JPH11274850A - ダイバーシチアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受信信号の偏波が任意の角度に傾斜しても偏
波損失を軽減でき、もって受信信号のレベル変動を低減
できるダイバーシチアンテナを提供する。 【解決手段】 誘電体基板の底面側にアース導体を上面
側に放射導体を備えると共に前記放射導体上に第1及び
第2の給電点を該各給電点と前記放射導体の中心点とを
結ぶ直線が直交するよう配置したマイクロストリップ型
のダイバーシチアンテナにおいて、前記放射導体上にお
ける前記直線上以外の位置に少なくても一つの給電点を
配置し、偏波の異なる信号を受信するように構成したこ
とを特徴とするダイバーシチアンテナである。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明はダイバーシチアンテ
ナに関し、特に偏波変動に起因するフェージングによる
受信信号のレベル変動を軽減する手段に関する。

【0002】

【従来の技術】一般に、陸上移動体通信においては移動
局の移動に伴い移動局と基地局との間に存在する建造物
等により送信電波が多重反射或いは散乱されるので、電
波の偏波変動等を生じ、結果として受信機における受信
信号のレベル変動を引き起こして通信品質を劣化させ
る。この現象はフェージングとして周知であり、このた
め移動体通信においてはこの通信品質の劣化を軽減する
ため何らかのフェージング対策が不可欠である。

【0003】上述したフェージングによる受信信号の劣化を
補償または軽減して通信品質を改善するためにダイバー
シチ受信方式が提案されており、代表的なものに、空間
ダイバーシチ方式と偏波ダイバーシチ方式とがある。空
間ダイバーシチ受信方式は、空間的に数波長離れた複数
の地点においては、受信信号におけるレベル変動の相関
が小さいことを利用して、各地点で受信した信号を合成
またはレベルの大きい受信信号を選択して使用する方法
である。一方、偏波ダイバーシチ受信方式は偏波面の異
なる2つのアンテナ、例えば、垂直偏波と水平偏波のア
ンテナを用いて受信した信号を合成またはレベルの大き
い信号を選択することにより偏波変動の影響を軽減する
ものである。

【0004】ところで、近年の無線端末装置の小型化要求に
より、アンテナの設置スペースを小さくするため、1個
のアンテナを用いて偏波ダイバーシチを行う方式が提案
されている。図3は、従来の1個のアンテナ(マイクロス
トリップアンテナ)を用いた偏波ダイバーシチ受信方式
の構成例を示す機能ブロック図である。この例に示す偏
波ダイバーシチ受信方式は、第1の給電点f1及び第2の給
電点f2を有するマイクロストリップアンテナ31と、前記
2つの給電点f1,f2にそれぞれ接続されると共に復調信号
を選択回路32に出力する第1の受信機33及び第2の受信機
34から構成される。

【0005】また、図4は図3において使用するマイクロスト
リップアンテナ31の構成例を示す斜視図である。この例
に示すマイクロストリップアンテナ31は、誘電体基板41
の底面側にアース導体42を上面側に円形状放射導体43を
それぞれ備えると共に、前記放射導体43上に予め設定さ
れた放射導体の中心点を通る2本の直交線上の所定の位
置に第1及び第2の給電点f1、f2を配置する。上述した第
1及び第2の受信機33,34は、同軸ケーブル44,45のそれぞ
れの中心導体44a、45aを介して前記第1及び第2の給電点
f1、f2に接続される。なお、給電点f1,f2の放射導体43
の中心点からの距離は、アンテナの入力インピーダンス
に関係するので、受信機のインピーダンスに整合する位
置に設定される。

【0006】以下、従来の偏波ダイバーシチ受信方式の動作
について説明する。まず、図4に示したマイクロストリ
ップアンテナを基本モード(TMn1モードにおいてn=1とす
るモード)で励振すると、2つの給電点f1、f2が放射導体
の中心からみた角度において90゜/n=90゜に配置されてい
るので、理論上、f1とf2との給電点間において電力漏洩
を発生しないことが知られている。従って、第1の給電
点f1と第2の給電点f2とを介して受信された2つの信号は
相互に無相関であると共に、後述する大地に対する給電
点位置に対応した偏波の電波を受信するので、1個のア
ンテナにより偏波ダイバーシチ受信が可能となる。

【0007】図5は、図4に示したマイクロストリップアンテ
ナの給電点位置と受信電波(受信信号)の偏波との関係を
説明する概念図である。図5に示すように、例えば、2つ
の給電点が大地51に対して垂直と水平になるようにマイ
クロストリップアンテナ31を配置すると、放射導体43上
には基本モード励振により給電点と放射導体43の中心点
とを結ぶ線上方向に電界e1,e2が励振されるので、第1の
給電点f1に対しては垂直偏波の電波(受信信号)が第2の
給電点f2に対しては水平偏波の電波(受信信号)がそれぞ
れ受信される。

【0008】なお、図5に示した電界e1、e2は模式的に一方
向の矢印を用いて表示したが、電界は時間的に正弦波振
動しているので、ある瞬間にはこの矢印は図示した向き
とは反対になり、矢印方向は時間により図示した方向と
その反対方向とに変化する。

【0009】以上説明したマイクロストリップアンテナ31の
動作を参照しつつ図3に示した偏波ダイバーシチ受信方
式の動作について説明する。即ち、マイクロストリップ
アンテナ31を、例えば図5に示したように配置すると、
上述したようにアンテナに入射する電波は多重反射等に
より偏波変動しているが、受信信号の垂直偏波成分は第
1の給電点f1を介して受信されると共に水平偏波成分は
第2の給電点f2を介して受信され、それぞれ第1及び第2
の受信機33、34に出力される。2つの受信信号は、これ
らの受信機33,34においてそれぞれ復調された後に選択
回路32においてレベル比較され、その結果、高いレベル
を有する受信信号のみが信号処理部に出力される。

【0010】即ち、偏波ダイバーシチ方式を用いれば大きな
偏波ずれが生じたとしても受信信号の欠落を防止するこ
とができる。例えば、垂直偏波で送信された信号が水平
偏波に変動したとき、偏波ダイバーシチ方式を用いると
垂直偏波アンテナ(給電点f1)を介して受信すると共に水
平偏波アンテナ(給電点f2)を介しても受信しているの
で、信号の欠落を防止することができる。

【0011】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
ような従来の偏波ダイバーシチ受信方式においては以下
に示すような問題点があった。つまり、マイクロストリ
ップアンテナの放射導体上に配置した2つの給電点が放
射導体中心点からみて90度の角度(直交線上の位置)であ
るために、偏波が最悪の前記給電点角度の半分の角度に
傾斜した場合、例えば、図5に示したアンテナ設置例に
おいて大地に対して45度に偏波が傾斜した信号が入射し
た場合には、f1、f2いずれの給電点からも入射信号の70
%(1/√2)の信号量しか出力できず、30%の偏波ずれに起
因する損失(偏波損失)が発生する。従って、偏波変動に
伴いアンテナに入射する電波の偏波が任意角度に傾斜す
ると、入射信号レベルの30%の範囲で受信信号のレベル
変動が発生するので、充分なダイバーシチ効果が得られ
ないなど問題であった。本発明は、上述した従来のダイ
バーシチアンテナに関する問題を解決するためになされ
たもので、偏波変動により受信信号の偏波が任意の角度
に傾斜しても偏波損失を軽減し、もって受信信号のレベ
ル変動を低減できるダイバーシチアンテナを提供するこ
とを目的とする。

【0012】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係わるダイバーシチアンテナの請求項1記
載の発明は、誘電体基板の底面側にアース導体を上面側
に放射導体を備えると共に前記放射導体上に第1及び第2
の給電点を該各給電点と前記放射導体の中心点とを結ぶ
直線が直交するよう配置したマイクロストリップ型のダ
イバーシチアンテナにおいて、前記放射導体上における
前記直線上以外の位置に少なくても一つの給電点を配置
し、偏波の異なる信号を受信するように構成する。本発
明に係わるダイバーシチアンテナの請求項2記載の発明
は、請求項1記載のダイバーシチアンテナにおいて、前
記直線を前記放射導体の中心点を基準に45度回転して得
た第2の直交線の一方の直線上に第3の給電点を配置す
る。本発明に係わるダイバーシチアンテナの請求項3記
載の発明は、請求項2記載のダイバーシチアンテナにお
いて、前記第2の直交線上であって、前記第3の給電点が
配置されていない他方の直線上に第4の給電点を配置す
る。

【0013】

【発明の実施の形態】以下、図示した実施の形態例に基
づいて本発明を詳細に説明する。なお、本発明に係わる
ダイバーシチアンテナの放射導体形状は、マイクロスト
リップアンテナとして動作可能であればいかなるもので
あってもよいが、一例として、最も一般的な円形状放射
導体を用いる場合について説明する。

【0014】図1は本発明に係わるダイバーシチアンテナの
実施の形態例を示す斜視図である。この例に示すダイバ
ーシチアンテナとして用いるマイクロストリップアンテ
ナ10は、誘電体基板11の底面側にアース導体12を上面側
に円形放射導体13をそれぞれ備えると共に前記放射導体
13上に予め設定された放射導体の中心点を通る2本の直
交線上の所定の位置に第1及び第2の給電点f1、f2を配置
する。さらに、前記2つの給電点f1、f2と前記放射導体
の中心点とがなす角度を2等分する線上の所定の位置に
第3の給電点f3を配置する。これら第1、第2及び第3の給
電点は、同軸ケーブル14、15、16のそれぞれの中心導体
14a、15a、16aを介して後述するダイバーシチ受信機に
接続される。なお、給電点f1、f2、f3の放射導体43の中
心点からの距離は、アンテナの入力インピーダンスに関
係するので、ダイバーシチ受信機のインピーダンスに整
合する位置に設定される。

【0015】また、図2は本発明に係わるダイバーシチアン
テナを用いた偏波ダイバーシチ受信方式の構成例を示す
機能ブロック図である。この例に示す偏波ダイバーシチ
受信方式は、上述した第1、第2及び第3の給電点f1、f
2、f3を有するダイバーシチアンテナ(マイクロストリッ
プアンテナ)10と、前記3つの給電点f1,f2、f3にそれぞ
れ接続されると共に復調信号を選択回路21に出力する第
1、第2及び第3の受信機22、23、24を備えるダイバーシ
チ受信機20とから構成される。

【0016】以下、図1及び図2に示した本発明に係わるダイ
バーシチアンテナとこれを用いるダイバーシチ受信方式
の動作について説明する。まず、ダイバーシチアンテナ
10を基本モード(TMn1モードにおいてn=1とするモード)
にて励振すると、上述したように2つの給電点f1、f2を
放射導体の中心からみた角度において90゜/n=90゜に配置
しているので、理論上は給電点f1とf2との間に電力漏洩
は発生しない。従って、第1の給電点f1と第2の給電点f2
とを介して受信された2つの信号は相互に無相関であ
る。

【0017】このとき、第3の給電点f3は、第1と第2の給電
点f1,f2から円周方向に45゜離れた中間の位置に配置さ
れているが、第3の給電点f3と他の給電点f1,f2との間の
電力漏洩は零ではないが実用上無視できる量であること
を実験により確認した。従って、上述したように第1と
第2の給電点間の電力漏洩は発生しないので、第1と第2
と第3の給電点を介して受信される3つの信号は相互にほ
ぼ無相関であり、且つ、上述したように大地に対してそ
れぞれの給電点位置に対応した偏波の電波を受信するこ
とができ、その結果、1個のアンテナにより3つの偏波状
態に対応した偏波ダイバーシチ受信が可能となる。

【0018】以上のようにして受信された電波(受信信号)
は、ダイバーシチ受信機20を構成する各受信機22、23、
24に供給されてそれぞれ復調された後に選択回路21にお
いてレベル比較され、その結果、最も高いレベルを有す
る受信信号のみが信号処理部へ出力される。

【0019】図6は、図1に示した本発明に係わるダイバーシ
チアンテナの給電点位置と受信信号の偏波との関係を説
明する概念図である。例えば、図6に示すように第1及び
第2の給電点f1、f2が大地61に対して垂直と水平にな
り、また、第3の給電点f3が大地61に対してθ=45゜にな
るようにマイクロストリップアンテナ10を配置する。上
述したようにマイクロストリップアンテナ10を基本モー
ド励振しているので、放射導体13上には各給電点と放射
導体13の中心点とを結ぶ線上方向にそれぞれ電界e1,e2
及びe3が励振され、その結果、第1の給電点f1を介して
垂直偏波の電波が、第2の給電点f2を介して水平偏波の
電波がそれぞれ受信されると共に、第3の給電点f3を介
してθ=45゜に傾斜した偏波の電波を受信することができ
る。

【0020】従って、従来問題であった大地に対してθ=45゜
に偏波が傾斜した信号が入射しても、この入射信号の偏
波と第3の給電点に励振される電界e3の方向とが一致す
るので、第3の給電点f3を介して偏波損失無くこの入射
信号を受信することが可能となる。

【0021】以上の説明においては、偏波が大地に対してθ
=45゜に傾斜した場合を想定したが、実際にはθ=135゜に
傾斜した偏波も所定の割合で発生するものと考えられ
る。この対策としては、後述するように第3の給電点f3
と放射導体の中心点とを結ぶ直線と該中心点にて交差す
る直交線上に第4の給電点を配置してやればよい。

【0022】図7は、本発明に係わるダイバーシチアンテナ
の第2の実施の形態例を示す正面図である。この例に示
すダイバーシチアンテナとして用いるマイクロストリッ
プアンテナ10は、図1に示した第1の実施の形態例のアン
テナに、さらに、第4の給電点f4を放射導体13の中心点
と該第4の給電点f4とを結ぶ線が大地61に対してθ=135゜
になるように放射導体13上の所定の位置に配置したもの
である。このように構成したマイクロストリップアンテ
ナ10は、到来電波の偏波が大地61に対してθ=135゜に傾
斜しても、第4の給電点f4に励振する電界e4と偏波方向
とが一致するので偏波損失無く到来電波を受信すること
ができる。

【0023】従って、偏波変動により入射信号の偏波が任意
角度に傾斜する場合、偏波が大地61に対してθ=22.5゜+
45゜N(N:整数)に傾斜したときに最大偏波損失8%を生じ
るが、従来の最大偏波損失30%に比べて大幅に低減され
る。その結果、偏波変動による受信信号のレベル変動を
入射信号レベルの8%以内に抑えることができるので、実
用上充分なダイバーシチ効果を得て通信品質を改善する
ことができる。

【0024】なお、最大偏波損失(受信信号のレベル変動)を
さらに小さくするためには、以上述べた手法により給電
点の数を更に増やせばよい。

【0025】

【発明の効果】本発明は以上説明したようにマイクロス
トリップアンテナの放射導体上に3個以上の給電点を配
置して構成するので、簡単な構成でありながら受信信号
の偏波が任意角度に傾斜しても偏波損失を軽減でき、も
って、偏波変動による受信信号のレベル変動を低減して
通信品質を改善できる偏波ダイバーシチアンテナを実現
する上で著効を奏す。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明に係わるダイバーシチアンテナの第1の実
施の形態例を示す斜視図

【図2】本発明に係わるダイバーシチアンテナを用いた
ダイバーシチ受信方式を示す機能ブロック図

【図3】従来のダイバーシチアンテナを用いたダイバー
シチ受信方式を示す機能ブロック図

【図4】従来のダイバーシチアンテナの構成例を示す斜
視図

【図5】従来のダイバーシチアンテナの給電点位置と受
信信号の偏波との関係を説明する概念図

【図6】本発明に係わるダイバーシチアンテナの給電点
位置と受信信号の偏波との関係を説明する概念図

【図7】本発明に係わるダイバーシチアンテナの第2の実
施の形態例を示す正面図

【符号の説明】

10・・本発明に係わるマイクロストリップアンテナ 11・・誘電体基板 12・・アース導体 13・・放射導体 14,15,16・・同軸ケーブル 14a,15a,16a・・同軸ケーブルの中心導体 20・・ダイバーシチ受信機 21・・選択回路 22・・ダイバーシチ受信機を構成する第1の受信機 23・・ダイバーシチ受信機を構成する第2の受信機 24・・ダイバーシチ受信機を構成する第3の受信機 f1・・第1の給電点 f2・・第2の給電点 f3・・第3の給電点 f4・・第4の給電点

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】 誘電体基板の底面側にアース導体を上面
   側に放射導体を備えると共に前記放射導体上に第1及び
   第2の給電点を該各給電点と前記放射導体の中心点とを
   結ぶ直線が直交するよう配置したマイクロストリップ型
   のダイバーシチアンテナにおいて、 前記放射導体上における前記直線上以外の位置に少なく
   とも一つの給電点を配置することにより、偏波の異なる
   信号を受信するように構成したことを特徴とするダイバ
   ーシチアンテナ。
2. 【請求項2】 前記直線を前記放射導体の中心点を基準
   に45度回転して得た第2の直交線の一方の直線上に第3の
   給電点を配置したことを特徴とする請求項1記載のダイ
   バーシチアンテナ。
3. 【請求項3】 前記第2の直交線上であって、前記第3の
   給電点が配置されていない他方の直線上に第4の給電点
   を配置したことを特徴とする請求項2記載のダイバーシ
   チアンテナ。