アレーアンテナ
【課題】アンテナ素子間隔以外のパラメータを利用して空間相関を小さくする。
【解決手段】アレーアンテナが備えるアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンを、信号が先に到来するアンテナ素子の位相指向性パターンの位相が信号が遅れて到来するアンテナ素子の位相指向性パターンの位相より遅れる関係を満たすように定めて、アンテナ素子の配置に起因する位相差に、指向性パターンに起因する位相差が加算されるようにする。
【解決手段】アレーアンテナが備えるアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンを、信号が先に到来するアンテナ素子の位相指向性パターンの位相が信号が遅れて到来するアンテナ素子の位相指向性パターンの位相より遅れる関係を満たすように定めて、アンテナ素子の配置に起因する位相差に、指向性パターンに起因する位相差が加算されるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）は、独立した空間伝送路（以下、「チャネル」と言う。）を複数用意することで、同時に同じ帯域で複数のデータストリームを伝送する技術である。なお、ＭＩＭＯはＩＥＥＥ８０２．１１ｎやＩＥＥＥ８０２．１６ｅなどに規格として採用されている。また、ＬＴＥ（Long Term Evolution）などの次世代の広帯域無線通信システムでは２多重を超える多重度のＭＩＭＯも計画されている。
【０００３】
ＭＩＭＯ伝送では、送受信側の双方に複数のアンテナ素子を配置し、送受信側双方のアンテナ素子間隔を複数のチャネルが互いに独立であるとみなせる程度にまで広げる必要がある。これは、チャネルが互いに独立であることによって、各チャネルの最大伝送速度の総和までＭＩＭＯ伝送の伝送速度を向上させることができるためである。
チャネルが互いに独立かどうかを示す指標として空間相関があり（例えば、非特許文献１参照。）、チャネルが互いに独立であればあるほど空間相関は小さい値になる。例えば、２多重で、送信側のアンテナ素子及び受信側のアンテナ素子の夫々が２本の場合の空間相関ρ１２は、チャネル応答ベクトルを夫々下記の式（１），（２）とすると、下記の式（３）で表される。
【０００４】
【数１】
【０００５】
【数２】
【０００６】
【数３】
但し、ｈ１１，ｈ１２，ｈ２１，ｈ２２の夫々はチャネル応答であり（図１参照。）、振幅及び位相を含んだ複素数である。また、正規化後の空間相関は０から１の間の値となる。なお、上添え字Ｔは転置を示し、上添え字Ｈは複素共役転置を示し、上添え字＊は複素共役を示す。
【０００７】
空間相関を下げるためには、ｈ１１とｈ２１との間の位相差、及びｈ１２とｈ２２との間の位相差を大きくする必要があり、そのためにはアンテナ素子間隔を広げる必要があり、例えばアンテナ素子はその間隔が０．５波長になるように配置される。ところで、２．５ＧＨｚ帯を無線通信に使用した場合、２．５ＧＨｚでの０．５波長は６ｃｍであることから、空間相関の劣化を回避するために、２本のアンテナ素子はその間隔が６ｃｍになるように配置される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】田中，大鐘，小川，“アダプティブアレーを用いたSDMA方式におけるチャネル割当基準”，電子情報通信学会論文誌（Ｂ），vol.J82-B，no.11，pp.2133-2141,Nov.1999．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、多重度が増大すればこれに合わせて必要なアンテナ素子の数が増加し、例えば４多重のＭＩＭＯの場合には４本のアンテナ素子が必要になる。このため、例えば４多重のＭＩＭＯを携帯電話機などの通信機器に適用した場合には、通信機器の寸法からくる制約により、４本のアンテナ素子を０．５波長分間隔を空けて配置し難くなることが想定される。
【００１０】
また、２多重の場合であっても、例えば、通信機器の寸法によっては、また、無線通信に利用する帯域によっては、２本のアンテナ素子を０．５波長分間隔を空けて配置することが難しいこともある。
なお、ＭＩＭＯ以外の例えばＳＩＭＯ（Simple Input Multiple Output）などの無線通信においても受信側のアンテナ素子においては同様のことが言える。
【００１１】
そこで、本発明は、アンテナ素子間隔以外のパラメータを利用して空間相関を小さくすることが可能なアレーアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明のアレーアンテナは、Ｍ（Ｍは２以上の整数）本のアンテナ素子を備えるアレーアンテナであって、各前記アンテナ素子は指向性アンテナであり、前記アンテナ素子の位相指向性パターンが互いに異なるように、各アンテナ素子の位相指向性パターンが設定されている。
【発明の効果】
【００１３】
上記のアレーアンテナによれば、アンテナ素子間の位相指向性パターンが互いに異なるため、同じアンテナ素子間隔であっても空間相関を小さくすることができる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態の無線通信システムのシステム構成図。
【図２】図１の携帯電話機の構成図。
【図３】図１のアンテナ素子に用いられる電子制御導波器アンテナの模式図。
【図４】図１のアンテナ素子に用いられる電子制御導波器アンテナのバラクタダイオードのリアクタンス値の関係を示す図。
【図５】（ａ）は図１のアンテナ素子の振幅指向性パターンを示す図であり、（ｂ）はその位相指向性パターンを示す図。
【図６】図１のアンテナ素子Ａ１とアンテナ素子Ａ２との受信信号の位相差を説明するための図。
【図７】アンテナ素子の他の指向性を示す図。
【図８】（ａ）は４本のアンテナ素子の振幅指向性パターンを示す図であり、（ｂ）はその位相指向性パターンを示す図。
【図９】第２の実施の形態の受信装置が備えるアンテナ素子に用いられる電子制御導波器アンテナの模式図。
【図１０】第２の実施の形態の受信装置が備えるアンテナ素子に用いられる電子制御導波器アンテナのバラクタダイオードのリアクタンス値の関係を示す図。
【図１１】（ａ）は第２の実施の形態の受信装置が備えるアンテナ素子の振幅指向性パターンを示す図であり、（ｂ）はその位相指向性パターンを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
≪第１の実施の形態≫
以下、本発明の第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
＜無線通信システム＞
本実施の形態の無線通信システムについて図１を参照しつつ説明する。図１は本実施の形態の無線通信システムのシステム構成図である。
【００１６】
基地局Ｔはアンテナ素子ＴＡ１，ＴＡ２を備え、携帯電話機Ｒはアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２を備える。但し、アンテナ素子ＴＡ１，ＴＡ２によってアレーアンテナが構成され、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２によってアレーアンテナが構成される。
基地局Ｔから携帯電話機Ｒへの無線通信では、図１に示す４つのチャネルが形成され、夫々のチャネル応答を、図１に示すように、ｈ１１，ｈ２１，ｈ１２，ｈ２２で表す。チャネル応答ｈ１１，ｈ２１，ｈ１２，ｈ２２は、夫々、送受信点間の振幅及び位相の変動量を示す複素数であり、それらには送信側及び受信側のアンテナ素子の振幅特性及び位相特性も含まれる。本実施の形態は、チャネル応答ｈ１１とチャネル応答ｈ２１との位相差及びチャネル応答ｈ１２とチャネル応答ｈ２２との位相差を大きくして空間相関を小さくするために、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相特性に異なる指向性を持たせるものである。
【００１７】
以下では、基地局Ｔから携帯電話機Ｒへの下り通信に着目し、更には受信側の携帯電話機Ｒのアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の振幅指向性及び位相指向性に着目して説明する。
＜携帯電話機＞
以下、図１の携帯電話機Ｒの構成について図２を参照しつつ説明する。図２は図１の携帯電話機Ｒの構成図である。
【００１８】
携帯電話機Ｒは、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２、フロントエンド部１１，１２、チャネル推定部１３、ウェイト生成部１４、分離合成部１５及び復調部１６を備える。なお、携帯電話機Ｒは、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２を除いては、一般的な構成を利用でき、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の詳細は後述するものとして、ここでは、各構成要素の概略を説明するに留める。
【００１９】
アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２は、指向性アンテナであり、後述するように可変指向性アンテナの一つである電子制御導波器アンテナが用いられる。但し、アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２とは例えば０．２５波長分間隔を空けて配される。
フロントエンド部１１，１２は、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２で受信されたＲＦ（Radio Frequency）信号に対してゲイン調整や周波数変換などを施して例えばベースバンド帯の受信信号を出力する。
【００２０】
チャネル推定部１３は、フロントエンド部１１，１２から出力される受信信号中のプリアンブルを利用してチャネル応答ｈ１１，ｈ２１，ｈ１２，ｈ２２を推定する。そして、ウェイト生成部１４はチャネル推定部１３により推定されたチャネル応答ｈ１１，ｈ２１，ｈ１２，ｈ２２を用いてウェイトを生成する。なお、ウェイトの生成は、例えば最大比合成（Maximum Ratio Combining：ＭＲＣ）や最小二乗誤差（Minimum Mean Square Error：ＭＭＳＥ）を利用することによって行われる。
【００２１】
分離合成部１５は、フロントエンド部１１，１２から出力される受信信号に対してウェイト生成部１４で生成されたウェイトを用いて重み付けを行うことによって信号の分離及び合成を行い、基地局Ｔから送信された２つの送信信号を推定する。復調部１６は分離合成部１５から出力される２つの送信信号を復調する。
＜アンテナ素子＞
（構造）
図１のアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２に用いられる電子制御導波器アンテナの構造について図３を参照しつつ説明する。図３は図１のアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２に用いられる電子制御導波器アンテナの構造を示す模式図である。
【００２２】
アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２に用いられる電子制御導波器アンテナは素子間電磁結合を利用した可変指向性アンテナである。なお、電子制御導波器アンテナは、例えば、「橋口，程，飯草，TAILLEFER，平田，大平，“無線アドホックネットワーク用エスパアンテナの設計と試作，”電子情報通信学会論文誌（B），vol.J85-B, no.12, pp.2245-2256, Dec. 2002．」に開示されている。
【００２３】
電子制御導波器アンテナは、交流電源３２に接続されたモノポールの給電素子（中央素子）３１の周辺にバラクタダイオード３４，３６，３８付きの線状導体（周辺素子）３３，３５，３７を配置した構造を有する。電子制御導波器アンテナは、バラクタダイオード３４，３６，３８のリアクタンス値を変化させることによって、素子間電磁結合を変化させて指向性パターンを変化させるものである。但し、本実施の形態では、線状導体３３，３５，３７は円周に沿う方向に１２０°（２π／３）間隔で配置されているものとする。
【００２４】
給電素子３１と線状導体３３，３５，３７とは、自由空間中で０．２５波長程度離して配置することが好ましいが、給電素子３１と線状導体３３，３５，３７との間を誘電体３９で埋めることによって、自由空間中に換算して０．０２５波長程度にまで間隔を狭めることが可能である。なお、２．５ＧＨｚ帯を使用する場合には給電素子３１と線状導体３３，３５，３７との間隔は３ｍｍである。
【００２５】
（電子制御導波器アンテナの指向性及び給電素子での受信信号）
図３に構造を示した電子制御導波器アンテナの指向性及び給電素子での受信信号について説明する。
電子制御導波器アンテナの仰角θ且つ方位角φの方向の指向性パターンＤ（θ，φ）は下記の式（４）で表され、仰角θ且つ方位角φの方向からの到来信号に対する給電素子での受信信号ｙ（ｔ）は下記の式（５）で表される。なお、式（４）、（５）において、上添え字Ｔは転置を示す。
【００２６】
【数４】
【００２７】
【数５】
但し、ａ（θ，φ）は電子制御導波器アンテナのモードベクトルであり、下記の式（６）で表される。ｗ（ｘ１，ｘ２，ｘ３）は電子制御導波器アンテナの素子間相互結合を含んだ等価ウェイトベクトルであり、下記の式（７）で表され、ｘ１，ｘ２，ｘ３はバラクタダイオード３４，３６，３８のリアクタンス値である。ｓ（ｔ）は送信信号であり、ｈｓは送信点から電子制御導波器アンテナの給電素子までのチャネル応答（アンテナ素子の指向性を除いたチャネル応答）である。
【００２８】
【数６】
但し、βは伝搬定数（＝２π／λ）、ｄは給電素子と線状導体間の間隔である。
【００２９】
【数７】
但し、ｚｓは送受信機の入出力インピーダンスである。Ｚは給電素子及び線状導体間のインピーダンス行列であり、下記の式（８）で表される。Ｘは送受信機の入出力インピーダンスとバラクタダイオードのリアクタンス値を成分とする対角行列であり、下記の式（９）で表される。ｕ０は単位ベクトルであり、下記の式（１０）で表される。なお、式（１０）において、上添え字Ｔは転置を示す。
【００３０】
【数８】
但し、Ｚの各要素は複素パラメータであり、ｚ００は給電素子の自己入力インピーダンス、ｚ０１は給電素子と線状導体間結合インピーダンス、ｚ１１は線状導体の自己入力インピーダンス、ｚ１２は隣接する線状導体間結合入力インピーダンスである。
【００３１】
【数９】
【００３２】
【数１０】
上記のｗ（ｘ１，ｘ２，ｘ３）はリアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３の関数であるため、ｗ（ｘ１，ｘ２，ｘ３）はリアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３によって変化し、指向性パターンＤ（θ，φ）はリアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３によって変化する（式（４）参照。）。従って、リアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３を調整することによって、所望の指向性パターンＤ（θ，φ）を得ることが可能である。つまり、リアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３を調整することによって、所望の振幅指向性パターンを得ることができ、また、所望の位相指向性パターンを得ることができる。
【００３３】
（電子制御導波器アンテナの指向性の具体例）
本実施の形態で利用するアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の指向性パターンについて図４及び図５を参照しつつ説明する。図４はアンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２のバラクタダイオード３４，３６，３８のリアクタンス値の関係を示す図である。図５（ａ）はアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の振幅指向性パターンを示す図であり、図５（ｂ）はアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンを示す図である。但し、以下において記載する水平面方位角は、上記の（電子制御導波器アンテナの指向性）における方位角φに相当する。
【００３４】
アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２のバラクタダイオード３４，３６，３８が接続された線状導体３３，３５，３７は、水平面方位角φが９０°（π／２），２１０°（７π／６），３３０°（１１π／６）の位置に配されている。
図４に示すように、アンテナ素子ＲＡ１のバラクタダイオード３４、３６、３８のリアクタンス値をｘａ，ｘｂ，ｘｃに設定する（ｘ１＝ｘａ，ｘ２＝ｘｂ，ｘ３＝ｘｃ）。但し、上述したように、バラクタダイオード３４、３６、３８のリアクタンス値を調節することによって所望の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンが得られる。そこで、アンテナ素子ＲＡ１の振幅指向性パターンが図５（ａ）になるように、その位相指向性パターンが図５（ｂ）になるように、バラクタダイオード３４、３６、３８のリアクタンス値を調節し、その結果としてバラクタダイオード３４、３６、３８のリアクタンス値としてｘａ，ｘｂ，ｘｃが得られたとする。
【００３５】
また、アンテナ素子ＲＡ２のバラクタダイオード３４、３６、３８のリアクタンス値をｘａ，ｘｃ，ｘｂに設定する（ｘ１＝ｘａ，ｘ２＝ｘｃ，ｘ３＝ｘｂ）。これによって、アンテナ素子ＲＡ２の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンとして図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すものが得られる。なお、アンテナ素子ＲＡ２のバラクタダイオード３４、３６、３８のリアクタンス値は、アンテナ素子ＲＡ２の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンが図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すパターンになるように調節されていればよい。
【００３６】
以下に、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンについて以下に記載する。
アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の振幅指向性パターンは図５（ａ）に示すように略無指向性である。
図５（ｂ）に示すように、アンテナ素子ＲＡ１の位相指向性パターンでは、位相は水平面方位角φが０°以上１８０°以下の範囲では単調増加、水平面方位角φが１８０°以上３６０°以下の範囲では単調減少である。これに対して、アンテナ素子ＲＡ２の位相指向性パターンでは、位相は水平面方位角φが０°以上１８０°以下の範囲では単調減少、水平面方位角φが１８０°以上３６０°以下の範囲では単調増加である。このように、アンテナ素子ＲＡ１の位相指向性パターンとアンテナ素子ＲＡ２の位相指向性パターンとは逆のパターンになっている。なお、位相指向性パターンを単調増加及び単調減少にすることによって、略全ての方位から到来した電波に対して、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンの相違に起因する位相差を発生させることが可能である。
【００３７】
また、水平面方位角φが０°以上９０°未満及び２７０°より大きく３６０°以下ではアンテナ素子ＲＡ２の位相指向性パターンの位相がアンテナ素子ＲＡ１のそれより進んでおり、水平面方位角φが９０°より大きく２７０°未満ではアンテナ素子ＲＡ１の位相指向性パターンの位相がアンテナ素子ＲＡ２のそれより進んでいる。つまり、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンでは、遅れた位相で信号が到来するアンテナ素子の位相指向性パターンの位相が、進んだ位相で信号が到来するアンテナ素子の位相指向性パターンの位相より遅れた位相となっている。
【００３８】
（アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２との受信信号の位相差）
以下、アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２の受信信号の位相差について図６を参照しつつ説明する。図６はアンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２との受信信号の位相差を説明するための図である。但し、ここでの「受信信号」は、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンによる位相が加味された後の信号である。なお、基地局Ｔは２ストリーム伝送を行うが、何れの場合も同じことが言えるので、ここでは１ストリームのみに着目して説明する。
【００３９】
アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２との間隔をＬとし、水平面方位角φの方向から信号Ａがアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２に到来したとする。アンテナ素子ＲＡ１には、アンテナ素子ＲＡ２より、アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２との配置に起因する距離Ｌｃｏｓφに相当する位相差ｈφ１遅れた信号Ａが到来する（図６（ａ）参照）。
そして、水平面方位角φでは、アンテナ素子ＲＡ１の位相指向性パターンの位相はアンテナＲＡ２のそれよりも位相差ｈφ２遅れている（図６（ｂ）参照。）。
【００４０】
アンテナ素子ＲＡ１によって受信された受信信号は、アンテナ素子ＲＡ２によって受信された受信信号より、アンテナ素子の配置に起因する位相差ｈφ１に位相指向性パターンに起因する位相差ｈφ２が加算された位相差（ｈφ１＋ｈφ２）遅れたものになる（図６（ａ）参照。）。
仮に、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンが無指向性であれば、アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２との間で位相指向性パターンに起因する位相差は生じない。このため、アンテナ素子ＲＡ１によって受信された受信信号は、アンテナ素子ＲＡ２によって受信された受信信号より、アンテナ素子の配置に起因する位相差ｈφ１だけ遅れることになる。
【００４１】
従って、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンを図５（ｂ）のように設定した場合には、アンテナ素子の配置に起因する位相差に位相指向性パターンに起因する位相差が加算されるため、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンが無指向性である場合に比べて、チャネル応答ｈ１１とチャネル応答ｈ２１との位相差及びチャネル応答ｈ１２とチャネル応答ｈ２２との位相差を大きくすることができる。このように、本実施の形態のアレーアンテナは、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の間隔が従来のアレーアンテナと同じであっても、空間相関を小さくすることができる。
【００４２】
（空間相関）
アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２が異なる位相指向性パターンを有する場合の空間相関について説明する。
チャネル応答ｈ（図１のｈ１１，ｈ１２，ｈ２１，ｈ２２）は、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の指向性パターンＤ（θ，φ）と送信点から電子制御導波器アンテナの給電素子までのチャネル応答ｈｓとを乗算した下記の式（１１）で表わされる。なお、式（１１）において、上添え字Ｔは転置を示す。
【００４３】
【数１１】
アンテナ素子ＲＡ１、ＲＡ２に図５（ｂ）に示す逆の位相指向性パターンが与えられた場合の、ＭＩＭＯにおけるアンテナ素子ＴＡ１及びアンテナ素子ＴＡ２に対するチャネル応答ベクトルｈ１，ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ，ｈ２，ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌは、夫々、下記の式（１２）、（１３）で与えられる。なお、式（１２），（１３）において、上添え字Ｔは転置を示す。
【００４４】
【数１２】
【００４５】
【数１３】
但し、ｈ、ｈｓ、θ、φの夫々の下添え字の２つの数字のうちの１つ目の“１”は受信側のアンテナ素子ＲＡ１を、“２”はアンテナ素子ＲＡ２を示し、当該下添え字の２つ目の“１”は送信側のアンテナ素子ＴＡ１を、“２”はアンテナ素子ＴＡ２を示す。ψ１１及びψ１２は、夫々、アンテナ素子ＴＡ１からの信号到来方向に対するアンテナ素子ＲＡ１及びアンテナ素子ＲＡ２の指向性パターンの位相を示す。また、ψ１２及びψ２２は、夫々、アンテナ素子ＴＡ２からの信号到来方向に対するアンテナ素子ＲＡ１及びアンテナ素子ＲＡ２の指向性パターンの位相を示す。なお、指向性パターンの振幅は大きな減衰がない無指向性に近いものであるとしているため、空間相関の計算においては無視できるものとして、チャネル応答ベクトルの要素から省略している。
【００４６】
受信アンテナに指向性アンテナを使用した場合の空間相関ρ１２ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌは下記の式（１４）で表わされる。なお、式（１４）において、上添え字Ｈは複素共役転置を示す。
【００４７】
【数１４】
式（３）と式（１４）とを比較すると、受信側に指向性アンテナを使用し適切な位相指向性パターンを形成することによって、空間相関を低下させることが可能となることが分かる。なお、このことは、受信側のみならず、送信側のみに可変指向性アンテナを使用した場合であっても、また、送受信側双方に可変指向性アンテナを使用した場合であっても同様に成立する。
【００４８】
≪第１の実施の形態の変形例≫
＜第１の変形例＞
上記の第１の実施の形態の携帯電話機Ｒが備えるアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターン（図５（ｂ）参照）の代わりに、携帯電話機が備えるアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２が図７に示すような位相指向性パターンを有するようにする。
【００４９】
＜第２の変形例＞
第２の変形例の携帯電話機は、第１の実施の形態の携帯電話機Ｒと異なり、４本のアンテナ素子Ａ１〜Ａ４を有し、アンテナ素子Ａ１〜Ａ４は図８（ａ）に示す振幅指向性パターン及び図８（ｂ）に示す位相指向性パターンを有する。但し、アンテナ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４はその順番に一直線上に並んでいるとする。
【００５０】
アンテナ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の振幅指向性パターンは、図８（ａ）に示すように、略無指向性に設定されている。
図８（ｂ）に示すように、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の各位相指向性パターンでは、位相は水平面方位角φが０°以上１８０°以下の範囲では単調増加、水平面方位角φが１８０°以上３６０°以下の範囲では単調減少である。これに対して、アンテナ素子Ａ３，Ａ４の位相指向性パターンでは、位相は水平面方位角φが０°以上１８０°以下の範囲では単調減少、水平面方位角φが１８０°以上３６０°以下の範囲では単調増加である。
【００５１】
また、水平面方位角φが０°以上９０°未満及び２７０°より大きく３６０°以下ではアンテナ素子Ａ４，Ａ３，Ａ２，Ａ１の順番で位相指向性パターンの位相が進んでおり、水平面方位角φが９０°より大きく２７０°未満ではアンテナ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。つまり、アンテナ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の位相指向性パターンでは、遅れた位相で信号が到来するアンテナ素子の位相指向性パターンの位相が、進んだ位相で信号が到来するアンテナ素子の位相指向性パターンの位相より遅れた位相となっている。
【００５２】
≪第２の実施の形態≫
以下、本発明の第２の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施の形態の携帯電話機は、第１の実施の形態の第２の変形例と同様に、４本のアンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４を備えているが、アンテナ素子Ｂ１〜アンテナ素子Ｂ４の位相指向性パターンの関係が、第１の実施の形態の第２の変形例のアンテナ素子Ａ１〜アンテナ素子Ａ４の位相指向性パターンの関係（図８（ｂ）参照）と異なる。
【００５３】
＜アンテナ素子＞
本実施の形態のアンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４に用いられる電子制御導波器アンテナの構造について図９を参照しつつ説明する。図９は本実施の形態のアンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４に用いられる電子制御導波器アンテナの構造を示す模式図である。
アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４に用いられる電子制御導波器アンテナは、交流電源１０２に接続されたモノポールの給電素子（中央素子）１０１の周辺にバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０付きの線状導体（周辺素子）１０３，１０５，１０７，１０９を配置した構造を有する。但し、本実施の形態では、線状導体１０３，１０５，１０７，１０９は円周に沿う方向に９０°（π／２）間隔で配置されているものとする。
【００５４】
（電子制御導波器アンテナの指向性及び給電素子での受信信号）
図９に構造を示した電子制御導波器アンテナの指向性及び給電素子での受信信号について説明する。
電子制御導波器アンテナの仰角θ且つ方位角φの方向の指向性パターンＤ（θ，φ）は下記の式（１５）で表され、仰角θ且つ方位角φの方向からの到来信号に対する給電素子での受信信号ｙ（ｔ）は下記の式（１６）で表される。なお、式（１５）、（１６）において、上添え字Ｔは転置を示す。
【００５５】
【数１５】
【００５６】
【数１６】
但し、ａ（θ，φ）は電子制御導波器アンテナのモードベクトルであり、下記の式（１７）で表される。ｗ（ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４）は電子制御導波器アンテナの素子間相互結合を含んだ等価ウェイトベクトルであり、下記の式（１８）で表され、ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４はバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値である。ｓ（ｔ）は送信信号であり、ｈｓは送信点から電子制御導波器アンテナの給電素子までのチャネル応答（アンテナ素子の指向性を除いたチャネル応答）である。
【００５７】
【数１７】
但し、βは伝搬定数（＝２π／λ）、ｄは給電素子と線状導体間の間隔である。
【００５８】
【数１８】
但し、ｚｓは送受信機の入出力インピーダンスである。Ｚは給電素子及び線状導体間のインピーダンス行列であり、下記の式（１９）で表される。Ｘは送受信機の入出力インピーダンスとバラクタダイオードのリアクタンス値を成分とする対角行列であり、下記の式（２０）で表される。ｕ０は単位ベクトルであり、下記の式（２１）で表される。なお、式（２１）において、上添え字Ｔは転置を示す。
【００５９】
【数１９】
但し、Ｚの各要素は複素パラメータであり、ｚ００は給電素子の自己入力インピーダンス、ｚ０１は給電素子と線状導体間結合インピーダンス、ｚ１１は線状導体の自己入力インピーダンス、ｚ１２は隣接する線状導体間結合入力インピーダンスであり、ｚ１３は対角にある線状導体間結合入力インピーダンスである。
【００６０】
【数２０】
【００６１】
【数２１】
上記のｗ（ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４）はリアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４の関数であるため、ｗ（ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４）はリアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４によって変化し、指向性パターンＤ（θ，φ）はリアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４によって変化する（式（１５）参照。）。従って、リアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４を調整することによって、所望の指向性パターンＤ（θ，φ）を得ることが可能である。つまり、リアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４を調整することによって、所望の振幅指向性パターンを得ることができ、また、所望の位相指向性パターンを得ることができる。
【００６２】
（電子制御導波器アンテナの指向性の具体例）
本実施の形態で利用するアンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の指向性パターンについて図１０及び図１１を参照しつつ説明する。図１０はアンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の夫々のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値の関係を示す図である。図１１（ａ）はアンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の振幅指向性パターンを示す図であり、図１１（ｂ）はアンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の位相指向性パターンを示す図である。但し、以下において記載する水平面方位角は、上記の（電子制御導波器アンテナの指向性）における方位角φに相当する。
【００６３】
アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４は、夫々、正方形の頂点上に配され、つまり、水平面方位角φが２２５°（５π／４）、３１５°（７π／４）、４５°（π／４），１３５°（３π／４）の位置に配されている。また、アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０が接続された線状導体１０３，１０５，１０７，１０９は、水平面方位角φが２２５°（５π／４）、３１５°（７π／４）、４５°（π／４），１３５°（３π／４）の位置に配されている。
【００６４】
図１０に示すように、アンテナ素子Ｂ１のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値をｘａ，ｘｂ，ｘｃ，ｘｄに設定する（ｘ１＝ｘａ，ｘ２＝ｘｂ，ｘ３＝ｘｃ，ｘ４＝ｘｄ）。但し、上述したように、バラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値を調節することによって所望の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンが得られる。そこで、アンテナ素子Ｂ１の振幅指向性パターンが図１１（ａ）になるように、その位相指向性パターンが図１１（ｂ）になるように、バラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値を調節し、その結果としてバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値としてｘａ，ｘｂ，ｘｃ，ｘｄが得られたとする。
【００６５】
また、アンテナ素子Ｂ２のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値をｘｄ，ｘａ，ｘｂ，ｘｃに設定する（ｘ１＝ｘｄ，ｘ２＝ｘａ，ｘ３＝ｘｂ，ｘ４＝ｘｃ）。これによって、アンテナ素子Ｂ２の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンとして図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すものが得られる。なお、アンテナ素子Ｂ２のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値は、アンテナ素子Ｂ２の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンが図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すパターンになるように調節されていればよい。
【００６６】
さらに、アンテナ素子Ｂ３のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値をｘｃ，ｘｄ，ｘａ，ｘｂに設定する（ｘ１＝ｘｃ，ｘ２＝ｘｄ，ｘ３＝ｘａ，ｘ４＝ｘｂ）。これによって、アンテナ素子Ｂ３の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンとして図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すものが得られる。なお、アンテナ素子Ｂ３のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値は、アンテナ素子Ｂ３の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンが図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すパターンになるように調節されていればよい。
【００６７】
さらに、アンテナ素子Ｂ４のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値をｘｂ，ｘｃ，ｘｄ，ｘａに設定する（ｘ１＝ｘｂ，ｘ２＝ｘｃ，ｘ３＝ｘｄ，ｘ４＝ｘａ）。これによって、アンテナ素子Ｂ４の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンとして図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すものが得られる。なお、アンテナ素子Ｂ４のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値は、アンテナ素子Ｂ４の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンが図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すパターンになるように調節されていればよい。
【００６８】
以下に、アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンについて以下に記載する。
アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の振幅指向性パターンは図１１（ａ）に示すように略無指向性である。
アンテナ素子Ｂ１の位相指向性パターンでは、図１１（ｂ）に示すように、水平面方位角が０°以上４５°以下の範囲及び０°以上２２５°以下３６０°では単調減少、水平面方位角が４５°以上２２５°以下では単調増加である。アンテナ素子Ｂ１の位相指向性パターンは、アンテナ素子Ｂ４の後述する位相指向性パターンを水平面方位角の正の方向に９０°スライドさせたものである。但し、この９０°は、３６０°をアンテナ素子の本数“４”で除算して得られるものである。
【００６９】
アンテナ素子Ｂ２の位相指向性パターンは、アンテナ素子Ｂ１の位相指向性パターンを水平面方位角の正の方向に９０°スライドさせたものである。また、アンテナ素子Ｂ３の位相指向性パターンは、アンテナ素子Ｂ２の位相指向性パターンを水平面方位角の正の方向に９０°スライドさせたものである。更に、アンテナ素子Ｂ４の位相指向性パターンは、アンテナ素子Ｂ３の位相指向性パターンを水平面方位角の正の方向に９０°スライドさせたものである。
【００７０】
つまり、アンテナ素子Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の位相指向性パターンは、反時計回りの１つ前のアンテナ素子Ｂ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の位相指向性パターンを水平面方位角の正の方向に９０度スライドさせたものである。
また、アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の位相指向性パターンでは、水平面方位角φが０°より大きく４５°未満アンテナ素子Ｂ３，Ｂ２，Ｂ４，Ｂ１の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。水平面方位角φが４５°より大きく９０°未満ではアンテナ素子Ｂ３，Ｂ４，Ｂ２，Ｂ１の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。水平面方位角φが９０°より大きく１３５°未満ではアンテナ素子Ｂ４，Ｂ３，Ｂ１，Ｂ２の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。水平面方位角φが１３５°より大きく１８０°未満ではアンテナ素子Ｂ４，Ｂ１，Ｂ３，Ｂ２の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。
【００７１】
水平面方位角φが１８０°より大きく２２５°未満ではアンテナ素子Ｂ１，Ｂ４，Ｂ２，Ｂ３の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。水平面方位角φが２２５°より大きく２７０°未満ではアンテナ素子Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４，Ｂ３の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。水平面方位角φが２７０°より大きく３１５°未満ではアンテナ素子Ｂ２，Ｂ１，Ｂ３，Ｂ４の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。水平面方位角φが３１５°より大きく３６０°未満ではアンテナ素子Ｂ２，Ｂ３，Ｂ１，Ｂ４の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。
【００７２】
つまり、アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の位相指向性パターンでは、遅れた位相で信号が到来するアンテナ素子の位相指向性パターンの位相が、進んだ位相で信号が到来するアンテナ素子の位相指向性パターンの位相より遅れた位相となっている。
≪補足≫
本発明は上記の実施の形態で説明した内容に限定されず、本発明の目的とそれに関連又は付随する目的を達成するためのいかなる形態においても実施可能であり、例えば、以下であってもよい。
【００７３】
（１）上記の第２の実施の形態では、４本のアンテナ素子を正方形の頂点上に配置するとしたが、これに限られるものではなく、例えば、長方形や菱型や平行四辺形など正方形でなくてもよい。
（２−１）アレーアンテナが備えるアンテナ素子間の位相指向性パターンの関係は、上記の第１の実施の形態及びその変形例で説明した関係に限られない。例えば、アレーアンテナが備えるアンテナ素子がＭ（Ｍは２以上の整数）本であり、第ｉ（ｉは１以上Ｍ以下の整数）のアンテナ素子の第ｉの位相指向性パターンと、第ｊ（ｊは１以上Ｍ以下であって、ｉ以外の整数）のアンテナ素子の第ｊの位相指向性パターンとの関係とが次のような関係を満たすものであってもよい。
【００７４】
第ｉの位相指向性パターンと第ｊの位相指向性パターンとは、同一送信源から到来する信号に対して、第ｉのアンテナ素子と第ｊのアンテナ素子の配置に基づき発生する位相差に、第ｉのアンテナ素子と第ｊのアンテナ素子の位相指向性に基づき発生する位相差が加算される関係になるように、設定されていればよい。言い換えると、第ｉの位相指向性パターンと第ｊの位相指向性パターンとは、遅れた位相で信号が到来するアンテナ素子の指向性パターンの位相が、進んだ位相で信号が到来するアンテナ素子の指向性パターンの位相より遅れた位相となるように、設定されていればよい。
【００７５】
また、第ｉ（ｉは１以上Ｍ以下の整数）のアンテナ素子と第ｊ（ｊは１以上Ｍ以下でｉ以外の整数）のアンテナ素子とを通り、第ｉのアンテナ素子から第ｊのアンテナ素子に向かう方向を正方向とする軸に対する角度をφとした場合、φは０°以上３６０°以下とし、０°≦φ＜φＡ１°（φＡ１は９０より小さい所定の値）及びφＢ１°（φＢ１は２７０より大きい所定の値）＜φ≦３６０°では、第ｊのアンテナ素子の第ｊの位相指向性パターンの位相が第ｉのアンテナ素子の第ｉの位相指向性パターンの位相より進み、φＡ２°（φＡ２は９０より大きい所定の値）＜φ＜φＢ２°（φＢ２はφＡ２より大きく２７０より小さい所定の値）では、第ｉの位相指向性パターンの位相が第ｊの位相指向性パターンの位相より進む関係になるように、第ｉ及び第ｊの位相指向性パターンが設定されていればよい。例えば、φＡ１及びφＡ２は略９０であり、φＢ１及びφＢ２は略２７０である。
【００７６】
この場合、各アンテナ素子の位相指向性パターンとして、０°≦φ≦１８０°では単調増加で、１８０°≦φ≦３６０°では単調減少となるパターン、及び０°≦φ≦１８０°では単調減少で、１８０°≦φ≦３６０°では単調増加となるパターンの何れかとして、上記の関係を満たすように各アンテナ素子の位相指向性パターンを設定してもよい。
更に、Ｍ本のアンテナ素子を２本のアンテナ素子の対に分けた場合に、同じ対の２本のアンテナ素子の位相指向性パターンが互いに逆パターンになるように、各アンテナ素子の位相指向性パターンが設定されるようにしてもよい。但し、Ｍが奇数の場合には、１本のアンテナ素子は除かれる。なお、図５（ｂ）、図７の例では、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンは互いに逆パターンになっている。また、図８（ｂ）の例では、アンテナ素子Ａ１，Ａ４の位相指向性パターンは互いに逆パターンになっており、アンテナ素子Ａ２，Ａ３の位相指向性パターンは互いに逆パターンになっている。
【００７７】
（２−２）アレーアンテナが備えるアンテナ素子間の位相指向性パターンの関係は、上記の第２の実施の形態で説明した関係に限られない。例えば、アレーアンテナが備えるアンテナ素子の数がＭ（Ｍは３以上の整数）本であり、各アレーアンテナ素子は、Ｍ角形（頂点の数がＭである多角形）の頂点上に反時計回りに第１、第２、・・・第Ｍのアンテナ素子が配されている場合に、各アンテナ素子の位相指向性パターンは次のような関係を満たすものであってもよい。
【００７８】
第ｉ（ｉは１以上Ｍ以下の整数）のアンテナ素子の第ｉの位相指向性パターンと、第ｊ（ｊは１以上Ｍ以下であって、ｉ以外の整数）のアンテナ素子の第ｊの位相指向性パターンとは、同一送信源から到来する信号に対して、第ｉのアンテナ素子と第ｊのアンテナ素子の配置に基づき発生する位相差に、第ｉのアンテナ素子と第ｊのアンテナ素子の位相指向性に基づき発生する位相差が加算される関係になるように、設定されていればよい。言い換えると、第ｉの位相指向性パターンと第ｊの位相指向性パターンとは、遅れた位相で信号が到来するアンテナ素子の指向性パターンの位相が、進んだ位相で信号が到来するアンテナ素子の指向性パターンの位相より遅れた位相となるように、設定されていればよい。
【００７９】
上記の条件の下、第ｉ（ｉは１以上Ｍ以下の整数）のアンテナ素子の第ｉの位相指向性パターンは、ｉが１の場合には第Ｍのアンテナ素子の第Ｍの位相指向性パターンを、ｉが１以外の場合には第（ｉ−１）のアンテナ素子の第（ｉ−１）の位相指向性パターンを水平面方位角方向にスライドさせるようにしてもよい。この場合、スライドさせる角度を略φとし、φの値は、例えば、３６０°をＭで除算した値（３６０°／Ｍ）としてもよい。
【００８０】
（３）上記の第１の実施の形態では、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の線状導体３３，３５，３７の配置及びバラクタダイオード３４，３６，３８のリアクタンス値の夫々の関係を図４に示すものとしたが、これに限られるものではない。例えば、各アンテナ素子の線状導体の配置及びバラクタダイオードのリアクタンス値の夫々は、各アンテナ素子の位相指向性パターンが上記の第１の実施の形態で説明した関係を満たすように、設定されていればよい。
【００８１】
上記の第２の実施の形態では、アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の線状導体１０３，１０５，１０７，１０９の配置及びバラクタダイオード１０４，１０５，１０８，１１０のリアクタンス値の夫々の関係を図１０に示すものとしたが、これに限られるものではない。例えば、各アンテナ素子の線状導体の配置及びバラクタダイオードのリアクタンス値の夫々は、各アンテナ素子の位相指向性パターンが上記の第２の実施の形態で説明した関係を満たすように、設定されていればよい。
【００８２】
（４）上記の第１の実施の形態では、アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２との間隔が０．２５波長であると記載したが、アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２との間隔は０．２５波長に限られるものではなく、アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２を有するアレーアンテナを搭載する携帯電話機のサイズやアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンを考慮して定めればよい。なお、第１の実施の形態の第１の変形例及び第２の変形例、第２の実施の形態、並びに補足で説明した場合においても、アンテナ素子間の間隔はアレーアンテナを搭載する携帯電話機のサイズや各アンテナ素子の位相指向性パターンを考慮して定めればよい。
【００８３】
（５）上記の第１の実施の形態では、電子制御導波器アンテナは給電素子の周辺のバラクタダイオード付きの線状導体の数が３つであるものを対象としたが、バラクタダイオード付きの線状導体の数はこれに限らず、例えば、２つでも４つ以上であってもよい。
例えば、一のアンテナ素子と他のアンテナ素子とを通り、一のアンテナ素子から他のアンテナ素子に向かう方向を正方向とする軸に対する角度をφとした場合、一のアンテナ素子及び他のアンテナ素子では、バラクタダイオード付きの線状導体の一つは方位角φが９０°の位置に配置され、他のバラクタダイオード付きの線状導体は円周方向に沿って一定間隔で配置されているとする。この場合に、一のアンテナ素子では、方位角φが９０°の位置に配された線状導体から反時計回りに順番に、線状導体に付けられたバラクタダイオードのリアクタンス値をＸ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・とする。これに対して、他のアンテナ素子では、方位角φが９０°の位置に配された線状導体から時計回りに順番に、線状導体に付けられたバラクタダイオードのリアクタンス値をＸ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・とする。なお、一のアンテナ素子の位相指向性パターンが例えば図５（ｂ）、図７に示すアンテナ素子ＲＡ１の位相指向性パターンになるように、リアクタンス値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・が調整される。
【００８４】
（６）上記の第２の実施の形態では、携帯電話機が４つのアンテナ素子を有する場合を対象としたので、給電素子の周辺のバラクタダイオード付きの線状導体が４つであるとした。これに限らず、例えば、次のようなものであってもよい。携帯電話機がＭ（Ｍは３、５以上の整数）本のアンテナ素子を有する場合を対象とし、給電素子の周辺のバラクタダイオード付きの線状導体がＭであるとする。この場合、例えば、各アンテナ素子の各バラクタダイオードのリアクタンス値は、反時計回りの１つ前のアンテナ素子の各バラクタダイオードのリアクタンス値を反時計周りに１つ分回転させるように設定する。なお、携帯電話機が備えるアンテナ素子の本数とアンテナ素子が備えるバラクタダイオード付きの線状導体の本数とが必ずしも一致する必要はない。
【００８５】
（７）上記の実施の形態では、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２に電子制御導波器アンテナを用いているが、これに限らず、位相指向性パターンを調整できるアンテナ素子、例えば切替ダイバーシチアンテナやメタマテリアルアンテナをアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２に用いてもよい。なお、第１の実施の形態の第１の変形例及び第２の変形例、第２の実施の形態、並びに補足で説明したアンテナ素子についても同様である。
【００８６】
（８）上記の実施の形態では、携帯電話機Ｒのアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンが互いに異なるようにしたが、これに限られるものではなく、基地局Ｔのアンテナ素子ＴＡ１，ＴＡ２の位相指向性パターンが互いに異なるようにしてもよい。また、携帯電話機Ｒのアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンが互いに異なり、且つ、基地局Ｔのアンテナ素子ＴＡ１，ＴＡ２の位相指向性パターンが互いに異なるようにしてもよい。なお、基地局Ｔのアンテナ素子ＴＡ１，ＴＡ２の位相指向性パターンの設定方法は、携帯電話機Ｒのアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンの設定方法と実質的に同じである。なお、第１の実施の形態の第１の変形例及び第２の変形例、第２の実施の形態、並びに補足で説明した位相指向性パターンの設定方法を基地局Ｔに適用するようにしてもよい。
【００８７】
（９）上記の実施の形態で説明したアレーアンテナは、基地局と携帯電話機とを例に挙げて説明したが、これに限らず、各種通信機器に適用することが可能である。
（１０）上記の実施の形態で説明したアレーアンテナは、ＭＩＭＯに適用可能である他、例えばＳＩＭＯ（Simple Input Multiple Output）に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、複数のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナに利用可能である。
【符号の説明】
【００８９】
Ｔ 基地局
ＴＡ１，ＴＡ２ アンテナ素子
Ｒ 携帯電話機
ＲＡ１，ＲＡ２ アンテナ素子
１１，１２ フロントエンド部
１３ チャネル推定部
１４ ウェイト生成部
１５ 分離合成部
１６ 復調部
３１ 給電素子
３２ 交流電源
３３，３５，３７ 線状導体
３４，３６，３８ バラクタダイオード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）は、独立した空間伝送路（以下、「チャネル」と言う。）を複数用意することで、同時に同じ帯域で複数のデータストリームを伝送する技術である。なお、ＭＩＭＯはＩＥＥＥ８０２．１１ｎやＩＥＥＥ８０２．１６ｅなどに規格として採用されている。また、ＬＴＥ（Long Term Evolution）などの次世代の広帯域無線通信システムでは２多重を超える多重度のＭＩＭＯも計画されている。
【０００３】
ＭＩＭＯ伝送では、送受信側の双方に複数のアンテナ素子を配置し、送受信側双方のアンテナ素子間隔を複数のチャネルが互いに独立であるとみなせる程度にまで広げる必要がある。これは、チャネルが互いに独立であることによって、各チャネルの最大伝送速度の総和までＭＩＭＯ伝送の伝送速度を向上させることができるためである。
チャネルが互いに独立かどうかを示す指標として空間相関があり（例えば、非特許文献１参照。）、チャネルが互いに独立であればあるほど空間相関は小さい値になる。例えば、２多重で、送信側のアンテナ素子及び受信側のアンテナ素子の夫々が２本の場合の空間相関ρ１２は、チャネル応答ベクトルを夫々下記の式（１），（２）とすると、下記の式（３）で表される。
【０００４】
【数１】
【０００５】
【数２】
【０００６】
【数３】
但し、ｈ１１，ｈ１２，ｈ２１，ｈ２２の夫々はチャネル応答であり（図１参照。）、振幅及び位相を含んだ複素数である。また、正規化後の空間相関は０から１の間の値となる。なお、上添え字Ｔは転置を示し、上添え字Ｈは複素共役転置を示し、上添え字＊は複素共役を示す。
【０００７】
空間相関を下げるためには、ｈ１１とｈ２１との間の位相差、及びｈ１２とｈ２２との間の位相差を大きくする必要があり、そのためにはアンテナ素子間隔を広げる必要があり、例えばアンテナ素子はその間隔が０．５波長になるように配置される。ところで、２．５ＧＨｚ帯を無線通信に使用した場合、２．５ＧＨｚでの０．５波長は６ｃｍであることから、空間相関の劣化を回避するために、２本のアンテナ素子はその間隔が６ｃｍになるように配置される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】田中，大鐘，小川，“アダプティブアレーを用いたSDMA方式におけるチャネル割当基準”，電子情報通信学会論文誌（Ｂ），vol.J82-B，no.11，pp.2133-2141,Nov.1999．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、多重度が増大すればこれに合わせて必要なアンテナ素子の数が増加し、例えば４多重のＭＩＭＯの場合には４本のアンテナ素子が必要になる。このため、例えば４多重のＭＩＭＯを携帯電話機などの通信機器に適用した場合には、通信機器の寸法からくる制約により、４本のアンテナ素子を０．５波長分間隔を空けて配置し難くなることが想定される。
【００１０】
また、２多重の場合であっても、例えば、通信機器の寸法によっては、また、無線通信に利用する帯域によっては、２本のアンテナ素子を０．５波長分間隔を空けて配置することが難しいこともある。
なお、ＭＩＭＯ以外の例えばＳＩＭＯ（Simple Input Multiple Output）などの無線通信においても受信側のアンテナ素子においては同様のことが言える。
【００１１】
そこで、本発明は、アンテナ素子間隔以外のパラメータを利用して空間相関を小さくすることが可能なアレーアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明のアレーアンテナは、Ｍ（Ｍは２以上の整数）本のアンテナ素子を備えるアレーアンテナであって、各前記アンテナ素子は指向性アンテナであり、前記アンテナ素子の位相指向性パターンが互いに異なるように、各アンテナ素子の位相指向性パターンが設定されている。
【発明の効果】
【００１３】
上記のアレーアンテナによれば、アンテナ素子間の位相指向性パターンが互いに異なるため、同じアンテナ素子間隔であっても空間相関を小さくすることができる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態の無線通信システムのシステム構成図。
【図２】図１の携帯電話機の構成図。
【図３】図１のアンテナ素子に用いられる電子制御導波器アンテナの模式図。
【図４】図１のアンテナ素子に用いられる電子制御導波器アンテナのバラクタダイオードのリアクタンス値の関係を示す図。
【図５】（ａ）は図１のアンテナ素子の振幅指向性パターンを示す図であり、（ｂ）はその位相指向性パターンを示す図。
【図６】図１のアンテナ素子Ａ１とアンテナ素子Ａ２との受信信号の位相差を説明するための図。
【図７】アンテナ素子の他の指向性を示す図。
【図８】（ａ）は４本のアンテナ素子の振幅指向性パターンを示す図であり、（ｂ）はその位相指向性パターンを示す図。
【図９】第２の実施の形態の受信装置が備えるアンテナ素子に用いられる電子制御導波器アンテナの模式図。
【図１０】第２の実施の形態の受信装置が備えるアンテナ素子に用いられる電子制御導波器アンテナのバラクタダイオードのリアクタンス値の関係を示す図。
【図１１】（ａ）は第２の実施の形態の受信装置が備えるアンテナ素子の振幅指向性パターンを示す図であり、（ｂ）はその位相指向性パターンを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
≪第１の実施の形態≫
以下、本発明の第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
＜無線通信システム＞
本実施の形態の無線通信システムについて図１を参照しつつ説明する。図１は本実施の形態の無線通信システムのシステム構成図である。
【００１６】
基地局Ｔはアンテナ素子ＴＡ１，ＴＡ２を備え、携帯電話機Ｒはアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２を備える。但し、アンテナ素子ＴＡ１，ＴＡ２によってアレーアンテナが構成され、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２によってアレーアンテナが構成される。
基地局Ｔから携帯電話機Ｒへの無線通信では、図１に示す４つのチャネルが形成され、夫々のチャネル応答を、図１に示すように、ｈ１１，ｈ２１，ｈ１２，ｈ２２で表す。チャネル応答ｈ１１，ｈ２１，ｈ１２，ｈ２２は、夫々、送受信点間の振幅及び位相の変動量を示す複素数であり、それらには送信側及び受信側のアンテナ素子の振幅特性及び位相特性も含まれる。本実施の形態は、チャネル応答ｈ１１とチャネル応答ｈ２１との位相差及びチャネル応答ｈ１２とチャネル応答ｈ２２との位相差を大きくして空間相関を小さくするために、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相特性に異なる指向性を持たせるものである。
【００１７】
以下では、基地局Ｔから携帯電話機Ｒへの下り通信に着目し、更には受信側の携帯電話機Ｒのアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の振幅指向性及び位相指向性に着目して説明する。
＜携帯電話機＞
以下、図１の携帯電話機Ｒの構成について図２を参照しつつ説明する。図２は図１の携帯電話機Ｒの構成図である。
【００１８】
携帯電話機Ｒは、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２、フロントエンド部１１，１２、チャネル推定部１３、ウェイト生成部１４、分離合成部１５及び復調部１６を備える。なお、携帯電話機Ｒは、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２を除いては、一般的な構成を利用でき、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の詳細は後述するものとして、ここでは、各構成要素の概略を説明するに留める。
【００１９】
アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２は、指向性アンテナであり、後述するように可変指向性アンテナの一つである電子制御導波器アンテナが用いられる。但し、アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２とは例えば０．２５波長分間隔を空けて配される。
フロントエンド部１１，１２は、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２で受信されたＲＦ（Radio Frequency）信号に対してゲイン調整や周波数変換などを施して例えばベースバンド帯の受信信号を出力する。
【００２０】
チャネル推定部１３は、フロントエンド部１１，１２から出力される受信信号中のプリアンブルを利用してチャネル応答ｈ１１，ｈ２１，ｈ１２，ｈ２２を推定する。そして、ウェイト生成部１４はチャネル推定部１３により推定されたチャネル応答ｈ１１，ｈ２１，ｈ１２，ｈ２２を用いてウェイトを生成する。なお、ウェイトの生成は、例えば最大比合成（Maximum Ratio Combining：ＭＲＣ）や最小二乗誤差（Minimum Mean Square Error：ＭＭＳＥ）を利用することによって行われる。
【００２１】
分離合成部１５は、フロントエンド部１１，１２から出力される受信信号に対してウェイト生成部１４で生成されたウェイトを用いて重み付けを行うことによって信号の分離及び合成を行い、基地局Ｔから送信された２つの送信信号を推定する。復調部１６は分離合成部１５から出力される２つの送信信号を復調する。
＜アンテナ素子＞
（構造）
図１のアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２に用いられる電子制御導波器アンテナの構造について図３を参照しつつ説明する。図３は図１のアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２に用いられる電子制御導波器アンテナの構造を示す模式図である。
【００２２】
アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２に用いられる電子制御導波器アンテナは素子間電磁結合を利用した可変指向性アンテナである。なお、電子制御導波器アンテナは、例えば、「橋口，程，飯草，TAILLEFER，平田，大平，“無線アドホックネットワーク用エスパアンテナの設計と試作，”電子情報通信学会論文誌（B），vol.J85-B, no.12, pp.2245-2256, Dec. 2002．」に開示されている。
【００２３】
電子制御導波器アンテナは、交流電源３２に接続されたモノポールの給電素子（中央素子）３１の周辺にバラクタダイオード３４，３６，３８付きの線状導体（周辺素子）３３，３５，３７を配置した構造を有する。電子制御導波器アンテナは、バラクタダイオード３４，３６，３８のリアクタンス値を変化させることによって、素子間電磁結合を変化させて指向性パターンを変化させるものである。但し、本実施の形態では、線状導体３３，３５，３７は円周に沿う方向に１２０°（２π／３）間隔で配置されているものとする。
【００２４】
給電素子３１と線状導体３３，３５，３７とは、自由空間中で０．２５波長程度離して配置することが好ましいが、給電素子３１と線状導体３３，３５，３７との間を誘電体３９で埋めることによって、自由空間中に換算して０．０２５波長程度にまで間隔を狭めることが可能である。なお、２．５ＧＨｚ帯を使用する場合には給電素子３１と線状導体３３，３５，３７との間隔は３ｍｍである。
【００２５】
（電子制御導波器アンテナの指向性及び給電素子での受信信号）
図３に構造を示した電子制御導波器アンテナの指向性及び給電素子での受信信号について説明する。
電子制御導波器アンテナの仰角θ且つ方位角φの方向の指向性パターンＤ（θ，φ）は下記の式（４）で表され、仰角θ且つ方位角φの方向からの到来信号に対する給電素子での受信信号ｙ（ｔ）は下記の式（５）で表される。なお、式（４）、（５）において、上添え字Ｔは転置を示す。
【００２６】
【数４】
【００２７】
【数５】
但し、ａ（θ，φ）は電子制御導波器アンテナのモードベクトルであり、下記の式（６）で表される。ｗ（ｘ１，ｘ２，ｘ３）は電子制御導波器アンテナの素子間相互結合を含んだ等価ウェイトベクトルであり、下記の式（７）で表され、ｘ１，ｘ２，ｘ３はバラクタダイオード３４，３６，３８のリアクタンス値である。ｓ（ｔ）は送信信号であり、ｈｓは送信点から電子制御導波器アンテナの給電素子までのチャネル応答（アンテナ素子の指向性を除いたチャネル応答）である。
【００２８】
【数６】
但し、βは伝搬定数（＝２π／λ）、ｄは給電素子と線状導体間の間隔である。
【００２９】
【数７】
但し、ｚｓは送受信機の入出力インピーダンスである。Ｚは給電素子及び線状導体間のインピーダンス行列であり、下記の式（８）で表される。Ｘは送受信機の入出力インピーダンスとバラクタダイオードのリアクタンス値を成分とする対角行列であり、下記の式（９）で表される。ｕ０は単位ベクトルであり、下記の式（１０）で表される。なお、式（１０）において、上添え字Ｔは転置を示す。
【００３０】
【数８】
但し、Ｚの各要素は複素パラメータであり、ｚ００は給電素子の自己入力インピーダンス、ｚ０１は給電素子と線状導体間結合インピーダンス、ｚ１１は線状導体の自己入力インピーダンス、ｚ１２は隣接する線状導体間結合入力インピーダンスである。
【００３１】
【数９】
【００３２】
【数１０】
上記のｗ（ｘ１，ｘ２，ｘ３）はリアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３の関数であるため、ｗ（ｘ１，ｘ２，ｘ３）はリアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３によって変化し、指向性パターンＤ（θ，φ）はリアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３によって変化する（式（４）参照。）。従って、リアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３を調整することによって、所望の指向性パターンＤ（θ，φ）を得ることが可能である。つまり、リアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３を調整することによって、所望の振幅指向性パターンを得ることができ、また、所望の位相指向性パターンを得ることができる。
【００３３】
（電子制御導波器アンテナの指向性の具体例）
本実施の形態で利用するアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の指向性パターンについて図４及び図５を参照しつつ説明する。図４はアンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２のバラクタダイオード３４，３６，３８のリアクタンス値の関係を示す図である。図５（ａ）はアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の振幅指向性パターンを示す図であり、図５（ｂ）はアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンを示す図である。但し、以下において記載する水平面方位角は、上記の（電子制御導波器アンテナの指向性）における方位角φに相当する。
【００３４】
アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２のバラクタダイオード３４，３６，３８が接続された線状導体３３，３５，３７は、水平面方位角φが９０°（π／２），２１０°（７π／６），３３０°（１１π／６）の位置に配されている。
図４に示すように、アンテナ素子ＲＡ１のバラクタダイオード３４、３６、３８のリアクタンス値をｘａ，ｘｂ，ｘｃに設定する（ｘ１＝ｘａ，ｘ２＝ｘｂ，ｘ３＝ｘｃ）。但し、上述したように、バラクタダイオード３４、３６、３８のリアクタンス値を調節することによって所望の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンが得られる。そこで、アンテナ素子ＲＡ１の振幅指向性パターンが図５（ａ）になるように、その位相指向性パターンが図５（ｂ）になるように、バラクタダイオード３４、３６、３８のリアクタンス値を調節し、その結果としてバラクタダイオード３４、３６、３８のリアクタンス値としてｘａ，ｘｂ，ｘｃが得られたとする。
【００３５】
また、アンテナ素子ＲＡ２のバラクタダイオード３４、３６、３８のリアクタンス値をｘａ，ｘｃ，ｘｂに設定する（ｘ１＝ｘａ，ｘ２＝ｘｃ，ｘ３＝ｘｂ）。これによって、アンテナ素子ＲＡ２の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンとして図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すものが得られる。なお、アンテナ素子ＲＡ２のバラクタダイオード３４、３６、３８のリアクタンス値は、アンテナ素子ＲＡ２の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンが図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すパターンになるように調節されていればよい。
【００３６】
以下に、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンについて以下に記載する。
アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の振幅指向性パターンは図５（ａ）に示すように略無指向性である。
図５（ｂ）に示すように、アンテナ素子ＲＡ１の位相指向性パターンでは、位相は水平面方位角φが０°以上１８０°以下の範囲では単調増加、水平面方位角φが１８０°以上３６０°以下の範囲では単調減少である。これに対して、アンテナ素子ＲＡ２の位相指向性パターンでは、位相は水平面方位角φが０°以上１８０°以下の範囲では単調減少、水平面方位角φが１８０°以上３６０°以下の範囲では単調増加である。このように、アンテナ素子ＲＡ１の位相指向性パターンとアンテナ素子ＲＡ２の位相指向性パターンとは逆のパターンになっている。なお、位相指向性パターンを単調増加及び単調減少にすることによって、略全ての方位から到来した電波に対して、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンの相違に起因する位相差を発生させることが可能である。
【００３７】
また、水平面方位角φが０°以上９０°未満及び２７０°より大きく３６０°以下ではアンテナ素子ＲＡ２の位相指向性パターンの位相がアンテナ素子ＲＡ１のそれより進んでおり、水平面方位角φが９０°より大きく２７０°未満ではアンテナ素子ＲＡ１の位相指向性パターンの位相がアンテナ素子ＲＡ２のそれより進んでいる。つまり、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンでは、遅れた位相で信号が到来するアンテナ素子の位相指向性パターンの位相が、進んだ位相で信号が到来するアンテナ素子の位相指向性パターンの位相より遅れた位相となっている。
【００３８】
（アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２との受信信号の位相差）
以下、アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２の受信信号の位相差について図６を参照しつつ説明する。図６はアンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２との受信信号の位相差を説明するための図である。但し、ここでの「受信信号」は、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンによる位相が加味された後の信号である。なお、基地局Ｔは２ストリーム伝送を行うが、何れの場合も同じことが言えるので、ここでは１ストリームのみに着目して説明する。
【００３９】
アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２との間隔をＬとし、水平面方位角φの方向から信号Ａがアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２に到来したとする。アンテナ素子ＲＡ１には、アンテナ素子ＲＡ２より、アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２との配置に起因する距離Ｌｃｏｓφに相当する位相差ｈφ１遅れた信号Ａが到来する（図６（ａ）参照）。
そして、水平面方位角φでは、アンテナ素子ＲＡ１の位相指向性パターンの位相はアンテナＲＡ２のそれよりも位相差ｈφ２遅れている（図６（ｂ）参照。）。
【００４０】
アンテナ素子ＲＡ１によって受信された受信信号は、アンテナ素子ＲＡ２によって受信された受信信号より、アンテナ素子の配置に起因する位相差ｈφ１に位相指向性パターンに起因する位相差ｈφ２が加算された位相差（ｈφ１＋ｈφ２）遅れたものになる（図６（ａ）参照。）。
仮に、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンが無指向性であれば、アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２との間で位相指向性パターンに起因する位相差は生じない。このため、アンテナ素子ＲＡ１によって受信された受信信号は、アンテナ素子ＲＡ２によって受信された受信信号より、アンテナ素子の配置に起因する位相差ｈφ１だけ遅れることになる。
【００４１】
従って、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンを図５（ｂ）のように設定した場合には、アンテナ素子の配置に起因する位相差に位相指向性パターンに起因する位相差が加算されるため、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンが無指向性である場合に比べて、チャネル応答ｈ１１とチャネル応答ｈ２１との位相差及びチャネル応答ｈ１２とチャネル応答ｈ２２との位相差を大きくすることができる。このように、本実施の形態のアレーアンテナは、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の間隔が従来のアレーアンテナと同じであっても、空間相関を小さくすることができる。
【００４２】
（空間相関）
アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２が異なる位相指向性パターンを有する場合の空間相関について説明する。
チャネル応答ｈ（図１のｈ１１，ｈ１２，ｈ２１，ｈ２２）は、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の指向性パターンＤ（θ，φ）と送信点から電子制御導波器アンテナの給電素子までのチャネル応答ｈｓとを乗算した下記の式（１１）で表わされる。なお、式（１１）において、上添え字Ｔは転置を示す。
【００４３】
【数１１】
アンテナ素子ＲＡ１、ＲＡ２に図５（ｂ）に示す逆の位相指向性パターンが与えられた場合の、ＭＩＭＯにおけるアンテナ素子ＴＡ１及びアンテナ素子ＴＡ２に対するチャネル応答ベクトルｈ１，ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ，ｈ２，ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌは、夫々、下記の式（１２）、（１３）で与えられる。なお、式（１２），（１３）において、上添え字Ｔは転置を示す。
【００４４】
【数１２】
【００４５】
【数１３】
但し、ｈ、ｈｓ、θ、φの夫々の下添え字の２つの数字のうちの１つ目の“１”は受信側のアンテナ素子ＲＡ１を、“２”はアンテナ素子ＲＡ２を示し、当該下添え字の２つ目の“１”は送信側のアンテナ素子ＴＡ１を、“２”はアンテナ素子ＴＡ２を示す。ψ１１及びψ１２は、夫々、アンテナ素子ＴＡ１からの信号到来方向に対するアンテナ素子ＲＡ１及びアンテナ素子ＲＡ２の指向性パターンの位相を示す。また、ψ１２及びψ２２は、夫々、アンテナ素子ＴＡ２からの信号到来方向に対するアンテナ素子ＲＡ１及びアンテナ素子ＲＡ２の指向性パターンの位相を示す。なお、指向性パターンの振幅は大きな減衰がない無指向性に近いものであるとしているため、空間相関の計算においては無視できるものとして、チャネル応答ベクトルの要素から省略している。
【００４６】
受信アンテナに指向性アンテナを使用した場合の空間相関ρ１２ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌは下記の式（１４）で表わされる。なお、式（１４）において、上添え字Ｈは複素共役転置を示す。
【００４７】
【数１４】
式（３）と式（１４）とを比較すると、受信側に指向性アンテナを使用し適切な位相指向性パターンを形成することによって、空間相関を低下させることが可能となることが分かる。なお、このことは、受信側のみならず、送信側のみに可変指向性アンテナを使用した場合であっても、また、送受信側双方に可変指向性アンテナを使用した場合であっても同様に成立する。
【００４８】
≪第１の実施の形態の変形例≫
＜第１の変形例＞
上記の第１の実施の形態の携帯電話機Ｒが備えるアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターン（図５（ｂ）参照）の代わりに、携帯電話機が備えるアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２が図７に示すような位相指向性パターンを有するようにする。
【００４９】
＜第２の変形例＞
第２の変形例の携帯電話機は、第１の実施の形態の携帯電話機Ｒと異なり、４本のアンテナ素子Ａ１〜Ａ４を有し、アンテナ素子Ａ１〜Ａ４は図８（ａ）に示す振幅指向性パターン及び図８（ｂ）に示す位相指向性パターンを有する。但し、アンテナ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４はその順番に一直線上に並んでいるとする。
【００５０】
アンテナ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の振幅指向性パターンは、図８（ａ）に示すように、略無指向性に設定されている。
図８（ｂ）に示すように、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の各位相指向性パターンでは、位相は水平面方位角φが０°以上１８０°以下の範囲では単調増加、水平面方位角φが１８０°以上３６０°以下の範囲では単調減少である。これに対して、アンテナ素子Ａ３，Ａ４の位相指向性パターンでは、位相は水平面方位角φが０°以上１８０°以下の範囲では単調減少、水平面方位角φが１８０°以上３６０°以下の範囲では単調増加である。
【００５１】
また、水平面方位角φが０°以上９０°未満及び２７０°より大きく３６０°以下ではアンテナ素子Ａ４，Ａ３，Ａ２，Ａ１の順番で位相指向性パターンの位相が進んでおり、水平面方位角φが９０°より大きく２７０°未満ではアンテナ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。つまり、アンテナ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の位相指向性パターンでは、遅れた位相で信号が到来するアンテナ素子の位相指向性パターンの位相が、進んだ位相で信号が到来するアンテナ素子の位相指向性パターンの位相より遅れた位相となっている。
【００５２】
≪第２の実施の形態≫
以下、本発明の第２の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施の形態の携帯電話機は、第１の実施の形態の第２の変形例と同様に、４本のアンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４を備えているが、アンテナ素子Ｂ１〜アンテナ素子Ｂ４の位相指向性パターンの関係が、第１の実施の形態の第２の変形例のアンテナ素子Ａ１〜アンテナ素子Ａ４の位相指向性パターンの関係（図８（ｂ）参照）と異なる。
【００５３】
＜アンテナ素子＞
本実施の形態のアンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４に用いられる電子制御導波器アンテナの構造について図９を参照しつつ説明する。図９は本実施の形態のアンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４に用いられる電子制御導波器アンテナの構造を示す模式図である。
アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４に用いられる電子制御導波器アンテナは、交流電源１０２に接続されたモノポールの給電素子（中央素子）１０１の周辺にバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０付きの線状導体（周辺素子）１０３，１０５，１０７，１０９を配置した構造を有する。但し、本実施の形態では、線状導体１０３，１０５，１０７，１０９は円周に沿う方向に９０°（π／２）間隔で配置されているものとする。
【００５４】
（電子制御導波器アンテナの指向性及び給電素子での受信信号）
図９に構造を示した電子制御導波器アンテナの指向性及び給電素子での受信信号について説明する。
電子制御導波器アンテナの仰角θ且つ方位角φの方向の指向性パターンＤ（θ，φ）は下記の式（１５）で表され、仰角θ且つ方位角φの方向からの到来信号に対する給電素子での受信信号ｙ（ｔ）は下記の式（１６）で表される。なお、式（１５）、（１６）において、上添え字Ｔは転置を示す。
【００５５】
【数１５】
【００５６】
【数１６】
但し、ａ（θ，φ）は電子制御導波器アンテナのモードベクトルであり、下記の式（１７）で表される。ｗ（ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４）は電子制御導波器アンテナの素子間相互結合を含んだ等価ウェイトベクトルであり、下記の式（１８）で表され、ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４はバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値である。ｓ（ｔ）は送信信号であり、ｈｓは送信点から電子制御導波器アンテナの給電素子までのチャネル応答（アンテナ素子の指向性を除いたチャネル応答）である。
【００５７】
【数１７】
但し、βは伝搬定数（＝２π／λ）、ｄは給電素子と線状導体間の間隔である。
【００５８】
【数１８】
但し、ｚｓは送受信機の入出力インピーダンスである。Ｚは給電素子及び線状導体間のインピーダンス行列であり、下記の式（１９）で表される。Ｘは送受信機の入出力インピーダンスとバラクタダイオードのリアクタンス値を成分とする対角行列であり、下記の式（２０）で表される。ｕ０は単位ベクトルであり、下記の式（２１）で表される。なお、式（２１）において、上添え字Ｔは転置を示す。
【００５９】
【数１９】
但し、Ｚの各要素は複素パラメータであり、ｚ００は給電素子の自己入力インピーダンス、ｚ０１は給電素子と線状導体間結合インピーダンス、ｚ１１は線状導体の自己入力インピーダンス、ｚ１２は隣接する線状導体間結合入力インピーダンスであり、ｚ１３は対角にある線状導体間結合入力インピーダンスである。
【００６０】
【数２０】
【００６１】
【数２１】
上記のｗ（ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４）はリアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４の関数であるため、ｗ（ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４）はリアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４によって変化し、指向性パターンＤ（θ，φ）はリアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４によって変化する（式（１５）参照。）。従って、リアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４を調整することによって、所望の指向性パターンＤ（θ，φ）を得ることが可能である。つまり、リアクタンス値ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４を調整することによって、所望の振幅指向性パターンを得ることができ、また、所望の位相指向性パターンを得ることができる。
【００６２】
（電子制御導波器アンテナの指向性の具体例）
本実施の形態で利用するアンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の指向性パターンについて図１０及び図１１を参照しつつ説明する。図１０はアンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の夫々のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値の関係を示す図である。図１１（ａ）はアンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の振幅指向性パターンを示す図であり、図１１（ｂ）はアンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の位相指向性パターンを示す図である。但し、以下において記載する水平面方位角は、上記の（電子制御導波器アンテナの指向性）における方位角φに相当する。
【００６３】
アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４は、夫々、正方形の頂点上に配され、つまり、水平面方位角φが２２５°（５π／４）、３１５°（７π／４）、４５°（π／４），１３５°（３π／４）の位置に配されている。また、アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０が接続された線状導体１０３，１０５，１０７，１０９は、水平面方位角φが２２５°（５π／４）、３１５°（７π／４）、４５°（π／４），１３５°（３π／４）の位置に配されている。
【００６４】
図１０に示すように、アンテナ素子Ｂ１のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値をｘａ，ｘｂ，ｘｃ，ｘｄに設定する（ｘ１＝ｘａ，ｘ２＝ｘｂ，ｘ３＝ｘｃ，ｘ４＝ｘｄ）。但し、上述したように、バラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値を調節することによって所望の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンが得られる。そこで、アンテナ素子Ｂ１の振幅指向性パターンが図１１（ａ）になるように、その位相指向性パターンが図１１（ｂ）になるように、バラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値を調節し、その結果としてバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値としてｘａ，ｘｂ，ｘｃ，ｘｄが得られたとする。
【００６５】
また、アンテナ素子Ｂ２のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値をｘｄ，ｘａ，ｘｂ，ｘｃに設定する（ｘ１＝ｘｄ，ｘ２＝ｘａ，ｘ３＝ｘｂ，ｘ４＝ｘｃ）。これによって、アンテナ素子Ｂ２の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンとして図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すものが得られる。なお、アンテナ素子Ｂ２のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値は、アンテナ素子Ｂ２の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンが図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すパターンになるように調節されていればよい。
【００６６】
さらに、アンテナ素子Ｂ３のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値をｘｃ，ｘｄ，ｘａ，ｘｂに設定する（ｘ１＝ｘｃ，ｘ２＝ｘｄ，ｘ３＝ｘａ，ｘ４＝ｘｂ）。これによって、アンテナ素子Ｂ３の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンとして図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すものが得られる。なお、アンテナ素子Ｂ３のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値は、アンテナ素子Ｂ３の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンが図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すパターンになるように調節されていればよい。
【００６７】
さらに、アンテナ素子Ｂ４のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値をｘｂ，ｘｃ，ｘｄ，ｘａに設定する（ｘ１＝ｘｂ，ｘ２＝ｘｃ，ｘ３＝ｘｄ，ｘ４＝ｘａ）。これによって、アンテナ素子Ｂ４の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンとして図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すものが得られる。なお、アンテナ素子Ｂ４のバラクタダイオード１０４，１０６，１０８，１１０のリアクタンス値は、アンテナ素子Ｂ４の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンが図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すパターンになるように調節されていればよい。
【００６８】
以下に、アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の振幅指向性パターン及び位相指向性パターンについて以下に記載する。
アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の振幅指向性パターンは図１１（ａ）に示すように略無指向性である。
アンテナ素子Ｂ１の位相指向性パターンでは、図１１（ｂ）に示すように、水平面方位角が０°以上４５°以下の範囲及び０°以上２２５°以下３６０°では単調減少、水平面方位角が４５°以上２２５°以下では単調増加である。アンテナ素子Ｂ１の位相指向性パターンは、アンテナ素子Ｂ４の後述する位相指向性パターンを水平面方位角の正の方向に９０°スライドさせたものである。但し、この９０°は、３６０°をアンテナ素子の本数“４”で除算して得られるものである。
【００６９】
アンテナ素子Ｂ２の位相指向性パターンは、アンテナ素子Ｂ１の位相指向性パターンを水平面方位角の正の方向に９０°スライドさせたものである。また、アンテナ素子Ｂ３の位相指向性パターンは、アンテナ素子Ｂ２の位相指向性パターンを水平面方位角の正の方向に９０°スライドさせたものである。更に、アンテナ素子Ｂ４の位相指向性パターンは、アンテナ素子Ｂ３の位相指向性パターンを水平面方位角の正の方向に９０°スライドさせたものである。
【００７０】
つまり、アンテナ素子Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の位相指向性パターンは、反時計回りの１つ前のアンテナ素子Ｂ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の位相指向性パターンを水平面方位角の正の方向に９０度スライドさせたものである。
また、アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の位相指向性パターンでは、水平面方位角φが０°より大きく４５°未満アンテナ素子Ｂ３，Ｂ２，Ｂ４，Ｂ１の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。水平面方位角φが４５°より大きく９０°未満ではアンテナ素子Ｂ３，Ｂ４，Ｂ２，Ｂ１の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。水平面方位角φが９０°より大きく１３５°未満ではアンテナ素子Ｂ４，Ｂ３，Ｂ１，Ｂ２の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。水平面方位角φが１３５°より大きく１８０°未満ではアンテナ素子Ｂ４，Ｂ１，Ｂ３，Ｂ２の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。
【００７１】
水平面方位角φが１８０°より大きく２２５°未満ではアンテナ素子Ｂ１，Ｂ４，Ｂ２，Ｂ３の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。水平面方位角φが２２５°より大きく２７０°未満ではアンテナ素子Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４，Ｂ３の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。水平面方位角φが２７０°より大きく３１５°未満ではアンテナ素子Ｂ２，Ｂ１，Ｂ３，Ｂ４の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。水平面方位角φが３１５°より大きく３６０°未満ではアンテナ素子Ｂ２，Ｂ３，Ｂ１，Ｂ４の順番で位相指向性パターンの位相が進んでいる。
【００７２】
つまり、アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の位相指向性パターンでは、遅れた位相で信号が到来するアンテナ素子の位相指向性パターンの位相が、進んだ位相で信号が到来するアンテナ素子の位相指向性パターンの位相より遅れた位相となっている。
≪補足≫
本発明は上記の実施の形態で説明した内容に限定されず、本発明の目的とそれに関連又は付随する目的を達成するためのいかなる形態においても実施可能であり、例えば、以下であってもよい。
【００７３】
（１）上記の第２の実施の形態では、４本のアンテナ素子を正方形の頂点上に配置するとしたが、これに限られるものではなく、例えば、長方形や菱型や平行四辺形など正方形でなくてもよい。
（２−１）アレーアンテナが備えるアンテナ素子間の位相指向性パターンの関係は、上記の第１の実施の形態及びその変形例で説明した関係に限られない。例えば、アレーアンテナが備えるアンテナ素子がＭ（Ｍは２以上の整数）本であり、第ｉ（ｉは１以上Ｍ以下の整数）のアンテナ素子の第ｉの位相指向性パターンと、第ｊ（ｊは１以上Ｍ以下であって、ｉ以外の整数）のアンテナ素子の第ｊの位相指向性パターンとの関係とが次のような関係を満たすものであってもよい。
【００７４】
第ｉの位相指向性パターンと第ｊの位相指向性パターンとは、同一送信源から到来する信号に対して、第ｉのアンテナ素子と第ｊのアンテナ素子の配置に基づき発生する位相差に、第ｉのアンテナ素子と第ｊのアンテナ素子の位相指向性に基づき発生する位相差が加算される関係になるように、設定されていればよい。言い換えると、第ｉの位相指向性パターンと第ｊの位相指向性パターンとは、遅れた位相で信号が到来するアンテナ素子の指向性パターンの位相が、進んだ位相で信号が到来するアンテナ素子の指向性パターンの位相より遅れた位相となるように、設定されていればよい。
【００７５】
また、第ｉ（ｉは１以上Ｍ以下の整数）のアンテナ素子と第ｊ（ｊは１以上Ｍ以下でｉ以外の整数）のアンテナ素子とを通り、第ｉのアンテナ素子から第ｊのアンテナ素子に向かう方向を正方向とする軸に対する角度をφとした場合、φは０°以上３６０°以下とし、０°≦φ＜φＡ１°（φＡ１は９０より小さい所定の値）及びφＢ１°（φＢ１は２７０より大きい所定の値）＜φ≦３６０°では、第ｊのアンテナ素子の第ｊの位相指向性パターンの位相が第ｉのアンテナ素子の第ｉの位相指向性パターンの位相より進み、φＡ２°（φＡ２は９０より大きい所定の値）＜φ＜φＢ２°（φＢ２はφＡ２より大きく２７０より小さい所定の値）では、第ｉの位相指向性パターンの位相が第ｊの位相指向性パターンの位相より進む関係になるように、第ｉ及び第ｊの位相指向性パターンが設定されていればよい。例えば、φＡ１及びφＡ２は略９０であり、φＢ１及びφＢ２は略２７０である。
【００７６】
この場合、各アンテナ素子の位相指向性パターンとして、０°≦φ≦１８０°では単調増加で、１８０°≦φ≦３６０°では単調減少となるパターン、及び０°≦φ≦１８０°では単調減少で、１８０°≦φ≦３６０°では単調増加となるパターンの何れかとして、上記の関係を満たすように各アンテナ素子の位相指向性パターンを設定してもよい。
更に、Ｍ本のアンテナ素子を２本のアンテナ素子の対に分けた場合に、同じ対の２本のアンテナ素子の位相指向性パターンが互いに逆パターンになるように、各アンテナ素子の位相指向性パターンが設定されるようにしてもよい。但し、Ｍが奇数の場合には、１本のアンテナ素子は除かれる。なお、図５（ｂ）、図７の例では、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンは互いに逆パターンになっている。また、図８（ｂ）の例では、アンテナ素子Ａ１，Ａ４の位相指向性パターンは互いに逆パターンになっており、アンテナ素子Ａ２，Ａ３の位相指向性パターンは互いに逆パターンになっている。
【００７７】
（２−２）アレーアンテナが備えるアンテナ素子間の位相指向性パターンの関係は、上記の第２の実施の形態で説明した関係に限られない。例えば、アレーアンテナが備えるアンテナ素子の数がＭ（Ｍは３以上の整数）本であり、各アレーアンテナ素子は、Ｍ角形（頂点の数がＭである多角形）の頂点上に反時計回りに第１、第２、・・・第Ｍのアンテナ素子が配されている場合に、各アンテナ素子の位相指向性パターンは次のような関係を満たすものであってもよい。
【００７８】
第ｉ（ｉは１以上Ｍ以下の整数）のアンテナ素子の第ｉの位相指向性パターンと、第ｊ（ｊは１以上Ｍ以下であって、ｉ以外の整数）のアンテナ素子の第ｊの位相指向性パターンとは、同一送信源から到来する信号に対して、第ｉのアンテナ素子と第ｊのアンテナ素子の配置に基づき発生する位相差に、第ｉのアンテナ素子と第ｊのアンテナ素子の位相指向性に基づき発生する位相差が加算される関係になるように、設定されていればよい。言い換えると、第ｉの位相指向性パターンと第ｊの位相指向性パターンとは、遅れた位相で信号が到来するアンテナ素子の指向性パターンの位相が、進んだ位相で信号が到来するアンテナ素子の指向性パターンの位相より遅れた位相となるように、設定されていればよい。
【００７９】
上記の条件の下、第ｉ（ｉは１以上Ｍ以下の整数）のアンテナ素子の第ｉの位相指向性パターンは、ｉが１の場合には第Ｍのアンテナ素子の第Ｍの位相指向性パターンを、ｉが１以外の場合には第（ｉ−１）のアンテナ素子の第（ｉ−１）の位相指向性パターンを水平面方位角方向にスライドさせるようにしてもよい。この場合、スライドさせる角度を略φとし、φの値は、例えば、３６０°をＭで除算した値（３６０°／Ｍ）としてもよい。
【００８０】
（３）上記の第１の実施の形態では、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の線状導体３３，３５，３７の配置及びバラクタダイオード３４，３６，３８のリアクタンス値の夫々の関係を図４に示すものとしたが、これに限られるものではない。例えば、各アンテナ素子の線状導体の配置及びバラクタダイオードのリアクタンス値の夫々は、各アンテナ素子の位相指向性パターンが上記の第１の実施の形態で説明した関係を満たすように、設定されていればよい。
【００８１】
上記の第２の実施の形態では、アンテナ素子Ｂ１〜Ｂ４の線状導体１０３，１０５，１０７，１０９の配置及びバラクタダイオード１０４，１０５，１０８，１１０のリアクタンス値の夫々の関係を図１０に示すものとしたが、これに限られるものではない。例えば、各アンテナ素子の線状導体の配置及びバラクタダイオードのリアクタンス値の夫々は、各アンテナ素子の位相指向性パターンが上記の第２の実施の形態で説明した関係を満たすように、設定されていればよい。
【００８２】
（４）上記の第１の実施の形態では、アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２との間隔が０．２５波長であると記載したが、アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２との間隔は０．２５波長に限られるものではなく、アンテナ素子ＲＡ１とアンテナ素子ＲＡ２を有するアレーアンテナを搭載する携帯電話機のサイズやアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンを考慮して定めればよい。なお、第１の実施の形態の第１の変形例及び第２の変形例、第２の実施の形態、並びに補足で説明した場合においても、アンテナ素子間の間隔はアレーアンテナを搭載する携帯電話機のサイズや各アンテナ素子の位相指向性パターンを考慮して定めればよい。
【００８３】
（５）上記の第１の実施の形態では、電子制御導波器アンテナは給電素子の周辺のバラクタダイオード付きの線状導体の数が３つであるものを対象としたが、バラクタダイオード付きの線状導体の数はこれに限らず、例えば、２つでも４つ以上であってもよい。
例えば、一のアンテナ素子と他のアンテナ素子とを通り、一のアンテナ素子から他のアンテナ素子に向かう方向を正方向とする軸に対する角度をφとした場合、一のアンテナ素子及び他のアンテナ素子では、バラクタダイオード付きの線状導体の一つは方位角φが９０°の位置に配置され、他のバラクタダイオード付きの線状導体は円周方向に沿って一定間隔で配置されているとする。この場合に、一のアンテナ素子では、方位角φが９０°の位置に配された線状導体から反時計回りに順番に、線状導体に付けられたバラクタダイオードのリアクタンス値をＸ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・とする。これに対して、他のアンテナ素子では、方位角φが９０°の位置に配された線状導体から時計回りに順番に、線状導体に付けられたバラクタダイオードのリアクタンス値をＸ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・とする。なお、一のアンテナ素子の位相指向性パターンが例えば図５（ｂ）、図７に示すアンテナ素子ＲＡ１の位相指向性パターンになるように、リアクタンス値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・が調整される。
【００８４】
（６）上記の第２の実施の形態では、携帯電話機が４つのアンテナ素子を有する場合を対象としたので、給電素子の周辺のバラクタダイオード付きの線状導体が４つであるとした。これに限らず、例えば、次のようなものであってもよい。携帯電話機がＭ（Ｍは３、５以上の整数）本のアンテナ素子を有する場合を対象とし、給電素子の周辺のバラクタダイオード付きの線状導体がＭであるとする。この場合、例えば、各アンテナ素子の各バラクタダイオードのリアクタンス値は、反時計回りの１つ前のアンテナ素子の各バラクタダイオードのリアクタンス値を反時計周りに１つ分回転させるように設定する。なお、携帯電話機が備えるアンテナ素子の本数とアンテナ素子が備えるバラクタダイオード付きの線状導体の本数とが必ずしも一致する必要はない。
【００８５】
（７）上記の実施の形態では、アンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２に電子制御導波器アンテナを用いているが、これに限らず、位相指向性パターンを調整できるアンテナ素子、例えば切替ダイバーシチアンテナやメタマテリアルアンテナをアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２に用いてもよい。なお、第１の実施の形態の第１の変形例及び第２の変形例、第２の実施の形態、並びに補足で説明したアンテナ素子についても同様である。
【００８６】
（８）上記の実施の形態では、携帯電話機Ｒのアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンが互いに異なるようにしたが、これに限られるものではなく、基地局Ｔのアンテナ素子ＴＡ１，ＴＡ２の位相指向性パターンが互いに異なるようにしてもよい。また、携帯電話機Ｒのアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンが互いに異なり、且つ、基地局Ｔのアンテナ素子ＴＡ１，ＴＡ２の位相指向性パターンが互いに異なるようにしてもよい。なお、基地局Ｔのアンテナ素子ＴＡ１，ＴＡ２の位相指向性パターンの設定方法は、携帯電話機Ｒのアンテナ素子ＲＡ１，ＲＡ２の位相指向性パターンの設定方法と実質的に同じである。なお、第１の実施の形態の第１の変形例及び第２の変形例、第２の実施の形態、並びに補足で説明した位相指向性パターンの設定方法を基地局Ｔに適用するようにしてもよい。
【００８７】
（９）上記の実施の形態で説明したアレーアンテナは、基地局と携帯電話機とを例に挙げて説明したが、これに限らず、各種通信機器に適用することが可能である。
（１０）上記の実施の形態で説明したアレーアンテナは、ＭＩＭＯに適用可能である他、例えばＳＩＭＯ（Simple Input Multiple Output）に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、複数のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナに利用可能である。
【符号の説明】
【００８９】
Ｔ 基地局
ＴＡ１，ＴＡ２ アンテナ素子
Ｒ 携帯電話機
ＲＡ１，ＲＡ２ アンテナ素子
１１，１２ フロントエンド部
１３ チャネル推定部
１４ ウェイト生成部
１５ 分離合成部
１６ 復調部
３１ 給電素子
３２ 交流電源
３３，３５，３７ 線状導体
３４，３６，３８ バラクタダイオード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ（Ｍは２以上の整数）本のアンテナ素子を備えるアレーアンテナであって、
各前記アンテナ素子は指向性アンテナであり、
前記アンテナ素子の位相指向性パターンが互いに異なるように、各アンテナ素子の位相指向性パターンが設定されている
ことを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項２】
第ｉ（ｉは１以上Ｍ以下の整数）のアンテナ素子の第ｉの位相指向性パターン及び第ｊ（ｊは１以上Ｍ以下でｉ以外の整数）のアンテナ素子の第ｊの位相指向性パターンは、
同一送信源から到来する信号に対して、第ｉ及び第ｊのアンテナ素子の配置に基づき発生する位相差に、第ｉ及び第ｊのアンテナ素子の位相指向性に基づき発生する位相差が加算される関係になるように
設定されている
ことを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【請求項３】
第ｉ（ｉは１以上Ｍ以下の整数）のアンテナ素子と第ｊ（ｊは１以上Ｍ以下でｉ以外の整数）のアンテナ素子とを通り、第ｉのアンテナ素子から第ｊのアンテナ素子に向かう方向を正方向とする軸に対する角度をφとした場合、φは０°以上３６０°以下とし、
０°≦φ＜φＡ１°（φＡ１は９０より小さい所定の値）及びφＢ１°（φＢ１は２７０より大きい所定の値）＜φ≦３６０°では、第ｊのアンテナ素子の第ｊの位相指向性パターンの位相が第ｉのアンテナ素子の第ｉの位相指向性パターンの位相より進み、
φＡ２°（φＡ２は９０より大きい所定の値）＜φ＜φＢ２°（φＢ２はφＡ２より大きく２７０より小さい所定の値）では、第ｉの位相指向性パターンの位相が第ｊの位相指向性パターンの位相より進む
関係になるように
第ｉ及び第ｊの位相指向性パターンが設定されている
ことを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【請求項４】
φＡ１及びφＡ２は略９０であり、φＢ１及びφＢ２は略２７０である
ことを特徴とする請求項３記載のアレーアンテナ。
【請求項５】
各前記アンテナ素子の位相指向性パターンは、
０°≦φ≦１８０°では単調増加で、１８０°≦φ≦３６０°では単調減少となるパターン、及び
０°≦φ≦１８０°では単調減少で、１８０°≦φ≦３６０°では単調増加となるパターンの何れかである
ことを特徴とする請求項３又は請求項４の何れか１項に記載のアレーアンテナ。
【請求項６】
２本のアンテナ素子を対とした場合に、当該２本の前記アンテナ素子の位相指向性パターンが互いに逆パターンになるように、各前記アンテナ素子の位相指向性パターンが設定されている
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載のアレーアンテナ。
【請求項７】
前記Ｍは２であり、
各前記アンテナ素子は、給電素子を備え、その周囲に円周方向に一定間隔で配されたバラクタダイオード付きの線状導体を複数備える電子制御導波器アンテナであり、
各前記アンテナ素子の線状導体の一つは、一のアンテナ素子と他のアンテナ素子とを通り、一のアンテナ素子から他のアンテナ素子に向かう方向を正方向とする軸に対して９０°の位置に配され、
一のアンテナ素子の各バラクタダイオードのリアクタンス値の反時計方向の並びと、他のアンテナ素子のバラクタダイオードのリアクタンス値の時計方向の並びとが等しい
ことを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【請求項８】
前記Ｍ本のアンテナ素子は、Ｍ角形の頂点上に配され、
各前記アンテナ素子の位相指向性パターンは、反時計回りの１つ前の前記アンテナ素子の位相指向性パターンを方位角方向にスライドさせたものである
ことを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ。
【請求項９】
前記スライドさせる角度は、略φであって、
前記φは３６０を前記Ｍで除算した値である
ことを特徴とする請求項８記載のアレーアンテナ。
【請求項１０】
各前記アンテナ素子は、給電素子を備え、その周囲に円周方向に一定間隔で配されたバラクタダイオード付きの線状導体を複数備える電子制御導波器アンテナであり、
各前記アンテナ素子の各バラクタダイオードのリアクタンス値は、反時計回りの１つ前の前記アンテナ素子の各バラクタダイオードのリアクタンス値を反時計周りに１つ分回転させたものである
ことを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【請求項１】
Ｍ（Ｍは２以上の整数）本のアンテナ素子を備えるアレーアンテナであって、
各前記アンテナ素子は指向性アンテナであり、
前記アンテナ素子の位相指向性パターンが互いに異なるように、各アンテナ素子の位相指向性パターンが設定されている
ことを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項２】
第ｉ（ｉは１以上Ｍ以下の整数）のアンテナ素子の第ｉの位相指向性パターン及び第ｊ（ｊは１以上Ｍ以下でｉ以外の整数）のアンテナ素子の第ｊの位相指向性パターンは、
同一送信源から到来する信号に対して、第ｉ及び第ｊのアンテナ素子の配置に基づき発生する位相差に、第ｉ及び第ｊのアンテナ素子の位相指向性に基づき発生する位相差が加算される関係になるように
設定されている
ことを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【請求項３】
第ｉ（ｉは１以上Ｍ以下の整数）のアンテナ素子と第ｊ（ｊは１以上Ｍ以下でｉ以外の整数）のアンテナ素子とを通り、第ｉのアンテナ素子から第ｊのアンテナ素子に向かう方向を正方向とする軸に対する角度をφとした場合、φは０°以上３６０°以下とし、
０°≦φ＜φＡ１°（φＡ１は９０より小さい所定の値）及びφＢ１°（φＢ１は２７０より大きい所定の値）＜φ≦３６０°では、第ｊのアンテナ素子の第ｊの位相指向性パターンの位相が第ｉのアンテナ素子の第ｉの位相指向性パターンの位相より進み、
φＡ２°（φＡ２は９０より大きい所定の値）＜φ＜φＢ２°（φＢ２はφＡ２より大きく２７０より小さい所定の値）では、第ｉの位相指向性パターンの位相が第ｊの位相指向性パターンの位相より進む
関係になるように
第ｉ及び第ｊの位相指向性パターンが設定されている
ことを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【請求項４】
φＡ１及びφＡ２は略９０であり、φＢ１及びφＢ２は略２７０である
ことを特徴とする請求項３記載のアレーアンテナ。
【請求項５】
各前記アンテナ素子の位相指向性パターンは、
０°≦φ≦１８０°では単調増加で、１８０°≦φ≦３６０°では単調減少となるパターン、及び
０°≦φ≦１８０°では単調減少で、１８０°≦φ≦３６０°では単調増加となるパターンの何れかである
ことを特徴とする請求項３又は請求項４の何れか１項に記載のアレーアンテナ。
【請求項６】
２本のアンテナ素子を対とした場合に、当該２本の前記アンテナ素子の位相指向性パターンが互いに逆パターンになるように、各前記アンテナ素子の位相指向性パターンが設定されている
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載のアレーアンテナ。
【請求項７】
前記Ｍは２であり、
各前記アンテナ素子は、給電素子を備え、その周囲に円周方向に一定間隔で配されたバラクタダイオード付きの線状導体を複数備える電子制御導波器アンテナであり、
各前記アンテナ素子の線状導体の一つは、一のアンテナ素子と他のアンテナ素子とを通り、一のアンテナ素子から他のアンテナ素子に向かう方向を正方向とする軸に対して９０°の位置に配され、
一のアンテナ素子の各バラクタダイオードのリアクタンス値の反時計方向の並びと、他のアンテナ素子のバラクタダイオードのリアクタンス値の時計方向の並びとが等しい
ことを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【請求項８】
前記Ｍ本のアンテナ素子は、Ｍ角形の頂点上に配され、
各前記アンテナ素子の位相指向性パターンは、反時計回りの１つ前の前記アンテナ素子の位相指向性パターンを方位角方向にスライドさせたものである
ことを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ。
【請求項９】
前記スライドさせる角度は、略φであって、
前記φは３６０を前記Ｍで除算した値である
ことを特徴とする請求項８記載のアレーアンテナ。
【請求項１０】
各前記アンテナ素子は、給電素子を備え、その周囲に円周方向に一定間隔で配されたバラクタダイオード付きの線状導体を複数備える電子制御導波器アンテナであり、
各前記アンテナ素子の各バラクタダイオードのリアクタンス値は、反時計回りの１つ前の前記アンテナ素子の各バラクタダイオードのリアクタンス値を反時計周りに１つ分回転させたものである
ことを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１５４４８９（Ｐ２０１０−１５４４８９Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４２１０９（Ｐ２００９−４２１０９）
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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