(57)【要約】【課題】電気的な操作で指向性を切り替えることのできる小型のアンテナ装置を提供すること。【解決手段】アンテナ装置は、直線状のアンテナ素子と、アンテナ素子の近傍に設けられた無給電素子部と、無給電素子部を制御する制御部とを備える。無給電素子部は、アンテナ素子と平行に配置された直線状の線路と、無給電素子部のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部とを有する。【選択図】図３
2008109214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状のアンテナ素子と、
前記アンテナ素子の近傍に設けられた無給電素子部と、
前記無給電素子部を制御する制御部と、を備え、
前記無給電素子部は、
前記アンテナ素子と平行に配置された直線状の線路と、
前記無給電素子部のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、を有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記インピーダンス調整部は、前記直線状の線路と電気的に接続されたダイオードであることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のアンテナ装置であって、
前記無給電素子部は、２本の１／４波長線路が一直線上に設けられたダイポール素子であり、
前記インピーダンス調整部は、前記ダイポール素子の中心に設けられたダイオードであることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記アンテナ素子及び前記無給電素子部はそれぞれ平行に設けられ、
前記アンテナ素子の端から前記無給電素子部までの電気長が１／４波長であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記アンテナ素子の両側にそれぞれ前記無給電素子部が設けられたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記制御部は、前記インピーダンス調整部を制御する制御信号を出力することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記無給電素子部と前記制御部とを結ぶ配線上及び前記無給電素子部とグランドとを結ぶ配線上に設けられる２つのインダクタ部を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記アンテナ素子はスリーブアンテナ又はダイポールアンテナであることを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指向性が切り替えられるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
不安定な無線通信の主な要因には以下の２つがある。第１の要因は、電波の出力に対して無線機器間の距離が長すぎるため、十分な受信電界強度が得られないことである。この問題に対しては、２つの無線機器の少なくともいずれか一方のアンテナに指向性を持たせ、互いの方向にメインローブを向ける。この結果、無線機器は十分かつ安定した電界強度で受信することができる。
【０００３】
第２の要因は、壁や天井等からの反射波による干渉によってフェージングが発生することである。この問題は、電波の直接波と反射波との強度差がほとんどない箇所で顕著に発生する。この問題に対しても、受信機のアンテナに指向性を持たせ、所望波の方向にメインローブを向け、それ以外の方向はヌルポイントとする。その結果、受信機は所望波以外の電波を受信しないため、干渉を抑制することができる。
【０００４】
上述の解決方法は、無線通信方式がＳＩＳＯ（Single Input Single Output）方式であって、受信機が複数のアンテナの中から単に１つのアンテナを選択するダイバーシティが採用されているのであれば適当である。しかし、受信機の２つのアンテナがそれぞれ指向性を有し、一方のアンテナが直接波を受信し、もう一方のアンテナが間接波を受信する場合には、次のような問題がある。すなわち、間接波が直接波よりもガードインターバル想定時間よりも遅延時間が長い場合、当該間接波は干渉源となるため、受信機がＯＦＤＭ変調方式のみを用いたシンプルな構成では復調できなくなる。
【０００５】
【特許文献１】特表２００６−５０６８９９号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４−００９８７４５号明細書
【特許文献３】国際公開第ＷＯ２００４／０４７３７３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
無線ＬＡＮの規格の一つであるＩＥＥＥ８０２．１１ｎで採用されているＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）方式では、受信機は複数のアンテナで電波を受信し、その経路差を積極的に活用して１つの伝搬チャネルを生成する。ＭＩＭＯ方式を採用した無線通信システムで用いられる無線機器は、ダイオポールアンテナやスリーブアンテナといった無指向性アンテナを複数有するアンテナ装置を備える。但し、アンテナの間隔を十分にあける、又は各アンテナを別の方向に傾けて異なる偏波の組み合わせにするといった工夫を行わないと、アンテナ間の相関が大きくなるため、伝送品質が悪くなる。このため、ＭＩＭＯ方式に準拠した無線機器のアンテナ装置は小型化できない。
【０００７】
航空機等の客室で乗客の端末等に映画や音楽、ゲーム等を配信するＩＦＥ（In-Flight Entertainment）システムが知られている。このＩＦＥシステムは、サーバ及びクライアント端末（SEB：シートエンタテイメントBOX）を主に備える。ＩＦＥシステムの通信方式として、サーバとクライアント端末を有線で接続して通信する形態の他に、サーバからの情報をＷＡＰ（Wireless Access Points）を介してクライアント端末に無線で送信する形態も考えられる。航空機の客室はアルミ等の金属で囲まれた空間であるため、天井や壁、床からの反射波が強いレベルで多く存在する。上述したように、ＭＩＭＯ方式は反射波を積極的に活用するため、このような電波環境において有効な方式と考えられる。さらに、クライアント端末が有する複数のアンテナにそれぞれ異なる指向性を持たせれば、クライアント端末は反射波を効率良く受信することができる。
【０００８】
但し、クライアント端末は主に乗客の椅子付近に設けられるため大型化できない。このため、ＩＦＥシステムの通信方式が無線である場合、クライアント端末が備えるアンテナ装置は小型である必要がある。また、クライアント端末が配置される位置の電波環境はさまざまである。このため、アンテナ装置の指向性は電気的な操作で切り替えられることが望ましい。
【０００９】
本発明の目的は、電気的な操作で指向性を切り替えることのできる小型のアンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、直線状のアンテナ素子と、前記アンテナ素子の近傍に設けられた無給電素子部と、前記無給電素子部を制御する制御部と、を備え、前記無給電素子部は、前記アンテナ素子と平行に配置された直線状の線路と、前記無給電素子部のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、を有するアンテナ装置を提供する。
【００１１】
上記アンテナ装置では、前記インピーダンス調整部は、前記直線状の線路と電気的に接続されたダイオードである。
【００１２】
上記アンテナ装置では、前記無給電素子部は、２本の１／４波長線路が一直線上に設けられたダイポール素子であり、前記インピーダンス調整部は、前記ダイポール素子の中心に設けられたダイオードである。
【００１３】
上記アンテナ装置では、前記アンテナ素子及び前記無給電素子部はそれぞれ平行に設けられ、前記アンテナ素子の端から前記無給電素子部までの電気長が１／４波長である。
【００１４】
上記アンテナ装置では、前記アンテナ素子の両側にそれぞれ前記無給電素子部が設けられる。
【００１５】
上記アンテナ装置では、前記制御部は、前記インピーダンス調整部を制御する制御信号を出力する。
【００１６】
上記アンテナ装置は、前記無給電素子部と前記制御部とを結ぶ配線上及び前記無給電素子部とグランドとを結ぶ配線上に設けられる２つのインダクタ部を備える。
【００１７】
上記アンテナ装置では、前記アンテナ素子はスリーブアンテナ又はダイポールアンテナである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るアンテナ装置によれば、電気的な操作で指向性を切り替えることができる。また、アンテナ素子から無給電素子までの電気長は１／４波長でよいため、高周波で用いられれば、アンテナ装置を小型にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、無線通信を利用したＩＦＥシステムを示す図である。ＩＦＥ（In-Flight Entertainment）システムは、航空機等の客室で乗客の端末等に映画や音楽、ゲーム等を配信するシステムである。図１に示すように、ＩＦＥシステムは、サーバ１１と、接続ケーブル１２と、複数のＷＡＰ１３と、複数のクライアント端末１４とを備える。サーバ１１、接続ケーブル１２及び複数のＷＡＰ１３は、客室１０の天井裏に設けられ、サーバ１１と各ＷＡＰ１３が接続ケーブル１２を介して接続されている。また、クライアント端末１４は、乗客の椅子付近に設けられる。ＷＡＰ１３及びクライアント端末１４は、図示しないワイヤレスネットワークインターフェイス回路を有し、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎによる無線ＬＡＮを利用した無線通信を行うことができる。すなわち、ＷＡＰ１３及びクライアント端末１４は、ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）方式を利用した無線通信を行う。このため、ＷＡＰ１３及びクライアント端末１４は、複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナを利用する。
【００２１】
図２は、クライアント端末１４の通信機能に関する内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、クライアント端末１４は、無線部２１及びアンテナ部２３を備える。アンテナ部２３は、３つのアンテナ装置３１及び制御部３３を有する。各アンテナ装置３１は同軸ケーブル２５によって無線部２１に接続されている。また、各アンテナ装置３１は、制御部３３から出力されるアナログ制御信号によって制御される。
【００２２】
図３は、アンテナ装置３１のパターンを示す上面図である。また、図４は、アンテナ装置３１のパターンを示す斜視図である。図３及び図４に示すように、アンテナ装置３１は、５ＧＨｚで誘電率１０．５となる基板４１上に設けられた、スリーブアンテナ４３及び２つの無給電素子４５ａ，４５ｂを有する。なお、図３及び図４には示されていないが、各無給電素子には制御部３３に接続された配線及びグランドに接続された配線が接続されている。スリーブアンテナ４３は同軸ケーブル２５によって無線部２１に接続されている。無給電素子４５ａ，４５ｂは、１／２波長の長さを有するダイポールアンテナであり、無線部２１には接続されていない。無給電素子４５ａ，４５ｂは、スリーブアンテナ４３の両端に、スリーブアンテナ４３と平行に設けられている。スリーブアンテナ４３の端から無給電素子４５ａ，４５ｂの各中心までの電気長は約１／４波長であり、例えば９．５ｍｍである。
【００２３】
図５は、無給電素子４５ａ，４５ｂを示す回路図である。図５に示すように、１／２波長ダイポールアンテナである無給電素子４５ａ，４５ｂは、一直線上に設けられた２本の１／４波長線路５１と、２本の１／４波長線路５１の中央に設けられたＰＩＮダイオード５３及びコンデンサ５５とを有する。ＰＩＮダイオード５３及びコンデンサ５５の両端には２本の配線５７ａ，５７ｂが接続されており、ＰＩＮダイオード５３のアノード側の配線５７ａは制御部３３に接続され、ＰＩＮダイオード５３のカソード側の配線５７ｂはグランドに接続されている。このため、ＰＩＮダイオード５３は、制御部３３から出力されたアナログ制御信号によって順方向バイアス状態又は逆方向バイアス状態となる。順方向バイアス状態のときのインピーダンスは低く、無給電素子はＯＮ状態となる。一方、逆方向バイアス状態のときのインピーダンスは高く、無給電素子はＯＦＦ状態となる。
【００２４】
図６及び図７に、両方の無給電素子４５ａ，４５ｂがＯＦＦ状態のときのアンテナ装置３１の指向性を示す。図６は図４に示したアンテナ装置３１のＺＸ面の指向性を示す図であり、図７は図４に示したアンテナ装置３１のＸＹ面の指向性を示す図である。両方の無給電素子４５ａ，４５ｂがＯＦＦ状態であるため、スリーブアンテナ４３の指向性を示す。図６及び図７に示すように、この状態のアンテナ装置３１は、ＺＸ面では無指向性であり、ＸＹ面の指向性を表す曲線はＸ軸方向に延びた８の字形である。
【００２５】
図８及び図９に、一方の無給電素子４５ａがＯＮ状態であり、もう一方の無給電素子４５ｂがＯＦＦ状態のときのアンテナ装置３１の指向性を示す。図８は図４に示したアンテナ装置３１のＺＸ面の指向性を示す図であり、図９は図４に示したアンテナ装置３１のＸＹ面の指向性を示す図である。図８及び図９に示すように、この状態のアンテナ装置３１の指向性は、ＯＦＦ状態の無給電素子４５ｂ側のみにメインローブが向き、ＯＮ状態の無給電素子４５ａ側はヌルポイントを示す。ＯＮ状態の無給電素子４５ａは、スリーブアンテナ４３から放射された電波に応じて２次放射する。スリーブアンテナ４３から放射された電波と無給電素子４５ａから２次放射された電波とが重なって打ち消しあう。このため、スリーブアンテナ４３から無給電素子４５ａに向かう方向の指向性はヌルポイントとなる。
【００２６】
このように、無給電素子４５ａ，４５ｂをそれぞれＯＮ状態又はＯＦＦ状態とすることによって４通りの指向性を実現することができる。上述したように、無給電素子４５ａ，４５ｂの状態は、制御部３３から出力されるアナログ制御信号によって制御される。図１０は、制御部３３の内部構成を示すブロック図である。図１０に示すように、制御部３３は、４つの定電圧発生部８２と、電圧変換部８７と、４つのコンバータ部８３と、信号制御部８４と、電源部８１とを有する。制御部３３へは無線部２１からの制御信号８５が入力される。定電圧発生部８２は、無線部２１からの制御信号８５に応じて１．７５〜２．５０Ｖで０．２５Ｖきざみで４種類の電圧を発生し、コンバータ部８３に印加する。電圧変換部８７は、制御信号８５の電圧を１／２に変換し、４つのコンバータ部８３に入力する。
【００２７】
コンバータ部８３は、定電圧発生部８２から印加された電圧と、電圧変換部８７から印加された電圧とを比較して、比較結果に応じた信号８８を出力する。信号制御部８４は、４つのコンバータ部８３から出力された各信号に応じたアナログ制御信号８６を出力する。なお、信号制御部８４は、４つのコンバータ部８３から出力された各信号とアナログ制御信号８６との関係を示すテーブルを記憶する。電源部８１は、４つの定電圧発生部８２、電圧変換部８７、４つのコンバータ部８３及び信号制御部８４に電力を供給する。
【００２８】
アナログ制御信号８６の電圧は、３〜５Ｖで０．５Ｖきざみのいずれかの電圧である。多種類の電圧が必要な場合はステップ間隔を０．５Ｖよりも小さくすれば良い。また、信号制御部８４が出力する信号は、アナログ形式に限らず、シリアル出力又はパラレル出力のデジタル形式でも良い。
【００２９】
本実施形態では、図５に示すように、アンテナ装置３１と制御部３３を接続する２本の配線５７ａ，５７ｂ上にはチョークコイル６１が設けられている。チョークコイル６１は、１／４波長線路５１から制御部３３への高周波信号の流れ込みを防止する。このため、スリーブアンテナ４３から放射された高周波信号は制御部３３に悪影響を与えない。なお、チョークコイル６１は、制御部３３に接続された配線５７ａ上だけに設けられても良い。
【００３０】
本実施形態では、図３及び図４で一枚の基板４１に１つのアンテナ装置３１が設けられた例を示したがが、一枚の基板に複数のアンテナ装置を設けても良い。また、本実施形態では、無給電素子４５ａ，４５ｂとして１／２波長ダイポールアンテナを例に説明したが、１／２波長モノポールアンテナでも良い。この場合、ＰＩＮダイオード及びコンデンサはモノポールアンテナのいずれか一方の端に接続される。さらに、本実施形態では、アンテナ装置３１が２つの無給電素子４５ａ，４５ｂを有するが、１つであっても良い。
【００３１】
以上説明したように、ＩＦＥシステムのクライアント端末１４が電気的な操作で指向性を切り替えることのできる本実施形態のアンテナ装置３１を３つ備えるため、反射波が多い電波環境でＭＩＭＯ方式を利用した無線通信において、クライアント端末１４は、良好かつ安定した品質の通信を行うことができる。
【００３２】
上記実施形態では、アンテナ装置３１がスリーブアンテナ４３及び無給電素子４５ａ，４５ｂを有するが、スリーブアンテナ４３の代わりにダイポールアンテナを用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係るアンテナ装置は、電気的な操作で指向性を切り替えることのできる小型のアンテナ装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】無線通信を利用したＩＦＥシステムを示す図
【図２】クライアント端末の通信機能に関する内部構成を示すブロック図
【図３】アンテナ装置のパターンを示す上面図
【図４】アンテナ装置のパターンを示す斜視図
【図５】無給電素子を示す回路図
【図６】両方の無給電素子がＯＦＦ状態のときの、図４に示したアンテナ装置のＺＸ面の指向性を示す図
【図７】両方の無給電素子がＯＦＦ状態のときの、図４に示したアンテナ装置のＸＹ面の指向性を示す図
【図８】一方の無給電素子がＯＮ状態であり、もう一方の無給電素子がＯＦＦ状態のときの、図４に示したアンテナ装置のＺＸ面の指向性を示す図
【図９】一方の無給電素子がＯＮ状態であり、もう一方の無給電素子がＯＦＦ状態のときの、図４に示したアンテナ装置のＸＹ面の指向性を示す図
【図１０】制御部の内部構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００３５】
１１  サーバ
１２  接続ケーブル
１３  ＷＡＰ
１４  クライアント端末
２１  無線部
２３  アンテナ部
２５  同軸ケーブル
３１  アンテナ装置
３３  制御部
４３  スリーブアンテナ
４５ａ，４５ｂ  無給電素子
５１  １／４波長線路
５３  ＰＩＮダイオード
５５  コンデンサ
５７ａ，５７ｂ  配線
６１  チョークコイル
８１  電源部
８２  定電圧発生部
８７  電圧変換部
８３  コンバータ部
８４  信号制御部
【図１】
2008109214.tif 000003
【図２】
2008109214.tif 000004
【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】
2008109214.tif 000009
【図８】
2008109214.tif 000010
【図９】
2008109214.tif 000011
【図１０】
2008109214.tif 000012