JP6367747B2 - アンテナ装置及び近距離通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線装置間で近接通信を行う技術に関する。

近年、携帯端末等の無線装置間で大容量のデータを転送する近接通信が注目されている。この近接通信の伝送容量を増加させる手法としてミリ波の利用が考えられる。ミリ波はその広帯域性からギガビット級の伝送が可能である。

特許第３５７８９６６号公報

しかしながら、ミリ波帯の波長短縮効果によりアンテナのサイズが小さくなるため、近接通信時におけるアンテナの位置合わせマージンが少ないという課題があった。

また、通常の無線システムでは、図６（ａ）に示すように２つの無線装置１００，２００の距離が十分離れており、その無線装置間で生じた多重反射波の自由空間伝搬損失は大きくなる。それゆえ、この多重反射波の強度は直接波の強度に比べて十分に小さく、その多重反射が問題になることはない。しかし、図６（ｂ）に示すように、２つの無線装置１００，２００を近距離に配置した近接通信の場合、多重反射波の強度が直接波の強度と比較して無視できない強度となる。この結果、近接させた無線装置間で多重反射が生じるため、遅延波が干渉波となりＳＩＲ（Signal to Interference Radio：信号対干渉レベル比）が低下すると共に直接波と反射波が打ち消し合うことで受信信号レベルが大きく低下するという課題があった。なお、６０ＧＨｚ帯の無線システムでは、一般的にマルチキャリアを使用するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重方式）が用いられるため、ガードインターバルを設けることで多重反射波による遅延波の影響を抑制できる（特許文献１）。しかし、１２０ＧＨｚ帯やさらに高周波の領域では、シングルキャリア伝送で検討を進められており、マルチキャリア伝送と比較してベースバンド帯域が広帯域となるため、多重反射による遅延波の伝送特性への影響を無視できない。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、近接通信における無線装置のアンテナ位置合わせ精度を緩和し、無線装置間の多重反射波に起因するＳＩＲの低下や受信信号レベルの低下を抑制することを目的とする。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載のアンテナ装置は、第１の無線装置と第２の無線装置を近接させたアンテナ装置において、前記第１の無線装置は、近接側の表面に配置された第１の平面アレーアンテナと、前記第１の平面アレーアンテナを被覆した第１の電波吸収体と、を有し、前記第２の無線装置は、近接側の表面で前記第１の平面アレーアンテナに対向配置された低指向性アンテナ又は第２の平面アレーアンテナ、を有することを要旨とする。

本発明によれば、第１の無線装置が、第２の無線通信との近接側の表面に配置された第１の平面アレーアンテナを有するため、第２の無線通信との間で行う近接通信の伝送エリアが拡大し、近接通信時における無線装置のアンテナ位置合わせ精度を緩和できる。また、第１の無線装置が、第１の平面アレーアンテナを被覆した第１の電波吸収体を有するため、無線装置間の多重反射波に起因するＳＩＲの低下や受信信号レベルの低下を抑制でき、安定した近接通信を実現できる。

請求項２に記載のアンテナ装置は、請求項１に記載のアンテナ装置において、前記第２の無線装置には、前記低指向性アンテナが配置され、前記第２の無線装置は、前記低指向性アンテナが配置された表面を除く近接側の表面を被覆した高損失性の電波吸収体、を更に有することを要旨とする。

請求項３に記載のアンテナ装置は、請求項１に記載のアンテナ装置において、前記第２の無線装置には、前記第２の平面アレーアンテナが配置され、前記第２の無線装置は、前記第２の平面アレーアンテナを被覆した第２の電波吸収体、を更に有することを要旨とする。

請求項４に記載のアンテナ装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記第１の電波吸収体の電波減衰量は、前記第１の無線装置から前記第２の無線装置に入力される直接波と前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との間に生じる多重反射波との強度比が、データ伝送に必要な信号強度と前記多重反射波による雑音強度との比よりも大きくなる条件を満たすことを要旨とする。

請求項５に記載のアンテナ装置は、請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、前記第１の電波吸収体の電波減衰量は、前記第１の電波吸収体の電波減衰量をＬ、前記第１の電波吸収体がない場合に前記第１の無線装置から前記第２の無線装置に入力される直接波の受信電力をＳ、前記第１の電波吸収体がない場合に前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との間の多重反射により前記第２の無線装置に入力される多重反射波の受信電力をＮ、データ伝送に必要な信号強度に対する前記多重反射波による雑音強度の比をＲとした場合、｛（Ｓ−Ｌ）−（Ｎ−３Ｌ）｝＞Ｒであることを要旨とする。

請求項６に記載のアンテナ装置は、請求項３に記載のアンテナ装置において、前記第１の電波吸収体と前記第２の電波吸収体の総電波減衰量は、前記第１の電波吸収体の電波減衰量をＬ１、前記第２の電波吸収体の電波減衰量をＬ２、前記第１の電波吸収体と前記第２の電波吸収体がない場合に前記第１の無線装置から前記第２の無線装置に入力される直接波の受信電力をＳ、前記第１の電波吸収体と前記第２の電波吸収体がない場合に前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との間の多重反射により前記第２の無線装置に入力される多重反射波の受信電力をＮ、データ伝送に必要な信号強度に対する前記多重反射波による雑音強度の比をＲとした場合、｛（Ｓ−Ｌ１−Ｌ２）−（Ｎ−３Ｌ１−３Ｌ２）｝＞Ｒであることを要旨とする。

請求項７に記載のアンテナ装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記第１の平面アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子には、同相で同強度の無線信号がそれぞれ給電されることを要旨とする。

請求項８に記載の近距離通信方法は、近接させた第１の無線装置と第２の無線装置で行う近距離通信方法において、前記第１の無線装置は、近接側の表面に配置された平面アレーアンテナから、前記平面アレーアンテナを被覆した電波吸収体を介して近接空間へ無線信号を出力し、前記第２の無線装置は、近接側の表面で前記平面アレーアンテナに対向配置された低指向性アンテナ又は平面アレーアンテナで前記無線信号を受信する、ことを要旨とする。

本発明によれば、近接通信における無線装置のアンテナ位置合わせ精度を緩和でき、無線装置間の多重反射波に起因するＳＩＲの低下や受信信号レベルの低下を抑制できる。

実施例１に係る近接通信システムの構成を示す断面図である。 平面アレーアンテナの模式図である。 実施例２に係る近接通信システムの構成を示す断面図である。 実施例３に係る近接通信システムの構成を示す断面図である。 実施例４に係る近接通信システムの構成を示す断面図である。 課題説明時の参照図である。

以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、実施例１に係る近接通信システム１の構成を示す断面図である。この近接通信システム１は、所定の距離で近接させた第１の無線装置１００と第２の無線装置２００を備えて構成される。以下、それらの無線装置の構成について説明する。

まず、第１の無線装置１００について説明する。第１の無線装置１００は、近接側の表面に配置された平面アレーアンテナ１１と、平面アレーアンテナ１１の表面全体を被覆した低損失性の低損失電波吸収体１２と、を備えて構成される。

図２は、平面アレーアンテナ１１の模式図である。平面アレーアンテナ１１は、第１の無線装置１００の表面に設けられており、その平面アレーアンテナ１１の面積エリアが近接通信エリアとなる。これにより、従来よりも近接通信の伝送エリアが拡大し、アンテナ位置合わせ精度を緩和できる。

本実施例では、８×８素子をアレー状に配置したマイクロストリップアンテナを使用している。その他、スロットアンテナ等、他のアンテナをアレー状に配置して平面アレーアンテナ１１を形成してもよい。この８×８素子のアレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子には、第１の無線装置１００から同相で同強度の無線信号がそれぞれ給電される。その結果、平面アレーアンテナ１１の表面の近傍で電界強度が均一かつ同位相の平面波が放射される。これにより、平面アレーアンテナ１１の表面の全エリアで同等品質の近接通信が可能となる。

次に、第２の無線装置２００について説明する。第２の無線装置２００は、近接側の表面で平面アレーアンテナ１１に対向配置された低指向性アンテナ２１を備えて構成される。一般的にミリ波では高指向性のアンテナが用いられるが、本実施例では低指向性アンテナ２１を用いている。この低指向性アンテナ２１としては、例えば１素子のマイクロストリップアンテナを使用することが考えられる。

以上が本実施例での近接通信システム１の構成である。この近接通信システム１では、第１の無線装置１００が、平面アレーアンテナ１１から無線信号を低損失電波吸収体１２を介して近接空間へ出力し、第２の無線装置２００は、その無線信号を平面アレーアンテナ１１に対向する低指向性アンテナ２１で受信することになる。このような近接通信としては、例えばミリ波帯を用いたシングルキャリアで行う近接通信が考えられる。

次に、低損失電波吸収体１２の作用効果について説明する。課題で説明したように、近接通信では２つの無線装置間の距離が非常に小さくなるため、直接波と比較して無線装置表面の多重反射波の強度が無視できない強度となる。そこで、本実施例では、平面アレーアンテナ１１の表面を低損失電波吸収体１２で覆うことにより多重反射波の強度を減衰させている。但し、この場合、平面アレーアンテナ１１からの直接波も低損失電波吸収体１２により強度が減衰する。しかし、低損失電波吸収体１２を通過することによる電波の減衰量をＬとすると、直接波の減衰量はＬ（ｄＢ）であるのに対し、多重反射波は少なくとも３回電波吸収体を通過するため多重反射波の減衰量は３Ｌ（ｄＢ）となる（図６参照）。従って、本構成により、直接波と多重反射波の強度比を、低損失電波吸収体１２がない場合と比較して２Ｌ（ｄＢ）以上大きくすることができる。これにより、２つの無線装置間の多重反射波に起因するＳＩＲの低下や受信信号レベルの低下を抑制でき、安定した近接通信を実現できる。

次に、低損失電波吸収体１２の電波減衰量（電波減衰定数）について説明する。例えば、平面アレーアンテナ１１から低指向性アンテナ２１に入力される直接波と、平面アレーアンテナ１１と第２の無線装置２００の表面との間に生じる多重反射波との強度比（＝直接波の強度／多重反射波の強度）が、無線装置においてデータ伝送を行うために必要な信号強度と多重反射波による雑音強度との比（＝信号強度／雑音強度）よりも大きくなるように設定すること、又はそれを満たす低損失電波吸収体１２を選定することが考えられる。

また、低損失電波吸収体１２の電波減衰量Ｌについて言えば、低損失電波吸収体１２がない場合に平面アレーアンテナ１１から低指向性アンテナ２１に入力される直接波の受信電力をＳ、低損失電波吸収体１２がない場合に平面アレーアンテナ１１と第２の無線装置２００の表面との間の多重反射により低指向性アンテナ２１に入力される多重反射波の受信電力をＮ、無線装置においてデータ伝送を行うために必要な信号強度に対する多重反射波による雑音強度の比（＝信号強度／雑音強度）をＲとすると、低損失電波吸収体１２を使用した場合の直接波の強度は（Ｓ−Ｌ）、多重反射波の強度は（Ｎ−３Ｌ）となるため、｛（Ｓ−Ｌ）−（Ｎ−３Ｌ）｝＞Ｒの場合にデータ伝送が可能になる。従って、｛（Ｓ−Ｌ）−（Ｎ−３Ｌ）｝＞Ｒを満たすＬを設定すること、又はそれを満たす低損失電波吸収体１２を選定することで、データ伝送が可能になる。

図３は、実施例２に係る近接通信システム１の構成を示す断面図である。本実施例では、第２の無線装置２００における近接側の表面全体を、低指向性アンテナ２１が設けられた表面を除いて、高損失性の高損失電波吸収体２２で被覆している。それ以外の構成は実施例１と同じである。

本構成では、第２の無線装置２００における低指向性アンテナ２１以外の表面での多重反射が高損失電波吸収体２２により抑制されるので、多重反射波の受信電力Ｎがより小さくなる。この結果、直接波と多重反射波の比を実施例１よりも大きくすることが可能になり、より安定した近接通信を実現できる。なお、この場合の電波減衰量Ｌは実施例１と同じ条件となる。

図４は、実施例３に係る近接通信システム１の構成を示す断面図である。本実施例では、実施例１で用いた低指向性アンテナ２１に代えて、平面アレーアンテナ２３を第２の無線装置２００における近接側の表面で第１の無線装置１００の平面アレーアンテナ１１に対向配置している。この平面アレーアンテナ２３についても８×８素子をアレー状に配置したマイクロストリップアンテナを使用する。平面アレーアンテナ２３以外の構成は実施例１と同じである。

本構成では、対向する２つの平面アレーアンテナ１１，２３の少なくとも一部が重なり、必要な雑音強度の比Ｒ以上の受信電力が得られればデータ伝送が可能になるので、実施例１，２よりも近接通信の伝送エリアを拡大できる。

本構成における低損失電波吸収体１２の電波減衰量Ｌについて一応説明しておく。基本的には実施例１，２と同様である。低損失電波吸収体１２がない場合に平面アレーアンテナ１１から平面アレーアンテナ２３に入力される直接波の受信電力をＳ、低損失電波吸収体１２がない場合に平面アレーアンテナ１１と平面アレーアンテナ２３の表面との間の多重反射により平面アレーアンテナ２３に入力される多重反射波の受信電力をＮ、無線装置においてデータ伝送を行うために必要な信号強度に対する多重反射波による雑音強度の比（＝信号強度／雑音強度）をＲとすると、直接波の強度は（Ｓ−Ｌ）、多重反射波の強度は（Ｎ−３Ｌ）となるため、｛（Ｓ−Ｌ）−（Ｎ−３Ｌ）｝＞Ｒの場合にデータ伝送が可能になる従って、｛（Ｓ−Ｌ）−（Ｎ−３Ｌ）｝＞Ｒを満たすＬを設定すること、又はそれを満たす低損失電波吸収体１２を選定することで、データ伝送が可能になる。

図５は、実施例４に係る近接通信システム１の構成を示す断面図である。本実施例では、実施例３で用いた平面アレーアンテナ２３の表面全体を低損失性の低損失電波吸収体２４で被覆している。この低損失電波吸収体２４の作用効果は低損失電波吸収体１２の作用効果と同じである。低損失電波吸収体２４以外の構成は実施例３と同じである。つまり、第１の無線装置１００及び第２の無線装置２００の両方が平面アレーアンテナ１１，２３を近接側の各表面にそれぞれ配置し、それらの表面を低損失電波吸収体１２，２４でそれぞれ被覆している。

本構成では、第２の無線装置２００の平面アレーアンテナ２３も低損失電波吸収体２４で被覆しているので、２つの無線装置間の多重反射波に起因するＳＩＲの低下や受信信号レベルの低下を更に抑制でき、実施例３よりも安定した近接通信を実現できる。

本構成における低損失電波吸収体１２の電波減衰量Ｌ１と低損失電波吸収体２４の電波減衰量Ｌ２について説明する。低損失電波吸収体１２，２４がない場合に平面アレーアンテナ１１から平面アレーアンテナ２３に入力される直接波の受信電力をＳ、低損失電波吸収体１２，２４がない場合に平面アレーアンテナ１１と平面アレーアンテナ２３の表面との間の多重反射により平面アレーアンテナ２３に入力される多重反射波の受信電力をＮ、無線装置においてデータ伝送を行うために必要な信号強度に対する多重反射波による雑音強度の比（＝信号強度／雑音強度）をＲとすると、直接波の強度は（Ｓ−Ｌ１−Ｌ２）、多重反射波の強度は（Ｎ−３Ｌ１−３Ｌ２）となるため、｛（Ｓ−Ｌ１−Ｌ２）−（Ｎ−３Ｌ１−３Ｌ２）｝＞Ｒの場合にデータ伝送が可能になる。従って、｛（Ｓ−Ｌ１−Ｌ２）−（Ｎ−３Ｌ１−３Ｌ２）｝＞Ｒを満たすようにＬ１，Ｌ２を設定すること、又はそれを満たす低損失電波吸収体１２，２４を選定することで、データ伝送が可能となる。

以上、本発明の実施例について説明した。各実施例によれば、第１の無線装置１００において、第２の無線装置２００との近接側の表面に平面アレーアンテナ１１を配置しているので、第２の無線装置２００との間で行う近接通信の伝送エリアが拡大し、近接通信時における無線装置のアンテナ位置合わせ精度を緩和できる。また、第１の無線装置１００において、その平面アレーアンテナ１１を低損失電波吸収体１２で被覆しているので、無線装置間の多重反射波に起因するＳＩＲの低下や受信信号レベルの低下を抑制でき、安定した近接通信を実現できる。

１…近接通信システム（アンテナ装置）
１００…第１の無線装置
１１…平面アレーアンテナ（第１の平面アレーアンテナ）
１２…低損失電波吸収体（第１の電波吸収体）
２００…第２の無線装置
２１…低指向性アンテナ
２２…高損失電波吸収体
２３…平面アレーアンテナ（第２の平面アレーアンテナ）
２４…低損失電波吸収体（第２の電波吸収体）

Claims (8)

1. 第１の無線装置と第２の無線装置を近接させたアンテナ装置において、
   前記第１の無線装置は、
   近接側の表面に配置された第１の平面アレーアンテナと、
   前記第１の平面アレーアンテナを被覆した第１の電波吸収体と、を有し、
   前記第２の無線装置は、
   近接側の表面で前記第１の平面アレーアンテナに対向配置された低指向性アンテナ又は第２の平面アレーアンテナ、
   を有することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第２の無線装置には、前記低指向性アンテナが配置され、
   前記第２の無線装置は、
   前記低指向性アンテナが配置された表面を除く近接側の表面を被覆した高損失性の電波吸収体、
   を更に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。
3. 前記第２の無線装置には、前記第２の平面アレーアンテナが配置され、
   前記第２の無線装置は、
   前記第２の平面アレーアンテナを被覆した第２の電波吸収体、
   を更に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. 前記第１の電波吸収体の電波減衰量は、
   前記第１の無線装置から前記第２の無線装置に入力される直接波と前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との間に生じる多重反射波との強度比が、データ伝送に必要な信号強度と前記多重反射波による雑音強度との比よりも大きくなる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記第１の電波吸収体の電波減衰量は、
   前記第１の電波吸収体の電波減衰量をＬ、前記第１の電波吸収体がない場合に前記第１の無線装置から前記第２の無線装置に入力される直接波の受信電力をＳ、前記第１の電波吸収体がない場合に前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との間の多重反射により前記第２の無線装置に入力される多重反射波の受信電力をＮ、データ伝送に必要な信号強度に対する前記多重反射波による雑音強度の比をＲとした場合、｛（Ｓ−Ｌ）−（Ｎ−３Ｌ）｝＞Ｒであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
6. 前記第１の電波吸収体と前記第２の電波吸収体の総電波減衰量は、
   前記第１の電波吸収体の電波減衰量をＬ１、前記第２の電波吸収体の電波減衰量をＬ２、前記第１の電波吸収体と前記第２の電波吸収体がない場合に前記第１の無線装置から前記第２の無線装置に入力される直接波の受信電力をＳ、前記第１の電波吸収体と前記第２の電波吸収体がない場合に前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との間の多重反射により前記第２の無線装置に入力される多重反射波の受信電力をＮ、データ伝送に必要な信号強度に対する前記多重反射波による雑音強度の比をＲとした場合、｛（Ｓ−Ｌ１−Ｌ２）−（Ｎ−３Ｌ１−３Ｌ２）｝＞Ｒであることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
7. 前記第１の平面アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子には、
   同相で同強度の無線信号がそれぞれ給電されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のアンテナ装置。
8. 近接させた第１の無線装置と第２の無線装置で行う近距離通信方法において、
   前記第１の無線装置は、
   近接側の表面に配置された平面アレーアンテナから、前記平面アレーアンテナを被覆した電波吸収体を介して近接空間へ無線信号を出力し、
   前記第２の無線装置は、
   近接側の表面で前記平面アレーアンテナに対向配置された低指向性アンテナ又は平面アレーアンテナで前記無線信号を受信する、
   ことを特徴とする近距離通信方法。

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