JP2006174095A - 偏波切り替えアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンテナの設置スペースを増やすことなく偏波の切り替えを可能にし、多様な周波数帯域にも対応可能な偏波切り替えアンテナ装置を提供する。
【解決手段】 筐体の側面に配置したループ状のアンテナ素子の一端の接続状態を切り替えて、ループアンテナを構成するか線状アンテナを構成するかを選択的に切り替えて偏波特性を切り替える。各特性に適した整合回路を設ける。ループアンテナの平衡給電を可能にする。平衡／不平衡給電の切り替えを可能にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯型の無線機に搭載することが可能な偏波切り替えアンテナ装置に関する。

一般に、無線通信においては通信相手との間で互いに同じ偏波のアンテナを使用することにより最適な条件で通信を行うことができる。また、例えば垂直偏波，水平偏波，円偏波のような複数種類の偏波を必要に応じて使い分けることにより、様々な環境において他の通信との干渉を低減したり受信感度を改善することが可能になる。

複数種類の偏波を使い分けることが可能なアンテナ装置の従来技術としては、例えば特許文献１，特許文献２及び特許文献３の技術が知られている。

特許文献１においては、グランド面にモノポールと平行な２本の直線部を有するループ状ワイヤーを設けて、それらの間に設けられた偏波切り替えスイッチの操作により、アンテナの向きや構造を変えることなく直線偏波，右旋円偏波，左旋円偏波に対応することを提案している。

特許文献２においては、受信装置の互いに異なる筐体面に沿ってそれぞれ配置された複数のループアンテナと受信信号を選択する切り替え手段とを備えて、指向性や偏波面で有利な方を選択し、高い受信性能を確保することを提案している。

特許文献３においては、互いに異なる偏波面を有する２つの電波のうちの一方を受信するループアンテナの内側に、２つの電波のうちの他方を受信するモノポールアンテナを設けることで、偏波ダイバーシチ受信を行うことを提案している。

特開２０００−７７９３４号公報 特開平１１−８８２４６号公報 特開２００１−３３２９３０号公報

前述のような従来の偏波切り替えアンテナ装置においては、互いに受信偏波が異なる複数のアンテナ素子を搭載することが前提とされている。しかしながら、複数のアンテナ素子を搭載するためには、単一のアンテナ素子を搭載する場合と比べて倍以上の設置スペースを確保しなければならず、アンテナ素子と接続するための配線も増える。しかし、最近の携帯型通信端末においては、高機能化及び省スペース化が大きな課題であり、アンテナの設置スペースを増やすのは困難である。

また、通信サービスが多様化しているため、例えば地上ディジタルテレビ放送と携帯電話のように、互いに使用する電波の周波数帯域が大きく異なり使用する主偏波も違う多様な電波を１つの携帯型通信端末で受信する必要性も生じている。しかし、従来技術では周波数帯域が大きく異なる複数の電波を受信するためには、複数の独立したアンテナ素子を搭載する必要があった。

本発明は、アンテナの設置スペースを増やすことなく偏波の切り替えを可能にし、多様な周波数帯域にも対応可能な偏波切り替えアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の無線機に適用される偏波切り替えアンテナ装置は、ループ状に形成された導電体より構成され、前記無線機の第１の給電点または接地点と接続可能に構成された第１の端部と、前記無線機の第２の給電点または接地点と接続可能に構成された第２の端部とを有するアンテナ素子と、前記第１の端部及び前記第２の端部の少なくとも一方に、前記アンテナ素子を前記無線機の電気回路から開放するためのスイッチを備え、前記スイッチの切替により、磁界に対して大きな感度を有する第１のアンテナ特性と、電界に対して大きな感度を有する第２のアンテナ特性とが切り替えられるものである。

すなわち、前記スイッチを閉じると前記導電体の両端が給電点もしくは接地点と接続されることになり、前記導電体が磁界に対して大きな感度を有するループアンテナとして機能する。また、前記スイッチを開放すると、前記導電体の一端のみが給電点と接続されることになり、前記導電体が電界に対して大きな感度を有する線状アンテナとして機能する。従って、前記スイッチの切替により単一のアンテナの動作モードが変更され、これに伴ってアンテナの偏波特性や周波数特性も変化する。また、例えば前記導電体がループアンテナとして機能する時には、人体に近接した状態であっても高い受信感度が得られる。

上述のアンテナ装置において、前記第１のアンテナ特性に対応した整合を行う第１の整合回路と、前記第２のアンテナ特性に対応した整合を行う第２の整合回路と、前記第１の整合回路と第２の整合回路とを切り替える整合切り替え回路とを更に設けることができる。この場合、前記第１の整合回路と、前記第２の整合回路と、前記整合切り替え回路が、前記第１の端部及び前記第２の端部のうち、前記スイッチが設けられていない方に備え付けられる。更にこの場合、前記アンテナ素子のアンテナの共振周波数を変えるために、前記スイッチと接地点との間に可変リアクタンス素子を接続することができる。

前記スイッチの切り替えによりアンテナ特性が変化すると、アンテナのインピーダンスも変化する。従って、それぞれのアンテナ特性に適した独立の整合回路を用いることにより最適な条件でアンテナと受信回路とを接続できる。また、可変リアクタンス素子をアンテナに接続することによりアンテナの共振周波数を必要に応じて変更できるので、前記導電体の長さを変更することなく、アンテナの特性を受信周波数帯に合わせることが可能になる。

更に、平衡入力を不平衡出力に変換する平衡・不平衡変換器と、前記平衡・不平衡変換器を通る第１の信号経路と通らない第２の信号経路とを切り替えてアンテナの給電を行う経路切り替え部とを設けることができ、この場合、前記平衡・不平衡変換器の少なくとも一つの入力が、前記スイッチを介して前記アンテナ素子に接続される。

平衡・不平衡変換器を設けることにより、ループアンテナを平衡給電で接続することができる。平衡給電の場合には、無線機の筐体に電流が流れにくくなり、その結果、アンテナの偏波特性が改善される。

更に、前記第１の端部及び前記第２の端部の両方に前記スイッチを二つ設け、当該二つのスイッチは、前記アンテナ素子の接続状態が不平衡給電及び平衡給電のいずれかになるように接続状態を選択的に切り替えるように構成し、前記二つのスイッチを介して前記アンテナ素子と接続され、平衡入力を不平衡出力に変換する平衡・不平衡変換器と、前記平衡・不平衡変換器を通る第１の信号経路と通らない第２の信号経路とを切り替えて前記アンテナ素子の給電を行う経路切り替え部と、を更に設けることができる。

前記スイッチ及び経路切り替え部を切り替えることにより、アンテナの接続状態が不平衡給電及び平衡給電のいずれかに切り替わる。ループアンテナの給電状態を切り替えると、無線機の筐体に流れる電流に大きな変化が現れ、その結果、アンテナの特性が変化する。

例えば、互いに動作周波数が異なる場合には、不平衡給電のループアンテナを微小ループアンテナとして構成すると垂直偏波が得られ、平衡給電で１波長のループアンテナを構成すると水平偏波が得られる。また、同一周波数帯で用いる場合であっても、不平衡給電の場合にはアンテナ特性の垂直偏波成分がより大きくなるため、垂直偏波及び水平偏波の両方の受信が可能になる。

また、前記アンテナ素子の中間部分に、第３の給電点または接地点と接続するための中間接続スイッチを更に設け、前記中間接続スイッチの切替により、前記スイッチを開放した状態で、逆Ｆアンテナとして作動するよう、アンテナ装置を構成することができる。

前記第２のアンテナ特性のアンテナとして逆Ｆアンテナを構成することにより、線状アンテナに比べてインピーダンス整合や周波数調整が容易になる。

更に、受信された信号について、互いに異なるアンテナ特性で受信された複数種類の信号の中から少なくとも１つを選択して出力するダイバーシチ選択部を設けることができる。

使用するアンテナ素子が１つだけの場合であっても、本発明では偏波が異なる複数のアンテナ特性を切り替えることができるので、より受信特性の良好なアンテナ特性を適宜選択すれば、受信品質を改善できる。すなわち、偏波ダイバーシチを実現できる。但し、使用するアンテナ素子が１つだけの場合には、例えば定期的にアンテナ特性を切り替えて受信品質を調べる必要がある。

上述の偏波切り替えアンテナ装置を使用した無線機も本発明に含まれる。

本発明によれば、単一のアンテナ素子を用いて偏波特性が異なる複数のアンテナ特性を実現できるので、アンテナの設置スペースを増やすことなく偏波の切り替えが可能になり、多様な周波数帯域にも対応可能になる。また、偏波ダイバーシチ受信を行うことにより受信感度が向上する。

（第１の実施の形態）
本発明の偏波切り替えアンテナ装置の、第１の実施の形態について図１〜図４を参照しながら説明する。

図１は本実施の形態のアンテナ装置が使用された無線機の構成を示すブロック図である。図２は本実施の形態の装置に関するシミュレーションの結果を示す放射パターン図である。図３は本実施の形態の装置に関する測定用モデルを示す斜視図である。図４は測定用モデルに関する測定結果を示す放射パターン図である。

本実施の形態のアンテナ装置は、図１に示すように構成される。このアンテナ装置は、例えば携帯電話のような携帯型の受信端末に搭載されることを想定している。この受信端末の本体を表す無線機筐体１の１つの側面に沿ってアンテナ素子２が配置されている。

この例では、無線機筐体１は直方体の形状に形成されており、金属のような導電材料で構成されている。アンテナ素子２は、薄く細長い帯状の導電材料を折り曲げてほぼループ状に形成してある。アンテナ素子２と無線機筐体１との間は電気的に絶縁されている。なお、アンテナ素子２には線状の導電材料を用いても良い。

無線機筐体１の内部には、回路基板３及び受信回路４が備わっている。受信回路４は回路基板３の上に配置されている。

アンテナ素子２の一端近傍は、給電点として受信回路４の入力と接続されている。また、アンテナ素子２の他端近傍は切り替え回路（スイッチ）５を介して回路基板３のグランド（アース）と接続されている。

切り替え回路５は電気的に開閉可能なスイッチであり、実際には切り替え回路５としてＰＩＮダイオードやバンドスイッチングダイオードを用いればよい。切り替え回路５のスイッチを閉じるとアンテナ素子２の他端が接地され、切り替え回路５のスイッチを開くとアンテナ素子２の他端が開放される。

従って、切り替え回路５のスイッチを閉じるとアンテナ素子２はループアンテナとして受信回路４に接続され、切り替え回路５のスイッチを開くとアンテナ素子２は一端が開放された線状アンテナとして受信回路４に接続される。すなわち、切り換え回路５の切替により、磁界に対して大きな感度を有する第１のアンテナ特性（ループアンテナ）と、電界に対して大きな感度を有する第２のアンテナ特性（線状アンテナ）とが切り替えられる。

なお、水平偏波を得るためには、ループアンテナの給電点を無線機筐体１の中央部に配置して、アンテナの構成を左右対称にするのが望ましい。また、アンテナ素子２を帯状にすることにより、広帯域化が可能になる。

ループアンテナの場合に水平偏波成分を形成するには、動作周波数に対して例えば１波長の電気長が選定される。これによりアンテナ素子２の長さ及びループアンテナ長が決まるので、線状アンテナを構成した場合のアンテナの共振周波数も決まる。線状アンテナが例えば１／４波長モノポールアンテナとして動作する場合を想定すると、アンテナ素子２が線状アンテナとして機能する場合の動作周波数は、アンテナ素子２がループアンテナとして機能する場合の動作周波数に比べて１／４になる。

つまり、アンテナ素子２の動作モードを切り替えてループアンテナと線状アンテナとを使い分けることにより、周波数が大きく異なる２つの受信周波数帯域に対応することが可能になる。また、ループアンテナをＵＨＦ帯程度の低い周波数帯において微小ループアンテナとして使用することも可能である。

図１に示す構成に基づいて作成したシミュレーションモデルを用いて、コンピュータでシミュレーションを行った。その結果の放射パターンの例が図２に示されている。シミュレーションモデルとしては、縦１００ｍｍ、横５０ｍｍ、幅１０ｍｍの筐体の上側面に全長が１１５ｍｍのループアンテナ素子を配置した場合を想定した。

また、ループアンテナと線状アンテナのそれぞれについて給電方法のみを変更してシミュレーションを実施し、その放射パターンについて比較検討した。周波数については２ＧＨｚ帯を使用し、ループ素子の長さは０．９３λ（λ：波長）長に定めた。

図２の（ａ）はループアンテナの場合の放射パターンを表し、図２の（ｂ）は線状アンテナの場合の放射パターンを表している。図２を参照すると、ループアンテナの場合（ａ）の主偏波が水平偏波成分（Ｅφ）であるのに対し、線状アンテナの場合（ｂ）の主偏波は垂直偏波成分（Ｅθ）であることが確認できる。但し、実際には完全なループアンテナ動作ではなく、無線機筐体１にも電流が流れるため、ループアンテナの場合には副偏波として垂直偏波成分も生じている。

次に、実際の受信端末を模擬したモデルを作成し、このモデルについて特性の評価を行った。この実験では、図３に示すように完全導体を模擬した銅板モデルを用いて折畳み式携帯電話端末を模擬し、この端末の上筐体上端にループアンテナを配置した。ループアンテナの素子長については、測定周波数の２．１７ＧＨｚに対してほぼ１λに相当する１４０ｍｍを用いている。このモデルに関する測定結果の例が図４に示されている。

図４の（ａ）はループアンテナの場合の放射パターンを表し、図４の（ｂ）は線状アンテナの場合の放射パターンを表している。代表例としてＸ−Ｙ平面において比較すると、主偏波が水平偏波成分（Ｅφ）と垂直偏波成分（Ｅθ）とで互いに異なっていることが確認できる。また、お互いある程度の副偏波成分も見られ、周波数特性も持っているが、所定の周波数２ＧＨｚ付近において主偏波が異なる傾向は一致している。

また、ループアンテナをＶＨＦ帯やＵＨＦ帯に対応する微小ループアンテナとして動作させると、主に筐体放射となることから主偏波は垂直偏波になる。このことは図３の測定用モデルを用いた測定結果からも明らかになっている。同じループアンテナでも利用する周波数帯域により異なる偏波が得られる。但し、微小ループアンテナの帯域は非常に狭い。

また、電圧定在波比（以下、ＶＳＷＲ）の測定結果から線状アンテナにおいて５５０ＭＨｚ付近（ＵＨＦ帯）において共振点が確認できる。つまり、全長１４０ｍｍの線状アンテナが１／４λモノポールアンテナとして動作していると考えられる。さらに、３／４λモノポール動作による１７０ＭＨｚ付近でも広帯域であり、１アンテナ素子においてＵＨＦ帯域と２ＧＨｚもしくは１．７ＧＨｚ帯など多くの帯域で受信可能である。従って、受信周波数の多様化に対応できる。

（第２の実施の形態）
本発明の偏波切り替えアンテナ装置のもう１つの実施の形態について図５を参照しながら説明する。図５はこの形態の装置の構成を示すブロック図である。この形態は第１の実施の形態の変形例である。また、図５において第１の実施の形態と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。

第１の実施の形態と同様に、図５に示すループ状のアンテナ素子２が無線機筐体１の上側面に沿って配置してある。アンテナ素子２の一端２ａは、切り替え回路５及び可変リアクタンス回路（可変リアクタンス素子）６の直列回路を介して回路基板３のグランドに接続されている。可変リアクタンス回路６は、アンテナ素子２の受信周波数を調整するために設けてある。

アンテナ素子２の他端２ｂは、切り替え回路９を介して整合回路７，８の入力と接続されている。整合回路７，８の出力は、それぞれ受信回路４の受信入力端子と接続されている。切り替え回路９を切り替えることにより、アンテナ素子２の他端２ｂを整合回路７，８のいずれか一方に選択的に接続することができる。

整合回路（第１の整合回路）７はアンテナ素子２がループアンテナとして動作する場合のインピーダンスに対して回路を整合させるように特性を調整してあり、整合回路（第２の整合回路）８はアンテナ素子２が線状アンテナとして動作する場合のインピーダンスに対して回路を整合させるように特性を調整してある。

第１の実施の形態と同様に、切り替え回路５のスイッチを閉じている場合にはアンテナ素子２がループアンテナとして動作し、切り替え回路５のスイッチを開いている場合にはアンテナ素子２は線状アンテナとして動作する。切り替え回路５の切り替えに伴ってアンテナ素子２のインピーダンスが変化するので、切り替え回路５の切り替えに連動して切り替え回路９のスイッチが切り替わるように制御する。これにより、ループアンテナ及び線状アンテナのいずれの特性についても回路を整合状態に維持することが可能になる。

また、切り替え回路５のスイッチが閉じている場合には、可変リアクタンス回路６がアンテナ素子２と接続されるので、可変リアクタンス回路６のリアクタンスに応じてアンテナ素子２の受信可能な周波数が変化する。つまり、ループアンテナを構成する場合の受信周波数を、アンテナ素子２の長さを変更することなく必要に応じて調整できる。

可変リアクタンス回路６は、特にＵＨＦ帯のように比較的低い周波数帯に対応した微小ループアンテナを構成する場合に有用であり、狭い帯域幅を移動させることにより目的の利用周波数を選択できる。可変リアクタンス回路６としては、例えばガリウム砒素やシリコン半導体を用いた可変容量素子を採用することが考えられる。

この形態では、アンテナ素子２をループアンテナとして構成する場合と、線状アンテナとして構成する場合とのいずれにおいても、望ましい整合状態を得ることができ、しかもループアンテナの受信周波数を調整できる。２種類のアンテナ特性の受信周波数を同一の周波数帯に調整した場合には、アンテナ特性の切替により偏波特性を切り替えることができる。

（第３の実施の形態）
本発明の偏波切り替えアンテナ装置のもう１つの実施の形態について図６を参照しながら説明する。図６はこの形態の装置の構成を示すブロック図である。この形態は第１の実施の形態の変形例である。また、図６において第１の実施の形態と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。

第１の実施の形態と同様に、図６に示すループ状のアンテナ素子２が無線機筐体１の上側面に沿って配置してある。

この形態では、ループアンテナを平衡給電するために平衡・不平衡変換回路（バラン）１０を設けてある。線状アンテナは不平衡給電なので、ループアンテナを選択するときと線状アンテナを選択するときの給電方式が異なる。このような違いに対応して図６に示す回路が構成されている。

すなわち、アンテナ素子２の一端２ａは切り替え回路１２を介して整合回路１１の一方の入力に接続され、アンテナ素子２の他端２ｂは整合回路１１のもう一方の入力に接続されている。整合回路１１の出力は平衡・不平衡変換回路１０の平衡入力に接続され、平衡・不平衡変換回路１０の不平衡出力は切り替え回路１５を介して受信回路４の入力に接続されている。

また、アンテナ素子２の他端２ｂは切り替え回路１４を介して整合回路１３の入力に接続され、整合回路１３の出力は切り替え回路１５を介して受信回路４の入力に接続されている。

切り替え回路１５はアンテナ素子２がループアンテナとして動作する場合に平衡・不平衡変換回路１０から出力される受信信号と、アンテナ素子２が線状アンテナとして動作する場合に整合回路１３から出力される受信信号とを選択的に受信回路４に入力する。

この装置を使用する場合には、切り替え回路１２のスイッチを閉じて切り替え回路１４のスイッチを開き、切り替え回路１５のスイッチで平衡・不平衡変換回路１０の出力側を選択することにより、アンテナ素子２がループアンテナとして動作し、平衡給電により受信回路４と接続される。また、切り替え回路１２のスイッチを開き、切り替え回路１４のスイッチを閉じ、切り替え回路１５のスイッチで整合回路１３の出力側を選択することにより、アンテナ素子２が線状アンテナとして動作し、不平衡給電により受信回路４と接続される。

平衡・不平衡変換回路１０を用いることによりこれがループアンテナを使用する場合の損失として加算され、利用周波数帯域も限定されるが、ループアンテナを平衡給電することにより無線機筐体１側に電流が流れにくくなる。これにより、無線機筐体１から放射される垂直偏波成分が減少し、水平偏波が得られやすい。

実際に、図３に示した測定モデルを用いた実験結果からも、垂直偏波成分の割合が小さくなることが確認できた。また、第２の実施の形態と同様に２種類のアンテナ特性の受信周波数を同一帯域に調整すれば、同一の周波数帯域で偏波特性を切り替えて使用することができる。

（第４の実施の形態）
本発明の偏波切り替えアンテナ装置のもう１つの実施の形態について図７を参照しながら説明する。図７はこの形態の装置の構成を示すブロック図である。この形態は第３の実施の形態の変形例である。また、図７において第３の実施の形態と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。

第３の実施の形態と同様に、図７に示すループ状のアンテナ素子２が無線機筐体１の上側面に沿って配置してある。第３の実施の形態と同様に、ループアンテナを平衡給電するために平衡・不平衡変換回路（バラン）１０を設けてある。但し、この形態ではアンテナ素子２をループアンテナとしてのみ使用し、給電方式の切替によりアンテナの偏波特性を切り替えている。

図７に示すように、アンテナ素子２の一端２ａに切り替え回路１２が接続され、他端２ｂに切り替え回路１７が接続されている。切り替え回路１２，１７は、ループアンテナの平衡給電と不平衡給電とを切り替えるために設けてあり、２つの切り替え回路１２，１７は互いに連動して切り替わる。

切り替え回路１２は、アンテナ素子２の一端２ａを整合回路１１の入力に接続するか、又は回路基板３のグランドに接続するかを選択的に切り替える。切り替え回路１７は、アンテナ素子２の他端２ｂを整合回路１１の入力に接続するか、又は整合回路１３の入力に接続するかを選択的に切り替える。

すなわち、切り替え回路１２のスイッチをｂ側に接続し、切り替え回路１７のスイッチをｃ側に接続し、切り替え回路１５のスイッチをｅ側に接続すると、アンテナ素子２のループアンテナは平衡給電で接続される。この場合、アンテナ素子２が受信した信号は、切り替え回路１２，１７−整合回路１１−平衡・不平衡変換回路１０−切り替え回路１５を通って受信回路４に入力される。

また、切り替え回路１２のスイッチをａ側に接続し、切り替え回路１７のスイッチをｄ側に接続し、切り替え回路１５のスイッチをｆ側に接続すると、アンテナ素子２のループアンテナは不平衡給電で接続される。この場合、アンテナ素子２が受信した信号は、切り替え回路１２，１７−整合回路１３−切り替え回路１５を通って受信回路４に入力される。

このような給電方式の切替によりアンテナ素子２自体の特性は変化しないが、無線機筐体１に流れる筐体電流に変化が現れるため、結果的にアンテナ全体としての偏波特性に違いが生じる。

特に、不平衡給電の場合と平衡給電の場合とでアンテナの動作周波数が異なる場合には、不平衡給電の場合のループアンテナを微小ループアンテナとして構成することで垂直偏波を得ることができ、平衡給電の場合のループアンテナをほぼ１λ長のループアンテナとして構成することで水平偏波を得ることができる。

また、不平衡給電の場合と平衡給電の場合とで同一の周波数帯を利用する場合であっても、不平衡給電の場合は周波数特性により垂直偏波成分が大きく現れるため、垂直偏波及び水平偏波の受信が可能になる。つまり、不平衡給電の場合と平衡給電の場合とで同一の周波数帯域にアンテナの特性を調整することにより、アンテナの偏波特性を切り替えて受信することが可能になる。

（第５の実施の形態）
本発明の偏波切り替えアンテナ装置のもう１つの実施の形態について図８を参照しながら説明する。図８はこの形態の装置の構成を示すブロック図である。この形態は第３の実施の形態の変形例である。また、図８において第３の実施の形態と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。

第３の実施の形態と同様に、図８に示すループ状のアンテナ素子２が無線機筐体１の上側面に沿って配置してある。この形態では、アンテナ素子２をループアンテナ及び逆Ｆアンテナとして切り替えて使用する。

第３の実施の形態と同様に、アンテナ素子２の一端２ａは切り替え回路１２を介して整合回路１１の一方の入力と接続され、アンテナ素子２の他端２ｂは整合回路１１のもう一方の入力と接続されている。また、整合回路１１の出力は平衡・不平衡変換回路１０の入力と接続され、平衡・不平衡変換回路１０の出力は切り替え回路１５を介して受信回路４の入力と接続されている。

また、アンテナ素子２の他端２ｂには切り替え回路１８が接続されている。切り替え回路１８は、スイッチでありアンテナ素子２の他端２ｂを回路基板３のグランドに接続するか、又は開放するかを切り替える。

また、逆Ｆアンテナを構成するために、アンテナ素子２の途中に給電点２ｃを設けてある。給電点２ｃは、切り替え回路（中間接続スイッチ）１９を介して整合回路２０の入力と接続され、整合回路２０の出力は切り替え回路１５を介して受信回路４の入力と接続されている。

アンテナ素子２を逆Ｆアンテナとして利用する場合には、切り替え回路１２のスイッチを開き、切り替え回路１８及び切り替え回路１９の各スイッチを閉じる。この場合、アンテナ素子２が受信した信号は、切り替え回路１９−切り替え回路２０−切り替え回路１５を通って受信回路４に入力される。

また、アンテナ素子２をループアンテナとして使用する場合には、切り替え回路１２のスイッチを閉じ、切り替え回路１８，１９の各スイッチを開く。この場合、アンテナ素子２が受信した信号は、切り替え回路１２−整合回路１１−平衡・不平衡変換回路１０−切り替え回路１５を通って受信回路４に入力される。

また、逆Ｆアンテナを使用する場合には、給電箇所を変更することも可能である。すなわち、切り替え回路１８の部分からアンテナ素子２の他端２ｂに給電し、給電点２ｃの部分を接地すればよい。

線状アンテナの代わりに逆Ｆアンテナを構成することにより、線状アンテナの場合と比べてインピーダンスの整合や対応周波数の調整などが容易になる。また、逆Ｆアンテナの場合の主偏波は垂直偏波であるため、ループアンテナと切り替えることにより、偏波の切り替えができる。つまり、逆Ｆアンテナとループアンテナとを同一の周波数帯で使用する場合には、偏波特性を切り替えて受信することができる。

（第６の実施の形態）
本発明の偏波切り替えアンテナ装置のもう１つの実施の形態について図９を参照しながら説明する。図９はこの形態の装置の構成を示すブロック図である。この形態は第３の実施の形態の変形例である。また、図９において第３の実施の形態と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。

第３の実施の形態と同様に、図９に示すループ状のアンテナ素子２が無線機筐体１の上側面に沿って配置してある。この形態では、アンテナ素子２をループアンテナ及び線状アンテナとして切り替えて使用する。第３の実施の形態と異なるのは、ダイバーシチ切り替え回路（ダイバーシチ選択部）２１を設けた点である。

ダイバーシチ切り替え回路２１は、ループアンテナで検出された受信信号と線状アンテナで検出された受信信号との受信電界強度をそれぞれ検出し、電界強度が強い方の信号を選択的に受信回路４に入力するように制御する。

実際には、ダイバーシチ切り替え回路２１は平衡・不平衡変換回路１０が出力する受信信号（ループアンテナの信号）と整合回路１３が出力する受信信号（線状アンテナの信号）とをそれぞれ低雑音増幅器で増幅して受信信号レベルを測定し、受信信号レベルが大きい方の信号を選択して受信回路４に入力する。

但し、単一のアンテナを切り替えてループアンテナ及び線状アンテナとして使用するので、同時に２種類のアンテナの受信信号レベルを測定することはできない。そこで、この形態では、ダイバーシチ切り替え回路２１は受信感度に大きな変化が現れない程度に十分に小さい時間の間隔で周期的にアンテナの特性の切り替えを行い、２種類のアンテナ特性のそれぞれにおける受信信号レベルを常に把握して、より受信感度の高いアンテナ特性に自動的に切り替える。これにより、単一のアンテナだけで偏波ダイバーシチが実現する。

なお、第３の実施の形態以外の他の実施の形態についても、ダイバーシチ切り替え回路２１を追加することにより偏波ダイバーシチを実現できる。

アンテナ素子の形状は、ループ形状であるが、ループアンテナとしての特性を発揮できるならば、その変形は自由である。また、アンテナ素子の配置位置も任意に変更することが許される。また、実施形態の各種回路の配置位置も任意に設定することができる。

以上、本発明の各種実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

本発明の偏波切り替えアンテナ装置は、複数のアンテナ素子を必要とすることなく、偏波特性の異なる複数種類のアンテナを実現できる。従って、携帯型の受信端末のようにアンテナの設置スペースが限られる場合や、多様な周波数帯の受信が必要な場合や、様々な環境で受信感度の改善が必要な場合などに本発明を適用すれば極めて効果的である。

無線機に組み込まれた状態での、第１の実施の形態による偏波切り換えアンテナ装置の構成を示すブロック図。 第１の実施の形態に関するシミュレーションの結果を示す放射パターン図である。 第１の実施の形態に関する測定用モデルを示す斜視図である。 測定用モデルに関する測定結果を示す放射パターン図である。 無線機に組み込まれた状態での、第２の実施の形態による偏波切り換えアンテナ装置の構成を示すブロック図。 無線機に組み込まれた状態での、第３の実施の形態による偏波切り換えアンテナ装置の構成を示すブロック図。 無線機に組み込まれた状態での、第４の実施の形態による偏波切り換えアンテナ装置の構成を示すブロック図。 無線機に組み込まれた状態での、第５の実施の形態による偏波切り換えアンテナ装置の構成を示すブロック図。 無線機に組み込まれた状態での、第６の実施の形態による偏波切り換えアンテナ装置の構成を示すブロック図。

符号の説明

１ 無線機筐体
２ アンテナ素子
３ 回路基板
４ 受信回路
５，９，１２，１４，１５，１６，１７，１８，１９ 切り替え回路
６ 可変リアクタンス回路
７，８，１１，１３，２０ 整合回路
１０ 平衡・不平衡変換回路
２１ ダイバーシチ切り替え回路

Claims (8)

1. 無線機に適用される偏波切り替えアンテナ装置であって、
   ループ状に形成された導電体より構成され、前記無線機の第１の給電点または接地点と接続可能に構成された第１の端部と、前記無線機の第２の給電点または接地点と接続可能に構成された第２の端部とを有するアンテナ素子と、
   前記第１の端部及び前記第２の端部の少なくとも一方に、前記アンテナ素子を前記無線機の電気回路から開放するためのスイッチを備え、
   前記スイッチの切替により、磁界に対して大きな感度を有する第１のアンテナ特性と、電界に対して大きな感度を有する第２のアンテナ特性とが切り替えられる、偏波切り替えアンテナ装置。
2. 請求項１に記載の偏波切り替えアンテナ装置において、
   前記第１のアンテナ特性に対応した整合を行う第１の整合回路と、
   前記第２のアンテナ特性に対応した整合を行う第２の整合回路と、
   前記第１の整合回路と第２の整合回路とを切り替える整合切り替え回路とを更に備え、
   前記第１の整合回路と、前記第２の整合回路と、前記整合切り替え回路が、前記第１の端部及び前記第２の端部のうち、前記スイッチが設けられていない方に備え付けられた、偏波切り替えアンテナ装置。
3. 請求項２に記載の偏波切り替えアンテナ装置において、
   前記アンテナ素子のアンテナの共振周波数を変えるために、前記スイッチと接地点との間に接続された可変リアクタンス素子を更に備える、偏波切り替えアンテナ装置。
4. 請求項１に記載の偏波切り替えアンテナ装置において、
   平衡入力を不平衡出力に変換する平衡・不平衡変換器と、
   前記平衡・不平衡変換器を通る第１の信号経路と通らない第２の信号経路とを切り替えてアンテナの給電を行う経路切り替え部と、を更に備え、
   前記平衡・不平衡変換器の少なくとも一つの入力が、前記スイッチを介して前記アンテナ素子に接続した、偏波切り替えアンテナ装置。
5. 請求項１に記載の偏波切り替えアンテナ装置において、
   前記第１の端部及び前記第２の端部の両方に前記スイッチを二つ備え、当該二つのスイッチは、前記アンテナ素子の接続状態が不平衡給電及び平衡給電のいずれかになるように接続状態を選択的に切り替えるものであり、
   前記二つのスイッチを介して前記アンテナ素子と接続され、平衡入力を不平衡出力に変換する平衡・不平衡変換器と、
   前記平衡・不平衡変換器を通る第１の信号経路と通らない第２の信号経路とを切り替えて前記アンテナ素子の給電を行う経路切り替え部と、を更に備える偏波切り替えアンテナ装置。
6. 請求項１に記載の偏波切り替えアンテナ装置において、
   前記アンテナ素子の中間部分に、第３の給電点または接地点と接続するための中間接続スイッチを更に備え、前記中間接続スイッチの切替により、前記スイッチを開放した状態で、逆Ｆアンテナとして作動する、偏波切り替えアンテナ装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の偏波切り替えアンテナ装置であって、
   受信された信号について、互いに異なるアンテナ特性で受信された複数種類の信号の中から少なくとも１つを選択して出力するダイバーシチ選択部を更に備える、偏波切り替えアンテナ装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の偏波切り替えアンテナ装置を含む無線機。

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