(57)【要約】 【課題】  装置の設置方向が変化した場合にも特定の通信対象との間で安定した通信が可能な、低コストで消費電力が小さい無線通信装置を提供すること。【解決手段】  ２つの指向性アンテナ４および５の中から駆動する指向性アンテナを選択し切り替える機能を有する制御部８を備え、制御部８は３軸加速度センサ１１と、３軸磁気センサ１２と、指向性アンテナ４および５の各々の指向性データと通信対象の方向とを記憶している記憶部１３とを備え、３軸加速度センサ１１と３軸磁気センサ１２とから検出されるデータにより本無線通信装置の通信対象に対する方向の変化を計算し、記憶部１３の指向性データを参照し、指向性アンテナ４および５の中から通信対象との通信に適した指向性を有する１つの指向性アンテナを常に選択し駆動する。【選択図】  図２
2009081769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の指向性アンテナを備え通信対象との間で通信を行う無線通信装置であって、前記複数個の指向性アンテナの中から駆動する指向性アンテナを選択し切り替える機能を有する制御部を備え、前記複数個の指向性アンテナはそのすべてを合成したときに全方位に感度を有するように配置され、前記制御部は３軸加速度センサと、３軸磁気センサと、前記複数の指向性アンテナの各々の指向性データと前記通信対象の方向とを記憶している記憶部とを備え、前記３軸加速度センサと前記３軸磁気センサとから検出されるデータにより、前記通信対象の方向に対する当該無線通信装置の方向の変化を計算して求め、前記記憶部の前記指向性データを参照し、前記複数の指向性アンテナの中から前記通信対象との通信に適した指向性を有する１つの指向性アンテナを常に選択し駆動することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記通信対象が当該無線通信装置に対しほぼ鉛直方向の上方にある場合に、前記制御部は鉛直方向上向きに指向性を有する前記指向性アンテナを常に選択し切り替えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記通信対象が当該無線通信装置に対しほぼ水平方向にある場合に、前記制御部は水平方向に指向性を有する前記指向性アンテナを常に選択し切り替えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数のアンテナを有し、その中から駆動するアンテナを選択し切り替える制御部を備えた無線通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に無線通信装置のアンテナには無指向性アンテナを使用するものと指向性アンテナを使用するものがある。無指向性アンテナを使用した場合、通信装置は全方向から来る電波を受信し、または全方向に送信し、通信することが可能である。しかし、この場合、全方位をカバーするためエネルギー効率は低くなり消費電力は大きくなる。一方、指向性アンテナを使用した場合、通信方向にそのアンテナの最大感度となる方向を合わせることでエネルギー効率のよい通信を行うことが可能となる。
【０００３】
しかし、指向性アンテナを使用する場合、通常、アンテナは無線通信装置に固定されていて、そのアンテナの指向性は通信対象に対して装置を正しく設置した場合に最適に通信できるよう設計されている。そこで、移動無線装置や無線センサノードなどで装置が固定されていない場合には、その無線通信装置が傾いた場合や倒れた場合、またはひっくり返った場合にはアンテナの指向性は意図していた方向から外れ、エネルギー効率は低下してしまう。
【０００４】
図８は従来の無線通信装置のアンテナ指向性を示す模式図であり、図８（ａ）は通常使用時の状態、図８（ｂ）は９０°転倒時の状態を示す。図８において、無線通信装置はケース３１とケース３１に内蔵された回路部３３と回路部３３に接続されケース３１に固定された指向性アンテナ３４から構成されている。図８（ａ）に示すように、従来の無線通信装置は、通常使用時にはその指向性アンテナ３４の指向性は水平方向、および鉛直方向上向きにあるが、その指向性アンテナ３４がケース３１内で固定されているため、図８（ｂ）のように無線通信装置が転倒すると指向性アンテナ３４の向きも変化し、その指向性は通信対象の方向から外れ、通信が困難となる場合がある。
【０００５】
この改善方法として特許文献１にはアンテナの方向を機械駆動で制御して指向性を調節する方法が示されている。また、特許文献２のように複数のアンテナを備え常に受信信号レベルが大きなアンテナに自動的に切り替える方法も示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１４０８７号公報
【特許文献２】特開平１１−８８２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、アンテナの方向を機械駆動で制御する方法では、アンテナの調節は装置が特定の範囲の姿勢で設置されいることが前提であり、装置が倒れた場合やひっくり返った場合までアンテナの向きを調節して指向性を最適化することは考慮されてはおらず、実際にも困難である。また、アンテナの位置調節に機械的駆動を使用すると、装置も大掛かりなものになり、製造コストも大きくなってしまう。また、無線通信装置が大きい場合、装置の転倒防止対策を行うことは設置の規模が大きくなるほど困難となる。
【０００８】
一方、複数のアンテナを設置して受信信号レベルが大きなアンテナに自動的に切り替える方法では、特定の通信対象との通信を行う場合、アンテナの向きが変わった場合にその受信信号が目的とする通信対象から来ているのか不明であり、別の通信装置からの信号や不要なノイズ電波であるのかが判別できないので、必ずしも目的とする通信に適したアンテナを選択できるとは限らない。また、常にすべてのアンテナで信号を受信してそのレベルを比較する手段が必要となる。
【０００９】
本発明は、上記の従来技術における問題点を解消するべくなされたものであり、本発明の課題は装置の設置方向が変化した場合にも特定の通信対象との間で安定した通信が可能な、低コストで消費電力が小さい無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、複数個の指向性アンテナを備え通信対象との間で通信を行う無線通信装置であって、前記複数個の指向性アンテナの中から駆動する指向性アンテナを選択し切り替える機能を有する制御部を備え、前記複数個の指向性アンテナはそのすべてを合成したときに全方位に感度を有するように配置され、前記制御部は３軸加速度センサと、３軸磁気センサと、前記複数の指向性アンテナの各々の指向性データと前記通信対象の方向とを記憶している記憶部とを備え、前記３軸加速度センサおよび前記３軸磁気センサから検出されるデータにより、前記通信対象の方向に対する当該無線通信装置の方向の変化（水平方向および鉛直方向の両方の向きの変化の総和）を計算して求め、前記記憶部の前記指向性データを参照し、前記複数の指向性アンテナの中から前記通信対象との通信に適した指向性を有する１つの指向性アンテナを常に選択し駆動することを特徴とする。
【００１１】
また、前記通信対象が当該無線通信装置に対しほぼ鉛直方向の上方にある場合に、前記制御部は鉛直方向上向きに指向性を有する前記指向性アンテナを常に選択し切り替えてもよい。
【００１２】
また、前記通信対象が当該無線通信装置に対しほぼ水平方向にある場合に、前記制御部は水平方向に指向性を有する前記指向性アンテナを常に選択し切り替えてもよい。
【００１３】
以上のように、本発明は、３軸加速度センサと３軸磁気センサによって当該無線通信装置自体の方向を常に把握し、制御部によって例えば大地の水平面を基準に記憶されている通信対象の水平方向の方位と鉛直方向の伏角の変化が計算され、その方向に指向性を有するアンテナが選択されて切り替えられるため、当該無線通信装置の設置方向の変化に影響されずに安定した通信を行うことが可能である。また、常に通信対象の方向に指向性を有する１つの指向性アンテナのみを駆動させるため、常時全方向に指向性を向ける場合と比較して通信に使用するエネルギー効率も高い。
【００１４】
また本発明は、通信対象が当該無線通信装置の上方にある場合に、制御部によって常に鉛直方向上向きに指向性が強いアンテナが選択され、駆動されるため、効率よく通信を行うことが可能となる。
【００１５】
また本発明は、通信対象が当該無線通信装置に対して水平方向にある場合に、制御部によって常に水平方向に指向性が強いアンテナが選択され、駆動されるため、不要な地面方向への感度および放射エネルギーを弱めることで水平方向に存在する通信対象との通信を効率よく行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明では、装置の設置方向が変化した場合にも特定の通信対象との間で安定した通信が可能な、低コストで消費電力が小さい無線通信装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明による無線通信装置の第一の実施の形態である２つの指向性アンテナを切り替える制御部を備えた無線通信装置の内部構成を示す斜視図であり、図２は第一の実施の形態の無線通信装置の回路ブロック図である。
【００１９】
図１において、第一の実施の形態の無線通信装置１は、直方体のケース２と、ケース２に内蔵された回路部３と回路部３に接続された指向性アンテナ４、指向性アンテナ５で構成され、通信対象である他の端末との間で通信を行う。ここで、指向性アンテナ４と５はそれらを合成したときに全方位に感度を有するように互いに反対側を向くように配置されている。ここで回路部３はケース２内に固定されている。また図１の内部構成を示すために、外部からは見えない回路部３や指向性アンテナ４、５についても図示している。
【００２０】
図２において、回路部３は２つの指向性アンテナ４および５の中から駆動する指向性アンテナを選択し切り替える機能を有する制御部８を備え、制御部８は３軸加速度センサ１１と、３軸磁気センサ１２と、指向性アンテナ４および５の各々の指向性データと通信対象の方向とを記憶している記憶部１３とを備え、３軸加速度センサ１１と３軸磁気センサ１２とから検出されるデータにより通信対象に対する無線通信装置の方向の変化を求め、記憶部１３に記憶されている指向性データを参照し、指向性アンテナ４および５の中から通信対象との通信に適した指向性を有する１つの指向性アンテナを常に選択し駆動する。
【００２１】
また、回路部３は、ＣＰＵ部６、無線部７、制御部８、電源部９、二次電池１０で構成され、制御部８はアンテナスイッチ１４を備える。無線部７は、ＣＰＵ部６からのディジタルデータ信号を指向性アンテナ４または５により無線で通信対象である他の端末に送信し、他の端末からの信号を受信するものである。さらに、電源部９は、ＣＰＵ部６および無線部７、制御部８をへの駆動電源である。二次電池１０は電源部９に電力を供給する。
【００２２】
図３は第一の実施の形態の無線通信装置のアンテナ指向性を示す模式図であり、図３（ａ）は通常使用時の状態、図３（ｂ）は９０°転倒時の状態を示す。図８に示したように従来の無線通信装置では、その指向性アンテナがケース内に１つしか設けられていないため無線通信装置が転倒すると指向性アンテナの向きも変化し、その指向性は通信対象の方向から外れてしまう。しかし、本発明の第一の実施の形態では、図３（ａ）の通常使用時の状態では通信対象の方向に指向性を有する指向性アンテナ４が駆動（アクティブ）される。一方、図３（ｂ）の状態になった場合、回路部３内の制御部は、３軸加速度センサおよび３軸磁気センサによって本無線通信装置の方向の変化をそれぞれ計算し、記憶部のデータを参照して通信対象の方向に適した指向性を持つ指向性アンテナ５を送受信に使用するよう、アンテナスイッチ１４を切り替える。
【００２３】
よって無線通信装置が転倒しそれまで通信に使用している指向性アンテナの指向性が通信対象の方向から外れても、図３のように、通信対象の方向に指向性を持つ指向性アンテナに駆動が切り替えられ、通信を安定化させることができる。
【００２４】
図４は、本発明による無線通信装置の第二の実施の形態である６つの指向性アンテナを備えた無線通信装置の各々の指向性アンテナの指向性を模式的に示す図である。また、図５は第二の実施の形態の無線通信装置を地面上に置いた状態の１つの外観およびアンテナの指向性を示す模式図である。
【００２５】
第二の実施の形態の無線通信装置は図４に示すように、互いに直交する３つの軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の正負方向にそれぞれ強い指向性を有する指向性アンテナ１７、指向性アンテナ１８、指向性アンテナ１９、指向性アンテナ２０、指向性アンテナ２１、指向性アンテナ２２の６つのアンテナを備え、それらの指向性を合成すると全方位に対して指向性を有する。無線通信装置の全方位の指向性を２つのアンテナでカバーする第一の実施の形態と比べ、第二の実施の形態では１つのアンテナの指向性は狭く、エネルギー効率は高い。
【００２６】
図５において、第二の実施の形態の無線通信装置１６では、通信対象が無線通信装置１６に対しほぼ鉛直方向上向きにあり、制御部は常に鉛直方向上向きに指向性を有する指向性アンテナを選択し切り替える。また、無線通信装置１６の基本的構成は図２に示したものと同じであるが、第二の実施の形態においては指向性アンテナの数は上述のように６個であり、回路部３内の制御部の記憶部にはこれら６個のアンテナの指向性データが記憶され、アンテナスイッチは６個の指向性アンテナの１つを選択し切り替えるものである。
【００２７】
このように、第二の実施の形態では無線通信装置１６の上方に指向性を有する１つのアンテナを駆動することで、無駄な電力消費を抑えることができる。第二の実施の形態では６つのアンテナを使用しているが、使用するアンテナの数を増やして個々のアンテナとして指向性をさらに狭めたものを用いることにより、消費電力をさらに低減できる。
【００２８】
図６は、本発明による無線通信装置の第三の実施の形態である６つの指向性アンテナを備えた無線通信装置の各々の指向性アンテナの指向性を模式的に示す図である。また、図７は第三の実施の形態の無線通信装置を地面上に置いた状態の１つの外観およびアンテナの指向性を示す模式図である。
【００２９】
第三の実施の形態の無線通信装置は、図６に示すように、互いに直交する３つの軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の正負方向にそれぞれ感度が０（ゼロ）である指向性のヌル方向を有する指向性アンテナ２４、指向性アンテナ２５、指向性アンテナ２６、指向性アンテナ２７、指向性アンテナ２８、指向性アンテナ２９の６つのアンテナを備え、それらの指向性を合成すると全方位に対して指向性を有する。
【００３０】
図７において、第三の実施の形態の無線通信装置２３では、通信対象が無線通信装置２３に対しほぼ水平方向にあり、制御部は常に水平方向に指向性を有する指向性アンテナを選択し切り替える。また、無線通信装置２３の基本的構成は図２に示したものと同じであるが、第三の実施の形態においては指向性アンテナの数は上述のように６個であり、回路部３内の制御部の記憶部にはこれら６個のアンテナの指向性データが記憶され、アンテナスイッチは６個の指向性アンテナの１つを選択し切り替えるものである。第三の実施の形態においては通信対象が水平方向のいずれかの方向または複数の方向にあり、第三の実施の形態に使用する指向性アンテナの指向性は、特定の平面内に最大の指向性を有するアンテナである。
【００３１】
第三の実施の形態の無線通信装置２３では、図７に示すように無線通信装置２３の設置状態により、６個の指向性アンテナから無線通信装置２３の下方および上方に指向性のヌル方向を有する指向性アンテナを選択し切り替える。第三の実施の形態では地面内および上方に向かうアンテナの指向性を抑えることで、無駄な電力消費を抑えることができる。
【００３２】
以上の各実施の形態において、指向性アンテナとしてはダイポールアンテナやパッチアンテナ、ループアンテナなどの一般的なアンテナ、さらには指向性の狭い八木アンテナなど、通常使用されているあらゆる指向性アンテナの中からその必要とされる指向性が得られる最適なものを選択して用いることができ、３軸加速度センサとしてはＭＥＭＳ式、動電式、歪ゲージ式、圧電式などの加速度センサを、３軸磁気センサとしてはコイルやホール素子、磁気抵抗効果素子などを用いた磁気センサを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による無線通信装置の第一の実施の形態である２つの指向性アンテナを切り替える制御部を備えた無線通信装置の内部構成を示す斜視図。
【図２】第一の実施の形態の無線通信装置の回路ブロック図。
【図３】第一の実施の形態の無線通信装置のアンテナ指向性を示す模式図であり、図３（ａ）は通常使用時の状態、図３（ｂ）は９０°転倒時の状態を示す図。
【図４】本発明による無線通信装置の第二の実施の形態である６つの指向性アンテナを備えた無線通信装置の各々の指向性アンテナの指向性を模式的に示す図。
【図５】第二の実施の形態の無線通信装置を地面上に置いた状態の１つの外観およびアンテナの指向性を示す模式図。
【図６】本発明による無線通信装置の第三の実施の形態である６つの指向性アンテナを備えた無線通信装置の各々の指向性アンテナの指向性を模式的に示す図。
【図７】第三の実施の形態の無線通信装置を地面上に置いた状態の１つの外観およびアンテナの指向性を示す模式図。
【図８】従来の無線通信装置のアンテナ指向性を示す模式図であり、図８（ａ）は通常使用時の状態、図８（ｂ）は９０°転倒時の状態を示す図。
【符号の説明】
【００３４】
１，１６，２３    無線通信装置
２，３１    ケース
３，３３    回路部
４，５，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３４    指向性アンテナ
６    ＣＰＵ部
７    無線部
８    制御部
９    電源部
１０    二次電池
１１    ３軸加速度センサ
１２    ３軸磁気センサ
１３    記憶部
１４    アンテナスイッチ
【図１】
2009081769.tif 000003
【図２】
2009081769.tif 000004
【図３】
2009081769.tif 000005
【図４】
2009081769.tif 000006
【図５】
2009081769.tif 000007
【図６】
2009081769.tif 000008
【図７】
2009081769.tif 000009
【図８】
2009081769.tif 000010