(57)【要約】  アレイアンテナは、アンテナ素子群とスイッチング部とを有している。アンテナ素子群は複数のアンテナ素子を配置した構成である。スイッチング部は、アンテナ素子群に含まれている複数のアンテナ素子の給電点を個別にスイッチングできるようにする複数のスイッチ素子を備えている。スイッチ素子のスイッチングにより、アンテナ素子群を、複数の信号を並列で送受信するＭＩＭＯ通信用のアンテナとして動作させるか、指向性を信号到来方向に制御する指向性アレイアンテナとして動作させるかが切り替わる。
2008105126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を配置したアンテナ素子群と、
前記アンテナ素子群に含まれている複数の前記アンテナ素子の給電点を個別にスイッチングできるようにする複数のスイッチ素子を備え、前記スイッチ素子のスイッチングにより、前記アンテナ素子群を、複数の信号を並列で送受信するＭＩＭＯ通信用のアンテナとして前記アンテナ素子群を動作させるか、指向性を信号到来方向に制御する指向性アレイアンテナとして動作させるかを切り替えるスイッチング部と、を有するアレイアンテナ。
【請求項２】
前記アンテナ素子群をＭＩＭＯ通信用のアンテナとして動作させる場合、前記スイッチング部において、複数の信号の転送に用いる複数のアンテナ素子を給電素子とし、その給電点に給電するようにスイッチングを行う、請求項１に記載のアレイアンテナ。
【請求項３】
前記アンテナ素子群を指向性アレイアンテナとして動作させる場合、前記スイッチング部において、給電素子として使用される１つのアンテナ素子の給電点に給電し、無給電素子として使用される複数のアンテナ素子の給電点をオープン状態あるいはグランドにショートした状態とするようにスイッチングを行う、請求項１または２に記載のアレイアンテナ。
【請求項４】
前記アンテナ素子群の複数の前記アンテナ素子は、前記アレイアンテナを指向性アレイアンテナとして使用するときに給電素子となる１つのアンテナ素子が中心に配置され、複数の無給電素子となる周辺のアンテナ素子が、前記中心のアンテナ素子から等距離で、かつ互いに等間隔に配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のアレイアンテナ。
【請求項５】
前記アンテナ素子群を指向性アレイアンテナとして動作させる場合、前記スイッチング部において、前記中心のアンテナ素子だけに給電し、前記周辺のアンテナ素子のうち、前記中心のアンテナ素子から見て所定方向にある複数の連続的に隣接したアンテナ素子をオープン状態にし、残りのアンテナ素子をグランドにショートした状態にすることにより、指向性が設定される、請求項４に記載のアレイアンテナ。
【請求項６】
前記周辺のアンテナ素子のうち、オープン状態にするアンテナ素子と、グランドにショートした状態にするアンテナ素子を変更することにより、指向性の方向が制御される、請求項５に記載のアレイアンテナ。
【請求項７】
前記アンテナ素子群をＭＩＭＯ通信用のアンテナとして動作させる場合、前記スイッチング部において、前記周辺のアンテナ素子のうちの複数個を給電素子とする、請求項４に記載のアレイアンテナ。
【請求項８】
前記アンテナ素子群をＭＩＭＯ通信用のアンテナとして動作させる場合、前記スイッチング部において、前記中心のアンテナ素子から見て逆方向にある２つのアンテナ素子を給電素子とする、請求項７に記載のアレイアンテナ。
【請求項９】
前記アンテナ素子群の複数の前記アンテナ素子は逆Ｆアンテナである、請求項１から８のいずれか１項に記載のアイレアンテナ。
【請求項１０】
前記スイッチ素子には、ピンダイオード、ＧａＡｓスイッチ、およびＭＥＭＳスイッチのいずれかが使用される、請求項１から９のいずれか１項に記載のアレイアンテナ。
【請求項１１】
複数のアンテナ素子を配置したアンテナ素子群と、前記アンテナ素子群に含まれている複数の前記アンテナ素子の給電点を個別にスイッチングできるようにする複数のスイッチ素子を備えたスイッチング部を有し、前記スイッチング部は、前記スイッチ素子のスイッチングにより、前記アンテナ素子群を、複数の信号を並列で送受信するＭＩＭＯ通信用のアンテナとして動作させるか、指向性を信号到来方向に制御する指向性アレイアンテナとして動作させるかを切り替える、アレイアンテナと、
前記アレイアンテナのスイッチング部のスイッチングにより給電素子となるアンテナ素子に給電する給電回路と、
前記アレイアンテナを指向性アレイアンテナとして使用するか、ＭＩＭＯ通信用のアンテナとして使用するかを決めて前記アレイアンテナに指示する制御部と、を有する無線通信装置。
【請求項１２】
前記アンテナ素子群をＭＩＭＯ通信用のアンテナとして動作させる場合、前記制御部からの指示により前記スイッチング部が、複数の信号の転送に用いる複数のアンテナ素子を給電素子とし、その給電点に給電するようにスイッチングを行う、請求項１１に記載の無線通信装置。
【請求項１３】
前記アンテナ素子群を指向性アレイアンテナとして動作させる場合、前記制御部からの指示により前記スイッチング部が、給電素子として使用される１つのアンテナ素子の給電点に給電し、無給電素子として使用される複数のアンテナ素子の給電点をオープン状態あるいはグランドにショートした状態とするようにスイッチングを行う、請求項１１または１２に記載の無線通信装置。
【請求項１４】
前記アンテナ素子群の複数の前記アンテナ素子は、前記アレイアンテナを指向性アレイアンテナとして使用するときに給電素子となる１つのアンテナ素子が中心に配置され、複数の無給電素子となる周辺のアンテナ素子が、前記中心のアンテナ素子から等距離で、かつ互いに等間隔に配置されている、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１５】
前記アンテナ素子群を指向性アレイアンテナとして動作させる場合、前記制御部からの指示により前記スイッチング部において、前記中心のアンテナ素子だけに前記給電回路から給電し、前記周辺のアンテナ素子のうち、前記中心のアンテナ素子から見て所定方向にある複数の連続的に隣接したアンテナ素子をオープン状態にし、残りのアンテナ素子をグランドにショートした状態にすることにより、指向性を設定する、請求項１４に記載の無線通信装置。
【請求項１６】
前記周辺のアンテナ素子のうち、オープン状態にするアンテナ素子と、グランドにショートした状態にするアンテナ素子を変更することにより、指向性の方向を制御する、請求項１５に記載の無線通信装置。
【請求項１７】
前記アンテナ素子群をＭＩＭＯ通信用のアンテナとして動作させる場合、前記制御部からの指示により前記スイッチング部が、前記周辺のアンテナ素子のうちの複数個を給電素子とする、請求項１４に記載の無線通信装置。
【請求項１８】
前記アンテナ素子群をＭＩＭＯ通信用のアンテナとして動作させる場合、前記制御部からの指示により前記スイッチング部が、前記中心のアンテナ素子から見て逆方向にある２つのアンテナ素子を給電素子とする、請求項１７に記載の無線通信装置。
【請求項１９】
前記アンテナ素子群の複数の前記アンテナ素子は逆Ｆアンテナである、請求項１１から１８のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項２０】
前記スイッチ素子には、ピンダイオード、ＧａＡｓスイッチ、およびＭＥＭＳスイッチのいずれかが使用される、請求項１１から１９のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項２１】
複数のアンテナ素子を配置したアンテナ素子群と、前記アンテナ素子群に含まれている複数の前記アンテナ素子の給電点を個別にスイッチングできるようにする複数のスイッチ素子とを配置したアレイアンテナを用いて、第１の要求があると、前記スイッチ素子のスイッチングにより、前記アンテナ素子群を、複数の信号を並列で送受信するＭＩＭＯ通信用のアンテナとして動作する状態に設定し、
第２の要求があると、前記スイッチ素子のスイッチングにより、前記アンテナ素子群を、指向性を信号到来方向に制御する指向性アレイアンテナとして動作する状態に設定する、アレイアンテナ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナを制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動通信の端末装置は様々な方向にある基地局と通信することが要求される。また端末装置が移動すれば、端末装置から見た基地局の方向は変化する。それ故、一般に、移動通信の端末装置には無指向性のアンテナが搭載されている。無指向性のアンテナは全方向の相手との通信を可能にするが、一般に、その通信性能は指向性アンテナの指向性が向いた方向における通信性能に比べて劣っている。近年では通信性能の向上が求められており、そのための技術が開発され、実用化されている。【０００３】
例えば、指向性アンテナの指向性を信号到来方向に制御することによって通信性能を向上させる技術がある。【０００４】
指向性の制御が可能な指向性アンテナとしては、複数のアンテナ素子を配置しておき、各アンテナ素子に給電する信号の位相と振幅をアンテナ素子毎に制御する構成のものがある。各アンテナ素子から放射された電波が合成されることにより指向性アンテナの指向性が形成される。指向性の制御は、給電信号の振幅と位相をアナログ的に制御する方法と、デジタル的に制御する方法とがある。給電信号のデジタル化にはＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）が用いられる。【０００５】
また、指向性の制御が可能な指向性アンテナとしては、給電素子と複数の無給電素子とを有する八木宇田アンテナの無給電素子の素子長を電気的に変化させる構成のものがある。Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ  Ａｒｒａｙｓ  （ＲＯＧＥＲＦ．ＨＡＲＲＩＮＧＴＯＮ）ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，  ｖｏｌ．  ＡＰ２６，  Ｎｏ．３，  Ｍａｙ  １９７８，ｐ３９０−３９５（文献１）を参照されたい。【０００６】
文献１に記載された指向性アンテナは、給電素子を中心として円形状に無給電素子が配置された構成である。指向性の制御では、各無給電素子のリアクタンス値を変化させることにより、各無給電素子の電気的な素子長を変化させる。これによって八木宇田アンテナの指向性を任意に制御することができる。この方式を用いたＥＳＰＡＲアンテナが特開２００１−０２４４３１号公報（文献２）に開示されている。【０００７】
また、上述したような、指向性の制御が可能な八木宇田アンテナの無給電素子のリアクタンス値をオープン状態とショート状態の２つの状態に限定することにより、構成や制御を簡略化した方式もある。ＳＷＩＴＣＨＥＤ  ＰＡＲＡＳＩＴＩＣ  ＡＮＴＥＮＮＡＳ  ＦＯＲ  ＣＥＬＬＵＬＡＲ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＩＴＯＮＳ  ＴＨＩＥＬ  ＤＡＶＩＤ  Ｖ．  ＳＭＩＴＨ  ＳＴＥＰＨＡＮＩＥ  ／ＡＲＴＥＣＨ  ＨＯＵＳＥ  ２００２（文献３）を参照されたい。この方式を用いたアンテナが、特開２００１−３６３３７号公報（文献４）、特開２００１−３４５６３３号公報（文献５）、および特開２００３−２５８５３３（文献６）に開示されている。【０００８】
また、複数のアンテナで信号を送受信することにより通信性能を向上させるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ  Ｏｕｔｐｕｔ）技術がある。ＭＩＭＯ方式では、各アンテナ素子の相関が小さいことが要求される。送信装置は、複数のアンテナ素子を用いて複数のデータストリームを同時に送信する。受信装置は、複数のアンテナ素子で受信した複数の信号を信号処理することによって、元の複数のデータストリームを復元する。このＭＩＭＯは特にマルチパス環境下で有効な技術である。
【発明の開示】
【０００９】
上述したように、ＭＩＭＯ方式はマルチパス環境では通信性能を向上させる効果は大きい。しかし、見通し環境のように、ある１つの方向からレベルの高い信号が到来するような条件では、ＭＩＭＯ方式の通信性能を向上させる効果は小さくなる。
【００１０】
一方、指向性を信号到来方向に制御する指向性アンテナは、ある１つの方向からレベルの高い信号が到来するような条件では通信性能を向上させる効果が高い。しかし、マルチパス環境下では信号到来方向が１つの方向に定まらないので、指向性を信号到来方向に制御する指向性アンテナではＭＩＭＯ方式ほどの通信性能の向上が得られない場合がある。
【００１１】
ＭＩＭＯ方式のアンテナと指向性を制御する指向性アンテナのいずれを用いても、移動通信の端末装置ように環境が変化する無線通信装置では、環境に応じて通信性能を良好にしておくことができないことがあった。
【００１２】
本発明の一目的は、マルチパス環境や見通し環境など様々な環境で良好な通信性能の向上を得ることのできるアレイアンテナ、無線通信装置、およびアレイアンテナ制御方法を提供することである。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によるアレイアンテナは、
複数のアンテナ素子を配置したアンテナ素子群と、
前記アンテナ素子群に含まれている複数の前記アンテナ素子の給電点を個別にスイッチングできるようにする複数のスイッチ素子を備え、前記スイッチ素子のスイッチングにより、前記アンテナ素子群を、複数の信号を並列で送受信するＭＩＭＯ通信用のアンテナとして動作させるか、指向性を信号到来方向に制御する指向性アレイアンテナとして動作させるかを切り替えるスイッチング部と、を有している。
【００１４】
本発明の一態様の無線通信装置は、
複数のアンテナ素子を配置したアンテナ素子群と、前記アンテナ素子群に含まれている複数の前記アンテナ素子の給電点を個別にスイッチングできるようにする複数のスイッチ素子を備えたスイッチング部を有し、前記スイッチング部は、前記スイッチ素子のスイッチングにより、前記アンテナ素子群を、複数の信号を並列で送受信するＭＩＭＯ通信用のアンテナとして動作させるか、指向性を信号到来方向に制御する指向性アレイアンテナとして動作させるかを切り替える、アレイアンテナと、
前記アレイアンテナのスイッチング部のスイッチングにより給電素子となるアンテナ素子に給電する給電回路と、
前記アレイアンテナを指向性アレイアンテナとして使用するか、ＭＩＭＯ通信用のアンテナとして使用するかを決めて前記アレイアンテナに指示する制御部と、を有している。
【００１５】
本発明の一態様のアレイアンテナ制御方法は、
複数のアンテナ素子を配置したアンテナ素子群と、前記アンテナ素子群に含まれている複数の前記アンテナ素子の給電点を個別にスイッチングできるようにする複数のスイッチ素子とを配置したアレイアンテナを用いて、第１の要求があると、前記スイッチ素子のスイッチングにより、前記アンテナ素子群を、複数の信号を並列で送受信するＭＩＭＯ通信用のアンテナとして動作する状態に設定し、
第２の要求があると、前記スイッチ素子のスイッチングにより、前記アンテナ素子群を、指向性を信号到来方向に制御する指向性アレイアンテナとして動作する状態に設定する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態によるアレイアンテナの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態のアレイアンテナを示す模式図である。
【図３】本実施形態のアンテナの放射パターン例における垂直面のパターンを示す図である。
【図４】本実施形態のアンテナの放射パターン例における水平面のパターンを示す図である。
【図５】図３、図４の放射パターンを示すアンテナの反射特性を示す図である。
【図６】アンテナスイッチ１１〜１６の具体例を示す回路図である。
【図７】アンテナスイッチ１１〜１６の他の具体例を示す回路図である。
【図８】スイッチ１７の具体例を示す回路図である。
【図９】アレイアンテナを３ポートのＭＩＭＯ用アンテナとして使用可能とした構成例である。
【図１０】指向性アレイアンテナとＭＩＭＯ用アンテナの切り換え例を示す図である。
【図１１】指向性アレイアンテナとＭＩＭＯ用アンテナとの切り替えが可能なアレイアンテナを備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。【００１８】
図１は、本実施形態によるアレイアンテナの概略構成を示すブロック図である。図１を参照すると、アレイアンテナ１００はアンテナ素子群１０１とスイッチング部１０２を有している。【００１９】
アンテナ素子群１０１は複数のアンテナ素子を備えている。アンテナ素子群１０１に含まれている各アンテナ素子は、給電点の状態を個別に制御することができる。【００２０】
スイッチング部１０２は、アンテナ素子群１０１に含まれているアンテナ素子の給電点を個別にスイッチングすることにより、アンテナ素子群１０１を、複数の信号を並列で送受信するＭＩＭＯ通信用のアンテナとして動作させたり、指向性を信号到来方向に制御する指向性アレイアンテナとして動作させたりする。【００２１】
アンテナ素子群１０１をＭＩＭＯ通信用のアンテナとして動作させる場合、スイッチング部１０２は、複数の信号の転送に用いる複数のアンテナ素子を給電素子とし、その給電点に給電する。【００２２】
アンテナ素子群１０１を指向性アレイアンテナとして動作させる場合、スイッチング部１０２は、給電素子として使用される１つのアンテナ素子の給電点に給電し、無給電素子として使用される複数のアンテナ素子の給電点をオープン状態あるいはグランドにショートした状態とする。グランドにショートした状態のアンテナ素子は反射器として機能する。逆にオープン状態のアンテナ素子は導波器として機能する。反射器と導波器の配置によって指向性が決まる。【００２３】
本実施形態によれば、複数のアンテナで複数の信号を転送するＭＩＭＯ方式の構成と、信号到来方向に指向性アレイアンテナの指向性を制御して信号を転送する構成のうちいずれかを選択して用いることができるので、マルチパス環境や見通し環境など様々な環境で良好な通信性能の向上を得ることができる。通信性能として、例えば実際のスループット、受信感度、あるいは信号品質を用いてもよい。【００２４】
図２は、本実施形態のアレイアンテナを示す模式図である。図２において、逆Ｆアンテナ素子２〜８は、図１のアンテナ素子群１０１を構成するアンテナ素子である。スイッチ１１〜１７は、図１のスイッチング部１０２を構成するスイッチである。【００２５】
逆Ｆアンテナ素子（中心アンテナ素子）２はグランド基板１上の中心に配置されている。逆Ｆアンテナ素子（周辺アンテナ素子）３〜８は、逆Ｆアンテナ素子２を中心に、中心アンテナ素子２から等間隔であると共に、相互間も等間隔に配置されている。逆Ｆアンテナ素子２は送受信器の給電回路９から給電されている。【００２６】
逆Ｆアンテナ素子３〜８には、スイッチ１１〜１６がそれぞれ設けられている。逆Ｆアンテナ素子３〜８は、スイッチ１１〜１６の状態によって、オープンとグランド基板１へのショートの２つの状態に切り替え可能となっている。【００２７】
更に、逆Ｆアンテナ素子３はスイッチ１１の他にマイクロストリップライン１８とスイッチ１７により送受信機の給電回路１０から給電可能な構成となっている。逆Ｆアンテナ３とスイッチ１７はマイクロストリップライン１８で接続されており、その間隔は信号波長λの１／４の長さに設定されている。【００２８】
次に、図２に示したアレイアンテナの動作について説明する。【００２９】
アンテナ素子群１０１を指向性アレイアンテナとして用いる場合、中心にある逆Ｆアンテナ素子２が給電素子となる。そして、その周辺にある逆Ｆアンテナ素子３〜８の中から無給電素子が選択される。無給電素子の選択によってアンテナの指向性が決まる。例えば、周辺にある逆Ｆアンテナ素子３〜８のうち、逆Ｆアンテナ素子２から見て所定方向にある複数の連続的に隣接したアンテナ素子のみをオープン状態にし、残りのアンテナ素子をショート状態に設定すれば、アンテナの指向性が設定される。【００３０】
図２のアレイアンテナにおいて、スイッチ１１〜１６の状態により、逆Ｆアンテナ素子３〜８をオープン状態またはグランドへショートした状態に設定することで、図２のアンテナの指向性を制御することができる。【００３１】
逆Ｆアンテナ素子に接続されたスイッチをショートすることで、グランドへショートされた逆Ｆアンテナ素子は反射器として動作する。逆に、スイッチがオープンに設定された逆Ｆアンテナ素子は導波器として動作する。例えば、スイッチ１３〜１５をショートに、スイッチ１１、１２、１６をオープンに設定すると、逆Ｆアンテナ素子５〜７は導波器として機能し、逆Ｆアンテナ素子３、４、８は反射器として機能する。その結果、図２のアンテナは逆Ｆアンテナ素子６のある方向に指向性が形成される。【００３２】
本実施形態によれば、図２に示したように、給電素子となる逆Ｆアンテナ素子２を中心として、無給電素子となる逆Ｆアンテナ素子３〜８が円形に配置されているので、アレイアンテナ１００を指向性アレイアンテナとして使用するとき任意の方向に指向性を向けることができる。【００３３】
指向性を制御可能なアレイアンテナとして、複数のアンテナを配置しておき、各素子に給電する信号の位相と振幅を素子毎に制御する構成のものがある。しかしながら、各素子の信号の位相および振幅を制御するので制御が複雑化し、また各素子に給電するために消費電力が大きくなる。それに対して、本実施形態のように、給電素子を中心として無給電素子を円形状に配置しておき、各無給電素子のリアクタンス値を変化させることにより、指向性を制御する指向性アレイアンテナでは、給電素子にだけ給電すればよいので、その分の消費電力が抑えられる。【００３４】
また、本実施形態によれば、中心の逆Ｆアンテナ素子２から等間隔で、かつ相互に等間隔に逆Ｆアンテナ素子３〜８が配置されているので、アレイアンテナ１００を指向性アレイアンテナとして使用するとき、任意の方向にほぼ等しいゲインの指向性を形成することができる。【００３５】
また、本実施形態によれば、アンテナ素子群１０１のアンテナ素子として逆Ｆアンテナが用いられているので、ダイポールアンテナやモノポールアンテナが用いられた場合と比べて低姿勢で実現でき、かつパッチアンテナが用いられた場合と比べて良好な反射特性で広帯域な特性を実現できる。【００３６】
図３、図４は本実施形態のアンテナの放射パターン例を示す図である。
図３は放射パターンの垂直面のパターンであり、図４は水平面のパターンである。また、図５には、このときの反射特性を示す。図３、図４に示すように、アンテナは指向性ビームパターンが形成されていることがわかり、このとき、約７．５ｄＢｉ程度のピークゲインが得られている。【００３７】
アンテナ素子群１０１の逆Ｆアンテナ素子２と逆Ｆアンテナ素子３〜８の間隔はおおむね信号波長の１／２から１／４の距離に設置される。この例では、反射特性が十分得られるため、信号周波数が３．５ＧＨｚの場合の１／２波長の距離としている。図４から反射特性が−１０ｄｂ以下の条件で比帯域２０％と広帯域な特性が得られている。【００３８】
図６はアンテナスイッチ１１〜１６の具体例を示す回路図である。図６に示すスイッチは、ピンダイオード２２を用いた例である。制御信号によってピンダイオード２２をオン、オフすることにより、ピンダイオード２２をスイッチとして動作させることができる。コンデンサ２１は制御信号のＤＣカット用のコンデンサである。コイル２３は高周波カット用のコイルである。抵抗２４はピンダイオード２２のバイアス電流設定用の抵抗である。【００３９】
図６では直流カット用のコンデンサ２１をピンダイオード２２に接続しているが、コンデンサ２１のリアクタンス成分が影響する場合には、図７に示すように、コンデンサ２１を逆Ｆアンテナ素子４のショート端子側に接続してもよい。【００４０】
図８はスイッチ１７の具体例を示す回路図である。逆Ｆアンテナ素子３とピンダイオード２９はマイクロストリップライン１８で接続されている。逆Ｆアンテナ素子３とピンダイオード２９の間隔は信号波長λの１／４の長さに設定されている。このため、ピンダイオード２９をショートした場合、逆Ｆアンテナ素子３の端子からみて高周波的にオープンとなる。【００４１】
スイッチ１１によって逆Ｆアンテナ素子３をオープン状態あるいはグランドにショートした状態とする場合、スイッチ１７はショート状態に設定される。【００４２】
また、逆Ｆアンテナ素子３に送受信回路（給電回路１０）を接続する場合、スイッチ１１のピンダイオード２６と、スイッチ１７のピンダイオード２９の両方ともオープン状態に設定される。この状態では、アレイアンテナ１００は、給電回路９と給電回路１０の２ポートのＭＩＭＯ用アンテナとして使用することができる。【００４３】
なお、本実施形態では、スイッチ素子として、ピンダイオードを用いているが、ＧａＡｓスイッチまたはＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）スイッチ等を使用してもよい。【００４４】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。【００４５】
アレイアンテナ１００をＭＩＭＯ用アンテナとして使用する場合、逆Ｆアンテナ３に加えて、逆Ｆアンテナ素子４〜８のいずれかを逆Ｆアンテナ３と同様の構成としてもよい。【００４６】
図９は、アレイアンテナを３ポートのＭＩＭＯ用アンテナとして使用可能とした構成例である。図９では、アレイアンテナ１００は、図２の構成から、更に逆Ｆアンテナ６が送受信機の給電回路３７が給電可能な構成となっている。このアレイアンテナ１００は、給電回路９、１０、および３７を用いることにより、３ポートのＭＩＭＯ用アンテナとして使用できる。また、ＭＩＭＯ用アンテナのアンテナ放射パターンを対称にするために、このアレイアンテナ１００をＭＩＭＯ用アンテナとして使用する場合、給電回路９を用いず、給電回路１０と給電回路３７を用いることにしてもよい。【００４７】
図１０は、指向性アレイアンテナとＭＩＭＯアンテナの切り換え例を示す図である。【００４８】
端末４１は、端末が基地局アンテナ４０から見通せる位置にある状態を示している。この状態では、基地局アンテナ４０からの信号は１つの方向からの受信波の強度が特に強い。【００４９】
端末４２は、端末が基地局アンテナ４０から見通せない位置にあり、マルチパス環境にある状態を示している。基地局アンテナ４０と端末４２の間には障害物となるビルディング４３があり、基地局アンテナ４０からの送信波は複数のパスで端末４２に到達している。【００５０】
一般に、ＭＩＭＯ方式は、端末４１の条件のようにマルチパス環境では通信性能を向上させる効果が大きいが、端末４２の条件のように、マルチパスがない環境、あるいはマルチパスが存在しても単一方向からの到来波の強度が特に強い環境では効果が小さい。ここでは、端末４２の条件では、アレイアンテナ１００を指向性アレイアンテナとして用いることにより受信ゲインを増加させた方が、ＭＩＭＯ方式とした場合よりも通信性能が良くなるものとする。【００５１】
そこで、端末４１の条件ではアレイアンテナ１００をＭＩＭＯ用アンテナとして動作させ、端末４２の条件では、アレイアンテナ１００を指向性アレイアンテナとして動作さえる。それにより、端末４１の環境と端末４２の環境のいずれにおいても受信特性等の良好な通信性能を発揮することができる。例えば、モードの選択方法としては、ＭＩＭＯ用アンテナと指向性アレイアンテナの双方で実際のスループットを測定し、スループットが良好な方を選択することにしてもよい。【００５２】
また、ここでは上述したアレイアンテナ１００を備えた端末が移動したときの切り替え動作を説明する。端末は、端末４１の位置から端末４２の位置に移動しながら、基地局アンテナ４０からの送信波を受信するものとする。【００５３】
そこで、端末４１の位置ではアレイアンテナ１００をＭＩＭＯ用アンテナとして動作させ、端末４２の位置に移動すると、アレイアンテナ１００を指向性アレイアンテナに切り替える。それにより、端末４１の環境と端末４２の環境のいずれにおいても通信性能を良好に維持することができる。【００５４】
ここで、切り換え方法としては、端末の受信感度あるいは信号品質を測定し、それを閾値と比較することにより切り換えを実施することにしてもよい。【００５５】
また、図１０のように端末が移動する場合、端末の信号処理部（不図示）が上述の判定を行い、適応的にＭＩＭＯ用アンテナと指向性アレイアンテナとを切り替えることにしてもよい。【００５６】
また、ここでは端末が移動する場合の例について説明したが、端末を固定的に設置して使用しても同様に端末の環境が変換することがある。その場合、ＭＩＭＯ用アンテナと指向性アレイアンテナを切り替えることにより、通信性能を向上させることができる。例えば、端末を固定的に設置しても障害物が移動すれば端末の環境は変化する。【００５７】
また、室内に設置する端末であっても基地局アンテナから見通せる窓際に設置されることもあり、基地局アンテナから見通せない位置に設置されることもある。そのような場合に、ＭＩＭＯ用アンテナと指向性アレイアンテナのうち適切な方を選択することで通信性能を向上させることができる。１つの方向から強い到来波を受信している場合にはアレイアンテナを指向性アレイアンテナとして動作させ、見通し外のようにマルチパスが多い環境では、アレイアンテナをＭＩＭＯ用アンテナとして動作させればよい。【００５８】
図１１は、指向性アレイアンテナとＭＩＭＯ用アンテナとの切り替えが可能なアレイアンテナを備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。図１１を参照すると、無線通信装置２００は、アレイアンテナ１００、制御部２０１、および給電回路２０２を有している。【００５９】
アレイアンテナ１００は、例えば図１、図２に示したような複数のアンテナ素子からなるアンテナ素子群１０１を有するアレイアンテナであり、制御部２０１からの指示に従って、アンテナ素子群１０１に含まれているアンテナ素子の給電点を個別にスイッチングすることにより、ＭＩＭＯ用アンテナあるいは指向性アレイアンテナとして動作する。【００６０】
給電回路２０２は、アレイアンテナ１００が指向性アレイアンテナあるいはＭＩＭＯ用アンテナとして用いられるときに、アレイアンテナ１００内のスイッチング部１０２のスイッチングにより給電素子となるアンテナ素子に給電する。【００６１】
制御部２０１は、アレイアンテナ１００を指向性アレイアンテナとして使用するか、ＭＩＭＯ用アンテナとして使用するかを決めて、それをアレイアンテナ１００に指示する。例えば、制御部２０１は受信感度あるいは信号品質を算出し、それを閾値と比較することにより切り換えの判断をしてもよい。また、制御部２０１は、スイッチング部１０２の各スイッチ素子を制御することにより、アレイアンテナ１００に切り換えを実施させることにしてもよい。【００６２】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。クレームに定義された本発明の構成や詳細には、発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。【００６３】
この出願は、２００７年２月２８日に出願された日本出願特願２００７−０５０７７４を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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