JP2009011003A - 受信装置、円偏波を受信する方法 - Google Patents

受信装置、円偏波を受信する方法 Download PDF

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JP2009011003A JP2008252579A JP2008252579A JP2009011003A JP 2009011003 A JP2009011003 A JP 2009011003A JP 2008252579 A JP2008252579 A JP 2008252579A JP 2008252579 A JP2008252579 A JP 2008252579A JP 2009011003 A JP2009011003 A JP 2009011003A
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Abstract

【課題】機器を組み込む際に他の金属部品等との関係でアンテナの位置が制限されること
なく、効率的に円偏波を受信することができる小型の端末装置を提供すること。
【解決手段】円偏波を受信する端末装置10であって、互いに指向性が異なる複数のアン
テナと、各アンテナで受信したアナログ信号を、デジタル信号に変換するアナログデジタ
ル変換手段44A等と、各デジタル信号の振幅を合致させる振幅調整手段と、各デジタル
信号の位相を合致させる位相調整手段と、振幅調整手段及び位相調整手段によって振幅及
び位相が合致させられたすべてのデジタル信号を合成する信号合成手段52と、を有する

【選択図】図2

Description

本発明は、測位衛星からの信号に基づいて測位を行う端末装置に関するものである。
従来、衛星航法システムである例えば、GPS(Global Positionin
g System)を利用してGPS受信機の現在位置を測位する測位システムが実用化
されている。
GPS衛星から送信される衛星電波は円偏波であり、GPS受信機に搭載されるアンテ
ナとしては例えば、パッチアンテナが使用されている(例えば、特許文献1)。
また、2つの直線偏波の小型アンテナ(チップアンテナ等)を、例えば、位相を90度
ずらして配置し、各アンテナから受信した衛星電波をアナログ信号として合成し、全体と
して一つのアンテナとなるような構成が行われている。
特開2004−247776号公報(図3等)
しかし、パッチアンテナの大きさは例えば12×12×6mmであり、チップアンテナ
(例えば1×1×10mmの体積)に比べて体積が大きいから、小型のGPS受信機に搭
載するには不適当である。
また、複数の直線偏波の小型アンテナを位相をずらして配置して全体として一つのアン
テナを構成することも考えられるが、機器を組み込む際に他の金属部品等との関係で、小
型アンテナの位置が制限されるために、円偏波を効率的に受信することができない場合が
あるという問題がある。
そこで、本発明は、機器を組み込む際に他の金属部品等との関係でアンテナの位置が制
限されることなく、効率的に円偏波を受信することができる小型の端末装置を提供するこ
とを目的とする。
前記目的は、第1の発明によれば、円偏波を受信する端末装置であって、互いに指向性
が異なる複数のアンテナと、各前記アンテナで受信したアナログ信号を、デジタル信号に
変換するアナログデジタル変換手段と、各前記デジタル信号の振幅を合致させる振幅調整
手段と、各前記デジタル信号の位相を合致させる位相調整手段と、前記振幅調整手段及び
前記位相調整手段によって振幅及び位相が合致させられたすべての前記デジタル信号を合
成する信号合成手段と、を有することを特徴とする端末装置により達成される。
第1の発明の構成によれば、前記端末装置は、前記振幅調整手段及び前記位相調整手段
を有しているから、各前記デジタル信号の振幅及び位相を合致させることができる。そし
て、前記端末装置は、前記信号合成手段を有するから、前記振幅調整手段及び前記位相調
整手段によって振幅及び位相が合致させられたすべての前記デジタル信号を合成すること
ができる。
このように、アナログ信号を合成するのではなくて、振幅及び位相が合致さたうえで前
記デジタル信号を合成するから、各前記アンテナの相対的位置は、任意に規定することが
できる。このため、例えば、前記アンテナの性能に影響を与える金属部品の近傍か否かに
関わらず、各前記アンテナを配置することができる。すなわち、各前記アンテナの位置は
他の部品との関係での制限を受けることはない。
また、複数の前記アンテナで受信した前記アナログ信号を、前記デジタル信号に変換し
た上で合成するから、各前記アンテナは小型アンテナである例えば、チップアンテナでも
よい。
さらに、前記端末装置は、振幅及び位相が合致したすべての前記デジタル信号を合成す
るから、効率的に円偏波を受信することができる。
これにより、機器を組み込む際に他の金属部品等との関係でアンテナの位置が制限され
ることなく、効率的に円偏波を受信することができる小型の端末装置を提供することがで
きる。
第2の発明は、第1の発明の構成において、前記端末装置は、複数の形状をとることが
でき、前記振幅調整手段は、各前記形状ごとに各前記デジタル信号の振幅を合致させる振
幅調整値を予め格納しており、各前記形状に応じて、前記振幅調整値を選択する構成とな
っており、前記位相調整手段は、各前記形状ごとに各前記デジタル信号の位相を合致させ
る位相調整値を予め格納しており、各前記形状に応じて、前記位相調整値を選択する構成
となっていることを特徴とする端末装置である。
第2の発明の構成によれば、前記振幅調整手段は各前記形状に応じて、前記振幅調整値
を選択することができる。また、前記位相調整手段は各前記形状に応じて、前記位相調整
値を選択することができる。
これにより、前記端末装置は、その形状が変化するにも関わらず、効率的に円偏波を受
信することができる。
第3の発明は、第1の発明又は第2の発明のいずれかの構成において、前記端末装置は
、測位衛星からの円偏波を受信する構成となっていることを特徴とする端末装置である。
第3の発明の構成によれば、測位衛星からの円偏波を効率的に受信することができる。
以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面等を参照しながら、詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好まし
い種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定
する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
図1は、本発明の実施の形態の端末10等を示す概略図である。
図1に示すように、端末10は、GPS受信機15を有する携帯電話機である。端末1
0は、端末装置の一例である。
図1に示すように端末10は、表示部筐体12に基板14、衛星電波受信アンテナ(以
下、アンテナと呼ぶ)16A及び16Bを格納している。このアンテナ16Aと16Bは
、互いに指向性(偏波)が異なる。
基板14には、GPS受信機15が配置されている。アンテナ16A等は、GPS受信
機15の一部である。
アンテナ16A及び16Bは、複数のアンテナの一例である。アンテナ16A等は、測
位衛星である例えば、GPS衛星8a,8b,8c及び8dからの電波(衛星電波)であ
る例えば、衛星電波G1,G2,G3及びG4を受信するアンテナである。衛星電波G1
等は、右旋回円偏波である。この衛星電波G1等は円偏波の一例である。
端末10は、複数のGPS衛星8a等からの衛星電波G1等に基づいて、端末10の現
在位置を測位することができるようになっている。衛星電波G1等には、各GPS衛星8
a等ごとに異なるPRN(Psude Random Noise)コードが乗せられて
おり、そのPRNコードを利用して測位を行うようになっている。なお、測位方法の詳細
については、説明を省略する。
なお、基板14はグラウンド(GND)電位が確保されている。
図1に示すように、端末10は、通信アンテナ18を有する。通信アンテナ18は、通
信のための電波である通信用送信電波を送信する通信アンテナの一例である。端末10は
、通信基地局(図示せず)及び通信網である例えば、インターネット網(図示せず)を介
して、他の携帯電話機等(図示せず)と通信可能になっている。
図1に示すように、端末10は、表示部筐体12に表示画面20を有しており、各種情
報等を表示することができる。また、端末10は、表示部筐体12にスピーカ孔22を有
している。
また、端末10は、操作部筐体24を有しており、操作部筐体24は各種部品を搭載す
る基板26を格納している。
操作部筐体24は、操作ボタン群28及び、マイク孔30を有している。
表示部筐体12と操作部筐体24は、ヒンジ32によって、物理的電気的に接続されて
いる。端末10は、ヒンジ32が回動することによって、表示部筐体12と操作部筐体2
4が開閉可能ないわゆる、フリップタイプの携帯電話機である。このため、端末10は複
数の形状をとることができ、例えば、開いた状態と閉じた状態の2つの形状をとることが
できる。
このため、アンテナ16A及び16Bの近傍の金属部品の存在は、端末10が開いた状
態と閉じた状態とで異なる。具体的には、端末10が開いた状態では操作部筐体24内に
配置された金属部品の影響を受けないが、端末10が閉じた状態では操作部筐体24内に
配置された金属部品の影響を受ける。金属部品の存在は、アンテナ16A等の性能に影響
を与えるが、端末10は、以下に説明するように、端末10が開いた状態であっても、閉
じた状態であっても、効率的に円偏波を受信することができるように構成されている。
なお、本実施の形態とは異なり、端末10は、PHS(Personal Handy
−phone System)、PDA(Personal Digital Assi
stance)等であってもよい。
図2は、GPS受信機15の構成を示す概略図である。
図2に示すように、GPS受信機15は、RF部15AとBB部15Bを有する。
RF部15Aは、アンテナ16A及び16Bによって受信した衛星電波G1等をアナロ
グ信号として処理し、さらに、デジタル信号に変換する部分である。
BB部15Bは、RF部15Aから出力されたデジタル信号を処理する部分である。
RF部15Aは、アンテナ16A及びアンテナ16Bを有し、それぞれ別々に衛星電波
G1等を受信する。
そして、アンテナ16Aで受信された電波G1等は、増幅器40Aで増幅され、ミキサ
ー42Aによってダウンコンバート(周波数変換)され、A/Dコンバータ44Aにおい
てデジタル信号に変換される。
同様に、アンテナ16Bで受信された電波G1等は、増幅器40Bで増幅され、ミキサ
ー42Bによってダウンコンバートされ、A/Dコンバータ44Bにおいてデジタル信号
に変換される。
上述の増幅器40Aの利得と増幅器40Bの利得は同一である。
上述のA/Dコンバータ44A及び44Bは、アナログデジタル変換手段の一例である
ここで、ミキサー42A及びミキサー42Bには同一の局部発振器であるLO41から
同一の信号(クロックとも呼ぶ)が供給されて、ミキサー42A及びミキサー42Bに入
力したアナログ信号と掛け合わされるようになっている。
また、A/Dコンバータ44A及び44Bにおいては、同一の発振源(図示せず)から
のサンプリング周波数の信号によってデジタル信号への変換が行われる。言い換えると、
2系統のアナログ信号を同じタイミングでサンプリングして、デジタル信号に変換する。
このため、アンテナ16Aで受信した衛星電波G1等の位相と、アンテナ16Bで受信
した衛星電波G1等の位相との間の位相差(以下、当初位相差と呼ぶ)は、RF部15A
において維持される。そして、当初位相差は、RF部15Aから出力されるデジタル信号
においても維持される。
また、上述増幅器40Aの利得と増幅器40Bの利得は同一であるから、アンテナ16
Aで受信した衛星電波G1等の振幅(信号強度)と、アンテナ16Bで受信した衛星電波
G1等の振幅との間の振幅差(以下、当初振幅差と呼ぶ)は、RF部15Aにおいて維持
される。そして、当初振幅差は、RF部15Aから出力されるデジタル信号においても維
持される。
BB部15Bは、積算器46A及び46Bを有する。積算器46AはA/Dコンバータ
44Aからデジタル信号を受信し、積算器46BはA/Dコンバータ44Bからデジタル
信号を受信する。
積算器46A及び46Bにおいては、入力したデジタル信号を積算し、振幅調整が行わ
れる。具体的には、積算器46Aから出力するデジタル信号の振幅と、積算器46Bから
出力するデジタル信号の振幅が合致するように振幅調整が行われる。ここで、デジタル信
号の「振幅」は「信号強度」と同義で使用している。
積算器46Aから出力されたデジタル信号は、ミキサー48AにおいてNCO(Num
erically Controlled Oscillators:数値制御発振器)
50Aからの出力信号と掛け合わされることによって、位相調整が行われる。どのような
位相調整が行われるかは、NCO50Aからの出力信号によって規定される。
一方、積算器46Bから出力されたデジタル信号は、ミキサー48BにおいてNCO5
0Bからの出力信号と掛け合わされることによって、位相調整が行われる。どのような位
相調整が行われるかは、NCO50Bからの出力信号によって規定される。
具体的には、ミキサー48Aから出力されるデジタル信号の位相と、ミキサー48Bか
ら出力されるデジタル信号の位相が合致するように、位相調整が行われる。
積算器46A及び46Bにおける振幅調整のための制御値、及び、NCO50A及び5
0Bによる出力信号を規定するための制御値は、後述する制御値設定部56によって設定
される。
上述の積算器46Aと46B及び制御値設定部56は一体として、振幅調整手段の一例
である。
また、上述のNCO50Aと50B及び制御値設定部56は一体として、位相調整手段
の一例である。
ミキサー48Aから出力したデジタル信号と、ミキサー48Bから出力したデジタル信
号は、加算器52において合成される。すなわち、加算器52は、信号合成手段の一例で
ある。
加算器52から出力されたデジタル信号は、相関処理部54に入力され、デジタル信号
に乗っているPRNコードと、相関処理部54が有するレプリカPRNコードとの相関が
とられる。端末10は、この相関結果を使用して、現在位置を測位し、表示画面20(図
1参照)に表示するようになっている。
図3は、制御値設定部56の構成の一例を示す図である。
図3に示すように、制御値設定部56は、開閉状態検知部54a、補正値記憶部54b
、及び補正値設定部54cから構成されている。
開閉状態検知部54aは、端末10が開いた状態であるか、又は、閉じた状態であるか
を検知する。開閉状態の検知は、例えば、表示部筐体12(図1参照)と操作部筐体14
が近接すると(すなわち、閉じた状態になると)微量な電流が流れるようにしておき、そ
の電流を検出することによって実施することができる。
補正値記憶部54bは、NCO50A及び50B、積算器46A及び46Bの補正値を
記憶している。
以下、図4を使用して、補正値の算出方法について説明する。
図4は、補正値の算出方法の一例についての説明図である。
まず、図4(a)に示すように、位相設定値α、すなわち、NCO50A及び50Bの
設定値を「0」に設定する。ここで、「0」は、位相調整を全く行わない設定である。
また、振幅設定値β、すなわち、積算器46A及び46Bの設定値を「1」に設定する
。ここで、「1」は、振幅を維持する(1倍にする)設定である。
続いて、図4(b)に示すように、アンテナ16A及び16Bに正弦波を入力し、A/
Dコンバータ44A(図2参照)からの出力信号の位相及び振幅と、A/Dコンバータ4
4Bからの出力信号の位相及び振幅を、それぞれ計測する。
ここで、A/Dコンバータ44Aからの出力信号の位相をα1、振幅をβ1とする。そ
して、A/Dコンバータ44Bからの出力信号の位相をα2、振幅をβ2とする。
続いて、図4(c)に示すように、位相α1とα2の差分として位相差dαを算出する
。そして、振幅β1のβ2に対する割合として振幅差dβを算出する。
続いて、図4(d)に示すように、上述の位相差dαを打ち消すための「−dα」を位
相補正値cαとして算出する。そして、上述の振幅差dβを打ち消すための「1/dβ」
を振幅補正値cβとして算出する。
図4(e)に示すように、上述の位相補正値cα及び振幅補正値cβを、端末10の閉
じた状態、開いた状態についてそれぞれ算出する。
端末10の閉じた状態の位相補正値をcα1、振幅補正値をcβ1とする。そして、端
末10の開いた状態の位相補正値をcα2、振幅補正値をcβ2とする。
上述のようにして算出した位相補正値cα1及びcα2、振幅補正値cβ1及びcβ2
を、補正値記憶部54bに記憶する。この位相補正値cα1及びcα2は、位相補正値の
一例である。そして、振幅補正値cβ1及びcβ2は、振幅補正値の一例である。
補正値設定部54cは、開閉状態検知部54aから、端末20が閉じた状態か開いた状
態かの情報を取得し、補正値記憶部54bから端末20の状態に応じた補正値を取得する
。そして、補正値設定部54cは、取得した補正値を積算器46A及び46B、NCO5
0A及び50Bに設定するようになっている。
このように、制御値設定部54は端末10の各形状ごとに各デジタル信号の振幅を合致
させる振幅補正値cβ1及びcβ2を予め格納しており、端末10の各形状に応じて、振
幅補正値cβ1及びcβ2のいずれかを選択するようになっている。
また、制御値設定部54は端末10の各形状ごとに各デジタル信号の位相を合致させる
位相補正値cα1及びcα2を予め格納しており、端末10の各形状に応じて、位相補正
値cα1及びcα2のいずれかを選択するようになっている。
端末10は、上述のように構成されている。
上述のように、端末10は、A/Dコンバータ44Aから出力したデジタル信号とA/
Dコンバータ44Bから出力したデジタル信号の振幅及び位相を合致させることができる

そして、端末10は、加算器52によって、振幅及び位相が合致させられたすべてのデ
ジタル信号を合成することができる。
このように、アナログ信号を合成するのではなくて、振幅及び位相が合致させられたデ
ジタル信号を合成するから、各アンテナ16Aと16Bの相対的位置は、任意に規定する
ことができる。このため、例えば、アンテナ16A及び16Bの性能に影響を与える金属
部品の近傍であるか否かに関わらず、各アンテナ16A及び16Bを配置することができ
る。すなわち、各アンテナ16A及び16Bの位置は他の部品との関係での制限を受ける
ことはない。このため、設計の自由度が向上する。
また、アンテナ16A等で受信したアナログ信号をデジタル信号に変換した上で合成す
るから、各アンテナ16A等は小型アンテナアンテナである例えば、チップアンテナでよ
い。
さらに、端末10は、振幅及び位相が合致したすべてのデジタル信号を合成するから、
効率的に円偏波を受信することができる。
これにより、端末10は小型の端末装置に構成することができるにも関わらず、機器を
組み込む際に他の金属部品等との関係でアンテナの位置が制限されることなく、効率的に
円偏波を受信することができる。
また、端末10は、端末10の各形状に応じて、振幅補正値cβ1及びcβ2のいずれ
かを選択することができる。また、端末10は、端末10の各形状に応じて、位相補正値
cα1及びcα2のいずれかを選択することができる。
これにより、端末10は、その形状が変化するにも関わらず、効率的に円偏波を受信す
ることができる。
また、2つのアンテナを90度の位相差を有するように組み合わせて円偏波を受信する
のが一般的な構成であるが、このような構成とする必要がないという理由からも、設計の
自由度が向上する。そして、複数のアンテナの位相差がどのような場合であっても、実装
サンプルを試作後、図4で説明したように補正値を設定することができるから、試作のや
り直しの必要がなく、新たに端末10を開発する場合の開発期間を短縮できる。
さらに、端末10のようなフリップタイプの携帯電話機では、上述のように、開閉を認
識し、補正値を変更することができる。このため、形状が変化する端末10において、状
況に合わせた指向性(又は偏波)を実現することができる。
さらに、上述の積算器46A、46B、ミキサー48A,48Bのようなデジタル回路
は、他の機能を有する部品と回路を共用することができる。
以下、図5、図6及び図7を使用して、端末10における信号処理について説明する。
図5は、端末10における信号処理の説明の前提を説明するための図である。
図5(a)に示すように、基準となる正弦波Iに対して、端末10に信号Sが入力する
とする。信号Sは、正弦波Iに対して、振幅と位相のずれを有する。
信号Sの振幅と位相のずれは、図5(b)に示す座標において、ベクトルvで表現され
る。すなわち、ベクトルvは、入力した信号の振幅と位相のずれを示している。
以下、端末10における信号処理について説明する。
図6及び図7は、端末10に入力した信号の一例等を示す図である。
図6(a)に示すように、アンテナ16Aへ入力するアナログ信号Saと、アンテナ1
6Bへ入力するアナログ信号Sbとの間には、振幅において2倍、位相において90度の
ずれがある。
そして、図6(b)に実線で示すように、A/Dコンバータ44Aから出力するデジタ
ル信号Sad1と、A/Dコンバータ44Bから出力するデジタル信号Sbd1との間に
は、振幅において2倍、位相において90度のずれがある。
このように、アナログ信号Saとアナログ信号Sbとの間における振幅及び位相のずれ
は、デジタル信号Sad1とデジタル信号Sbd1との間における振幅及び位相のずれと
して、そのまま維持される。
これに対して、図7(a)に実線で示すように、ミキサー48Aから出力するデジタル
信号Sad2と、ミキサー48Bから出力するデジタル信号Sbd2との間には、振幅に
おいても、位相においてもずれがない。これは、積算器46A及び46Bによって振幅を
合致させ、ミキサー48A及び48Bによって位相を合致させたためである。
そして、加算器52においては、図7(a)のデジタル信号Sad2とSbd2を合成
し、図7(b)に実線で示すようにデジタル信号Sdが出力される。
上述のようにして、端末10は、効率的に円偏波を受信することができる。
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されない。
本発明の実施の形態の端末等を示す概略図である。 GPS受信器の構成を示す概略図である。 制御値設定部の構成の一例を示す概略図である。 補正値の算出方法の一例を示す図である。 端末の信号処理の前提を説明するための図である。 端末の信号処理の説明図である。 端末の信号処理の説明図である。
符号の説明
10…端末、12…表示部筐体、14…基板、16A,16B…衛星電波受信アンテナ
、18…通信アンテナ、20…表示画面、22…スピーカ孔、24…操作部筐体、26…
基板、28…操作部ボタン群、30…マイク孔、32…ヒンジ、40A,40B…増幅器
、42A,42B…ミキサー、44A,44B…A/Dコンバータ、46A,46B…積
算器、48A,48B…ミキサー、50A,50B…NCO、52…加算器、54…相関
処理部、56…制御値設定部。

Claims (3)

  1. 円偏波を受信する端末装置であって、
    互いに指向性が異なる複数のアンテナと、
    各前記アンテナで受信したアナログ信号を、デジタル信号に変換するアナログデジタル
    変換手段と、
    各前記デジタル信号の振幅を合致させる振幅調整手段と、
    各前記デジタル信号の位相を合致させる位相調整手段と、
    前記振幅調整手段及び前記位相調整手段によって振幅及び位相が合致させられたすべて
    の前記デジタル信号を合成する信号合成手段と、
    を有することを特徴とする端末装置。
  2. 前記端末装置は、複数の形状をとることができ、
    前記振幅調整手段は、
    各前記形状ごとに各前記デジタル信号の振幅を合致させる振幅調整値を予め格納してお
    り、
    各前記形状に応じて、前記振幅調整値を選択する構成となっており、
    前記位相調整手段は、
    各前記形状ごとに各前記デジタル信号の位相を合致させる位相調整値を予め格納してお
    り、
    各前記形状に応じて、前記位相調整値を選択する構成となっていることを特徴とする請
    求項1に記載の端末装置。
  3. 前記端末装置は、測位衛星からの円偏波を受信する構成となっていることを特徴とする
    請求項1または請求項2のいずれかに記載の端末装置。
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