JP5802585B2 - ワイヤレス通信システム - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレス通信システムに係り、特に、複数の通信端末相互間でダイバシティアンテナによる無線通信を行うワイヤレス通信システムに関する。

従来から、互いに離れた２箇所の間で無線信号を送受信することによって無線通信を行うダイバシティ受信機能を有する無線電話装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この無線電話装置は、２つのアンテナによるダイバシティ受信機能を有する無線電話装置親機と、無線電話装置親機と無線通信を行う無線電話装置子機とを備えている。無線電話装置親機は、制御部が受信電界強度の強弱に基づき切換部で２つのアンテナから無線信号を受信するためのアンテナを選択することができる。

特開平７−２１２２９４号公報

しかしながら、背景技術において説明した無線電話装置では、無線電話装置親機で無線電話装置子機からの無線信号を受信する際、無線電話装置親機はアンテナを２つ設けているにも係らず１つのアンテナしか選択しないので、アンテナの受信感度の向上には限界があった。これに対して２つのアンテナで無線信号を受信してアンテナの受信感度を向上させることが考えられるが、当該無線電話装置親機で無線信号を送信する場合においても２つのアンテナを使用することになるので、１つのアンテナで無線信号を送信させる場合に比べて利得が高くなるので、送信空中線の絶対利得が２．１４ｄＢ以下であることを規定する無線設備規則第４９条の２０に抵触してしまう難点がある。

本発明は、このような従来の難点を解決するためになされたもので、受信時にはアンテナのアンテナ開口面積を増大させて受信感度を向上させると共に、送信時にはアンテナのアンテナ開口面積を減少させることで送信空中線の絶対利得が２．１４ｄＢ以下であることを規定する無線設備規則第４９条の２０を遵守することができるワイヤレス通信システムを提供することを目的とする。

上述の目的を達成する本発明の第１の態様であるワイヤレス通信システムは、少なくとも２つの通信端末における端末相互間で無線信号を送受信することによって無線通信を行うワイヤレス通信システムであって、各通信端末には、無線通信を行うために当該通信端末の機器に設けられる４個のアンテナと、アンテナのうち何れか１の当該アンテナを送信用として割当てるとともに、全ての当該アンテナを受信用として割当てるための切換部と、切換部を制御するためのスイッチング制御信号を生成する制御部とを有し、切換部は、アンテナが接続されるアンテナ端子が２つずつ２組のユニットとして設定され、各ユニットの当該アンテナ端子は、固有の特性インピーダンスを有する第１の伝送線路を経由して端子側合成器に相互で接続され、端子側合成器は、第１の伝送線路が有する特性インピーダンスと同一の当該特性インピーダンスを有するＮ・λｇ／４（Ｎ：１以上の奇数、λｇ：受信信号の実効波長）の線路長の第２の伝送線路を経由して機器内部側合成器に相互で接続され、切換部は、第１の伝送線路のうち何れか１の当該第１の伝送線路のライン上に設けられ、スイッチング制御信号によりオフ／オンが切り換わる端子側送信／受信切換スイッチと、端子側送信／受信切換スイッチがライン上に設けられる当該第１の伝送線路を有するユニットと異なる別ユニットの当該端子側合成器に接続される第２の伝送線路のライン上に設けられ、スイッチング制御信号によりオフ／オンが切換わる機器内部側送信／受信切換スイッチとを備えるものである。

このような第１の態様であるワイヤレス通信システムによれば、通信端末から無線信号を送信する場合には、制御部が通信端末を送信状態にするためのスイッチング制御信号を端子側送信／受信切換スイッチ及び機器内部側送信／受信切換スイッチに送信するので、端子側送信／受信切換スイッチは当該端子側送信／受信切換スイッチがライン上に設けられる第１の伝送線路を信号遮断状態にし、機器内部側送信／受信切換スイッチは当該機器内部側送信／受信切換スイッチがライン上に設けられる第２の伝送路を信号遮断状態にするので、無線信号を１本の第２の伝送線路及び１本の第１の伝送線路を介して１つのアンテナから送信することができ、また、通信端末で無線信号を受信する場合には、制御部が通信端末を受信状態にするためのスイッチング制御信号を、端子側送信／受信切換スイッチ及び機器内部側送信／受信切換スイッチに送信するので、端子側送信／受信切換スイッチは当該端子側送信／受信切換スイッチがライン上に設けられる第１の伝送線路を信号伝送状態にし、機器内部側送信／受信切換スイッチは当該機器内部側送信／受信切換スイッチがライン上に設けられる第２の伝送路を信号伝送状態にするので、４つのアンテナで受信された無線信号を２つの端子側合成器及び機器内部側合成器それぞれで合成することができる。

本発明の第２の態様は第１の態様であるワイヤレス通信システムにおいて、第１の伝送線路及び第２の伝送線路はそれぞれ、同軸ケーブル又は同一の基板上にパターン形成されたストリップ線路である。
このような第２の態様であるワイヤレス通信システムによれば、一般的である５０Ωの特性インピーダンスを有する線路を用いてインピーダンス整合を取ることができるようになる。

本発明の第３の態様は第１の態様又は第２の態様であるワイヤレス通信システムにおいて、４個のアンテナは、水平配置及び垂直配置が組み合わされて通信端末の機器内に内蔵されるものである。
このような第３の態様であるワイヤレス通信システムによれば、水平偏波及び垂直偏波の何れの無線信号でも受信できるようになる。

本発明のワイヤレス通信システムによれば、受信時にはアンテナのアンテナ開口面積を増大させて受信感度を向上させると共に、送信時にはアンテナのアンテナ開口面積を減少させることで送信空中線の絶対利得が２．１４ｄＢ以下であることを規定する無線設備規則第４９条の２０を遵守することができるようになる。

本発明のワイヤレス通信システムにおける好ましい実施の形態例を示す図で、（Ａ）は通信端末のブロック図、（Ｂ）は（Ａ）の部分詳細図である。 本発明のワイヤレス通信システムのシステム構成図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、本発明のワイヤレス通信システムをインターホン親機に適用させた場合におけるアンテナの配置状態を示す説明図である。

以下、本発明のワイヤレス通信システムを実施するための形態例について、図面を参照して説明する。
このようなワイヤレス通信システムは図２に示すように、２つの通信端末１、１における端末相互間で無線信号ＲＳを送受信することによって無線通信を行なうものである。なお、図２では通信端末１は２台しか図示されていないが、本発明のワイヤレス通信システムでは３台以上でも構わない。

各通信端末１には図１（Ａ）に示すように、無線通信を行うために当該通信端末１の機器に設けられる４個のアンテナ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄと、アンテナ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄのうち何れか１の当該アンテナを送信用として割当てるとともに、全ての当該アンテナ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄを受信用として割当てるための切換部３と、切換部３を制御するためのスイッチング制御信号を生成する制御部４と、アンテナ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ及び切換部３を経由して無線信号の送受信を行うための無線送受信部５と、切換部３、制御部４及び無線送受信部５への動作電源を供給するための電源部６とを有している。

また、各通信端末１には、無線送受信部５からの無線信号を所定の電気信号に変換すると共に、送信情報信号を生成するＩＣ等の信号生成部（図示せず）から送出された所定の電気信号を無線信号に変換する信号処理部７も有し、電源部６はこの信号処理部７にも動作電源を供給する。

切換部３は、アンテナ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄのうち何れか１の当該アンテナを送信用として割当てる場合は、何れか１の当該アンテナと無線送受信部５とをインピーダンス整合して、電力を効率よく伝達させることができ、全ての当該アンテナ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄを受信用として割当てる場合は、全ての当該アンテナ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄと無線送受信部５とをインピーダンス整合して、電力を効率よく伝達させることができる回路構成になっている。

このような切換部３は図１（Ｂ）に示すように、アンテナ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄが接続されるアンテナ端子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄが２つずつ２組のユニットとして設定されている。即ち、アンテナ端子３１ａにはアンテナ２Ａ、アンテナ端子３１ｂにはアンテナ２Ｂ、アンテナ端子３１ｃにはアンテナ２Ｃ、アンテナ端子３１ｄにはアンテナ２Ｄがそれぞれ接続されている。

各ユニットの当該アンテナ端子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、固有の特性インピーダンスを有する第１の伝送線路３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを経由して端子側合成器３３ａ、３３ｂに相互で接続されている。即ち、第１のユニットのアンテナ端子３１ａは第１の伝送線路３２ａを経由して端子側合成器３３ａの一方の入力端子に接続され、当該ユニットのアンテナ端子３１ｂは第１の伝送線路３２ｂを経由して端子側合成器３３ａの他方の入力端子に接続されている。また、第２のユニットのアンテナ端子３１ｃは第１の伝送線路３２ｃを経由して端子側合成器３３ｂの一方の入力端子に接続され、当該ユニットのアンテナ端子３１ｄは第１の伝送線路３２ｄを経由して端子側合成器３３ｂの他方の入力端子に接続されている。

この端子側合成器３３ａ、３３ｂは、第１の伝送線路３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄが有する特性インピーダンスと同一の当該特性インピーダンスを有するＮ・λｇ／４（Ｎ：１以上の奇数、λｇ：受信信号の実効波長）の線路長の第２の伝送線路３４ａ、３４ｂを経由して機器内部側合成器３５に相互で接続されている。即ち、端子側合成器３３ａの出力端子は第２の伝送線路３４ａを経由して機器内部側合成器３５の一方の入力端子に接続され、端子側合成器３３ｂの出力端子は第２の伝送線路３４ｂを経由して機器内部側合成器３５の他方の入力端子に接続されている。このように第２の伝送線路３４ａ、３４ｂの線路長をＮ・λｇ／４に設定するのは、当該第２の伝送線路３４ａ、３４ｂを４分のλ変成器（ｑｕａｔｅｒ−ｗａｖｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）として働かせて、インピーダンス変換をさせるためである。なお、４分のλ変成器の作用はよく知られているので説明は省略する。

また、端子側合成器３３ａ、３３ｂ及び機器内部側合成器３５は、それぞれ２つの入力信号を合成して１つの出力信号にすると共に、分岐器として機能させる場合には１つの入力信号を２つの出力信号に分岐させることができるものである。

この機器内部側合成器３５の出力端子は、第１の伝送線路３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄが有する特性インピーダンスと同一の当該特性インピーダンスを有する第３の伝送線路３６を経由して無線送受信部５に接続されている。

また、切換部３は、第１の伝送線路３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄのうち何れか１の当該第１の伝送線路のライン上に設けられ、スイッチング制御信号によりオフ／オンが切り換わる端子側送信／受信切換スイッチ３７ａと、端子側送信／受信切換スイッチ３７ａがライン上に設けられる当該第１の伝送線路を有するユニットと異なる別ユニットの当該端子側合成器に接続される第２の伝送線路のライン上に設けられ、スイッチング制御信号によりオフ／オンが切換わる機器内部側送信／受信切換スイッチ３７ｂとを備えている。なお、図１（Ｂ）においては、端子側送信／受信切換スイッチ３７ａは第１の伝送線路３２ｂのライン上に設けられ、機器内部側送信／受信切換スイッチ３７ｂは第２の伝送線路３４ｂのライン上に設けられている。このような送信／受信切換スイッチとしては、電子機器に利用される電界効果トランジスタから成るスイッチング素子が好適である。また、図１（Ｂ）においては、スイッチング制御信号を伝送する伝送線路を破線で示している。

このように構成されたワイヤレス通信システムにおける通信端末１による無線信号の送信動作と受信動作について、図１（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。なお、アンテナ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの特性インピーダンスは５０Ω、無線送受信部５の特性インピーダンスは５０Ω、第１の伝送線路３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの特性インピーダンスは５０Ω、第２の伝送線路３４ａ、３４ｂの特性インピーダンスは５０Ω、第３の伝送線路３６の特性インピーダンスは５０Ωとする。ここで、アンテナ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの特性インピーダンスと無線送受信部５の特性インピーダンスとを同じにしているのは、電力を効率よく伝達して信号の伝送状態を良好にするためである。

このような通信端末１から無線信号を送信する場合には、制御部４が通信端末１を送信状態にするためのスイッチング制御信号を端子側送信／受信切換スイッチ３７ａ及び機器内部側送信／受信切換スイッチ３７ｂに送信する。端子側送信／受信切換スイッチ３７ａはこのスイッチング制御信号を受信すると、当該端子側送信／受信切換スイッチ３７ａがライン上に設けられる第１の伝送線路３２ｂを信号遮断状態にする。また、機器内部側送信／受信切換スイッチ３７ｂはこのスイッチング制御信号を受信すると、当該機器内部側送信／受信切換スイッチ３７ｂがライン上に設けられる第２の伝送路３４ｂを信号遮断状態にする。

このように端子側送信／受信切換スイッチ３７ａが第１の伝送線路３２ｂを信号遮断状態にし、機器内部側送信／受信切換スイッチ３７ｂが第２の伝送路３４ｂを信号遮断状態にした場合には、無線送受信部５から送信された無線信号を第３の伝送線路３６、第２の伝送線路３４ａ及び第１の伝送線路３２ａを介して１つのアンテナ２Ａから送信することができる。この場合、無線送受信部５から見た第３の伝送線路３６の特性インピーダンスが５０Ωなので、電力を効率よく伝達することができ、信号の伝送状態が良好になる。

また、通信端末１で無線信号を受信する場合には、制御部４が通信端末１を受信状態にするためのスイッチング制御信号を、端子側送信／受信切換スイッチ３７ａ及び機器内部側送信／受信切換スイッチ３７ｂに送信する。端子側送信／受信切換スイッチ３７ａはこのスイッチング制御信号を受信すると、当該端子側送信／受信切換スイッチ３７ａがライン上に設けられる第１の伝送線路３２ｂを信号伝送状態にする。また、機器内部側送信／受信切換スイッチ３７ｂはこのスイッチング制御信号を受信すると、当該機器内部側送信／受信切換スイッチ３７ｂがライン上に設けられる第２の伝送路３４ｂを信号伝送状態にする。

このように端子側送信／受信切換スイッチ３７ａが第１の伝送線路３２ｂを信号伝送状態にし、機器内部側送信／受信切換スイッチ３７ｂが第２の伝送路３４ｂを信号伝送状態にした場合には、４つのアンテナ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄで受信した無線信号を利用することができるようになる。即ち、アンテナ２Ａ、２Ｂで受信した各無線信号は端子側合成器３３ａで合成することができ、アンテナ２Ｃ、２Ｄで受信した各無線信号は端子側合成器３３ｂで合成することができ、端子側合成器３３ａで合成された無線信号と端子側合成器３３ｂで合成された無線信号とは機器内部側合成器３５で合成することができる。したがって、機器内部側合成器３５で合成された無線信号を無線送受信部５に送信することができる。

この場合、アンテナ２Ａの特性インピーダンス、第１の伝送線路３２ａの特性インピーダンス、アンテナ２Ｂの特性インピーダンス及び第１の伝送線路３２ｂの特性インピーダンスはそれぞれ５０Ωなので、第２の伝送線路３４ａから見た端子側合成器３３ａよりもアンテナ寄りの合成インピーダンスは２５Ωになる。また、第２の伝送線路３４ａは４分のλ変成器として働かせているので、機器内部側合成器３５から見た第２の伝送線路３４ａよりもアンテナ寄りの合成インピーダンスは１００Ωになる。同様に、アンテナ２Ｃの特性インピーダンス、第１の伝送線路３２ｃの特性インピーダンス、アンテナ２Ｄの特性インピーダンス及び第１の伝送線路３２ｄの特性インピーダンスはそれぞれ５０Ωなので、第２の伝送線路３４ｂから見た端子側合成器３３ｂよりもアンテナ寄りの合成インピーダンスは２５Ωになる。また、第２の伝送線路３４ｂは４分のλ変成器として働かせているので、機器内部側合成器３５から見た第２の伝送線路３４ｂよりもアンテナ寄りの合成インピーダンスは１００Ωになる。

このように、機器内部側合成器３５から見た第２の伝送線路３４ａよりもアンテナ寄りの合成インピーダンスを１００Ω、機器内部側合成器３５から見た第２の伝送線路３４ｂよりもアンテナ寄りの合成インピーダンスを１００Ωにしたのは、機器内部側合成器３５で第３の伝送線路３６の特性インピーダンス及び無線送受信部５の特性インピーダンスと同一にするためである。即ち、第３の伝送線路３６から見た機器内部側合成器３５よりもアンテナ寄りの合成インピーダンスを５０Ωにすることができるので、アンテナが１本の場合と同一のインピーダンスとなり整合性を確保することができる。

したがって、アンテナ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ群は信号を効率よく伝達することができ、また、アンテナ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ群によるダイバーシティシステムで受信された無線信号の伝送状態を良好にすることができる。さらに、無線送受信機の特性インピーダンスは一般的には５０Ωで規定されることが多いが、本発明のワイヤレス通信システムによれば、第１の伝送線路３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、第２の伝送線路３４ａａ、３４ｂ及び第３の伝送線路３６を、すべて特性インピーダンスが５０Ωの線路で構成しても、１つのアンテナで無線信号を送信し、４つのアンテナで無線信号を受信することを３つの合成器と２つの送信／受信切換スイッチだけで行うことができるので、この無線送受信機の特性インピーダンスに適合するように、合成器内部にトランスや整合回路を組み込む必要がなくなる。

このように構成された本発明のワイヤレス通信システムによれば、受信時にはアンテナのアンテナ開口面積を増大させて受信感度を向上させると共に、送信時にはアンテナのアンテナ開口面積を減少させることで送信空中線の絶対利得が２．１４ｄＢ以下であることを規定する無線設備規則第４９条の２０を遵守することができるようになる。

このような本発明のワイヤレス通信システムは、居住者を呼び出すために玄関に設置された玄関子機に信号線で接続され、住戸内に設置されるインターホン親機と、住戸内に設置されインターホン親機と無線通信することでドアホン子機からの呼び出しに応答するインターホン増設親機とから構成されているワイヤレスインターホンシステムに好適である。この場合、４個のアンテナ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄはインターホン親機やインターホン増設親機に内蔵される。このようなワイヤレスインターホンシステムは、特に、インターホン増設親機は電池駆動の機種が多いので、送信電力を抑えることで低消費電力化を図ることができるようになる。

このようなインターホン親機に本発明のワイヤレス通信システムの通信端末を適用させた場合、例えば図３（Ａ）に示すように、アンテナ２Ａ及びアンテナ２Ｃを垂直配置させ、アンテナ２Ｂ及びアンテナ２Ｄを水平配置させたり、また、図３（Ｂ）に示すように、アンテナ２Ａ、アンテナ２Ｂ、アンテナ２Ｃを水平配置させ、アンテナ２Ｄを水平配置させたりすることができる。このように、４個のアンテナ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄを、水平配置及び垂直配置が組み合わされてインターホン親機１の機器内に内蔵させることで、水平偏波及び垂直偏波の何れの無線信号でも受信できるようになる。なお、無線信号を送信する場合には、相手側の機器に合わせて水平配置及び垂直配置の何れか一方のアンテナを選択することになる。

なお、上述した第１の伝送線路３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ及び第２の伝送線路３４ａ、３４ｂはそれぞれ、同軸ケーブル又は同一の基板上にパターン形成されたストリップ線路である。これは、一般的である５０Ωの特性インピーダンスを有する線路を用いてインピーダンス整合を取ることができるようになるからである。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

１……通信端末
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ……アンテナ
３……切換部
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ……アンテナ端子
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ……第１の伝送線路
３３ａ、３３ｂ……端子側合成器
３４ａ、３４ｂ……第２の伝送線路
３５……機器内部側合成器
３７ａ……端子側送信／受信切換スイッチ
３７ｂ……機器内部側送信／受信切換スイッチ
４……制御部

Claims (3)

1. 少なくとも２つの通信端末（１、１）における端末相互間で無線信号を送受信することによって無線通信を行うワイヤレス通信システムであって、
   前記各通信端末には、前記無線通信を行うために当該通信端末の機器に設けられる４個のアンテナ（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ）と、前記アンテナのうち何れか１の当該アンテナを送信用として割当てるとともに、全ての当該アンテナを受信用として割当てるための切換部（３）と、前記切換部を制御するためのスイッチング制御信号を生成する制御部（４）とを有し、
   前記切換部は、前記アンテナが接続されるアンテナ端子（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）が２つずつ２組のユニットとして設定され、
   前記各ユニットの当該アンテナ端子は、固有の特性インピーダンスを有する第１の伝送線路（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ）を経由して端子側合成器（３３ａ、３３ｂ）に相互で接続され、
   前記端子側合成器は、前記第１の伝送線路が有する特性インピーダンスと同一の当該特性インピーダンスを有するＮ・λｇ／４（Ｎ：１以上の奇数、λｇ：受信信号の実効波長）の線路長の第２の伝送線路（３４ａ、３４ｂ）を経由して機器内部側合成器（３５）に相互で接続され、
   前記切換部は、前記第１の伝送線路のうち何れか１の当該第１の伝送線路のライン上に設けられ、前記スイッチング制御信号によりオフ／オンが切り換わる端子側送信／受信切換スイッチ（３７ａ）と、前記端子側送信／受信切換スイッチがライン上に設けられる当該第１の伝送線路（３２ｂ）を有するユニットと異なる別ユニットの当該端子側合成器（３３ｂ）に接続される前記第２の伝送線路（３４ｂ）のライン上に設けられ、前記スイッチング制御信号によりオフ／オンが切換わる機器内部側送信／受信切換スイッチ（３７ｂ）とを備えることを特徴とするワイヤレス通信システム。
2. 前記第１の伝送線路及び前記第２の伝送線路はそれぞれ、同軸ケーブル又は同一の基板上にパターン形成されたストリップ線路であることを特徴とする請求項１記載のワイヤレス通信システム。
3. 前記４個のアンテナは、水平配置及び垂直配置が組み合わされて前記通信端末の機器内に内蔵されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のワイヤレス通信システム。

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