変リアクタンス素子を用いて構成されてお
   り、前記制御回路は、前記情報端末装置の前記処理回路
   から送られてきた指向性データに基づいて、前記各可変
   移相回路内の前記バラクタダイオードに印加する電圧に
   よってリアクタンスを変化させて前記反射波の移相量を
   変え、前記可変指向性アンテナの指向性を変えることを
   特徴とする請求項８記載の可変指向性アンテナを備えた
   情報端末装置。
10. 【請求項１０】 前記制御回路は、メモリーと、前記可
    変移相回路に対応した複数のＤ／Ａ変換器を備えてお
    り、前期処理回路から送られた指向性データをもとに、
    前記メモリーから印加電圧データを読み出し、前記印加
    電圧データを前記Ｄ／Ａ変換器で前記印加電圧に変換し
    て対応する前記可変移相回路に供給することを特徴とす
    る請求項９記載の可変指向性アンテナを備えた情報端末
    装置。
11. 【請求項１１】 前記可変移相回路は、前記補助アンテ
    ナに接続されたストリップ線路と、該ストリップ線路に
    それぞれスイッチング手段を介して接続された複数のオ
    ープンまたはショート回路またはショートスタブまたは
    オープンスタブを備えており、前記スイッチング手段を
    前記制御回路により切り替えることにより、有限種類の
    離散的移相量を実現する構成であることを特徴とする請
    求項８記載の可変指向性アンテナを備えた情報端末装
    置。
12. 【請求項１２】 前記スイッチング手段は、ＧａＡｓ
    ＦＥＴまたはＰＩＮダイオードによって構成されている
    ことを特徴とする請求項１１記載の可変指向性アンテナ
    を備えた情報端末装置。
13. 【請求項１３】 前記制御回路は、前記処理回路から送
    られてきた指向性データに応じて、前記各可変移相回路
    の各スイッチング手段を駆動する駆動信号を発生させる
    論理回路によって構成されていることを特徴とする請求
    項１１記載の可変指向性アンテナを備えた情報端末装
    置。
14. 【請求項１４】 可変指向性アンテナと、該可変指向性
    アンテナを介して無線による送受信を行う携帯可能な情
    報端末装置における可変指向性アンテナの指向性制御方
    法であって、 前記可変指向性アンテナには有限個の指向性パターンが
    設定可能であり、前記情報端末装置の処理回路は、前記
    可変指向性アンテナの指向性を選択するため、前記可変
    指向性アンテナがとり得る有限個の指向性データのうち
    一方向に指向性を有する指向性パターンを順次前記制御
    回路に送出して指向性スキャンを行い、各指向性での受
    信信号品質を前記送受信回路で測定した結果に応じて最
    も受信状態の良い最適指向性パターンを決定し、該決定
    した最適指向性パターンに基づいて受信時には受信時最
    適指向性データを送出し、送信時には送信時最適指向性
    データを前記可変指向性アンテナに送出することを特徴
    とする情報端末装置用可変指向性アンテナの指向性制御
    方法。
15. 【請求項１５】 前記指向性スキャンを行った結果受信
    状態の良い指向性方向が複数存在した場合、その全部あ
    るいは受信状態の良いものから複数個の指向性を選択し
    て、該選択した複数の方向に指向性を有する指向性パタ
    ーンを最適指向性パターンとして決定することを特徴と
    する請求項１４記載の情報端末装置用可変指向性アンテ
    ナの指向性制御方法。
16. 【請求項１６】 前記指向性スキャンを行った結果受信
    信号品質の悪い指向性方向が存在する場合、その指向性
    方向にヌルを生ずる指向性パターンを最適指向性パター
    ンとして決定することを特徴とする請求項１４または１
    ５記載の情報端末装置用可変指向性アンテナの指向性制
    御方法。
17. 【請求項１７】 前記処理回路は、信号受信時における
    受信周波数によって前記指向性スキャンを行ことにより
    最適指向性パターンを決定し、該最適指向性パターンか
    ら受信時最適指向性データを求めて前記可変指向性アン
    テナに送出し、送信時の送信周波数と前記最適指向性パ
    ターンから送信時最適指向性データを求めて前記可変指
    向性アンテナに送出することを特徴とする請求項１４〜
    １６のいずれかに記載の情報端末装置用可変指向性アン
    テナの指向性制御方法。
18. 【請求項１８】 前記情報端末装置は無線パケット通信
    方式を採用しており、前記情報端末装置がパケットの送
    信も受信も行っていない期間に最適指向性を決定し、パ
    ケットの送信または受信を行っている間は、前記可変指
    向性アンテナの指向性を送受信周波数それぞれの前記最
    適指向性に固定することを特徴とする請求項１４〜１７
    のいずれかに記載の情報端末装置用可変指向性アンテナ
    の指向性制御方法。