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JP2002280942A - 可変指向性アンテナを備えた情報端末装置 - Google Patents

可変指向性アンテナを備えた情報端末装置

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Publication number
JP2002280942A
JP2002280942A JP2001074835A JP2001074835A JP2002280942A JP 2002280942 A JP2002280942 A JP 2002280942A JP 2001074835 A JP2001074835 A JP 2001074835A JP 2001074835 A JP2001074835 A JP 2001074835A JP 2002280942 A JP2002280942 A JP 2002280942A
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JP
Japan
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variable
directivity
information terminal
directional antenna
terminal device
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001074835A
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English (en)
Inventor
Masaki Ichihara
正貴 市原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Priority to US10/095,024 priority patent/US6915120B2/en
Priority to GB0206050A priority patent/GB2379332B/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変指向性アンテナを備えた情報端末装置お
けるアンテナ指向性制御を、比較的簡単な構成で実現す
る。 【解決手段】 情報端末装置3は、送受信機231と処理装
置232を含み、可変指向性アンテナ1は、送受信機231か
ら直接高周波信号を給電される主アンテナ201と複数の
補助アンテナ202〜207を有している。各補助アンテナ20
2〜207にはそれぞれ反射波の移相量を決定する可変移相
回路212〜217が接続され、制御回路220は、情報端末装
置3のＣＰＵ232から指向性データ229を受け取り、その
データを分析して可変移相回路212〜217の移相量を制御
する。これにより、主アンテナ201と補助アンテナ202〜
207から放射、または二次放射される電波が、ある特定
の方向で波面が合うように各補助アンテナの移相量が調
整され、その方向に指向性を持つよう可変指向性アンテ
ナ１が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＷ−ＣＤＭ
Ａや無線ＬＡＮなどの無線通信を用いて基地局と情報端
末装置とのデータ通信を行うシステムにおいて、パーソ
ナルコンピュータやＰＤＡ、携帯電話機などの情報端末
側に設置する可変指向性アンテナの制御方法、及び可変
指向性アンテナの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】移動通信の端末においては、通信相手で
ある基地局の方向は不定であり、端末の設置方法や移動
によって変わるので、アンテナは出来る限り無指向性が
良いとされている。例えば、携帯電話では、モノポール
アンテナや、ヘリカルアンテナ、逆Ｆ型内蔵アンテナ等
が使われている。
【０００３】これらはあくまで、小型化、高能率（ロス
が少ない）、ダイバーシティ効果などを考えたものであ
り、高利得の指向性を目的としたものではない。また、
外付けアンテナで、車のボディに取り付けるものも有る
が、これらもアンテナ効率を向上させるのが目的であ
り、指向性に関しては平面内で最大限無指向性になるよ
うな設計となっている。
【０００４】しかしながら最近になって、Ｗ−ＣＤＭＡ
でＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）
方式の導入が検討されている。これは、ＣＤＭＡ（Code
Division Multiple Access）のデータ伝送をパケット
方式で行うものである。この方式では、ＣＤＭＡ特有の
遠近問題を解決する方法として、パワーコントロールよ
りもむしろ、拡散率や変調方法を変える方法がとられ
る。
【０００５】すなわち、伝播損失が少ない（通常は近く
にいるユーザー）通信路に対しては、少ない拡散率や高
速変調方式を割り当て、高速のデータ伝送を行う。これ
に対して、伝播損失が多い（通常は遠くにいるユーザ
ー）通信路に対しては、大きな拡散率でしかも低速な変
調方式を割り当ててデータ伝送速度を下げる。
【０００６】このような操作を行う理由は、拡散率の小
さい高速データ伝送では、多くのＣＤＭＡチャンネルを
浪費することになるので、送信電波の強度を上げるとそ
れだけ他の多くのユーザーへの干渉を引き起こすからで
ある。それゆえ，高速データ伝送は基地局近傍の限られ
たユーザー（すなわち伝播損失が少ないユーザー）のみ
を対象とし、遠方のユーザー（すなわち伝播損失が多い
ユーザー）には低速データ通信を割り当てるのである。
【０００７】このような方式が導入された場合、当然の
帰結として、伝播損失が少ないユーザーほど高速データ
伝送が可能になるので、伝播損失を少しでも少なくした
ほうが有利ということになる。従って，高速データ伝送
を希望するユーザーは、 １）できるだけ、基地局の近くで、基地局を直視できる
場所で通信を行う。 ２）高利得の指向性アンテナを使う。 の２種類の方策をとる必要がある。
【０００８】この内、１）は移動通信の本来のメリット
である「出来る限り、どこでも通信が出来る。」という
メリットを損なう。故に、２）の方法をとるのが最も現
実的である。
【０００９】以上述べたように、新しく導入が予定され
ているＨＳＤＰＡなどの通信方式では、高利得の指向性
アンテナを用いたほうが有利であるため、このようなア
ンテナに対するニーズが高まるものと予想される。
【００１０】一方、指向性の切り替えが可能な移動通信
用の小型アンテナとして、４方向に指向性を切替可能と
する携帯端末用セクタアンテナが、「２０００年電子情
報通信学会総合大会講演論文集、B-1-74及びB-1-75」
（以下、文献１）において提案されている。
【００１１】この携帯端末用セクタアンテナは、円形地
板中央に放射器、その周囲に対称になるように４本の無
給電素子と切換回路を配置したセクタアンテナを用い、
放射方向の無給電素子のみを導波器とし、残りの３素子
を反射器とすることにより４方向に指向性を切り替え可
能とするものである。
【００１２】また、無給電素子を導波器または反射器に
切り替える手段として、電気長を等価的に伸張して反射
器として動作させるためのインダクタと、インダクタ有
無を切り替えるためのＰＩＮダイオードあるいはＦＥＴ
等からなるスイッチング回路が用いられている。
【００１３】文献１記載の携帯端末用セクタアンテナに
よれば、４方向に指向性を切替可能なアンテナを実現す
ることができるが、このように無給電素子を単に導波器
または反射器に切り替える方式では、４方向以上の多方
向への指向性の切り替えを実現することは困難であり、
また指向特性も比較的広指向性であって十分な利得が得
られないという問題がある。
【００１４】従って、より多方向に切替可能な高利得指
向性アンテナが必要となるが、このようなアンテナの１
例として、“Design of Electronically Steerable Pas
siveArray Radiator（ESPAR）Antennas” 2000 IEEE，A
P-S International Symposium，PP.922-925，July 200
0．（以下、文献２）あるいは、特開２００１−２４４
３１号公報（以下、文献３）に記載されているアンテナ
を用いることが考えられる。
【００１５】上記文献２〜３記載のアンテナも、唯一給
電されている主アンテナ素子を中心とする円上に、複数
の補助アンテナ素子を対照的に設けたものである。電波
は主アンテナから放射され、補助アンテナはその電波を
各自適切な移相を施して反射する。電波の波面がある特
定の方向で揃うように、補助アンテナの移相量を調整し
てやれば、任意の方向に利得８ｄＢｉ（例えば７素子の
場合）以上の指向性を持たせることが可能である。
【００１６】移相量を決める可変移相回路はバラクタダ
イオードなどの可変リアクタンス素子を用いて作ること
が出来る。上記文献によれば、指向性は連続的に変える
事が可能であり、特定の指向性を与える各可変リアクタ
ンスの値を決定する方法も確立されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】このようなアンテナを
用いれば、高利得可変指向性アンテナを実現できるが、
問題は、各補助アンテナをどのようにして制御するかに
ある。可変リアクタンスの値は確かにある種のアルゴリ
ズムを用いれば計算できるのであるが、これを情報端末
装置の中のＣＰＵが直接計算し、各可変移相回路に供給
するのでは、アンテナと情報端末間の信号伝送が複雑に
なり、価格、大きさ、消費電力に悪影響を及ぼすものと
予想される。
【００１８】また、このような可変指向性アンテナは、
オプション機器として、情報端末装置の外部に取り付け
る場合が主流になると考えられる。従って、アンテナと
情報端末装置間の接続は極力簡素なものが要求される。
例えば、同軸ケーブル１本だけの接続である。このよう
な要求を満足するためには、より簡略化された指向性制
御方法とインターフェイスが必要になる。
【００１９】本発明の目的は、これら問題点に鑑み、可
変指向性アンテナを備えた情報端末装置おいて、比較的
簡単な構成で可変指向性アンテナの指向性制御が可能な
手段を提供することにある。
【００２０】本発明の他の目的は、情報端末が移動中で
基地局の位置が絶えず変化する状況においても常に最適
なアンテナ指向性を確保して通信を行うことが可能な可
変指向性アンテナの指向性制御方法を提供することにあ
る。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明の可変指向性アン
テナを備えた携帯情報端末装置は、まず基本的な構成と
して、可変指向性アンテナ本体に指向性制御を行う制御
回路を内蔵しており、携帯可能な情報端末装置は、無線
の送信と受信を行う送受信回路と、指向性アンテナの指
向性を決定する処理回路を保有し、可変指向性アンテナ
本体と情報端末装置がケーブルで接続されており、処理
回路の指示する指向性データを、ケーブルを介して制御
回路に伝達し、制御回路はその指向性データに基づいて
アンテナの指向性を制御することを特徴としている。
【００２２】本発明の可変指向性アンテナは、有限個の
指向性を設定可能に構成され、その指向性を選択するた
めの特定の期間があって、その期間においては、処理回
路は、可変指向性アンテナがとり得る全指向性を順次、
制御回路に指示して指向性スキャンを行い、各指向性で
の受信信号品質を送受信回路で測定し、その測定結果に
応じて、最も受信状態の良い最適指向性を選択し、特定
の期間以外はその最適指向性で通信を行うことを特徴と
している。ここでいう「受信信号品質」とは、単純な受
信電界強度や、妨害波の影響も考慮したＳＩＲ（信号対
妨害波比：Signal to Interference Ratio）等である。
ＣＤＭＡ方式の場合は、同一周波数チャンネルに他の基
地局からの信号も混入しているため、その影響で受信品
質が劣化する場合が多い。従って、ＣＤＭＡでは、ＳＩ
Ｒを使うほうが好ましい。
【００２３】また本発明は、特に、情報端末装置が無線
パケット通信方式を採用している場合を想定しており、
その場合は、前記特定の期間が、情報端末装置がパケッ
トの送信も受信も行っていない期間に含まれており、か
つパケットの送信または受信を行っている間は、可変指
向性アンテナの指向性を最適指向性に固定すること、及
び、前記特定の期間は、可変指向性アンテナのとり得る
全ての指向性を設定し、かつ、その受信信号品質を測定
し、最適指向性を判断してその指向性に固定するのに必
要かつ十分な所定の継続時間を有しており、情報通信端
末がパケットを送信または受信する直前に配置されてい
ることを特徴としている。
【００２４】また、本発明における可変指向性アンテナ
は、送受信回路から給電され直接電波を放射する単一の
主アンテナと、主アンテナから放射された電波を反射
し、２次的な電波を所定の移相を行って放射する複数の
補助アンテナを保有しており、その複数の補助アンテナ
の移相量を制御することによって指向性を変えることを
特徴とし、前記複数の補助アンテナの反射波を移相させ
るために、各補助アンテナにつながる可変移相回路を保
有していることを特徴としている。
【００２５】可変指向性アンテナで用いる可変移相回路
としては、バラクタダイオードを用いた可変リアクタン
ス素子を用いて構成することができ、このバラクタダイ
オードに印加する電圧によってリアクタンスを変化させ
て、各補助アンテナにおける反射波の移相量を変えるこ
とにより、指向性を所望の方向に設定する。
【００２６】この可変移相回路を制御する制御回路は、
情報端末装置の処理回路から送られてきた指向性データ
に基づいて、各可変移相回路内のバラクタダイオードに
供給する印加電圧を発生させるものである。
【００２７】この場合の制御回路の構成としては、メモ
リと、各可変移相回路に対応した複数のＤ／Ａ変換器を
備えており、処理回路から送られた指向性データをアド
レスとして、メモリから印加電圧データを読み出し、印
加電圧データをＤ／Ａ変換器で印加電圧に変換し対応す
る可変移相回路に供給する構成であることを特徴として
いる。
【００２８】また、可変移相回路の異なる実現方法とし
て、伝送線路で構成された単数または複数のストリップ
線、オープンスタブ、ショートスタブを、それぞれスイ
ッチング手段で補助アンテナに接続または、切断、ある
いはショートすることによって、有限種類の離散的移相
量を実現する構成とすることもできる。
【００２９】その場合、スイッチング手段として、Ｇａ
Ａｓ ＦＥＴ、またはＰＩＮダイオード等適宜のスイッ
チング素子を使用することができる。また、制御回路
は、処理回路から送られてきた指向性データに応じて、
各可変移相回路の各スイッチング手段を駆動する駆動信
号を発生させる論理回路によって構成するのが好適であ
る。
【００３０】また、可変指向性アンテナ本体と情報端末
装置間は、１本の同軸ケーブルのみで接続し、送受信を
行う高周波信号と、可変指向性アンテナへの指向性デー
タ、及び制御回路への供給電源が、この同軸ケーブルで
多重されて伝送することを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の基本的構成を示
す接続概念図である。図中の可変指向性アンテナ（１）
は、コネクタ（４）、ケーブル（２）、コネクタ（５）
を介して情報端末装置（３）に接続されている。情報端
末装置（３）はパーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、携帯
電話などである。
【００３２】図２は、本発明の機能的ブロック図であ
る。情報端末装置（３）は、高周波信号を送受信する送
受信機（２３１）と、ＣＰＵなどの処理装置（２３２）
を含んでいる。可変指向性アンテナ（１）は、送受信機
（２３１）から直接高周波（ＲＦ）信号を給電される主
アンテナ（２０１）と、主アンテナ（２０１）から放射
されたの電波に対して、それぞれ位相をずらした（すな
わち、移相した）反射波を二次的に放射する複数の補助
アンテナ（２０２〜２０７）から構成されている。
【００３３】各補助アンテナ（２０２〜２０７）にはそ
れぞれ反射波の移相量を決定する可変移相回路（２１２
〜２１７）が接続されており、各可変移相回路（２１２
〜２１７）はさらに、制御回路（２２０）で移相量を制
御されている。その制御は、対応する制御信号（２２２
〜２２７）を介して行われる。制御信号（２２２〜２２
７）は、各々、アナログ電圧の場合もあるし、複数ビッ
トのロジック信号であることも可能である。
【００３４】制御回路（２２０）は、情報端末装置
（３）のＣＰＵ（２３２）から、送受信機（２３１）、
コネクタ（５）、ケーブル（２）、コネクタ（４）を介
して、指向性データ（２２９）を受け取る。そのデータ
を分析して、対応する制御信号（２２２〜２２７）を発
生し、可変移相回路（２１２〜２１７）の移相量を制御
する。
【００３５】これによって、主アンテナ（２０１）と補
助アンテナ（２０２〜２０７）から放射、または二次放
射される電波が、ある特定の方向で波面が合うように各
補助アンテナの移相量が調整され、その方向に指向性を
持つよう可変指向性アンテナ（１）が制御される。
【００３６】本発明では、補助アンテナ（２０２〜２０
７）が主アンテナ（２０１）を中心に、半径がλ／４で
ある円周上に等間隔に並んだ円盤状アンテナを考える。
λは扱う電波の波長である。特に、補助アンテナの数が
６本の場合、隣り合う補助アンテナ、主アンテナの間隔
は全てλ／４に等しく、正六角形の形状になる。可変指
向性アンテナ本体（１）は、主アンテナ（２０１）、補
助アンテナ（２０２〜２０７）以外の部分は金属で出来
たグランド面になっており、主アンテナ（２０１）を中
心とした半径はλ／２程度になるように作られている。
【００３７】以上のアンテナの形状は、上記文献２、
“Design of Electronically Steerable Passive Array
Radiator（ESPAR）Antennas”2000 IEEE，AP-S Intern
ational Symposium，PP.922-925，July 2000で述べられ
ている、ＥＳＰＡＲ（Electronically Steerable Passi
ve Array Radiator）アンテナに相当するものである。
【００３８】図３〜図５に、指向性の与え方の一例を示
す。図３では、横軸の右方向に最大指向性があるパター
ン（３０２）になるように、補助アンテナ（２０２〜２
０７）の反射波移相量を決定している。この場合、補助
アンテナ（２０５）と（２０６）、（２０４）と（２０
７）、（２０３）と（２０２）は、パターンに対して全
く上下対称であるから、それぞれ移相量は等しい。
【００３９】従って， １） 補助アンテナ（２０５）と（２０６）の移相量
φ１ ２） 補助アンテナ（２０４）と（２０７）の移相量
φ２ 補助アンテナ（２０３）と（２０８）の移相量 φ３の
３通りの移相量があれば、第３図のパターンが生成でき
ることが分かる。
【００４０】図４では、指向性はそのままに、アンテナ
全体（１）を反時計方向に３０度回転した場合に相当す
る。この場合は、補助アンテナ（２０４）と（２０
６）、（２０３）と（２０７）が上下対称の位置にあ
る。
【００４１】従って， ４） 補助アンテナ（２０５）の移相量 φ４ ５） 補助アンテナ（２０４）と（２０６）の移相量
φ５ ６） 補助アンテナ（２０３）と（２０７）の移相量
φ６ ７） 補助アンテナ（２０２）の移相量 φ７ の４通りの移相量があれば、図４のパターンが生成でき
ることが分かる。
【００４２】結局、図３と図４の場合をあわせて７通り
の移相量φ１〜φ７が各可変移相回路（２１２〜２１
７）で独立に設定できれば、図５に示すように、補助ア
ンテナ数７の可変指向性アンテナ（１）の場合、１２通
りの指向性パターン（３０１〜３１２）を実現できるこ
とが分かる。
【００４３】可変移相回路の構成方法としてまず考えら
れるのは、可変リアクタンス素子を用いる方法である。
可変リアクタンス素子として代表的なものにバラクタダ
イオードがある。このダイオードは、アノードとカソー
ド間に印加される逆バイアス電圧に応じて、キャパシタ
ンスが変わるダイオードである。
【００４４】これを用いて構成した可変移相回路の例を
図６に示す。図６のようなバラクタダイオード（６２
７）を用いた可変移相回路の場合、制御信号は、バラク
タダイオード（６２７）に、チョークコイル（６１７）
を介して印加されるアナログ直流電圧になる。
【００４５】図７は、図６の可変移相回路を用いた場合
の指向性制御方法を示すブロック図である。アンテナ１
にが内蔵されている制御回路（２２０）は、各可変移相
回路（２１２〜２１７）に対応したＤ／Ａ変換器（６０
２〜６０７）を持つ。また、各可変移相回路に供給する
印加電圧に対応する電圧データを記憶するメモリ（６０
１）を持っている。
【００４６】情報端末装置（３）から送られて来る指向
性データ（２２９）は、例えば図５の１２通りの指向性
パターン（３０１〜３１２）のどれを選ぶか程度の簡単
なものである。１２通りの場合では、高々４ビット程度
の信号で表現できるので、情報通信端末側の構成、機能
は大幅に簡略化できる。
【００４７】この指向性データ（２２９）を受信して、
例えばメモリ（６０１）のアドレスとして使用し、メモ
リ（６０１）から、各補助アンテナ（２０２〜２０７）
に対応する印加電圧データを読み出す。読み出した印加
電圧データはＤ／Ａ変換器（６０２〜６０７）で各可変
移相回路（２１２〜２１７）の移相量を決定する印加電
圧に変換される。
【００４８】このようにして、情報通信端末装置（３）
のＣＰＵ（２３２）から指示される指向性データ（２２
９）に基づいて、可変指向性アンテナ（１）の指向性パ
ターンが形成される。
【００４９】図８は、本発明における可変指向性アンテ
ナで用いることができる可変移相回路の他の実施形態を
示している。
【００５０】図６、図７に示す可変移相回路では、制御
電圧によりリアクタンスが連続的に変化するバラクタダ
イオードを用いて、φ１、φ２、φ３、φ４、φ５、φ
６、φ７の７通りの移相量を設定しているが、バラクタ
ダイオード（６２７）の特性は、部品ごとのバラツキが
大きく、また、温度によってキャパシタンスが大きく変
わるので、上記７通りの移相量を正確に設定することは
困難であり、また、制御も複雑となる。
【００５１】図５に示すような６本の補助アンテナ（２
０２〜２０７）を有する可変指向性アンテナ（１）で
は、φ１、φ２、φ３、φ４、φ５、φ６、φ７の７通
りの移相量を設定できれば、１２種類の指向性パターン
（３０１〜３１２）を全て実現できるので、移相量が連
続的に変化する可変移相器を用いる必要はなく、上記７
通りの移相量を離散的に設定できれば十分である。
【００５２】そこで図８に示す実施形態では、可変移相
回路（７０２）を、ストリップ線路（７０３）、ショー
トスタブ（７０４〜７０６）、オープンスタブ（７０８
〜７０９）と、スイッチング素子として機能するガリウ
ム砒素のＦＥＴ（７１４〜７１９）と、ＦＥＴ（７１４
〜７１９）をオン・オフ制御するデコーダ（７２０）に
よって構成する。
【００５３】ショートスタブ（７０４〜７０６）とオー
プンスタブ（７０８〜７０９）は、ＦＥＴ（７１４〜７
１９）を介してストリップ線路（７０３）の異なる位置
にそれぞれ接続されており、ＦＥＴ（７１４〜７１９）
全てオフまたはいずれか一つをオンとすることにより７
通りの移相量φ１、φ２、φ３、φ４、φ５、φ６、φ
７が設定可能となっている。
【００５４】本実施形態では、指向性データは１２通り
の指向性パターンを表す信号であるため、高々４ビット
のディジタル信号で表すことができるので、各補助アン
テナの可変移相回路（７０２）内のデコーダ（７２０）
には、１２通りの指向性パターンの一つを表す４ビット
の指向性データ（７２１）が入力される。
【００５５】デコーダ（７２０）は、４ビットの指向性
データ（７２１）をデコードすることにより処理回路に
おいて決定されたアンテナ指向性パターンを判定する。
そして、該判定結果に基づいて自分の対応する可変移相
回路（７０２）にセットすべき移相量を７種類の移相量
φ１、φ２、φ３、φ４、φ５、φ６、φ７、から選択
し、その移相量を実現するように、ＦＥＴ（７１４〜７
１９）のオン，オフを制御する。スタブ（７０４〜７０
９）の内どのスタブがストリップ線（７０３）につなが
るか、あるいはつながらないかで、７通りの移相量のい
ずれかを実現することが出来る。
【００５６】図８では、説明を簡単にするため、制御回
路（２２０）に相当するデコーダ（７２０）を各可変移
相回路（７０２）内にそれぞれ内蔵した構成としている
が、各補助アンテナ用のデコーダを、可変移相回路（７
０２）の近傍の一カ所に集中して配置することもでき
る。
【００５７】図９は、本発明における可変指向性アンテ
ナで用いることができる可変移相回路の更に他の実施形
態を示している。本実施形態では、補助アンテナ（７０
１）に接続されたストリップ線（７０３）のどの位置で
ショートを行うかを、スイッチング用ＦＥＴ（７１４〜
７１９）のオン・オフで切り替えることにより、７通り
の移相量φ１、φ２、φ３、φ４、φ５、φ６、φ７を
実現している。
【００５８】この他にも、図１５に示すように、補助ア
ンテナ（７０１）に接続されたストリップ線（７０３）
に複数のスタブ（７０４〜７０９）を接続し、各スタブ
（７０４〜７０９）の末端と接地間にスイッチング用Ｆ
ＥＴ（７１４〜７１９）を設け、これらをオン・オフす
ることで各スタブをショートスタブにするかオープンス
タブにするかを切り替えることによって、７通りの移相
量φ１、φ２、φ３、φ４、φ５、φ６、φ７を実現す
る方法も考えられ、これも本発明に含まれる。
【００５９】図１０は、図８あるいは図９に示した可変
移相回路を用いて構成した可変指向性アンテナを示すブ
ロック図である。情報端末装置側の処理回路から出力さ
れた４ビットの指向性データ（２２９）は、各可変移相
回路（２１２〜２１７）の各デコーダにパラレルに入力
され、各デコーダにおいてこの４ビットの指向性データ
をデコードすることにより１２通りの指向性パターン
（３０１〜３１２）の中から１つを選択し、それに基づ
いて各自の補助アンテナにおける移相量を選定する。
【００６０】図８〜図１０に示す実施形態では、可変移
相回路がストリップ線（７０３）またはそれにつながる
スタブ（７０４〜７０９）をディジタル的に切り替える
方法をとっているため、部品のばらつきや、温度による
変動が少なく、また、処理装置からの指向性データをア
ナログ制御信号に変換する必要がないので、回路構成も
簡略化される。
【００６１】図１１は、本発明における可変指向性アン
テナ（１）と情報端末装置（３）を接続する実施形態を
示すブロック図である。
【００６２】本実施の形態は、可変指向性アンテナ
（１）と情報端末装置（３）間を１本の同軸ケーブル
（９０１）で接続し、高周波信号（RF Signal）と、指
向性データ（Directivity Control Data）、及び、可変
指向性アンテナ（１）内部の各機能で必要な直流電源を
この１本の同軸ケーブル（９０１）で多重化することに
より、構成の簡素化を図っている。
【００６３】本実施形態では、高周波信号（RF Signa
l）は、コンデンサ（９０２）、同軸ケーブル（９０
１）、コンデンサ（９０３）を介して、可変指向性アン
テナ（１）と情報端末装置（３）の間を双方向に伝送さ
れる。また、直流電源や制御信号部分への高周波信号漏
洩は、高周波チョークコイル（９０８，９１０）によっ
て防止される。逆に、指向性データや直流電源は、コン
デンサ（９０２，９０３）によって高周波部への進入を
阻止されている。
【００６４】指向性データは、例えばトーン発生器（９
１２）でトーンの組み合わせとして符号化され、コンデ
ンサ（９０５）、高周波チョーク回路（９１０）、同軸
ケーブル（９０１）、高周波チョーク回路（９０８）、
コンデンサ（９０４）を介してトーンデコーダ（９１
４）に伝送され、可変指向性アンテナ（１）内部で再び
指向性データ（２２９）に変換され、指向性パターンの
決定に利用される。
【００６５】直流電源は、電池や電源回路等からなる電
源ソース（９１３）から、低周波チョークコイル（９１
１）、高周波チョーク回路（９１０）、同軸ケーブル
（９０１）、高周波チョーク回路（９０８）、低周波チ
ョークコイル（９０９）を介して、可変指向性アンテナ
（１）内にあるレギュレータ（９１５）に供給される。
コンデンサ（９０６，９０７）は安定化のためのコンデ
ンサである。レギュレータ（９１５）によって出力され
る直流電圧は、可変指向性アンテナ（１）内部の各機能
の電源として使われる。
【００６６】このような構成をとることによって、可変
指向性アンテナ（１）と情報端末装置（３）との間の接
続を、同軸ケーブル（９０１）１本のみで実現すること
が出来る。
【００６７】なお、本実施形態では、指向性データの伝
送を、トーンの組み合わせで行う方法を採用している
が、これに限らず、例えばパルス列によるディジタル伝
送等、適宜の方法を採用することができる。
【００６８】図１２〜図１４は、本発明の可変指向性ア
ンテナを備えた情報端末装置と基地局間（図示せず）
で、パケット伝送方式による通信を行う場合のアンテナ
指向方向決定方法を示すタイムチャートである。
【００６９】以下、本発明の可変指向性アンテナを備え
た情報端末装置と基地局間において、パケット伝送方式
による通信を行う場合のアンテナ指向方向決定動作につ
いて、主に図１２〜図１４を参照して説明する。
【００７０】図１２は、パケット伝送の送信と受信のタ
イミングを示しており、上段が情報端末装置（３）にと
っての受信側、下段が送信側の動作を示す。受信側にお
いては、パケット伝送といえども、多数のユーザーの信
号と多重化されているので、図の様に連続的に電波が受
信される。これに対して送信側は、情報端末装置の送信
パケットがある期間のみ、送信がオンになる。
【００７１】本発明においては、情報端末装置（３）は
送信パケットがなく、自分への受信パケットもない期間
の間に、可変指向性アンテナ（１）の全ての指向性パタ
ーン（３０１〜３１２）に対する受信信号品質を送受信
回路２３１で測定し、そのうち最も受信状態の良い指向
性パターンを最適指向性として選択する。
【００７２】以上の作業を指向性スキャンと呼ぶことに
する。パケットを送信する間、及び受信する間は、その
最適指向性を可変指向性アンテナ（１）に指示して最適
指向性パターンに固定された状態で通信を行う。このよ
うにすることによって、パケットを送受するごとに最適
指向性が更新されるので、アンテナの移動や設置方向の
変動にも対応可能である。
【００７３】以上のような指向性スキャンは出来る限
り、送信パケットや受信パケットの直前で行うのが望ま
しい。なぜなら、指向性スキャンを行う時刻とパケット
の送受信を行う時間の間隔が開くと、その間に最適な指
向性方向が変化する恐れがあるからである。
【００７４】そこで，図１３や図１４に示すように、指
向性のスキャンは、パケットを送受信する直前の時間に
行う。またその期間は、指向性スキャンに要する時間
と、最適指向性を設定するに要する時間と、若干のマー
ジンを合わせた時間の間とするのが妥当である。
【００７５】図中の各時間の説明を次に記す。
【００７６】ｔｓｅｔ：指向性データを転送し指向性を
設定するに要する時間 ｔｍｅａｓｕｒｅ：受信信号品質を測定するに要する時
間 ｔｃｙｃｌｅ：１つの指向性をセットし、受信信号品質
を測定し終わるのに要する時間 ｔｓｃａｎ：全ての指向性（ｎ種類）の受信信号品質を
測定し終えるのに必要な時間 ｔｍａｒｇｉｎｅ：マージン この場合、 ｔｃｙｃｌｅ＝ｔｓｅｔ＋ｔｍｅａｓｕｒｅ ｔｓｃａｎ＝ｎ×ｔｃｙｃｌｅ である。従って、指向性スキャンを行う期間は、送信ま
たは受信パケットの直前の、 Ｔ＝ｔｓｃａｎ＋ｔｍａｒｇｉｎ＋ｔｓｅｔ の間に行うのが望ましい。
【００７７】
【発明の効果】本発明によれば、可変指向性アンテナ内
部に、アンテナ指向性を制御する制御回路を保有し、こ
れによってアンテナの指向性が制御される構成であるた
め、情報端末装置側では、簡単な指向性データを転送す
るだけで、可変指向性アンテナの多様な指向性を実現で
き、従って、インターフェイスが簡単となり、情報端末
装置の構成や機能が簡単になる。
【００７８】また、１本の同軸ケーブルだけで可変指向
性アンテナと情報端末装置間のインターフェイスが実現
でき、可変指向性アンテナ側に独自の電源を持つ必要が
ない。
【００７９】また、可変指向性アンテナの指向性パター
ンの種類を離散的な有限個にのパターンに限定すること
により、指向性スキャンの時間を短縮することが出来
る。
【００８０】また、パケットの送受信を行なっていな
い、パケット送信または受信の直前の期間に指向性スキ
ャンを行うことにより、パケット通信を行う度に指向性
パターンの更新が行なわれため、可変指向性アンテナが
移動したり、設置方向が変わった場合でも支障なく通信
が継続できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による可変指向性アンテナと情報端末の
接続概念図である。
【図２】本発明による可変指向性アンテナと情報端末の
接続を示すブロックである。
【図３】本発明による可変指向性アンテナの第１の指向
性パターンの例を示す図である。
【図４】本発明による可変指向性アンテナの第２の指向
性パターンの例を示す図である。
【図５】本発明による可変指向性アンテナの全ての指向
性パターンの例を示す図である。
【図６】可変指向性アンテナの反射素子における可変移
相回路構成例を示す回路図である。
【図７】図６の可変移相回路を用いた場合の本発明によ
る各可変移相回路の制御方法を示すブロック図である。
【図８】本発明による可変移相回路の他の実施形態を示
す回路図である。
【図９】本発明による可変移相回路の更に他の実施形態
を示す回路図である。
【図１０】図８又は図９又は図１５の可変移相回路を用
いた場合の本発明による各可変移相回路の制御方法を示
すブロック図である。
【図１１】高周波信号と指向性制御信号と電源の多重化
方法を示す回路図である。
【図１２】パケット通信における、電波到来方向サーチ
タイミングの説明図である。
【図１３】パケット受信直前の電波到来方向サーチタイ
ミングの説明図である。
【図１４】パケット送信直前の電波到来方向サーチタイ
ミングの説明図である。
【図１５】本発明による可変移相回路の更に他の実施形
態を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 可変指向性アンテナ ２ ケーブル ３ 情報端末装置 ４，５ コネクタ ２０１ 主アンテナ ２０２〜２０７，７０１ 補助アンテナ ２１２〜２１７，７０２ 可変移相回路 ２２０ 制御回路 ２２２〜２２７，７２１ 制御信号 ２２８ ＲＦ信号線路 ２２９ 指向性データ ２３１ 送受信回路 ２３２ 処理回路（ＣＰＵ） ３０１〜３１２ 指向性パターン ６０１ メモリ ６０２〜６０７ Ｄ／Ａ変換器 ６１２〜６１７ チョークコイル ６２２〜６２７ バラクタダイオード ７０３ ストリップ線路 ７０４〜７０９ スタブ ７１４〜７１９ ＦＥＴ ７２０ デコーダ ９０１ 同軸ケーブル ９０２〜９０７ コンデンサ ９０８，９１０ 高周波チョークコイル ９０９，９１１ 低周波チョークコイル ９１２ トーン発生器 ９１３ 電源ソース ９１４ トーンデコーダ ９１５ レギュレータ

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 可変指向性アンテナと、該可変指向性ア
    ンテナを介して無線による送受信を行う携帯可能な情報
    端末装置と、前記可変指向性アンテナと情報端末装置間
    を接続するケーブルとを有する可変指向性アンテナを備
    えた情報端末装置において、 前記情報端末装置は、前記無線による送受信を行う送受
    信回路と、前記可変指向性アンテナの指向性を決定する
    処理回路（ＣＰＵ）を保有し、前記可変指向性アンテナ
    は、前記処理回路で決定された該可変指向性アンテナの
    指向性制御を行う制御回路を内蔵しており、 前記処理回路は、前記可変指向性アンテナがとり得る指
    向性データを前記ケーブルを介して順次前記制御回路に
    送出して指向性スキャンを行う機能と、各指向性での受
    信信号品質を前記送受信回路で測定した結果に応じて最
    も受信状態の良い最適指向性を決定する機能と、無線に
    よる信号送受信中は該決定した最適指向性データを前記
    ケーブルを介して前記制御回路に送出する機能を有して
    いることを特徴とする可変指向性アンテナを備えた情報
    端末装置。
  2. 【請求項２】 前記可変指向性アンテナは有限個の指向
    性が設定可能に構成されており、 前記処理回路は、前記可変指向性アンテナの指向性を選
    択するための特定の期間内において、前記可変指向性ア
    ンテナがとり得る前記有限個の指向性データを順次前記
    制御回路に送出して指向性スキャンを行い、各指向性で
    の受信信号品質を前記送受信回路で測定した結果に応じ
    て最も受信状態の良い最適指向性を決定し、前記特定の
    期間以外は、該決定した最適指向性データを前記制御回
    路に送出する機能を有していることを特徴とする請求項
    １記載の可変指向性アンテナを備えた情報端末装置。
  3. 【請求項３】 前記情報端末装置は無線パケット通信方
    式による送受信が可能な構成を有しており、前記特定の
    期間は前記情報端末装置が前記パケットの送受信を行っ
    ていない期間に含まれ、かつ前記パケットの送受信を行
    なっている間は、前記可変指向性アンテナの指向性が前
    記最適指向性に固定されることを特徴とする請求項２記
    載の可変指向性アンテナを備えた情報端末装置。
  4. 【請求項４】 前記特定の期間は、前記可変指向性アン
    テナのとり得る全ての指向性を設定してその受信信号品
    質を測定し、最適指向性を判断してその指向性に固定す
    るのに必要かつ十分な所定の継続時間を有しており、か
    つ前記情報通信端末がパケットを送信または受信する直
    前に設けられていることを特徴とする請求項３記載の可
    変指向性アンテナを備えた情報端末装置。
  5. 【請求項５】 前記可変指向性アンテナは、前記送受信
    回路から給電され直接電波を放射する単一の主アンテナ
    と、該主アンテナから放射された電波を、それぞれ所定
    位相ずらした反射波を２次的に放射する複数の補助アン
    テナと、前記処理回路からの指向性データを入力して前
    記複数の補助アンテナの各移相量をそれぞれ制御するこ
    とによってアンテナの指向性を制御する前記制御回路を
    備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
    記載の可変指向性アンテナを備えた情報端末装置。
  6. 【請求項６】 前記複数の補助アンテナには、それぞれ
    前記複数の補助アンテナにおける反射波を移相させるた
    めの可変移相回路が接続されていることを特徴とする請
    求項５記載の可変指向性アンテナを備えた情報端末装
    置。
  7. 【請求項７】 前記可変移相回路は、バラクタダイオー
    ドを用いた可変リアクタンス素子を用いて構成されてお
    り、前記バラクタダイオードに印加する電圧によってリ
    アクタンスを変化させて前記反射波の移相量を変え、前
    記可変指向性アンテナの指向性を変えることを特徴とす
    る請求項６記載の可変指向性アンテナを備えた情報端末
    装置。
  8. 【請求項８】 前記制御回路は、前記情報端末装置の前
    記処理回路から送られてきた指向性データに基づいて、
    前記各可変移相回路内のバラクタダイオードに供給する
    印加電圧を発生させることを特徴とする請求項７記載の
    可変指向性アンテナを備えた情報端末装置。
  9. 【請求項９】 前記制御回路は、メモリと、前記可変移
    相回路に対応した複数のＤ／Ａ変換器を備えており、前
    期処理回路から送られた指向性データをアドレスとし
    て、前記メモリから印加電圧データを読み出し、前記印
    加電圧データを前記Ｄ／Ａ変換器で前記印加電圧に変換
    して対応する前記可変移相回路に供給することを特徴と
    する請求項８記載の可変指向性アンテナを備えた情報端
    末装置。
  10. 【請求項１０】 前記可変移相回路は、前記補助アンテ
    ナに接続されたストリップ線路と、該ストリップ線路に
    それぞれスイッチング手段を介して接続された複数のシ
    ョートスタブあるいはオープンスタブを備えており、前
    記スイッチング手段を前記制御回路によりオン・オフ制
    御することにより、有限種類の離散的移相量を実現する
    構成であることを特徴とする請求項６記載の可変指向性
    アンテナを備えた情報端末装置。
  11. 【請求項１１】 前記可変移相回路は、前記補助アンテ
    ナに接続されたストリップ線路と、該ストリップ線路に
    接続された複数のスタブと、前記各スタブの末端と接地
    間にそれぞれ接続されたスイッチング手段を備えてお
    り、前記スイッチング手段を前記制御回路によりオン・
    オフ制御して前記各スタブをショートスタブ、もしくは
    オープンスタブに切り替えることで、有限種類の離散的
    移相量を実現する構成であることを特徴とする請求項６
    記載の可変指向性アンテナを備えた情報端末装置。
  12. 【請求項１２】 前記可変移相回路は、前記補助アンテ
    ナに接続されたストリップ線路と、該ストリップ線路の
    異なる位置と接地間にそれぞれ接続されたスイッチング
    手段を備えており、前記スイッチング手段を前記制御回
    路によりオン・オフ制御することにより、有限種類の離
    散的移相量を実現する構成であることを特徴とする請求
    項６記載の可変指向性アンテナを備えた情報端末装置。
  13. 【請求項１３】 前記スイッチング手段は、ＧａＡｓ
    ＦＥＴまたはＰＩＮダイオードによって構成されている
    であることを特徴とする請求項１０または１１または１
    ２記載の可変指向性アンテナを備えた情報端末装置。
  14. 【請求項１４】 前記制御回路は、前記処理回路から送
    られてきた指向性データに応じて、前記各可変移相回路
    の各スイッチング手段を駆動する駆動信号を発生させる
    論理回路によって構成されていることを特徴とする請求
    項１０または１１または１２記載の可変指向性アンテナ
    を備えた情報端末装置。
  15. 【請求項１５】 前記可変指向性アンテナと前記情報端
    末装置間を接続するケーブルは、１本の同軸ケーブルに
    よって構成され、前記可変指向性アンテナを介して送受
    信される高周波信号と、前記処理回路から前記可変指向
    性アンテナへ出力される指向性データ、及び、前記情報
    端末装置から前記制御回路への供給される電源が、該同
    軸ケーブルで多重されて伝送されることを特徴とする請
    求項１〜１４のいずれかに記載の可変指向性アンテナを
    備えた情報端末装置。
  16. 【請求項１６】 携帯可能な情報端末装置とケーブルを
    介して接続され、前記情報端末装置の無線通信用のアン
    テナとして機能する可変指向性アンテナであって、 前記可変指向性アンテナは、前記情報端末装置の送受信
    回路から給電されて直接電波を放射する単一の主アンテ
    ナと、該主アンテナから放射された電波を反射して２次
    的な電波を所定の移相を行って放射する複数の補助アン
    テナと、前記情報端末装置から前記ケーブルを介して伝
    送された指向性データを入力してアンテナの指向性を制
    御する制御回路とを備えていることを特徴とする情報端
    末装置用可変指向性アンテナ。
  17. 【請求項１７】 前記複数の補助アンテナには、それぞ
    れ前記複数の補助アンテナにおける反射波を移相させる
    ための可変移相回路が接続されていることを特徴とする
    請求項１６記載の情報端末装置用可変指向性アンテナ。
  18. 【請求項１８】 前記可変移相回路は、バラクタダイオ
    ードを用いた可変リアクタンス素子を用いて構成されて
    おり、前記バラクタダイオードに印加する電圧によって
    リアクタンスを変化させて前記反射波の移相量を変え、
    前記可変指向性アンテナの指向性を変えることを特徴と
    する請求項１７記載の情報端末装置用可変指向性アンテ
    ナ。
  19. 【請求項１９】 前記可変移相回路は、前記補助アンテ
    ナに接続されたストリップ線路と、該ストリップ線路に
    それぞれスイッチング手段を介して接続された複数のシ
    ョートスタブあるいはオープンスタブを備えており、前
    記スイッチング手段を前記制御回路によりオン・オフ制
    御することにより、有限種類の離散的移相量を実現する
    構成であることを特徴とする請求項１７記載の情報端末
    装置用可変指向性アンテナ。
  20. 【請求項２０】 前記可変移相回路は、前記補助アンテ
    ナに接続されたストリップ線路と、該ストリップ線路に
    接続された複数のスタブと、前記各スタブの末端と接地
    間にそれぞれ接続されたにスイッチング手段を備えてお
    り、前記スイッチング手段を前記制御回路によりオン・
    オフして前記各スタブをショートスタブ、もしくはオー
    プンスタブに切り替えることで、有限種類の離散的移相
    量を実現する構成であることを特徴とする請求項１７記
    載の情報端末装置用可変指向性アンテナ。
  21. 【請求項２１】 前記可変移相回路は、前記補助アンテ
    ナに接続されたストリップ線路と、該ストリップ線路の
    異なる位置と接地間にそれぞれ接続されたにスイッチン
    グ手段を備えており、前記スイッチング手段を前記制御
    回路によりオン・オフ制御することにより、有限種類の
    離散的移相量を実現する構成であることを特徴とする請
    求項１７記載の情報端末装置用可変指向性アンテナ。
  22. 【請求項２２】 前記スイッチング手段は、ＧａＡｓ
    ＦＥＴまたはＰＩＮダイオードによって構成されている
    ことを特徴とする請求項１９または２０または２１記載
    の情報端末装置用可変指向性アンテナ。
  23. 【請求項２３】 可変指向性アンテナと、該可変指向性
    アンテナを介して無線による送受信を行う携帯可能な情
    報端末装置と、前記可変指向性アンテナと前記情報端末
    装置間を接続するケーブルとを有する可変指向性アンテ
    ナを備えた情報端末装置にける可変指向性アンテナの指
    向性制御方法であって、 前記可変指向性アンテナが有限個の指向性を設定可能で
    あり、その指向性を選択するための特定の期間におい
    て、前記情報端末装置側の処理回路が、前記可変指向性
    アンテナがとり得る全指向性を順次前記可変指向性アン
    テナ側の制御回路に指示して指向性スキャンを行って、
    各指向性での受信信号品質を測定し、その測定結果に応
    じて、最も受信状態の良い最適指向性を選択し、前記特
    定の期間以外は、前記選択された最適指向性で通信を行
    うことを特徴とする情報端末装置用可変指向性アンテナ
    の指向性制御方法。
  24. 【請求項２４】 前記情報端末装置は無線パケット通信
    方式を採用しており、前記特定の期間は、前記情報端末
    装置がパケットの送信も受信も行なっていない期間に含
    まれており、かつパケットの送信または受信を行なって
    いる間は、前記可変指向性アンテナの指向性を前記最適
    指向性に固定することを特徴とする請求項２３記載の情
    報端末装置用可変指向性アンテナの指向性制御方法。
  25. 【請求項２５】 前記特定の期間は、前記可変指向性ア
    ンテナのとり得る全ての指向性を設定してその受信信号
    品質を測定し、最適指向性を判断してその指向性に固定
    するのに必要かつ十分な所定の継続時間を有しており、
    前記情報通信端末がパケットを送信または受信する直前
    に設けられていることを特徴とする請求項２３記載の情
    報端末装置用可変指向性アンテナの指向性制御方法。
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