JP2817250B2 - ダイバーシチアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は無線受信におけるダイバーシチ受信装置に用
いられるダイバーシチアンテナに関するもので、特に携
帯電話機に適した小型なダイバーシチアンテナに関する
ものである。

（従来技術） 電流を用いた屋内無線通信装置においては、送信アン
テナと受信アンテナの間に、壁，床，天井や各種什器
類，あるいは建物等の構造物などが存在する。

そのため、受信アンテナに到達する電波は直接波の他
に反射波，透過波，回折波等の合成されたものとなり、
電波の干渉が生じるため受信電界強度の時間的変動すな
わちフェージングが生じる。

フェージングが生じると、定在波の節の位置では受信
電界強度が低下するので受信信号の品質が低下し、音声
信号の合成はS/Nが悪くなる。また、デジタルデータ伝
送の場合は、ビット誤り率が劣化する等の不具合が生
じ、受信不能となることがあった。

このようなフェージング発生による受信障害を低減す
るため、移動通信などにおいては各種のダイバーシチ受
信の方式が採用されてきた。

これらのダイバーシチ受信方式としては、空間ダイバ
ーシチ方式，周波数ダイバーシチ方式，時間ダイバーシ
チ方式，偏波ダイバーシチ方式等が知られている。

これらのうち空間ダイバーシチは最も一般的なもの
で、通常２基のアンテナを波長オーダの間隔をおいて配
置しこれらのアンテナ出力を合成する方式である。

周波数ダイバーシチは、各々のフェージング特性が十
分独立の関係となるように離した複数の搬送波を用いる
ものである。

時間ダイバーシチは時間的に離して同一情報を送出し
て受信側で受信レベルの高い方の情報を選択するもので
ある。

偏波ダイバーシチは電波の偏波面として二つの直交し
た偏波面（通常垂直偏波および水平偏波）を用いるもの
で、一般にこれら二つの偏波面のフェージングは独立で
ある。偏波ダイバーシチにおいては、送信された電波は
反射，透過，回折などを繰り返すうちに直交する偏波成
分を有するようになるため、水平偏波用アンテナと垂直
偏波用アンテナを組合わせて受信する。

このためにはクロスダイポールアンテナや、特開昭63
−290147号に開示されたマイクロストリップアンテナと
スロットアンテナを組合わせたダイバーシチアンテナが
用いられる。

特開昭63−290147号におけるダイバーシチアンテナは
第12図のような構成になっていた。すなわち、表面に電
界成分を受信するマイクロストリップアンテナを構成
し、裏面に電界成分と直交する磁界成分を受信するスロ
ットアンテナを構成している。また、電界のフェージン
グと磁界のフェージングの位相が理論的にλ/4ずれてい
るという性質を用いている。

（発明が解決しようとする問題点） 前述のようにダイバーシチ受信には各種方法がある
が、空間ダイバーシチを用いた場合、電波の周波数が例
えば380MHzの場合、一波長は約79cmとなり、２つのアン
テナの間隔は、20〜30cm必要であり、小型にならないと
いう欠点があった。

スペースダイバーシチ効果については、1/2波長ダイ
ポールを0.1波長程度離してもダイバーシチ効果が確認
されたという報告もあるが（信学技報Vol.89,No.135
「陸上移動通信における垂直アンテナ配置のスペースダ
イバーシチ効果」）、この場合もダイポール長約39cm、
アンテナ間隔約5cmが必要であった。

次に周波数ダイバーシチの場合には、電波の利用効率
が悪く、移動通信では周波数の制約が強いため、周波数
ダイバーシチを適用することは困難である。

時間ダイバーシチではフェージング周波数が遅い場合
ダイバーシチ効果が低下し、さらに情報伝送効率が低下
する欠点がある。

偏波ダイバーシチの場合、クロスダイポールを用いる
とアンテナの構成が立体的になり小型にならないという
欠点がある。また第12図に示した構成のアンテナでは裏
面の銅箔はスロットより十分大きくなければならず、マ
イクロストリップアンテナとスロットアンテナをある程
度離して配置しなければならないという欠点があった。

さらに、周波数380MHzの場合、誘電率ε_ｒ＝４程度の
ガラスエポキシ基板を用いると、マイクロストリップア
ンテナ，スロットアンテナ共に20〜30cm程度の大きさと
なり、小型にならないという欠点があった。このよう
に、上述のダイバーシチ受信方式では小型で携帯可能な
無線装置は実現不可能であった。

本発明は、上述の欠点を解決し、小型で携帯可能なダ
イバーシチ受信装置に適したダイバーシチアンテナを提
供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明によるダイバーシ
チアンテナは、複数のアンテナを有するダイバーシチア
ンテナにおいて、前記複数のアンテナは各々が受信波の
波長の数十分の一の大きさの微小な電気長を有するルー
プアンテナでありかつ互いに前記波長の数十分の一の距
離に近接させて同一平面上に各給電点が互いに逆になる
ように配置されていることを特徴とする構成を有してい
る。

（作 用） 波長より十分小さい小型アンテナにおいては、その指
向性，偏波特性は無指向性，無偏波特性になる傾向があ
る。このような小型アンテナを波長の数十分の一のオー
ダで非常に近接させて配置すると、同種の小型アンテナ
の場合でもアンテナ間の相互作用により、指向性，偏波
特性に変化が生じる。

また、異種の小型アンテナの場合でもこれと同様の現
象が生じる。

これによって、従来空間ダイバーシチ受信装置に必要
とされていたアンテナ間隔よりはるかに小さなアンテナ
間隔においてダイバーシチ効果を生じるように作用す
る。

（実施例） 以下図面により本発明の実施例を詳細に説明する。

本発明に係るダイバーシチアンテナの一実施例とその
作用について第１図から第11図を用いて説明する。

第１図は本発明のダイバーシチアンテナを無線機に実
装した様子を示す図である。第１図において、１および
２はループアンテナ、３は誘電体基板、４は接地線、５
は給電線、６は無線機筐体である。実際の構成では、ル
ープアンテナ１および２にインピーダンス整合のための
整合回路が付加されるが、本発明では省略してある。上
記アンテナ１および２は、第２図あるいは第３図に示す
ようなダイバーシチ切替回路に接続される。第２図にお
いて、７は高周波スイッチ、８は受信回路、９はAF信号
出力、10は受信電界強度信号、11はアンテナ切換回路、
12はアンテナ切換信号である。第２図において、一方の
アンテナで受信時に受信電界強度信号10がある所定のレ
ベル以下になると、スイッチ７を切換えて、他方のアン
テナに切換えて受信する。

また、第３図において、8,8′は受信機、9,9′および
16はAF信号出力、10,10′は受信電界強度信号、13は比
較回路、14はAF信号切換回路、15はAF信号切換信号であ
る。

上記構成においては、比較回路13で受信レベルの高い
ほうのアンテナ側の受信機を常に選択してダイバーシチ
受信するように作用する。

次に第４図から第９図を用いて本発明に特有のダイバ
ーシチ効果について説明する。

第５図はループアンテナ１のみを単独に切り離して第
４図に示すように配置して測定した指向性パターンであ
る。第４図において、17は大地面であり、大地面17に平
行にループアンテナ１を配置して水平偏波および垂直偏
波で送信して測定した。なお、このときのループアンテ
ナは長方形ループアンテナで50mm×10mmの大きさでガラ
スエポキシの基板上に銅箔で構成されている。第５図に
おいて、実線は水平偏波受信の電界強度、破線は垂直偏
波受信の電界強度である。指向パターンが０゜の軸に対
して対称な形でないのはループアンテナ１の上に構成し
たインピーダンス整合回路のためである。

次に、第６図のように、同一構成のループアンテナ１
とループアンテナ２を給電点を逆にして配置したときの
それぞれの指向性パターンを第７図および第８図に示
す。

第７図はループアンテナ１の指向性パターン、第８図
はループアンテナ２の指向性パターンで、実線は水平偏
波受信の電界強度、破線は垂直偏波受信の電界強度であ
る。

第５図と第７図および第８図を比較すると、ループア
ンテナ１およびループアンテナ２の相互作用により指向
性パターンに変化が生じていることがわかる。

第７図および第８図からダイバーシチ受信が行われる
ことを以下に説明する。

第７図および第８図において、実線の方が破線よりも
外側にある角度方向からの電波に対しては、水平偏波受
信アンテナとして、また、実線よりも破線の方が外側に
ある角度方向からの電波に対しては、垂直偏波受信アン
テナとして作用する。

第９図は水平偏波受信レベルと垂直偏波受信レベルの
差を示したもので、実線はループアンテナ１、破線はル
ープアンテナ２の場合である。レベルの差が負の値にな
っている角度方向からの電波に対しては（ハッチングを
施した部分）垂直偏波受信アンテナとして作用し、レベ
ル差が正の値になっている角度方向からの電波に対して
は水平偏波受信アンテナとして作用する。

第９図からわかるように、ループアンテナ１とループ
アンテナ２が等しく水平偏波受信アンテナあるいは垂直
偏波受信アンテナとして作用する場所率は低い。

従って、ループアンテナ１とループアンテナ２を第６
図のように配置することにより、指向性パターンおよび
偏波パターン変化によるダイバーシチ受信が行われる。
実際の電波伝搬では、電波は反射，回折等により様々な
方向から到来するが、その場合もダイバーシチ受信が行
われる。

次に、実際に試作したダイバーシチアンテナについて
説明する。ループアンテナ１およびループアンテナ２は
無線機筐体６の上面に第１図のように取付けられてい
る。なお、周波数は380MHzである（λ≒79cm）。ループ
アンテナ１およびループアンテナ２は0.8mm厚のガラス
エポキシ基板上に銅箔で構成され、それぞれのループ面
積は50mm×10mmでアンテナ間の距離は12mm、すなわち1/
66λである。それぞれのアンテナはLCによるインピーダ
ンス整合が行われてインピーダンスは50Ωである。

上記のようなダイバーシチアンテナを有するダイバー
シチ受信装置を第10図のように配置して、各アンテナ出
力間の相関係数を測定した。なお送信アンテナ18は水平
偏波標準ダイポールアンテナであり、ダイバーシチ受信
機19を1.5mの高さに保持して水平方向に移動しながら相
関係数の測定を行った。第11図は相関係数測定の結果の
例で、本測定では相関係数は0.2であった。

このように本発明によれば波長の数十分の一の大きさ
のアンテナによって各アンテナ間の相関係数の十分低い
ダイバーシチアンテナを構成することができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によるダイバーシチアン
テナは、非常に小型であるという特徴を有する。

従って本発明によれば小型で携帯性に優れたダイバー
シチ受信装置を提供することができる。

しかも各アンテナは小型アンテナであるので、標準ダ
イポールアンテナのように特定の方向にのみ感度を有す
るのでなく、無指向性に近い特性を持ちながら偏波特
性，指向特性のパターンの変化によりダイバーシチが行
えるので、ほぼ全方向に感度を有するという利点を有す
る。

さらに、各ダイバーシチブランチ間の相関係数は十分
低いので、フェージングによる受信電界の大きな落ち込
みをなくし、良好なダイバーシチ受信が可能である。

このように本発明によるダイバーシチアンテナは、携
帯電話機などの小型であらゆる方向に感度を必要とする
無線装置に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のダイバーシチアンテナを無線機に実装
した場合の斜視図、第２図および第３図はダイバーシチ
切換回路の構成例を示すブロック図、第４図はループア
ンテナ１の指向性測定の説明用略図、第５図はループア
ンテナ１の指向性の特性図、第６図は本発明のダイバー
シチアンテナの指向性測定の説明用略図、第７図，第８
図は本発明のダイバーシチアンテナの指向性の特性図、
第９図は本発明のダイバーシチアンテナの偏波特性を示
す特性図、第10図は本発明のダイバーシチアンテナの相
関係数測定の説明略図、第11図は本発明によるダイバー
シチアンテナによる受信波のフェージングの波形例図、
第12図は従来のダイバーシチアンテナの説明用略図であ
る。 １……ループアンテナ、２……ループアンテナ、３……
誘電体基板、４……接地線、５……給電線、６……無線
機筐体、７……高周波スイッチ、8,8′……受信回路、
9,9′,16……AF信号出力、10……受信電界強度信号、11
……アンテナ切換回路、12……アンテナ切換信号、13…
…比較回路、14……AF信号切換回路、15……AF信号切換
信号、17……大地面、18……標準ダイポールアンテナ、
19……ダイバーシチ受信装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04B 7/08 H01Q 19/00 H01Q 3/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のアンテナを有するダイバーシチアン
   テナにおいて、前記複数のアンテナは各々が受信波の波
   長の数十分の一の大きさの微小な電気長を有するループ
   アンテナでありかつ互いに前記波長の数十分の一の距離
   に近接させて同一平面上に各給電点が互いに逆になるよ
   うに配置されていることを特徴とするダイバーシチアン
   テナ。