JP5514106B2 - 可変指向性アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）無線方式を使用した無線通信システムのための可変指向性アンテナ装置に関する。

従来、例えばＭＩＭＯ無線方式を使用した無線通信システムのための可変指向性アンテナ装置として種々のアレーアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

特許文献１においては、従来技術のアンテナに比較して構造が簡単であって、励振素子や非励振素子を容易に形成することができるアレーアンテナ装置が開示されている。当該アレーアンテナ装置において、複数の非励振素子のうちの少なくとも１つが形成された少なくとも１枚の誘電体基板を励振素子の周囲に設け、もしくは、励振素子と、複数の非励振素子のうちの少なくとも１つとが形成された第１の誘電体基板を備え、非励振素子のうちの少なくとも別の１つが形成された少なくとも１枚の第２の誘電体基板を励振素子の周囲に設けたことを特徴としている。

また、特許文献２では、アンテナ素子の構造を工夫して、その大型化及び高コスト化を招くことなく、当該アンテナ装置の指向性／無指向性、放射偏波、放射方向を所望の状態に制御できるアンテナ装置が提案されている。当該アンテナ装置では、所定の長さを有して誘電性の基板上に配置された、導電性の励振素子と、半導電性のプラスチックから成る無給電素子と、この無給電素子に接続された制御電極とを備え、この制御電極に供給する直流バイアス電圧を制御して無給電素子を絶縁性又は／及び導電性に切り換えるものである。導電性に切り換えた２つの無給電素子を組合せて、導波器や反射器等を含んだ指向性アンテナ装置を構成すること、及び、この励振素子（給電器）を残して、導波器や反射器を絶縁性とすることで、無指向性アンテナ装置を構成することを特徴としている。

特開２００２−２６１５３２号公報。 特開２００７−０１３６９２号公報。

しかしながら、あらゆる環境下において、無線通信が不安定な場合における要因として、大きく分けて２つの問題に分類される。

一つ目は、電波の出力電力に対して、無線機器間の距離が長すぎるため、電界レベルが弱い場合である。この問題においては、基地局、及び端末それぞれの、またはどちらか一方のアンテナ素子に指向性を持たせ、互いの方向に向けることで、安定した電界レベルで受信できることが可能となる。

二つ目の問題は、壁や天井からの反射波の干渉により、通信に必要な帯域内でフェージングが発生することである。この場合、電波の直接波と反射波とのレベル差がほとんどないような箇所において問題となることが多いため、前述同様に、アンテナ素子に指向性を持たせ、所望波以外の電波を受信しないことで、干渉を抑制が可能となる。だが、この方式においては、ＳＩＳＯ（Single Input Single Output）で受信機側のアンテナ素子を切り替えるアンテナ選択ダイバーシティを採用している場合は問題にならないが、単なるアンテナ選択ダイバーシティではなく、受信機側でＭＲＣ（Maximum Ratio Combination：最大比合成）の処理を行っている場合には問題となる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ規格に代表されるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）の無線通信システムの場合、２つのアンテナ素子に指向性を付与し、一方のアンテナ素子が直接波を受信し、もう一方のアンテナ素子が直接波に対して、ガードインターバルの想定時間よりも遅延時間が長い反射波を受信した場合、所望帯域での信号劣化は避けられない。

ここに、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格に代表されるＭＩＭＯ無線通信方式は、複数のアンテナで電波を受信し、その経路差から生成される伝搬チャネルにより、複数のストリーミングに分解することにより通信速度を大幅に向上させるという、各アンテナ素子からの伝搬における経路差を積極的に利用する方式である。通常、このＭＩＭＯ無線通信方式を使用した無線機器の場合、一般的にダイポールアンテナやスリーブアンテナなどの無指向性アンテナを複数使用するが、アンテナ間の距離を１波長以上離さない限り、アンテナ間の相関が大きくなり、伝送品質を確保するための十分な伝搬チャネルの生成は行えない。また、このアンテナ相関を下げる為、それぞれのアンテナ素子を別の方向に傾け異なる偏波の組み合わせにするといった方法も挙げられるが、アンテナ素子を物理的に傾けないといけないという実装上の問題点があった。

いずれにしても、現段階ではＭＩＭＯ無線方式を使用した無線機器のアンテナ装置は一般的に小型化できないといった問題点があった。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、反射波が多いフェージングが発生しやすい環境下において、アンテナ素子間距離を大幅に短縮できることにより、アンテナ装置を小型化でき、かつＭＩＭＯ無線方式の伝送品質を向上できる可変指向性アンテナ装置を提供することにある。

本発明に係る可変指向性アンテナ装置は、
第１の無給電素子と、
上記第１の無給電素子と電磁的に結合するように近接して設けられた複数のアンテナ素子と、
上記第１の無給電素子に接続され、当該第１の無給電素子を接地するか否かを切り換える第１のスイッチ手段と、
上記第１のスイッチ手段をオン又はオフすることにより上記第１の無給電素子を反射器として動作させるか否かを切り換える制御信号を出力することにより、可変指向性アンテナ装置からの放射パターンを変化させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

上記可変指向性アンテナ装置において、２個のアンテナ素子を備えたことを特徴とする。

また、上記可変指向性アンテナ装置において、上記各アンテナ素子と電磁的に結合するように近接して設けられた少なくとも１つの第２の無給電素子と、
上記第２の無給電素子に接続され、当該各第２の無給電素子をそれぞれ接地するか否かを切り換える少なくとも１つの第２のスイッチ手段とをさらに備え、
上記制御手段は、上記各スイッチ手段を選択的にオン又はオフすることにより上記各無給電素子を反射器として動作させるか否かを選択的に切り換える別の制御信号を出力することを特徴とする。

さらに、上記可変指向性アンテナ装置において、２個のアンテナ素子と、１個の第２の無給電素子とを備えたことを特徴とする。

またさらに、上記可変指向性アンテナ装置において、２個のアンテナ素子と、４個の第２の無給電素子とを備えたことを特徴とする。

また、上記可変指向性アンテナ装置において、３個のアンテナ素子と、３個の第２の無給電素子とを備えたことを特徴とする。

さらに、上記可変指向性アンテナ装置において、４個のアンテナ素子と、４個の第２の無給電素子とを備えたことを特徴とする。

またさらに、上記可変指向性アンテナ装置において、上記各アンテナ素子は、上記第１の無給電素子から１／４波長の電気長だけ離れて設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の可変指向性アンテナ素子。

また、上記可変指向性アンテナ装置において、上記各アンテナ素子は、上記第１の無給電素子から１／４波長の電気長だけ離れて設けられ、
上記各第２の無給電素子はそれぞれ、上記各アンテナ素子から１／４波長の電気長だけ離れて設けられたことを特徴とする。

さらに、上記可変指向性アンテナ装置において、上記各スイッチ手段は、上記各無給電素子と接地導体との間に接続されたＰＩＮダイオードであることを特徴とする。

従って、本発明に係る可変指向性アンテナ装置によれば、各アンテナ素子と各無給電素子間の距離はアンテナ素子と無給電素子とが互いに電磁的に結合するように設定され、上記各スイッチ手段を選択的にオン又はオフすることにより上記各無給電素子を無給電素子として動作させるか否かを選択的に切り換える制御信号を出力することにより、可変指向性アンテナ装置からの放射パターンを変化させる制御手段とを備えたので、当該可変指向性アンテナ装置からの放射パターンを選択的に変化させ、その主ビームを所望の方向に向けることができる。これにより、反射波が多いフェージングが発生しやすい環境下において、アンテナ素子間距離を大幅に短縮できることにより、アンテナ装置を小型化でき、かつＭＩＭＯ無線方式の伝送品質を向上できる可変指向性アンテナ装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る可変指向性アンテナ装置２１の構成を示す平面図である。 図１Ａの可変指向性アンテナ装置２１の側面図である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１の斜視図である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１を用いた無線通信装置２０の構成を示すブロック図である。 図１Ａ及び図１Ｂの無給電素子１２ａ〜１２ｄの制御回路３０の構成を示す回路図である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａをオフし、無給電素子１２ｂをオフし、無給電素子１２ｃをオフし、無給電素子１２ｄをオフしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａをオンし、無給電素子１２ｂをオフし、無給電素子１２ｃをオフし、無給電素子１２ｄをオフしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａをオフし、無給電素子１２ｂをオンし、無給電素子１２ｃをオフし、無給電素子１２ｄをオフしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａをオンし、無給電素子１２ｂをオンし、無給電素子１２ｃをオフし、無給電素子１２ｄをオフしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａをオフし、無給電素子１２ｂをオフし、無給電素子１２ｃをオンし、無給電素子１２ｄをオフしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａをオンし、無給電素子１２ｂをオフし、無給電素子１２ｃをオンし、無給電素子１２ｄをオフしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａをオフし、無給電素子１２ｂをオンし、無給電素子１２ｃをオンし、無給電素子１２ｄをオフしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａをオンし、無給電素子１２ｂをオンし、無給電素子１２ｃをオンし、無給電素子１２ｄをオフしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａをオフし、無給電素子１２ｂをオフし、無給電素子１２ｃをオフし、無給電素子１２ｄをオンしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａをオンし、無給電素子１２ｂをオフし、無給電素子１２ｃをオフし、無給電素子１２ｄをオンしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａをオフし、無給電素子１２ｂをオンし、無給電素子１２ｃをオフし、無給電素子１２ｄをオンしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａをオンし、無給電素子１２ｂをオンし、無給電素子１２ｃをオフし、無給電素子１２ｄをオンしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａをオフし、無給電素子１２ｂをオフし、無給電素子１２ｃをオンし、無給電素子１２ｄをオンしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａをオンし、無給電素子１２ｂをオフし、無給電素子１２ｃをオンし、無給電素子１２ｄをオンしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａをオフし、無給電素子１２ｂをオンし、無給電素子１２ｃをオンし、無給電素子１２ｄをオンしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。 図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａをオンし、無給電素子１２ｂをオンし、無給電素子１２ｃをオンし、無給電素子１２ｄをオンしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。 本発明の第２の実施形態に係る可変指向性アンテナ装置２１Ａの構成を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る可変指向性アンテナ装置２１Ｂの構成を示す平面図である。 本発明の第４の実施形態に係る可変指向性アンテナ装置２１Ｃの構成を示す平面図である。 図２３Ａの可変指向性アンテナ装置２１Ｃの側面図である。 本発明の第５の実施形態に係る可変指向性アンテナ装置２１Ｄの構成を示す平面図である。 図２４Ａの可変指向性アンテナ装置２１Ｄの側面図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

第１の実施形態．
図１Ａは本発明の第１の実施形態に係る可変指向性アンテナ装置２１の構成を示す平面図であり、図１Ｂは当該可変指向性アンテナ装置２１の側面図である。また、図２は図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１の斜視図である。

本実施形態に係る可変指向性アンテナ装置は、裏面に接地導体１３が形成されてなる誘電体基板１０上において、無給電素子１２ａが設けられた中心を有する所定の半径ｄの円周上であって、正六角形の各頂点の位置においてそれぞれ、右回りで、アンテナ素子１１ａと、無給電素子１２ｄと、アンテナ素子１１ｃと、無給電素子１２ｃと、アンテナ素子１１ｂと、無給電素子１２ｂとが設けられている。各素子１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｄは頂頭部に所定の円周長を有する円形パッチアンテナを有し、誘電体基板１０上に給電線路などを内蔵した支持部材１４で支持されている。なお、各素子１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１１ｄは例えば１／４波長ホイップアンテナであってもよい。ここで、素子間隔ｄは、隣接するアンテナ素子と無給電素子とが電磁的に結合するように、動作周波数５．２ＧＨｚの電気長約１／４λに相当する１４ｍｍとしているが、２．４ＧＨｚ帯での通信を行う場合は、約３１ｍｍの電気長で間隔をあければよい。以上のように構成された可変指向性アンテナ装置において、詳細後述するように、４つの無給電素子１２ａ〜１２ｄのそれぞれの制御信号をオン／オフすることによって、当該可変指向性アンテナ装置２１から計１６（＝２^４）通りの指向性パターンを生成することができる。

図３は図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１を用いた無線通信装置２０の構成を示すブロック図であり、図４は図１Ａ及び図１Ｂの無給電素子１２ａ〜１２ｄの制御回路３０の構成を示す回路図である。図３において、本実施形態に係る無線通信装置は、図１Ａ及び図１Ｂ及び図２の可変指向性アンテナ装置２１と、３個の無線送受信回路２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、ＭＩＭＯ変復調回路２３と、ベースバンド信号処理回路２４と、ＭＡＣ（Media Access Control）回路２６と、可変指向性アンテナ装置２１及びこれらの回路を制御するコントローラ２５とを備えて構成される。ここで、無線送受信回路２２ａ，２２ｂ，２２ｃはそれぞれデュプレクサと無線送信回路と無線受信回路とを備えて構成される。ＭＩＭＯ変復調回路２３は３つのアンテナ素子１１ａ〜１１ｃ及び無線送受信回路２２ａ〜２２ｃにより送受信される無線信号を、公知のＭＩＭＯ変復調方式を用いて変復調処理を行う。ベースバンド信号処理回路２４はＭＩＭＯ変復調回路２３及びＭＡＣ回路２６に接続され、ＭＡＣ回路２６から入力されるデータ信号を所定のベースバンド信号処理を実行してＭＩＭＯ変復調回路２３に出力する一方、ＭＩＭＯ変復調回路２３からの復調信号に対して所定のベースバンド信号処理を実行してＭＡＣ回路２６に出力する。ＭＡＣ回路２６は所定のＭＡＣのための信号処理を行うことにより所定のデータ信号を生成してベースバンド信号処理回路２４に出力する一方、ベースバンド信号処理回路２４からのデータ信号を入力して所定のＭＡＣ処理を行う。

可変指向性アンテナ装置２１において、各アンテナ素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃはそれぞれ無線送受信回路２２ａ，２２ｂ，２２ｃに接続され、各無給電素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄはそれぞれ図４の制御回路３０を有し、コントローラ２５から各無給電素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに対する制御信号が各制御回路３０に供給される。図４において、各無給電素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、インピーダンス整合用キャパシタ３３を介して接続点３６に接続され、当該接続点３６は、動作周波数に対して十分に高いインピーダンスを有する高周波阻止用インダクタ３２を介して制御信号入力端子３１に接続されるとともに、ＰＩＮダイオード３４のアノードに接続され、当該ＰＩＮダイオード３４のカソードは、無給電素子の電気長を変化させるためのインダクタ３５を介して接地される。制御信号入力端子３１に所定の正の直流電圧を有する制御信号を入力することにより、ＰＩＮダイオード３４はオンし、各無給電素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄはそれぞれアンテナ素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃよりも電気長が長い無給電素子（反射器）として動作する一方、制御信号入力端子３１に例えば接地電位のオフの制御信号を入力することにより、ＰＩＮダイオード３４はオフし、各無給電素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄはそれぞれ無給電素子として動作しない。すなわち、各ＰＩＮダイオード３４は、各無給電素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄをそれぞれ接地するか否かを切り換える複数のスイッチ手段として動作する。

図５乃至図２０は、図１Ａ及び図１Ｂの可変指向性アンテナ装置２１のシミュレーション結果であって、無給電素子１２ａ〜１２ｄをオン又はオフしたときのＸＹ平面の放射パターン特性である。図５乃至図２０から明らかなように、４つの無給電素子１２ａ〜１２ｄのそれぞれの制御信号をオン／オフすることによって、当該可変指向性アンテナ装置２１から計１６（＝２^４）通りの指向性パターンを生成することができる。従って、可変指向性アンテナ装置２１から放射される無線信号の放射パターンを変化させることができ、主ビームの方向を所望の方向に向けることができる。特に、各無給電素子１２ｂ，１２ｃ，１２ｄをオンにした場合、当該アンテナ装置２１から放射される指向性は、互いに異なる方向に向けられるため、アンテナ素子間の干渉が少なくなり、相関値が低い。

以上のように構成された可変指向性アンテナ装置２１を備えた無線通信装置２０では、以下の二つの問題が解決できる。

一つ目は壁や天井からの反射波による、帯域内でフェージングが発生した場合においても、２つのアンテナ素子（１１ａ，１１ｂ，１１ｃのうちの２つ）のうち、一方のアンテナ素子が直接波を受信し、もう一方のアンテナ素子が遅延時間の長い反射波を受信することにより、より効果のあるＭＩＭＯ無線通信を可能となる。

二つ目は、それぞれの無線送受信回路２２ａ〜２２ｃの無線受信回路に入力する信号強度をある程度調整できることである。当該無線受信回路のＡＧＣ（Auto Gain Control）による信号の引き込みは、一般的にパケットのプリアンブル部で行わないとならないため、ＭＩＭＯ通信方式のように、同時に信号の受信を行う無線通信装置において、それぞれの無線受信回路に対して、ＡＧＣを個別に行うことは難しい。信号の飽和を防ぐためには、一番大きい信号レベルに調整せざるを得ないため、受信レベルが大きく異なる環境下に対しては、弱い強度の信号の確保は厳しくなる。本実施形態は、この点においても、アンテナ装置の指向性パターンを切り替えることにより、お互いの信号強度をある程度調整、揃えることが可能となるため、受信レベルが大きく異なる環境下においても、その効果を発揮する。また、このＡＧＣの課題については、ＭＩＭＯ通信方式だけではなく、前述のＭＲＣ（Maximum Ratio Combination：最大比合成）のように、同時に複数の無線信号を受信する無線通信装置においても、その効果は同様である。

さらに、その他の効果としては、各アンテナ素子１１ａ〜１１ｃへの給電経路は、アンテナ素子一つに対して１通りであるため、複数のアンテナ素子を用意し、アンテナ素子を切替える選択ダイバーシティ方式に比べて、同軸ケーブル及び高周波用コネクターで無線機器と接続する場合でも少なくすみ、安価に生産ができるという特有の効果を有する。

第２の実施形態．
図２１は、本発明の第２の実施形態に係る可変指向性アンテナ装置２１Ａの構成を示す平面図である。本実施形態に係る可変指向性アンテナ装置は、裏面に接地導体が形成されてなる誘電体基板１０上において、無給電素子７０が設けられた中心を有する正方形の各頂点の位置においてそれぞれ、４個の無給電素子７１，７２，７３，７４を設けるとともに、互いに隣接する１対の無給電素子の間の中点（正方形の辺の中間点）にそれぞれアンテナ素子６１，６２，６３，６４を設ける。ここで、各アンテナ素子と、それに隣接する無給電素子との間の距離は、隣接するアンテナ素子と無給電素子とが電磁的に結合するように、１／４波長の距離ｄに設定されている。なお、各無給電素子７０〜７４は、図４の制御回路３０を備える。

以上のように構成された本実施形態によれば、４個のアンテナ素子６１〜６４と、５個の無給電素子７０〜７４を用いて可変指向性アンテナ装置２１Ａを構成することができ、アンテナ素子６１〜６４に接続される回路数及び無給電素子７０〜７４に入力される制御信号の数を除いて、第１の実施形態に係る図３の無線通信装置と同様に構成され、同様の作用効果を有する。

第３の実施形態．
図２２は、本発明の第３の実施形態に係る可変指向性アンテナ装置２１Ｂの構成を示す平面図である。本実施形態に係る可変指向性アンテナ装置２１Ｂは、図２１の可変指向性アンテナ装置２１Ａに比較して、アンテナ素子６３，６４を除去したことを特徴としている。

以上のように構成された本実施形態によれば、２個のアンテナ素子６１，６２と、５個の無給電素子７０〜７４を用いて可変指向性アンテナ装置２１Ｂを構成することができ、アンテナ素子６１，６２に接続される回路数及び無給電素子７０〜７４に入力される制御信号の数を除いて、第１の実施形態に係る図３の無線通信装置と同様に構成され、同様の作用効果を有する。

第４の実施形態．
図２３Ａは本発明の第４の実施形態に係る可変指向性アンテナ装置２１Ｃの構成を示す平面図であり、図２３Ｂは図２３Ａの可変指向性アンテナ装置２１Ｃの側面図である。本実施形態に係る可変指向性アンテナ装置２１Ｃは、Ｙ軸上に設けられた２個のアンテナ素子１１ｂ及び１１ｄならびに１個の無給電素子１２ａを備える。ここで、アンテナ素子１１ｂ及び１１ｄと無給電素子１２ａとの間の距離はそれぞれ１／４波長の距離ｄに設定されている。また、無給電素子１２ａは、図４の制御回路３０を備える。

以上のように構成された本実施形態によれば、２個のアンテナ素子１１ｂ及び１１ｄと、１個の無給電素子１２ａを用いて可変指向性アンテナ装置２１Ｃを構成することができ、アンテナ素子１１ｂ及び１１ｄに接続される回路数及び無給電素子１２ａに入力される制御信号の数を除いて、第１の実施形態に係る図３の無線通信装置と同様に構成され、同様の作用効果を有する。

第５の実施形態．
図２４Ａは本発明の第５の実施形態に係る可変指向性アンテナ装置２１Ｄの構成を示す平面図であり、図２４Ｂは、図２４Ａの可変指向性アンテナ装置２１Ｄの側面図である。本実施形態に係る可変指向性アンテナ装置２１Ｄは、図１Ａの可変指向性アンテナ装置２１に比較して、アンテナ素子１１ｂならびに無給電素子１２ｂ及び１２ｃを除去したことを特徴としている。

以上のように構成された本実施形態によれば、２個のアンテナ素子１１ａ及び１１ｃと、２個の無給電素子１２ａ及び１２ｄを用いて可変指向性アンテナ装置２１Ｄを構成することができ、アンテナ素子１１ａ及び１１ｃに接続される回路数及び無給電素子１２ａ及び１２ｄに入力される制御信号の数を除いて、第１の実施形態に係る図３の無線通信装置と同様に構成され、同様の作用効果を有する。

以上詳述したように、各アンテナ素子と各無給電素子間の距離はアンテナ素子と無給電素子とが互いに電磁的に結合するように設定され、上記各スイッチ手段を選択的にオン又はオフすることにより上記各無給電素子を無給電素子として動作させるか否かを選択的に切り換える制御信号を出力することにより、可変指向性アンテナ装置からの放射パターンを変化させる制御手段とを備えたので、当該可変指向性アンテナ装置からの放射パターンを選択的に変化させ、その主ビームを所望の方向に向けることができる。これにより、反射波が多いフェージングが発生しやすい環境下において、アンテナ素子間距離を大幅に短縮できることにより、アンテナ装置を小型化でき、かつＭＩＭＯ無線方式の伝送品質を向上できる可変指向性アンテナ装置を提供することができる。本発明は、特に、ＭＩＭＯ無線通信方式を使用したアンテナ装置を用いた無線通信装置などの家電製品及び、その他の産業機器全てに使用可能である。

１０…誘電体基板、
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…アンテナ素子、
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…無給電素子、
１３…接地導体、
１４…支持部材、
２０…無線通信装置、
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ…可変指向性アンテナ装置、
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…無線送受信回路、
２３…ＭＩＭＯ変復調回路、
２４…ベースバンド信号処理回路、
２５…コントローラ、
２６…ＭＡＣ回路、
３０…制御回路、
３１…制御信号入力端子、
３２…高周波阻止用インダクタ、
３３…インピーダンス整合用キャパシタ、
３４…ＰＩＮダイオード、
３５…インダクタ、
３６…接続点、
６１，６２，６３，６４…アンテナ素子、
７０，７１，７２，７３，７４…無給電素子。

Claims (4)

1. 第１の無給電素子と、第２の無給電素子と、第３の無給電素子と、第４の無給電素子とを含む４つの無給電素子と、
   上記４つの無給電素子のうちの３つの無給電素子に電磁的に結合するように近接してそれぞれ設けられた３つのアンテナ素子と、
   上記４つの無給電素子にそれぞれ接続されかつ、当該接続された無給電素子を接地するか否かをそれぞれ切り替え可能である４つのスイッチ手段とを備える可変指向性アンテナ装置であって、
   上記３つのアンテナ素子と上記第１〜第３の無給電素子は、上記３つのアンテナ素子のそれぞれと、上記第１〜第３の無給電素子のそれぞれが交互にかつ正六角形の各頂点において実質的に位置するように設けられ、
   上記第４の無給電素子は実質的に上記正六角形の中心に設けられ、
   上記可変指向性アンテナ装置は、
   上記４つのスイッチ手段をそれぞれオン又はオフして、上記４つの無給電素子を反射器として動作させるか否かを切り換える４つの制御信号を出力することにより、上記可変指向性アンテナ装置からの放射パターンを変化させる制御手段をさらに備えることを特徴とする可変指向性アンテナ装置。
2. 第１の無給電素子と、第２の無給電素子と、第３の無給電素子と、第４の無給電素子とを含む４つの無給電素子と、
   上記各アンテナ素子に隣接する上記４つの無給電素子から選択された３つの無給電素子に電磁的に結合するように近接してそれぞれ設けられた３つのアンテナ素子と、
   上記４つの無給電素子にそれぞれ接続されかつ、当該接続された無給電素子を接地するか否かを切り替える４つのスイッチ手段とを備える可変指向性アンテナ装置であって、
   上記３つのアンテナ素子と上記第１〜第３の無給電素子はそれぞれ、上記３つのアンテナ素子のそれぞれと、上記第１〜第３の無給電素子のそれぞれが交互に設けられるように、正六角形の各頂点において実質的に位置し、
   上記第４の無給電素子は実質的に上記正六角形の中心に設けられ、
   上記可変指向性アンテナ装置は、
   上記４つのスイッチ手段をそれぞれオン又はオフして、上記４つの無給電素子を反射器として動作させるか否かを切り換える４つの制御信号を出力することにより、上記可変指向性アンテナ装置からの放射パターンを変化させる制御手段をさらに備えることを特徴とする可変指向性アンテナ装置。
3. 上記各アンテナ素子は、１／４波長の電気長だけ、当該各アンテナ素子に隣接する上記各無給電素子からそれぞれ離れて設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の可変指向性アンテナ装置。
4. 上記各スイッチ手段は、上記各無給電素子と接地導体との間に接続されたＰＩＮダイオードであることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の可変指向性アンテナ装置。

Images