(57)【要約】【課題】本発明は、複数のアンテナを用いる場合におけるインピーダンス整合問題の解決を図ることを主目的とする。あわせて、特に携帯無線機への適用をも考慮した解決策を提案することを目的とする。【解決手段】本発明においては、複数のアンテナのそれぞれにおいて受信した信号に重み付け演算処理を施してから合成する無線機において、該複数のアンテナ対応にそれぞれインピーダンス整合手段と、該複数のアンテナのそれぞれで受信した信号の電力の総和が増大する方向に前記インピーダンス整合手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする無線機を用いる。【選択図】　　　　　図１
2004015179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナのそれぞれにおいて受信した信号に重み付け演算処理を施してから合成する無線機において、
該複数のアンテナ対応にそれぞれインピーダンス整合手段と、
該複数のアンテナのそれぞれで受信した信号の電力の総和が増大する方向に前記インピーダンス整合手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする無線機。
【請求項２】
複数のアンテナのそれぞれにおいて受信した信号に重み付け演算処理を施してから合成する無線機において、
該複数のアンテナ対応にそれぞれインピーダンス整合手段と、
前記複数のアンテナのいずれか一に対応する前記インピーダンス整合回路についての制御を変更し、変更前後で、該複数のアンテナのそれぞれで受信した信号の電力の総和が減少した場合に、該制御を変更前に戻すか又は、変更した方向とは逆の方向へインピーダンスを変更し、一方、該変更前後で、該複数のアンテナのそれぞれで受信した信号の電力の総和が増加した場合に、該制御を変更後のものとするか又は、変更した方向と同じ方向へインピーダンスを更に変更するように制御を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする無線機。
【請求項３】
複数のアンテナのそれぞれにおいて受信した信号に重み付け演算処理を施してから合成する無線機において、
該複数のアンテナ対応にそれぞれインピーダンス整合手段と、
前記複数のアンテナのそれぞれに対応する前記インピーダンス整合回路について順に制御を変動し、該インピーダンス整合回路のそれぞれの変動前後で、該複数のアンテナのそれぞれで受信した信号の電力の総和が増加する前記制御の変動方向を求め、該変動方向を全インピーダンス整合回路について求めた後に、求めた変動方向へ全インピーダンス整合回路の制御を変動設定する制御を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする無線機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数アンテナ対応インピーダンス整合装置を搭載した無線機に関する。本発明は、特に、人体等を介した地面への接地によるアンテナ端での反射損失の影響が考慮され、かつ、小型化が要求される携帯無線機（例として携帯電話機）等に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無線機器においては、アンテナから人体を介して地面に接地する容量が相対的に増大し、アンテナのインピーダンスが変化することによる反射損失の劣化を防止する技術が検討されている。
【０００３】
その例として、特開平７−７３５７に記載された技術が挙げられる。
【０００４】
この無線機器においては、図５に示したように、アンテナ１を共有すべく、デュープレクサ２を介して無線送信部４、無線受信部３が接続され、アンテナとデュープレクサ間に整合部５を設けるとともに、デュープレクサと整合部との間に方向性結合器６を設け、方向性結合器６により分岐された信号に基づいて、整合部５を制御する制御部が設けられている。
【０００５】
この技術によれば、整合部５によるインピーダンス整合が不完全な場合に、反射波が方向性結合器６を介して制御部に入力され、その入力に従って制御部が整合部の可変容量ダイオードＶＤの容量をコントロールすることで、整合部５の特性を最適化し、インピーダンス整合を完全な方向に制御することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、１つのアンテナに整合部を設け、インピーダンス整合を図ることにより、反射損失の劣化を抑制する技術が提案されているが、複数のアンテナを用いる場合、例えば、アレーアンテナ（例えば所定間隔で一直線上に配置された複数のアンテナ）を用いる場合に、アンテナ間が近接するため、アンテナ素子間のインピーダンス相互結合により、同様の手法を採用することが難しいということを究明した。
【０００７】
本発明は、かかる複数のアンテナを用いる場合におけるインピーダンス整合問題の解決を図ることを主目的とする。あわせて、特に携帯無線機への適用をも考慮した解決策を提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決すべく、本発明においては、複数のアンテナのそれぞれにおいて受信した信号に重み付け演算処理を施してから合成する無線機において、該複数のアンテナ対応にそれぞれインピーダンス整合手段と、該複数のアンテナのそれぞれで受信した信号の電力の総和が増大する方向に前記インピーダンス整合手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする無線機を用いる。
【０００９】
また、本発明においては、複数のアンテナのそれぞれにおいて受信した信号に重み付け演算処理を施してから合成する無線機において、該複数のアンテナ対応にそれぞれインピーダンス整合手段と、前記複数のアンテナのいずれか一に対応する前記インピーダンス整合回路についての制御を変更し、変更前後で、該複数のアンテナのそれぞれで受信した信号の電力の総和が減少した場合に、該制御を変更前に戻すか又は、変更した方向とは逆の方向へインピーダンスを変更し、一方、該変更前後で、該複数のアンテナのそれぞれで受信した信号の電力の総和が増加した場合に、該制御を変更後のものとするか又は、変更した方向と同じ方向へインピーダンスを更に変更するように制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする無線機を用いる。
【００１０】
また、本発明においては、複数のアンテナのそれぞれにおいて受信した信号に重み付け演算処理を施してから合成する無線機において、該複数のアンテナ対応にそれぞれインピーダンス整合手段と、前記複数のアンテナのそれぞれに対応する前記インピーダンス整合回路について順に制御を変動し、該インピーダンス整合回路のそれぞれの変動前後で、該複数のアンテナのそれぞれで受信した信号の電力の総和が増加する前記制御の変動方向を求め、該変動方向を全インピーダンス整合回路について求めた後に、求めた変動方向へ全インピーダンス整合回路の制御を変動設定する制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする無線機を用いる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を携帯無線機に適用した場合の１実施例を示すものである。尚、マイク、スピーカ、表示部、操作部等を必要に応じて設け、デジタル信号処理部と信号を送受することにより、携帯無線機に必要な機能（音声入力、出力、文字表示、操作機能等）を持たせることができる。
【００１２】
図において、１１〜１ｎは複数のアンテナを示し、例えば、所定間隔で一直線上に配列されたアレーアンテナを用いることができる。２１〜２ｎは各アンテナ対応に設けられたインピーダンス整合回路（インピーダンス整合手段に対応）を示し、後述するデジタル信号処理部５（制御部に対応）からの制御信号によりインピーダンスが可変な回路である。３１〜３ｎは、各アンテナ対応のアンテナ共用器を示し、それぞれの送信系回路及び受信系回路（送信系回路と受信系回路とを総称して送受信処理部と称し、４１〜４ｎで示す）に接続されている。アンテナ共用機３１〜３ｎとしては、当該携帯無線機が、ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｄｕｐｌｅｘ）により送受信を行うのであれば、スイッチ手段を採用することができるし、ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｄｕｐｌｅｘ）により送受信を行うのであれば、誘電体フィルタ等を用いることができる。
【００１３】
尚、アンテナ１１に対応する送受信処理部である４１と、他のアンテナに対応する送受信処理部４２〜４ｎの構成は同様の構成である。
【００１４】
次に、送受信処理部４１の受信系回路、送信系回路について詳述する。
・「受信系回路」
４１は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）であり、アンテナ共用器３１からの受信信号のうち、所望の周波数の信号を通過帯域とするフィルタであり、４２は、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）であり、受信信号の増幅処理を行う。増幅後の受信信号は、バンドパスフィルタ４３を介して、ミキサ４４に入力される。ミキサ４４では、受信信号をローカル信号Ｌｏ１を用いて周波数変換し、バンドパスフィルタ４５により、低い方の周波数帯域の信号を抽出し、後段のミキサ４６、４９に与える。ミキサ４６、４９では、ローカル信号Ｌｏ２、Ｌｏ２’（Ｌｏ２のπ／２位相をずらしたもの）を用いて、直交検波処理を行い、Ｉチャネル、Ｑチャネルに対応するベースバンド信号がそれぞれローパスフィルタ４７、５０にそれぞれ入力される。そして、それぞれＡＤコンバータ４８、５１によりデジタル信号に変換（それぞれＩ１、Ｑ１と称す）されてからデジタル信号処理部５に入力される（他の送受信部４２〜４ｎの受信系回路においても同様の処理が施され、各デジタル信号がデジタル信号処理部５に入力される（各アンテナ対応の各デジタル信号の組を（Ｉ２、Ｑ２）〜（Ｉｎ、Ｑｎ）と表す））。
・「送信系回路」
５９、６２は、デジタル信号処理部から与えれた送信デジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡコンバータであり、変換後のアナログ信号は、ローパスフィルタ５８、６１を介してミキサ５７、６０において直交変調が施され（ローカル信号Ｌｏ３、Ｌｏ３’（Ｌｏ３のπ／２位相をずらしたもの）を用いる）、５６の加算器で加算される。
【００１５】
加算後の信号は、ミキサ５５においてローカル信号Ｌｏ４を用いて無線周波数にアップコンバートされてから、ローノイズアンプ５４、パワーアンプ５３により増幅され、バンドパスフィルタ５２を介してアンテナ共用器３１に入力される。
【００１６】
さて、以下本発明の課題とするインピーダンス整合問題の解決を図るためのデジタル信号処理部５における処理について説明する。
【００１７】
デジタル信号処理部５は、各アンテナ対応の受信系回路からの受信デジタル信号（Ｉ１、Ｑ１）〜（Ｉｎ、Ｑｎ）を用いて既知の各受信デジタル信号に重みづけ演算処理を施してから加算することにより、略信号到来方向に向けたビームフォーミングを実施して受信品質の向上を図ることができる。
【００１８】
他方、デジタル信号処理部５は、重み付け演算処理前の各デジタル信号（Ｉ１、Ｑ１）〜（Ｉｎ、Ｑｎ）を用いて、次のアルゴリズムに従った処理を実行し、ＤＡコンバータ６に対して各アンテナ対応の制御信号を出力する。尚、図２において以下のアルゴリズムに対応する処理フローを示した。
「アルゴリズム１」
▲１▼各アンテナ１１〜１ｎで受信した信号のトータルパワーＰの算出を行う。
【００１９】
即ち、Ｐ＝（Ｉ１）２＋（Ｑ１）２＋…＋（Ｉｎ）２＋（Ｑｎ）２を演算する。
▲２▼インピーダンス整合回路２ｉに対応する制御電圧のみ増加（又は減少）させる。増加（又は減少）の幅は所定幅としてもよい。尚、ここで、ｉ＝１〜ｎのいずれかである。
▲３▼制御電圧を増加（又は減少）した後のトータルパワーＰ’を算出する。
▲４▼トータルパワーが増加した場合、即ち、Ｐ＜Ｐ’の場合は増加（又は減少）させた制御電圧をそのまま維持又は増加分に等しい量だけ更に増加する。
【００２０】
一方、Ｐ≧Ｐ’の場合は、増加（又は減少）させた制御電圧値から増加分の２倍の制御電圧値を減算又は増加分だけ減算した（制御電圧値に減少分の２倍の制御電圧値を加算又は減少分だけ加算した）制御電圧値を算出し、アンテナ１ｉ用の制御電圧制御用デジタル信号として、これまで出力していたデジタル信号に替えて、算出により得られたデジタル信号をＤＡコンバータ６に出力する。
▲５▼ｉに１を加えて、▲２▼〜▲４▼の制御を行い、再びｉに１を加えるといった制御を繰り返す。尚、ｉがｎと一致すると、次は、ｉ＝１として同様の制御を行う。
【００２１】
以上のように、デジタル信号処理部５は、インピーダンス整合回路３１〜３ｎへの制御電圧を可変し、変更後のトータルパワーが増加する方向に制御するため、アンテナ間のインピーダンス相互作用のいかんにかかわらず、着実にインピーダンス整合回路のインピーダンスの設定を最適化することができる。
【００２２】
また、各インピーダンス整合回路の制御を順に行うため、アンテナ間インピーダンス相互作用は一定範囲に抑えられ、同時に全てのインピーダンス整合回路の制御の更新を行うのに比してトータルパワーの急激な変化を抑えることができる。
【００２３】
「アルゴリズム２」
「アルゴリズム１」に替えてアルゴリズム２を用いることもできる。図３において以下のアルゴリズムに対応する処理フローを示した。
▲１▼各アンテナ１１〜１ｎで受信した信号のトータルパワーＰの算出を行う。
【００２４】
即ち、Ｐ＝（Ｉ１）２＋（Ｑ１）２＋…＋（Ｉｎ）２＋（Ｑｎ）２を演算する。
▲２▼以下ｉ＝１として以下▲３▼〜▲７▼の演算を行う。
▲３▼インピーダンス整合回路２ｉに対応する制御電圧Ｖｉのみ△Ｖｉ増加する。
【００２５】
ここで、△Ｖｉはｉによらず一定値とすることもできるが、ｉに応じて異なる値とすることもできる。
▲４▼△Ｖｉ増加後、各アンテナ１１〜１ｎで受信した信号のトータルパワーＰ’の算出を行う。
▲５▼∂Ｐ／∂Ｖｉ＝Ｐ’−Ｐ＝Ｐｉを演算し、計算結果をデジタル信号処理５内の内部メモリに記憶する。
▲６▼△Ｖｉ加算後のＶｉを加算前のＶｉに戻す。
▲７▼ｉ＜ｎであるか否か判定する。ｎは、アンテナ本数
▲８▼ｉ＜ｎであれば、ｉ＝ｉ＋１にインクリメントし、次のアンテナに関する上記測定を行う（▲３▼〜▲６▼）。
▲９▼▲７▼で、ｉ＝ｎであれば、各インピーダンス整合回路２１〜２ｎについての制御電圧を一斉に更新し、再び▲１▼の処理に戻る。
【００２６】
ここで、制御電圧の更新は、ｉ＝１〜ｎについて、Ｖｉ＝Ｖｉ＋μＰｉに更新することにより行う。この際、Ｐｉは▲５▼で内部メモリに記憶した値を用いることができる。μは、ステップサイズパラメータであり、制御量を調整するためのもので、その値を１とすることもできるが、好ましくは、インピーダンス整合の変化に対して、アンテナ素子間の相互結合の変化による影響が小さい範囲でインピーダンス整合回路のインピーダンス制御がなされるように小さい値とする。
【００２７】
インピーダンス整合回路２１〜２ｎは、上記アルゴリズムに基づいてデジタル信号処理部５が出力するデジタル信号をＤＡコンバータ６によりアナログ信号に変換して得られる制御電圧に基づいて制御される。その具体的な構成の例としては、従来技術で記載した整合部を用いることもできるが、例えば、図４に示すπ型インピーダンス整合回路２を用いることができる。
【００２８】
２１はキャパシタ、２２はインダクタ、２３はマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）による可変容量キャパシタ、２４は抵抗である。
【００２９】
尚、従来技術では、可変容量キャパシタとして、バラクダイオードが用いられているが、制御電圧値と、容量の関係に非線形の部分が多いため、例えばデジタル信号処理部５内で非線形性補償のための演算を必要とするが、このＭＥＭＳによる可変容量キャパシタは線形性に優れるため非線形補償のための演算処理を省略することができる。
（付記１）　複数のアンテナのそれぞれにおいて受信した信号に重み付け演算処理を施してから合成する無線機において、
該複数のアンテナ対応にそれぞれインピーダンス整合手段と、
該複数のアンテナのそれぞれで受信した信号の電力の総和が増大する方向に前記インピーダンス整合手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする無線機。
（付記２）　複数のアンテナのそれぞれにおいて受信した信号に重み付け演算処理を施してから合成する無線機において、
該複数のアンテナ対応にそれぞれインピーダンス整合手段と、
前記複数のアンテナのいずれか一に対応する前記インピーダンス整合回路についての制御を変更し、変更前後で、該複数のアンテナのそれぞれで受信した信号の電力の総和が減少した場合に、該制御を変更前に戻すか又は、変更した方向とは逆の方向へインピーダンスを変更し、一方、該変更前後で、該複数のアンテナのそれぞれで受信した信号の電力の総和が増加した場合に、該制御を変更後のものとするか又は、変更した方向と同じ方向へインピーダンスを更に変更するように制御を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする無線機。
（付記３）　複数のアンテナのそれぞれにおいて受信した信号に重み付け演算処理を施してから合成する無線機において、
該複数のアンテナ対応にそれぞれインピーダンス整合手段と、
前記複数のアンテナのそれぞれに対応する前記インピーダンス整合回路について順に制御を変動（変動は、アンテナ素子間の相互結合によるインピーダンス変化の影響が無視できる程度に少ない変動量とすることが望ましい）し、該インピーダンス整合回路のそれぞれの変動前後で、該複数のアンテナのそれぞれで受信した信号の電力の総和が増加する前記制御の変動方向を求め、該変動方向を全インピーダンス整合回路について求めた後に、求めた変動方向へ全インピーダンス整合回路の制御を変動設定する制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする無線機。
（付記４）　前記付記１又は２又は３記載の無線機において、
前記該複数のアンテナのそれぞれで受信した信号の電力の総和は、重み付け演算前の信号の電力の総和であることを特徴とする無線機。
【００３０】
【発明の効果】
本発明では、制御部は、インピーダンス整合回路への制御電圧を可変し、変更後のトータルパワーが増加する方向に制御するため、アンテナ間のインピーダンス相互作用のいかんにかかわらず、着実にインピーダンス整合回路のインピーダンスの設定を最適化することができる。
【００３１】
また、各インピーダンス整合回路の制御を順に行うため、アンテナ間のインピーダンス相互作用は一定範囲に抑えられ、同時に全てのインピーダンス整合回路の制御の更新を行うのに比してトータルパワーの急激な変化を抑えることができる。
【００３２】
また、インピーダンス整合の変化に対して、アンテナ素子間の相互結合の変化による影響が小さい範囲でインピーダンス整合回路のインピーダンス制御を行うので、インピーダンス整合の最適化を図る過程でのトータルパワーの急激な劣化などを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る携帯無線機を示す。
【図２】制御電圧更新フロー（１）を示す。
【図３】制御電圧更新フロー（２）を示す。
【図４】インピーダンス整合回路２１を示す。
【図５】従来の無線機器を示す。
【符号の説明】
１１〜１ｎアンテナ
２１〜２ｎインピーダンス整合回路
３１〜３ｎアンテナ共用器
４１〜４ｎ送受信処理部
５　　　　　デジタル信号処理部
６　　　　　ＤＡコンバータ
【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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