JP5102301B2 - 携帯無線通信装置 - Google Patents
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Description
この従来のMIMOアンテナ装置は、できるだけ大きな受信電力を得るために、前述のように、MIMOの同時通信チャンネル数より多くのアンテナ素子を備え、そのうちの受信信号強度の大きいアンテナ素子を選択してMIMO復調を行う構成を有している。しかし、携帯電話機のような1波長もしくはそれ以下のサイズの小型機器には、複数のアンテナ素子群を搭載する場合にはアンテナ間隔が近くなり、偏波の揃ったアンテナ間でアレーを構成することでMIMO通信を行うために、アンテナ間の相互結合による放射効率の劣化が問題になる。
この従来の携帯無線装置では、筺体導体の一部をアンテナとして用いることで小型化を図り、かつ、アンテナ単体もしくはスロットアンテナとの切り替えダイバーシチに適した構造を提案している。しかしながら、切り替えダイバーシチにおいても動作するアンテナが1つであり、アンテナ間の相互結合は問題にならないため、相互結合を低減させるアンテナ構成について考慮されていない。すなわち、同時に動作する複数のアンテナが必要となるMIMOアンテナやアダプティブアレーアンテナにおいて、特許文献2に記載の携帯無線装置をMIMOアンテナに用いることはできない。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る携帯無線通信装置の内部構成を示す正面図及び側面図である。図1において、第1の実施形態に係る携帯無線通信装置は、第1及び第2の給電部2及び3と、無線通信回路4と、第1及び第2の給電線路6及び5と、第1及び第2の導体部7及び8と、接地導体部9と、短絡導体部10とを備える。
図12は、図6の筺体アンテナ20と図9の1/4波長片端短絡パッチアンテナ30とを組み合わせて構成したアンテナアレーの試作例である。また、図13に、両アンテナのインピーダンス特性(入力VSWR)を示し、図14に、両アンテナの反射特性と相互結合特性(アンテナ間通過特性)を示す。
さらに、携帯無線通信装置のケースの一部が導電性材料で形成されていれば、この一部を第1の導体部7として用いることも可能である。
図18は、本発明の第2の実施形態に係る携帯無線通信装置の内部構成を透過して示す正面図である。この第2の実施形態に係る携帯無線通信装置は、上記第1の実施形態に係る携帯無線通信装置に、第2の給電部3aをさらに設けた構成である。
第2の実施形態の1/4波長片端短絡パッチアンテナ30には、短絡導体部として、第1の周波数に対する短絡導体部33aと第2の周波数に対する短絡導体部33bとが設けられる。第1の周波数で共振させる場合、短絡導体部33aが短絡となり、短絡導体部33bが開放となる。一方、第2の周波数で共振させる場合、短絡導体部33aが開放となり、短絡導体部33bが短絡となる。これにより、2つの直交する共振を実現することが可能になる。
図20の(a)は、インダクタ41とキャパシタ42とによる並列共振回路であり、共振周波数でインピーダンスが無限大となり開放状態になる。このときのスミスチャートを図21の(a)に示す。この例では、第2の周波数f2で共振が得られるように設計されている。このとき、第1の周波数f1では、低インピーダンスとなり短絡状態になる。一方、図21の(b)に示すように、第1の周波数f1で共振するようにインダクタ41及びキャパシタ42の大きさを定めると、第1の周波数f1で開放状態となり、第1の周波数f1よりも高い第2の周波数f2で低インピーダンスとなり短絡状態になる。
図23は、本発明の第3の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示す図である。図23において、第3の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置は、4本のアンテナ素子100a〜dと、アナログ/ディジタル変換回路(A/D変換回路)101と、アダプティブ制御回路102と、コントローラ103と、判定器109と、復調器107とを備える。この4本のアンテナ素子100a〜dのうちのいずれか2本には、上記第1の実施形態で説明した筐体アンテナ20及び1/4波長片端短絡パッチアンテナ30が用いられる。
アダプティブアンテナ装置は、所望の電波が到来してくる方向にアンテナの放射パターンを最大にし(すなわち、アンテナの放射パターンのうちの主ビームを所望波方向に実質的に向け)、妨害となる干渉波の方向に放射パターンにNULLを向けて(すなわち、アンテナの放射パターンのうちのNULLを実質的に干渉波方向に向けて)、安定した無線通信を実現するアダプティブ制御技術を用いている。通常、アダプティブアンテナ装置は、各アンテナ素子100a〜dで受信された無線信号(又は、無線信号から周波数変換された中間周波信号)に振幅差と位相差を与えることにより、最大の所望信号電力と最小の干渉信号電力とを得られるように制御する。
各アンテナ素子100a〜dで受信された無線信号は、A/D変換回路101においてディジタル信号x(t)(本実施例では4つの要素を持つ信号ベクトル)に変換され、コントローラ103に入力される。コントローラ103は、アダプティブ制御回路102から出力される無線信号y(t)が最も信号品位が良くなるような、アダプティブ制御回路102内の可変増幅器104a〜dの振幅量と、可変移相器105a〜dの移相量を決定する。
Wi=Ai×exp(j×φi) … (1)
ここで、jは虚数単位である。また、iは1〜4の値をとり、それぞれ、各アンテナ素子100a〜dで受信された無線信号を処理する系統に対応する。重み付け係数Wiを要素とする重み付け係数ベクトルWを定義して、以下に、重み付け係数Wiを求める方法について示す。
e(t)=r(t)−W(t)×x(t) … (2)
W(t,m+1)=W(t,m)+u×x(t)×e(t,m) … (3)
e(t,m)=r(t)−W(t,m)×x(t) … (4)
図24において、まず、コントローラ103は、A/D変換回路101から各アンテナ素子100a〜dの受信データを取得する(ステップS1)。次に、コントローラ103は、取得した受信データに基づいて、アダプティブ制御に要求される振幅量及び移相量を計算し(ステップS2)、この計算された振幅量と移相量に基づいて、アダプティブ制御回路102を制御する(ステップS3)。判定器109は、復調器107から出力される受信信号を復調する。コントローラ103は、判定器109で判定された信号品位、すなわち誤り率を取得する(ステップS4)。そして、コントローラ103は、取得した誤り率が所定のしきい値以上であるか否かを判断する(ステップS5)。
なお、図24において、ステップS5からステップS1に戻る場合や、ステップS7からステップS1に戻る際には、所定の時間だけ待機することが好ましい。
図25は、本発明の第4の実施形態に係る選択ダイバーシチアンテナ装置の構成を示す図である。図25において、第4の実施形態に係る選択ダイバーシチアンテナ装置は、2本のアンテナ素子201及び202と、2つの処理回路203及び204と、信号品位モニタ回路207と、選択回路208とを備えている。この2本のアンテナ素子201及び202には、上記第1の実施形態で説明した筐体アンテナ20及び1/4波長片端短絡パッチアンテナ30が用いられる。
図26は、本発明の第5の実施形態に係る合成ダイバーシチアンテナ装置の構成を示す図である。図26において、第5の実施形態に係る合成ダイバーシチアンテナ装置は、3本のアンテナ素子401a〜cと、可変増幅器402a〜cと、可変移相器403a〜cと、信号合成器406と、受信信号検波器404a〜cと、コントローラ405とを備えている。可変増幅器402a〜cは、正又は負の増幅度を有する増幅器であり、減衰器としても動作可能である。この3本のアンテナ素子401a〜cのうちのいずれか2本には、上記第1の実施形態で説明した筐体アンテナ20及び1/4波長片端短絡パッチアンテナ30が用いられる。
図27は、本発明の第6の実施形態に係るMIMOアンテナ装置の構成を示す図である。図27において、第6の実施形態に係るMIMOアンテナ装置は、3つの給電アンテナ素子501a〜cと、アナログ/ディジタル変換回路(A/D変換回路)502と、MIMO復調回路503と、信号レベル比較回路504と、コントローラ505と、無線送信回路506と、送信アンテナ素子507とを備えている。この3本の給電アンテナ素子501a〜cのうちのいずれか2本には、上記第1の実施形態で説明した筐体アンテナ20及び1/4波長片端短絡パッチアンテナ30が用いられる。
4 無線通信回路
5、6 給電線路
7、8 導体部
9 接地導体部
10、33a、33b 短絡導体部
20 筐体アンテナ
30 片端短絡パッチアンテナ
41 インダクタ
42 キャパシタ
43 スイッチ
100a〜d、201、202、401a〜c、501a〜c、507 アンテナ素子
101、502 A/D変換回路
102 アダプティブ制御回路
103、405、505 コントローラ
104a〜d、402a〜c 可変増幅器
105a〜d、403a〜c 可変移相器
106、406 信号合成器
107 復調器
109 判定器
203、204 処理回路
205、206 検波器
207 信号品位モニタ回路
208 選択回路
404a〜c 受信信号検波器
503 MIMO復調回路
504 信号レベル比較回路
506 無線送信回路
Claims (18)
- 複数のアンテナ素子を備える携帯無線通信装置であって、
第1の導体部と、
前記第1の導体部と所定の間隔で平行に配置された第2の導体部と、
前記第1の導体部と所定の距離だけ離れた接地導体部と、
前記接地導体部に最も近い位置にある前記第1の導体部の一端部と、当該一端部と対向する前記第2の導体部の一端部とを、電気的に接続する短絡導体部と、
前記第1の導体部上に実装された無線通信回路とを備え、
前記第1の導体部と前記接地導体部との間に設けられた第1の給電部を介して、前記接地導体部上の第1の給電点と前記無線通信回路とを接続することで、前記第1の導体部及び前記接地導体部を第1のアンテナ素子として動作させ、
前記第1の導体部と前記第2の導体部との間に設けられた第2の給電部を介して、前記第2の導体部上の第2の給電点と前記無線通信回路とを接続することで、前記第1の導体部、前記第2の導体部、及び前記短絡導体部を第2のアンテナ素子として動作させ、
前記短絡導体部が、前記第1の給電部と前記第2の給電部との間に設けられ、
前記第1の導体部が、前記第1の給電部と前記第2の給電部との共通グランドとなっていることを特徴とする、携帯無線通信装置。 - 前記第2の導体部における前記短絡導体部が接続される一端部から当該一端部と対向する開放端部までの前記第2の給電点を通る経路長と、前記第1の導体部と前記第2の導体部とを接続する前記短絡導体部の長さとの合計長を、通信信号波長の1/4の長さに設定し、前記第2のアンテナ素子を1/4波長片端短絡パッチアンテナとして動作させることを特徴とする、請求項1に記載の携帯無線通信装置。
- 導電性材料で形成されている前記携帯無線通信装置のケースの一部を、前記第1の導体部として用いていることを特徴とする、請求項1に記載の携帯無線通信装置。
- 前記無線通信回路が、前記第1の導体部上に実装されていることを特徴とする、請求項1に記載の携帯無線通信装置。
- 前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号にアダプティブ制御処理をそれぞれ実行し、アダプティブ制御された無線信号を合成するアダプティブ制御回路と、
前記合成された無線信号を復調すると共に、前記第1のアンテナ素子単体で受信された無線信号及び前記第2のアンテナ素子単体で受信された無線信号をそれぞれ復調する復調回路と、
前記合成された無線信号を復調して得られる信号品位と、前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号を復調して得られる各信号品位とを比較し、当該比較によって判断された最良の信号品位を有する無線信号を受信するように前記アダプティブ制御回路を制御する装置制御回路とをさらに備える、請求項1に記載の携帯無線通信装置。 - 前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号にアダプティブ制御処理を実行する第1の処理回路と、
前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号に選択ダイバーシチ処理を実行する第2の処理回路と、
前記第1の処理回路から出力される無線信号の信号品位と、前記第2の処理回路から出力される無線信号の信号品位とを比較し、良好な信号品位を有する信号を選択して出力する選択回路とをさらに備える、請求項1に記載の携帯無線通信装置。 - 前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号にアダプティブ制御処理をそれぞれ実行し、アダプティブ制御された無線信号を合成するアダプティブ制御回路と、
前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された各無線信号の位相及び振幅を検出し、無線信号を最大比合成するように前記アダプティブ制御回路を制御する装置制御回路とをさらに備える、請求項1に記載の携帯無線通信装置。 - 前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号にそれぞれMIMO復調処理を実行し、1つの復調信号を出力するMIMO復調回路をさらに備える、請求項1に記載の携帯無線通信装置。
- 複数のアンテナ素子を備える携帯無線通信装置であって、
第1の導体部と、
前記第1の導体部と所定の間隔で平行に配置された第2の導体部と、
前記第1の導体部と所定の距離だけ離れた接地導体部と、
前記接地導体部に最も近い位置にある前記第1の導体部の一端部と、当該一端部と対向する前記第2の導体部の一端部との間に設けられる、インダクタとキャパシタとが並列接続された第1の並列共振回路と、
前記第1の導体部の他の一端部と、当該他の一端部と対向する前記第2の導体部の他の一端部との間に設けられる、インダクタとキャパシタとが並列接続された第2の並列共振回路と、
前記第1の導体部上に実装された無線通信回路とを備え、
前記第1の並列共振回路は、前記第1の導体部と前記第2の導体部とを、第1周波数の信号に関しては電気的に接続し、かつ第2周波数の信号に関しては電気的に開放し、
前記第2の並列共振回路は、前記第1の導体部と前記第2の導体部とを、第1周波数の信号に関しては電気的に開放し、かつ第2周波数の信号に関しては電気的に接続し、
前記第1の導体部と前記接地導体部との間に設けられた第1の給電部を介して、前記接地導体部上の第1の給電点と前記無線通信回路とを接続することで、前記第1の導体部及び前記接地導体部を第1のアンテナ素子として動作させ、
前記第1の導体部と前記第2の導体部との間に設けられた第2の給電部を介して、前記第2の導体部上の第2の給電点と前記無線通信回路とを接続することで、前記第1の導体部、前記第2の導体部、及び前記第1及び第2の並列共振回路を第2のアンテナ素子として動作させ、
前記第1の並列共振回路が、前記第1の給電部と前記第2の給電部との間に設けられ、
前記第1の導体部が、前記第1の給電部と前記第2の給電部との共通グランドとなっていることを特徴とする、携帯無線通信装置。 - 前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号にアダプティブ制御処理をそれぞれ実行し、アダプティブ制御された無線信号を合成するアダプティブ制御回路と、
前記合成された無線信号を復調すると共に、前記第1のアンテナ素子単体で受信された無線信号及び前記第2のアンテナ素子単体で受信された無線信号をそれぞれ復調する復調回路と、
前記合成された無線信号を復調して得られる信号品位と、前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号を復調して得られる各信号品位とを比較し、当該比較によって判断された最良の信号品位を有する無線信号を受信するように前記アダプティブ制御回路を制御する装置制御回路とをさらに備える、請求項9に記載の携帯無線通信装置。 - 前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号にアダプティブ制御処理を実行する第1の処理回路と、
前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号に選択ダイバーシチ処理を実行する第2の処理回路と、
前記第1の処理回路から出力される無線信号の信号品位と、前記第2の処理回路から出力される無線信号の信号品位とを比較し、良好な信号品位を有する信号を選択して出力する選択回路とをさらに備える、請求項9に記載の携帯無線通信装置。 - 前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号にアダプティブ制御処理をそれぞれ実行し、アダプティブ制御された無線信号を合成するアダプティブ制御回路と、
前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された各無線信号の位相及び振幅を検出し、無線信号を最大比合成するように前記アダプティブ制御回路を制御する装置制御回路とをさらに備える、請求項9に記載の携帯無線通信装置。 - 前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号にそれぞれMIMO復調処理を実行し、1つの復調信号を出力するMIMO復調回路をさらに備える、請求項9に記載の携帯無線通信装置。
- 複数のアンテナ素子を備える携帯無線通信装置であって、
第1の導体部と、
前記第1の導体部と所定の間隔で平行に配置された第2の導体部と、
前記第1の導体部と所定の距離だけ離れた接地導体部と、
前記接地導体部に最も近い位置にある前記第1の導体部の一端部と、当該一端部と対向する前記第2の導体部の一端部との間に設けられる、第1のスイッチ回路と、
前記第1の導体部の他の一端部と、当該他の一端部と対向する前記第2の導体部の他の一端部との間に設けられる、第2のスイッチ回路と、
前記第1の導体部上に実装された無線通信回路と、
第1周波数の信号を受信する際には、前記第1のスイッチ回路を短絡かつ前記第2のスイッチ回路を開放し、第2周波数の信号を受信する際には、前記第1のスイッチ回路を開放かつ前記第2のスイッチ回路を短絡する制御部とを備え、
前記第1の導体部と前記接地導体部との間に設けられた第1の給電部を介して、前記接地導体部上の第1の給電点と前記無線通信回路とを接続することで、前記第1の導体部及び前記接地導体部を第1のアンテナ素子として動作させ、
前記第1の導体部と前記第2の導体部との間に設けられた第2の給電部を介して、前記第2の導体部上の第2の給電点と前記無線通信回路とを接続することで、前記第1の導体部、前記第2の導体部、及び前記第1及び第2のスイッチ回路を第2のアンテナ素子として動作させ、
前記第1のスイッチ回路が、前記第1の給電部と前記第2の給電部との間に設けられ、
前記第1の導体部が、前記第1の給電部と前記第2の給電部との共通グランドとなっていることを特徴とする、携帯無線通信装置。 - 前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号にアダプティブ制御処理をそれぞれ実行し、アダプティブ制御された無線信号を合成するアダプティブ制御回路と、
前記合成された無線信号を復調すると共に、前記第1のアンテナ素子単体で受信された無線信号及び前記第2のアンテナ素子単体で受信された無線信号をそれぞれ復調する復調回路と、
前記合成された無線信号を復調して得られる信号品位と、前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号を復調して得られる各信号品位とを比較し、当該比較によって判断された最良の信号品位を有する無線信号を受信するように前記アダプティブ制御回路を制御する装置制御回路とをさらに備える、請求項14に記載の携帯無線通信装置。 - 前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号にアダプティブ制御処理を実行する第1の処理回路と、
前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号に選択ダイバーシチ処理を実行する第2の処理回路と、
前記第1の処理回路から出力される無線信号の信号品位と、前記第2の処理回路から出力される無線信号の信号品位とを比較し、良好な信号品位を有する信号を選択して出力する選択回路とをさらに備える、請求項14に記載の携帯無線通信装置。 - 前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号にアダプティブ制御処理をそれぞれ実行し、アダプティブ制御された無線信号を合成するアダプティブ制御回路と、
前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された各無線信号の位相及び振幅を検出し、無線信号を最大比合成するように前記アダプティブ制御回路を制御する装置制御回路とをさらに備える、請求項14に記載の携帯無線通信装置。 - 前記第1及び第2のアンテナ素子で受信された無線信号にそれぞれMIMO復調処理を実行し、1つの復調信号を出力するMIMO復調回路をさらに備える、請求項14に記載の携帯無線通信装置。
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