JPWO2009072189A1 - アンテナ装置及び通信装置 - Google Patents
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Abstract
アンテナの持つ偏波特性を切り替えることができ、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況により低下、又は変動する受信信号に対して通信容量の減少を防いで、多様な偏波環境、使用形態においても伝送容量を向上させることのできるアンテナ装置及び通信装置。アンテナ装置（１１０）は、第１の偏波方向用の複数の第１のアンテナ素子（１１１，１１２）と、第１の偏波方向と直交する方向に設けられた第２のアンテナ素子（１２１）と、複数の第１のアンテナ素子（１１１，１１２）と第２のアンテナ素子（１２１）の接続を切り替える複数のスイッチ（１３１，１３２）と、複数の第１のアンテナ素子（１１１，１１２）にそれぞれ設けられた給電部（１４１，１４２）とを備える。
Description
本発明は、携帯電話機等のアンテナ装置及び通信装置に関し、特に、ダイバーシチ動作、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）通信、又はアダプティブアレーアンテナ動作を行う複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置及び通信装置に関する。
アンテナ装置は、各種の通信機器に備えられて所定周波数帯域の電波を送受信する。携帯電話機に代表される携帯無線機の普及と共にその応用範囲が拡大してきたため、携帯無線機のアンテナの広帯域性がより一層求められている。また、携帯無線機においては、急速的な普及に伴って１つの無線通信システムにおける回線数だけでは不足する傾向にある。このため、異なる周波数帯域を使用している他の無線通信システムと併用し、必要な回線数を確保することが考えられており、小型軽量化技術の著しい進歩により１つの携帯無線機で２種類の無線通信システムを利用することが可能な端末が開発されている。さらに、例えば、地上波デジタルテレビジョン放送の受信には、ＵＨＦ帯で数百ＭＨｚの帯域幅が必要と考えられている。また、１基のアンテナにより周波数帯を異にする無線ＬＡＮ（以下、ＷＬＡＮ：Wireless Local Area Networkという）の複数の規格に対応して無線装置の小型化を図るには、例えば２．４ＧＨｚ帯と５．２ＧＨｚ帯をカバーするアンテナが必要である。
また、移動体通信システムの移動局と基地局との通信においては、様々な電波伝搬環境により受信信号レベルが変動するフェージングを生じる場合が多い。フェージングに対する効果的な対策としてアンテナ選択ダイバーシチや合成ダイバーシチがある。アンテナ選択ダイバーシチでは、通常アンテナを複数個設置して、フェージングで受信状態が悪化したときに条件の良いアンテナを選択して通信を行う。例えば、同一周波数を時分割して複数ユーザで共有するＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）通信方式におけるアンテナ選択ダイバーシチ装置がある。
また近年、無線通信においては、伝送効率の向上を図ることができる技術としてＭＩＭＯ通信が注目されている。ＭＩＭＯ通信においては、複数の送信アンテナを備えた送信装置が各送信アンテナから複数のビットで構成されるストリームを同時に送信し、複数の受信アンテナを備えた受信装置が送信装置におけるストリームを分離して復調する。したがって、送信装置のすべての送信アンテナから互いに異なるストリームが同時に送信される場合は、理論的には送信アンテナが１本の場合に比べて伝送効率を送信アンテナ数倍に向上することができる。
複数のアンテナ素子を搭載し、ダイバーシチ動作、ＭＩＭＯ通信、アダプティブアレーアンテナ動作を用いる通信では、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況の変動、受信信号の変動に対して、あるアンテナ単一の指向性のみでは、受信信号の特に偏波特性変動に対応することは困難である。通信容量の確保には偏波特性変動に柔軟に対応するアンテナシステムが必要である。
この対策として、偏波を利用し、通信容量の向上を図る、特許文献１乃至特許文献４に記載されたものが知られている。
特許文献１には、基地局が偏波特性を切り替えて、また端末側もその基地局からの偏波特性に一致した偏波で受信を行う適応アレーアンテナを用いた通信装置及び方法が記載されている。特許文献１記載の装置は、基地局が垂直偏波を出力した場合、端末側も垂直偏波で受信を行う。これにより、端末及び基地局のアンテナ偏波が一致し、通信容量の向上を図ることができる。さらに、この通信を各端末ごとに異なる偏波で行うことで、各端末対基地局の通信パスの干渉を抑える。
特許文献２には、基地局に偏波の異なるアンテナ素子を複数持たせ、このアンテナ群の中で選択ダイバーシチ及びＭＩＭＯ動作を行い、通信容量の向上を図る電波送受信装置が記載されている。
特許文献３には、多数のアンテナ素子から複数のアンテナ素子を用いて指向性合成を行った上でＭＩＭＯを行うアンテナ装置が記載されている。
特許文献４には、基地局及び端末ともに偏波の異なる複数のアンテナ素子を用意しＭＩＭＯを行うＭＩＭＯ無線通信システムが記載されている。これにより、各ＭＩＭＯの伝播パスにおける送受信のアンテナ素子の指向性及び偏波が異なり、各伝播パスの分離度が向上することで、通信容量の向上を図る。
特開２００４−８０３５３号公報
特開２００４−３１２３８１号公報
特開２００５−８６５１８号公報
特表２００４−５１７５４９号公報
しかしながら、このような従来の複数のアンテナ素子を搭載する携帯無線機にあっては、以下のような問題があった。
（１）特許文献１の記載の装置は、基地局がアンテナにより偏波特性を切り替えて端末と通信し、端末毎に基地局からの偏波を切り替えることで各通信のパスの分離特性を改善する。しかしこの技術では、基地局からの偏波は伝搬環境によって変化してしまうので、端末においてパスの分離度を維持することが困難である。また、携帯電話では端末の偏波も一定ではないためパスの分離は困難である。
（２）特許文献２に記載の装置は、互いに異なる偏波の複数のアンテナ素子を持つアンテナ群の中で最良と思われるアンテナ素子を選択し、そのアンテナ素子を用いてダイバーシチ、ＭＩＭＯを行う。しかしこの技術では、偏波をアンテナ毎に変えてＭＩＭＯの伝送容量を向上させようとするものの、端末が傾くことが考慮されていないため、傾き条件によっては伝送容量が劣化する場合がある。
（３）特許文献３に記載の装置は、多数のアンテナ素子から複数のアンテナ素子を用いて指向性合成を行った上でＭＩＭＯを行う。つまり、複数のアンテナ素子を用いて振幅、位相を調整後に指向性合成を行うことで、各種伝播特性、偏波特性に適応した指向性を得ている。この技術では、基地局、伝播環境、端末の運用状態の依存しない最適な偏波特性のアンテナを端末側で得ることについては開示されていない。また、電力損失が極力少なく、場所・時間により変化する偏波特性に対応した各種偏波バリエーションをアンテナ装置で提供することについては開示されていない。
（４）特許文献４に記載の装置は、基地局、端末ともに偏波の異なる複数のアンテナ素子を用意しＭＩＭＯを行う。伝播環境の変化に応じて各アンテナの偏波を切り替えなどを行っているわけではなく、常に同じ指向性、偏波特性のアンテナを用いている。この技術では、特許文献３に記載の装置と同様に、基地局、伝播環境、端末の運用状態の依存しない最適な偏波特性のアンテナを端末側で得ることについて、また、電力損失が極力少なく、場所・時間により変化する偏波特性に対応した各種偏波バリエーションをアンテナ装置で提供することについては開示されていない。
したがって、従来の複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置及び通信装置にあっては、基地局と端末で通信を行う場合、基地局アンテナの偏波、基地局と端末間の電波伝搬特性による偏波特性の変化、端末における使用者の使用方法、傾きなどによる各種状況に応じて発生する偏波の変化に対して、アンテナとして偏波変化に追従して対応し、より高い、より安定した通信容量を得る必要がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、アンテナの持つ偏波特性を切り替えることができ、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況により低下、又は変動する受信信号に対して通信容量の減少を防いで、多様な偏波環境、使用形態においても伝送容量を向上させることのできるアンテナ装置及び通信装置を提供することを目的とする。
本発明のアンテナ装置は、第１の偏波方向用の少なくとも２つの第１のアンテナ素子と、前記第１の偏波方向と直交する方向に設けられた第２のアンテナ素子と、前記複数の第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子の接続を切り替えるスイッチと、前記複数の第１のアンテナ素子にそれぞれ設置した給電部と、を備える構成を採る。
本発明の通信装置は、ＭＩＭＯ又はダイバーシチに使用されるアンテナ装置を備える通信装置であって、上記アンテナ装置を備える構成を採る。
本発明によれば、アンテナの持つ偏波特性を切り替えることにより、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況により低下、又は変動する受信信号に対して、最適なアンテナ性能を提供することができ、ダイバーシチ動作、ＭＩＭＯ通信、又はアダプティブアレーアンテナ動作を行う複数アンテナ素子を用いる通信において、通信容量の減少を防ぐ効果を奏する。例えば、基地局アンテナの偏波特性、基地局と端末間の電波伝搬特性、端末における使用者の使用方法、傾きなどによる各種状況に応じて発生する偏波の変化に対して柔軟に対応することが可能になり、最良の信号強度を得ることができ、通信容量の減少を防いで、多様な偏波環境、使用形態においても伝送容量を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す図である。本実施の形態は、ＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される端末用アンテナ装置を搭載する携帯無線機に適用した例である。
図１は、本発明の実施の形態１に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す図である。本実施の形態は、ＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される端末用アンテナ装置を搭載する携帯無線機に適用した例である。
図１において、携帯無線機１００は、筐体内部にＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置１１０を搭載する。
携帯無線機１００は、ＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置１１０を搭載する携帯無線機であればよく、例えば、携帯電話機／ＰＨＳ（Personal Handy-Phone System）である。また、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の携帯情報端末、ノート型パソコン等の情報処理装置にも適用可能である。
携帯無線機１００筐体は、絶縁体である樹脂の成型品、例えば非導電性のＡＢＳ樹脂により構成される。また、筐体は、アンテナ素子の近接時のアンテナ効率劣化対策として、メタマテリアルなどを用いるとアンテナ効率低下の対策となる。なお、図示は省略するが、携帯無線機１００本体には、ＬＣＤ表示部、サブ画面表示部、着信音等を出力するスピーカ、画像を撮影するカメラ部、外部機器と接続するコネクタ部などが設けられる。
アンテナ装置１１０は、第１の偏波方向用の複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２と、第１の偏波方向と直交する方向に設けられた第２のアンテナ素子１２１と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２と第２のアンテナ素子１２１の接続を切り替える複数のスイッチ１３１，１３２と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２にそれぞれ設けられた給電部１４１，１４２とを備えて構成される。
図１に示すように、アンテナ装置１１０は、３つのアンテナ素子（第１のアンテナ素子１１１，１１２及び第２のアンテナ素子１２１）をコの字型に配置し、各アンテナ素子間に２つのスイッチ（スイッチ１３１，１３２）を配置し、第１のアンテナ素子１１１，１１２の一端に２つの給電部（給電部１４１，１４２）を配置する構成を採る。
第１のアンテナ素子１１１，１１２及び第２のアンテナ素子１２１は、金属フレームから構成され、長手方向に約λ（λは波長）／４の長さとする。筐体と平行となるアンテナ素子に関して、なるべくアンテナ素子を筐体から離した方がアンテナ効率が向上し有利である。材質は電波が伝搬する材質であることは勿論のこと、使用周波数でロスの少ない、高い導電性を有し、かつ軽量で強度が高い金属、例えば銅、鉄、マグネシウム合金を用いる。
スイッチ１３１，１３２は、図示しない制御部からの制御信号に従って、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１及び／又は第１のアンテナ素子１１２との接続を切り替える。また、図示しない制御部は、偏波方向により接続を切り替えるための制御信号をスイッチ１３１，１３２に出力する。
スイッチ１３１，１３２は、スイッチＯＮの場合、極力使用周波数でロスがなく、スイッチＯＦＦの場合、スイッチ両端子で使用周波数において極力アイソレーションがあるスイッチを用いる。また、スイッチ１３１，１３２は、送信時に送信波の大電力に耐えうる必要がある。例えば、低損失なＭＥＭＳ（Microelectoromechanical Systems）スイッチを用いることが好ましい。なお、スイッチ１３１，１３２の切り替えの組み合わせの具体例については後述する。
給電部１４１，１４２は、導電性の金属から構成され、第１のアンテナ素子１１１，１１２に接続し給電する。
上記第１のアンテナ素子１１１及び給電部１４１は、スイッチ１３１がＯＦＦし、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが切り離されている場合、モノポールアンテナとして動作する。上記第１のアンテナ素子１１２及び給電部１４２についても同様に、スイッチ１３２がＯＦＦし、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが切り離されている場合、モノポールアンテナとして動作する。また、この２つのモノポール給電間を繋ぐように第１のアンテナ素子１１１，１１２と直交して第２のアンテナ素子１２１が配置される。
ここで、携帯無線機１００に内蔵されるアンテナ装置１１０を、携帯無線機１００筐体に対して横置きに搭載してもよい。
図２は、上記アンテナ装置１１０を搭載する携帯無線機１００の概略構成を示す図である。図１と同一構成部分には、同一符号を付している。
図２に示すように、アンテナ装置１１０は、携帯無線機１００筐体に対して、コの字型の３つのアンテナ素子が横置きに配置される。アンテナ装置１１０を横置きに配置しても図１の場合と特性上の優劣はない。アンテナ装置１１０を横置きに配置することで、筐体内における部品配置の自由度を高めることができる。
以下、上述のように構成されたアンテナ装置１１０の動作について説明する。
各種偏波に対応するため、状況に応じて偏波特性を切り替えるＭＩＭＯ通信を行う場合を例に採る。
図３Ａ−Ｃは、アンテナ装置１１０の偏波特性の切り替えを説明する図であり、図３ＡはＭＩＭＯの垂直偏波、図３Ｂは斜め偏波（ＭＩＭＯ＋）、図３Ｃは斜め偏波（ＭＩＭＯ−）を示す。また、図４は、図３Ａ−Ｃの偏波特性の切り替えを表にして示す図である。図３Ａ−Ｃ及び図４において、斜め偏波は垂直偏波に対する＋４５°及び−４５°である。偏波の方向は、図中矢印の向きで示している。ＳＷ１，ＳＷ２は、スイッチ１３１，１３２を示し、Ｒｘ１，Ｒｘ２はアンテナ装置１１０が接続される携帯無線機１００の受信端をそれぞれ示す。Ｖは垂直偏波を示す。なお、本アンテナ装置１１０が、ＭＩＭＯ通信を行う基地局側に適用される場合は、Ｒｘ１，Ｒｘ２をＴｘ１，Ｔｘ２と読み替えればよい。
〔第１方式（Ｍｏｄｅ１）〕
図３Ａ及び図４に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）及びスイッチ１３２（ＳＷ２）をいずれもＯＦＦする。すると、第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１及び第１のアンテナ素子１１２と切り離され、第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２のみがモノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置１１０は、垂直−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図３Ａ及び図４に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）及びスイッチ１３２（ＳＷ２）をいずれもＯＦＦする。すると、第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１及び第１のアンテナ素子１１２と切り離され、第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２のみがモノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置１１０は、垂直−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
〔第２方式（Ｍｏｄｅ２）〕
図３Ｂ及び図４に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置１１０は、＋４５°−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図３Ｂ及び図４に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置１１０は、＋４５°−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
〔第３方式（Ｍｏｄｅ３）〕
図３Ｃ及び図４に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離される。第２のアンテナ素子１２２は、第２のアンテナ素子１２１と同様に、第１のアンテナ素子１１１に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置１１０は、垂直−（−４５°）の偏波のアンテナ特性となる。
図３Ｃ及び図４に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離される。第２のアンテナ素子１２２は、第２のアンテナ素子１２１と同様に、第１のアンテナ素子１１１に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置１１０は、垂直−（−４５°）の偏波のアンテナ特性となる。
図４の表に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）及びスイッチ１３２（ＳＷ２）を切り替えることで、アンテナ装置１１０は、垂直−垂直、４５°−垂直、及び垂直−（−４５°）の３通りの偏波のアンテナ特性を得ることが可能になる。これにより、基地局のアンテナ構成、伝播中の偏波の回転、端末（携帯無線機１００）の傾きなどにより、受信アンテナにおいて偏波の不整合が起きた場合においても、アンテナ偏波の３バリエーションにより受信強度の改善が可能であり、ＭＩＭＯ、ダイバーシチ通信の受信信号強度改善に有効である。
以上のように、本実施の形態によれば、アンテナ装置１１０は、第１の偏波方向用の複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２と、第１の偏波方向と直交する方向に設けられた第２のアンテナ素子１２１と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２と第２のアンテナ素子１２１の接続を切り替える複数のスイッチ１３１，１３２と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２にそれぞれ設けられた給電部１４１，１４２とを備え、スイッチ１３１，１３２を切り替え、動作するアンテナ素子を変化させることによって、アンテナ装置１１０の持つ偏波特性を切り替えることが可能となり、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況に対応するアンテナ性能を提供することができる。これにより、多様な偏波環境、使用形態においても伝送容量を向上させることができる。例えば、図１に示すアンテナ装置１１０を搭載する携帯無線機１００の場合、ＭＩＭＯ通信又はダイバーシチ通信において、基地局の偏波、伝播中の偏波の変動、端末の傾きによる偏波の変化による各種原因による偏波の変動が生じた場合でも、アンテナ装置１１０の装荷されているスイッチ１３１，１３２を制御し、運用状態に応じて最適な偏波特性のアンテナ指向性を得ることで、伝送容量が高いＭＩＭＯ通信又はダイバーシチ通信が可能となる。
また、本実施の形態では、スイッチ１３１，１３２に、低損失なＭＥＭＳスイッチを用いることで、切り替えによる電力損失が軽減され、通信容量の低下を防止することができる。
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す図である。本実施の形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図５は、本発明の実施の形態２に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す図である。本実施の形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図５において、携帯無線機２００は、筐体内部にＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置２１０を搭載する。
アンテナ装置２１０は、第１の偏波方向用の複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２と、第１の偏波方向と直交する方向に設けられた第２のアンテナ素子１２１と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２の一端に設けられ、第１のアンテナ素子１１１，１１２と第２のアンテナ素子１２１の接続を切り替える複数のスイッチ１３１，１３２と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２の他端にそれぞれ設けられた給電部１４１，１４２とを備えて構成される。
アンテナ装置２１０は、第２のアンテナ素子１２１及びスイッチ１３１，１３２の配置が、図１の第１のアンテナ素子１１１，１１２の給電部１４１，１４２側から、その反対側に設置されている点のみが異なる。このため、アンテナ装置２１０は、図１のアンテナ装置１１０と同様に、３つのアンテナ素子（第１のアンテナ素子１１１，１１２及び第２のアンテナ素子１２１）をコの字型に配置し、各アンテナ素子間に２つのスイッチ（スイッチ１３１，１３２）を配置し、第１のアンテナ素子１１１，１１２の一端に２つの給電部（給電部１４１，１４２）を配置する構成を採る。
なお、図示は省略するが、携帯無線機２００に内蔵されるアンテナ装置２１０を、前記図２の場合と同様に、携帯無線機２００筐体に対して横置きに搭載してもよい。
以下、上述のように構成されたアンテナ装置２１０の動作について説明する。
基本動作は、実施の形態１と同様である。状況に応じて偏波特性を切り替えるＭＩＭＯ通信を行う場合を例に採る。
図６Ａ−Ｃは、アンテナ装置２１０の偏波特性の切り替えを説明する図であり、図６ＡはＭＩＭＯの垂直偏波、図６Ｂは斜め偏波（ＭＩＭＯ−）、図６Ｃは斜め偏波（ＭＩＭＯ＋）を示す。また、図７は、図６Ａ−Ｃの偏波特性の切り替えを表にして示す図である。図６Ａ−Ｃ及び図７において、斜め偏波は垂直偏波に対する＋４５°及び−４５°である。ＳＷ１，ＳＷ２は、スイッチ１３１，１３２を示し、Ｒｘ１，Ｒｘ２はアンテナ装置２１０が接続される携帯無線機２００の受信端をそれぞれ示す。Ｖは垂直偏波を示す。なお、本アンテナ装置２１０が、ＭＩＭＯ通信を行う基地局側に適用される場合は、Ｒｘ１，Ｒｘ２をＴｘ１，Ｔｘ２と読み替えればよい。
〔第４方式（Ｍｏｄｅ４）〕
図６Ａ及び図７に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）及びスイッチ１３２（ＳＷ２）をいずれもＯＦＦする。すると、第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１及び第１のアンテナ素子１１２と切り離され、第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２のみがモノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置２１０は、垂直−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図６Ａ及び図７に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）及びスイッチ１３２（ＳＷ２）をいずれもＯＦＦする。すると、第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１及び第１のアンテナ素子１１２と切り離され、第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２のみがモノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置２１０は、垂直−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
〔第５方式（Ｍｏｄｅ５）〕
図６Ｂ及び図７に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置２１０は、−４５°−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図６Ｂ及び図７に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置２１０は、−４５°−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
〔第６方式（Ｍｏｄｅ６）〕
図６Ｃ及び図７に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第２のアンテナ素子１２１と同様に、第１のアンテナ素子１１１に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置２１０は、垂直−４５°の偏波のアンテナ特性となる。
図６Ｃ及び図７に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第２のアンテナ素子１２１と同様に、第１のアンテナ素子１１１に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置２１０は、垂直−４５°の偏波のアンテナ特性となる。
このように、図７の表に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）及びスイッチ１３２（ＳＷ２）を切り替えることで、アンテナ装置２１０は、垂直−垂直、−４５°−垂直、及び垂直−４５°の３通りの偏波のアンテナ特性を得ることが可能になる。これにより、基地局のアンテナ構成、伝播中の偏波の回転、端末（携帯無線機２００）の傾きなどにより、受信アンテナにおいて偏波の不整合が起きた場合においても、アンテナ偏波の３バリエーションにより受信強度の改善が可能であり、ＭＩＭＯ、ダイバーシチ通信の受信信号強度改善に有効である。すなわち、実施の形態１の場合と同様に、スイッチ１３１，１３２を切り替え、動作するアンテナ素子を変化させることによって、アンテナ装置１１０の持つ偏波特性を切り替えることが可能となり、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況に対応するアンテナ性能を提供することができる。これにより、多様な偏波環境、使用形態においても伝送容量を向上させることができる。
（実施の形態３）
実施の形態１，２では、２×２ＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置について説明した。実施の形態３は、３×３ＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置について説明する。
実施の形態１，２では、２×２ＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置について説明した。実施の形態３は、３×３ＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置について説明する。
図８は、本発明の実施の形態３に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す図である。本実施の形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図８において、携帯無線機３００は、筐体内部にＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置３１０を搭載する。
アンテナ装置３１０は、第１の偏波方向用の複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３と、第１の偏波方向と直交する方向に設けられた第２のアンテナ素子１２１，１２２と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３と第２のアンテナ素子１２１，１２２の接続を切り替える複数のスイッチ１３１，１３２，１３３，１３４と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３にそれぞれ設けられた給電部１４１，１４２，１４３とを備えて構成される。
アンテナ装置３１０は、図１のアンテナ装置１１０に、さらに第１のアンテナ素子１１３、第２のアンテナ素子１２２、スイッチ１３３，１３４及び給電部１４３が追加された構成となっている。
本実施の形態は、３×３ＭＩＭＯ通信のアンテナ装置の構成例である。本アンテナ装置のアンテナ素子数、スイッチ数、及び給電点数を一般化して示すと以下の通りである。
Ｎ（Ｎは任意の自然数）×Ｎ ＭＩＭＯを想定した場合、
給電点数：Ｎ
素子数：Ｎ＋（Ｎ−１）
スイッチ数：（Ｎ−１）×２である。
給電点数：Ｎ
素子数：Ｎ＋（Ｎ−１）
スイッチ数：（Ｎ−１）×２である。
なお、図示は省略するが、携帯無線機３００に内蔵されるアンテナ装置３１０を、前記図２の場合と同様に、携帯無線機３００筐体に対して横置きに搭載してもよい。
また、図８では、アンテナ装置３１０を、携帯無線機３００筐体に内蔵した例を示したが、アンテナ装置３１０を携帯無線機３００外部に露出させるなど、どのような箇所に設置してもよい。
図９Ａ，Ｂは、上記アンテナ装置３１０を搭載する携帯無線機の概略構成を示す斜視図である。図９Ａに示すように、アンテナ装置３１０を携帯無線機３００Ａの上部に配置してもよく、さらに図９Ｂに示すように、アンテナ装置３１０をカバー３２０で覆ってもよい。
以下、上述のように構成されたアンテナ装置３１０の動作について説明する。
基本動作は、実施の形態１と同様である。状況に応じて偏波特性を切り替える３×３ＭＩＭＯ通信を行う場合を例に採る。
図１０Ａ−Ｉは、アンテナ装置３１０の偏波特性の切り替えを説明する図であり、図１０Ａ，ＢはＭＩＭＯの垂直偏波、図１０Ｃ−Ｉは携帯無線機３００の受信端に少なくとも一つの斜め偏波を示す。また、図１１〜図１３は、図１０Ａ−Ｉの偏波特性の切り替えを表にして示す図である。図１０Ａ−Ｉ及び図１１〜図１３において、斜め偏波は垂直偏波に対する＋４５°及び−４５°である。ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は、スイッチ１３１，１３２，１３３を示し、Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３はアンテナ装置３１０が接続される携帯無線機３００の受信端をそれぞれ示す。なお、本アンテナ装置３１０が、ＭＩＭＯ通信を行う基地局側に適用される場合は、Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３をＴｘ１，Ｔｘ２，Ｔｘ３と読み替えればよい。
〔第１方式（Ｍｏｄｅ１）〕
図１０Ａ及び図１１に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）〜スイッチ１３４（ＳＷ４）をいずれもＯＦＦする。すると、第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３と切り離され、第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３のみがモノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−垂直−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図１０Ａ及び図１１に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）〜スイッチ１３４（ＳＷ４）をいずれもＯＦＦする。すると、第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３と切り離され、第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３のみがモノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−垂直−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
〔第２方式（Ｍｏｄｅ２）〕
図１０Ｂ及び図７に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１），１３４（ＳＷ４）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２），１３３（ＳＷ３）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１，１２２が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１２とが切り離され、また第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているが、第１のアンテナ素子１１２の左右両側に均等に第２のアンテナ素子１２１，１２２が接続されているため、第２のアンテナ素子１２１、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子は垂直偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−垂直−垂直のアンテナ特性となる。
図１０Ｂ及び図７に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１），１３４（ＳＷ４）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２），１３３（ＳＷ３）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１，１２２が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１２とが切り離され、また第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているが、第１のアンテナ素子１１２の左右両側に均等に第２のアンテナ素子１２１，１２２が接続されているため、第２のアンテナ素子１２１、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子は垂直偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−垂直−垂直のアンテナ特性となる。
〔第３方式（Ｍｏｄｅ３）〕
図１０Ｃ及び図１１に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続され、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２１，１２２と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。同様に、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１３及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、４５°−垂直−（−４５°）の偏波のアンテナ特性となる。
図１０Ｃ及び図１１に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続され、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２１，１２２と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。同様に、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１３及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、４５°−垂直−（−４５°）の偏波のアンテナ特性となる。
〔第４方式（Ｍｏｄｅ４）〕
図１０Ｄ及び図１２に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＮ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２，１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−４５°−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図１０Ｄ及び図１２に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＮ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２，１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−４５°−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
〔第５方式（Ｍｏｄｅ５）〕
図１０Ｅ及び図１２に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１３及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−垂直−（−４５°）の偏波のアンテナ特性となる。
図１０Ｅ及び図１２に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１３及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−垂直−（−４５°）の偏波のアンテナ特性となる。
〔第６方式（Ｍｏｄｅ６）〕
図１０Ｆ及び図１２に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＮ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１が接続され、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。また、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１３及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子も垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−（−４５°）−（−４５°）の偏波のアンテナ特性となる。
図１０Ｆ及び図１２に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＮ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１が接続され、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。また、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１３及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子も垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−（−４５°）−（−４５°）の偏波のアンテナ特性となる。
〔第７方式（Ｍｏｄｅ７）〕
図１０Ｇ及び図１３に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＮ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１が接続され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１２，１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−（−４５°）−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図１０Ｇ及び図１３に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＮ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１が接続され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１２，１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−（−４５°）−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
〔第８方式（Ｍｏｄｅ８）〕
図１０Ｈ及び図１３に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１２，１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２，１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、４５°−垂直−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図１０Ｈ及び図１３に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１２，１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２，１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、４５°−垂直−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
〔第９方式（Ｍｏｄｅ９）〕
図１０Ｉ及び図１３に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＮ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続され、かつ第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子と第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子とはいずれも垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、４５°−４５°−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図１０Ｉ及び図１３に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＮ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続され、かつ第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子と第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子とはいずれも垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、４５°−４５°−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
このように、スイッチ１３１〜１３４（ＳＷ１〜ＳＷ４）を切り替えることで、アンテナ装置３１０は、図１２及び図１３に示す表の組み合わせの偏波のアンテナ特性を得ることが可能になる。これにより、基地局のアンテナ構成、伝播中の偏波の回転、端末（携帯無線機３００）の傾きなどにより、受信アンテナにおいて偏波の不整合が起きた場合においても、アンテナ偏波の各種バリエーションにより受信強度の改善が可能であり、ＭＩＭＯ、ダイバーシチ通信の受信信号強度改善に有効である。すなわち、スイッチ１３１〜１３４（ＳＷ１〜ＳＷ４）を切り替え、動作するアンテナ素子を変化させることによって、実施の形態１，２の場合よりさらに多くのバリエーションで偏波特性を切り替えることが可能となり、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況に対応するアンテナ性能を提供することができる。その結果、多様な偏波環境、使用形態においても伝送容量を向上させることができる。
ここで、本アンテナ装置３１０は、同一の構成で受信側と送信側といずれにも使用可能である。アンテナ装置３１０の給電点を直結する場合について補足して説明する。
図１４は、アンテナ装置３１０の給電点直結の接続方法を説明する図である。
アンテナ装置３１０を受信側で使用する場合には、アンテナ装置３１０の給電点を直結しても問題はない。しかし、アンテナ装置３１０を送信側の、例えば基地局で使用する場合には、アンテナ装置３１０の給電点を直結する接続はできない。例えば、アンテナ装置３１０を送信側で使用する場合は、図１４に示すスイッチ１３１（ＳＷ１）とスイッチ１３２（ＳＷ２）がＯＮ、又はスイッチ１３３（ＳＷ３）とスイッチ１３４（ＳＷ４）がＯＮするスイッチ動作の組み合わせは、実施できない。
（実施の形態４）
図１５は、本発明の実施の形態４に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す斜視図である。本実施の形態の説明にあたり、図１及び図８と同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１５は、本発明の実施の形態４に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す斜視図である。本実施の形態の説明にあたり、図１及び図８と同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１５Ａ，Ｂにおいて、携帯無線機４００Ａは、本体上部にＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置４１０を配置する。
アンテナ装置４１０は、第１の偏波方向用の複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３と、第１の偏波方向と直交する方向に設けられた第２のアンテナ素子１２１，１２２と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３の一端に設けられ、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３と第２のアンテナ素子１２１，１２２の接続を切り替える複数のスイッチ１３１，１３２，１３３，１３４（図１５Ａでは図示略）と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３にそれぞれ設けられた給電部１４１，１４２，１４３（図１５Ａでは図示略）とを備えて構成される。
アンテナ装置４１０は、第２のアンテナ素子１２１，１２２及びスイッチ１３１，１３２，１３３，１３４の配置が、図８の第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３の給電部１４１，１４２，１４３側から、その反対側に設置されている点のみが異なる。
また、図９Ｂに示すように、アンテナ装置４１０を携帯無線機４００Ａの上部に配置し、さらにカバー４２０で覆ってもよい。
上述のように構成されたアンテナ装置４１０の動作は、実施の形態３と同様であるため説明を省略する。
このように、本実施の形態によれば、実施の形態３と同様に、スイッチ１３１〜１３４（ＳＷ１〜ＳＷ４）を切り替えることで、各種組み合わせの偏波のアンテナ特性を得ることが可能になる。これにより、基地局のアンテナ構成、伝播中の偏波の回転、端末（携帯無線機４００）の傾きなどにより、受信アンテナにおいて偏波の不整合が起きた場合においても、アンテナ偏波の各種バリエーションにより受信強度の改善が可能であり、ＭＩＭＯ、ダイバーシチ通信の受信信号強度改善に有効である。また、本実施の形態では、実施の形態３と同様に、スイッチ１３１〜１３４（ＳＷ１〜ＳＷ４）を切り替え、動作するアンテナ素子を変化させることによって、実施の形態１，２の場合よりさらに多くのバリエーションで偏波特性を切り替えることが可能となり、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況に対応するアンテナ性能を提供することができる。その結果、多様な偏波環境、使用形態においても伝送容量を向上させることができる。
（実施の形態５）
図１６は、本発明の実施の形態５に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す斜視図である。本実施の形態の説明にあたり、図１及び図９Ａと同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１６は、本発明の実施の形態５に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す斜視図である。本実施の形態の説明にあたり、図１及び図９Ａと同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１６において、携帯無線機５００Ａは、本体上部にＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置３１０を配置する。
また、携帯無線機５００Ａは、本体内部にアンテナ装置３１０のスイッチ１３１，１３２，１３３，１３４（図示略）を切り替え制御するスイッチコントローラ５０１と、スイッチコントローラ５０１を制御するスイッチコントローラ命令部５０２と、通信容量を計算する通信容量計算部５０３とを備える。
上記スイッチコントローラ命令部５０２及び通信容量計算部５０３は、マイクロプロセッサ等により構成してもよいし、論理回路及びタイマ等の電子回路により構成してもよい。また、マイクロプロセッサ等で構成する場合は、携帯無線機５００Ａが本体機能として備えるＣＰＵ等の資源を使用してもよい。
以下、上述のように構成されたアンテナ装置３１０を備える携帯無線機５００Ａの動作について説明する。アンテナ装置３１０の動作は、実施の形態３と同様であるため説明を省略し、本実施の形態の特徴動作について述べる。
スイッチコントローラ命令部５０２は、スイッチコントローラ５０１を介して、スイッチ１３１，１３２，１３３，１３４を所定の動作モードで順次切り替える。例えば、スイッチコントローラ命令部５０２は、スイッチコントローラ５０１に対してスイッチ１３１，１３２，１３３，１３４を、前記図１０Ａ−Ｃ及び図１１に示すようなＭｏｄｅ１⇒Ｍｏｄｅ２⇒Ｍｏｄｅ３となるスイッチ構成に切り替える命令を出す。これにより、スイッチ１３１，１３２，１３３，１３４は、上記Ｍｏｄｅ１⇒Ｍｏｄｅ２⇒Ｍｏｄｅ３となるスイッチ構成に順次切替わる。
通信容量計算部５０３は、Ｍｏｄｅ１⇒Ｍｏｄｅ２⇒Ｍｏｄｅ３となるスイッチ構成に切り替えた場合の通信容量をそれぞれ検知する。そして、通信容量計算部５０３は、各Ｍｏｄｅの通信容量を比較し、最大通信容量が得られた〔Ｍｏｄｅ〕を通知する信号をスイッチコントローラ命令部５０２に出力する。スイッチコントローラ命令部５０２は、最大通信容量が得られた〔Ｍｏｄｅ〕となるスイッチ構成に切り替える命令を出す。これにより、携帯無線機５００Ａは、最大通信容量が得られた〔Ｍｏｄｅ〕で通信が行われるように運用される。
以上の動作フローは、任意のタイミングで実施される。また、一定時間経過毎に実施することも可能である。
このように、本実施の形態によれば、携帯無線機５００Ａは、最大通信容量が得られた〔Ｍｏｄｅ〕で通信が行われるようにスイッチ１３１〜１３４（ＳＷ１〜ＳＷ４）を切り替えることで、基地局のアンテナ構成、伝播中の偏波の回転、端末（携帯無線機５００Ａ）の傾きなどにより、受信アンテナにおいて偏波の不整合が起きた場合においても、最も良い受信信号強度で偏波特性を切り替えることが可能となり、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況に対応するアンテナ性能を提供することができる。その結果、多様な偏波環境、使用形態においても伝送容量をより一層向上させることができる。
また、携帯無線機５００Ａが本体機能として備えるＣＰＵ等の資源を使用してスイッチコントローラ命令部５０２及び通信容量計算部５０３を構成することで、部材の追加がなく、実施が容易であるという効果がある。また、仕様の設定・変更も簡単に行える利点がある。
なお、本実施の形態と上記各実施の形態１乃至４とを組合わせてよいことは言うまでもない。
以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。
ダイバーシチ動作、ＭＩＭＯ通信、又はアダプティブアレーアンテナ動作を行う複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を備える通信装置であればどのような装置にも適用できる。例えば、携帯電話機／ＰＨＳ（Personal Handy-Phone System）は勿論のこと、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の携帯情報端末、ノート型パソコン等の情報処理装置にも適用可能である。
また、上記各実施の形態において、使用周波数帯は、ＤＴＶ帯域に限らずどのような帯域でもよい。複数の周波数帯に対応した携帯無線機として、日本では９００ＭＨｚ帯を使用するＰＤＣ（Personal Digital Cellular）と２ＧＨｚ帯を使用するＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）とを併用できる携帯無線機が商品化されている。海外でも９００ＭＨｚ帯を使用するＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）と、１．８ＧＨｚ帯を使用するＤＣＳ（Digital Communication System）と、１．９ＧＨｚ帯を使用するＰＣＳ（Personal Communication Services）、２ＧＨｚ帯を使用するＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）とを併用できる携帯無線機が商品化されている。例えば、第１周波数帯が２ＧＨｚのシングルバンドであり、第２周波数帯が９００ＭＨｚ帯、１．８ＧＨｚ帯及び１．９ＧＨｚ帯の３バンドである場合でもよい。
また、上記各実施の形態では、携帯無線機という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、携帯電話機、無線通信装置等でもよいことは勿論である。また、アンテナ装置を備える通信装置は、送信側の例えば基地局装置であってもよい。
また、上記携帯無線機を構成する各回路部の種類、数及び接続方法などは前述した実施の形態に限られない。
本発明に係るアンテナ装置及び通信装置は、ダイバーシチ動作、ＭＩＭＯ通信、又はアダプティブアレーアンテナ動作を行う複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を備える通信装置を提供できる。また、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況により低下、又は変動する受信信号に対して、最適なアンテナ性能を提供することができ、特にダイバーシチ動作、ＭＩＭＯ通信、アダプティブアレーアンテナ動作を行う複数アンテナ素子を用いる通信において、通信容量の減少を防ぐ効果を有する技術に有用である。
本発明は、携帯電話機等のアンテナ装置及び通信装置に関し、特に、ダイバーシチ動作、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）通信、又はアダプティブアレーアンテナ動作を行う複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置及び通信装置に関する。
アンテナ装置は、各種の通信機器に備えられて所定周波数帯域の電波を送受信する。携帯電話機に代表される携帯無線機の普及と共にその応用範囲が拡大してきたため、携帯無線機のアンテナの広帯域性がより一層求められている。また、携帯無線機においては、急速的な普及に伴って１つの無線通信システムにおける回線数だけでは不足する傾向にある。このため、異なる周波数帯域を使用している他の無線通信システムと併用し、必要な回線数を確保することが考えられており、小型軽量化技術の著しい進歩により１つの携帯無線機で２種類の無線通信システムを利用することが可能な端末が開発されている。さらに、例えば、地上波デジタルテレビジョン放送の受信には、ＵＨＦ帯で数百ＭＨｚの帯域幅が必要と考えられている。また、１基のアンテナにより周波数帯を異にする無線ＬＡＮ（以下、ＷＬＡＮ：Wireless Local Area Networkという）の複数の規格に対応して無線装置の小型化を図るには、例えば２．４ＧＨｚ帯と５．２ＧＨｚ帯をカバーするアンテナが必要である。
また、移動体通信システムの移動局と基地局との通信においては、様々な電波伝搬環境により受信信号レベルが変動するフェージングを生じる場合が多い。フェージングに対する効果的な対策としてアンテナ選択ダイバーシチや合成ダイバーシチがある。アンテナ選択ダイバーシチでは、通常アンテナを複数個設置して、フェージングで受信状態が悪化したときに条件の良いアンテナを選択して通信を行う。例えば、同一周波数を時分割して複数ユーザで共有するＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）通信方式におけるアンテナ選択ダイバーシチ装置がある。
また近年、無線通信においては、伝送効率の向上を図ることができる技術としてＭＩＭＯ通信が注目されている。ＭＩＭＯ通信においては、複数の送信アンテナを備えた送信装置が各送信アンテナから複数のビットで構成されるストリームを同時に送信し、複数の受信アンテナを備えた受信装置が送信装置におけるストリームを分離して復調する。したがって、送信装置のすべての送信アンテナから互いに異なるストリームが同時に送信される場合は、理論的には送信アンテナが１本の場合に比べて伝送効率を送信アンテナ数倍に向上することができる。
複数のアンテナ素子を搭載し、ダイバーシチ動作、ＭＩＭＯ通信、アダプティブアレーアンテナ動作を用いる通信では、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況の変動、受信信号の変動に対して、あるアンテナ単一の指向性のみでは、受信信号の特に偏波特性変動に対応することは困難である。通信容量の確保には偏波特性変動に柔軟に対応するアンテナシステムが必要である。
この対策として、偏波を利用し、通信容量の向上を図る、特許文献１乃至特許文献４に記載されたものが知られている。
特許文献１には、基地局が偏波特性を切り替えて、また端末側もその基地局からの偏波特性に一致した偏波で受信を行う適応アレーアンテナを用いた通信装置及び方法が記載されている。特許文献１記載の装置は、基地局が垂直偏波を出力した場合、端末側も垂直偏
波で受信を行う。これにより、端末及び基地局のアンテナ偏波が一致し、通信容量の向上を図ることができる。さらに、この通信を各端末ごとに異なる偏波で行うことで、各端末対基地局の通信パスの干渉を抑える。
波で受信を行う。これにより、端末及び基地局のアンテナ偏波が一致し、通信容量の向上を図ることができる。さらに、この通信を各端末ごとに異なる偏波で行うことで、各端末対基地局の通信パスの干渉を抑える。
特許文献２には、基地局に偏波の異なるアンテナ素子を複数持たせ、このアンテナ群の中で選択ダイバーシチ及びＭＩＭＯ動作を行い、通信容量の向上を図る電波送受信装置が記載されている。
特許文献３には、多数のアンテナ素子から複数のアンテナ素子を用いて指向性合成を行った上でＭＩＭＯを行うアンテナ装置が記載されている。
特許文献４には、基地局及び端末ともに偏波の異なる複数のアンテナ素子を用意しＭＩＭＯを行うＭＩＭＯ無線通信システムが記載されている。これにより、各ＭＩＭＯの伝播パスにおける送受信のアンテナ素子の指向性及び偏波が異なり、各伝播パスの分離度が向上することで、通信容量の向上を図る。
特開２００４−８０３５３号公報
特開２００４−３１２３８１号公報
特開２００５−８６５１８号公報
特表２００４−５１７５４９号公報
しかしながら、このような従来の複数のアンテナ素子を搭載する携帯無線機にあっては、以下のような問題があった。
（１）特許文献１の記載の装置は、基地局がアンテナにより偏波特性を切り替えて端末と通信し、端末毎に基地局からの偏波を切り替えることで各通信のパスの分離特性を改善する。しかしこの技術では、基地局からの偏波は伝搬環境によって変化してしまうので、端末においてパスの分離度を維持することが困難である。また、携帯電話では端末の偏波も一定ではないためパスの分離は困難である。
（２）特許文献２に記載の装置は、互いに異なる偏波の複数のアンテナ素子を持つアンテナ群の中で最良と思われるアンテナ素子を選択し、そのアンテナ素子を用いてダイバーシチ、ＭＩＭＯを行う。しかしこの技術では、偏波をアンテナ毎に変えてＭＩＭＯの伝送容量を向上させようとするものの、端末が傾くことが考慮されていないため、傾き条件によっては伝送容量が劣化する場合がある。
（３）特許文献３に記載の装置は、多数のアンテナ素子から複数のアンテナ素子を用いて指向性合成を行った上でＭＩＭＯを行う。つまり、複数のアンテナ素子を用いて振幅、位相を調整後に指向性合成を行うことで、各種伝播特性、偏波特性に適応した指向性を得ている。この技術では、基地局、伝播環境、端末の運用状態の依存しない最適な偏波特性のアンテナを端末側で得ることについては開示されていない。また、電力損失が極力少なく、場所・時間により変化する偏波特性に対応した各種偏波バリエーションをアンテナ装置で提供することについては開示されていない。
（４）特許文献４に記載の装置は、基地局、端末ともに偏波の異なる複数のアンテナ素
子を用意しＭＩＭＯを行う。伝播環境の変化に応じて各アンテナの偏波を切り替えなどを行っているわけではなく、常に同じ指向性、偏波特性のアンテナを用いている。この技術では、特許文献３に記載の装置と同様に、基地局、伝播環境、端末の運用状態の依存しない最適な偏波特性のアンテナを端末側で得ることについて、また、電力損失が極力少なく、場所・時間により変化する偏波特性に対応した各種偏波バリエーションをアンテナ装置で提供することについては開示されていない。
子を用意しＭＩＭＯを行う。伝播環境の変化に応じて各アンテナの偏波を切り替えなどを行っているわけではなく、常に同じ指向性、偏波特性のアンテナを用いている。この技術では、特許文献３に記載の装置と同様に、基地局、伝播環境、端末の運用状態の依存しない最適な偏波特性のアンテナを端末側で得ることについて、また、電力損失が極力少なく、場所・時間により変化する偏波特性に対応した各種偏波バリエーションをアンテナ装置で提供することについては開示されていない。
したがって、従来の複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置及び通信装置にあっては、基地局と端末で通信を行う場合、基地局アンテナの偏波、基地局と端末間の電波伝搬特性による偏波特性の変化、端末における使用者の使用方法、傾きなどによる各種状況に応じて発生する偏波の変化に対して、アンテナとして偏波変化に追従して対応し、より高い、より安定した通信容量を得る必要がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、アンテナの持つ偏波特性を切り替えることができ、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況により低下、又は変動する受信信号に対して通信容量の減少を防いで、多様な偏波環境、使用形態においても伝送容量を向上させることのできるアンテナ装置及び通信装置を提供することを目的とする。
本発明のアンテナ装置は、第１の偏波方向用の少なくとも２つの第１のアンテナ素子と、前記第１の偏波方向と直交する方向に設けられた第２のアンテナ素子と、前記複数の第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子の接続を切り替えるスイッチと、前記複数の第１のアンテナ素子にそれぞれ設置した給電部と、を備える構成を採る。
本発明の通信装置は、ＭＩＭＯ又はダイバーシチに使用されるアンテナ装置を備える通信装置であって、上記アンテナ装置を備える構成を採る。
本発明によれば、アンテナの持つ偏波特性を切り替えることにより、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況により低下、又は変動する受信信号に対して、最適なアンテナ性能を提供することができ、ダイバーシチ動作、ＭＩＭＯ通信、又はアダプティブアレーアンテナ動作を行う複数アンテナ素子を用いる通信において、通信容量の減少を防ぐ効果を奏する。例えば、基地局アンテナの偏波特性、基地局と端末間の電波伝搬特性、端末における使用者の使用方法、傾きなどによる各種状況に応じて発生する偏波の変化に対して柔軟に対応することが可能になり、最良の信号強度を得ることができ、通信容量の減少を防いで、多様な偏波環境、使用形態においても伝送容量を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す図である。本実施の形態は、ＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される端末用アンテナ装置を搭載する携帯無線機に適用した例である。
図１は、本発明の実施の形態１に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す図である。本実施の形態は、ＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される端末用アンテナ装置を搭載する携帯無線機に適用した例である。
図１において、携帯無線機１００は、筐体内部にＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置１１０を搭載する。
携帯無線機１００は、ＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置１１０を搭載する携帯無線機であればよく、例えば、携帯電話機／ＰＨＳ（Personal Handy-Phone System）である。また、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の携帯情報端末、ノート型パソコン等の情報処理装置にも適用可能である。
携帯無線機１００筐体は、絶縁体である樹脂の成型品、例えば非導電性のＡＢＳ樹脂により構成される。また、筐体は、アンテナ素子の近接時のアンテナ効率劣化対策として、メタマテリアルなどを用いるとアンテナ効率低下の対策となる。なお、図示は省略するが、携帯無線機１００本体には、ＬＣＤ表示部、サブ画面表示部、着信音等を出力するスピーカ、画像を撮影するカメラ部、外部機器と接続するコネクタ部などが設けられる。
アンテナ装置１１０は、第１の偏波方向用の複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２と、第１の偏波方向と直交する方向に設けられた第２のアンテナ素子１２１と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２と第２のアンテナ素子１２１の接続を切り替える複数のスイッチ１３１，１３２と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２にそれぞれ設けられた給電部１４１，１４２とを備えて構成される。
図１に示すように、アンテナ装置１１０は、３つのアンテナ素子（第１のアンテナ素子１１１，１１２及び第２のアンテナ素子１２１）をコの字型に配置し、各アンテナ素子間に２つのスイッチ（スイッチ１３１，１３２）を配置し、第１のアンテナ素子１１１，１１２の一端に２つの給電部（給電部１４１，１４２）を配置する構成を採る。
第１のアンテナ素子１１１，１１２及び第２のアンテナ素子１２１は、金属フレームから構成され、長手方向に約λ（λは波長）／４の長さとする。筐体と平行となるアンテナ素子に関して、なるべくアンテナ素子を筐体から離した方がアンテナ効率が向上し有利である。材質は電波が伝搬する材質であることは勿論のこと、使用周波数でロスの少ない、高い導電性を有し、かつ軽量で強度が高い金属、例えば銅、鉄、マグネシウム合金を用いる。
スイッチ１３１，１３２は、図示しない制御部からの制御信号に従って、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１及び／又は第１のアンテナ素子１１２との接続を切り替える。また、図示しない制御部は、偏波方向により接続を切り替えるための制御信号をスイッチ１３１，１３２に出力する。
スイッチ１３１，１３２は、スイッチＯＮの場合、極力使用周波数でロスがなく、スイッチＯＦＦの場合、スイッチ両端子で使用周波数において極力アイソレーションがあるスイッチを用いる。また、スイッチ１３１，１３２は、送信時に送信波の大電力に耐えうる必要がある。例えば、低損失なＭＥＭＳ（Microelectoromechanical Systems）スイッチを用いることが好ましい。なお、スイッチ１３１，１３２の切り替えの組み合わせの具体例については後述する。
給電部１４１，１４２は、導電性の金属から構成され、第１のアンテナ素子１１１，１１２に接続し給電する。
上記第１のアンテナ素子１１１及び給電部１４１は、スイッチ１３１がＯＦＦし、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが切り離されている場合、モノポールアンテナとして動作する。上記第１のアンテナ素子１１２及び給電部１４２についても同様に、スイッチ１３２がＯＦＦし、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが切り離されている場合、モノポールアンテナとして動作する。また、この２つのモノポール給電間を繋ぐように第１のアンテナ素子１１１，１１２と直交して第２のアンテナ素子１２１が配置される。
ここで、携帯無線機１００に内蔵されるアンテナ装置１１０を、携帯無線機１００筐体に対して横置きに搭載してもよい。
図２は、上記アンテナ装置１１０を搭載する携帯無線機１００の概略構成を示す図である。図１と同一構成部分には、同一符号を付している。
図２に示すように、アンテナ装置１１０は、携帯無線機１００筐体に対して、コの字型の３つのアンテナ素子が横置きに配置される。アンテナ装置１１０を横置きに配置しても
図１の場合と特性上の優劣はない。アンテナ装置１１０を横置きに配置することで、筐体内における部品配置の自由度を高めることができる。
図１の場合と特性上の優劣はない。アンテナ装置１１０を横置きに配置することで、筐体内における部品配置の自由度を高めることができる。
以下、上述のように構成されたアンテナ装置１１０の動作について説明する。
各種偏波に対応するため、状況に応じて偏波特性を切り替えるＭＩＭＯ通信を行う場合を例に採る。
図３Ａ−Ｃは、アンテナ装置１１０の偏波特性の切り替えを説明する図であり、図３ＡはＭＩＭＯの垂直偏波、図３Ｂは斜め偏波（ＭＩＭＯ＋）、図３Ｃは斜め偏波（ＭＩＭＯ−）を示す。また、図４は、図３Ａ−Ｃの偏波特性の切り替えを表にして示す図である。図３Ａ−Ｃ及び図４において、斜め偏波は垂直偏波に対する＋４５°及び−４５°である。偏波の方向は、図中矢印の向きで示している。ＳＷ１，ＳＷ２は、スイッチ１３１，１３２を示し、Ｒｘ１，Ｒｘ２はアンテナ装置１１０が接続される携帯無線機１００の受信端をそれぞれ示す。Ｖは垂直偏波を示す。なお、本アンテナ装置１１０が、ＭＩＭＯ通信を行う基地局側に適用される場合は、Ｒｘ１，Ｒｘ２をＴｘ１，Ｔｘ２と読み替えればよい。
〔第１方式（Ｍｏｄｅ１）〕
図３Ａ及び図４に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）及びスイッチ１３２（ＳＷ２）をいずれもＯＦＦする。すると、第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１及び第１のアンテナ素子１１２と切り離され、第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２のみがモノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置１１０は、垂直−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図３Ａ及び図４に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）及びスイッチ１３２（ＳＷ２）をいずれもＯＦＦする。すると、第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１及び第１のアンテナ素子１１２と切り離され、第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２のみがモノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置１１０は、垂直−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
〔第２方式（Ｍｏｄｅ２）〕
図３Ｂ及び図４に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置１１０は、＋４５°−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図３Ｂ及び図４に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置１１０は、＋４５°−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
〔第３方式（Ｍｏｄｅ３）〕
図３Ｃ及び図４に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離される。第２のアンテナ素子１２２は、第２のアンテナ素子１２１と同様に、第１のアンテナ素子１１１に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置１１０は、垂直−（−４５°）の偏波のアンテナ特性となる。
図３Ｃ及び図４に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離される。第２のアンテナ素子１２２は、第２のアンテナ素子１２１と同様に、第１のアンテナ素子１１１に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置１１０は、垂直−（−４５°）の偏波のアンテナ特性となる。
図４の表に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）及びスイッチ１３２（ＳＷ２）を切り替えることで、アンテナ装置１１０は、垂直−垂直、４５°−垂直、及び垂直−（−４
５°）の３通りの偏波のアンテナ特性を得ることが可能になる。これにより、基地局のアンテナ構成、伝播中の偏波の回転、端末（携帯無線機１００）の傾きなどにより、受信アンテナにおいて偏波の不整合が起きた場合においても、アンテナ偏波の３バリエーションにより受信強度の改善が可能であり、ＭＩＭＯ、ダイバーシチ通信の受信信号強度改善に有効である。
５°）の３通りの偏波のアンテナ特性を得ることが可能になる。これにより、基地局のアンテナ構成、伝播中の偏波の回転、端末（携帯無線機１００）の傾きなどにより、受信アンテナにおいて偏波の不整合が起きた場合においても、アンテナ偏波の３バリエーションにより受信強度の改善が可能であり、ＭＩＭＯ、ダイバーシチ通信の受信信号強度改善に有効である。
以上のように、本実施の形態によれば、アンテナ装置１１０は、第１の偏波方向用の複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２と、第１の偏波方向と直交する方向に設けられた第２のアンテナ素子１２１と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２と第２のアンテナ素子１２１の接続を切り替える複数のスイッチ１３１，１３２と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２にそれぞれ設けられた給電部１４１，１４２とを備え、スイッチ１３１，１３２を切り替え、動作するアンテナ素子を変化させることによって、アンテナ装置１１０の持つ偏波特性を切り替えることが可能となり、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況に対応するアンテナ性能を提供することができる。これにより、多様な偏波環境、使用形態においても伝送容量を向上させることができる。例えば、図１に示すアンテナ装置１１０を搭載する携帯無線機１００の場合、ＭＩＭＯ通信又はダイバーシチ通信において、基地局の偏波、伝播中の偏波の変動、端末の傾きによる偏波の変化による各種原因による偏波の変動が生じた場合でも、アンテナ装置１１０の装荷されているスイッチ１３１，１３２を制御し、運用状態に応じて最適な偏波特性のアンテナ指向性を得ることで、伝送容量が高いＭＩＭＯ通信又はダイバーシチ通信が可能となる。
また、本実施の形態では、スイッチ１３１，１３２に、低損失なＭＥＭＳスイッチを用いることで、切り替えによる電力損失が軽減され、通信容量の低下を防止することができる。
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す図である。本実施の形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図５は、本発明の実施の形態２に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す図である。本実施の形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図５において、携帯無線機２００は、筐体内部にＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置２１０を搭載する。
アンテナ装置２１０は、第１の偏波方向用の複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２と、第１の偏波方向と直交する方向に設けられた第２のアンテナ素子１２１と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２の一端に設けられ、第１のアンテナ素子１１１，１１２と第２のアンテナ素子１２１の接続を切り替える複数のスイッチ１３１，１３２と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２の他端にそれぞれ設けられた給電部１４１，１４２とを備えて構成される。
アンテナ装置２１０は、第２のアンテナ素子１２１及びスイッチ１３１，１３２の配置が、図１の第１のアンテナ素子１１１，１１２の給電部１４１，１４２側から、その反対側に設置されている点のみが異なる。このため、アンテナ装置２１０は、図１のアンテナ装置１１０と同様に、３つのアンテナ素子（第１のアンテナ素子１１１，１１２及び第２のアンテナ素子１２１）をコの字型に配置し、各アンテナ素子間に２つのスイッチ（スイッチ１３１，１３２）を配置し、第１のアンテナ素子１１１，１１２の一端に２つの給電部（給電部１４１，１４２）を配置する構成を採る。
なお、図示は省略するが、携帯無線機２００に内蔵されるアンテナ装置２１０を、前記図２の場合と同様に、携帯無線機２００筐体に対して横置きに搭載してもよい。
以下、上述のように構成されたアンテナ装置２１０の動作について説明する。
基本動作は、実施の形態１と同様である。状況に応じて偏波特性を切り替えるＭＩＭＯ通信を行う場合を例に採る。
図６Ａ−Ｃは、アンテナ装置２１０の偏波特性の切り替えを説明する図であり、図６ＡはＭＩＭＯの垂直偏波、図６Ｂは斜め偏波（ＭＩＭＯ−）、図６Ｃは斜め偏波（ＭＩＭＯ＋）を示す。また、図７は、図６Ａ−Ｃの偏波特性の切り替えを表にして示す図である。図６Ａ−Ｃ及び図７において、斜め偏波は垂直偏波に対する＋４５°及び−４５°である。ＳＷ１，ＳＷ２は、スイッチ１３１，１３２を示し、Ｒｘ１，Ｒｘ２はアンテナ装置２１０が接続される携帯無線機２００の受信端をそれぞれ示す。Ｖは垂直偏波を示す。なお、本アンテナ装置２１０が、ＭＩＭＯ通信を行う基地局側に適用される場合は、Ｒｘ１，Ｒｘ２をＴｘ１，Ｔｘ２と読み替えればよい。
〔第４方式（Ｍｏｄｅ４）〕
図６Ａ及び図７に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）及びスイッチ１３２（ＳＷ２）をいずれもＯＦＦする。すると、第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１及び第１のアンテナ素子１１２と切り離され、第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２のみがモノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置２１０は、垂直−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図６Ａ及び図７に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）及びスイッチ１３２（ＳＷ２）をいずれもＯＦＦする。すると、第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１及び第１のアンテナ素子１１２と切り離され、第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２のみがモノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置２１０は、垂直−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
〔第５方式（Ｍｏｄｅ５）〕
図６Ｂ及び図７に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置２１０は、−４５°−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図６Ｂ及び図７に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置２１０は、−４５°−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
〔第６方式（Ｍｏｄｅ６）〕
図６Ｃ及び図７に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第２のアンテナ素子１２１と同様に、第１のアンテナ素子１１１に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置２１０は、垂直−４５°の偏波のアンテナ特性となる。
図６Ｃ及び図７に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第２のアンテナ素子１２１と同様に、第１のアンテナ素子１１１に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置２１０は、垂直−４５°の偏波のアンテナ特性となる。
このように、図７の表に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）及びスイッチ１３２（ＳＷ２）を切り替えることで、アンテナ装置２１０は、垂直−垂直、−４５°−垂直、及び垂直−４５°の３通りの偏波のアンテナ特性を得ることが可能になる。これにより、基地局のアンテナ構成、伝播中の偏波の回転、端末（携帯無線機２００）の傾きなどにより、受信アンテナにおいて偏波の不整合が起きた場合においても、アンテナ偏波の３バリエ
ーションにより受信強度の改善が可能であり、ＭＩＭＯ、ダイバーシチ通信の受信信号強度改善に有効である。すなわち、実施の形態１の場合と同様に、スイッチ１３１，１３２を切り替え、動作するアンテナ素子を変化させることによって、アンテナ装置１１０の持つ偏波特性を切り替えることが可能となり、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況に対応するアンテナ性能を提供することができる。これにより、多様な偏波環境、使用形態においても伝送容量を向上させることができる。
ーションにより受信強度の改善が可能であり、ＭＩＭＯ、ダイバーシチ通信の受信信号強度改善に有効である。すなわち、実施の形態１の場合と同様に、スイッチ１３１，１３２を切り替え、動作するアンテナ素子を変化させることによって、アンテナ装置１１０の持つ偏波特性を切り替えることが可能となり、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況に対応するアンテナ性能を提供することができる。これにより、多様な偏波環境、使用形態においても伝送容量を向上させることができる。
（実施の形態３）
実施の形態１，２では、２×２ＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置について説明した。実施の形態３は、３×３ＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置について説明する。
実施の形態１，２では、２×２ＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置について説明した。実施の形態３は、３×３ＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置について説明する。
図８は、本発明の実施の形態３に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す図である。本実施の形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図８において、携帯無線機３００は、筐体内部にＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置３１０を搭載する。
アンテナ装置３１０は、第１の偏波方向用の複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３と、第１の偏波方向と直交する方向に設けられた第２のアンテナ素子１２１，１２２と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３と第２のアンテナ素子１２１，１２２の接続を切り替える複数のスイッチ１３１，１３２，１３３，１３４と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３にそれぞれ設けられた給電部１４１，１４２，１４３とを備えて構成される。
アンテナ装置３１０は、図１のアンテナ装置１１０に、さらに第１のアンテナ素子１１３、第２のアンテナ素子１２２、スイッチ１３３，１３４及び給電部１４３が追加された構成となっている。
本実施の形態は、３×３ＭＩＭＯ通信のアンテナ装置の構成例である。本アンテナ装置のアンテナ素子数、スイッチ数、及び給電点数を一般化して示すと以下の通りである。
Ｎ（Ｎは任意の自然数）×Ｎ ＭＩＭＯを想定した場合、
給電点数：Ｎ
素子数：Ｎ＋（Ｎ−１）
スイッチ数：（Ｎ−１）×２
である。
給電点数：Ｎ
素子数：Ｎ＋（Ｎ−１）
スイッチ数：（Ｎ−１）×２
である。
なお、図示は省略するが、携帯無線機３００に内蔵されるアンテナ装置３１０を、前記図２の場合と同様に、携帯無線機３００筐体に対して横置きに搭載してもよい。
また、図８では、アンテナ装置３１０を、携帯無線機３００筐体に内蔵した例を示したが、アンテナ装置３１０を携帯無線機３００外部に露出させるなど、どのような箇所に設置してもよい。
図９Ａ，Ｂは、上記アンテナ装置３１０を搭載する携帯無線機の概略構成を示す斜視図である。図９Ａに示すように、アンテナ装置３１０を携帯無線機３００Ａの上部に配置してもよく、さらに図９Ｂに示すように、アンテナ装置３１０をカバー３２０で覆ってもよ
い。
い。
以下、上述のように構成されたアンテナ装置３１０の動作について説明する。
基本動作は、実施の形態１と同様である。状況に応じて偏波特性を切り替える３×３ＭＩＭＯ通信を行う場合を例に採る。
図１０Ａ−Ｉは、アンテナ装置３１０の偏波特性の切り替えを説明する図であり、図１０Ａ，ＢはＭＩＭＯの垂直偏波、図１０Ｃ−Ｉは携帯無線機３００の受信端に少なくとも一つの斜め偏波を示す。また、図１１〜図１３は、図１０Ａ−Ｉの偏波特性の切り替えを表にして示す図である。図１０Ａ−Ｉ及び図１１〜図１３において、斜め偏波は垂直偏波に対する＋４５°及び−４５°である。ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は、スイッチ１３１，１３２，１３３を示し、Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３はアンテナ装置３１０が接続される携帯無線機３００の受信端をそれぞれ示す。なお、本アンテナ装置３１０が、ＭＩＭＯ通信を行う基地局側に適用される場合は、Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３をＴｘ１，Ｔｘ２，Ｔｘ３と読み替えればよい。
〔第１方式（Ｍｏｄｅ１）〕
図１０Ａ及び図１１に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）〜スイッチ１３４（ＳＷ４）をいずれもＯＦＦする。すると、第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３と切り離され、第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３のみがモノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−垂直−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図１０Ａ及び図１１に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）〜スイッチ１３４（ＳＷ４）をいずれもＯＦＦする。すると、第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３と切り離され、第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３のみがモノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−垂直−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
〔第２方式（Ｍｏｄｅ２）〕
図１０Ｂ及び図７に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１），１３４（ＳＷ４）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２），１３３（ＳＷ３）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１，１２２が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１２とが切り離され、また第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているが、第１のアンテナ素子１１２の左右両側に均等に第２のアンテナ素子１２１，１２２が接続されているため、第２のアンテナ素子１２１、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子は垂直偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−垂直−垂直のアンテナ特性となる。
図１０Ｂ及び図７に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１），１３４（ＳＷ４）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２），１３３（ＳＷ３）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１，１２２が接続されるとともに、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１２とが切り離され、また第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているが、第１のアンテナ素子１１２の左右両側に均等に第２のアンテナ素子１２１，１２２が接続されているため、第２のアンテナ素子１２１、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子は垂直偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−垂直−垂直のアンテナ特性となる。
〔第３方式（Ｍｏｄｅ３）〕
図１０Ｃ及び図１１に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続され、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２１，１２２と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。同様に、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１３及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２は、モノポールアン
テナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、４５°−垂直−（−４５°）の偏波のアンテナ特性となる。
図１０Ｃ及び図１１に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続され、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２１，１２２と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。同様に、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１３及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２は、モノポールアン
テナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、４５°−垂直−（−４５°）の偏波のアンテナ特性となる。
〔第４方式（Ｍｏｄｅ４）〕
図１０Ｄ及び図１２に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＮ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２，１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−４５°−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図１０Ｄ及び図１２に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＮ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２，１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−４５°−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
〔第５方式（Ｍｏｄｅ５）〕
図１０Ｅ及び図１２に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１３及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−垂直−（−４５°）の偏波のアンテナ特性となる。
図１０Ｅ及び図１２に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１３及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１２は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−垂直−（−４５°）の偏波のアンテナ特性となる。
〔第６方式（Ｍｏｄｅ６）〕
図１０Ｆ及び図１２に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＮ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１が接続され、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。また、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１３及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子も垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−（−４５°）−（−４５°）の偏波のアンテナ特性となる。
図１０Ｆ及び図１２に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＮ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＮする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１が接続され、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２１と第１のアンテナ素子１１１とが切り離され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１２とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。また、第１のアンテナ素子１１３と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１３及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子も垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−（−４５°）−（−４５°）の偏波のアンテナ特性となる。
〔第７方式（Ｍｏｄｅ７）〕
図１０Ｇ及び図１３に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＮ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１が接続され
、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１２，１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−（−４５°）−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図１０Ｇ及び図１３に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＦＦ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＮ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１が接続され
、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１２，１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、−４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１１，１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、垂直−（−４５°）−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
〔第８方式（Ｍｏｄｅ８）〕
図１０Ｈ及び図１３に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１２，１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２，１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、４５°−垂直−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図１０Ｈ及び図１３に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＦＦ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１２，１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子は垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１２，１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、４５°−垂直−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
〔第９方式（Ｍｏｄｅ９）〕
図１０Ｉ及び図１３に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＮ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続され、かつ第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子と第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子とはいずれも垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、４５°−４５°−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
図１０Ｉ及び図１３に示すように、スイッチ１３１（ＳＷ１）をＯＮ、スイッチ１３２（ＳＷ２）をＯＦＦ、スイッチ１３３（ＳＷ３）をＯＮ、スイッチ１３４（ＳＷ４）をＯＦＦする。すると、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１が接続されるとともに、第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２２が接続され、第２のアンテナ素子１２２と第１のアンテナ素子１１３とが切り離される。第２のアンテナ素子１２１，１２２は、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３に対して直交する方向に配置されているので、第１のアンテナ素子１１１と第２のアンテナ素子１２１とが接続され、かつ第１のアンテナ素子１１２と第２のアンテナ素子１２２とが接続されると、第１のアンテナ素子１１１及び第２のアンテナ素子１２１から構成されるアンテナ素子と第１のアンテナ素子１１２及び第２のアンテナ素子１２２から構成されるアンテナ素子とはいずれも垂直偏波に対して、＋４５°傾いた斜め偏波となる。第１の偏波方向を受ける第１のアンテナ素子１１３は、モノポールアンテナ動作をする。したがって、アンテナ装置３１０は、４５°−４５°−垂直の偏波のアンテナ特性となる。
このように、スイッチ１３１〜１３４（ＳＷ１〜ＳＷ４）を切り替えることで、アンテナ装置３１０は、図１２及び図１３に示す表の組み合わせの偏波のアンテナ特性を得ることが可能になる。これにより、基地局のアンテナ構成、伝播中の偏波の回転、端末（携帯無線機３００）の傾きなどにより、受信アンテナにおいて偏波の不整合が起きた場合においても、アンテナ偏波の各種バリエーションにより受信強度の改善が可能であり、ＭＩＭＯ、ダイバーシチ通信の受信信号強度改善に有効である。すなわち、スイッチ１３１〜１３４（ＳＷ１〜ＳＷ４）を切り替え、動作するアンテナ素子を変化させることによって、実施の形態１，２の場合よりさらに多くのバリエーションで偏波特性を切り替えることが可能となり、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況に対応するアンテナ性能を提供することができる。その結果、多様な偏波環境、使用形態においても伝送容量を向上させることができる。
ここで、本アンテナ装置３１０は、同一の構成で受信側と送信側といずれにも使用可能である。アンテナ装置３１０の給電点を直結する場合について補足して説明する。
図１４は、アンテナ装置３１０の給電点直結の接続方法を説明する図である。
アンテナ装置３１０を受信側で使用する場合には、アンテナ装置３１０の給電点を直結しても問題はない。しかし、アンテナ装置３１０を送信側の、例えば基地局で使用する場合には、アンテナ装置３１０の給電点を直結する接続はできない。例えば、アンテナ装置３１０を送信側で使用する場合は、図１４に示すスイッチ１３１（ＳＷ１）とスイッチ１３２（ＳＷ２）がＯＮ、又はスイッチ１３３（ＳＷ３）とスイッチ１３４（ＳＷ４）がＯＮするスイッチ動作の組み合わせは、実施できない。
（実施の形態４）
図１５は、本発明の実施の形態４に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す斜視図である。本実施の形態の説明にあたり、図１及び図８と同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１５は、本発明の実施の形態４に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す斜視図である。本実施の形態の説明にあたり、図１及び図８と同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１５Ａ，Ｂにおいて、携帯無線機４００Ａは、本体上部にＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置４１０を配置する。
アンテナ装置４１０は、第１の偏波方向用の複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３と、第１の偏波方向と直交する方向に設けられた第２のアンテナ素子１２１，１２２と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３の一端に設けられ、第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３と第２のアンテナ素子１２１，１２２の接続を切り替える複数のスイッチ１３１，１３２，１３３，１３４（図１５Ａでは図示略）と、複数の第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３にそれぞれ設けられた給電部１４１，１４２，１４３（図１５Ａでは図示略）とを備えて構成される。
アンテナ装置４１０は、第２のアンテナ素子１２１，１２２及びスイッチ１３１，１３２，１３３，１３４の配置が、図８の第１のアンテナ素子１１１，１１２，１１３の給電部１４１，１４２，１４３側から、その反対側に設置されている点のみが異なる。
また、図９Ｂに示すように、アンテナ装置４１０を携帯無線機４００Ａの上部に配置し、さらにカバー４２０で覆ってもよい。
上述のように構成されたアンテナ装置４１０の動作は、実施の形態３と同様であるため説明を省略する。
このように、本実施の形態によれば、実施の形態３と同様に、スイッチ１３１〜１３４（ＳＷ１〜ＳＷ４）を切り替えることで、各種組み合わせの偏波のアンテナ特性を得ることが可能になる。これにより、基地局のアンテナ構成、伝播中の偏波の回転、端末（携帯無線機４００）の傾きなどにより、受信アンテナにおいて偏波の不整合が起きた場合においても、アンテナ偏波の各種バリエーションにより受信強度の改善が可能であり、ＭＩＭＯ、ダイバーシチ通信の受信信号強度改善に有効である。また、本実施の形態では、実施の形態３と同様に、スイッチ１３１〜１３４（ＳＷ１〜ＳＷ４）を切り替え、動作するアンテナ素子を変化させることによって、実施の形態１，２の場合よりさらに多くのバリエーションで偏波特性を切り替えることが可能となり、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況に対応するアンテナ性能を提供することができる。その結果、多様な偏波環境、使用形態においても伝送容量を向上させることができる。
（実施の形態５）
図１６は、本発明の実施の形態５に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す斜視図である。本実施の形態の説明にあたり、図１及び
図９Ａと同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１６は、本発明の実施の形態５に係る複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を搭載する携帯無線機の概略構成を示す斜視図である。本実施の形態の説明にあたり、図１及び
図９Ａと同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１６において、携帯無線機５００Ａは、本体上部にＭＩＭＯ通信、又はダイバーシチ通信に使用される複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置３１０を配置する。
また、携帯無線機５００Ａは、本体内部にアンテナ装置３１０のスイッチ１３１，１３２，１３３，１３４（図示略）を切り替え制御するスイッチコントローラ５０１と、スイッチコントローラ５０１を制御するスイッチコントローラ命令部５０２と、通信容量を計算する通信容量計算部５０３とを備える。
上記スイッチコントローラ命令部５０２及び通信容量計算部５０３は、マイクロプロセッサ等により構成してもよいし、論理回路及びタイマ等の電子回路により構成してもよい。また、マイクロプロセッサ等で構成する場合は、携帯無線機５００Ａが本体機能として備えるＣＰＵ等の資源を使用してもよい。
以下、上述のように構成されたアンテナ装置３１０を備える携帯無線機５００Ａの動作について説明する。アンテナ装置３１０の動作は、実施の形態３と同様であるため説明を省略し、本実施の形態の特徴動作について述べる。
スイッチコントローラ命令部５０２は、スイッチコントローラ５０１を介して、スイッチ１３１，１３２，１３３，１３４を所定の動作モードで順次切り替える。例えば、スイッチコントローラ命令部５０２は、スイッチコントローラ５０１に対してスイッチ１３１，１３２，１３３，１３４を、前記図１０Ａ−Ｃ及び図１１に示すようなＭｏｄｅ１⇒Ｍｏｄｅ２⇒Ｍｏｄｅ３となるスイッチ構成に切り替える命令を出す。これにより、スイッチ１３１，１３２，１３３，１３４は、上記Ｍｏｄｅ１⇒Ｍｏｄｅ２⇒Ｍｏｄｅ３となるスイッチ構成に順次切替わる。
通信容量計算部５０３は、Ｍｏｄｅ１⇒Ｍｏｄｅ２⇒Ｍｏｄｅ３となるスイッチ構成に切り替えた場合の通信容量をそれぞれ検知する。そして、通信容量計算部５０３は、各Ｍｏｄｅの通信容量を比較し、最大通信容量が得られた〔Ｍｏｄｅ〕を通知する信号をスイッチコントローラ命令部５０２に出力する。スイッチコントローラ命令部５０２は、最大通信容量が得られた〔Ｍｏｄｅ〕となるスイッチ構成に切り替える命令を出す。これにより、携帯無線機５００Ａは、最大通信容量が得られた〔Ｍｏｄｅ〕で通信が行われるように運用される。
以上の動作フローは、任意のタイミングで実施される。また、一定時間経過毎に実施することも可能である。
このように、本実施の形態によれば、携帯無線機５００Ａは、最大通信容量が得られた〔Ｍｏｄｅ〕で通信が行われるようにスイッチ１３１〜１３４（ＳＷ１〜ＳＷ４）を切り替えることで、基地局のアンテナ構成、伝播中の偏波の回転、端末（携帯無線機５００Ａ）の傾きなどにより、受信アンテナにおいて偏波の不整合が起きた場合においても、最も良い受信信号強度で偏波特性を切り替えることが可能となり、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況に対応するアンテナ性能を提供することができる。その結果、多様な偏波環境、使用形態においても伝送容量をより一層向上させることができる。
また、携帯無線機５００Ａが本体機能として備えるＣＰＵ等の資源を使用してスイッチコントローラ命令部５０２及び通信容量計算部５０３を構成することで、部材の追加がなく、実施が容易であるという効果がある。また、仕様の設定・変更も簡単に行える利点がある。
なお、本実施の形態と上記各実施の形態１乃至４とを組合わせてよいことは言うまでもない。
以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。
ダイバーシチ動作、ＭＩＭＯ通信、又はアダプティブアレーアンテナ動作を行う複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を備える通信装置であればどのような装置にも適用できる。例えば、携帯電話機／ＰＨＳ（Personal Handy-Phone System）は勿論のこと、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の携帯情報端末、ノート型パソコン等の情報処理装置にも適用可能である。
また、上記各実施の形態において、使用周波数帯は、ＤＴＶ帯域に限らずどのような帯域でもよい。複数の周波数帯に対応した携帯無線機として、日本では９００ＭＨｚ帯を使用するＰＤＣ（Personal Digital Cellular）と２ＧＨｚ帯を使用するＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）とを併用できる携帯無線機が商品化されている。海外でも９００ＭＨｚ帯を使用するＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）と、１．８ＧＨｚ帯を使用するＤＣＳ（Digital Communication System）と、１．９ＧＨｚ帯を使用するＰＣＳ（Personal Communication Services）、２ＧＨｚ帯を使用するＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）とを併用できる携帯無線機が商品化されている。例えば、第１周波数帯が２ＧＨｚのシングルバンドであり、第２周波数帯が９００ＭＨｚ帯、１．８ＧＨｚ帯及び１．９ＧＨｚ帯の３バンドである場合でもよい。
また、上記各実施の形態では、携帯無線機という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、携帯電話機、無線通信装置等でもよいことは勿論である。また、アンテナ装置を備える通信装置は、送信側の例えば基地局装置であってもよい。
また、上記携帯無線機を構成する各回路部の種類、数及び接続方法などは前述した実施の形態に限られない。
本発明に係るアンテナ装置及び通信装置は、ダイバーシチ動作、ＭＩＭＯ通信、又はアダプティブアレーアンテナ動作を行う複数アンテナ素子を用いるアンテナ装置を備える通信装置を提供できる。また、時々刻々と変化する基地局と端末間の偏波状況により低下、又は変動する受信信号に対して、最適なアンテナ性能を提供することができ、特にダイバーシチ動作、ＭＩＭＯ通信、アダプティブアレーアンテナ動作を行う複数アンテナ素子を用いる通信において、通信容量の減少を防ぐ効果を有する技術に有用である。
Claims (4)
- 第１の偏波方向用の少なくとも２つの第１のアンテナ素子と、
前記第１の偏波方向と直交する方向に設けられた第２のアンテナ素子と、
前記複数の第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子の接続を切り替えるスイッチと、
前記複数の第１のアンテナ素子にそれぞれ設置した給電部と、
を備えるアンテナ装置。 - 前記スイッチは、偏波方向により接続を切り替える請求項１記載のアンテナ装置。
- 前記給電部の給電点数がＮ（Ｎは任意の自然数）の場合、
前記複数の第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子数がＮ＋（Ｎ−１）、
前記スイッチ数が（Ｎ−１）×２である請求項１記載のアンテナ装置。 - ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）又はダイバーシチに使用されるアンテナ装置を備える通信装置であって、
前記アンテナ装置は、請求項１記載のアンテナ装置である通信装置。
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