JP2012119910A

JP2012119910A - ダイバーシティアンテナ装置

Info

Publication number: JP2012119910A
Application number: JP2010267446A
Authority: JP
Inventors: Kimihiro Maruyama; 仁浩円山
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: US20120133570A1; JP5496864B2; US8665171B2

Abstract

【課題】
アンテナの切替回路を簡易化することにより、小型の通信端末機に容易に適用することのできるダイバーシティアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】
無線通信用の電力を伝送する給電線路によりカスケード状に接続される複数のアンテナを有するダイバーシティアンテナ装置であって、前記アンテナは、前記給電線路に接続される第１整流素子と、前記第１整流素子の出力側に接続されるアンテナ素子と、前記第１整流素子及び前記アンテナ素子の接続点に入力端子が接続され、他端が接地される第２整流素子とを含み、前記複数のアンテナのうちの一のアンテナの前記第１整流素子の入力端子と、前記給電線路を介して当該一のアンテナよりも一段下流側に接続される他のアンテナの前記第１整流素子の入力端子との間には、第３整流素子が接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイバーシティアンテナ装置に関する。

従来より、複数のアンテナを切り替える制御回路を含むダイバーシティ方式のアンテナ装置があった（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−８５７６号公報

ところで、無線通信を行う装置が小型端末機である場合は、小型端末機であるがゆえに、アンテナ数の制限、各々のアンテナへの同軸ケーブルの配線、制御線等の配置の複雑さ等の問題がある。

このため、従来のようにアンテナを切り替えるために制御回路を追加することは小型端末機には不向きな場合がある。

そこで、本発明は、アンテナの切替回路を簡易化することにより、小型の通信端末機に容易に適用することのできるダイバーシティアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面のダイバーシティアンテナ装置は、無線通信用の電力を伝送する給電線路によりカスケード状に接続される複数のアンテナを有するダイバーシティアンテナ装置であって、前記アンテナは、前記給電線路に接続される第１整流素子と、前記第１整流素子の出力側に接続されるアンテナ素子と、前記第１整流素子及び前記アンテナ素子の接続点に入力端子が接続され、他端が接地される第２整流素子とを含み、前記複数のアンテナのうちの一のアンテナの前記第１整流素子の入力端子と、前記給電線路を介して当該一のアンテナよりも一段下流側に接続される他のアンテナの前記第１整流素子の入力端子との間には、第３整流素子が接続される。

また、前記一のアンテナの前記アンテナ素子と、前記他のアンテナの前記アンテナ素子とは、共振周波数が異なってもよい。

また、前記一のアンテナ、又は前記他のアンテナは、互いに並列に複数接続されてもよい。

また、前記複数のアンテナのうちの少なくとも１つは、他のアンテナと指向方向が異なるように配設されてもよい。

アンテナの切替回路を簡易化することにより、小型の通信端末機に容易に適用することのできるダイバーシティアンテナ装置を提供できるという特有の効果が得られる。

実施の形態１のダイバーシティアンテナ装置の回路構成を示す図である。実施の形態２のダイバーシティアンテナ装置２００の回路構成を示す図である。実施の形態３のダイバーシティアンテナ装置を含む無線通信端末機におけるアンテナの配置を示す図である。

以下、本発明のダイバーシティアンテナ装置を適用した実施の形態について説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１のダイバーシティアンテナ装置の回路構成を示す図である。

実施の形態１のダイバーシティアンテナ装置１００は、給電線路１Ａを介して無線通信装置１０１に接続される。

ダイバーシティアンテナ装置１００は、給電線路１Ｂを介してカスケード状に接続されるアンテナ１０とアンテナ２０を含む。

また、ダイバーシティアンテナ装置１００は、給電線路１Ａと給電線路１Ｂの間に接続される整流素子３０を含むとともに、給電線路１Ｂの下流側に接続される整流素子４０を含む。

給電線路１Ａ、１Ｂは、典型的には同軸ケーブルで構成される。給電線路１Ａの芯線は一端が無線通信装置１０１の電力出力端子１０１Ａに接続され、他端がダイバーシティアンテナ装置１００の給電点１００Ａに接続される。

ダイバーシティアンテナ装置１００の給電点１００Ａには、アンテナ１０の入力端子１０Ａと整流素子３０の入力端子が接続される。給電線路１Ａのシールド線は、接地される。

給電線路１Ｂの芯線は、一端が整流素子３０の出力端子に接続され、他端がアンテナ２０の入力端子２０Ａと整流素子４０の入力端子に接続される。また、給電線路１Ｂのシールド線は、接地される。

なお、整流素子４０の出力端子に、さらに別のアンテナを接続して、アンテナの段数を増やすことも可能である。なお、整流素子４０の出力端子にさらに別の出力端子を接続しない場合は、インピーダンス調整のためのコンデンサを整流素子４０の出力端子に接続してもよい。

アンテナ１０は、入力端子１０Ａに接続される整流素子１１、整流素子１１の出力側に接続されるアンテナ素子１２、及び整流素子１３を含む。整流素子１３は、整流素子１１の出力端子とアンテナ素子１２との接続部に入力端子が接続され、出力端子は接地されている。

なお、アンテナ１０は、整流素子１１、アンテナ素子１２、及び整流素子１３の他に、コイルＬ１、Ｌ２、コンデンサＣ１、Ｃ２を含む。

アンテナ２０は、入力端子２０Ａに接続される整流素子２１、整流素子２１の出力側に接続されるアンテナ素子２２、及び整流素子２３を含む。整流素子２３は、整流素子２１の出力端子とアンテナ素子２２との接続部に入力端子が接続され、出力端子は接地されている。

なお、アンテナ２０は、整流素子２１、アンテナ素子２２、及び整流素子２３の他に、コイルＬ３、Ｌ４、コンデンサＣ４、Ｃ５を含む。

実施の形態１のダイバーシティアンテナ装置１００では、整流素子１１、１３、２１、２３、３０、４０は、ＰＩＮダイオードで構成され、順方向電圧Ｖｆはすべて同一である。

無線通信装置１０１は、電力出力端子１０１Ａに接続される接続点１０１Ｂで分岐接続されるコンデンサＣ３とコイルＬ５を含む。また、無線通信装置１０１は、可変直流電圧源１０１Ｄをさらに含む。

コンデンサＣ３は、接続点１０１Ｂと無線電力入力端子１０１Ｃとの間に接続されている。コイルＬ５は、接続点１０１Ｂと可変直流電圧源１０１Ｄとの間に接続されている。

可変直流電圧源１０１Ｄは、出力する直流電源電圧（ＶＣＣ）の値を制御可能な直流電源である。可変直流電圧源１０１Ｄとしては、例えば、直流電源にデジタルポテンショメータを接続し、このデジタルポテンショメータの出力端子にオペアンプ等の電流増幅用の素子を接続した電圧源を用いることができる。

実施の形態１のダイバーシティアンテナ装置１００では、アンテナ１０を用いて通信を行う際には、可変直流電圧源１０１Ｄは、整流素子１１、１３、２１、２３、３０、４０の順方向電圧Ｖｆ以上で、２Ｖｆ未満となる電圧値を出力する。

ここで、例えば、順方向電圧Ｖｆが０．７（Ｖ）であるとすると、２Ｖｆは１．４（Ｖ）である。

このため、実施の形態１のダイバーシティアンテナ装置１００では、アンテナ１０を用いて通信を行う際には、可変直流電圧源１０１Ｄの出力電圧値を１．０（Ｖ）に設定する。

可変直流電圧源１０１Ｄの出力電圧値を１．０（Ｖ）に設定されると、アンテナ１０に含まれる整流素子１１がオンになる。このとき、整流素子１１での電圧降下は整流素子１１の順方向電圧であるＶｆ（＝０．７（Ｖ））であるので、整流素子１１の出力側における電位は０．３（Ｖ）となる。このため、整流素子１３はオフとなる。

また、可変直流電圧源１０１Ｄの出力電圧値を１．０（Ｖ）に設定されると、整流素子３０もオンになるが、整流素子３０の出力側の電位は、０．３（Ｖ）となるため、アンテナ２０に含まれる整流素子２１はオフとなる。

以上より、可変直流電圧源１０１Ｄの出力電圧値を第１電圧値である１．０（Ｖ）に設定されると、無線電力入力端子１０１Ｃとアンテナ１２の間で無線電力を伝送可能な状態になる。

次に、可変直流電圧源１０１Ｄの出力電圧値を第２電圧値である１．８（Ｖ）に設定されると、アンテナ１０の内部では、整流素子１１の出力側の電位は、第２電圧値である１．８（Ｖ）から整流素子１１の順方向電圧であるＶｆ（＝０．７（Ｖ））を引いた１．１（Ｖ）になる。このため、整流素子１３がオンになり、アンテナ１２は接地される。これにより、アンテナ１２での通信は行えない状態になる。

また、可変直流電圧源１０１Ｄの出力電圧値を第２電圧値である１．８（Ｖ）に設定されると、整流素子３０はオンのままであり、整流素子３０の出力側の電位は、１．１（Ｖ）になる。

これにより、アンテナ２０内では、整流素子２１がオンになり、無線電力入力端子１０１Ｃとアンテナ２２の間で無線電力を伝送可能な状態になる。

また、整流素子２１の出力側の電位は、１．１（Ｖ）から整流素子２１の順方向電圧Ｖｆ（＝０．７（Ｖ））を引いて、０．４（Ｖ）となり、アンテナ２０内の整流素子２３は、入力電圧が順方向電圧Ｖｆ（＝０．７（Ｖ））に満たないため、オフのままである。

以上より、可変直流電圧源１０１Ｄの出力電圧値を第２電圧値である１．８（Ｖ）に設定されると、無線電力入力端子１０１Ｃとアンテナ２２の間で無線電力を伝送可能な状態になる。

このように、実施の形態１のダイバーシティアンテナ装置１００によれば、可変直流電圧源１０１Ｄの出力電圧値を制御することにより、アンテナ１０とアンテナ２０とを選択して通信を行うことができる。

ここで、整流素子４０の下流側にアンテナ１０、２０と同一の回路構成を有する３つ目のアンテナを追加し、可変直流電圧源１０１Ｄの出力電圧を第３電圧値である２．５（Ｖ）に設定すれば、アンテナ１０、２０に含まれるアンテナ素子１２、２２はオフとなり、３つ目のアンテナに含まれるアンテナ素子と無線電力入力端子１０１Ｃとの間で無線電力を伝送可能な状態になる。

これは、アンテナの段数をさらに増加させた場合においても、整流素子の順方向電圧Ｖｆを考慮して可変直流電圧源１０１Ｄの出力電圧を設定すれば、同様にアンテナを順次切り替えることができる。

以上のように、実施の形態１によれば、アンテナを切り替えるための複雑な制御回路や切替用に専用の配線等を備える必要がなく、給電線路を通じて複数のアンテナを切り替えることのできるダイバーシティアンテナ装置１００を提供することができる。

このように、制御回路や切替用に専用の配線等を備える必要がないため、特に、小型の無線通信端末機に実装することが容易である。

また、ダイバーシティ方式を容易かつ簡便に実装することができるので、小型の無線通信端末機の位置や方向による電波障害を抑制し、良好な通信状態を得やすくすることができる。

なお、以上では、整流素子１１、１３、２１、２３、３０、４０としてＰＩＮダイオードを用いる形態について説明したが、順方向電圧Ｖｆがより小さいショットキーダイオードを用いれば、複数のアンテナを切り替えるために可変直流電圧源１０１Ｄから出力する電圧値のステップ値が小さくなるため、より多くのアンテナをカスケード状に接続することができる。

また、アンテナ素子１２とアンテナ素子２２とを、ゲインが最大となる周波数が異なるアンテナ素子にすれば、ゲインの異なるアンテナ１０、２０を選択的に使用することのできるダイバーシティアンテナ装置１００を提供することができる。

また、アンテナ素子１２とアンテナ素子２２とを、共振周波数が異なるアンテナ素子にすれば、共振周波数の異なるアンテナ１０、２０を選択的に使用することのできるダイバーシティアンテナ装置１００を提供することができる。

実施の形態２．
図２は、実施の形態２のダイバーシティアンテナ装置２００の回路構成を示す図である。

実施の形態２のダイバーシティアンテナ装置２００は、カスケード状に複数のアンテナが接続されるとともに、カスケードの同じ段に、複数のアンテナが並列に接続されている点が実施の形態１のダイバーシティアンテナ装置１００と異なる。

以下、実施の形態２のダイバーシティアンテナ装置２００につき、実施の形態１のダイバーシティアンテナ装置１００との相違点を中心に説明を行う。なお、実施の形態２のダイバーシティアンテナ装置２００の構成要素のうち、実施の形態１のダイバーシティアンテナ装置１００に含まれる構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態２のダイバーシティアンテナ装置２００は、整流素子３０の出力端子に接続される分岐回路２１０と、アンテナ２２０Ａ、２２０Ｂを含む点が実施の形態１のダイバーシティアンテナ装置１００と異なる。

なお、アンテナ２２０Ａは、実施の形態１のダイバーシティアンテナ装置１００のアンテナ２０と同一である。

このため、実施の形態２のダイバーシティアンテナ装置２００は、実施の形態１のダイバーシティアンテナ装置１００に、分岐回路２１０とアンテナ２２０Ｂを追加した構成を有する。

アンテナ２２０Ａは、実施の形態１のダイバーシティアンテナ装置１００のアンテナ２０と同様に、入力端子２０Ａに接続される整流素子２１、整流素子２１の出力側に接続されるアンテナ素子２２、整流素子２３、コンデンサＣ４、Ｃ５、及びコイルＬ３、Ｌ４を含む。なお、実施の形態１のダイバーシティアンテナ装置１００における整流素子４０に相当する整流素子を、実施の形態２では、整流素子４０Ａと称す。

アンテナ２２０Ｂは、アンテナ２２０Ａと同様に、入力端子２０Ａに接続される整流素子２１、整流素子２１の出力側に接続されるアンテナ素子２２、整流素子２３、コンデンサＣ４、Ｃ５、及びコイルＬ３、Ｌ４を含む。また、アンテナ２２０Ｂの入力端子２０Ａには、整流素子４０Ｂの入力端子が接続されている。整流素子４０Ｂは、アンテナ２２０Ａに対する整流素子４０Ａに対応する整流素子である。

アンテナ２２０Ｂは、給電線路１Ｃを介して分岐回路２１０に接続されている。

分岐回路２１０は、コイルＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３がスター結線された回路である。コイルＬ１１は、整流素子３０の出力端子と、スター結線の接続点２１０Ａとの間に接続されている。

コイルＬ１２は、接続点２１０Ａと、整流素子４０Ａの入力端子との間に接続されている。なお、整流素子４０Ａは、実施の形態１のダイバーシティアンテナ装置１００における整流素子４０に相当する。コイルＬ１３は、接続点２１０Ａと、給電線路１Ｃとの間に接続されている。

分岐回路２１０は、アンテナ１０、２２０Ａ、２２０Ｂのインピーダンス整合を取るために設けられている。

このような実施の形態２のダイバーシティアンテナ装置２００において、可変直流電圧源１０１Ｄの出力電圧値を第１電圧値である１．０（Ｖ）に設定すると、無線電力入力端子１０１Ｃとアンテナ１２の間で無線電力を伝送可能な状態になる。

また、可変直流電圧源１０１Ｄの出力電圧値を第２電圧値である１．８（Ｖ）に設定すると、整流素子１３がオンになってアンテナ１２は接地され、これにより、アンテナ１２での通信は行えない状態になる。

また、このとき、アンテナ２２０Ａ内では、整流素子２１がオンになり、無線電力入力端子１０１Ｃとアンテナ２２０Ａの間で無線電力を伝送可能な状態になる。

同様に、アンテナ２２０Ｂ内では、整流素子２１がオンになり、無線電力入力端子１０１Ｃとアンテナ２２０Ｂの間で無線電力を伝送可能な状態になる。

すなわち、実施の形態２のダイバーシティアンテナ装置２００では、可変直流電圧源１０１Ｄの出力電圧値を第２電圧値である１．８（Ｖ）に設定すると、２つのアンテナ２２０Ａ、２２０Ｂで通信を行えるようになる。

以上のように、実施の形態２のダイバーシティアンテナ装置２００によれば、可変直流電圧源１０１Ｄの出力電圧値を制御することにより、アンテナ１０とアンテナ２２０Ａ、２２０Ｂとを選択して通信を行うことができる。

なお、アンテナ１０のアンテナ素子１１、アンテナ２２０Ａ、２２０Ｂのアンテナ素子２２をゲインが最大となる周波数が異なるアンテナ素子にしてもよい。

同様に、アンテナ１０のアンテナ素子１１、アンテナ２２０Ａ、２２０Ｂのアンテナ素子２２を共振周波数の異なるアンテナ素子にしてもよい。

実施の形態３．
図３は、実施の形態３のダイバーシティアンテナ装置を含む無線通信端末機におけるアンテナの配置を示す図である。

実施の形態３は、実施の形態２のダイバーシティアンテナ装置２００のアンテナ１０、２２０Ａ、２２０Ｂの配置に関する実施形態である。

ダイバーシティアンテナ装置２００のアンテナ１０は、周波数帯域が５ＧＨｚの無線ＬＡＮ（Local Area Network）用のアンテナとして構成されている。また、２２０Ａ、２２０Ｂは、周波数帯域が２．４ＧＨｚの無線ＬＡＮ用のアンテナとして構成されているものとする。

アンテナ１０、２２０Ａ、２２０Ｂは、それぞれの指向方向（図３中に矢印で示す方向）が９０度異なるように実施の形態３の無線通信端末機３００に実装されている。

実施の形態３の無線通信端末機３００は、典型的には、携帯電話端末機、又は所謂スマートフォンの端末機である。

実施の形態３の無線通信端末機３００は、小型端末基板３１０を有し、小型端末基板３１０には、無線ＬＡＮの周波数帯域を切り替えるための無線ＬＡＮモジュールユニット３２０が実装されている。

無線ＬＡＮモジュールユニット３２０は、例えば、マイクロコンピュータで構成され、選択する周波数帯域に応じたアンテナを選択すべく、可変直流電圧源１０１Ｄの出力電圧値を切り替えるように構成されている。

このような無線通信端末機３００において、アンテナ１０を選択すれば、周波数帯域が５ＧＨｚの無線ＬＡＮ通信を行うことができる。

また、アンテナ２２０Ａ、２２０Ｂを選択すれば、周波数帯域が２．４ＧＨｚの無線ＬＡＮ通信を行うことができ、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ（５ＧＨｚ）とＩＥＥＥ８０２．１１ｇ（５．２ＧＨｚ）との両方に対応可能なシステムを構築することができる。

また、図３に示すように、互いの指向方向が異なるようにアンテナ１０、２２０Ａ、２２０Ｂを配設すれば、ダイバーシティ方式による通信状態の安定性をより向上させることができる。

以上、本発明の例示的な実施の形態のダイバーシティアンテナ装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１Ａ、１Ｂ給電線路
１０、２０、２２０Ａ、２２０Ｂアンテナ
１０Ａ、２０Ａ入力端子
１１、１３、２１、２３、３０、４０整流素子
１２、２２アンテナ素子
１００、２００ダイバーシティアンテナ装置
１００Ａ給電点
１０１無線通信装置
１０１Ａ電力出力端子
１０１Ｂ接続点
１０１Ｃ無線電力入力端子
１０１Ｄ可変直流電圧源
３００無線通信端末機
３１０小型端末基板
３２０無線ＬＡＮモジュールユニット

Claims

無線通信用の電力を伝送する給電線路によりカスケード状に接続される複数のアンテナを有するダイバーシティアンテナ装置であって、
前記アンテナは、
前記給電線路に接続される第１整流素子と、
前記第１整流素子の出力側に接続されるアンテナ素子と、
前記第１整流素子及び前記アンテナ素子の接続点に入力端子が接続され、他端が接地される第２整流素子と
を含み、
前記複数のアンテナのうちの一のアンテナの前記第１整流素子の入力端子と、前記給電線路を介して当該一のアンテナよりも一段下流側に接続される他のアンテナの前記第１整流素子の入力端子との間には、第３整流素子が接続される、ダイバーシティアンテナ装置。
前記一のアンテナの前記アンテナ素子と、前記他のアンテナの前記アンテナ素子とは、共振周波数が異なる、請求項１に記載のダイバーシティアンテナ装置。
前記一のアンテナ、又は前記他のアンテナは、互いに並列に複数接続される、請求項１又は２に記載のダイバーシティアンテナ装置。
前記複数のアンテナのうちの少なくとも１つは、他のアンテナと指向方向が異なるように配設される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のダイバーシティアンテナ装置。