JP2004336695A

JP2004336695A - ダイバーシチアンテナ装置およびそれを備えた通信機

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Publication number: JP2004336695A
Application number: JP2003189663A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Yamaguchi; 喜弘山口; Tsutomu Iegi; 勉家木
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】回路が簡単で小型化が容易なダイバーシチアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ素子３ａ，３ｂをｘ方向に間隔を介し配置してｘ方向配列のアンテナ対４ｘを形成する。アンテナ素子３ａ，３ｃをｙ方向に間隔を介し配置してｙ方向配列のアンテナ対４ｙを形成する。ｘ方向配列のアンテナ対４ｘとｙ方向配列のアンテナ対４ｙに兼用のアンテナ素子３ａを、位相調整部７を介して合成部６に接続し、アンテナ素子３ｂ，３ｃを、それぞれ、切り換え部８を介して合成部６に接続する。位相調整部７は、アンテナ素子３ａの信号位相と、アンテナ素子３ｂ，３ｃの信号位相とを互いに逆相とする構成を備える。切り換え部８は、アンテナ素子３ｂ，３ｃの一方を合成部６に切り換え接続させる構成を有する。切り換え部８の切り換え動作によって、通信用として機能するアンテナ対が切り換わって、ダイバーシチアンテナ装置１の指向性が切り換わる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電波（電界）の放射パターンの指向性を切り換えることができるダイバーシチアンテナ装置およびそれを備えた通信機に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
図５にはダイバーシチアンテナ装置の一構成例が示されている（特許文献１参照）。このダイバーシチアンテナ装置２０は、３つのアンテナ素子２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、移相制御部２２と、比較回路２３と、給電制御装置２４とを有して構成されている。
【０００３】
アンテナ素子２１ａ，２１ｂ，２１ｃは例えばダイポールアンテナであり、当該アンテナ素子２１ａ，２１ｂ，２１ｃはそれぞれ正三角形の互いに異なる頂点位置に配置され、アンテナ素子２１ａ，２１ｂ間の間隔と、アンテナ素子２１ｂ，２１ｃ間の間隔と、アンテナ素子２１ｃ，２１ａ間の間隔とは全て等しく、ここでは、そのアンテナ素子間の間隔は、通信用として設定されている周波数帯の電波波長λの１／２となっている。
【０００４】
それら各アンテナ素子２１ａ，２１ｂ，２１ｃにはそれぞれ別々の給電線路２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）の一端部が接続されており、これら給電線路２５ａ，２５ｂ，２５ｃの他端部は共通に移相制御部２２に接続されている。移相制御部２２は、アンテナ素子２１ａ，２１ｂ，２１ｃの中から２つのアンテナ素子を選択し、この選択した２つのアンテナ素子のそれぞれに設定の位相差（例えば１２０°）をもって給電する構成を備えている。
【０００５】
その移相制御部２２からの給電により２つのアンテナ素子で電界が励振されて放射され当該電界は空中で合成される。この合成電界によってダイバーシチアンテナ装置２０の指向性が定まる。移相制御部２２で選択されて給電される２つのアンテナ素子の組み合わせと、その選択された２つのアンテナ素子への信号の位相差の反転制御とによって、ダイバーシチアンテナ装置２０は６パターンの指向性を持つことができる。なお、ダイバーシチアンテナ装置２０は、受信に関しても、送信時と同様の６パターンの指向性を持つ。
【０００６】
比較回路２３は、指向性のパターンがそれぞれ異なる状態で受信した６つの受信信号を比較し、この比較により最も受信状態が良好な信号を選び出す。給電制御装置２４は、その比較回路２３の比較結果に基づいて、６つの指向性パターンの中から、通信に最適な指向性パターンを判断する。移相制御部２２は、その給電制御装置２４の判断結果に基づいて、最適と判断された指向性パターンを得るための給電対象の２つのアンテナ素子を選択し、かつ、それら２つのアンテナ素子への信号の位相差を制御して給電動作を行う。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１６７８０７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２７８１９３号公報
【特許文献３】
特開２００１−２８５０９号公報
【特許文献４】
特開平８−３３５８１９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年、通信機には小型化の要求があり、これに伴ってアンテナ装置にも小型化が要求されている。ダイバーシチアンテナ装置２０の構成では、アンテナ素子２１ａ，２１ｂ，２１ｃの中から２つのアンテナ素子を選択して給電するものであり、ダイバーシチブランチの数が３つ以上となる。このため、良好な受信が可能なアンテナ素子の組み合わせを選択するために必要な時間が長くなるという問題がある。また、切り換え回路も複雑となり大型となる。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、ブランチ数が２つで、切り換え時間を短く保ちながら低仰角方向の利得が大きく、回路構成を簡略化できて小型化が容易なダイバーシチアンテナ装置およびそれを備えた通信機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明のダイバーシチアンテナ装置は、互いに直交するｘ方向とｙ方向のうちのｘ方向に沿って、対を成すアンテナ素子が間隔を介し基板に配列配置されてｘ方向配列のアンテナ対が形成され、また、それら対を成すアンテナ素子のうちの一方と、この一方のアンテナ素子とｙ方向に間隔を介して基板に配列配置された別のアンテナ素子とによってｙ方向配列のアンテナ対が形成されており、前記各アンテナ素子には、それぞれ、共通の合成部に接続するための別々の給電線路が接続されており、ｘ方向配列のアンテナ対とｙ方向配列のアンテナ対に兼用のアンテナ素子に接続している給電線路には信号の位相を調整する位相調整部が介設され、また、他の各アンテナ素子にそれぞれ接続している各給電線路のうちの何れか一つを合成部に切り換え接続させるための切り換え部が設けられており、前記位相調整部は、前記兼用のアンテナ素子の信号位相と、他のアンテナ素子の信号位相との位相差を１８０°に調整する構成と成し、切り換え部の切り換え動作によって合成部に切り換え接続されているアンテナ素子と、前記兼用のアンテナ素子とには互いに逆相の電界が励振して空中で合成される構成と成しており、切り換え部の切り換え動作に応じて、通信用として機能するアンテナ対が切り換わって、合成電界の指向性が切り換わることを特徴としている。また、この発明の通信機は、この発明において特有な構成を持つダイバーシチアンテナ装置が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００１２】
第１実施形態例のダイバーシチアンテナ装置は、図１（ａ）に示されるように基板２に配置される複数のアンテナ素子３ａ，３ｂ，３ｃと、図１（ｂ）に示すような回路とを有して構成されている。
【００１３】
すなわち、第１実施形態例では、アンテナ素子３ａ，３ｂ，３ｃは何れも同様な構成を持つモノポールアンテナであり、これらアンテナ素子３ａ，３ｂ，３ｃのうちのアンテナ素子３ａ，３ｂは、図１（ａ）に示すｘ方向に間隔を介して配列配置されてｘ方向配列のアンテナ対４ｘを構成している。また、アンテナ素子３ａ，３ｃは、ｘ方向に直交するｙ方向に間隔を介して配列配置されてｙ方向配列のアンテナ対４ｙを構成している。この第１実施形態例では、アンテナ素子３ａはｘ方向配列のアンテナ対４ｘとｙ方向配列のアンテナ対４ｙに兼用のアンテナ素子と成している。また、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘを構成しているアンテナ素子３ａ，３ｂ間の間隔と、ｙ方向配列のアンテナ対４ｙを構成しているアンテナ素子３ａ，３ｃ間の間隔とは等しく、その間隔は、通信用として設定された周波数帯の電波波長λの１／２、あるいは、ほぼλ／２となっている。つまり、アンテナ素子３ａは直角二等辺三角形の直角の角部に配置され、その直角二等辺三角形の残りの角部にそれぞれアンテナ素子３ｂ，３ｃが別々に配置されている。
【００１４】
そのように配置された各アンテナ素子３ａ，３ｂ，３ｃには、図１（ｂ）に示すように、それぞれ別々の給電線路５ａ，５ｂ，５ｃの一端部が接続されている。給電線路５ａの他端部は合成部６に接続されており、この合成部６とアンテナ素子３ａを接続する信号線路５ａには位相調整部７が介設されている。また、給電線路５ｂ，５ｃの各他端部はそれぞれ切り換え部８に接続されている。さらに、その切り換え部８は給電線路５ｄによって合成部６に接続されている。この合成部６は例えば通信機に設けられている通信用の高周波回路１０に接続されている。
【００１５】
切り換え部８は、給電線路５ｂ，５ｃのうちの一方を合成部６に切り換え接続させる構成を有しており、ここでは、ＳＰＤＴ（ＳｉｎｇｌｅＰｏｌｅＤｏｕｂｌｅＴｈｒｏｗ）スイッチにより構成されている。そのスイッチには様々な構成のものがあり、ここでは、何れの構成のスイッチをも採用してよいが、その一例を挙げると、例えば、通信用に設定されている周波数帯が５ＧＨｚのマイクロ波帯である場合には、ＧａＡｓ基板を利用したＭＭＩＣを利用したスイッチがある。この切り換え部８の切り換え動作は、例えば通信機の制御装置１１の後述するようなダイバーシチ制御動作によって制御される。
【００１６】
この第１実施形態例では、給電線路５ａ〜５ｄは同じ構成の線路である。また、アンテナ素子３ｂと切り換え部８間を接続している給電線路５ｂの長さと、アンテナ素子３ｃと切り換え部８間を接続している給電線路５ｃの長さとは等しくなっており、給電線路５ｂが持つインピーダンス（電気長）と、給電線路５ｃが持つインピーダンス（電気長）とは等しく、あるいは、ほぼ等しくなっている。
【００１７】
位相調整部７は、給電線路５ａを通電する信号の位相を調整するものであり、この第１実施形態例では、合成部６からアンテナ素子３ａに供給される送信用の信号と、合成部６から切り換え部８を介してアンテナ素子３ｂ，３ｃに供給される送信用の信号との位相差が１８０°となるように（逆相となるように）、また、対を成すアンテナ素子３ａ，３ｂ（アンテナ素子３ａ，３ｃ）で受信された受信信号が互いに逆相である場合にそれら逆相の信号が合成部６に入力する位置では同相となるように、信号の位相を調整する。
【００１８】
この位相調整部７によって、切り換え部８により合成部６に切り換え接続されているアンテナ素子３ｂ（あるいはアンテナ素子３ｃ）と、アンテナ素子３ａとには、互いに逆相の信号が合成部６側から供給されることとなる。これにより、アンテナ素子３ｂ（あるいはアンテナ素子３ｃ）と、アンテナ素子３ａとにはそれぞれ互いに逆相の電界が励振されて放射される。この逆相の電界が合成されてダイバーシチアンテナ装置１の電界放射パターンの指向性が定まる。
【００１９】
図２には基板２の上方側から基板２の表面側を見たときのダイバーシチアンテナ装置１のアンテナ指向性（アンテナ利得特性）の一例が示されている。図２中の実線Ｘは、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘのアンテナ素子３ａ，３ｂによるアンテナ利得特性であり、点線Ｙは、ｙ方向配列のアンテナ対４ｙのアンテナ素子３ａ，３ｃによるアンテナ利得特性である。
【００２０】
つまり、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘを構成するアンテナ素子３ａ，３ｂが互いに逆相の電界を発生させている場合には、アンテナ素子３ａ，３ｂ間の領域では、アンテナ素子３ａの電界と、アンテナ素子３ｂの電界とは互いに打ち消し合うのでアンテナ利得は小さくなる。これに対して、アンテナ素子３ａ，３ｂ間の領域よりもｘ方向に外側の領域で、アンテナ素子３ａから放射された電界と、アンテナ素子３ｂから放射された電界とは強め合って、アンテナ利得が向上する。よって、アンテナ素子３ａ，３ｂが互いに逆相の電界を発生させている場合には、図２の実線Ｘに示されるように、ダイバーシチアンテナ装置１は、ｘ方向に強い指向性を持つこととなる。なお、図２に示す点線Ｚは、モノポールアンテナ素子が１つしか設けられていない場合のアンテナ利得特性を表すものである。この点線Ｚと、実線Ｘとの比較からも分かるように、ｘ方向に関しては、２つのアンテナ素子３ａ，３ｂの電界の合成によって、アンテナ素子が１つしか設けられていない場合に比べて、アンテナ利得が向上している。
【００２１】
また、ｙ方向配列のアンテナ対４ｙを構成するアンテナ素子３ａ，３ｃが互いに逆相の電界を発生させている場合には、アンテナ素子３ａ，３ｃ間の領域で、アンテナ素子３ａの電界と、アンテナ素子３ｃの電界とが互いに打ち消し合ってアンテナ利得が小さくなる。また、アンテナ素子３ａ，３ｃ間の領域よりもｙ方向に外側の領域で、アンテナ素子３ａから放射された電界と、アンテナ素子３ｃから放射された電界とは強め合ってアンテナ利得が向上する。よって、アンテナ素子３ａ，３ｃが互いに逆相の電界を発生させている場合には、図２の点線Ｙに示されるように、ダイバーシチアンテナ装置１はｙ方向に強い指向性を持つこととなる。そのｙ方向の指向性（アンテナ利得）は、２つのアンテナ素子３ａ，３ｃの電界の合成によって、アンテナ素子が１つしか設けられていない場合（図２の点線Ｚ参照）よりも向上している。
【００２２】
すなわち、このダイバーシチアンテナ装置１では、切り換え部８の切り換え動作によってアンテナ素子３ｂが合成部６に接続されている場合には、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘが通信用のアンテナ対として機能して、ｘ方向に強いアンテナ指向性を示す。また、切り換え部８の切り換え動作によってアンテナ素子３ｃが合成部６に接続されている場合には、ｙ方向配列のアンテナ対４ｙが通信用のアンテナ対として機能して、ｙ方向に強いアンテナ指向性を示す。換言すれば、このダイバーシチアンテナ装置１では、切り換え部８の切り換え動作によって、アンテナ指向性を互いに直交するｘ方向とｙ方向の何れか一方に切り換えることができる。
【００２３】
なお、ここまでのアンテナ指向性に関する説明では、アンテナ素子３ａ，３ｂ，３ｃから電界が放射される送信の場合を例にして説明したが、受信のアンテナ指向性も同様である。例えば、アンテナ素子３ａ，３ｂの共振周波数を持つ電界がアンテナ素子３ａ，３ｂに到来すると、各アンテナ素子３ａ，３ｂはその電界を受信する。その電界が、例えば図１（ｂ）の点線αに示すようにｘ方向からアンテナ素子３ａ，３ｂのそれぞれに互いに逆向きに入射した場合には、各アンテナ素子３ａ，３ｂの受信信号は互いに逆相となる。このようにアンテナ素子３ａ，３ｂの位置では、それらアンテナ素子３ａ，３ｂの受信信号は互いに逆相であるが、位相調整部７によって、アンテナ素子３ａ，３ｂの受信信号は同相となって合成部６に入力する。このため、アンテナ素子３ａ，３ｂの受信信号は合成部６で合成されて信号レベルは大きくなる。つまり、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘの受信に関して、ｘ方向のアンテナ利得は大きくなる。
【００２４】
これに対して、ｙ方向から図１（ｂ）の鎖線βに示すようにアンテナ素子３ａ，３ｂ間の領域を通って電界が同じ向きでアンテナ素子３ａ，３ｂにそれぞれ到来すると、アンテナ素子３ａ，３ｂの受信信号は同相となる。このようにアンテナ素子３ａ，３ｂの位置では、それらアンテナ素子３ａ，３ｂの受信信号が同相であっても、位相調整部７によって、アンテナ素子３ａ，３ｂの受信信号は互いに逆相となって合成部６に入力するため、アンテナ素子３ａ，３ｂの受信信号は合成部６で互いに打ち消し合ってしまう。これにより、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘの受信に関しては、ｙ方向のアンテナ利得は小さいものとなる。
【００２５】
よって、アンテナ素子３ａ，３ｂの受信に関しても、アンテナ素子３ａ，３ｂの送信と同様に、ｘ方向に強い指向性を持つこととなる。
【００２６】
また、アンテナ素子３ａ，３ｃの受信に関しては、ｘ方向からアンテナ素子３ａ，３ｃ間の領域を通ってアンテナ素子３ａ，３ｃのそれぞれに当該アンテナ素子３ａ，３ｃの共振周波数を持つ電界が同じ向きで到来すると、アンテナ素子３ａ，３ｃの受信信号は同相となる。それらアンテナ素子３ａ，３ｃの受信信号は、位相調整部７によって互いに逆相の状態で合成部６に入力するので、当該アンテナ素子３ａ，３ｃの受信信号は合成部６で打ち消し合う。これに対して、アンテナ素子３ａ，３ｃ間の領域よりも外側の領域をｙ方向に沿って通って電界がアンテナ素子３ａ，３ｃに到来すると、アンテナ素子３ａの受信信号と、アンテナ素子３ｃの受信信号とは逆相となるが、当該アンテナ素子３ａ，３ｃの受信信号は、位相調整部７によって同相の状態で合成部６に入力するので、合成部６でアンテナ素子３ａ，３ｃの受信信号は強め合う。よって、アンテナ素子３ａ，３ｃの受信に関しても、アンテナ素子３ａ，３ｃの送信と同様に、ｙ方向に強い指向性を持つこととなる。すなわち、ダイバーシチアンテナ装置１の受信に関しても、切り換え部８の切り換え動作によって、互いに直交するｘ方向とｙ方向の一方にアンテナ指向性を切り換えることができる。
【００２７】
この第１実施形態例のダイバーシチアンテナ装置１は上記のように構成されている。このダイバーシチアンテナ装置１は、様々な無線通信機に組み込むことが可能であり、何れの構成の無線通信機に組み込んでもよいが、ダイバーシチアンテナ装置１が組み込まれる通信機の例を挙げると、例えば、無線通信機能付きのパソコンや、無線通信機能付きのＰＣカードや、無線ＬＡＮのアクセスポイント通信装置等がある。
【００２８】
なお、この第１実施形態例のダイバーシチアンテナ装置１を組み込んだ通信機の制御装置には、ダイバーシチアンテナ装置１の切り換え部８の切り換え動作を制御するダイバーシチ制御部が設けられることとなる。そのダイバーシチ制御部では、例えば次に示すようなダイバーシチ制御を行う。例えば、ダイバーシチ制御部は、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘによる無線通信の受信信号と、ｙ方向配列のアンテナ対４ｙによる無線通信の受信信号とを高周波回路１０を介し取り込み当該受信信号に基づいて、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘによる無線通信と、ｙ方向配列のアンテナ対４ｙによる無線通信とのうち、より良好に無線通信を行うことができるのはどちらであるかを選択する。そして、ダイバーシチ制御部は、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘによる無線通信を選択した場合には切り換え部８をｘ方向配列のアンテナ対４ｘ側に切り換え、ｙ方向配列のアンテナ対４ｙによる無線通信を選択した場合には切り換え部８をｘ方向配列のアンテナ対４ｙ側に切り換える。
【００２９】
以下に、第２実施形態例を説明する。なお、この第２実施形態例の説明において、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００３０】
ところで、トランスの一つとして、図３に示されるような構成を持つものがある。このトランス１４は、一般的には平衡−不平衡変換に用いられるものであり、バラントランスと呼ばれている。このバラントランス１４は、平衡側コイル１５と、不平衡側コイル１６とが電磁結合して成る構成を備えている。平衡側コイル１５には中間タップ１７が設けられており、この中間タップ１７はグランドに接地される。不平衡側コイル１６の一端側１６ａは外部の回路に接続され、他端側１６ｂはグランドに接地される。
【００３１】
このようなバラントランス１４において、例えば、外部の回路から不平衡側コイル１６の端部１６ａを介して信号が入力すると、不平衡側コイル１６の信号通電に起因して平衡側コイル１５に電圧が誘起され、これにより、平衡側コイル１５の両端部１５ａ，１５ｂから、それぞれ、互いに逆相の信号が出力される。換言すれば、平衡側コイル１５の両端部１５ａ，１５ｂのうちの一方側からは、不平衡側コイル１６に入力した信号と同相の信号が出力され、他方側からは、その信号と１８０°位相がずれた信号（つまり、逆相の信号）が出力される。
【００３２】
また上記とは反対に、両端部１５ａ，１５ｂからそれぞれ信号が平衡側コイル１５に入力すると、不平衡側コイル１６に電圧が誘起されて当該不平衡側コイル１６から端部１６ａを通して信号が外部に出力される。この不平衡側コイル１６の出力信号は、平衡側コイル１５の端部１５ａ側からの入力信号と、端部１５ｂ側からの入力信号とのうちの一方側の入力信号の位相を１８０°ずらした信号と、他方側の入力信号とを合成した信号となる。
【００３３】
本発明者は、そのようなバラントランス１４の平衡不平衡変換動作に着目した。つまり、バラントランス１４は、例えば第１実施形態例に示した合成部６の機能と、位相調整部７の機能との両方の機能を備えていることに本発明者は気付いて、この第２実施形態例において特有な構成を考え出した。すなわち、この第２実施形態例では、第１実施形態例に示した合成部６および位相調整部７に代えて、図４に示されるように、バラントランス１４を設けている。
【００３４】
つまり、バラントランス１４を構成する平衡側コイル１５の一端側はアンテナ素子３ａ（つまり、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘとｙ方向配列のアンテナ対４ｙに兼用のアンテナ素子３ａ）に接続され、平衡側コイル１５の他端側は給電線路５ｄを介して切り換え部８に接続されている。また、バラントランス１４の不平衡側コイル１６の一端側はグランドに接地され、他端側は例えば通信機の高周波回路１０に接続される。
【００３５】
切り換え部８は、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘを構成するアンテナ素子３ｂと、ｙ方向配列のアンテナ対４ｙを構成するアンテナ素子３ｃとのうちの一方側を択一的にバラントランス１４の平衡側コイル１５に切り換え接続させる構成と成す。この切り換え部８の切り換え動作は、第１実施形態例と同様に、例えば通信機の制御装置１１のダイバーシチ制御動作により行われる。
【００３６】
この第２実施形態例では、バラントランス１４からアンテナ素子３ａに至るまでの給電線路５ａの電気長と、バラントランス１４から切り換え部８を介しアンテナ素子３ｂに至るまでの電気長と、バラントランス１４から切り換え部８を介しアンテナ素子３ｃに至るまでの電気長とが全て等しくなっている。
【００３７】
第２実施形態例のダイバーシチアンテナ装置１の上記以外の構成は第１実施形態例と同様である。この第２実施形態例のダイバーシチアンテナ装置１も、第１実施形態例と同様に、様々な無線通信機に組み込むことができる。ただ、この第２実施形態例のダイバーシチアンテナ装置１を備える無線通信機には、第１実施形態例で述べたようなダイバーシチ制御部が設けられることとなる。
【００３８】
この第２実施形態例では、例えば、切り換え部８の切り換え動作によって、アンテナ素子３ｂ，３ｃのうちのアンテナ素子３ｂがバラントランス１４の平衡側コイル１５に切り換え接続されている場合には、高周波回路１０側からバラントランス１４に信号が入力した場合に、バラントランス１４の平衡不平衡変換動作によって平衡側コイル１５の両端部からそれぞれアンテナ素子３ａ，３ｂに向けて互いに逆相の信号が出力される。この信号供給によって、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘが無線通信用のアンテナ対として機能して、ｘ方向に強い指向性をもって信号の無線送信を行う。
【００３９】
また、上記同様に切り換え部８の切り換え動作によってアンテナ素子３ｂがバラントランス１４の平衡側コイル１５に切り換え接続されている場合に、図４（ａ）に示す点線αのようなｘ方向からの信号到来に起因して各アンテナ素子３ａ，３ｂから互いに逆相の信号がバラントランス１４の平衡側コイル１５の両端部にそれぞれ入力した場合には、前述したようなバラントランス１４の平衡不平衡変換動作（つまり、それら入力信号のうちの一方側の信号の位相を１８０°ずらした信号と、他方側の信号とを合成した信号を出力する動作）によって、バラントランス１４は、同相信号の合成信号を出力することと等価に動作する。このことから、バラントランス１４は、アンテナ素子３ａ，３ｂからの入力信号を強めて高周波回路１０側に向けて出力する。
【００４０】
さらに、切り換え部８の切り換え動作によって、アンテナ素子３ｂ，３ｃのうちのアンテナ素子３ｃがバラントランス１４の平衡側コイル１５に切り換え接続されている場合には、高周波回路１０側からバラントランス１４に信号が入力した場合に、バラントランス１４の平衡不平衡変換動作によって平衡側コイル１５の両端部からそれぞれアンテナ素子３ａ，３ｃに向けて互いに逆相の信号が出力される。この信号供給によって、ｙ方向配列のアンテナ対４ｙが無線通信用のアンテナ対として機能して、ｙ方向に強い指向性をもって信号の無線送信を行う。
【００４１】
また、上記同様に切り換え部８の切り換え動作によってアンテナ素子３ｃがバラントランス１４の平衡側コイル１５に切り換え接続されている場合に、ｙ方向から互いに逆向きの信号到来に起因して各アンテナ素子３ａ，３ｃから互いに逆相の信号がバラントランス１４の平衡側コイル１５の両端部にそれぞれ入力した場合には、前述したようなバラントランス１４の平衡不平衡変換動作（つまり、それら入力信号のうちの一方側の信号の位相を１８０°ずらした信号と、他方側の信号とを合成した信号を出力する動作）によって、バラントランス１４は、同相信号の合成信号を出力することと等価に動作する。これにより、バラントランス１４は、アンテナ素子３ａ，３ｃからの入力信号を強めて高周波回路１０側に向けて出力する。
【００４２】
なお、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘのアンテナ素子３ａ，３ｂ、又は、ｙ方向配列のアンテナ対４ｙのアンテナ素子３ａ，３ｃからそれぞれ同相の信号がバラントランス１４に入力することがあるが、この場合には、バラントランス１４の平衡不平衡変換動作によって、バラントランス１４は、逆相信号の合成を行うことと等価になるので、互いの信号が相殺されて、バラントランス１４の不平衡側コイル１６から信号は出力されない。
【００４３】
したがって、この第２実施形態例に示した構成を備えることによって、第１実施形態例と同様に動作することができる上に、合成部６および位相調整部７に代えてバラントランス１４を設ける構成であるので、第１実施形態例よりも回路構成の簡略化を図ることができて装置の小型化を促進させることができる。
【００４４】
なお、この発明は第１や第２の各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第１と第２の各実施形態例では、アンテナ素子３ａ，３ｂ，３ｃは図１（ａ）に示すような円筒状のモノポールアンテナであったが、例えば、誘電体基体にモノポールアンテナとして機能する導体パターンが形成されて成るチップ型のモノポールアンテナをアンテナ素子３ａ，３ｂ，３ｃとして設けてもよいし、他の形態のアンテナをアンテナ素子３ａ，３ｂ，３ｃとして設けてもよい。
【００４５】
また、第１と第２の各実施形態例では、アンテナ素子間の間隔はλ／２、あるいは、ほぼλ／２であったが、アンテナ素子間の間隔をそれよりも短くしてもよい。第１と第２の各実施形態例のように、２つのアンテナ素子の電界を合成してアンテナ利得を向上させようとする場合には、それらアンテナ素子間の間隔はλ／２であることが望ましいとされているが、本発明者の実験では、アンテナ素子間の間隔をλ／２より短くしても、アンテナ利得を向上できるアンテナ素子間の間隔があることが確認されている。このことから、例えば、アンテナ素子間の間隔を、λ／２よりも短いがアンテナ利得向上を図ることができる適切な間隔に設定することで、ダイバーシチアンテナ装置１の小型化を促進させてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
アンテナ装置に対して、基板に近い低仰角方向のアンテナ利得向上が望まれている。本発明者の研究開発によれば、２つのアンテナ素子に互いに逆相の電界を励振させて当該逆相の電界の合成を利用することで、低仰角方向のアンテナ利得を向上できることが分かってきた。そのように逆相の電界を合成させると、アンテナ素子が１つしか設けられていない場合よりもアンテナ利得を向上できる方向が生じると共に、アンテナ利得が小さくなってしまう方向が生じてしまう。このため、この発明では、例えばモノポールアンテナの２組のアンテナ対を設けて、アンテナ利得が小さくなってしまう方向を２組のアンテナ対が互いに補い合える構成とした。つまり、この発明のダイバーシチアンテナ装置は、低仰角方向の全ての領域について良好な送受信が可能である。
【００４７】
また、この発明では、ｘ方向配列のアンテナ対と、ｙ方向配列のアンテナ対とを設けている。例えば、それらｘ方向配列のアンテナ対とｙ方向配列のアンテナ対とをそれぞれ別々のアンテナ素子で形成する場合には、４個のアンテナ素子が必要であるが、この発明では、ｘ方向配列のアンテナ対とｙ方向配列のアンテナ対とに兼用のアンテナ素子を設けたので、それらｘ方向配列のアンテナ対とｙ方向配列のアンテナ対を形成するのに３個のアンテナ素子を設けるだけで済み、アンテナ素子の削減を図ることができる。
【００４８】
さらに、位相調整部を利用して、対を成すアンテナ素子に互いに逆相の電界を励振させる構成の場合には、対を成すアンテナ素子にそれぞれ接続されている給電線路のうちの一方に位相調整部を設ける必要がある。例えば、仮に、対を成すアンテナ素子のうち、切り換え部に接続されているアンテナ素子側の給電線路に位相調整部を設ける構成とする場合には、切り換え部に接続されているｘ方向配列のアンテナ対側の給電線路と、ｙ方向配列のアンテナ対側の給電線路との両方に位相調整部を設けなければならない。これに対して、この発明では、ｘ方向配列のアンテナ対とｙ方向配列のアンテナ対に兼用のアンテナ素子側の給電線路に位相調整部を設ける構成とすることにより、１つの位相調整部を設けるだけでよく、回路構成の簡略化を図ることができる。
【００４９】
その上、この発明では、そのようにｘ方向配列のアンテナ対とｙ方向配列のアンテナ対に兼用のアンテナ素子側の給電線路に位相調整部を設け、また、その兼用のアンテナ素子と対を成すアンテナ素子から合成部に至るまでの給電線路上に切り換え部を設ける構成とした。このため、例えば、位相調整部の電力損失と同程度の挿入損失を持つ例えばスイッチによって切り換え部を構成することによって、合成部から前記兼用のアンテナ素子に至るまでの電力損失と、合成部から切り換え部を通って他のアンテナ素子に至るまでの電力損失とを同様にすることができる。このため、送信時に合成部から前記兼用のアンテナ素子に至る信号レベルと、合成部から切り換え部を通ってその兼用のアンテナ素子と対を成すアンテナ素子に至る信号レベルとをほぼ同じ大きさにすることができる。これにより、対を成す各アンテナ素子に励振される電界の振幅をほぼ等しくすることができる。このため、対を成すアンテナ素子の合成の電界によるダイバーシチアンテナ装置のアンテナ指向性の制御が容易となる。なお、受信に関しても同様である。
【００５０】
したがって、この発明の構成を備えることによって、低仰角方向のアンテナ指向性が強い上に、給電線路が短く部品点数が少なくて回路構成が簡単であり、また、電力損失を抑制できるダイバーシチアンテナ装置を提供することができる。
【００５１】
また、合成部と位相調整部に代えて、バラントランスを設けたものにあっては、上記同様の優れた効果を持つことができる上に、合成部と位相調整部に代えてバラントランスを設けるだけでよいので、回路構成の更なる簡略化を図ることができる。これにより、ダイバーシチアンテナ装置のより一層の小型化を図ることが容易となる。
【００５２】
この発明のダイバーシチアンテナ装置を備えた通信機にあっては、アンテナ効率を向上でき、また、低仰角方向の通信の信頼性を高めることができる。また、ダイバーシチアンテナ装置の小型化により、通信機の小型化を図ることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るダイバーシチアンテナ装置の一実施形態例を説明するための図である。
【図２】図１に示すダイバーシチアンテナ装置の指向性の一例を表したアンテナ利得特性のグラフである。
【図３】バラントランスを説明するためのモデル図である。
【図４】第２実施形態例を説明するための図である。
【図５】特許文献１に記載のダイバーシチアンテナ装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１ダイバーシチアンテナ装置
２基板
３ａ，３ｂ，３ｃアンテナ素子
４ｘｘ方向配列のアンテナ対
４ｙｙ方向配列のアンテナ対
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ給電線路
６合成部
７位相調整部
８切り換え部
１４バラントランス
１５平衡側コイル
１６不平衡側コイル

Claims

互いに直交するｘ方向とｙ方向のうちのｘ方向に沿って、対を成すアンテナ素子が間隔を介し基板に配列配置されてｘ方向配列のアンテナ対が形成され、また、それら対を成すアンテナ素子のうちの一方と、この一方のアンテナ素子とｙ方向に間隔を介して基板に配列配置された別のアンテナ素子とによってｙ方向配列のアンテナ対が形成されており、前記各アンテナ素子には、それぞれ、共通の合成部に接続するための別々の給電線路が接続されており、ｘ方向配列のアンテナ対とｙ方向配列のアンテナ対に兼用のアンテナ素子に接続している給電線路には信号の位相を調整する位相調整部が介設され、また、他の各アンテナ素子にそれぞれ接続している各給電線路のうちの何れか一つを合成部に切り換え接続させるための切り換え部が設けられており、前記位相調整部は、前記兼用のアンテナ素子の信号位相と、他のアンテナ素子の信号位相との位相差を１８０°に調整する構成と成し、切り換え部の切り換え動作によって合成部に切り換え接続されているアンテナ素子と、前記兼用のアンテナ素子とには互いに逆相の電界が励振して空中で合成される構成と成しており、切り換え部の切り換え動作に応じて、通信用として機能するアンテナ対が切り換わって、合成電界の指向性が切り換わることを特徴とするダイバーシチアンテナ装置。
切り換え部に接続している各給電線路は、切り換え部からアンテナ素子に至るまでの長さが等しいことを特徴とする請求項１記載のダイバーシチアンテナ装置。
アンテナ素子はモノポールアンテナであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のダイバーシチアンテナ装置。
合成部および位相調整部を設けるのに代えて、平衡側コイルと不平衡側コイルを有するバラントランスが設けられ、不平衡側コイルの一端側はグランドに接続され、他端側は外部の高周波回路に接続される構成と成し、平衡側コイルの一端側はｘ方向配列のアンテナ対とｙ方向配列のアンテナ対に兼用のアンテナ素子に接続され、平衡側コイルの他端側は切り換え部に接続されており、その切り換え部は、当該切り換え部に接続されているアンテナ素子の何れか一つを前記平衡側コイルの他端側に切り換え接続させる構成と成していることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の指向性ダイバーシチアンテナ装置。
平衡側コイルの一端側からｘ方向配列のアンテナ対とｙ方向配列のアンテナ対に兼用のアンテナ素子に至るまでの給電線路の電気長と、平衡側コイルの他端側から切り換え部を介して他のアンテナ素子に至るまでのそれぞれの給電線路の電気長とが全て等しいことを特徴とする請求項４記載の指向性ダイバーシチアンテナ装置。
請求項１乃至請求項５の何れか１つに記載のダイバーシチアンテナ装置が設けられていることを特徴とする通信機。