JP4417395B2 - Radio communication antenna apparatus and radio communication method - Google Patents
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Description
本発明は、複数の給電アンテナまたは複数の受信アンテナを用いて異なる信号を送受信することにより通信容量を拡大する無線通信用アンテナ装置及び無線通信方法に関する。 The present invention relates to an antenna device for wireless communication and a wireless communication method for expanding communication capacity by transmitting and receiving different signals using a plurality of power feeding antennas or a plurality of receiving antennas.
従来、MIMO伝送などにおいて複数のアンテナ素子を有する種々の無線通信用アンテナが利用されている。
これら無線通信用アンテナとして、例えば以下の二つのアンテナが知られている。
第一の例としては、直交する2つのノッチアンテナと逆Fアンテナとを用いた無線通信用アンテナである(例えば、非特許文献1参照。)。
図10は、ノッチアンテナと逆Fアンテナとを用いた無線通信用アンテナを示す斜視図である。
無線通信用アンテナ900は、長方形状の誘電体基板901を備えている。この誘電体基板901の上面のグランド板には、その短辺部と長辺部とのそれぞれに開放端を持つ2つのノッチアンテナ910,920が設けられている。これら2つのノッチアンテナ910,920の互いになす角は90度である。
Conventionally, various radio communication antennas having a plurality of antenna elements are used in MIMO transmission and the like.
As these radio communication antennas, for example, the following two antennas are known.
A first example is a radio communication antenna using two orthogonal notch antennas and inverted F antennas (see, for example, Non-Patent Document 1).
FIG. 10 is a perspective view showing a radio communication antenna using a notch antenna and an inverted F antenna.
The wireless communication antenna 900 includes a rectangular
また、一方のノッチアンテナ910の先端部付近には、変形逆Fアンテナ930が設けられている。変形逆Fアンテナ930は、誘電体基板901に対して垂直な給電ピン931および短絡ピン932と、これら給電ピン931および短絡ピン932の頂部と接するように配置されたH形導体板933とにより構成される。
H形導体板933の中央部には、誘電体基板901と平行な突起部934が設けられ、その突起部934に給電ピン931と短絡ピン932が接続されている。
2つのノッチアンテナ910,920と変形逆Fアンテナ930は、誘電体基板901の背面に設けられたマイクロストリップ線路により給電される。二つのノッチアンテナ910,920からは、水平偏波を主偏波とする放射特性が得られ、これら二つのノッチアンテナ910,920が互いに直角に配置されているので、放射パターンは直交している。
また、変形逆Fアンテナ930は、誘電体基板901の主面に垂直な給電ピン931によって主に放射されるため、垂直偏波を主偏波とする放射特性が得られる。
このように、指向性や偏波が直交するアンテナを組み合わせることによって、低い素子間結合を実現し、放射効率を改善しSNR(信号対雑音比)特性が向上する。
In addition, a modified inverted
A
The two
Further, since the modified inverted
Thus, by combining antennas having orthogonal directivity and polarization, low inter-element coupling is realized, radiation efficiency is improved, and SNR (signal-to-noise ratio) characteristics are improved.
また、第二の例としては、2つの八木・宇田アレー間で導波素子を共有させた無線通信用アンテナである。
図11は、八木・宇田アレー間で導波素子を共有させた無線通信用アンテナを示す図であって、上方の図は平面図であり、下方の図は平面図に対応させて回路構成を側面から見た様子を示す回路構成図である。
無線通信用アンテナ900aは、長方形状の誘電体基板901aを備えている。誘電体基板901aの下面には、グランド902が設けられている。また、誘電体基板901aの上面には、その長手方向の両端部に、正方形状の給電アンテナ素子941,942が設けられている。
The second example is an antenna for wireless communication in which a waveguide element is shared between two Yagi / Uda arrays.
FIG. 11 is a diagram showing an antenna for wireless communication in which a waveguide element is shared between Yagi and Uda arrays. An upper diagram is a plan view, and a lower diagram is a circuit configuration corresponding to the plan view. It is a circuit block diagram which shows a mode seen from the side surface.
The
給電アンテナ素子941,942の間には、これら給電アンテナ素子941,942よりもサイズの小さな正方形状の無給電アンテナ素子950が設けられている。無給電アンテナ素子950は、誘電体基板901aの長手方向に複数配列されている。また、無給電アンテナ素子950は、給電アンテナ素子941,942よりも電気的に小さくなっている。
さらに、無線通信用アンテナ900aは、電力を供給する給電手段961,962と、終端手段971,972とを備えている。
給電手段961の一端は、給電アンテナ素子941に接続されるようになっており、他端はグランド902に固定的に接続されている。また、給電手段962の一端は、給電アンテナ素子942に接続されるようになっており、他端はグランド902に固定的に接続されている。
終端手段971の一端は、給電アンテナ素子941に接続されるようになっており、他端はグランド902に固定的に接続されている。また、終端手段972の一端は、給電アンテナ素子942に接続されるようになっており、他端はグランド902に固定的に接続されている。すなわち、給電アンテナ素子941は、給電手段961又は終端手段971に選択的に接続されるようになっており、給電アンテナ素子942は、給電手段962又は終端手段972に選択的に接続されるようになっている。
Between the
Further, the
One end of the power supply means 961 is connected to the power
One end of the termination means 971 is connected to the
このような構成のもと、いずれか一方の給電アンテナ素子が、給電手段に接続され、他方の給電アンテナ素子は、終端手段に接続される。例えば、給電アンテナ素子941が給電手段961に接続され、給電アンテナ素子942は終端手段972に接続される。そして、給電アンテナ素子941が給電されると、給電アンテナ素子941から電波として電力が放射され、この放射電力は無給電アンテナ素子950を導波器として伝わる。すなわち、給電アンテナ素子941及び無給電アンテナ素子950が、八木・宇田アレーとして動作し、給電アンテナ素子942から無給電アンテナ素子950へ向けて放射される。
また、給電アンテナ素子941,942の接続を、スイッチ981,982によって、給電手段961,962又は終端手段971,972へと選択的に切り替えることにより、高利得な指向性を持つビームを、異なる2つの方向に切り替えることができる。これによって、相手無線局が存在する方向に指向させることによって、SNR特性を向上させることができる。
In addition, by selectively switching the connection of the power
しかしながら、上記第一の例のように、指向性や偏波が直交するアンテナを小型無線通信端末に配置する場合、多数の独立したアンテナを近接させて配置するため、アンテナ素子の配置や形状に対する自由度が小さくなってしまうという問題がある。そのため、指向性を成形することが困難であり、例えばMIMO通信容量を最適化するように指向性を制御することはできない。
また、上記第二の例のように、給電アンテナ素子間に無給電アンテナ素子を列状に配置した場合、特定方向の指向性利得は上昇するものの、給電アンテナ素子間の結合が上昇し、特に抵抗性の終端素子でアンテナ素子を終端した場合は、アンテナ放射効率が大きく劣化してしまうという問題がある。そのため、アンテナに向けて周囲から希望信号が到来するような環境ではSNR特性が劣化し、通信容量が低下してしまう。
However, as in the first example, when an antenna having orthogonal directivity and polarization is arranged in a small wireless communication terminal, a large number of independent antennas are arranged close to each other. There is a problem that the degree of freedom becomes small. Therefore, it is difficult to shape the directivity, and the directivity cannot be controlled so as to optimize the MIMO communication capacity, for example.
In addition, when the parasitic antenna elements are arranged in a row between the feeding antenna elements as in the second example, the directivity gain in a specific direction increases, but the coupling between the feeding antenna elements increases. When the antenna element is terminated with a resistive termination element, there is a problem that the antenna radiation efficiency is greatly deteriorated. Therefore, in an environment where a desired signal arrives from the surroundings toward the antenna, the SNR characteristic deteriorates and the communication capacity decreases.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、複数の給電アンテナ素子間のアンテナ結合を軽減させて、SN比を向上させることができ、または、給電アンテナ素子間の空間相関を軽減させて、通信容量を増大させることができる無線通信用アンテナ装置及び無線通信方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can reduce the antenna coupling between a plurality of feed antenna elements and improve the S / N ratio, or the spatial correlation between the feed antenna elements. It is an object of the present invention to provide a radio communication antenna apparatus and a radio communication method that can reduce communication and increase communication capacity.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、同じ偏波特性を持つ複数のアンテナ素子が列を為して配置された無線通信用アンテナ装置であって、列を為して配置された前記アンテナ素子のうち、前記列の両端のアンテナ素子は給電アンテナ素子であり、前記両端の給電アンテナ素子の間に配された残りのアンテナ素子は、無給電アンテナ素子であり、前記無給電アンテナ素子は、リアクタンス素子によって終端されており、前記リアクタンス素子のリアクタンス値は、前記列において全て等しく設定されるとともに、無線通信における通信容量の期待値を最大化する値に設定されることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following means.
The present invention is a wireless communication antenna device in which a plurality of antenna elements having the same polarization characteristics are arranged in a row, and among the antenna elements arranged in a row, The antenna elements at both ends are feeding antenna elements, the remaining antenna elements arranged between the feeding antenna elements at both ends are parasitic antenna elements, and the parasitic antenna elements are terminated by reactance elements. The reactance values of the reactance elements are all set equal in the column, and are set to values that maximize the expected value of communication capacity in wireless communication.
また、本発明は、直交する二つの偏波特性の両方を持つアンテナ素子が列を為して配置されたアンテナ装置であって、列を為して配置された前記アンテナ素子のうち、前記列の両端のアンテナ素子は、直交する二つの偏波のそれぞれに対応する独立した給電手段を具備する給電アンテナ素子であり、前記両端の給電アンテナ素子の間に配された残りのアンテナ素子は、直交する二つの偏波それぞれに対応する独立したリアクタンス素子によって終端された無給電アンテナ素子であり、前記リアクタンス素子のリアクタンス値は、前記それぞれの偏波に対応する列において全て等しく設定されるとともに、無線通信における通信容量の期待値を最大化する値に設定されることを特徴とする。 Further, the present invention is an antenna device in which antenna elements having both two orthogonal polarization characteristics are arranged in rows, and among the antenna elements arranged in rows, The antenna elements at both ends of the row are feeding antenna elements having independent feeding means corresponding to two orthogonal polarizations, and the remaining antenna elements arranged between the feeding antenna elements at both ends are: A parasitic antenna element terminated by an independent reactance element corresponding to each of two orthogonal polarizations, and the reactance values of the reactance elements are all set equal in the columns corresponding to the respective polarizations, It is set to a value that maximizes the expected value of communication capacity in wireless communication.
また、本発明は、請求項2記載の無線通信用アンテナ装置であって、前記給電アンテナ素子の直交する二つのポートのいずれかに選択的に給電するための切り替え手段を具備することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the antenna device for wireless communication according to
また、本発明は、直交する二つの偏波特性の両方を持つ無給電アンテナ素子が列を為して配置され、前記列の両端に、偏波方向が可変である給電アンテナ素子を具備するアンテナ装置であって、前記無給電アンテナ素子は、直交する二つの偏波のそれぞれに対応する独立したリアクタンス素子によって終端されており、前記リアクタンス素子のリアクタンス値は、前記それぞれの偏波に対応する列において全て等しく設定されるとともに、無線通信における通信容量の期待値を最大化する値に設定されることを特徴とする。 In the present invention, parasitic antenna elements having both two orthogonal polarization characteristics are arranged in rows, and feed antenna elements whose polarization directions are variable are provided at both ends of the rows. In the antenna device, the parasitic antenna element is terminated by an independent reactance element corresponding to each of two orthogonal polarizations, and a reactance value of the reactance element corresponds to each of the polarizations All of the columns are set to be equal and set to a value that maximizes the expected value of the communication capacity in wireless communication.
また、本発明は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の無線通信用アンテナ装置であって、前記複数のアンテナ素子の列における長手方向を水平方向とし厚さ方向を垂直方向として、前記無給電アンテナ素子の電気長が前記給電アンテナ素子より短くなるように前記リアクタンス素子のリアクタンス値が設定される、ことを特徴とする。
また、本発明は、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の無線通信用アンテナ装置であって、前記複数のアンテナ素子のリアクタンス値を低い値から高い値に順次変化させていき、最も高いSNR特性が得られるリアクタンス値を選択する、または、最も高いチャネル容量が得られる前記複数のアンテナ素子のリアクタンス値の組み合わせを選択する第2の信号処理部、を具備することを特徴とする。
また、本発明は、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の無線通信用アンテナ装置であって、前記リアクタンス素子のリアクタンス値は、基地局アンテナの偏波の組合せ、素子数、または、素子間隔の情報である電気特性情報を含む信号であって、前記基地局アンテナ装置から受信した信号に含まれている前記電気特性情報に基づいて、無線通信における通信容量の期待値を最大化する値に設定される、ことを特徴とする。
また、本発明は、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の無線通信用アンテナ装置であって、前記リアクタンス素子のリアクタンス値が可変であり、任意の場所又は時間において最大の通信容量が得られるリアクタンス値を設定する設定手段を備えることを特徴とする。
Further, the present invention is the radio communication antenna apparatus according to any one of
The present invention is the radio communication antenna apparatus according to any one of
Further, the present invention is the radio communication antenna device according to any one of
Further, the present invention is the radio communication antenna apparatus according to any one of
また、本発明は、無線通信システムにおける端末装置として利用され、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の無線通信用アンテナ装置であって、複数の無線通信用アンテナ装置を同時に同一周波数で利用する空間多重を行う場合に、全ての無線通信用アンテナ装置の通信容量の平均値が最大となるリアクタンス値が設定されることを特徴とする。
In addition, the present invention is used as a terminal device in a wireless communication system, and is the wireless communication antenna device according to any one of
また、本発明は、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の無線通信用アンテナ装置であって、前記給電アンテナ素子は、前記給電アンテナ素子の間で発生する素子間結合による損失を改善する減結合回路を介して給電されることを特徴とする。
Further, the present invention is a radio communication antenna device according to any one of
また、本発明は、同じ偏波特性を持つ複数のアンテナ素子が列を為して配置された無線通信用アンテナ装置であって、列を為して配置された前記アンテナ素子のうち、前記列の両端のアンテナ素子は給電アンテナ素子であり、前記両端の給電アンテナ素子の間に配された残りのアンテナ素子は、無給電アンテナ素子であり、前記無給電アンテナ素子は、リアクタンス素子によって終端されており、前記リアクタンス素子のリアクタンス値は、無線通信における通信容量の期待値を最大化する値に設定される無線通信用アンテナ装置における無線通信方法であって、複数の送信アンテナ素子を具備する送信装置から送信された、前記送信アンテナ素子の偏波の組合せ、素子数、または、素子間隔の情報である電気特性情報を含む信号を受信して、受信した前記信号から前記電気特性情報を取り出し、取り出した前記電気特性情報を利用して、前記リアクタンス素子のリアクタンス値を、前記列において全て等しく設定することを特徴とする。 Further, the present invention is a radio communication antenna apparatus in which a plurality of antenna elements having the same polarization characteristics are arranged in a row, and among the antenna elements arranged in a row, The antenna elements at both ends of the row are feeding antenna elements, the remaining antenna elements arranged between the feeding antenna elements at both ends are parasitic antenna elements, and the parasitic antenna elements are terminated by reactance elements. And the reactance value of the reactance element is set to a value that maximizes an expected value of the communication capacity in wireless communication, and is a wireless communication method in a wireless communication antenna device , wherein the reactance element includes a plurality of transmission antenna elements device sent from the polarization of the combination of the transmitting antenna element, the number of elements, or receives a signal containing the electrical characteristic information is information element spacing The electrical characteristic information from said received signal taken out, by using the electrical characteristic information retrieved, the reactance value of the reactance element, and sets all equal in the row.
本発明によれば、リアクタンス値を適切に与えることによって、複数の給電アンテナ素子間のアンテナ結合を軽減させて、SN比を向上させることができ、または、給電アンテナ素子間の空間相関を軽減させて、通信容量を増大させることができる。 According to the present invention, by appropriately providing the reactance value, it is possible to reduce the antenna coupling between the plurality of feeding antenna elements and improve the SN ratio, or to reduce the spatial correlation between the feeding antenna elements. Thus, the communication capacity can be increased.
(実施形態1)
以下、本発明の第1の実施形態における無線通信用アンテナ装置について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態としての無線通信用アンテナ装置を示したものである。
無線通信用アンテナ装置1は、長方形状の誘電体基板9を備えている。誘電体基板9の上面(一方の主面)には、その長手方向Lの両端部に、給電アンテナ素子11,12が設けられている。給電アンテナ素子11,12は、誘電体基板9の厚さ方向Tに向けられて直線状に延ばされている。また、給電アンテナ素子11,12は、電力を供給する給電手段7,8がそれぞれ独立に設けられている。これら給電アンテナ素子11,12の間には、厚さ方向Tに向けられて直線状に延ばされた複数の無給電アンテナ素子21,22,23,24が設けられている。これら複数の無給電アンテナ素子21〜24は、誘電体基板9の長手方向Lに配列されている。また、無給電アンテナ素子21〜24は、それぞれリアクタンス素子31,32,33,34により終端されている。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a radio communication antenna apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a radio communication antenna apparatus as a first embodiment of the present invention.
The wireless
リアクタンス素子31〜34のリアクタンス値X1,X2,X3,X4は、無線通信用アンテナ装置1が使用される環境に合わせて最適値に設定されている。すなわち、無線通信用アンテナ装置1の使用環境をあらかじめ想定し、例えば製造時に最適なリアクタンスが予め取り付けられる。なお、それらリアクタンス値の最適値の決定方法は後述するものとする。
The reactance values X1, X2, X3, and X4 of the
次に、このように構成された本実施形態における無線通信用アンテナ装置1の作用について説明する。
給電アンテナ素子11,12の両方を用いて信号の送受信を行う場合、伝搬環境によってその通信容量は大きく影響を受ける。
そこで、以下のようにしてリアクタンス値X1〜X4が決定される。
例えば、無線通信用アンテナ装置1の周囲のどの方向からもほぼ均等な確率で信号波が到来するような環境では、給電アンテナ素子11,12の放射効率が支配的に通信容量に影響する。そのため、そのような環境では、給電アンテナ素子11,12同士の相互結合が最も下がるようにリアクタンス値X1〜X4の値が決定される。例えば、リアクタンス値X1〜X4を全て等しく設定した場合には、給電アンテナ素子11と給電アンテナ素子12とで、左右対称な放射パターンが得られる。
Next, the operation of the radio
When signal transmission / reception is performed using both the feeding
Therefore, reactance values X1 to X4 are determined as follows.
For example, in an environment where signal waves arrive with almost equal probability from any direction around the wireless
一方、到来波が限定した方向からのみ観測されるなど到来波方向の分布に偏りがある環境では、例えば長手方向Lを水平方向とし、厚さ方向Tを垂直方向として、到来波が水平方向から主に到来するような環境では、無給電アンテナ素子21〜24の電気長が給電アンテナ素子11,12より短くなるように、リアクタンス値X1〜X4の値が決定される。これにより、無線通信用アンテナ装置1は、無給電アンテナ素子21〜24を導波器とした八木・宇田アレーとして動作する。そのため、給電アンテナ素子11に給電した場合には、給電アンテナ素子11から電波が放射され、その放射パターン(受信パターンは送信パターンと等しい)は、給電アンテナ素子11から給電アンテナ素子12へ向かう方向(エンドファイヤ方向)にピークを持つ形状となる。また、給電アンテナ素子12に給電した場合も同様であり、給電アンテナ素子12から給電アンテナ素子11へ向かう方向にピークを持つ放射パターンが得られる。
On the other hand, in an environment where the distribution of the arrival wave direction is biased such that the arrival wave is observed only from a limited direction, for example, the longitudinal direction L is the horizontal direction, the thickness direction T is the vertical direction, and the arrival wave is from the horizontal direction. In an environment that mainly arrives, the reactance values X1 to X4 are determined so that the electrical lengths of the
なお、屋内環境(送信アンテナを屋内に配置した場合)では、一般的に、屋内の端末局から見て水平方向からの到来波が最も多く観測される。また直接波を除くと、誘電体基板9の周囲よりほぼ均等に信号波が到来する。例えば、端末局が小型のノート型パーソナルコンピュータなどのように、筐体の底面は水平に置かれ、その水平の向きはランダムに置かれるような環境で、かつ、端末上のアンテナ素子の設置場所が制限されているような場合、従来では水平面内に高い指向性利得を実現することは困難であった。 Note that, in an indoor environment (when the transmission antenna is arranged indoors), generally, the most incoming waves from the horizontal direction are observed as viewed from the indoor terminal station. When the direct wave is removed, the signal wave arrives almost uniformly from the periphery of the dielectric substrate 9. For example, the terminal station is placed in an environment where the bottom of the housing is placed horizontally, such as a small notebook personal computer, and the horizontal orientation is placed randomly. In the past, it has been difficult to achieve a high directivity gain in the horizontal plane.
このような場合、放射パターンを成形してもSNRは変化しないが、受信する可能性の低い上下方向のアンテナ利得を減少させることができれば、水平方向のアンテナ利得を増大させることができ、これにより、SNRを改善することができる。
本実施形態の無線通信用アンテナ装置1によれば、八木・宇田アレーとして動作させることにより、垂直面の放射パターンが絞られ、結果的に、水平方向の平均指向性利得は上昇する。すなわち、無線通信用アンテナ装置1によれば、垂直面の放射パターンを成形することができ、その結果、水平方向の平均利得を向上させることができる。そして、平均利得を向上させることによってSN比(信号対雑音比)を向上させることができ通信容量を増大させることができる。
In such a case, even if the radiation pattern is shaped, the SNR does not change, but if the antenna gain in the vertical direction with a low possibility of reception can be reduced, the antenna gain in the horizontal direction can be increased. , SNR can be improved.
According to the wireless
以上より、本実施形態の無線通信用アンテナ装置1によれば、リアクタンス値X1〜X4を適切に与えることによって、給電アンテナ素子11と給電アンテナ素子12との間のアンテナ結合を軽減させることができる。そのため、どの方向からもほぼ均等な確率で信号波が到来するような環境において、SN比を向上させることができる。
また、リアクタンス値X1〜X4を適切に与えることによって、給電アンテナ素子11と給電アンテナ素子12との間の空間相関を軽減させることができる。そのため、通信容量を増大させることができる。本実施形態では2つの八木・宇田アレー間で無給電アンテナ素子21〜24を共有しているため、小型の端末においても、高いSN比と低い空間相関を実現することができ、高い通信容量を実現することが可能になる。
As described above, according to the wireless
Moreover, the spatial correlation between the feeding
なお、本実施形態では、リアクタンス値X1〜X4を予め設定するとしたが、これに限ることはなく、適宜変更可能である。例えば、リアクタンス素子31〜34を電子制御式の可変リアクタンスとし、使用状況に応じて、不図示の制御部(設定手段)により、自動的に演算され、設定されるようにしてもよい。また、リアクタンス素子31〜34に、ダイヤルなどによりリアクタンス値を変更する変更機構(設定手段)を設け、使用状況に応じて、使用者などが適切なリアクタンス値を設定するようにしてもよい。
また、本実施形態では、無給電アンテナ素子数が8であるが、それより無給電アンテナ素子数が少ない場合や多い場合でも本効果は得られる。
In this embodiment, the reactance values X1 to X4 are set in advance. However, the present invention is not limited to this, and can be changed as appropriate. For example, the
In this embodiment, the number of parasitic antenna elements is eight, but this effect can be obtained even when the number of parasitic antenna elements is smaller or larger.
(実施形態2)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図2は、本発明の第2の実施形態を概念的に示したものである。
図2において、図1に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態と上記第1の実施形態とは基本的構成は同一であり、ここでは異なる点についてのみ説明する。
なお、図2において、X軸、Y軸及びZ軸は、それぞれ互いに直交する軸を示しており、X軸方向は、誘電体基板9の長手方向W(図1に示す)と一致し、Y軸方向は、誘電体基板9の短手方向、Z軸方向は、誘電体基板9の厚さ方向T(図1に示す)と一致するものである。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2 conceptually shows the second embodiment of the present invention.
2, the same parts as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
This embodiment and the first embodiment have the same basic configuration, and only the differences will be described here.
In FIG. 2, the X axis, the Y axis, and the Z axis indicate axes that are orthogonal to each other, and the X axis direction coincides with the longitudinal direction W (shown in FIG. 1) of the dielectric substrate 9. The axial direction corresponds to the short direction of the dielectric substrate 9, and the Z-axis direction corresponds to the thickness direction T (shown in FIG. 1) of the dielectric substrate 9.
本実施形態においては、Z軸方向に延びる給電アンテナ素子11,12の近傍に、Y軸方向に延びる給電アンテナ素子13,14がそれぞれ設けられている。すなわち、給電アンテナ素子11,12と、給電アンテナ素子13,14とは互いに直交している。
また、Z軸方向に延びる無給電アンテナ素子21〜24の近傍には、それぞれY軸方向に延びる無給電アンテナ素子25,26,27,28が設けられている。すなわち、無給電アンテナ素子21〜24と、無給電アンテナ素子25〜28とは互いに直交している。また、無給電アンテナ素子21〜28は、給電アンテナ素子11,13と給電アンテナ素子12,14との間においてX軸方向に配列されている。
無給電アンテナ素子25〜28は、それぞれリアクタンス素子35,36,37,38により終端されている。
In the present embodiment, feed
Also,
The
給電アンテナ素子13,14、及び、無給電アンテナ素子25〜28は水平偏波アンテナであって、二つの給電アンテナ素子13,14に給電することによって二つの放射特性が得られる。これは垂直偏波の給電アンテナ素子11,12、及び、無給電アンテナ素子21〜24と同様の動作となる。
また、リアクタンス素子35〜38のリアクタンス値X5,X6,X7,X8を、上記第1の実施形態と同様に、適切に設定することによって、高い通信容量が得られるようになる。
このように、本実施形態における無線通信用アンテナ装置1aによれば、垂直偏波素子に加えて水平偏波素子を利用することによって、アンテナポート数が2倍となるため、第1の実施形態の無線通信用アンテナ装置1から僅かのアンテナサイズの増加で約2倍の通信容量を実現することができる。
The feeding
Further, by appropriately setting the reactance values X5, X6, X7, and X8 of the
As described above, according to the wireless communication antenna device 1a in the present embodiment, the number of antenna ports is doubled by using the horizontal polarization element in addition to the vertical polarization element. A communication capacity of about double can be realized by slightly increasing the antenna size from the wireless
ここで、無線通信用アンテナ装置1aを端末局として利用した場合について、数値解析による特性評価結果について説明する。
図3(a)は、数値解析を行った屋内環境を示す説明図である。直方体形状の部屋の幅寸法(X軸方向の寸法)を12mとし、奥行き寸法(Y軸方向の寸法)を15m、高さ寸法(Z軸方向の寸法)を3mとする。壁面はコンクリートとし、什器の無い見通し環境とする。
また、基地局APは、X軸、Y軸及びZ軸の交点を原点Oとしたときの、座標位置(X,Y,Z)=(8,10,12)で、部屋の角付近に設置されるものとする。
さらに、端末UTは、高さを1m(Z=1)として、XY平面においてランダムに配置するものとする。
解析はイメージ波源法を用い、反射回数は10回とした。また、動作周波数は4.85GHzとした。なお、基地局APは、垂直/水平共用アンテナの8素子リニアアレー(16ポート)とし、アレー長は7波長とする。
Here, the characteristic evaluation result by numerical analysis will be described in the case where the wireless communication antenna device 1a is used as a terminal station.
FIG. 3A is an explanatory diagram illustrating an indoor environment in which numerical analysis is performed. The width dimension (dimension in the X-axis direction) of the rectangular parallelepiped room is 12 m, the depth dimension (dimension in the Y-axis direction) is 15 m, and the height dimension (dimension in the Z-axis direction) is 3 m. The walls will be made of concrete, and the environment will be free of fixtures.
The base station AP is installed near the corner of the room at the coordinate position (X, Y, Z) = (8, 10, 12) when the intersection point of the X axis, Y axis and Z axis is the origin O. Shall be.
Furthermore, the terminal UT is assumed to be randomly arranged on the XY plane with a height of 1 m (Z = 1).
The image wave source method was used for analysis, and the number of reflections was 10 times. The operating frequency was 4.85 GHz. The base station AP is an 8-element linear array (16 ports) of a vertical / horizontal shared antenna, and the array length is 7 wavelengths.
図3(b)は、リアクタンス素子31〜38のリアクタンス値に対するチャネル容量の期待値を求めた結果を示すものであり、無給電アンテナ素子を設けない場合の結果と比較して示すグラフである。
垂直偏波素子である無給電アンテナ素子21〜24におけるリアクタンス値X1〜X2は、X1=X2=X3=X4=a1と全て等しく設定した。また、水平偏波素子である無給電アンテナ素子25〜28におけるリアクタンス値X4〜X5も、X4=X5=X6=X7=a2と全て等しく設定した。
グラフより、リアクタンス値a1に対して比較的急峻な極大値が存在し、リアクタンス値a2に対しては緩やかな変化を示すことが分かる。これにより、垂直偏波素子の最適化の効果が大きいことが確認できる。
また、極大値は、(a1,a2)=(3.0Ω、573Ω)であり、そのときのチャネル容量は、8.4Bits/s/Hzとなった。無給電アンテナ素子がない場合だと、6.2Bits/s/Hzとなり、無給電アンテナ素子がある場合では、無給電アンテナ素子のない場合と比べて約30%以上高いチャネル容量が得られることが分かった。
FIG. 3B shows the result of obtaining the expected value of the channel capacity with respect to the reactance values of the
The reactance values X1 to X2 in the
It can be seen from the graph that there is a relatively steep maximum value with respect to the reactance value a1, and a gradual change with respect to the reactance value a2. This confirms that the effect of optimizing the vertical polarization element is great.
The maximum value was (a1, a2) = (3.0Ω, 573Ω), and the channel capacity at that time was 8.4 Bits / s / Hz. When there is no parasitic antenna element, it is 6.2 Bits / s / Hz. When there is a parasitic antenna element, a channel capacity higher by about 30% or more than that without a parasitic antenna element can be obtained. I understood.
(実施形態3)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
図4は、本発明の第3の実施形態を示したものである。
図4において、図1から図3に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態と上記第2の実施形態とは基本的構成は同一であり、ここでは異なる点についてのみ説明する。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.
In FIG. 4, the same components as those shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
This embodiment and the second embodiment have the same basic configuration, and only the differences will be described here.
本実施形態における無線通信用アンテナ装置1bは、信号を選択的に切り替える信号切り替え手段41,42を備えている。信号切り替え手段41,42の一方の端子41a,42aは、給電アンテナ素子11,12にそれぞれ接続され、他方の端子41b,42bは、給電アンテナ素子13,14にそれぞれ接続されている。また、信号切り替え手段41,42の固定端子41c,42cは、電力を供給する給電手段7a,8aに接続されており、給電手段7a,8aは、グランドGに接続されている。
The wireless communication antenna device 1b according to the present embodiment includes signal switching means 41 and 42 that selectively switch signals. One terminal 41a, 42a of the signal switching means 41, 42 is connected to the feeding
このような構成のもと、信号切り替え手段41,42によって、水平偏波・垂直偏波の何れかの給電アンテナ素子11〜14が選択されるようになっている。例えば、最も高いSNR特性が得られる給電アンテナ素子11〜14が選択され、又は、最も高いチャネル容量が得られる給電アンテナ素子11〜14の組み合わせが選択される。
リアクタンス値X1〜X8は最も大きな通信容量を与えるよう最適化される場合、信号切り替え手段41,42によって最も通信容量の高い給電アンテナ素子11〜14の組み合わせを選択することによって、少ない信号源(送受信機)のみ用いた場合でも、高い通信容量を実現することができ、無線通信用アンテナ装置1bを簡易化・低消費電力化することができる。
なお、信号切り替え手段41,42による切り替えは、使用状況に応じて、使用者が操作することによって行うようにしてもよいし、制御部が演算結果に応じて自動的に行うようにしてもよい。
Under such a configuration, either the horizontally polarized wave or the vertically polarized wave feeding
When the reactance values X1 to X8 are optimized to give the largest communication capacity, the signal switching means 41 and 42 select a combination of the feeding
Note that the switching by the signal switching means 41 and 42 may be performed by a user's operation according to the use situation, or may be automatically performed by the control unit according to the calculation result. .
(実施形態4)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
図5は、本発明の第4の実施形態を示したものである。
図5において、図1から図4に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態と上記第3の実施形態とは基本的構成は同一であり、ここでは異なる点についてのみ説明する。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention.
In FIG. 5, the same components as those shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
This embodiment and the third embodiment have the same basic configuration, and only the differences will be described here.
本実施形態における給電アンテナ素子151,152の両端部には、それぞれ両端部から中心に向けられたダイオード素子153,154,155,156が取り付けられている。また、給電アンテナ素子161,162の両端部には、それぞれ両端部から中心に向けられたダイオード素子163,164,165,166が取り付けられている。そして、ダイオード素子153〜156によって、給電アンテナ素子151と給電アンテナ素子152の何れかの素子を励振することが可能になっている。
例えば、対向するダイオード素子153及びダイオード素子156に順バイアス電圧を印加し、対向するダイオード素子154とダイオード素子155に逆バイアス電圧を印加することによって、ダイオード素子153,156は、高周波信号を導通させる状態となり、垂直偏波の給電アンテナ素子151が励振可能となる。一方、ダイオード素子155,156は高周波信号を導通させないため、水平偏波の給電アンテナ素子152は励振されない。
For example, the
このようにダイオード素子153〜156を操作することによって、給電アンテナ素子151,152の偏波特性を制御することができる。なお、ダイオード素子163〜166を操作することによっても、同様にして、給電アンテナ素子161,162の偏波特性を制御することができる。
このような手段によって、最も通信容量の高い偏波を選択することによって、少ない信号源(送受信機)のみ用いた場合でも、高い通信容量を実現することができ、無線通信用アンテナ装置1cを簡易化・低消費電力化することができる。
By manipulating the
By selecting a polarized wave with the highest communication capacity by such means, a high communication capacity can be realized even when only a small signal source (transceiver) is used, and the radio communication antenna device 1c is simplified. Power consumption can be reduced.
(実施形態5)
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。
図6は、本発明の第5の実施形態を示したものである。
図6において、図1から図5に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態と上記第1の実施形態とは基本的構成は同一であり、ここでは異なる点についてのみ説明する。
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention.
In FIG. 6, the same components as those shown in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
This embodiment and the first embodiment have the same basic configuration, and only the differences will be described here.
本実施形態における無線通信用アンテナ装置1dは、信号の送受信を行う送受信機51,52と、リアクタンス素子31〜34のリアクタンス値X1〜X4を変更するためのバイアス電圧を発生させるバイアス装置(設定手段)71と、各種信号処理を行う信号処理手段(設定手段)61とを備えている。なお、リアクタンス素子31〜34は、可変リアクタンス素子である。
The antenna device for wireless communication 1d according to the present embodiment includes transmitters and
このような構成のもと、送受信機51,52により信号が受信されると、その信号は信号処理手段61に入力される。信号処理手段61は、リアクタンス値X1〜X4の決定を行う。例えば、信号処理手段61は、リアクタンス値X1〜X4を低い値から高い値に順次変化させていき、最も高いSNR特性が得られるリアクタンス値X1〜X4を選択する。また、信号処理手段61は、最も高いチャネル容量が得られるリアクタンス値X1〜X4の組み合わせを選択するようにしてもよい。また、信号処理手段61は、受信された信号から遅延スプレッドなどを演算し、この遅延スプレッドから屋内環境であるか屋外環境であるかを判定し、製造時などに予め与えられてメモリに記憶された、それぞれの環境に適したリアクタンス値X1〜X4を読み出して設定するようにしてもよい。
With this configuration, when signals are received by the
それから、信号処理手段61は、決定したそれぞれのリアクタンス値情報をバイアス装置71に入力する。バイアス装置71は、それぞれのリアクタンス値情報に応じたバイアス信号をリアクタンス素子31〜34に入力する。その結果、リアクタンス素子31〜34のリアクタンス値X1〜X4が、信号処理手段61によって決定された値に設定される。
なお、送受信機51,52からの受信信号に基づいて、信号処理手段61が、より適したバイアス条件を検出するよう設計するなど、再帰的な処理を実施することも可能である。
このような手段によって、無線通信用アンテナ装置1d周辺の伝搬環境が動的に変化するような場合、例えば移動する車両上に端末があるような場合でも、高いチャネル容量を持続的に実現することが可能になる。
Then, the
It is also possible to perform recursive processing such as designing the signal processing means 61 to detect a more suitable bias condition based on the received signals from the
By such means, when the propagation environment around the wireless communication antenna device 1d changes dynamically, for example, even when the terminal is on a moving vehicle, a high channel capacity is continuously realized. Is possible.
(実施形態6)
次に、本発明の第6の実施形態について説明する。
図7は、本発明の第6の実施形態を示したものである。
図7において、図1から図6に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態と上記第1の実施形態とは基本的構成は同一であり、ここでは異なる点についてのみ説明する。
(Embodiment 6)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 shows a sixth embodiment of the present invention.
In FIG. 7, the same components as those shown in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
This embodiment and the first embodiment have the same basic configuration, and only the differences will be described here.
本実施形態における端末局装置(無線通信用アンテナ装置)81は、無線により通信が行われる無線通信システム2の端末装置として利用されるものである。
端末局装置81は、給電アンテナ素子111,112と、これら給電アンテナ素子111,112の間に設けられたリアクタンス素子付き無給電アンテナ素子211,212とを備えている。なお、端末局装置(無線通信用アンテナ装置)82の構成も同様である。
基地局装置(送信装置)83は、複数の送信アンテナ素子83aを備えており、端末局装置81,82と同一周波数で同時に通信を行うため、複数端末局の空間多重を行う。端末局装置81において、リアクタンス素子付き無給電アンテナ素子211,212のリアクタンス素子の適正なリアクタンス値X1,X2が設定され、端末局装置82において、リアクタンス素子付き無給電アンテナ素子223,224のリアクタンス素子の適正なリアクタンス値X3,X4が設定される。すなわち、リアクタンス値X1〜X4は、全ての端末局装置81,82の通信容量の平均値が最大となるような値に設定される。
これにより、空間多重時の伝送容量を改善することができる。
なお、リアクタンス値X1〜X4は基地局装置83から指定しても良い。このようにすることによって、複数の端末局装置81,82の空間多重時の伝送容量を改善、あるいは周波数利用効率を改善することができる。
The terminal station device (wireless communication antenna device) 81 in this embodiment is used as a terminal device of the
The
The base station apparatus (transmitting apparatus) 83 includes a plurality of transmitting
Thereby, the transmission capacity at the time of spatial multiplexing can be improved.
The reactance values X1 to X4 may be specified from the
(実施形態7)
次に、本発明の第7の実施形態について説明する。
図8は、本発明の第7の実施形態を示したものである。
図8において、図1から図7に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態と上記第1の実施形態とは基本的構成は同一であり、ここでは異なる点についてのみ説明する。
(Embodiment 7)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 shows a seventh embodiment of the present invention.
In FIG. 8, the same components as those shown in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
This embodiment and the first embodiment have the same basic configuration, and only the differences will be described here.
本実施形態における無線通信用アンテナ装置1eは、給電アンテナ素子11,12に接続された減結合回路45を備えている。減結合回路45は、給電アンテナ素子11,12の間で発生する素子間結合による損失を改善するためのものである。また、減結合回路45は、二つの給電手段7a,8aに接続されており、これら二つの給電手段7a,8aは、それぞれグランドGに接続されている。
The wireless
ここで、例えば一方の給電手段から信号が送信されると、その信号は、一方の給電アンテナ素子から送信されるとともに、他方の給電アンテナ素子を経由して他方の給電手段に入力されることが考えられる。
しかし、本実施形態における減結合回路45は、給電アンテナ素子11から送信された信号と等振幅・逆位相の信号が同時に給電手段8aに入力されるように回路設計されている。
そのため、給電手段7aと給電手段8aとの間の結合をキャンセルすることが可能になる。
これによって、送受信時における信号のSNRを改善することが可能になる。
Here, for example, when a signal is transmitted from one power feeding means, the signal may be transmitted from one power feeding antenna element and input to the other power feeding means via the other power feeding antenna element. Conceivable.
However, the
Therefore, it becomes possible to cancel the coupling between the power supply means 7a and the power supply means 8a.
This makes it possible to improve the SNR of the signal during transmission / reception.
(実施形態8)
次に、本発明の第8の実施形態について説明する。
図9は、本発明の第8の実施形態において、その処理を示すフローチャートである。
図9において、図1から図7に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態と上記第1の実施形態とは基本的構成は同一であり、ここでは異なる点についてのみ説明する。なお、本実施形態の構成は、第5の実施形態の構成(図6に示す)と同様である。
(Embodiment 8)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a flowchart showing the processing in the eighth embodiment of the present invention.
In FIG. 9, the same components as those shown in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
This embodiment and the first embodiment have the same basic configuration, and only the differences will be described here. The configuration of the present embodiment is the same as the configuration of the fifth embodiment (shown in FIG. 6).
本実施形態においては、基地局アンテナ装置から、基地局アンテナの偏波の組合せや、素子数、素子間隔などの基地局アンテナ情報(電気特性情報)を含む信号が送信され、無線通信用アンテナ装置は、その信号を受信する(ステップS1)。
そして、無線通信用アンテナ装置は、受信した信号から基地局アンテナ情報を取り出す(ステップS2)。
次いで、無線通信用アンテナ装置は、取り出した基地局アンテナ情報から、最も高い通信容量が期待できる各リアクタンス素子のリアクタンス値を決定し、それを設定する(ステップS3)。具体的には、例えば上記第5の実施形態と同様にしてリアクタンス値が決定される。
そして、無線通信用アンテナ装置は、設定されたリアクタンス値のもと、データ伝送を開始して(ステップS4)、処理を終了する。
このような手段によって、基地局のアンテナの種類が更改される場合、または、無線通信用アンテナ装置が移動して他のアンテナをもつ基地局アンテナ装置と通信を開始する場合でも、常に高い通信容量を安定して実現することができる。
In the present embodiment, a signal including base station antenna information (electrical characteristic information) such as a combination of polarizations of the base station antenna, the number of elements, and an element interval is transmitted from the base station antenna apparatus. Receives the signal (step S1).
Then, the radio communication antenna apparatus extracts base station antenna information from the received signal (step S2).
Next, the radio communication antenna apparatus determines the reactance value of each reactance element that can be expected to have the highest communication capacity from the extracted base station antenna information, and sets it (step S3). Specifically, for example, the reactance value is determined in the same manner as in the fifth embodiment.
Then, the wireless communication antenna device starts data transmission based on the set reactance value (step S4) and ends the process.
Even when the type of antenna of the base station is renewed by such means, or when the antenna device for wireless communication moves and starts communication with a base station antenna device having another antenna, the communication capacity is always high. Can be realized stably.
本発明によれば、以上に述べた手段によって、次のような効果が得られる。
例えば、小型のノート型パーソナルコンピュータなどのように筺体底面が水平に置かれ、水平方向にはランダムに置かれるような環境で、端末上のアンテナ素子の設置場所が制限されていて、水平面内に高い指向性利得を実現することが困難な場合であっても、本発明によれば、水平面内の平均利得を向上させることができる。そして、平均利得を向上させることによってSN比(信号対雑音比)を向上させ、通信容量を改善することができる。
また、リアクタンス値を適切に与えることによって、複数の給電アンテナ素子間のアンテナ結合を軽減でき、これによりさらにSN比を向上させることができる。
また、リアクタンス値を適切に与えることによって、給電アンテナ素子間の空間相関を軽減できるため、通信容量の向上に貢献できる。
さらに、2つの八木・宇田アレー間で無給電アンテナ素子を共有しているため、小型のアンテナ形状においても、高いSN比と低い空間相関を実現し、高い通信容量を実現することが可能になる。
According to the present invention, the following effects can be obtained by the means described above.
For example, the installation location of the antenna element on the terminal is limited in an environment where the bottom of the chassis is placed horizontally, such as a small notebook personal computer, and is placed randomly in the horizontal direction. Even if it is difficult to achieve a high directivity gain, according to the present invention, the average gain in the horizontal plane can be improved. Then, by increasing the average gain, the SN ratio (signal to noise ratio) can be improved and the communication capacity can be improved.
Further, by appropriately giving the reactance value, the antenna coupling between the plurality of feeding antenna elements can be reduced, thereby further improving the S / N ratio.
In addition, since the spatial correlation between the feeding antenna elements can be reduced by appropriately giving the reactance value, it is possible to contribute to the improvement of the communication capacity.
Furthermore, since the parasitic antenna elements are shared between the two Yagi / Uda arrays, it is possible to achieve a high communication capacity by realizing a high S / N ratio and low spatial correlation even in a small antenna shape. .
また、直交する二つの偏波のアンテナを利用することによって、アンテナポート数が2倍となるため、僅かのアンテナサイズの増加で約2倍の通信容量を実現することができる。
また、直交する二つの偏波のアンテナを利用する場合、信号切り替え手段によって、最も通信容量の高い偏波の組合せを選択することができ、少ない信号源(送受信機)のみ用いた場合でも高い通信容量を実現することができ、無線通信用アンテナ装置を簡易化・低消費電力化することができる。
また、給電素子の偏波を可変とすることによって、最も通信容量の高い偏波を選択することができ、少ない信号源(送受信機)のみ用いた場合でも高い通信容量を実現することができ、無線通信装置を簡易化・低消費電力化することができる。
In addition, by using two orthogonally polarized antennas, the number of antenna ports is doubled, so that a communication capacity of about twice can be realized with a slight increase in antenna size.
Also, when two orthogonally polarized antennas are used, the signal switching means can select the combination of polarized waves with the highest communication capacity, and high communication even when only a small number of signal sources (transceivers) are used. The capacity can be realized, and the antenna device for wireless communication can be simplified and the power consumption can be reduced.
Also, by making the polarization of the feed element variable, the polarization with the highest communication capacity can be selected, and even when only a small signal source (transceiver) is used, a high communication capacity can be realized. A wireless communication apparatus can be simplified and reduced in power consumption.
また、動的にリアクタンス値を設定する手段を具備することによって、環境が変動する場合でも、あるいは、無線通信用アンテナ装置が様々な環境に配置される場合でも常に安定して高い通信容量を達成することができるようになる。
また、複数の無線通信用アンテナ装置を空間多重する場合においても、複数の無線通信用アンテナ装置間の空間相関を低く与えるようなリアクタンス値に設定することによって、空間多重による高い通信容量向上効果を実現することができるようになる。
In addition, by providing a means for dynamically setting a reactance value, even when the environment fluctuates or when the antenna device for wireless communication is arranged in various environments, a high communication capacity is always stably achieved. Will be able to.
Even when a plurality of radio communication antenna devices are spatially multiplexed, by setting the reactance value so as to give a low spatial correlation between the plurality of radio communication antenna devices, a high communication capacity improvement effect due to spatial multiplexing can be obtained. Can be realized.
また、複数の給電アンテナ素子間に減結合回路を挿入することによって、SNR特性を改善し、通信容量を向上させることができる。
また、送信局から、本発明による無線通信用アンテナ装置に向けて送信局のアンテナの電気特性を送信することによって、送信局のアンテナの種類が更改される場合、または、無線通信用アンテナ装置が移動して他のアンテナをもつ送信局装置と通信を開始する場合でも、常に高い通信容量を安定して実現することができる。
Further, by inserting a decoupling circuit between a plurality of feeding antenna elements, it is possible to improve the SNR characteristics and increase the communication capacity.
Also, when the antenna type of the transmitting station is renewed by transmitting the electrical characteristics of the antenna of the transmitting station from the transmitting station to the antenna device for wireless communication according to the present invention, or the antenna device for wireless communication is Even when moving and starting communication with a transmitting station apparatus having another antenna, a high communication capacity can always be stably realized.
なお、上記第1から第8の実施形態においては、誘電体基板9を設けるとしたが、これに限ることはなく、構成は適宜変更可能である。例えば、誘電体基板9に代えて、連結治具で各アンテナ素子を連結、固定してもよい。
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
In the first to eighth embodiments, the dielectric substrate 9 is provided. However, the configuration is not limited to this, and the configuration can be changed as appropriate. For example, instead of the dielectric substrate 9, the antenna elements may be connected and fixed with a connecting jig.
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1,1a,1b,1c,1d,1e 無線通信用アンテナ装置
11,12,13,14 給電アンテナ素子
21,22,23,24,25,26,27,28 無給電アンテナ素子
31,32,33,34,35,36,37,38 リアクタンス素子
7,7a,8,8a 給電手段
41,42 信号切り替え手段
45 減結合回路
61 信号処理手段(設定手段)
71 バイアス装置(設定手段)
81,82 端末局装置(無線通信用アンテナ装置)
83 基地局装置(送信装置)
83a 送信アンテナ素子
111,112 給電アンテナ素子
121,122 給電アンテナ素子
211,212,213,214 リアクタンス素子付き無給電アンテナ素子
151,152 給電アンテナ素子
161,162 給電アンテナ素子
1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e Radio
71 Bias device (setting means)
81, 82 Terminal station device (antenna device for wireless communication)
83 Base station device (transmitting device)
83a
Claims (11)
列を為して配置された前記アンテナ素子のうち、前記列の両端のアンテナ素子は給電アンテナ素子であり、前記両端の給電アンテナ素子の間に配された残りのアンテナ素子は、無給電アンテナ素子であり、
前記無給電アンテナ素子は、リアクタンス素子によって終端されており、
前記リアクタンス素子のリアクタンス値は、前記列において全て等しく設定されるとともに、無線通信における通信容量の期待値を最大化する値に設定されることを特徴とする無線通信用アンテナ装置。 A wireless communication antenna device in which a plurality of antenna elements having the same polarization characteristics are arranged in a row,
Among the antenna elements arranged in a row, the antenna elements at both ends of the row are feed antenna elements, and the remaining antenna elements arranged between the feed antenna elements at both ends are parasitic antenna elements. And
The parasitic antenna element is terminated by a reactance element,
The reactance values of the reactance elements are all set equal in the column, and are set to values that maximize the expected value of communication capacity in wireless communication.
列を為して配置された前記アンテナ素子のうち、前記列の両端のアンテナ素子は、直交する二つの偏波のそれぞれに対応する独立した給電手段を具備する給電アンテナ素子であり、前記両端の給電アンテナ素子の間に配された残りのアンテナ素子は、直交する二つの偏波それぞれに対応する独立したリアクタンス素子によって終端された無給電アンテナ素子であり、
前記リアクタンス素子のリアクタンス値は、前記それぞれの偏波に対応する列において全て等しく設定されるとともに、無線通信における通信容量の期待値を最大化する値に設定されることを特徴とする無線通信用アンテナ装置。 An antenna device in which antenna elements having both two orthogonal polarization characteristics are arranged in rows,
Among the antenna elements arranged in a row, the antenna elements at both ends of the row are feed antenna elements having independent feeding means corresponding to two orthogonally polarized waves, respectively. The remaining antenna elements arranged between the feeding antenna elements are parasitic antenna elements terminated by independent reactance elements corresponding to two orthogonal polarizations, respectively.
The reactance values of the reactance elements are all set equal in the columns corresponding to the respective polarizations, and are set to values that maximize the expected value of communication capacity in wireless communication. Antenna device.
前記給電アンテナ素子の直交する二つのポートのいずれかに選択的に給電するための切り替え手段を具備することを特徴とする無線通信用アンテナ装置。 The antenna device for wireless communication according to claim 2,
A radio communication antenna apparatus comprising switching means for selectively feeding power to one of two orthogonal ports of the feeding antenna element.
前記列の両端に、偏波方向が可変である給電アンテナ素子を具備するアンテナ装置であって、
前記無給電アンテナ素子は、直交する二つの偏波のそれぞれに対応する独立したリアクタンス素子によって終端されており、
前記リアクタンス素子のリアクタンス値は、前記それぞれの偏波に対応する列において全て等しく設定されるとともに、無線通信における通信容量の期待値を最大化する値に設定されることを特徴とする無線通信用アンテナ装置。 Parasitic antenna elements having both orthogonal polarization characteristics are arranged in rows,
An antenna apparatus comprising a feeding antenna element whose polarization direction is variable at both ends of the row,
The parasitic antenna element is terminated by an independent reactance element corresponding to each of two orthogonal polarizations,
The reactance values of the reactance elements are all set equal in the columns corresponding to the respective polarizations, and are set to values that maximize the expected value of communication capacity in wireless communication. Antenna device.
前記複数のアンテナ素子の列における長手方向を水平方向とし厚さ方向を垂直方向として、前記無給電アンテナ素子の電気長が前記給電アンテナ素子より短くなるように前記リアクタンス素子のリアクタンス値が設定される、 The reactance value of the reactance element is set so that the electric length of the parasitic antenna element is shorter than that of the feed antenna element, with the longitudinal direction in the row of the plurality of antenna elements being the horizontal direction and the thickness direction being the vertical direction. ,
ことを特徴とする無線通信用アンテナ装置。 An antenna device for wireless communication characterized by the above.
前記複数のアンテナ素子のリアクタンス値を低い値から高い値に順次変化させていき、最も高いSNR特性が得られるリアクタンス値を選択する、または、最も高いチャネル容量が得られる前記複数のアンテナ素子のリアクタンス値の組み合わせを選択する第2の信号処理部、 The reactance values of the plurality of antenna elements are sequentially changed from a low value to a high value to select a reactance value that provides the highest SNR characteristics, or reactances of the plurality of antenna elements that provide the highest channel capacity. A second signal processing unit for selecting a combination of values;
を具備することを特徴とする無線通信用アンテナ装置。 An antenna device for wireless communication, comprising:
前記リアクタンス素子のリアクタンス値は、 The reactance value of the reactance element is
基地局アンテナの偏波の組合せ、素子数、または、素子間隔の情報である電気特性情報を含む信号であって、前記基地局アンテナ装置から受信した信号に含まれている前記電気特性情報に基づいて、無線通信における通信容量の期待値を最大化する値に設定される、 Based on the electrical characteristic information included in the signal received from the base station antenna device, the signal including electrical characteristic information that is information on a combination of polarizations of base station antennas, the number of elements, or element spacing Is set to a value that maximizes the expected value of the communication capacity in wireless communication.
ことを特徴とする無線通信用アンテナ装置。 An antenna device for wireless communication characterized by the above.
前記リアクタンス素子のリアクタンス値が可変であり、
任意の場所又は時間において最大の通信容量が得られるリアクタンス値を設定する設定手段を備えることを特徴とする無線通信用アンテナ装置。 The wireless communication antenna device according to any one of claims 1 to 7 ,
The reactance value of the reactance element is variable,
An antenna device for wireless communication, comprising setting means for setting a reactance value at which a maximum communication capacity is obtained at an arbitrary place or time.
複数の無線通信用アンテナ装置を同時に同一周波数で利用する空間多重を行う場合に、全ての無線通信用アンテナ装置の通信容量の平均値が最大となるリアクタンス値が設定されることを特徴とする無線通信用アンテナ装置。 A wireless communication antenna device according to any one of claims 1 to 8 , wherein the antenna device is used as a terminal device in a wireless communication system.
A reactance value in which the average value of the communication capacities of all the radio communication antenna devices is set to be maximum when performing spatial multiplexing using a plurality of radio communication antenna devices at the same frequency at the same time. Communication antenna device.
前記給電アンテナ素子は、前記給電アンテナ素子の間で発生する素子間結合による損失を改善する減結合回路を介して給電されることを特徴とする無線通信用アンテナ装置。 The wireless communication antenna device according to any one of claims 1 to 9 ,
The antenna apparatus for wireless communication, wherein the feeding antenna element is fed through a decoupling circuit that improves a loss due to coupling between elements generated between the feeding antenna elements.
複数の送信アンテナ素子を具備する送信装置から送信された、前記送信アンテナ素子の偏波の組合せ、素子数、または、素子間隔の情報である電気特性情報を含む信号を受信して、
受信した前記信号から前記電気特性情報を取り出し、
取り出した前記電気特性情報を利用して、前記リアクタンス素子のリアクタンス値を、前記列において全て等しく設定することを特徴とする無線通信方法。 A wireless communication antenna apparatus in which a plurality of antenna elements having the same polarization characteristics are arranged in a row, and among the antenna elements arranged in a row, antenna elements at both ends of the row Is a feeding antenna element, the remaining antenna elements arranged between the feeding antenna elements at both ends are parasitic antenna elements, and the parasitic antenna element is terminated by a reactance element, and the reactance element The reactance value is a wireless communication method in the antenna device for wireless communication set to a value that maximizes the expected value of the communication capacity in wireless communication,
A signal including electrical characteristic information that is information on a combination of polarization of the transmission antenna elements , the number of elements, or an element interval, transmitted from a transmission apparatus including a plurality of transmission antenna elements,
Extracting the electrical characteristic information from the received signal,
A wireless communication method characterized in that all the reactance values of the reactance elements are set to be equal in the column using the extracted electrical characteristic information.
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