(57)【要約】  【課題】マルチパスフェージングの影響を軽減し、また装飾性を高めてアンテナであることを利用者に意識させないアンテナシステムを提供する。  【解決手段】基台略中央から真っ直ぐに延びた導電体である１つの給電素子１０と、基台略中央またはその近傍から、給電素子から徐々に遠ざかるように延びた電導体である複数の無給電素子１１〜１６と、各無給電素子に装架された可変リアクタンス素子２１〜２６と、各可変リアクタンス素子の各リアクタンス値を可変して、給電素子における受信感度を最大にするアンテナコントローラ３３とを備える。  【選択図】  図２
2005252407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナシステムであって、
基台略中央から、真っ直ぐに延びた導電体である１つの給電素子と、
前記基台略中央またはその近傍から、前記給電素子から徐々に遠ざかるように延びた電導体である複数の無給電素子と、
各無給電素子に装架された可変リアクタンス素子と、
各可変リアクタンス素子の各リアクタンス値を可変して、給電素子における受信感度を最大にする制御手段と
を備えることを特徴とするアンテナシステム。
【請求項２】
前記複数の無給電素子は、
前記基台上において、給電素子を通る所定の直線上に、前記給電素子を挟んで存在すること
を特徴とする請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項３】
アンテナシステムであって、
基台略中央に立設された１つの給電素子と、
前記基台上において、給電素子を通る所定の直線上に、給電素子を挟んで存在する２つの無給電素子と、
各無給電素子に装架された可変リアクタンス素子と、
２つの無給電素子を回転させて、給電素子を中心に方向を変える回転駆動手段と、
回転駆動手段による複数の回転角において、無給電素子の一方に装架された可変リアクタンス素子と、他方に装架された可変リアクタンス素子の各リアクタンス値とを可変して、給電素子における受信感度が最大となる回転角を選択する制御手段と
を備えることを特徴とするアンテナシステム。
【請求項４】
前記給電素子は、基台略中央から、真っ直ぐに延びた電導体であり、
前記無給電素子はそれぞれ、前記基台略中央またはその近傍から、前記給電素子から徐々に遠ざかるように延びた電導体であること
を特徴とする請求項３に記載のアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレビ放送や無線通信等の電波の受信に用いるアンテナシステムに関し、特に、指向性を変化させて最適な受信感度を得る為の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信のデジタル化及びブロードバンド化に伴い、アンテナ装置の性能向上が望まれている。
アンテナ装置の性能向上の為には、例えばマルチパスフェージングの影響の軽減が有効である。
ここでマルチパスフェージングとは、発信された電波が地形や地物によって反射、回折、散乱し、異なる方向から距離の異なる経路で複数の電波が同時に到達することによって相互干渉が生じ、受信に悪影響を及ぼす現象をいい、特に、受信点において同一の信号が逆位相かつ同等の振幅であるときには、信号が互いにキャンセルされて著しいレベル低下が発生する。
【０００３】
一方、ノートパソコンや携帯電話等の携帯機器による通信や、液晶やＰＤＰなどの薄型省スペースのテレビ受像機を頻繁に移動して使用する場合などには、携帯型のアンテナを用いるか、あるいは小型のアンテナを内蔵し、室内で使用する機会が増えるものと思われる。
室内で使用する場合には、あらゆる方向から複数の電波が同時に到達するので、野外で受信する場合に較べて、マルチパスフェージングの影響が大きい。
【０００４】
ここで携帯用のアンテナ、及び内蔵されるアンテナには、小型軽量であり、比較的コストが安く、バッテリ駆動に耐えうる低消費電力動作であることが要求される。
特許文献１、非特許文献１〜３に、上記要求を満たし、マルチパスフェージングの影響を軽減することができる電子制御導波器アレーアンテナ装置が開示されている。
また、特願２００３−１６６８４８に、特許文献１、非特許文献１〜３に記載された電子制御導波器アレーアンテナ装置に比較して、ハードウエア構造が簡単であり、簡単な制御でマルチパスフェージングの影響を軽減し、大きなダイバーシティ利得を得ることができるアレーアンテナ装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−１１８４１４号公報
【非特許文献１】T. Ohira et al., "Electronically steerable passive array radiator antennas for low-cost analog adaptive beamforming,"2000 IEEE InternationalConference on Phased Array System & Technology pp. 101-104,Dana point,California, May 21-25, 2000。
【非特許文献２】大平孝ほか，“エスパアンテナの透過ウエイトベクトルとその勾配に関する基本的定式化”，電子情報通信学会技術研究報告，ＡＰ２００１−１６，ＳＡＴ２００１−３，ｐ．１５−２０，２００２年５月。
【非特許文献３】大平孝ほか，“エスパアンテナの透過ウエイトベクトルとアレーファクタ表現式”，電子情報通信学会技術研究報告，ＡＰ２０００−４４，ｐ．７−１４，２００２年７月。
【非特許文献４】A. J. Rustako et al., "Performance of feedback and switch space diversity 900 MHz FM mobile radio systems with Rayleigh fading", IEEE Transactions on Communication, Vol. COM-21, pp.1257-1268, Nov. 1973。
【非特許文献５】A. Afrashteh et al., "Performance of a novel selection diversity technique in an experimental TDMA system for digital portable radio communications", Conference Record Globecom '88 Hollywood, pp.810-814, Nov. 1988。
【非特許文献６】Y. Akaiwa, "Antenna selection diversity for framed digital signal transmossion in mobile radio channel", Proceeding of 39th IEEE Vehicle Technology Conference, pp.470-473, 1989。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のアンテナ装置には、マルチパスフェージングの影響を軽減することができるものがあるが、それらの解決手段には効果や利点に一長一短があるので、新たな解決手段の提供が望まれる。
また、従来のアンテナ装置は、外見から明らかにアンテナと判る形状のものがほとんどであり装飾性の低いものが多い。特に室内においてアンテナ装置を使用する場合には、従来のアンテナ装置は邪魔になるだけで、部屋の雰囲気を壊しこそすれ良くすることはない。
【０００６】
そこで本発明は、マルチパスフェージングの影響を軽減することができ、特に室内で使用する場合に有効な新たなアンテナシステムを提供することを第１の目的とし、またアンテナであると同時に装飾性を高めて、アンテナであることを利用者に意識させない新たなアンテナシステムを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るアンテナシステムは、基台略中央から真っ直ぐに延びた導電体である１つの給電素子と、前記基台略中央またはその近傍から前記給電素子から徐々に遠ざかるように延びた電導体である複数の無給電素子と、各無給電素子に装架された可変リアクタンス素子と、各可変リアクタンス素子の各リアクタンス値を可変して給電素子における受信感度を最大にする制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
課題を解決するための手段に記載した構成により、各可変リアクタンス素子の各リアクタンス値を可変することにより指向性を制御して、最適な受信状態を得ることができるので、マルチパスフェージングの影響を軽減することができ、特に室内で使用する場合に有効である。
また、外見から明らかにアンテナと判る形状ではなく、装飾性が高く、アンテナであることを利用者に意識させないので、部屋の雰囲気を壊さない。
【０００９】
アンテナシステムにおいて、前記複数の無給電素子は、前記基台上において、給電素子を通る所定の直線上に、前記給電素子を挟んで存在することを特徴とすることもできる。
これにより、給電素子と無給電素子とが平面形状に植立されるので、場所をとらない。
特に液晶やＰＤＰなどの薄型省スペースのテレビ受像機に用いる場合には、例えばその上面に設置でき、よりフィットしたデザインになる。
【００１０】
本発明に係るアンテナシステムは、基台略中央に立設された１つの給電素子と、前記基台上において給電素子を通る所定の直線上に給電素子を挟んで存在する２つの無給電素子と、各無給電素子に装架された可変リアクタンス素子と、２つの無給電素子を回転させて給電素子を中心に方向を変える回転駆動手段と、回転駆動手段による複数の回転角において無給電素子の一方に装架された可変リアクタンス素子と他方に装架された可変リアクタンス素子の各リアクタンス値とを可変して給電素子における受信感度が最大となる回転角を選択する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これにより、無給電素子の組を回転させて方向を変え、かつ指向性を制御して、最適な受信状態を作ることができる。
従って、マルチパスフェージングの影響を軽減することができ、特に室内で受信する場合に有効である。
また、電波の状態に応じて無給電素子が動くので、利用者を視覚的に楽しませることができる。
【００１２】
アンテナシステムにおいて、前記給電素子は基台略中央から真っ直ぐに延びた電導体であり、前記無給電素子はそれぞれ、前記基台略中央またはその近傍から、前記給電素子から徐々に遠ざかるように延びた電導体であることを特徴とすることもできる。
これにより、外見から明らかにアンテナと判る形状ではなく、装飾性が高く、アンテナであることを利用者に意識させないので、部屋の雰囲気を壊さない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
＜構成＞
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施の形態１におけるアンテナシステムの外観を示す図である。
ここで、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は真上から見た図、図１（ｃ）は真横から見た図である。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態１におけるアンテナシステムの詳細な構成を示す図である。
図２に示すように、本発明の実施の形態１におけるアンテナシステムは、給電素子１０、無給電素子１１〜１６、接地導体２０、可変リアクタンス素子２１〜２６、低雑音増幅器３０、ダウンコンバータ３１、Ａ／Ｄ変換器３２、及びアンテナコントローラ３３を備える。
【００１５】
ここでλを受信すべきターゲットである放送波の自由空間波長とするとき、理論的には、給電素子１０の長さはおよそλ／４が望ましく、無給電素子１１〜１６の長さはλ／４＋ｎ／２・λ（ｎは０及び正の整数）が望ましい。ただし、各素子の長さは上記の値に限られるわけではなく、異なる長さであってもアンテナとして機能する。
また例えば、給電素子１０、無給電素子１１〜１６、及び接地導体２０の材料はＡｕ等の導体であり、例えばデジタル地上波をターゲットとするとλは５０ｃｍ程度である。
【００１６】
なお、接地導体２０の直径は、図１（ｂ）に示したアンテナシステムの外接円程度の大きさが望ましいが、そこまで大きくしない場合には、アンテナシステムを導電体からなる当該外接円よりも大きいテーブル等の上に置くか、あるいは接地導体２０の垂直方向の長さを長くして円柱形状にすればよい。
可変リアクタンス素子２１〜２６は、例えば可変容量ダイオード（バリキャップ、バラクタ）であり、それぞれの容量が、外部より供給される電圧によって制御される。
【００１７】
ここで給電素子１０は同軸ケーブル等を介して低雑音増幅器３０に接続されかつＧＮＤとは絶縁され、無給電素子１１は可変リアクタンス素子２１を介してＧＮＤに接続されて高周波接地され、無給電素子１２は可変リアクタンス素子２２を介してＧＮＤに接続されて高周波接地され、無給電素子１３は可変リアクタンス素子２３を介してＧＮＤに接続されて高周波接地され、無給電素子１４は可変リアクタンス素子２４を介してＧＮＤに接続されて高周波接地され、無給電素子１５は可変リアクタンス素子２５を介してＧＮＤに接続されて高周波接地され、無給電素子１６は可変リアクタンス素子２６を介してＧＮＤに接続されて高周波接地される。
【００１８】
また可変リアクタンス素子２１〜２６のリアクタンス値はアンテナコントローラ３３から伝送される制御電圧であるリアクタンス設定信号により設定される。
低雑音増幅器３０は、給電素子１０により受信された無線信号を増幅する。
ダウンコンバータ３１は、低雑音増幅器３０により増幅された無線信号を低域変換して中間周波数のアナログ信号であるＩＦ信号を生成する。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換器３２は、ダウンコンバータ３１により生成されたＩＦ信号をＡＤ変換してディジタル信号である受信信号ｙを生成する。
Ａ／Ｄ変換器３２により生成された受信信号ｙは、アンテナコントローラ３３に入力されるとともに、下段の復調器に入力されて復調される。
アンテナコントローラ３３は、Ａ／Ｄ変換器３２により生成された受信信号ｙに基づいて、上記各リアクタンス設定信号を調整して可変リアクタンス素子２１〜２６の各リアクタンス値を設定するものであり、予め測定して設定した所定値以上のダイバーシティ利得が得られかつ給電素子１０の入力インピーダンスが実質的に変化しない複数の状態のそれぞれに対応するリアクタンス設定信号のセットの中から、受信信号ｙが一番大きくなるセットを選択する。
【００２０】
図３は、実施の形態１における無給電素子に供給する制御電圧のセットに対するリアクタンス値のセット、及び入力インピーダンス値を示す図である。
ここで、上記リアクタンス設定信号のセットは、例えば以下のように設定される。
図３に示すように、入力インピーダンスＺｉｎが実質的に変化しない２つの状態Ｐ１、Ｐ２を予め測定して求め、この２つの状態Ｐ１、Ｐ２のそれぞれに対応するリアクタンス設定信号のセットを、アンテナコントローラ３３内のメモリに格納しておき、受信信号ｙが大きい方のセットを選択する。
【００２１】
ここで可変リアクタンス素子２１は、インダクタンス性を有するときには延長コイルとなり、無給電素子１１の電気長が給電素子１０よりも長くなり、無給電素子１１は反射器として働く。
一方、可変リアクタンス素子２１は、キャパシタンス性を有するときには短縮コンデンサとなり、無給電素子１１の電気長が給電素子１０よりも短くなり、無給電素子１は導波器として働く。
【００２２】
また、このような特性は給電素子１０と無給電素子１１〜１６との間にも同様に成り立つ。
従って、アンテナコントローラ３３が上記各リアクタンス設定信号を変化させて、無給電素子１１〜１６の各リアクタンス値を変化させ、６個のリアクタンス値を１セットとして設定し、受信信号ｙが一番大きくなるリアクタンス値のセットを選択するか、あるいは連続的に最適なリアクタンス値のセットに設定することにより、アンテナの指向特性を最適な状態に変化させることができる。
【００２３】
なお、ここでリアクタンス値の切り換え方のアルゴリズムとしては、非特許文献４に記載されているような、単一の受信回路でアンテナを切り換えるアンテナ切り換えダイバーシティ方式や、非特許文献５及び６に記載されているような、アンテナ選択ダイバーシティ方式を用いることができる。
＜まとめ＞
以上のように、本実施の形態１によれば、図１（ｂ）に示すように、無給電素子のセット（１１、１４）、（１３、１６）、（１２、１５）がそれぞれ６０度毎に配置されており、水平偏波であるテレビ放送の電波が水平方向３６０度のどの方向から来たとしても、指向特性をほぼ最適な状態に変化させて、テレビ放送の電波を受信することがができる。
【００２４】
さらに、この状態において各リアクタンス値を変化させることにより、より良好な受信状態を得ることができる。
また、本実施の形態１のアンテナシステムは、外見から明らかにアンテナと判る形状ではなく、装飾性が高く、アンテナであることを利用者に意識させないので、部屋の雰囲気を壊さない。
（実施の形態２）
＜構成＞
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施の形態２におけるアンテナシステムの外観を示す図である。
【００２５】
ここで、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は真上から見た図、図４（ｃ）は真横から見た図であり、初期状態を示す。
図５は、本発明の実施の形態２におけるアンテナシステムの詳細な構成を示す図である。
図５に示すように、本発明の実施の形態２におけるアンテナシステムは、給電素子１０、無給電素子４１〜４２、ステッピングモータユニット４３〜４４、接地導体２０、可変リアクタンス素子４５〜４６、低雑音増幅器３０、ダウンコンバータ３１、Ａ／Ｄ変換器３２、及びアンテナコントローラ４７を備える。
【００２６】
なお、実施の形態１のアンテナシステムと同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
無給電素子４１〜４２は、実施の形態１の無給電素子１１〜１６の中の１組に相当する。
ステッピングモータユニット４３〜４４はそれぞれ、無給電素子４１〜４２を任意の角度だけ回転動作させるものである。
【００２７】
無給電素子４１〜４２を回転させれば、いろいろな方向から到来する水平偏波を受信できる。
アンテナコントローラ４７は、Ａ／Ｄ変換器３２により生成された受信信号ｙに基づいて、上記各リアクタンス設定信号を調整して可変リアクタンス素子４５〜４６の各リアクタンス値を設定
し、さらに、ステッピングモータユニット４３〜４４に回転の方向と回転量を指示するものであり、所定の回転角毎に（例えば３０度〜６０度程度）、予め測定して設定した所定値以上のダイバーシティ利得が得られかつ給電素子１０の入力インピーダンスが実質的に変化しない複数の状態のそれぞれに対応するリアクタンス設定信号のセットの中から、受信信号ｙが一番大きくなるセットを選択し、さらにこの中から、受信信号ｙが一番大きくなる回転角を選択する。
【００２８】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施の形態２におけるアンテナシステムの動作時の外観を示す図である。
ここで、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は真上から見た図、図６（ｃ）は真横から見た図であり、無給電素子４１〜４２をそれぞれ、初期状態から６０度回転させた状態を示す。
【００２９】
＜まとめ＞
以上のように、本実施の形態２によれば、２つの無給電素子の組の方向を変え、かつ、指向性を可変するので、いろいろな方向から到来する放送電波を受信でき最適な受信状態を得ることができる。
また、本実施の形態２のアンテナシステムは、電波の状態に応じて無給電素子が動くので、利用者を視覚的に楽しませることができ、装飾性が高く、部屋の雰囲気を壊さない。
（変形例１）
本発明の実施の形態１では、給電素子を中心に方向が異なる複数の無給電素子に対するリアクタンス値のセットを選択したが、変形例１は、方向の代わりに給電素子との角度又は距離が異なる複数の無給電素子に対するリアクタンス値のセットを選択する。
【００３０】
＜構成＞
図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の変形例１におけるアンテナシステムの外観を示す図である。
変形例１のアンテナシステムは、実施の形態１の無給電素子１１〜１６を、それぞれ無給電素子５１〜５６に置き換えた構成であり、その他の構成に変更はない。
【００３１】
無給電素子５１、５４の組は他と較べて一番給電素子に近く、無給電素子５２、５５の組は中間の距離であり、無給電素子５３、５６の組は他と較べて一番給電素子から遠い。
なお、本発明の実施の形態１と変形例１とを組み合わせて、方向と角度又は距離とが異なる複数の無給電素子を用いてもよい。
また、本発明の変形例１は、給電素子と無給電素子とが平面形状に植立されており、実施の形態１に較べて場所をとらないので、省スペース型のアンテナであり、特に液晶やＰＤＰなどの薄型省スペースのテレビ受像機に用いる場合には、例えばその上面に設置でき、よりフィットしたデザインになる。
【００３２】
また、本発明の実施の形態２と変形例１とを組み合わせて、角度が異なる複数の無給電素子の組を回転させてもよい。
また、本発明の実施の形態１、２、変形例１の外形を示す各図においては、アンテナの制御において使用する無給電素子のみを記載しているが、無給電素子と類似した形状で使用しないダミーの素子を含んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、ノートパソコンや携帯電話等の携帯機器による通信や、液晶やＰＤＰなどの薄型省スペースのテレビ受像機による照れ部放送の受信に利用することができる。
特に、室内において使用する場合に有効であり、その利用価値は高い。
また、携帯機器や薄型省スペースのテレビ受像機だけでなく、あらゆる通信機器による受信に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施の形態１におけるアンテナシステムの外観を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるアンテナシステムの詳細な構成を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１における無給電素子に供給する制御電圧のセットに対するリアクタンス値のセット、及び入力インピーダンス値を示す図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施の形態２におけるアンテナシステムの外観を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるアンテナシステムの詳細な構成を示す図である。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施の形態２におけるアンテナシステムの動作時の外観を示す図である。
【図７】図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の変形例１におけるアンテナシステムの外観を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０    給電素子
１１〜１６  無給電素子
２０    接地導体
２１〜２６  可変リアクタンス素子
３０    低雑音増幅器
３１    ダウンコンバータ
３２    Ａ／Ｄ変換器
３３    アンテナコントローラ
４１〜４２  無給電素子
４３〜４４  ステッピングモータユニット
４５〜４６  可変リアクタンス素子
４７    アンテナコントローラ
５１〜５６  無給電素子
【図１】
2005252407.tif 000003
【図２】
2005252407.tif 000004
【図３】
2005252407.tif 000005
【図４】
2005252407.tif 000006
【図５】
2005252407.tif 000007
【図６】
2005252407.tif 000008
【図７】
2005252407.tif 000009