[发明专利]阵列天线、无线通信设备和阵列天线控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及控制具有多个天线单元的阵列天线的技术。

背景技术

移动通信终端设备要求在许多方向上与基站通信。如果终端设备移动，那么从移动通信终端设备看，基站的方向改变。因此，通常在移动通信终端设备上安装不定向天线。不定向天线使之可以与任意方向的另一方通信，但是，通常，它们在定向天线的方向性朝着其转动的方向上较差地执行通信。最近，需要对通信性能的改进，以及用于改进通信性能的技术被开发，且现在被投入实际使用。

例如，有一种通过将定向天线的方向性控制为朝着信号到达的方向来提高通信性能的技术。

在用于具有可控制方向性的定向天线的一个结构中，布置有多个天线单元，根据天线单元来控制馈送至每个天线单元的信号的相位和振幅。通过合成从每个天线单元发出的无线电波，给出定向天线的方向性。通过模拟地或数字地控制馈送信号的振幅和相位，可以进行方向性控制。ADC(模-数转换器)用来数字化该馈送的信号。

在用于具有可控方向性的定向天线的另一结构中，具有辐射元件和多个非辐射元件的Yagi-Uda天线的非辐射元件的长度被电气地改变。参见Reactive Controlled Directive Arrays(ROGERF.HARRINGTON)IEEE Transactions on antennas and propagation，vol.AP26，No.3，May 1978，p390-395(文献1)。

利用在其中心的辐射元件，以其中以圆形形状布置非辐射元件的方式来构造在文献1中所描述的定向天线。为了控制方向性，改变每个非辐射元件的阻抗值，由此改变每个非辐射元件中的电子元件的长度。由此，可以选择性地控制Yagi-Uda天线的方向性。在日本专利申请公开号2001-024431(文献2)中，公开了使用该系统的ESPAR天线。

此外，有一种方法，通过将具有如上所述的可控制方向性的Yagi-Uda天线的非辐射元件的阻抗值限制为两种状态：开路状态和短路状态，从而简化该结构或该控制。参见SWITCHED PARASITICANTENNAS FOR CELLULAR COMMUNICATIONS THIEL DAVID V.SMITH STEPHANIE/ARTECH HOUSE 2002(文献3)。在日本专利申请公开号2001-36337(文献4)、日本专利申请公开号2001-345633(文献5)以及日本专利申请公开号2003-258533(文献6)中，公开了使用该方法的天线。

此外，有通过经由多个天线发送/接收信号来提高通信性能的MIMO(多输入多输出)技术。在MIMO系统中，要求每个天线单元与其它天线单元几乎没有关系。传输设备使用多个天线单元，同时传送多个数据流。接收设备处理由多个天线单元接收的信号，由此恢复原始的多个数据流。特别在多路径环境下，该MIMO是有效的技术。

发明内容

如上所述，MIMO方法显著地提高多路径环境中的通信性能。但是，在视距环境中，例如，在高电平信号来自某一方向的环境中，MIMO方法在提高通信性能方面的效果被削弱。

同时，在高电平信号来自某一方向的条件下，在提高通信性能方面，控制该方向性为朝着信号到达的方向的定向天线是高效的。但是，因为在多路径环境下，信号到达的方向不被限定为单一方向，因此对于提高通信性能来说，存在其中控制该方向性朝着信号到达的方向的定向天线不能获得与MIMO方法相等效的效果的某些情况。

在某些情况下，在给定环境下，对于诸如具有变化环境的移动通信终端设备的无线通信设备，MIMO天线或不定向天线都不能提供良好的通信性能。

因此，本发明的目的是提供一种在诸如多路径环境、视距环境等的变化环境中可以获得通信性能的良好改进的阵列天线、无线通信设备以及阵列天线控制方法。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面的阵列天线，包括：

布置具有多个天线单元的天线单元组；以及

开关部分，该开关部分具有能分别地切换天线单元的馈电点的多个开关元件，并且通过开关元件的切换，开关部分将天线单元组转换为操作为用于MIMO通信的天线，以并行传送和接收多个信号，或操作为为定向阵列天线，以控制该方向性为信号到达的方向。

根据本发明一个方面的无线通信设备包括：