JP2016063523A

JP2016063523A - アンテナユニットおよび無線機

Info

Publication number: JP2016063523A
Application number: JP2014192737A
Authority: JP
Inventors: 望引野; Nozomi Hikino; 武部　裕幸; Hiroyuki Takebe; 裕幸武部
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2014-09-22
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2016-04-25
Anticipated expiration: 2034-09-22
Also published as: JP6317221B2

Abstract

【課題】アンテナの取付角度が変化するときに、アンテナの干渉を抑制すること。
【解決手段】複数の放射素子（１１、１２）を備えるアンテナ部（１５）を備えるアンテナユニット（１０）は、アンテナ部（１５）の指向性のヌルが、アンテナ部（１５）の取付角度に対して予め対応付けられている方向を向くように、少なくとも一組の放射素子（１１、１２）間の位相関係を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナユニットおよび無線機に関するものであり、特に、アンテナ部の取付角度が可変なアンテナユニットおよび当該アンテナユニットを備えた無線機に関するものである。

アンテナ同士の干渉を抑制する技術として、特許文献１には、受信側アンテナと、送信側アンテナと、レピータ装置とを備えるレピータ基地局装置であって、振幅を調整する振幅調整手段と、位相を調整する位相調整手段とからなり、前記受信側アンテナと、前記送信側アンテナとの間のアイソレーション量が最大になるように振幅と位相を補正する補正手段をさらに備えたレピータ基地局装置が記載されている。

特開２０１０−８１３０７号公報（２０１０年４月８日公開）

しかし、特許文献１に記載の技術では、受信側アンテナおよび送信側アンテナの取付角度は設置時に決定され、受信側アンテナおよび送信側アンテナの取付角度が変化する場合に、どのようにアンテナの干渉を抑制するかについて記載されていない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、アンテナの取付角度が変化するときに、アンテナの干渉を抑制するための技術を提供することを主たる目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るアンテナユニットは、複数の放射素子を備えているアンテナ部、該アンテナ部の取付角度を可変にする可動部、該取付角度を検出する検出部、および該アンテナ部の指向性のヌルが、該検出部が検出した該取付角度に対して予め対応付けられている方向を向くように、少なくとも一組の上記放射素子間の位相関係を調整する位相関係調整部を備えている。

本発明の一態様によれば、アンテナの取付角度が変化するときに、アンテナの干渉を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るアンテナユニットの概略構成を示す模式図であり、（ａ）はアンテナ部の取付角度が０°の状態を示し、（ｂ）はアンテナ部の取付角度が９０°の状態を示す。本発明の一実施形態に係る無線機の概略構成を示す模式図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る無線機における、アンテナ部の取付角度と、指向性との関係を示す模式図であり、（ｄ）は、参考例に係る無線機における、アンテナ部の取付角度と、指向性との関係を示す模式図である。本発明の一実施形態における角度検出部の構成例を示す模式図である。本発明の一実施形態における切替部の構成例を示す模式図である。本発明の一実施形態における切替部の変形例を示す模式図である。本発明の一実施形態における無線機の変形例を示す模式図である。本発明の一実施形態に係るアンテナユニットの概略構成を示す模式図であり、（ａ）はアンテナ部の取付角度が０°の状態を示し、（ｂ）はアンテナ部の取付角度が９０°の状態を示す。本発明の一実施形態における切替部の構成例を示す模式図である。本発明の一実施形態における切替部の変形例を示す模式図である。本発明の一実施形態における切替部の変形例を示す模式図である。本発明の一実施形態における切替部の変形例を示す模式図である。本発明の一実施形態におけるアンテナ部の変形例を示す模式図である。従来技術に係るレピーターにおける信号処理を説明する模式図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態（実施形態１）について、図１〜６を参照して説明する。

（アンテナユニットの概略構成）
図１は、本実施形態に係るアンテナユニット１０の概略構成を示す模式図であり、（ａ）はアンテナ部１５の取付角度θが０°の状態を示し、（ｂ）はアンテナ部１５の取付角度θが＋９０°の状態を示す。なお、アンテナ部１５は、図１の（ｂ）とは反対側にも可動してもよい。その場合、アンテナ部１５が、Ｙ軸方向を向いた状態をθ＝０°とし、Ｚ軸正方向に回転した状態をθ＞０°とし、Ｚ軸負方向に回転した状態をθ＜０°とする。

アンテナユニット１０は、アンテナ部１５、可動部１６、アンテナ取付部１７および角度検出部（検出部）１８を備えている。一実施形態において、アンテナユニット１０は、アンテナ取付部１７を介して任意の無線機の筐体に取り付けられ、当該無線機の外部アンテナとして機能する。また、他の実施形態において、アンテナユニット１０は、アンテナ取付部１７を介さずに、任意の無線機に取り付けられていてもよい（即ち、任意の無線機に一体的に組み込まれていてもよい。この場合、アンテナ取付部１７は、当該無線機の筐体５であり得る。）。

アンテナ部１５は、放射素子１１、放射素子１２、給電部１３および切替部（位相関係調整部）１４を備えており、アレーアンテナを構成している。放射素子１１および１２の種類、形状等は特に限定されず、公知の放射素子を適宜用いることができる。給電部１３は、放射素子１１および１２を給電する。給電部１３はまた、アンテナユニット１０が取り付けられた任意の無線機が備える無線回路に、図示しない伝送線路（例えば、同軸ケーブル）を介して接続されている。切替部１４は、角度検出部１８からの信号に応じて、放射素子１１および１２の少なくとも一方に給電する高周波電流の位相（給電位相）を切り替える。

可動部１６は、アンテナ部１５とアンテナ取付部１７との間に介設された回動可能な部材であり、アンテナ部１５の取付角度θを可変にする。可動部１６は、アンテナ部１５の取付角度を連続的に変化させるものであってもよいし、段階的に変化させるものであってもよい。図１の（ａ）に示す状態では、取付角度θ＝０°であり、図１の（ｂ）に示す状態では、取付角度θ＝９０°である。

検出部１８は、アンテナ部１５の取付角度θを検出し、検出結果を示す信号を切替部１４に出力する。本明細書において、「取付角度」とは、アジマス角と記載することもでき、アンテナ部１５の方向を規定する特定の角度を示す。本実施形態においては、取付角度θは、アンテナ部１５の水平面からの仰角を示すが、本発明はこれに限定されない。また、本明細書において、「取付角度の検出」は、（ｉ）取付角度θの値を測定することだけでなく、（ｉｉ）取付角度θが、任意の閾値角度を超えたか否かを判定すること、および（ｉｉｉ）取付角度θが、所定の範囲内であるか否かを判定すること等を包摂する。本実施形態では、例えば、角度検出部１８は、例えば、アンテナ部１５の取付角度θが、閾値角度θ_ｓを超えたか否かを判定し、閾値を超えた場合（または閾値以下である場合）のみに、特定の信号を切替部１４に送ってもよいし、判定結果が何れの場合でも判定結果を示す信号を切替部１４に送ってもよい。

切替部１４は、角度検出部１８からの信号をトリガーとして、放射素子１１および１２の間の位相関係を調整する。具体的には、例えば、閾値角度θ_ｔ＝±７０°とし、取付角度θが、閾値角度θ_ｔ以下である場合には、放射素子１１および１２に対して同相給電する（放射素子１１および１２に対する給電位相を一致させる）。その結果、図１の（ａ）の放射パターン１９に示すように、アンテナ部１５の指向性は、ＸＺ面内を向き、Ｙ軸方向にヌルが向くようになる。一方、取付角度θが、閾値角度θ_ｔを超える場合には、放射素子１１および１２に対して逆相給電する（放射素子１１および１２に対する給電位相の差を１８０°とする）。その結果、図１の（ｂ）の放射パターン１９に示すように、アンテナ部１５の指向性は、ＸＹ面に対して斜めに交わる方向を向き、Ｙ軸方向およびＺ軸方向にヌルが向くようになる。このように、取付角度θが変化しても、概ね特定の方向（本実施形態では、Ｙ軸方向）にアンテナ部１５の指向性のヌルを向けることができる。換言すれば、（ｉ）０°以上、閾値角度θ_ｔ以下の範囲の取付角度θに対しては、アンテナ部１５における放射素子１１および１２の配列方向を対応ヌルとして予め対応付け、（ｉｉ）閾値角度θ_ｔを超え、９０°以下の範囲の取付角度θに対しては、アンテナ部１５における放射素子１１および１２の配列方向に直交する方向を予め対応付け、切替部１４が、アンテナ部１５の指向性のヌルが、角度検出部１８が検出した取付角度θに対して予め対応付けられている方向を向くように、上記位相関係を調整することにより、取付角度θが変化しても、概ね特定の方向にアンテナ部１５の指向性のヌルを向けることができる。

以上のように、本実施形態に係るアンテナユニット１０は、アンテナ部１５が複数の放射素子１１および１２を備えているため、切替部１４が、放射素子１１および１２間の位相関係を調整することにより、アンテナ部１５の指向性を制御することができる。そして、角度検出部１８は、アンテナ部１５の取付角度θを検出し、切替部１４は、アンテナ部１５の指向性のヌルが、角度検出部１８が検出した取付角度θに対して予め対応付けられている方向を向くように、上記位相関係を調整する。これにより、アンテナ部１５の取付角度θに応じて、アンテナ部１５の指向性のヌルを制御することができる。ゆえに、上記の構成によれば、アンテナ部１５の取付角度θが変化したとしても、アンテナの干渉が生じる方向には、首尾よく、アンテナ部１５の指向性のヌルを向けることができる。よって、上記の構成によれば、アンテナ部１５の取付角度θが変化するときに、アンテナ部１５とその外部環境との間の干渉を抑制することができる。

（無線機の概略構成）
図２は、本実施形態に係る無線機１の概略構成を示す模式図である。無線機１は、本実施形態に係るアンテナユニット１０ａおよび１０ｂならびに筐体５を備えている。筐体５には、アンテナユニット１０ａおよび１０ｂに夫々給電するための無線回路７ａおよび７ｂが設けられている。アンテナユニット１０ａおよび１０ｂは、夫々、可動部１６ａおよび１６ｂを介して筐体５に取り付けられており、取付角度θ_ａおよびθ_ｂ（ＸＹ面（水平面）に対する仰角）が夫々可変になっている。

図３の（ａ）〜（ｃ）は、無線機１における、アンテナ部１５ａおよび１５ｂの取付角度θと、指向性との関係を示す模式図であり、図３の（ｄ）は、参考例に係る無線機における、アンテナ部の取付角度と、指向性との関係を示す模式図である。

図３の（ｄ）に示すように、取付角度が可変なアンテナ部を二つ備える無線機では、アンテナ部の取付角度が共に９０°となったとき、アンテナ部の指向性が互いの方向を向き、アンテナ間のアイソレーションが劣化するおそれがある。

これに対し、図３の（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態に係る無線機１が備えるアンテナユニット１０ａおよび１０ｂは、取付角度θ_ａおよびθ_ｂが夫々閾値角度θ_ｔを超えたときに、アンテナ部１５ａおよび１５ｂの指向性を、上述したように切り替えるため、アンテナ部１５ａおよび１５ｂの取付角度が共に９０°となったときに、アンテナ部１５ａおよび１５ｂの指向性のヌルが互いの方向を向くため、アイソレーションを確保することができる。このように、無線機１では、アンテナユニット１０ａおよび１０ｂの各々は、少なくとも特定の取付角度θ_ａおよびθ_ｂにおいて、アンテナ部１５ａおよび１５ｂの指向性のヌルが、他のアンテナユニットに向くように、アンテナ部１５ａおよび１５ｂ間の位相関係を調整する。これにより、同一筐体に取付られたアンテナユニット同士の干渉を抑制することができる。

なお、アンテナ部１５ａおよび１５ｂは、独立に取付角度を変更可能であり、アンテナ部１５ａおよび１５ｂにおける各放射素子への給電位相の調整も独立に行うことができる。例えば、本実施形態では、アンテナ部１５ａおよび１５ｂにおいて、閾値角度θ_ｔを超えた取付角度θ_ａまたはθ_ｂを有するアンテナ部についてのみ、各放射素子への給電位相の調整を行うようにすることができる。

また、無線機１では、アンテナユニット１０ａおよび１０ｂならびに無線回路７ａおよび７ｂを用いて、ＭＩＭＯ（multi input multi output）通信を行ってもよい。

ここで、特許文献１に記載の技術では、送信アンテナ及び受信アンテナはそれぞれＶ偏波とＨ偏波のアンテナ素子を有し、送信アンテナはＶ偏波素子とＨ偏波素子の振幅・位相関係を調整することで受信アンテナとの干渉を抑制している。言い換えれば、送信アンテナから放射される電磁波の空間分布をある特定条件にすることで、受信アンテナの位置で電磁界強度のヌル点を作りだして両アンテナ間の干渉を抑制している。

ところで、特許文献１のようなレピータ１００でＭＩＭＯ通信をする場合、各送信アンテナ−受信アンテナ間の干渉抑制を実施しつつ、同時に任意の位置にあるＭＩＭＯ通信相手（例えばドナーアンテナであれば基地局１０５、サービスアンテナであれば移動体端末１０６）の地点で電磁界強度が強くなる状況を作り出す必要があるが、一般にＮ個のアンテナ素子で意図的に作れるヌル点はＮ−１であるため、特許文献１に記載のＶ偏波＋Ｈ偏波のアンテナ素子だけでは干渉抑制且つＭＩＭＯ通信は成立しない。

また、特許文献１の干渉抑制手段を用いてＭＩＭＯを実施する場合、最小構成の２ｘ２ＭＩＭＯであっても図１４に示すように２ペアのドナーアンテナ（ドナー１０１、ドナー１０２）と２ペアのサービスアンテナ（サービス１０３、サービス１０４）が必要であり、各アンテナはそれぞれ２つのヌル点と２つの電磁界強度の強い地点を作り出す必要があるため、ドナー１０１、ドナー１０２、サービス１０３およびサービス１０４でそれぞれが最低５素子の放射素子を持つ必要がある。且つ、互いに干渉を抑制するために振幅調整手段と位相調整手段もそれぞれが持つ必要があるため、構成も大規模で制御も複雑になるため、現実的ではない。

これに対し、本発明によれば、アンテナの構成及び制御が簡易でアンテナの向きに依らず良好なアイソレーションを確保できるＭＩＭＯ用指向性可変アンテナを提供することができる。

（角度検出部の構成例）
アンテナユニット１０を、外部アンテナとして実現する場合、角度検出部１８は、例えば、アンテナ取付部１７または可動部１６に設けられ、可動部１６のヒンジ回転量を検出する公知の機構であり得る。

また、アンテナユニット１０を、無線機１に組み込んで実現する場合、角度検出部１８は、図４の（ａ）〜（ｇ）に示す何れかの構成であり得る。すなわち、（１）図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、取付角度θが閾値角度θ_ｔを超えたときに、構造体１８ａが、アンテナ部１５によって物理的に動かされ、無線機１が備える基板６に設けられたスイッチ１８ｂを押すことによって、取付角度θを検出する構成であってもよい。また、（２）同軸ケーブル８が、可動部１６に対して内径側に設けられており、図４の（ｃ）の状態から（ｄ）の状態に取付角度θが変化したときに、余った同軸ケーブル８が筐体５に押し込まれるときの、（ｉ）基板６に設けられ、同軸ケーブル８を固定するためのクリップ１８ｃと、（ｉｉ）同軸ケーブル８に配設され、クリップ１８ｃと当たったときに外導体（グランド）と導通させる複数のフランジ１８ｃと、の間の位置ズレ（クリップ１８ｃに当たるフランジ１８ｄの変化）を判別部１８ｇが判別することにより、取付角度θを検出する構成であってもよい。また、（３）同軸ケーブル８が、可動部１６に対して外径側に設けられており、図４の（ｅ）の状態から（ｆ）の状態に取付角度θが変化したときに、同軸ケーブル８が筐体５から引き出されるときの、クリップ１８ｃとフランジ１８ｃとの間の位置ズレを判別部１８ｇが判別することにより、取付角度θを検出する構成であってもよい。また、（４）（ｉ）アンテナ部１５の可動部１６近傍に磁石を配置すると共に、筐体５の可動部１６近傍に磁気検出器（ホール素子）を配置するか、または（ｉｉ）アンテナ部１５の可動部１６近傍に磁気検出器を配置すると共に、筐体５の可動部１６近傍に磁石を配置して、磁気検出器の反応に応じて取付角度θを検出する構成であってもよい。また、（５）上記（４）の構成において、磁石に替えて発光素子を、磁気検出器に替えて受光素子を用いる構成であってもよい。なお、上記（２）および（３）の構成において、判別部１８ｇが、クリップ１８ｃとフランジ１８ｃとの間の位置ズレを判別する構成は特に限定されないが、例えば、図４の（ｇ）に示すように、各クリップ１８ｃと定電位１８ｅとの間に電流が流れるか否かを、対応するトランジスタ素子１８ｆによって検出し、判別部１８ｇが、各トランジスタ素子１８ｆからの出力に応じて、位置ズレを判別する構成であってもよい。

なお、無線機１が複数のアンテナユニット１０を備える場合、各アンテナユニット１０は、（ｉ）自ユニットの角度検出部１８が閾値角度θ_ｔ以上の取付角度θを検出したときに、給電位相の切り替えを行うようにしてもよいし、（ｉｉ）全アンテナユニット１０の角度検出部１８が閾値角度θ_ｔ以上の取付角度θを検出したときに、給電位相の切り替えを行うようにしてもよい。

（切替部の構成例）
図５の（ａ）は、本実施形態における放射素子１１および１２、給電部１３ならびに切替部１４の接続関係の一例を示す図である。このように、給電部１３が放射素子１１および１２に対し並列に給電する場合、切替部１４の構成としては、これらに限定されるものではないが、例えば、図５の（ｂ）〜（ｅ）に示す構成を用いることができる。すなわち、（１）図５の（ｂ）に示すように、切替部１４は、給電部１３と放射素子１１との間に、λ／２移相器１４ａとスイッチ１４ｂとを並列に設ける構成であってもよい。また、（２）図５の（ｃ）に示すように、切替部１４は、給電部１３と放射素子１１との間、および、給電部１３と放射素子１２との間に、それぞれ、λ／４移相器１４ｃとスイッチ１４ｂとを並列に設ける構成であってもよい。上記（１）および（２）の構成によれば、スイッチ１４ｂの開閉により、各移相器を通過させるか否かを制御することができるため、放射素子１１および１２に対する給電位相を（ｉ）互いに一致させること、および（ｉｉ）互いに１８０°異なる位相とすることを何れも実現することができる。なお、λ／２移相器１４ａおよびλ／４移相器１４ｃとしては、例えば、ＬＣフィルタ、誘電体移相器、伝送線路等の公知の構成を用いることができる。また、（３）図５の（ｄ）に示すように、スイッチ１４ｄと、電気長λ／２の伝送線路１４ｅ〜１４ｇとの組み合わせによって、スイッチ１４ｂの開閉により、給電部１３と放射素子１１との間、および、給電部１３と放射素子１２との間を接続する伝送線路の電気長を切り替えることにより、給電位相を調整してもよい。ここで、（４）図５の（ｅ）に示すように、接点１４ｉおよび１４ｊと、電気長λ／２の伝送線路１４ｅ〜１４ｇおよび電気長λの伝送線路１４ｈとの組み合わせによって、何れの接点に、給電部１３を構成するバー１３ａが接触するかに応じて、給電部１３と放射素子１１との間、および、給電部１３と放射素子１２との間を接続する伝送線路の電気長を切り替えることにより、給電位相を調整してもよい。なお、バー１３ａは、同軸ケーブル８に接続しており、図５の（ｆ）および（ｇ）に示すように、取付角度θに応じて移動して、何れの接点に接触するようになっている。

図６の（ａ）は、本実施形態における放射素子１１および１２、給電部１３ならびに切替部１４の接続関係の他の例を示す図である。このように、給電部１３が放射素子１１および１２に対し直列に給電する場合、切替部１４の構成としては、これに限定されるものではなく、例えば、図６の（ｂ）に示すように、放射素子１１と放射素子１２との間に、λ／２移相器１４ａとスイッチ１４ｂとを並列に設ける構成であってもよい。これにより、スイッチ１４ｂの開閉により、各移相器を通過させるか否かを制御することができるため、放射素子１２に対する給電位相を（ｉ）放射素子１２に対する給電位相に対して一致させること、および（ｉｉ）放射素子１２に対する給電位相に対して１８０°異なる位相とすることを何れも実現することができる。

なお、角度検出部１８が、アンテナ部１５の取付角度を３値以上に判別することができる場合、切替部１４は、角度検出部１８の検出結果を示す当該３値以上の信号に応じて、放射素子１１および１２の間の位相差を複数段階で調整するようにしてもよい。

〔実施形態２〕
以下、本発明の他の実施形態（実施形態２）について、図７〜１３を参照して説明する。実施形態１と同様の部材については、同じ部材番号を付し、説明を省略する。

図８は、本発明の一実施形態に係るアンテナユニットの概略構成を示す模式図であり、（ａ）はアンテナ部の取付角度が０°の状態を示し、（ｂ）はアンテナ部の取付角度が９０°の状態を示す。図８に示すように、実施形態２に係るアンテナユニット２０は、実施形態１に係るアンテナユニット１０における放射素子１１および１２の替りに、部分エレメント２１ａおよび２１ｂから構成される放射素子２１、および、部分エレメント２２ａおよび２２ｂから構成される放射素子２２を備えている。放射素子２１および２２は、位相反転アンテナ（不平衡給電ダイポールアンテナ）を構成する。また、実施形態２に係るアンテナユニット２０は、実施形態１に係るアンテナユニット１０において、各放射素子に対する給電位相を切り替える切替部１４の替りに、各放射素子に対する給電位置を切り替える切替部２４を備えている。

位相反転アンテナ（不平衡給電ダイポールアンテナ）とは、同じ形状の部分エレメントであるホットエレメントおよびアースエレメントを給電点が近接させて配置したものであり、ホットエレメントに対して給電すると、アースエレメントに、ホットエレメントに対してλ／２の位相差を有する誘導電流が流れるため、あたかも平衡給電のダイポールアンテナのように振る舞うアンテナを指す。

図９の（ａ）は、本実施形態における放射素子２１および２２、同軸ケーブル８ならびに切替部２４の接続関係の一例を示す図である。このとき、切替部２４の構成としては、これらに限定されるものではないが、例えば、図９の（ｂ）〜（ｄ）に示す構成を用いることができる。すなわち、（１）図９の（ｂ）および（ｃ）に示すように、切替部２４は、部分エレメント２１ａおよび２１ｂの何れに給電するかを切り替える構成であってもよい。このように、放射素子２１に対する給電位置を切り替えることにより、部分エレメント２１ａおよび２１ｂの何れがホットエレメントとなり、何れがアースエレメントとなるかを切り替えることができるため、部分エレメント２１ａおよび２１ｂを２つの位相状態に給電することができる。これにより、図８の（ａ）および（ｂ）に示すように、放射素子２１と放射素子２２の位相状態を同相又は逆相にすることが出来るため、実施形態１と同様に指向性を制御し、取付角度θが変化しても、概ね特定の方向（本実施形態では、Ｙ軸方向）にアンテナ部１５の指向性のヌルを向けることができる。

また、（２）図９の（ｄ）に示すように、切替部２４は、同軸ケーブル８と部分エレメント２１ａとの間に、λ／２移相器２４ａとスイッチ２４ｂとを並列に設ける構成であってもよい。この構成によれば、スイッチ２４ｂの開閉により、λ／２移相器２４ａを通過させるか否かを制御することができるため、部分エレメント２１ａに対する給電位相を反転させることができ、これにより、放射素子２１の給電位相を切り替えて、放射素子２１および２２の給電位相を、（ｉ）互いに一致させること、および（ｉｉ）互いに１８０°異なる位相とすることを何れも実現することができる。

また、放射素子２１および２２ならびに切替部２４は、図１０に示す構成であってもよい。すなわち、放射素子２１および２２をそれぞれλ／２モノポールアンテナとして構成し、切替部２４は、スイッチ２４ａおよび２４ｂによって、放射素子２１および２２の各々について、何れの端部から給電するかを切り替えるものであってもよい。λ／２モノポールアンテナは、何れの端部から給電するかによって、位相が反転するため、放射素子２１および２２の給電位相を、（ｉ）互いに一致させること、および（ｉｉ）互いに１８０°異なる位相とすることを何れも実現することができる。

また、図１１に示すように、放射素子および切替部を構成してもよい。図１１に示す放射素子３１ａおよび３１ｂならびに切替部３４は、いわゆるフランクリンアンテナを構成する。すなわち、放射素子３１ａと放射素子３１ｂとの間に、ショートカット可能な折り返し部分３４０が設けられ、放射素子３１ａにおける放射素子３１ｂとは反対側に給電部１３が接続されている構成において、（ｉ）図１１の（ａ）のように、当該折り返し部分３４０を介して、放射素子３１ａと放射素子３１ｂとを接続することにより、折り返し部分３４０において電流が打ち消されることによって、給電側（放射素子３１ａ）と先端側（放射素子３１ｂ）とが同相のコリニアアレイアンテナのように機能させることができると共に、（ｉｉ）図１１の（ｂ）のように、当該折り返し部分３４０をショートカットして、放射素子３１ａと放射素子３１ｂとを接続することによって、全体で１波長のアンテナとなるため、１波長ダイポールアンテナ、または、給電側（放射素子３１ａ）と先端側（放射素子３１ｂ）とが逆相のコリニアアレイアンテナのように機能させることができる。

換言すれば、折り返し部分３４０を介して放射素子３１ｂを給電するか、折り返し部分３４０を介さず放射素子３１ｂを給電するかによって、放射素子３１ｂに対する給電位相を切り替えることにより、各放射素子の位相を容易に変更することができるため、本実施形態に係るアンテナユニットが備える放射素子として好適に用いることができる。

図１１の（ｃ）のように、放射素子３１ａおよび３１ｂならびに切替部３４は、例えば、プリント基板３５ａに設けることができ、例えば、切替部３４が、折り返し部分３４０およびスイッチ３４１を備え、スイッチ３４１によって、（ｉ）折り返し部分３４０を介して、放射素子３１ａと放射素子３１ｂとを接続するか、（ｉｉ）折り返し部分３４０をショートカットして、放射素子３１ａと放射素子３１ｂとを接続するかを選択する構成であってもよい。また、図１１の（ｄ）のように、切替部３４が、折り返し部分３４０およびＰＩＮダイオード３４２を備え、プリント基板３５ａの裏側に折り返し部分３４０を設け、ＰＩＮダイオード３４２を制御して、（ｉ）ＰＩＮダイオード３４２がオフのときには、折り返し部分３４０が有効となり、（ｉｉ）ＰＩＮダイオード３４２がオンのときには、折り返し部分３４０が無効となる構成であってもよい。

以上のように、図１１に示す放射素子３１ａおよび３１ｂならびに切替部３４を用いることにより、一つの給電部により、複数の放射素子を給電することができるため、位相反転アンテナを用いる構成に比べて、伝送線路を少なくすることができ、簡易な配線およびスイッチ構成で、同等の効果を実現することができる。

図１２は、図１１に示す放射素子３１ａおよび３１ｂならびに切替部３４を用いた場合の様々な構成例を示す図である。図１２の（ａ）〜（ｄ）は、放射素子３１ｂと放射素子３１ｃとを並列給電する構成であり、放射素子３１ａは、切替部３４ａを介して放射素子３１ｂに接続されており、放射素子３１ｄは、切替部３４ｂを介して放射素子３１ｃに接続されている。切替部３４ａおよび３４ｂは、図６に示す切替部１４、または図１１の（ｃ）、（ｄ）に示す切替部３４と同等の構成である。また、切替部３４ｃは、図５の（ｂ）〜（ｅ）に示す切替部１４、または図９（ｂ）〜（ｄ）に示す切替部２４と同等の構成である。一例を示せば、図１２の（ａ）は、切替部３４ａのＰＩＮダイオード３４２をオフに、切替部３４ｂのＰＩＮダイオード３４２をオフに、切替部３４ｃが同相給電するケースにおける放射パターン３９ａ〜３９ｄを示す。また、他の例において、図１２の（ｂ）は、切替部３４ａのＰＩＮダイオード３４２をオンに、切替部３４ｂのＰＩＮダイオード３４２をオンに、切替部３４ｃが同相給電するケースにおける放射パターン３９ａ〜３９ｄを示す。また、他の例において、図１２の（ｃ）は、切替部３４ａのＰＩＮダイオード３４２をオフに、切替部３４ｂのＰＩＮダイオード３４２をオフに、切替部３４ｃが逆相給電するケースにおける放射パターン３９ａ〜３９ｄを示す。また、他の例において、図１２の（ｄ）は、切替部３４ａのＰＩＮダイオード３４２をオンに、切替部３４ｂのＰＩＮダイオード３４２をオンに、切替部３４ｃが逆相給電するケースにおける放射パターン３９ａ〜３９ｄを示す。また、他の例において、図１２の（ｅ）〜（ｆ）は、放射素子３１ｂと放射素子３１ｃとを不平衡給電する構成であり、放射素子３１ａは、切替部３４ａを介して放射素子３１ｂに接続されており、放射素子３１ｄは、切替部３４ｂを介して放射素子３１ｃに接続されている。切替部３４ａおよび３４ｂは、図１１の（ｄ）に示す切替部３４と同等の構成である。図１２の（ｅ）は、切替部３４ａのＰＩＮダイオード３４２をオフに、切替部３４ｂのＰＩＮダイオード３４２をオフにするケースにおける放射パターン３９ａ〜３９ｄを示す。図１２の（ｆ）は、切替部３４ａのＰＩＮダイオード３４２をオンに、切替部３４ｂのＰＩＮダイオード３４２をオンにするケースにおける放射パターン３９ａ〜３９ｄを示す。

また、図１３に示すように、アンテナ部を構成してもよい。図１３の（ａ）に示すアンテナ４５は、放射素子４１ａ、４１ｂ、４２ａおよび４２ｂを備えており、（ｉ）放射素子４１ａと放射素子４１ｂとが、アンテナ部４５の短手方向に配列され、アレーアンテナを構成し、（ｉｉ）放射素子４２ａと放射素子４２ｂとが、アンテナ部４５の短手方向に配列され、アレーアンテナを構成し、（ｉｉｉ）放射素子４１ａと放射素子４１ｂとの組と、放射素子４２ａと放射素子４２ｂとの組とが、アンテナ部４５の長手方向に配列され、アレーアンテナを構成する。短手方向に配列された放射素子によって、アレーアンテナを構成することによって、ＸＹ面内において、Ｘ軸方向への指向性を絞ることができる。また、長手方向に配列された放射素子の組によって、アレーアンテナを構成することによって、ＸＺ面内において、Ｘ軸方向への指向性を絞ることができる。これにより、アンテナ部４５を無線機１に適用することにより、各アンテナユニットにおける指向性をさらに高くして、他の無線機との間での干渉を低減し、通信距離を長くすることができる。

なお、図１３の（ｂ）に示すように、放射素子４１ａと放射素子４１ｂとの組と、放射素子４２ａと放射素子４２ｂとの組との間の位相関係を調整する切替部４４ａとしては、図５の（ｂ）に示す切替部１４と同等のものを用いることができる。また、図１３の（ｃ）に示すように、放射素子４１ａと放射素子４１ｂとの間、および、放射素子４２ａと放射素子４２ｂとの間の位相関係を調整する切替部４４ｂとしては、図５の（ｃ）に示す切替部１４と同等のものを用いることができる。また、図１３の（ｄ）に示すように、放射素子４１ａおよび放射素子４１ｂを図９に示すような位相反転アンテナによって構成し、図９の（ｂ）および（ｃ）に示す切替部２４と同等の切替部４４ｃを配置してもよい。

なお、図７に示すように、無線機１において、アンテナユニット１０ａおよび１０ｂを夫々複数個設け、夫々アンテナ群ＡおよびＢを構成してもよい（各アンテナ群を構成するアンテナユニットの数は２個以上）。このように、各アンテナユニットにおいてアレーアンテナを構成することにより、図７の破線で示す方向の指向性を絞ることができ、複数のアンテナユニットによってアンテナ群を構成することにより、図７の実線で示す方向の指向性を絞ることができる。また、無線機１は、各アンテナ群のアンテナユニットを用いて、ＭＩＭＯ通信を実行してもよい。

また、本実施形態を、アンテナ部１５ａおよび１５ｂが一般的なダイポールアンテナを備えていた場合、一般的なアレーアンテナを備えていた場合と比較すると、以下のようなことが言える。
・アレーアンテナに比べ、ダイポールアンテナの方が広い指向性を有するため、取付角度が０°〜閾値角度θ_ｔでは、本実施形態およびアレーアンテナを備える構成の方が、ダイポールアンテナを備える構成よりも、アンテナ間のアイソレーションが良好になる。
・一方、取付角度が閾値角度θ_ｔ〜９０°では、アレーアンテナの方がダイポールアンテナに比べて指向性利得の最大値が高くなるため、指向性利得の最大方向が対向する場合は、アレーアンテナを備える構成の方が、ダイポールアンテナを備える構成よりも、アンテナ間のアイソレーションが劣化する。しかし、本実施形態では、取付角度が閾値角度θ_ｔ〜９０°では逆相給電に切り替え、指向性を切り替えることにより、アンテナ間のアイソレーションが良好になる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るアンテナユニット（１０）は、複数の放射素子（１１、１２、２１、２２、３１ａ〜３１ｄ）を備えているアンテナ部（１５、４５）、該アンテナ部の取付角度を可変にする可動部（１６）、該取付角度を検出する検出部（角度検出部１８）、および該アンテナ部の指向性のヌルが、該検出部が検出した該取付角度に対して予め対応付けられている方向を向くように、少なくとも一組の上記放射素子間の位相関係を調整する位相関係調整部（切替部１４、２４、３４、４４）を備えている。

上記の構成によれば、アンテナ部が複数の放射素子を備えているため、位相調整部が、少なくとも一組の放射素子間の位相関係を調整することにより、アンテナ部の指向性を制御することができる。そして、検出部は、アンテナ部の取付角度を検出し、位相関係調整部は、アンテナ部の指向性のヌルが、検出部が検出した取付角度に対して予め対応付けられている方向を向くように、上記位相関係を調整する。これにより、アンテナ部の取付角度に応じて、アンテナ部の指向性のヌルを制御することができる。ゆえに、上記の構成によれば、アンテナ部の取付角度が変化したとしても、アンテナの干渉が生じる方向には、首尾よく、アンテナ部の指向性のヌルを向けることができる。よって、上記の構成によれば、アンテナの取付角度が変化するときに、アンテナの干渉を抑制することができる。

本発明の態様２に係るアンテナユニットは、上記態様１において、上記位相関係調整部は、位相関係を調整する対象の上記放射素子の組に対し、当該組に属する少なくとも一つの上記放射素子の給電位相を変化させるものであってもよい。

上記の構成によれば、位相関係を調整する対象の放射素子の組に対し、当該組に属する少なくとも一つの放射素子の給電位相を変化させることにより、当該組の位相関係を調整し、アンテナ部の指向性を首尾よく調整することができる。

本発明の態様３に係るアンテナユニットは、上記態様２において、上記位相関係調整部は、位相関係を調整する対象の上記放射素子の組に対し、当該組に属する少なくとも一つの上記放射素子の給電位相を反転させるものであってもよい。

上記の構成によれば、位相関係を調整する対象の放射素子の組に対し、当該組に属する少なくとも一つの放射素子の給電位相を反転させることにより、アンテナ部の指向性を首尾よく切り替えることができる。

本発明の態様４に係るアンテナユニットは、上記態様１において、上記位相関係調整部は、位相関係を調整する対象の上記放射素子の組に対し、当該組に属する少なくとも一つの上記放射素子の給電位置を切り替えるものであってもよい。

上記の構成によれば、位相関係を調整する対象の放射素子の組に対し、当該組に属する少なくとも一つの放射素子の給電位置を切り替えることにより、当該組の位相関係を調整し、アンテナ部の指向性を首尾よく調整することができる。

本発明の態様５に係る無線機（１）は、複数の、態様１〜４のアンテナユニット、および該複数のアンテナユニットが取り付けられた筐体（５）を備え、各該アンテナユニットの上記位相関係調整部は、少なくとも特定の取付角度において、各上記アンテナ部の指向性のヌルが、他の該アンテナユニットに向くように、上記少なくとも一組の上記放射素子間の位相関係を調整する。

上記の構成によれば、複数のアンテナユニットを備えた無線機において、各アンテナユニットのアンテナ部の指向性のヌルを、少なくとも特定の取付角度において、他のアンテナユニットに向くように制御することができる。これにより、同一筐体に取付られたアンテナユニット同士の干渉を抑制することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、無線通信技術において利用可能である。

１無線機５筐体１０アンテナユニット１１、１２、２１、２２、３１ａ〜３１ｄ放射素子１４、２４、３４、４４切替部１５、４５アンテナ部１６可動部１８角度検出部（検出部）

Claims

複数の放射素子を備えているアンテナ部、
該アンテナ部の取付角度を可変にする可動部、
該取付角度を検出する検出部、および
該アンテナ部の指向性のヌルが、該検出部が検出した該取付角度に対して予め対応付けられている方向を向くように、少なくとも一組の上記放射素子間の位相関係を調整する位相関係調整部
を備えていることを特徴とするアンテナユニット。
上記位相関係調整部は、位相関係を調整する対象の上記放射素子の組に対し、当該組に属する少なくとも一つの上記放射素子の給電位相を変化させることを特徴とする請求項１に記載のアンテナユニット。
上記位相関係調整部は、位相関係を調整する対象の上記放射素子の組に対し、当該組に属する少なくとも一つの上記放射素子の給電位相を反転させることを特徴とする請求項２に記載のアンテナユニット。
上記位相関係調整部は、位相関係を調整する対象の上記放射素子の組に対し、当該組に属する少なくとも一つの上記放射素子の給電位置を切り替えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナユニット。
複数の、請求項１〜４の何れか一項に記載のアンテナユニット、および
該複数のアンテナユニットが取り付けられた筐体
を備え、
各該アンテナユニットの上記位相関係調整部は、少なくとも特定の取付角度において、各上記アンテナ部の指向性のヌルが、他の該アンテナユニットに向くように、上記少なくとも一組の上記放射素子間の位相関係を調整することを特徴とする無線機。