JP7285420B2 - アンテナ装置、及び通信方法 - Google Patents

Description

本開示は、アンテナ装置、及び通信方法に関する。

非特許文献１、２には、全二重（ＦＤ：Full Duplex）通信又はＭＩＭＯ（Multiple Input and Multiple Output）通信のために、複数のアンテナを用いる技術が開示されている。非特許文献１、２では、複数位相でアンテナの回り込み信号をキャンセルしている。

Mohammad A. Khojastepour, et. al., "The Case for Antenna Cancellation for Scalable Full-Duplex Wireless Communications" Hotnets ’11, November 14-15, 2011, Cambridge, MA, USA. Ehsan Aryafar, et. al., "MIDU: Enabling MIMO Full Duplex" MobiCom’12, August 22-26, 2012, Istanbul, Turkey.

全二重無線通信装置又は無線中継装置では、送信用のアンテナが信号を送信している間に、受信用のアンテナが信号を受信する。送信と受信の周波数が同一、又は近接している場合、送信から受信への回り込みが発生する。つまり、送信用のアンテナから空間に放射された電波が、受信側で干渉となり、受信特性が劣化してしまうという課題がある。また、無線通信機の設置の自由度を確保するため、オムニ指向性が要求されることがある。

本開示の目的は、オムニ指向性を有し、かつ受信特性の優れたアンテナ装置、及び通信方法を提供することにある。

本開示にかかるアンテナ装置は、第１の方向を向いて配置され、垂直偏波の信号を送受信する第１の指向性アンテナと、前記第１の方向の反対方向である第２の方向を向いて配置され、垂直偏波の信号を送受信する第２の指向性アンテナと、前記第２の方向を水平方向に９０°又は１８０°回転した第３の方向を向いて配置され、水平偏波の信号を送受信する第３の指向性アンテナと、前記第３の方向の反対方向である第４の方向を向いて配置され、水平偏波の信号を送受信する第４の指向性アンテナと、前記第１の指向性アンテナに設けられた第１の給電点と、前記第２の指向性アンテナに設けられ、前記第１の給電点と同相となるように配置された第２の給電点と、前記第３の指向性アンテナに設けられた第３の給電点と、前記第４の指向性アンテナに設けられ、前記第３の給電点と逆相となるように配置された第４の給電点と、を備えたものである。

本開示にかかる通信方法は、第１の給電点を有する第１の指向性アンテナと、第２の給電点を有する第２の指向性アンテナとを用いて、送信及び受信の一方を行うステップと、第３の給電点を有する第３の指向性アンテナと、第４の給電点を有する第４の指向性アンテナとを用いて、送信及び受信の他方を行うステップと、を備え、前記第１の指向性アンテナ、及び第２の指向性アンテナが、垂直偏波の信号を送受信し、前記第３の指向性アンテナ、及び第４の指向性アンテナが、水平偏波の信号を送受信し、前記第１の指向性アンテナが、第１の方向を向いて配置され、前記第２の指向性アンテナが、第１の方向と反対方向の第２の方向を向いて配置され、第３の指向性アンテナが、前記第２の方向を水平方向に９０°又は１８０°回転した第３の方向を向いて配置され、第４の指向性アンテナが、前記第３の方向の反対方向である第４の方向を向いて配置され、前記第１の給電点と前記第２の給電点が同相となるように配置され、前記第３の給電点と前記第４の給電点が逆相となるように配置されているものである。

本開示によれば、アンテナ装置、及び通信方法を提供することができる。

アンテナ装置の構成を模式的に示す図である。 第１アンテナであるパッチアンテナの構成を模式的に示すＹＺ断面図である。 １つのアンテナでのアイソレーション特性を示す図である ２つのアンテナの受信信号を逆相で合成した場合のアイソレーション特性を示す図である。 アンテナペアのＡＺパターンを示す図である。 本実施の形態にかかるアンテナ装置に用いられる通信回路を示す図である。 実施の形態２にかかるアンテナ装置におけるアンテナ配置を模式的に示す図である。 実施の形態２において、第３アンテナ３及び第４アンテナ４の配置を模式的に示す斜視図である。 その他の実施の形態にかかるアンテナ装置の構成を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明を省略する。

本実施の形態に係るアンテナ装置は、例えば、フェムトセル通信用の無線中継装置に用いられるものである。無線中継装置は、端末との通信機能と、基地局との通信機能との両方を有している。よって、無線中継装置は、端末に向けて無線信号を送信するとともに、基地局からの無線信号を受信すること、あるいはその逆がある。この場合、送信信号が受信側に回り込んで、受信特性が劣化する。

ところで、アンテナ装置は、オムニ指向性を有していることが好ましい。つまり、アンテナ装置は、０°～３６０°の方位角をカバーすることが好ましい。例えば、オムニ指向性を有していないアンテナ装置の場合、設置角度や方向が制限されてしまう。これに対して、アンテナ装置がオムニ指向性を有している場合、どのような角度に設置した場合でも無線通信が可能となる。特に、家庭等に無線中継局として、アンテナ装置を設置する場合、オムニ指向性を有することが要求される。本実施の形態では、オムニ指向性を有し、かつ、回り込みによる受信特性の劣化を抑制することができるアンテナ装置を提供することができる。

実施の形態１．
本実施の形態１にかかるアンテナ装置の構成について、図１を用いて説明する。図１は、アンテナ装置１００の構成を模式的に示す斜視図である。アンテナ装置１００が基地局との通信機能及び端末との通信機能を有する無線中継局に用いられるものとして説明を行う。図１では説明の明確化のためにＸＹＺ３次元直交座標系を示している。例えば、Ｙ方向は鉛直方向であり、ＸＺ平面は水平面となっている。ＸＺ平面内での方向が方位角となる。

アンテナ装置１００は第１アンテナ１～第８アンテナ８を備えている。第１アンテナ１～第８アンテナ８は指向性を有するパッチアンテナである。第１アンテナ１～第８アンテナ８は、誘電体基板１１１に形成された表面導体１１２及び裏面導体１１３を有している。なお、パッチアンテナの構成については後述する。

パッチアンテナは放射素子の向き、つまり、表面導体１１２の向きに応じた指向性を有している。第１アンテナ１～第８アンテナ８は、平面状に形成された平面アンテナである。第１アンテナ１～第８アンテナ８はＸＹ平面と平行に配置されている。

第１アンテナ１、第２アンテナ２、第５アンテナ５、及び第６アンテナ６が、基地局との通信機能用のアンテナである。第１アンテナ１、第２アンテナ２、第５アンテナ５、及び第６アンテナ６を用いることで、基地局との無線通信が可能となる。第３アンテナ３、第４アンテナ４、第７アンテナ７、及び第８アンテナ８が端末との通信機能用のアンテナである。第３アンテナ３、第４アンテナ４、第７アンテナ７、及び第８アンテナ８を用いることで、ユーザ端末との無線通信が可能となる。

第１アンテナ１、第２アンテナ２、第５アンテナ５、及び第６アンテナ６が、Ｖ偏波（垂直偏波）の無線信号を送受信する。第３アンテナ３、第４アンテナ４、第７アンテナ７、及び第８アンテナ８が、Ｈ偏波（水平偏波）の無線信号を送受信する。

第１アンテナ１、第３アンテナ３、第５アンテナ５、及び第７アンテナ７は、同一のＸＹ平面上に配置されている。つまり、第１アンテナ１、第３アンテナ３、第５アンテナ５、及び第７アンテナ７のＺ位置は同じである。第１アンテナ１、第３アンテナ３、第５アンテナ５、及び第７アンテナ７は－Ｚ方向を向いて配置されている。第１アンテナ１、第３アンテナ３、第５アンテナ５、及び第７アンテナ７は－Ｚ軸方向を中心とする方位に指向性を有している。

同様に、第２アンテナ２、第４アンテナ４、第６アンテナ６、及び第８アンテナ８は同一のＸＹ平面上に配置されている。つまり、第２アンテナ２、第４アンテナ４、第６アンテナ６、及び第８アンテナ８のＺ位置は同じである。第２アンテナ２、第４アンテナ４、第６アンテナ６、及び第８アンテナ８は＋Ｚ方向を向いて配置されている。第２アンテナ２、第４アンテナ４、第６アンテナ６、及び第８アンテナ８は＋Ｚ軸方向を中心とする方位に指向性を有している。

例えば、第１アンテナ１、第３アンテナ３、第５アンテナ５、及び第７アンテナ７は０°～１８０°の方位角の範囲に感度を有し、第２アンテナ２、第４アンテナ４、第６アンテナ６、及び第８アンテナ８が１８０°～３６０°の範囲に感度を有しているとする。

第１アンテナ１と第２アンテナ２とは、反対方向を向いて配置されている。第１アンテナ１と第２アンテナ２とは、第１アンテナ１の受信信号と第２アンテナ２の受信信号とが合成される。また、送信信号は分岐されて、第１アンテナ１及び第２アンテナ２から空間に放射される。互いに反対向きに配置された第１アンテナ１と第２アンテナ２とがペアとなってオムニ指向性を実現することができる。第１アンテナ１と第２アンテナ２のペアを第１のペアとする。第１アンテナ１と第２アンテナ２とはＸＹ平面において重複するように配置されている。第１アンテナ１と第２アンテナ２とはＸＹ平面における位置が一致している。

同様に、第３アンテナ３と第４アンテナ４とがペアとなっている。第３アンテナ３と第４アンテナ４のペアを第２のペアとする。第３アンテナ３の受信信号と第４アンテナ４の受信信号とが合成される。また、送信信号は分岐されて、第３アンテナ３及び第４アンテナ４から空間に放射される。第３アンテナ３と第４アンテナ４とは、反対方向を向いて配置されている。また、第３アンテナ３の給電点１３と第４アンテナ４の給電点１４は、互いに鏡像関係となる位置に配置されている。互いに反対向きに配置された第３アンテナ３と第４アンテナ４とがペアとなってオムニ指向性を実現することができる。第３アンテナ３と第４アンテナ４とはＸＹ平面において重複するように配置されている。第３アンテナ３と第４アンテナ４とはＸＹ平面における位置が一致している。第３アンテナ３は、第２アンテナ２の方向を水平方向（Ｙ軸周り）に１８０°回転した方向を向いて配置されている。

同様に、第５アンテナ５と第６アンテナ６とがペアとなっている。第５アンテナ５と第６アンテナ６のペアを第３のペアとする。第５アンテナ５と第６アンテナ６とは、対向して配置されている。第５アンテナ５と第６アンテナ６とは、Ｚ方向に間隔を空けて配置されている。第５アンテナ５の受信信号と第６アンテナ６の受信信号とが合成される。また、送信信号は分岐されて、第５アンテナ５及び第６アンテナ６から空間に放射される。第５アンテナ５と第６アンテナ６とは、反対方向を向いて配置されている。互いに反対向きに配置された第５アンテナ５と第６アンテナ６とがペアとなってオムニ指向性を実現することができる。第５アンテナ５と第６アンテナ６とはＸＹ平面において重複するように配置されている。第５アンテナ５と第６アンテナ６とはＸＹ平面における位置が一致している。

同様に、第７アンテナ７と第８アンテナ８とがペアとなっている。第７アンテナ７と第８アンテナ８のペアを第４のペアとする。第７アンテナ７の受信信号と第８アンテナ８の受信信号とが合成される。また、送信信号は分岐されて、第７アンテナ７及び第８アンテナ８から空間に放射される。第７アンテナ７と第８アンテナ８とは、反対方向を向いて配置されている。また、第７アンテナ７の給電点１７と第８アンテナ８の給電点１８は、互いに鏡像関係となる位置に配置されている。互いに反対向きに配置された第７アンテナ７と第８アンテナ８とがペアとなってオムニ指向性を実現することができる。第７アンテナ７と第８アンテナ８とはＸＹ平面において重複するように配置されている。第７アンテナ７と第８アンテナ８とはＸＹ平面における位置が一致している。第７アンテナ７は、第６アンテナ６の方向を水平方向（Ｙ軸周り）に１８０°回転した方向を向いて配置されている。

第５アンテナ５は、第１アンテナ１の＋Ｘ側に配置されている。第３アンテナ３は、第１アンテナ１の－Ｙ側に配置されている。第７アンテナ７は、第３アンテナ３の＋Ｘ側かつ、第５アンテナの－Ｙ側に配置されている。よって、第１アンテナ１、第３アンテナ３、第５アンテナ５、及び第７アンテナ７は、同一ＹＸ平面上において、２×２のアレイ状に配置されている。同様に、第２アンテナ２、第４アンテナ４、第６アンテナ６、及び第８アンテナ８は、同一ＸＹ平面上において、２×２のアレイ状に配置されている。

第１アンテナ１には給電点１１が設けられている。給電点１１は、第１アンテナ１に給電する。同様に第２アンテナ２～第８アンテナ８には給電点１２～１８が設けられている。給電点１２～１８は、それぞれ第２アンテナ２～第８アンテナ８に給電する。隣接するアンテナが近距離にある場合、送信信号が受信側に回り込み、干渉となるおそれがある。以下に、干渉を抑制するための構成を説明する。

ペアとなる２つのアンテナの給電点のＸＹ位置は一致している。例えば、ＸＹ平面視において、第１アンテナ１の給電点１１と第２アンテナ２の給電点１２とは一致している。同様に、ＸＹ平面視において、第３アンテナ３の給電点１３と第４アンテナ４の給電点１４の位置は一致している。ＸＹ平面視において、第５アンテナ５の給電点１５と第６アンテナ６の給電点１６の位置は一致している。ＸＹ平面視において、第７アンテナ７の給電点１７と第８アンテナ８の給電点１８の位置は一致している。

ここで、パッチアンテナの構成について説明する。図２は、パッチアンテナである第１アンテナ１の構成を示す断面図である。具体的には、図２は、ＹＺ平面に沿った断面図を示している。なお、第２アンテナ２～第８アンテナ８の基本的な構成は、第１アンテナ１と同様の構成となっているため、詳細な説明を省略する。第１アンテナ１は、誘電体基板１１１と、表面導体１１２と、裏面導体１１３と、給電線１１４と、コネクタ１１５と、を備えている。ここでコネクタ１１５は同軸ケーブルでもよい。この場合、半田付けなどにより、同軸ケーブルを表面導体１１２に接続することができる。

誘電体基板１１１は、例えば、絶縁性樹脂などの誘電体材料により形成された平行平板である。誘電体基板１１１の－Ｚ側の面には、表面導体１１２が形成され、＋Ｚ側の面には裏面導体１１３が形成されている。つまり、誘電体基板１１１の表面（おもてめん）には、表面導体１１２が形成されている。誘電体基板１１１の裏面には、裏面導体１１３が形成されている。なお、表面導体１１２が形成された面側をアンテナ面側とし、裏面導体１１３が形成された面側を接地面側とする。

表面導体１１２、及び裏面導体１１３は、例えば、銅箔などの導電材料により形成されている。表面導体１１２は、直線偏波を放射する放射素子となる。表面導体１１２は、送受信信号の周波数や誘電体基板１１１の誘電率等に応じた大きさの矩形パターンとなっている。裏面導体１１３は、コネクタ１１５を除いた誘電体基板１１１のほぼ全面に形成されている。裏面導体１１３は、接地されている。

コネクタ１１５は、誘電体基板１１１の裏面側に接続されている。コネクタ１１５は、誘電体基板１１１にケーブル（不図示）を接続する。ケーブルは、例えば同軸ケーブルであり、その内導体が給電線１１４となる。給電線１１４は、誘電体基板１１１に設けられて貫通穴１１１ａを介して、表面導体１１２まで到達している。給電線１１４と表面導体１１２とが電気的に接続するため、給電を行うことができる。表面導体１１２への給電線１１４の接続位置が給電点１１となる。

第２アンテナ２～第８アンテナ８の基本的な構成は、第１アンテナ１と同様である。第３アンテナ３、第５アンテナ５、第７アンテナ７は、第１アンテナ１と同じ向きで配置される。つまり、第１アンテナ１、第３アンテナ３、第５アンテナ５、第７アンテナ７は、－Ｚ方向を向いて配置される。第２アンテナ２、第４アンテナ４、第６アンテナ６、及び第８アンテナ８は、第１アンテナ１と反対向きに配置される。つまり、第２アンテナ２、第４アンテナ４、第６アンテナ６、及び第８アンテナ８は、＋Ｚ方向を向いて配置される。ペアとなる２つのアンテナ、例えば、第１のペアの第１アンテナ１と第２アンテナ２は、裏面導体１１３同士が向かい合うように対向配置されている。

図１の説明に戻る。第１アンテナ１、第３アンテナ３、第５アンテナ５、及び第７アンテナ７は、－Ｚ側の面がアンテナ面となっている。第２アンテナ２、第４アンテナ４、第６アンテナ６、及び第８アンテナ８は、＋Ｚ側の面がアンテナ面となっている。つまり、第１アンテナ１、第３アンテナ３、第５アンテナ５、及び第７アンテナ７のアンテナ面と、第２アンテナ２、第４アンテナ４、第６アンテナ６、及び第８アンテナ８のアンテナ面が逆向きに配置されている。第１アンテナ１、第３アンテナ３、第５アンテナ５、及び第７アンテナ７が０°～１８０の方位角の範囲に電波を放射することができる。一方、第２アンテナ２、第４アンテナ４、第６アンテナ６、及び第８アンテナ８は、１８０°～３６０°の方位角の範囲に電波を放射することができる。第１アンテナ１と第２アンテナ２、第３アンテナ３と第４アンテナ、第５アンテナ５と第６アンテナ６、第７アンテナ７と第８アンテナ８を適切な位相関係で合成することによりオムニ指向性を実現することができる。

なお、第１アンテナ１と第５アンテナ５とは、誘電体基板１１１として共通の基板を用いることができる。つまり、１つの誘電体基板１１１の表面に２つの矩形パターンを形成する。そして、一方の矩形パターンを第１アンテナ１の表面導体１１２として用い、他方の矩形パターンを第５アンテナ５の表面導体１１２として用いることができる。同様に、第２アンテナ２、及び第６アンテナ６とで、誘電体基板１１１として共通の基板を用いることができる。第３アンテナ３、及び第７アンテナ７とで、誘電体基板１１１として共通の基板を用いることができる。第４アンテナ４、及び第８アンテナ８とで、誘電体基板１１１として共通の基板を用いることができる。

さらには、同じ方向を向いた４つのアンテナにおいて、誘電体基板１１１を共通の基板とすることも可能である。例えば、第１アンテナ１、第３アンテナ３、第５アンテナ５、第７アンテナ７で、誘電体基板１１１を共通化してもよい。また、第２アンテナ２、第４アンテナ４、第６アンテナ６、及び第８アンテナ８で誘電体基板１１１を共通化してもよい。

第１アンテナ１、第２アンテナ２、第５アンテナ５、第６アンテナ６がＶ偏波の送受信に用いられる。Ｖ偏波の場合、アンテナ面から見たＸＹ平面視において、給電点が表面導体１１２の中心から－Ｙ方向にずれている。第３アンテナ３、第４アンテナ４、第７アンテナ７、第８アンテナ８がＨ偏波の送受信に用いられている。Ｈ偏波の場合、アンテナ面から見たＸＹ平面視において、給電点が表面導体の中心から－Ｘ方向にずれている。

第１アンテナ１と第２アンテナ２との間で、表面導体１１２のＸＹ位置が一致している。つまり、ＸＹ平面視において、第１アンテナ１の表面導体１１２と第２アンテナ２の表面導体１１２とが同じ大きさ、かつ同じ形状で、同じ位置に配置される。第１アンテナ１の表面導体１１２と第２アンテナ２の表面導体１１２とは重複するように配置される。さらに、第１アンテナ１の給電点１１と第２アンテナ２の給電点１２とは、同じＸＹ位置にある。

第１アンテナ１と第２アンテナ２とは、Ｖ偏波を送受信するため、上記の通り、給電点１１、給電点１２が表面導体１１２の中心からＹ方向にずれている。例えば、図１に示すように、－Ｚ側から見たＸＹ平面視において、給電点１１、及び給電点１２は、表面導体１１２の中心から－Ｙ方向にずれている。よって、アンテナ面から見たＸＹ平面視においても、給電点１１、及び給電点１２は、表面導体１１２の中心から－Ｙ方向にずれている。

第３アンテナ３と第４アンテナ４との間で、表面導体１１２のＸＹ位置が一致している。つまり、ＸＹ平面視において、第３アンテナ３の表面導体１１２と第４アンテナ４の表面導体１１２とが同じ大きさ、かつ同じ形状で、同じ位置に配置される。さらに、第３アンテナ３の給電点１３と第４アンテナ４の給電点１４とは、同じＸＹ位置にある。

第３アンテナ３と第４アンテナ４とは、Ｈ偏波を送受信するため、給電点１３、給電点１４が表面導体１１２の中心からＸ方向にずれている。図１に示すように、－Ｚ側から見たＸＹ平面視において、給電点１３、及び給電点１４は、表面導体１１２の中心から－Ｘ方向にずれている。よって、アンテナ面から見たＸＹ平面視において、給電点１３、及び給電点１４は、表面導体１１２の中心からずれる方向が反対となる。例えば、第３アンテナ３のアンテナ面側（－Ｚ側）から見たＸＹ平面視において、給電点１３は、表面導体１１２の中心から左方向にずれている。第４アンテナ４のアンテナ面側（＋Ｚ側）から見たＸＹ平面視において、給電点１４は、表面導体１１２の中心から右方向にずれている。表面導体１１２の中心からの給電点１３のずれ距離は、給電点１４の表面導体１１２の中心からの給電点１４のずれ距離は、同じである。

よって、Ｖ偏波のアンテナのペアでは、信号が同相となり、Ｈ偏波のアンテナのペアでは、信号が逆相となる。つまり、第１アンテナ１と第２アンテナ２は、送信信号を同じ位相で送信する。第３アンテナ３と第４アンテナ４は、信号を１８０°ずれた位相で送信する。給電点１２は、給電点１１と同相となるように配置され、給電点１４は給電点１３と逆相となるように配置されている。

なお、第５アンテナ５の給電点１５と第６アンテナ６の給電点１６の位置関係は、給電点１１と給電点１２の位置関係と同様である。よって、第５アンテナ５と第６アンテナ６とでは、送信信号が同相となる。第７アンテナ７の給電点１７と第８アンテナ８の給電点１８の位置関係は、給電点１３と給電点１４の位置関係と同様である。よって、第７アンテナ７と第８アンテナ８とでは、送信信号が逆相で送信される。

次に、送信信号の回り込みについて説明する。まず、第１アンテナ１及び第２アンテナ２の第１のペアが送信信号を送信している間に、第３アンテナ３及び第４アンテナ４の第２のペアが受信信号を受信している状態について説明する。

第１アンテナ１及び第２アンテナ２は、オムニ指向性を実現するため、共通の送信信号を送信する。つまり、送信信号が分配器で分岐されて、第１アンテナ１及び第２アンテナ２から空間に放射される。第１アンテナ１及び第２アンテナ２から送信される送信信号は同相となる。

第３アンテナ３と第１アンテナ１との間の位置関係は、第４アンテナ４と第２アンテナ２との間の位置関係と一致している。同様に、第４アンテナ４と第１アンテナ１との間の位置関係は、第３アンテナ３と第２アンテナ２との間の位置関係と一致している。このように、第１アンテナ１～第４アンテナ４の位置関係に対称性があるため、ペアに含まれる２つのアンテナでは、回り込みにより生じる干渉成分の振幅が等しくなる。つまり、第１のペアが送信及び受信の一方を行い、第２のペアが他方を行っている場合に、受信側のペアに含まれる２つのアンテナには、同じ大きさの干渉成分が生じる。

さらに、上記したように、第１アンテナ１及び第２アンテナ２から送信される送信信号は同相となる。アンテナ装置１００は、第３アンテナ３で受信した受信信号と、第４アンテナ４で受信した受信信号を逆相で合成する。これにより、送信信号の回り込みをキャンセルすることができる。つまり、送信信号の回り込みによって、第３アンテナ３の受信信号と第４アンテナ４の受信信号とに干渉成分が発生するが、逆相での合成によって、２つの干渉成分が打ち消し合う。例えば、第３アンテナ３の受信信号には、第１アンテナ１の送信信号に起因する干渉成分が含まれ、第４アンテナ４の受信信号には、第２アンテナ２の送信信号に起因する干渉成分が含まれ、これらは同相となっている、第３アンテナ３の受信信号と第４アンテナ４の受信信号を逆相で合成することで、干渉成分が打ち消し合う。同様に、第３アンテナ３の受信信号には、第２アンテナ２の送信信号に起因する干渉成分が含まれ、第４アンテナ４の受信信号には、第１アンテナ１の送信信号に起因する干渉成分が含まれ、これらは同相となっている。第３アンテナ３の受信信号と第４アンテナ４の受信信号を逆相で合成することで、干渉成分が打ち消し合う。したがって、送信信号の回り込み干渉をキャンセルすることがきる。アンテナ装置１００の受信特性を向上することができる。また、回り込みをキャンセルすることができるため、送信出力を上げることも可能となる。

なお、上記の説明では、第１のペアが送信信号を送信している場合の回り込みについて説明したが、他のペアが送信信号を送信している間の回り込みも同様にキャンセルすることができる。例えば、第３のペアが送信信号を送信している場合であっても、第３アンテナ３と第５アンテナ５との間の位置関係と、第４アンテナ４と第６アンテナ６との間の位置関係は同じである。第３アンテナ３と第６アンテナ６との間の位置関係と、第４アンテナ４と第５アンテナ５との間の位置関係は同じである。４つのアンテナの対称性によって、受信側への送信信号の回り込みをキャンセルすることができる。

次に、第２のペアが送信信号を送信している間に、第１のペアが受信信号を受信している状態について説明する。第３アンテナ３と第１アンテナ１との間の位置関係と、第４アンテナ４と第２アンテナ２との間の位置関係は同じである。第４アンテナ４と第１アンテナ１との間の位置関係と、第３アンテナ３と第２アンテナ２との間の位置関係は同じである。

給電点１３と給電点１４との位置関係によって、第３アンテナ３と第４アンテナ４とで、送信信号が逆相になる。よって、第１アンテナ１で受信した受信信号と、第２アンテナ２で受信した受信信号を同相で合成する。これにより、送信信号の回り込みをキャンセルすることができる。つまり、第１アンテナ１の受信信号に発生したノイズ成分と、第２アンテナ２の受信信号に発生したノイズ成分が打ち消し合う。したがって、送信信号の回り込み干渉をキャンセルすることがきる。

なお、送信側のアンテナのペアと受信側のアンテナのペアは、任意に変更が可能である。つまり、第１～第４のペアのうちのいずれか１つを送信側、他の一つを受信側として用いることができる。上記のような位置関係により、送信信号の回り込みをキャンセルすることができる。また、アンテナ装置１００は、送信側及び受信側のそれぞれで複数のアンテナを用いるレピータ通信や、全二重通信にも適用可能である。

図３は、受信側に回り込んだ回り込み成分のシミュレーション結果を示す図である。例えば、図３は、第１アンテナ１及び第２アンテナ２から送信信号を送信した場合に、第３アンテナ３でのアイソレーション特性をＰ１、第４アンテナ４でのアイソレーション特性をＰ２として示している。なお、アンテナ装置１００が、２．６ＧＨｚ（例）の周波数で設計されている。尚、設計周波数は任意に設定できる。

図４は、第２のペアが受信した受信信号を逆相で合成した場合のアイソレーション特性のシミュレーション結果を示す。図４に示すように、設計周波数である２．６ＧＨｚ（例）で優れたアイソレーション特性を有している。尚、設計周波数は任意に設定できる。よって、本実施の形態によれば、簡易な構成で、送信信号の回り込みを抑制することができる。これにより、送信出力を高くすることができる。

図５は、アンテナ装置のＡＺパターンのシミュレーション結果を示す図である。図５の左側に、第１のペア（又は第３のペア）のアンテナパターンを示す。図５の右側に第２のペア（又は第４のペア）のアンテナパターンを示す。図５に示すように、いずれのペアも良好なオムニ指向性を有している。よって、本実施の形態によれば、簡易な構成で、オムニ指向性を実現することができる。よって、設置角度や方向などの自由度を高めることができる。

なお、上記の説明では、アンテナ装置１００が、４つのペア、つまり、８つのアンテナを備えていたが、アンテナの数は特に限定されるものではない。具体的には、アンテナ装置１００は、少なくとも２つのペア、例えば、第１アンテナ１～第４アンテナ４を有していればよい。これにより、送信及び受信を同時に行った場合でも回り込み干渉を抑制することができる。

次に、アンテナ装置１００に用いられる通信回路について、図６を用いて説明する。図６は、アンテナ装置１００に実装された通信回路５０の構成を模式的に示す図である。通信回路５０は、同相分配回路５１と、逆相合成回路５２と、送信回路５３と、受信回路５４とを備えている。

同相分配回路５１は、給電線１１４を介して、第１アンテナ１、及び第２アンテナ２に接続されている。同相分配回路５１は、送信回路５３に接続されている。送信回路５３は変調したアナログの送受信信号を同相分配回路５１に出力する。同相分配回路５１は、送信回路５３からの送信信号を分岐して、第１アンテナ１と第２アンテナ２に同相で供給する。具体的には、同相分配回路５１は、送信信号を１：１に分配して、第１アンテナ１と第２アンテナ２に供給する。同相分配回路５１としては、アナログの分配器を用いることができる。

逆相合成回路５２は、給電線１１４を介して、第３アンテナ３、及び第４アンテナ４に接続されている。第３アンテナ３からの受信信号と第４アンテナ４からの受信信号とが逆相合成回路５２に入力される。逆相合成回路５２は２つの受信信号を逆相で合成する。具体的には、逆相合成回路５２は無線周波数の１８０°に対応する遅延時間を与えるアナログ遅延回路を有している。さらに、逆相合成回路５２は、アナログの合成器を有している。逆相合成回路５２は、一方の受信信号を遅延した後、２つの受信信号を合成する。逆相合成回路５２は、合成した受信信号を受信回路５４に出力する。受信回路５４は、受信信号を復調する。

このようにアナログの通信回路５０を用いることで、簡易な構成で回り込みを抑制することができる。なお、第４のペアについては、第２のペアの逆相合成回路５２と同様の回路を用いることができる。また、第３のペアの合成回路については、第１のペアと同様に、遅延回路を有していない同相合成回路を用いることができる。

実施の形態２.
実施の形態２にかかるアンテナ装置について、図７、及び図８を用いて説明する。図７は、第１アンテナ１～第４アンテナ４の配置を模式的に示すＸＺ平面図である。図８は、第３アンテナ３と第４アンテナの配置を示す斜視図である。本実施の形態２では、第３アンテナ３と第４アンテナ４の構成が実施の形態１と異なっている。実施の形態２にかかるアンテナ装置１００では、第１アンテナ１と第２アンテナ２の構成は実施の形態１と同じとなっている。このため、図９では、第１アンテナ１と第２アンテナ２を省略している。

実施の形態１と比べて、第３アンテナ３、及び第４アンテナ４の設置角度が水平方向に９０度回転している。第３アンテナ３は、－Ｘ方向を向いて配置され、第４アンテナ４は、＋Ｘ方向を向いて配置されている。第３アンテナ３と第４アンテナ４はＸ方向に間隔を空けて配置されている。Ｘ方向において、第３アンテナ３と第４アンテナ４との間に、第１アンテナ１と第２アンテナ２とが配置されている。Ｙ方向において、第１アンテナ１～第４アンテナ４の位置は同じとなっている。

実施の形態１と同様に、第１アンテナ１は－Ｚ方向を向いて配置され、第２アンテナ２は＋Ｚ方向を向いて配置されている。Ｚ方向において、第１アンテナ１と第２アンテナ２との間に第３アンテナ３及び第４アンテナが配置されている。したがって、ＸＺ平面視において、正方形の各辺上に第１アンテナ１～第４アンテナがそれぞれ配置されている。第３アンテナ３の方向が、第２アンテナ２の方向から水平方向に９０°回転している。つまり、第２アンテナ２が向いている方向をＹ軸周りに９０°回転すると、第３アンテナ３が向いている方向となる。したがって、第１のペアの向きと、第２のペアの向きが９０°異なっている。

第１アンテナ１～第４アンテナ４の位置関係に回転対称性がある。第３アンテナ３から第１アンテナ１までの距離が、第４アンテナ４から第２アンテナ２までの距離と等しくなっている。第３アンテナ３から第２アンテナ２までの距離が、第４アンテナ４から第１アンテナ１までの距離と等しくなっている。また、第３アンテナ３から第１アンテナ１までの距離が、第３アンテナ３から第２アンテナ２までの距離と等しくなっている。

実施の形態１と同様に、ＸＹ平面視において、第１アンテナ１の給電点１１と第２アンテナ２の給電点１２とは一致している。ＸＺ平面視において、第３アンテナ３の給電点１３と第４アンテナ４の給電点１４とは一致している。つまり、第３アンテナ３の第３給電点１３と第４アンテナ１４の第４給電点１４は、互いに鏡像関係となる位置に配置されている。

第１アンテナ１と第２アンテナ２はＶ偏波に用いられ、第３アンテナ３、第４アンテナ４はＨ偏波に用いられる。給電点１１と給電点１２との位置関係によって、第１アンテナ１の送信信号と、第２アンテナ２の送信信号とは同相となる。第３アンテナ３の受信信号と第４アンテナ４の受信信号を逆相で合成することで、干渉成分をキャンセルすることができる。また、給電点１３と給電点１４との位置関係によって、第３アンテナ３の送信信号と、第４アンテナ４の送信信号とは逆相となる。よって、第１アンテナ１の受信信号と第２アンテナ２の受信信号を同相で合成することで、干渉成分をキャンセルすることができる。本実施の形態の構成により、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

その他の実施形態．
その他の実施の形態にかかるアンテナ装置１００について、図９を用いて説明する。なお、上記の実施の形態１と重複する内容については適宜説明を省略する。アンテナ装置１００は、第１アンテナ１、第２アンテナ２、第３アンテナ３、及び第４アンテナ４を備えている。

第１アンテナ１は、第１の方向を向いて配置され、垂直偏波の信号を送受信する第１の指向性アンテナである。第２アンテナ２は、第１の方向の反対方向である第２の方向を向いて配置され、垂直偏波の信号を送受信する第２の指向性アンテナである。第３アンテナ３は第２の方向を水平方向に９０°又は１８０°回転した第３の方向を向いて配置され、水平偏波の信号を送受信する第３の指向性アンテナである。第４アンテナは、第３の方向の反対方向である第４の方向を向いて配置され、水平偏波の信号を送受信する第４の指向性アンテナである。第１アンテナ１には給電点１１（第１の給電点）が設けられている。第２アンテナ２には、給電点１１と同相となるように配置された給電点１２（第２の給電点）が設けられている。第３アンテナ３には給電点１３（第３の給電点）が設けられている。第４アンテナ４には、給電点１３と逆相となるように配置された給電点１４（第４の給電点）が設けられている。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１００ アンテナ装置
１ 第１アンテナ
２ 第２アンテナ
３ 第３アンテナ
４ 第４アンテナ
５ 第５アンテナ
６ 第６アンテナ
７ 第７アンテナ
８ 第８アンテナ
１１～１８ 給電点
５１ 同相分配回路
５２ 逆相合成回路
５３ 送信回路
５４ 受信回路
１１１ 誘電体基板
１１２ 表面導体
１１３ 裏面導体
１１４ 給電線
１１５ コネクタ

Claims (10)

1. 第１の方向を向いて配置され、垂直偏波の信号を送受信する第１のパッチアンテナと、
   前記第１の方向の反対方向である第２の方向を向いて配置され、垂直偏波の信号を送受信する第２のパッチアンテナと、
   前記第２の方向を水平方向に９０°又は１８０°回転した第３の方向を向いて配置され、水平偏波の信号を送受信する第３のパッチアンテナと、
   前記第３の方向の反対方向である第４の方向を向いて配置され、水平偏波の信号を送受信する第４のパッチアンテナと、
   前記第１のパッチアンテナに設けられた第１の給電点と、
   前記第２のパッチアンテナに設けられ、前記第１の給電点と同相となるように配置された第２の給電点と、
   前記第３のパッチアンテナに設けられた第３の給電点と、
   前記第４のパッチアンテナに設けられ、前記第３の給電点と逆相となるように配置された第４の給電点と、
   送信回路で変調された送信信号を２つに分岐して、前記第１のパッチアンテナと前記第２のパッチアンテナに対して同相で供給する同相分配回路と、
   前記第３のパッチアンテナ及び前記第４のパッチアンテナで受信した２つの水平偏波の受信信号を逆相で合成する逆相合成回路と、
   前記逆相合成回路で合成された受信信号を復調する受信回路と、を備え、
   前記第１のパッチアンテナのアンテナ面側から見た平面視において、前記第１の給電点と第２の給電点とが重複するように配置され、
   前記第３のパッチアンテナのアンテナ面側から見た平面視において、前記第３の給電点と第４の給電点とが重複するように配置されて、
   前記第１のパッチアンテナと第２のパッチアンテナとをペアとして、前記第１のパッチアンテナと前記第２のパッチアンテナとが互いに反対向きとなるように、対向配置されており、
   前記第３のパッチアンテナと第４のパッチアンテナとをペアとして、前記第３のパッチアンテナと前記第４のパッチアンテナとが互いに反対向きとなるように、対向配置されているアンテナ装置。
2. 前記第１の方向を向いて配置され、垂直偏波の信号を送受信する第５のパッチアンテナと、
   前記第２の方向を向いて配置され、垂直偏波の信号を送受信する第６のパッチアンテナと、
   前記第３の方向を向いて配置され、水平偏波の信号を送受信する第７のパッチアンテナと、
   前記第４の方向を向いて配置され、水平偏波の信号を送受信する第８のパッチアンテナと、
   前記第５のパッチアンテナに設けられた第５の給電点と、
   前記第６のパッチアンテナに設けられ、前記第５の給電点と同相となるように配置された第６の給電点と、
   前記第７のパッチアンテナに設けられた第７の給電点と、
   前記第８のパッチアンテナに設けられ、前記第７の給電点と逆相となるように配置された第８の給電点と、
   前記第５のパッチアンテナ及び前記第６のパッチアンテナで受信した２つの垂直偏波の受信信号を同相で合成する同相合成回路と、をさらに備え、
   前記第７のパッチアンテナ及び前記第８のパッチアンテナで受信した２つの水平偏波の受信信号を逆相で合成する逆相合成回路と、をさらに備え、
   前記第５のパッチアンテナのアンテナ面側から見た平面視において、前記第５の給電点と前記第６の給電点とが重複するように配置され、
   前記第７のパッチアンテナのアンテナ面側から見た平面視において、前記第７の給電点と前記第８の給電点とが重複するように配置されて、
   前記第５のパッチアンテナと前記第６のパッチアンテナとをペアとして、前記第５のパッチアンテナと前記第６のパッチアンテナとが互いに反対向きとなるように、対向配置されており、
   前記第７のパッチアンテナと前記第８のパッチアンテナとをペアとして、前記第７のパッチアンテナと前記第８のパッチアンテナとが互いに反対向きとなるように、対向配置されている請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１のパッチアンテナと前記第５のパッチアンテナが共通の基板に形成されており、
   前記第２のパッチアンテナと前記第６のパッチアンテナが共通の基板に形成されており、
   前記第３のパッチアンテナと前記第７のパッチアンテナが共通の基板に形成されており、
   前記第４のパッチアンテナと前記第８のパッチアンテナが共通の基板に形成されている請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第１のパッチアンテナと前記第５のパッチアンテナと前記第３のパッチアンテナと前記第７のパッチアンテナが共通の基板に形成されており、
   前記第２のパッチアンテナと前記第６のパッチアンテナと前記第４のパッチアンテナと前記第８のパッチアンテナが共通の基板に形成されている請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 送信信号を分岐して、前記第３のパッチアンテナと第４のパッチアンテナから送信し、
   前記第１のパッチアンテナと前記第２のパッチアンテナが受信した受信信号を同相で合成する請求項１～４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 送信回路で変調された送信信号を２つに分岐して、第１のパッチアンテナと第２のパッチアンテナに対して同相で供給するステップと、
   第１の給電点を有する前記第１のパッチアンテナと、第２の給電点を有する前記第２のパッチアンテナとを用いて、前記送信信号を送信するステップと、
   第３の給電点を有する第３のパッチアンテナと、第４の給電点を有する第４のパッチアンテナとを用いて、受信を行うステップと、
   前記第３のパッチアンテナ及び前記第４のパッチアンテナで受信した２つの水平偏波の受信信号を逆相で合成するステップと、
   逆相で合成された受信信号を復調するステップと、を備え、
   前記第１のパッチアンテナ、及び第２のパッチアンテナが、垂直偏波の信号を送受信し、
   前記第３のパッチアンテナ、及び第４のパッチアンテナが、水平偏波の信号を送受信し、
   前記第１のパッチアンテナが、第１の方向を向いて配置され、
   前記第２のパッチアンテナが、第１の方向と反対方向の第２の方向を向いて配置され、
   第３のパッチアンテナが、前記第２の方向を水平方向に９０°又は１８０°回転した第３の方向を向いて配置され、
   第４の指向性アンテナが、前記第３の方向の反対方向である第４の方向を向いて配置され、
   前記第１の給電点と前記第２の給電点が同相となるように配置され、
   前記第３の給電点と前記第４の給電点が逆相となるように配置され、
   前記第１のパッチアンテナのアンテナ面側から見た平面視において、前記第１の給電点と第２の給電点とが重複するように配置され、
   前記第３のパッチアンテナのアンテナ面側から見た平面視において、前記第３の給電点と第４の給電点とが重複するように配置され、
   前記第１のパッチアンテナと前記第２のパッチアンテナとが互いに反対向きとなるように、対向配置されており、
   前記第３のパッチアンテナと前記第４のパッチアンテナとが互いに反対向きとなるように、対向配置されている通信方法。
7. 前記第１～第４のパッチアンテナを有するアンテナ装置は、
   前記第１の方向を向いて配置され、垂直偏波の信号を送受信する第５のパッチアンテナと、
   前記第２の方向を向いて配置され、垂直偏波の信号を送受信する第６のパッチアンテナと、
   前記第３の方向を向いて配置され、水平偏波の信号を送受信する第７のパッチアンテナと、
   前記第４の方向を向いて配置され、水平偏波の信号を送受信する第８のパッチアンテナと、
   前記第５のパッチアンテナに設けられた第５の給電点と、
   前記第６のパッチアンテナに設けられ、前記第５の給電点と同相となるように配置された第６の給電点と、
   前記第７のパッチアンテナに設けられた第７の給電点と、
   前記第８のパッチアンテナに設けられ、前記第７の給電点と逆相となるように配置された第８の給電点と、を備え、
   前記第５のパッチアンテナ及び前記第６のパッチアンテナで受信した２つの垂直偏波の受信信号を同相で合成し、
   前記第７のパッチアンテナ及び前記第８のパッチアンテナで受信した２つの水平偏波の受信信号を逆相で合成し、
   前記第５のパッチアンテナのアンテナ面側から見た平面視において、前記第５の給電点と前記第６の給電点とが重複するように配置され、
   前記第７のパッチアンテナのアンテナ面側から見た平面視において、前記第７の給電点と前記第８の給電点とが重複するように配置されて、
   前記第５のパッチアンテナと前記第６のパッチアンテナとをペアとして、前記第５のパッチアンテナと前記第６のパッチアンテナとが互いに反対向きとなるように、対向配置されており、
   前記第７のパッチアンテナと前記第８のパッチアンテナとをペアとして、前記第７のパッチアンテナと前記第８のパッチアンテナとが互いに反対向きとなるように、対向配置されている請求項６に記載の通信方法。
8. 前記第１のパッチアンテナと前記第５のパッチアンテナが共通の基板に形成されており、
   前記第２のパッチアンテナと前記第６のパッチアンテナが共通の基板に形成されており、
   前記第３のパッチアンテナと前記第７のパッチアンテナが共通の基板に形成されており、
   前記第４のパッチアンテナと前記第８のパッチアンテナが共通の基板に形成されている請求項７に記載の通信方法。
9. 前記第１のパッチアンテナと前記第５のパッチアンテナと前記第３のパッチアンテナと前記第７のパッチアンテナが共通の基板に形成されており、
   前記第２のパッチアンテナと前記第６のパッチアンテナと前記第４のパッチアンテナと前記第８のパッチアンテナが共通の基板に形成されている請求項８に記載の通信方法。
10. 送信信号を分岐して、前記第３のパッチアンテナと第４のパッチアンテナから送信し、
    前記第１のパッチアンテナと前記第２のパッチアンテナが受信した受信信号を同相で合成する請求項６～９のいずれか１項に記載の通信方法。

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