WO2019065054A1 - 無線通信装置及び通信制御方法 - Google Patents

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WO2019065054A1
WO2019065054A1 PCT/JP2018/031888 JP2018031888W WO2019065054A1 WO 2019065054 A1 WO2019065054 A1 WO 2019065054A1 JP 2018031888 W JP2018031888 W JP 2018031888W WO 2019065054 A1 WO2019065054 A1 WO 2019065054A1
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wireless communication
antenna
antenna elements
array
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PCT/JP2018/031888
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尾仲　健吾
良樹 山田
知重 古樋
弘嗣 森
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株式会社村田製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/24—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
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    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04—TPC

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication apparatus and a communication control method, and more particularly to a wireless communication apparatus using an array antenna.
  • An array antenna is an antenna in which a plurality of antenna elements (that is, radiating elements) are regularly arranged and fed under a constant excitation condition, and since the amplitude and phase of a signal exciting the antenna elements can be controlled, There is a feature that control of antenna directivity (hereinafter, also simply referred to as “directivity”) can be easily performed.
  • Patent Document 1 Conventionally, various types of wireless communication devices using an array antenna have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 proposes a wireless communication apparatus having a wireless communication apparatus including an array antenna including a plurality of antenna elements, the wireless communication apparatus including a switching control unit that switches the number of used antenna elements according to the total transmission power. It is done. As a result, the array antenna can be appropriately controlled, and as a result, the effect of reducing the power consumption of the wireless communication device can be enhanced.
  • Patent Document 1 there is a problem that the antenna directivity can not be broadened because the antenna element to be used is a single element in the low power consumption mode. Therefore, for example, when a mobile communication terminal provided with such a wireless communication device tries to connect to a base station, it takes a lot of time to search for a base station, or it is impossible to search for an optimal base station. Problems occur.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and is a wireless communication apparatus provided with an array antenna, which is wider than conventional antennas even when performing wireless communication in a low power consumption mode.
  • An object of the present invention is to provide a wireless communication apparatus and the like that can ensure directivity.
  • a wireless communication apparatus performs wireless switching by switching between a first mode and a second mode using an array antenna including a plurality of antenna elements and the array antenna.
  • a communication circuit for communicating wherein the first mode has a transmission power in the wireless communication greater than that in the second mode, and has a higher communication speed, and the communication circuit performs the communication in the second mode.
  • the directivity of the array antenna is expanded compared to the first mode to perform the wireless communication.
  • amplitude weighting is performed on at least two antenna elements, and wireless communication is performed in which the directivity of the array antenna is wider than in the first mode of high power consumption. Therefore, a wireless communication apparatus provided with an array antenna is realized, which can ensure wider antenna directivity than in the past even when performing wireless communication in the low power consumption mode.
  • wireless communication is performed by switching between the first mode in which the transmission power is high and the communication speed is high and the second mode in which the transmission power is low and the communication speed is low, for example, such wireless communication
  • wireless communication is performed in the second mode of low power consumption
  • the wireless communication is performed in the first mode of high-speed communication. This enables wireless communication that achieves both reduction in power consumption and high-speed data communication with base station search in a short time.
  • the communication circuit may uniformly excite the plurality of antenna elements without weighting the amplitude of the signal exciting the plurality of antenna elements.
  • the plurality of antenna elements are uniformly excited, so that high antenna gain can be obtained with narrow antenna directivity and wireless communication suitable for high-speed data communication can be secured.
  • the communication circuit may further perform phase weighting on signals for exciting the at least two antenna elements.
  • the plurality of antenna elements may be arranged in two different planes.
  • the antenna directivity is expanded in three dimensions in two different planes (for example, an azimuth plane and an elevation plane) as compared with the case where the array antenna in which the antenna elements are arranged in a single plane is operated.
  • two different planes for example, an azimuth plane and an elevation plane
  • the plurality of antenna elements include at least two antenna elements arranged in the same plane, and the communication circuit is at least two of the plurality of antenna elements arranged in the same plane in the second mode.
  • the weighting may be applied to the signal exciting the two antenna elements.
  • the wireless communication apparatus may include a plurality of the array antennas, and the communication circuit may perform the weighting on at least one of the plurality of array antennas in the second mode.
  • the wireless communication apparatus is provided with a plurality of array antennas, for example, a plurality of array antennas having different antenna directivity are sequentially used to search for an array antenna that can most strongly receive radio waves from the base station.
  • the array antenna used for wireless communication can be dynamically switched according to the position and direction of the mobile communication terminal.
  • the communication circuit may perform the weighting only on one of the plurality of array antennas.
  • the communication circuit may perform the weighting on at least two array antennas of the plurality of array antennas in the second mode.
  • At least two array antennas of the plurality of array antennas are subjected to weighted wireless communication, which is wider than in the case where only one array antenna is weighted.
  • Antenna directivity is secured.
  • the communication circuit may be a baseband IC which is an integrated circuit that generates a baseband transmission signal, and a high frequency which is an integrated circuit which modulates the transmission signal generated by the baseband IC to excite the array antenna.
  • An IC, the high frequency IC includes a plurality of amplitude adjusters for adjusting the amplitude of a signal exciting each of the plurality of antenna elements, and the baseband IC controls the plurality of amplitude adjusters. By doing this, the amplitude may be weighted.
  • the transmission signal is supplied from the baseband IC to the high frequency IC, and the amplitude weighting is performed in the high frequency IC under the control of the baseband IC, so that the amplitude weighting by the baseband IC is simple and reliable. To be realized.
  • the array antenna may be integrated with the high frequency IC.
  • the array antenna and the high frequency IC are integrated, and a compact antenna module including the array antenna and the high frequency IC is realized.
  • the communication circuit further includes a substrate on which the array antenna, the baseband IC, and the high frequency IC are mounted, and a wiring pattern formed on the substrate and connecting the array antenna and the high frequency IC. You may
  • the array antenna and the high frequency IC are separately connected via the wiring pattern, so that the array antenna can be designed independently from the position and shape of the high frequency IC, etc. Optimal placement and miniaturization are possible.
  • wireless communication is performed by switching between a first mode and a second mode using an array antenna including a plurality of antenna elements and the array antenna.
  • the method comprises the steps of: the communication circuit, in the second mode, weighting the amplitude of signals exciting at least two of the plurality of antenna elements in the second mode; And the step of performing the wireless communication by expanding the directivity of the array antenna than in the first mode.
  • amplitude weighting is performed on at least two antenna elements, and wireless communication is performed in which the directivity of the array antenna is wider than in the first mode of high power consumption. Therefore, in the wireless communication apparatus provided with the array antenna, even in the case of performing wireless communication in the low power consumption mode, it is possible to secure antenna directivity wider than in the past.
  • wireless communication is performed by switching between the first mode in which the transmission power is high and the communication speed is high and the second mode in which the transmission power is low and the communication speed is low, for example, such communication control
  • wireless communication is performed in the second mode of low power consumption
  • the wireless communication is performed in the first mode of high speed communication. This enables wireless communication that achieves both reduction in power consumption and high-speed data communication with base station search in a short time.
  • a wireless communication apparatus including an array antenna, wherein even when wireless communication is performed in the low power consumption mode, the wireless communication apparatus can ensure antenna directivity wider than the prior art; A communication control method is provided.
  • wireless communication is performed in the second mode of low power consumption, and when the mobile communication terminal performs data communication, By performing wireless communication in one mode, it is possible to achieve wireless communication that achieves both reduction in power consumption and high-speed data communication with base station search in a short time.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the wireless communication apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a detailed circuit configuration of the wireless communication apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an exemplary structure of the wireless communication apparatus shown in FIG.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an operation of the wireless communication apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 5A is a diagram showing conditions when antenna directivity of the wireless communication device according to the first embodiment is calculated by simulation.
  • FIG. 5B is a diagram showing antenna directivity of the wireless communication apparatus according to Embodiment 1 calculated by simulation under the conditions shown in FIG. 5A.
  • FIG. 5A is a diagram showing conditions when antenna directivity of the wireless communication device according to the first embodiment is calculated by simulation.
  • FIG. 5B is a diagram showing antenna directivity of the wireless communication apparatus according to Embodiment 1 calculated by simulation under the conditions shown in FIG. 5A.
  • FIG. 5A is a diagram showing conditions when antenna directivity
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a structure of a wireless communication apparatus according to a first modification of the first embodiment.
  • FIG. 7A is a diagram showing conditions when antenna directivity of a wireless communication apparatus according to Variation 1 of Embodiment 1 is calculated by simulation.
  • FIG. 7B is a diagram showing antenna directivity of the wireless communication device according to the first modification of the first embodiment calculated by simulation under the conditions shown in FIG. 7A.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an exemplary structure of a wireless communication apparatus according to a second modification of the first embodiment.
  • FIG. 9A is a diagram showing conditions when antenna directivity of a wireless communication apparatus according to Modification 2 of Embodiment 1 is calculated by simulation.
  • FIG. 9A is a diagram showing conditions when antenna directivity of a wireless communication apparatus according to Modification 2 of Embodiment 1 is calculated by simulation.
  • FIG. 9B is a diagram showing antenna directivity of the wireless communication device according to the second modification of the first embodiment calculated by simulation under the conditions shown in FIG. 9A.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of a structure of a wireless communication apparatus according to a third modification of the first embodiment.
  • 11A is a cross-sectional view showing an example of a structure of a wireless communication apparatus according to Modification 4 of Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 11B is a cross-sectional view showing another structural example of the wireless communication device according to the fourth modification of the first embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing an exemplary structure of a wireless communication apparatus according to the fifth modification of the first embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the wireless communication apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is an external view showing a configuration example of the wireless communication apparatus shown in FIG.
  • FIG. 15 is a flowchart showing an operation of the wireless communication apparatus according to the second embodiment.
  • Embodiment 1 First, the radio communication apparatus according to Embodiment 1 provided with only one array antenna will be described.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the wireless communication device 10 according to the first embodiment.
  • the wireless communication device 10 is a wireless communication device that performs wireless communication with a wider antenna directivity than in the past in the low power consumption mode, and is used, for example, in a mobile communication terminal such as a smartphone.
  • a mobile communication terminal such as a smartphone.
  • the radio communication apparatus 10 is applied to a mobile communication terminal that communicates with a base station.
  • the wireless communication device 10 performs wireless communication by switching between the first mode and the second mode using the array antenna 20 configured of a plurality of antenna elements 21a to 21d and the array antenna 20. And a communication circuit 50.
  • the transmission power in wireless communication is larger and the communication speed is faster than in the second mode.
  • the high data rate mode and high power consumption high rate mode and the data rate slow mode respectively, which are planned for 5G (5th generation mobile communication)
  • the power consumption corresponds to a mode called low rate mode.
  • the array antenna 20 is a planar linear array antenna in which antenna elements 21a to 21d constituting a microstrip patch antenna are linearly arranged on a dielectric substrate.
  • the type and arrangement of the antenna elements 21a to 21d are not limited to this form, and for example, the antenna elements 21a to 21d may be arranged in a circular shape, or even if the antenna elements 21a to 21d are slot antennas. Good.
  • communication circuit 50 does not weight the plurality of antenna elements 21a to 21d without weighting the amplitude (hereinafter also referred to as “amplitude weighting") to the signals exciting the plurality of antenna elements 21a to 21d. It excites uniformly (hereinafter, also referred to as “uniform excitation").
  • the communication circuit 50 performs at least amplitude weighting on signals for exciting at least two antenna elements of the plurality of antenna elements 21a to 21d, thereby providing an array antenna rather than the first mode. Extend the directivity of 20 to communicate wirelessly.
  • equal transmission power for example, maximum transmission power
  • weighted excitation at the time of uniform excitation, equal transmission power (for example, maximum transmission power) is supplied to all antenna elements 21a to 21d, and excitation by amplitude weighting (hereinafter also referred to as "weighted excitation"
  • at least one of the antenna elements to be excited is supplied with transmission power smaller than at the time of uniform excitation. Therefore, the transmission power of the entire array antenna 20 is larger at the uniform excitation (that is, the first mode) than at the weighted excitation (that is, the second mode).
  • the communication speed in the first mode using a larger transmission power, more stable communication can be performed than in the second mode, and therefore, faster communication can be performed than in the second mode.
  • communication circuit 50 performs not only weighting of the amplitude but also weighting of the phase (hereinafter also referred to as “phase weighting”) with respect to the signal exciting the at least two antenna elements in the second mode. ) Can also.
  • phase weighting is to shift the phase between signals.
  • the communication circuit 50 controls at least two antenna elements as a phased array antenna.
  • the communication circuit 50 includes a radio frequency integrated circuit (RFIC) 30 and a base band integrated circuit (BBIC) 40.
  • RFIC radio frequency integrated circuit
  • BBIC base band integrated circuit
  • the RFIC 30 is an integrated circuit (high frequency IC) that modulates a transmission signal generated by the BBIC 40 to excite the array antenna 20 and demodulates a high frequency signal received by the array antenna 20.
  • the plurality of antenna elements 21a to 21d And an amplitude adjuster 34 and a phase adjuster 35 for adjusting the amplitude and phase of the transmission signal and the received high frequency signal to excite each of the signals. Details of the amplitude adjuster 34 and the phase adjuster 35 will be described later with reference to FIG.
  • the BBIC 40 is an integrated circuit that generates a baseband transmission signal and processes a baseband reception signal, and functionally includes a transmission signal generation unit 41, a weighting control unit 42, and a reception signal processing unit 45.
  • the transmission signal generation unit 41 generates a transmission signal and supplies it to the RFIC 30.
  • the weighting control unit 42 performs amplitude weighting and phase weighting on the array antenna 20 by controlling the amplitude adjuster 34 and the phase adjuster 35 included in the RFIC 30.
  • the reception signal processing unit 45 performs various signal processing such as error correction on the reception signal received by the array antenna 20 and converted into a baseband signal.
  • the BBIC 40 includes, for example, a ROM for storing a program, a RAM for temporarily holding a program and data, a processor for executing a program, an A / D converter for connecting to peripheral circuits, and a D / A converter. It is realized by a microcomputer provided with an input / output circuit and the like. In that case, the transmission signal generation unit 41, the weighting control unit 42, and the reception signal processing unit 45 are realized by the processor executing a program in the BBIC 40.
  • FIG. 2 is a diagram showing a detailed circuit configuration of the wireless communication device 10 shown in FIG. Here, in particular, the detailed circuit configuration of the RFIC 30 is shown.
  • the RFIC 30 includes switches 31a to 31d, power amplifiers 32at to 32dt, low noise amplifiers 32ar to 32dr, switches 33a to 33d, amplitude adjusters 34 (attenuators 34a to 34d), phase adjusters 35 (phase shifters 35a to 35d), A signal combining / dividing device 36, a switch 37, a mixer 38 and an amplification circuit 39 are provided.
  • the devices 35a to 35d are provided in signal paths corresponding to the antenna elements 21a to 21d constituting the array antenna 20, respectively.
  • the switches 31a to 31d, the switches 33a to 33d, and the switch 37 switch single or double throw (SPDT) electronic or mechanical switches that switch signal paths depending on transmission or reception under control of the BBIC 40. It is.
  • the power amplifiers 32 at to 32 dt are amplifiers for power-amplifying the transmission signal of high frequency.
  • the low noise amplifiers 32ar to 32dr are amplifiers with a low noise figure that amplify high frequency received signals.
  • the amplitude adjuster 34 comprises attenuators 34a to 34d.
  • the attenuators 34a to 34d are variable attenuators capable of changing the attenuation of the signal passing therethrough under the control of the weighting control unit 42 of the BBIC 40.
  • the amplitude adjuster 34 for realizing the amplitude weighting is not limited to the attenuators 34a to 34d, and may be configured by, for example, a variable amplifier.
  • the phase adjuster 35 is composed of phase shifters 35a to 35d.
  • the phase shifters 35a to 35d are variable phase shifters capable of changing the phase of the signal passing therethrough under the control of the weighting control unit 42 of the BBIC 40.
  • the phase shifters 35a to 35d are not limited to a specific type, and may be, for example, an electronic phase shifter or a mechanical phase shifter by line switching.
  • the signal combiner / splitter 36 splits the transmit signal at the time of transmission and combines the receive signal at the time of reception.
  • the mixer 38 modulates the carrier wave with the baseband transmission signal to generate a modulated wave (high frequency signal) obtained by up-converting the transmission signal at the time of transmission, and at the time of reception, it demodulates the high frequency reception signal. It is a frequency converter that generates a converted baseband received signal.
  • the amplification circuit 39 is an amplifier that amplifies the transmission signal output from the BBIC 40 into a signal suitable for modulation, and amplifies the reception signal demodulated by the mixer 38 into a signal of an appropriate amplitude.
  • the baseband transmission signal output from the transmission signal generation unit 41 of the BBIC 40 is amplified by the amplification circuit 39 and upconverted by the mixer 38 to become a high frequency transmission signal.
  • the signal is demultiplexed by the signal combination / demultiplexer 36.
  • Each of the demultiplexed transmission signals is phase-shifted by the phase shifters 35a to 35d by the phase indicated by the control signal in accordance with the control signal input from the weighting control unit 42 of the BBIC 40, and attenuation indicated by the control signal
  • the power is amplified by the power amplifiers 32at to 32dt through the switches 33a to 33d, and the power is supplied to the corresponding antenna elements 21a to 21d through the switches 31a to 31d.
  • the antenna elements 21a to 21d excited at the time of transmission are not limited to all the antenna elements, and are selected by the BBIC 40. This is realized, for example, by turning on / off the switches (not shown) inserted in the signal paths separated by the signal combining / splitting circuit 36 according to the control signal input from the BBIC 40.
  • the high frequency received signals received by the antenna elements 21a to 21d pass through the switches 31a to 31d, are amplified by the low noise amplifiers 32ar to 32dr, and are switched 33a to 33d and attenuators 34a to 34d. , And via phase shifters 35a to 35d, the signals are combined by the signal combiner / splitter 36.
  • the combined high-frequency received signal passes through the switch 37, is down-converted by the mixer 38, amplified by the amplifier circuit 39, and input to the BBIC 40.
  • the reception signal processing unit 45 performs various signal processing such as error correction on the baseband reception signal input to the BBIC 40.
  • the switches 31a to 31d, 33a to 33d, and 37 switch between the signal path at the time of transmission and the signal path at the time of reception according to the control signal input from the BBIC 40.
  • a communication scheme corresponds to a TDD (Time Division Duplex) scheme in which transmission signals and reception signals are transmitted or received at different timings.
  • the communication method adopted by the wireless communication apparatus 10 is not limited to this, and may correspond to a method in which transmission and reception are simultaneously performed, such as a Phase Division Duplex (PDD) method or a Frequency Division Duplex (FDD) method. Absent.
  • the RFIC 30 has a configuration of an active system in which transmission amplifiers (power amplifiers 32 at to 32 dt) and reception amplifiers (low noise amplifiers 32 ar to 32 dr) are provided corresponding to the respective antenna elements 21 a to 21 d.
  • the present invention may have a passive configuration in which a common transmission amplifier and reception amplifier are provided for the antenna elements 21a to 21d.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structural example of the wireless communication device 10 shown in FIG.
  • the array antenna 20 is configured by two antenna elements 21a and 21b is shown, and a plan view of the array antenna 20 is also illustrated.
  • the wireless communication device 10 includes a mounting substrate 52 such as a printed circuit board, a BBIC 40 mounted on the mounting substrate 52, an RFIC 30 mounted above the mounting substrate 52, and an array antenna 20 integrated with the RFIC 30. Configured
  • the array antenna 20 comprises a dielectric substrate 22 formed of a low temperature co-fired ceramic (LTCC) substrate or a printed circuit board, and two antennas formed on the dielectric substrate 22 as a microstrip patch antenna. It comprises the elements 21a and 21b.
  • the two antenna elements 21 a and 21 b are conductor patterns such as copper foils electrically connected to the RFIC 30 through the feed vias 23 penetrating the dielectric substrate 22.
  • the array antenna 20 and the RFIC 30 are integrated as an antenna module by being joined via the electrode 301.
  • the RFIC 30 is molded with a resin 303 filled in the space between the array antenna 20 and the mounting substrate 52, and is electrically connected to the BBIC 40 through the columnar electrode 302 and the electrode 301.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the wireless communication device 10 according to the present embodiment.
  • the communication circuit 50 (more specifically, the BBIC 40) changes the directivity of the array antenna 20 according to the mode (first mode / second mode) at the time of transmission.
  • the transmission signal generation unit 41 of the BBIC 40 generates a transmission signal (S10).
  • the weighting control unit 42 of the BBIC 40 confirms the communication state of the wireless communication device 10 (S11). Specifically, the weighting control unit 42 determines whether the communication state is a state of exchanging control signals with the base station (that is, “control communication”) or a state of performing “data communication” with the base station To judge. Note that “control communication” is communication (including so-called “standby”) for establishing a connection with the base station by the mobile communication terminal. “Data communication” is communication performed in a state in which a mobile communication terminal and a base station have established a connection.
  • the weighting control unit 42 sets (or switches) to the second mode as the communication mode (S12) ).
  • the second mode is a mode in which the transmission power in wireless communication is smaller and the communication speed is lower than that in the first mode, and the wireless communication device 10 operates with low power consumption.
  • the weighting control unit 42 set in the second mode outputs a control signal to the amplitude adjuster 34 of the RFIC 30 so that at least two antenna elements of the plurality of antenna elements 21a to 21d (here, antenna elements The directivity of the array antenna 20 is broadened by weighting the amplitude of the signal for exciting 21a and 21b) (S13).
  • the weighting control unit 42 sets the amplitude weight for the antenna element 21a to 1.0, and the attenuation weight of the attenuators 34a and 34b configuring the amplitude adjuster 34 so that the amplitude weight for the antenna element 21b is 0.3. Control.
  • the weighting control unit 42 sets (or switches to) the first mode as the communication mode. ) (S14).
  • the first mode is a mode in which the transmission power in wireless communication is larger and the communication speed is faster than the second mode, and the wireless communication device 10 consumes normal power (that is, full power or high speed communication required) Operates with power that can ensure necessary S / N.
  • the weighting control unit 42 initializes the amplitude adjuster 34 of the RFIC 30 (that is, performs setting to be uniform weighting). As a result, the attenuators 34a and 34b constituting the amplitude adjuster 34 both make the attenuation amount zero (that is, weighted by 1.0).
  • the transmission signal generation unit 41 of the BBIC 40 outputs the transmission signal to the RFIC 30 (S15).
  • the second mode is set (S12, S13)
  • weighted excitation is performed on the two antenna elements 21a and 21b, and the antenna directivity is wider than the first mode from the array antenna 20 A transmit signal is emitted.
  • the first mode is set (S14)
  • uniform excitation is performed on the two antenna elements 21a and 21b, and the antenna directivity is narrower than that in the second mode and the antenna gain is high. Then, the transmission signal is radiated from the array antenna 20.
  • the weighting control unit 42 determines whether to continue the communication (S16). Specifically, when transmission of all transmission signals is completed, it is determined that communication is not to be continued, and otherwise, it is determined that communication is to be continued.
  • FIG. 5A is a diagram showing conditions when antenna directivity of wireless communication apparatus 10 according to the present embodiment is calculated by simulation. Here, an example of weighting the two antenna elements 21a and 21b in the first mode (uniform excitation) and the second mode (weighted excitation) is shown.
  • the antenna elements 21a and 21b are subjected to amplitude weighting corresponding to 1 W transmission power and phase weighting of 0 degrees.
  • the antenna element 21a is subjected to amplitude weighting equivalent to 1 W transmission power and phase weighting of 0 degrees, and the antenna element 21 b is converted to 0.3 W transmission power. Corresponding amplitude weighting and zero degree phase weighting are done.
  • FIG. 5B is a diagram showing the antenna directivity (that is, radiation pattern) of the wireless communication device 10 according to the present embodiment calculated by the simulation under the conditions shown in FIG. 5A.
  • the horizontal axis indicates the phase (degree) that sets the radiation direction (central axis) of the main beam to 0 degrees, that is, the azimuth angle with the mounting substrate 52 as the horizontal plane, and the vertical axis indicates the amplitude (dB) at each phase, that is, , Show gain.
  • Directional of main beam shown in the figure is a standard indicating the spread of antenna directivity, and here, the angular distance at a point lower by a predetermined ratio (for example, 2 dB) from the peak of the main beam in the radiation pattern (A value close to a so-called "beam width") is shown.
  • a predetermined ratio for example, 2 dB
  • the antenna directivity is much wider in the second mode than in the first mode.
  • the wireless communication device 10 uses the array antenna 20 configured of the plurality of antenna elements 21 a to 21 d and the array antenna 20 to switch between the first mode and the second mode to perform wireless communication. And a communication circuit 50 for communicating.
  • the transmission power in wireless communication is higher and the communication speed is faster than in the second mode.
  • the communication circuit 50 weights the amplitude of a signal for exciting at least two of the plurality of antenna elements 21a to 21d in the second mode, thereby pointing the array antenna 20 more than in the first mode. Expand sex and communicate wirelessly.
  • the wireless communication apparatus 10 including the array antenna 20 is realized, which can ensure wider antenna directivity than in the past even when performing wireless communication in the low power consumption mode.
  • wireless communication is performed by switching between the first mode in which the transmission power is high and the communication speed is high and the second mode in which the transmission power is low and the communication speed is low, for example, such wireless communication
  • wireless communication is performed in the second mode of low power consumption
  • the wireless communication is performed in the first mode of high-speed communication. This enables wireless communication that achieves both reduction in power consumption and high-speed data communication with base station search in a short time.
  • exchange (control communication) of control signals with the base station for securing mobility uses LTE (Long Term Evolution), and data communication itself uses the 5G wireless scheme Non-Standalone (NSA)
  • LTE Long Term Evolution
  • 5G 5G wireless scheme
  • the communication circuit 50 uniformly excites the plurality of antenna elements 21a to 21d without weighting the amplitude of signals for exciting the plurality of antenna elements 21a to 21d.
  • the communication circuit 50 further includes a BBIC 40 which is an integrated circuit that generates a baseband transmission signal, and an RFIC 30 which is an integrated circuit that modulates the transmission signal generated by the BBIC 40 to excite the array antenna 20.
  • the RFIC 30 has a plurality of attenuators 34a to 34d for adjusting the amplitudes of signals exciting each of the plurality of antenna elements 21a to 21d, and the BBIC 40 controls the amplitudes of the plurality of antenna elements 21a to 21d by controlling the plurality of attenuators 34a to 34d.
  • Weight weight.
  • the array antenna 20 is integrated with the RFIC 30.
  • communication is performed by wireless communication by switching between the first mode and the second mode using the array antenna 20 including the plurality of antenna elements 21a to 21d and the array antenna 20.
  • This is a communication control method by the wireless communication device 10 including the circuit 50.
  • the communication circuit 50 weights the amplitude of signals for exciting at least two antenna elements of the plurality of antenna elements 21a to 21d (S13); And the step (S15) of making the directivity of the array antenna 20 wider than that of the first mode and performing wireless communication.
  • amplitude weighting is performed on at least two antenna elements, and wireless communication is performed in which the directivity of the array antenna 20 is wider than in the first mode where power consumption is high. Therefore, in the wireless communication apparatus 10 including the array antenna 20, even in the case of performing wireless communication in the low power consumption mode, it is possible to secure antenna directivity wider than in the past.
  • wireless communication is performed by switching between the first mode in which the transmission power is high and the communication speed is high and the second mode in which the transmission power is low and the communication speed is low, for example, such communication control
  • wireless communication is performed in the second mode of low power consumption
  • the wireless communication is performed in the first mode of high speed communication. This enables wireless communication that achieves both reduction in power consumption and high-speed data communication with base station search in a short time.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structural example of a wireless communication device 10a according to the first modification of the first embodiment.
  • a plan view of the array antenna 20a is also shown.
  • a radio communication apparatus 10a according to the present modification basically has the same configuration as that of the first embodiment, but in that it has an array antenna 20a formed of three antenna elements 21a to 21c, as shown in FIG.
  • This embodiment differs from the first embodiment provided with an array antenna 20 configured of two antenna elements 21a and 21b shown.
  • differences from the first embodiment will be mainly described.
  • the array antenna 20a has three linearly arranged antenna elements 21a to 21c formed on a dielectric substrate 22 as a microstrip patch antenna.
  • FIG. 7A is a diagram showing conditions when antenna directivity of the wireless communication device 10a according to the present modification is calculated by simulation.
  • an example of weighting to the three antenna elements 21a to 21c in the first mode (uniform excitation) and the second mode (weighted excitation) is shown.
  • the antenna elements 21a to 21c are subjected to amplitude weighting corresponding to 1 W of transmission power and phase weighting of 0 degrees.
  • the antenna elements 21a and 21b are subjected to amplitude weighting equivalent to 1 W transmission power and 0 degree phase weighting, and 0.3 W transmission The amplitude weighting corresponding to the power and the phase weighting of 180 degrees are performed.
  • FIG. 7B is a diagram showing the antenna directivity (that is, radiation pattern) of the wireless communication device 10a according to the present modification calculated by the simulation under the conditions shown in FIG. 7A.
  • the horizontal axis, the vertical axis, and the meaning of “directivity of main beam” in the figure are the same as in FIG. 5A.
  • the antenna directivity is wider in the second mode than in the first mode.
  • the wireless communication device 10a uses the array antenna 20a including the three antenna elements 21a to 21c and the array antenna 20a to switch between the first mode and the second mode for wireless communication.
  • a communication circuit 50 for In the first mode the transmission power in wireless communication is higher and the communication speed is faster than in the second mode.
  • the communication circuit 50 performs amplitude and phase weighting on signals for exciting at least two of the three antenna elements 21a to 21c (here, three antenna elements 21a to 21c). By doing this, the directivity of the array antenna 20a is expanded more than in the first mode to perform wireless communication.
  • the wireless communication device 10a including the array antenna 20a is realized, which can ensure wider antenna directivity than in the past even when performing wireless communication in the low power consumption mode.
  • wireless communication is performed by switching between the first mode in which the transmission power is high and the communication speed is high and the second mode in which the transmission power is low and the communication speed is low, for example, such wireless communication
  • wireless communication is performed in the second mode of low power consumption
  • the wireless communication is performed in the first mode of high-speed communication. This enables wireless communication that achieves both reduction in power consumption and high-speed data communication with base station search in a short time.
  • weighted excitation is performed using all three antenna elements 21a to 21c, but the present invention is not limited to this.
  • weighted excitation may be performed using only two of the three antenna elements 21a to 21c. Thereby, antenna directivity similar to that of the first embodiment can be obtained.
  • the present invention is not limited to this.
  • only the amplitude weighted excitation may be performed.
  • only adjacent two of the three antenna elements 21a to 21c may be subjected to weighted excitation of only the amplitude.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an exemplary structure of a wireless communication device 10 b according to the second modification of the first embodiment. Here, a plan view of the array antenna 20b is also illustrated.
  • a radio communication apparatus 10b basically has the same configuration as that of the first embodiment, but in that it has an array antenna 20b including four antenna elements 21a to 21d, as shown in FIG.
  • This embodiment differs from the first embodiment provided with an array antenna 20 configured of two antenna elements 21a and 21b shown.
  • differences from the first embodiment will be mainly described.
  • the array antenna 20b has four linearly arranged antenna elements 21a to 21d formed on a dielectric substrate 22 as a microstrip patch antenna.
  • FIG. 9A is a diagram showing conditions when antenna directivity of the wireless communication device 10b according to the present modification is calculated by simulation.
  • an example of weighting to the four antenna elements 21a to 21d in the first mode (uniform excitation) and the second mode (weighted excitation) is shown.
  • amplitude weighting corresponding to 1 W transmission power and phase weighting of 0 degrees are performed on the antenna elements 21a to 21d.
  • the second mode weighted excitation
  • the two antenna elements 21b and 21c located at the center are respectively subjected to amplitude weighting corresponding to 1 W transmission power and phase weighting of 110 degrees
  • amplitude weighting corresponding to transmission power of 0.5 W and phase weighting of 0 degree are performed.
  • symmetrical tapering is performed in which the weighting is reduced with respect to both ends (that is, the antenna elements 21a and 21d) in the array of the antenna elements 21a to 21d.
  • FIG. 9B is a view showing the antenna directivity (that is, radiation pattern) of the wireless communication device 10b according to the present modification calculated by the simulation under the conditions shown in FIG. 9A.
  • the horizontal axis, the vertical axis, and the meaning of “directivity of main beam” in the figure are the same as in FIG. 5A.
  • the antenna directivity is wider in the second mode than in the first mode. That is, in general, tapering in amplitude weighting is used to suppress side lobes in a radiation pattern, but in this modification, amplitude weighting by symmetrical tapering is performed in the second mode in order to widen the antenna directivity. To be done.
  • the wireless communication device 10b uses the array antenna 20b including the four antenna elements 21a to 21d and the array antenna 20b to switch between the first mode and the second mode to perform wireless communication.
  • a communication circuit 50 for In the first mode the transmission power in wireless communication is higher and the communication speed is faster than in the second mode.
  • communication circuit 50 In the second mode, communication circuit 50 generates an amplitude and a symmetrical taper for signals exciting at least two of four antenna elements 21a to 21d (here, four antenna elements 21a to 21d). By weighting the phase, the directivity of the array antenna 20b is made wider than that in the first mode to perform wireless communication.
  • the wireless communication device 10b including the array antenna 20b can realize a wireless communication device that can ensure wider antenna directivity than in the past even when performing wireless communication in the low power consumption mode.
  • wireless communication is performed by switching between the first mode in which the transmission power is high and the communication speed is high and the second mode in which the transmission power is low and the communication speed is low, for example, such wireless communication
  • wireless communication is performed in the second mode of low power consumption
  • the wireless communication is performed in the first mode of high-speed communication. This enables wireless communication that achieves both reduction in power consumption and high-speed data communication with base station search in a short time.
  • weighted excitation is performed using all four antenna elements 21a to 21d, but the present invention is not limited to this.
  • weighted excitation may be performed using only two of the four antenna elements 21a to 21d. Thereby, antenna directivity similar to that of the first embodiment can be obtained.
  • the present invention is not limited to this.
  • only the amplitude weighted excitation may be performed.
  • only two of four antenna elements 21a to 21d may be subjected to weighted excitation with only an amplitude. Thereby, antenna directivity similar to that of the first embodiment can be obtained.
  • amplitude weighting by symmetrical tapering was performed in the 2nd mode, it is not limited to this.
  • amplitude weighting by asymmetric tapering may be performed on only three adjacent ones of four antenna elements 21a to 21d. Thereby, the antenna directivity similar to that of the first modification can be obtained.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of a structure of a wireless communication device 10c according to the third modification of the first embodiment.
  • a plan view of the array antenna 20b is also illustrated.
  • the wireless communication device 10c according to this modification basically has the same configuration as that of the second modification, but the array antenna 20b and the RFIC 30 are different in that the array antenna 20b and the RFIC 30 are separate bodies. It differs from the second modification which is integrated. Hereinafter, differences from the second modification will be mainly described.
  • the array antenna 20b is mounted on the upper surface of the auxiliary mounting substrate 52a joined to the mounting substrate 52 so as to expand the upper surface of the mounting substrate 52.
  • the array antenna 20b and the RFIC 30 are connected by the wiring pattern 53 formed on the mounting substrates 52 and 52a, and are separated.
  • the array antenna 20b, the RFIC 30, and the BBIC 40 are mounted on the mounting substrates 52 and 52a, and the wiring pattern 53 connecting the array antenna 20b and the RFIC 30 is the mounting substrate 52 and 52a is formed.
  • the array antenna 20 and the RFIC 30 are separately connected via the wiring pattern 53. Therefore, the array antenna 20 can be designed independently of the position and shape of the RFIC 30, etc. 20 optimal arrangements and miniaturization are possible.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view showing a structural example of a wireless communication device 10 d according to the fourth modification of the first embodiment.
  • a plan view of a part of the array antenna 20c (a mounting surface facing upward) is also shown.
  • a wireless communication device 10d basically has the same configuration as that of the third modification, but a plurality of antennas in that a plurality of antenna elements 21a to 21h are arranged in two different planes. It differs from the third modification in which the elements 21a to 21d are disposed in one plane.
  • differences from the third modification will be mainly described.
  • the array antenna 20c is composed of two dielectric substrates 22a and 22b such as an LTCC substrate or a printed substrate, which constitute two different planes, and a dielectric substrate 22a as a microstrip patch antenna. And four antenna elements 21e to 21h formed on the dielectric substrate 22b as a microstrip patch antenna.
  • One dielectric substrate 22a is integrated with the RFIC 30, and four antenna elements 21a to 21d are mounted on the upper surface thereof in a linear arrangement.
  • the upper surface of the dielectric substrate 22 a is parallel to the upper surface of the mounting substrate 52.
  • the four antenna elements 21a to 21d are electrically connected to the RFIC 30 through the feed vias 23a penetrating the dielectric substrate 22a.
  • the other dielectric substrate 22b is connected and fixed to the dielectric substrate 22a by a connecting member 22c such as a plastically deformable flexible substrate or the like, and four antennas are provided on the upper surface (the surface facing left in FIG. 11A)
  • the elements 21e to 21h are linearly arranged and mounted.
  • the top surface of the dielectric substrate 22b is orthogonal to the top surface of the dielectric substrate 22a.
  • the four antenna elements 21e to 21h are electrically connected to the RFIC 30 through feed vias (including conductor patterns) 23b passing through the dielectric substrate 22a, the connecting member 22c, and the dielectric substrate 22b.
  • the antenna elements 21a to 21h constituting the array antenna 20c are arranged in two different planes (here, two planes orthogonal to each other).
  • the antenna directivity can be three-dimensionally expanded in two different planes, as compared to the case where the array antenna in which the antenna elements are arranged on a single plane is operated. Also, the antenna radiation direction can be changed over a wide angle by selectively exciting all or a part of the antenna elements arranged in only one of the two different planes, only the other, or both as the antenna element to be excited. Alternatively, antenna directivity can be expanded in three dimensions in two different planes (e.g., azimuth plane and elevation plane).
  • the communication circuit 50 performs weighted excitation only on at least two antenna elements (for example, antenna elements 21a to 21d) arranged on the same plane among the plurality of antenna elements 21a to 21h. May be
  • the antenna elements 21a to 21h constituting the array antenna 20c are disposed on two different planes, but may be dispersed on three or more different planes.
  • the array antenna 20c may be configured by arranging at least one antenna element on each of three planes orthogonal to one another. Thereby, the antenna radiation direction can be changed over a wider angle, and the antenna directivity can be expanded more three-dimensionally.
  • the RFIC 30 integrated with the antenna elements 21a to 21d and the BBIC 40 are mounted on one mounting substrate 52, but as shown in FIG. 11B, the RFIC 30 and the BBIC 40 They may be configured as separate modules mounted on different mounting boards 52b and 52c, respectively.
  • FIG. 11B is a cross-sectional view showing another structural example of the wireless communication device according to the fourth modification of the first embodiment.
  • a difference from the structural example of FIG. 11A is that the BBIC 40 and the RFIC 30 are respectively configured as different modules, and both modules are connected via connectors 304 and 305 and a cable 306 such as a flexible cable.
  • the mounting substrate 52b of the module in which the RFIC 30 is included is, for example, a metal chassis etc.
  • the mounting substrate 52c of the module in which the BBIC 40 is included is, for example, a printed board etc.
  • the grounds 52b and 52c are separated.
  • the heat generated by the RFIC 30 can be dissipated to the mounting substrate 52b via a double-sided tape or a graphite sheet which also serves as fixing and heat conduction.
  • the module including the RFIC 30 and the module including the BBIC 40 may be separately configured, and both modules may be connected via a cable, not limited to the present modification, and FIGS.
  • the present invention may be applied to other structural examples shown in FIG. 8, FIG. 10, FIG. 12, and FIG.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing an exemplary structure of a wireless communication device 10 e according to the fifth modification of the first embodiment.
  • a plan view of a part of the array antenna 20d (mounting surface facing upward) is also shown.
  • the wireless communication device 10e according to this modification basically has the same configuration as that of the fourth modification, but eight antenna elements 21a to 21d are mounted on the mounting surface (that is, the upper surface of the dielectric substrate 22a) facing upward. And 21i to 21l, which is different from the fourth modification in which four antenna elements 21a to 21d are arranged on the mounting surface facing upward.
  • differences from the fourth modification will be mainly described.
  • the array antenna 20d includes two dielectric substrates 22a and 22b constituting two different planes, and eight antenna elements 21a formed on the dielectric substrate 22a as a microstrip patch antenna. To 21d and 21i to 21l, and four antenna elements 21e to 21h formed on a dielectric substrate 22b as a microstrip patch antenna.
  • One dielectric substrate 22a is integrated with the RFIC 30, and eight antenna elements 21a to 21d and 21i to 21l are mounted on the upper surface thereof in two rows (that is, two-dimensionally).
  • the upper surface of the dielectric substrate 22 a is parallel to the upper surface of the mounting substrate 52.
  • Four antenna elements 21a to 21d constituting one row among eight antenna elements 21a to 21d and 21i to 21l are electrically connected to the RFIC 30 through the feed vias 23a penetrating the dielectric substrate 22a.
  • the four antenna elements 21i to 21l forming one column are electrically connected to the RFIC 30 through the feed vias 23c penetrating the dielectric substrate 22a.
  • the other dielectric substrate 22 b has the same configuration as that in the fourth modification.
  • the antenna elements 21a to 21l constituting the array antenna 20d are arranged in two different planes.
  • the antenna directivity can be three-dimensionally expanded in two different planes, as compared to the case where the array antenna in which the antenna elements are arranged on a single plane is operated.
  • the antenna radiation direction can be changed over a wide angle by selectively exciting all or a part of the antenna elements arranged in only one of the two different planes, only the other, or both as the antenna element to be excited.
  • antenna directivity can be expanded in three dimensions in two different planes (e.g., azimuth plane and elevation plane). At this time, it is possible to widen the angular width at a gain lower than the peak gain.
  • the radio communication device 10e unlike the modification 4, eight antenna elements 21a to 21d and 21i to 21l arranged in two rows are disposed on the dielectric substrate 22a. Therefore, by performing uniform excitation or weighted excitation using eight antenna elements 21a to 21d and 21i to 21l, a higher antenna gain can be realized with a narrower antenna directivity than that of the fourth modification, Conversely, antenna directivity can be made wider.
  • Embodiment 2 a wireless communication apparatus according to Embodiment 2 provided with a plurality of array antennas will be described.
  • FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the wireless communication device 10f according to the second embodiment.
  • the wireless communication device 10 f is a wireless communication device that performs wireless communication with a wider antenna directivity than in the past in the low power consumption mode, and is used, for example, in a mobile communication terminal such as a smartphone.
  • the present embodiment will be described below as an example applied to a mobile communication terminal in which the wireless communication device 10f communicates with a base station.
  • the wireless communication device 10 f uses the plurality of array antennas 20 e to 20 g each configured of a plurality of antenna elements and the plurality of array antennas 20 e to 20 g to perform the first mode and the second mode.
  • a communication circuit 50a for performing wireless communication is composed of three RFICs 30a-30c and one BBIC 40a provided corresponding to each of the array antennas 20e-20g.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in which only one array antenna 20 is provided in that a plurality of (here, three) array antennas 20e to 20g are provided.
  • a plurality of (here, three) array antennas 20e to 20g are provided.
  • the array antennas 20e to 20g are arranged in three different planes as described later, and the antenna radiation directions are different from each other.
  • the RFICs 30a to 30c are provided corresponding to the array antennas 20e to 20g, respectively, and have the same configuration as the RFIC 30 of the first embodiment.
  • the detailed configuration of the RFICs 30a-30c is the same as that of the RFIC 30 of the first embodiment shown in FIG.
  • the BBIC 40a is an integrated circuit that generates a baseband transmission signal and processes a baseband reception signal, and functionally has the same transmission signal generation unit 41, weighting control unit 42, and reception signal as in the first embodiment.
  • an antenna selection unit 43 is provided.
  • the antenna selection unit 43 selects at least one array antenna to be used for communication from the array antennas 20e to 20g, and notifies the weighting control unit 42 of selection information indicating the selected array antenna.
  • the weighting control unit 42 notified of the selection information weights only the array antenna indicated by the selection information, and controls the other array antennas not to be used for communication.
  • the BBIC 40a is, for example, a ROM for storing a program, a RAM for temporarily holding a program and data, a processor for executing a program, and an A / D for connecting to peripheral circuits. It is realized by a microcomputer including an input / output circuit including a converter and a D / A converter. In that case, the transmission signal generation unit 41, the weighting control unit 42, the antenna selection unit 43, and the reception signal processing unit 45 are realized by the processor executing a program in the BBIC 40a.
  • FIG. 14 is an external view showing a configuration example of the wireless communication device 10f shown in FIG.
  • the RFICs 30a to 30c are respectively integrated with the array antennas 20e to 20g, and disposed in a space sandwiched between the array antennas 20e to 20g and the mounting substrate 52, and the illustration thereof is omitted.
  • the array antenna 20e is a planar linear array antenna which is disposed in a plane parallel to the upper surface of the mounting substrate 52 and in which four antenna elements 20e1 to 20e4 constituting the microstrip patch antenna are linearly disposed on a dielectric substrate.
  • the array antenna 20e has antenna directivity in which the normal direction of the upper surface of the mounting substrate 52 is the radiation direction of the main beam when the four antenna elements 20e1 to 20e4 are uniformly excited.
  • the array antenna 20f is disposed in a plane parallel to the right side surface of the mounting substrate 52 in FIG. 14, and is a planar linear array in which four antenna elements 20f1 to 20f4 constituting the microstrip patch antenna are linearly disposed on a dielectric substrate. It is an antenna.
  • the array antenna 20f has antenna directivity in which the normal direction of the right side surface of the mounting substrate 52 in FIG. 14 is the radiation direction of the main beam when the four antenna elements 20f1 to 20f4 are uniformly excited.
  • the array antenna 20g is disposed in a plane parallel to the upper surface of the mounting substrate 52, and is a first planar linear array antenna in which four antenna elements 20ga1 to 20ga4 constituting a microstrip patch antenna are linearly disposed on a dielectric substrate A second plane in which four antenna elements 20gb1 to 20gb4 arranged in a plane parallel to the front side surface of the mounting substrate 52 in FIG. 14 and constituting a microstrip patch antenna are linearly arranged on a dielectric substrate. And a linear array antenna 20gb.
  • the dielectric substrates constituting the two surfaces are integrated by a flexible substrate or the like having an L-shaped cross section.
  • This array antenna 20g has an antenna directivity in which the normal direction of the upper surface of the mounting substrate 52 is the radiation direction of the main beam when only the first planar linear array antenna 20ga is uniformly excited, and the second planar linear When only the array antenna 20gb is uniformly excited, it has antenna directivity in which the normal direction of the side surface on the front side of the mounting substrate 52 in FIG. 14 is the radiation direction of the main beam.
  • both of the planar linear array antennas 20gb are uniformly excited, the direction obtained by vector combining the normal of the upper surface of the mounting substrate 52 and the normal of the side in front of the mounting substrate 52 in FIG.
  • the antenna has the directivity of the main beam in the elevation direction of 45 degrees with the upper surface of the light source as the horizontal plane.
  • FIG. 15 is a flowchart showing the operation of the wireless communication device 10f according to the present embodiment.
  • the communication circuit 50a (more specifically, the BBIC 40a) selects the array antennas 20e to 20f and changes the directivity according to the mode (first mode / second mode) at the time of transmission. ing.
  • the transmission signal generation unit 41 of the BBIC 40a generates a transmission signal (S20).
  • the weighting control unit 42 of the BBIC 40a confirms the communication state of the wireless communication device 10f (S21). Specifically, the weighting control unit 42 determines whether the communication state is a state of exchanging control signals with the base station (that is, “control communication”) or a state of performing “data communication” with the base station To judge.
  • the weighting control unit 42 sets (or switches) to the second mode as the communication mode (S22) ).
  • the second mode is a mode in which the transmission power in wireless communication is smaller and the communication speed is slower than in the first mode, and the wireless communication device 10 f operates with low power consumption.
  • the antenna selection unit 43 selects an array antenna to be used for transmission from among the three array antennas 20e to 20g (S23). At this time, the antenna selection unit 43 selects a single array antenna (S24) or selects a plurality of array antennas (S25) according to the communication state or the previous setting. The antenna selection unit 43 notifies the weighting control unit 42 of selection information indicating the selected array antenna.
  • the antenna selection unit 43 selects a plurality of array antennas (that is, three array antennas 20e to 20g), while the reception electric field strength is the highest after the search for the base station is completed. And select information indicating the selected array antenna is notified to the weight control unit 42.
  • the antenna selecting unit 43 selects a plurality of array antennas or a single array antenna according to the setting information and selects the selected array antenna. Is notified to the weighting control unit 42.
  • the weighting control unit 42 that has received the notification of the selection information outputs a control signal to each of the amplitude adjusters 34 of the RFICs 30 a to 30 c corresponding to the array antenna indicated by the selection information, thereby for the selected array antenna.
  • the weighting control unit 42 performs symmetrical tapering of amplitude as in the fourth modification for each of the selected array antennas.
  • the weighting control unit 42 sets the communication mode to the first mode (or switches ) (S27).
  • the first mode is a mode in which the transmission power in wireless communication is larger and the communication speed is faster than in the second mode, and the wireless communication device 10 f operates with normal power consumption (that is, full power).
  • the antenna selection unit 43 selects three array antennas 20e to 20g as array antennas to be used for transmission, and notifies the weighting control unit 42 of selection information indicating the selected array antenna.
  • the weighting control unit 42 notified of the selection information initializes each of the amplitude adjusters 34 of the RFICs 30a to 30c (that is, performs setting to be uniform weighting). As a result, the attenuators 34a and 34b constituting the amplitude adjuster 34 both make the attenuation amount zero (that is, weighted by 1.0).
  • the transmission signal generation unit 41 of the BBIC 40a outputs a transmission signal to the RFICs 30a to 30c corresponding to the array antenna selected by the antenna selection unit 43 (S28).
  • the second mode is set (S22 to S26)
  • weighted excitation is performed on the selected array antenna, and from the array antenna selected with the antenna directivity wider than the first mode A transmit signal is emitted.
  • the first mode is set (S27)
  • uniform excitation is performed on the three array antennas 20e to 20g, and the antenna directivity is narrower than that in the second mode and the antenna gain is high.
  • transmission signals are radiated from the array antennas 20e to 20f.
  • the weighting control unit 42 determines whether to continue the communication (S29). Specifically, when transmission of all transmission signals is completed, it is determined that communication is not to be continued, and otherwise, it is determined that communication is to be continued.
  • the wireless communication device 10f includes the plurality of array antennas 20e to 20g, and in the second mode, the communication circuit 50a performs at least one array of the plurality of array antennas 20e to 20g. Weight the antennas.
  • the wireless communication device 10 f is provided with a plurality of array antennas, for example, a plurality of array antennas having different antenna directivity are sequentially used to search for an array antenna that can most strongly receive radio waves from a base station.
  • the array antenna used for wireless communication can be dynamically switched according to the position and direction of the mobile communication terminal.
  • the communication circuit 50a weights only one of the plurality of array antennas 20e to 20g (S23).
  • the wireless communication in which only one of the plurality of array antennas 20e to 20g is weighted is performed. Therefore, in the case where the plurality of array antennas 20e to 20g are weighted Wireless communication is prioritized to reduce power consumption.
  • the communication circuit 50a weights at least two of the plurality of array antennas 20e to 20g (S25).
  • At least two array antennas of the plurality of array antennas 20e to 20g are subjected to weighted wireless communication, and therefore, only one array antenna is weighted. Wider antenna directivity is secured.
  • array antenna 20g is configured by antenna elements arranged in two planes (that is, first plane linear array antenna 20ga and second plane linear array antenna 20gb). Therefore, as a method of using the array antenna 20g, the entire array antenna 20g may be used alone, only the first planar linear array antenna 20ga may be used, or only the second planar linear array antenna 20gb is used. May be For example, by using both of the array antenna 20e and the first planar linear array antenna 20ga, communication using a plurality of array antennas provided on the same plane becomes possible simultaneously, compared to the case of using one array antenna. It is possible to secure wider antenna directivity and to secure higher antenna gain.
  • the array antennas formed on each of the two surfaces constituting the array antenna 20g are all linear array antennas, but the present invention is not limited to this, either one or Both may be configured by two-dimensionally arranged antenna elements as shown in the fifth modification (FIG. 12). Thereby, more diverse antenna directivity can be realized.
  • the wireless communication device 10 f includes only one array antenna 20 g as an array antenna configured by antenna elements arranged on two different planes, but includes a plurality of array antennas. It is also good. Thereby, more diverse antenna directivity can be realized.
  • the present invention can be realized not only as a wireless communication device and a communication control method, but also a program that causes a computer to execute the steps included in the communication control method or a computer readable recording medium such as a DVD in which the program is recorded. Can also be realized.
  • the communication circuit 50 weights the amplitude of the signal exciting the at least two antenna elements of the plurality of antenna elements 21a to 21d. By doing this, the computer is made to execute the step (S13) of performing the wireless communication by expanding the directivity of the array antenna 20 more than the first mode.
  • amplitude weighting is performed on at least two antenna elements, and wireless communication in which the directivity of the array antenna is expanded compared to the first mode of high power consumption is performed. It will be. Therefore, in the wireless communication apparatus provided with the array antenna, even in the case of performing wireless communication in the low power consumption mode, antenna directivity wider than the conventional one is secured.
  • the wireless communication apparatus is not limited to the mobile communication terminal, and the transmission power is large, And if it is a communication device that switches between the first mode with high communication speed and the second mode with low transmission power and small transmission power, it applies to other types of wireless communication devices such as fixed stations and base stations. May be
  • the invention in the first mode, all the antenna elements constituting the array antenna are uniformly excited, but the invention is not limited to such excitation. It is not necessary to uniformly excite all the antenna elements in the first mode if the transmission power is higher than the second mode and the communication speed can be ensured, and it is not necessary to uniformly excite the array antenna in the first mode. Only part of the antenna elements of the plurality of antenna elements to be configured may be excited, or only part of the array antennas of the plurality of array antennas may be excited. Thus, in the first mode, the communication mode in which the power consumption is suppressed is secured as compared to the case where all the antenna elements are excited.
  • the communication mode included in the wireless communication device is the first mode and the second mode determined from the viewpoint of transmission power and communication speed, but the communication mode included in the wireless communication device is Not limited to these two.
  • the wireless communication apparatus may be provided with another communication mode defined in terms of communication quality or the number of array antennas used.
  • the wireless communication apparatus sets the first mode when the communication state is "data communication” and sets the second mode when the communication state is "control communication".
  • the second mode may be set when the user sets the low power consumption mode
  • the first mode may be set when the normal power consumption mode is set.
  • the present invention is a wireless communication apparatus including an array antenna as a wireless communication apparatus, and can ensure wider antenna directivity than in the past even when performing wireless communication in a low power consumption mode.
  • it can be used as a wireless communication device used for a portable terminal such as a smartphone compatible with the 5G wireless system.

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Abstract

無線通信装置（１０）は、複数のアンテナ素子（２１ａ～２１ｄ）で構成されるアレイアンテナ（２０）と、アレイアンテナ（２０）を用いて第１モード及び第２モードを切り替えて無線通信をする通信回路（５０）とを備える。第１モードは、第２モードよりも、無線通信における送信電力が大きく、かつ、通信速度が速い。通信回路（５０）は、第２モードでは、複数のアンテナ素子（２１ａ～２１ｄ）のうちの少なくとも２つのアンテナ素子を励振する信号に対して振幅の重み付けをすることで、第１モードよりもアレイアンテナ（２０）の指向性を広げて無線通信をする。

Description

無線通信装置及び通信制御方法
　本発明は、無線通信装置及び通信制御方法に関し、特に、アレイアンテナを用いた無線通信装置等に関する。
　アレイアンテナは、複数のアンテナ素子（つまり、放射素子）を規則的に配列し、一定の励振条件で給電されるアンテナのことであり、アンテナ素子を励振する信号の振幅及び位相を制御できることから、アンテナ指向性（以下、単に「指向性」ともいう）の制御を容易に行えるという特徴がある。
　従来、アレイアンテナを用いた無線通信装置として、様々なものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１では、複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナを具備する無線通信装置において、総送信電力に応じてアンテナ素子の使用数を切り替える切替制御手段を備えたことを特徴とする無線通信装置が提案されている。これにより、アレイアンテナを適切に制御することができ、その結果として、無線通信装置の消費電力を削減する効果が高められるというものである。
特開２００５－２４４８５４号公報
　しかしながら、特許文献１の技術では、低消費電力モードでは、使用されるアンテナ素子が単体となるために、アンテナ指向性を広くできないという問題がある。そのために、例えば、このような無線通信装置を備える移動通信端末が基地局に接続しようとした場合に、基地局の探索に多くの時間がかかってしまう、あるいは、最適な基地局を探索できないという不具合が生じる。
　そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、アレイアンテナを備える無線通信装置であって、低消費電力モードで無線通信をする場合であっても、従来よりも広いアンテナ指向性を確保できる無線通信装置等を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る無線通信装置は、複数のアンテナ素子で構成されるアレイアンテナと、前記アレイアンテナを用いて、第１モード及び第２モードを切り替えて無線通信をする通信回路とを備え、前記第１モードは、前記第２モードよりも、前記無線通信における送信電力が大きく、かつ、通信速度が速く、前記通信回路は、前記第２モードでは、前記複数のアンテナ素子のうちの少なくとも２つのアンテナ素子を励振する信号に対して振幅の重み付けをすることで、前記第１モードよりも前記アレイアンテナの指向性を広げて前記無線通信をする。
　これにより、低消費電力の第２モードでは、少なくとも２つのアンテナ素子に対して振幅重み付けが行われ、消費電力が高い第１モードよりもアレイアンテナの指向性を広げた無線通信が行われる。よって、アレイアンテナを備える無線通信装置であって、低消費電力モードで無線通信をする場合であっても、従来よりも広いアンテナ指向性を確保できる無線通信装置が実現される。
　また、送信電力が大きく、かつ、通信速度が速い第１モードと、送信電力が小さく、かつ、通信速度が遅い第２モードとを切り替えた無線通信が行われるので、例えば、このような無線通信装置を備える移動通信端末が基地局と接続する際には低消費電力の第２モードで無線通信をし、移動通信端末がデータ通信をする際には高速通信の第１モードで無線通信をすることで、消費電力の削減及び短時間での基地局探索と高速データ通信とを両立させた無線通信が可能になる。
　ここで、前記通信回路は、前記第１モードでは、前記複数のアンテナ素子を励振する信号に対して振幅の重み付けをすることなく、前記複数のアンテナ素子を一様に励振してもよい。
　これにより、第１モードでは、複数のアンテナ素子が一様に励振されるので、狭いアンテナ指向性で、かつ、高いアンテナ利得が得られ、高速データ通信に適した無線通信が確保される。
　また、前記通信回路は、前記第２モードでは、さらに、前記少なくとも２つのアンテナ素子を励振する信号に対して位相の重み付けをしてもよい。
　これにより、低消費電力の第２モードでは、少なくとも２つのアンテナ素子に対して、振幅重み付けだけでなく、位相重み付けも行われ、消費電力が高い第１モードよりも、よりアレイアンテナの指向性を広げた無線通信が確保される。
　また、前記複数のアンテナ素子は、異なる２つの平面に配置されていてもよい。
　これにより、単一の面にアンテナ素子が配置されたアレイアンテナを動作させた場合に比べ、異なる２つの面（例えば、方位角平面及び仰角平面）においてアンテナ指向性を立体的に広げたりすることができる。
　また、前記複数のアンテナ素子は、同一平面に配置された少なくとも２つのアンテナ素子を含み、前記通信回路は、前記第２モードでは、前記複数のアンテナ素子のうち、同一平面に配置された少なくとも２つのアンテナ素子を励振する信号に対して前記重み付けをしてもよい。
　これにより、同一平面に配置された少なくとも１つのアンテナ素子からなるアレイアンテナに比べて、低消費電力で、かつ、容易に、広いアンテナ指向性が確保される。
　また、前記無線通信装置は、前記アレイアンテナを複数備え、前記通信回路は、前記第２モードでは、前記複数のアレイアンテナのうちの少なくとも１つのアレイアンテナに対して前記重み付けをしてもよい。
　これにより、無線通信装置には、複数のアレイアンテナが備えられているので、例えば、アンテナ指向性の異なる複数のアレイアンテナを順に用いて基地局からの電波を最も強く受信できるアレイアンテナを探索し、探索したアレイアンテナを用いて無線通信を行うことで、移動通信端末の位置及び方向に応じて無線通信に用いるアレイアンテナを動的に切り替えることができる。
　また、前記通信回路は、前記第２モードでは、前記複数のアレイアンテナのうちの１つのアレイアンテナだけに対して前記重み付けをしてもよい。
　これにより、第２モードでは、複数のアレイアンテナのうちの１つのアレイアンテナだけに対して重み付けをした無線通信が行われるので、複数のアレイアンテナに対して重み付けをした場合に比べ、消費電力の削減を優先した無線通信が確保される。
　また、前記通信回路は、前記第２モードでは、前記複数のアレイアンテナのうちの少なくとも２つのアレイアンテナに対して前記重み付けをしてもよい。
　これにより、第２モードでは、複数のアレイアンテナのうちの少なくとも２つのアレイアンテナに対して重み付けをした無線通信が行われるので、１つのアレイアンテナだけに対して重み付けをした場合に比べ、より広いアンテナ指向性が確保される。
　また、前記通信回路は、ベースバンドの送信信号を生成する集積回路であるベースバンドＩＣと、前記ベースバンドＩＣで生成された前記送信信号を変調して前記アレイアンテナを励振する集積回路である高周波ＩＣとを有し、前記高周波ＩＣは、前記複数のアンテナ素子のそれぞれを励振する信号の振幅を調整する複数の振幅調整器を有し、前記ベースバンドＩＣは、前記複数の振幅調整器を制御することにより、前記振幅の重み付けをしてもよい。
　これにより、ベースバンドＩＣから高周波ＩＣに送信信号を供給しておき、ベースバンドＩＣからの制御の下で高周波ＩＣにおいて振幅重み付けが行われるので、ベースバンドＩＣによる振幅重み付けが、簡易、かつ、確実に実現される。
　また、前記アレイアンテナは、前記高周波ＩＣと一体化されていてもよい。
　これにより、アレイアンテナと高周波ＩＣとが一体化され、アレイアンテナと高周波ＩＣとを含む小型のアンテナモジュールが実現される。
　また、前記通信回路は、さらに、前記アレイアンテナ、前記ベースバンドＩＣ及び前記高周波ＩＣが実装される基板と、前記基板に形成され、前記アレイアンテナと前記高周波ＩＣとを接続する配線パターンとを有してもよい。
　これにより、アレイアンテナと高周波ＩＣとは、配線パターンを介して接続される別体として構成されるので、アレイアンテナを高周波ＩＣの位置及び形状等から独立して設計することができ、アレイアンテナの最適配置及び小型化が可能になる。
　上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る通信制御方法は、複数のアンテナ素子で構成されるアレイアンテナと、前記アレイアンテナを用いて第１モード及び第２モードを切り替えて無線通信をする通信回路とを備える無線通信装置による通信制御方法であって、前記第１モードは、前記第２モードよりも、前記無線通信における送信電力が大きく、かつ、通信速度が速く、前記通信制御方法は、前記通信回路が、前記第２モードでは、前記複数のアンテナ素子のうちの少なくとも２つのアンテナ素子を励振する信号に対して振幅の重み付けをするステップと、前記重み付けをした状態で、前記第１モードよりも前記アレイアンテナの指向性を広げて前記無線通信をするステップとを含む。
　これにより、低消費電力の第２モードでは、少なくとも２つのアンテナ素子に対して振幅重み付けが行われ、消費電力が高い第１モードよりもアレイアンテナの指向性を広げた無線通信が行われる。よって、アレイアンテナを備える無線通信装置において、低消費電力モードで無線通信をする場合であっても、従来よりも広いアンテナ指向性を確保できる。
　また、送信電力が大きく、かつ、通信速度が速い第１モードと、送信電力が小さく、かつ、通信速度が遅い第２モードとを切り替えた無線通信が行われるので、例えば、このような通信制御方法を用いる移動通信端末が基地局と接続する際には低消費電力の第２モードで無線通信をし、移動通信端末がデータ通信をする際には高速通信の第１モードで無線通信をすることで、消費電力の削減及び短時間での基地局探索と高速データ通信とを両立させた無線通信が可能になる。
　本発明により、アレイアンテナを備える無線通信装置であって、低消費電力モードで無線通信をする場合であっても、従来よりも広いアンテナ指向性を確保できる無線通信装置、及び、無線通信装置による通信制御方法が提供される。
　また、このような無線通信装置を備える移動通信端末が基地局と接続する際には低消費電力の第２モードで無線通信をし、移動通信端末がデータ通信をする際には高速通信の第１モードで無線通信をすることで、消費電力の削減及び短時間での基地局探索と高速データ通信とを両立させた無線通信が可能になる。
図１は、実施の形態１に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示される無線通信装置の詳細な回路構成を示す図である。 図３は、図１に示された無線通信装置の構造例を示す断面図である。 図４は、実施の形態１に係る無線通信装置の動作を示すフローチャートである。 図５Ａは、実施の形態１に係る無線通信装置のアンテナ指向性をシミュレーションで算出したときの条件を示す図である。 図５Ｂは、図５Ａに示される条件でのシミュレーションで算出した実施の形態１に係る無線通信装置のアンテナ指向性を示す図である。 図６は、実施の形態１の変形例１に係る無線通信装置の構造例を示す断面図である。 図７Ａは、実施の形態１の変形例１に係る無線通信装置のアンテナ指向性をシミュレーションで算出したときの条件を示す図である。 図７Ｂは、図７Ａに示される条件でのシミュレーションで算出した実施の形態１の変形例１に係る無線通信装置のアンテナ指向性を示す図である。 図８は、実施の形態１の変形例２に係る無線通信装置の構造例を示す断面図である。 図９Ａは、実施の形態１の変形例２に係る無線通信装置のアンテナ指向性をシミュレーションで算出したときの条件を示す図である。 図９Ｂは、図９Ａに示される条件でのシミュレーションで算出した実施の形態１の変形例２に係る無線通信装置のアンテナ指向性を示す図である。 図１０は、実施の形態１の変形例３に係る無線通信装置の構造例を示す断面図である。 図１１Ａは、実施の形態１の変形例４に係る無線通信装置の構造例を示す断面図である。 図１１Ｂは、実施の形態１の変形例４に係る無線通信装置の別の構造例を示す断面図である。 図１２は、実施の形態１の変形例５に係る無線通信装置の構造例を示す断面図である。 図１３は、実施の形態２に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。 図１４は、図１３に示された無線通信装置の構造例を示す外観図である。 図１５は、実施の形態２に係る無線通信装置の動作を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。
　（実施の形態１）
　まず、アレイアンテナを１つだけ備える実施の形態１に係る無線通信装置について説明する。
　図１は、実施の形態１に係る無線通信装置１０の構成を示すブロック図である。無線通信装置１０は、低消費電力モードにおいて従来よりも広いアンテナ指向性で無線通信を行う無線通信装置であり、例えば、スマートフォン等の移動通信端末に用いられる。以下、本実施の形態では、無線通信装置１０が基地局と通信する移動通信端末に適用される例として、説明する。
　本図に示されるように、無線通信装置１０は、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｄで構成されるアレイアンテナ２０と、アレイアンテナ２０を用いて第１モード及び第２モードを切り替えて無線通信をする通信回路５０とを備える。ここで、第１モードは、第２モードよりも、無線通信における送信電力が大きく、かつ、通信速度が速い。なお、第１モード及び第２モードは、それぞれ、５Ｇ（第５世代移動通信）において予定されている、データ速度が速く、かつ、消費電力が高いハイレートモード、及び、データ速度が遅く、かつ、消費電力が低いローレートモードと呼ばれるモードに対応する。
　アレイアンテナ２０は、本実施の形態では、マイクロストリップパッチアンテナを構成するアンテナ素子２１ａ～２１ｄを誘電体基板上に直線状に配置した平面リニアアレイアンテナである。ただし、アンテナ素子２１ａ～２１ｄの種類及び配列は、この形態に限定されず、例えば、アンテナ素子２１ａ～２１ｄが円形状に配置されてもよいし、アンテナ素子２１ａ～２１ｄがスロットアンテナであってもよい。
　通信回路５０は、第１モードでは、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｄを励振する信号に対して振幅の重み付け（以下、「振幅重み付け」ともいう）をすることなく、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｄを一様に励振（以下、「一様励振」ともいう）する。一方、第２モードでは、通信回路５０は、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｄのうちの少なくとも２つのアンテナ素子を励振する信号に対して、少なくとも振幅重み付けをすることで、第１モードよりもアレイアンテナ２０の指向性を広げて無線通信をする。
　なお、本実施の形態では、一様励振時には、全てのアンテナ素子２１ａ～２１ｄに対して等しい送信電力（例えば、最大の送信電力）を供給し、振幅重み付けによる励振（以下、「重み付け励振」ともいう）時には、励振対象のアンテナ素子のうち少なくとも１つに対して一様励振時よりも小さい送信電力を供給する。よって、アレイアンテナ２０全体の送信電力は、一様励振（つまり、第１モード）時のほうが重み付け励振（つまり、第２モード）時よりも大きくなる。通信速度については、より大きな送信電力を用いる第１モードにおいて、第２モードよりも安定した通信が可能になることから、第２モードよりも高速な通信が行われる。
　また、本実施の形態では、通信回路５０は、第２モードにおいて、少なくとも２つのアンテナ素子を励振する信号に対して、振幅の重み付けだけでなく、位相の重み付け（以下、「位相重み付け」ともいう）もすることもできる。ここで、位相重み付けとは、信号間で、位相をずらすことである。なお、受信時には、通信回路５０は、少なくとも２つのアンテナ素子をフェーズドアレイアンテナとして制御する。
　図１に示されるように、通信回路５０は、ＲＦＩＣ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）３０及びＢＢＩＣ（Ｂａｓｅ　Ｂａｎｄ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）４０で構成される。
　ＲＦＩＣ３０は、ＢＢＩＣ４０で生成された送信信号を変調してアレイアンテナ２０を励振、及び、アレイアンテナ２０で受信された高周波信号を復調する集積回路（高周波ＩＣ）であり、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｄのそれぞれを励振する送信信号及び受信された高周波信号の振幅及び位相を調整するための振幅調整器３４及び位相調整器３５を備える。振幅調整器３４及び位相調整器３５の詳細について、図２を用いて後述する。
　ＢＢＩＣ４０は、ベースバンドの送信信号を生成したりベースバンドの受信信号を処理したりする集積回路であり、機能的に、送信信号生成部４１、重み付け制御部４２及び受信信号処理部４５を備える。送信信号生成部４１は、送信信号を生成し、ＲＦＩＣ３０に供給する。重み付け制御部４２は、ＲＦＩＣ３０が備える振幅調整器３４及び位相調整器３５を制御することで、アレイアンテナ２０に対する振幅重み付け及び位相重み付けを行う。受信信号処理部４５は、アレイアンテナ２０で受信されてベースバンド信号に変換された受信信号に対して、誤り訂正等の各種信号処理をする。なお、ＢＢＩＣ４０は、例えば、プログラムを格納するＲＯＭ、プログラム及びデータを一時的に保持するＲＡＭ、プログラムを実行するプロセッサ、周辺回路と接続するためのＡ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器を含む入出力回路等を備えるマイクロコンピュータで実現される。その場合には、送信信号生成部４１、重み付け制御部４２及び受信信号処理部４５は、ＢＢＩＣ４０において、プロセッサがプログラムを実行することによって実現される。
　図２は、図１に示される無線通信装置１０の詳細な回路構成を示す図である。ここでは、特に、ＲＦＩＣ３０の詳細な回路構成が示されている。
　ＲＦＩＣ３０は、スイッチ３１ａ～３１ｄ、パワーアンプ３２ａｔ～３２ｄｔ、ローノイズアンプ３２ａｒ～３２ｄｒ、スイッチ３３ａ～３３ｄ、振幅調整器３４（減衰器３４ａ～３４ｄ）、位相調整器３５（移相器３５ａ～３５ｄ）、信号合成／分波器３６、スイッチ３７、ミキサ３８、及び、増幅回路３９で構成される。これらのうち、スイッチ３１ａ～３１ｄ、パワーアンプ３２ａｔ～３２ｄｔ、ローノイズアンプ３２ａｒ～３２ｄｒ、スイッチ３３ａ～３３ｄ、振幅調整器３４を構成する減衰器３４ａ～３４ｄ、及び、位相調整器３５を構成する移相器３５ａ～３５ｄは、アレイアンテナ２０を構成するアンテナ素子２１ａ～２１ｄのそれぞれに対応する信号経路に設けられている。
　スイッチ３１ａ～３１ｄ、スイッチ３３ａ～３３ｄ及びスイッチ３７は、ＢＢＩＣ４０による制御の下で、送信時か受信時かに応じて、信号経路を切り替えるＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ　ｐｏｌｅ、ｄｕａｌ　ｔｈｒｏｗ）の電子式又は機械式スイッチである。
　パワーアンプ３２ａｔ～３２ｄｔは、高周波の送信信号を電力増幅するアンプである。
　ローノイズアンプ３２ａｒ～３２ｄｒは、高周波の受信信号を増幅する、低雑音指数をもつアンプである。
　振幅調整器３４は、減衰器３４ａ～３４ｄで構成される。減衰器３４ａ～３４ｄは、ＢＢＩＣ４０の重み付け制御部４２による制御の下で、通過する信号の減衰量を変化させることができる可変減衰器である。なお、振幅重み付けを実現する振幅調整器３４としては、減衰器３４ａ～３４ｄに限定されず、例えば、可変増幅器で構成されてもよい。
　位相調整器３５は、移相器３５ａ～３５ｄで構成される。移相器３５ａ～３５ｄは、ＢＢＩＣ４０の重み付け制御部４２による制御の下で、通過する信号の位相を変化させることができる可変移相器である。なお、移相器３５ａ～３５ｄとしては、特定の種類に限定されず、例えば、線路切り替えによる電子式移相器又は機械式移相器等であってもよい。
　信号合成／分波器３６は、送信時に送信信号を分波し、受信時に受信信号を合成する。
　ミキサ３８は、送信時には、搬送波に対してベースバンドの送信信号で変調することで送信信号をアップコンバートした変調波（高周波信号）を生成し、受信時には、高周波の受信信号を復調することでダウンコンバートしたベースバンドの受信信号を生成する周波数変換器である。
　増幅回路３９は、ＢＢＩＣ４０から出力された送信信号を変調に適した信号に増幅したり、ミキサ３８で復調された受信信号を適切な振幅の信号に増幅したりするアンプである。
　このような構成を備えるＲＦＩＣ３０では、送信時には、ＢＢＩＣ４０の送信信号生成部４１から出力されたベースバンドの送信信号は、増幅回路３９で増幅され、ミキサ３８でアップコンバートされ、高周波の送信信号となって信号合成／分波器３６で分波される。分波された各送信信号は、ＢＢＩＣ４０の重み付け制御部４２から入力される制御信号に従って、制御信号で指示された位相だけ移相器３５ａ～３５ｄで位相がシフトされ、制御信号で指示された減衰量だけ減衰器３４ａ～３４ｄで振幅が減衰された後、スイッチ３３ａ～３３ｄを経て、パワーアンプ３２ａｔ～３２ｄｔで電力増幅され、スイッチ３１ａ～３１ｄを経て、対応するアンテナ素子２１ａ～２１ｄに給電される。なお、送信時に励振されるアンテナ素子２１ａ～２１ｄは、すべてのアンテナ素子とは限らず、ＢＢＩＣ４０によって選択される。これは、例えば、信号合成／分波器３６で分波後の各信号経路に挿入されたスイッチ（図示せず）がＢＢＩＣ４０から入力される制御信号に従ってオン／オフすることで実現される。
　また、受信時には、ＲＦＩＣ３０では、アンテナ素子２１ａ～２１ｄで受信された高周波の各受信信号は、スイッチ３１ａ～３１ｄを経て、ローノイズアンプ３２ａｒ～３２ｄｒで増幅され、スイッチ３３ａ～３３ｄ、減衰器３４ａ～３４ｄ、及び、移相器３５ａ～３５ｄを経て、信号合成／分波器３６で合波される。合波された高周波の受信信号は、スイッチ３７を経て、ミキサ３８でダウンコンバートされ、増幅回路３９で増幅されてＢＢＩＣ４０に入力される。ＢＢＩＣ４０に入力されたベースバンドの受信信号は、受信信号処理部４５において、誤り訂正等の各種信号処理が施される。
　このように、スイッチ３１ａ～３１ｄ、３３ａ～３３ｄ及び３７は、ＢＢＩＣ４０から入力される制御信号に従って送信時の信号経路と受信時の信号経路とを切り替える。このような通信方式は、送信信号及び受信信号を互いに異なるタイミングで送信又は受信するＴＤＤ（Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｄｕｐｌｅｘ）方式に対応する。ただし、この無線通信装置１０が採用する通信方式は、これに限定されず、ＰＤＤ（Ｐｈａｓｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｄｕｐｌｅｘ）方式あるいはＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｄｕｐｌｅｘ）方式等の送信及び受信を同時に行う方式に対応してもかまわない。
　また、ＲＦＩＣ３０は、アンテナ素子２１ａ～２１ｄのそれぞれに対応して送信用アンプ（パワーアンプ３２ａｔ～３２ｄｔ）及び受信用アンプ（ローノイズアンプ３２ａｒ～３２ｄｒ）が設けられるアクティブ方式の構成を備えたが、これに限定されず、アンテナ素子２１ａ～２１ｄに対して共通の送信用アンプ及び受信用アンプが設けられるパッシブ方式の構成を備えてもよい。
　図３は、図１に示された無線通信装置１０の構造例を示す断面図である。本図では、アレイアンテナ２０が２つのアンテナ素子２１ａ及び２１ｂで構成される例が示されており、アレイアンテナ２０の平面図も併せて図示されている。
　無線通信装置１０は、プリント基板等の実装基板５２と、実装基板５２の上に実装されたＢＢＩＣ４０と、実装基板５２の上方に実装されたＲＦＩＣ３０と、ＲＦＩＣ３０と一体化されたアレイアンテナ２０とで構成される。
　アレイアンテナ２０は、低温同時焼成セラミックス（Ｌｏｗ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏ－ｆｉｒｅｄ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ：ＬＴＣＣ）基板又はプリント基板等からなる誘電体基板２２と、マイクロストリップパッチアンテナとして誘電体基板２２の上に形成された２つのアンテナ素子２１ａ及び２１ｂとで構成される。２つのアンテナ素子２１ａ及び２１ｂは、誘電体基板２２を貫通する給電ビア２３を介してＲＦＩＣ３０と電気的に接続された銅箔等の導体パターンである。
　アレイアンテナ２０とＲＦＩＣ３０とは、電極３０１を介して接合されることで、アンテナモジュールとして一体化されている。ＲＦＩＣ３０は、アレイアンテナ２０と実装基板５２とで挟まれる空間に充填された樹脂３０３でモールドされており、柱状電極３０２及び電極３０１を介してＢＢＩＣ４０と電気的に接続されている。
　次に、以上のように構成された本実施の形態に係る無線通信装置１０の動作（つまり、無線通信装置１０による通信制御方法）について、説明する。
　図４は、本実施の形態に係る無線通信装置１０の動作を示すフローチャートである。ここでは、通信回路５０（より詳しくは、ＢＢＩＣ４０）が、送信時のモード（第１モード／第２モード）に応じて、アレイアンテナ２０の指向性を変更する手順が示されている。
　まず、ＢＢＩＣ４０の送信信号生成部４１は、送信信号を生成する（Ｓ１０）。
　続いて、ＢＢＩＣ４０の重み付け制御部４２は、無線通信装置１０の通信状態を確認する（Ｓ１１）。具体的には、重み付け制御部４２は、通信状態が、基地局と制御信号のやり取り（つまり、「制御通信」）を行う状態であるか、基地局と「データ通信」を行う状態であるかを判断する。なお、「制御通信」とは、移動通信端末が基地局との接続を確立するための通信（いわゆる「待ち受け」を含む）である。「データ通信」とは、移動通信端末と基地局とが接続を確立した状態で行う通信である。
　その結果、通信状態が「制御通信」であると判断した場合には（Ｓ１１で「制御通信」）、重み付け制御部４２は、通信モードとして、第２モードに設定する（あるいは、切り替える）（Ｓ１２）。第２モードは、第１モードに比べ、無線通信における送信電力が小さく、かつ、通信速度が遅いモードであり、無線通信装置１０が低消費電力で動作する。
　そして、第２モードに設定した重み付け制御部４２は、ＲＦＩＣ３０の振幅調整器３４に制御信号を出力することで、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｄのうちの少なくとも２つのアンテナ素子（ここでは、アンテナ素子２１ａ及び２１ｂ）を励振する信号に対する振幅の重み付けをすることで、アレイアンテナ２０の指向性を広げる（Ｓ１３）。例えば、重み付け制御部４２は、アンテナ素子２１ａに対する振幅重みを１．０とし、アンテナ素子２１ｂに対する振幅重みを０．３とするように、振幅調整器３４を構成する減衰器３４ａ及び３４ｂの減衰量を制御する。
　一方、ステップＳ１１において、通信状態が「データ通信」であると判断した場合には（Ｓ１１で「データ通信」）、重み付け制御部４２は、通信モードとして、第１モードに設定する（あるいは、切り替える）（Ｓ１４）。第１モードは、第２モードに比べ、無線通信における送信電力が大きく、かつ、通信速度が速いモードであり、無線通信装置１０が通常の消費電力（つまり、フルパワーか、求められる高速通信に必要なＳ／Ｎを確保できるパワー）で動作する。なお、この第１モードでは、重み付け制御部４２は、ＲＦＩＣ３０の振幅調整器３４に対して初期化をする（つまり、一様な重み付けとなる設定をする）。その結果、振幅調整器３４を構成する減衰器３４ａ及び３４ｂは、いずれも、減衰量をゼロ（つまり、１．０の重み付け）にする。
　そして、ＢＢＩＣ４０の送信信号生成部４１は、ＲＦＩＣ３０に送信信号を出力する（Ｓ１５）。その結果、第２モードに設定されていた場合には（Ｓ１２、Ｓ１３）、２つのアンテナ素子２１ａ及び２１ｂに対して重み付け励振が行われ、第１モードよりも広いアンテナ指向性でアレイアンテナ２０から送信信号が放射される。一方、第１モードに設定されていた場合には（Ｓ１４）、２つのアンテナ素子２１ａ及び２１ｂに対して一様励振が行われ、第２モードよりも狭いアンテナ指向性で、かつ、高いアンテナ利得で、アレイアンテナ２０から送信信号が放射される。
　その後、重み付け制御部４２は、通信を継続するか否かを判断する（Ｓ１６）。具体的には、全ての送信信号の送信を完了している場合には、通信を継続しないと判断し、そうでない場合には、通信を継続すると判断する。
　その結果、重み付け制御部４２は、通信を継続すると判断した場合には（Ｓ１６でＹＥＳ）、通信状態の確認（Ｓ１１）以降の処理（Ｓ１１～Ｓ１５）を繰り返し、一方、通信を継続しないと判断した場合には（Ｓ１６でＮＯ）、処理を終了する。
　図５Ａは、本実施の形態に係る無線通信装置１０のアンテナ指向性をシミュレーションで算出したときの条件を示す図である。ここでは、第１モード（一様励振）と第２モード（重み付け励振）における２つのアンテナ素子２１ａ及び２１ｂへの重み付け例が示されている。
　つまり、第１モード（一様励振）では、アンテナ素子２１ａ及び２１ｂに対して、１Ｗの送信電力に相当する振幅重み付け及び０度の位相重み付けがされる。一方、第２モード（重み付け励振）では、アンテナ素子２１ａに対して、１Ｗの送信電力に相当する振幅重み付け及び０度の位相重み付けがされ、アンテナ素子２１ｂに対して、０．３Ｗの送信電力に相当する振幅重み付け及び０度の位相重み付けがされる。
　図５Ｂは、図５Ａに示される条件でのシミュレーションで算出した本実施の形態に係る無線通信装置１０のアンテナ指向性（つまり、放射パターン）を示す図である。横軸は、メインビームの放射方向（中心軸）を０度とする位相（度）、つまり、実装基板５２を水平面とする方位角を示し、縦軸は、各位相における振幅（ｄＢ）、つまり、利得を示す。本図に示される「メインビームの指向性」は、アンテナ指向性の広がりを示す目安であり、ここでは、放射パターンにおいてメインビームのピークから所定の比率（例えば、２ｄＢ）だけ低い点における角距離（いわゆる「ビーム幅」に近い値）を示している。
　本図に示される放射パターン、及び、「メインビームの指向性」から分かるように、アンテナ指向性は、第２モードでは、第１モードよりも極めて広くなっている。
　このように、本実施の形態に係る無線通信装置１０は、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｄで構成されるアレイアンテナ２０と、アレイアンテナ２０を用いて、第１モード及び第２モードを切り替えて無線通信をする通信回路５０とを備える。第１モードは、第２モードよりも、無線通信における送信電力が大きく、かつ、通信速度が速い。通信回路５０は、第２モードでは、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｄのうちの少なくとも２つのアンテナ素子を励振する信号に対して振幅の重み付けをすることで、第１モードよりもアレイアンテナ２０の指向性を広げて無線通信をする。
　これにより、低消費電力の第２モードでは、少なくとも２つのアンテナ素子に対して振幅重み付けが行われ、消費電力が高い第１モードよりもアレイアンテナ２０の指向性を広げた無線通信が行われる。よって、アレイアンテナ２０を備える無線通信装置１０であって、低消費電力モードで無線通信をする場合であっても、従来よりも広いアンテナ指向性を確保できる無線通信装置が実現される。
　また、送信電力が大きく、かつ、通信速度が速い第１モードと、送信電力が小さく、かつ、通信速度が遅い第２モードとを切り替えた無線通信が行われるので、例えば、このような無線通信装置を備える移動通信端末が基地局と接続する際には低消費電力の第２モードで無線通信をし、移動通信端末がデータ通信をする際には高速通信の第１モードで無線通信をすることで、消費電力の削減及び短時間での基地局探索と高速データ通信とを両立させた無線通信が可能になる。
　また、移動通信端末において、モビリティを確保するための基地局との制御信号のやり取り（制御通信）はＬＴＥ（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）を使い、データ通信自体は５Ｇの無線方式を使うＮｏｎ－Ｓｔａｎｄａｌｏｎｅ（ＮＳＡ）モードにおいて、ＬＴＥを使うときには第２モードで無線通信をし、５Ｇを使うときには第１モードで無線通信をする。これにより、消費電力の削減及び短時間での基地局探索と５Ｇによる高速データ通信とを両立させた無線通信が可能になる。
　また、通信回路５０は、第１モードでは、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｄを励振する信号に対して振幅の重み付けをすることなく、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｄを一様に励振する。
　これにより、第１モードでは、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｄが一様に励振されるので、狭いアンテナ指向性で、かつ、高いアンテナ利得が得られ、高速データ通信に適した無線通信が確保される。
　また、通信回路５０は、ベースバンドの送信信号を生成する集積回路であるＢＢＩＣ４０と、ＢＢＩＣ４０で生成された送信信号を変調してアレイアンテナ２０を励振する集積回路であるＲＦＩＣ３０とを有する。ＲＦＩＣ３０は、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｄのそれぞれを励振する信号の振幅を調整する複数の減衰器３４ａ～３４ｄを有し、ＢＢＩＣ４０は、複数の減衰器３４ａ～３４ｄを制御することにより、振幅の重み付けをする。
　これにより、ＢＢＩＣ４０からＲＦＩＣ３０に送信信号を供給しておき、ＢＢＩＣ４０からの制御の下でＲＦＩＣ３０において振幅重み付けが行われるので、ＢＢＩＣ４０による振幅重み付けが、簡易、かつ、確実に実現される。
　また、アレイアンテナ２０は、ＲＦＩＣ３０と一体化されている。
　これにより、アレイアンテナ２０とＲＦＩＣ３０とを含む小型のアンテナモジュールが実現される。
　また、本実施の形態に係る通信制御方法は、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｄで構成されるアレイアンテナ２０と、アレイアンテナ２０を用いて第１モード及び第２モードを切り替えて無線通信をする通信回路５０とを備える無線通信装置１０による通信制御方法である。第１モードは、第２モードよりも、無線通信における送信電力が大きく、かつ、通信速度が速い。その通信制御方法は、通信回路５０が、第２モードでは、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｄのうちの少なくとも２つのアンテナ素子を励振する信号に対して振幅の重み付けをするステップ（Ｓ１３）と、振幅の重み付けをした状態で、第１モードよりもアレイアンテナ２０の指向性を広げて無線通信をするステップ（Ｓ１５）とを含む。
　これにより、低消費電力の第２モードでは、少なくとも２つのアンテナ素子に対して振幅重み付けが行われ、消費電力が高い第１モードよりもアレイアンテナ２０の指向性を広げた無線通信が行われる。よって、アレイアンテナ２０を備える無線通信装置１０において、低消費電力モードで無線通信をする場合であっても、従来よりも広いアンテナ指向性を確保できる。
　また、送信電力が大きく、かつ、通信速度が速い第１モードと、送信電力が小さく、かつ、通信速度が遅い第２モードとを切り替えた無線通信が行われるので、例えば、このような通信制御方法を用いる移動通信端末が基地局と接続する際には低消費電力の第２モードで無線通信をし、移動通信端末がデータ通信をする際には高速通信の第１モードで無線通信をすることで、消費電力の削減及び短時間での基地局探索と高速データ通信とを両立させた無線通信が可能になる。
　（変形例１）
　次に、実施の形態１の変形例１に係る無線通信装置について説明する。
　図６は、実施の形態１の変形例１に係る無線通信装置１０ａの構造例を示す断面図である。ここには、アレイアンテナ２０ａの平面図も併せて図示されている。本変形例に係る無線通信装置１０ａは、基本的には、実施の形態１と同様の構成を備えるが、３つのアンテナ素子２１ａ～２１ｃで構成されるアレイアンテナ２０ａを備える点で、図３に示される２つのアンテナ素子２１ａ及び２１ｂで構成されるアレイアンテナ２０を備える実施の形態１と異なる。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
　図６に示されるように、アレイアンテナ２０ａは、マイクロストリップパッチアンテナとして誘電体基板２２の上に形成された直線状に並ぶ３つのアンテナ素子２１ａ～２１ｃを有する。
　図７Ａは、本変形例に係る無線通信装置１０ａのアンテナ指向性をシミュレーションで算出したときの条件を示す図である。ここでは、第１モード（一様励振）と第２モード（重み付け励振）における３つのアンテナ素子２１ａ～２１ｃへの重み付け例が示されている。
　つまり、第１モード（一様励振）では、アンテナ素子２１ａ～２１ｃに対して、１Ｗの送信電力に相当する振幅重み付け及び０度の位相重み付けがされる。一方、第２モード（重み付け励振）では、アンテナ素子２１ａ及び２１ｂに対して、１Ｗの送信電力に相当する振幅重み付け及び０度の位相重み付けがされ、アンテナ素子２１ｃに対して、０．３Ｗの送信電力に相当する振幅重み付け及び１８０度の位相重み付けがされる。
　図７Ｂは、図７Ａに示される条件でのシミュレーションで算出した本変形例に係る無線通信装置１０ａのアンテナ指向性（つまり、放射パターン）を示す図である。横軸、縦軸、図中の「メインビームの指向性」の意味については、図５Ａと同じである。
　本図に示される放射パターン、及び、「メインビームの指向性」から分かるように、アンテナ指向性は、第２モードでは、第１モードよりも広くなっている。
　このように、本変形例に係る無線通信装置１０ａは、３つのアンテナ素子２１ａ～２１ｃで構成されるアレイアンテナ２０ａと、アレイアンテナ２０ａを用いて、第１モード及び第２モードを切り替えて無線通信をする通信回路５０とを備える。第１モードは、第２モードよりも、無線通信における送信電力が大きく、かつ、通信速度が速い。通信回路５０は、第２モードでは、３つのアンテナ素子２１ａ～２１ｃのうちの少なくとも２つのアンテナ素子（ここでは、３つのアンテナ素子２１ａ～２１ｃ）を励振する信号に対して振幅及び位相の重み付けをすることで、第１モードよりもアレイアンテナ２０ａの指向性を広げて無線通信をする。
　これにより、低消費電力の第２モードでは、３つのアンテナ素子２１ａ～２１ｃに対して振幅及び位相の重み付けが行われ、消費電力が高い第１モードよりもアレイアンテナ２０ａの指向性を広げた無線通信が行われる。よって、アレイアンテナ２０ａを備える無線通信装置１０ａであって、低消費電力モードで無線通信をする場合であっても、従来よりも広いアンテナ指向性を確保できる無線通信装置が実現される。
　また、送信電力が大きく、かつ、通信速度が速い第１モードと、送信電力が小さく、かつ、通信速度が遅い第２モードとを切り替えた無線通信が行われるので、例えば、このような無線通信装置を備える移動通信端末が基地局と接続する際には低消費電力の第２モードで無線通信をし、移動通信端末がデータ通信をする際には高速通信の第１モードで無線通信をすることで、消費電力の削減及び短時間での基地局探索と高速データ通信とを両立させた無線通信が可能になる。
　なお、本変形例では、第２モードにおいて、第１モードと同様に、３つのアンテナ素子２１ａ～２１ｃの全てを用いて重み付け励振が行われたが、これに限定されない。例えば、実施の形態１のように、３つのアンテナ素子２１ａ～２１ｃのうちの２つだけを用いた重み付け励振が行われてもよい。これにより、実施の形態１と同様のアンテナ指向性が得られる。
　また、本変形例では、第２モードにおいて、振幅と位相の重み付け励振が行われたが、これに限定されない。実施の形態１のように、振幅だけの重み付け励振が行われてもよい。例えば、実施の形態１のように、３つのアンテナ素子２１ａ～２１ｃのうちの隣接する２つだけに対して振幅だけの重み付け励振が行われてもよい。これにより、実施の形態１と同様のアンテナ指向性が得られる。
　（変形例２）
　次に、実施の形態１の変形例２に係る無線通信装置について説明する。
　図８は、実施の形態１の変形例２に係る無線通信装置１０ｂの構造例を示す断面図である。ここには、アレイアンテナ２０ｂの平面図も併せて図示されている。
　本変形例に係る無線通信装置１０ｂは、基本的には、実施の形態１と同様の構成を備えるが、４つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄで構成されるアレイアンテナ２０ｂを備える点で、図３に示される２つのアンテナ素子２１ａ及び２１ｂで構成されるアレイアンテナ２０を備える実施の形態１と異なる。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
　図８に示されるように、アレイアンテナ２０ｂは、マイクロストリップパッチアンテナとして誘電体基板２２の上に形成された直線状に並ぶ４つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄを有する。
　図９Ａは、本変形例に係る無線通信装置１０ｂのアンテナ指向性をシミュレーションで算出したときの条件を示す図である。ここでは、第１モード（一様励振）と第２モード（重み付け励振）における４つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄへの重み付け例が示されている。
　つまり、第１モード（一様励振）では、アンテナ素子２１ａ～２１ｄに対して、１Ｗの送信電力に相当する振幅重み付け及び０度の位相重み付けがされる。一方、第２モード（重み付け励振）では、中央部に位置する２つのアンテナ素子２１ｂ及び２１ｃに対して、それぞれ、１Ｗの送信電力に相当する振幅重み付け及び１１０度の位相重み付けがされ、両端部に位置する２つのアンテナ素子２１ａ及び２１ｄに対して、０．５Ｗの送信電力に相当する振幅重み付け及び０度の位相重み付けがされる。なお、この第２モードでの振幅重み付けでは、アンテナ素子２１ａ～２１ｄの並びにおける両端部（つまり、アンテナ素子２１ａ及び２１ｄ）について重み付けが小さくなる対称テーパリングが行われる。
　図９Ｂは、図９Ａに示される条件でのシミュレーションで算出した本変形例に係る無線通信装置１０ｂのアンテナ指向性（つまり、放射パターン）を示す図である。横軸、縦軸、図中の「メインビームの指向性」の意味については、図５Ａと同じである。
　本図に示される放射パターン、及び、「メインビームの指向性」から分かるように、アンテナ指向性は、第２モードでは、第１モードよりも広くなっている。つまり、一般に、振幅重み付けにおけるテーパリングは、放射パターンにおけるサイドローブを抑圧するために用いられるが、本変形例では、アンテナ指向性を広げるために、第２モードにおいて、対称テーパリングによる振幅重み付けが行われる。
　このように、本変形例に係る無線通信装置１０ｂは、４つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄで構成されるアレイアンテナ２０ｂと、アレイアンテナ２０ｂを用いて、第１モード及び第２モードを切り替えて無線通信をする通信回路５０とを備える。第１モードは、第２モードよりも、無線通信における送信電力が大きく、かつ、通信速度が速い。通信回路５０は、第２モードでは、４つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄのうちの少なくとも２つのアンテナ素子（ここでは、４つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄ）を励振する信号に対して対称テーパリングによる振幅及び位相の重み付けをすることで、第１モードよりもアレイアンテナ２０ｂの指向性を広げて無線通信をする。
　これにより、低消費電力の第２モードでは、４つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄに対して振幅及び位相の重み付けが行われ、消費電力が高い第１モードよりもアレイアンテナ２０ｂの指向性を広げた無線通信が行われる。よって、アレイアンテナ２０ｂを備える無線通信装置１０ｂであって、低消費電力モードで無線通信をする場合であっても、従来よりも広いアンテナ指向性を確保できる無線通信装置が実現される。
　また、送信電力が大きく、かつ、通信速度が速い第１モードと、送信電力が小さく、かつ、通信速度が遅い第２モードとを切り替えた無線通信が行われるので、例えば、このような無線通信装置を備える移動通信端末が基地局と接続する際には低消費電力の第２モードで無線通信をし、移動通信端末がデータ通信をする際には高速通信の第１モードで無線通信をすることで、消費電力の削減及び短時間での基地局探索と高速データ通信とを両立させた無線通信が可能になる。
　なお、本変形例では、第２モードにおいて、第１モードと同様に、４つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄの全てを用いて重み付け励振が行われたが、これに限定されない。例えば、実施の形態１のように、４つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄのうちの２つだけを用いた重み付け励振が行われてもよい。これにより、実施の形態１と同様のアンテナ指向性が得られる。
　また、本変形例では、第２モードにおいて、振幅と位相の重み付け励振が行われたが、これに限定されない。実施の形態１のように、振幅だけの重み付け励振が行われてもよい。例えば、実施の形態１のように、４つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄのうちの２つだけに対して振幅だけの重み付け励振が行われてもよい。これにより、実施の形態１と同様のアンテナ指向性が得られる。
　また、本変形例では、第２モードにおいて、対称テーパリングによる振幅重み付けが行われたが、これに限定されない。例えば、変形例１のように、４つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄのうちの隣接する３つだけに対して非対称テーパリングによる振幅重み付けが行われてもよい。これにより、変形例１と同様のアンテナ指向性が得られる。
　（変形例３）
　次に、実施の形態１の変形例３に係る無線通信装置について説明する。
　図１０は、実施の形態１の変形例３に係る無線通信装置１０ｃの構造例を示す断面図である。ここには、アレイアンテナ２０ｂの平面図も併せて図示されている。
　本変形例に係る無線通信装置１０ｃは、基本的には、変形例２と同様の構成を備えるが、アレイアンテナ２０ｂとＲＦＩＣ３０とが別体となっている点で、アレイアンテナ２０ｂとＲＦＩＣ３０とが一体となっている変形例２と異なる。以下、変形例２と異なる点を中心に説明する。
　図１０に示されるように、アレイアンテナ２０ｂは、実装基板５２の上面を拡張するように実装基板５２に接合された補助的な実装基板５２ａの上面に実装されている。アレイアンテナ２０ｂとＲＦＩＣ３０とは、実装基板５２及び５２ａに形成された配線パターン５３によって接続され、別体となっている。
　このように、本変形例に係る無線通信装置１０ｃでは、アレイアンテナ２０ｂ、ＲＦＩＣ３０及びＢＢＩＣ４０は、実装基板５２及び５２ａに実装され、アレイアンテナ２０ｂとＲＦＩＣ３０とを接続する配線パターン５３が実装基板５２及び５２ａに形成されている。
　これにより、アレイアンテナ２０とＲＦＩＣ３０とは、配線パターン５３を介して接続される別体として構成されるので、アレイアンテナ２０をＲＦＩＣ３０の位置及び形状等から独立して設計することができ、アレイアンテナ２０の最適配置及び小型化が可能になる。
　（変形例４）
　次に、実施の形態１の変形例４に係る無線通信装置について説明する。
　図１１Ａは、実施の形態１の変形例４に係る無線通信装置１０ｄの構造例を示す断面図である。ここには、アレイアンテナ２０ｃの一部（上方を向く実装面）の平面図も併せて図示されている。
　本変形例に係る無線通信装置１０ｄは、基本的には、変形例３と同様の構成を備えるが、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｈが異なる２つの平面に配置されている点で、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｄが１つの平面に配置されている変形例３と異なる。以下、変形例３と異なる点を中心に説明する。
　図１１Ａに示されるように、アレイアンテナ２０ｃは、異なる２つの平面を構成する、ＬＴＣＣ基板又はプリント基板等からなる２つの誘電体基板２２ａ及び２２ｂと、マイクロストリップパッチアンテナとして誘電体基板２２ａの上に形成された４つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄと、マイクロストリップパッチアンテナとして誘電体基板２２ｂの上に形成された４つのアンテナ素子２１ｅ～２１ｈとで構成される。
　一方の誘電体基板２２ａは、ＲＦＩＣ３０と一体化され、その上面には、４つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄが直線状に配置して実装されている。誘電体基板２２ａの上面は、実装基板５２の上面と平行である。４つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄは、誘電体基板２２ａを貫通する給電ビア２３ａを介してＲＦＩＣ３０と電気的に接続されている。
　他方の誘電体基板２２ｂは、塑性変形可能なフレキシブル基板等の接続部材２２ｃによって誘電体基板２２ａに接続されて固定されており、その上面（図１１Ａにおいて左を向く面）には、４つのアンテナ素子２１ｅ～２１ｈが直線状に配置して実装されている。誘電体基板２２ｂの上面は、誘電体基板２２ａの上面と直交している。４つのアンテナ素子２１ｅ～２１ｈは、誘電体基板２２ａ、接続部材２２ｃ及び誘電体基板２２ｂを通る給電ビア（導体パターン含む）２３ｂを介してＲＦＩＣ３０と電気的に接続されている。
　このように、本変形例に係る無線通信装置１０ｄでは、アレイアンテナ２０ｃを構成するアンテナ素子２１ａ～２１ｈは、異なる２つの平面（ここでは、直交する２つの平面）に配置されている。
　これにより、単一の面にアンテナ素子が配置されたアレイアンテナを動作させた場合に比べ、異なる２つの面においてアンテナ指向性を立体的に広げることができる。また、励振するアンテナ素子として、異なる２つの平面の一方だけ、他方だけ、又は、両方に配置されたアンテナ素子の全て又は一部を選択的に励振することで、広い角度にわたってアンテナ放射方向を変更したり、異なる２つの面（例えば、方位角平面及び仰角平面）においてアンテナ指向性を立体的に広げたりすることができる。
　例えば、通信回路５０は、第２モードでは、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｈのうち、同一平面に配置された少なくとも２つのアンテナ素子（例えば、アンテナ素子２１ａ～２１ｄ）だけに対して重み付け励振をしてもよい。
　これにより、同一平面に配置された少なくとも１つのアンテナ素子からなるアレイアンテナに比べて、低消費電力で、かつ、容易に、広いアンテナ指向性が確保される。
　なお、本変形例では、アレイアンテナ２０ｃを構成するアンテナ素子２１ａ～２１ｈは、異なる２つの平面に配置されていたが、異なる３以上の平面に分散して配置されていてもよい。例えば、アレイアンテナ２０ｃは、互いに直交する３つの平面のそれぞれに少なくとも１つのアンテナ素子が配置されて構成されてもよい。これにより、より広い角度にわたってアンテナ放射方向を変更したり、アンテナ指向性をより立体的に広げたりすることができる。
　また、本変形例では、一つの実装基板５２の上に、アンテナ素子２１ａ～２１ｄと一体化されたＲＦＩＣ３０と、ＢＢＩＣ４０とが実装されたが、図１１Ｂに示されるように、ＲＦＩＣ３０及びＢＢＩＣ４０が、それぞれ、異なる実装基板５２ｂ及び５２ｃに実装された別体のモジュールとして構成されてもよい。
　図１１Ｂは、実施の形態１の変形例４に係る無線通信装置の別の構造例を示す断面図である。図１１Ａの構造例と異なる点は、ＢＢＩＣ４０及びＲＦＩＣ３０が、それぞれ、異なるモジュールとして構成され、両モジュールがコネクタ３０４及び３０５とフレキシブルケーブル等のケーブル３０６とを介して接続されている点である。ＲＦＩＣ３０が含まれるモジュールの実装基板５２ｂは、例えば、金属シャーシ等であり、一方、ＢＢＩＣ４０が含まれるモジュールの実装基板５２ｃは、例えば、プリント基板等であり、これらのモジュールのグランド（つまり、実装基板５２ｂ及び５２ｃのグランド）が別々になっている。ＲＦＩＣ３０で発生した熱は、固定及び熱伝導を兼ねた両面テープやグラファイトシートを介して実装基板５２ｂへ逃げることができる。
　なお、ＲＦＩＣ３０が含まれるモジュールとＢＢＩＣ４０が含まれるモジュールとが別体で構成され、両モジュールがケーブルを介して接続されてもよい点については、本変形例に限られず、図３、図６、図８、図１０、図１２、図１４に示される他の構造例に適用されてもよい。
　（変形例５）
　次に、実施の形態１の変形例５に係る無線通信装置について説明する。
　図１２は、実施の形態１の変形例５に係る無線通信装置１０ｅの構造例を示す断面図である。ここには、アレイアンテナ２０ｄの一部（上方を向く実装面）の平面図も併せて図示されている。
　本変形例に係る無線通信装置１０ｅは、基本的には、変形例４と同様の構成を備えるが、上方を向く実装面（つまり、誘電体基板２２ａの上面）に８つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄ及び２１ｉ～２１ｌが配置されている点で、上方を向く実装面に４つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄが配置されている変形例４と異なる。以下、変形例４と異なる点を中心に説明する。
　図１２に示されるように、アレイアンテナ２０ｄは、異なる２つの平面を構成する２つの誘電体基板２２ａ及び２２ｂと、マイクロストリップパッチアンテナとして誘電体基板２２ａの上に形成された８つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄ及び２１ｉ～２１ｌと、マイクロストリップパッチアンテナとして誘電体基板２２ｂの上に形成された４つのアンテナ素子２１ｅ～２１ｈとで構成される。
　一方の誘電体基板２２ａは、ＲＦＩＣ３０と一体化され、その上面には、８つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄ及び２１ｉ～２１ｌが２列に（つまり、２次元状に）配置して実装されている。誘電体基板２２ａの上面は、実装基板５２の上面と平行である。８つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄ及び２１ｉ～２１ｌのうちの一列を構成する４つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄは、誘電体基板２２ａを貫通する給電ビア２３ａを介してＲＦＩＣ３０と電気的に接続され、もう一つの列を構成する４つのアンテナ素子２１ｉ～２１ｌは、誘電体基板２２ａを貫通する給電ビア２３ｃを介してＲＦＩＣ３０と電気的に接続されている。
　他方の誘電体基板２２ｂは、変形例４におけるものと同じ構成を備える。
　このように、本変形例に係る無線通信装置１０ｅでは、変形例４と同様に、アレイアンテナ２０ｄを構成するアンテナ素子２１ａ～２１ｌは、異なる２つの平面に配置されている。
　これにより、単一の面にアンテナ素子が配置されたアレイアンテナを動作させた場合に比べ、異なる２つの面においてアンテナ指向性を立体的に広げることができる。また、励振するアンテナ素子として、異なる２つの平面の一方だけ、他方だけ、又は、両方に配置されたアンテナ素子の全て又は一部を選択的に励振することで、広い角度にわたってアンテナ放射方向を変更したり、異なる２つの面（例えば、方位角平面及び仰角平面）においてアンテナ指向性を立体的に広げたりすることができる。このとき、ピーク利得ではなく、それよりも低い利得での角度幅を広げることができる。
　また、本変形例に係る無線通信装置１０ｅでは、変形例４と異なり、誘電体基板２２ａには、２列に配置された８つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄ及び２１ｉ～２１ｌが配置されている。よって、８つのアンテナ素子２１ａ～２１ｄ及び２１ｉ～２１ｌを用いた一様励振又は重み付け励振を行うことで、変形例４よりも、より狭いアンテナ指向性で、かつ、高いアンテナ利得を実現したり、逆に、よりアンテナ指向性を広くしたりすることができる。
　（実施の形態２）
　次に、アレイアンテナを複数備える実施の形態２に係る無線通信装置について説明する。
　図１３は、実施の形態２に係る無線通信装置１０ｆの構成を示すブロック図である。無線通信装置１０ｆは、低消費電力モードにおいて従来よりも広いアンテナ指向性で無線通信を行う無線通信装置であり、例えば、スマートフォン等の移動通信端末に用いられる。以下、本実施の形態では、無線通信装置１０ｆが基地局と通信する移動通信端末に適用される例として、説明する。
　本図に示されるように、無線通信装置１０ｆは、それぞれが複数のアンテナ素子で構成される複数のアレイアンテナ２０ｅ～２０ｇと、複数のアレイアンテナ２０ｅ～２０ｇを用いて第１モード及び第２モードを切り替えて無線通信をする通信回路５０ａとを備える。通信回路５０は、アレイアンテナ２０ｅ～２０ｇのそれぞれに対応して設けられた３つのＲＦＩＣ３０ａ～３０ｃ及び１つのＢＢＩＣ４０ａで構成される。
　本実施の形態では、複数（ここでは、３つ）のアレイアンテナ２０ｅ～２０ｇが備えられている点で、１つのアレイアンテナ２０だけが備えられた実施の形態１と異なる。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
　アレイアンテナ２０ｅ～２０ｇは、後述するように、異なる３つの平面に配置され、互いにアンテナ放射方向が異なる。
　ＲＦＩＣ３０ａ～３０ｃは、それぞれ、アレイアンテナ２０ｅ～２０ｇに対応して設けられ、実施の形態１のＲＦＩＣ３０と同じ構成を備える。ＲＦＩＣ３０ａ～３０ｃの詳細な構成は、図２に示された実施の形態１のＲＦＩＣ３０と同じである。
　ＢＢＩＣ４０ａは、ベースバンドの送信信号を生成したりベースバンドの受信信号を処理したりする集積回路であり、機能的に、実施の形態１と同じ送信信号生成部４１、重み付け制御部４２及び受信信号処理部４５に加えて、アンテナ選択部４３を備える。アンテナ選択部４３は、アレイアンテナ２０ｅ～２０ｇから、通信に用いる少なくとも１つのアレイアンテナを選択し、選択したアレイアンテナを示す選択情報を重み付け制御部４２に通知する。選択情報の通知を受けた重み付け制御部４２は、選択情報が示すアレイアンテナだけを対象として重み付けをし、それ以外のアレイアンテナについては通信に用いられないように制御する。
　なお、ＢＢＩＣ４０ａは、実施の形態１のＢＢＩＣ４０と同様に、例えば、プログラムを格納するＲＯＭ、プログラム及びデータを一時的に保持するＲＡＭ、プログラムを実行するプロセッサ、周辺回路と接続するためのＡ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器を含む入出力回路等を備えるマイクロコンピュータで実現される。その場合には、送信信号生成部４１、重み付け制御部４２、アンテナ選択部４３及び受信信号処理部４５は、ＢＢＩＣ４０ａにおいて、プロセッサがプログラムを実行することによって実現される。
　図１４は、図１３に示された無線通信装置１０ｆの構造例を示す外観図である。なお、ＲＦＩＣ３０ａ～３０ｃについては、それぞれ、アレイアンテナ２０ｅ～２０ｇと一体化され、アレイアンテナ２０ｅ～２０ｇと実装基板５２とで挟まれる空間に配置されており、図示が省略されている。
　アレイアンテナ２０ｅは、実装基板５２の上面に平行な面に配置され、マイクロストリップパッチアンテナを構成する４つのアンテナ素子２０ｅ１～２０ｅ４を誘電体基板上に直線状に配置した平面リニアアレイアンテナである。このアレイアンテナ２０ｅは、４つのアンテナ素子２０ｅ１～２０ｅ４を一様励振したときに、実装基板５２の上面の法線方向をメインビームの放射方向とするアンテナ指向性をもつ。
　アレイアンテナ２０ｆは、図１４における実装基板５２の右側面に平行な面に配置され、マイクロストリップパッチアンテナを構成する４つのアンテナ素子２０ｆ１～２０ｆ４を誘電体基板上に直線状に配置した平面リニアアレイアンテナである。このアレイアンテナ２０ｆは、４つのアンテナ素子２０ｆ１～２０ｆ４を一様励振したときに、図１４における実装基板５２の右側面の法線方向をメインビームの放射方向とするアンテナ指向性をもつ。
　アレイアンテナ２０ｇは、実装基板５２の上面に平行な面に配置され、マイクロストリップパッチアンテナを構成する４つのアンテナ素子２０ｇａ１～２０ｇａ４を誘電体基板上に直線状に配置した第１の平面リニアアレイアンテナ２０ｇａと、図１４における実装基板５２の手前の側面に平行な面に配置され、マイクロストリップパッチアンテナを構成する４つのアンテナ素子２０ｇｂ１～２０ｇｂ４を誘電体基板上に直線状に配置した第２の平面リニアアレイアンテナ２０ｇｂとで構成される。なお、２つの面を構成する誘電体基板は、断面がＬ字型のフレキシブル基板等で一体化されている。
　このアレイアンテナ２０ｇは、第１の平面リニアアレイアンテナ２０ｇａだけを一様励振したときには、実装基板５２の上面の法線方向をメインビームの放射方向とするアンテナ指向性をもち、第２の平面リニアアレイアンテナ２０ｇｂだけを一様励振したときには、図１４における実装基板５２の手前の側面の法線方向をメインビームの放射方向とするアンテナ指向性をもち、第１の平面リニアアレイアンテナ２０ｇａ及び第２の平面リニアアレイアンテナ２０ｇｂの両方を一様励振したときには、実装基板５２の上面の法線と図１４における実装基板５２の手前の側面の法線とをベクトル合成して得られる方向（実装基板５２の上面を水平面とする４５度の仰角方向）をメインビームの放射方向とするアンテナ指向性をもつ。
　次に、以上のように構成された本実施の形態に係る無線通信装置１０ｆの動作（つまり、無線通信装置１０ｆによる通信制御方法）について、説明する。
　図１５は、本実施の形態に係る無線通信装置１０ｆの動作を示すフローチャートである。ここでは、通信回路５０ａ（より詳しくは、ＢＢＩＣ４０ａ）が、送信時のモード（第１モード／第２モード）に応じて、アレイアンテナ２０ｅ～２０ｆの選択及び指向性の変更をする手順が示されている。
　まず、ＢＢＩＣ４０ａの送信信号生成部４１は、送信信号を生成する（Ｓ２０）。
　続いて、ＢＢＩＣ４０ａの重み付け制御部４２は、無線通信装置１０ｆの通信状態を確認する（Ｓ２１）。具体的には、重み付け制御部４２は、通信状態が、基地局と制御信号のやり取り（つまり、「制御通信」）を行う状態であるか、基地局と「データ通信」を行う状態であるかを判断する。
　その結果、通信状態が「制御通信」であると判断した場合には（Ｓ２１で「制御通信」）、重み付け制御部４２は、通信モードとして、第２モードに設定する（あるいは、切り替える）（Ｓ２２）。第２モードは、第１モードに比べ、無線通信における送信電力が小さく、通信速度が遅いモードであり、無線通信装置１０ｆが低消費電力で動作する。
　続いて、アンテナ選択部４３は、送信に用いるアレイアンテナを、３つのアレイアンテナ２０ｅ～２０ｇの中から選択する（Ｓ２３）。このとき、アンテナ選択部４３は、通信状態又は事前の設定に応じて、単数のアレイアンテナを選択するか（Ｓ２４）、あるいは、複数のアレイアンテナを選択する（Ｓ２５）。アンテナ選択部４３は、選択したアレイアンテナを示す選択情報を重み付け制御部４２に通知する。
　例えば、アンテナ選択部４３は、基地局を探索するときには、複数のアレイアンテナ（つまり、３つのアレイアンテナ２０ｅ～２０ｇ）を選択し、一方、基地局の探索を終えた後では、最も受信電界強度の強い単数のアレイアンテナを選択し、選択したアレイアンテナを示す選択情報を重み付け制御部４２に通知する。あるいは、アンテナ選択部４３は、予めユーザからの指示に基づく設定情報が与えられている場合には、その設定情報に従って、複数のアレイアンテナ、又は、単数のアレイアンテナを選択し、選択したアレイアンテナを示す選択情報を重み付け制御部４２に通知する。
　そして、選択情報の通知を受けた重み付け制御部４２は、選択情報が示すアレイアンテナに対応するＲＦＩＣ３０ａ～３０ｃのそれぞれの振幅調整器３４に制御信号を出力することで、選択されたアレイアンテナに対して振幅重み付けをし、アンテナ指向性を広げる（Ｓ２６）。例えば、重み付け制御部４２は、選択されたアレイアンテナのそれぞれに対して、変形例４のような振幅の対称テーパリングを行う。
　一方、ステップＳ２１において、通信状態が「データ通信」であると判断した場合には（Ｓ２１で「データ通信」）、重み付け制御部４２は、通信モードとして、第１モードに設定する（あるいは、切り替える）（Ｓ２７）。第１モードは、第２モードに比べ、無線通信における送信電力が大きく、かつ、通信速度が速いモードであり、無線通信装置１０ｆが通常の消費電力（つまり、フルパワー）で動作する。なお、この第１モードでは、アンテナ選択部４３は、３つのアレイアンテナ２０ｅ～２０ｇを送信に用いるアレイアンテナとして選択し、選択したアレイアンテナを示す選択情報を重み付け制御部４２に通知する。選択情報の通知を受けた重み付け制御部４２は、ＲＦＩＣ３０ａ～３０ｃのそれぞれの振幅調整器３４に対して初期化をする（つまり、一様な重み付けとなる設定をする）。その結果、振幅調整器３４を構成する減衰器３４ａ及び３４ｂは、いずれも、減衰量をゼロ（つまり、１．０の重み付け）にする。
　そして、ＢＢＩＣ４０ａの送信信号生成部４１は、アンテナ選択部４３で選択されたアレイアンテナに対応するＲＦＩＣ３０ａ～３０ｃに送信信号を出力する（Ｓ２８）。その結果、第２モードに設定されていた場合には（Ｓ２２～Ｓ２６）、選択されたアレイアンテナに対して重み付け励振が行われ、第１モードよりも広いアンテナ指向性で選択されたアレイアンテナから送信信号が放射される。一方、第１モードに設定されていた場合には（Ｓ２７）、３つのアレイアンテナ２０ｅ～２０ｇに対して一様励振が行われ、第２モードよりも狭いアンテナ指向性で、かつ、高いアンテナ利得で、アレイアンテナ２０ｅ～２０ｆから送信信号が放射される。
　その後、重み付け制御部４２は、通信を継続するか否かを判断する（Ｓ２９）。具体的には、全ての送信信号の送信を完了している場合には、通信を継続しないと判断し、そうでない場合には、通信を継続すると判断する。
　その結果、重み付け制御部４２は、通信を継続すると判断した場合には（Ｓ２９でＹＥＳ）、通信状態の確認（Ｓ２１）以降の処理（Ｓ２１～Ｓ２８）を繰り返し、一方、通信を継続しないと判断した場合には（Ｓ２９でＮＯ）、処理を終了する。
　このように、本実施の形態に係る無線通信装置１０ｆは、複数のアレイアンテナ２０ｅ～２０ｇを備え、通信回路５０ａは、第２モードでは、複数のアレイアンテナ２０ｅ～２０ｇのうちの少なくとも１つのアレイアンテナに対して重み付けをする。
　これにより、無線通信装置１０ｆには、複数のアレイアンテナが備えられているので、例えば、アンテナ指向性の異なる複数のアレイアンテナを順に用いて基地局からの電波を最も強く受信できるアレイアンテナを探索し、探索したアレイアンテナを用いて無線通信を行うことで、移動通信端末の位置及び方向に応じて無線通信に用いるアレイアンテナを動的に切り替えることができる。
　例えば、通信回路５０ａは、第２モードでは、複数のアレイアンテナ２０ｅ～２０ｇのうちの１つのアレイアンテナだけに対して重み付けをする（Ｓ２３）。
　これにより、第２モードでは、複数のアレイアンテナ２０ｅ～２０ｇのうちの１つのアレイアンテナだけに対して重み付けをした無線通信が行われるので、複数のアレイアンテナ２０ｅ～２０ｇに対して重み付けをした場合に比べ、消費電力の削減を優先した無線通信が確保される。
　あるいは、通信回路５０ａは、第２モードでは、複数のアレイアンテナ２０ｅ～２０ｇのうちの少なくとも２つのアレイアンテナに対して重み付けをする（Ｓ２５）。
　これにより、第２モードでは、複数のアレイアンテナ２０ｅ～２０ｇのうちの少なくとも２つのアレイアンテナに対して重み付けをした無線通信が行われるので、１つのアレイアンテナだけに対して重み付けをした場合に比べ、より広いアンテナ指向性が確保される。
　なお、本実施の形態では、アレイアンテナ２０ｇは、２つの平面に配置されたアンテナ素子（つまり、第１の平面リニアアレイアンテナ２０ｇａ及び第２の平面リニアアレイアンテナ２０ｇｂ）で構成される。よって、アレイアンテナ２０ｇの用い方として、アレイアンテナ２０ｇ全体を単体として用いてもよいし、第１の平面リニアアレイアンテナ２０ｇａだけを用いてもよいし、第２の平面リニアアレイアンテナ２０ｇｂだけを用いてもよい。例えば、アレイアンテナ２０ｅと第１の平面リニアアレイアンテナ２０ｇａの両方を用いることで、同一平面に設けられた複数のアレイアンテナを同時に用いた通信が可能になり、１つのアレイアンテナを用いる場合に比べ、より広いアンテナ指向性を確保したり、より高いアンテナ利得を確保したりすることができる。
　また、本実施の形態では、アレイアンテナ２０ｇを構成する２つ面のそれぞれに形成されたアレイアンテナは、いずれも、リニアアレイアンテナであったが、これに限定されず、いずれか一方、又は、両方が、変形例５（図１２）に示されるような２次元状に配置されたアンテナ素子で構成されてもよい。これにより、より多様なアンテナ指向性が実現され得る。
　また、本実施の形態では、無線通信装置１０ｆは、異なる２つの平面に配置されたアンテナ素子で構成されるアレイアンテナとして、１つのアレイアンテナ２０ｇだけを備えたが、複数のアレイアンテナを備えてもよい。これにより、より多様なアンテナ指向性が実現され得る。
　以上、本発明に係る無線通信装置及び通信制御方法について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態及び変形例に施したものや、実施の形態及び変形例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本発明の範囲内に含まれる。
　例えば、本発明は、無線通信装置及び通信制御方法として実現できるだけでなく、通信制御方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるプログラム、又は、そのプログラムが記録されたＤＶＤ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体としても実現できる。そのプログラムは、例えば、実施の形態１であれば、通信回路５０が、第２モードでは、複数のアンテナ素子２１ａ～２１ｄのうちの少なくとも２つのアンテナ素子を励振する信号に対して振幅の重み付けをすることで、第１モードよりもアレイアンテナ２０の指向性を広げて無線通信をするステップ（Ｓ１３）をコンピュータに実行させる。
　このようなプログラムにより、低消費電力の第２モードでは、少なくとも２つのアンテナ素子に対して振幅重み付けが行われ、消費電力が高い第１モードよりもアレイアンテナの指向性を広げた無線通信が行われる。よって、アレイアンテナを備える無線通信装置において、低消費電力モードで無線通信をする場合であっても、従来よりも広いアンテナ指向性が確保される。
　また、上記実施の形態及び変形例では、無線通信装置が移動通信端末に適用される例を説明したが、本発明に係る無線通信装置は、移動通信端末だけに限られず、送信電力が大きく、かつ、通信速度が速い第１モードと送信電力が小さく、かつ、通信速度が遅い第２モードとを切り替える通信機器であれば、固定局、基地局等の他の種類の無線通信機器に適用してもよい。
　また、上記実施の形態及び変形例では、第１モードでは、アレイアンテナを構成する全てのアンテナ素子を一様励振したが、このような励振に限定されない。第２モードよりも送信電力が大きく、かつ、通信速度が速い通信を確保できるのであれば、必ずしも第１モードにおいて全てのアンテナ素子を一様励振する必要はなく、第１モードにおいて、アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子のうちの一部のアンテナ素子だけを励振したり、複数のアレイアンテナのうちの一部のアレイアンテナだけを励振したりしてもよい。これにより、第１モードにおいて、全てのアンテナ素子を励振する場合に比べ、消費電力を抑制した通信モードが確保される。
　また、上記実施の形態及び変形例では、無線通信装置が備える通信モードは、送信電力及び通信速度の観点から定めた第１モード及び第２モードであったが、無線通信装置が備える通信モードは、これら２つに限定されない。例えば、通信品質又は使用するアレイアンテナの数等の観点から定めた別の通信モードが無線通信装置に備えられてもよい。
　また、上記実施の形態及び変形例では、無線通信装置は、通信状態が「データ通信」である場合に第１モードに設定し、通信状態が「制御通信」である場合に第２モードに設定したが、これに限定されない。例えば、ユーザによって低消費電力モードに設定されている場合に第２モードに設定し、通常の消費電力モードに設定されている場合に第１モードに設定してもよい。これにより、ユーザの指示によって、第１モード／第２モードを切り分けた運用が可能になる。
　本発明は、無線通信装置として、特に、アレイアンテナを備える無線通信装置であって、低消費電力モードで無線通信をする場合であっても、従来よりも広いアンテナ指向性を確保できる無線通信装置として、例えば、５Ｇの無線方式に対応したスマートフォン等の携帯端末に用いられる無線通信装置として、利用できる。
　１０、１０ａ～１０ｆ　無線通信装置
　２０、２０ａ～２０ｇ　アレイアンテナ
　２０ｇａ　第１の平面リニアアレイアンテナ
　２０ｇｂ　第２の平面リニアアレイアンテナ
　２１ａ～２１ｌ、２０ｅ１～２０ｅ４、２０ｆ１～２０ｆ４、２０ｇａ１～２０ｇａ４、２０ｇｂ１～２０ｇｂ４　アンテナ素子
　２２、２２ａ、２２ｂ　誘電体基板
　２２ｃ　接続部材
　２３、２３ａ～２３ｃ　給電ビア
　３０、３０ａ～３０ｃ　ＲＦＩＣ（高周波ＩＣ）
　３１ａ～３１ｄ、３３ａ～３３ｄ、３７　スイッチ
　３２ａｔ～３２ｄｔ　パワーアンプ
　３２ａｒ～３２ｄｒ　ローノイズアンプ
　３４　振幅調整器
　３４ａ～３４ｄ　減衰器
　３５　位相調整器
　３５ａ～３５ｄ　移相器
　３６　信号合成／分波器
　３８　ミキサ
　３９　増幅回路
　４０、４０ａ　ＢＢＩＣ（ベースバンドＩＣ）
　４１　送信信号生成部
　４２　重み付け制御部
　４３　アンテナ選択部
　４５　受信信号処理部
　５０、５０ａ　通信回路
　５２、５２ａ～５２ｃ　実装基板
　３０１　電極
　３０２　柱状電極
　３０３　樹脂
　３０４、３０５　コネクタ
　３０６　ケーブル

Claims (12)

  1. 　複数のアンテナ素子で構成されるアレイアンテナと、
    　前記アレイアンテナを用いて、第１モード及び第２モードを切り替えて無線通信をする通信回路とを備え、
    　前記第１モードは、前記第２モードよりも、前記無線通信における送信電力が大きく、かつ、通信速度が速く、
    　前記通信回路は、前記第２モードでは、前記複数のアンテナ素子のうちの少なくとも２つのアンテナ素子を励振する信号に対して振幅の重み付けをすることで、前記第１モードよりも前記アレイアンテナの指向性を広げて前記無線通信をする
    　無線通信装置。
  2. 　前記通信回路は、前記第１モードでは、前記複数のアンテナ素子を励振する信号に対して振幅の重み付けをすることなく、前記複数のアンテナ素子を一様に励振する
    　請求項１記載の無線通信装置。
  3. 　前記通信回路は、前記第２モードでは、さらに、前記少なくとも２つのアンテナ素子を励振する信号に対して位相の重み付けをする
    　請求項１又は２記載の無線通信装置。
  4. 　前記複数のアンテナ素子は、異なる２つの平面に配置されている
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
  5. 　前記複数のアンテナ素子は、同一平面に配置された少なくとも２つのアンテナ素子を含み、
    　前記通信回路は、前記第２モードでは、前記複数のアンテナ素子のうち、同一平面に配置された少なくとも２つのアンテナ素子を励振する信号に対して前記重み付けをする
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
  6. 　前記無線通信装置は、前記アレイアンテナを複数備え、
    　前記通信回路は、前記第２モードでは、前記複数のアレイアンテナのうちの少なくとも１つのアレイアンテナに対して前記重み付けをする
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
  7. 　前記通信回路は、前記第２モードでは、前記複数のアレイアンテナのうちの１つのアレイアンテナだけに対して前記重み付けをする
    　請求項６記載の無線通信装置。
  8. 　前記通信回路は、前記第２モードでは、前記複数のアレイアンテナのうちの少なくとも２つのアレイアンテナに対して前記重み付けをする
    　請求項６記載の無線通信装置。
  9. 　前記通信回路は、
    　ベースバンドの送信信号を生成する集積回路であるベースバンドＩＣと、
    　前記ベースバンドＩＣで生成された前記送信信号を変調して前記アレイアンテナを励振する集積回路である高周波ＩＣとを有し、
    　前記高周波ＩＣは、前記複数のアンテナ素子のそれぞれを励振する信号の振幅を調整する複数の振幅調整器を有し、
    　前記ベースバンドＩＣは、前記複数の振幅調整器を制御することにより、前記振幅の重み付けをする
    　請求項１～８のいずれか１項に記載の無線通信装置。
  10. 　前記アレイアンテナは、前記高周波ＩＣと一体化されている
    　請求項９記載の無線通信装置。
  11. 　前記通信回路は、さらに、
    　前記アレイアンテナ、前記ベースバンドＩＣ及び前記高周波ＩＣが実装される基板と、
    　前記基板に形成され、前記アレイアンテナと前記高周波ＩＣとを接続する配線パターンとを有する
    　請求項９記載の無線通信装置。
  12. 　複数のアンテナ素子で構成されるアレイアンテナと、前記アレイアンテナを用いて第１モード及び第２モードを切り替えて無線通信をする通信回路とを備える無線通信装置による通信制御方法であって、
    　前記第１モードは、前記第２モードよりも、前記無線通信における送信電力が大きく、かつ、通信速度が速く、
    　前記通信制御方法は、
    　前記通信回路が、前記第２モードでは、前記複数のアンテナ素子のうちの少なくとも２つのアンテナ素子を励振する信号に対して振幅の重み付けをするステップと、
    　前記重み付けをした状態で、前記第１モードよりも前記アレイアンテナの指向性を広げて前記無線通信をするステップとを含む
    　通信制御方法。
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