JP4586842B2

JP4586842B2 - アンテナ装置

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Publication number: JP4586842B2
Application number: JP2007278099A
Authority: JP
Inventors: 信之森
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Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2010-11-24
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Description

この発明は、アンテナ装置に関し、詳しくは、複数のアンテナを搭載し、指向性の方向を切り替えて無線通信を行うことができるアンテナ装置に関する。

無線ＬＡＮ（Local Area Network）などの無線システムにおいて、より良い品質で通信を行えるように、複数のアンテナを搭載し、これらのアンテナの指向性の方向を変化させることが行われている。複数のアンテナを最適に制御することにより、マルチパスフェージングなどによる伝送品質の劣化を抑制することができる。また、他の無線機器からの妨害を受けにくくなると共に、他の無線機器に対して妨害を与える範囲を狭くすることができる。例えば下記の特許文献１には、指向性の異なる複数のアンテナを搭載した無線通信装置について記載されている。

特開２００７−２５１６７７号公報

図１１に、従来の複数のアンテナを有するアンテナ装置の構成の一例を示す。このアンテナ装置は、ワイヤレスモジュールなどからなる基板１０１と、この基板１０１上に設けられる無線回路部１０２と、６本のアンテナ１０３ａ、アンテナ１０３ｂ、アンテナ１０３ｃ、アンテナ１０３ｄ、アンテナ１０３ｅ、アンテナ１０３ｆ（以下、特定のアンテナを示さないときは、アンテナ１０３と称する）とを有する。なお、このアンテナ装置は、基板１０１の主面が水平となるようにして利用される。

図１１に示すように、６本のアンテナ１０３は、基板１０１の水平面に円周を形成するように設けられている。アンテナ１０３はこの円周を６つのセクタに分割するようにほぼ等間隔に配置されているため、互いに異なる方向の指向性を得ることができる。

このようなアンテナ装置を用いた無線通信において、複数のアンテナ１０３のうち、通信環境に応じて最適なアンテナ１０３の選択がなされ、選択されたアンテナ１０３で無線通信が行われる。選択されたアンテナ１０３において、隣接するアンテナ１０３からのオーバーラップによる影響を低減させるようにするためには、アンテナ１０３間のアイソレーションを一定以上確保する必要がある。したがって、アンテナ１０３間の距離は、その無線システムにおける通信周波数に応じて確保されている。

しかしながら、図１１に示すように同一平面上にアンテナ１０３を配置した場合、アンテナ１０３間のアイソレーションを確保するためにアンテナ１０３間の距離を確保する必要があることから、アンテナ装置全体の構成が大きくなってしまう。このことは、アンテナ装置を備える製品の小型化を妨げる原因となる。

また、例えば直方体の形状をした電子機器にこのアンテナ装置を実装しようとした場合、直方体を構成する６面のうち最も面積の大きい面を底面にした横置きのデザインであれば、複数のアンテナ１０３の配置は比較的容易といえる。しかしながら、直方体を構成する６面のうち面積の大きい面を垂直に立てた縦置きのデザインを採用したい場合、底面積はあまり大きくとれないため、アンテナ１０３の配置は困難になり、製品形状に制約が生じてしまう。

さらに、複数のアンテナ１０３の指向性を切り替える無線システムでは、アンテナ１０３の本数を増やすことで、その性能をより向上させることができるが、一方でアンテナ１０３の本数が増えれば、アンテナ１０３を配置する円周はその都度大きなものとなっていくため、アンテナ１０３の設置スペースをより必要とする。このように、アンテナの本数の増加に伴う性能の向上と設置スペースとはトレードオフの関係にあることから、複数のアンテナ１０３を省スペースに配置することが可能なアンテナ装置が望まれている。

そこで、下記の特許文献２には、複数の素子アンテナを同一平面ではなく鉛直方向に配置することによって、指向性の特性は変えずに外経（底面積）を小さくすることができるセクタアンテナについて記載されている。

特許第３４５６５０７号公報

しかしながら、特許文献２に記載のものは、複数の素子アンテナを互いに異なる高さに配置したものであるので、設置される素子アンテナの本数に応じて素子アンテナを並べるための鉛直方向の長さが必然的に長くなり、アンテナ装置全体の小型化を実現できるものではない。また、素子アンテナの立体的な配置が複雑であるという問題がある。

したがって、この発明の目的は、複数のアンテナ間のアイソレーションを確保しつつ、簡単な構成でアンテナ装置の小型化を実現することができるアンテナ装置を提供することにある。

上述の課題を解決するために、この発明は、内部にグランド層を有する多層の配線基板の一方の端部の近傍において、配線基板上に板面と平行に設けられた矩形の第１のアンテナと、
第１のアンテナの内側の位置で、配線基板の一方の面に、該配線基板に対してほぼ直交して設けられた矩形の第２のアンテナと、
配線基板の他方の面で、第２のアンテナの取付け位置にほぼ対応する位置に、配線基板に対してほぼ直交して設けられた矩形の第３のアンテナと、
矩形の配線基板の他方の端部の近傍において、配線基板上に板面と平行に設けられた矩形の第４のアンテナと、
第４のアンテナの内側の位置で、配線基板の一方の面に、該配線基板に対してほぼ直交して設けられた矩形の第５のアンテナと、
配線基板の他方の面で、第５のアンテナの取付け位置にほぼ対応する位置に、配線基板に対してほぼ直交して設けられた矩形の第６のアンテナと、
配線基板の一方の面および他方の面の少なくとも一方の面の、第２および第３のアンテナの取付け位置と第５および第６のアンテナの取付け位置との間の領域上に、取り付けられた回路部とを有し、
第１のアンテナの第１の指向性と、第１のアンテナのゲインパターンと、第２のアンテナのゲインパターンを合成することによって得た第２の指向性と、第１のアンテナのゲインパターンと、第３のアンテナのゲインパターンを合成することによって得た第３の指向性と、第４のアンテナの第４の指向性と、第４のアンテナのゲインパターンと、第５のアンテナのゲインパターンを合成することによって得た第５の指向性と、第４のアンテナのゲインパターンと、第６のアンテナのゲインパターンを合成することによって得た第６の指向性とを有するアンテナ装置である。

また、この発明では、基板にはコネクタソケットが取り付けられ、
第２のアンテナおよび第３のアンテナのそれぞれにはピンヘッダが取り付けられ、
第２のアンテナおよび第３のアンテナのそれぞれは、コネクタソケットとピンヘッダとの嵌合によって、基板に対してほぼ直交して接続されることが好ましい。

また、この発明では、ピンヘッダは少なくとも３本以上のピンを有し、３本以上のピンがコネクタソケットに嵌合されることが好ましい。

この発明では、第１のアンテナを基板上に平行に設け、第２のアンテナおよび第３のアンテナを基板に対してほぼ直交に設けることで、第１のアンテナ、第２のアンテナ、および第３のアンテナ間のアイソレーションを保ちつつ、これらのアンテナを省スペースに配置することができる。

この発明によれば、複数のアンテナ間のアイソレーションを確保した状態で、それぞれのアンテナを簡単な構成で、省スペースに配置することができる。したがって、アンテナ装置の小型化を実現することができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
この発明の第１の実施形態によるアンテナ装置は、例えば、ロケーションフリー（ソニー株式会社の登録商標、以下同様である）と称される、テレビジョン放送などのコンテンツを場所にとらわれないで視聴することを可能とする場所にとらわれない（プレースシフト機能を有する）視聴システムに適用可能なものである。プレースシフト視聴システムの最小の構成要素は、コンテンツ送信装置としてのベースステーションと、視聴するための映像および音声をユーザに提供する受信装置（ロケーションフリープレーヤ、クライアントとも称される）とである。

まず、図１を参照して、無線ＬＡＮを用いたコンテンツ送受信システムの構成について概略的に説明する。コンテンツ送信装置としてのベースステーション１には、テレビジョンンアンテナ２が接続され、テレビジョン放送例えばアナログテレビジョン放送が受信可能とされている。アナログテレビジョン放送に限らず、衛星ディジタル放送、地上ディジタル放送、ケーブルテレビジョン、インターネットテレビジョン等の放送コンテンツを受信するようにしても良い。

また、ベースステーション１には、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)プレーヤ、ＢＤ（Blu-ray Disc）プレーヤなどのディスクプレーヤ５が接続される。ディスクプレーヤ５は、ディスクに記録されている標準解像度（ＳＤ：Standard Definition）、または高解像度（ＨＤ：High Definitiion）映像を、外部からの制御コマンドによって、ベースステーション１に対して出力することが可能とされている。

ベースステーション１が送出する放送番組のチャンネルの切り替え、およびディスクプレーヤ５の動作が受信装置（ロケーションフリープレーヤまたはクライアント）によってリモートコントロール可能とされている。例えばベースステーション１に対して、ＡＶマウス４が接続され、受信装置によってディスクプレーヤ５の動作がリモートコントロール可能とされている。

ベースステーション１は、アンテナ装置６を有している。アンテナ装置６は、ＴＶボックス７のアンテナ装置１０と無線ＬＡＮを構築する。ベースステーション１が受信した放送コンテンツ、ディスクプレーヤ５の再生映像などを圧縮符号化したデータが、無線ＬＡＮを介してＴＶボックス７に送信される。データはパケットに分割されて送信される。無線ＬＡＮの方式は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇ／ａの３個の規格に対応して行われる。

アンテナ装置６およびアンテナ装置１０は、複数の指向性アンテナによってセクタアンテナを構成し、複数のアンテナのうち１つのアンテナを選択して使用することにより、希望する方向の指向性を得る。アンテナ装置６およびアンテナ装置１０の構成については後述する。

無線ＬＡＮに対してコンテンツ受信装置としてのＴＶボックス７が接続される。ＴＶボックス７は、無線ＬＡＮを介して受信した放送コンテンツのデータを復号してアナログビデオオーディオ信号として出力する。アナログビデオオーディオ信号がディスプレイ８例えばテレビジョン受像機のビデオ入力端末に供給され、ディスプレイ８によってベースステーション１から送信されてきたテレビジョン放送番組を視聴することができる。

また、ＴＶボックス７は、無線ＬＡＮを介して受信したディスクプレーヤ５の再生映像のデータを復号してディジタルビデオオーディオ信号として出力する。ディジタルビデオオーディオ信号がディスプレイ８の入力端末に供給され、ディスプレイ８によってベースステーション１から送信されてきたＨＤ映像などを視聴することができる。

ＴＶボックス７は、リモートコントロール用コマンダ９によってリモートコントロール可能とされている。

ディスプレイ８は、ベースステーション１からの放送を視聴することが可能である。さらに、ＴＶボックス７の機能と、ディスプレイ８と、コマンダ９とを使用してベースステーション１、並びにベースステーション１に接続されているディスクプレーヤ５などを設定するためのデータを形成したり、これらの機器をリモートコントロールすることができる。

このように、テレビアンテナ２およびディスクプレーヤ５をベースステーション１に接続することで、無線ＬＡＮを介して放送中のテレビジョン放送番組あるいはディスクプレーヤ５の再生映像を、家庭の中のどの部屋でも視聴することができる。なお、以下では、無線ＬＡＮシステムにおいて、ベースステーション１のように再生映像などのデータを送信する側を無線基地局と適宜称する。また、テレビボックス７のように再生映像などのデータを受信する側を無線端末と適宜称する。

図２を参照して、ベースステーション１に設けられるアンテナ装置６の構成例について説明する。図２は、アンテナ装置６の構成の一例を示す斜視図である。アンテナ装置６は主に、基板１１と、回路部１２と、第１のアンテナとしてのアンテナ６０ｂおよびアンテナ６０ｅと、第２のアンテナとしてのアンテナ６０ａおよびアンテナ６０ｆと、第３のアンテナとしてのアンテナ６０ｃおよびアンテナ６０ｄとにより構成される。以下、アンテナ６０ａ、アンテナ６０ｂ、アンテナ６０ｃ、アンテナ６０ｄ、アンテナ６０ｅ、アンテナ６０ｆのうち、特定のアンテナを示さないときはアンテナ６０と適宜称する。なお、このアンテナ装置は、基板１１の主面を鉛直方向に立てた状態で利用される。

基板１１は、例えばワイヤレスモジュールにより構成される。基板１１は例えば４層からなる多層基板であり、内側の２層は電源層およびグランド層として用いられ、表面の２層は各種部品の搭載および回路配線として用いられる。これらの層の間は接着剤などによって絶縁されており、例えば基板１１上に設けられるスルーホールにより、層間の回路の接続がなされている。

回路部１２は、例えば、基板１１の一主面上のほぼ中央部に設けられる。回路部１２には、複数のアンテナ６０のうち最適なアンテナを選択して無線通信を行うための各種回路などが含まれている。なお、回路部１２に含まれる具体的な回路構成については後述する。

アンテナ６０は、例えば基板の表面に形成された配線パターンによって構成される平面のプリントアンテナである。アンテナ６０は例えばダイポールアンテナで、２．４ＧＨｚ、および５ＧＨｚの無線信号に対応することができる。なお、第１の実施形態では、一例として６本のアンテナ６０を搭載する例について説明するが、アンテナ６０の数は特に限定されるものではない。

図２に示すように、基板１１の一主面上の両端部には、基板１１と平行に、第１のアンテナとしてのアンテナ６０ｂおよびアンテナ６０ｅがそれぞれ設けられる。アンテナ６０ｂおよびアンテナ６０ｅは、回路部１２を介してほぼ対照となる位置関係である。

アンテナ６０ａ、アンテナ６０ｃ、アンテナ６０ｄ、アンテナ６０ｆは、基板１１に対してほぼ直交して設けられる。第２のアンテナとしてのアンテナ６０ａおよびアンテナ６０ｆは、基板１１の一方の主面に設けられる。第３のアンテナとしてのアンテナ６０ｃおよびアンテナ６０ｄは、基板１１の他方の主面に設けられる。アンテナ６０ａとアンテナ６０ｃとは、基板１１の主面において回路部１２とアンテナ６０ｂとの間に配置され、アンテナ６０ｄとアンテナ６０ｆとは、基板１１の主面において回路部１２とアンテナ６０ｅとの間に配置される。

このように、第１のアンテナ（アンテナ６０ｂおよびアンテナ６０ｅ）に対して、第１のアンテナと隣接する第２のアンテナ（アンテナ６０ａおよびアンテナ６０ｆ）および第３のアンテナ（アンテナ６０ｃおよびアンテナ６０ｄ）を直交させる構成をとることで、省スペースに複数のアンテナを配置することが可能となり、アンテナ装置６の水平面（基板１１の主面を鉛直方向に立てたときの水平方向の面）を小さくすることができる。したがって、アンテナ装置６の小型化を実現できる。

これらのアンテナ６０は、互いに異なる指向性の方向を有する。なお、アンテナ６０の指向性の方向とは、無線基地局で放射される無線信号の放射方向および受信される無線信号の方向をいう。

また、それぞれのアンテナ６０は、互いに十分なアイソレーションを保つことができる。ここで、アンテナ６０ｂとアンテナ６０ａおよびアンテナ６０ｃとは互いに直交しているため、アンテナ６０間の距離が近くても十分なアイソレーションをとることが可能である。同様に、アンテナ６０ｅとアンテナ６０ｄおよびアンテナ６０ｆとは互いに直交しているため、アンテナ６０間の距離が近くても十分なアイソレーションをとることが可能である。

また、アンテナ６０ａとアンテナ６０ｃとは近接して設けられているが、基板１１を介しているため、基板１１の有するグランド層によって電磁波に対して遮蔽効果がもたらされ、十分なアイソレーションをとることができる。同様に、アンテナ６０ｄおよびアンテナ６０ｆも基板１１を介して設けられているため、十分なアイソレーションをとることができる。

アンテナ６０ａとアンテナ６０ｆとは、アンテナ６０間にある程度の距離を有することでアイソレーションをとることができる。同様に、アンテナ６０ｃとアンテナ６０ｄとは、アンテナ６０間にある程度の距離を有することでアイソレーションをとることができる。

アンテナ６０ａ、アンテナ６０ｃ、アンテナ６０ｄ、アンテナ６０ｆは、コネクタソケット１３およびピンヘッダ１５によって、基板１１に対してほぼ直交して設けられる。以下、図３乃至図５を参照して、アンテナ６０を基板１１に対して直交して設ける例について具体的に説明する。

図３は、基板１１とアンテナ６０ａとの接続部の一例を示す拡大図である。アンテナ６０ａは、基板１１上に実装されているコネクタソケット１３と、アンテナ６０ａ上に実装されているピンヘッダ１５との接続により、基板１１に対して直交した状態で保持されている。コネクタソケット１３とピンヘッダ１５とは、略直方体であるコネクタソケット１３においてピンヘッダ１５と対向する面に設けられている嵌合穴１４と、ピンヘッダ１５においてコネクタソケット１３と対向する面に設けられているピン１７（図３中では、嵌合穴１４の内部に位置するため図示されず）との嵌合によって接続されている。

図４Ａは、コネクタソケット１３の拡大図の一例を示す。コネクタソケット１３には、汎用的なものを用いることができる。図４Ａに示すように、コネクタソケット１３においてピンヘッダ１５と対向する面には、複数の嵌合穴１４が設けられている。この嵌合穴１４には、ピンヘッダ１５から突出されるピン１７が嵌合される。嵌合穴１４の数は、ピンヘッダ１５から突出されるピン１７の数以上であれば特に限定されるものではない。図４Ａでは、嵌合穴１４の数が１２個ある例を示している。ここでは、１２個の嵌合穴１４のうち、例えば嵌合穴１４ａ、嵌合穴１４ｂ、嵌合穴１４ｃ、嵌合穴１４ｄが使用される。

図４Ｂは、ピンヘッダ１５の拡大図の一例を示す。ピンヘッダ１５にも、コネクタソケット１３と同様に汎用的なものを用いることができる。ピンヘッダ１５の一面には、ピン１７ａ、ピン１７ｂ、ピン１７ｃ、ピン１７ｄ（以下、特定のピンを示さないときは、単にピン１７と適宜称する）が設けられる。ピン１７は、コネクタソケット１３の嵌合穴１４に嵌合される。

ピンヘッダ１５においてピン１７が設けられている面と隣接する一面には、ピン１６ａ、ピン１６ｂ、ピン１６ｃ、ピン１６ｄ（以下、特定のピンを示さないときは、単にピン１６と適宜称する）が設けられる。ピン１６は、アンテナ６０ａのスルーホールに嵌合してアンテナ６０ａと接続されるピンである。

ピン１６およびピン１７は、例えば、給電端子１本と、グランド接続端子２本と、補強用のピン１本とによって構成されている。ここで、アンテナ６０ａと接続されるピン１６は、通常、給電側端子１本とグランド側端子１本との計２本を有していればよいが、ピン１６の数が２本の場合、このピン１６をアンテナ６０のスルーホールに嵌合させて固定したときの強度が弱く、基板１１に対してアンテナ６０ａを直交させた状態で安定的に保持することが難しい。したがって、ピン１６およびピン１７の数は少なくとも３本以上であることが好ましい。

図５Ａは、ピンヘッダ１５を実装する前のアンテナ６０ａを示す。アンテナ６０ａには、スルーホール６１ａ、スルーホール６１ｂ、スルーホール６１ｃ、スルーホール６１ｄ（以下、特定のスルーホールを示さないときは、単にスルーホール６１と適宜称する）が設けられる。スルーホール６１の数は、ピンヘッダ１５に設けられているピン１６と対応し、ここでは４つのスルーホール６１が設けられている。また、スルーホール６１間の幅は、ピンヘッダ１５に設けられているピン１６間の幅に対応する幅である。

図５Ｂおよび図５Ｃは、ピンヘッダ１５を実装したときのアンテナ６０ａを示す。図５Ｂは、アンテナ６０ａをピンヘッダ１５の実装されている面の方向から見たときの概略図であり、図５Ｃは、アンテナ６０ａをピンヘッダ１５の実装されている面と対向する面の方向から見たときの概略図である。図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、スルーホール６１にピンヘッダ１５のピン１６を貫通させることにより、アンテナ６０ａとピンヘッダ１５とが接続される。スルーホール６１とピン１６との間には、はんだ付けがなされ、アンテナ６０ａとピンヘッダ１６とがより強固に接続される。このようにしてピンヘッダ１５の実装されたアンテナ６０ａは、ピンヘッダ１５とコネクタソケット１３の嵌合穴１４との嵌合によって、ピンヘッダ１５およびコネクタソケット１３を介して基板１１に接続される。

アンテナ６０ｃ、アンテナ６０ｄ、アンテナ６０ｆも、アンテナ６０ａと同様の方法で基板１１に接続される。

なお、アンテナ６０ｂおよびアンテナ６０ｅのように基板１１上にアンテナ６０ｂおよびアンテナ６０ｅが設けられ、アンテナ６０ｂおよびアンテナ６０ｅと給電線とが直接接続されている場合は、アンテナ６０の特性インピーダンス（例えば５０Ω）を考慮してマッチングが行われる。

一方、アンテナ６０ａ、アンテナ６０ｃ、アンテナ６０ｄ、およびアンテナ６０ｆのように、アンテナ６０ａと給電線とがコネクタソケット１３およびピンヘッダ１５を介して接続されている場合は、アンテナ６０の特性インピーダンス、コネクタソケット１３、およびピンヘッダ１５のそれぞれのインピーダンスを含めてマッチングが行われる。

このように、汎用されているコネクタソケット１３およびピンヘッダ１５を用いることにより、安価かつ容易にアンテナ６０ａを基板１１に対して直交して設けることができる。

図６は、無線基地局２１と無線端末２２との無線通信システムの構成を模式的に示す図である。図６に示すように、アンテナ６０ａはアンテナゲインパターン６１ａをその特性として有している、同様に、アンテナ６０ｂはアンテナゲインパターン６１ｂを有し、アンテナ６０ｃはアンテナゲインパターン６１ｃを有し、アンテナ６０ｄはアンテナゲインパターン６１ｄを有し、アンテナ６０ｅはアンテナゲインパターン６１ｅを有し、アンテナ６０ｆはアンテナゲインパターン６１ｆを有している。このように、アンテナ６０は互いに異なる方向のアンテナゲインパターンを有しているため、３６０°の方位をほぼ網羅する指向性を得られる。

無線基地局２１からデータが送信されるとき、セクタアンテナ方式により、複数のアンテナ６０のうち、無線状態の良好なアンテナ６０が選択される。また、無線端末２２からのデータを受信するときも、複数のアンテナ６０のうち、無線状態の良好なアンテナ６０が選択される。

図７は、第１の実施形態による無線基地局２１のアンテナ装置の全体的構成を示すブロック図である。無線基地局２１のアンテナ６０は、アンテナ切り替え回路３１によって切り替えられ、選択されたアンテナ６０で、送信回路部３３からアンテナ切り替え回路３１を介して供給された高周波信号を無線信号として送信する。また、無線端末２２からの無線信号を受信することによって得られた高周波信号が、選択されたアンテナ６０からアンテナ切り替え回路３１を介して受信回路部３４に供給される。

アンテナ切り替え回路３１は、制御部３２からのアンテナ切り替え信号に応じて、アンテナ６０のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り替える。

送信回路部３３には、制御部３２から送信信号が供給される。送信回路部３３は、高周波増幅回路、周波数変換回路等を有し、送信信号の高周波信号への変換および送信を行う。送信されたデータは、アンテナ切り替え回路３１を介して、送信アンテナとして選択されているアンテナ６０から送信される。

受信回路部３４には、アンテナ６０で受信された無線信号が供給される。受信回路部３４は、高周波増幅回路、周波数変換回路、ＡＧＣ回路等を有し、高周波信号の変換、受信などを行う。受信された信号は、制御部３２を介してインターフェース３６に供給される。

制御部３２は、例えば、演算処理を行うことが可能なデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：Digital signal processor）により構成される。制御部３２はダイバシティ制御により、無線端末２２と通信を行う際、アンテナ６０の指向性の方向を、無線端末２２との無線通信における通信品質が最良となる方向に設定する処理を行う。この処理では、例えばアンテナ６０のパケットエラーレートなどの情報に基づいてアンテナ切り替え信号の生成を行い、このアンテナ切り替え信号をアンテナ切り替え回路３１に供給することで指向性の方向の選択を行う。また、選択されたアンテナ６０で基準信号を送信する処理、および基準信号に対する応答信号を検出する処理がなされる。基準信号は、無線基地局２１と無線端末２２との間の通信品質を判別するために用いられる信号であり、例えば予め通信品質判別用に設定した信号や無線通信規格で既に規定されているネットワーク管理用の信号などを用いる。

また、制御部３２は、インターフェース３６から供給された送信データのフレーム化と、送信先や送信元を示すアドレス情報および種々の制御情報等からなるヘッダ情報の生成を行う。この生成されたヘッダ情報とフレーム化された送信データを用いて所定のフレームフォーマットの送信信号を生成して、送信回路部３３に供給する。

また、制御部３２は、受信回路部３４から受信信号が供給されたときに、ヘッダ情報を利用して自己宛のフレームの選択を行い、選択したフレームに含まれているデータ信号を、受信データとしてインターフェース３６に供給する。

制御部３２には、メモリ３５が接続されている。メモリ３５は、不揮発性のＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable ROM）により構成される。このメモリ３５には、制御部３２で行う制御動作を実行するためのプログラム、無線通信を行うための情報、および各アンテナの無線状態を示すパケットエラーレートなどの情報が記憶される。

次に、無線基地局２１における無線通信動作について説明する。無線基地局２１の動作が開始されると、制御部３２は例えばメモリ３５に保存されている各アンテナ６０のパケットエラーレートなどの情報に基づいて成功率の高いアンテナを選択し、アンテナ切り替え回路３１に対してアンテナ切り替え信号を供給する。アンテナ切り替え回路３１は、供給されたアンテナ切り替え信号に応じてアンテナ６０の切り替えを行う。選択されたアンテナ６０は、基準信号の送信を行う。

次に、制御部３２は、選択されているアンテナ６０で無線端末２２から基準信号に対する応答信号を受信したか否かを判断する。無線端末２２からの応答信号を受信した場合には、無線基地局２１と無線端末２２との１対１の対応付け（ペアリングと称される）がなされる。なお、ペアリングは、無線基地局１１と無線端末２１との間で、双方のＩＤ（識別情報）を交換することを意味する。識別情報としては、ＭＡＣ(Message Authentication Code)アドレス等のＩＤ、ＭＡＣアドレス等から生成されたアドレス等が使用される。無線端末２２からの応答信号を受信しない場合には、基準信号の送信を行ったアンテナとは異なる他のアンテナ６０を選択し、再度基準信号を送信してペアリングを行う。

続いて、ペアリングに成功したアンテナ６０で無線端末２２とのリンクを確立し、確立されたリンクによって無線基地局２１と無線端末２２との間で無線通信を行う。選択されているアンテナ６０の通信状態が悪くなった場合には、選択されているアンテナ６０とは異なる他のアンテナ６０に切り替えられて無線通信が行われる。

図２乃至図７を参照して無線基地局２１のアンテナ装置６の構成および動作について説明したが、無線端末２２のアンテナ装置１０も無線基地局２１と同様とすることができる。なお、無線端末２２では、複数のアンテナのうち、無線基地局２１からの無線信号のレベルの高いアンテナの選択がなされ、無線端末２２からの基準信号に対して応答信号の送信を行い、無線基地局２１とのリンクを確立する。無線端末２２は、確立されたリンクを用いて、無線基地局２１との無線通信を行い、選択されているアンテナの通信状態が悪くなった場合には、選択されているアンテナとは異なる他のアンテナへの切り替えが適宜行われる。

以上説明したように、第１の実施形態では、アンテナ６０ｂとアンテナ６０ａおよびアンテナ６０ｃとを直交して設け、アンテナ６０ｅとアンテナ６０ｄおよびアンテナ６０ｆとを直交して設けることにより、複数のアンテナ６０を省スペースに配置することができる。したがって、アンテナ装置６の小型化を実現できる。また、アンテナ装置６のサイズを大きくさせることなくアンテナ装置６の本数を増加させることも可能である。さらに、一般的なコネクタソケット１３およびピンヘッダ１５を用いて基板１１に対してほぼ直交してアンテナ６０を設けることができ、接続部の構成も複雑ではないため、安価にかつ容易にアンテナ６０と基板１１との接続を行うことができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、複数のアンテナを直交させて配置したアンテナ装置において、それぞれのアンテナのゲインパターンを合成することによって、アンテナゲインパターンのバリエーションを増やす例について説明する。なお、第２の実施形態によるアンテナ装置も、第１の実施形態と同様に無線基地局２１および無線端末２２において用いることができる。

図８を参照して、第２の実施形態によるアンテナ装置の構成について説明する。図８は、第２の実施形態によるアンテナ装置の構成を模式的に示す図である。図８は、基板１１の主面を鉛直に立てた状態のアンテナ装置を鉛直方向から見たときの概略図である。第２の実施形態では、４本のアンテナ７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ（以下、特定のアンテナを示さないときは、アンテナ７０と適宜称する）を備える例について説明する。

アンテナ７０ｂおよびアンテナ７０ｄは、基板１１上に平行に設けられる。アンテナ７０ｂは基板１１の主面上の一方の端部に設けられ、アンテナ７０ｄは基板１１の主面上の他方の端部に設けられる。

アンテナ７０ａは、基板１１の一方の主面に、基板１１に対してほぼ直交して設けられる。一方、アンテナ７０ｃは、基板１１の他方の主面に、基板１１に対してほぼ直交して設けられる。このように、隣接するアンテナ７０を直交させて配置することで、隣接するアンテナ７０間のアイソレーションを保ちつつ、アンテナ７０を省スペースに配置することができる。また、アンテナ７０ａとアンテナ７０ｃとは、第１の実施形態と同様に、基板１１を介しているため基板１１のグランド層によってアイソレーションが保たれている。なお、基板１１に対してアンテナ７０ａおよびアンテナ７０ｃを直交して接続する方法は、第１の実施形態と同様の方法で行うことができるので、説明を省略する。

図８に示すように、アンテナ７０ａはアンテナゲインパターン７１ａをその特性として有している。同様に、アンテナ７０ｂはアンテナゲインパターン７１ｂを有し、アンテナ７０ｃはアンテナゲインパターン７１ｃを有し、アンテナ７０ｄはアンテナゲインパターン７１ｄを有している。

第２の実施形態では、隣接するアンテナ７０のアンテナゲインパターン７１を合成することで、アンテナゲインパターン７１のバリエーションを増やすことができる。具体的には、アンテナ７０ａとアンテナ７０ｂとを合成することで、アンテナ７０ａから得られるアンテナゲインパターン７１ａおよびアンテナ７１ｂから得られるアンテナゲインパターン７１ｂとは異なる方向に、アンテナゲインパターン７１ｅを得ることができる。同様に、アンテナ７１ｂとアンテナ７１ｃとを合成することでアンテナゲインパターン７１ｆを得ることができ、アンテナ７１ｃとアンテナ７１ｄとを合成することでアンテナゲインパターン７１ｇを得ることができ、アンテナ７１ｄとアンテナ７１ａとを合成することでアンテナゲインパターン７１ｈを得ることができる。

このように第２の実施形態では、アンテナ４本分のアンテナゲインパターン７１に加えて、隣り合うアンテナ７０のアンテナゲインパターン７１を合成することにより、さらに４つのアンテナゲインパターン７１を得ることができる。したがって、アンテナ装置に８本のアンテナを搭載したい場合に、図８に示すようなアンテナ７０の配置およびアンテナゲインパターン７１の合成を行うこととで、実際に搭載するアンテナ７０の数を減らすことができ、アンテナ装置をより小型化にすることができる。

図９は、第２の実施形態による無線端末２２の全体的構成を示すブロック図である。無線端末２２のアンテナ７０は、可変位相器４１を介してアンテナ切り替え合成器４２によって切り替えられて、アンテナゲインパターン７１の合成がなされる。合成されたアンテナゲインパターン７１によって無線基地局２１からの高周波信号が受信され、可変位相器４１およびアンテナ切り替え合成器４２を介して受信回路部４５に供給される。また、送信回路部４５からアンテナ切り替え合成器４２を介して供給された高周波信号が無線信号として送信される。

可変位相器４１は、制御部４３から供給される可変位相器制御信号に応じて、選択されている２つの隣り合うアンテナ７０の位相を調整する。これにより、アンテナ７０のアンテナゲインパターン７１を合成して、隣接するアンテナ７０の間に新たなアンテナゲインパターン７１を得られる。

アンテナ切り替え合成器４２は、制御部４３からのアンテナ切り替え信号に応じて、アンテナ７０のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り替えてアンテナ７０の選択を行うと共に、選択されたアンテナ７０のアンテナゲインパターン７１の合成を行う。隣接するアンテナ７０の合成は、選択されているアンテナ７０に応じて予め設定されている合成パターンに基づいて行われる。

例えば、アンテナ切り替え合成器４２によってアンテナ７０ａが選択されている場合は、アンテナ７０ａのアンテナゲインパターン７１ａのみの合成がなされてアンテナゲインパターン７１ａを得られる。隣接するアンテナ７０ａおよびアンテナ７０ｂが選択されている場合は、アンテナ７０ａのアンテナゲインパターン７１ａおよびアンテナ７０ｂのアンテナゲインパターン７１ｂの合成がなされて、アンテナゲインパターン７１ｅを得られる。このように、隣接するアンテナ７０のアンテナゲインパターン７１の合成を行うことで、４つのアンテナ７０から８つのアンテナゲインパターンを得ることができる。

送信回路部４４には、制御部４３から送信信号が供給される。送信回路部４４は、高周波増幅回路、周波数変換回路等を有し、送信信号の高周波信号への変換および送信を行う。送信されたデータは、アンテナ切り替え合成器４２を介して、送信アンテナとして選択されているアンテナ７０から送信される。

受信回路部４５には、アンテナ７０で受信された無線信号が供給される。受信回路部４５は、高周波増幅回路、周波数変換回路、ＡＧＣ回路等を有し、高周波信号の変換、受信などを行う。受信された信号は、制御部４３を介してインターフェース４７に供給される。

制御部４３は、例えば、演算処理を行うことが可能なデジタルシグナルプロセッサにより構成される。制御部４３はダイバシティ制御により、無線基地局２１と通信を行う際に、アンテナ７０の指向性の方向を、無線基地局２１との無線通信における通信品質が最良となる方向に設定する処理を行う。例えば、アンテナ７０ａのアンテナゲインパターン７１ａが最適であると判断された場合、アンテナ７０ａを選択するためのアンテナ切り替え信号を生成し、このアンテナ切り替え信号をアンテナ切り替え合成器４２に供給することで指向性の方向の選択を行う。また、例えばアンテナ７０ａのアンテナゲインパターン７１ａと、アンテナ７０ｂのアンテナゲインパターン７１ｂとを合成したアンテナゲインパターン７１ｅが最適であると判断された場合、アンテナ７０ａとアンテナ７０ｂとを選択するためのアンテナ切り替え信号を生成してアンテナ切り替え合成器４２に供給すると共に、メモリ４６に保存されているアンテナ７０の位相器調整パターンに基づいて、合成の行われるアンテナ７０に対応する可変位相器制御信号を可変位相器４１に供給する。

また、制御部４３は、受信回路部４４から受信信号が供給されたときに、ヘッダ情報を利用して自己宛のフレームの選択を行い、選択したフレームに含まれているデータ信号を、受信データとしてインターフェース４７に供給する。

また、制御部４３は、インターフェース４７から供給された送信データのフレーム化と、送信先や送信元を示すアドレス情報および種々の制御情報等からなるヘッダ情報の生成を行う。この生成されたヘッダ情報とフレーム化された送信データを用いて所定のフレームフォーマットの送信信号を生成して、送信回路部４４に供給する。さらに、制御部４３は、無線基地局２１からの基準信号を受信したときの通信状態が良好であるとき、基準信号に対する応答信号を送信回路部４４に供給する。

制御部４３には、メモリ４６が接続されている。メモリ４６は、不揮発性のＥＥＰＲＯＭにより構成される。このメモリ４６には、制御部４３で行う制御動作を実行するためのプログラム、無線通信を行うための情報、および可変位相器制御信号のデータなどの情報が記憶される。可変位相器制御信号のデータには、隣接するアンテナ７０のアンテナゲインパターン７１の合成によって任意の方向のアンテナゲインパターン７１を得られるように、各アンテナ７０の合成時の位相調整パターンが予め登録されている。例えば、アンテナ７０ａのアンテナゲインパターン７１ａおよびアンテナ７０ｂのアンテナゲインパターン７１ｂの合成がなされる場合は、予め登録されているこれらのアンテナ７０の合成時の位相調整パターンが、可変位相器制御信号として利用される。

図１０を参照して、アンテナ切り替え合成器４２の構成について詳しく説明する。なお、図１０ではアンテナ７０で無線信号を受信したときの構成を示しているが、無線信号を送信するときも同様の構成とすることができる。

図１０に示すように、アンテナ切り替え合成器４２は、スイッチング部４２ａと加算器４２ｂとによって構成される。スイッチング部４２は、アンテナ７０のそれぞれと接続されるスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ４とを備える。これらのスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦは、制御部４３から供給されるアンテナ切り替え信号によって切り替えられる。例えば、アンテナ７０ａが選択されるときはＳＷ１のみがＯＮされる。同様に、アンテナ７０ｂが選択されるときはＳＷ２のみがＯＮされ、アンテナ７０ｃが選択されるときはＳＷ３のみがＯＮされ、アンテナ７０ｄが選択されるときはＳＷ４のみがＯＮされる。選択されたアンテナ７０で受信された受信信号は、加算器４２ｂを経由して受信回路部４５に供給される。

一方、隣接する２つのアンテナ７０が選択されるときは、隣接する２つのアンテナ７０に対応するスイッチＳＷがＯＮされる。例えば、アンテナ７０ａおよびアンテナ７０ｂが選択されるときは、ＳＷ１およびＳＷ２がＯＮされる。同様に、アンテナ７０ｂおよびアンテナ７０ｃが選択されるときは、ＳＷ２およびＳＷ３がＯＮされ、アンテナ７０ｃおよびアンテナ７０ｄが選択されるときは、ＳＷ３およびＳＷ４がＯＮされ、アンテナ７０ｄおよびアンテナ７０ａが選択されるときは、ＳＷ４およびＳＷ１がＯＮされる。選択されたアンテナ７０で受信された受信信号は、可変位相器４１によって位相の調整がなされた後、予め設定されている合成パターンに基づいて加算器４２ｂで加算され、受信回路部４５に供給される。

次に、無線端末２２における無線通信動作について説明する。無線端末２２の動作が開始されると、制御部４３は基準信号を受信したか否かを判別する。受信信号を受信した場合は、各アンテナ７０を用いて得られるアンテナゲインパターン７１のうち、基準信号を受信したときの通信品質が最良のアンテナゲインパターン７１の選択を行い、アンテナ切り替え合成器４２に対してアンテナ切り替え信号を供給する。なお、アンテナ７０の通信品質として、例えば受信電力やＳ／Ｎ、エラーレートなどの測定結果が利用される。

制御部４３は、隣接するアンテナ７０を合成したアンテナゲインパターン７１が最適であると判断した場合は、隣接する２つのアンテナ７０を選択するためのアンテナ切り替え信号をアンテナ切り替え合成器４２に対して供給すると共に、メモリ４６に保存されているアンテナ７０の位相器調整パターンに基づいて、合成の行われるアンテナ７０に対応する可変位相器制御信号を可変位相器４１に対して供給する。

次に、制御部４３は、選択されているアンテナ７０を用いて、無線基地局２１からの基準信号の受信に対して応答信号の送信を行い、無線基地局１１と無線端末２１とのペアリングがなされる。

続いて、ペアリングに成功したアンテナ７０で無線基地局２１とのリンクを確立し、確立されたリンクによって無線基地局２１と無線端末２２との間で無線通信を行う。選択されているアンテナ７０の通信状態が悪くなった場合には、選択されているアンテナ７０とは異なる他のアンテナ７０に切り替えられて無線通信が行われる。

隣接する２つのアンテナ７０が選択されている場合は、２つのアンテナ７０の位相が可変位相器４１によって可変される。アンテナ７０の位相は、制御部４３から供給される可変位相器制御信号に基づいて調整される。隣接するアンテナ７０で受信された無線信号は、アンテナ切り替え合成器４２において合成され、合成された信号が受信回路部４５に供給される。

なお、図９では無線端末２２の構成について説明したが、無線基地局２１も図９と同様の構成とすることができる。

第２の実施形態では、隣接するアンテナ７０の合成によって、アンテナ７０がそれぞれ有するアンテナゲインパターンとは異なる新たなアンテナゲインパターンを得ることができる。すなわち、アンテナの本数以上のアンテナゲインパターンを得られるので、アンテナ装置に実装するアンテナの本数を減らすことができるため、アンテナ装置をより小型化することができる。

以上、この発明の第１および第２の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、ロケーションフリー以外の無線ＬＡＮシステムにおいて、この発明の一実施形態によるダイバシティ制御を適用してもよい。

また、上述の第１および第２の実施形態における複数のアンテナの数は一例であって、アンテナ装置に設けられる複数のアンテナの数は特に限定されるものではない。

この発明の第１の実施形態によるアンテナ装置を適用可能な無線ＬＡＮシステムの全体的構成を示す概略図である。この発明の第１の実施形態による無線基地局のアンテナ装置の構成の一例を示す斜視図である。この発明の第１の実施形態によるアンテナ装置の基板とアンテナとの接続部の一例を示す拡大図である。この発明の第１の実施形態によるアンテナ装置に用いられるコネクタソケットおよびピンヘッダの拡大図である。この発明の第１の実施形態によるアンテナ装置の基板とピンヘッダとの接続を説明するための概略図である。この発明の第１の実施形態による無線基地局と無線端末との無線通信システムの構成を示す模式図である。この発明の第１の実施形態による無線基地局のアンテナ装置の全体的構成を示すブロック図である。この発明の第２の実施形態による無線基地局および無線端末のアンテナ装置の構成の一例を示す概略図である。この発明の第２の実施形態による無線端末の全体的構成を示すブロック図である。この発明の第２の実施形態による無線端末のアンテナ切り替え合成器の構成を示す概略図である。従来の複数のアンテナを有するアンテナ装置の構成の一例を示す平面図である。

符号の説明

１ベースステーション
２テレビジョンアンテナ
３録画部
５ディスクプレーヤ
６、１０アンテナ装置
７ＴＶボックス
８ディスプレイ
１１、１０１基板
１２、１０２回路部
１３コネクタソケット
１４嵌合穴
１５ピンヘッダ
１６、１７ピン
４１可変位相器
６０、７０、１０３アンテナ
６１、７１アンテナゲインパターン

Claims

内部にグランド層を有する多層の配線基板の一方の端部の近傍において、上記配線基板上に板面と平行に設けられた矩形の第１のアンテナと、
上記第１のアンテナの内側の位置で、上記配線基板の一方の面に、該配線基板に対してほぼ直交して設けられた矩形の第２のアンテナと、
上記配線基板の他方の面で、上記第２のアンテナの取付け位置にほぼ対応する位置に、上記配線基板に対してほぼ直交して設けられた矩形の第３のアンテナと、
矩形の配線基板の他方の端部の近傍において、上記配線基板上に板面と平行に設けられた矩形の第４のアンテナと、
上記第４のアンテナの内側の位置で、上記配線基板の一方の面に、該配線基板に対してほぼ直交して設けられた矩形の第５のアンテナと、
上記配線基板の他方の面で、上記第５のアンテナの取付け位置にほぼ対応する位置に、上記配線基板に対してほぼ直交して設けられた矩形の第６のアンテナと、
上記配線基板の上記一方の面および上記他方の面の少なくとも一方の面の、上記第２および第３のアンテナの取付け位置と上記第５および第６のアンテナの取付け位置との間の領域上に、取り付けられた回路部とを有し、
上記第１のアンテナの第１の指向性と、上記第１のアンテナのゲインパターンと、上記第２のアンテナのゲインパターンを合成することによって得た第２の指向性と、上記第１のアンテナのゲインパターンと、上記第３のアンテナのゲインパターンを合成することによって得た第３の指向性と、上記第４のアンテナの第４の指向性と、上記第４のアンテナのゲインパターンと、上記第５のアンテナのゲインパターンを合成することによって得た第５の指向性と、上記第４のアンテナのゲインパターンと、上記第６のアンテナのゲインパターンを合成することによって得た第６の指向性とを有するアンテナ装置。
上記配線基板にはコネクタソケットが取り付けられ、
上記第２のアンテナおよび上記第３のアンテナのそれぞれにはピンヘッダが取り付けられ、
上記第２のアンテナおよび上記第３のアンテナのそれぞれは、上記コネクタソケットと上記ピンヘッダとの嵌合によって、上記配線基板に対してほぼ直交して接続される
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
上記ピンヘッダは少なくとも３本以上のピンを有し、該３本以上のピンが上記コネクタソケットに嵌合される
ことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。