WO1999065108A1

WO1999065108A1 - Antenne radio

Info

Publication number: WO1999065108A1
Application number: PCT/JP1999/003059
Authority: WO
Inventors: Kenji Monma; Toshimitsu Matsuyoshi; Koichi Ogawa; Yoshio Koyanagi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 1999-12-16
Also published as: US6211830B1; EP1030401A4; EP1030401B1; EP1030401A1; DE69928074T2; DE69928074D1

Description

明細書

無線用アンテナ装置

技術分野

本発明は無線用アンテナ装置に関し、より詳しくは、携帯電話や自動車電話等の移動体通信で使用される無線用アンテナ装置に関する。

背景技術

従来より公知のこの種の無線用アンテナ装置を備えた無線機を、アンテナとそれに関連する部分をモデル化して図 1 7に示す。この従来技術の無線機は、無線機筐体 6 0 1に、例えばホイップアンテナやへリカルアンテナ等の外部アンテナ 6 0 2、例えば平面アンテナ等の内蔵アンテナ 6 0 3、給電線 6 0 4， 6 0 5、送受信機を含む送受信部 6 0 6、及び送受信部 6 0 6に接続されたマイクロホン 6 0 9を備えて構成される。上記外部アンテナ 6 0 2と内蔵アンテナ 6 0 3は、互いに電磁的に結合するように近接して設けられ、受信空間選択ダイバーシチアンテナを構成している。ここで、外部アンテナ 6 0 2は、無線機筐体 6 0 1と電気的に絶縁されるように設けられる一方、内蔵アンテナ 6 0 3の所定の一点は、短絡線 6 0 3 aを介して無線機筐体 6 0 1に接地されて、逆 F型アンテナを構成する。

上記外部アンテナ 6 0 2に給電されるときには、スィツチ 6 0 7がオンとされて、外部アンテナ 6 0 2は給電線 6 0 4を介して無線機筐体 6 0 1内の送受信部 6 0 6に接続される。このとき、スィッチ 6 0 8がオフとされて、内蔵アンテナ

6 0 3に接続された給電線 6 0 5は送受信部 6 0 6から切断される。

一方、上記内蔵アンテナ 6 0 3に給電されるときには、スィッチ 6 0 8がオンとされて、内蔵アンテナ 6 0 3は給電線 6 0 5を介して上記送受信部 6 0 6に接続される。このとき、スィッチ 6 0 7がオフとされて外部アンテナ 6 0 2に接続された給電線 6 0 4は上記送受信部 6 0 6から切断される。

上記のような従来技術の無線用アンテナ装置を備えた無線機では、外部アンテナ 6 0 2及び内蔵アンテナ 6 0 3は主に自由空間での利得が高くなるように設計されており、その水平面指向特性は上記外部アンテナ 6 0 2及び内蔵アンテナ 6 0 3を中心とする X y平面方向で一様となっている。すなわち、図 1 7に示すように、 z軸方向が上記外部アンテナ 6 0 2の軸方向に合致し、 X軸方向が上記内蔵アンテナ 6 0 3の法線方向に合致するように直交座標を設定したとき、上記従来技術の無線機の自由空間におけるアンテナの水平面指向特性は、図 1 8にその一例を示すように、 X y平面内で z軸を中心とする円形（図 1 8において太い実線で示されている。）となっている。なお、マイクロホン 1 0 8は X軸方向でホィップアンテナ 1 0 2側の無線機筐体 1 0 1の下側に設けられる。

ところで、上記従来技術の無線用アンテナ装置は、 x y平面方向で同じ水平面指向特性を有する無水平面指向特性のものであるので、通信時に、上記従来技術の無線用アンテナ装置を備えた無線機の近くに、マイクロホン 6 0 9に近づいた人間の頭部などの障害物が存在しているようなときには、この障害物によって電波が妨害され、利得が劣化するという問題点があった。

本発明の目的は、以上の問題点を解決し、アンテナの水平面指向特性を障害物に妨害されない方向に変化させて障害物による電波妨害を低減し、放射効率を向上させることができる無線用アンテナ装置を提供することにある。

発明の開示

本発明に係る無線用アンテナ装置によれば、アンテナ素子を備え、無線機の送受信部に接続される無線用アンテナ装置において、

上記アンテナ素子と互いに電磁的に結合するように近接して設けられた無給電素子と、

上記無給電素子に接続され、インピーダンス値を変化することが可能な負荷ィンピーダンス素子と、

上記負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を変化させることにより上記アンテナ素子の指向特性を変化させる制御手段とを備えたことを特徴とする。また、上記無線用アンテナ装置において、好ましくは、上記アンテナ素子と上記無線機の送受信部との間に接続され、上記アンテナ素子のインピーダンスと上記無線機の送受信部のインピーダンスとを整合させるィンピーダンス整合回路をさらに備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る無線用アンテナ装置によれば、無線機の送受信部に接続される無線用アンテナ装置において、互いに電磁的に結合するように近接して設けられ、空間選択ダイバー

テナを構成する少なくとも 2個の第 1と第 2のアンテナ素子と、

ィンピ一ダンス値を変化することが可能な負荷インピーダンス素子と、上記第 1と第 2のアンテナ素子のうち一方のアンテナ素子を上記無線機の送受信部に接続する一方、他方のアンテナ素子を上記負荷インピーダンス素子に接続するように選択的に切り換える第 1の切換手段と、

上記負荷インピーダンス素子のィンピーダンス値を変化させることにより上記アンテナ素子の指向特性を変化させる制御手段とを備えたことを特徴とする。さらに、上記無線用アンテナ装置において、上記無線機の送受信部に接続された第 1又は第 2のアンテナ素子と無線機の送受信部との間に接続され、上記アンテナ素子のインピーダンスと上記無線機の送受信部のィンピーダンスとを整合させるインピーダンス整合回路をさらに備えたことを特徴とする。

またさらに、上記無線用アンテナ装置において、上記制御手段は、好ましくは、上記負荷ィンピーダンス素子の値を変化させることにより上記第 1のアンテナと上記第 2のアンテナとの間の相関係数を変化させることを特徴とする。

また、上記無線用アンテナ装置において、上記第 1と第 2のアンテナはそれぞれ、好ましくは、ホイップアンテナとヘリカルアンテナとのうちの少なくとも一方と、平面アンテナであることを特徴とする。

さらに、上記無線用アンテナ装置において、上記制御手段は、好ましくは、上記無線機の送受信部の待機時と通話時とにおいて、上記負荷ィンピーダンス素子の値を選択的に変化させることにより上記アンテナ素子の指向特性を変化させることを特徴とする。

またさらに、上記無線用アンテナ装置において、好ましくは、上記無線機の送受信部における受信信号の強度を検出する第 1の検出手段をさらに備え、

上記制御手段は、上記無線機の送受信部の待機時において、上記第 1の検出手段によって検出された受信信号の強度に応じて、上記負荷インピーダンス素子の値を変化させることにより上記ァンテナ素子の指向特性を変化させることを特徴とする。

また、上記無線用アンテナ装置において、上記負荷インピーダンス素子は、好ましくは、インピーダンス可変素子を備えたことを特徴とする。

さらに、上記無線用アンテナ装置において、上記負荷インピーダンス素子は、好ましくは、リアクタンス素子を備えたことを特徴とする。

またさらに、上記無線用アンテナ装置において、上記負荷インピーダンス素子は、好ましくは、

複数のィンピ一ダンス素子と、

上記複数のィンピーダンス素子を選択的に切り換える第 2の切換手段とを備え、上記制御手段は、上記第 2の切換手段の切り換えを制御することにより、上記負荷インピーダンス素子の値を変化させることを特徴とする。

また、上記無線用アンテナ装置において、上記インピーダンス整合回路は、好ましくは、

複数のインピーダンス整合回路部と、

上記複数のインピーダンス整合回路部を選択的に切り換える第 3の切換手段とを備えたことを特徴とする。

さらに、上記無線用アンテナ装置において、好ましくは、上記アンテナ素子に給電される給電電力を検出する第 2の検出手段をさらに備え、

上記制御手段は、上記第 2の検出手段によつて検出される給電電力が最大となるように、上記インピーダンス整合回路を制御することにより、上記アンテナ素子のィンピーダンスと上記無線機の送受信部のィンピーダンスとを整合させることを特徴とする。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明に係る第 1の実施形態である無線用アンテナ装置を備えた無線機の構成を示す斜視図である。

図 2は、本発明に係る第 2の実施形態である無線用アンテナ装置を備えた無線機の構成を示す斜視図である。

図 3は、本発明に係る第 3の実施形態である無線用アンテナ装置を備えた無線機の構成を示し、アンテナ部の伸長時の状態を示すブロック図である。

図 4は、図 3の無線機においてアンテナ部の短縮時の状態を示すプロック図である。図 5は、図 1の負荷インピーダンス素子を可変キャパシタで構成したときの第 1の変形例を示す回路図である。

図 6は、図 1の負荷インピーダンス素子を可変容量ダイォードで構成したときの第 2の変形例を示す回路図である。

図 7は、図 1の負荷インピーダンス素子を可変インダクタで構成したときの第

3の変形例を示す回路図である。

図 8は、図 1の負荷インピーダンス素子を、互いに異なる静電容量を有する 3 つのキャパシタをスィッチで切り換える回路で構成したときの第 4の変形例を示す回路図である。

図 9は、図 1の負荷インピーダンス素子を、互いに異なるインダクタンスを有する 3つのインダクタをスィツチで切り換える回路で構成したときの第 5の変形例を示す回路図である。

図 1 0は、図 1のインピーダンス整合回路の第 1の変形例を示す回路図である。図 1 1は、図 1のインピーダンス整合回路の第 2の変形例を示す回路図である。図 1 2は、図 1のィンピーダンス整合回路の第 3の変形例を示す回路図である。図 1 3は、図 1、図 2及び図 3の無線用アンテナ装置の水平面指向特性の一例を示す図である。

図 1 4は、図 1、図 2及び図 3の無線用アンテナ装置の水平面指向特性の別の例を示す図である。

図 1 5は、図 1、図 2及び図 3の無線用アンテナ装置の水平面指向特性のまた別の例を示す図である。

図 1 6は、図 2の空間選択ダイバーシチアンテナの場合において、負荷インピ一ダンス素子のリアクタンス成分に対する、空間選択ダイバーシチアンテナを構成する 2つのアンテナ間の相関係数の変化を示すグラフである。

図 1 7は、従来技術の無線用アンテナ装置を備えた無線機の構成を示す斜視図である。

図 1 8は、図 1 7の無線用アンテナ装置の水平面指向特性の一例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態以下、添付の図面を参照して本発明に係る実施の形態について説明する。第 1の実施形態

図 1に、本発明に係る第 1の実施形態である無線用アンテナ装置を備えた無線機を、アンテナとそれに関連する部分をモデル化して示す。この第 1の実施形態の無線機は、無線機筐体 1 0 1に、ホイップアンテナ 1 0 2、無給電素子 1 0 3 負荷インピーダンス素子 1 0 4、給電線 1 0 5、送受信機を含む送受信部 1 0 6 インピーダンス整合回路 1 0 7、送受信部 1 0 6に接続されたマイクロホン 1 0 8、及び送受信部 1 0 6と負荷インピーダンス素子 1 0 4に接続されたコント口ーラ 1 0 9を備えて構成される。なお、マイクロホン 1 0 8は、図 1の X軸方向でホイップアンテナ 1 0 2側であって無線機筐体 1 0 1の下側に設けられる。図 1において、ホイップアンテナ 1 0 2と、平面アンテナである無給電素子 1 0 3とは互いに電磁的に結合するように、かつ無線機筐体 1 0 1と電気的に絶縁されるように設けられる。ここで、無給電素子 1 0 3は、図 1 7の従来技術と同様に、無給電素子 1 0 3の所定の 1点が短絡線（図示せず。 ) を介して無線機筐体 1 0 1に接地されて、逆 F型アンテナを構成してもよい。ホイップアンテナ 1 0 2は、給電線 1 0 5及びィンピーダンス整合回路 1 0 7を介して無線機筐体 1 0 1内の上記送受信部 1 0 6に接続される。また、無給電素子 1 0 3は、負荷ィンピーダンス素子 1 0 4を介して無線機筐体 1 0 1に接地される。

インピーダンス整合回路 1 0 7は、ホイップアンテナ 1 0 2のインピーダンスと送受信部 1 0 6のインピーダンスとを整合させるための回路であり、具体的には、例えば、図 1 0乃至図 1 2のうちの 1つに示す回路で構成される。

図 1 0のインピーダンス整合回路 1 0 7は、インダクタ 1 4 1と、バリコン又はトリマキャパシタであり一方の端子が接地された可変容量キャパシタ 1 4 2とを備えた L型回路で構成される。給電電力検出部 1 4 5は送受信部 1 0 6力らィンピ一ダンス整合回路 1 0 7を介してホイップアンテナ 1 0 2に給電される給電電力を検出してコントローラ 1 0 9に出力し、これに応答してコントローラ 1 0 9は、検出された給電電力が最大となるように、可変容量キャパシタ 1 4 2の静電容量を変化することにより、ホイップアンテナ 1 0 2のインピーダンスと送受信部 1 0 6のインピーダンスとを整合させる。図 1 1のインピーダンス整合回路 1 0 7は、図 1 0のインピーダンス整合回路 1 0 7に比較して、可変容量キャパシタ 1 4 2が、可変容量ダイオード 1 4 3と、可変容量ダイオード 1 4 3に対して逆バイアス電圧 V bを印加する可変電圧直流電源 1 4 4との並列回路に取って代わつたことを特徴としている。コントローラ 1 0 9は、検出された給電電力が最大となるように、可変電圧直流電源 1 4 4の逆バイアス電圧 V bを変化して、これにより可変容量キャパシタ 1 4 2の静電容量を変化することにより、ホイップアンテナ 1 0 2のインピーダンスと送受信部 1 0 6のインピーダンスとを整合させる。

図 1 2のインピーダンス整合回路 1 0 7は、図 1 0のインピーダンス整合回路の構成を有しかつそれぞれ互いに異なるアンテナ 1 0 2側の出力インピーダンスを有する 3つの L型回路 1 8 1， 1 8 2 , 1 8 3を備え、これら 3つの L型回路を選択的に連動して切り換えるスィツチ 1 5 1 , 1 5 2を備えたことを特徴としている。ここで、 L型回路 1 8 1は、インダクタンス L 1 1を有するインダクタ 1 6 1と、静電容量 C 1 1を有するキャパシタ 1 7 1とを備えた L型回路で構成される。また、 L型回路 1 8 2は、インダクタンス L 1 2を有するインダクタ 1 6 2と、静電容量 C 1 2を有するキャパシタ 1 7 2とを備えた L型回路で構成される。さらに、 L型回路 1 8 3は、インダクタンス L 1 3を有するインダクタ 1 6 3と、静電容量 C 1 3を有するキャパシタ 1 7 3とを備えた L型回路で構成される。ここで、コントローラ 1 0 9は、検出された給電電力が最大となるように、スィッチ 1 5 1， 1 5 2を選択的に連動して切り換えることにより、ホイップァンテナ 1 0 2のインピ一ダンスと送受信部 1 0 6のインピーダンスとを実質的に整合させる。

本実施形態において、上記負荷インピーダンス素子 1 0 4は、好ましくはリアクタンス成分からなり、ここでは、図 5に示すように、バリコン又はトリマキヤパシタであり一方の端子が接地された可変容量キャパシタ 1 1 0を使用する。当該可変容量キャパシタ 1 1 0の値をコントローラ 1 0 9の制御により変化することにより、すなわち、負荷インピーダンス素子 1 0 4を含む無給電素子 1 0 3の電気長をホイップアンテナ 1 0 2の電気長に比較して変化することにより、水平面指向特を変化させる。また、図 5の可変容量キャパシタ 1 1 0に代えて以下のように構成してもよい。

( a ) 負荷インピーダンス素子 1 0 4は、図 6に示すように、可変容量ダイォード 1 1 1と、可変容量ダイオード 1 1 1に対して逆バイアス電圧 V bを印加する可変電圧直流電源 1 1 2との並列回路で構成される。この場合、コントローラ 1 0 9は、可変電圧直流電源 1 1 2の逆バイアス電圧 V bを変化することにより、可変容量ダイオード 1 1 1の静電容量を変化して、詳細後述するように、水平面指向特性を変化させる。

( b ) 図 7に示すように、可変インダクタ 1 1 3のインダクタンスの値をコントローラ 1 0 9により変化して、詳細後述するように、水平面指向特性を変化させる。

( c ) 図 8に示すように、一方の端子が接地されかつ互いに異なる静電容量 C 1， C 2 , C 3を有するキャパシタ 1 2 1， 1 2 2， 1 2 3を、コントローラ 1 0 9 の制御に基づいて、スィッチ 1 2 0により選択的に切り換えることにより、静電容量の値を変化して、詳細後述するように、水平面指向特性を変化させる。

( d ) 図 9に示すように、一方の端子が接地されかつ互いに異なるインダクタンス値 L l， L 2 , L 3を有するコイルからなるインダクタ 1 3 1 , 1 3 2， 1 3 3を、コントローラ 1 0 9の制御に基づいて、スィッチ 1 3 0により選択的に切り換えることにより、インダクタンスの値を変化して、詳細後述するように、水平面指向特性を変化させる。

なお、図 1の第 1の実施形態において、負荷ィンピーダンス素子 1 0 4の一端を接地しているが、本発明はこれに限らず、オープン状態としてもよい。

ところで、上記ホイップアンテナ 1 0 2は、無給電素子 1 0 3との電磁的な結合状態に依存して、水平面指向特性が変化する。すなわち、上記無給電素子 1 0 3は、それに接続された負荷インピーダンス素子 1 0 4の値に依存して、ホイツプアンテナ 1 0 2に対する導波器又は反射器として機能する。例えば、負荷ィンピーダンス素子 1 0 4が比較的大きい静電容量を有し、負荷インピーダンス素子 1 0 4を含む無給電素子 1 0 3の電気長がホイップアンテナ 1 0 2の電気長よりも短いときは、無給電素子 1 0 3が導波器として機能し、無給電素子 1 0 3方向に放射が強くなる。一方、例えば、負荷インピーダンス素子 1 0 4が比較的大きいインダクタンスを有し、負荷インピーダンス素子 1 0 4を含む無給電素子 1 0 3の電気長がホイップアンテナ 1 0 2の電気長よりも長いときは、無給電素子 1 0 3が反射器として機能し、無給電素子 1 0 3と反対方向に放射が強くなる。この結果、図 1に示すように、 z軸方向が上記アンテナ 1 0 2の軸方向に合致し、 X軸方向が上記無給電素子 1 0 3の法線方向に合致するように、直交座標を設定したとき、自由空間におけるアンテナ 1 0 2の水平面指向特性は、無給電素子 1 0 3が導波器として作用しているときは図 1 3に太い実線で示すようになる。一方、無給電素子 1 0 3が反射器として作用しているときは図 1 4に太い実線で示したようになる。また、負荷インピーダンス素子 1 0 4を含む無給電素子 1 0 3の電気長がホイップアンテナ 1 0 2の電気長と実質的に同じであるとき、ホイップアンテナ 1 0 2の水平面指向特性は、無給電素子 1 0 3との電磁的な結合により、図 1 5に示すような無指向に近い（実質的に概ね無指向特性である）特性を示す。

例えば、コントローラ 1 0 9は、無線機の送受信部 1 0 6が通話状態ではなく基地局と位置登録等の通信のみの待機状態であるとき、負荷インピーダンス素子 1 0 4の値を変化することにより、水平面指向特性を例えば図 1 5に示すような指向特性となるように制御する一方、コントローラ 1 0 9は無線機の送受信部 1 0 6が動作して操作者が通話状態であるとき、水平面指向特性を例えば図 1 3に示すような指向特性となるように制御する。すなわち、後者の通話状態では、操作者の頭部が、無線機筐体 1 0 1において X軸方向のホイップアンテナ 1 0 2側に近接して位置するときに、当該操作者の頭部である障害物方向に対して放射せず、これにより、操作者への電磁放射を軽減するとともに、当該障害物による電波妨害を低減させることができる。従って、放射の弱まった方向に障害物が無線機に近接して存在しても、このような障害物による電波妨害を低減させることができ、無線機に障害物が近接しているときの電波の放射効率を向上させることができる。

以上の第 1の実施形態においては、互いに異なる偏波を有する 2つのァンテナ 1 0 2， 1 0 3により偏波ダイバーシティをも構成している。

以上の本実施形態において、負荷インピーダンス素子 1 0 4としてキャパシタ又はインダクタを使用したが、負荷インピーダンス素子としては、例えばマイクロストリップ線路ゃコプレナ一線路などの分布定数線路を用いることもできる。分布定数線路を用いる場合、その終端条件や線路長により負荷インピーダンス素子を設定することにより、同様の効果を得ることができる。

以上の本実施形態において、上記負荷インピーダンス素子 1 0 4は、例えば、図 5乃至図 9に示すように、負荷インピーダンス素子 1 0 4の値を容易に変化させることができ、これにより、本実施形態の無線用アンテナ装置を備えた無線機の指向特性を任意に変化させることができる。

以上の実施形態において、無給電素子 1 0 3とそれに接続された負荷インピーダンス素子 1 0 4の組は 1組のみ設けているが、本発明はこれに限らず、 2組以上設けてもよい。

第 2の実施形態

図 2に、本発明に係る第 2の実施形態である無線用アンテナ装置を備えた無線機を、アンテナとそれに関連する部分をモデル化して示す。この第 2の実施形態の無線機は、無線機筐体 2 0 1に、ホイップアンテナ 2 0 2、平面ァンテナ 2 0 3、負荷インピーダンス素子 2 0 4， 2 0 5、給電線 2 0 6， 2 0 7、送受信機を含む送受信部 2 0 8、スィッチ 2 1 1， 2 1 2， 2 1 3、インピ一ダンス整合回路 2 2 1， 2 2 2、送受信部 2 0 8に接続されたマイクロホン 2 5 0、及び送受信部 2 0 8と負荷インピーダンス素子 2 0 4 , 2 0 5に接続されたコントローラ 2 6 0を備えて構成される。なお、マイクロホン 2 5 0は、図 1の X軸方向でホイップアンテナ 2 0 2側であって無線機筐体 2 0 1の下側に設けられる。

図 2において、ホイップアンテナ 2 0 2と、平面アンテナ 2 0 3とは互いに電磁的に結合するように、かつ無線機筐体 2 0 1と電気的に絶縁されるように設けられる。ここで、平面アンテナ 2 0 3は、平面アンテナ 2 0 3の所定の 1点が短絡線（図示せず。）を介して無線機筐体 2 0 1に接地されて、逆 F型アンテナを構成する。

ここで、ホイップアンテナ 2 0 2は、給電線 2 0 6、スィッチ 2 1 1の接点 a、インピーダンス整合回路 2 2 1及びスィッチ 2 1 3の接点 aを介して無線機筐体 2 0 1内の送受信部 2 0 8に接続されるとともに、給電線 2 0 6、スィッチ 2 1 1の接点 b及び負荷ィンピ一ダンス素子 2 0 4を介して無線機筐体 2 0 1に接地される。また、平面アンテナ 2 0 3は、給電線 2 0 7、スィッチ 2 1 2の接点 a 及び負荷インピーダンス素子 2 0 5を介して接地されるとともに、給電線 2 0 7、スィッチ 2 1 2の接点 b、インピーダンス整合回路 2 2 2、及びスィッチ 2 1 3 の接点 bを介して送受信部 2 0 8に接続される。

本実施形態において、上記負荷インピーダンス素子 2 0 4， 2 0 5はそれぞれ、好ましくは、リアクタンス成分からなり、例えば、第 1の実施形態と同様に、図 5乃至図 9のうちの 1つに示される負荷インピーダンス素子を使用する。また、本実施形態において、インピーダンス整合回路 2 2 1， 2 2 2は、例えば、第 1 の実施形態と同様に、図 1 0乃至図 1 2にうちの 1つに示されるインピーダンス整合回路を使用する。

図 2の無線用アンテナ装置において、上記ホイップアンテナ 2 0 2と、逆 Fァンテナを構成する平面アンテナ 2 0 3は、互いに電磁的に結合するように設けられ、空間選択ダイバーシチアンテナを構成している。ここで、上記ホイップアンテナ 2 0 2が送受信部 2 0 8から給電されるときは、コントローラ 2 6 0の制御によりスィッチ 2 1 1， 2 1 2 , 2 1 3が接点 a側に切り換えられ、このとき、ホイップアンテナ 2 0 2はインピーダンス整合回路 2 2 1を介して送受信部 2 0 8に接続されるとともに、平面アンテナ 2 0 3は負荷インピーダンス素子 2 0 5 に接続される。一方、平面アンテナ 2 0 3が送受信部 2 0 8から給電されるときは、コントローラ 2 6 0の制御によりスィッチ 2 1 1， 2 1 2 , 2 1 3が接点 b 側に切り換えられ、このとき、平面アンテナ 2 0 3はインピーダンス整合回路 2 2 2を介して送受信部 2 0 8に接続されるとともに、ホイップアンテナ 2 0 2は負荷インピーダンス素子 2 0 4に接続される。

以上のように構成された無線用アンテナ装置において、上記ホイップアンテナ 2 0 2が給電されているとき、上記ホイップアンテナ 2 0 2は、平面アンテナ 2

0 3との電磁的な結合状態に依存して、その水平面指向特性が変化する。そして、上記平面アンテナ 2 0 3は、負荷インピーダンス素子 2 0 5の値によりホイップアンテナ 2 0 2に対する導波器又は反射器として機能する。ここで、負荷インピ一ダンス素子 2 0 5を含む平面アンテナ 2 0 3の電気長がホイップアンテナ 2 0 2の電気長に比較して短く、平面アンテナ 2 0 3が導波器として働くときは、図 1 3に示すように、平面アンテナ 2 0 3の方向に放射が強くなる。一方、負荷ィンピーダンス素子 2 0 5を含む平面アンテナ 2 0 3の電気長がホイップアンテナ 2 0 2の電気長に比較して長く、平面アンテナ 2 0 3が反射器として働くときは、図 1 4に示すように、ホイップアンテナ 2 0 2の方向に放射が強くなる。

同様に、上記平面アンテナ 2 0 3が給電されているとき、上記平面アンテナ 2 0 3は、ホイップアンテナ 2 0 2との電磁的な結合状態に依存して、その水平面指向特性が変化する。そして、ホイップアンテナ 2 0 2は負荷インピーダンス素子 2 0 4の値により平面アンテナ 2 0 3に対する導波器又は反射器として機能する。ここで、負荷インピーダンス素子 2 0 4を含むホイップアンテナ 2 0 2の電気長が平面アンテナ 2 0 3の電気長に比較して短く、ホイップアンテナ 2 0 2が導波器として働くときは、図 1 4に示すように、ホイップアンテナ 2 0 2の方向に放射が強くなる。一方、負荷インピーダンス素子 2 0 4を含むホイップアンテナ 2 0 2の電気長が平面アンテナ 2 0 3の電気長に比較して長く、ホイップアンテナ 2 0 2が反射器として働くときは、図 1 3に示すように、平面アンテナ 2 0 3の方向に放射が強くなる。

この結果、図 2に示すように、 z軸方向が上記ホイップアンテナ 2 0 2の軸方向に合致し、 X軸方向が上記平面アンテナ 2 0 3の法線方向に合致するように、直交座標を設定したとき、自由空間における当該無線用アンテナ装置の水平面指向特性は第 1の実施形態で説明したものと同様になる。従って、放射の弱まった方向に障害物が無線機に近接して存在しても、このような障害物による電波妨害を低減させることができ、無線機に障害物が近接しているときの電波の放射効率を向上させることができる。

例えば、コントローラ 2 6 0は、無線機の送受信部 2 0 8が通話状態ではなく基地局と位置登録等の通信のみの待機状態であるとき、負荷インピーダンス素子 2 0 4又は 2 0 5の値を変化することにより、水平面指向特性を例えば図 1 5に示すような指向特性となるように制御する一方、コントローラ 2 6 0は無線機の送受信部 2 0 8が動作した操作者が通話状態であるとき、負荷インピーダンス素子 2 0 4又は 2 0 5の値を変化することにより、水平面指向特性を例えば図 1 3 丄《3 に示すような指向特性となるように制御する。すなわち、後者の通話状態では、操作者の頭部が、無線機筐体 2 0 1において X軸方向のホイップアンテナ 2 0 2 側に近接して位置するときに、当該操作者の頭部である障害物方向に対して放射せず、これにより、操作者への電磁放射を軽減するとともに、当該障害物による電波妨害を低減させることができる。

図 1 6は、図 2の空間選択ダイバーシチアンテナの場合において、負荷インピ一ダンス素子 2 0 4， 2 0 5のリアクタンス成分に対する、空間選択ダイバーシ -ナを構成する 2つのアンテナ 2 0 2 , 2 0 3間の相関係数 pの変化を示ここで、相関係数 pは次式で表される。

( 1 )

ここで、 G i ( φ ) は各アンテナ 2 0 2， 2 0 3 ( i = 1 , i = 2 ) の指向性であり、 P ( Φ ) は多重到来波の角度分布であり、式（1 ) の右辺の分子における指数の項は、各アンテナ 2 0 2， 2 0 3間の到来波の位相差を表す。

図 1 6力、ら明ら力なように、負荷ィンピーダンス素子 2 0 4， 2 0 5のリアクタンス成分を変化させたとき、空間選択ダイバーシチアンテナを構成する 2つのアンテナ 2 0 2 , 2 0 3間の相関係数を最大値から低減させることができることを示している。ここで、当該相関係数は、上記式（1 ) から明らかなように、 2 つのアンテナ 2 0 2， 2 0 3の各指向特性の重なり度合いを示しており、相関係数が大きくなるほど各指向特性の重なりは大きくなって空間選択ダイバーシチアンテナとしての性能を劣化させる。一方、相関係数が小さくなるほど各指向特性の重なりは小さくなって空間選択ダイバーシチアンテナとしての性能を向上させることができる。すなわち、負荷インピ一ダンス素子 2 0 4 , 2 0 5のリアクタンス成分を変化させることにより、相関係数を低減させて、空間選択ダイバーシチアンテナの性能を向上させることができる。なお、第 2の実施形態においては、互いに異なる偏波を有する 2つのアンテナ 2 0 2， 2 0 3により偏波ダイバ一シティをも構成している。以上の本実施形態において、空間選択ダイバーシチアンテナを構成するァンテナとして、ホイップアンテナ 2 0 2と平面アンテナ 2 0 3を使用したが、本発明はこれに限らず、これらは例えばへリカルアンテナ、他の線状アンテナ、誘電体チップアンテナ、螺旋状の平面アンテナでも同様の効果を得ることができる。また、空間選択ダイバーシチアンテナを構成するアンテナの個数がさらに増えた場合でも同様の効果が得られる。

以上の実施形態に係る空間選択ダイバーシチアンテナの構成において、負荷ィンピーダンス素子 2 0 5が接続された無給電の平面アンテナ 2 0 3を 1つ設けている力';、本発明はこれに限らず、それぞれ負荷インピーダンス素子が接続された 2つ以上の無給電のアンテナを設けてもよい。

第 3の実施形態

図 3は、本発明に係る第 3の実施形態である無線用アンテナ装置を備えた無線機の構成を示し、アンテナ部の伸長時の状態を示すブロック図であり、図 4は、図 3の無線機においてアンテナ部の短縮時の状態を示すプロック図である。図 3 及び図 4において、図 2と同様のものについては同一の符号を付している。この第 3の実施形態の無線機は、図 2の無線機に比較して以下の点が異なる。

( a ) ホイップアンテナ 2 0 2に代えて、ヘリカルアンテナ 2 0 9及びホイップアンテナ 2 0 2を備えたアンテナ部 2 1 0を備える。

( b ) アンテナ部 2 1 0が伸長時か、もしくは、短縮時かを検出するためのアンテナ位置検出部 2 3 3をさらに備える。

( c ) 送受信部 2 0 8は、基地局からの受信信号の強度を検出する受信信号強度検出部 2 4 2をさらに備える。

以下、上記の相違点について詳細説明する。

アンテナ部 2 1 0は、互いに電気的に絶縁されて長手方向に連結された、ヘリカルアンテナ 2 0 9とホイップアンテナ 2 0 2により構成される。ここで、ホイップアンテナ 2 0 2の長手方向の全体にわたってその表面は電気導体で形成され、ヘリカルアンテナ 2 0 9のホイップアンテナ 2 0 2側の所定長の一端の表面は電気導体で形成されるが、当該一端を除いた部分の表面は誘電体などの電気絶縁体で形成される。従って、図 3に示すように、操作者が通話中であってアンテナ部 2 1 0が伸長されているとき、アンテナ位置検出部 2 4 1に接続されアンテナ部 2 1 0の表面に対向して接触するように支持された 2つの接点 2 3 2， 2 3 3はともにホイップアンテナ 2 0 2の表面上に形成された電気導体に接続され、接点 2 3 2， 2 3 3は短絡状態となる。一方、接点 2 3 1はホイップアンテナ 2 0 2の一端に接続され、ホイップアンテナ 2 0 2は接点 2 3 1、給電線 2 0 6及びスィツチ 2 1 1 を介して送受信部 2 0 8に接続される。ここで、接点 2 3 2， 2 3 3の間の短絡状態をアンテナ位置検出部 2 4 1が検出し、その検出信号をコントローラ 2 6 0 に出力する。これに応答して、コントローラ 2 6 0は、例えばスィッチ 2 1 1， 2 1 2， 2 1 3をともに接点 aに切り換えるとともに、負荷インピーダンス素子

2 0 5の値を変化することにより水平面指向特性を例えば図 1 3に示すような指向特性となるように制御する。すなわち、操作者の通話状態では、操作者の頭部、無線機筐体 2 0 1において X軸方向のアンテナ部 2 1 0側に近接して位置するときに、当該操作者の頭部である障害物方向に対して放射せず、これにより、操作者への電磁放射を軽減するとともに、当該障害物による電波妨害を低減させることができる。

一方、図 4に示すように、操作者が通話中ではなく、基地局と位置登録などの通信状態である待機状態であってアンテナ部 2 1 0が短縮されているとき、アンテナ位置検出部 2 4 1に接続された接点 2 3 3はヘリカルアンテナ 2 0 9の表面に形成された電気導体に接触するが、接点 2 3 2はへリカルアンテナ 2 0 9の表面に形成された電気絶縁体に接触する。一方、接点 2 3 1はへリカルアンテナ 2 0 9の一端に接続され、へリカルァンテナ 2 0 9は接点 2 3 1、給電線 2 0 6及びスィツチ 2 1 1を介して送受信部 2 0 8に接続される。このとき、接点 2 3 2 と接点 2 3 3は非導通状態となり、これをアンテナ位置検出部 2 4 1は、これを検出してその検出信号をコントローラ 2 6 0に出力する。コント口一ラ 2 6 0は、例えばスィッチ 2 1 1 , 2 1 2， 2 1 3をともに接点 aに切り換えるとともに、負荷インピーダンス素子 2 0 5の値を変化することにより水平面指向特性を例えば図 1 5に示すような指向特性となるように制御する。

なお、平面アンテナ 2 0 3を使用するときは、コントローラ 2 6 0の制御のもとでスィッチ 2 1 1， 2 1 2， 2 1 3を接点 b側に切り換え、ホイップアンテナ 2 0 2に接続される負荷インピーダンス素子 2 0 4の値を変化することにより水平面指向特性を制御する。

さらに、図 4に示すように、アンテナ部 2 1 0の短縮時であって、送受信部 2 0 8が基地局と位置登録などの通信状態である待機状態であるとき、受信信号強度検出部 2 0 8は、例えば送受信部 2 0 8内の受信機の中間周波増幅器の A G C 電流を検出するなどして、基地局からの受信信号の強度を検出し、その検出信号をコントローラ 2 6 0に出力する。一方、コントローラ 2 6 0は、例えばスイツチ 2 1 1， 2 1 2， 2 1 3をともに接点 aに切り換えるとともに、受信信号の強度に応じて、負荷インピーダンス素子 2 0 5の値を変化することにより水平面指向特性を例えば図 1 3又は図 1 4に示すような指向特性となるように制御する。すなわち、コントローラ 2 6 0は、例えば受信信号の強度が最大となるように負荷インピーダンス素子 2 0 5の値を変化することにより、当該アンテナ部 2 1 0 の水平面指向特性においてそのメインビームの方向を実質的に基地局の方向に向けるように制御する。

産業上の利用の可能性

以上詳述したように、本発明に係る無線用アンテナ装置によれば、アンテナ素子を備え、無線機の送受信部に接続される無線用アンテナ装置において、上記ァンテナ素子と互いに電磁的に結合するように近接して設けられた無給電素子と、上記無給電素子に接続され、インピーダンス値を変化することが可能な負荷インピーダンス素子と、上記負荷ィンピーダンス素子のィンピーダンス値を変化させることにより上記アンテナ素子の指向特性を変化させる制御手段とを備える。すなわち、上記無給電素子は、それに接続された負荷インピーダンス素子の値に依存して、アンテナに対する導波器又は反射器として機能し、上記無給電素子が導波器として機能するときは、上記無給電素子方向に放射が強くなり、逆に、上記無給電素子が反射器として機能するときは、上記無給電素子と反対方向に放射が強くなるので、負荷インピーダンス素子の値を変化することより、当該無線用アンテナ装置の指向特性を制御することができる。従って、近くに障害物が存在するときに、その方向への放射を低減させて障害物による電波妨害を低減させ、放射効率を向上させることができる。

また、本発明に係る無線用アンテナ装置によれば、無線機の送受信部に接続される無線用アンテナ装置において、互いに電磁的に結合するように近接して設けられ、空間選択ダイバーシチアンテナを構成する少なくとも 2個の第 1と第 2のアンテナ素子と、ィンピーダンス値を変化することが可能な負荷ィンピーダンス素子と、上記第 1と第 2のアンテナ素子のうち一方のアンテナ素子を上記無線機の送受信部に接続する一方、他方のアンテナ素子を上記負荷インピーダンス素子に接続するように選択的に切り換える第 1の切換手段と、上記負荷インピーダンス素子のィンピーダンス値を変化させることにより上記アンテナ素子の指向特性を変化させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

すなわち、上記送受信部から電気的に切り離された無給電の他方のアンテナは、それに接続された負荷インピーダンス素子の値に依存して、上記送受信部に接続された一方のアンテナに対する導波器又は反射器として機能し、無給電の他方のアンテナが導波器として機能するときは、無給電の他方のアンテナの方向に放射が強くなり、逆に、無給電の他方のアンテナが反射器として機能するときは、無給電の他方のアンテナと反対方向に放射が強くなるので、負荷インピーダンス素子を変化させることにより当該無線用アンテナ装置の指向特性を制御することができる。従って、近くに障害物が存在するときに、その方向への放射を低減させて障害物による電波妨害を低減させ、放射効率を向上させることができる。

Claims

請求の範囲

1 . アンテナ素子を備え、無線機の送受信部に接続される無線用アンテナ装置において、

上記無給電素子に接続され、ィンピーダンス値を変化することが可能な負荷ィンピーダンス素子と、

上記負荷インピーダンス素子のインピーダンス値を変化させることにより上記アンテナ素子の指向特性を変化させる制御手段とを備えたことを特徴とする無線用アンテナ装置。

2 . 上記アンテナ素子と上記無線機の送受信部との間に接続され、上記アンテナ素子のィンピーダンスと上記無線機の送受信部のインピーダンスとを整合させるィンピーダンス整合回路をさらに備えたことを特徴とする請求項 1記載の無線用アンテナ装置。

3 . 無線機の送受信部に接続される無線用アンテナ装置において、

互いに電磁的に結合するように近接して設けられ、空間選択ダイバーシチアンテナを構成する少なくとも 2個の第 1と第 2のアンテナ素子と、

ィンピ一ダンス値を変化することが可能な負荷ィンピーダンス素子と、上記第 1と第 2のァンテナ素子のうち一方のァンテナ素子を上記無線機の送受信部に接続する一方、他方のアンテナ素子を上記負荷インピーダンス素子に接続するように選択的に切り換える第 1の切換手段と、

上記負荷インピーダンス素子のィンピーダンス値を変化させることにより上記アンテナ素子の指向特性を変化させる制御手段とを備えたことを特徴とする無線用アンテナ装置。

4 . 上記無線機の送受信部に接続された第 1又は第 2のアンテナ素子と無線機の送受信部との間に接続され、上記アンテナ素子のインピーダンスと上記無線機の送受信部のインピーダンスとを整合させるィンピーダンス整合回路をさらに備えたことを特徴とする請求項 3記載の無線用ァンテナ装置。

5 . 上記制御手段は、上記負荷インピーダンス素子の値を変化させることにより上記第 1のアンテナと上記第 2のアンテナとの間の相関係数を変化させることを特徴とする請求項 3又は 4記載の無線用アンテナ装置。

6 . 上記第 1と第 2のアンテナはそれぞれ、ホイップアンテナとへリカルアンテナとのうちの少なくとも一方と、平面アンテナであることを特徴とする請求項 3 乃至 5のうちの 1つに記載の無線用アンテナ装置。

7 . 上記制御手段は、上記無線機の送受信部の待機時と通話時とにおいて、上記負荷ィンピーダンス素子の値を選択的に変化させることにより上記アンテナ素子の指向特性を変化させることを特徴とする請求項 1乃至 6のうちの 1つに記載の無線用アンテナ装置。

8 . 上記無線機の送受信部における受信信号の強度を検出する第 1の検出手段をさらに備え、

上記制御手段は、上記無線機の送受信部の待機時において、上記第 1の検出手段によって検出された受信信号の強度に応じて、上記負荷ィンピーダンス素子の値を変化させることにより上記アンテナ素子の指向特性を変化させることを特徴とする請求項 1乃至 6のうちの 1つに記載の無線用アンテナ装置。

9 . 上記負荷インピーダンス素子は、インピーダンス可変素子を備えたことを特徴とする請求項 1乃至 8のうちの 1つに記載の無線用アンテナ装置。

1 0 . 上記負荷インピーダンス素子は、リアクタンス素子を備えたことを特徴とする請求項 1乃至 8のうちの 1つに記載の無線用アンテナ装置。

1 1 . 上記負荷インピーダンス素子は、

複数のインピーダンス素子と、

上記複数のィンピーダンス素子を選択的に切り換える第 2の切換手段とを備え、上記制御手段は、上記第 2の切換手段の切り換えを制御することにより、上記負荷ィンピーダンス素子の値を変化させることを特徴とする請求項 1乃至 8のうちの 1つに記載の無線用アンテナ装置。

1 2 . 上記インピーダンス整合回路は、

複数のインピーダンス整合回路部と、

上記複数のィンピーダンス整合回路部を選択的に切り換える第 3の切換手段とを備えたことを特徴とする請求項 1乃至 1 1のうちの 1つに記載の無線用アンテナ装置。

1 3 . 上記アンテナ素子に給電される給電電力を検出する第 2の検出手段をさらに備え、

上記制御手段は、上記第 2の検出手段によって検出される給電電力が最大となるように、上記インピーダンス整合回路を制御することにより、上記アンテナ素子のィンピーダンスと上記無線機の送受信部のィンピーダンスとを整合させることを特徴とする請求項 1乃至 1 2のうちの 1つに記載の無線用アンテナ装置。