JP6219667B2 - アンテナ装置、アンテナ制御方法およびコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置、アンテナ制御方法およびコンピュータプログラムに関する。

MIMO（Multiple Input Multiple Output）通信技術では、送信機と受信機が、複数のアンテナを用いることにより形成される送受信間の複数のパスを用いて通信する。このため、電波伝搬路では複数のパスがあることが望ましく、またアンテナはそのパス数分のアンテナ数が必要とされる。さらに複数のパスにおいて、そのパスの独立性を示す相関が低く、また信号レベルは高い方がMIMO通信による効果は高くなる。特許文献１に記載の従来技術では、アレーアンテナの振幅と位相を制御することにより、MIMOチャネル間の相関係数を制御している。

特開２０１３−０９３６５８号公報

上述した従来技術に対し、本発明者は、特願２０１３−１４５８５０において、メインローブとグレーティングローブとを発生させるアレーアンテナを使用することにより、MIMO通信に良好な電波強度のマルチパス環境を実現することを提案した。しかしながら、該アレーアンテナを使ってMIMO通信を行う場合、複数のパスに対応可能とするために、該アレーアンテナを複数設ける必要があり、アレーアンテナの設置場所の確保が課題となる。特にアレーアンテナは外形寸法が大きいため、その課題が顕著である。アンテナ素子に２偏波素子を用いれば、２つのパスまでは対応可能であるが、３つ以上のパスに対応可能とするためには、２偏波素子を用いた構成であってもアレーアンテナを２つ以上用意する必要がある。このため、MIMO通信による効果を高めつつ、且つ、アンテナ装置の小型化を図ることが要求される。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、MIMO通信による効果を高めつつ、且つ、アンテナ装置の小型化を図ることができるアンテナ装置、アンテナ制御方法およびコンピュータプログラムを提供することを課題とする。

（１）本発明に係るアンテナ装置は、１波長未満の間隔で配置された６個以上のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナを有するアンテナ装置であり、前記アンテナ素子のうち１波長以上の間隔で配置された３個以上の前記アンテナ素子から成る第１のアンテナ素子グループに対して第１の送信信号を給電する第１の給電部と、前記第１のアンテナ素子グループとは別の前記アンテナ素子のうち１波長以上の間隔で配置された３個以上の前記アンテナ素子から成る第２のアンテナ素子グループに対して第２の送信信号を給電する第２の給電部と、前記第１のアンテナ素子グループの各アンテナ素子に給電される送信信号間に第１の位相差を付ける第１の位相調整部と、前記第２のアンテナ素子グループの各アンテナ素子に給電される送信信号間に第２の位相差を付ける第２の位相調整部と、前記第１のアンテナ素子グループによる受信信号と、前記第２のアンテナ素子グループによる受信信号とを、垂直偏波と水平偏波の別に合成する合成器と、電波伝搬路におけるパスの形成可能な最大数であるパス形成可能最大数に基づいて、前記第１の位相差と前記第２の位相差、及び前記受信信号の合成の実行を制御する制御部とを備え、前記第１の位相差と前記第２の位相差が同じ場合に前記受信信号の合成が行われることを特徴とする。

（２）本発明に係るアンテナ装置においては、上記（１）のアンテナ装置において、前記第１のアンテナ素子グループの偏波方向と前記第２のアンテナ素子グループの偏波方向とが異なることを特徴とする。

（３）本発明に係るアンテナ装置においては、上記（１）のアンテナ装置において、前記第１のアンテナ素子グループの偏波方向として２つ、前記第２のアンテナ素子グループの偏波方向として２つを有することを特徴とする。

（４）本発明に係るアンテナ制御方法は、１波長未満の間隔で配置された６個以上のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナを有するアンテナ装置のアンテナ制御方法であり、前記アンテナ素子のうち１波長以上の間隔で配置された３個以上の前記アンテナ素子から成る第１のアンテナ素子グループに対して第１の送信信号を給電する第１の給電ステップと、前記第１のアンテナ素子グループとは別の前記アンテナ素子のうち１波長以上の間隔で配置された３個以上の前記アンテナ素子から成る第２のアンテナ素子グループに対して第２の送信信号を給電する第２の給電ステップと、前記第１のアンテナ素子グループの各アンテナ素子に給電される送信信号間に第１の位相差を付ける第１の位相調整ステップと、前記第２のアンテナ素子グループの各アンテナ素子に給電される送信信号間に第２の位相差を付ける第２の位相調整ステップと、前記第１のアンテナ素子グループによる受信信号と前記第２のアンテナ素子グループによる受信信号とを、垂直偏波と水平偏波の別に合成する合成ステップと、電波伝搬路におけるパスの形成可能な最大数であるパス形成可能最大数に基づいて、前記第１の位相差と前記第２の位相差、及び前記受信信号の合成の実行を制御する制御ステップと、を含み、前記第１の位相差と前記第２の位相差が同じ場合に前記受信信号の合成が行われることを特徴とする。

（５）本発明に係るコンピュータプログラムは、１波長未満の間隔で配置された６個以上のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナを有するアンテナ装置のコンピュータに、前記アンテナ素子のうち１波長以上の間隔で配置された３個以上の前記アンテナ素子から成る第１のアンテナ素子グループに対して第１の送信信号を給電する第１の給電ステップと、前記第１のアンテナ素子グループとは別の前記アンテナ素子のうち１波長以上の間隔で配置された３個以上の前記アンテナ素子から成る第２のアンテナ素子グループに対して第２の送信信号を給電する第２の給電ステップと、前記第１のアンテナ素子グループの各アンテナ素子に給電される送信信号間に第１の位相差を付ける第１の位相調整ステップと、前記第２のアンテナ素子グループの各アンテナ素子に給電される送信信号間に第２の位相差を付ける第２の位相調整ステップと、前記第１のアンテナ素子グループによる受信信号と前記第２のアンテナ素子グループによる受信信号とを、垂直偏波と水平偏波の別に合成する合成ステップと、電波伝搬路におけるパスの形成可能な最大数であるパス形成可能最大数に基づいて、前記第１の位相差と前記第２の位相差、及び前記受信信号の合成の実行を制御する制御ステップと、を実行させるためのコンピュータプログラムであり、前記第１の位相差と前記第２の位相差が同じ場合に前記受信信号の合成が行われることを特徴とする。

本発明によれば、MIMO通信による効果を高めつつ、且つ、アンテナ装置の小型化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１の構成図である。 図１に示されるアレーアンテナ１０の構成図である。 アンテナ素子への給電方法とアンテナビームの関係を示す説明図である。 メインローブとグレーティングローブを有するアンテナビームの説明図である。 本発明に係るアンテナ装置１の実施例１の構成図である。 本発明の実施例１に係るアンテナビームのグラフ図である。 本発明の実施例１に係るアンテナビームのグラフ図である。 本発明の実施例１に係るアンテナビームのグラフ図である。 本発明に係るアンテナ装置１の実施例２の構成図である。 本発明に係るアンテナ装置１の実施例２の構成図である。 本発明に係るアンテナ装置１の実施例３の構成図である。 本発明に係るアンテナ装置１の実施例４の構成図である。 本発明の実施例４に係る第２のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ｂの他の構成例を示す図である。 本発明に係るアンテナ装置１の実施例５の構成図である。 本発明の実施例５に係る第２のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ｂの他の構成例を示す図である。 本発明に係るアレーアンテナ１０の実施例６の構成図である。 本発明の実施例７に係るアンテナ装置１の構成例を示す図である。 本発明の実施例７に係るアンテナ装置１の構成例を示す図である。 本発明に係るアンテナ装置１の実施例８の構成図である。 本発明の実施例８に係る制御処理のフローチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１の構成図である。図１において、アンテナ装置１は、アレーアンテナ１０と位相調整部２０ａ、２０ｂと給電部３０ａ、３０ｂを備える。アレーアンテナ１０は６個以上のアンテナ素子で構成される。本実施形態に係る図１のアレーアンテナ１０は、８個のアンテナ素子１１−１ａ〜４ａ、１１−１ｂ〜４ｂで構成される。

図２は、図１に示されるアレーアンテナ１０の構成図である。図２において、アレーアンテナ１０は８個のアンテナ素子１１−１ａ〜４ａ、１１−１ｂ〜４ｂから構成されている。アンテナ素子１１−１ａ〜４ａ、１１−１ｂ〜４ｂは間隔Ｌ０で一列に配置されている。該アンテナ素子間隔Ｌ０は、送信する電波の１波長未満である。

アレーアンテナ１０において、第１のアンテナ素子グループは、８個のアンテナ素子１１−１ａ〜４ａ、１１−１ｂ〜４ｂのうち４個のアンテナ素子１１−１ａ〜４ａから構成される。第２のアンテナ素子グループは、８個のアンテナ素子１１−１ａ〜４ａ、１１−１ｂ〜４ｂのうち第１のアンテナ素子グループとは別の４個のアンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂから構成される。第１のアンテナ素子グループにおいて、アンテナ素子１１−１ａ〜４ａのアンテナ素子間隔はＬ１である。第２のアンテナ素子グループにおいて、アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂのアンテナ素子間隔はＬ１である。アンテナ素子間隔Ｌ１は送信する電波の１波長以上である。

説明を図１に戻す。
給電部３０ａは、第１のアンテナ素子グループのアンテナ素子１１−１ａ〜４ａから送信される送信信号Ａを出力する。位相調整部２０ａは、第１のアンテナ素子グループの各アンテナ素子１１−１ａ〜４ａに給電される送信信号Ａの位相を調整する。給電部３０ｂは、第２のアンテナ素子グループのアンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂから送信される送信信号Ｂを出力する。位相調整部２０ｂは、第２のアンテナ素子グループの各アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂに給電される送信信号Ｂの位相を調整する。

ここで、アレーアンテナ１０のアンテナ素子への給電方法とアンテナビームの関係について説明する。図３はアンテナ素子への給電方法とアンテナビームの関係を示す説明図である。図３において、給電するアンテナ素子のアンテナ素子間隔はＬ１（送信する電波の１波長以上）である。これにより、アンテナビームとして、メインローブと、メインローブ方向とは異なる方向にグレーティングローブとが発生する。グレーティングローブとは、サイドローブと呼ばれるものの一種である。

図４は、メインローブとグレーティングローブを有するアンテナビームの説明図である。図４において、基地局アンテナのアンテナビームのメインローブは端末（MIMO通信機）の方向（所望方向）に向いている。一方、基地局アンテナのアンテナビームのグレーティングローブは、該所望方向とは異なる方向に発生するので、所望方向の周辺にあるビル壁面などで反射する。このグレーティングローブとメインローブとによって、MIMO通信に良好な電波強度のマルチパス環境を実現することが可能となる。

本実施形態では、メインローブとグレーティングローブを有するアンテナビームを複数発生させることによってMIMO通信による効果を高めつつ、且つ、アンテナ装置の小型化を図るものである。図１および図２に示されるように、第１のアンテナ素子グループと第２のアンテナ素子グループには、それぞれ別の送信信号Ａ、Ｂが給電される。

そして、送信信号Ａが給電される第１のアンテナ素子グループのアンテナ素子１１−１ａ〜４ａはアンテナ素子間隔Ｌ１（送信する電波の１波長以上）である。これにより、送信信号Ａが給電される第１のアンテナ素子グループのアンテナビームは、メインローブとグレーティングローブを有する。また、送信信号Ｂが給電される第２のアンテナ素子グループのアンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂはアンテナ素子間隔Ｌ１（送信する電波の１波長以上）である。これにより、送信信号Ｂが給電される第２のアンテナ素子グループのアンテナビームは、メインローブとグレーティングローブを有する。よって、第１のアンテナ素子グループと第２のアンテナ素子グループにより、メインローブとグレーティングローブを有するアンテナビームを複数発生させることによってMIMO通信による効果を高めることができる。

さらに、アレーアンテナ１０において、第１のアンテナ素子グループのアンテナ素子１１−１ａ〜４ａと第２のアンテナ素子グループのアンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂは、同一アンテナ素子グループ内ではアンテナ素子間隔Ｌ１（送信する電波の１波長以上）であるが、異なるアンテナ素子グループ間ではアンテナ素子間隔Ｌ０（送信する電波の１波長未満）としている。これにより、アレーアンテナ１０の外形寸法の縮小を図っている。つまり、８個全てのアンテナ素子１１−１ａ〜４ａ、１１−１ｂ〜４ｂに対してアンテナ素子間隔Ｌ１（送信する電波の１波長以上）を保つ場合に比して、同一アンテナ素子グループ内のみアンテナ素子間隔Ｌ１（送信する電波の１波長以上）とし、異なるアンテナ素子グループ間ではアンテナ素子間隔Ｌ０（送信する電波の１波長未満）となるようにアンテナ素子１１−１ａ〜４ａ、１１−１ｂ〜４ｂを配置することにより、アレーアンテナ１０の大きさを小型化している。

具体的には、図２に示されるように、第１のアンテナ素子グループのアンテナ素子と第２のアンテナ素子グループのアンテナ素子とが隣り合うように配置し、そのアンテナ素子間隔をＬ０（送信する電波の１波長未満）としている。そして、同一アンテナ素子グループ内のアンテナ素子を、アンテナ素子間隔がＬ１（送信する電波の１波長以上）となるように配置している。

以下、本実施形態に係る各実施例を挙げて説明する。

図５は本発明に係るアンテナ装置１の実施例１の構成図である。なお、図５では、説明の便宜上、第１のアンテナ素子グループのアンテナ素子と第２のアンテナ素子グループのアンテナ素子を分離して記載している。

第１のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ａにおいて、位相調整部２０ａは、各アンテナ素子１１−１ａ〜４ａに給電される送信信号Ａ間に位相差φを付ける。第２のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ｂにおいて、位相調整部２０ｂは、各アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂに給電される送信信号Ｂ間に位相差θを付ける。

図６、図７、図８は、本発明の実施例１に係るアンテナビームのグラフ図である。図６、図７、図８において、縦軸は電波強度（MAGNITUDE）［デシベル（ｄＢ）］、横軸は電波放射角度（ANGLE）［度（ｄｅｇ）］である。

図６では、第１のアンテナ素子グループの位相差φと第２のアンテナ素子グループの位相差θは共に０度であり、両者は同じである。この場合、第１のアンテナ素子グループのアンテナビームＷａと第２のアンテナ素子グループのアンテナビームＷｂは重なる。したがって、第１のアンテナ素子グループによるパスと第２のアンテナ素子グループによるパスの相関は高い。

図７では、第１のアンテナ素子グループの位相差φは０度であり、第２のアンテナ素子グループの位相差θは１８０度であり、両者は異なる。この場合、第１のアンテナ素子グループのアンテナビームＷａと第２のアンテナ素子グループのアンテナビームＷｂは、相互にビーム間を補完するように形成される。したがって、第１のアンテナ素子グループによるパスと第２のアンテナ素子グループによるパスの相関は低い。

図８では、第１のアンテナ素子グループの位相差φは９０度であり、第２のアンテナ素子グループの位相差θは２７０度であり、両者は異なる。この場合、第１のアンテナ素子グループのアンテナビームＷａと第２のアンテナ素子グループのアンテナビームＷｂは、相互にビーム間を補完するように形成される。したがって、第１のアンテナ素子グループによるパスと第２のアンテナ素子グループによるパスの相関は低い。

上述した実施例１によれば、第１のアンテナ素子グループの位相差φと第２のアンテナ素子グループの位相差θを異なるようにすることにより、第１のアンテナ素子グループのアンテナビームＷａの方向と第２のアンテナ素子グループのアンテナビームＷｂの方向を異なるようにする。これにより、第１のアンテナ素子グループによるパスと第２のアンテナ素子グループによるパスの相関を低くし、MIMO通信による効果を向上させることができる。

第１のアンテナ素子グループの位相差φと第２のアンテナ素子グループの位相差θとの差が１８０度である場合に、第１のアンテナ素子グループのアンテナビームＷａと第２のアンテナ素子グループのアンテナビームＷｂの重なりが最も少なくなり、MIMO通信による効果が最も高まる。

図９、図１０は本発明に係るアンテナ装置１の実施例２の構成図である。なお、図９、図１０では、説明の便宜上、第１のアンテナ素子グループのアンテナ素子と第２のアンテナ素子グループのアンテナ素子を分離して記載している。実施例２では、アンテナ素子として、垂直偏波を励振する垂直偏波アンテナ素子、水平偏波を励振する水平偏波アンテナ素子を使用する。

図９のアンテナ装置１では、第１のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ａにおいて垂直偏波アンテナ素子１１−１ａ〜４ａ−Ｖを使用し、第２のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ｂにおいて水平偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｈを使用している。これにより、第１のアンテナ素子グループのアンテナビームＷａは垂直偏波となり、第２のアンテナ素子グループのアンテナビームＷｂは水平偏波となるので、第１のアンテナ素子グループのアンテナビームＷａと第２のアンテナ素子グループのアンテナビームＷｂとでは偏波方向が異なる。この結果、第１のアンテナ素子グループによるパスと第２のアンテナ素子グループによるパスの相関を低くし、MIMO通信による効果を向上させることができる。

図１０のアンテナ装置１では、第１のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ａにおいて水平偏波アンテナ素子１１−１ａ〜４ａ−Ｈを使用し、第２のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ｂにおいて垂直偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｖを使用している。これにより、第１のアンテナ素子グループのアンテナビームＷａは水平偏波となり、第２のアンテナ素子グループのアンテナビームＷｂは垂直偏波となるので、第１のアンテナ素子グループのアンテナビームＷａと第２のアンテナ素子グループのアンテナビームＷｂとでは偏波方向が異なる。この結果、第１のアンテナ素子グループによるパスと第２のアンテナ素子グループによるパスの相関を低くし、MIMO通信による効果を向上させることができる。

なお、本実施例２では、第１のアンテナ素子グループと第２のアンテナ素子グループとでアンテナビームの偏波方向が異なるので、第１のアンテナ素子グループの位相差φと第２のアンテナ素子グループの位相差θは同じであっても、第１のアンテナ素子グループによるパスと第２のアンテナ素子グループによるパスの相関を低くし、MIMO通信による効果を向上させることができる。

また、使用する２つの偏波としては、垂直偏波と水平偏波に限定されない。但し、垂直偏波と水平偏波のように、直交関係にある２つの偏波を用いることが２つのパスの相関を低くする上で好ましい。

図１１は本発明に係るアンテナ装置１の実施例３の構成図である。なお、図１１では、説明の便宜上、第１のアンテナ素子グループのアンテナ素子と第２のアンテナ素子グループのアンテナ素子を分離して記載している。実施例３では、アンテナ素子として、垂直偏波と水平偏波の両方を励振する垂直水平偏波アンテナ素子を使用する。

図１１において、第１のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ａには、垂直水平偏波アンテナ素子１１−１ａ〜４ａ−Ｖ／Ｈを使用している。給電部３０ａ−Ｖ／Ｈは、第１のアンテナ素子グループの垂直水平偏波アンテナ素子１１−１ａ〜４ａ−Ｖ／Ｈから、垂直偏波で送信される送信信号Ａと水平偏波で送信される送信信号Ａとを出力する。位相調整部２０ａ−Ｖ／Ｈは、第１のアンテナ素子グループの各垂直水平偏波アンテナ素子１１−１ａ〜４ａ−Ｖ／Ｈに給電される、垂直偏波で送信される送信信号Ａの位相と、水平偏波で送信される送信信号Ａの位相と、を調整する。位相調整部２０ａ−Ｖ／Ｈは、各垂直水平偏波アンテナ素子１１−１ａ〜４ａ−Ｖ／Ｈに給電される送信信号Ａ間に位相差φを付ける。

第２のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ｂには、垂直水平偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｖ／Ｈを使用している。給電部３０ｂ−Ｖ／Ｈは、第２のアンテナ素子グループの垂直水平偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｖ／Ｈから、垂直偏波で送信される送信信号Ｂと水平偏波で送信される送信信号Ｂとを出力する。位相調整部２０ｂ−Ｖ／Ｈは、第２のアンテナ素子グループの各垂直水平偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｖ／Ｈに給電される、垂直偏波で送信される送信信号Ｂの位相と、水平偏波で送信される送信信号Ｂの位相と、を調整する。位相調整部２０ｂ−Ｖ／Ｈは、各垂直水平偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｖ／Ｈに給電される送信信号Ｂ間に位相差θを付ける。

本実施例３では、第１のアンテナ素子グループの位相差φと第２のアンテナ素子グループの位相差θを異なるようにしてもよい。これにより、第１のアンテナ素子グループと第２のアンテナ素子グループとでは、アンテナビームの偏波方向の違いと、位相差の違いとによって、最大４つの異なるパスを得ることができる。これにより、アンテナ装置１の小型化と共にMIMO通信による効果を向上させることができる。

図１２は本発明に係るアンテナ装置１の実施例４の構成図である。なお、図１２では、説明の便宜上、第１のアンテナ素子グループのアンテナ素子と第２のアンテナ素子グループのアンテナ素子を分離して記載している。実施例４では、アンテナ素子として、垂直水平偏波アンテナ素子と、＋４５度偏波と−４５度偏波の両方を励振する４５度偏波アンテナ素子を使用する。４５度偏波アンテナ素子として、例えば、斜め４５度のクロスダイポールアンテナ素子などが挙げられる。

図１２において、第１のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ａには、垂直水平偏波アンテナ素子１１−１ａ〜４ａ−Ｖ／Ｈを使用している。給電部３０ａ−Ｖ／Ｈは、第１のアンテナ素子グループの垂直水平偏波アンテナ素子１１−１ａ〜４ａ−Ｖ／Ｈから、垂直偏波で送信される送信信号Ａと水平偏波で送信される送信信号Ａとを出力する。位相調整部２０ａ−Ｖ／Ｈは、第１のアンテナ素子グループの各垂直水平偏波アンテナ素子１１−１ａ〜４ａ−Ｖ／Ｈに給電される、垂直偏波で送信される送信信号Ａの位相と、水平偏波で送信される送信信号Ａの位相と、を調整する。位相調整部２０ａ−Ｖ／Ｈは、各垂直水平偏波アンテナ素子１１−１ａ〜４ａ−Ｖ／Ｈに給電される送信信号Ａ間に位相差φを付ける。

第２のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ｂには、４５度偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−＋４５／−４５を使用している。給電部３０ｂ−＋４５／−４５は、第２のアンテナ素子グループの４５度偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−＋４５／−４５から、＋４５度偏波で送信される送信信号Ｂと−４５度偏波で送信される送信信号Ｂとを出力する。位相調整部２０ｂ−＋４５／−４５は、第２のアンテナ素子グループの各４５度偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−＋４５／−４５に給電される、＋４５度偏波で送信される送信信号Ｂの位相と、−４５度偏波で送信される送信信号Ｂの位相と、を調整する。位相調整部２０ｂ−＋４５／−４５は、各４５度偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−＋４５／−４５に給電される送信信号Ｂ間に位相差θを付ける。

本実施例４では、第１のアンテナ素子グループの位相差φと第２のアンテナ素子グループの位相差θを異なるようにしてもよい。これにより、第１のアンテナ素子グループと第２のアンテナ素子グループとでは、アンテナビームの偏波方向の違いと、位相差の違いとによって、最大４つの異なるパスを得ることができる。これにより、アンテナ装置１の小型化と共にMIMO通信による効果を向上させることができる。

なお、４５度偏波アンテナ素子を利用する代わりに、図１３のように構成してもよい。図１３は、本発明の実施例４に係る第２のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ｂの他の構成例を示す図である。図１３において、第２のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ｂには、垂直偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｖ、水平偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｈを使用している。

給電部３０ｂ−Ｖは、垂直偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｖから送信される送信信号Ｂを出力する。位相調整部２０ｂ−Ｖは、各垂直偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｖに給電される送信信号Ｂの位相を調整する。給電部３０ｂ−Ｈは、水平偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｈから送信される送信信号Ｂを出力する。位相調整部２０ｂ−Ｈは、各水平偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｈに給電される送信信号Ｂの位相を調整する。

そして、給電部３０ｂ−Ｖと給電部３０ｂ−Ｈの間に１８０度ハイブリッド回路５０を設ける。これにより、＋４５度偏波と−４５度偏波を実現する。

図１４は本発明に係るアンテナ装置１の実施例５の構成図である。なお、図１４では、説明の便宜上、第１のアンテナ素子グループのアンテナ素子と第２のアンテナ素子グループのアンテナ素子を分離して記載している。実施例５では、アンテナ素子として、垂直水平偏波アンテナ素子と、右旋円偏波（right circular；ＲＣ）と左旋円偏波（left circular；ＬＣ）の両方を励振するＲＬＣ偏波アンテナ素子を使用する。

図１４において、第１のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ａには、垂直水平偏波アンテナ素子１１−１ａ〜４ａ−Ｖ／Ｈを使用している。給電部３０ａ−Ｖ／Ｈは、第１のアンテナ素子グループの垂直水平偏波アンテナ素子１１−１ａ〜４ａ−Ｖ／Ｈから、垂直偏波で送信される送信信号Ａと水平偏波で送信される送信信号Ａとを出力する。位相調整部２０ａ−Ｖ／Ｈは、第１のアンテナ素子グループの各垂直水平偏波アンテナ素子１１−１ａ〜４ａ−Ｖ／Ｈに給電される、垂直偏波で送信される送信信号Ａの位相と、水平偏波で送信される送信信号Ａの位相と、を調整する。位相調整部２０ａ−Ｖ／Ｈは、各垂直水平偏波アンテナ素子１１−１ａ〜４ａ−Ｖ／Ｈに給電される送信信号Ａ間に位相差φを付ける。

第２のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ｂには、ＲＬＣ偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−ＲＣ／ＬＣを使用している。給電部３０ｂ−ＲＣ／ＬＣは、第２のアンテナ素子グループのＲＬＣ偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−ＲＣ／ＬＣから、右旋円偏波で送信される送信信号Ｂと左旋円偏波で送信される送信信号Ｂとを出力する。位相調整部２０ｂ−ＲＣ／ＬＣは、第２のアンテナ素子グループの各ＲＬＣ偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−ＲＣ／ＬＣに給電される、右旋円偏波で送信される送信信号Ｂの位相と、左旋円偏波で送信される送信信号Ｂの位相と、を調整する。位相調整部２０ｂ−ＲＣ／ＬＣは、各ＲＬＣ偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−ＲＣ／ＬＣに給電される送信信号Ｂ間に位相差θを付ける。

本実施例５では、第１のアンテナ素子グループの位相差φと第２のアンテナ素子グループの位相差θを異なるようにしてもよい。これにより、第１のアンテナ素子グループと第２のアンテナ素子グループとでは、アンテナビームの偏波方向の違いと、位相差の違いとによって、最大４つの異なるパスを得ることができる。これにより、アンテナ装置１の小型化と共にMIMO通信による効果を向上させることができる。

なお、ＲＬＣ偏波アンテナ素子を利用する代わりに、図１５のように構成してもよい。図１５は、本発明の実施例５に係る第２のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ｂの他の構成例を示す図である。図１５において、第２のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ｂには、垂直偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｖ、水平偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｈを使用している。

給電部３０ｂ−Ｖは、垂直偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｖから送信される送信信号Ｂを出力する。位相調整部２０ｂ−Ｖは、各垂直偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｖに給電される送信信号Ｂの位相を調整する。給電部３０ｂ−Ｈは、水平偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｈから送信される送信信号Ｂを出力する。位相調整部２０ｂ−Ｈは、各水平偏波アンテナ素子１１−１ｂ〜４ｂ−Ｈに給電される送信信号Ｂの位相を調整する。

そして、給電部３０ｂ−Ｖと給電部３０ｂ−Ｈの間に９０度ハイブリッド回路５１を設ける。これにより、右旋円偏波と左旋円偏波を実現する。

図１６は本発明に係るアレーアンテナ１０の実施例６の構成図である。実施例６は、矩形アレーに応用した実施例である。図１６に示されるアレーアンテナ１０は、水平方向と垂直方向とに７個ずつで合計４９個のアンテナ素子を格子状に配置した構成となっている。そして、第１のアンテナ素子グループのアンテナ素子（図１６中の黒丸で示される）と、第２のアンテナ素子グループのアンテナ素子（図１６中の白丸で示される）とは隣り合うように配置し、そのアンテナ素子間隔をＬ０（送信する電波の１波長未満）としている。そして、同一アンテナ素子グループ内のアンテナ素子を、アンテナ素子間隔がＬ１（送信する電波の１波長以上）となるように配置している。

図１７、図１８は本発明の実施例７に係るアンテナ装置１の構成例を示す図である。なお、図１７、図１８では、説明の便宜上、第１のアンテナ素子グループのアンテナ素子と第２のアンテナ素子グループのアンテナ素子を分離して記載している。

図１７のアンテナ装置１では、図５の実施例１の構成に対して、さらに合成部６０を追加している。合成部６０は、第１のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ａの受信信号と、第２のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ｂの受信信号とを合成して出力する。これにより、第１のアンテナ素子グループの位相差φと第２のアンテナ素子グループの位相差θを同じ（例えば０度）とした場合、第１のアンテナ素子グループのアンテナビームＷａと第２のアンテナ素子グループのアンテナビームＷｂは重なるので（図６参照）、合成部６０での同相合成により利得を３ｄＢ向上させることができ、受信信号のSNR（Signal to Noise Ratio）を改善させる効果が得られる。

図１８のアンテナ装置１では、図１１の実施例３の構成に対して、さらに合成部６０−Ｖ／Ｈを追加している。合成部６０−Ｖ／Ｈは、第１のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ａの受信信号と、第２のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ｂの受信信号とを、垂直偏波と水平偏波の別に合成して出力する。これにより、第１のアンテナ素子グループの位相差φと第２のアンテナ素子グループの位相差θを同じ（例えば０度）とした場合、第１のアンテナ素子グループのアンテナビームＷａと第２のアンテナ素子グループのアンテナビームＷｂは、同じ偏波方向のものが重なるので（図６参照）、合成部６０−Ｖ／Ｈでの同相合成により垂直偏波と水平偏波の別にそれぞれ利得を３ｄＢ向上させることができ、２つのパスに対応可能であり且つ受信信号のSNR（Signal to Noise Ratio）を改善させる効果が得られる。

本実施例７は、電波伝搬環境によりマルチパスが発生しにくい環境（例えばトンネル内など）で特に有効である。

図１９は本発明に係るアンテナ装置１の実施例８の構成図である。なお、図１９では、説明の便宜上、第１のアンテナ素子グループのアンテナ素子と第２のアンテナ素子グループのアンテナ素子を分離して記載している。

図１９のアンテナ装置１では、図１８の実施例７の構成に対して、さらに制御部７０を追加している。制御部７０には、電波伝搬環境情報Ｃが入力される。制御部７０は、電波伝搬環境情報Ｃに基づいて、各部２０ａ−Ｖ／Ｈ、２０ｂ−Ｖ／Ｈ、３０ａ−Ｖ／Ｈ、３０ｂ−Ｖ／Ｈ、６０−Ｖ／Ｈを制御する。

電波伝搬環境情報Ｃは、定期的に、又は、制御部７０からの要求に応じて、制御部７０に入力される。電波伝搬環境情報Ｃは、電波伝搬路におけるパスの形成可能な最大数（パス形成可能最大数）を示す。

図２０は、本発明の実施例８に係る制御処理のフローチャートである。

（ステップＳ１）
制御部７０は、電波伝搬環境情報Ｃに基づいて、パス形成可能最大数が２未満であるかを判断する。この結果、パス形成可能最大数が２未満である場合にはステップＳ２に進み、そうではない場合にはステップＳ３に進む。

（ステップＳ２）
制御部７０は、アンテナ装置部１ａの第１のアンテナ素子グループの位相差φとアンテナ装置部１ｂの第２のアンテナ素子グループの位相差θを同じ（例えば０度）に設定する。また、制御部７０は、合成部６０−Ｖ／Ｈに対して、第１のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ａの受信信号と、第２のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ｂの受信信号とを合成して出力させる。これにより、受信信号のSNRを向上させる。

（ステップＳ３）
制御部７０は、電波伝搬環境情報Ｃに基づいて、パス形成可能最大数が３未満であるかを判断する。この結果、パス形成可能最大数が３未満である場合にはステップＳ４に進み、そうではない場合にはステップＳ５に進む。

（ステップＳ４）
制御部７０は、垂直偏波と水平偏波のそれぞれに対して、アンテナ装置部１ａの第１のアンテナ素子グループの位相差φとアンテナ装置部１ｂの第２のアンテナ素子グループの位相差θを同じ（例えば０度）に設定する。また、制御部７０は、合成部６０−Ｖ／Ｈに対して、第１のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ａの受信信号と、第２のアンテナ素子グループのアンテナ装置部１ｂの受信信号とを、垂直偏波と水平偏波の別に合成して出力させる。これにより、２つのパスに対応可能とし且つ受信信号のSNRを向上させる。なお、垂直偏波と水平偏波を用いる以外に、上述した、＋４５度偏波と−４５度偏波を用いたり、又は、右旋円偏波と左旋円偏波を用いたりしてもよい。

又は、ステップＳ４において、単偏波（例えば垂直偏波のみ）とし、アンテナ装置部１ａの第１のアンテナ素子グループの位相差φとアンテナ装置部１ｂの第２のアンテナ素子グループの位相差θを異なるように（例えば位相差φは０度、位相差θは１８０度）設定してもよい。これによっても、２つのパスに対応可能とすることができる。

（ステップＳ５）
制御部７０は、垂直偏波と水平偏波のそれぞれに対して、アンテナ装置部１ａの第１のアンテナ素子グループの位相差φとアンテナ装置部１ｂの第２のアンテナ素子グループの位相差θを異なるように（例えば位相差φは０度、位相差θは１８０度）設定する。これにより、４つのパスに対応可能とすることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

また、上述したアンテナ装置１を実現するためのコンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１…アンテナ装置、１０…アレーアンテナ、１１−１ａ〜４ａ，１１−１ｂ〜４ｂ…アンテナ素子、２０ａ，２０ｂ…位相調整部、３０ａ，３０ｂ…給電部、５０…１８０度ハイブリッド回路、５１…９０度ハイブリッド回路、６０…合成部、７０…制御部

Claims (5)

1. １波長未満の間隔で配置された６個以上のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナを有するアンテナ装置であり、
   前記アンテナ素子のうち１波長以上の間隔で配置された３個以上の前記アンテナ素子から成る第１のアンテナ素子グループに対して第１の送信信号を給電する第１の給電部と、
   前記第１のアンテナ素子グループとは別の前記アンテナ素子のうち１波長以上の間隔で配置された３個以上の前記アンテナ素子から成る第２のアンテナ素子グループに対して第２の送信信号を給電する第２の給電部と、
   前記第１のアンテナ素子グループの各アンテナ素子に給電される送信信号間に第１の位相差を付ける第１の位相調整部と、
   前記第２のアンテナ素子グループの各アンテナ素子に給電される送信信号間に第２の位相差を付ける第２の位相調整部と、
   前記第１のアンテナ素子グループによる受信信号と、前記第２のアンテナ素子グループによる受信信号とを、垂直偏波と水平偏波の別に合成する合成器と、
   電波伝搬路におけるパスの形成可能な最大数であるパス形成可能最大数に基づいて、前記第１の位相差と前記第２の位相差、及び前記受信信号の合成の実行を制御する制御部と
   を備え、
   前記第１の位相差と前記第２の位相差が同じ場合に前記受信信号の合成が行われることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１のアンテナ素子グループの偏波方向と前記第２のアンテナ素子グループの偏波方向とが異なることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１のアンテナ素子グループの偏波方向として２つ、前記第２のアンテナ素子グループの偏波方向として２つを有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
4. １波長未満の間隔で配置された６個以上のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナを有するアンテナ装置のアンテナ制御方法であり、
   前記アンテナ素子のうち１波長以上の間隔で配置された３個以上の前記アンテナ素子から成る第１のアンテナ素子グループに対して第１の送信信号を給電する第１の給電ステップと、
   前記第１のアンテナ素子グループとは別の前記アンテナ素子のうち１波長以上の間隔で配置された３個以上の前記アンテナ素子から成る第２のアンテナ素子グループに対して第２の送信信号を給電する第２の給電ステップと、
   前記第１のアンテナ素子グループの各アンテナ素子に給電される送信信号間に第１の位相差を付ける第１の位相調整ステップと、
   前記第２のアンテナ素子グループの各アンテナ素子に給電される送信信号間に第２の位相差を付ける第２の位相調整ステップと、
   前記第１のアンテナ素子グループによる受信信号と、前記第２のアンテナ素子グループによる受信信号とを、垂直偏波と水平偏波の別に合成する合成ステップと、
   電波伝搬路におけるパスの形成可能な最大数であるパス形成可能最大数に基づいて、前記第１の位相差と前記第２の位相差、及び前記受信信号の合成の実行を制御する制御ステップと、を含み、
   前記第１の位相差と前記第２の位相差が同じ場合に前記受信信号の合成が行われることを特徴とするアンテナ制御方法。
5. １波長未満の間隔で配置された６個以上のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナを有するアンテナ装置のコンピュータに、
   前記アンテナ素子のうち１波長以上の間隔で配置された３個以上の前記アンテナ素子から成る第１のアンテナ素子グループに対して第１の送信信号を給電する第１の給電ステップと、
   前記第１のアンテナ素子グループとは別の前記アンテナ素子のうち１波長以上の間隔で配置された３個以上の前記アンテナ素子から成る第２のアンテナ素子グループに対して第２の送信信号を給電する第２の給電ステップと、
   前記第１のアンテナ素子グループの各アンテナ素子に給電される送信信号間に第１の位相差を付ける第１の位相調整ステップと、
   前記第２のアンテナ素子グループの各アンテナ素子に給電される送信信号間に第２の位相差を付ける第２の位相調整ステップと、
   前記第１のアンテナ素子グループによる受信信号と、前記第２のアンテナ素子グループによる受信信号とを、垂直偏波と水平偏波の別に合成する合成ステップと、
   電波伝搬路におけるパスの形成可能な最大数であるパス形成可能最大数に基づいて、前記第１の位相差と前記第２の位相差、及び前記受信信号の合成の実行を制御する制御ステップと、を実行させるためのコンピュータプログラムであり、
   前記第１の位相差と前記第２の位相差が同じ場合に前記受信信号の合成が行われることを特徴とするコンピュータプログラム。

Images