JP4186848B2

JP4186848B2 - ダイバーシチアンテナ装置およびそれを備えた無線通信機

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Publication number: JP4186848B2
Application number: JP2004073042A
Authority: JP
Inventors: 喜弘山口; 勉家木
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2024-03-15
Also published as: JP2005260850A

Description

本発明は、アンテナ指向性を切り換えることができるダイバーシチアンテナ装置およびそれを備えた無線通信機に関するものである。

図５には特許文献１に記載されている高周波切替回路の一つが示されている。この高周波切替回路３０は、４本の伝送線路３１〜３４を備えたハイブリッド回路を有して構成されている。それら伝送線路３１〜３４はリング状に接続されており、４つの伝送線路接続部Ａ〜Ｄのうち、図５に示す伝送線路接続部Ａにはアンテナ３５Ａが、また、伝送線路接続部Ｂにはアンテナ３５Ｂが、それぞれ、接続されている。さらに、伝送線路接続部Ｃには、無線通信機に設けられている無線通信用の高周波回路３７が接続され、伝送線路接続部Ｄには抵抗体３６が接続されている。

さらにまた、伝送線路３２，３４の中央部には、それぞれ、グランドに伸びる通路が接続されており、伝送線路３２とグランド間の通路にはスイッチ回路３８が介設され、また同様に、伝送線路３４とグランド間の通路にはスイッチ回路３９が介設されている。それらスイッチ回路３８，３９は、それぞれ、送信期間中にはスイッチオン状態に制御され、また、受信期間中にはスイッチオフ状態に制御される。

この高周波切替回路３０では、例えば、送信期間中には、スイッチ回路３８，３９がスイッチオン状態に制御されることから、伝送線路３２，３４がグランドに接地された状態となる。このため、高周波回路３７は、アンテナ３５Ｂだけに接続されている状態となるために、高周波回路３７から出力された送信用の信号はアンテナ３５Ｂだけに供給され、アンテナ３５Ｂだけのアンテナ動作によって信号が無線送信される。

これに対して、受信期間中には、スイッチ回路３８，３９は両方共にスイッチオフ状態に制御されることから、２つのアンテナ３５Ａ，３５Ｂが両方共にハイブリッド回路を介して高周波回路３７に接続されている状態となる。このため、アンテナ３５Ａ，３５Ｂで受信された信号は、ハイブリッド回路を通り伝送線路接続部Ｃで合成されて高周波回路３７に供給される。

このような高周波切替回路３０を備えることによって、受信期間中には、２つのアンテナ３５Ａ，３５Ｂが駆動状態となり、送信期間中には、アンテナ３５Ｂだけが駆動状態となる。

特開昭６０−５２１０１号公報特開２００２−１３５１８３号公報

図５に示す高周波切替回路３０では、アンテナを１つだけ動作させる状態と、２つのアンテナを動作させる状態とを切り換え制御するために、２つのスイッチ回路３８，３９が必要であった。高周波回路とアンテナとの間を通電する信号の損失は、高周波回路とアンテナとの間の信号経路上に設けられるスイッチの数に応じて増加するので、高周波切替回路３０のように、２つのスイッチ回路が設けられている場合には、信号損失の低下が難しいという問題が生じる。また、２つのスイッチ回路を設けることによって、部品コストが掛かるので装置の低コスト化の妨げになるという問題や、回路の小型化が難しくなるという問題が生じる。

また、図５に示す高周波切替回路３０は、上述したように、受信期間中と、送信期間中とでアンテナ３５Ａ，３５Ｂの動作状態を切り換えるだけの構成のものであることから、例えば、何らかの原因によって、良好に無線通信を行うことができる信号送信方向や受信信号到来方向が変化したときに、その良好な無線通信方向の変化に応じてアンテナの指向性を切り換えること（つまり、ダイバーシチ制御）を行うことができない。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、アンテナ指向性を切り換えるダイバーシチ制御を行うことができ、また、低仰角方向の通信感度の向上を図ることができ、さらに、スイッチ回路の設置数を削減して信号の低損失化や低コスト化や回路の小型化を図ることができるダイバーシチアンテナ装置およびそれを備えた無線通信機を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明のダイバーシチアンテナ装置は、間隔を介して配置される第１と第２の２つのアンテナと、無線通信用の高周波回路から供給される送信用の信号を第１と第２の各アンテナに分配供給する機能を備えた信号分配回路と、この信号分配回路から第１のアンテナへの信号経路上に設けられて第１のアンテナへの信号の供給と供給停止を切り換え制御するダイバーシチ制御用スイッチ部とを有し、ダイバーシチ制御用スイッチ部の切り換え動作により、第１と第２の２つのアンテナによる無線通信動作状態と、第２のアンテナだけによる無線通信動作状態とが切り換わり無線通信動作状態に応じてアンテナ指向性が切り換わる構成と成しており、第１と第２の２つのアンテナはそれぞれ等方性のアンテナにより構成され、前記信号分配回路から第１と第２の各アンテナにそれぞれ分配供給される信号の位相が等しくなるように、信号分配回路から第１のアンテナに至るまでの第１の信号通路の電気長と、信号分配回路から第２のアンテナに至るまでの第２の信号通路の電気長とがそれぞれ設定されており、第１と第２の２つのアンテナによる無線通信動作状態のときには、第１と第２の各アンテナから外部に送信された信号は同相合成される構成と成し、さらに、前記第１の信号通路は、前記信号分配回路からダイバーシチ制御用スイッチ部に至るまでの回路側通路と、ダイバーシチ制御用スイッチ部から第１のアンテナに至るまでのアンテナ側通路とを有して構成され、また、前記第２の信号通路の分岐部からダイバーシチ制御用スイッチ部に伸びる分岐通路が設けられており、前記ダイバーシチ制御用スイッチ部は、その分岐通路と、アンテナ側通路とのうちの何れか一方側を回路側通路に切り換え接続させる構成と成し、ダイバーシチ制御用スイッチ部の切り換え動作によって回路側通路が分岐通路に切り換え接続されている場合には、信号分配回路から回路側通路とダイバーシチ制御用スイッチ部を介して分岐通路に流れ込んだ信号と、第２の信号通路を通電している信号とが、第２の信号通路の分岐部で合成される構成と成しており、この分岐部で合成される２つの信号の位相が等しくなるように、信号分配回路から分岐部に至るまでの第２の信号通路部分の電気長と、信号分配回路から回路側通路とダイバーシチ制御用スイッチ部と分岐通路を通って分岐部に至るまでの信号通路の電気長とがそれぞれ設定されていることを特徴としている。

この発明によれば、第１と第２の２つのアンテナを設け、これら２つのアンテナを同時に動作させる状態と、第２のアンテナだけを動作させる状態とを切り換えることができる構成を備えている。また、この発明では、第１と第２の２つのアンテナが同時に動作しているときには、それら第１と第２の各アンテナからそれぞれ外部に送信された信号が同相合成される構成を備えている。このため、第１と第２の２つのアンテナが同時に動作しているときには、第１と第２の２つのアンテナが並設されている例えば基板の上方側から第１と第２の２つのアンテナを見たときの第１や第２のアンテナによるアンテナ指向性を前記基板上に投影したときのアンテナ指向性（以下、水平面内のアンテナ指向性と記す）は、第１と第２のアンテナの並び方向に略直交する方向となる。

また、この発明では、上記のように第１と第２の各アンテナからそれぞれ送信（放射）された信号を合成させ当該合成後の信号により無線通信を行うことができる程度の間隔をもって、第１と第２の２つのアンテナが並設されている。このため、この発明では、第１と第２の２つのアンテナはそれぞれ等方性のアンテナにより構成されているが、互いに影響し合って、第２のアンテナだけが動作しているときの水平面内のアンテナ指向性は、等方性ではなく、第１と第２のアンテナの並び方向に強い指向性となる。

したがって、第１と第２の２つのアンテナを同時に動作させる状態と、第２のアンテナだけを動作させる状態とを切り換えることによって、アンテナ指向性を切り換えることができて、ダイバーシチ制御を行うことができる。この発明では、ダイバーシチ制御によって、互いに直交する二方向のうちの選択された一方側にアンテナ指向性が切り換わるので、アンテナ指向性の切り換え変化を大きくすることができる。

また、第１と第２の２つのアンテナを同時に動作させているときのアンテナ指向性の強い方向は、第２のアンテナだけが動作しているときにアンテナ指向性が弱い方向である。また反対に、第２のアンテナだけが動作しているときのアンテナ指向性の強い方向は、第１と第２の２つのアンテナを同時に動作させているときにアンテナ指向性が弱い方向である。つまり、第１と第２の２つのアンテナが動作している状態と、第２のアンテナだけが動作している状態とは、互いにアンテナ指向性の弱い方向を補うようなアンテナ指向性を示すことから、ダイバーシチアンテナ装置全体で見ると、当該ダイバーシチアンテナ装置は水平面内においてヌル点がなく全方向に良好に無線通信を行うことができる。これにより、この発明において特有な構成を備えることによって、無線通信に対する信頼性の高いダイバーシチアンテナ装置およびそれを備えた無線通信機を提供することができる。

さらに、この発明では、２つのアンテナを設けたので、１つのアンテナだけが設けられている場合よりも次に示すようにアンテナ利得を向上させることができる。すなわち、２つのアンテナを動作させているときには、２つのアンテナの送信用の信号を合成させ、しかも、その合成は同相合成であるので、２つのアンテナの送信用の信号は同相合成により強め合うこととなり、１つのアンテナだけが設けられている場合よりも、アンテナ利得を向上させることができる。また、第２のアンテナだけを動作させている場合でも、第１と第２の２つのアンテナを並設したことにより、第２のアンテナは、第１と第２のアンテナの並び方向に強いアンテナ指向性を持つこととなり、そのアンテナ指向性の強い方向のアンテナ利得は、１つのアンテナだけが設けられている場合よりも向上する。よって、この発明では、２つのアンテナを同時に動作させているときはもちろんのこと、第２のアンテナだけが動作しているときでも、１つのアンテナだけが設けられている場合よりもアンテナ利得を向上させることができる。また、この発明の構成を備えることによって、低仰角方向のアンテナ利得を向上できることが本発明者の実験によって確認されている。

さらに、この発明では、ダイバーシチ制御用スイッチ部を１つ設けるだけでダイバーシチ制御が可能な構成であるので、２つのスイッチが必要な構成に比べて、信号の損失を小さく抑制できるし、また、部品コストを削減することができ、さらに、回路の小型化を図ることができる。これにより、無線通信感度が高く通信性能が良いのにも拘わらず、小型で安価なダイバーシチアンテナ装置およびそれを備える無線通信機を提供することができる。

無線通信用の周波数の信号波長をλとした場合に、第１と第２の２つのアンテナ間の間隔は、λ／３以上、かつ、λ／２以下の範囲内の間隔である構成を備えることにより、２つのアンテナが離れすぎて２つのアンテナの送信用の信号を合成させてもアンテナ利得を向上できないという問題や、２つのアンテナが近すぎて２つのアンテナ間で相互干渉が生じて送信用の信号を効率良く放射することができないという問題を回避できて、良好な無線通信状態を得ることができる。

さらに、この発明によれば、第１の信号通路は、信号分配回路からダイバーシチ制御用スイッチ部に至るまでの回路側通路と、ダイバーシチ制御用スイッチ部から第１のアンテナに至るまでのアンテナ側通路とを有して構成され、また、第２の信号通路の分岐部からダイバーシチ制御用スイッチ部に伸びる分岐通路が設けられており、ダイバーシチ制御用スイッチ部は、その分岐通路と、アンテナ側通路とのうちの何れか一方側を回路側通路に切り換え接続させるため、次に示すような効果を得ることができる。つまり、ダイバーシチ制御用スイッチ部の切り換え動作によって、第１のアンテナへの信号供給が停止されている場合でも、高周波回路から出力された送信用の信号は、信号分配回路でもって第１のアンテナ側と第２のアンテナ側とに分配されるが、その第１のアンテナ側に分配された信号を分岐通路を介して第２のアンテナ側に供給することができる。このため、第２のアンテナだけが動作しているときには、高周波回路から出力された送信用の信号のほぼ全てを損失少なく第２のアンテナに供給することが可能となる。これにより、第２のアンテナだけによる無線通信動作状態のときにも、第１と第２の２つのアンテナによる無線通信動作状態のときと同様のアンテナ利得でもって無線通信を行うことができる。

また、ダイバーシチ制御用スイッチ部の切り換え動作によって信号分配回路と第１のアンテナとの間が信号接続されているときに、第２の信号通路の分岐部から分岐通路を介してダイバーシチ制御用スイッチ部側をみたときに当該ダイバーシチ制御用スイッチ部側がオープンとなるインピーダンスを分岐通路に持たせる構成を備えることにより、第２の信号通路を通電している信号の一部が第２の信号通路から分岐通路に無用に流れ込む事態を防止することができる。これにより、信号損失を小さく抑制することができる。

なお、もちろん、この発明における信号分配回路や信号通路には、送信用の信号の導通経路とは逆向きの経路でもって、第１や第２のアンテナで受信された信号を導通させることができる。このため、本発明の構成を備えることによって、第１と第２の２つのアンテナが両方共に動作しているときに第１と第２の２つのアンテナでそれぞれ受信された信号は、それぞれ、信号分配回路に伝送され当該信号分配回路で同相合成される。この同相合成後の受信信号を無線通信用の高周波回路に供給することができる。

以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。

図１には本発明に係るダイバーシチアンテナ装置の一実施形態例の回路構成が示されている。このダイバーシチアンテナ装置１は、第１のアンテナ２と、第２のアンテナ３と、信号分配回路であるウィルキンソン型ハイブリッド回路４と、このハイブリッド回路４と第１のアンテナ２とを接続するための第１の信号通路５と、ハイブリッド回路４と第２のアンテナ３とを接続するための第２の信号通路６と、第１の信号通路５に介設されるダイバーシチ制御用スイッチ部７と、第２の信号通路６の分岐部Ｂからダイバーシチ制御用スイッチ部７に伸びる分岐通路８とを有して構成されている。

すなわち、この実施形態例では、第１と第２の２つのアンテナ２，３は、それぞれ、モノポールアンテナにより構成されており、それらアンテナ２，３は、互いに間隔を介し垂直偏波の電波を通信することができるように例えば基板に設置されている。この実施形態例では、それらアンテナ２，３間の間隔は、後述する無線通信動作状態において良好な無線通信を行うことができるように、アンテナ２，３が設置されている基板の形状等を考慮して、無線通信用の周波数の信号波長をλとした場合に、λ／３以上、かつ、λ／２以下の範囲内の適宜な間隔となっている。

なお、モノポールアンテナには、例えば、棒状の導体から成る構造のものや、誘電体基体にモノポールアンテナとして機能する放射電極が形成されて成る構造のもの等というように、様々な構成があり、ここでは、何れの構成のモノポールアンテナをもアンテナ２，３として設けてよく、アンテナ２，３は、モノポールアンテナであれば、その構成は特に限定されるものではない。

ウィルキンソン型ハイブリッド回路４は、図１に示されるような３つの信号入出力端子Ｆ，Ｇ，Ｈを有している。この実施形態例では、ハイブリッド回路４の端子Ｈは、無線通信機に設けられている無線通信用の高周波回路１０に接続され、端子Ｇは第１の信号通路５に接続され、端子Ｆは第２の信号通路６に接続されている。

第１の信号通路５にはダイバーシチ制御用スイッチ部７が介設されており、この実施形態例では、第１の信号通路５において、ハイブリッド回路４の端子Ｇからダイバーシチ制御用スイッチ部７に至るまでの信号通路部分は回路側通路１１と呼び、ダイバーシチ制御用スイッチ部７からアンテナ２に至るまでの信号通路部分はアンテナ側通路１２と呼ぶ。

ダイバーシチ制御用スイッチ部７は、ＳＰＤＴ（Single-Pole-Double-Throw）スイッチにより構成されており、回路側通路１１を、分岐通路８とアンテナ側通路１２との何れか一方側に切り換え接続させる構成を備えている。換言すれば、ダイバーシチ制御用スイッチ部７は、ハイブリッド回路４からアンテナ２への信号の供給と供給停止を切り換え制御する構成を備えている。このダイバーシチ制御用スイッチ部７は、例えば、無線通信機に設けられている制御装置１５により制御される。

この実施形態例では、ダイバーシチ制御用スイッチ部７の切り換え動作によって、回路側通路１１とアンテナ側通路１２が接続されている場合には、ダイバーシチアンテナ装置１は、次に述べるように２つのアンテナ２，３による無線通信動作状態となる。つまり、例えば、高周波回路１０から送信用の信号が出力されると、その送信用の信号は端子Ｈからハイブリッド回路４内に流れ込み、当該ハイブリッド回路４によって、その送信用の信号は、端子Ｇ側と、端子Ｆ側とに、１／２ずつ分配される。そして、端子Ｇから第１の信号通路５（回路側通路１１）に送信用の信号が分配供給されると共に、端子Ｆから第２の信号通路６に送信用の信号が分配供給される。そして、回路側通路１１に供給された送信用の信号は、ダイバーシチ制御用スイッチ部７とアンテナ側通路１２を通ってアンテナ２に伝達される。また、第２の信号通路６に供給された送信用の信号は、第２の信号通路６を通ってアンテナ３に伝達される。アンテナ２，３は、信号供給によって、それぞれ、励振して送信用の信号を放射する。

この実施形態例では、アンテナ２，３にそれぞれ供給される信号の位相が等しくなるように、ハイブリッド回路４の端子Ｇからアンテナ２に至るまでの第１の信号通路５の電気長と、ハイブリッド回路４の端子Ｆからアンテナ３に至るまでの第２の信号通路６の電気長とが、それぞれ、ハイブリッド回路４の端子Ｈから端子Ｆ，Ｇに至るまでの信号通路の電気長や、ダイバーシチ制御用スイッチ部７を考慮して、設定されている。これにより、この実施形態例では、アンテナ２，３からそれぞれ放射された送信用の信号は同相となり、それら送信用の信号は同相合成される。このため、送信用の信号は強め合って振幅が大きくなる。この同相合成後の送信用の信号によって無線通信が行われる。

このときのアンテナ２，３による水平面内のアンテナ指向性は、図２に示される実線Ａに示されるような指向性となる。その図２の実線Ａに示されるアンテナ指向性は、アンテナ２，３が図２に示すｙ方向に間隔を介して基板上に配置されている場合に当該アンテナ２，３を基板の上方側から見下ろしたときのアンテナ２，３によるアンテナ指向性を基板面上に投影した水平面内でのアンテナ指向性である。つまり、ダイバーシチアンテナ装置１は、２つのアンテナ２，３による無線通信動作状態であるときには、水平面内においてｘ方向（アンテナ２，３の並び方向に略直交する方向）に強い指向性を持つ。

アンテナ２，３が両方共に動作状態であるときに、例えば、無線通信の信号がアンテナ２，３に到来して各アンテナ２，３が励振して信号を受信すると、アンテナ２の受信信号は、アンテナ側通路１２とダイバーシチ制御用スイッチ部７と回路側通路１１を通ってハイブリッド回路４の端子Ｇに伝送される。また、アンテナ３の受信信号は、第２の信号通路６を通ってハイブリッド回路４の端子Ｆに伝送される。この実施形態例では、第１と第２の信号通路５，６の電気長は前述のように設定されているので、アンテナ２から端子Ｇに伝送された受信信号と、アンテナ３から端子Ｆに伝送された受信信号とは、ハイブリッド回路４内を送信用の信号の導通経路とは逆向きに通電して、同相合成される。これにより、受信信号を強めることができる。この同相合成後の受信信号は、ハイブリッド回路４の端子Ｈから高周波回路１０に向けて出力され、当該高周波回路１０でもって予め定められた信号処理が行われる。このような受信時のアンテナ２，３によるアンテナ指向性は、送信時と同様に、図２に示す実線Ａに示されるようなｘ方向に強い指向性となっている。

なお、第１の信号通路５や第２の信号通路６には、必要に応じて、ＤＣカット用のコンデンサが設けられる場合がある。この場合には、そのＤＣカット用のコンデンサを考慮して第１の信号通路５や第２の信号通路６の電気長の設計が行われるものである。

ところで、ダイバーシチ制御用スイッチ部７の切り換え動作によって、回路側通路１１とアンテナ側通路１２が接続されて（換言すれば、ハイブリッド回路４とアンテナ２が信号接続されて）第１と第２の２つのアンテナ２，３による無線通信動作状態となっているときに、第２の信号通路６を通電している信号の一部が分岐部Ｂから分岐通路８に流れ込んで信号損失が増加することが懸念される。このため、この実施形態例では、ダイバーシチ制御用スイッチ部７によって回路側通路１１とアンテナ側通路１２が接続されているときに、第２の信号通路６の分岐部Ｂから分岐通路８を通してダイバーシチ制御用スイッチ部７側を見たときに当該ダイバーシチ制御用スイッチ部７側がオープンとなるインピーダンスを分岐通路８に持たせている。

これにより、ダイバーシチ制御用スイッチ部７の切り換え動作によって、回路側通路１１とアンテナ側通路１２が接続されているときに、分岐通路８のスイッチ部側端部からダイバーシチ制御用スイッチ部７側を見たときのインピーダンスは、図３のスミスチャートに示す点Ｐ_Cで表されるインピーダンスであるのに対して、第２の信号通路６の分岐部Ｂから分岐通路８を通してダイバーシチ制御用スイッチ部７側を見たときのダイバーシチ制御用スイッチ部７側のインピーダンスは、図３のスミスチャートの点Ｐ_Bで表されるインピーダンスとなっている。つまり、分岐部Ｂから分岐通路８を通してダイバーシチ制御用スイッチ部７側を見たときに当該ダイバーシチ制御用スイッチ部７側はオープンとなっており、第２の信号通路６を通電している信号の一部が分岐部Ｂから分岐通路８側に流れ込む事態を防止することができて、信号損失の増加を抑制することができる。

この実施形態例では、ダイバーシチ制御用スイッチ部７の切り換え動作によって、回路側通路１１が分岐通路８に接続されているときには、ダイバーシチアンテナ装置１は、次に述べるようなアンテナ３だけによる無線通信動作状態となる。つまり、例えば、高周波回路１０から送信用の信号が出力されると、その送信用の信号は端子Ｈからハイブリッド回路４内に流れ込み、当該ハイブリッド回路４によって、その送信用の信号は、端子Ｇ側と、端子Ｆ側とに、１／２ずつ分配される。そして、端子Ｆから第２の信号通路６に送信用の信号が分配供給されると共に、端子Ｇから回路側通路１１に送信用の信号が分配供給されるが、ダイバーシチ制御用スイッチ部７により回路側通路１１は分岐通路８に接続されているので、回路側通路１１に供給された送信用の信号は、ダイバーシチ制御用スイッチ部７と分岐通路８を通って第２の信号通路６の分岐部Ｂに至る。この分岐部Ｂにおいて、ハイブリッド回路４の端子Ｆから第２の信号通路６を通電してきた送信用の信号と、ハイブリッド回路４の端子Ｇから回路側通路１１とダイバーシチ制御用スイッチ部７と分岐通路８を通ってきた送信用の信号とが合成される。

例えば、それら合成される信号が互いに逆相であると、打ち消し合って信号は減衰してしまうので、そのような事態を回避するために、この実施形態例では、分岐部Ｂで合成される信号が同相となるように、ハイブリッド回路４の端子Ｆから分岐部Ｂに至るまでの信号通路部分の電気長と、ハイブリッド回路４の端子Ｇから回路側通路１１とダイバーシチ制御用スイッチ部７と分岐通路８を通って分岐部Ｂに至るまでの信号通路の電気長とが、それぞれ、ハイブリッド回路４の端子Ｈから端子Ｆ，Ｇに至るまでの信号通路の電気長を考慮して、設定されている。なお、その電気長を設定する際に、ハイブリッド回路４の端子Ｆから分岐部Ｂに至るまでの第２の信号通路６部分や、ハイブリッド回路４の端子Ｇから回路側通路１１とダイバーシチ制御用スイッチ部７と分岐通路８を介して分岐部Ｂに至るまでの信号通路には、必要に応じて、ＤＣカット用のコンデンサが設けられる場合がある。この場合には、もちろん、そのＤＣカット用のコンデンサを考慮して電気長が設定される。

上記のように電気長が設定されていることによって、分岐部Ｂにおいて、第２の信号通路６を通電している送信用の信号と、分岐通路８を流れてきた送信用の信号とは同相合成し、強め合って振幅が大きくなる。この合成後の信号がアンテナ３に供給されてアンテナ３が励振して送信用の信号が無線送信される。このとき、アンテナ２には送信用の信号は供給されないので、アンテナ２は休止状態である。

このように、ダイバーシチ制御用スイッチ部７によって回路側通路１１が分岐通路８に接続されているときには、アンテナ３だけによる無線通信が行われる。アンテナ３は等方性のアンテナである。等方性のアンテナは、図２の点線Ｃに示されるような水平面内のアンテナ指向性を持つ。つまり、等方性のアンテナは、水平面内において無指向性となるものであるが、この実施形態例では、アンテナ２，３が、λ／３〜λ／２の範囲内の間隔をもって並設されているので、アンテナ３のみによる無線通信動作状態であっても、アンテナ２の影響を受けて、アンテナ３のアンテナ指向性は、図２の鎖線Ｂに示されるように、ｙ方向（つまり、アンテナ２，３の並び方向）に強くなる。つまり、ダイバーシチ制御用スイッチ部７の切り換え動作により、アンテナ３だけによる無線通信動作状態であるときには、ダイバーシチアンテナ装置１のアンテナ指向性は、ｙ方向となる。

また、ダイバーシチ制御用スイッチ部７の切り換え動作により回路側通路１１が分岐通路８に接続されているときに、無線通信により信号がアンテナ３に到来しアンテナ３が励振して信号を受信すると、その受信信号はアンテナ３から出力され、分岐部Ｂで、第２の信号通路６を通ってハイブリッド回路４の端子Ｆに至る信号と、分岐通路８とダイバーシチ制御用スイッチ部７と回路側通路１１を通ってハイブリッド回路４の端子Ｇに至る信号とに分流して、それぞれハイブリッド回路４に至る。そして、それら端子Ｆ，Ｇに達した受信信号は、ハイブリッド回路４内を、送信用の信号の導通経路とは逆向きに通電して合成される。この実施形態例では、ハイブリッド回路４の端子Ｆから分岐部Ｂに至るまでの第２の信号通路６部分の電気長と、ハイブリッド回路４の端子Ｇから回路側通路１１とダイバーシチ制御用スイッチ部７と分岐通路８を通って分岐部Ｂに至るまでの信号通路の電気長とが前記の如く信号の同相合成ができるように設定されているので、端子Ｇからハイブリッド回路４内に流れ込んだ受信信号と、端子Ｆからハイブリッド回路４内に流れ込んだ受信信号とは同相合成され、強め合って振幅が大きくなる。この同相合成後の受信信号がハイブリッド回路４の端子Ｈから高周波回路１０に向けて出力される。この受信時におけるダイバーシチアンテナ装置１のアンテナ指向性は、送信時と同様に、図２の鎖線Ｂに示されるようなｙ方向となる。

したがって、この実施形態例では、ダイバーシチ制御用スイッチ部７によってアンテナ２，３による無線通信動作状態となっているときには、ダイバーシチアンテナ装置１は図２に示すｘ方向に強いアンテナ指向性を示す。また、ダイバーシチ制御用スイッチ部７によってアンテナ３だけによる無線通信動作状態に切り換えられたときには、ダイバーシチアンテナ装置１のアンテナ指向性はｙ方向に切り換えられる。すなわち、この実施形態例のダイバーシチアンテナ装置１では、ダイバーシチ制御用スイッチ部７の切り換え動作によって、アンテナ指向性の良好な方向が９０°切り換わるために、良好なダイバーシチを実現することができる。

また、この実施形態例では、アンテナ２，３は等方性のアンテナであるために、アンテナ２，３による無線通信動作状態と、アンテナ３だけによる無線通信動作状態との何れの場合であっても、アンテナ利得が大きく劣化する方向が無い上に、アンテナ２，３による無線通信動作状態中のアンテナ指向性と、アンテナ３だけによる無線通信動作状態中のアンテナ指向性とは、互いにアンテナ利得がやや落ちる方向を補うような指向性となっている。このため、この実施形態例のダイバーシチアンテナ装置１は、図２の実線Ａと鎖線Ｂを合わせたアンテナ指向性を持つこととなり、当該ダイバーシチアンテナ装置１のアンテナ指向性は、ヌル点（利得が非常に低い点）が無いアンテナ指向性となっている。また、図２の実線Ａと鎖線Ｂを合わせたアンテナ利得（つまり、ダイバーシチアンテナ装置１のアンテナ利得）は、図２の点線Ｃに示される等方性アンテナ単独のアンテナ利得に比べて、何れの方向においても、利得が向上している。このことは、本発明者の実験（シミュレーション）により確認されている。

ところで、特許文献２には、図４に示されるような回路構成が示されている。この図４に示される構成では、高周波レベル検出器２０によって、アンテナ２２の受信信号のレベルを検出し、当該検出された信号レベルが予め定められた規定値よりも小さい場合には、スイッチ２３の切り換え動作によって、無線通信用の高周波回路２４が、アンテナ端子２５と合成器２６とスイッチ２３を介してアンテナ２１に接続される。これにより、２つのアンテナ２１，２２が両方共に高周波回路２４に接続されている状態となって、２つのアンテナ２１，２２を用いて無線通信を行うことによって通信信号のレベルを確保する。

また、高周波レベル検出器２０によって検出されたアンテナ２２の受信信号のレベルが予め定められた規定値以上であるときには、スイッチ２３の切り換え動作によって、アンテナ２１は高周波回路２４から切り離され、アンテナ２２のみによって無線通信が行われる状態となる。また、アンテナ２２（高周波回路２４）は、合成器２６とスイッチ２３を介して高周波終端器２７に接続される。これにより、アンテナ２２による通信信号の一部が高周波終端器２７に流れて、アンテナ２２による通信信号のレベルを適切なレベルまで下げることができる。

このように、図４に示される構成では、スイッチ２３の切り換え動作によって、２つのアンテナ２１，２２によって無線通信が行われる状態と、アンテナ２２だけで無線通信が行われる状態とを切り換えることができる。しかしながら、この構成では、アンテナ２２による通信信号のレベルを予め定められた適切なレベルに調整するために、無線通信状態を切り換える構成であり、この実施形態例のようなダイバーシチを行うための構成ではない。

また、特許文献２には、２つのアンテナ２１，２２が両方共に無線通信を行う状態であるときに、各アンテナ２１，２２からそれぞれ送信される信号の位相に関する記載、および、アンテナ２１，２２のそれぞれで受信された信号が合成器２６で合成されるときの信号の位相に関する記載は全くない。このため、アンテナ２１の通信信号（送信信号や受信信号）と、アンテナ２２の通信信号とが合成されるときに、互いに位相がずれていることが考えられ、この場合には、通信信号の一部あるいは全部が打ち消し合って通信信号が減衰する虞がある。これに対して、この実施形態例では、２つのアンテナの通信信号を同相合成する構成であり、同相合成により通信信号を強めることができる構成となっている。

さらに、図４に示される構成では、アンテナ２２のみの無線通信状態であるときには、アンテナ２２の通信信号の一部が高周波終端器２７に流れ込んで受信信号のレベルを下げる構成であるので、例えば、遠距離の地点との無線通信のためにアンテナ利得を向上させたい場合には、その構成は大きな妨げとなる。これに対して、この実施形態例では、１つのアンテナ３だけで無線通信を行う場合には、高周波回路１０から出力された送信用の信号のほぼ全てをアンテナ３に供給できるし、また、アンテナ３で受信した信号のほぼ全てを高周波回路１０に伝送することができる構成であり、アンテナ利得向上が容易となっている。

このように、この実施形態例に示されるダイバーシチアンテナ装置１は、図４に示される構成とは全く異なるものである。

この実施形態例のダイバーシチアンテナ装置１は、上記のように構成されている。次に、この実施形態例のダイバーシチアンテナ装置１を組み込んだ無線通信機の一実施形態例を説明する。この無線通信機には、ダイバーシチアンテナ装置１が設けられると共に、無線通信用の高周波回路１０および制御装置１５が設けられている。その制御装置１５にはダイバーシチ制御部（図示せず）が設けられている。例えば、ダイバーシチ制御部は、ダイバーシチアンテナ装置１のダイバーシチ制御用スイッチ部７の切り換え動作によってアンテナ２，３による無線通信動作状態であるときの受信信号と、アンテナ３だけによる無線通信動作状態であるときの受信信号とを高周波回路１０を介して取り込む。

そして、ダイバーシチ制御部は、その取り込んだ受信信号に基づいて、アンテナ２，３による無線通信動作状態と、アンテナ３だけによる無線通信動作状態とを比較して、より良好に無線通信を行うことができるのはどちらであるかを選択する。この選択動作によって、アンテナ２，３による無線通信動作状態を選択した場合には、ダイバーシチ制御部は、回路側通路１１がアンテナ側通路１２に接続されるようにダイバーシチ制御用スイッチ部７の切り換え動作を制御する。また、ダイバーシチ制御部は、前記選択動作によって、アンテナ３だけによる無線通信動作状態を選択した場合には、回路側通路１１が分岐通路８に接続されるように、ダイバーシチ制御用スイッチ部７の切り換え動作を制御する。このように、ダイバーシチ制御部は、より良好な無線通信状態が得られるように、ダイバーシチ制御用スイッチ部７の切り換え動作を制御する。

なお、上記以外の無線通信機の構成には様々な構成があり、ここでは、上記以外の無線通信機の構成は何れの構成をも採用してよく、その説明は省略する。

なお、本発明はこの実施形態例の形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、この実施形態例では、アンテナ２，３は、モノポールアンテナにより構成されていたが、アンテナ２，３は等方性のアンテナであればよく、モノポールアンテナに限定されるものではなく、例えば、ダイポールアンテナであってもよい。

また、この実施形態例では、信号分配回路として、ウィルキンソン型ハイブリッド回路４が設けられていたが、例えば、そのウィルキンソン型ハイブリッド回路４に代えて、リング型の９０°ハイブリッド回路などの他のハイブリッド回路を設けてもよい。なお、ウィルキンソン型のハイブリッド回路４では、端子Ｆ，Ｇからそれぞれ出力される送信用の信号の位相は同相であったが、例えば、９０°ハイブリッド回路（信号分配回路）を設けた場合には、２つの端子からそれぞれ分配出力される送信用の信号の位相は互いに逆相となる。このような信号分配回路から出力される送信用の信号の位相を考慮して、信号分配回路から第１のアンテナ２に至るまでの信号通路の電気長や、信号分配回路から第２のアンテナ３に至るまでの信号通路の電気長がそれぞれ設定されることとなる。

本発明に係るダイバーシチアンテナ装置の一実施形態例を説明するための回路図である。図１に示すダイバーシチアンテナ装置のアンテナ利得特性の一例を表したグラフである。分岐通路に持たせるインピーダンスを説明するためのスミスチャートである。特許文献２に記載されている構成の一つを説明するための図である。特許文献１に記載されている構成の一つを説明するための図である。

符号の説明

１ダイバーシチアンテナ装置
２第１のアンテナ
３第２のアンテナ
４ハイブリッド回路
５第１の信号通路
６第２の信号通路
７ダイバーシチ制御用スイッチ部
８分岐通路
１０高周波回路
１１回路側通路
１２アンテナ側通路

Claims

間隔を介して配置される第１と第２の２つのアンテナと、無線通信用の高周波回路から供給される送信用の信号を第１と第２の各アンテナに分配供給する機能を備えた信号分配回路と、この信号分配回路から第１のアンテナへの信号経路上に設けられて第１のアンテナへの信号の供給と供給停止を切り換え制御するダイバーシチ制御用スイッチ部とを有し、ダイバーシチ制御用スイッチ部の切り換え動作により、第１と第２の２つのアンテナによる無線通信動作状態と、第２のアンテナだけによる無線通信動作状態とが切り換わり無線通信動作状態に応じてアンテナ指向性が切り換わる構成と成しており、第１と第２の２つのアンテナはそれぞれ等方性のアンテナにより構成され、前記信号分配回路から第１と第２の各アンテナにそれぞれ分配供給される信号の位相が等しくなるように、信号分配回路から第１のアンテナに至るまでの第１の信号通路の電気長と、信号分配回路から第２のアンテナに至るまでの第２の信号通路の電気長とがそれぞれ設定されており、第１と第２の２つのアンテナによる無線通信動作状態のときには、第１と第２の各アンテナから外部に送信された信号は同相合成される構成と成し、さらに、前記第１の信号通路は、前記信号分配回路からダイバーシチ制御用スイッチ部に至るまでの回路側通路と、ダイバーシチ制御用スイッチ部から第１のアンテナに至るまでのアンテナ側通路とを有して構成され、また、前記第２の信号通路の分岐部からダイバーシチ制御用スイッチ部に伸びる分岐通路が設けられており、前記ダイバーシチ制御用スイッチ部は、その分岐通路と、アンテナ側通路とのうちの何れか一方側を回路側通路に切り換え接続させる構成と成し、ダイバーシチ制御用スイッチ部の切り換え動作によって回路側通路が分岐通路に切り換え接続されている場合には、信号分配回路から回路側通路とダイバーシチ制御用スイッチ部を介して分岐通路に流れ込んだ信号と、第２の信号通路を通電している信号とが、第２の信号通路の分岐部で合成される構成と成しており、この分岐部で合成される２つの信号の位相が等しくなるように、信号分配回路から分岐部に至るまでの第２の信号通路部分の電気長と、信号分配回路から回路側通路とダイバーシチ制御用スイッチ部と分岐通路を通って分岐部に至るまでの信号通路の電気長とがそれぞれ設定されていることを特徴とするダイバーシチアンテナ装置。
無線通信用の周波数の信号波長をλとした場合に、第１と第２の２つのアンテナ間の間隔は、λ／３以上、かつ、λ／２以下の範囲内の間隔であることを特徴とする請求項１記載のダイバーシチアンテナ装置。
ダイバーシチ制御用スイッチ部の切り換え動作によって信号分配回路と第１のアンテナとの間が信号接続されているときに、第２の信号通路の分岐部から分岐通路を通してダイバーシチ制御用スイッチ部側を見たときに当該ダイバーシチ制御用スイッチ部側がオープンとなるインピーダンスを分岐通路に持たせていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のダイバーシチアンテナ装置。
請求項１または請求項２または請求項３記載のダイバーシチアンテナ装置が設けられていることを特徴とする無線通信機。