WO2006064590A1

WO2006064590A1 - 偏波切り替えアンテナ装置

Info

Publication number: WO2006064590A1
Application number: PCT/JP2005/014947
Authority: WO
Inventors: Kazuya Tani; Yoshio Koyanagi; Hiroshi Haruki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2005-08-16
Publication date: 2006-06-22
Also published as: JP3889423B2; US7777688B2; US20090251383A1; JP2006174095A

Abstract

　アンテナの設置スペースを増やすことなく偏波の切り替えを可能にし、多様な周波数帯域にも対応可能な偏波切り替えアンテナ装置を提供する。　筐体の側面に配置したループ状のアンテナ素子の一端の接続状態を切り替えて、ループアンテナを構成するか線状アンテナを構成するかを選択的に切り替えて偏波特性を切り替える。各特性に適した整合回路を設ける。ループアンテナの平衡給電を可能にする。平衡／不平衡給電の切り替えを可能にする。

Description

明細書

偏波切り替えアンテナ装置

技術分野

[0001] 本発明は、携帯型の無線機に搭載することが可能な偏波切り替えアンテナ装置に関する。

背景技術

[0002] 一般に、無線通信においては通信相手との間で互いに同じ偏波のアンテナを使用することにより最適な条件で通信を行うことができる。また、例えば垂直偏波，水平偏波，円偏波のような複数種類の偏波を必要に応じて使い分けることにより、様々な環境において他の通信との干渉を低減したり受信感度を改善することが可能になる。

[0003] 複数種類の偏波を使、分けることが可能なアンテナ装置の従来技術としては、例えば特許文献 1、特許文献 2及び特許文献 3の技術が知られて、る。

[0004] 特許文献 1においては、グランド面にモノポールと平行な 2本の直線部を有するループ状ワイヤーを設けて、それらの間に設けられた偏波切り替えスィッチの操作により、アンテナの向きや構造を変えることなく直線偏波，右旋円偏波，左旋円偏波に対応することを提案している。

[0005] 特許文献 2においては、受信装置の互いに異なる筐体面に沿ってそれぞれ配置された複数のループアンテナと受信信号を選択する切り替え手段とを備えて、指向性や偏波面で有利な方を選択し、高、受信性能を確保することを提案してヽる。

[0006] 特許文献 3においては、互いに異なる偏波面を有する 2つの電波のうちの一方を受信するループアンテナの内側に、 2つの電波のうちの他方を受信するモノポールアンテナを設けることで、偏波ダイバーシチ受信を行うことを提案して、る。

特許文献 1：特開 2000— 77934号公報

特許文献 2：特開平 11― 88246号公報

特許文献 3：特開 2001— 332930号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題 [0007] 前述のような従来の偏波切り替えアンテナ装置においては、互いに受信偏波が異なる複数のアンテナ素子を搭載することが前提とされている。しかしながら、複数のァンテナ素子を搭載するためには、単一のアンテナ素子を搭載する場合と比べて倍以上の設置スペースを確保しなければならず、アンテナ素子と接続するための配線も増える。しかし、最近の携帯型通信端末においては、高機能化及び省スペース化が大きな課題であり、アンテナの設置スペースを増やすのは困難である。

[0008] また、通信サービスが多様ィ匕しているため、例えば地上ディジタルテレビ放送と携帯電話のように、互いに使用する電波の周波数帯域が大きく異なり使用する主偏波も違う多様な電波を 1つの携帯型通信端末で受信する必要性も生じている。しかし、従来技術では周波数帯域が大きく異なる複数の電波を受信するためには、複数の独立したアンテナ素子を搭載する必要があった。

[0009] 本発明は、アンテナの設置スペースを増やすことなく偏波の切り替えを可能にし、多様な周波数帯域にも対応可能な偏波切り替えアンテナ装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明の無線機に適用される偏波切り替えアンテナ装置は、ループ状に形成された導電体より構成され、前記無線機の第 1の給電点または接地点と接続可能に構成された第 1の端部と、前記無線機の第 2の給電点または接地点と接続可能に構成された第 2の端部とを有するアンテナ素子と、前記第 1の端部及び前記第 2の端部の少なくとも一方に、前記アンテナ素子を前記無線機の電気回路力開放するためのスィツチを備え、前記スィッチの切替により、磁界に対して大きな感度を有する第 1のアンテナ特性と、電界に対して大きな感度を有する第 2のアンテナ特性とが切り替えられるものである。

[0011] すなわち、前記スィッチを閉じると前記導電体の両端が給電点もしくは接地点と接続されることになり、前記導電体が磁界に対して大きな感度を有するループアンテナとして機能する。また、前記スィッチを開放すると、前記導電体の一端のみが給電点と接続されることになり、前記導電体が電界に対して大きな感度を有する線状アンテナとして機能する。従って、前記スィッチの切替により単一のアンテナの動作モードが変更され、これに伴ってアンテナの偏波特性や周波数特性も変化する。また、例えば前記導電体がループアンテナとして機能する時には、人体に近接した状態であつても高、受信感度が得られる。

[0012] 上述のアンテナ装置において、前記第 1のアンテナ特性に対応した整合を行う第 1 の整合回路と、前記第 2のアンテナ特性に対応した整合を行う第 2の整合回路と、前記第 1の整合回路と第 2の整合回路とを切り替える整合切り替え回路とを更に設けることができる。この場合、前記第 1の整合回路と、前記第 2の整合回路と、前記整合切り替え回路が、前記第 1の端部及び前記第 2の端部のうち、前記スィッチが設けられていない方に備え付けられる。更にこの場合、前記アンテナ素子のアンテナの共振周波数を変えるために、前記スィッチと接地点との間に可変リアクタンス素子を接続することができる。

[0013] 前記スィッチの切り替えによりアンテナ特性が変化すると、アンテナのインピーダンスも変化する。従って、それぞれのアンテナ特性に適した独立の整合回路を用いることにより最適な条件でアンテナと受信回路とを接続できる。また、可変リアクタンス素子をアンテナに接続することによりアンテナの共振周波数を必要に応じて変更できるので、前記導電体の長さを変更することなぐアンテナの特性を受信周波数帯に合わせることが可能になる。

[0014] 更に、平衡入力を不平衡出力に変換する平衡，不平衡変換器と、前記平衡'不平衡変を通る第 1の信号経路と通らない第 2の信号経路とを切り替えてアンテナの給電を行う経路切り替え部とを設けることができ、この場合、前記平衡'不平衡変の少なくとも一つの入力が、前記スィッチを介して前記アンテナ素子に接続される。

[0015] 平衡'不平衡変を設けることにより、ループアンテナを平衡給電で接続することができる。平衡給電の場合には、無線機の筐体に電流が流れにくくなり、その結果、アンテナの偏波特性が改善される。

[0016] 更に、前記第 1の端部及び前記第 2の端部の両方に前記スィッチを二つ設け、当該二つのスィッチは、前記アンテナ素子の接続状態が不平衡給電及び平衡給電の Vヽずれかになるように接続状態を選択的に切り替えるように構成し、前記二つのスィツチを介して前記アンテナ素子と接続され、平衡入力を不平衡出力に変換する平衡 '不平衡変換器と、前記平衡'不平衡変換器を通る第 1の信号経路と通らない第 2の信号経路とを切り替えて前記アンテナ素子の給電を行う経路切り替え部と、を更に設けることができる。

[0017] 前記スィッチ及び経路切り替え部を切り替えることにより、アンテナの接続状態が不平衡給電及び平衡給電の!/、ずれかに切り替わる。ループアンテナの給電状態を切り替えると、無線機の筐体に流れる電流に大きな変化が現れ、その結果、アンテナの特性が変化する。

[0018] 例えば、互いに動作周波数が異なる場合には、不平衡給電のループアンテナを微小ループアンテナとして構成すると垂直偏波が得られ、平衡給電で 1波長のループアンテナを構成すると水平偏波が得られる。また、同一周波数帯で用いる場合であつても、不平衡給電の場合にはアンテナ特性の垂直偏波成分がより大きくなるため、垂直偏波及び水平偏波の両方の受信が可能になる。

[0019] また、前記アンテナ素子の中間部分に、第 3の給電点または接地点と接続するための中間接続スィッチを更に設け、前記中間接続スィッチの切替により、前記スィッチを開放した状態で、逆 Fアンテナとして作動するよう、アンテナ装置を構成することができる。

[0020] 前記第 2のアンテナ特性のアンテナとして逆 Fアンテナを構成することにより、線状アンテナに比べてインピーダンス整合や周波数調整が容易になる。

[0021] 更に、受信された信号について、互いに異なるアンテナ特性で受信された複数種類の信号の中から少なくとも 1つを選択して出力するダイバーシチ選択部を設けることがでさる。

[0022] 使用するアンテナ素子力^つだけの場合であっても、本発明では偏波が異なる複数のアンテナ特性を切り替えることができるので、より受信特性の良好なアンテナ特性を適宜選択すれば、受信品質を改善できる。すなわち、偏波ダイバーシチを実現できる。但し、使用するアンテナ素子が 1つだけの場合には、例えば定期的にアンテナ特性を切り替えて受信品質を調べる必要がある。

[0023] 上述の偏波切り替えアンテナ装置を使用した無線機も本発明に含まれる。

発明の効果 [0024] 本発明によれば、単一のアンテナ素子を用いて偏波特性が異なる複数のアンテナ特性を実現できるので、アンテナの設置スペースを増やすことなく偏波の切り替えが可能になり、多様な周波数帯域にも対応可能になる。また、偏波ダイバーシチ受信を行うことにより受信感度が向上する。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]無線機に組み込まれた状態での、第 1の実施の形態による偏波切り換えアンテナ装置の構成を示すブロック図。

[図 2]第 1の実施の形態に関するシミュレーションの結果を示す放射パターン図。

[図 3]第 1の実施の形態に関する測定用モデルを示す斜視図。

[図 4]測定用モデルに関する測定結果を示す放射パターン図。

[図 5]無線機に組み込まれた状態での、第 2の実施の形態による偏波切り換えアンテナ装置の構成を示すブロック図。

[図 6]無線機に組み込まれた状態での、第 3の実施の形態による偏波切り換えアンテナ装置の構成を示すブロック図。

[図 7]無線機に組み込まれた状態での、第 4の実施の形態による偏波切り換えアンテナ装置の構成を示すブロック図。

[図 8]無線機に組み込まれた状態での、第 5の実施の形態による偏波切り換えアンテナ装置の構成を示すブロック図。

[図 9]無線機に組み込まれた状態での、第 6の実施の形態による偏波切り換えアンテナ装置の構成を示すブロック図。

符号の説明

[0026] 1 無線機筐体

2 アンテナ素子

3 回路基板

4 受信回路

5, 9, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19 切り替え回路

6 可変リアクタンス回路

7, 8, 11, 13, 20 整合回路 10 平衡，不平衡変換回路

21 ダイバーシチ切り替え回路

発明を実施するための最良の形態

[0027] (第 1の実施の形態）

本発明の偏波切り替えアンテナ装置の、第 1の実施の形態について図 1〜図 4を参照しながら説明する。

[0028] 図 1は本実施の形態のアンテナ装置が使用された無線機の構成を示すブロック図である。図 2は本実施の形態の装置に関するシミュレーションの結果を示す放射バターン図である。図 3は本実施の形態の装置に関する測定用モデルを示す斜視図である。図 4は測定用モデルに関する測定結果を示す放射パターン図である。

[0029] 本実施の形態のアンテナ装置は、図 1に示すように構成される。このアンテナ装置は、例えば携帯電話のような携帯型の受信端末に搭載されることを想定している。この受信端末の本体を表す無線機筐体 1の 1つの側面に沿ってアンテナ素子 2が配置されている。

[0030] この例では、無線機筐体 1は直方体の形状に形成されており、金属のような導電材料で構成されている。アンテナ素子 2は、薄く細長い帯状の導電材料を折り曲げてほぼループ状に形成してある。アンテナ素子 2と無線機筐体 1との間は電気的に絶縁されている。なお、アンテナ素子 2には線状の導電材料を用いても良い。

[0031] 無線機筐体 1の内部には、回路基板 3及び受信回路 4が備わっている。受信回路 4 は回路基板 3の上に配置されている。

[0032] アンテナ素子 2の一端近傍は、給電点として受信回路 4の入力と接続されている。

また、アンテナ素子 2の他端近傍は切り替え回路 (スィッチ） 5を介して回路基板 3のグランド (アース）と接続されて、る。

[0033] 切り替え回路 5は電気的に開閉可能なスィッチであり、実際には切り替え回路 5として PINダイオードやバンドスイッチングダイオードを用いればよ!、。切り替え回路 5のスィッチを閉じるとアンテナ素子 2の他端が接地され、切り替え回路 5のスィッチを開くとアンテナ素子 2の他端が開放される。

[0034] 従って、切り替え回路 5のスィッチを閉じるとアンテナ素子 2はループアンテナとして受信回路 4に接続され、切り替え回路 5のスィッチを開くとアンテナ素子 2は一端が開放された線状アンテナとして受信回路 4に接続される。すなわち、切り換え回路 5の切替により、磁界に対して大きな感度を有する第 1のアンテナ特性 (ループアンテナ）と、電界に対して大きな感度を有する第 2のアンテナ特性 (線状アンテナ）とが切り替えられる。

[0035] なお、水平偏波を得るためには、ループアンテナの給電点を無線機筐体 1の中央部に配置して、アンテナの構成を左右対称にするのが望ましい。また、アンテナ素子 2を帯状にすることにより、広帯域ィ匕が可能になる。

[0036] ループアンテナの場合に水平偏波成分を形成するには、動作周波数に対して例えば 1波長の電気長が選定される。これによりアンテナ素子 2の長さ及びループアンテナ長が決まるので、線状アンテナを構成した場合のアンテナの共振周波数も決まる。線状アンテナが例えば 1Z4波長モノポールアンテナとして動作する場合を想定すると、アンテナ素子 2が線状アンテナとして機能する場合の動作周波数は、アンテナ素子 2がループアンテナとして機能する場合の動作周波数に比べて 1/4になる。

[0037] つまり、アンテナ素子 2の動作モードを切り替えてループアンテナと線状アンテナとを使い分けることにより、周波数が大きく異なる 2つの受信周波数帯域に対応することが可能になる。また、ループアンテナを UHF帯程度の低い周波数帯において微小ループアンテナとして使用することも可能である。

[0038] 図 1に示す構成に基づいて作成したシミュレーションモデルを用いて、コンピュータでシミュレーションを行った。その結果の放射パターンの例が図 2に示されている。シミュレーシヨンモデルとしては、縦 100mm、横 50mm、幅 10mmの筐体の上側面に全長が 115mmのループアンテナ素子を配置した場合を想定した。

[0039] また、ループアンテナと線状アンテナのそれぞれについて給電方法のみを変更してシミュレーションを実施し、その放射パターンについて比較検討した。周波数については 2GHz帯を使用し、ループ素子の長さは 0. 93 λ ( λ：波長)長に定めた。

[0040] 図 2の（a)はループアンテナの場合の放射パターンを表し、図 2の（b)は線状アンテナの場合の放射パターンを表している。図 2を参照すると、ループアンテナの場合 (a )の主偏波が水平偏波成分 (E φ )であるのに対し、線状アンテナの場合 (b)の主偏波は垂直偏波成分 (E 0 )であることが確認できる。但し、実際には完全なループアンテナ動作ではなぐ無線機筐体 1にも電流が流れるため、ループアンテナの場合には副偏波として垂直偏波成分も生じて、る。

[0041] 次に、実際の受信端末を模擬したモデルを作成し、このモデルについて特性の評価を行った。この実験では、図 3に示すように完全導体を模擬した銅板モデルを用いて折畳み式携帯電話端末を模擬し、この端末の上筐体上端にループアンテナを配置した。ループアンテナの素子長については、測定周波数の 2. 17GHzに対してほぼ 1 λに相当する 140mmを用いている。このモデルに関する測定結果の例が図 4に示されている。

[0042] 図 4の（a)はループアンテナの場合の放射パターンを表し、図 4の（b)は線状アンテナの場合の放射パターンを表して、る。代表例として X—Y平面にぉ、て比較すると、主偏波が水平偏波成分 (E φ )と垂直偏波成分 (E Θ )とで互ヽに異なって！/、ることが確認できる。また、お互いある程度の副偏波成分も見られ、周波数特性も持っている力所定の周波数 2GHz付近において主偏波が異なる傾向は一致している。

[0043] また、ループアンテナを VHF帯や UHF帯に対応する微小ループアンテナとして動作させると、主に筐体放射となることから主偏波は垂直偏波になる。このことは図 3の測定用モデルを用いた測定結果からも明らかになってヽる。同じループアンテナでも利用する周波数帯域により異なる偏波が得られる。但し、微小ループアンテナの帯域は非常に狭い。

[0044] また、電圧定在波比（以下、 VSWR)の測定結果力線状アンテナにおいて 550M Hz付近 (UHF帯）において共振点が確認できる。つまり、全長 140mmの線状アンテナが ΐΖ4 λモノポールアンテナとして動作していると考えられる。さらに、 3Ζ4 λ モノポール動作による 170MHz付近でも広帯域であり、 1アンテナ素子において UH F帯域と 2GHzもしくは 1. 7GHz帯など多くの帯域で受信可能である。従って、受信周波数の多様ィ匕に対応できる。

[0045] (第 2の実施の形態）

本発明の偏波切り替えアンテナ装置のもう 1つの実施の形態について図 5を参照しながら説明する。図 5はこの形態の装置の構成を示すブロック図である。この形態は第 1の実施の形態の変形例である。また、図 5において第 1の実施の形態と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。

[0046] 第 1の実施の形態と同様に、図 5に示すループ状のアンテナ素子 2が無線機筐体 1 の上側面に沿って配置してある。アンテナ素子 2の一端 2aは、切り替え回路 5及び可変リアクタンス回路 (可変リアクタンス素子) 6の直列回路を介して回路基板 3のグランドに接続されている。可変リアクタンス回路 6は、アンテナ素子 2の受信周波数を調整するために設けてある。

[0047] アンテナ素子 2の他端 2bは、切り替え回路 9を介して整合回路 7, 8の入力と接続されている。整合回路 7, 8の出力は、それぞれ受信回路 4の受信入力端子と接続されている。切り替え回路 9を切り替えることにより、アンテナ素子 2の他端 2bを整合回路 7, 8のいずれか一方に選択的に接続することができる。

[0048] 整合回路 (第 1の整合回路） 7はアンテナ素子 2がループアンテナとして動作する場合のインピーダンスに対して回路を整合させるように特性を調整してあり、整合回路（第 2の整合回路） 8はアンテナ素子 2が線状アンテナとして動作する場合のインピーダンスに対して回路を整合させるように特性を調整してある。

[0049] 第 1の実施の形態と同様に、切り替え回路 5のスィッチを閉じている場合にはアンテナ素子 2がループアンテナとして動作し、切り替え回路 5のスィッチを開、て、る場合にはアンテナ素子 2は線状アンテナとして動作する。切り替え回路 5の切り替えに伴つてアンテナ素子 2のインピーダンスが変化するので、切り替え回路 5の切り替えに連動して切り替え回路 9のスィッチが切り替わるように制御する。これにより、ループアンテナ及び線状アンテナのいずれの特性についても回路を整合状態に維持することが可會になる。

[0050] また、切り替え回路 5のスィッチが閉じている場合には、可変リアクタンス回路 6がァンテナ素子 2と接続されるので、可変リアクタンス回路 6のリアクタンスに応じてアンテナ素子 2の受信可能な周波数が変化する。つまり、ループアンテナを構成する場合の受信周波数を、アンテナ素子 2の長さを変更することなく必要に応じて調整できる。

[0051] 可変リアクタンス回路 6は、特に UHF帯のように比較的低い周波数帯に対応した微小ループアンテナを構成する場合に有用であり、狭い帯域幅を移動させることにより目的の利用周波数を選択できる。可変リアクタンス回路 6としては、例えばガリウム砒素やシリコン半導体を用いた可変容量素子を採用することが考えられる。

[0052] この形態では、アンテナ素子 2をループアンテナとして構成する場合と、線状アンテナとして構成する場合とのいずれにおいても、望ましい整合状態を得ることができ、し力もループアンテナの受信周波数を調整できる。 2種類のアンテナ特性の受信周波数を同一の周波数帯に調整した場合には、アンテナ特性の切替により偏波特性を切り替えることができる。

[0053] (第 3の実施の形態）

本発明の偏波切り替えアンテナ装置のもう 1つの実施の形態について図 6を参照しながら説明する。図 6はこの形態の装置の構成を示すブロック図である。この形態は第 1の実施の形態の変形例である。また、図 6において第 1の実施の形態と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。

[0054] 第 1の実施の形態と同様に、図 6に示すループ状のアンテナ素子 2が無線機筐体 1 の上側面に沿って配置してある。

[0055] この形態では、ループアンテナを平衡給電するために平衡 ·不平衡変換回路 (バラン） 10を設けてある。線状アンテナは不平衡給電なので、ループアンテナを選択するときと線状アンテナを選択するときの給電方式が異なる。このような違いに対応して図

6に示す回路が構成されて、る。

[0056] すなわち、アンテナ素子 2の一端 2aは切り替え回路 12を介して整合回路 11の一方の入力に接続され、アンテナ素子 2の他端 2bは整合回路 11のもう一方の入力に接続されて!、る。整合回路 11の出力は平衡 ·不平衡変換回路 10の平衡入力に接続され、平衡 '不平衡変換回路 10の不平衡出力は切り替え回路 15を介して受信回路 4 の入力に接続されている。

[0057] また、アンテナ素子 2の他端 2bは切り替え回路 14を介して整合回路 13の入力に接続され、整合回路 13の出力は切り替え回路 15を介して受信回路 4の入力に接続されている。

[0058] 切り替え回路 15はアンテナ素子 2がループアンテナとして動作する場合に平衡 '不平衡変換回路 10から出力される受信信号と、アンテナ素子 2が線状アンテナとして動作する場合に整合回路 13から出力される受信信号とを選択的に受信回路 4に入力する。

[0059] この装置を使用する場合には、切り替え回路 12のスィッチを閉じて切り替え回路 14 のスィッチを開き、切り替え回路 15のスィッチで平衡 '不平衡変換回路 10の出力側を選択することにより、アンテナ素子 2がループアンテナとして動作し、平衡給電により受信回路 4と接続される。また、切り替え回路 12のスィッチを開き、切り替え回路 14 のスィッチを閉じ、切り替え回路 15のスィッチで整合回路 13の出力側を選択することにより、アンテナ素子 2が線状アンテナとして動作し、不平衡給電により受信回路 4と接続される。

[0060] 平衡'不平衡変換回路 10を用いることによりこれがループアンテナを使用する場合の損失として加算され、利用周波数帯域も限定されるが、ループアンテナを平衡給電することにより無線機筐体 1側に電流が流れにくくなる。これにより、無線機筐体 1 から放射される垂直偏波成分が減少し、水平偏波が得られやすヽ。

[0061] 実際に、図 3に示した測定モデルを用いた実験結果からも、垂直偏波成分の割合が小さくなることが確認できた。また、第 2の実施の形態と同様に 2種類のアンテナ特性の受信周波数を同一帯域に調整すれば、同一の周波数帯域で偏波特性を切り替えて使用することができる。

[0062] (第 4の実施の形態）

本発明の偏波切り替えアンテナ装置のもう 1つの実施の形態について図 7を参照しながら説明する。図 7はこの形態の装置の構成を示すブロック図である。この形態は第 3の実施の形態の変形例である。また、図 7において第 3の実施の形態と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。

[0063] 第 3の実施の形態と同様に、図 7に示すループ状のアンテナ素子 2が無線機筐体 1 の上側面に沿って配置してある。第 3の実施の形態と同様に、ループアンテナを平衡給電するために平衡 *不平衡変換回路 (バラン） 10を設けてある。但し、この形態ではアンテナ素子 2をループアンテナとしてのみ使用し、給電方式の切替によりアンテナの偏波特性を切り替えて!/、る。

[0064] 図 7に示すように、アンテナ素子 2の一端 2aに切り替え回路 12が接続され、他端 2b に切り替え回路 17が接続されている。切り替え回路 12, 17は、ループアンテナの平衡給電と不平衡給電とを切り替えるために設けてあり、 2つの切り替え回路 12, 17は互いに連動して切り替わる。

[0065] 切り替え回路 12は、アンテナ素子 2の一端 2aを整合回路 11の入力に接続する力又は回路基板 3のグランドに接続するかを選択的に切り替える。切り替え回路 17は、アンテナ素子 2の他端 2bを整合回路 11の入力に接続するか、又は整合回路 13の入力に接続するかを選択的に切り替える。

[0066] すなわち、切り替え回路 12のスィッチを b側に接続し、切り替え回路 17のスィッチを c側に接続し、切り替え回路 15のスィッチを e側に接続すると、アンテナ素子 2のループアンテナは平衡給電で接続される。この場合、アンテナ素子 2が受信した信号は、切り替え回路 12, 17—整合回路 11 平衡 '不平衡変換回路 10—切り替え回路 15 を通って受信回路 4に入力される。

[0067] また、切り替え回路 12のスィッチを a側に接続し、切り替え回路 17のスィッチを d側に接続し、切り替え回路 15のスィッチを f側に接続すると、アンテナ素子 2のループアンテナは不平衡給電で接続される。この場合、アンテナ素子 2が受信した信号は、切り替え回路 12, 17—整合回路 13—切り替え回路 15を通って受信回路 4に入力される。

[0068] このような給電方式の切替によりアンテナ素子 2自体の特性は変化しないが、無線機筐体 1に流れる筐体電流に変化が現れるため、結果的にアンテナ全体としての偏波特性に違いが生じる。

[0069] 特に、不平衡給電の場合と平衡給電の場合とでアンテナの動作周波数が異なる場合には、不平衡給電の場合のループアンテナを微小ループアンテナとして構成することで垂直偏波を得ることができ、平衡給電の場合のループアンテナをほぼ 1 λ長のループアンテナとして構成することで水平偏波を得ることができる。

[0070] また、不平衡給電の場合と平衡給電の場合とで同一の周波数帯を利用する場合であっても、不平衡給電の場合は周波数特性により垂直偏波成分が大きく現れるため、垂直偏波及び水平偏波の受信が可能になる。つまり、不平衡給電の場合と平衡給電の場合とで同一の周波数帯域にアンテナの特性を調整することにより、アンテナの偏波特性を切り替えて受信することが可能になる。

[0071] (第 5の実施の形態）

本発明の偏波切り替えアンテナ装置のもう 1つの実施の形態について図 8を参照しながら説明する。図 8はこの形態の装置の構成を示すブロック図である。この形態は第 3の実施の形態の変形例である。また、図 8において第 3の実施の形態と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。

[0072] 第 3の実施の形態と同様に、図 8に示すループ状のアンテナ素子 2が無線機筐体 1 の上側面に沿って配置してある。この形態では、アンテナ素子 2をループアンテナ及び逆 Fアンテナとして切り替えて使用する。

[0073] 第 3の実施の形態と同様に、アンテナ素子 2の一端 2aは切り替え回路 12を介して整合回路 11の一方の入力と接続され、アンテナ素子 2の他端 2bは整合回路 11のもう一方の入力と接続されている。また、整合回路 11の出力は平衡'不平衡変換回路

10の入力と接続され、平衡 '不平衡変換回路 10の出力は切り替え回路 15を介して受信回路 4の入力と接続されている。

[0074] また、アンテナ素子 2の他端 2bには切り替え回路 18が接続されている。切り替え回路 18は、スィッチでありアンテナ素子 2の他端 2bを回路基板 3のグランドに接続する力又は開放するかを切り替える。

[0075] また、逆 Fアンテナを構成するために、アンテナ素子 2の途中に給電点 2cを設けてある。給電点 2cは、切り替え回路（中間接続スィッチ） 19を介して整合回路 20の入力と接続され、整合回路 20の出力は切り替え回路 15を介して受信回路 4の入力と接続されている。

[0076] アンテナ素子 2を逆 Fアンテナとして利用する場合には、切り替え回路 12のスィッチを開き、切り替え回路 18及び切り替え回路 19の各スィッチを閉じる。この場合、アンテナ素子 2が受信した信号は、切り替え回路 19—切り替え回路 20—切り替え回路 1 5を通って受信回路 4に入力される。

[0077] また、アンテナ素子 2をループアンテナとして使用する場合には、切り替え回路 12 のスィッチを閉じ、切り替え回路 18, 19の各スィッチを開く。この場合、アンテナ素子 2が受信した信号は、切り替え回路 12—整合回路 11—平衡，不平衡変換回路 10— 切り替え回路 15を通って受信回路 4に入力される。

[0078] また、逆 Fアンテナを使用する場合には、給電箇所を変更することも可能である。すなわち、切り替え回路 18の部分力もアンテナ素子 2の他端 2bに給電し、給電点 2cの部分を接地すればよい。

[0079] 線状アンテナの代わりに逆 Fアンテナを構成することにより、線状アンテナの場合と比べてインピーダンスの整合や対応周波数の調整などが容易になる。また、逆アンテナの場合の主偏波は垂直偏波であるため、ループアンテナと切り替えることにより、偏波の切り替えができる。つまり、逆 Fアンテナとループアンテナとを同一の周波数帯で使用する場合には、偏波特性を切り替えて受信することができる。

[0080] (第 6の実施の形態）

本発明の偏波切り替えアンテナ装置のもう 1つの実施の形態について図 9を参照しながら説明する。図 9はこの形態の装置の構成を示すブロック図である。この形態は第 3の実施の形態の変形例である。また、図 9において第 3の実施の形態と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。

[0081] 第 3の実施の形態と同様に、図 9に示すループ状のアンテナ素子 2が無線機筐体 1 の上側面に沿って配置してある。この形態では、アンテナ素子 2をループアンテナ及び線状アンテナとして切り替えて使用する。第 3の実施の形態と異なるのは、ダイバーシチ切り替え回路 (ダイバーシチ選択部） 21を設けた点である。

[0082] ダイバーシチ切り替え回路 21は、ループアンテナで検出された受信信号と線状ァンテナで検出された受信信号との受信電界強度をそれぞれ検出し、電界強度が強 V、方の信号を選択的に受信回路 4に入力するように制御する。

[0083] 実際には、ダイバーシチ切り替え回路 21は平衡 *不平衡変換回路 10が出力する受信信号 (ループアンテナの信号)と整合回路 13が出力する受信信号 (線状アンテナの信号)とをそれぞれ低雑音増幅器で増幅して受信信号レベルを測定し、受信信号レベルが大きい方の信号を選択して受信回路 4に入力する。

[0084] 但し、単一のアンテナを切り替えてループアンテナ及び線状アンテナとして使用するので、同時に 2種類のアンテナの受信信号レベルを測定することはできない。そこで、この形態では、ダイバーシチ切り替え回路 21は受信感度に大きな変化が現れない程度に十分に小さい時間の間隔で周期的にアンテナの特性の切り替えを行い、 2 種類のアンテナ特性のそれぞれにおける受信信号レベルを常に把握して、より受信感度の高いアンテナ特性に自動的に切り替える。これにより、単一のアンテナだけで偏波ダイバーシチが実現する。

[0085] なお、第 3の実施の形態以外の他の実施の形態についても、ダイバーシチ切り替え回路 21を追加することにより偏波ダイバーシチを実現できる。

[0086] アンテナ素子の形状は、ループ形状であるが、ループアンテナとしての特性を発揮できるならば、その変形は自由である。また、アンテナ素子の配置位置も任意に変更することが許される。また、実施形態の各種回路の配置位置も任意に設定することができる。

[0087] 以上、本発明の各種実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更 ·応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

[0088] 本出願は、 2004年 12月 16日出願の日本特許出願 (特願 2004-363844)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

産業上の利用可能性

[0089] 本発明の偏波切り替えアンテナ装置は、複数のアンテナ素子を必要とすることなく、偏波特性の異なる複数種類のアンテナを実現できる。従って、携帯型の受信端末のようにアンテナの設置スペースが限られる場合や、多様な周波数帯の受信が必要な場合や、様々な環境で受信感度の改善が必要な場合などに本発明を適用すれば極めて効果的である。

Claims

請求の範囲

[1] 無線機に適用される偏波切り替えアンテナ装置であって、

ループ状に形成された導電体より構成され、前記無線機の第 1の給電点または接地点と接続可能に構成された第 1の端部と、前記無線機の第 2の給電点または接地点と接続可能に構成された第 2の端部とを有するアンテナ素子と、

前記第 1の端部及び前記第 2の端部の少なくとも一方に、前記アンテナ素子を前記無線機の電気回路から開放するためのスィッチを備え、

前記スィッチの切替により、磁界に対して大きな感度を有する第 1のアンテナ特性と

、電界に対して大きな感度を有する第 2のアンテナ特性とが切り替えられる、偏波切り替えアンテナ装置。

[2] 請求項 1に記載の偏波切り替えアンテナ装置にぉ、て、

前記第 1のアンテナ特性に対応した整合を行う第 1の整合回路と、

前記第 2のアンテナ特性に対応した整合を行う第 2の整合回路と、

前記第 1の整合回路と第 2の整合回路とを切り替える整合切り替え回路とを更に備え、

前記第 1の整合回路と、前記第 2の整合回路と、前記整合切り替え回路が、前記第 1の端部及び前記第 2の端部のうち、前記スィッチが設けられていない方に備え付けられた、偏波切り替えアンテナ装置。

[3] 請求項 2に記載の偏波切り替えアンテナ装置において、

前記アンテナ素子のアンテナの共振周波数を変えるために、前記スィッチと接地点との間に接続された可変リアクタンス素子を更に備える、偏波切り替えアンテナ装置。

[4] 請求項 1に記載の偏波切り替えアンテナ装置にぉ、て、

平衡入力を不平衡出力に変換する平衡 *不平衡変^^と、

前記平衡'不平衡変換器を通る第 1の信号経路と通らない第 2の信号経路とを切り替えてアンテナの給電を行う経路切り替え部と、を更に備え、

前記平衡 '不平衡変換器の少なくとも一つの入力が、前記スィッチを介して前記ァンテナ素子に接続した、偏波切り替えアンテナ装置。

[5] 請求項 1に記載の偏波切り替えアンテナ装置にぉ、て、前記第 1の端部及び前記第 2の端部の両方に前記スィッチを二つ備え、当該二つのスィッチは、前記アンテナ素子の接続状態が不平衡給電及び平衡給電の、ずれかになるように接続状態を選択的に切り替えるものであり、

前記二つのスィッチを介して前記アンテナ素子と接続され、平衡入力を不平衡出力に変換する平衡 ·不平衡変換器と、

前記平衡'不平衡変換器を通る第 1の信号経路と通らない第 2の信号経路とを切り替えて前記アンテナ素子の給電を行う経路切り替え部と、を更に備える偏波切り替えアンテナ装置。

[6] 請求項 1に記載の偏波切り替えアンテナ装置にぉ、て、

前記アンテナ素子の中間部分に、第 3の給電点または接地点と接続するための中間接続スィッチを更に備え、前記中間接続スィッチの切替により、前記スィッチを開放した状態で、逆 Fアンテナとして作動する、偏波切り替えアンテナ装置。

[7] 請求項 1な!、し請求項 6の、ずれか 1項に記載の偏波切り替えアンテナ装置であつて、

受信された信号について、互いに異なるアンテナ特性で受信された複数種類の信号の中から少なくとも 1つを選択して出力するダイバーシチ選択部を更に備える、偏波切り替えアンテナ装置。

[8] 請求項 1な!、し請求項 7の、ずれか 1項に記載の偏波切り替えアンテナ装置を含む無線機。