(57)【要約】  本発明の開示により、トランシーバ、送信器、または受信器のような差動無線通信装置用のマルチアンテナシステムが提供される。本発明の開示によって提供される差動無線通信装置用のマルチアンテナシステムは、アンテナ接続用の第１および第２ノードならびに共通接地を含む差動ポートを有する無線通信装置と、第１ノードと共通接地との間に接続される第１アンテナと、第２ノードと共通接地との間に接続される第２アンテナとを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ接続用の第１および第２ノードならびに共通接地を含む差動ポートを有する無線通信装置と、
前記第１ノードと共通接地との間に接続される第１アンテナと、
前記第２ノードと共通接地との間に接続される第２アンテナと
を備えた、差動無線通信装置用のマルチアンテナシステム。
【請求項２】
アンテナは相互に傾斜した異なる面内に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
アンテナは相互に直交する面内に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
アンテナは相互に距離を置いて同一面内に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記アンテナは相互に直交偏波する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
アンテナは種類および／または形状が相互に異なる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記アンテナのうちの一方は、他方のアンテナに対して時間が遅延する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
２つのアンテナは異なる長さの給電線を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
２つのアンテナは異なる特性インピーダンスの給電線を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
２つのアンテナの給電線は異なる位相である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
２つのアンテナは異なる入力インピーダンスを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
２つのアンテナは放射パターンカバレージが異なる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記無線通信装置は、トランシーバ、送信器、または受信器である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
アンテナ接続用の第１および第２ノードならびに共通接地を含む差動ポートを有する第２無線通信装置と、
前記第１ノードと前記第２無線通信装置の共通接地との間に接続される第３アンテナと、
前記第２ノードと前記第２無線通信装置の共通接地との間に接続される第４アンテナと、
前記２つの無線通信装置のうちの最良の信号を選択するためか、または前記２つの無線通信装置のうちの１つの信号を変更して他の信号と結合するための電子装置と
をさらに備え、
前記第１および第２アンテナは第１偏波を実行するように構成され、前記第３および第４アンテナは前記第１偏波に直交する第２偏波を実行するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１および第２アンテナは左円偏波を実行するように構成され、
前記第３および第４アンテナは右円偏波を実行するように構成される
請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記電子装置は、比較器、移相器、またはスイッチである、請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、差動無線通信装置用のマルチアンテナシステムに関する。本発明は特にトランシーバのデュアルアンテナシステムに有用であり、したがって以下ではそのような用途に関して説明するが、本発明は、送信器および／または受信器の単独に対しても有利に使用することもできることは理解されるであろう。
【背景技術】
【０００２】
従来のトランシーバ（送信器および受信器）通信システムでは、トランシーバは、ＩＦ回路に接続されたシングルエンドＲＦ信号（入力または出力のいずれか）、および他端の差動ＩＦ信号（出力または入力のいずれか）を有する。これは、トランシーバ回路を実現し、かつその耐ノイズ性を向上するために行なわれる。
【０００３】
シングルエンド（不平衡）信号は、回路の接地を基準にして１本の線で信号を伝送するものである。差動（平衡）信号は、相互の接地を基準にして２本の逆位相（１８０°）の線で信号を伝送するものである。
【０００４】
ほとんどの場合、アンテナはシングルエンドである。すなわち、アンテナは１つの信号接続および１つの接地接続を有する。したがってバラン（平衡不平衡変成器）がたびたび使用される。バランは、差動信号をシングルエンド信号に変換する受動装置である。当然、バランはかなりのＲＦ損失を有し、回路の材料仕様書（ＢＯＭ）に追加コストを付加し、ＰＣＢにより多くの空間を必要とする。
【０００５】
現代の通信システムは、最大限の空間カバレージを備えながら小型かつ効率的であることを要求される。このカバレージ要件は通常、余分の回路、空間、ＢＯＭ、複雑さ等の代償を払ってでも、デュアル（およびそれ以上の）アンテナの使用によって満たされる。
【０００６】
無線通信システムのリンクを向上するためのダイバーシティアーキテクチャは周知の技術であり、近年、非常に一般的になってきた。公知のダイバーシティアンテナ構成は、アンテナの各々が空間の異なる部分をカバーする空間ダイバーシティ、アンテナの各々の偏波が相互に直交する偏波ダイバーシティ、および２つのアンテナが相互に対して遅延する時間ダイバーシティを含む。ダイバーシティアーキテクチャは、最良の性能を示すアンテナを選択して他のアンテナを切断するスイッチによって、または比較器および移相器を使用し、次いで信号を結合することによって駆動される。切替え制御は通常、システムの性能および順序に干渉しないように低いレートでサンプリングされる。
【０００７】
従来のダイバーシティ機構の改善が最近開発された。そこで、各アンテナは別々のトランシーバによって駆動され、次いで、最初に一方のチャネルの位相をシフトし、次にそれを他方の位相と一致するように調整することによって、両方のチャネルのＩＦ信号が結合される。しかし、そのような構成はコストをかなり増大させ、かつ２つの別々のチャネルおよび信号処理を必要とする。したがって、そのような構成は、実時間高速システムには現実的でないかもしれない。
【０００８】
電力増幅器、送信器、受信器、およびトランシーバには非常にしばしば、そのようなコンポーネントの自然出力である差動ポートが形成される。前述の通り、通常５０オームの出力インピーダンスを有するシングルエンドポートを得るために、多くの回路にバラン（平衡不平衡変成器）が追加される。出力差動インピーダンスは通常１００オームである。しかし、同じく前述の通り、バランの使用はシステム全体のコストを増大させ、挿入損失を増大させることにより効率を低下させ、かつＰＣＢの面積を拡大させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上記の観点の１つまたはそれ以上において利点を有する差動無線通信装置用のマルチアンテナシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の広い態様によれば、アンテナ接続用の第１および第２ノードならびに共通接地を含む差動ポートを有する無線通信装置と、第１ノードと共通接地との間に接続される第１アンテナと、第２ノードと共通接地との間に接続される第２アンテナとを備えたマルチアンテナシステムが提供される。
【００１１】
したがって、本発明は、無線トランシーバのどの差動ポートにも使用するのに適した新規のマルチアンテナ構成を提供する。切替え回路、２つの別個のトランシーバ（送信器、受信器、またはトランシーバ）、および２つの別個の信号を処理するための機構を必要とすることなく、上記構成のいずれかによりデュアルアンテナを作動させる利益が可能になる。２つのアンテナによって送信または受信される差動ポートの２つの信号は、トランシーバの単一の差動ポートによって送受信されるので、マルチパスの最も通常のケースとみなされる。２つのアンテナは実際、並列にではなく、むしろ直列に接続されるが、それでも非常に広い帯域の周波数にわたって有効に動作することができる。限界は、使用するアンテナのタイプの問題だけである。第１アンテナは正ノードと共通接地ノードとの間に接続される一方、第２アンテナは負ノードと共通接地ノードとの間に接続される。２つのアンテナは本質的に相互に逆位相（１８０度）を有するので、そのような接続はこの分野の従来の通念に反するとみなされるであろう。しかし、後で示す通り、従来の通念は、実施形態の幾つかでは無視することができ、あるいは本発明の他の実施形態では打開することができる。
【００１２】
以下で、実施例として、相互に傾斜した異なる面内、相互に直交する面内、および相互に距離を置いて同一面内にアンテナが配置されたシステムに組み込まれる場合について、本発明を説明する。また、以下で、２つのアンテナが相互に直交偏波するか、または異なる長さ、もしくは異なる特性インピーダンス、もしくは異なる位相の給電線を含む他の実施形態でも、本発明を説明する。また、以下で、２つのアンテナが異なる入力インピーダンス、または異なる放射パターンを有するシステムに関しても、本発明を説明する。
【００１３】
先に示した通り、本発明はトランシーバに関して特に有用であるが、送信器または受信器のみに関しても使用されることができる。
【００１４】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。
【００１５】
本発明をここで、単なる例として、添付の図面に関連して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に関連する典型的な従来技術の無線通信システムを示す。
【図２】図１のシステムを各アンテナに再現した典型的な従来技術の無線通信システムを示す。
【図３】本発明に従って構築されたマルチアンテナシステムの１形態を示す。
【図４】アンテナが同一方向を指向するが異なる偏波を有する、図３と同様のシステムを示す。
【図５】アンテナが相互に傾斜した異なる面内に、特に相互に直交した面内に配置された、本発明に係るシステムを示す。
【図６】移相器を含むことを除き、図５と同様のシステムを示す。
【図７】アンテナが相互に直交する面内に配置されることを除き、図４と同様のシステムを示す。
【図８】異なる種類および／または形状のアンテナを含む、本発明に従って構築されたシステムを示す。
【図９】各々がデュアルアンテナに接続された１対のトランシーバを含むことを除き、図３と同様のシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
前述の図面および以下の記載は、主に本発明の概念的側面および好ましい実施形態と現在考えられているものを含むその可能な実施形態の理解を容易にする目的のために与えられることが理解されなければならない。明解さおよび簡潔さのため、当業者が通常の技術および設計を使用して記載された発明を理解し実践できるために必要である以上の多くの詳細を与える試みはなされていない。さらに、記載された実施形態が例示だけを目的とすること、そして本発明がここに記載された以外の他の形態および用途で具体化されうることは理解されなければならない。
【００１８】
従来技術
図１は、従来技術に係る一般的な通信システムを示し、そこではトランシーバ２は、ＩＦ回路に接続されたシングルエンドＩＦ信号（入力または出力のいずれか）、および他端の差動ＲＦ信号（出力または入力のいずれか）を有する。これは、トランシーバ回路を実現し、かつその耐ノイズ性を向上するために行なわれる。
【００１９】
図１に示す例では、差動ＲＦ信号は線３、４によって示される通りトランシーバへの入力であり、シングルエンドＩＦ信号は、接地６に相対して、線５を介して出力される出力信号である。線３および４を介して入力された差動ＲＦ信号は、中性点接地６を基準にして２本の線３、４によって伝送される２つの逆位相（１８０°）に信号を分割する。
【００２０】
前述の通り、多くの場合、図１で７と指定されたアンテナはシングルエンドである。すなわち、アンテナは１つの信号接続８ａおよび１つの接地接続８ｂを有する。したがって、該システムは、アンテナからのシングルエンドＲＦ信号をトランシーバ２の入力端子３、４に印加される差動信号に変換する受動装置である、バラン９を含む。しかし、前にも示した通り、バランはかなりのＲＦ損失を有し、かつかなりの追加コストを伴う。
【００２１】
図２は、２つのトランシーバ１２、２２を使用し、２つのアンテナ１７、２７および２つのバラン１９、２９を有する、典型的な従来技術のシステムを示す。図２に示すシステムは、２つのトランシーバ１２、２２から出力されたＩＦ信号を処理する、一般的に１０と指定されたプロセッサをさらに含む。２つのアンテナ１７、２７は、最大限の空間カバレージを達成すると共に同一偏波または直交偏波を有するように配置される。したがって、そのようなシステムは、図１に示したシステムと同じ欠点を有するであろう。
【００２２】
好適な実施形態の説明
図３は、本発明に従って構築され一般的に３０と指定された差動トランシーバ用のデュアルアンテナシステムを示す。この場合、トランシーバ３０は、第１ノード３１および第２ノード３２を含む差動入力ポートを含む。１つのアンテナ３３は、伝送線３４を介して第１ノード３１と共通接地３５との間に接続される一方、第２アンテナ３６は、伝送線３７を介して第２ノード３２と共通接地３５との間に接続される。例えば差動ポート、ノード３１および３２は１００オームとすることができる一方、アンテナ３３、３６は各々５０オームとすることができる。
【００２３】
トランシーバ３０の反対側には、回路の接地を基準にする信号用のシングルエンド信号ポート３８が含まれる。
【００２４】
したがって、２つのアンテナ３３、３６は、直交偏波用に、直交面内に、相互に距離を置いて同一面内に、異なる時間遅延を持ち、長さの異なる給電線を持ち、異なる特性インピーダンス等を持つように、構成することができる。２つのアンテナ間の円偏波またはいずれかの他の遅延／位相差を簡単に達成することができる。
【００２５】
したがって、図３のシステムの２つのアンテナ３３、３６は差動信号ポートに接続され、より良好なカバレージおよび受信器におけるより良好な信号対雑音比という利点を達成することが分かる。
【００２６】
図４は、トランシーバ４０が第１ノード４１および第２ノード４２を含む差動ポートを有し、２つのアンテナ４３、４６に接続された、図３と同様のシステムを示す。アンテナ４３は、伝送線４４を介して第１ノード４１と共通接地５４との間に接続される一方、第２アンテナ４６は、伝送線４７を介して第２ノード４２と共通接地４５との間にも接続される。
【００２７】
図４に示す通り、トランシーバ４０の反対側で、ポート４８と共通接地４９との間に印加されたシングルエンド信号が受信または出力される。
【００２８】
図５は、第２アンテナ５６が第１アンテナ５３の偏波と直交する偏波を有することを除き、図３と同様のシステムを示す。したがって、図５に示す通り、アンテナ５３は、伝送線５４を介してトランシーバ５０の第１ノード５１と共通接地５５との間に接続される一方、第２アンテナ５６は、伝送線５７を介してトランシーバの第２ノード５２と共通接地５５との間に接続される。トランシーバ５０の反対側で、ポート５８と接地５９との間のシングルエンド信号が受信（または出力）される。
【００２９】
多くの無線システムでは、各偏波で別々に電力制限が測定され、従って電力を２つの直交偏波に分割することにより、単一偏波構造に比較して３ｄＢ近く電力を増大させることが可能になる。そのような構成の別の利点は、マルチパス信号が生成される建物内で無線システムを使用する際に達成され、第２の送信器、受信器、またはトランシーバを必要とせず、図２の従来技術のシステムに関して上述したような２つのアンテナの信号処理も必要とせずに、偏波ダイバーシティの利点が達成される。
【００３０】
図６は、第２アンテナ６６の励振が第１アンテナ６３のそれに対して位相差を有することを除き、図５と同様のシステムを示す。図６は、トランシーバ６０の第２ノード６２と第２アンテナ６６への伝送線６７との間に、移相器６８を追加することによって、これを示す。そのような構成は、盲点の影響を低減することによってシステムのリンクを改善する。移相器を含めることに加えて、または移相器の代わりに、２つのアンテナ６３、６６の２本の伝送線６４、６７を図４のように異なる長さにすることによって、同じ遅延を達成することができることは理解されるであろう。
【００３１】
図７は、１つのアンテナ７６の伝送線７７を他のアンテナ７３の伝送線７４より実質的に長くすることによって、２つのアンテナ７３、７６の間で位相シフトが行なわれるシステムを示す。したがって、図７に示すシステムでは、アンテナ７３からの信号は、トランシーバ７０の第１ノード７１と共通接地７５との間の短い伝送線７４を介して供給される一方、第２アンテナ７６からの信号は、トランシーバ７０の第２ノード７２と共通接地７５との間の長い伝送線７７を介して供給される。
【００３２】
図８は、それぞれ８３および８６で示される２つの異なるタイプのアンテナを含むシステムを示す。実施例として、両アンテナは相補的パターンを持つ同一偏波を有する。第２アンテナのメインローブが第１アンテナのヌルの方向となるように、両アンテナを同一面内に配置すると、最大限の空間カバレージを達成することができる。図８に示したシステムは、それ以外の点では上述の場合と同様に構成されかつ動作し、信号アンテナ８３は伝送線８４を介してトランシーバ８０の第１ノード８１と共通接地８５との間に接続され、第２アンテナ８６からの信号は、伝送線８７を介して、トランシーバの第２ノード８２と共通接地８５との間に印加される。
【００３３】
図９は、各々が１対のデュアルアンテナ９３ａ、９３ｂおよび９６ａ、９６ｂにそれぞれ接続された、１対のトランシーバ９０ａ、９０ｂを使用する、本発明のさらなる実施形態を示す。２対のデュアルアンテナは、相互に直交偏波となるように構成される。例えば、１対のデュアルアンテナはそのそれぞれのトランシーバに接続することができ、かつ左円偏波を実行するように構成することができ、もう１対のデュアルアンテナはそのそれぞれのトランシーバに接続することができ、かつ右円偏波を実行するように構成することができる。次いで、比較器、移相器、またはスイッチのような装置９８を使用して、最良の受信信号が選択されるか、またはシングルエンド信号をポート９８と共通接地９９との間に入力（または出力）するために、１つの信号が他の信号に対して変更され、２つの信号が結合される。
【００３４】
したがって、それぞれの対のアンテナの各々における逆位相ゆえの信号のキャンセルによって生じる１つのトランシーバの盲点は、他の対のアンテナの各々に同相信号を提示する第２トランシーバによってカバーされる。その結果、システム全体の性能が劇的に改善される。
【００３５】
幾つかの好適な実施形態に関して上述した通り、本発明はシステム全体の性能を、特に単一アンテナの盲点について、改善することが分かるであろう。したがって、設計者は、システム性能を最大化するように、２つのアンテナの相互に対する空間距離および向きを充分に最適化することができる。当然のことであるが、用途および要件に応じて、上述した実施形態の組合せが可能である。
【００３６】
本発明を幾つかの好適な実施形態に関して説明したが、これらは単に例示の目的のために記載したものであって、本発明の多くの他の変形、変化、および適用を施すことができることは理解されるであろう。
【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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【国際調査報告】
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