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ANTENNA DEVICE

Patent code P150012591
File No. (S2014-0396-N0)
Posted date Nov 25, 2015
Application number P2015-016088
Publication number P2015-164294A
Date of filing Jan 29, 2015
Date of publication of application Sep 10, 2015
Priority data
  • P2014-014831 (Jan 29, 2014) JP
Inventor
  • (In Japanese)小川 晃一
  • (In Japanese)本田 和博
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人富山大学
Title ANTENNA DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna device that can receive a stable reception signal even when incoming wave polarization is varied due to motion of a propagation environment or a human.
SOLUTION: An antenna device has: an antenna unit 10 having three antenna elements which are perpendicular to one another; a selecting unit 11 for selecting two antenna elements out of the three antenna elements on the basis of a direction along which the antenna unit 10 is moved; and a combination unit 12 for combining and outputting reception signals of the two antenna elements selected by the selecting unit 11 by using a weighting function defined by a variable representing the gradient of one of the two antenna elements when the condition that one of the two antenna elements is located at a first position on the plane formed by the two antenna elements is set as a basis, and the ratio of the reception powers of incoming waves arriving at the two antenna elements. The combination unit 12 calculates, as the ratio of the reception powers, the ratio of the reception powers of the incoming waves arriving at the two antenna elements when one of the two antenna elements is located at the first position.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

複数のアンテナを組み合わせてデータ送受信の帯域を広げる無線通信技術として、MIMO(Multiple Input Multiple Output)技術が知られており、LTE(Long Term Evolution)などMIMO技術を取り入れた高速の通信規格がある。LTEを利用できるスマートホンなどの携帯端末の普及に伴い、高速移動通信技術が人々の身近な存在になってきている。

そのため、将来、MIMO技術をより高度に利用することで、クラウドベースの個人データバンク接続やマルチキャスト動画メール、超臨場感テレビ会議、4kビデオ高速ダウンロードなどの新しいサービス(利用技術)が実現されると予想される。

しかしながら、これらの新しいサービスを実現するためにはギガビットクラスの超高速通信が不可欠であるが、超高速通信を実現するには大きく2つの課題がある。

1つは、携帯端末が屋外または屋内の伝搬環境(移動通信の電波伝搬環境)で使用されることに起因する課題である。すなわち、基地局から放射された電波が周りの地物によって反射してフェージング波が生じるなど伝搬環境により到来波偏波が変化することで、無線伝送特性(伝送容量や信号誤り率など)が劣化してしまう課題である。もう1つは、携帯端末を所持する人の動作に起因する課題である。すなわち、人の動作によって携帯端末に搭載されるアンテナが傾くことによってアンテナの受信する偏波(到来波偏波)が大きく変化してしまい、無線伝送特性(伝送容量や信号誤り率など)が劣化してしまう課題である。

それに対して、例えば特許文献1では、直交する2つの固定アンテナに対して受信信号を利用して重み付けを行う技術が開示されている。特許文献1では、2つのアンテナ素子の受信信号の合成偏波を干渉信号の偏波と直交させることで、合成偏波と直交する干渉信号を受信させず、干渉信号の方向にヌルを形成させない構成が開示されている。これにより、伝搬環境によって到来波偏波が変化する場合でも無線伝送特性(伝送容量や信号誤り率など)の劣化を抑制することができる。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、アンテナ装置に関し、特に無線通信に使用されるアンテナ装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
無線通信に使用されるアンテナ装置であって、
互いに直交する3つのアンテナ素子を有するアンテナ部と、
前記アンテナ部が動かされる方向に基づいて、前記3つのアンテナ素子のうち2つのアンテナ素子を選択する選択部と、
前記2つのアンテナ素子で形成される平面において前記2つのアンテナ素子の一方が第1位置にあるときを基準とした前記2つのアンテナ素子の一方の傾きを示す変数と、前記2つのアンテナ素子に到来する到来波の受信電力の比とで定義される重み付け関数を用いて、前記選択部により選択された前記2つのアンテナ素子の受信信号を合成して出力する合成部と、を備え、
前記合成部は、前記受信電力の比として、前記2つのアンテナ素子の一方が前記第1位置にあるときに前記2つのアンテナ素子に到来する到来波の受信電力の比を算出する、
アンテナ装置。

【請求項2】
 
前記3つのアンテナ素子はそれぞれ、ダイポールアンテナと電気的に等価な働きをする等価ダイポール素子である、
請求項1に記載のアンテナ装置。

【請求項3】
 
前記アンテナ部が動かされる方向は、前記3つのアンテナ素子のいずれかを軸として回転する方向である、
請求項1または2に記載のアンテナ装置。

【請求項4】
 
前記第1位置は、前記2つのアンテナ素子の一方が地面と垂直かつ前記2つのアンテナ素子の他方が前記地面と平行となるときの前記2つのアンテナ素子の一方の位置であり、
前記到来波の受信電力の比は、交差偏波電力の比である、
請求項1~3のいずれか1項に記載のアンテナ装置。

【請求項5】
 
前記選択部は、
前記3つのアンテナ素子それぞれを軸とする3次元空間において前記アンテナ部が動かされる方向の成分を前記それぞれの軸に射影した際に、最も変位が少ない方向の成分を有する軸のアンテナ素子を除く2つのアンテナ素子を選択する、
請求項1~4のいずれか1項に記載のアンテナ装置。

【請求項6】
 
前記選択部は、
前記3つのアンテナ素子のうち、動かされる前記アンテナ部の動きに応じて受信電力の大きさが最も変化しない一のアンテナ素子を除いた2つのアンテナ素子を選択する、
請求項1~5のいずれか1項に記載のアンテナ装置。

【請求項7】
 
さらに、磁気センサおよび角速度センサのうち少なくとも1方を有するセンサ部を備え、
前記選択部は、前記センサ部の検出結果を用いて算出された前記方向である前記3つのアンテナ素子の一を軸とする回転方向に基づき、当該軸に対して直交する前記2つのアンテナ素子を選択し、
前記合成部は、前記センサ部の検出結果を用いて前記受信電力の比および前記変数を算出する、
請求項1~6のいずれか1項に記載のアンテナ装置。

【請求項8】
 
前記合成部は、
前記選択部により2つのアンテナ素子が選択される毎に、前記第1位置を再設定し、前記受信電力の比を算出する、
請求項1~7のいずれか1項に記載のアンテナ装置。

【請求項9】
 
前記受信電力の比をRVH、前記傾きを示す変数をθ、前記2つのアンテナ素子の一方の受信信号をSvおよび前記2つのアンテナ素子の他方の受信信号をSHとし、前記合成部が、出力する合成信号をaとし、前記一方の受信信号に乗算する重み付け関数をWV、前記他方の受信信号に乗算する重み付け関数をWHとしたとき、
前記合成部は、式1~4にしたがって、前記選択部により選択された前記2つのアンテナ素子の受信信号を合成する、
請求項1~8のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
【数1】
 ~
【数4】
 
(省略)

【請求項10】
 
前記合成部は、前記選択部で選択された2つのアンテナ素子における位相シフト量がさらに反映された前記重み付け関数を用いて、前記2つのアンテナ素子の受信信号を合成して出力する、
請求項1~9のいずれか1項に記載のアンテナ装置。

【請求項11】
 
無線通信に使用されるアンテナ装置であって、
互いに直交する2つのアンテナ素子を有するアンテナ部と、
前記2つのアンテナ素子で形成される平面において前記2つのアンテナ素子の一方が第1位置にあるときを基準とした前記2つのアンテナ素子の一方の傾きを示す変数と、前記2つのアンテナ素子に到来する到来波の受信電力の比とで定義される重み付け関数と位相シフト量を用いて、前記選択部により選択された前記2つのアンテナ素子の受信信号を合成して出力する合成部と、を備え、
前記合成部は、前記受信電力の比として、前記2つのアンテナ素子の一方が前記第1位置にあるときに前記2つのアンテナ素子に到来する到来波の受信電力の比を算出する、
アンテナ装置。

【請求項12】
 
前記位相シフト量はπ/2もしくは-π/2であり、
前記合成部は、当該位相シフトが反映された前記重み付け関数を用いて、前記2つのアンテナ素子の受信信号を合成して出力する、
請求項10または11に記載のアンテナ装置。

【請求項13】
 
前記位相シフト量は、ユースシーンと伝搬環境に応じて定められた値であり、
前記合成部は、当該位相シフト量が反映された前記重み付け関数を用いて、前記2つのアンテナ素子の受信信号を合成して出力する、
請求項10または11に記載のアンテナ装置。

【請求項14】
 
無線通信に使用されるアンテナ装置であって、
互いに直交する3つのアンテナ素子を有するアンテナ部と、
前記3つのアンテナ素子が3次元座標上のx、y、z軸と平行となる位置を基準とした場合の前記アンテナ部の3次元座標上の傾きを示す変数と、前記アンテナ部に到来する到来波の交差偏波電力の比とで定義され、前記3つのアンテナ素子における位相シフト量が反映された重み付け関数を用いて、前記3つのアンテナ素子の受信信号を合成して出力する合成部と、を備える、
アンテナ装置。

【請求項15】
 
前記位相シフト量は2π/3と-2π/3であり、
前記合成部は、当該位相シフト量が反映された前記重み付け関数を用いて、前記3つのアンテナ素子の受信信号を合成して出力する、
請求項14に記載のアンテナ装置。

【請求項16】
 
前記位相シフト量は、ユースシーンと伝搬環境に応じて定められた値であり、
前記合成部は、当該位相シフト量が反映された前記重み付け関数を用いて、前記3つのアンテナ素子の受信信号を合成して出力する、
請求項14に記載のアンテナ装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2015016088thum.jpg
State of application right Published
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