JP2004064743A

JP2004064743A - 適応アンテナ装置

Info

Publication number: JP2004064743A
Application number: JP2003153182A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Toda; 戸田　健
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-02-26
Also published as: EP1378962A2; US20040036651A1; EP1378962A3; EP1378962B1; US6961026B2

Abstract

【課題】アレーブランチを複数配置した適応アンテナ装置に関し、小型化及び低消費電力化を図る。
【解決手段】空間相関が小さくなるように、即ち、ｄ≫λの間隔で配置した複数の給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎと、これらの給電アンテナ素子のそれぞれに対して空間相関が大きくなるように、即ち、ｄ＜λ／２の間隔で配置した複数の無給電アンテナ素子１ｂ−１〜１ｂ−ｎと、これらの無給電アンテナ素子をそれぞれ終端する可変リアクタンス素子１０−１〜１０−ｎと、給電アンテナ素子による受信信号を用いて可変リアクタンス素子を制御するリアクタンス制御部５と、複数の給電アンテナ素子による受信信号にそれぞれ重み付け回路６−１〜６−ｎにより重み付けし、合成回路７により合成し、その合成出力信号の信号対干渉と雑音比とが最大となるように重み付け回路を制御する重み付け制御部５とを備えている。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に適応アレーアンテナの技術分野に関し、特に、給電アンテナ素子と複数の無給電アンテナ素子との組を複数配置して、送受信特性を適応的に制御可能とした適応アンテナ装置に関する。また、本発明は、複数の給電アンテナ素子より成るアレーアンテナ部を複数配置して、送受信特性を適応的に制御する適応アンテナ装置にも関連する。更に、本発明は、そのような適応アンテナ装置を備えた通信端末にも関連する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のアンテナ素子を設けた適応アンテナ装置は、既に各種の構成が提案されている。例えば、複数のアンテナ素子をそれぞれ空間相関が小さくなるような間隔で配置したダイバーシチアンテナが知られている。図３はこのダイバーシチアンテナとして知られている従来例を示すもので、３１はアンテナ素子、３２は送受高周波フロントエンド（ＲＦ　Ｆ／Ｅ）、３３は送受信部、３４はディジタル信号処理回路、３５は重み付け制御部、３６は重み付け回路、３７は合成回路（Σ）を示す。
【０００３】
複数のアンテナ素子３１は、配置間隔をｄ、波長をλとすると、ｄ＞λの関係に配置する。即ち、空間相関が小さくなるように配置するものである。そして、各アンテナ素子３１対応に、送受高周波フロントエンド３２と、送受信部３３とを接続し、ディジタル信号処理回路３４の各アンテナ素子３１対応の重み付け回路３６を、合成回路３７からの出力信号のＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ−ｐｌｕｓ−Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ：信号対干渉と雑音比）が最大となるように、重み付け制御回路３５によって制御し、アンテナ素子３１対応の受信信号に対して重み付けして、合成回路３７により合成する。
【０００４】
図４はアンテナ素子対応の送受信回路の説明図であり、図３に於ける１個のアンテナ素子３１に対する送受高周波フロントエンド（ＲＦ　Ｆ／Ｅ）３２と、送受信部３３と、ディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）によるディジタル信号処理回路３４との一例を示す。
【０００５】
又４０はアンテナ素子３１を送受共用とする為の切替スイッチやフィルタにより構成した送受共用器、４１はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、４２は低雑音増幅器（ＶＧ−ＬＮＡ）、４３はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、４４は低雑音増幅器（ＶＧ−ＬＮＡ）、４５は電力増幅器（ＰＡ）、４６はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、４７はミキサ、４８はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、４９，５０は復調器、５１，５２は低域通過フィルタ、５３，５４はＡＤ変換器（ＡＤＣ）、５５，５６はＤＡ変換器（ＤＡＣ）、５７，５８は低域通過フィルタ、５９，６０は変調器、６１は合成回路、ＬＯ１〜ＬＯ３は局部発振器を示す。
【０００６】
送受高周波フロントエンド３２は、アンテナ３１による受信信号をバンドパスフィルタ４１により不要帯域成分を除去して、低雑音増幅器４２により増幅し、バンドパスフィルタ４３を介して送受信部３３に入力し、又送受信部３１からの送信信号を低雑音増幅器４４により増幅し、所望の送信電力となるように電力増幅器４５により増幅し、バンドパスフィルタ４６により不要帯域を除去してアンテナ３１から送信する構成を有する。
【０００７】
又送受信部３３は、ミキサ４７に於いて局部発振器ＬＯ１からの局部発振信号と混合して中間周波信号とし、バンドパスフィルタ４８により不要帯域を除去し、ミキサ４７と同様な構成の復調器４９，５０に於いて局部発振器ＬＯ２からの９０度位相の局部発振信号と混合して復調し、低域通過フィルタ５１，５２により不要な高域成分を除去し、ＡＤ変換器５３，５４によりディジタル信号に変換して、ディジタル信号処理回路３４に入力する受信経路の構成を備えている。
【０００８】
又ディジタル信号処理回路３４から出力されるディジタル信号を、ＤＡ変換器５５，５６によりアナログ信号に変換し、低域通過フィルタ５７，５８により高域成分を除去し、変調器５９，６０に於いて局部発振器ＬＯ３からのそれぞれ９０度位相差の局部発振信号により変調し、合成回路６１により合成して、送受高周波フロントエンド３２に入力する送信経路の構成を備えている。
【０００９】
又図３に於けるアンテナ素子３１の配置間隔を、ｄ＜λの関係、即ち、空間相関が大きくなるように配置したアレーアンテナと称される適応アンテナ装置も知られている。この場合の送受高周波フロントエンドや送受信部の構成は、図３及び図４に示す構成と同様である。
【００１０】
前述のアンテナ素子３１の空間相関が小さくなるように配置したダイバーシチアンテナ構成の場合は、アンテナ素子３１の間隔を広げることにより、グレーティングローブが生成される為、所望方向の利得が下がることになり、又送信時には、所望方向以外の方向にも電波を放射する問題がある。又アンテナ素子３１の空間相関が大きくなるように配置したアレーアンテナ構成の場合、グレーティングローブが生成されないことにより、所望方向の利得が向上するが、アンテナ素子３１の間隔が狭いので、フェーディング補償や、所望波と干渉波との到来方向が近接する場合の分離が困難である。
【００１１】
そこで、図５に示すように、ダイバーシチブランチとアレーブランチとを組み合わせた構成が提案されている。同図に於いて、ａ１〜ａｎはアレーブランチ、３１−１〜３１−ｎはアンテナ素子、３２−１〜３２−ｎは送受高周波フロントエンド（ＲＦ　Ｆ／Ｅ）、３３−１〜３３−ｎは送受信部、３４はディジタル信号処理回路、３５は重み付け制御部、３６−１〜３６−ｎは重み付け回路、３７は合成回路（Σ）を示す。
【００１２】
アレーブランチａ１は、複数のアンテナ素子３１−１の配置間隔ｄを、ｄ＜λの関係で配置した構成を有するものであり、他のアレーブランチａ２〜ａｎも同様な構成を有し、例えば、アレーブランチａｎも複数のアンテナ素子３１−ｎを、それぞれｄ＜λの関係で配置した構成を有するものである。そして、各アレーブランチａ１〜ａｎ間を、ｄ＞λの関係に配置して、ダイバーシチブランチ構成とするものである。又ディジタル信号処理回路３４の重み付け制御部３５は、合成回路３７の出力信号について、ＳＩＮＲが最大となるように、各アレーブランチａ１〜ａｎの複数のアンテナ素子３１−１〜３１−ｎ対応の重み付け回路３６−１〜３６−ｎを制御する。
【００１３】
従って、フェーディング補償等については、ダイバーシチ合成により行い、又所望波と干渉波との到来方向が近接する場合の分離は、ダイバーシチブランチにより行い、所望の方向への高利得の指向性を得る場合は、アレーブランチにより行う適応制御を適用して、各種の状態に対応することができる（例えば、特許文献１参照）。
【００１４】
【特許文献１】
国際公開番号第ＷＯ００／０３４５６号パンフレット
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来例の例えば図５に示す構成に於いては、アンテナ素子３１−１〜３１−ｎ対応に、送受高周波フロントエンド３２−１〜３２−ｎと、送受信部３３−１〜３３−ｎと、ディジタル信号処理回路３４に於ける重み付け回路３６−１〜３６−ｎを必要とし、且つ送受信部３３−１〜３３−ｎは、図４に示すように、復調器，変調器，ＡＤ変換器，ＤＡ変換器等を必要とするものであるから、アンテナ素子数を増加して送受信特性の改善を図る場合に、装置が大型化し、且つ消費電力が増大する問題がある。特に、移動体通信に於ける移動端末に適用することが困難であった。
【００１６】
本発明は、前述の従来の問題点を解決するもので、アレーブランチ構成とダイバーシチブランチ構成とを組合せて送受信特性を改善し、且つ小型化と低消費電力化とを図ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の適応アンテナ装置は、図１を参照して説明すると、空間相関が小さくなるように配置した複数の給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎと、これらの給電アンテナ素子のそれぞれに対して相互結合が大きくなるように配置した複数の無給電アンテナ素子１ｂ−１〜１ｂ−ｎと、これらの無給電アンテナ素子をそれぞれ終端する可変リアクタンス素子１０−１〜１０−ｎと、給電アンテナ素子による受信信号を用いて可変リアクタンス素子を制御するリアクタンス制御部５と、複数の給電アンテナ素子による受信信号にそれぞれ重み付けして合成する為の重み付け制御部５とを備えている。
【００１８】
又給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎと、これらの給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎに対して波長λと配置間隔ｄとの関係をｄ＜λ／２とし、且つ可変リアクタンス素子１０−１〜１０−ｎにより終端した複数の無給電アンテナ素子１ｂ−１〜１ｂ−ｎとからなるアレーブランチａ１〜ａｎを、ｄ＞λの関係で複数配置した構成とする。
【００１９】
又給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎに接続した送受高周波フロントエンド２−１〜２−ｎ及び送受信部３−１〜３−ｎと、給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎ対応の受信信号に重み付け回路６−１〜６−ｎで重み付けして合成する合成回路７と、この合成回路の出力信号の信号対干渉と雑音比（ＳＩＮＲ）が最大となるように前記重み付け回路を制御する重み付け制御部５と、給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎ対応の受信信号の信号対雑音比（ＳＩＲ）が最大となるように、給電アンテナ素子に対して空間相関が大きくなるように配置した複数の無給電アンテナ素子１ｂ−１〜１ｂ−ｎを終端した可変リアクタンス素子１０−１〜１０−ｎを制御するリアクタンス制御回路８−１〜８−ｎとを含む構成を有するものである。
【００２０】
本発明の他の態様によれば、所定の距離より広い間隔で設けられた複数のアレーアンテナ部６０２と、前記複数のアレーアンテナ部の各々から得られる出力信号を、重み付けして合成するための重み付け制御部５と、前記複数のアレーアンテナ部の各々から得られる出力信号に基づいて、制御信号を作成する移相制御部を有する適応アンテナ装置が提供される。前記複数のアレーアンテナ部の各々は、前記所定の距離より狭い間隔で配置された複数のアンテナ素子６０８と、前記制御信号に応答して、複数のアンテナ素子で受信した信号間の相対的な位相を調整する移相調整部６１２と、位相の調整された複数の受信信号を合成し、出力信号を出力する合成部６１４を有する。
【００２１】
又前記複数のアレーアンテナ部の各々が、更に、前記制御信号に応答して、複数のアンテナ素子で受信した信号間の相対的な振幅の大きさを調整する可変利得増幅器６１０を有し得る。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の説明図であり、ａ１〜ａｎはアレーブランチ、１ａ−１〜１ａ−ｎは給電アンテナ素子、１ｂ−１〜１ｂ−ｎは無給電アンテナ素子、２は送受高周波フロントエンド（ＲＦ　Ｆ／Ｅ）、３は送受信部、４はディジタル信号処理回路、５は重み付け制御部、６−１〜６−ｎは重み付け回路、７は合成回路（Σ）、８−１〜８−ｎはリアクタンス制御回路、９−１〜９−ｎはＤＡ変換器、１０−１〜１０−ｎは可変リアクタンス素子を示す。
【００２３】
アレーブランチａ１は、１個の給電アンテナ素子１ａ−１に対して複数の無給電アンテナ素子１ｂ−１を配置し、その配置間隔ｄを、例えば、ｄ＜λ／２の関係として配置したものであり、同様に、他のアレーブランチａ２〜ａｎについても、それぞれ１個の給電アンテナ素子１ａ−２〜１ａ−ｎに対して無給電アンテナ素子１ｂ−２〜１ｂ−ｎの配置間隔ｄを、ｄ＜λ／２の関係として複数配置し、アレーブランチａ１〜ａｎの間隔ｄを、例えば、ｄ＞λの関係として配置する。即ち、給電アンテナ素子に対して相互結合が大きくなるような間隔で複数の無給電アンテナ素子を配置してアレーブランチを構成し、アレーブランチ間は、空間相関が小さくなるような間隔で配置する。
【００２４】
前述のように、給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎ対応に、それぞれ相互結合が生じる距離に無給電アンテナ素子１ｂ−１〜１ｂ−ｎを配置して、無給電アンテナ素子１ｂ−１〜１ｂ−ｎを可変リアクタンス素子１０−１〜１０−ｎにより終端する。リアクタンス制御回路８−１〜８−ｎは、給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎ対応の受信信号のＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｒａｔｉｏ：信号対雑音比）が最大となるように、可変リアクタンス素子１０−１〜１０−ｎを制御する。
【００２５】
例えば、アレーブランチａ１の給電アンテナ素子１ａ−１にｄ＜λ／２の間隔で配置した複数の無給電アンテナ素子１ｂ−１をそれぞれ終端した可変リアクタンス素子１０−１を、リアクタンス制御回路８−１により制御することによって、給電アンテナ素子１ａ─１を放射器とし、複数の無給電アンテナ素子１ｂ−１の中の一部を反射器とし、他の一部を導波器として作用させることができるから、アレーブランチａ１としての指向性を制御することができる。又他のアレーブランチａ２〜ａｎについても同様に可変リアクタンス素子１０−２〜１０−ｎを制御することにより、アレーブランチａ１〜ａｎを総て同一の指向性として全体としての利得の向上を図ることができると基にフェージング補償等の制御を行うこともできる。
【００２６】
又可変リアクタンス素子１０−１〜１０−ｎをアナログ信号により制御する為に、ＤＡ変換器９−１〜９−ｎを設けているもので、可変リアクタンス素子１０−１〜１０−ｎをディジタル信号によって制御できる構成の場合は、ＤＡ変換器９−１〜９−ｎを省略することができる。例えば、可変リアクタンス素子１０−１〜１０−ｎをそれぞれ複数の固定リアクタンス素子とスイッチとにより構成し、リアクタンス制御回路８−１〜８−ｎに於けるディジタル信号処理結果のディジタル信号により、スイッチを制御して、固定リアクタンス素子の接続組合せを制御する構成の場合は、ＤＡ変換器９−１〜９−ｎを省略することができる。
【００２７】
又重み付け制御部５は、合成回路７の出力信号のＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｃｅ−ｐｌｕｓ−Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ）が最大となるように、給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎ対応の重み付け回路６−１〜６−ｎを制御する。重み付け回路６−１〜６−ｎは乗算器の構成とすることができる。又重み付け制御部５と重み付け回路６−１〜６−ｎと合成回路７とリアクタンス制御回路８−１〜８−ｎとを含むディジタル信号処理回路４は、ディジタル信号を処理するものであるから、ＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）の演算処理機能によって実現することも可能である。
【００２８】
単一の給電アンテナ素子に対して、可変リアクタンス素子で終端した複数の無給電アンテナ素子を配置した構成は、エスパ（ＥＳＰＡＲ；Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ　Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ　Ｐａｓｓｉｖｅ　Ａｒｒａｙ　Ｒａｄｉａｔｏｒ）アンテナと称されている（例えば、「Ｒ．Ｆ．ＨＡＲＲＩＮＧＴＯＮ，“Ｒｅａｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ　Ａｒｒａｙｓ”，ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ａｎｔ．ａｎｄ　Ｐｒｏｐ．Ｖｏｌ．ＡＰ−２６，Ｎｏ．３，Ｍａｙ　１９７８」，「Ｒ．Ｊ．Ｄｉｎｇｅｒ，“Ａ　Ｐｌａｎｎａｒ　Ｖｅｒｓｉｏｎ　ｏｆ　ａ　４０ＧＨｚ　Ｒｅａｃｔｉｖｅｌｙ　Ｓｔｅａｒｅｄ　Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ａｒｒａｙ”，ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ａｎｔ．ａｎｄ　Ｐｒｏｐ．Ｖｏｌ．ＡＰ−３４，Ｎｏ．３，Ｍａｒ．１９８６」，「Ｒ．Ｊ．Ｄｉｎｇｅｒ　ａｎｄ　Ｗ．Ｄ．Ｍｅｙｅｒｓ，“Ａ　ｃｏｍｐａｃｔＨＦ　ａｎｔｅｎｎａ　ａｒｒａｙ　ｕｓｉｎｇ　ｒｅａｃｔｉｖｅｌｙ−ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ　ｐａｒａｓｔｉｃ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ，”Ｎａｖａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍ　Ｒｅｐｏｒｔ　４７９７，Ｍａｙ１９８２」，「Ｒ，Ｊ．Ｄｉｎｇｅｒ，“Ｒｅａｃｔｉｖｅｌｙ　ｓｔｅｅｒｅｄ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ａｒｒａｙ　ｕｓｉｎｇ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ｐａｔｃｈ　ａｔ　４ＧＨｚ，”ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ａｎｔｅｎｎａｓ＆Ｐｒｏｐａｇ．，ｖｏｌ．ＡＰ−３２，ｎｏ．８，ｐｐ８４８−８５６，Ａｕｇ．１９８４，」又は
「特開２００２−１６４３２号公報」参照）。
【００２９】
しかし、本発明は、単一の給電アンテナ素子ではなく、複数の給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎを設けて、各給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎ対応のアレーブランチａ１〜ａｎをｄ＞λの関係の間隔で配置したものである。そして、アレーブランチａ１〜ａｎの各無給電アンテナ素子１ｂ−１〜１ｂ−ｎをそれぞれ終端する可変リアクタンス素子１０−１〜１０−ｎを、リアクタンス制御回路８−１〜８−ｎにより制御するものである。又可変リアクタンス素子１０−１〜１０−ｎは、各種の構成を適用することができるものであり、例えば、印加電圧によりキャパシタンスが制御されるバラクタダイオード等を用いることができる。その場合、リアクタンス制御回路８−１〜８−ｎからの制御信号に対する直線性が良いことが望ましい。その為に、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）構成のバリアブルキャパシタやインダクタンス、更にスイッチを組み合わせた構成とすることができる。
【００３０】
このバリアブルキャパシタは、マイクロマシーニングにより製作された対向電極を、印加電圧による静電力によって変更してキャパシタンスを変化させる構成や、対向電極間に、印加電圧による静電力を利用して誘電体等を挿入する構成等を適用することができるもので、印加電圧に対するリアクタンスの変化は、比較的広範囲な直線性を有するものである。又インダクタンスは、マイクロマシーニングにより製作されたコイルに、印加電圧による静電力を利用してコイルの長さや磁性体挿入等を制御する構成等を適用することができる。又マイクロマシーニングにより製作されたキャパシタ，インダクタンスを、印加電圧に従ってオン，オフするスイッチにより切替える構成とすることもできる。この場合は、段階的なリアクタンスの制御構成となる。
【００３１】
図２はアンテナ素子配置比較説明図であり、（Ａ）は図３に示す従来例のアンテナ素子の配置の一例を示し、４個のアンテナ素子２１〜２４をｄ＞λの間隔で配置したダイバーシチブランチ構成の場合を示す。又（Ｂ）は図５に示す従来例のアンテナ素子の配置の一例を示し、それぞれ４個のアンテナ素子２１−１〜２１−４，２２−１〜２２−４，２３−１〜２３−４，２４−１〜２４−４を、ｄ＜λの間隔で配置して４個のアレーブンラチ構成とし、且つ各アレーブランチ構成をｄ＞λの間隔で配置してダイバーシチブランチ構成した場合を示す。
【００３２】
これに対して、図２の（Ｃ）は本発明の実施の形態によるアンテナ素子の配置の一例を示すもので、４個の給電アンテナ素子２１ａ〜２４ａに対して、それぞれ２個の無給電アンテナ素子２１ｂ−１，２１ｂ−２〜２４ｂ−１〜２４ｂ−２をｄ＜λ／２の間隔で配置して４個のアレーブランチ構成とし、各アレーブランチ構成をｄ＞λの間隔で配置してダイバーシチブランチ構成とする。なお、給電アンテナ素子２１ａ〜２４ａを中心としてそれぞれ３個の無給電アンテナ素子を配置した場合も、殆ど同様な構成となる。
【００３３】
概略構成としても、図２の（Ｂ）に示す構成に対して、図２の（Ｃ）に示す構成は、アンテナ配置の小型化を図ることができる。又５ＧＨｚ帯に於いては、半波長が数ｃｍとなるが、図２の（Ｂ）に示す従来例の構成では、移動端末用のアンテナ装置に適用することは困難であるが、図２の（Ｃ）に示す本発明の実施の形態の適応アンテナ装置は、小型化できるから、移動端末用として適用することが可能となる。又その場合に、複数の無給電アンテナ素子に対する送受信回路構成を設けないので、低消費電力化することができるから、それによっても移動端末用に適用可能となる。
【００３４】
又複数の無給電アンテナ素子１ｂ−１〜ｂ−ｎのパターンをプリント配線技術で形成したフィルムを円筒形状に丸め、その円筒形の中心に給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎを配置してアレーブランチａ１〜ａｎを構成することもできる。その場合、給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎと、円筒形状に丸めたフィルムとの間の空間を埋めるように、誘電体を設けて補強することも可能である。又円筒形の誘電体の中心に給電アンテナ素子を設け、その円筒形の誘電体の外周面に無給電アンテナ素子をプリント配線技術等により形成してアレーブランチを構成することも可能である。この場合、誘電体は無給電アンテナ素子の個数に対応した正多面柱状とすることも可能である。又中心導体と誘電体を介して設けた外部導体とを有する同軸ケーブル構成を用い、外部導体をパターニングして無給電アンテナ素子のパターンを形成し、所定の長さに切断して、アレーブランチａ１〜ａｎ対応のアンテナ構成を製作することも可能である。このようなアレーブランチａ１〜ａｎは、円筒形状となり、それぞれｄ＞λの間隔で配置するものである。このようなモノポール型のアンテナ素子構成の給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子とからなるアレーブランチａ１〜ａｎを、プリント配線基板上に、例えば、図２の（Ｃ）に示すように配置するものである。
【００３５】
又移動端末用とした場合に、移動端末は、通話時に於いても移動することが多いものであるから、その移動過程に於いて重み付け制御部５による重み付け回路６−１〜６−ｎの制御びリアクタンス制御回路８−１〜８−ｎによる可変リアクタンス素子１０−１〜１０−ｎの制御を適応的に行うことになる。そこで、非通話時の待ち受け状態に於ける間欠的な共通チャネル受信等により、重み付け制御部５及びリアクタンス制御回路８−１〜８−ｎによる制御状態を、通話開始時の初期値として、通話中の適応制御を継続することができる。
【００３６】
又重み付け制御部５は、ＳＩＮＲが最大となるように、給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎ対応の受信信号に対して重み付けを行うものであり、リアクタンス制御回路８−１〜８−ｎと重み付け制御部５とは、給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎ対応の受信信号を入力するものであるから、リアクタンス制御回路８−１〜８−ｎと重み付け制御部５とを連携制御動作する構成とすることも可能である。
【００３７】
又図１に於いて、リアクタンス制御回路８−１〜８−ｎは、アレーブランチａ１〜ａｎ対応に設けて、それぞれの給電アンテナ１ａ−１〜１ａ−ｎ対応の受信信号を基に、アレーブランチａ１〜ａｎ対応に可変リアクタンス素子１０−１〜１０−ｎを制御する場合を示すものであるが、リアクタンス制御回路８−１〜８−ｎを統合した構成とし、給電アンテナ１ａ−１〜１ａ−ｎ対応の受信信号の総てについて相互関係を処理し、例えば、ＳＩＲが最大となるように、可変リアクタンス素子１０−１〜１０−ｎを制御する構成とすることも可能である。その場合、重み付け制御部５と共通の構成部分を含むことになるから、重み付け制御部５とリアクタンス制御回路８−１〜８−ｎとを統合して、リアクタンス及び重み付け制御部とすることができる。
【００３８】
又時分割多重化（ＴＤＤ：Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｄｕｐｌｅｘ）方式の場合は、各アンテナを送受共用とし、受信時の重み付け制御部５及びリアクタンス制御回路８−１〜８−ｎの制御状態を維持して、基地局等の対向局に対して送信することができる。又周波数分割多重化（ＦＤＤ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｄｕｐｌｅｘ）方式の場合も、送受共用とすることも可能であるが、送受信周波数が異なることから、前述の複数のアレーブランチａ１〜ａｎを有する送信用のアンテナ構成と受信用のアンテナ構成とをそれぞれ設けることができる。
【００３９】
このように、本願実施例によれば、給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎによるダイバーシチブランチにより、フェージング補償を行うことが可能であり、又給電アンテナ素子１ａ−１〜１ａ−ｎと共に複数の無給電アンテナ素子１ｂ−１〜１ｂ−ｎによりアレーブランチを構成して、干渉波を抑圧することがきる。更に、アレーブランチを構成する無給電アンテナ素子１ｂ−１〜１ｂ−ｎは、可変リアクタンス素子１０−１〜１０−ｎにより終端したことにより、送受高周波フロントエンド，送受信部，ＡＤ変換器等を省略した構成とすることができるから、小型化と低消費電力化とを図ることができる。従って、移動体通信に於ける基地局のみでなく、移動端末に適用可能とすることができる利点がある。
【００４０】
図１に示される実施の態様では、給電アンテナ素子（１ａ−１等）及び無給電アンテナ素子（１ｂ−１等）を利用して、アレーブランチ毎にいわゆる空間合成型のアレーアンテナを形成していた。この態様は、制御対象となる素子数（図１では、例えばコンデンサであるリアクタンス素子１０−１等）が少なくて済む点で、小型の通信端末に特に有利である。しかしながら、本発明はこのような態様に限定されず、例えば、いわゆるＲＦ処理型のような他のアレーアンテナの形式を利用することも可能である。
【００４１】
図６は、ＲＦ処理型の１つであるフェーズドアレーアンテナを利用した適応アンテナ装置の説明図を示す。概して、適応アンテナ装置６００は、複数のアレーアンテナ部６０２と、各アレーアンテナ部６０２に接続された無線部６０４と、それら複数の無線部６０４に接続されたディジタル信号処理回路６０６を有する。１つのアレーアンテナ部６０２とそれに接続される無線部６０４は、１つのアレーブランチに属する。無線部６０４は、図１の送受高周波フロントエンド２−１等及び送受信部３−１等に対応する。隣り合うアレーアンテナ部６０２は、互いの空間相関が充分に小さくなるように、即ち充分に大きな距離を隔てて設けられる。その距離は、例えば、通信に使用される無線信号の波長以上とすることが可能である。
【００４２】
各アレーアンテナ部６０２は、複数の給電アンテナ素子６０８を有する。隣り合う給電アンテナ素子６０８は、互いの空間相関が充分に大きくなるように、即ち充分に接近した距離に設けられる。その距離は、例えば、通信に使用される無線信号の半波長以下にすることが可能である。アレーアンテナ部６０２は、各給電アンテナ素子６０８毎に設けられた可変利得増幅器６１０を有する。可変利得増幅器６１０は、例えば可変利得低雑音増幅器（ＶＧ−ＬＮＡ）であり、信号の振幅の大きさを調整するためのものである。更に、アレーアンテナ部６０２は、各ＶＧ−ＬＮＡ６１０に接続された移相回路６１２を有する。移相回路６１２は、例えば、コンデンサ及び／又はコイルより成り、その入力信号の位相を調整するためのものである。図６では、低雑音増幅器６１０の後に移相回路６１２が接続されているが、このことは本発明に必須ではなく、順序を逆にすることも可能である。給電アンテナ素子６０８で受信した信号（又は送信する信号）の振幅及び位相を、後述する制御信号に応じて変化させることができればよいからである。更に、アレーアンテナ部６０２は、複数の移相回路６１２に接続された合成／分配回路６１４を有する。合成／分配回路６１４は、受信の際には複数の信号を１つに合成する合成回路として機能し、送信の際には１つの信号を複数に分配する分配回路として機能する。
【００４３】
各無線部６０４は、受信信号に対して、高周波フロントエンド処理及び周波数変換等を行う受信機６１６、及び受信機６１６のアナログ出力信号をディジタル信号に変換し、後段のディジタル信号処理回路６０６に出力するアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）６１８を有する。また、無線部６０４は、ディジタル信号処理回路６０６からの送信信号をアナログ信号に変換するディジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）６２０、及びＤＡＣ６２０の出力に接続され、高周波フロントエンド処理及び周波数変換等を行う送信機６２２を有する。更に、無線部６０４は、これらの送信経路及び受信経路を、時分割方式で切り替えながら各自のアレーアンテナ部６０２に接続するスイッチ６２４を有する。
【００４４】
ディジタル信号処理回路６０６は、図１のディジタル信号処理回路４と概ね同一の構成及び機能を有する。但し、リアクタンス素子のリアクタンスを制御するためのリアクタンス制御回路８−１等の代りに、本実施例では、ＶＧ−６１０及び移相回路６１２にて信号の振幅及び位相を調整するための制御部が設けられる。制御部は、その調整内容を表す制御信号を作成する。
【００４５】
動作を次に説明する。先ず、受信時にあっては、無線信号は、アレーアンテナ部６０２に設けられた複数のアンテナ素子６０８で受信される。これら複数の受信信号は、各自の信号経路におけるＶＧ−６１０及び移相回路６１２により適切な重み付けがなされ（複数の受信信号同士の相対的な振幅及び位相が調整され）、合成／分配回路６１４に入力される。合成／分配回路６１４では、重み付けされた複数の受信信号を合成して、アレーアンテナ部６０２毎に信号を出力する。この出力信号は、無線部６０４に入力され、それ以後の動作は、概ね図１にて説明した適応アンテナ装置の動作と同様である。但し、リアクタンス制御回路８−１等の代りに上記の制御部が、合成後の信号の品質（例えば、ＳＩＲや、ＳＩＮＲ等）を向上させるように、受信信号の振幅及び位相を調整するための制御信号を作成し、それを各ＶＧ−６１０及び移相回路６１２に与える。この制御信号に応答して、ＶＧ−６１０及び移相回路６１２は、信号の振幅及び位相を調整する。
【００４６】
送信時にあっては、ディジタル信号処理回路６０６で作成された送信信号は、ＤＡＣ６２０、送信機６２２及びスイッチ６２４を経てアレーアンテナ部６０２に入力される。入力された送信信号は、合成／分配回路６１４にてアンテナ素子６０８の数だけ分配（又は複製）され、移相回路６１２及びＶＧ−６１０により位相及び振幅が相対的に調整された後に各アンテナ素子６０８から送信される。この場合の振幅及び位相も、ディジタル信号処理回路６０６からの制御信号に基づいて設定される。
【００４７】
本実施例による適応アンテナ装置は、各アンテナ素子６０８で受信した信号の振幅及び位相を調整しながら合成回路６１４により合成し、合成された信号の１つは、１つのダイバーシチブランチの信号になる。また、適応アンテナ装置は、ダイバーシチブランチ毎に送信信号を与え、それを分配回路によりアンテナ素子数に応じて分配し、分配された信号の振幅及び位相をアンテナ素子から放射する前に調整する。ダイバーシチ受信又は送信を行うことにより、本装置はフェージング補償等を行うことが可能である。更に、アレーアンテナ部内の複数のアンテナ素子は、合成／分配回路６１４を通じて無線部６０４に接続されるので、アンテナ素子数を増やしたとしても、それに応じて無線部を増やすことは必須ではなく、装置の大型化を抑制し、低消費電力化を図ることが可能になる。更に、本実施例では、送信又は受信する信号の振幅及び位相を調整することができるので、信号を調整する自由度が大きくなり、これは例えば信号の高品質化や高精度化等の観点から有利である。
【００４８】
本実施例では、総てのアンテナ素子６０８にＶＧ−６１０及び移相回路６１２を設けている。これは、各信号を調整する自由度を大きくする観点から好ましい。しかし、信号同士の相対的な振幅又は位相を調整する観点からは、アレーアンテナ部６０２内の例えば１つのアンテナ素子に関するＶＧ−ＬＮＡ及び移相回路を省略することも可能である。更に、通信環境によっては、振幅の大きさを調整しなくても充分な信号品質が得られる場合もあり得る。そのような場合は、ＶＧ−ＬＮＡ６１０を省略することも可能である。
【００４９】
図７は、ＲＦ処理型の１つであるフェーズドアレーアンテナを利用した別の適応アンテナ装置の説明図を示す。図６に関して説明したのと同様の要素には、同一の参照番号が付されている。概して、適応アンテナ装置７００は、複数のアレーアンテナ部７０２と、各アレーアンテナ部７０２に接続された無線部７０４と、それら複数の無線部７０４に接続されたディジタル信号処理回路６０６を有する。
【００５０】
各アレーアンテナ部７０２は、複数の給電アンテナ素子６０８を有し、これらの給電アンテナ素子６０８の各々には、周波数共用器７０６が設けられている。周波数共用器７０６は、ある周波数帯域（例えば受信信号用の帯域）と、別の周波数帯域（例えば、送信信号用の帯域）に対して、１つのアンテナ素子６０８を共用するためのフィルタ機能を有する。このような周波数共用器７０６をアンテナ素子６０８に設けることで、信号の周波数が適切に異なっていれば、アンテナ素子６０８は同時に信号を送信及び受信することが可能である。図示されているアレーアンテナ部７０２は、アンテナ素子６０８毎に、受信信号用のＶＧ−ＬＮＡ６１０及び移相回路６１２を有する。更に、アレーアンテナ部７０２は、複数の移相回路６１２に接続された合成回路６１４を有する。アレーアンテナ部７０２は、送信信号に対するＶＧ−ＬＮＡ、移相回路（簡単のため図示せず）及び分配回路６１４’も有する。
【００５１】
各無線部７０４は、合成回路６１４の出力に接続された受信機６１６と、受信機６１６の出力及びディジタル信号処理回路６０６の入力の間に接続されたアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）６１８とを有する。また、無線部７０４は、ディジタル信号処理回路６０６の出力に接続されたディジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）６２０と、ＤＡＣ６２０の出力及び分配回路６１４’の入力の間に接続された送信機６２２とを有する。
【００５２】
本実施例では、送信経路及び受信経路はアンテナ素子６０８に常時接続されている。この点、送信経路及び受信経路が択一的に適宜アンテナ素子６０８に接続されていた図６の実施例の場合と相違する。このように、ＴＤＤ方式だけでなく、ＦＤＤ方式の装置に本発明を適用することも可能である。ＦＤＤ方式では、通信端末が時間的に同時に送信及び受信を行い得るようにするので、図７に示されているように、受信経路に専用のＶＧ−ＬＮＡ６１０、移相回路６１２及び合成回路６１４が用意され、送信経路に専用のＶＧ−ＬＮＡ、移相回路及び分配回路が用意される。
【００５３】
図７に示される実施例では、アレーアンテナ部７０２内の総てのアンテナ素子６０８が、それらと同数の周波数共用器７０６により送受信に共用されている。このようにして、送信及び受信に同等の処理能力を持たせることは、同程度の品質で双方向に通信を行う等の観点から有利である。しかしながら、本発明はそのような形態に限定されず、一部のアンテナ素子のみを送受信に共用するようにアレーアンテナ部を構築することも可能である。
【００５４】
図８は、アレーアンテナ部７０２の変形例を示す。この例では、アンテナ素子８０２は、周波数共用器７０６によって送受信に共用されているが、他のアンテナ素子６０８は専ら受信に使用される。このような形態は、上りチャネルよりも下りチャネルで高品質な通信が要請される場合に有利である。例えば、通信端末から、ファイルのダウンロードを指示する簡単な命令を上りチャネルでダイバーシチ送信し、質量共に充実したファイルを下りチャネルでダウンロードする（適応アレーアンテナを利用したダイバーシチ受信を行う）ような場合である。なお、図示した例では送信側を簡略化しているが、逆に受信側を簡略化することも可能である。このように、通信システムにおける上り及び下りチャネルの非対称性に配慮して、通信能力又は機能を用意することが可能であり、通信システムに合わせて通信端末の小型化及び低消費電力化を図ることが可能になる。
【００５５】
以下、本発明により教示される、課題を解決する手段を列挙する。
【００５６】
（付記１）　空間相関が小さくなるように配置した複数の給電アンテナ素子と、
該複数の給電アンテナ素子のそれぞれに対して相互結合が大きくなるように配置した複数の無給電アンテナ素子と、
該複数の無給電アンテナ素子をそれぞれ終端する可変リアクタンス素子と、
前記給電アンテナ素子による受信信号を用いて前記可変リアクタンス素子を制御するリアクタンス制御部と、
前記複数の給電アンテナ素子による受信信号にそれぞれ重み付けして合成する為の重み付け制御部と
を備えたことを特徴とする適応アンテナ装置。
【００５７】
（付記２）　前記給電アンテナ素子と、該給電アンテナ素子に対して波長λと配置間隔ｄとの関係をｄ＜λ／２とし、且つ可変リアクタンス素子により終端した複数の無給電アンテナ素子とからなるアレーブランチを、ｄ＞λの関係で複数配置したことを特徴とする付記１記載の適応アンテナ装置。
【００５８】
（付記３）　前記給電アンテナ素子に接続した送受高周波フロントエンド及び送受信部と、前記給電アンテナ素子対応の受信信号に重み付け回路で重み付けして合成する合成回路と、該合成回路の出力信号の信号対干渉と雑音比が最大となるように前記重み付け回路を制御する重み付け制御部と、前記給電アンテナ素子対応の受信信号の信号対雑音比が最大となるように、前記給電アンテナ素子に対して空間相関が大きくなるように配置した複数の無給電アンテナ素子を終端した可変リアクタンス素子を制御するリアクタンス制御回路とを含む構成を有することを特徴とする付記１又は２記載の適応アンテナ装置。
【００５９】
（付記４）　所定の距離より広い間隔で設けられた複数のアレーアンテナ部と、
前記複数のアレーアンテナ部の各々から得られる出力信号を、重み付けして合成するための重み付け制御部と、
前記複数のアレーアンテナ部の各々から得られる出力信号に基づいて、制御信号を作成する移相制御部
を有する適応アンテナ装置であって、前記複数のアレーアンテナ部の各々が、
前記所定の距離より狭い間隔で配置された複数のアンテナ素子と、
前記制御信号に応答して、複数のアンテナ素子で受信した信号間の相対的な位相を調整する移相調整部と、
位相の調整された複数の受信信号を合成し、出力信号を出力する合成部
を有することを特徴とする適応アンテナ装置。
【００６０】
（付記５）　移相調整部が、前記複数のアンテナ素子の全部又は一部に設けられることを特徴とする付記４記載の適応アンテナ装置。
【００６１】
（付記６）　前記複数のアレーアンテナ部の各々が、更に、前記制御信号に応答して、複数のアンテナ素子で受信した信号間の相対的な振幅の大きさを調整する可変利得増幅器を有することを特徴とする付記４記載の適応アンテナ装置。
【００６２】
（付記７）　可変利得増幅器が、前記複数のアンテナ素子の全部又は一部に設けられることを特徴とする付記６記載の適応アンテナ装置。
【００６３】
（付記８）　更に、前記複数のアンテナ素子を、送信時及び受信時の間で時分割方式で切り替えて使用するためのスイッチ部を有することを特徴とする付記４記載の適応アンテナ装置。
【００６４】
（付記９）　更に、前記複数のアンテナ素子の全部又は一部に、送信周波数帯域及び受信周波数帯域でアンテナ素子を共用するための周波数共用器が設けられることを特徴とする付記４記載の適応アンテナ装置。
【００６５】
（付記１０）　付記１乃至９の何れか１項に記載の適応アンテナ装置を有することを特徴とする無線通信端末。
【００６６】
【発明の効果】
以上本発明によれば、アレーブランチ構成とダイバーシチブランチ構成とを組合せて送受信特性を改善することで、適応アンテナ装置の小型化及び低消費電力化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の説明図である。
【図２】アンテナ素子配置比較説明図である。
【図３】従来例の説明図である。
【図４】アンテナ素子対応の送受信回路の説明図である。
【図５】従来例の説明図である。
【図６】図６は、ＲＦ処理型のアレーアンテナを利用した実施形態の説明図を示す。
【図７】図７は、ＲＦ処理型のアレーアンテナを利用した他の実施形態の説明図を示す。
【図８】図８は、アレーアンテナ部の変形例を示す図である。
【符号の説明】
ａ１〜ａｎ　アレーブランチ
１ａ−１〜１ａ−ｎ　給電アンテナ素子
１ｂ−１〜１ｂ−ｎ　無給電アンテナ素子
２−１〜２−ｎ　送受高周波フロントエンド（ＲＦ　Ｆ／Ｅ）
３−１〜３−ｎ　送受信部
４　ディジタル信号処理回路
５　重み付け制御部
６−１〜６−ｎ　重み付け回路
７　合成回路（Σ）
８−１〜８−ｎ　リアクタンス制御回路
９−１〜９−ｎ　ディジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）
１０−１〜１０−ｎ　可変リアクタンス素子
６００　適応アンテナ装置
６０２　アレーアンテナ部
６０４　無線部
６０６　ディジタル信号処理装置
６０８　アンテナ素子
６１０　可変利得増幅器
６１２　移相回路
６１４　合成回路
６１４’分配回路
６１６　受信機
６１８　アナログディジタル変換器
６２０　ディジタルアナログ変換器
６２２　送信機
６２４　スイッチ
７００　適応アンテナ装置
７０２　アレーアンテナ部
７０４　無線部
７０６　周波数共用器
８０２　送受信で共用されるアンテナ素子

Claims

空間相関が小さくなるように配置した複数の給電アンテナ素子と、
該複数の給電アンテナ素子のそれぞれに対して相互結合が大きくなるように配置した複数の無給電アンテナ素子と、
該複数の無給電アンテナ素子をそれぞれ終端する可変リアクタンス素子と、
前記給電アンテナ素子による受信信号を用いて前記可変リアクタンス素子を制御するリアクタンス制御部と、
前記複数の給電アンテナ素子による受信信号にそれぞれ重み付けして合成する為の重み付け制御部と
を備えたことを特徴とする適応アンテナ装置。
前記給電アンテナ素子と、該給電アンテナ素子に対して波長λと配置間隔ｄとの関係をｄ＜λ／２とし、且つ可変リアクタンス素子により終端した複数の無給電アンテナ素子とからなるアレーブランチを、ｄ＞λの関係で複数配置したことを特徴とする請求項１記載の適応アンテナ装置。
前記給電アンテナ素子に接続した送受高周波フロントエンド及び送受信部と、前記給電アンテナ素子対応の受信信号に重み付け回路で重み付けして合成する合成回路と、該合成回路の出力信号の信号対干渉と雑音比が最大となるように前記重み付け回路を制御する重み付け制御部と、前記給電アンテナ素子対応の受信信号の信号対雑音比が最大となるように、前記給電アンテナ素子に対して空間相関が大きくなるように配置した複数の無給電アンテナ素子を終端した可変リアクタンス素子を制御するリアクタンス制御回路とを含む構成を有することを特徴とする請求項１又は２記載の適応アンテナ装置。
所定の距離より広い間隔で設けられた複数のアレーアンテナ部と、
前記複数のアレーアンテナ部の各々から得られる出力信号を、重み付けして合成するための重み付け制御部と、
前記複数のアレーアンテナ部の各々から得られる出力信号に基づいて、制御信号を作成する移相制御部
を有する適応アンテナ装置であって、前記複数のアレーアンテナ部の各々が、
前記所定の距離より狭い間隔で配置された複数のアンテナ素子と、
前記制御信号に応答して、複数のアンテナ素子で受信した信号間の相対的な位相を調整する移相調整部と、
位相の調整された複数の受信信号を合成し、出力信号を出力する合成部
を有することを特徴とする適応アンテナ装置。
前記複数のアレーアンテナ部の各々が、更に、前記制御信号に応答して、複数のアンテナ素子で受信した信号間の相対的な振幅の大きさを調整する可変利得増幅器を有することを特徴とする請求項４記載の適応アンテナ装置。