JP2004320309A

JP2004320309A - マルチバンド無線機

Info

Publication number: JP2004320309A
Application number: JP2003110119A
Authority: JP
Inventors: Junji Sato; 潤二佐藤; Naoki Adachi; 尚季安達
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】複数の周波数帯において使用可能なマルチバンド無線機において、無線ＬＡＮ等の狭域通信時においてアンテナ利得を向上させ、高品質な通信を可能とするマルチバンド無線機を提供することを目的とする。
【解決手段】広域通信（セルラー等）および狭域通信（無線ＬＡＮ等）の周波数帯を送受信可能なマルチバンドアンテナと、狭域通信の周波数帯を送受信可能なアンテナをマルチバンド無線機に配置したマルチバンド無線機構成において、狭域通信の周波数帯を送受信可能なアンテナの指向特性を単指向特性とし、かつ最大放射方向がマルチバンド無線機の天頂方向を向くよう、上記アンテナをマルチバンド無線機に配置する構成とすることで、狭域通信システム使用時にマルチバンドアンテナおよび単指向性アンテナを用いて通信時のアンテナ利得の向上を図り、大容量のデータ伝送を高品質に行うことができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に複数の周波数帯において使用可能なマルチバンド無線機に関し、特に、広域通信（セルラー等）と狭域通信（無線ＬＡＮ等）の組み合わせのように、通信形態の異なる複数のシステムを統合するマルチバンド無線機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルラー用の無線端末に無線ＬＡＮシステムを統合した複数バンド無線機構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、特許文献１に記載されたアンテナ共用複数バンド無線機の概略ブロック図である。図６において、１０１はセルラーの周波数と無線ＬＡＮの周波数のデュアルバンド無線機、１０２ａ、１０２ｂはセルラーの周波数と無線ＬＡＮの周波数に対応したアンテナ、１０３ａ、１０３ｂはアンテナ共用器、１０４はセルラー送信部、１０５は無線ＬＡＮ部、１０６はセルラー受信部、１０７は制御部である。
【０００４】
以上のような構成で、以下その動作を説明する。セルラーの送受信においては、アンテナ１０２ａ、１０２ｂをそれぞれ送信用、受信用とし、アンテナ共用器１０３ａ、１０３ｂを通してそれぞれセルラー送信部１０４、セルラー受信部１０６に接続されている。一方、無線ＬＡＮの送受信においては、アンテナ１０２ａ、１０２ｂはアンテナ共用器１０３ａ、１０３ｂを通して共に無線ＬＡＮ部１０５に接続されている。
【０００５】
このような構成とすることによって、無線ＬＡＮ通信においてダイバーシチ構成をとることができ、無線ＬＡＮ部の受信性能を向上させることが可能となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２８５１１４号公報（第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成において、例えば５ＧＨｚ帯を用いた無線ＬＡＮシステム等を想定した場合、通信品質の確保や空間中での伝搬損失を補うため、無線ＬＡＮシステム使用時においてアンテナに指向性を持たせてアンテナ利得を向上させることが望ましい。しかしながら上記の構成では、セルラーと無線ＬＡＮのデュアルバンドアンテナを２本用いているため、両方のシステムにおいて同様のアンテナ指向性（無指向性）が得られることとなり、各システムに対して別々に適した指向特性を持たせることができない。よって無線ＬＡＮ用アンテナとしての大幅な利得向上は望めず、通信回線の確保のためには無線ＬＡＮの送信出力を上げる必要が生じ、消費電流が増えるという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するために、セルラーと無線ＬＡＮのように、通信形態の異なる複数のシステムを統合したマルチバンド無線機において、無線ＬＡＮ等の狭域通信に使用するアンテナに指向性を持たせることで利得向上を図り、無線ＬＡＮシステムにおいても省電力化を実現しながら高品質な通信が可能なマルチバンド無線機構成を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、第一の通信形態および第二の通信形態として、それぞれ広域通信（セルラー等）、狭域通信（無線ＬＡＮ等）を想定したときに、広域通信と狭域通信の両方の周波数帯で送受信可能なマルチバンドアンテナと、狭域通信の周波数帯で送受信可能なアンテナをマルチバンド無線機に配置したマルチバンド無線機構成において、狭域通信の周波数帯を送受信可能なアンテナの指向特性を単指向特性とし、かつ最大放射方向がマルチバンド無線機の天頂方向を向くよう、上記アンテナをマルチバンド無線機に配置する構成を具備することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、通信に使用する周波数帯がそれぞれ異なる第一の通信形態および第二の通信形態で通信可能な第一のアンテナと、前記第二の通信形態で通信可能であって、指向性が単指向特性であり、かつ最大放射方向が本マルチバンド無線機の天頂方向である第二のアンテナと、前記第一のアンテナに接続されたアンテナ共用器と、前記アンテナ共用器に接続され前記第一の通信形態で通信する際に使用する第一の送受信部と、前記アンテナ共用器に接続され前記第二の通信形態で通信する際に使用する第二の送受信部とを有したことを特徴とするマルチバンド無線機である。このような構成により、第二の通信形態におけるアンテナ利得の向上が図られ、第二の通信形態を大容量のデータ伝送を行うような通信システムとしても、高品質な通信を確保できるという作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、複数の無線システムとしての第一の通信形態および第二の通信形態で通信可能な第一のアンテナと、前記第二の通信形態で通信可能であって、かつ指向性が単指向特性であり、かつ最大放射方向が本マルチバンド無線機の天頂方向である第二のアンテナと、前記第一のアンテナに接続されたアンテナ共用器と、前記アンテナ共用器に接続され前記第一の通信形態で通信する際に使用する第一の送受信部と、前記アンテナ共用器に接続され前記第二の通信形態で通信する際に使用する第二の送受信部と、前記第一の送受信部を第一の通信形態として想定されている複数システムのうち使用するシステムに切替える第一のシステム切替制御部と、前記第二の送受信部を第二の通信形態として想定されている複数システムのうち使用するシステムに切替える第二のシステム切替制御部とを有したことを特徴とするマルチバンド無線機である。このような構成により、第二の通信形態におけるアンテナ利得の向上が図られ、第二の通信形態を大容量のデータ伝送を行うような通信システムとしても、高品質な通信を確保でき、かつ第一の通信形態、第二の通信形態においてそれぞれ複数のシステムに対応できるという作用を有する。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の構成に対し、第一のアンテナが、第一の通信形態および第二の通信形態で使用する周波数帯において送受信可能なマルチバンドアンテナ構成とすることで、簡易な構成でマルチバンド無線機を実現できるという作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の構成に対し、第一のアンテナが、第一のシステム切替制御部および第二のシステム切替制御部からの制御信号によって選択された複数のシステムの周波数帯で送受信可能となるようアンテナ構成を変更できる周波数切替型デュアルバンドアンテナ構成とすることで、第一の通信形態および第二の通信形態の両方においてアンテナ特性を向上させ、より高品質な通信を可能とするという作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の構成に対し、第二のアンテナが第二の通信形態で使用する周波数帯において送受信可能なマルチバンドアンテナ構成とすることで、簡易な構成でマルチバンド無線機を実現できるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の構成に対し、第二のアンテナが、第二のシステム切替制御部からの制御信号によって選択された１つのシステムの周波数帯で送受信可能となるようアンテナ構成を変更することができることで、第二の通信形態においてアンテナ特性を向上させ、より高品質な通信を可能とするという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の構成に対し、第一のアンテナの指向特性を無指向性とすることで、第一の通信形態においては、従来と同等の通信品質を保ち、第二の通信形態においては、第二のアンテナとダイバーシチ構成をとることができるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の構成に対し、第二のアンテナがパッチアンテナで構成されていることで、第二のアンテナを非常に簡単な構成としながら、第二の通信形態において高品質な通信を可能にできるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の構成に対し、前記パッチアンテナ素子は、放射導体板が天頂方向を向くように配置し、前記第二のアンテナの最大放射方向が本マルチバンド無線機の天頂方向とすることができるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のいずれかに記載の構成に対し、第二のアンテナがプリント八木アンテナで構成されていることで、マルチバンド無線機内のプリント基板上に形成できるため、マルチバンド無線機の部品点数を減らしながら、第二の通信形態において高品質な通信を可能にできるという作用を有する。
【００２０】
本発明の請求項１１に記載の発明は、請求項１から１０のいずれかに記載の構成に対し、第二のアンテナがマルチバンド無線機筐体の外側に配置された構成であることで、第二のアンテナがマルチバンド無線機筐体から受ける影響を抑え、安定したアンテナ特性を得られるという作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項１２に記載の発明は、請求項１から１１のいずれかに記載の構成に対し、第一の通信形態および第二の通信形態の電波状況を示す表示部を備えることで、第二の通信形態において単指向性アンテナの最大放射方向を容易に第二の通信形態の基地局側に使用者が合わせることができるという作用を有する。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図５を用いて説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１におけるマルチバンド無線機１の機能ブロック図を示すものである。本実施の形態においては、周波数の異なる第一の通信形態および第二の通信形態としてそれぞれ広域通信（セルラー等）、狭域通信（無線ＬＡＮ等）を選択した場合について説明する。図１において、２は第一の通信形態と第二の通信形態で送受信可能なマルチバンドアンテナ、３は第二の通信形態で送受信可能な単指向性アンテナ、４は第一の通信形態および第二の通信形態でアンテナを共用するアンテナ共用器、５は第一の送受信部、６は第二の送受信部、７は制御部、８は表示部、９は操作部である。
【００２４】
以上のような構成で、以下その動作を広域通信、狭域通信それぞれについて説明する。まず、広域通信については、受信時にはマルチバンドアンテナ２で受信したＲＦ信号はアンテナ共用器４を通して第一の送受信部５に伝送され、第一の送受信部５内で周波数変換、復調を行った後、制御部７でベースバンド処理が行われる。同様にして送信時は制御部７でベースバンド処理した信号を第一の送受信部５で変調、周波数変換し、変換されたＲＦ信号はアンテナ共用器４を通してマルチバンドアンテナ２から放射する。
【００２５】
次に狭域通信の送受信動作について説明する。受信時には、マルチバンドアンテナ２で受信しアンテナ共用器４を通ったＲＦ信号と、単指向性アンテナ３で受信したＲＦ信号の間でダイバーシチ受信を行い、受信電界強度の大きいＲＦ信号を第二の送受信部６で選択し、第二の送受信部６で周波数変換、復調を行った後、制御部７でベースバンド処理を行う。同様にして送信時は制御部７でベースバンド処理した信号を第二の送受信部６で変調、周波数変換し、変換されたＲＦ信号はアンテナから放射する。
【００２６】
ここで、無線ＬＡＮのような狭域通信では、動画像等の非常に大きなデータ伝送も行うため、例えば５．２ＧＨｚ帯を用いた無線ＬＡＮシステムでは数十Ｍｂｐｓ程度の伝送速度が想定されている。このような大容量伝送を安定的に行うためにはマルチバンド無線機１の受信感度を高める必要があり、これはマルチバンド無線機１のアンテナ利得を高めることによって達成できる。この点に関して詳細に説明する。
【００２７】
マルチバンドアンテナ２に無指向性のアンテナを用いることで、例えば、狭域通信の通信エリア内では待ち受け状態においてマルチバンド無線機１がいずれの角度に置かれていても基地局から送信された電磁波を受信することができる。しかしながら、実際に狭域通信において大容量データを送受信するためには、マルチバンド無線機１のアンテナ利得を高めることが望まれるが、無指向性のマルチバンドアンテナ２ではそれ以上のアンテナ利得の向上が見込めない。
【００２８】
一方、無線ＬＡＮのような狭域通信を利用する際には、マルチバンド無線機１と使用者１０の間には、図２に示すような位置関係が通常想定される。すなわち、使用者１０がマルチバンド無線機１を使用する際には、マルチバンド無線機１の表示部８の表示内容を確認しながら、操作部９を用いてマルチバンド無線機１を操作する方法が一般的である。このような状態において、マルチバンドアンテナ２を用いて送受信すると、マルチバンドアンテナ２から見て使用者１０方向に放射する電磁波は、使用者１０によって吸収あるいは散乱されるため、アンテナ利得を考慮する上では無駄となる。
【００２９】
そこで、例えば、単指向性アンテナ３に、図３（ａ）に示すようなパッチアンテナ素子１１を用いる場合を考える。図３（ａ）において、１２は接地導体板、１３は誘電体基板、１４は放射導体板、１５は給電点である。パッチアンテナ素子１１は図３（ｂ）に示すような単指向性を有しているため、例えば、パッチアンテナ素子１１を図４（ａ）に示すように、マルチバンド無線機１の天頂部に確保したアンテナ配置部１６に配置し、かつパッチアンテナ素子１１の放射導体板１４（最大放射方向）がマルチバンド無線機１の天頂方向（表示部８の表示面に対して水平方向で、かつ表示内容に対して上方向）を向くようにパッチアンテナ素子１１を配置することによって、使用者１０の前方方向においてはマルチバンドアンテナ２よりも利得向上を得ることができる。よって、例えば狭域通信システムの基地局が使用者１０の前方に位置しているときには、単指向性アンテナ３を用いることによって高品質な通信回線を確保でき、それ以外の場合には、マルチバンドアンテナ２を用いることによって連続的に通信を行うことができる。このとき、マルチバンドアンテナ２と単指向性アンテナ３の位置関係は、お互いの干渉を最小限に抑えるような位置関係が望ましい。また、例えば図２におけるマルチバンド無線機１の表示部８内に、従来のような広域通信の電波状況の表示とは別に、狭域通信の電波状況を表示させることによって、使用者１０は表示部８に表示された電波状況を確認しながら、体の向きやマルチバンド無線機１の向きを変更することで、容易に最適な電波状況を探すことができ、高品質な通信回線を確保することができる。
【００３０】
以上のように、マルチバンドアンテナ２および単指向性アンテナ３を用いてダイバーシチ受信を行うマルチバンド無線機１において、マルチバンドアンテナ２の指向性を無指向性とし、単指向性アンテナ３の最大放射方向をマルチバンド無線機１の天頂方向となるように配置することによって、広域通信システムは従来どおり利用でき、さらに無線ＬＡＮのような狭域通信システムが利用可能な領域においては、高品質な通信が可能になる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、単指向性アンテナ３をマルチバンド無線機１に内蔵する構成として説明したが、その限りではなく、マルチバンド無線機１の天頂部の外側に配置した構成としても良い。例えば、図４（ｂ）に示すように単指向性アンテナ３をマルチバンド無線機１の筐体の外側に配置し、さらにアンテナ伸縮部１７を用いて単指向性アンテナ３をマルチバンド無線機１から離して使用することによって、単指向性アンテナ３とマルチバンドアンテナ２との干渉を抑圧し、さらにマルチバンド無線機１の金属フレームや他の回路部からの影響を最小限に抑え、良好なアンテナ特性を得ることができる。
【００３２】
なお、本実施の形態では、単指向性アンテナ３として、パッチアンテナ素子１１を用いた場合について説明したが、これに限る必要はなく、単指向性を有するアンテナ素子であれば良い。例えば、プリント基板上にエッチング等により形成されたプリント八木アンテナを用いても同様の効果が得られる。
【００３３】
また、本実施の形態では、マルチバンド無線機１で利用する通信システムを、広域通信と狭域通信それぞれ１システムとして説明しているが、それに限ることはなく、第一の送受信部５、第二の送受信部６ともに複数のシステムに対応できるような構成であっても良い。例えば、広域通信（セルラー等）としては、ＰＤＣ（８００ＭＨｚ帯）やＧＳＭ方式（９００ＭＨｚ帯）、ＤＣＳ（１．８ＧＨｚ帯）、ＰＣＳ（１．９ＧＨｚ帯）等複数のシステム（各国の通信方式）が存在し、狭域通信（無線ＬＡＮ等）としては、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ（２．４ＧＨｚ帯）、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ（５．２ＧＨｚ帯）といったシステム（通信方式）が存在する。また、例えば広域通信では上記に示した複数のシステムのうち、２つ以上の方式に対応でき、狭域通信でも上記に示した複数のシステムのうち、２つ以上の方式に対応できるような無線機構成であっても良い。
【００３４】
このため、図５に示すように、第一の送受信部５および第二の送受信部６を、周波数帯あるいは送受信出力などを変更可能な構成とし、さらに第一のシステム切替制御部１８からの制御信号ａ、第二のシステム切替制御部１９からの制御信号ｂを用いて、第一の送受信部５および第二の送受信部６の特性を変更するような構成としても良い。またこのとき、マルチバンドアンテナ２は、想定されているすべてのシステムに対して送受信可能な特性のアンテナを用いても良いし、第一のシステム切替制御部１８からの制御信号ｃおよび第二のシステム切替制御部１９からの制御信号ｄによって、広域通信、狭域通信でそれぞれ使用する１周波数帯づつを送受信可能となるよう構成および特性を変更できるような構成のアンテナを用いても良い。さらに、単指向性アンテナ３は、想定されている第二の通信形態におけるすべてのシステムに対して送受信可能な特性のアンテナを用いても良いし、第二のシステム切替制御部１９からの制御信号ｄによって、使用する周波数でのみ送受信可能となるよう構成および特性を変更できるような構成のアンテナを用いても良い。上記のような構成とすることによって、一つの端末で広域通信、狭域通信それぞれに対して複数のシステムに対応することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第一のアンテナ（マルチバンドアンテナ）および第二のアンテナ（単指向性アンテナ）の２つのアンテナを備え、通信形態の異なる２つのシステムで送受信可能なマルチバンド無線機において、第二のアンテナの最大放射方向がマルチバンド無線機の天頂方向となるように第二のアンテナをマルチバンド無線機に配置することで、例えば、セルラー系のような広域通信システムと、無線ＬＡＮ系のような狭域通信システムを複合した場合、広域通信システムに関しては第一のアンテナを用いて従来と同等の通信を行うことができ、狭域通信システムに関しては第一のアンテナおよび第二のアンテナを用いることで通信時のアンテナ利得の向上が図れ、大容量のデータ伝送を高品質に行うことができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるマルチバンド無線機の機能ブロック図
【図２】本発明の一実施の形態による無線ＬＡＮ使用時におけるマルチバンド無線機と使用者との位置関係の一例を示す図
【図３】本発明の一実施の形態によるパッチアンテナの概略構造およびその指向特性を示す図
【図４】本発明の一実施の形態によるマルチバンド無線機と単指向性アンテナの位置関係の一例を示す図
【図５】本発明の一実施の形態によるマルチバンド無線機の機能ブロック図
【図６】従来のデュアルバンド無線機の機能ブロック図
【符号の説明】
１マルチバンド無線機
２マルチバンドアンテナ
３単指向性アンテナ
４アンテナ共用器
５第一の送受信部
６第二の送受信部
７制御部
８表示部
９操作部
１０使用者
１１パッチアンテナ素子
１２接地導体板
１３誘電体基板
１４放射導体板
１５給電点
１６アンテナ配置部
１７アンテナ伸縮部
１８第一のシステム切替制御部
１９第二のシステム切替制御部
１０１デュアルバンド無線機
１０２ａ、ｂアンテナ
１０３ａ、ｂアンテナ共用器
１０４セルラー送信部
１０５無線ＬＡＮ部
１０６セルラー受信部
１０７制御部

Claims

通信に使用する周波数帯がそれぞれ異なる第一の通信形態および第二の通信形態で通信可能な第一のアンテナと、前記第二の通信形態で通信可能であって、指向性が単指向特性であり、かつ最大放射方向が本マルチバンド無線機の天頂方向である第二のアンテナと、前記第一のアンテナに接続されたアンテナ共用器と、前記アンテナ共用器に接続され前記第一の通信形態で通信する際に使用する第一の送受信部と、前記アンテナ共用器に接続され前記第二の通信形態で通信する際に使用する第二の送受信部とを有したことを特徴とするマルチバンド無線機。
複数の無線システムとしての第一の通信形態および第二の通信形態で通信可能な第一のアンテナと、前記第二の通信形態で通信可能であって、指向性が単指向特性であり、かつ最大放射方向が本マルチバンド無線機の天頂方向である第二のアンテナと、前記第一のアンテナに接続されたアンテナ共用器と、前記アンテナ共用器に接続され前記第一の通信形態で通信する際に使用する第一の送受信部と、前記アンテナ共用器に接続され前記第二の通信形態で通信する際に使用する第二の送受信部と、前記第一の送受信部を第一の通信形態として想定されている複数システムのうち使用するシステムに切替える第一のシステム切替制御部と、前記第二の送受信部を第二の通信形態として想定されている複数システムのうち使用するシステムに切替える第二のシステム切替制御部とを有したことを特徴とするマルチバンド無線機。
前記第一のアンテナが、第一の通信形態および第二の通信形態で使用する周波数帯に相互に変更が可能であることを特徴とする請求項２に記載のマルチバンド無線機。
前記第一のアンテナが、前記第一のシステム切替制御部および第二のシステム切替制御部からの制御信号によって選択された複数のシステムの周波数帯で送受信可能となるようにアンテナ構成が変更可能であることを特徴とする請求項２に記載のマルチバンド無線機。
前記第二のアンテナが、第二の通信形態で使用する周波数帯において送受信可能であることを特徴とする請求項２に記載のマルチバンド無線機。
前記第二のアンテナが、前記第二のシステム切替制御部からの制御信号によって選択された１つのシステムの周波数帯で送受信可能となるようアンテナ構成が変更可能であることを特徴とする請求項２に記載のマルチバンド無線機。
前記第一のアンテナの指向特性が無指向性であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のマルチバンド無線機。
前記第二のアンテナがパッチアンテナ素子で構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のマルチバンド無線機。
前記パッチアンテナ素子は、放射導体板が天頂方向を向くように配置し、前記第二のアンテナの最大放射方向が本マルチバンド無線機の天頂方向とすることを特徴とする請求項８記載のマルチバンド無線機。
前記第二のアンテナがプリント八木アンテナで構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のマルチバンド無線機。
前記第二のアンテナがマルチバンド無線機筐体の外側に配置された構成であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のマルチバンド無線機。
前記第一の通信形態および第二の通信形態の電波状況を示す表示部を備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のマルチバンド無線機。