CN1918745B - 自适应天线装置 - Google Patents
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Abstract
自适应天线装置包含天线元件(13、14)。天线元件(13)具有超过λ/2(这里，λ是无线信号的波长。)并且给定的上限波长以下的电长度L1，天线元件(14)具有给定的下限波长以上并且λ/2以下的电长度L2。控制器(24)根据由天线元件(13、14)收到的各无线信号，调整各无线信号的振幅和相位中的至少一方，自适应控制自适应天线装置，从而在实质上形成对于干涉波方向，包含多个零的所述自适应天线装置的辐射方向图。
Description
技术领域
本发明主要涉及移动电话等通信仪器中使用的移动通信用自适应天线装置和使用它的无线通信装置。
背景技术
移动电话等便携式无线通信装置的小型化、薄型化急速进展。此外，便携式无线通信装置不仅作为以往的电话机使用，还变身为进行电子邮件的收发和基于WWW(万维网)的网页浏览的数据终端机。处理的信息也从以往的声音和文字信息变为相片和动画图象，实现大容量化，要求通信质量的进一步提高。在这样的状况下，提出把此前主要在基站天线的高性能化中使用的自适应天线装置应用到便携式终端中(例如参照后面描述的专利文献1)。
图17是表示专利文献1中描述的与第一背景技术有关的移动终端用天线装置的结构的框图。在第一背景技术中，为了解决在发送时，在人体头部中变换为热的功率无助于通信，变为无用的，此外延迟波相互干涉，使接收特性恶化等课题，具有导电性框体71、多个天线元件72、收发电路73、通过调整天线元件72的振幅和相位从而减少对人体一侧的辐射功率的振幅相位调整电路74。据此，在发送时，减少向人体头部一侧辐射的功率，能更高效向空间辐射对天线元件72传递的信号，在接收时，对于移动终端，对人体一侧不具有指向性，所以对于人体一侧以外的方向，能提高天线指向性，所以具有效率变好的作用效果。
此外，为了除去成为干涉波的延迟波，提出把指向性的零(null)向着延迟波的方向的结构(例如参照后面描述的专利文献2)。图18是表示专利文献2中描述的与第二背景技术有关的移动通信用基站天线装置的结构的框图。在第二背景技术中，在移动通信用基站天线装置中，为了防止延迟波的干涉，减少使用阵列结构实现笔形波束时的天线元件数量，具有以下的结构。第二背景技术是照射带状的区域的移动通信用的基站天线装置，多个天线元件81排列为与带状区域的长度方向正交的直线状，该天线元件81具有2个元件以上，5个元件以下的元件数量，各天线元件81之间的间隔S设定为1波长以上，3波长以下。此外，在各天线输入部中具有使从各天线元件81通过频率变换器82输入的输入信号的振幅和相位变化的振幅相位可变器83。振幅相位计算部84计算各天线输入信号的振幅和相位，从而接收一侧预先已知的信号和由各天线元件81接收的信号的合成信号的误差变为最小，调整各振幅相位可变器83的输出，从而由该振幅相位计算部84计算的各天线元件81的振幅和相位变为该振幅相位可变器83的输出。
专利文献1：日本专利申请公开平成11年284424号公报。
专利文献2：日本专利申请公开平成10年242739号公报。
这些与背景技术有关的天线装置主要使用无指向性的天线元件，所以当天线元件的个数为多个(N)时，与辐射方向图中的零的形成数对应的天线元件的自由度只有N-1，为了把零向着人体和干涉波，更多的天线元件是必要的。
发明内容
本发明的目的在于解决以上的问题，提供能用比背景技术更少的天线元件在辐射方向图中形成多个零的自适应天线装置和使用它的无线通信装置。
第一发明的自适应天线装置设置了包括具有超过λ/2(这里，λ是无线信号的波长。)并且给定的上限波长以下的电长度L1的第一天线元件、具有给定的下限波长以上并且λ/2以下的电长度L2的第二天线元件的至少2个天线元件，其特征在于，包括：
根据由所述第一和第二天线元件收到的各无线信号，调整所述各无线信号的振幅和相位中的至少一方，自适应控制所述自适应天线装置，从而在实质上形成对于干涉波方向，包含多个零的所述自适应天线装置的辐射方向图的控制部件。
在所述自适应天线装置中，其特征在于，包括：分别具有超过λ/2并且给定的上限波长以下的电长度L1、L1’的至少2个第一天线元件；
包含所述第二天线元件的至少3个天线元件；
所述电长度L1和所述电长度L1’彼此相同或不同。
此外，在所述自适应天线装置中，其特征在于，包括：所述第一天线元件；
分别具有给定的下限波长以上并且λ/2以下的电长度L2、L2’的至少2个第二天线元件；
所述电长度L2和所述电长度L2’彼此相同或不同。
第二发明的自适应天线装置包括分别具有超过λ/2(这里，λ是无线信号的波长。)并且给定的上限波长以下的电长度L1、L1’、L1”的至少3个第一天线元件，其特征在于，包括：
根据由所述第一天线元件收到的各无线信号，调整所述各无线信号的振幅和相位中的至少一方，自适应控制所述自适应天线装置，从而在实质上形成对于干涉波方向，包含多个零的所述自适应天线装置的辐射方向图的控制部件；
所述电长度L1、L1’、L1”中的至少2个彼此不同。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述下限波长是λ/4、λ/8或λ/16。此外，在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述上限波长是10λ、3λ或λ。
此外，在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述各天线元件是非平衡型天线或平衡型天线。
在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述各天线中的至少1个天线元件是板状倒F天线。
此外，在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述各天线元件中的至少1个天线元件是所述自适应天线装置的框体的至少一部分由导电性材料形成的天线元件。
此外，在所述自适应天线装置中，其特征在于：所述控制部件比较使用多个天线元件进行自适应控制时的无线信号的信号质量、单独使用所述各天线元件不进行自适应控制时的无线信号的信号质量，控制所述自适应天线装置，从而设定具有最佳信号质量的情形。
第三发明的无线通信装置的特征在于，包括：
所述自适应天线装置；
收发由所述自适应天线装置接收的无线信号的无线通信电路。
因此，根据本发明的自适应天线装置，设置了包括具有超过λ/2(这里，λ是无线信号的波长。)并且给定的上限波长以下的电长度L1的第一天线元件、具有给定的下限波长以上并且λ/2以下的电长度L2的第二天线元件的至少2个天线元件，包括：
根据由所述第一和第二天线元件收到的各无线信号，调整所述各无线信号的振幅和相位中的至少一方，自适应控制所述自适应天线装置，从而在实质上形成对于干涉波方向，包含多个零的所述自适应天线装置的辐射方向图的控制部件。
此外，根据其他本发明的自适应天线装置，包括分别具有超过λ/2(这里，λ是无线信号的波长。)并且给定的上限波长以下的电长度L1、L1’、L1”的至少3个第一天线元件，包括：
根据由所述第一天线元件收到的各无线信号，调整所述各无线信号的振幅和相位中的至少一方，自适应控制所述自适应天线装置，从而在实质上形成对于干涉波方向，包含多个零的所述自适应天线装置的辐射方向图的控制部件；
所述电长度L1、L1’、L1”中的至少2个彼此不同。
通过采用以上的结构，与背景技术相比，能提供用少数的天线元件能在辐射方向图中形成多个零的自适应天线装置和使用它的无线通信装置。
附图说明
图1是表示本发明实施例1的具有自适应天线装置的无线通信装置11的结构和对于天线元件13、14的长度方向位置的电路分布的立体图。
图2是表示图1的无线通信装置11的无线通信电路110的结构的框图。
图3是表示把图1的自适应天线装置中的各天线元件13、14分别置换为偶极天线13A、14A时的自适应天线装置的实施例的平面图。
图4是图3的自适应天线装置的仿真结果，是表示改变偶极天线的全长时的辐射方向图的变化的图。
图5是图3的自适应天线装置的仿真结果，是表示L1＝L2(1/4)λ时，方位角180度的所需波、方位角15度的第一干涉波、方位角-15度的第二干涉波入射时，自适应控制后的Z-X面内的辐射方向图的图。
图6是图3的自适应天线装置的仿真结果，是表示L1＝(3/4)λ和L2＝(1/4)λ时，方位角180度的所需波、方位角15度的第一干涉波、方位角-15度的第二干涉波入射时，自适应控制后的Z-X面内的辐射方向图的图。
图7是图3的自适应天线装置的仿真结果，是表示L1＝(3/4)λ和L2＝(5/4)λ时，方位角180度的所需波、方位角15度的第一干涉波、方位角-15度的第二干涉波入射时，自适应控制后的Z-X面内的辐射方向图的图。
图8是表示本发明实施例2的具有自适应天线装置的无线通信装置11A的结构和对于天线元件13的长度方向位置的电路分布的立体图。
图9是表示本发明实施例3的具有自适应天线装置的折叠型便携式无线通信装置的打开状态的平面图。
图10是图9的折叠型便携式无线通信装置的侧视图。
图11是表示图9和图10的折叠型便携式无线通信装置中使用的铰链部503的立体图。
图12是连接在图11的铰链部503上的配合圆筒构件505、连接在其上的天线元件504的立体图。
图13是表示本发明实施例的具有自适应天线装置的折叠型便携式无线通信装置的打开状态的平面图。
图14是图13的折叠型便携式无线通信装置的侧视图。
图15是表示本发明实施例5的具有自适应天线装置的无线通信装置11B的结构和对于天线元件41、42、43的长度方向位置的电路分布的立体图。
图16是表示图15的无线通信装置11B的无线通信电路110A的电路结构的框图。
图17是表示第一背景技术的移动终端用天线装置的结构的框图。
图18是表示第二背景技术的通信用基站天线装置的结构的框图。
图中：11、11A、11B-无线通信装置；12-框体；13、14、13a、13b、14a、14b-天线元件；13A、14A-偶极天线；21a、21b-A/D变换器；22、23-开关；24-控制器；25-自适应控制电路；26a、26b-振幅调整电路；27a、27b-移相器；28-解调器；29-信号合成器；31-板状倒F天线；32-供电线；33-短路线；33a-短路点；41、42、43-天线元件；51、52、53-开关；61、62、63-无供电元件；102-上侧框体；102a-上侧第一框体部；102b-上侧第二框体部；103-下侧框体；103p-左上缘端部；103q-右上缘端部；105-液晶显示器；106-音孔部；107-麦克风；108-充电电池；109-印刷电路板；110、110A-无线通信电路；111、132-连接部；113、114-螺丝；121-内置天线元件；122-连接部；503-铰链部；503a-圆筒部；504-天线元件；505-配合圆筒构件。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施例。须指出的是，关于同样的构成要素，付与同一符号。
实施例1
图1是表示本发明实施例1的具有自适应天线装置的无线通信装置11的结构和对于天线元件13、14的长度方向位置的电路分布的立体图。此外，图2是表示图1的无线通信装置11的无线通信电路110的结构的框图。在图1中，为了说明无线通信装置11的结构和从它辐射的辐射方向图，使用以无线通信装置11的宽度方向为X轴方向，以其厚度方向为Y轴方向，以其长度方向为Z轴方向的XYZ的三维坐标系。
在图1中，自适应天线装置具有在无线通信装置11的框体12的上部，使它们的长度方向相互并且与框体12的长度方向平行，而且只隔开给定的间隔Li配置2个天线元件13、14的结构。须指出的是，天线元件13、14直立设置为从框体12电绝缘。这里，间隔Li希望设定为(1/2)λ(λ是用于进行无线通信的收发的无线信号的波长。)，但是考虑框体12的尺寸，例如是(1/4)λ等低于(1/2)λ的间隔。框体12具有x1的宽度、y1的厚度、z1的长度，由导电性金属材料构成，在其内部容纳图2的无线通信电路110。此外，天线元件13具有长度L1，电长度约(3/4)λ，天线元件14具有长度L2，电长度约(1/4)λ。这里，天线元件13、14是直线形状的单极天线时，L1＝约(3/4)λ，L2＝约(1/4)λ。
首先，以下说明一般的自适应天线装置的动作。自适应天线装置是使用在所需的电波到来的方向使天线的辐射方向图最大，使辐射方向图的零向着成为妨害的干涉波的方向，实现稳定的无线通信的技术的装置。通常，自适应天线装置在各天线元件中设置振幅调整电路和移相器，通过在天线之间提供振幅差和相位差，实现最大的所需信号功率、最小的干涉信号功率。在由天线元件接收的信号中，通常与所需波的信号一起收到热噪声成分。有时也收到来自相邻基站的同一频率的同一频道干涉波；虽然是所需波，但是经由大的路线到来，所以产生时间延迟的延迟波。延迟波在电视接收机或收音机等模拟无线接收机中，作为图象的重影，使画面显示的质量恶化。而在数字无线接收机中，热噪声、同一频道干涉波或延迟波都作为接收的数字数据的比特误差产生影响，直接使数字数据的信号质量恶化。这里，如果所需的功率为C，热噪声的功率为N，包含同一频道干涉波和延迟波的延迟波功率为I，则自适应天线装置为了改善信号质量，使评价函数C(N+I)变为最大地工作。据此，就能进行自适应控制，从而由该自适应天线装置形成的主波束方向实质上向着所需波方向，并且它的零实质上向着干涉波方向。
下面参照图2，具体说明图1的自适应天线装置的无线通信电路110的结构和动作。
首先，在自适应控制时，开关22、23分别由控制器24切换到接点a一侧。由天线元件13、14收到的各无线信号分别向包含高频放大器和中间频率变换器的模拟/数字变换器(以下称作A/D变换器)21a、21b输入，各A/D变换器21a、21b分别把各无线信号变换为数字信号(这里，x(t)是由从A/D变换器21a输出的数字信号x1(t)、从A/D变换器21b输出的数字信号x2(t)构成的(即2个信号要素)信号向量)后，通过开关22、23对控制器24输出，并且对自适应控制电路25输出。这里，自适应控制电路25具有调整数字信号x1(t)的振幅的可变放大器即振幅调整电路26a、调整数字信号x1(t)的相位的移相器27a、调整数字信号x2(t)的振幅的可变放大器即振幅调整电路26b、调整数字信号x2(t)的相位的移相器27b。数字信号x1(t)通过振幅调整电路26a以及移相器27a对信号合成器29输出，而数字信号x2(t)通过振幅调整电路26b以及移相器27b对信号合成器29输出，信号合成器29把输入的2个数字信号合成后，把合成后的数字信号y(t)对解调器28输出。解调器28使用与发送一侧的调制方式对应的解调方式把输入的数字信号y(t)解调为数字数据信号，输出。
在本实施例中，控制器24使用后面详细描述的自适应控制方法，为了来自自适应控制电路25的数字信号y(t)变为最佳的信号质量，决定振幅调整电路26a、26b的各振幅量Ai和移相器27a、27b的各移相量φi的加权(weight)wi(i＝1，2；这里，i＝1表示数字信号x1(t)的处理系统，i＝2表示数字信号x2(t)的处理系统)，控制振幅调整电路26a、26b和移相器27a、27b。据此，从解调器28输出的解调信号的信号质量变为最佳。以下说明使用自适应控制电路25的自适应控制方法的具体例。这里，使用振幅量Ai和移相量φi，用以下的表达式表示加权wi。
[表达式1]
wi＝Ai·exp(jωφi)，(i＝1，2)(1)
这里，j是虚数单位，ω是接收的无线信号的角频率，ω＝2πf(f是无线信号的频率)。定义以wi(i＝1，2)为要素的权向量，以下表示求出最佳的加权的方法。
在求出加权的方法中有几个方法，但是这里表示使用最急下降法(LMS：Least Means Squares)的例子。在该手法中，自适应天线装置预先保有已知的所需波中包含的信号系列r(t)(例如在应该发送的数据信号之前发送的参照信号，以下称作参照信号)，进行控制，从而收到的无线信号中包含的信号系列变为接近所述预先决定的参照信号。这里，作为一个例子，表示在控制器24中保持参照信号的情形。具体而言，控制器24对于收到的数字信号x(t)，乘上游所述自适应控制方法计算的加权w(t)，象以下的表达式那样计算该乘法结果和参照信号r(t)的残差e(t)。
[表达式2]
e(t)＝r(t)-w(t)×x(t)(2)
这里，残差e(t)取正或负的值。因此，使用重复计算法，求出由表达式2求出的残差e(t)的平方值的最小值。即使用第m次的加权w(t，m)，由以下的表达式取得由第(m+1)次的重复计算取得的加权w(t，m+1)。
[表达式3]
w(t，m+1)＝w(t，m)+u×x(t)×e(t，m)(3)
这里，u称作步长，虽然存在伴随着步长u增大，加权w(t，m+1)收敛为最小值的重复计算次数减少的优点，但是如果步长u过大，就有在加权w(t，m+1)的最小值附近振动的缺点。因此，在步长u的选定中，有必要通过控制系统充分注意。相反，通过减小步长u，加权w(t，m+1)稳定收敛到最小值。可是，重复计算次数增加。如果重复计算次数增加，在求出加权时需要很多时间。假如加权的计算时间比周围环境的变化时间(例如数毫秒)慢时，基于该加权的信号质量的改善变为不可能。因此，决定步长u时，有必要尽可能选择高速并且稳定的收敛条件。此外，残差e(t，m)由以下的表达式决定。
[表达式4]
e(t，m)＝r(t)-w(t，m)×x(t)(4)
使用由所述表达式4计算的残差e(t，m)的值，使用所述表达式3，逐渐更新加权w(t，m+1)。须指出的是，用于计算最佳的加权w(t，m+1)的最大重复计算次数设定为加权的计算时间不比无线系统的切换时间慢。须指出的是，这里，作为一个例子，说明基于最急下降法的无线通信系统的判定法，但是本发明并不局限于此。例如，也能使用能进行更快的判定的RLS(Recursive Least-Squares)法、SMI(Sample Matrix inversion)法。通过这些方法，判定变快，但是判定部的计算变得复杂。须指出的是，信号系列的调制方法是数字相位调制那样的具有一定包络线的固定包络线调制时，也能使用CMA(Constant Modulus Algorithm)法。
接着，不进行自适应控制室(以下称作自适应非控制时)，开关22、23分别由控制器24切换到接点b一侧。这时，从A/D变换器21a、21b分别输出的接收的数字信号x1(t)、x2(t)通过开关22、23对解调器28输出，解调器28把输入的各数字信号x1(t)、x2(t)解调为数字数据信号，这里，希望选择解调的2个数字数据信号中比特误差更小的数字数据信号输出。
在象以上那样工作的自适应天线装置中，选择自适应控制时的解调的数字数据信号的信号质量和非自适应控制时的2个数字数据信号的信号质量，选择信号质量最高的数字数据信号输出，从而能取得稳定的高信号质量，并且在干涉波的水平小时，选择非自适应动作，从而能减小无线通信电路110的消耗电流。
下面，在实施例1的自适应天线装置中，使天线元件13、14的各元件长度L1、L2进行各种变化时的辐射方向图的变化，进行仿真，考虑其结果。在该仿真中，不使用图1所示的非平衡型天线即单极天线，使用平衡型天线即偶极天线13A、14A。这里，偶极天线13A具有2个天线元件13a、13b，偶极天线14A具有2个天线元件14a、14b，这2个偶极天线13A、14A只隔开间隔(1/2)λ，各天线元件13a、13b以及天线元件14a、14b并列配置为彼此平行。在该仿真中，代替2个单极天线而使用2个偶极天线13A、14A的理由是偶极天线13A、14A和单极天线的动作机制彼此相同，仿真对于偶极天线13A、14A容易。这里，偶极天线13A、14A与用双线反相对单极天线的天线元件供电时等价，偶极天线13A、14A的全长的一半相当于单极天线的元件长度。须指出的是，当分析单极天线时，以供电点为边界，在地板一侧虚拟形成形象的单极天线，进行方针，但是它与偶极天线对应。
图4是图3的自适应天线装置的仿真结果，是表示把偶极天线的全长变化时的变化的图。在图4中，表示改变一个偶极天线(13A或14A)的全长时的Z-X面内辐射方向图(垂直面内的辐射方向图)的变化，表示以0.5λ、1λ、1.5λ、2λ、2.5λ、3λ等6种改变全长时的情形。这些时候分别相当于单极天线的元件长度分别为0.25λ、0.5λ、0.75λ、1λ、1.25λ、1.5λ时。从图4可知，偶极天线的全长为1λ以下时，辐射方向图具有8的字特性，但是如果全长比1λ大，就产生多个零。这是因为天线元件上的电流方向每隔0.5λ变为反向。须指出的是，在单极天线时，如果元件长度大于0.5λ，就能产生多个零。
在图4中，偶极天线的全长为0.5λ时，具有8的字特性，零如理论那样，在+Z方向和-Z方向产生(以下，称作Z轴方向的零)。全长为1.5λ时，除了Z轴方向的零，在Z-X面的右半部分产生2个零，在其左半部分产生2个零。此外，全长为2.5λ时，除了Z轴方向的零，在Z-X面的右半部分产生4个零，在其左半部分产生4个零。
在图4中，全长为1λ时，具有8的字特性，只是Z轴方向的零。此外，全长为2λ时，除了Z轴方向的零，产生+X方向的零、-X方向的零。全长为3λ时，除了Z轴方向的零，在Z-X面的右半部分产生2个零，在其左半部分产生2个零。
在图4和其以后的附图中，使用垂直面的辐射方向图说明，但是在图1中，自适应天线装置的天线元件13、14配置为把它们的长度方向垂直于大地，进行用垂直偏振波的发送。须指出的是，考虑实际的使用状况时，在通话时和使用邮件时，把无线通信装置11倾斜使用。当对于水平方向，以给定角度倾斜配置无线通信装置11时，如果在Z-X面内的辐射方向图能形成零，就能通过自适应天线装置控制水平面的零方向。须指出的是，在本实施例中，表示在框体的长度方向配置天线，在垂直面内产生零的结构例，但是本发明并不局限于此，即使在水平面内产生零，当然也能取得同样的效果。这时，在框体的宽度方向配置电长度λ/2以上的天线，当然能在水平面内产生零。
须指出的是，在本实施例中，作为一个例子，使用自由空间中的偶极天线的辐射方向图进行说明，但是在实际的使用状况中，通过基于周围环境的影响的反射，产生交叉偏振波成分。它在接近人体时变的特别显著，但是这时，也能取得同样的效果。
图5是图3的自适应天线装置的仿真结果，是表示当L1＝L2＝(1/4)λ时，方位角180度的所需波、方位角15度的第一干涉波、方位角-15度的第二干涉波入射时，自适应控制后的Z-X面内的辐射方向图的图。图5时的自适应控制前后的比特误差率和所需波功率对干涉波功率比(限于自适应控制后。以下称作DU比)如下所述。
[表1]
图5时(背景技术)
自适应控制前：
偶极天线13A单独时的BER＝2.29×10-1
偶极天线14A单独时的BER＝2.29×10-1
自适应控制后：
使用偶极天线13A、14A时的BER＝6.12×10-3
DU比＝8.0dB
图6是图3的自适应天线装置的仿真结果，是表示L1＝(3/4)λ和L2＝(1/4)λ时，方位角180度的所需波、方位角15度的第一干涉波、方位角-15度的第二干涉波入射时，自适应控制后的Z-X面内的辐射方向图的图。图6时的自适应控制前后的比特误差率和DU比(限于自适应控制后。)如下所述。
[表2]
图6时(实施例1)
自适应控制前：
偶极天线13A单独时的BER＝2.38×10-2
偶极天线14A单独时的BER＝2.29×10-1
自适应控制后：
使用偶极天线13A、14A时的BER＜1.0×10-8
DU比＝25.4dB
图7是图3的自适应天线装置的仿真结果，是表示L1＝(3/4)λ和L2＝(5/4)λ时，方位角180度的所需波、方位角15度的第一干涉波、方位角-15度的第二干涉波入射时，自适应控制后的Z-X面内的辐射方向图的图。图7时的自适应控制前后的比特误差率和DU比(限于自适应控制后。)如下所述。
[表3]
图7时(实施例1的变形例)
自适应控制前：
偶极天线13A单独时的BER＝2.38×10-2
偶极天线14A单独时的BER＝6.29×10-2
自适应控制后：
使用偶极天线13A、14A时的BER＜1.0×10-8
DU比＝32.9dB
图5和表1的结果是具有元件长度L1＝L2＝(1/4)λ的背景技术的自适应天线装置的情形。此外，图6和表2的结果是具有元件长度L1＝(3/4)λ以及L2＝(1/4)λ的实施例1的自适应天线装置的情形。图7和表3的结果是具有元件长度L1＝(3/4)λ以及L2＝(5/4)λ的实施例1的变形例的自适应天线装置的情形。
背景技术的图5和表1时，用全长为1λ以下的偶极天线13A、14A进行自适应动作，所以干涉波之间的角度差为30度，比较小时，自适应控制后的比特误差率为6.12×10-3，与偶极天线13A、14A单体相比，改善量为2个数量级左右。
而本发明的实施例1的图6和表2时，在偶极天线13A存在多个零，自适应控制前的比特误差率为2.38×10-2，与图5和表1时相比，约变好1个数量级。通过自适应控制，比特误差率变为10-8以下，实现无误差状态，并且DU比变为25.4dB，能充分抑制干涉波。
此外，本发明的实施例1的变形例的图7和表3时，偶极天线13A的元件长度L1为(3/4)λ，但是偶极天线14A的元件长度L2为(5/4)λ，这是偶极天线14A的全长为2.5λ时。在这时，在偶极天线14A中存在比偶极天线13A更多的零，但是自适应控制后的比特误差率变为10-8以下，实现无误差状态，并且DU比变为32.9dB，能充分抑制干涉波。
在以上的实施例中，使用直线形状的单极天线13、14或直线形状的偶极天线13A、14A，但是本发明并不局限于此，也可以使用缩短电容，电缩短天线的元件长度，或使用延长线圈，电延长天线的元件长度。因此，各天线的长度可以考虑电缩短或延长，用电长度表示。
在图1的实施例1中，用天线元件13的电长度L1＝(3/4)λ、天线元件14的电长度L2＝(1/4)λ设定，但是本发明并不局限于此，也可以按以下设定。须指出的是，天线元件13的电长度L1是超过λ/2的长度，能设定为把天线元件13安装或收藏在框体12中的长度(极端长时，也能用无限大的值)，但是现实中按如下设定。此外，天线元件14的电长度L2是λ/2以下的长度，能设定为能以所需频率f共振的长度，但是现实中按如下设定。
希望，
[表达式5]
λ/2＜L1≤10λ(5)
更希望，
[表达式6]
λ/2＜L1≤3λ(6)
进一步更希望，
[表达式7]
λ/2＜L1≤λ(7)
希望，[表达式8]
λ/16≤L2≤λ/2(8)
更希望，[表达式9]
λ/8≤L2≤λ/2(9)
进一步更希望，[表达式10]
λ/4≤L2≤λ/2(10)
如上所述，通过按上述那样设置并列配置的2个天线元件13、14的电长度L1、L2，进行自适应控制，尽管天线的自由度只是1，通过利用2个天线元件13、14的垂直面指向性增益的差，能形成自由度以上的零，对于干涉波，能取得抑制效果。即所需波和干涉波的到来方向变化时，也能取得具有比背景技术更高的信号质量的数字数据信号。
在图2的无线通信电路110中，用数字信号处理自适应控制，但是本发明并不局限于此，可以用模拟信号处理。此外，在图2的无线通信电路110中，调整各无线信号的振幅和相位，自适应控制自适应天线装置的辐射方向图，但是本发明并不局限于此，也可以调整各无线信号的振幅和相位中的至少一方，自适应控制自适应天线装置的辐射方向图。在图2的无线通信电路110中，只包含无线接收机电路，但是本发明并不局限于此，除了无线接收机电路，还可以具有无线发送机电路。
实施例2
图8是表示本发明实施例2的具有自适应天线装置的无线通信装置11A的结构和对于天线元件13的长度方向位置的电路分布的立体图。实施例2的自适应天线装置的特征在于：与图1的实施例1相比，代替天线元件14，设置具有电长度L2的板状倒F天线31。
在图8中，板状倒F天线31配置为其板状面与无线通信装置11A的框体12的跟前正面平行，该板状倒F天线31作为周围长度具有电长度L2的辐射天线工作。这里，在板状倒F天线31的板状面的大致中央部的供电点32a，通过来自无线通信电路110的供电电缆和供电线32供电，此外，板状倒F天线31的上边的大致中央部的短路点33a由从框体12的接地导体延伸的短路线33短路。
在实施例2中，设置板状倒F天线31，但是本发明并不局限于此，代替它，可以是具有电长度L2的其他种类的板形状的天线、补丁天线、隙缝天线、环形天线等各种天线。
在以上的实施例2中，与实施例1同样，通过利用2个天线元件13、31的垂直面指向性增益的差，能形成自由度以上的零，对于干涉波，能取得抑制效果。即使所需波和干涉波的到来方向变化时，也能取得具有比背景技术更高的信号质量的数字数据信号。
实施例3
图9是表示本发明实施例3的具有自适应天线装置的折叠型便携式无线通信装置的打开状态的平面图，图10是图9的折叠型便携式无线通信装置的侧视图。
在图9和图10中，本实施例的便携式无线通信装置具有上侧框体102和下侧框体103，上侧框体102和下侧框体103连接为通过圆筒形状的铰链部503折叠。上侧框体102具有配置在内侧的上侧第一框体部102a、配置在外侧的上侧第二框体部102b，这2个框体部102a、102b彼此贴在一起连接。以下把上侧第一框体部102a的与装置内侧相对的面称作“内侧面”，把上侧第二框体部102b的与装置外部相对的面称作“外侧面”。此外，铰链部503与上侧第一框体部102a一体形成，铰链部503与下侧框体103的上端部的中央部(位于左上缘端部103p和右上缘端部103q之间)配合，贯通铰链部503的圆筒的中空，通过向下侧框体103的左上缘端部103p和右上缘端部103q的两内部延伸的圆柱轴(未图示)，上侧框体102和下侧框体103彼此能以铰链部503旋转，变为可折叠。须指出的是，2个框体部102a、102b在其下端部的左右角部，使用螺丝113、114，从内侧面向外侧面，贯通上侧第一框体部102a，对于上侧第二框体部102b的螺母部115螺旋固定。
上侧第一框体部102a的至少一部分由镁或锌等导电性材料构成，而上侧第二框体部102b由树脂等电绝缘材料构成。这里，上侧第一框体部102a如后面详细描述的那样，其全部可以由导电性材料构成，或者在其表面形成由导电性材料构成的导电层。以下把上侧第一框体部102a至少形成导电性材料的部分称作“导电部”。
此外，液晶显示器105配置在上侧第一框体部102a的内侧面的大致中央部，在该液晶显示器105的上部，即该内侧面的上端部配置音孔部106。这里，在音孔部106的正下方配置产生通话时的对方的声音的扬声器(未图示)，由该扬声器产生的声音通过音孔部106能让该便携式无线通信装置的用户听到。麦克风107配置在下侧框体103的与内侧相对的面(以下称作内侧面)上，即与铰链部503相反一侧的下端部附近，充电电池108配置在下侧框体103的与麦克风107相反一侧的面(以下称作外侧面)上。印刷电路板109配置在下侧框体103的内部，即下侧框体103的厚度方向的大致中央部，在印刷电路板109上形成包含无线发送机的无线通信电路110。须指出的是，印刷电路板109的接地图案作为天线的接地工作。
图11是表示图9和图10的折叠型便携式无线通信装置中使用的铰链部503的立体图，图12是连接在图11的铰链部503上的配合圆筒构件505、连接在其上的天线元件504的立体图。这里，铰链部503由铝或锌等导电性材料构成，此外，如图11以及图12所示，具有与无线通信电路110的供电点即连接点111上连接的天线元件504连接并且与铰链部503配合的由铝或锌等导电性材料构成的配合圆筒构件505。须指出的是，铰链部503的一部分可以由导电性材料构成。这时，例如铰链部503可以在树脂材料的表面形成金属膜，也可以在导电性材料的表面或一部分使用树脂材料。
在图11中，铰链部503由圆筒部503a、从其左右边缘端部分别向斜上方延伸的2个脚部503b、503c构成。这里，各脚部503b、503c分别在其端部附近具有在厚度方向贯通的圆孔503h、503ch。这里，各脚部503b、503c分别插入上侧第二框体部102b的内部，配合，并且螺丝113、114分别插入圆孔503h、503c，通过螺丝113、114固定在上侧第二框体部102b上。在图12中，天线元件504的一端连接在配合圆筒构件505的圆筒端面的一部分上。配合圆筒构件505形成为其外径实质上与铰链部503的圆筒部503a的内径一致，配合圆筒构件505插入所述圆筒部503a的圆筒内部，配合。
在该便携式无线通信装置中，无线通信电路110的供电点即连接点111通过天线元件504、配合圆筒构件505、铰链部503与上侧第一框体部102a电连接。因此，天线元件504、配合圆筒构件505、铰链部503以及上侧第一框体部102a(能把周围长度作为矩形导体天线的电长度)能作为第一天线元件工作。这里，第一天线元件的电长度设定为图1的天线元件13的电长度L1的值。这时，在铰链部503和配合圆筒构件505之间的连接点或连接点111，在900MHz等给定的频带，对于天线的输入阻抗可以充分低，变为50Ω等给定阻抗。
在采用以上结构的便携式无线通信装置中，天线元件504、铰链部503以及上侧第一框体部102a作为第一天线元件工作，所以与只有上侧第一框体部102a作为天线元件工作时相比，能增大天线装置的尺寸，能大幅度增大天线增益。
此外，在该便携式无线通信装置中，在无线通信电路110的其他供电点即连接点122，设置下侧框体103的下侧端部的中央部的内部设置的内置天线元件(为了增加电长度，如图9所示，在其顶端具有锯齿形状)121。这里，内置天线元件121作为第二天线元件使用，电长度设定为图1的天线元件14的电长度L2的值。
在采用以上结构的便携式无线通信装置中，在供电点即连接部111，在2GHz等给定的频带，阻抗可以充分低，变为50Ω等给定阻抗，通过在铰链部503和配合圆筒构件505之间插入由介质等材料构成的电容环(未图示)，进行电容性供电。
在采用以上结构的便携式无线通信装置中，上侧第一框体部102a、铰链部503和配合圆筒构件505兼任具有电长度超过λ/2的电长度L1的第一天线元件的一部分或全部，下侧框体103内部配置的内置天线元件121作为具有电长度低于λ/2的电长度L2的第二天线元件工作。因此，在实施例3中，与实施例1同样，通过利用2个天线元件的垂直面指向性增益的差，能形成自由度以上的零，对于干涉波，能取得抑制效果。即使所需波和干涉波的到来方向变化时，也能取得具有比背景技术更高的信号质量的数字数据信号。具体而言，频率2GHz的半波长为7.5cm，上侧框体102的长度大致为10cm，内置天线元件121的电长度为λ/4，与实施例1同样工作。
实施例4
图13是表示本发明实施例的具有自适应天线装置的折叠型便携式无线通信装置的打开状态的平面图。图14是图13的折叠型便携式无线通信装置的侧视图。实施例4的便携式无线通信装置与实施例3的便携式无线通信装置相比，其特征在于：代替内置天线元件121，在铰链部503的附近形成的支架130中内置线状的天线元件131。
在图13和图14中，支架部130由曲线的圆柱形树脂材料构成(希望是可挠性的树脂材料)，设置为与下侧框体103的上端面的左右两端部连接。即支架部130的两端对于便携式无线通信装置的宽度方向，变为左右对称，这时，在由支架部130和下侧框体103包围的空间内存在通孔(或空隙)。此外，在该支架部130的内部，内置作为该便携式无线通信装置的第二天线元件工作的1/4波长的天线元件131，天线元件131从支架部130的内部通过下侧框体103的内部，与无线通信电路110的供电点即连接点132连接。这里，天线元件131的电长度设定为图1的天线元件14的电长度L2。
采用以上结构的实施例4的2个天线元件与实施例1以及实施例3同样工作。须指出的是，当然所述通孔(或空隙)由树脂等材料覆盖。这时，天线元件131可以作为内置天线构成。
实施例5
图15是表示本发明实施例5的具有自适应天线装置的无线通信装置11B的结构和对于天线元件41、42、43的长度方向位置的电路分布的立体图。此外，图16是表示图15的无线通信装置11B的无线通信电路110A的电路结构的框图。实施例5的自适应天线装置与实施例1的自适应天线装置相比，其特征在于：代替2个天线元件13、14，具有3个天线元件41、42、43，这里，天线元件41、42分别具有电长度L1，天线元件43具有电长度L2。须指出的是，电长度L1、L2的设定值与实施例1同样设定。
图16的无线通信电路110A与图2的无线通信电路110相比，其特征在于：在A/D变换器21a、21b的前级设置3个天线元件41、42、43、与各天线元件41、42、43分别连接的3个开关51、52、53、一端与各开关51、52、53的接点b连接并且另一端接地的无供电元件61、62、63。各开关51、52、53的接点a与A/D变换器21a的输入端子连接，各开关51、52、53的接点c与A/D变换器21b的输入端子连接。这里，控制各开关51、52、53，从而把3个天线元件41、42、43中的任意2个天线元件与A/D变换器21a、21b连接，并且把剩下的天线元件与无供电元件(61、62、63中的任意一个)连接。
在采用以上结构的实施例5的无线通信装置11B中，与实施例1同样，通过利用3个天线元件41、42、43中的至少2个天线元件的垂直面指向性增益的差，能形成自由度以上的零，对于干涉波，能取得抑制效果。即使所需波和干涉波的到来方向变化时，也能取得具有比背景技术更高的信号质量的数字数据信号。
此外，用户的手指接触特定的天线元件时，使用剩下的天线元件1也能进行自适应动作，能抑制信号质量的恶化。这在用户的手指或头部等人体的一部分、皮包等障碍物接近天线元件时特别有效。在使用状况下，各辐射特性随时间变化，所以基于自适应控制的C(N+I)改善效果也变动。这时，准备多个选择分支，通过选择信号质量最好的，能抑制信号质量的恶化。此外，在非自适应控制时，比较一部分或全部天线元件的天线单体时的信号质量、自适应控制时的信号质量，选择信号质量高的一方，从而能抑制信号质量的恶化。
在实施例5中，天线元件41的电长度为L1，天线元件42的电长度为L1，天线元件43的电长度为L2(这里，电长度为L1、L2的设定值设定在实施例1中说明的设定范围中)，但是本发明并不局限于此，即使按以下那样设定，通过利用3个天线元件中的至少2个天线元件的垂直面指向性增益的差，能形成自由度以上的零，对于干涉波，能取得抑制效果。
(I)天线元件41的电长度为L1，天线元件42的电长度为L1’(≠L1)，天线元件43的电长度为L2。这里，电长度为L1’设定在实施例1的电长度L1的设定范围中。
(II)天线元件41的电长度为L1，天线元件42的电长度为L2，天线元件43的电长度为L2’(≠L2)。这里，电长度L2和L2’设定在实施例1的电长度L2的设定范围中。须指出的是，这2个电长度L2和L2’可以设定为彼此相同。
(III)天线元件41的电长度为L1，天线元件42的电长度为L1’(≠L1)，天线元件43的电长度为L1”(≠L1并且≠L1’)。这里，电长度L1’和L1”设定在实施例1的电长度L1的设定范围中。须指出的是，这3个电长度L1、L1’、L1”中，至少2个可以设定为彼此不同。
在以上的实施例中，说明3个天线元件时的情形，但是本发明并不局限于此，可以是4个以上的天线元件。
在以上的实施例中，具有2系统的电路，但是本发明并不局限于此，可以具有3系统以上的电路。
在以上的实施例中，说明比较自适应控制时、非自适应控制时的各信号质量，选择具有最佳信号质量的信号的情况，但是本发明并不局限于此，关于自适应控制方法，并不局限于此，可以使用上述的各种自适应控制方法。
产业上的可利用性
如上所述，根据本发明的自适应天线装置，设置了包括具有超过λ/2(这里，λ是无线信号的波长。)并且给定的上限波长以下的电长度L1的第一天线元件、具有给定的下限波长以上并且λ/2以下的电长度L2的第二天线元件的至少2个天线元件，包括：
根据由所述第一和第二天线元件收到的各无线信号，调整所述各无线信号的振幅和相位中的至少一方，自适应控制所述自适应天线装置，从而在实质上形成对于干涉波方向，包含多个零的所述自适应天线装置的辐射方向图的控制部件。
此外，根据其他的本发明的自适应天线装置，包括分别具有超过λ/2(这里，λ是无线信号的波长。)并且给定的上限波长以下的电长度L1、L1’、L1”的至少3个第一天线元件，包括：
根据由所述第一天线元件收到的各无线信号，调整所述各无线信号的振幅和相位中的至少一方，自适应控制所述自适应天线装置，从而在实质上形成对于干涉波方向，包含多个零的所述自适应天线装置的辐射方向图的控制部件；
所述电长度L1、L1’、L1”中的至少2个彼此不同。
通过采用以上的结构，能提供用比背景技术更少的天线元件在辐射方向图中形成多个零的自适应天线装置和使用它的无线通信装置。
Claims (11)
1.一种自适应天线装置，具有包括第一天线元件和第二天线元件在内的N个馈电天线元件，所述第一天线元件具有超过λ/2并且给定的上限波长以下的电长度L1；所述第二天线元件具有给定的下限波长以上并且λ/2以下的不同于电长度L1的电长度L2，这里，λ是无线信号的波长，
所述自适应天线装置包括控制部件，该控制部件，根据由所述第一和第二天线元件收到的各无线信号，通过调整所述各无线信号的振幅和相位中的至少一方，自适应控制所述自适应天线装置，从而形成在干涉波方向包含多个零的所述自适应天线装置的辐射方向图，尽管天线的自由度只是N-1，通过利用所述2个天线元件的垂直面指向性增益的差来形成所述自由度以上的零，从而抑制干涉波，
所述垂直面指向性增益，是由所述2个天线元件的长边方向和所述2个天线元件的排列方向形成的垂直面的指向性增益。
2.根据权利要求1所述的自适应天线装置，其特征在于，具有分别具有超过λ/2并且给定的上限波长以下的电长度L1、L1’的至少2个第一天线元件；和所述第二天线元件；
所述电长度L1与所述电长度L1’彼此相同或不同。
3.根据权利要求1所述的自适应天线装置，其特征在于，具有所述第一天线元件；和分别具有给定的下限波长以上并且λ/2以下的电长度L2、L2’的至少2个第二天线元件；
所述电长度L2与所述电长度L2’彼此相同或不同。
4.一种自适应天线装置，具有分别具有超过λ/2并且给定的上限波长以下的电长度L1、L1’、L1”的至少3个第一天线元件，这里，λ是无线信号的波长，所述各第一天线元件经A/D变换器及自适应控制电路与解调器连接，
所述自适应天线装置包括控制部件，该控制部件，根据由所述各第一天线元件收到的各无线信号，通过利用所述自适应控制电路调整所述各无线信号的振幅和相位中的至少一方，自适应控制所述自适应天线装置，从而形成在干涉波方向包含多个零的所述自适应天线装置的辐射方向图；
所述电长度L1、L1’、L1”中的至少2个彼此不同。
5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述下限波长是λ/4、λ/8或λ/16。
6.根据权利要求1～4中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述上限波长是10λ、3λ或λ。
7.根据权利要求1～4中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述各天线元件是非平衡型天线或平衡型天线。
8.根据权利要求1～4中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述各天线中的至少1个天线元件是板状倒F天线。
9.根据权利要求1～4中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述各天线元件中的至少1个天线元件，是由导电性材料形成所述自适应天线装置的框体的至少一部分而构成的天线元件。
10.根据权利要求1～4中的任意一项所述的自适应天线装置，其特征在于：
所述控制部件，通过对使用多个天线元件进行自适应控制时的无线信号的信号质量与单独使用所述各天线元件不进行自适应控制时的无线信号的各信号质量进行比较，控制所述自适应天线装置，从而设定具有最佳信号质量的情形。
11.一种无线通信装置，包括：
权利要求1～4中的任意一项所述的自适应天线装置；和
收发由所述自适应天线装置接收的无线信号的无线通信电路。
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