JP2006101439A - 無線装置およびそれを用いたテレビジョンおよび自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 受信信号のシンボル誤りの発生を抑制して信号を受信可能な無線装置を提供する。
【解決手段】 無線装置１００は、アレーアンテナ１０の指向性を１つの指向性に設定して信号を受信する。特性検出手段２０は、アレーアンテナ１０が受信した受信信号のＳＮ比が基準値よりも低下すると、切換信号ＥＸＣを生成して指向性切換手段３０へ出力し、指向性切換手段３０は、切換信号ＥＸＣに応じて、バラクタダイオード４，５に供給する制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２の電圧値を受信信号の１シンボル周期以上の時間長を用いて切換え、アレーアンテナ１０の指向性を他の指向性に切換える。特性検出手段２０は、受信信号のＳＮ比が基準値以上になると保持信号ＨＬＤを生成して指向性切換手段３０へ出力し、指向性切換手段３０は、保持信号ＨＬＤに応じて制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２の電圧値を保持する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、無線装置およびそれを用いたテレビジョンおよび自動車に関し、特に、受信信号の誤り率を低減可能な無線装置およびそれを用いたテレビジョンおよび自動車に関するものである。

従来、受信電波のフェージングを回避するために空間ダイバーシティが行なわれている。この空間ダイバーシティは、例えば、２本の給電素子と、スイッチとからなるアンテナにおいて、スイッチを２本の給電素子間で切換えることによって受信電波のフェージングを回避しようとするものである。

より具体的には、２本の給電素子間の素子間隔をｄとし、２つの電波の到来角度をθとしたとき、２本の給電素子間における電波の位相差は、ｋｄｃｏｓθ（ｋ＝２π／λ、λは電波の波長）によって表される。そして、一方の給電素子の位置において、等振幅、かつ、逆位相となる２つの電波が観測されるとき、この一方の給電素子の位置において２つの電波は、打ち消し合う（フェージング）。このとき、スイッチを一方の給電素子から他方の給電素子に切換えると、ｋｄｃｏｓθだけ位相がずれるため、フェージングが回避される（非特許文献１）。

一方、送信データを変調するデジタル変調方式には、ＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）およびＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等がある。ＰＳＫは、送信データに対して搬送波の位相を離散的に変化させる変調方式であり、ＡＳＫは、送信データに対して搬送波の振幅を離散的に変化させる変調方式であり、更に、ＱＡＭは、搬送波の同相成分と直交成分とを独立に変調する変調方式である。
相澤 孝美，"電波伝搬ハンドブック"，株式会社 リアライズ社，平成１１年１月２８日．

しかし、上述した各種のデジタル変調方式によって変調された送信データを受信する場合に従来の空間ダイバーシティを適用すると、受信信号においてシンボル誤りが発生するという問題がある。

まず、送信データがＰＳＫにより変調された場合を想定すると、スイッチが一方の給電素子から他方の給電素子へ切換えられたとき、少なくともｋｄｃｏｓθ分の位相が急激に変化する。そうすると、位相の変化量がコンスタレーション上の検波面を超えるだけ変化すると、１〜２シンボルの誤りが発生する。ＰＳＫでは、搬送波抽出の際に絶対的な位相を検知することが困難であるため、送信データを位相の変化に対応させる差動符号化が用いられ、差動符号化においては、１シンボルの誤りが発生すると、次のシンボルも誤る可能性が高いからである。

次に、送信データがＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）またはＱＰＳＫ（Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）によって変調された場合には、搬送波を抽出しない遅延検波が用いられることもある。そして、この遅延検波が用いられた場合も、１タイムスロット内に位相が急激に変化すると、１シンボル（１ビット）の誤りが発生する。

引続いて、送信データがＡＳＫによって変調された場合、復調には位相情報を必要としないが、位相が急激に変化した後のバンドパスフィルタ通過波形が１〜２シンボルくびれる。従って、受信データを正しく２値化できない。

最後に、送信データがＭ−ＱＡＭによって変調された場合、Ｍ−ＱＡＭは、その原理がＰＳＫ／ＡＳＫの組合せであるため、同様に１〜２シンボルの誤りが発生する。

このように、各種のデジタル変調方式によって変調された送信データを受信する場合にスイッチによりアンテナを切換える空間ダイバーシティを適用すると、受信信号においてシンボル誤りが発生するという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、受信信号のシンボル誤りの発生を抑制して信号を受信可能な無線装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、受信信号のシンボル誤りの発生を抑制して信号を受信可能な無線装置を備えたテレビジョンを提供することである。

更に、この発明の別の目的は、受信信号のシンボル誤りの発生を抑制して信号を受信可能な無線装置を備えた自動車を提供することである。

この発明によれば、無線装置は、アレーアンテナと、指向性切換手段と、特性検出手段とを備える。アレーアンテナは、１本の給電素子とＭ（Ｍは複数）本の無給電素子とからなる。指向性切換手段は、Ｍ本の無給電素子に装荷されたＭ個の可変インピーダンス素子のインピーダンスセットを切換えてアレーアンテナの指向性を変える。特性検出手段は、アレーアンテナによって受信され、かつ、デジタル変調された受信信号の受信信号特性を検出する。そして、指向性切換手段は、特性検出手段によって検出された受信信号特性が基準特性よりも低下すると、受信信号の１シンボル周期以上の時間長を用いて受信信号特性が基準特性以上になるようにインピーダンスセットを切換える。

好ましくは、指向性切換手段は、受信信号特性が基準特性よりも低下すると、１シンボル周期以上の時間長を用いてインピーダンスセットを受信信号特性が基準特性よりも低下したときの第１のインピーダンスセットから受信信号特性が基準特性以上になる第２のインピーダンスセットに切換える。

好ましくは、Ｍ本の無給電素子は、２本の無給電素子からなる。受信信号特性が基準特性以上になる前記アレーアンテナの指向性は、第１および第２の指向性からなる。指向性切換手段は、第１のインピーダンスセットをＭ個の可変インピーダンス素子に供給したときのアレーアンテナの指向性が第１の指向性であるとき、アレーアンテナの指向性が第２の指向性になるように１シンボル周期以上の時間長を用いて第２のインピーダンスセットをＭ個の可変インピーダンス素子に供給し、第１のインピーダンスセットをＭ個の可変インピーダンス素子に供給したときのアレーアンテナの指向性が第２の指向性であるとき、アレーアンテナの指向性が第１の指向性になるように１シンボル周期以上の時間長を用いて第１のインピーダンスセットをＭ個の可変インピーダンス素子に供給する。

好ましくは、指向性切換手段は、インピーダンスセットを第１のインピーダンスセットから第２のインピーダンスセットへ連続的に切換える。

好ましくは、指向性切換手段は、受信信号特性が基準特性よりも低下すると、インピーダンスセットを受信信号特性が基準特性よりも低下したときの第１のインピーダンスセットから複数のインピーダンスセットに順次切換え、受信信号特性が基準特性以上になる第２のインピーダンスセットに第１のインピーダンスセットが切換えられると、インピーダンスセットの切換えを停止する。そして、１つのインピーダンスセットから他のインピーダンスセットへの切換時間長は、１シンボル周期以上の時間長である。

好ましくは、指向性切換手段は、インピーダンスセットを１つのインピーダンスセットから他のインピーダンスセットへ連続的に切換える。

好ましくは、特性検出手段は、受信信号特性として受信信号の受信信号強度または受信電力対雑音比を検出する。指向性切換手段は、特性検出手段によって検出された受信信号強度または受信電力対雑音比がしきい値よりも低下すると、１シンボル周期以上の時間長を用いてインピーダンスセットを切換える。

好ましくは、可変インピーダンス素子は、可変容量素子である。そして、インピーダンスセットは、リアクタンスセットである。

また、この発明によれば、テレビジョンは、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の無線装置を搭載したテレビジョンである。

更に、この発明によれば、道路交通システムは、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の無線装置を搭載した自動車である。

この発明による無線装置においては、受信信号の受信信号特性が基準特性よりも低下すると、受信信号の１シンボル周期以上の時間長を用いて受信信号特性が基準特性以上になるようにアレーアンテナの指向性が切換えられ、その切換えられた指向性で受信信号が受信される。

従って、この発明によれば、ダイバーシティの切換時のシンボル誤りの発生を抑制して受信信号を受信できる。

また、この発明による無線装置を用いたテレビジョンでは、放送用の受信信号の受信信号特性が基準特性よりも低下すると、受信信号の１シンボル周期以上の時間長を用いて受信信号特性が基準特性以上になるようにアレーアンテナの指向性が切換えられ、その切換えられた指向性で受信信号が受信される。

従って、この発明によれば、シンボル誤りの発生を抑制して放送用の受信信号を受信できる。

更に、この発明による無線装置を用いた自動車においては、例えば、料金所からの受信信号の受信信号特性が基準特性よりも低下すると、受信信号の１シンボル周期以上の時間長を用いて受信信号特性が基準特性以上になるようにアレーアンテナの指向性を切換え、その切換えた指向性で受信信号を受信する。

従って、この発明によれば、シンボル誤りの発生を抑制して料金所からの信号を受信でき、料金の支払いを正確に行なうことができる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による無線装置の概略図である。実施の形態１による無線装置１００は、アレーアンテナ１０と、特性検出手段２０と、指向性切換手段３０とを備える。

アレーアンテナ１０は、アンテナ素子１〜３と、バラクタダイオード４，５とを含む。アンテナ素子１〜３は、所定の間隔が相互に略平行に配置される。そして、アンテナ素子１，２は、アンテナ素子３を中心にして対称になるように配置される。

アンテナ素子１，２は、無給電素子であり、アンテナ素子３は、給電素子である。バラクタダイオード４は、アンテナ素子１と接地ノードＧＮＤとの間に接続され、バラクタダイオード５は、アンテナ素子２と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。これにより、無給電素子であるアンテナ素子１，２には、可変容量素子であるバラクタダイオード４，５が装荷される。

特性検出手段２０は、アレーアンテナ１０のアンテナ素子３から受信電波を受け、その受信電波の受信電力対雑音比（ＳＮ比）を検出する。そして、特性検出手段２０は、その検出したＳＮ比を基準値と比較し、ＳＮ比が基準値以上であるとき、保持信号ＨＬＤを生成して指向性切換手段３０へ出力し、ＳＮ比が基準値よりも小さいとき、切換信号ＥＸＣを生成して指向性切換手段３０へ出力する。

指向性切換手段３０は、制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２をそれぞれバラクタダイオード４，５に印加し、アレーアンテナ１０の指向性を制御する。そして、指向性切換手段３０は、保持信号ＨＬＤに応じて、制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２の電圧値を保持し、切換信号ＥＸＣに応じて、制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２の電圧値を後述する方法によって切換える。

図２は、２つのバラクタダイオード４，５に印加する制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２を切換える方法を説明するための概念図である。図２において、信号ＳＧＬは、ＢＰＳＫによって変調された信号である。

タイミングｔ１以前、制御電圧ＣＬＶ１は、２０Ｖに設定され、制御電圧ＣＬＶ２は、０Ｖに設定されている。そして、タイミングｔ１でＳＮ比が基準値よりも小さくなると、制御電圧ＣＬＶ１は、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの間に２０Ｖから０Ｖへ直線的に切換えられ、制御電圧ＣＬＶ２は、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの間に０Ｖから２０Ｖへ直線的に切換えられる。

そして、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間は、信号ＳＧＬの数シンボルに相当する。従って、制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２は、数シンボルにわたってゆっくりと切換えられる。

図３は、図１に示すアレーアンテナ１０における指向性の切換えを説明するための概念図である。タイミングｔ１以前、制御電圧ＣＬＶ１は、２０Ｖに設定され、制御電圧ＣＬＶ２は、０Ｖに設定されているので、バラクタダイオード４は開放され、その容量は小さくなり（リアクタンス値は大きくなる）、バラクタダイオード５は、短絡され、その容量は大きくなる（リアクタンス値は小さくなる）。

その結果、アンテナ素子１は、電気長が長くなって反射器として働き、アンテナ素子２は、電気長が短くなって導波器として働く。そして、アンテナ素子３に給電され、アンテナ素子３が励振すると、アンテナ素子３からアンテナ素子２の方向に指向性ＤＩＲ１を有するビームＢＭ１が形成される。

一方、タイミングｔ２以降、制御電圧ＣＬＶ１は、０Ｖに設定され、制御電圧ＣＬＶ２は、２０Ｖに設定されるので、バラクタダイオード４は、短絡され、その容量は大きくなり（リアクタンス値は小さくなる）、バラクタダイオード５は、開放され、その容量は小さくなる（リアクタンス値は大きくなる）。

その結果、アンテナ素子１は、電気長が短くなって導波器として働き、アンテナ素子２は、電気長が長くなって反射器として働く。そして、アンテナ素子３に給電され、アンテナ素子３が励振すると、アンテナ素子３からアンテナ素子１の方向に指向性ＤＩＲ２を有するビームＢＭ２が形成される。

タイミングｔ１からタイミングｔ２までの間、制御電圧ＣＬＶ１は、２０Ｖから０Ｖへ直線的に切換えられ、制御電圧ＣＬＶ２は、０Ｖから２０Ｖへ直線的に切換えられる。この間、アレーアンテナ１０に形成されるビームは、ビームＢＭ１とビームＢＭ２との間に指向性を有するビームである。即ち、指向性ＤＩＲ１を０度の方向とすると、指向性ＤＩＲ２は、１８０度の方向となるので、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの間、ビームは、０度から１８０度の方向に指向性を有するビームが形成される。

指向性切換手段３０は、特性検出手段２０から切換信号ＥＸＣを受けると、図２に示す曲線ｋ１に従って制御電圧ＣＬＶ１を切換え、曲線ｋ２に従って制御電圧ＣＬＶ２を切換える。そして、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの間、指向性切換手段２０は、次の方法によって決定した変化割合で制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２を切換える。

指向性切換手段３０は、コンスタレーション上において、最小の信号空間距離にある２点間において指向性を切換えた場合に、検波面を横切ってしまうだけの位相変化を１タイムスロット中に発生しないときの最大の位相変化量を予め測定して保持している。

より具体的には、指向性切換手段３０は、１タイムスロットを設定し、その１タイムスロットにおける変化量を各種変化させて制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２を変え、シンボル誤りが発生するか否かを判定する。そして、指向性切換手段３０は、１タイムスロット中にシンボル誤りが発生しないときの最大の位相変化量を求める。制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２を変化させることは、上述したようにアレーアンテナ１０の指向性を変えることに相当し、アレーアンテナ１０の指向性が変われば、アレーアンテナ１０により受信される受信信号の位相が変わる。従って、１タイムスロットにおける制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２の変化量を変えることによって、シンボル誤りが発生しない最大の位相変化量を求めることができる。

そして、指向性切換手段３０は、最大の位相変化量を求めると、その求めた最大の位相変化量に基づいて単位時間当たりの制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２の変化量を求める。より具体的には、１タイムスロットをＴ_ｓｒｔとし、最大の位相変化量Δθ_ｍａｘが得られたときの制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２の変化量をΔＶ_ＣＬとしたとき、指向性切換手段３０は、ΔＶ_ＣＬ／Ｔ_ｓｒｔを演算することによって、単位時間当たりの制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２の変化量を求める。つまり、ΔＶ_ＣＬ／Ｔ_ｓｒｔを演算することにより、図２に示す曲線ｋ１，ｋ２の傾きを求める。

このように、指向性切換手段３０は、ＳＮ比が基準値よりも小さくなると、受信信号にシンボル誤りが発生せず、かつ、最大の割合で制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２を切換える。

アレーアンテナ１０において、指向性を切換えた場合にシンボル誤りが発生し難い理由は、次のとおりである。アレーアンテナ１０においては、指向性を切換える場合、給電素子であるアンテナ素子３は、受信回路（特性検出手段２０）と接続された状態が保持されので、受信信号は、受信回路によって受信し続けられる。また、アレーアンテナ１０の指向性が切換えられると、受信信号の振幅および位相が変化する。従って、受信回路は、アレーアンテナ１０の指向性が指向性ＤＩＲ１と指向性ＤＩＲ２との間で切換わる途中でも受信信号を受信でき、受信信号の振幅および位相の変化を検出し続けることができる。

その結果、アレーアンテナ１０の指向性の切換の前後において、受信回路によって検出された受信信号の振幅および位相が急激に変化することが少なくなるからである。

無線装置１００の動作について説明する。指向性切換手段３０は、［ＣＬＶ１，ＣＬＶ２］＝［２０Ｖ，０Ｖ］からなる制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２をそれぞれバラクタダイオード４，５へ供給する。そうすると、アレーアンテナ１０は、指向性ＤＩＲ１を有するビームＢＭ１を形成する。

電波が指向性ＤＩＲ１の方向から無線装置１００に入射している場合を想定すると、アンテナ素子３は、アレーアンテナ１０に入射する電波を受信し、その受信した電波を特性検出手段２０へ出力する。そして、特性検出手段２０は、アンテナ素子３から受けた電波のＳＮ比を検出し、その検出したＳＮ比が基準値以上であるか否かを判定する。

この場合、ビームＢＭ１は、電波の入射方向を向いているので、ＳＮ比は、基準値以上になる。従って、特定検出手段２０は、ＳＮ比が基準値以上であると判定し、保持信号ＨＬＤを生成して指向性切換手段３０へ出力する。

指向性切換手段３０は、保持信号ＨＬＤに応じて、制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２の電圧値を［ＣＬＶ１，ＣＬＶ２］＝［２０Ｖ，０Ｖ］に保持する。これにより、無線装置１００は、入射する電波を基準値以上のＳＮ比で受信し続ける。

アレーアンテナ１０に入射する電波の方向が指向性ＤＩＲ１の方向から指向性ＤＩＲ２の方向へ変わると、アンテナ素子３が受信した電波のＳＮ比は、基準値よりも低下する。そうすると、特性検出手段２０は、ＳＮ比が基準値よりも低下したと判定し、切換信号ＥＸＣを生成して指向性切換手段３０へ出力する。

指向性切換手段３０は、切換信号ＥＸＣに応じて、制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２の電圧値を図２に示す曲線ｋ１，ｋ２に従って［２０Ｖ，０Ｖ］から［０Ｖ，２０Ｖ］へ切換えてそれぞれバラクタダイオード４，５へ供給する。

そうすると、アレーアンテナ１０は、指向性ＤＩＲ２を有するビームＢＭ２を形成する。そして、アンテナ素子３は、アレーアンテナ１０に入射する電波を受信し、その受信した電波を特性検出手段２０へ出力する。

特性検出手段２０は、アンテナ素子３から受けた電波のＳＮ比を検出し、その検出したＳＮ比が基準値以上であるか否かを判定する。そして、特性検出手段２０は、ＳＮ比が基準値以上であると判定し、保持信号ＨＬＤを生成して指向性切換手段３０へ出力する。指向性切換手段３０は、保持信号ＨＬＤに応じて、制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２の電圧値を［ＣＬＶ１，ＣＬＶ２］＝［０Ｖ，２０Ｖ］に保持する。これにより、無線装置１００は、入射する電波を基準値以上のＳＮ比で受信し続ける。

このように、無線装置１００は、受信した電波のＳＮ比が基準値以上になるように、アレーアンテナ１０の指向性をゆっくりと切換える。従って、シンボル誤りの発生を抑制して受信信号を受信できる。

図４は、図１に示すアレーアンテナ１０における指向性の切換えを説明するための他の概念図である。上記においては、アレーアンテナ１０は、電波を受信する指向性として指向性ＤＩＲ１と指向性ＤＩＲ２との２つの指向性を使用すると説明したが、この発明においては、これに限らず、電波を受信する指向性として図４に示す指向性ＤＩＲ１〜ＤＩＲ４を用いてもよい。指向性ＤＩＲ３，ＤＩＲ４は、指向性ＤＩＲ１と指向性ＤＩＲ２との間に存在する指向性である。

指向性ＤＩＲ１を有するビームＢＭ１は、制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２が［ＣＬＶ１，ＣＬＶ２］＝［２０Ｖ，０Ｖ］の時に実現され、指向性ＤＩＲ２を有するビームＢＭ２は、制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２が［ＣＬＶ１，ＣＬＶ２］＝［０Ｖ，２０Ｖ］の時に実現され、指向性ＤＩＲ３を有するビームＢＭ３は、制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２が［ＣＬＶ１，ＣＬＶ２］＝［２０Ｖ，１０Ｖ］の時に実現され、指向性ＤＩＲ４を有するビームＢＭ４は、制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２が［ＣＬＶ１，ＣＬＶ２］＝［１０Ｖ，２０Ｖ］の時に実現される。

そして、受信電波のＳＮ比が基準値よりも低下すると、アレーアンテナ１０の指向性が指向性ＤＩＲ１〜ＤＩＲ４の間で連続的に変えられ、ＳＮ比が基準値以上になると、その時の指向性が保持される。例えば、指向性ＤＩＲ２を有するビームＢＭ２によって電波を受信しているときにＳＮ比が基準値よりも低下したとき、アレーアンテナ１０の指向性が指向性ＤＩＲ４，ＤＩＲ３，ＤＩＲ１へ順次変えられるように制御され、指向性ＤＩＲ３のとき、ＳＮ比が基準値以上になると、指向性ＤＩＲ３が保持される。

そして、アレーアンテナ１０の指向性を指向性ＤＩＲ２から指向性ＤＩＲ４，ＤＩＲ３，ＤＩＲ１へ順次変えるとき、指向性ＤＩＲ２から指向性ＤＩＲ４への切換え、指向性ＤＩＲ４から指向性ＤＩＲ３への切換え、および指向性ＤＩＲ３から指向性ＤＩＲ１への切換えの各々が、図２に示すタイミングｔ１からタイミングｔ２の期間（数シンボル）にわたってゆっくり行なわれる。つまり、制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２の［０Ｖ，２０Ｖ］から［１０Ｖ，２０Ｖ］への切換え、［１０Ｖ，２０Ｖ］から［２０Ｖ，１０Ｖ］への切換え、および［２０Ｖ，１０Ｖ］から［２０Ｖ，０Ｖ］への切換えの各々が数シンボルにわたって直線的に行なわれる。これにより、シンボル誤りの発生を抑制して受信信号を受信できる。

なお、電波を受信する指向性は、４つの指向性ＤＩＲ１〜ＤＩＲ４に限らず、それ以外の数であってもよい。この場合にも、図４において説明したように、ＳＮ比が基準値以上になるように指向性が切換えられ、ＳＮ比が基準値以上になったときの指向性が保持される。

また、上記においては、制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２は、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの間、直線的に変えられると説明したが、この発明においては、これに限られず、制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２は、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの間、指数関数的に変えられてもよく、階段的に変えられてもよい。

［実施の形態２］
図５は、実施の形態２による無線装置の概略図である。実施の形態２による無線装置１００Ａは、図１に示す無線装置１００のアレーアンテナ１０をアレーアンテナ１０Ａに代え、指向性切換手段３０を指向性切換手段３０Ａに代えたものであり、その他は、無線装置１００と同じである。

アレーアンテナ１０Ａは、アンテナ素子１１〜１７と、バラクタダイオード２１〜２６とを含む。アンテナ素子１１〜１７は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸からなるｘｙｚ直交座標におけるｚ軸に沿ってｘ−ｙ平面（所定平面）に配置される。

図６は、図５に示すｘ−ｙ平面におけるアンテナ素子１１〜１７の平面配置図である。アンテナ素子１１〜１７は、アンテナ素子１７を中心にして円形に配置される。そして、アンテナ素子１１〜１６は、アンテナ素子１７から半径λ／４（λ：受信電波の波長）の位置に等間隔に配置される。

アンテナ素子１１〜１６の各々は、無給電素子であり、アンテナ素子１７は、給電素子である。特性検出手段２０は、アンテナ素子１７（給電素子）に接続される。バラクタダイオード２１〜２６は、それぞれ、アンテナ素子１１〜１６と接地ノードとの間に接続される。これによって、無給電素子であるアンテナ素子１１〜１６には、可変容量素子であるバラクタダイオード２１〜２６がそれぞれ装荷される（図５参照）。

このように、アレーアンテナ１０Ａは、１本の給電素子（アンテナ素子１７）と、６本の無給電素子（アンテナ素子１１〜１６）とからなる７本のアンテナ素子が給電素子を中心にして円形に配列された構造からなり、受信信号を１本の給電素子（アンテナ素子１７）から出力する。

指向性切換手段３０Ａは、バラクタダイオード２１〜２６にそれぞれ制御電圧ＣＶＬ１１〜ＣＶＬ１６を供給し、アレーアンテナ１０Ａの指向性を切換える。バラクタダイオード２１〜２６は、それぞれ、制御電圧ＣＶＬ１１〜ＣＶＬ１６によって容量（リアクタンス値）が変化する。指向性切換手段３０Ａは、各バラクタダイオード１１〜１６におけるリアクタンス値が“ｈｉ”（最大値）または“ｌｏ”（最小値）になるように各制御電圧ＣＶＬ１〜ＣＶＬ６の電圧値を決定し、制御電圧ＣＶＬ１〜ＣＶＬ６をそれぞれバラクタダイオード２１〜２６へ供給する。

この場合、指向性切換手段３０Ａは、バラクタダイオード２１〜２６におけるリアクタンス値ｘ_ｍ１〜ｘ_ｍ６のリアクタンスセットｘ_ｍが表１に示すように変化するように制御電圧ＣＶＬ１〜ＣＶＬ６をそれぞれバラクタダイオード２１〜２６へ供給する。

リアクタンス値ｘ_ｍ１が“ｌｏ”であり、リアクタンス値ｘ_ｍ２〜ｘ_ｍ６が“ｈｉ”であるとき（ｍ＝１）、アレーアンテナ１０Ａは、０度の方向に指向性があるビームＢＭ１１を形成する。なお、アンテナ素子１７からアンテナ素子１１への方向を０度の方向とする（図６参照）。

また、リアクタンス値ｘ_ｍ２が“ｌｏ”であり、リアクタンス値ｘ_ｍ１，ｘ_ｍ３〜ｘ_ｍ６が“ｈｉ”であるとき（ｍ＝２）、アレーアンテナ１０Ａは、６０度の方向に指向性があるビームＢＭ１２を形成する。

以下、同様にして、各リアクタンス値ｘ_ｍ３〜ｘ_ｍ６が“ｌｏ”であり、それ以外のリアクタンス値が“ｈｉ”であるとき（ｍ＝３〜６）、アレーアンテナ１０Ａは、それぞれ、１２０度、１８０度、２４０度および３００度の方向に指向性があるビームＢＭ１３〜ＢＭ１６を形成する（図６参照）。

このように、指向性切換手段３０Ａは、無給電素子であるアンテナ素子１１〜１６に装荷されたバラクタダイオード２１〜２６のリアクタンス値ｘ_ｍ１〜ｘ_ｍ６を変えることによってアレーアンテナ１０Ａの指向性を切換える。

そして、指向性切換手段３０Ａは、リアクタンス値を”ｈｉ”に設定する場合、２０Ｖの制御電圧ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６をそれぞれバラクタダイオード２１〜２６へ供給し、リアクタンス値を”ｌｏ”に設定する場合、０Ｖの制御電圧ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６をそれぞれバラクタダイオード２１〜２６へ供給する。

従って、指向性切換手段３０Ａは、指向性ＤＩＲ１１を有するビームＢＭ１１をアレーアンテナ１０Ａに形成する場合、［ＣＬＶ１１，ＣＬＶ１２，ＣＬＶ１２，ＣＬＶ１４，ＣＬＶ１５，ＣＬＶ１６］＝［０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ］の制御電圧ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６をそれぞれバラクタダイオード２１〜２６へ供給する。また、指向性切換手段３０Ａは、指向性ＤＩＲ１２を有するビームＢＭ１２をアレーアンテナ１０Ａに形成する場合、［ＣＬＶ１１，ＣＬＶ１２，ＣＬＶ１２，ＣＬＶ１４，ＣＬＶ１５，ＣＬＶ１６］＝［２０Ｖ，０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ］の制御電圧ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６をそれぞれバラクタダイオード２１〜２６へ供給する。以下、同様にして、指向性切換手段３０Ａは、指向性ＤＩＲ１３〜ＤＩＲ１６をそれぞれ有するビームＢＭ１３〜ＢＭ１６をアレーアンテナ１０Ａに形成する場合、［ＣＬＶ１１，ＣＬＶ１２，ＣＬＶ１２，ＣＬＶ１４，ＣＬＶ１５，ＣＬＶ１６］＝［２０Ｖ，２０Ｖ，０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ］，［２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ］，［２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，０Ｖ，２０Ｖ］，［２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，０Ｖ］の制御電圧ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６をそれぞれバラクタダイオード２１〜２６へ供給する。

指向性切換手段３０Ａは、特性検出手段２０から切換信号ＥＸＣを受けると、特性検出手段２０から保持信号ＨＬＤを受けるまで、アレーアンテナ１０Ａの指向性を他の指向性に順次切換える。例えば、指向性切換手段３０Ａは、アレーアンテナ１０Ａの指向性を指向性ＤＩＲ１１に設定している場合に特性検出手段２０から切換信号ＥＸＣを受けると、特性検出手段２０から保持信号ＨＬＤを受けるまでアレーアンテナ１０Ａの指向性を指向性ＤＩＲ１２→指向性ＤＩＲ１３→指向性ＤＩＲ１４→指向性ＤＩＲ１５→指向性ＤＩＲ１６に順次切換える。

より具体的には、指向性切換手段３０Ａは、特性検出手段２０から保持信号ＨＬＤを受けるまで、制御電圧ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６を［０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ］から［２０Ｖ，０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ］，［２０Ｖ，２０Ｖ，０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ］，［２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ］，［２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，０Ｖ，２０Ｖ］，［２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，０Ｖ］へ順次切換える。

図７は、実施の形態２における制御電圧ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６の切換えを示す概念図である。指向性切換手段３０Ａは、制御電圧ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６の［０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ］から［２０Ｖ，０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ］への切換えを図７に示すタイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間（数シンボル）にわたってゆっくりと行なう。制御電圧ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６の他の切換えについても同様である。つまり、指向性切換手段３０Ａは、指向性ＤＩＲ１１→指向性ＤＩＲ１２への切換え、指向性ＤＩＲ１２→指向性ＤＩＲ１３への切換え、指向性ＤＩＲ１３→指向性ＤＩＲ１４への切換え、指向性ＤＩＲ１４→指向性ＤＩＲ１５への切換え、および指向性ＤＩＲ１５→指向性ＤＩＲ１６への切換えの各々をタイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間を用いて行なう。

なお、指向性切換手段３０Ａは、実施の形態１における指向性切換手段３０と同じように、ΔＶ_ＣＬ／Ｔ_ｓｒｔを演算することによって、単位時間当たりの制御電圧ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６の変化量を求め、その求めた制御電圧ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６の変化量に基づいて、制御電圧ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６をタイミングｔ１からタイミングｔ２までの間で所定量だけ変化させる。

そして、指向性切換手段３０Ａは、特性検出手段２０から保持信号ＨＬＤを受けると、保持信号ＨＬＤを受けたときの指向性にアレーアンテナ１０Ａの指向性を保持する。

無線装置１００Ａにおける動作について説明する。アレーアンテナ１０Ａは、指向性ＤＩＲ１１を有するビームＢＭ１１を形成して電波を受信し、その受信した電波をアンテナ素子１７から特性検出手段２０へ出力する。

特性検出手段２０は、アレーアンテナ１０Ａからの電波のＳＮ比を検出し、その検出したＳＮ比が基準値以上であるか否かを判定する。そして、ＳＮ比が基準値以上であるとき、特性検出手段２０は、保持信号ＨＬＤを生成して指向性切換手段３０Ａへ出力する。指向性切換手段３０Ａは、保持信号ＨＬＤに応じて制御電圧ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６の電圧値を保持し、アレーアンテナ１０Ａの指向性を指向性ＤＩＲ１１に保持する。

一方、ＳＮ比が基準値よりも低いとき、特性検出手段２０は、切換信号ＥＸＣを生成して指向性切換手段３０Ａへ出力する。指向性切換手段３０Ａは、切換信号ＥＸＣに応じて、上述した方法によってアレーアンテナ１０Ａの指向性を指向性ＤＩＲ１１から指向性ＤＩＲ１２〜ＤＩＲ１６へ順次切換える。

そして、アレーアンテナ１０Ａの指向性が指向性ＤＩＲ１４に設定されたときに、ＳＮ比が基準値以上になると、特性検出手段２０は、保持信号ＨＬＤを生成して指向性切換手段３０Ａへ出力する。そして、指向性切換手段３０Ａは、保持信号ＨＬＤに応じて、制御電圧ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６の電圧値を［２０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ，０Ｖ，２０Ｖ，２０Ｖ］に保持する。これにより、アレーアンテナ１０Ａは、指向性ＤＩＲ１４で電波を受信し続ける。

このように、無線装置１００Ａは、ＳＮ比が基準値よりも低下すると、ＳＮ比が基準値以上になるようにアレーアンテナ１０Ａの指向性をゆっくりと切換える。その結果、無線装置１００Ａは、シンボル誤りの発生を抑制して受信信号を受信できる。

なお、電波を受信する指向性は、６つの指向性ＤＩＲ１１〜ＤＩＲ１６に限らず、それ以外の数であってもよい。この場合にも、上述したように、ＳＮ比が基準値以上になるように指向性が切換えられ、ＳＮ比が基準値以上になったときの指向性が保持される。

また、上記においては、制御電圧ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６は、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの間、直線的に変えられると説明したが、この発明においては、これに限られず、制御電圧ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６は、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの間、指数関数的に変えられてもよく、階段的に変えられてもよい。

実施の形態１，２においては、アレーアンテナ１０，１０Ａが受信した受信信号の受信信号特性としてＳＮ比を用いたが、この発明においては、これに限らず、受信信号特性は、データを復調したときのデータ誤り率、または受信電力の強度である受信信号強度等であってもよい。

従って、この発明による無線装置は、受信信号特性が基準特性よりも低下したとき、受信信号特性が基準特性以上になるように、その指向性を切換えるものであればよい。

また、実施の形態１，２においては、１つの指向性から他の指向性への切換期間（タイミングｔ１〜タイミングｔ２）は、数シンボルであると説明したが、この発明においては、これに限らず、１つの指向性から他の指向性への切換期間（タイミングｔ１〜タイミングｔ２）は、１シンボル（＝信号の１シンボル周期）以上であればよい。

更に、この発明においては、アレーアンテナの無給電素子は、複数であればよい。無給電素子が複数であれば、少なくとも２つの指向性の間でアレーアンテナの指向性を切換可能であるからである。

更に、上述した実施の形態１，２においては、バラクタダイオード４，５；２１〜２６に印加する制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２；ＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６の電圧値を変えることによりバラクタダイオード４，５；２１〜２６の容量（リアクタンス値）を変化させ、アレーアンテナ１０，１０Ａの指向性を切換えたが、この発明においては、これに限らず、無給電素子であるアンテナ素子１，２（またはアンテナ素子１１〜１６）の抵抗Ｒを制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２（またはＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６）によって変え、アレーアンテナ１０，１０Ａの指向性を切換えるものであっても良く、一般的には、無給電素子であるアンテナ素子１，２（またはアンテナ素子１１〜１６）のインピーダンスを制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２（またはＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６）によって変え、アレーアンテナ１０，１０Ａの指向性を切換えるものであればよい。この場合、アンテナ素子１，２（またはアンテナ素子１１〜１６）には、可変インピーダンス素子が装荷される。従って、指向性切換手段３０（または３０Ａ）は、可変インピーダンス素子に制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２（またはＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６）を供給する。

そして、制御電圧ＣＬＶ１，ＣＬＶ２またはＣＬＶ１１〜ＣＬＶ１６は、［インピーダンスセット］を構成する。

更に、無線装置１００，１００Ａは、高速道路の料金所における料金の自動支払いを実現する道路交通システムとしてのＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）に用いられる。

ＤＳＲＣにおいては、無線装置１００，１００Ａは、自動車に搭載され、無線装置１００，１００Ａを搭載した自動車は、料金所に近づくと料金所からの信号をシンボル誤りの発生を抑制して受信し、料金を支払う。従って、この発明による自動車は、無線装置１００または１００Ａを搭載した自動車である。

更に、無線装置１００，１００Ａは、放送用の電波を受信することに適している。従って、無線装置１００，１００Ａは、テレビジョンに搭載され、上述した動作に従って、シンボル誤りの発生を抑制して放送用の電波を受信する。従って、この発明によるテレビジョンは、無線装置１００または１００Ａを搭載したテレビジョンである。

更に、上記においては、ＢＰＳＫによってデジタル変調された信号を受信する場合について説明したが、この発明においては、これに限られず、ＡＳＫおよびＱＡＭ等によってデジタル変調された信号を受信する場合も含まれる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、受信信号のシンボル誤りの発生を抑制して信号を受信可能な無線装置に適用される。また、この発明は、受信信号のシンボル誤りの発生を抑制して信号を受信可能な無線装置を備えたテレビジョンに適用される。更に、この発明は、受信信号のシンボル誤りの発生を抑制して信号を受信可能な無線装置を備えた自動車に適用される。

この発明の実施の形態１による無線装置の概略図である。 ２つのバラクタダイオードに印加する制御電圧を切換える方法を説明するための概念図である。 図１に示すアレーアンテナにおける指向性の切換えを説明するための概念図である。 図１に示すアレーアンテナにおける指向性の切換えを説明するための他の概念図である。 実施の形態２による無線装置の概略図である。 図５に示すｘ−ｙ平面におけるアンテナ素子の平面配置図である。 実施の形態２における制御電圧の切換えを示す概念図である。

符号の説明

１〜３，１１〜１７ アンテナ素子、４，５，２１〜２６ バラクタダイオード、１０，１０Ａ アレーアンテナ、２０ 特性検出手段、３０，３０Ａ 指向性切換手段、１００，１００Ａ 無線装置。

Claims (10)

1. １本の給電素子とＭ（Ｍは複数）本の無給電素子とからなるアレーアンテナと、
   前記Ｍ本の無給電素子に装荷されたＭ個の可変インピーダンス素子のインピーダンスセットを切換えて前記アレーアンテナの指向性を変える指向性切換手段と、
   前記アレーアンテナによって受信され、かつ、デジタル変調された受信信号の受信信号特性を検出する特性検出手段とを備え、
   前記指向性切換手段は、前記特性検出手段によって検出された受信信号特性が基準特性よりも低下すると、前記受信信号の１シンボル周期以上の時間長を用いて前記受信信号特性が前記基準特性以上になるように前記インピーダンスセットを切換える、無線装置。
2. 前記指向性切換手段は、前記受信信号特性が前記基準特性よりも低下すると、前記１シンボル周期以上の時間長を用いて前記インピーダンスセットを前記受信信号特性が前記基準特性よりも低下したときの第１のインピーダンスセットから前記受信信号特性が前記基準特性以上になる第２のインピーダンスセットに切換える、請求項１に記載の無線装置。
3. 前記Ｍ本の無給電素子は、２本の無給電素子からなり、
   前記受信信号特性が前記基準特性以上になる前記アレーアンテナの指向性は、第１および第２の指向性からなり、
   前記指向性切換手段は、前記第１のインピーダンスセットを前記Ｍ個の可変インピーダンス素子に供給したときの前記アレーアンテナの指向性が前記第１の指向性であるとき、前記アレーアンテナの指向性が前記第２の指向性になるように前記１シンボル周期以上の時間長を用いて前記第２のインピーダンスセットを前記Ｍ個の可変インピーダンス素子に供給し、前記第１のインピーダンスセットを前記Ｍ個の可変インピーダンス素子に供給したときの前記アレーアンテナの指向性が前記第２の指向性であるとき、前記アレーアンテナの指向性が前記第１の指向性になるように前記１シンボル周期以上の時間長を用いて前記第１のインピーダンスセットを前記Ｍ個の可変インピーダンス素子に供給する、請求項２に記載の無線装置。
4. 前記指向性切換手段は、前記インピーダンスセットを前記第１のインピーダンスセットから前記第２のインピーダンスセットへ連続的に切換える、請求項２または請求項３に記載の無線装置。
5. 前記指向性切換手段は、前記受信信号特性が前記基準特性よりも低下すると、前記インピーダンスセットを前記受信信号特性が前記基準特性よりも低下したときの第１のインピーダンスセットから複数のインピーダンスセットに順次切換え、前記受信信号特性が前記基準特性以上になる第２のインピーダンスセットに前記第１のインピーダンスセットが切換えられると、前記インピーダンスセットの切換えを停止し、
   １つのインピーダンスセットから他のインピーダンスセットへの切換時間長は、前記１シンボル周期以上の時間長である、請求項１に記載の無線装置。
6. 前記指向性切換手段は、前記インピーダンスセットを前記１つのインピーダンスセットから前記他のインピーダンスセットへ連続的に切換える、請求項５に記載の無線装置。
7. 前記特性検出手段は、前記受信信号特性として前記受信信号の受信信号強度または受信電力対雑音比を検出し、
   前記指向性切換手段は、前記特性検出手段によって検出された受信信号強度または受信電力対雑音比がしきい値よりも低下すると、前記１シンボル周期以上の時間長を用いて前記インピーダンスセットを切換える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の無線装置。
8. 前記可変インピーダンス素子は、可変容量素子であり、
   前記インピーダンスセットは、リアクタンスセットである、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の無線装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の無線装置を搭載したテレビジョン。
10. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の無線装置を搭載した自動車。

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