JP2004363909A - アンテナ装置および無線通信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】偏波特性を変化することを可能とする。
【解決手段】無線回路に接続される励振素子１に空間を介して結合する位置に非励振素子２を配置する。非励振素子２は、互いに異なる方向に向けて配置された複数の線状素子２ａ，２ｂ，２ｃを接合して形成する。複数の可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃを、互いに異なる線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの途中に挿入する。
【選択図】 図１
【解決手段】無線回路に接続される励振素子１に空間を介して結合する位置に非励振素子２を配置する。非励振素子２は、互いに異なる方向に向けて配置された複数の線状素子２ａ，２ｂ，２ｃを接合して形成する。複数の可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃを、互いに異なる線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの途中に挿入する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的に放射パターンを変化可能なアンテナ装置およびそのアンテナ装置を搭載する無線通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話装置などの無線通信装置においては、当該装置をハンドセットとして使用して通話を行う状態や、電子メールの読み書きを行う状態などといった複数の使用状態がある。
【０００３】
このような、複数の使用状態においては、地面に対するアンテナの相対的な向きが変化することになる。この結果、アンテナの放射パターンの指向特性が使用状態に応じて異なった方向を向くことになり、地面を基準とした場合の偏波方向が変化することとなる。したがって、ある使用状態において最適な指向特性および偏波特性を実現するようにアンテナを構成した場合は、他の使用状態では指向特性および偏波特性が最適とならないおそれがある。
【０００４】
このような不具合を解決するために、指向特性を変化できるアンテナが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
特許文献１に開示されたアンテナは、励振素子を１素子用い、この励振素子の周りに可変インピーダンスを有する非励振素子２を複数個配置して構成される。各非励振素子２は、励振素子および他の非励振素子２から離間して、かつ励振素子と平行な向きで配置される。可変インピーダンスの値を適宜に変えることで、励振素子と非励振素子２との結合係数を変化させ、放射パターンを変化させる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２６１５３２公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記従来のアンテナでは、可変なのは放射パターンであり、偏波特性を変化させることはできない。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、偏波特性を変化できるアンテナ装置およびこのアンテナ装置を搭載した無線通信装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、無線回路に接続される励振素子と、互いに異なる方向に向けて配置されかつ互いに接合された第１及び第２の導電性線状素子を有し、前記励振素子に空間を介して結合する非励振素子と、前記第１及び第２の導電性線状素子のそれぞれの途中に挿入された第１及び第２の可変インピーダンス素子とを備えた。
【００１０】
このような手段を講じたことにより、励振素子と非励振素子とが空間を介して結合することで、励振素子および非励振素子にて放射が行われる。ここで、可変インピーダンス素子のインピーダンスを制御することにより複数の線状素子のそれぞれの電流分布が個別に変化することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態につき説明する。
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
図１に示すアンテナ装置は、励振素子１、非励振素子２、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃおよび制御回路４を含む。
【００１２】
励振素子１は、このアンテナ装置が搭載される無線通信装置が送受信する無線信号に適したアンテナ素子である。励振素子１としては例えば、ダイポールアンテナ、逆Ｆアンテナ、あるいはパッチアンテナなどを用いることができる。励振素子１は、無線通信装置に搭載された際には、給電線路により図示しない送受信回路へ接続される。
【００１３】
非励振素子２は、励振素子１から離隔して配置される。ここでの離隔距離は、励振素子１と非励振素子２との空間を介した結合が存在する距離とする。一般的には、無線周波数の波長で数波長以下の領域で用いられる。ただし、励振素子１を波長に比べて数倍の大きさとしたり、励振素子１を高利得とした場合などでは、上記の離隔距離を数十波長以上とすることが可能な場合もある。そして、非励振素子２は、送受信回路へは接続しない。
【００１４】
非励振素子２は、３つの線状素子２ａ，２ｂ，２ｃを有する。これらの線状素子２ａ，２ｂ，２ｃは、導電性材料を線状に形成してなる。線状素子２ａ，２ｂ，２ｃは、互いに空間的に直交する方向に向けた状態で、端部にて互いに接合されている。
【００１５】
可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃは、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの途中にそれぞれ挿入されている。可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃは、キャパシタやインダクタなどのリアクタンス素子、あるいは抵抗素子等に、ダイオードを用いたバリアブルキャパシタや、ＰＩＮダイオードもしくはＦＥＴを用いた高周波スイッチ等を組み合せて構成する。このような素子の構造は周知であり、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃとしては既製品などを用いることができる。
【００１６】
制御回路４は、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを個別に制御する。制御回路４は例えば、チョークコイルを介して可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃへと供給するバイアス電圧を制御する構成により実現できる。
【００１７】
次に以上のように構成されたアンテナ装置の動作につき説明する。
このアンテナ装置が無線通信装置に搭載されたとき、送受信回路へは励振素子１のみ接続されるが、励振素子１と非励振素子２とが空間を介して結合するので、励振素子１および非励振素子２の双方から放射が行われる。そして励振素子１および非励振素子２のそれぞれからの放射が合成されてアンテナ装置の放射となる。
【００１８】
ここで、非励振素子２の線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの途中には、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃが挿入されている。この可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを変えることにより、非励振素子２の放射源である電流分布が変化することとなる。
【００１９】
可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのリアクタンス値を変えた場合には、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの電流の位相を遅らせたり進ませたりすることが可能となる。さらに、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのリアクタンス値を十分に大きくすれば、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの電流を遮断することが可能となる。また、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃの抵抗値を変えた場合には、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの電流の振幅を減衰させることができる。従って、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのリアクタンス値と抵抗値とを組み合せて変更することにより、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの電流の振幅と位相とを任意に制御可能となる。
【００２０】
さて、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃは、空間的に互いに直交する方向を向いている。従って線状素子２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれの向きを、直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と考えることができる。可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃは、これら線状素子２ａ，２ｂ，２ｃにそれぞれ挿入されているから、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを変化させることで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの電流分布を個別に制御可能となる。そして、非励振素子２の放射は、これらＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの電流分布の合成により生じるため、各軸の電流分布の変化により指向パターンや偏波特性を任意に形成することができる。任意の偏波特性とは、水平偏波や垂直偏波のような様々な方向の直線偏波のほか、右旋円偏波、左旋円偏波、あるいは軸比の異なる楕円偏波などを意味する。
【００２１】
例えば、Ｘ軸方向の線状素子２ａの電流振幅を大きくし、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の線状素子２ｂ，２ｃの電流振幅を小さくした場合には，Ｘ軸に平行な直線偏波を放射することとなる。定量的には、Ｘ軸方向の電流振幅とＹ軸およびＺ軸方向の電流振幅の比を１０倍とすれば、交差偏波が２０ｄＢ以下の良好な直線偏波が実現できる。
【００２２】
また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の線状素子２ａ，２ｂの電流振幅を同一とし、電流の位相差を９０度とした場合には、Ｚ軸方向へ軸比が０ｄＢの円偏波を放射することとなる。
【００２３】
なお、様々な偏波特性とインピーダンスとの関係を求めておき、所望となる偏波特性に合わせて可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御回路４が制御する。
【００２４】
以上のように第１の実施形態のアンテナ装置によれば、互いに異なる方向に向けた線状素子２ａ，２ｂ，２ｃを結合した非励振素子２を設け、上記の線状素子２ａ，２ｂ，２ｃに挿入した可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御することにより上記線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの電流分布を個別に変化させるようにした。線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの間の電流分布の偏りを形成することができ、この電流分布の偏りの度合に応じて偏波特性を様々に変化させることが可能となる。
【００２５】
また第１の実施形態のアンテナ装置によれば、３つの線状素子２ａ，２ｂ，２ｃを互いに直交する方向に向けてあるので、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの電流分布を制御することができることから、偏波特性を効率良く変化させることが可能である。
【００２６】
また第１の実施形態のアンテナ装置によれば、３つの可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃを線状素子２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれに挿入してあるので、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの電流分布を個別に制御することができることから、偏波特性を多様に変化させることが可能である。
【００２７】
（第２の実施形態）
図２は第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図２に示すアンテナ装置は、励振素子１、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃ、制御回路４および非励振素子５を含む。すなわち第２の実施形態のアンテナ装置は、第１の実施形態のアンテナ装置における非励振素子２に代えて非励振素子５を設けている。
【００２８】
非励振素子５は、励振素子１から離隔して配置される。ここでの離隔距離は、励振素子１と非励振素子５との空間を介した結合が存在する距離とする。そして、非励振素子５は、送受信回路へは接続しない。
【００２９】
非励振素子５は、６つの線状素子２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃを有する。線状素子５ａ，５ｂ，５ｃは、導電性材料を線状に形成してなる。線状素子２ａおよび線状素子５ａ、線状素子２ｂおよび線状素子５ｂ、線状素子２ｃおよび線状素子５ｃがそれぞれ対となり、一対の線状素子どうしは互いに離間して平行に配置される。そして各線状素子２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃは、いずれも他の線状素子に接合されて、１つの非励振素子５を形成する。
【００３０】
可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃは、平行に配置された一対の線状素子のいずれかに挿入される。図２では線状素子５ａ，５ｂ，２ｃに可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃをそれぞれ挿入している。可変インピーダンス素子３ａは線状素子２ａに挿入されても良い。可変インピーダンス素子３ｂは線状素子２ｂに挿入されても良い。可変インピーダンス素子３ｃは線状素子５ｃに挿入されても良い。さらに３つの可変インピーダンス素子を用意し、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃの全てに可変インピーダンス素子をそれぞれ挿入しても良い。
【００３１】
以上のように第２の実施形態のアンテナ装置は、非励振素子５が、空間的に直交する３方向のそれぞれに向けて、２つの線状素子を空間的に離間して配置した形状であることを特徴としている。そしてこのような形状の非励振素子５を有していることにより、第１の実施形態のアンテナ装置と同様な作用による偏波特性の変化の他に、指向特性をも変化することが可能となる。
【００３２】
以下に、指向特性の変化について説明する。
アンテナの指向特性を制御する最低限の条件は、空間的に離れた２つの放射源の振幅と位相とを制御することである。２つの放射源の振幅と位相との関係で、ある方向では電波は合成され、他の方向では電波が打消し合う。その結果、指向特性が形成される。そして、振幅と位相とを複数の状態に制御できれば、複数の指向特性が実現可能となる。なお、２つの放射源の距離は、実現したい指向特性のビーム幅で決まる。
【００３３】
第２の実施形態のアンテナ装置においては、一対の線状素子の振幅と位相とを適宜に制御することで、それらの線状素子が向く方向に関する指向特性を変化できる。例えば、線状素子２ａおよび線状素子５ａの振幅と位相とを制御することで、Ｘ軸方向に関する指向特性を変化できる。線状素子２ｂおよび線状素子５ｂの振幅と位相とを制御することで、Ｙ軸方向に関する指向特性を変化できる。線状素子２ｃおよび線状素子５ｃの振幅と位相とを制御することで、Ｚ軸方向に関する指向特性を変化できる。
【００３４】
なお、線状素子２ａ，２ｂ，５ｃには可変インピーダンス素子が挿入されていないが、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンス変化の影響を受けるので、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御することで線状素子２ａ，２ｂ，５ｃの振幅と位相とを制御できる。
【００３５】
以上のように第２の実施形態のアンテナ装置によれば、互いに異なる方向に向けた線状素子２ａ，２ｂ，２ｃと、これらの線状素子２ａ，２ｂ，２ｃにそれぞれ平行した線状素子５ａ，５ｂ，５ｃとを結合した非励振素子５を設け、上記の線状素子５ａ，５ｂ，２ｃに挿入した可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御することにより上記線状素子２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃの電流分布を個別に変化させるようにした。互いに直交する線状素子の間の電流分布の偏りを形成することができ、この電流分布の偏りの度合に応じて偏波特性を様々に変化させることが可能となる。また、互いに平行する一対の線状素子の間で振幅および位相の偏りを形成することができ、この振幅および位相の偏りの度合に応じて指向特性を様々に変化させることが可能となる。
【００３６】
なお、この第２の実施形態においては、空間的に直交する３方向の全てについて２つの線状素子を平行に配置しているが、１方向または２方向についてのみ２つの線状素子を平行に配置するようにしても良い。
【００３７】
図３は第２の実施形態の変形例に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
この変形例のアンテナ装置における非励振素子５′は、第２の実施形態における非励振素子５から線状素子５ａを取り除いた構造を持つ。すなわち非励振素子５′は、Ｘ軸方向に関しては１つの線状素子２ａのみを持つ。
このような構成でも、偏波特性と指向特性との双方を変化できる。
【００３８】
（第３の実施形態）
図４は第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図４に示すアンテナ装置は、励振素子１、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ、制御回路４および非励振素子６を含む。
【００３９】
非励振素子６は、２つの線状素子６ａ，６ｂを有する。これらの線状素子６ａ，６ｂは、導電性材料を線状に形成してなる。線状素子６ａ，６ｂは、互いに空間的に直交する方向に向けた状態で、端部にて互いに接合されている。そして非励振素子６は、線状素子６ａ，６ｂがいずれも励振素子１が向く方向Ａに対して直交する方向を向くような姿勢で、励振素子１から離隔して配置される。ここでの離隔距離は、励振素子１と非励振素子６との空間を介した結合が存在する距離とする。非励振素子６は、送受信回路へは接続しない。
【００４０】
可変インピーダンス素子３ａ，３ｂは、線状素子６ａ，６ｂの途中にそれぞれ挿入されている。
【００４１】
この第３の実施形態のアンテナ装置は、第１の実施形態のアンテナ装置のように非励振素子のみで複数の偏波特性を実現するのではなく、励振素子１からの放射も利用して複数の偏波特性を実現する。
【００４２】
すなわち、制御回路４が可変インピーダンス素子３ａ，３ｂのインピーダンスを制御して、励振素子１の電流分布に対する線状素子６ａ，６ｂの電流分布の偏りを形成することで、この電流分布の偏りの度合に応じて偏波特性を様々に変化させる。
【００４３】
以上のように第３の実施形態のアンテナ装置によれば、非励振素子２よりも簡易な構成の非励振素子６により偏波特性を変化させることが可能である。この結果、第３の実施形態のアンテナ装置は、第１の実施形態のアンテナ装置よりも小型化が可能となる。ただし、励振素子１の電流分布を制御することが通常は困難なので、偏波特性の変化の自由度は減少する。
【００４４】
（第４の実施形態）
図５は第４の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図５に示すアンテナ装置は、励振素子１、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃ、非励振素子５、可変整合回路７および制御回路８を含む。すなわち第４の実施形態のアンテナ装置は、第１の実施形態のアンテナ装置に加えて可変整合回路７を設けるとともに、制御回路４に代えて制御回路８を設けている。
【００４５】
可変整合回路７は、励振素子１と送受信回路とを接続する給電線路９中に介挿される。可変整合回路７は、給電線路９のインピーダンスの整合を取る。すなわち可変整合回路７は、励振素子１のインピーダンスを給電線路９のインピーダンスへ変換する役割をする。
【００４６】
制御回路８は、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御するとともに、この可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスに応じて可変整合回路７を制御する。
【００４７】
次に以上のように構成されたアンテナ装置の動作につき説明する。
【００４８】
制御回路８は、第１の実施形態における制御回路４と同様に可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御することで、第１の実施形態と同様に偏波特性を変化させる。
【００４９】
さて、励振素子１と非励振素子２とは空間を介して結合しているため、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを変化させて非励振素子２上の電流分布を変化すると、励振素子１上の電流分布も変化することとなる。励振素子１のインピーダンスは、オームの法則より給電点の電流と電圧の比で決まる。また、励振素子１の電流分布は、励振素子１の形状と、非励振素子２との結合によって決定される。従って、上述のように励振素子１上の電流分布が変化すると、励振素子１のインピーダンスも変化することとなる。
【００５０】
そこで制御回路８は、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスに応じて、励振素子１上の電流分布の変化を補償するように可変整合回路７を制御する。可変整合回路７を構成する方法としては例えば、複数の整合回路を切り替える方法、整合回路に可変インピーダンス素子を用いる方法、あるいは上記の２つの方法を組み合せる方法などが考えられる。
【００５１】
以上のように第４の実施形態のアンテナ装置によれば、第１の実施形態と同様に偏波特性を変化させることが可能である。そして第４の実施形態のアンテナ装置によれば、偏波特性を変化させることに伴う励振素子１上の電流分布の変化を可変整合回路７により補償するので、インピーダンスの不整合によって生じる電力の反射を軽減することができる。
【００５２】
（第５の実施形態）
図６は第５の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図６に示す無線通信装置は、筐体１０、アンテナ装置１１、受話部１２および回路基板１３を含む。
【００５３】
第５の実施形態の無線通信装置は、例えば携帯電話装置などのような携帯型の端末装置であり、アンテナ装置１１、受話部１２および回路基板１３などの要素が筐体１０に収容されて構成されている。そしてこの無線通信装置は、通話状態においては図６に示すように筐体１０の第１面に使用者Ｕの頭部が近接される。
【００５４】
アンテナ装置１１は、第１の実施形態乃至第４の実施形態のいずれかに示される構成のものである。ただし図６では、第１の実施形態における構成を示している。受話部１２は、スピーカなどを備え、受話音声を出力する。回路基板１３は、送受信回路などの電気回路が実装される。
【００５５】
受話部１２は、筐体１０にて前記第１面に配置される。アンテナ装置１１は、回路基板１３を挟んで受話部１２の反対側に配置される。
【００５６】
かくしてこのような構成を持つ第５の実施形態の無線通信装置では、第１の実施形態乃至第４の実施形態のそれぞれの特徴を生かして高い放射効率を実現することが可能となり、これにより高品質な無線通信を実現可能となる。
【００５７】
また第５の実施形態の無線通信装置では、通話状態においてユーザＵの頭部が筐体１０に近接されても、アンテナ装置１１はユーザＵの頭部から最も離れて位置することになる。このため、アンテナ装置１１から放射される電磁波の頭部での吸収量を最小限に抑えることができ、放射効率を高く維持することができる。また、頭部の近接に伴うインピーダンスの変動も小さく抑えられるため、偏波特性や指向特性を変化させるためのインピーダンス制御がより適正に行われることになる。
【００５８】
なお、アンテナ装置１１として第４の実施形態に示される構成のものを用いる場合には、可変整合回路７を用いることで、頭部の影響による励振素子１のインピーダンスの変動を補償することも可能となり、インピーダンスの不整合による電力の反射を少なくすることも可能となる。
【００５９】
（第６の実施形態）
図７は第６の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図である。なお、図１および図６と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図７に示す無線通信装置は、筐体１０、アンテナ装置１１および使用状態判別部１４を含む。
【００６０】
第６の実施形態の無線通信装置は、例えば携帯電話装置などのような携帯型の端末装置であり、アンテナ装置１１および使用状態判別部１４などの要素が筐体１０に収容されて構成されている。そしてこの無線通信装置は、図６に示したように使用者の頭部に近接される通話状態、あるいはメールの送受信などのためのデータ通信状態といった複数の使用状態がとられる。
【００６１】
アンテナ装置１１は、第１の実施形態乃至第４の実施形態のいずれかに示される構成のものである。ただし図７では、第１の実施形態における構成を示している。
【００６２】
使用状態判別部１４は、無線通信装置の使用状態を判別する。使用状態判別部１４が使用状態を判別するための方法としては、人体センサを利用する方法、イヤホンマイクの使用の有無に基づく方法、外部スピーカーの使用の有無に基づく方法、温度センサを利用する方法、あるいはこれらを組合わせた方法など、様々な方法が利用可能である。使用状態判別部１４は、判別した使用状態に適した偏波特性や指向特性を選定し、これをアンテナ装置１１の制御回路４，８に通知する。
【００６３】
なお、使用状態と偏波特性や指向特性との対応は、基地局で用いるアンテナの種類、利用する電波の周波数、あるいは利用する無線システムなどの条件で予め決まる。例えば、基地局の偏波が地面に対して垂直ならば、無線通信装置でも垂直偏波が最適となる。また、基地局と、無線通信装置の地面からの高さがほぼ同じであれば、指向特性は、地面に対して水平方向を向いていると良い。
【００６４】
制御回路４，８は、通知された偏波特性や指向特性に合わせて可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御する。
【００６５】
このように第６の実施形態の無線通信装置によれば、使用状態に応じて、指向特性や偏波特性を常に最適に制御することが可能となる。従って、様々な使用状態のいずれであっても高品質な無線通信を実現可能となる。
【００６６】
なお、アンテナ装置１１として第４の実施形態に示される構成のものを用いる場合には、可変整合回路７を用いることで、使用状態毎での励振素子１のインピーダンスの変動を補償することも可能となり、インピーダンスの不整合による電力の反射を軽減することも可能となる。
【００６７】
（第７の実施形態）
図８は第７の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図である。なお、図１および図６と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図８に示す無線通信装置は、筐体１０、アンテナ装置１１および受信電力測定部１５を含む。
【００６８】
第７の実施形態の無線通信装置は、例えば携帯電話装置などのような携帯型の端末装置であり、アンテナ装置１１および受信電力測定部１５などの要素が筐体１０に収容されて構成されている。そしてこの無線通信装置は、図６に示したように使用者の頭部に近接される通話状態、あるいはメールの送受信などのためのデータ通信状態といった複数の使用状態がとられる。
【００６９】
アンテナ装置１１は、第１の実施形態乃至第４の実施形態のいずれかに示される構成のものである。ただし図８では、第１の実施形態における構成を示している。
【００７０】
受信電力測定部１５は、偏波特性や指向特性を様々に変化するようアンテナ装置１１を制御しつつ、各状態でのアンテナ装置１１の励振素子１での受信電力をそれぞれ測定する。受信電力測定部１５は、測定結果に基づいて適した偏波特性や指向特性を選定し、これをアンテナ装置１１の制御回路４，８に通知する。
【００７１】
制御回路４，８は、通知された偏波特性や指向特性に合わせて可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御する。
【００７２】
さて、アンテナ装置１１へ到来する電波は、その伝搬環境が変化すると、到来方向や偏波が変化する。また、アンテナ装置１１の向きが変化すると、アンテナ装置１１に対する電波の到来方向や偏波が変化する。この様な場合で、到来電波の性質が分からない場合には、最適な指向特性や偏波特性を判断することが難しい。
【００７３】
そこで、受信電力測定部１５は、制御回路４，８に指示して指向特性や偏波特性を順次変化させながら、各特性での受信電力を測定する。そして受信電力が最も高くなる特性を選定して、これを制御回路４，８に通知する。
【００７４】
このように第７の実施形態の無線通信装置によれば、実際に高い受信電力が得られる偏波特性や指向特性が選定されて、この偏波特性や指向特性となるようにアンテナ装置１１の特性が制御される。従って、伝搬環境に最適な偏波特性や指向特性を用いた高品質な無線通信が実現可能となる。
【００７５】
なお、アンテナ装置１１として第４の実施形態に示される構成のものを用いる場合には、可変整合回路７を用いることで、使用状態毎での励振素子１のインピーダンスの変動を補償することも可能となり、インピーダンスの不整合による電力の反射を軽減することも可能となる。
【００７６】
前記の各実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。
各実施形態では、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれの間の角度は９０度以外であっても良い。
【００７７】
各実施形態では、可変インピーダンス素子は２つまたは４つ以上を挿入するようにしても良い。
【００７８】
各実施形態では、１つの線状素子に複数の可変インピーダンス素子を挿入するようにしても良い。このようにすれば、電流分布を変化させる自由度が高まり、偏波特性や指向特性の変化の自由度が向上する。なお、可変インピーダンス素子の挿入場所は、実現したい電流分布の種類と数によって決めればよい。ただし、可変インピーダンス素子どうしは、近接させし過ぎても、離し過ぎても効果が小さくなる。例えば、可変インピーダンス素子どうしの離間距離は、使用する周波数の８分の１ぐらいの間隔とすることで効率良く動作させることが可能となる。
【００７９】
各実施形態では、非励振素子２，５，６は、空間的に直交する３方向に向いた線状素子以外に、これらの線状素子に直交しない別の線状素子を有する構造でも構わない。このようにすれば、少ない可変インピーダンス素子で多様な電流分布を実現可能となり、コスト対効果の向上が図れる。
【００８０】
各実施形態では、制御回路４，８はアンテナ装置に設けるのではなく、アンテナ装置を搭載する装置の側に設けるようにしても良い。
【００８１】
第１実施形態では、非励振素子２の線状素子２ａ，２ｂ，２ｃのいずれか１つを省略することも可能である。
【００８２】
第２の実施形態では、平行な線状素子が２本の例で説明しているが、３以上あってもよい。例えば、互いに平行な線状素子２ｃと５ｃの間に、これらの線状素子と平行な線状素子をもう一つ追加で設けてもよい。こうすることにより、指向特性の制御の自由度が増え、高利得な指向性も実現可能となる。
【００８３】
第４の実施形態では、非励振素子２を非励振素子５や非励振素子６に置き換えることも可能である。
【００８４】
第６の実施形態では、使用状態に適した偏波特性や指向特性の選定を、アンテナ装置１１の制御回路４，８にて行うようにしても良い。
【００８５】
第６の実施形態では、使用状態判別部１４をアンテナ装置１１に持たせておいても良い。
【００８６】
第７の実施形態では、指向特性や偏波特性を順次変化させながら、各特性での受信電力の測定値を収集する処理、あるいは受信電力が最も高くなる特性を選定する処理を、アンテナ装置１１の制御回路４，８にて行うようにしても良い。
【００８７】
第７の実施形態では、受信電力測定部１５をアンテナ装置１１に持たせておいても良い。
【００８８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、励振素子と非励振素子とが空間を介して結合することで、励振素子および非励振素子にて放射を行うこととし、かつ可変インピーダンス素子のインピーダンスを制御することにより複数の線状素子のそれぞれの電流分布を個別に変化可能としたので、偏波特性を変化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図。
【図２】第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図。
【図３】第２の実施形態の変形例に係るアンテナ装置の構成を示す図。
【図４】第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図。
【図５】第４の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図。
【図６】第５の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図。
【図７】第６の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図。
【図８】第７の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図。
【符号の説明】
１…励振素子、２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃ…線状素子、２，５，６…非励振素子、２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃ…線状素子、３ａ，３ｂ，３ｃ…可変インピーダンス素子、４，８…制御回路、７…可変整合回路、９…給電線路、１０…筐体、１１…アンテナ装置、１２…受話部、１３…回路基板、１４…使用状態判別部、１５…受信電力測定部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的に放射パターンを変化可能なアンテナ装置およびそのアンテナ装置を搭載する無線通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話装置などの無線通信装置においては、当該装置をハンドセットとして使用して通話を行う状態や、電子メールの読み書きを行う状態などといった複数の使用状態がある。
【０００３】
このような、複数の使用状態においては、地面に対するアンテナの相対的な向きが変化することになる。この結果、アンテナの放射パターンの指向特性が使用状態に応じて異なった方向を向くことになり、地面を基準とした場合の偏波方向が変化することとなる。したがって、ある使用状態において最適な指向特性および偏波特性を実現するようにアンテナを構成した場合は、他の使用状態では指向特性および偏波特性が最適とならないおそれがある。
【０００４】
このような不具合を解決するために、指向特性を変化できるアンテナが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
特許文献１に開示されたアンテナは、励振素子を１素子用い、この励振素子の周りに可変インピーダンスを有する非励振素子２を複数個配置して構成される。各非励振素子２は、励振素子および他の非励振素子２から離間して、かつ励振素子と平行な向きで配置される。可変インピーダンスの値を適宜に変えることで、励振素子と非励振素子２との結合係数を変化させ、放射パターンを変化させる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２６１５３２公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記従来のアンテナでは、可変なのは放射パターンであり、偏波特性を変化させることはできない。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、偏波特性を変化できるアンテナ装置およびこのアンテナ装置を搭載した無線通信装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、無線回路に接続される励振素子と、互いに異なる方向に向けて配置されかつ互いに接合された第１及び第２の導電性線状素子を有し、前記励振素子に空間を介して結合する非励振素子と、前記第１及び第２の導電性線状素子のそれぞれの途中に挿入された第１及び第２の可変インピーダンス素子とを備えた。
【００１０】
このような手段を講じたことにより、励振素子と非励振素子とが空間を介して結合することで、励振素子および非励振素子にて放射が行われる。ここで、可変インピーダンス素子のインピーダンスを制御することにより複数の線状素子のそれぞれの電流分布が個別に変化することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態につき説明する。
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
図１に示すアンテナ装置は、励振素子１、非励振素子２、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃおよび制御回路４を含む。
【００１２】
励振素子１は、このアンテナ装置が搭載される無線通信装置が送受信する無線信号に適したアンテナ素子である。励振素子１としては例えば、ダイポールアンテナ、逆Ｆアンテナ、あるいはパッチアンテナなどを用いることができる。励振素子１は、無線通信装置に搭載された際には、給電線路により図示しない送受信回路へ接続される。
【００１３】
非励振素子２は、励振素子１から離隔して配置される。ここでの離隔距離は、励振素子１と非励振素子２との空間を介した結合が存在する距離とする。一般的には、無線周波数の波長で数波長以下の領域で用いられる。ただし、励振素子１を波長に比べて数倍の大きさとしたり、励振素子１を高利得とした場合などでは、上記の離隔距離を数十波長以上とすることが可能な場合もある。そして、非励振素子２は、送受信回路へは接続しない。
【００１４】
非励振素子２は、３つの線状素子２ａ，２ｂ，２ｃを有する。これらの線状素子２ａ，２ｂ，２ｃは、導電性材料を線状に形成してなる。線状素子２ａ，２ｂ，２ｃは、互いに空間的に直交する方向に向けた状態で、端部にて互いに接合されている。
【００１５】
可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃは、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの途中にそれぞれ挿入されている。可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃは、キャパシタやインダクタなどのリアクタンス素子、あるいは抵抗素子等に、ダイオードを用いたバリアブルキャパシタや、ＰＩＮダイオードもしくはＦＥＴを用いた高周波スイッチ等を組み合せて構成する。このような素子の構造は周知であり、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃとしては既製品などを用いることができる。
【００１６】
制御回路４は、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを個別に制御する。制御回路４は例えば、チョークコイルを介して可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃへと供給するバイアス電圧を制御する構成により実現できる。
【００１７】
次に以上のように構成されたアンテナ装置の動作につき説明する。
このアンテナ装置が無線通信装置に搭載されたとき、送受信回路へは励振素子１のみ接続されるが、励振素子１と非励振素子２とが空間を介して結合するので、励振素子１および非励振素子２の双方から放射が行われる。そして励振素子１および非励振素子２のそれぞれからの放射が合成されてアンテナ装置の放射となる。
【００１８】
ここで、非励振素子２の線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの途中には、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃが挿入されている。この可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを変えることにより、非励振素子２の放射源である電流分布が変化することとなる。
【００１９】
可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのリアクタンス値を変えた場合には、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの電流の位相を遅らせたり進ませたりすることが可能となる。さらに、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのリアクタンス値を十分に大きくすれば、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの電流を遮断することが可能となる。また、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃの抵抗値を変えた場合には、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの電流の振幅を減衰させることができる。従って、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのリアクタンス値と抵抗値とを組み合せて変更することにより、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの電流の振幅と位相とを任意に制御可能となる。
【００２０】
さて、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃは、空間的に互いに直交する方向を向いている。従って線状素子２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれの向きを、直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と考えることができる。可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃは、これら線状素子２ａ，２ｂ，２ｃにそれぞれ挿入されているから、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを変化させることで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの電流分布を個別に制御可能となる。そして、非励振素子２の放射は、これらＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの電流分布の合成により生じるため、各軸の電流分布の変化により指向パターンや偏波特性を任意に形成することができる。任意の偏波特性とは、水平偏波や垂直偏波のような様々な方向の直線偏波のほか、右旋円偏波、左旋円偏波、あるいは軸比の異なる楕円偏波などを意味する。
【００２１】
例えば、Ｘ軸方向の線状素子２ａの電流振幅を大きくし、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の線状素子２ｂ，２ｃの電流振幅を小さくした場合には，Ｘ軸に平行な直線偏波を放射することとなる。定量的には、Ｘ軸方向の電流振幅とＹ軸およびＺ軸方向の電流振幅の比を１０倍とすれば、交差偏波が２０ｄＢ以下の良好な直線偏波が実現できる。
【００２２】
また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の線状素子２ａ，２ｂの電流振幅を同一とし、電流の位相差を９０度とした場合には、Ｚ軸方向へ軸比が０ｄＢの円偏波を放射することとなる。
【００２３】
なお、様々な偏波特性とインピーダンスとの関係を求めておき、所望となる偏波特性に合わせて可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御回路４が制御する。
【００２４】
以上のように第１の実施形態のアンテナ装置によれば、互いに異なる方向に向けた線状素子２ａ，２ｂ，２ｃを結合した非励振素子２を設け、上記の線状素子２ａ，２ｂ，２ｃに挿入した可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御することにより上記線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの電流分布を個別に変化させるようにした。線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの間の電流分布の偏りを形成することができ、この電流分布の偏りの度合に応じて偏波特性を様々に変化させることが可能となる。
【００２５】
また第１の実施形態のアンテナ装置によれば、３つの線状素子２ａ，２ｂ，２ｃを互いに直交する方向に向けてあるので、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの電流分布を制御することができることから、偏波特性を効率良く変化させることが可能である。
【００２６】
また第１の実施形態のアンテナ装置によれば、３つの可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃを線状素子２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれに挿入してあるので、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの電流分布を個別に制御することができることから、偏波特性を多様に変化させることが可能である。
【００２７】
（第２の実施形態）
図２は第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図２に示すアンテナ装置は、励振素子１、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃ、制御回路４および非励振素子５を含む。すなわち第２の実施形態のアンテナ装置は、第１の実施形態のアンテナ装置における非励振素子２に代えて非励振素子５を設けている。
【００２８】
非励振素子５は、励振素子１から離隔して配置される。ここでの離隔距離は、励振素子１と非励振素子５との空間を介した結合が存在する距離とする。そして、非励振素子５は、送受信回路へは接続しない。
【００２９】
非励振素子５は、６つの線状素子２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃを有する。線状素子５ａ，５ｂ，５ｃは、導電性材料を線状に形成してなる。線状素子２ａおよび線状素子５ａ、線状素子２ｂおよび線状素子５ｂ、線状素子２ｃおよび線状素子５ｃがそれぞれ対となり、一対の線状素子どうしは互いに離間して平行に配置される。そして各線状素子２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃは、いずれも他の線状素子に接合されて、１つの非励振素子５を形成する。
【００３０】
可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃは、平行に配置された一対の線状素子のいずれかに挿入される。図２では線状素子５ａ，５ｂ，２ｃに可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃをそれぞれ挿入している。可変インピーダンス素子３ａは線状素子２ａに挿入されても良い。可変インピーダンス素子３ｂは線状素子２ｂに挿入されても良い。可変インピーダンス素子３ｃは線状素子５ｃに挿入されても良い。さらに３つの可変インピーダンス素子を用意し、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃの全てに可変インピーダンス素子をそれぞれ挿入しても良い。
【００３１】
以上のように第２の実施形態のアンテナ装置は、非励振素子５が、空間的に直交する３方向のそれぞれに向けて、２つの線状素子を空間的に離間して配置した形状であることを特徴としている。そしてこのような形状の非励振素子５を有していることにより、第１の実施形態のアンテナ装置と同様な作用による偏波特性の変化の他に、指向特性をも変化することが可能となる。
【００３２】
以下に、指向特性の変化について説明する。
アンテナの指向特性を制御する最低限の条件は、空間的に離れた２つの放射源の振幅と位相とを制御することである。２つの放射源の振幅と位相との関係で、ある方向では電波は合成され、他の方向では電波が打消し合う。その結果、指向特性が形成される。そして、振幅と位相とを複数の状態に制御できれば、複数の指向特性が実現可能となる。なお、２つの放射源の距離は、実現したい指向特性のビーム幅で決まる。
【００３３】
第２の実施形態のアンテナ装置においては、一対の線状素子の振幅と位相とを適宜に制御することで、それらの線状素子が向く方向に関する指向特性を変化できる。例えば、線状素子２ａおよび線状素子５ａの振幅と位相とを制御することで、Ｘ軸方向に関する指向特性を変化できる。線状素子２ｂおよび線状素子５ｂの振幅と位相とを制御することで、Ｙ軸方向に関する指向特性を変化できる。線状素子２ｃおよび線状素子５ｃの振幅と位相とを制御することで、Ｚ軸方向に関する指向特性を変化できる。
【００３４】
なお、線状素子２ａ，２ｂ，５ｃには可変インピーダンス素子が挿入されていないが、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンス変化の影響を受けるので、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御することで線状素子２ａ，２ｂ，５ｃの振幅と位相とを制御できる。
【００３５】
以上のように第２の実施形態のアンテナ装置によれば、互いに異なる方向に向けた線状素子２ａ，２ｂ，２ｃと、これらの線状素子２ａ，２ｂ，２ｃにそれぞれ平行した線状素子５ａ，５ｂ，５ｃとを結合した非励振素子５を設け、上記の線状素子５ａ，５ｂ，２ｃに挿入した可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御することにより上記線状素子２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃの電流分布を個別に変化させるようにした。互いに直交する線状素子の間の電流分布の偏りを形成することができ、この電流分布の偏りの度合に応じて偏波特性を様々に変化させることが可能となる。また、互いに平行する一対の線状素子の間で振幅および位相の偏りを形成することができ、この振幅および位相の偏りの度合に応じて指向特性を様々に変化させることが可能となる。
【００３６】
なお、この第２の実施形態においては、空間的に直交する３方向の全てについて２つの線状素子を平行に配置しているが、１方向または２方向についてのみ２つの線状素子を平行に配置するようにしても良い。
【００３７】
図３は第２の実施形態の変形例に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
この変形例のアンテナ装置における非励振素子５′は、第２の実施形態における非励振素子５から線状素子５ａを取り除いた構造を持つ。すなわち非励振素子５′は、Ｘ軸方向に関しては１つの線状素子２ａのみを持つ。
このような構成でも、偏波特性と指向特性との双方を変化できる。
【００３８】
（第３の実施形態）
図４は第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図４に示すアンテナ装置は、励振素子１、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ、制御回路４および非励振素子６を含む。
【００３９】
非励振素子６は、２つの線状素子６ａ，６ｂを有する。これらの線状素子６ａ，６ｂは、導電性材料を線状に形成してなる。線状素子６ａ，６ｂは、互いに空間的に直交する方向に向けた状態で、端部にて互いに接合されている。そして非励振素子６は、線状素子６ａ，６ｂがいずれも励振素子１が向く方向Ａに対して直交する方向を向くような姿勢で、励振素子１から離隔して配置される。ここでの離隔距離は、励振素子１と非励振素子６との空間を介した結合が存在する距離とする。非励振素子６は、送受信回路へは接続しない。
【００４０】
可変インピーダンス素子３ａ，３ｂは、線状素子６ａ，６ｂの途中にそれぞれ挿入されている。
【００４１】
この第３の実施形態のアンテナ装置は、第１の実施形態のアンテナ装置のように非励振素子のみで複数の偏波特性を実現するのではなく、励振素子１からの放射も利用して複数の偏波特性を実現する。
【００４２】
すなわち、制御回路４が可変インピーダンス素子３ａ，３ｂのインピーダンスを制御して、励振素子１の電流分布に対する線状素子６ａ，６ｂの電流分布の偏りを形成することで、この電流分布の偏りの度合に応じて偏波特性を様々に変化させる。
【００４３】
以上のように第３の実施形態のアンテナ装置によれば、非励振素子２よりも簡易な構成の非励振素子６により偏波特性を変化させることが可能である。この結果、第３の実施形態のアンテナ装置は、第１の実施形態のアンテナ装置よりも小型化が可能となる。ただし、励振素子１の電流分布を制御することが通常は困難なので、偏波特性の変化の自由度は減少する。
【００４４】
（第４の実施形態）
図５は第４の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図５に示すアンテナ装置は、励振素子１、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃ、非励振素子５、可変整合回路７および制御回路８を含む。すなわち第４の実施形態のアンテナ装置は、第１の実施形態のアンテナ装置に加えて可変整合回路７を設けるとともに、制御回路４に代えて制御回路８を設けている。
【００４５】
可変整合回路７は、励振素子１と送受信回路とを接続する給電線路９中に介挿される。可変整合回路７は、給電線路９のインピーダンスの整合を取る。すなわち可変整合回路７は、励振素子１のインピーダンスを給電線路９のインピーダンスへ変換する役割をする。
【００４６】
制御回路８は、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御するとともに、この可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスに応じて可変整合回路７を制御する。
【００４７】
次に以上のように構成されたアンテナ装置の動作につき説明する。
【００４８】
制御回路８は、第１の実施形態における制御回路４と同様に可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御することで、第１の実施形態と同様に偏波特性を変化させる。
【００４９】
さて、励振素子１と非励振素子２とは空間を介して結合しているため、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを変化させて非励振素子２上の電流分布を変化すると、励振素子１上の電流分布も変化することとなる。励振素子１のインピーダンスは、オームの法則より給電点の電流と電圧の比で決まる。また、励振素子１の電流分布は、励振素子１の形状と、非励振素子２との結合によって決定される。従って、上述のように励振素子１上の電流分布が変化すると、励振素子１のインピーダンスも変化することとなる。
【００５０】
そこで制御回路８は、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスに応じて、励振素子１上の電流分布の変化を補償するように可変整合回路７を制御する。可変整合回路７を構成する方法としては例えば、複数の整合回路を切り替える方法、整合回路に可変インピーダンス素子を用いる方法、あるいは上記の２つの方法を組み合せる方法などが考えられる。
【００５１】
以上のように第４の実施形態のアンテナ装置によれば、第１の実施形態と同様に偏波特性を変化させることが可能である。そして第４の実施形態のアンテナ装置によれば、偏波特性を変化させることに伴う励振素子１上の電流分布の変化を可変整合回路７により補償するので、インピーダンスの不整合によって生じる電力の反射を軽減することができる。
【００５２】
（第５の実施形態）
図６は第５の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図６に示す無線通信装置は、筐体１０、アンテナ装置１１、受話部１２および回路基板１３を含む。
【００５３】
第５の実施形態の無線通信装置は、例えば携帯電話装置などのような携帯型の端末装置であり、アンテナ装置１１、受話部１２および回路基板１３などの要素が筐体１０に収容されて構成されている。そしてこの無線通信装置は、通話状態においては図６に示すように筐体１０の第１面に使用者Ｕの頭部が近接される。
【００５４】
アンテナ装置１１は、第１の実施形態乃至第４の実施形態のいずれかに示される構成のものである。ただし図６では、第１の実施形態における構成を示している。受話部１２は、スピーカなどを備え、受話音声を出力する。回路基板１３は、送受信回路などの電気回路が実装される。
【００５５】
受話部１２は、筐体１０にて前記第１面に配置される。アンテナ装置１１は、回路基板１３を挟んで受話部１２の反対側に配置される。
【００５６】
かくしてこのような構成を持つ第５の実施形態の無線通信装置では、第１の実施形態乃至第４の実施形態のそれぞれの特徴を生かして高い放射効率を実現することが可能となり、これにより高品質な無線通信を実現可能となる。
【００５７】
また第５の実施形態の無線通信装置では、通話状態においてユーザＵの頭部が筐体１０に近接されても、アンテナ装置１１はユーザＵの頭部から最も離れて位置することになる。このため、アンテナ装置１１から放射される電磁波の頭部での吸収量を最小限に抑えることができ、放射効率を高く維持することができる。また、頭部の近接に伴うインピーダンスの変動も小さく抑えられるため、偏波特性や指向特性を変化させるためのインピーダンス制御がより適正に行われることになる。
【００５８】
なお、アンテナ装置１１として第４の実施形態に示される構成のものを用いる場合には、可変整合回路７を用いることで、頭部の影響による励振素子１のインピーダンスの変動を補償することも可能となり、インピーダンスの不整合による電力の反射を少なくすることも可能となる。
【００５９】
（第６の実施形態）
図７は第６の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図である。なお、図１および図６と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図７に示す無線通信装置は、筐体１０、アンテナ装置１１および使用状態判別部１４を含む。
【００６０】
第６の実施形態の無線通信装置は、例えば携帯電話装置などのような携帯型の端末装置であり、アンテナ装置１１および使用状態判別部１４などの要素が筐体１０に収容されて構成されている。そしてこの無線通信装置は、図６に示したように使用者の頭部に近接される通話状態、あるいはメールの送受信などのためのデータ通信状態といった複数の使用状態がとられる。
【００６１】
アンテナ装置１１は、第１の実施形態乃至第４の実施形態のいずれかに示される構成のものである。ただし図７では、第１の実施形態における構成を示している。
【００６２】
使用状態判別部１４は、無線通信装置の使用状態を判別する。使用状態判別部１４が使用状態を判別するための方法としては、人体センサを利用する方法、イヤホンマイクの使用の有無に基づく方法、外部スピーカーの使用の有無に基づく方法、温度センサを利用する方法、あるいはこれらを組合わせた方法など、様々な方法が利用可能である。使用状態判別部１４は、判別した使用状態に適した偏波特性や指向特性を選定し、これをアンテナ装置１１の制御回路４，８に通知する。
【００６３】
なお、使用状態と偏波特性や指向特性との対応は、基地局で用いるアンテナの種類、利用する電波の周波数、あるいは利用する無線システムなどの条件で予め決まる。例えば、基地局の偏波が地面に対して垂直ならば、無線通信装置でも垂直偏波が最適となる。また、基地局と、無線通信装置の地面からの高さがほぼ同じであれば、指向特性は、地面に対して水平方向を向いていると良い。
【００６４】
制御回路４，８は、通知された偏波特性や指向特性に合わせて可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御する。
【００６５】
このように第６の実施形態の無線通信装置によれば、使用状態に応じて、指向特性や偏波特性を常に最適に制御することが可能となる。従って、様々な使用状態のいずれであっても高品質な無線通信を実現可能となる。
【００６６】
なお、アンテナ装置１１として第４の実施形態に示される構成のものを用いる場合には、可変整合回路７を用いることで、使用状態毎での励振素子１のインピーダンスの変動を補償することも可能となり、インピーダンスの不整合による電力の反射を軽減することも可能となる。
【００６７】
（第７の実施形態）
図８は第７の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図である。なお、図１および図６と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図８に示す無線通信装置は、筐体１０、アンテナ装置１１および受信電力測定部１５を含む。
【００６８】
第７の実施形態の無線通信装置は、例えば携帯電話装置などのような携帯型の端末装置であり、アンテナ装置１１および受信電力測定部１５などの要素が筐体１０に収容されて構成されている。そしてこの無線通信装置は、図６に示したように使用者の頭部に近接される通話状態、あるいはメールの送受信などのためのデータ通信状態といった複数の使用状態がとられる。
【００６９】
アンテナ装置１１は、第１の実施形態乃至第４の実施形態のいずれかに示される構成のものである。ただし図８では、第１の実施形態における構成を示している。
【００７０】
受信電力測定部１５は、偏波特性や指向特性を様々に変化するようアンテナ装置１１を制御しつつ、各状態でのアンテナ装置１１の励振素子１での受信電力をそれぞれ測定する。受信電力測定部１５は、測定結果に基づいて適した偏波特性や指向特性を選定し、これをアンテナ装置１１の制御回路４，８に通知する。
【００７１】
制御回路４，８は、通知された偏波特性や指向特性に合わせて可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御する。
【００７２】
さて、アンテナ装置１１へ到来する電波は、その伝搬環境が変化すると、到来方向や偏波が変化する。また、アンテナ装置１１の向きが変化すると、アンテナ装置１１に対する電波の到来方向や偏波が変化する。この様な場合で、到来電波の性質が分からない場合には、最適な指向特性や偏波特性を判断することが難しい。
【００７３】
そこで、受信電力測定部１５は、制御回路４，８に指示して指向特性や偏波特性を順次変化させながら、各特性での受信電力を測定する。そして受信電力が最も高くなる特性を選定して、これを制御回路４，８に通知する。
【００７４】
このように第７の実施形態の無線通信装置によれば、実際に高い受信電力が得られる偏波特性や指向特性が選定されて、この偏波特性や指向特性となるようにアンテナ装置１１の特性が制御される。従って、伝搬環境に最適な偏波特性や指向特性を用いた高品質な無線通信が実現可能となる。
【００７５】
なお、アンテナ装置１１として第４の実施形態に示される構成のものを用いる場合には、可変整合回路７を用いることで、使用状態毎での励振素子１のインピーダンスの変動を補償することも可能となり、インピーダンスの不整合による電力の反射を軽減することも可能となる。
【００７６】
前記の各実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。
各実施形態では、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれの間の角度は９０度以外であっても良い。
【００７７】
各実施形態では、可変インピーダンス素子は２つまたは４つ以上を挿入するようにしても良い。
【００７８】
各実施形態では、１つの線状素子に複数の可変インピーダンス素子を挿入するようにしても良い。このようにすれば、電流分布を変化させる自由度が高まり、偏波特性や指向特性の変化の自由度が向上する。なお、可変インピーダンス素子の挿入場所は、実現したい電流分布の種類と数によって決めればよい。ただし、可変インピーダンス素子どうしは、近接させし過ぎても、離し過ぎても効果が小さくなる。例えば、可変インピーダンス素子どうしの離間距離は、使用する周波数の８分の１ぐらいの間隔とすることで効率良く動作させることが可能となる。
【００７９】
各実施形態では、非励振素子２，５，６は、空間的に直交する３方向に向いた線状素子以外に、これらの線状素子に直交しない別の線状素子を有する構造でも構わない。このようにすれば、少ない可変インピーダンス素子で多様な電流分布を実現可能となり、コスト対効果の向上が図れる。
【００８０】
各実施形態では、制御回路４，８はアンテナ装置に設けるのではなく、アンテナ装置を搭載する装置の側に設けるようにしても良い。
【００８１】
第１実施形態では、非励振素子２の線状素子２ａ，２ｂ，２ｃのいずれか１つを省略することも可能である。
【００８２】
第２の実施形態では、平行な線状素子が２本の例で説明しているが、３以上あってもよい。例えば、互いに平行な線状素子２ｃと５ｃの間に、これらの線状素子と平行な線状素子をもう一つ追加で設けてもよい。こうすることにより、指向特性の制御の自由度が増え、高利得な指向性も実現可能となる。
【００８３】
第４の実施形態では、非励振素子２を非励振素子５や非励振素子６に置き換えることも可能である。
【００８４】
第６の実施形態では、使用状態に適した偏波特性や指向特性の選定を、アンテナ装置１１の制御回路４，８にて行うようにしても良い。
【００８５】
第６の実施形態では、使用状態判別部１４をアンテナ装置１１に持たせておいても良い。
【００８６】
第７の実施形態では、指向特性や偏波特性を順次変化させながら、各特性での受信電力の測定値を収集する処理、あるいは受信電力が最も高くなる特性を選定する処理を、アンテナ装置１１の制御回路４，８にて行うようにしても良い。
【００８７】
第７の実施形態では、受信電力測定部１５をアンテナ装置１１に持たせておいても良い。
【００８８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、励振素子と非励振素子とが空間を介して結合することで、励振素子および非励振素子にて放射を行うこととし、かつ可変インピーダンス素子のインピーダンスを制御することにより複数の線状素子のそれぞれの電流分布を個別に変化可能としたので、偏波特性を変化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図。
【図２】第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図。
【図３】第２の実施形態の変形例に係るアンテナ装置の構成を示す図。
【図４】第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図。
【図５】第４の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図。
【図６】第５の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図。
【図７】第６の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図。
【図８】第７の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図。
【符号の説明】
１…励振素子、２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃ…線状素子、２，５，６…非励振素子、２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃ…線状素子、３ａ，３ｂ，３ｃ…可変インピーダンス素子、４，８…制御回路、７…可変整合回路、９…給電線路、１０…筐体、１１…アンテナ装置、１２…受話部、１３…回路基板、１４…使用状態判別部、１５…受信電力測定部。
Claims (11)
- 無線回路に接続される励振素子と、
互いに異なる方向に向けて配置されかつ互いに接合された第１及び第２の導電性線状素子を有し、前記励振素子に空間を介して結合する非励振素子と、
前記第１及び第２の導電性線状素子のそれぞれの途中に挿入された第１及び第２の可変インピーダンス素子とを具備することを特徴とするアンテナ装置。 - 前記励振素子は第１の方向に向けて配置され、前記第１及び第２の導電性線状素子は前記第１の方向と直交しかつ互いに直交する第２および第３の方向にそれぞれ向けて配置されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
- 前記非励振素子は第１の方向に向けて配置された第３の導電性線状素子をさらに有し、前記第１及び第２の導電性線状素子は前記第１の方向と直交しかつ互いに直交する第２および第３の方向にそれぞれ向けて配置されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
- 前記第３の導電性線状素子の途中に挿入された第３の可変インピーダンス素子をさらに具備することを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
- 前記非励振素子は、前記第１及び第２の導電性線状素子の少なくとも一方と同じ方向に向けて配置された第４の導電性線状素子をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
- 前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを制御する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
- 前記アンテナ装置が搭載される無線通信装置の使用状態に応じて前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを制御する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
- 前記励振素子の受信電力に応じて前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを制御する手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
- 前記可変インピーダンス素子のインピーダンス変化に伴う前記励振素子のインピーダンス変化を補償する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
- 請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のアンテナ装置を備えたことを特徴とする無線通信装置。
- 請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のアンテナ装置と、
前記アンテナ装置に一方の面を向けて配置され、前記無線回路が実装された回路基板と、
前記回路基板を挟んで前記アンテナ装置の反対側に配置され、受話音声を出力する受話部とを具備したことを特徴とする無線通信装置。
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