JP5380997B2

JP5380997B2 - ダイバーシティアンテナ装置と、これを用いた電子機器

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Publication number: JP5380997B2
Application number: JP2008265984A
Authority: JP
Inventors: 元彦佐古; 奨福島
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: EP2178170A1; CN101728626A; EP2178170B1; JP2010098411A

Description

本発明は、例えば、無線通信機器に使用できる最大比合成方式または等利得合成方式のダイバーシティアンテナ装置に関するものである。

例えば、無線通信機器に使用可能な従来の等利得合成方式のダイバーシティアンテナ装置について、図２８、２９を用いて説明する。

図２８において、従来の等利得合成方式のダイバーシティアンテナ装置のアンテナエレメント部分は、第１ダイポールアンテナ１００と第２ダイポールアンテナ１０１とが直交配置されたクロスダイポールアンテナ１０２が用いられている。クロスダイポールアンテナ１０２の特長は、２つのダイポールアンテナの間の相関が低い点である。これは、２つのダイポールアンテナの偏波が直交していることに起因している。

クロスダイポールアンテナ１０２のように２つのアンテナエレメントの相関係数の低いアンテナエレメントをダイバーシティアンテナ装置に用いれば、ダイバーシティアンテナ装置の受信特性を良好なものとすることができる。

図２９を用いて、従来のダイバーシティアンテナ装置の回路部１１１を示す。図２８の第１ダイポールアンテナ１００の給電部１０３は、図２９の第１バラン１０５へ接続され、平衡／不平衡変換がなされる。同様に、図２８の第２ダイポールアンテナ１０１の給電部１０４は、図２９の第２バラン１０６へ接続され、平衡／不平衡変換がなされる。

第１バラン１０５の出力信号は第１可変移相器１０７へ入力されると共に、第２バラン１０６の出力信号は第２可変移相器１０８へ入力され、それぞれの入力信号の位相が変化した後、合成器１０９において、それぞれの信号は足し合わされる。

合成器１０９の出力信号は、信号処理部１１０に入力され、この信号処理部１１０において、入力信号は復調され、Ｃ／Ｎ（Ｃａｒｒｉｅｒ／Ｎｏｉｓｅ）比やＢＥＲ（ＢｉｔＥｒｒｏｒＲａｔｅ）等の受信信号の品質を表す信号品質値が導出される。そして、この導出された信号品質値を基に、信号処理部１１０は、第１可変移相器１０７および第２可変移相器１０８の移相量を、信号品質値が最良となるように制御する。

尚、本出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００７−１６６１８８号公報

上記従来のダイバーシティアンテナ装置において、アンテナ部に用いたクロスダイポールアンテナ１０２は、アンテナ間の相関係数は低いという長所を有しているが、同時に、アンテナサイズが大きく、形状の保持等を考えると構造が複雑化するという課題を有していた。また、アンテナサイズを小さくし、アンテナ構造を単純化するために、クロスダイポールアンテナ１０２の代わりに、図２９の従来のダイバーシティアンテナ装置の回路部１１１が実装されたグランド（図示せず）上に２本のモノポールアンテナ配置し、この２本のモノポールアンテナを用いて等利得合成方式のダイバーシティ受信を行う事も考えられる。しかし、この場合には、２本のモノポールアンテナの偏波を直交させることが不可能であるため、２本のモノポールアンテナ間の相関係数を低くする事が困難であり、ダイバーシティアンテナ装置の受信特性が劣化するという課題を有していた。

そこで本発明は、２つのアンテナエレメントのアンテナサイズが小さく、構造が単純であるにも関わらず、２つのアンテナエレメント間の相関係数が低く、受信特性の優れた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。

この目的を達成するために、本発明のダイバーシティアンテナ装置は、第１アンテナエレメントと、第２アンテナエレメントと、第１アンテナエレメントに電気的に接続された第１可変移相器と、第２アンテナエレメントに電気的に接続された第２可変移相器と、第１可変移相器の出力信号と第２可変移相器の出力信号とを合成する合成器と、合成器の出力側に電気的に接続される信号処理部とを有し、信号処理部は、前記信号処理部に入力される信号の信号品質値を導出し、この信号品質値に基づいて第１可変移相器と第２可変移相器の移相量を制御すると共に、第１アンテナエレメントの入力インピーダンスと第２アンテナエレメントの入力インピーダンスとは概ね同一値であり、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントのそれぞれの偏波が交差する点において、それぞれの偏波は所定の角度θを有しており、角度θ≠９０度であり、且つ、角度θ≠０度であるダイバーシティアンテナ装置である。

本発明のダイバーシティアンテナ装置の第１アンテナエレメントの入力インピーダンスと第２アンテナエレメントの入力インピーダンスとは概ね同一値であるので、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントの出力信号が偶（ｅｖｅｎ）モードである場合と、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントの出力信号が奇（ｏｄｄ）モードである場合とで、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとの合成の放射パターンの偏波が直交することとなる。この動作原理の詳細については、後述する。

これにより、例えば、２本のモノポールアンテナのような小型なアンテナエレメント（それぞれの放射パターンの偏波は直交していない）を用いても、給電のモード（偶モード及び奇モードの２つの給電方法）により、２つのモノポールアンテナの合成の放射パターンにおいては、直交する２つの偏波を得る事ができ、最大比合成方式および等利得合成方式のダイバーシティ方式において、良好な受信特性を得る事ができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１を用いて説明する。図１は、本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図である。

図１において、本発明のダイバーシティアンテナ装置１は、第１アンテナエレメント２と、第２アンテナエレメント３と、第１アンテナエレメント２に電気的に接続された第１可変移相器４と、第２アンテナエレメント３に電気的に接続された第２可変移相器５と、第１可変移相器４の出力信号と第２可変移相器５の出力信号とを合成する合成器６と、合成器６の出力側に電気的に接続される信号処理部７とを有している。

そして、信号処理部７は、信号処理部７に入力される信号の信号品質値を導出し、この信号品質値に基づいて第１可変移相器４と第２可変移相器５の移相量を制御する。

また、第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３のそれぞれの偏波が交差する点において、それぞれの偏波は所定の角度θを有しており、角度θ≠０度で且つ、θ≠９０度である。

ここで、特許請求の範囲における「第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントのそれぞれの偏波」とは、第１アンテナエレメント２の偏波と第２アンテナエレメント３の偏波とを指している。ここで「第１アンテナエレメント２の偏波」とは、「第１アンテナエレメント２のみに給電した場合（第２アンテナエレメント３には給電せず、第２アンテナエレメント３の直下に負荷抵抗が接続されていると仮定）の偏波を指している。また、「第２アンテナエレメント３の偏波」とは、第２アンテナエレメント３のみに給電した場合（第１アンテナエレメント２には給電せず、第１アンテナエレメント２の直下に負荷抵抗が接続されていると仮定）の偏波とを指している。

また、第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３とが、グランド板（図示せず）と共にアンテナ動作するモノポールアンテナのようなアンテナである場合は、グランド板と共にアンテナ動作した結果の偏波を指している。

尚、特許請求の範囲においては、偏波が直線偏波である場合の各直線偏波の配置要件を記載したが、第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３の内、少なくとも一方のアンテナエレメントの偏波が楕円偏波又は円偏波の場合は、偏波方向が時間的に変化する事となるため、定常的に角度θ＝０度又はθ＝９０度で維持される事はない。このため、第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３の内、少なくとも一方のアンテナエレメントの偏波が楕円偏波又は円偏波の場合は、本発明のダイバーシティアンテナ装置が有する顕著な効果を発揮する事ができる。

更に、特許請求の範囲における「それぞれの直線偏波が交差する点」とは、それぞれの直線偏波が直接的に交わる点のみを指しているのではなく、直接的に交わっておらず立体的に交わる点をも含んでいる（つまり、それぞれの直線偏波が平行に配置されていなければ、必ず、それぞれの直線偏波は直接的又は立体的に交わっている事になる）。ここで、それぞれの直線偏波が立体的に交差している場合に、それぞれの直線偏波が交差する点とは、それぞれの直線偏波に対し平行な１つの面を想起し、その面の鉛直方向からそれぞれの直線偏波を見た時の、それぞれの直線偏波が交差する点を指している。同様に、特許請求の範囲における「所定の角度θ」とは、それぞれの直線偏波に対し平行な１つの面を想起し、その面の鉛直方向からそれぞれの直線偏波を見た時の、それぞれの直線偏波が成す角度を指している。

角度θが０度の場合、近接して配置された第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３のそれぞれの直線偏波が同一方向に揃ってしまうため、第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント２とで受信される信号がほぼ同一のものとなってしまう。その結果、ダイバーシティアンテナの効果が無くなり、物理的に２本のアンテナエレメントを用いながら、実質的に１本分のアンテナエレメントを用いた場合と同等性能しか得られないこととなる。よって、角度θ＝０度の場合は、本発明のダイバーシティアンテナ装置が有する有利な効果が得られないため、特許請求の範囲からこの部分を除く事とした。

以下、図１を用いて、本発明のダイバーシティアンテナ装置１の動作について説明する。

第１アンテナエレメント２で受信された信号は、第１可変移相器４に入力される。そして、第１可変移相器４は、入力された信号の位相を所定の移相量だけ回転させた後、第１可変増幅器８へ出力する。第１可変増幅器８は、入力された信号の振幅を所定量だけ増幅させた後、合成器６へ出力する。

第２アンテナエレメント３で受信された信号は、第２可変移相器５に入力される。そして、第２可変移相器５は、入力された信号の位相を所定の移相量だけ回転させた後、第２可変増幅器９へ出力する。第２可変増幅器９は、入力された信号の振幅を所定量だけ増幅させた後、合成器６へ出力する。

合成器６は、第１可変増幅器８と第２可変増幅器９とから入力される信号を足し合わせた後、復調回路（図示せず）へ出力される。

合成器６の出力信号の一部は信号処理部７に入力されると共に、信号処理部７は、入力された信号の信号品質値を導出する。ここで、信号品質値とは、信号の品質を表す指標を指しており、具体的には、ＢＥＲ（ＢｉｔＥｒｒｏｒＲａｔｅ）やＣ／Ｎ（Ｃａｒｒｉｅｒ／Ｎｏｉｓｅ）、Ｓ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ）等の指標を指している。そして、信号処理部７は、導出された信号品質値が最も良化するように、第１可変移相器４と第２可変移相器５のそれぞれの移相量と、第１可変増幅器８と第２可変増幅器９のそれぞれの利得とを制御する。

本発明のダイバーシティアンテナ装置１の構成において、特徴的な構成は、第１アンテナエレメント２の入力インピーダンスと前記第２アンテナエレメントの入力インピーダンスとが概ね同一値である点である。

以下、なぜこの構成により良好な受信特性が得られるのかについて、図２を用いて説明する。

図２に示すダイバーシティアンテナ装置１０は、近接して配置された第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３と、第１アンテナエレメント２と電気的に接続される第１給電部１１と、第２アンテナエレメント３と電気的に接続される第２給電部１２と、第１給電部１１と第２給電部１２とが電気的に接続されるグランド板１３とを有している。尚、図２においては、簡略化のため第１給電部１１と第２給電部１２を用いて表現しているが、実際的には、第１給電部１１と第２給電部１２は、図１の第１可変移相器４、第２可変移相器５、第１可変増幅器８、第２可変増幅器９等により構成されている。また、簡略化のため、図２においては、合成器６、信号処理部７を標記していない（このことは図２以降の同様の図においても適用される）。

図２のように、一般に２本のアンテナエレメントが近接して配置された場合、それぞれのアンテナエレメントが電磁結合し、それによって受信特性が劣化してしまうという課題を有していた。具体的には、一方のアンテナエレメントから輻射された信号の一部が、電磁結合している他方のアンテナエレメントで受信され、他方のアンテナエレメント直下に接続されている負荷抵抗で消費されてしまう現象である。そのため、この電磁結合による損失を減らすため、図２８に示したクロスダイポールアンテナのように、アンテナエレメントそのものを直交させ、アンテナエレメント上に発生する放射に寄与する電流を直交させることで、電磁結合による損失を減らすといった手法が、従来、採用されていた。

この場合、アンテナエレメント上の放射に寄与する電流が直交していることから、それによってできる二つのアンテナの指向性のピーク方向は直交し、二つの直交する偏波をもつこととなり、良好なダイバーシティ効果が得られていた。

しかし、クロスダイポールアンテナは、２組のダイポールアンテナを直交した状態で保持する必要があり、その構造を実現するのに困難性が伴っていた。

また、単純に、アンテナ間隔を離すことで電磁結合の損失を減らすといった手法もよく採用されていた。

この場合、それぞれのアンテナエレメント上の放射に寄与する電流は、アンテナエレメント同士が離れていることから互いに影響を及ぼさないこととなる。更に、２つのアンテナエレメントの間隔が離れていることから、それぞれのアンテナエレメントの受信信号は、２つのアンテナエレメントの間隔に起因して生じる信号の通路長差分だけ異なる位相回転項がかけられ、これにより二つのアンテナの受信信号は異なるものが得られることとなる。結果、良好なダイバーシティ効果が得られていた。しかし、上記の従来のダイバーシティアンテナ装置の場合、２つのアンテナエレメントを離間して配置する必要があるため、大型化するという課題を有していた。

本発明では、図２のように、それぞれのアンテナエレメントが近接し結合している状態においても、相関の少ない２つの信号を受信でき、良好な受信感度が得られるダイバーシティアンテナ装置を提案する。

図２において、第１アンテナエレメント２に電気的に接続される第１給電ポート１４と、第２アンテナエレメント３に電気的に接続される第２給電ポート１５との２ポートのＳパラメータは、（数１）で表される。

（数１）において、第１給電ポート１４から第１アンテナエレメント２を見たときの入力インピーダンスはS11、第２給電ポート１５から第２アンテナエレメント３を見たときの入力インピーダンスはS22、第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３との間の結合はS21であり、それぞれのアンテナエレメントがパッシブ回路であることからS21=S12となる。即ち、アンテナエレメント間が結合している状態は、（数２）の場合といえる。

本発明のダイバーシティアンテナ装置においては、(数２)で表されるアンテナエレメント間が電磁結合をしている状態においても良好なダイバーシティ効果を得ることができるように設計される。

図２に示すダイバーシティアンテナ装置１０の各アンテナエレメントへの給電の方法においては、アンテナ上に発生する放射に寄与する電流は互いに結合するため直交せず、それによってできる各アンテナエレメントの指向性のピーク方向も直交せず、二つの直交する偏波を発生させる事はできない。

そこで、本発明のダイバーシティアンテナ装置においては、、それぞれのアンテナエレメントを同相（偶モード）、逆相（奇モード）で給電することを考えてみた。

第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とから２つのアンテナエレメントに対して偶モードで給電する場合の入力インピーダンスをSccで表し、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とから２つのアンテナエレメントに対して奇モードで給電する場合の入力インピーダンスをSddで表し、偶モード、奇モード間の結合をSdc（=Scd）とすると、これは（数３）で表すことができる。

（数３）において、上述の通り、S21=S12であることから、（数３）は（数４）のようになる。

（数４）において、本発明の特長であるS11=S22の条件を考慮すれば、（数５）のようになる。

（数５）より、偶モード、奇モード間の結合を表すSdc（=Scd）の項を０とすることができ、２つの給電モードで給電した場合の給電モード間の電磁結合を概ね無くする事が出来、結果、電磁結合による受信特性の劣化を、原理的にほぼ無くする事ができる。

すなわち、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とに偶モード給電、奇モード給電することにより、第１アンテナエレメント２、第２アンテナエレメント３、グランド板１３等に流れるそれぞれの給電モードに起因した電流は、互いに影響を及ぼさない関係となっている。

次に、この動作原理を物理的に説明する。

第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３に対して、偶モード給電、奇モード給電するということは、図３に示したような給電を行うことを表している。つまり、第１給電部１１は、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５に対して奇モード給電を行い、第２給電部１２は、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５に対して偶モード給電を行うこととなる。

まず、第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３に対して、第２給電部１２が偶モード給電した場合について、図４を用いて説明する。

この場合、各アンテナエレメントの各給電ポートからみた入力インピーダンスが概ね同じであることから、第１給電ポート１４と、第２給電ポート１５とは概ね同電位で給電されることとなる。

すなわち、図４中における第１給電部１１（奇モード給電側）の給電点のプラス側、マイナス側が常に同電位になり、第１給電部１１へは第２給電部１２からの信号が流れず、第１給電部１１と第２給電部１２とはアイソレーションが原理的に取れることとなる。

次に、第１給電部１１（奇モード給電側）が、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５に対して奇モード給電を行った場合を、図５を用いて説明する。

この場合、各アンテナエレメントの各給電ポートからのみた入力インピーダンスは概ね同じであることから、第１給電ポート１４と、第２給電ポート１５とでは逆電位で給電されることとなる。

すなわち、図５における第２給電部１２（偶モード給電側）の給電点のプラス側においては、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とに発生する逆位相の信号が合成されて、常に概ね零電位となる。よって、第２給電部１２側へは第１給電部１１から信号が流れず、第１給電部１１と第２給電部１２とはアイソレーションが原理的に取れることとなる。

これより、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５に対して偶モード給電、奇モード給電することにより、それぞれの給電方法に係る信号が、互いに影響を及ぼさないようすることができる。

さらに、互いに影響を及ぼしていないということは、放射に寄与する電流は直交することとなる。

すなわち、それぞれのアンテナが近接し結合している状態においても、このアンテナは放射に寄与する２つの直交する電流を作ることができる。

よって、二つのアンテナの指向性のピーク方向は直交し、二つの直交する偏波をもつこととなり、良好なダイバーシティ効果が得ることができる。

例えば、２本のモノポールアンテナのような小型なアンテナエレメント（それぞれの放射パターンの偏波は直交していない）を用いても、２つのモノポールアンテナの合成の放射パターンにおいては、給電のモード（偶モード及び奇モード）により、直交する２つの偏波を得る事ができ、最大比合成方式および等利得合成方式のダイバーシティ方式において、良好な受信特性を得る事ができる。

これにより、近接して配置された第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３を用いたとしても、第１給電部１１と第２給電部１２とにおいて、相関の低い２つの信号を受信する事が可能となり、小型で且つ受信特性の優れたダイバーシティアンテナ装置を実現することができる。

本発明のダイバーシティアンテナ装置の構成により、どうして上記のような隅モード給電、奇モード給電が行えているかについて、以下、説明する。

本発明のダイバーシティアンテナ装置は、図６に示す回路ブロックにより実現できる。図６において、第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３とは、偶モード奇モード分波回路１６に接続される。ここで、偶モード奇モード分波回路１６は、図３に示した第１給電ポート１４、第２給電ポート１５、第１給電部１１、第２給電部１２等から構成されており、図３の場合と同様に、第１アンテナエレメント２と第１給電ポート１４とは電気的に接続されており、第２アンテナエレメント３と第２給電ポート１５とは電気的に接続されている。

また、第１給電部１１で受信された信号は図６中の第１チューナ１７に入力され、第２給電部１２で受信された信号は図６中の第２チューナ１８に入力される。そして、第１チューナ１７と第２チューナ１８とは、ダイバーシティ合成器１９に電気的に接続されている。

ダイバーシティ合成器１９は、第１チューナ１７からの信号が入力される第１可変移相器４と、第１可変移相器４からの信号が入力される第１可変増幅器８と、第２チューナ１８からの信号が入力される第２可変移相器５と、第２可変移相器５からの信号が入力される第２可変増幅器９と、第１可変増幅器８からの信号と第２可変増幅器９からの信号とが合成される合成器６とを有している。

合成器６の出力信号の一部は信号処理部７（図６中には便宜上、図示せず）に入力されると共に、信号処理部７は入力された信号の信号品質値を導出する。そして、導出された信号品質値に基づいて、信号処理部７はこの信号品質値が最良となる様に、第１可変移相器４と第２可変移相器５の移相量と、第１可変増幅器８と第２可変増幅器９の利得とを制御する。

図６に示すように、偶モード奇モード分波回路１６を介して第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３に接続する事で、図３に示した偶モード給電、奇モード給電を行った事と等価となるため、上記の本発明の顕著な効果を得る事ができる。

尚、偶モード奇モード分波回路１６は、図７に示す位置に配置しても、同様の効果を得る事ができる。

次に、図８を用いて、偶モード奇モード分波回路１６の具体的な実現方法を示す。

図８において、偶モード奇モード分波回路１６は、第１アンテナエレメント２と電気的に接続された第１給電ポート１４と、第２アンテナエレメント３と電気的に接続された第２給電ポート１５と、第１給電ポート１４に電気的に接続されると共に移相量が９０度の第１移相器２０と、第１給電ポート１４に電気的に接続されると共に移相量が９０度の第３移相器２２と、第２給電ポート１５に電気的に接続されると共に移相量が９０度の第２移相器２１と、第２給電ポート１５に電気的に接続されると共に移相量が−９０度の第４移相器２３と、第１移相器２０と第２移相器２１とが電気的に接続された第１交点２４と、第３移相器２２と第４移相器２３とが電気的に接続された第２交点２５とを備えている。そして、第１交点２４は第１チューナ１７と電気的に接続されており、第２交点２５は第２チューナ１８と電気的に接続されている。

図８においては、第１交点２４から給電した場合、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とは偶モードで給電され、第２交点２５から給電した場合、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とは奇モードで給電されたこととなる。

第１交点２４から給電した場合、それぞれ、移相量が９０度の第１移相器２０と、第２移相器２１とを介して、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とに到達するため、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５の電圧は概ね同電位となる。そのため、第２交点２５においては、それぞれ、移相量９０度の第３移相器２２と、移相量−９０度の第４移相器２３とを介した後、逆電位で足しあわされることとなる。すなわち、第２交点２５は、常に概ね零電位となり、接地されているように見える。

よって、第１交点２４から入力された信号は、第２交点２５の給電点には影響を及ぼさないと共に、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とに発生する偶モードの信号は、第２交点２５には概ね現れない事となる。

上記の通り、第２交点２５が接地されていることと等価であることから、図９のように表せる。図９に示したように、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とは、それぞれ、９０度、−９０度の移相器を介してグランドに接地されている事となる。よって、この構成がショートスタブとして動作し、第１給電ポート１４から第２交点側と、第２給電ポート１５から第２交点側とは開放状態として見え、図１０に示す回路と等価と言える。

以上より、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とに偶モードの信号が供給された場合には、第１給電ポート１４から第２交点２５側と、第２給電ポート１５から第２交点２５側とは開放状態のように見え、第２交点２５側へは信号が入力されないこととなる。

次に、第２交点２５から給電した場合、それぞれ、移相量９０度の第３移相器２２と、移相量−９０度の第４移相器２３とを介して、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とに到達するため、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５の電圧は逆電位になる。そのため、第１交点２４においては、それぞれ、移相量９０度の第１移相器２０と第２移相器２１とを介した後、逆電位で足しあわされることとなる。すなわち、第１交点２４は、常に概ね零電位となり、接地されているように見える。

よって、第２交点２５から入力された信号は、第１交点２４の給電点には影響を及ぼさないと共に、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とに発生する奇モードの信号は、第１交点２４には概ね現れない事となる。

上記の通り、第１交点２４が接地されていることと等価であることから、図１１のように表せる。図１１に示したように、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とは、それぞれ、９０度、９０度の移相器を介してグランドに接地されている事となる。よって、この構成がショートスタブとして動作し、第１給電ポート１４から第１交点側と、第２給電ポート１５から第１交点側とは開放状態として見え、図１２に示す回路と等価と言える。

以上より、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とに奇モードの信号が供給された場合には、第１給電ポート１４から第１交点２４側と第２給電ポート１５から第１交点２４側とは開放状態のように見え、第１交点２４側へは信号が入力されないこととなる。

図８における偶モード奇モード分波回路１６の位置ではなく、図１３に示したように、第１チューナ１７、第２チューナ１８と、ダイバーシティ合成奇１９との間に配置しても、同様の効果が期待できる。

図８、又は、図１３に示すように、信号処理部７（図示せず）により最適制御される第１可変移相器４、第２可変移相器５とをダイバーシティ合成器１９が有するような、最大比合成方式または等利得合成方式のダイバーシティアンテナ装置においては、実質的に、偶モード奇モード分波回路１６を削除しても(図１４に示した構成としても)、図８や図１３で示すダイバーシティアンテナ装置と同様の効果を得ることができる。

以下、何故、このようなことが言えるかについて、図１５を用いて説明する。

図１５において、第１アンテナエレメント２の受信信号をx1(t)とし、第２アンテナエレメント３の受信信号をx2(t)とすると、x1(t)とx2(t)とは、それぞれ（数６）のように表される。

ここで、s1(t)は第１アンテナエレメント２の受信ベースバンド信号であり、s2(t)は第２アンテナエレメント３の受信ベースバンド信号である。また、fcはキャリア周波数である。

第１チューナ１７及び第２チューナ１８において、キャリア周波数fcからベースバンドへ周波数変換されるため、第１チューナ１７及び第２チューナ１８の出力側においては、（数６）のexp(j*2*pi*fc*t)の項がなくなる。更に、偶モード奇モード分波回路１６によって、ダイバーシティ合成器１９の入力信号は、それぞれ、（数７）のように表される。

（数７）に示した二つの信号によって、ダイバーシティ合成が行われる。

第１可変移相器４と第１可変増幅器８のダイバーシティ最適化後の重み付けの総和がαであったとし、第２可変移相器５と第２可変増幅器９のダイバーシティ最適化後の重み付けの総和がβであったとすると、合成器６からの出力信号は、（数８）のように表される。

ここで、偶モード奇モード分波回路１６がない場合の合成器６からの出力信号を、図１６を用いて考えてみる。

図１６において、第１アンテナエレメント２の受信信号をx1(t)とし、第２アンテナエレメント３の受信信号をx2(t)とすると、x1(t)とx2(t)とは、それぞれ（数６）と同様に表される。

そして、図１５の場合と同様に、第１チューナ１７及び第２チューナ１８において、キャリア周波数fcからベースバンドへ周波数変換されるため、第１チューナ１７及び第２チューナ１８の出力側においては、（数６）のexp(j*2*pi*fc*t)の項がなくなる。

よって、ダイバーシティ合成器１９の入力信号は、それぞれs1(t)、s2(t)と表される。この二つの信号によって、ダイバーシティ合成が行われることとなる。

第１可変移相器４と第１可変増幅器８のダイバーシティ最適化後の重み付けの総和がα'であったとし、第２可変移相器５と第２可変増幅器９のダイバーシティ最適化後の重み付けの総和がβ'であったとすると、合成器６からの出力信号は、（数９）のように表される。

すなわち、ダイバーシティ合成器１９において、第１可変移相器８、第２可変移相器９、第１可変増幅器８、第２可変増幅器９の内、少なくとも１つが信号処理部７（図１６においては便宜上、図示せず）により最適化されることにより、（数１０）のように動作した場合、合成器６からの出力信号は、（数８）と同じものとなることが分かる。

故に、偶モード奇モード分波回路（または演算処理により偶モード奇モード分波回路を実現した場合は、その演算処理回路）は、削除しても同様の効果を得ることができる。

なお、上記説明はシングルキャリアの場合で説明したが、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）のようなマルチキャリア信号の場合でも、同様な処理を行うことができる。

また、特許請求の範囲における「第１アンテナエレメントの入力インピーダンス」とは（数１）、（数３）〜（数５）のS11のことであり、具体的には、第１アンテナエレメント２の給電点からアンテナ側を見た時のインピーダンス、または、偶モード奇モード分波回路１６の第１給電ポート１４からアンテナ側を見た時のインピーダンス、または、ダイバーシティ合成器１９の第１可変移相器８の入力ポート（図示せず）からアンテナ側を見た時のインピーダンス等を表す。

同様に、特許請求の範囲における「第２アンテナエレメントの入力インピーダンス」とは（数１）、（数３）、（数４）のS22のことであり、具体的には、第２アンテナエレメント３の給電点からアンテナ側を見た時のインピーダンス、または、偶モード奇モード分波回路１６の第２給電ポート１５からアンテナ側を見た時のインピーダンス、または、ダイバーシティ合成器１９の第２可変移相器９の入力ポート（図示せず）からアンテナ側を見た時のインピーダンス等を表す。

なお、本発明に係るダイバーシティアンテナ装置と、このダイバーシティアンテナ装置の出力側に電気的に接続された表示部とを有した電子機器は、第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３とが近接した状態でありながら、上述した有利な効果が得られるダイバーシティアンテナを実現できるため、小型で且つ受信性能に優れた電子機器を実現できる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図１７〜図２６を用いて説明する。

図１７は、本発明のダイバーシティアンテナ装置の一例である。図１と同一部分に関しては、同一符号を付記し、説明を割愛する。

図１７において、ダイバーシティアンテナ装置１を構成する第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３とは、任意面において概ね面対称、又は任意線において概ね線対称となることを特徴とする。尚、特許請求の範囲における「第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントは任意線において概ね線対称となる、又は、任意面において概ね面対称となり」は、それぞれのアンテナエレメントの電気長において、線対称または面対称であることを含んでいる。

本発明においては、図１７のように、それぞれのアンテナエレメントが近接し、電磁結合している状態においても、良好なダイバーシティアンテナ装置の受信感度が得られる方式を提案する。

実施の形態１と同様、図１８のように、第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３とを偶モード給電（図１９中の第２給電部１２が該当）と、奇モード給電（図１９中の第１給電部１１が該当）とをすることを考える。

まず、第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３とが、偶モード給電された場合について、図１９を用いて説明する。

図１９において、第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３とが対称に構成されていることから、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とは同電位で給電されることとなる。すなわち、第１給電部１１のプラス側、マイナス側が常に同電位になり、第２給電部１２からの信号が第１給電部１１へ流れ込まず、２つの給電部の間のアイソレーションが原理的に取れることが分かる。

同様に、奇モード給電した場合を図２０に示す。

この場合、第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３とが、対称に構成されていることから、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とは逆電位で給電されることとなる。すなわち、第２給電部１２のプラス側は、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５の合成電位となり、常に概ね零電位となる。故に、第１給電部１１からの信号は、第２給電部１２へは流れ込まず、２つの給電部間のアイソレーションは原理的に取れることが分かる。

これより、第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３とを偶モード給電、奇モード給電することにより、２つの給電部は互いに影響を及ぼさないようすることができる。

さらに、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とを偶モード給電した場合、各アンテナエレメント上の電流分布は図２１に示したものとなる。つまり、対称面（線）２８に概ね直交する電流は打ち消され、対称面（線）２８に概ね平行な電流のみが放射に寄与する電流として残る形となる。その結果、放射パターンのピークは、対称面（線）２８に概ね直交する方向を向く事となる。

次に、第１給電ポート１４と第２給電ポート１５とを奇モード給電した場合、各アンテナエレメント上の電流分布は図２２に示したものとなる。つまり、対称面（線）２８に概ね平行な電流は打ち消され、対称面（線）２８に概ね直交な電流のみが放射に寄与する電流として残る形となる。その結果、放射パターンのピークは、対称面（線）２８に概ね平行な方向を向く事となる。

故に、これらを組み合わせると、図２３のように、偶モード給電時と奇モード給電時のそれぞれの放射パターンのピーク方向は直交し、結果、本発明のダイバーシティアンテナ装置は二つの直交する偏波をもつこととなり、良好なダイバーシティ効果を得ることができる。

なお、本発明の場合、実施の形態１と同様、偶モード奇モード分波回路１６（または同様の効果を得るための演算処理を実施する演算処理回路）を、第１チューナ１７、第２チューナ１８の入力側または出力側に接続しても良い（図２４、図２５参照のこと）。

また、ダイバーシティ合成方式として最大比合成方式または等利得合成方式を用いる場合、実施の形態１で説明した理由により、偶モード奇モード分波回路１６（または同様の効果を得るための演算処理を実施する演算処理回路）を削除する事もできる。これにより、簡易にダイバーシティアンテナ装置を実現する事ができる。

なお、第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３とを任意面に対して概ね面対称、又は任意線に対して概ね線対称とすることにより、図１７〜図２６に示した各アンテナエレメントの形状以外の形状であったとしても、偶モード給電時は対称面（線）２８に概ね平行な偏波が、奇モード給電時は、対称面（線）２８に概ね直交する偏波が生まれる。このため、本発明の特徴である「第１アンテナエレメント２と第２アンテナエレメント３とを任意面に対して概ね面対称、又は任意線に対して概ね線対称である」により、ダイバーシティアンテナ装置としては理想的な直交する２つの偏波を生成することができる。

なお、特許請求の範囲の「第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントのそれぞれの直線偏波が交差する点において、それぞれの直線偏波は所定の角度θを有しており、角度θ≠０度である」との記載は、互いに偏波が平行である場合には、偶・奇モードで給電しても、２つの偏波が得られないため、特許請求の範囲の請求項１、２から、この部分を削除するために記載した。

この具体的な状況を、図２７を用いて説明する。図２７において、第１アンテナエレメント２の偏波と第２アンテナエレメント３の偏波とが、共に、対称面（線）２８に平行であった場合、奇モード給電しても、対称面（線）２８に直交する偏波を生成する事が極めて困難であるため、２つの直交する偏波を生成する事が不可能となる。

よって、２つの直交する偏波が得られないため、特許請求の範囲の請求項１、２から、この部分を削除するための記載を追加した。

なお、特許請求の範囲における「線対称」、「面対称」とは、構造上対称になっていなくても、電気的に対称になっていればその範囲に含まれ、同様な効果を得ることができる。

以上のように、本発明のダイバーシティアンテナ装置は、例えば、２本のモノポールアンテナのような小型なアンテナエレメント（それぞれのアンテナエレメントの偏波は直交及び平行ではない）を用いても、２つのモノポールアンテナの合成の放射パターンにおいては、給電のモード（偶モード及び奇モード）により直交する２つの偏波を得る事ができる。故に、最大比合成方式および等利得合成方式のダイバーシティ方式において、良好な受信特性を得る事ができ、小型の通信端末などに利用する事ができる。

本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図ダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図本発明のダイバーシティアンテナ装置のブロック図ダイバーシティアンテナ装置のブロック図従来のクロスダイポールアンテナの概観図従来のダイバーシティアンテナ装置のブロック図

符号の説明

１ダイバーシティアンテナ装置
２第１アンテナエレメント
３第２アンテナエレメント
４第１可変移相器
５第２可変移相器
６合成器
７信号処理部
８第１可変増幅器
９第２可変増幅器
１０従来のダイバーシティアンテナ装置
１１第１給電部
１２第２給電部
１３グランド板
１４第１給電ポート
１５第２給電ポート
１６偶モード奇モード分波回路
１７第１チューナ
１８第２チューナ
１９ダイバーシティ合成器
２０第１移相器
２１第２移相器
２２第３移相器
２３第４位相器
２４第１交点
２５第２交点
２８対称面（線）

Claims

第１アンテナエレメントと、第２アンテナエレメントと、
前記第１アンテナエレメントに電気的に接続された第１可変移相器と、
前記第２アンテナエレメントに電気的に接続された第２可変移相器と、
前記第１可変移相器の出力信号と前記第２可変移相器の出力信号とを合成する合成器と、
前記合成器の出力側に電気的に接続される信号処理部と、
前記第１可変位相器に直列に接続された第１可変増幅器と、
前記第２可変位相器に直列に接続された第２可変増幅器と、
を有し、
前記信号処理部は、前記信号処理部に入力される信号の信号品質値を導出し、この信号品質値に基づいて前記第１可変移相器と前記第２可変移相器の移相量を制御すると共に、
前記第１アンテナエレメントの入力インピーダンスと前記第２アンテナエレメントの入力インピーダンスとは概ね同一値であり、
前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントのそれぞれの偏波が共に直線偏波の場合は、
前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントのそれぞれの直線偏波が交差する点において、それぞれの直線偏波は所定の角度θを有しており、角度θ≠０度で且つ、θ≠９０度であって、
前記信号処理部は、前記信号品質値に基づいて前記第１可変移相器の移相量と前記第２可変移相器の移相量と前記第１可変増幅器と前記第２可変増幅器の利得とを制御することにより、
直交する偏波から得られた２つの信号を前記合成器で合成することと同様の効果が得られるダイバーシティアンテナ装置。
第１アンテナエレメントと、第２アンテナエレメントと、
前記第１アンテナエレメントに電気的に接続された第１可変移相器と、
前記第２アンテナエレメントに電気的に接続された第２可変移相器と、
前記第１可変移相器の出力信号と前記第２可変移相器の出力信号とを合成する合成器と、
前記合成器の出力側に電気的に接続される信号処理部と、
前記第１可変位相器に直列に接続された第１可変増幅器と、
前記第２可変位相器に直列に接続された第２可変増幅器と、
を有し、
前記信号処理部は、前記信号処理部に入力される信号の信号品質値を導出し、この信号品質値に基づいて前記第１可変移相器と前記第２可変移相器の移相量を制御すると共に、
前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントは任意線において概ね線対称となる、又は、任意面において概ね面対称となり、
前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントのそれぞれの偏波が共に直線偏波の場合は、
前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントのそれぞれの直線偏波が交差する点において、それぞれの直線偏波は所定の角度θを有しており、
角度θ≠０度で且つ、θ≠９０度であって、
前記信号処理部は、前記信号品質値に基づいて前記第１可変移相器の移相量と前記第２可変移相器の移相量と前記第１可変増幅器と前記第２可変増幅器の利得とを制御することにより、
直交する偏波から得られた２つの信号を前記合成器で合成することと同様の効果が得られるダイバーシティアンテナ装置。
前記信号処理部は、前記信号品質値が最良となるように前記第１可変移相器と前記第２可変移相器の移相量を制御することにより、
直交する偏波から得られた２つの信号を前記合成器で合成することと同様の効果が得られる、請求項１又は請求項２のいずれかに記載のダイバーシティアンテナ装置。
前記信号処理部は、前記信号品質値が最良となるように前記第１可変増幅器と前記第２可変増幅器の利得を制御することにより、
直交する偏波から得られた２つの信号を前記合成器で合成することと同様の効果が得られる請求項３に記載のダイバーシティアンテナ装置。
請求項１又は請求項２のいずれかのダイバーシティアンテナ装置と、
前記ダイバーシティアンテナ装置の出力側に電気的に接続された表示部とを有した電子機器。