ビームスイッチングアンテナシステム、その制御方法及び制御装置
【課題】周囲環境に応じた最適なアンテナ特性を維持し、最適なビーム指向方向の探索に要する時間及び消費電力を減少させ、アンテナから生じるビーム電磁波を最小化できるビームスイッチングアンテナシステム、その制御装置及び制御方法を提供する。
【解決手段】ビームスイッチングアンテナシステムは、ビームを送受信するアンテナ素子１と、アンテナ素子を囲む誘電体７と、誘電体の外側面に対向する導電性反射板３，６と、導電性反射板に接続された接地スイッチ回路と、を含む。接地スイッチ回路は、基準電圧を発生する基準電圧源と、基準電圧源に接続された接地ライン４と、接地ラインと導電性反射板３，６との間に接続された電気的スイッチ素子５と、スイッチ素子を制御する制御回路と、を含む。導電性反射板は、スイッチ素子の一の端子に接続された一端を有する上部導電性反射板３と、スイッチ素子の他の端子に接続された一端と、接地ラインに接続４された他端と、を有する下部導電性反射板６と、を含む。
【解決手段】ビームスイッチングアンテナシステムは、ビームを送受信するアンテナ素子１と、アンテナ素子を囲む誘電体７と、誘電体の外側面に対向する導電性反射板３，６と、導電性反射板に接続された接地スイッチ回路と、を含む。接地スイッチ回路は、基準電圧を発生する基準電圧源と、基準電圧源に接続された接地ライン４と、接地ラインと導電性反射板３，６との間に接続された電気的スイッチ素子５と、スイッチ素子を制御する制御回路と、を含む。導電性反射板は、スイッチ素子の一の端子に接続された一端を有する上部導電性反射板３と、スイッチ素子の他の端子に接続された一端と、接地ラインに接続４された他端と、を有する下部導電性反射板６と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００３年９月１５日に出願された韓国特許出願第２００３−０６３７８８号、２００３年９月１９日に出願された韓国特許出願第２００３−０６５３０５号、及び２００３年９月１９日に出願された韓国特許出願第２００３−０６５３０６号の優先権の利益を主張するものであり、それら出願は参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、ビームスイッチングアンテナに関し、より詳しくは、周辺環境に応じて最適なアンテナ特性を維持でき、最適なビーム方向を探索するときの所要時間及び消費電力を減少させることができ、及び、アンテナから使用者の頭部方向へ向かって放射されるビームの電磁波を最小化することができるビームスイッチングアンテナシステム、その制御方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、アンテナには、その構造によって、ヤギアンテナ、パラボラアンテナ、ヘリカルアンテナ及び平面アンテナなどの多様な種類があり、そのビームパターンによって、指向性又は全方向性などに分類される。これらのうち、現在の移動通信システムでは、全方向性アンテナが用いられている。
【０００４】
図１は、従来の全方向性アンテナを示した断面図である。図１に示すように、全方向性アンテナは、導電性反射板１３が一般的に備える水平方向表面に対して、１／４波長（λ／４）のモノポール素子１１を垂直に配置した構造である。モノポール素子１１は、給電コネクタ（図示略）を介して給電ライン１２に接続されており、導電性反射板１３は、基準電圧を確定する接地ライン１４を介して接地されている。また、モノポール素子１１は、給電ライン１２からの高周波エネルギーを所定パターンで大気中に放射する電磁波（ビームパターン）に変換し、大気から受信した電磁波を電気信号に変換して給電ライン１２に供給する。受信信号は、移動通信システムの順方向リンクであり、送信信号は、逆方向リンクである。
【０００５】
しかしながら、従来の全方向性アンテナは、その固有の特性として、ビームパターンが無指向性であるため、指向性ビームパターンが要求される周辺環境、使用状態等に適応できないという問題がある。すなわち、特定方向に放射されている送信エネルギーは、多くの場合、他の方向に放射している送信エネルギーよりも大きいか又はそれ未満でなければならないが、従来技術の全方向性アンテナは、送信エネルギーレベルが全方向に略等しいビームパターンを生じるので、幾つかの問題を生じる。
【０００６】
例えば、全方向性アンテナを使用して与えられた距離を送信するのに要求される電力は、指向性ビームを送信するアンテナを使用する場合に要求される電力よりも大きなものとなる。このような大きな電力レベルで逆方向リンクの送信をする場合、データのスルーレートが減衰し、エラー率が増加し、及びセルにおける順方向リンクの通信能力が低下するなど、様々な弊害が生じる。また、携帯モバイル移動通信端末にあっては、使用者頭部の直ぐ側にアンテナがあり、該アンテナから放射される電磁波に懸念を抱く声もある。このような場合に、全方向性アンテナを使用することは、更なる懸念を生じさせることにもなる。さらに、移動通信端末、例えば、移動電話が採用するアンテナ長さは、移動通信端末の美的外観を維持すると共に小型化を容易にするため短いことが望まれ、及び全方向性アンテナのλ／４長さが短くならないように、移動通信端末のオペレーティングバンド（operating band）が固定される。従って、従来技術の全方向性アンテナを移動通信端末の内部に設けようとすると、移動通信端末の小型化が困難になり、その外部にアンテナを取り付けようとすると、美的外観が損なわれることになる。
【０００７】
一方、米国特許第６，１００，８４３号明細書で提案されているような適応指向性アンテナ（adaptive directional antenna）は、要求される特定方向へのビームパターンの方向づけを可能にする。しかし、この適応指向性アンテナは、四角ベースの四隅にそれぞれ配置された４つのアンテナ素子及びその四角ベースの中央に配置された第５のアンテナ素子を含む合計５つのアンテナ素子と、及び、「呼切断」状態が生じた場合に、その間の動作に多大な時間を必要とするセットを用いる各アンテナ素子における送信信号／受信信号の位相を制御する位相器を備えた制御回路と、を含んで構成される。このため、適応指向性アンテナは、そのサイズが大きく、費用がかかり、動作が遅いため、移動通信端末への適用が非実用的である。
【特許文献１】米国特許第６，１００，８４３号明細書
【０００８】
さらに、適応指向性アンテナの動作において、虚円（imaginary circle）が、移動通信端末の回りに引かれ、複数の角度に分割され、及び最適なビーム方向を決定するため、各々角度が探索される。待機（アイドル）時間の間、ビーム方向は、複数の動作ループを通じて、各アンテナ素子の各々の角度毎に、それぞれ決定される。各ループは、パイロット信号の測定、測定情報の保存、及び最適な位相のセッティングなど一連の過程を含んで構成される。また、虚円は、高精度を与えるように、３６０゜の各角度を含んで構成されるが、そのループ動作を完了するためには均一なより長時間が要求される。さらに、逆方向リンク電力を、最適なビーム方向を決定するために探索動作の全体にわたって増加させなければならないため、電力消費量が急増するとともに、全方向性アンテナの弊害を生じるようになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明は、上記のような１以上の従来技術の制限及び弊害を解決するビームスイッチングアンテナシステムを提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明の目的は、周辺環境に応じて最適なアンテナ特性を維持できるビームスイッチングアンテナシステムを提供することにある。
【００１１】
さらに、本発明の他の目的は、アンテナで発生するビームの電磁波が、人体に及ぼす影響を最小化できるビームスイッチングアンテナシステムの制御方法及び制御装置を提供することにある。
【００１２】
さらにまた、本発明の他の目的は、最適なビーム指向方向を探索するために要する時間を最小化して消費電力を減少することができるビームスイッチングアンテナシステムの制御方法及び制御装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の追加の特徴及び有利な効果は、後述の記載、及び、当業者であれば、以下の記載又は本発明の実施から明らかである。また、本発明の目的及び他の有利な効果は、本明細書、特許請求の範囲及び図面の記載から理解及び達成することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムは、ビームを送受信するアンテナ素子と、前記アンテナ素子を囲む誘電体と、前記誘電体の外側面に対向する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に接続された接地スイッチ回路と、を含んで構成されたことを特徴とする。前記接地スイッチ回路は、基準電圧を発生する基準電圧源と、前記基準電圧源に接続された接地ラインと、前記接地ラインと前記少なくとも一つの導電性反射板との間に接続された電気的スイッチ素子と、前記スイッチ素子を制御する制御回路と、を含んで構成されることができる。また、前記少なくとも一つの導電性反射板は、前記スイッチ素子の一の端子に接続された一端を有する上部導電性反射板と、前記スイッチ素子の他の端子に接続された一端と、前記接地ラインに接続された他端と、を有する下部導電性反射板と、を含んで構成される。
【００１５】
また、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法は、ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御方法であって、前記アンテナ素子にビームを形成する段階と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する前記接地スイッチを制御して、前記形成したビームに所定のビームパターンを与える段階と、を含んで構成されたことを特徴とする。前記ビームパターンを与える段階は、前記接地スイッチを選択的に閉じることで実行され、これによって、所望の指向性、幅、及び利得を与えることができる。
【００１６】
また、移動通信端末にイヤホンが接続されているか否かを判定することによって、前記ビームは、前記移動通信端末に前記イヤホンが接続されている場合に、無指向性を有するように制御されるとよい。さらに、前記移動通信端末の動作モードを判定することによって、前記ビームは、トラフィックモードでイヤホンが接続されていない場合は指向性を有するように、アイドルモードでイヤホンが接続されていない場合には無指向性を有するように、制御される。
【００１７】
さらに、本発明では、ビームスイッチングアンテナシステムの制御装置を提供する。これは、ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御装置であって、前記ビームを形成する信号を前記アンテナ素子に供給する信号源と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する前記接地スイッチを制御して、前記形成したビームに所定のビームパターンを与える制御部と、を含んで構成されたことを特徴とする。この場合、制御装置は、前記移動通信端末にイヤホンが接続されるか否かを感知するイヤホン感知回路と、前記移動通信端末の動作モードを判定するモード信号発生回路と、をさらに含んで構成される。
【００１８】
さらにまた、本発明では、ビームスイッチングアンテナシステムの他の制御方法を提供する。これは、ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御方法であって、現在方向のビームパターンで第１信号を受信し、及び無指向性ビームパターンで第２信号を受信するように前記ビームスイッチングアンテナシステムを選択的に構成する段階と、前記第１信号と前記第２信号とを比較する段階と、前記第１信号と前記第２信号との比較結果に基づいて、前記接地スイッチを用いて前記ビームを制御する段階と、を含んで構成されたことを特徴とする。
【００１９】
さらにまた、本発明では、ビームスイッチングアンテナシステムの他の制御方法を提供する。これは、ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御方法であって、無指向性ビームパターンで第１信号を受信し、第１指向ビームパターンで第２信号を受信し、及び、第２指向ビームパターンで第３信号を受信するように、ビームスイッチングアンテナシステムを選択的に構成する段階と、前記受信した各信号を比較する段階と、前記受信した各信号の比較結果に基づいて、前記接地スイッチを用いて前記ビームを制御する段階と、を含んで構成されたことを特徴とする。
【００２０】
さらにまた、本発明では、ビームスイッチングアンテナシステムの他の制御装置を提供する。これは、ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御装置であって、前記制御装置が、受信した信号を比較し、この比較結果に基づいて前記ビームを、前記接地スイッチを用いて制御する制御部をさらに含んで構成され、前記ビームスイッチングアンテナシステムが、現在方向のビームパターンで第１信号を受信し、及び無指向性ビームパターンで第２信号を受信するように、選択的に構成されたことを特徴とする。
【００２１】
さらにまた、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムは、無指向性ビームパターンで第１信号を受信し、第１指向性ビームパターンで第２信号を受信し、第２指向性ビームパターンで第３信号を受信するように、選択的に構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によるアンテナスイッチングシステム、無指向性及び指向性ビームを制御する制御方法及び制御装置は、最適なビーム指向方向を探索する際に、種々の情報を比較し、この比較結果に基づいて、不要な角度の探索が省略される。また、本発明は、探索時間を最小化し、探索時に要する電力消費を減少する。さらに、本発明は、周囲環境に従って指向性又は無指向性を制御するので、周囲環境に応じた最適なアンテナ特性及び電波サービス環境を保証することができる。さらにまた、本発明は、移動通信端末使用者から離れる方向にビームを向けるので、使用者の頭部方向に向かうビームの電磁波を最小化することができる。
【００２３】
本発明の前述の説明及び後述の詳細な説明は、例示、図示及び特許請求の範囲のさらなる説明を提供することを目的としていることが理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の更なる理解のために提供され、本明細書に組み込まれ及び本明細書の一部を構成する添付の図面を、本発明の実施形態の説明と、本発明の原理の説明に用いるために提供する。
【００２５】
以下、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステム、その制御方法及び制御装置の好適な実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。全図にわたって、各要素には、可能な限り同一又は類似の参照符合を用いる。
【００２６】
ビームスイッチングアンテナシステム
【００２７】
図２〜図４を参照して、本発明の一実施形態に係るビームスイッチングアンテナシステムを説明する。モノポール素子１は、全長がλ／４であり、給電コネクタ８を介して給電ライン１２に接続されている。ここで、λは、大気中における放射ビームの波長である。このモノポール素子１は、給電ライン２からの無線周波数エネルギーを所定パターンを有するビームに変換して大気中に放射し、大気中から受信した無線周波数エネルギーを電気信号に変換して給電ライン２に供給する。複数の上部導電性反射板３ａ〜３ｄ及び下部導電性反射板６ａ〜６ｄは、それぞれモノポール素子１と平行に対向して配置されており、誘電体７は、上部導電性反射板３ａ〜３ｄ及び下部導電性反射板６ａ〜６ｄに対向する複数の周囲平面を備えており、モノポール素子１と、上部導電性反射板３ａ〜３ｄ及び下部導電性反射板６ａ〜６ｄとの間に設置されている。加えて、好ましくは、空気の誘電体が、モノポール素子１と誘電体７との間の小空間を占めるとよく、また、他の物質の誘電体が、誘電体７と上部導電性反射板３ａ〜３ｄ及び下部導電性反射板６ａ〜６ｄとの間の小空間を占めるようにしてもよい。図面において、正確なスケールは示してないが、誘電体の厚さは、実質的に、モノポール素子１と、上部導電性反射板３ａ〜３ｄ及び下部導電性反射板６ａ〜６ｄとの間に、λｄ／４の距離を与える。ここで、λｄは、誘電体７における放射ビームの波長である。従って、本発明の好ましい一構成によれば、複数の上部導電性反射板３ａ〜３ｄ及び下部導電性反射板６ａ〜６ｄは、モノポール素子１を囲む誘電体７の４つの周囲平面と対向する。
【００２８】
上部導電性反射板３ａ〜３ｄ及び下部導電性反射板６ａ〜６ｄとの間のそれぞれに対向する各端部は、複数の接地スイッチ５ａ〜５ｄの一の端子と電気的に接続されている。複数の接地スイッチ５ａ〜５ｄは、上部導電性反射板３ａ〜３ｄ及び下部導電性反射板６ａ〜６ｄ（各端部）を直列に接続し、接地切替回路を構成する。この接地切替回路は、基準電圧を発生する基準電圧源と、基準電圧源に接続された接地ライン４と、接地ラインと導電性反射板との間を接続する電気的スイッチ素子（以下で後述）と、電気的スイッチ素子を制御する制御部９（図８参照）と、を含んで構成される。また、接地スイッチ５ａ〜５ｄの他の端子は、接地ライン４を介して接地されており、接地スイッチを閉じると、基準電圧が供給されて、上部導電性反射板３ａ〜３ｄと下部導電性反射板６ａ〜６ｄとの直列接続が完了する。この場合に、閉じた接地スイッチを介して基準電圧が供給される導電性反射板は、所定の指向性を有する放射パターンをビームに伝えるために、そのビームを反射する。このようなビームパターンは、所望の指向性、幅及び利得などの特性を有する。
【００２９】
従って、本発明では、結果として生じる放射パターンは、各導電性反射板が接地されることによって決定され、接地されていない導電性反射板によっては、影響を受けない。選択されていない反射板を原因とする放射パターンの歪みを最小化するために、上部導電性反射板３ａ〜３ｄの長さは、好ましくはλ／８であり、下部導電性反射板６ａ〜６ｄの長さは、好ましくはλ／１６であり、接地スイッチ５ａ〜５ｄの長さは、好ましくはλ／１６であり、接地ライン４の長さは、好ましくはλ／４であるとよい。また、誘電体７の厚さは、好ましくはλｄ／４であるとよいが、基地局又は中継器（repeater）はもちろん、移動通信端末に有利に適用するには、スリム及びコンパクトなアンテナシステムを達成するために、高誘電率のものを使用するか、又は導電性反射板３ａ〜３ｄ、６ａ〜６ｄに対向する表面積を大きくすることによって、その厚さを薄くすることができる。
【００３０】
本発明に係る制御方法又は装置は、基準電圧を、対応する接地ライン４を介して選択された上部導電性反射板３ａ〜３ｄ、下部導電性反射板６ａ〜６ｄ、及び接地スイッチ５ａ〜５ｄに、選択的に供給する。この接地スイッチ５ａ〜５ｄは、対応する接地スイッチの２つの端子間の電流経路を制御する制御回路からの制御信号を受信するトランジスタやダイオード等の電気的スイッチ素子で実現される。このように、接地スイッチ５ａ〜５ｄを、上部導電性反射板５ａ〜５ｄと下部導電性反射板６ａ〜６ｄとの間に設けると、組立時に、下部導電性反射板６ａ〜６ｄと接地ライン４との接続が容易になる。
【００３１】
接地ライン４と、導電性反射板３ａ〜３ｄ，６ａ〜６ｄとの間のインピーダンスマッチングのために、複数のインピーダンスマッチング回路を、接地ライン４と下部導電性反射板６ａ〜６ｄとの間に提供することができる。また、無線周波数エネルギーの損失を最小化するために、インピーダンスマッチング回路を、給電ライン２とモノポール素子１との間に提供することができる。モノポール素子１及び導電性反射板３ａ〜３ｄ，６ａ〜６ｄは、アルミニウム等の金属によって形成される。
【００３２】
図５Ａ〜図５Ｅは、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの他の実施形態をそれぞれ示した図である。図５Ａ〜図５Ｅに示すように、モノポール素子１を囲む誘電体１１７ａ〜１１７ｅの横断面は、正四角形、正三角形、正五角形等の正多角形や、円形で形成することができ、誘電体１１７ａ〜１１７ｅの外側面には、２以上の反射板１１３ａ〜１１３ｗが対称的に設置されている。また、接地スイッチ１１１ａ〜１１１ｗには、それぞれに対応して反射板１１３ａ〜１１３ｗが直列に接続されている。なお、モノポール素子１、誘電体１１７ａ〜１１７ｅ、接地スイッチ１１１ａ〜１１１ｗ及び反射板１１３ａ〜１１３ｗの構成及び制御は、図２〜図４において説明したとおりであるので、その詳細な説明を省略する。
【００３３】
本発明に係る接地スイッチ１１１ａ〜１１１ｗは、以下に説明する本発明に係る制御方法又は制御装置によって、図６Ａ〜図６Ｋに示したように、移動通信端末の動作状態に応じたモノポール素子１から放射されるビーム６０の無指向性又は指向性に基づいて制御される。
【００３４】
図６Ａに示すように、全ての接地スイッチ５ａ〜５ｄが開かれると、ビーム６０は無指向性に形成される。図６Ｂ〜図６Ｋに示すように、接地スイッチ５ａ〜５ｄのうち少なくともいずれかか一つが、１以上の導電性反射板３ａ〜３ｄ、６ａ〜６ｄに基準電圧を供給するために（接地するために）、選択的に閉じられると、ビーム６０の放射パターンは、接地された反射板上で反射され、その選択された反射板とは反対側へ指向される。
【００３５】
また、本発明の一実施形態によるビームスイッチングアンテナシステムは、接地スイッチ５ａ〜５ｄのスイッチング状態を変化させることで、ビーム６０のビーム幅及び利得（振幅）をも制御することができる。例えば、図６Ｅに示すように、接地スイッチ５ａだけを閉じることで達成されるビーム６０の指向性は、接地スイッチ５ａに加えて、接地スイッチ５ｂ、５ｄを閉じることで達成される図６Ｊと同様である。しかし、図６Ｊでは、図６Ｅのように接地スイッチ５ａだけをターンオンした場合のビーム幅に比べて、接地スイッチ５ｃを除く他の接地スイッチ５ａ〜５ｄをターンオンした場合におけるビーム６０のビーム幅は、一層狭くなり、その利得が一層大きくなる。
【００３６】
図７Ａ〜図７Ｃは、接地スイッチ５ａ〜５ｄのスイッチ状態によるビーム６０の結果を示している。図７Ａに示すように、全ての接地スイッチ５ａ〜５ｄが開かれた状態であるとき、モノポール素子１で形成されるビーム６０は無指向性であり、図７ｂ及び図７ｃに示すように、接地スイッチ５ａ〜５ｄのうちいずれか一つの接地スイッチが閉じられた状態になったとき、ビーム６０の指向性は閉じたスイッチとは反対方向へ伝えられる。
【００３７】
ビームスイッチングアンテナシステムの制御方法及び制御装置
【００３８】
以下、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法及び制御装置の好ましい実施形態を説明する。以下の各実施形態では、ビームスイッチングアンテナシステムを、端末に適用した場合をそれぞれ説明するが、同様に基地局に適用することもできる。ここで、ビームを形成又は指向することは、ビームスイッチングアンテナシステムの構成、すなわち、制御部による各接地スイッチの選択的な設定によって達成される。
【００３９】
第１実施形態
図８に示すように、本発明に係るビームスイッチングアンテナの各接地スイッチを制御する制御装置は、イヤホン感知回路５１と、モード（通話状態）信号発生回路５２と、基地局信号受信回路５３と、及び、接地スイッチを選択的に操作する制御信号を発生する上述した制御回路を含んで構成される制御部９と、を含んで構成されている。イヤホン感知回路５１は、イヤホンが移動通信端末に接続されたとき、移動通信端末に接続されたイヤホンを感知して、イヤホン感知データＥｐを発生する。モード信号発生回路５２は、移動通信端末の動作モード、すなわち、発信者と受信者との間に確立されたトラフィックチャネルによるトラフィックモード、又は、トラフィックチャネルが切断されたアイドル（idle）モードで、移動通信端末が動作しているか否かを感知し、及び、その移動通信端末の現在のモードを示すトラフィック／アイドルモードデータＴｒ／Ｉｄを発生する。アンテナシステムのビーム形態は、基地局信号ＲＢの順方向リンク信号の信号受信に基づいて、指向性又は無指向性ビームを発生する基地局信号受信回路５３及び制御部９によって決定される。基地局信号受信回路５３は、アンテナを介して受信された基地局信号ＲＢを制御部９に提供する。この基地局信号ＲＢは、基地局を識別するパイロット信号であるＥｃ／Ｉｏ（Energy of Carrier/Sum of noise）、同期信号Ｓｙｎｃ、ページング信号、トラフィックチャネル信号などを含んで構成される。基地局信号受信回路５３は、全方向から伝わる周波数上の各基地局信号電力の合計を受信するレイク受信機として実現される。
【００４０】
制御部９は、受信した基地局信号ＲＢに基づいて、接地スイッチ５ａ〜５ｄをそれぞれ制御するための各スイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ４を発生する。このスイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ４が接地スイッチ５ａ〜５ｄに供給されて、ビームの指向性又は無指向性が制御される。また、制御部９は、トラフィック品質を最適に維持するために、ハンドオフ時又はトラフィックサービス中にビーム指向方向を探索し、その探索結果によって、アンテナのビームを最適なビーム指向方向に設定する。
【００４１】
各スイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ４は、イヤホン感知データＥｐ及びトラフィック／アイドルモードデータＴｒ／Ｉｄに基づいて発生することもできる。イヤホン接続状態及びトラフィック／アイドルモードによる制御部９の動作を、図９及び図１０を参照して詳細に説明する。図９は、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法の一実施形態であり、図１０は、ビームスイッチングアンテナシステム９１と、イヤホン９２と、を含んで構成された移動通信端末９０を示している。
【００４２】
図８〜図１０に示すように、制御部９は、イヤホン感知回路５１からのイヤホン感知データＥｐ及びモード信号発生回路５２からのトラフィック／アイドルモードデータＴｒ／Ｉｄを受信して、移動通信端末９０の現在の状態を判定する（Ｓ８１）。イヤホン感知データＥｐによってイヤホンが移動通信端末に接続されていると判定した場合（Ｓ８２）、制御部９は、全ての接地スイッチ５ａ〜５ｄを開いて、導電性反射板３ａ〜３ｄに供給される基準電圧を切断し、ビーム６０が無指向性となるように制御する（Ｓ８５）。すなわち、図１０に示すように、イヤホン９２が移動通信端末９０に接続されている場合、そのイヤホン９２で使用者が通話をすると、一般に、移動通信端末９０のビームスイッチングアンテナシステム９１は、使用者の頭部から離れた位置にあるので、前述のように判定する。このように、移動通信端末９０と使用者頭部との間に距離があると、電磁波の強度が距離の自乗に反比例するので、移動通信端末９０のモノポール素子１から発生するビーム６０の電磁波の影響を著しく減少させることができる。従って、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法は、イヤホンが使用されている場合、基地局の方向に関わらず、基地局と移動通信端末９０との間の送受信を容易にするために、ビーム６０のパターンが無指向性となるように制御する。また、Ｓ８２で、イヤホン９２が移動通信端末９０に接続されてないと判定し、トラフィック／アイドルモードデータＴｒ／Ｉｄに従って移動通信端末９０がアイドルモードで動作していると判定した場合（Ｓ８３）、制御部９は、同様に全ての接地スイッチ５ａ〜５ｄを開いて、導電性反射板３ａ〜３ｄに供給される基準電圧を遮断し、ビーム６０が無指向性となるように制御する（Ｓ８５）。これは、移動通信端末９０がアイドルモードで動作している場合、一般に、使用者と移動通信端末機９０との距離は遠ざかっており、使用者が移動通信端末９０に耳を近づけることのない状態とみなされるからである。一方、Ｓ８２段階で、イヤホン９２が移動通信端末９０に接続されていないと判定し、及びトラフィック／アイドルモードデータＴｒ／Ｉｄに従って移動通信端末９０がトラフィックモードで動作している場合、移動通信端末のビームスイッチングアンテナシステム９１が使用者の頭部に近接して放射していると判定する。この場合、制御部９は、図８の接地スイッチ５ａ〜５ｄから選択した特定のスイッチを閉じ、ビーム６０を使用者から遠ざける方向に指向させ、使用者の方向へ直接伝搬するビーム６０の電磁波を最小化する。使用者の方向は、制御部９に保存されている、移動通信端末９０の制御部、スピーカ、及びマイク等の相対的な位置を参照することで決定される。
【００４３】
本発明の原理を適用することによって、導電性反射板５ａ〜５ｄの複数の構成が不要となる。例えば、制御された放射パターンが、ユーザの反対方向、すなわち、ユーザから遠ざかる方向に指向させる場合には、１つの導電性反射板だけが必要とされる。この構成であれば、導電性反射板をユーザに近接する側に配置すればよい。
【００４４】
さらに、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法及び制御装置は、ビームスイッチングが可能なあらゆるアンテナシステムに適用することが可能である。例えば、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法及び制御装置は、複数のアンテナ素子に供給される信号の位相をそれぞれ異ならせ、それらアンテナ素子で形成される多様な角度のビームの合成ビームによってビームに指向性を与えるアンテナシステムにも適用することができる。
【００４５】
第２実施形態
図１１は、図８に示した装置を用いる、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法の他の実施形態を説明するためのフローチャートである。また、図１１に示した実施形態による制御方法を、図１２Ａ〜図１２Ｃと共に説明する。
【００４６】
移動通信端末９０は、図１１に示すように、移動通信端末９０に設置されたビームスイッチングアンテナシステム９１を介して、順方向リンクによって基地局７１，７２から送信された基地局信号ＲＢを受信し、及び移動通信端末９０を基地局７１，７２に同期させるために、初期化過程を実行する（Ｓ９１）。次いで、制御部９は、全方向性モードで接地スイッチ５ａ〜５ｄを制御し、図１２Ａに示すように、無指向性ビームを形成する（Ｓ９２）。このとき、移動通信端末９０のビームスイッチングアンテナシステム９１は、第１基地局７１及び第２基地局７２から送信された全信号を受信する。このように、全方向から、すなわち、全方向性モードで無指向性ビーム６０を使用して、基地局信号ＲＢを受信した後、制御部９は、基地局信号ＲＢの受信特性（例えば、信号強度、ビットエラー率）を検出すると共に、この検出した情報（基地局信号ＲＢの強度及びエラー率）を移動通信端末９０に保存する。そして、全方向で検出して保存した情報（基地局信号ＲＢの強度又はエラー率）と、現在方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度又はエラー率とを比較する（Ｓ９３）。ここで、現在方向とは、初期化前に形成されたビームの方向であり、無指向性ビームの方向又は特定方向に指向されたビームの方向でありうる。現在方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度又はエラー率は、初期化段階前に測定され、その値は移動通信端末９０内のメモリに所定期間の間、保存される。
【００４７】
以下、図１２Ｂに示すように、現在方向を、ビーム６０が第１基地局７１に向かう第１方向であると仮定して説明する。
【００４８】
Ｓ９３段階で、無指向性ビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度が、現在方向、すなわち、第１方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度よりも大きいか、又は、無指向性ビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢのエラー率が、第１方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢのエラー率よりも低い場合、制御部９は、接地スイッチ５ａ〜５ｄを制御し、他方向にビームを形成して基地局信号ＲＢを受信する（Ｓ９４）。ここで、図１２Ｃに示すように、他方向を、ビーム６０が第２基地局７２に向かう第２方向であると仮定する。
【００４９】
Ｓ９３段階で、無指向性ビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度が、第１方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度以下であるか、又は、無指向性ビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢのエラー率が、第１方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢのエラー率以上であると、制御部９は、ビームを現在方向（第１方向）に指向させる（Ｓ９７）。この場合、第１方向、すなわち現在方向が最適なビーム指向方向である。
【００５０】
Ｓ９４段階で、制御部９は、第２方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度及びエラー率を測定する。そして、制御部９は、第２方向で測定された基地局信号ＲＢの強度又はエラー率と、現在方向、すなわち、第１方向で測定された基地局信号ＲＢの強度又はエラー率とを比較する（Ｓ９５）。
【００５１】
Ｓ９５段階で、第２方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度が、第１方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度よりも大きいか、又は、第２方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢのエラー率が、第１方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢのエラー率よりも小さい場合、制御部９は、接地スイッチ５ａ〜５ｄを制御して、第２方向にビームを形成する（Ｓ９６）。この場合、他方向である第２方向は、最適なビーム指向方向である。
【００５２】
一方、Ｓ９５段階で、第２方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度が、第１方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度以下であるか、又は、第２方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢのエラー率が、第１方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢのエラー率以上である場合、制御部９は、接地スイッチ５ａ〜５ｄを制御して、第１方向にビームを形成する（Ｓ９７）。この場合、制御部９は、ハンドオフなどの場合として、接地スイッチ５ａ〜５ｄを制御し、全方向性ビーム、すなわち、無指向性ビームを形成する。このＳ９７段階で形成される第１方向又は無指向性方向は、最適なビーム指向方向である。
【００５３】
Ｓ９６又はＳ９７段階を完了した後、制御部９は、方向探索条件が満たされているか否かを判定する。この方向探索条件は、受信電力レベル、及び、所定の探索時間等が含まれる。探索時間は、アイドルモード又は休止期間（dormant period）に設定することができ、また、移動通信端末９０がトラフィックモードで動作中であっても、探索を開始する周期的な探索基準時間を、例えば５秒に設定することができる。方向探索条件を満足する場合、すなわち、探索時間になるか、又は、受信した基地局信号ＲＢの受信電力レベルが予め設定された基準レベル以下となった場合、制御部９は、Ｓ９２〜Ｓ９７段階を所定の探索サイクルだけ再実行する（Ｓ９８）。
【００５４】
このように、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法は、無指向性のビーム６０を形成して、受信した基地局信号の強度やエラー率を現在方向のものと比較する。この比較の結果、全方向の受信信号の強度が現在方向の受信信号の強度以下であるか、又は、全方向のエラー率が現在方向のエラー率以上であると、現在方向を最適な方向に設定することで、不要な探索時間を省略して、探索時間及び探索時に要する消費電力を減少させる。また、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法は、最小の探索時間で最適なビーム指向方向を設定するので、移動通信端末がトラフィックモードで動作している場合、トラフィック品質を常に最適に維持することができる。
【００５５】
図１３は、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法のさらなる他の実施形態を示したフローチャートである。また、図１３に示した方法を、図１２Ａ〜図１２Ｃに基づいて説明する。
【００５６】
移動通信端末９０は、図１２Ａ〜図１３に示すように、移動通信端末９０に設置されたビームスイッチングアンテナシステム９１を介して、順方向リンクによって基地局７１，７２から送信された基地局信号ＲＢを受信し、及び移動通信端末９０を基地局７１，７２に同期させるために、初期化過程を実行する（Ｓ１１１）。
【００５７】
次いで、制御部９は、全方向性モードで接地スイッチ５ａ〜５ｄを制御し、図１２Ａに示すように、無指向性ビームを形成する（Ｓ１１２）。このとき、移動通信端末９０のビームスイッチングアンテナシステム９１は、第１基地局７１及び第２基地局７２から送信される全ての信号を受信する。このように、無指向性ビーム６０を形成して全方向で基地局信号ＲＢを受信した後、制御部９は、受信した基地局信号ＲＢの強度及びビットエラー率を測定し、この測定した基地局信号ＲＢの強度及びエラー率を保存する。
【００５８】
全方向性モードの動作によって各基地局信号ＲＢを受信した後、制御部９は、接地スイッチ５ａ〜５ｄを制御し、図１２Ｂに示すように、第１方向に指向されるビームを形成した後、図１２Ｃに示すように、第２方向に指向されるビームを形成して、異なる方向の基地局７１，７２からの各基地局信号ＲＢを連続して受信する（Ｓ１１３、Ｓ１１４）。また、制御部９は、第１方向で受信した基地局信号ＲＢの強度及びエラー率を測定・保存し、第２方向で受信した基地局信号ＲＢの強度及びエラー率を測定・保存する。
【００５９】
このように、一旦、各基地局信号ＲＢを、全方向（無指向性方向）、第１方向及び第２方向からそれぞれ受信し、これら基地局信号ＲＢの強度及びエラー率を測定すると、制御部９は、それぞれの方向で各受信信号ＲＢの強度及びエラー率を比較して、最適なビーム方向を設定し、その方向にビーム６０を形成する（Ｓ１１５、Ｓ１１６）。すなわち、制御部９は、全方向（無指向性方向）、第１方向及び第２方向から受信した各基地局信号ＲＢのうち、受信電力の強度が最も大きい方向にビーム６０を形成するか、又は、エラー率が最も小さい方向にビーム６０を形成する。
【００６０】
Ｓ１１５及びＳ１１６段階を完了した後、制御部９は、方向探索条件を満足するか否かを判定する。この方向探索条件は、受信電力レベル、及び、所定の探索時間などが含まれる。探索時間は、アイドルモード又は休止期間に設定することができ、また、移動通信端末９０がトラフィックモードで動作中であっても、探索を開始する周期的な探索基準時間を、例えば５秒に設定することができる。方向探索条件を満足する場合、すなわち、探索時間になるか、又は、受信した基地局信号ＲＢの受信電力レベルが予め設定された基準レベル以下になると、制御部９は、Ｓ１１２〜Ｓ１１６段階を所定の探索サイクルだけ再実行する（Ｓ１１７）。
【００６１】
本発明は、本発明の思想又は技術的範囲内で、当業者によって多様に修正及び変更が可能である。すなわち、本発明は、特許請求の範囲及びそれに均等なものに属する全ての修正及び変更を含むように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来の全方向性アンテナを示した断面図である。
【図２】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの一実施形態を示した分解斜視図である。
【図３】図２に示したビームスイッチングアンテナシステムの断面図である。
【図４】図２に示したビームスイッチングアンテナシステムの平面図である。
【図５Ａ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの一実施形態を示した回路図である。
【図５Ｂ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの一実施形態を示した回路図。
【図５Ｃ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの一実施形態を示した回路図。
【図５Ｄ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの一実施形態を示した回路図。
【図５Ｅ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの一実施形態を示した回路図。
【図６Ａ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｂ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｃ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｄ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｅ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｆ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｇ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｈ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｉ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｊ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｋ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図７Ａ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムであって、接地スイッチのオン／オフ状態に対応するビームパターンのテスト結果を示した図である。
【図７Ｂ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムであって、接地スイッチのオン／オフ状態に対応するビームパターンのテスト結果を示した図。
【図７Ｃ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムであって、接地スイッチのオン／オフ状態に対応するビームパターンのテスト結果を示した図。
【図８】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの接地スイッチを制御する装置を示したブロック構成図である。
【図９】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法の一実施形態を示したフローチャートである。
【図１０】イヤホンが接続された移動通信用端末を示した斜視図である。
【図１１】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法の他の実施形態を示したフローチャートである。
【図１２Ａ】ビーム指向方向の探索時における無指向性ビームパターンを示した図である。
【図１２Ｂ】ビーム指向方向の探索時における第１方向に指向させたビームパターンを示した図。
【図１２Ｃ】ビーム指向方向の探索時における第２方向に指向させたビームパターンを示した図。
【図１３】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法の他の実施形態を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１ モノポール素子
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 上部導電性反射板
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 接地スイッチ
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 下部導電性反射板
７ 誘電体
８ 給電コネクタ
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００３年９月１５日に出願された韓国特許出願第２００３−０６３７８８号、２００３年９月１９日に出願された韓国特許出願第２００３−０６５３０５号、及び２００３年９月１９日に出願された韓国特許出願第２００３−０６５３０６号の優先権の利益を主張するものであり、それら出願は参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、ビームスイッチングアンテナに関し、より詳しくは、周辺環境に応じて最適なアンテナ特性を維持でき、最適なビーム方向を探索するときの所要時間及び消費電力を減少させることができ、及び、アンテナから使用者の頭部方向へ向かって放射されるビームの電磁波を最小化することができるビームスイッチングアンテナシステム、その制御方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、アンテナには、その構造によって、ヤギアンテナ、パラボラアンテナ、ヘリカルアンテナ及び平面アンテナなどの多様な種類があり、そのビームパターンによって、指向性又は全方向性などに分類される。これらのうち、現在の移動通信システムでは、全方向性アンテナが用いられている。
【０００４】
図１は、従来の全方向性アンテナを示した断面図である。図１に示すように、全方向性アンテナは、導電性反射板１３が一般的に備える水平方向表面に対して、１／４波長（λ／４）のモノポール素子１１を垂直に配置した構造である。モノポール素子１１は、給電コネクタ（図示略）を介して給電ライン１２に接続されており、導電性反射板１３は、基準電圧を確定する接地ライン１４を介して接地されている。また、モノポール素子１１は、給電ライン１２からの高周波エネルギーを所定パターンで大気中に放射する電磁波（ビームパターン）に変換し、大気から受信した電磁波を電気信号に変換して給電ライン１２に供給する。受信信号は、移動通信システムの順方向リンクであり、送信信号は、逆方向リンクである。
【０００５】
しかしながら、従来の全方向性アンテナは、その固有の特性として、ビームパターンが無指向性であるため、指向性ビームパターンが要求される周辺環境、使用状態等に適応できないという問題がある。すなわち、特定方向に放射されている送信エネルギーは、多くの場合、他の方向に放射している送信エネルギーよりも大きいか又はそれ未満でなければならないが、従来技術の全方向性アンテナは、送信エネルギーレベルが全方向に略等しいビームパターンを生じるので、幾つかの問題を生じる。
【０００６】
例えば、全方向性アンテナを使用して与えられた距離を送信するのに要求される電力は、指向性ビームを送信するアンテナを使用する場合に要求される電力よりも大きなものとなる。このような大きな電力レベルで逆方向リンクの送信をする場合、データのスルーレートが減衰し、エラー率が増加し、及びセルにおける順方向リンクの通信能力が低下するなど、様々な弊害が生じる。また、携帯モバイル移動通信端末にあっては、使用者頭部の直ぐ側にアンテナがあり、該アンテナから放射される電磁波に懸念を抱く声もある。このような場合に、全方向性アンテナを使用することは、更なる懸念を生じさせることにもなる。さらに、移動通信端末、例えば、移動電話が採用するアンテナ長さは、移動通信端末の美的外観を維持すると共に小型化を容易にするため短いことが望まれ、及び全方向性アンテナのλ／４長さが短くならないように、移動通信端末のオペレーティングバンド（operating band）が固定される。従って、従来技術の全方向性アンテナを移動通信端末の内部に設けようとすると、移動通信端末の小型化が困難になり、その外部にアンテナを取り付けようとすると、美的外観が損なわれることになる。
【０００７】
一方、米国特許第６，１００，８４３号明細書で提案されているような適応指向性アンテナ（adaptive directional antenna）は、要求される特定方向へのビームパターンの方向づけを可能にする。しかし、この適応指向性アンテナは、四角ベースの四隅にそれぞれ配置された４つのアンテナ素子及びその四角ベースの中央に配置された第５のアンテナ素子を含む合計５つのアンテナ素子と、及び、「呼切断」状態が生じた場合に、その間の動作に多大な時間を必要とするセットを用いる各アンテナ素子における送信信号／受信信号の位相を制御する位相器を備えた制御回路と、を含んで構成される。このため、適応指向性アンテナは、そのサイズが大きく、費用がかかり、動作が遅いため、移動通信端末への適用が非実用的である。
【特許文献１】米国特許第６，１００，８４３号明細書
【０００８】
さらに、適応指向性アンテナの動作において、虚円（imaginary circle）が、移動通信端末の回りに引かれ、複数の角度に分割され、及び最適なビーム方向を決定するため、各々角度が探索される。待機（アイドル）時間の間、ビーム方向は、複数の動作ループを通じて、各アンテナ素子の各々の角度毎に、それぞれ決定される。各ループは、パイロット信号の測定、測定情報の保存、及び最適な位相のセッティングなど一連の過程を含んで構成される。また、虚円は、高精度を与えるように、３６０゜の各角度を含んで構成されるが、そのループ動作を完了するためには均一なより長時間が要求される。さらに、逆方向リンク電力を、最適なビーム方向を決定するために探索動作の全体にわたって増加させなければならないため、電力消費量が急増するとともに、全方向性アンテナの弊害を生じるようになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明は、上記のような１以上の従来技術の制限及び弊害を解決するビームスイッチングアンテナシステムを提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明の目的は、周辺環境に応じて最適なアンテナ特性を維持できるビームスイッチングアンテナシステムを提供することにある。
【００１１】
さらに、本発明の他の目的は、アンテナで発生するビームの電磁波が、人体に及ぼす影響を最小化できるビームスイッチングアンテナシステムの制御方法及び制御装置を提供することにある。
【００１２】
さらにまた、本発明の他の目的は、最適なビーム指向方向を探索するために要する時間を最小化して消費電力を減少することができるビームスイッチングアンテナシステムの制御方法及び制御装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の追加の特徴及び有利な効果は、後述の記載、及び、当業者であれば、以下の記載又は本発明の実施から明らかである。また、本発明の目的及び他の有利な効果は、本明細書、特許請求の範囲及び図面の記載から理解及び達成することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムは、ビームを送受信するアンテナ素子と、前記アンテナ素子を囲む誘電体と、前記誘電体の外側面に対向する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に接続された接地スイッチ回路と、を含んで構成されたことを特徴とする。前記接地スイッチ回路は、基準電圧を発生する基準電圧源と、前記基準電圧源に接続された接地ラインと、前記接地ラインと前記少なくとも一つの導電性反射板との間に接続された電気的スイッチ素子と、前記スイッチ素子を制御する制御回路と、を含んで構成されることができる。また、前記少なくとも一つの導電性反射板は、前記スイッチ素子の一の端子に接続された一端を有する上部導電性反射板と、前記スイッチ素子の他の端子に接続された一端と、前記接地ラインに接続された他端と、を有する下部導電性反射板と、を含んで構成される。
【００１５】
また、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法は、ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御方法であって、前記アンテナ素子にビームを形成する段階と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する前記接地スイッチを制御して、前記形成したビームに所定のビームパターンを与える段階と、を含んで構成されたことを特徴とする。前記ビームパターンを与える段階は、前記接地スイッチを選択的に閉じることで実行され、これによって、所望の指向性、幅、及び利得を与えることができる。
【００１６】
また、移動通信端末にイヤホンが接続されているか否かを判定することによって、前記ビームは、前記移動通信端末に前記イヤホンが接続されている場合に、無指向性を有するように制御されるとよい。さらに、前記移動通信端末の動作モードを判定することによって、前記ビームは、トラフィックモードでイヤホンが接続されていない場合は指向性を有するように、アイドルモードでイヤホンが接続されていない場合には無指向性を有するように、制御される。
【００１７】
さらに、本発明では、ビームスイッチングアンテナシステムの制御装置を提供する。これは、ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御装置であって、前記ビームを形成する信号を前記アンテナ素子に供給する信号源と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する前記接地スイッチを制御して、前記形成したビームに所定のビームパターンを与える制御部と、を含んで構成されたことを特徴とする。この場合、制御装置は、前記移動通信端末にイヤホンが接続されるか否かを感知するイヤホン感知回路と、前記移動通信端末の動作モードを判定するモード信号発生回路と、をさらに含んで構成される。
【００１８】
さらにまた、本発明では、ビームスイッチングアンテナシステムの他の制御方法を提供する。これは、ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御方法であって、現在方向のビームパターンで第１信号を受信し、及び無指向性ビームパターンで第２信号を受信するように前記ビームスイッチングアンテナシステムを選択的に構成する段階と、前記第１信号と前記第２信号とを比較する段階と、前記第１信号と前記第２信号との比較結果に基づいて、前記接地スイッチを用いて前記ビームを制御する段階と、を含んで構成されたことを特徴とする。
【００１９】
さらにまた、本発明では、ビームスイッチングアンテナシステムの他の制御方法を提供する。これは、ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御方法であって、無指向性ビームパターンで第１信号を受信し、第１指向ビームパターンで第２信号を受信し、及び、第２指向ビームパターンで第３信号を受信するように、ビームスイッチングアンテナシステムを選択的に構成する段階と、前記受信した各信号を比較する段階と、前記受信した各信号の比較結果に基づいて、前記接地スイッチを用いて前記ビームを制御する段階と、を含んで構成されたことを特徴とする。
【００２０】
さらにまた、本発明では、ビームスイッチングアンテナシステムの他の制御装置を提供する。これは、ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御装置であって、前記制御装置が、受信した信号を比較し、この比較結果に基づいて前記ビームを、前記接地スイッチを用いて制御する制御部をさらに含んで構成され、前記ビームスイッチングアンテナシステムが、現在方向のビームパターンで第１信号を受信し、及び無指向性ビームパターンで第２信号を受信するように、選択的に構成されたことを特徴とする。
【００２１】
さらにまた、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムは、無指向性ビームパターンで第１信号を受信し、第１指向性ビームパターンで第２信号を受信し、第２指向性ビームパターンで第３信号を受信するように、選択的に構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によるアンテナスイッチングシステム、無指向性及び指向性ビームを制御する制御方法及び制御装置は、最適なビーム指向方向を探索する際に、種々の情報を比較し、この比較結果に基づいて、不要な角度の探索が省略される。また、本発明は、探索時間を最小化し、探索時に要する電力消費を減少する。さらに、本発明は、周囲環境に従って指向性又は無指向性を制御するので、周囲環境に応じた最適なアンテナ特性及び電波サービス環境を保証することができる。さらにまた、本発明は、移動通信端末使用者から離れる方向にビームを向けるので、使用者の頭部方向に向かうビームの電磁波を最小化することができる。
【００２３】
本発明の前述の説明及び後述の詳細な説明は、例示、図示及び特許請求の範囲のさらなる説明を提供することを目的としていることが理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の更なる理解のために提供され、本明細書に組み込まれ及び本明細書の一部を構成する添付の図面を、本発明の実施形態の説明と、本発明の原理の説明に用いるために提供する。
【００２５】
以下、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステム、その制御方法及び制御装置の好適な実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。全図にわたって、各要素には、可能な限り同一又は類似の参照符合を用いる。
【００２６】
ビームスイッチングアンテナシステム
【００２７】
図２〜図４を参照して、本発明の一実施形態に係るビームスイッチングアンテナシステムを説明する。モノポール素子１は、全長がλ／４であり、給電コネクタ８を介して給電ライン１２に接続されている。ここで、λは、大気中における放射ビームの波長である。このモノポール素子１は、給電ライン２からの無線周波数エネルギーを所定パターンを有するビームに変換して大気中に放射し、大気中から受信した無線周波数エネルギーを電気信号に変換して給電ライン２に供給する。複数の上部導電性反射板３ａ〜３ｄ及び下部導電性反射板６ａ〜６ｄは、それぞれモノポール素子１と平行に対向して配置されており、誘電体７は、上部導電性反射板３ａ〜３ｄ及び下部導電性反射板６ａ〜６ｄに対向する複数の周囲平面を備えており、モノポール素子１と、上部導電性反射板３ａ〜３ｄ及び下部導電性反射板６ａ〜６ｄとの間に設置されている。加えて、好ましくは、空気の誘電体が、モノポール素子１と誘電体７との間の小空間を占めるとよく、また、他の物質の誘電体が、誘電体７と上部導電性反射板３ａ〜３ｄ及び下部導電性反射板６ａ〜６ｄとの間の小空間を占めるようにしてもよい。図面において、正確なスケールは示してないが、誘電体の厚さは、実質的に、モノポール素子１と、上部導電性反射板３ａ〜３ｄ及び下部導電性反射板６ａ〜６ｄとの間に、λｄ／４の距離を与える。ここで、λｄは、誘電体７における放射ビームの波長である。従って、本発明の好ましい一構成によれば、複数の上部導電性反射板３ａ〜３ｄ及び下部導電性反射板６ａ〜６ｄは、モノポール素子１を囲む誘電体７の４つの周囲平面と対向する。
【００２８】
上部導電性反射板３ａ〜３ｄ及び下部導電性反射板６ａ〜６ｄとの間のそれぞれに対向する各端部は、複数の接地スイッチ５ａ〜５ｄの一の端子と電気的に接続されている。複数の接地スイッチ５ａ〜５ｄは、上部導電性反射板３ａ〜３ｄ及び下部導電性反射板６ａ〜６ｄ（各端部）を直列に接続し、接地切替回路を構成する。この接地切替回路は、基準電圧を発生する基準電圧源と、基準電圧源に接続された接地ライン４と、接地ラインと導電性反射板との間を接続する電気的スイッチ素子（以下で後述）と、電気的スイッチ素子を制御する制御部９（図８参照）と、を含んで構成される。また、接地スイッチ５ａ〜５ｄの他の端子は、接地ライン４を介して接地されており、接地スイッチを閉じると、基準電圧が供給されて、上部導電性反射板３ａ〜３ｄと下部導電性反射板６ａ〜６ｄとの直列接続が完了する。この場合に、閉じた接地スイッチを介して基準電圧が供給される導電性反射板は、所定の指向性を有する放射パターンをビームに伝えるために、そのビームを反射する。このようなビームパターンは、所望の指向性、幅及び利得などの特性を有する。
【００２９】
従って、本発明では、結果として生じる放射パターンは、各導電性反射板が接地されることによって決定され、接地されていない導電性反射板によっては、影響を受けない。選択されていない反射板を原因とする放射パターンの歪みを最小化するために、上部導電性反射板３ａ〜３ｄの長さは、好ましくはλ／８であり、下部導電性反射板６ａ〜６ｄの長さは、好ましくはλ／１６であり、接地スイッチ５ａ〜５ｄの長さは、好ましくはλ／１６であり、接地ライン４の長さは、好ましくはλ／４であるとよい。また、誘電体７の厚さは、好ましくはλｄ／４であるとよいが、基地局又は中継器（repeater）はもちろん、移動通信端末に有利に適用するには、スリム及びコンパクトなアンテナシステムを達成するために、高誘電率のものを使用するか、又は導電性反射板３ａ〜３ｄ、６ａ〜６ｄに対向する表面積を大きくすることによって、その厚さを薄くすることができる。
【００３０】
本発明に係る制御方法又は装置は、基準電圧を、対応する接地ライン４を介して選択された上部導電性反射板３ａ〜３ｄ、下部導電性反射板６ａ〜６ｄ、及び接地スイッチ５ａ〜５ｄに、選択的に供給する。この接地スイッチ５ａ〜５ｄは、対応する接地スイッチの２つの端子間の電流経路を制御する制御回路からの制御信号を受信するトランジスタやダイオード等の電気的スイッチ素子で実現される。このように、接地スイッチ５ａ〜５ｄを、上部導電性反射板５ａ〜５ｄと下部導電性反射板６ａ〜６ｄとの間に設けると、組立時に、下部導電性反射板６ａ〜６ｄと接地ライン４との接続が容易になる。
【００３１】
接地ライン４と、導電性反射板３ａ〜３ｄ，６ａ〜６ｄとの間のインピーダンスマッチングのために、複数のインピーダンスマッチング回路を、接地ライン４と下部導電性反射板６ａ〜６ｄとの間に提供することができる。また、無線周波数エネルギーの損失を最小化するために、インピーダンスマッチング回路を、給電ライン２とモノポール素子１との間に提供することができる。モノポール素子１及び導電性反射板３ａ〜３ｄ，６ａ〜６ｄは、アルミニウム等の金属によって形成される。
【００３２】
図５Ａ〜図５Ｅは、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの他の実施形態をそれぞれ示した図である。図５Ａ〜図５Ｅに示すように、モノポール素子１を囲む誘電体１１７ａ〜１１７ｅの横断面は、正四角形、正三角形、正五角形等の正多角形や、円形で形成することができ、誘電体１１７ａ〜１１７ｅの外側面には、２以上の反射板１１３ａ〜１１３ｗが対称的に設置されている。また、接地スイッチ１１１ａ〜１１１ｗには、それぞれに対応して反射板１１３ａ〜１１３ｗが直列に接続されている。なお、モノポール素子１、誘電体１１７ａ〜１１７ｅ、接地スイッチ１１１ａ〜１１１ｗ及び反射板１１３ａ〜１１３ｗの構成及び制御は、図２〜図４において説明したとおりであるので、その詳細な説明を省略する。
【００３３】
本発明に係る接地スイッチ１１１ａ〜１１１ｗは、以下に説明する本発明に係る制御方法又は制御装置によって、図６Ａ〜図６Ｋに示したように、移動通信端末の動作状態に応じたモノポール素子１から放射されるビーム６０の無指向性又は指向性に基づいて制御される。
【００３４】
図６Ａに示すように、全ての接地スイッチ５ａ〜５ｄが開かれると、ビーム６０は無指向性に形成される。図６Ｂ〜図６Ｋに示すように、接地スイッチ５ａ〜５ｄのうち少なくともいずれかか一つが、１以上の導電性反射板３ａ〜３ｄ、６ａ〜６ｄに基準電圧を供給するために（接地するために）、選択的に閉じられると、ビーム６０の放射パターンは、接地された反射板上で反射され、その選択された反射板とは反対側へ指向される。
【００３５】
また、本発明の一実施形態によるビームスイッチングアンテナシステムは、接地スイッチ５ａ〜５ｄのスイッチング状態を変化させることで、ビーム６０のビーム幅及び利得（振幅）をも制御することができる。例えば、図６Ｅに示すように、接地スイッチ５ａだけを閉じることで達成されるビーム６０の指向性は、接地スイッチ５ａに加えて、接地スイッチ５ｂ、５ｄを閉じることで達成される図６Ｊと同様である。しかし、図６Ｊでは、図６Ｅのように接地スイッチ５ａだけをターンオンした場合のビーム幅に比べて、接地スイッチ５ｃを除く他の接地スイッチ５ａ〜５ｄをターンオンした場合におけるビーム６０のビーム幅は、一層狭くなり、その利得が一層大きくなる。
【００３６】
図７Ａ〜図７Ｃは、接地スイッチ５ａ〜５ｄのスイッチ状態によるビーム６０の結果を示している。図７Ａに示すように、全ての接地スイッチ５ａ〜５ｄが開かれた状態であるとき、モノポール素子１で形成されるビーム６０は無指向性であり、図７ｂ及び図７ｃに示すように、接地スイッチ５ａ〜５ｄのうちいずれか一つの接地スイッチが閉じられた状態になったとき、ビーム６０の指向性は閉じたスイッチとは反対方向へ伝えられる。
【００３７】
ビームスイッチングアンテナシステムの制御方法及び制御装置
【００３８】
以下、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法及び制御装置の好ましい実施形態を説明する。以下の各実施形態では、ビームスイッチングアンテナシステムを、端末に適用した場合をそれぞれ説明するが、同様に基地局に適用することもできる。ここで、ビームを形成又は指向することは、ビームスイッチングアンテナシステムの構成、すなわち、制御部による各接地スイッチの選択的な設定によって達成される。
【００３９】
第１実施形態
図８に示すように、本発明に係るビームスイッチングアンテナの各接地スイッチを制御する制御装置は、イヤホン感知回路５１と、モード（通話状態）信号発生回路５２と、基地局信号受信回路５３と、及び、接地スイッチを選択的に操作する制御信号を発生する上述した制御回路を含んで構成される制御部９と、を含んで構成されている。イヤホン感知回路５１は、イヤホンが移動通信端末に接続されたとき、移動通信端末に接続されたイヤホンを感知して、イヤホン感知データＥｐを発生する。モード信号発生回路５２は、移動通信端末の動作モード、すなわち、発信者と受信者との間に確立されたトラフィックチャネルによるトラフィックモード、又は、トラフィックチャネルが切断されたアイドル（idle）モードで、移動通信端末が動作しているか否かを感知し、及び、その移動通信端末の現在のモードを示すトラフィック／アイドルモードデータＴｒ／Ｉｄを発生する。アンテナシステムのビーム形態は、基地局信号ＲＢの順方向リンク信号の信号受信に基づいて、指向性又は無指向性ビームを発生する基地局信号受信回路５３及び制御部９によって決定される。基地局信号受信回路５３は、アンテナを介して受信された基地局信号ＲＢを制御部９に提供する。この基地局信号ＲＢは、基地局を識別するパイロット信号であるＥｃ／Ｉｏ（Energy of Carrier/Sum of noise）、同期信号Ｓｙｎｃ、ページング信号、トラフィックチャネル信号などを含んで構成される。基地局信号受信回路５３は、全方向から伝わる周波数上の各基地局信号電力の合計を受信するレイク受信機として実現される。
【００４０】
制御部９は、受信した基地局信号ＲＢに基づいて、接地スイッチ５ａ〜５ｄをそれぞれ制御するための各スイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ４を発生する。このスイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ４が接地スイッチ５ａ〜５ｄに供給されて、ビームの指向性又は無指向性が制御される。また、制御部９は、トラフィック品質を最適に維持するために、ハンドオフ時又はトラフィックサービス中にビーム指向方向を探索し、その探索結果によって、アンテナのビームを最適なビーム指向方向に設定する。
【００４１】
各スイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ４は、イヤホン感知データＥｐ及びトラフィック／アイドルモードデータＴｒ／Ｉｄに基づいて発生することもできる。イヤホン接続状態及びトラフィック／アイドルモードによる制御部９の動作を、図９及び図１０を参照して詳細に説明する。図９は、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法の一実施形態であり、図１０は、ビームスイッチングアンテナシステム９１と、イヤホン９２と、を含んで構成された移動通信端末９０を示している。
【００４２】
図８〜図１０に示すように、制御部９は、イヤホン感知回路５１からのイヤホン感知データＥｐ及びモード信号発生回路５２からのトラフィック／アイドルモードデータＴｒ／Ｉｄを受信して、移動通信端末９０の現在の状態を判定する（Ｓ８１）。イヤホン感知データＥｐによってイヤホンが移動通信端末に接続されていると判定した場合（Ｓ８２）、制御部９は、全ての接地スイッチ５ａ〜５ｄを開いて、導電性反射板３ａ〜３ｄに供給される基準電圧を切断し、ビーム６０が無指向性となるように制御する（Ｓ８５）。すなわち、図１０に示すように、イヤホン９２が移動通信端末９０に接続されている場合、そのイヤホン９２で使用者が通話をすると、一般に、移動通信端末９０のビームスイッチングアンテナシステム９１は、使用者の頭部から離れた位置にあるので、前述のように判定する。このように、移動通信端末９０と使用者頭部との間に距離があると、電磁波の強度が距離の自乗に反比例するので、移動通信端末９０のモノポール素子１から発生するビーム６０の電磁波の影響を著しく減少させることができる。従って、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法は、イヤホンが使用されている場合、基地局の方向に関わらず、基地局と移動通信端末９０との間の送受信を容易にするために、ビーム６０のパターンが無指向性となるように制御する。また、Ｓ８２で、イヤホン９２が移動通信端末９０に接続されてないと判定し、トラフィック／アイドルモードデータＴｒ／Ｉｄに従って移動通信端末９０がアイドルモードで動作していると判定した場合（Ｓ８３）、制御部９は、同様に全ての接地スイッチ５ａ〜５ｄを開いて、導電性反射板３ａ〜３ｄに供給される基準電圧を遮断し、ビーム６０が無指向性となるように制御する（Ｓ８５）。これは、移動通信端末９０がアイドルモードで動作している場合、一般に、使用者と移動通信端末機９０との距離は遠ざかっており、使用者が移動通信端末９０に耳を近づけることのない状態とみなされるからである。一方、Ｓ８２段階で、イヤホン９２が移動通信端末９０に接続されていないと判定し、及びトラフィック／アイドルモードデータＴｒ／Ｉｄに従って移動通信端末９０がトラフィックモードで動作している場合、移動通信端末のビームスイッチングアンテナシステム９１が使用者の頭部に近接して放射していると判定する。この場合、制御部９は、図８の接地スイッチ５ａ〜５ｄから選択した特定のスイッチを閉じ、ビーム６０を使用者から遠ざける方向に指向させ、使用者の方向へ直接伝搬するビーム６０の電磁波を最小化する。使用者の方向は、制御部９に保存されている、移動通信端末９０の制御部、スピーカ、及びマイク等の相対的な位置を参照することで決定される。
【００４３】
本発明の原理を適用することによって、導電性反射板５ａ〜５ｄの複数の構成が不要となる。例えば、制御された放射パターンが、ユーザの反対方向、すなわち、ユーザから遠ざかる方向に指向させる場合には、１つの導電性反射板だけが必要とされる。この構成であれば、導電性反射板をユーザに近接する側に配置すればよい。
【００４４】
さらに、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法及び制御装置は、ビームスイッチングが可能なあらゆるアンテナシステムに適用することが可能である。例えば、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法及び制御装置は、複数のアンテナ素子に供給される信号の位相をそれぞれ異ならせ、それらアンテナ素子で形成される多様な角度のビームの合成ビームによってビームに指向性を与えるアンテナシステムにも適用することができる。
【００４５】
第２実施形態
図１１は、図８に示した装置を用いる、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法の他の実施形態を説明するためのフローチャートである。また、図１１に示した実施形態による制御方法を、図１２Ａ〜図１２Ｃと共に説明する。
【００４６】
移動通信端末９０は、図１１に示すように、移動通信端末９０に設置されたビームスイッチングアンテナシステム９１を介して、順方向リンクによって基地局７１，７２から送信された基地局信号ＲＢを受信し、及び移動通信端末９０を基地局７１，７２に同期させるために、初期化過程を実行する（Ｓ９１）。次いで、制御部９は、全方向性モードで接地スイッチ５ａ〜５ｄを制御し、図１２Ａに示すように、無指向性ビームを形成する（Ｓ９２）。このとき、移動通信端末９０のビームスイッチングアンテナシステム９１は、第１基地局７１及び第２基地局７２から送信された全信号を受信する。このように、全方向から、すなわち、全方向性モードで無指向性ビーム６０を使用して、基地局信号ＲＢを受信した後、制御部９は、基地局信号ＲＢの受信特性（例えば、信号強度、ビットエラー率）を検出すると共に、この検出した情報（基地局信号ＲＢの強度及びエラー率）を移動通信端末９０に保存する。そして、全方向で検出して保存した情報（基地局信号ＲＢの強度又はエラー率）と、現在方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度又はエラー率とを比較する（Ｓ９３）。ここで、現在方向とは、初期化前に形成されたビームの方向であり、無指向性ビームの方向又は特定方向に指向されたビームの方向でありうる。現在方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度又はエラー率は、初期化段階前に測定され、その値は移動通信端末９０内のメモリに所定期間の間、保存される。
【００４７】
以下、図１２Ｂに示すように、現在方向を、ビーム６０が第１基地局７１に向かう第１方向であると仮定して説明する。
【００４８】
Ｓ９３段階で、無指向性ビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度が、現在方向、すなわち、第１方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度よりも大きいか、又は、無指向性ビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢのエラー率が、第１方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢのエラー率よりも低い場合、制御部９は、接地スイッチ５ａ〜５ｄを制御し、他方向にビームを形成して基地局信号ＲＢを受信する（Ｓ９４）。ここで、図１２Ｃに示すように、他方向を、ビーム６０が第２基地局７２に向かう第２方向であると仮定する。
【００４９】
Ｓ９３段階で、無指向性ビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度が、第１方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度以下であるか、又は、無指向性ビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢのエラー率が、第１方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢのエラー率以上であると、制御部９は、ビームを現在方向（第１方向）に指向させる（Ｓ９７）。この場合、第１方向、すなわち現在方向が最適なビーム指向方向である。
【００５０】
Ｓ９４段階で、制御部９は、第２方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度及びエラー率を測定する。そして、制御部９は、第２方向で測定された基地局信号ＲＢの強度又はエラー率と、現在方向、すなわち、第１方向で測定された基地局信号ＲＢの強度又はエラー率とを比較する（Ｓ９５）。
【００５１】
Ｓ９５段階で、第２方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度が、第１方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度よりも大きいか、又は、第２方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢのエラー率が、第１方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢのエラー率よりも小さい場合、制御部９は、接地スイッチ５ａ〜５ｄを制御して、第２方向にビームを形成する（Ｓ９６）。この場合、他方向である第２方向は、最適なビーム指向方向である。
【００５２】
一方、Ｓ９５段階で、第２方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度が、第１方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢの強度以下であるか、又は、第２方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢのエラー率が、第１方向のビーム形成時に受信した基地局信号ＲＢのエラー率以上である場合、制御部９は、接地スイッチ５ａ〜５ｄを制御して、第１方向にビームを形成する（Ｓ９７）。この場合、制御部９は、ハンドオフなどの場合として、接地スイッチ５ａ〜５ｄを制御し、全方向性ビーム、すなわち、無指向性ビームを形成する。このＳ９７段階で形成される第１方向又は無指向性方向は、最適なビーム指向方向である。
【００５３】
Ｓ９６又はＳ９７段階を完了した後、制御部９は、方向探索条件が満たされているか否かを判定する。この方向探索条件は、受信電力レベル、及び、所定の探索時間等が含まれる。探索時間は、アイドルモード又は休止期間（dormant period）に設定することができ、また、移動通信端末９０がトラフィックモードで動作中であっても、探索を開始する周期的な探索基準時間を、例えば５秒に設定することができる。方向探索条件を満足する場合、すなわち、探索時間になるか、又は、受信した基地局信号ＲＢの受信電力レベルが予め設定された基準レベル以下となった場合、制御部９は、Ｓ９２〜Ｓ９７段階を所定の探索サイクルだけ再実行する（Ｓ９８）。
【００５４】
このように、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法は、無指向性のビーム６０を形成して、受信した基地局信号の強度やエラー率を現在方向のものと比較する。この比較の結果、全方向の受信信号の強度が現在方向の受信信号の強度以下であるか、又は、全方向のエラー率が現在方向のエラー率以上であると、現在方向を最適な方向に設定することで、不要な探索時間を省略して、探索時間及び探索時に要する消費電力を減少させる。また、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法は、最小の探索時間で最適なビーム指向方向を設定するので、移動通信端末がトラフィックモードで動作している場合、トラフィック品質を常に最適に維持することができる。
【００５５】
図１３は、本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法のさらなる他の実施形態を示したフローチャートである。また、図１３に示した方法を、図１２Ａ〜図１２Ｃに基づいて説明する。
【００５６】
移動通信端末９０は、図１２Ａ〜図１３に示すように、移動通信端末９０に設置されたビームスイッチングアンテナシステム９１を介して、順方向リンクによって基地局７１，７２から送信された基地局信号ＲＢを受信し、及び移動通信端末９０を基地局７１，７２に同期させるために、初期化過程を実行する（Ｓ１１１）。
【００５７】
次いで、制御部９は、全方向性モードで接地スイッチ５ａ〜５ｄを制御し、図１２Ａに示すように、無指向性ビームを形成する（Ｓ１１２）。このとき、移動通信端末９０のビームスイッチングアンテナシステム９１は、第１基地局７１及び第２基地局７２から送信される全ての信号を受信する。このように、無指向性ビーム６０を形成して全方向で基地局信号ＲＢを受信した後、制御部９は、受信した基地局信号ＲＢの強度及びビットエラー率を測定し、この測定した基地局信号ＲＢの強度及びエラー率を保存する。
【００５８】
全方向性モードの動作によって各基地局信号ＲＢを受信した後、制御部９は、接地スイッチ５ａ〜５ｄを制御し、図１２Ｂに示すように、第１方向に指向されるビームを形成した後、図１２Ｃに示すように、第２方向に指向されるビームを形成して、異なる方向の基地局７１，７２からの各基地局信号ＲＢを連続して受信する（Ｓ１１３、Ｓ１１４）。また、制御部９は、第１方向で受信した基地局信号ＲＢの強度及びエラー率を測定・保存し、第２方向で受信した基地局信号ＲＢの強度及びエラー率を測定・保存する。
【００５９】
このように、一旦、各基地局信号ＲＢを、全方向（無指向性方向）、第１方向及び第２方向からそれぞれ受信し、これら基地局信号ＲＢの強度及びエラー率を測定すると、制御部９は、それぞれの方向で各受信信号ＲＢの強度及びエラー率を比較して、最適なビーム方向を設定し、その方向にビーム６０を形成する（Ｓ１１５、Ｓ１１６）。すなわち、制御部９は、全方向（無指向性方向）、第１方向及び第２方向から受信した各基地局信号ＲＢのうち、受信電力の強度が最も大きい方向にビーム６０を形成するか、又は、エラー率が最も小さい方向にビーム６０を形成する。
【００６０】
Ｓ１１５及びＳ１１６段階を完了した後、制御部９は、方向探索条件を満足するか否かを判定する。この方向探索条件は、受信電力レベル、及び、所定の探索時間などが含まれる。探索時間は、アイドルモード又は休止期間に設定することができ、また、移動通信端末９０がトラフィックモードで動作中であっても、探索を開始する周期的な探索基準時間を、例えば５秒に設定することができる。方向探索条件を満足する場合、すなわち、探索時間になるか、又は、受信した基地局信号ＲＢの受信電力レベルが予め設定された基準レベル以下になると、制御部９は、Ｓ１１２〜Ｓ１１６段階を所定の探索サイクルだけ再実行する（Ｓ１１７）。
【００６１】
本発明は、本発明の思想又は技術的範囲内で、当業者によって多様に修正及び変更が可能である。すなわち、本発明は、特許請求の範囲及びそれに均等なものに属する全ての修正及び変更を含むように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来の全方向性アンテナを示した断面図である。
【図２】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの一実施形態を示した分解斜視図である。
【図３】図２に示したビームスイッチングアンテナシステムの断面図である。
【図４】図２に示したビームスイッチングアンテナシステムの平面図である。
【図５Ａ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの一実施形態を示した回路図である。
【図５Ｂ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの一実施形態を示した回路図。
【図５Ｃ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの一実施形態を示した回路図。
【図５Ｄ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの一実施形態を示した回路図。
【図５Ｅ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの一実施形態を示した回路図。
【図６Ａ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｂ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｃ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｄ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｅ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｆ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｇ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｈ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｉ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｊ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図６Ｋ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの回路図であって、接地スイッチのオン／オフによって変化するビームパターンの一実施形態を示した図である。
【図７Ａ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムであって、接地スイッチのオン／オフ状態に対応するビームパターンのテスト結果を示した図である。
【図７Ｂ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムであって、接地スイッチのオン／オフ状態に対応するビームパターンのテスト結果を示した図。
【図７Ｃ】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムであって、接地スイッチのオン／オフ状態に対応するビームパターンのテスト結果を示した図。
【図８】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの接地スイッチを制御する装置を示したブロック構成図である。
【図９】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法の一実施形態を示したフローチャートである。
【図１０】イヤホンが接続された移動通信用端末を示した斜視図である。
【図１１】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法の他の実施形態を示したフローチャートである。
【図１２Ａ】ビーム指向方向の探索時における無指向性ビームパターンを示した図である。
【図１２Ｂ】ビーム指向方向の探索時における第１方向に指向させたビームパターンを示した図。
【図１２Ｃ】ビーム指向方向の探索時における第２方向に指向させたビームパターンを示した図。
【図１３】本発明に係るビームスイッチングアンテナシステムの制御方法の他の実施形態を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１ モノポール素子
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 上部導電性反射板
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 接地スイッチ
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 下部導電性反射板
７ 誘電体
８ 給電コネクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームを送受信するアンテナ素子と、
前記アンテナ素子を囲む誘電体と、
前記誘電体の外側面に対向する少なくとも一つの導電性反射板と、
前記少なくとも一つの導電性反射板に接続された接地スイッチ回路と、
を含んで構成されたことを特徴とするビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項２】
前記接地スイッチ回路は、前記少なくとも一つの導電性反射板を選択的に接地させることを特徴とする請求項１に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項３】
前記アンテナ素子は、その長さがλ／４（λは、大気中における電波の波長）のモノポール素子であることを特徴とする請求項１に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項４】
前記誘電体は、λｄ／４（λｄは、前記誘電体の誘電性における電波の波長）の厚さを有することを特徴とする請求項３に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項５】
前記誘電体の厚さは、誘電率及び前記誘電体が有する面積によって決定されることを特徴とする請求項４に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項６】
前記接地スイッチ回路は、
基準電圧を発生する基準電圧源と、
前記基準電圧源に接続された接地ラインと、
前記接地ラインと前記少なくとも一つの導電性反射板との間に接続された電気的スイッチ素子と、
前記スイッチ素子を制御する制御回路と、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項１に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項７】
前記接地ラインは、λ／４（λは、大気中における電波の波長）の長さを有することを特徴とする請求項６に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項８】
前記少なくとも一つの導電性反射板は、
前記スイッチ素子の一の端子に接続された一端を有する上部導電性反射板と、
前記スイッチ素子の他の端子に接続された一端と、前記接地ラインに接続された他端と、を有する下部導電性反射板と、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項６に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項９】
前記上部導電性反射板は、λ／８（λは、大気中における電波の波長）の長さを有することを特徴とする請求項８に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項１０】
前記下部導電性反射板は、λ／１６（λは、大気中における電波の波長）の長さを有することを特徴とする請求項８に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項１１】
前記誘電体が、少なくとも３つの周囲平面を含んで構成されたことを特徴とする請求項１に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項１２】
前記ビームスイッチングアンテナシステムは、移動通信端末、基地局及び中継器のうち少なくともいずれか一つに設置されることを特徴とする請求項１に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項１３】
ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御方法であって、
前記アンテナ素子にビームを形成する段階と、
前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する前記接地スイッチを制御するして、前記形成したビームに所定のビームパターンを与える段階と、
を含んで構成されたことを特徴とするビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項１４】
前記ビームパターンを与える段階は、
前記接地スイッチを選択的に閉じることで実行されることを特徴とする請求項１３に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項１５】
ビームを形成する段階と、
移動通信端末にイヤホンが接続されているか否かを判定する段階と、
前記移動通信端末に前記イヤホンが接続されている場合に、前記形成したビームが無指向性を有するように制御する段階と、
を含んで構成されたことを特徴とする移動通信端末のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項１６】
前記移動通信端末の動作モードを判定する段階と、
前記移動通信端末がトラフィックモードで動作していると判定した場合に、前記ビームが指向性を有するように制御し、前記移動通信端末がアイドルモードで動作していると判定した場合には、前記ビームが無指向性を有するように制御する段階と、
をさらに含んで構成されたことを特徴とする請求項１５に記載の移動通信端末のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項１７】
前記移動通信端末に前記イヤホンが接続されておらず、且つ前記移動通信端末がトラフィックモードで動作していると判定した場合に、前記ビームが指向性を有するように制御する段階をさらに含んで構成されたことを特徴とする請求項１６に記載の移動通信端末のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項１８】
前記移動通信端末に前記イヤホンが接続されておらず、且つ前記移動通信端末がアイドルモードで動作していると判定した場合に、前記ビームが無指向性を有するように制御する段階をさらに含んで構成されたことを特徴とする請求項１６に記載の移動通信端末のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項１９】
前記ビームが指向性を有するように制御する場合、前記ビームを、前記移動通信端末の使用者から離れる方向に指向させることを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の移動通信端末のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項２０】
ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御装置であって、
前記ビームを形成する信号を前記アンテナ素子に供給する信号源と、
前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する前記接地スイッチを制御して、前記形成したビームに所定のビームパターンを与える制御部と、
を含んで構成されたことを特徴とするビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項２１】
前記制御部は、前記接地スイッチを選択的に閉じることを特徴とする請求項２０に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項２２】
前記ビームスイッチングアンテナシステムが、移動通信端末に設置されることを特徴とする請求項２０に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項２３】
前記移動通信端末にイヤホンが接続されるか否かを感知するイヤホン感知回路と、
前記移動通信端末の動作モードを判定するモード信号発生回路と、
をさらに含んで構成されたことを特徴とする請求項２２に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項２４】
前記制御部は、
前記移動通信端末にイヤホンが接続されていると判定した場合に、前記ビームが無指向性を有するように制御することを特徴とする請求項２３に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項２５】
前記制御部は、
前記移動通信端末がトラフィックモードで動作していると判定した場合に、前記ビームが指向性を有するように制御し、前記移動通信端末がアイドルモードで動作していると判定した場合には、前記ビームが無指向性を有するように制御することを特徴とする請求項２３に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項２６】
前記制御部は、
前記移動通信端末に前記イヤホンが接続されておらず、且つ前記移動通信端末がトラフィックモードで動作していると判定した場合に、前記ビームが指向性を有するように制御し、前記移動通信端末に前記イヤホンが接続されておらず、且つ前記移動通信端末がアイドルモードで動作していると判定した場合には、前記ビームが無指向性を有するように制御することを特徴とする請求項２３に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項２７】
前記制御部は、ビームが指向性を有するように制御する場合、前記移動通信端末の使用者から離れる方向に前記ビームを指向させることを特徴とする請求項２５又は請求項２６に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項２８】
ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御方法であって、
現在方向のビームパターンで第１信号を受信し、及び無指向性ビームパターンで第２信号を受信するように前記ビームスイッチングアンテナシステムを選択的に構成する段階と、
前記第１信号と前記第２信号とを比較する段階と、
前記第１信号と前記第２信号との比較結果に基づいて、前記接地スイッチを用いて前記ビームを制御する段階と、
を含んで構成されたことを特徴とするビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項２９】
前記第１信号と前記第２信号とを比較する段階は、前記第１信号及び前記第２信号から検出した受信特性を比較することによって実行され、
前記第１信号から検出した受信特性が前記第２信号から検出した受信特性よりも悪い状態でない場合に、前記ビームを前記現在方向に指向させることを特徴とする請求項２８に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３０】
前記第１信号と前記第２信号とを比較する段階は、
前記第２信号から検出した受信特性が前記第１信号から検出した受信特性よりも良い状態である場合に、前記ビームを前記現在方向とは異なる方向に指向させて第３信号を受信するように、前記ビームスイッチングアンテナシステムを選択的に構成する段階と、
前記第１信号と前記第３信号とを比較する段階と、
前記第１信号と前記第３信号との比較結果に基づいて前記ビームを制御する段階と、
をさらに含んで構成されたことを特徴とする請求項２９に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３１】
前記第１信号と前記第３信号とを比較する段階は、
前記第１信号及び前記第３信号から検出した受信特性を比較することによって実行され、
前記第１信号から検出した受信特性が前記第３信号から受信した受信特性よりも悪い状態でない場合に、前記ビームが無指向性を有するように設定されることを特徴とする請求項３０に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３２】
前記第１信号と前記第３信号とを比較する段階は、
前記第１信号及び前記第３信号から検出した受信特性を比較することによって実行され、
前記第１信号から検出した受信特性が前記第３信号から受信した受信特性よりも悪い状態でない場合に、前記ビームを前記現在方向に指向させることを特徴とする請求項３０に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３３】
前記第３信号から検出した受信特性が前記第１信号から検出した受信特性よりも良い状態である場合に、前記ビームを前記現在方向とは異なる方向に指向させることを特徴とする請求項３２に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３４】
前記検出した受信特性が、前記受信した信号の信号強度であることを特徴とする請求項２９〜請求項３２のいずれか１項に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３５】
前記検出した受信特性が、前記受信した信号のエラー率であることを特徴とする請求項２９〜請求項３２のいずれか１項に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３６】
所定の探索サイクルが用いられることを特徴とする請求項２８〜請求項３０のいずれか１項に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３７】
それぞれ受信した信号の信号レベルを基準信号レベルと比較する段階と、
それぞれ受信した前記信号レベルが前記基準信号レベルよりも大きくない場合に、前記所定サイクルを実行する段階と、
をさらに含んで構成されたことを特徴とする請求項３６に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３８】
ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御方法であって、
無指向性ビームパターンで第１信号を受信し、第１指向ビームパターンで第２信号を受信し、及び、第２指向ビームパターンで第３信号を受信するように、前記ビームスイッチングアンテナシステムを選択的に構成する段階と、
前記受信した各信号を比較する段階と、
前記受信した各信号の比較に基づいて、前記接地スイッチを用いて前記ビームを制御する段階と、
を含んで構成されたことを特徴とするビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３９】
前記比較する段階は、
前記受信した各信号の測定した強度を比較することによって実行され、
前記ビームが、最高の強度を有する前記受信した信号に対応する方向を有するように制御されることを特徴とする請求項３８に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項４０】
前記比較する段階は、
前記受信した各信号の測定したエラー率を比較することによって実行され、
前記ビームが、最も低いエラー率を有する前記受信した信号に対応する方向を有するように制御されることを特徴とする請求項３８に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項４１】
ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御装置であって、
前記制御装置が、第１信号と第２信号とを比較し、この比較結果に基づいて、前記ビームを、前記接地スイッチを用いて制御する制御部をさらに含んで構成され、
前記ビームスイッチングアンテナシステムが、現在方向のビームパターンで第１信号を受信し、及び無指向性ビームパターンで第２信号を受信するように、選択的に構成されたことを特徴とするビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項４２】
前記制御部は、
前記第１信号及び前記第２信号から検出した受信特性を比較し、前記第１信号から検出した受信特性が前記第２信号から検出した受信特性よりも悪い状態でない場合に、ビームの指向方向を前記現在方向に設定することを特徴とする請求項４１に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項４３】
前記制御部は、
前記第２信号から検出した受信特性が前記第１信号から受信した信号特性よりも良い状態である場合に、前記ビームを現在方向とは異なる方向に指向させて第３信号を受信し、前記第１信号と前記第３信号とを比較して、この比較結果に基づいて前記ビームの指向方向を制御することを特徴とする請求項４２に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項４４】
前記制御部は、
前記第１信号及び前記第３信号から検出した受信特性を比較し、前記第１信号から検出した受信特性が前記第３信号から検出した受信特性よりも悪い状態でない場合に、前記ビームを前記現在方向へ指向させることを特徴とする請求項４３に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項４５】
前記制御部は、ハンドオフ状態で、全方向性ビームを形成することを特徴とする請求項４３に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項４６】
前記制御部は、
前記第３信号から検出した受信特性が前記第１信号から検出した受信特性よりも良い状態である場合に、ビームの指向方向を前記現在方向とは異なる方向に設定することを特徴とする請求項４４に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項４７】
前記検出した受信特性が、前記受信した信号の信号強度であることを特徴とする請求項４２〜請求項４６のいずれか１項に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項４８】
前記検出した受信特性が、前記受信した信号のエラー率であることを特徴とする請求項４２〜請求項４６のいずれか１項に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項４９】
前記制御部は、
ビームの形成、信号の受信及びビームパターンの制御に関するそれぞれの処理を周期的に実行する探索時間を設定することを特徴とする請求項４１に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項５０】
前記制御部は、
所定の基準信号レベルを前記受信した各信号の信号レベルと比較し、前記受信した各信号の信号レベルが前記基準信号レベルよりも大きくない場合に、ビームの形成、信号の受信、及びビームパターンの制御に関するそれぞれの処理を繰り返して実行することを特徴とする請求項４１に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項５１】
前記ビームは、
前記少なくとも一つの導電性反射板に対する前記基準電圧の印加を、前記接地スイッチを用いて制御することによって指向されることを特徴とする請求項４１に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項５２】
ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御装置であって、
前記制御装置が、受信した信号を比較し、この比較結果に基づいて、前記ビームを、前記接地スイッチを用いて制御する制御部をさらに含んで構成され、
前記ビームスイッチングアンテナシステムが、無指向性ビームパターンで第１信号を受信し、第１指向性ビームパターンで第２信号を受信し、第２指向性ビームパターンで第３信号を受信するように、選択的に構成されたことを特徴とするビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項５３】
前記制御部は、
前記受信した各信号から測定した強度を比較して、最高の信号強度を有する前記受信した信号に対応する方向を有するように、前記ビームを制御することを特徴とする請求項５２に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項５４】
前記制御部は、
前記受信した各信号から測定したエラー率を比較して、最も低いエラー率を有する前記受信した信号に対応する方向を有するように、前記ビームを制御することを特徴とする請求項５２に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項１】
ビームを送受信するアンテナ素子と、
前記アンテナ素子を囲む誘電体と、
前記誘電体の外側面に対向する少なくとも一つの導電性反射板と、
前記少なくとも一つの導電性反射板に接続された接地スイッチ回路と、
を含んで構成されたことを特徴とするビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項２】
前記接地スイッチ回路は、前記少なくとも一つの導電性反射板を選択的に接地させることを特徴とする請求項１に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項３】
前記アンテナ素子は、その長さがλ／４（λは、大気中における電波の波長）のモノポール素子であることを特徴とする請求項１に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項４】
前記誘電体は、λｄ／４（λｄは、前記誘電体の誘電性における電波の波長）の厚さを有することを特徴とする請求項３に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項５】
前記誘電体の厚さは、誘電率及び前記誘電体が有する面積によって決定されることを特徴とする請求項４に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項６】
前記接地スイッチ回路は、
基準電圧を発生する基準電圧源と、
前記基準電圧源に接続された接地ラインと、
前記接地ラインと前記少なくとも一つの導電性反射板との間に接続された電気的スイッチ素子と、
前記スイッチ素子を制御する制御回路と、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項１に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項７】
前記接地ラインは、λ／４（λは、大気中における電波の波長）の長さを有することを特徴とする請求項６に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項８】
前記少なくとも一つの導電性反射板は、
前記スイッチ素子の一の端子に接続された一端を有する上部導電性反射板と、
前記スイッチ素子の他の端子に接続された一端と、前記接地ラインに接続された他端と、を有する下部導電性反射板と、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項６に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項９】
前記上部導電性反射板は、λ／８（λは、大気中における電波の波長）の長さを有することを特徴とする請求項８に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項１０】
前記下部導電性反射板は、λ／１６（λは、大気中における電波の波長）の長さを有することを特徴とする請求項８に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項１１】
前記誘電体が、少なくとも３つの周囲平面を含んで構成されたことを特徴とする請求項１に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項１２】
前記ビームスイッチングアンテナシステムは、移動通信端末、基地局及び中継器のうち少なくともいずれか一つに設置されることを特徴とする請求項１に記載のビームスイッチングアンテナシステム。
【請求項１３】
ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御方法であって、
前記アンテナ素子にビームを形成する段階と、
前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する前記接地スイッチを制御するして、前記形成したビームに所定のビームパターンを与える段階と、
を含んで構成されたことを特徴とするビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項１４】
前記ビームパターンを与える段階は、
前記接地スイッチを選択的に閉じることで実行されることを特徴とする請求項１３に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項１５】
ビームを形成する段階と、
移動通信端末にイヤホンが接続されているか否かを判定する段階と、
前記移動通信端末に前記イヤホンが接続されている場合に、前記形成したビームが無指向性を有するように制御する段階と、
を含んで構成されたことを特徴とする移動通信端末のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項１６】
前記移動通信端末の動作モードを判定する段階と、
前記移動通信端末がトラフィックモードで動作していると判定した場合に、前記ビームが指向性を有するように制御し、前記移動通信端末がアイドルモードで動作していると判定した場合には、前記ビームが無指向性を有するように制御する段階と、
をさらに含んで構成されたことを特徴とする請求項１５に記載の移動通信端末のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項１７】
前記移動通信端末に前記イヤホンが接続されておらず、且つ前記移動通信端末がトラフィックモードで動作していると判定した場合に、前記ビームが指向性を有するように制御する段階をさらに含んで構成されたことを特徴とする請求項１６に記載の移動通信端末のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項１８】
前記移動通信端末に前記イヤホンが接続されておらず、且つ前記移動通信端末がアイドルモードで動作していると判定した場合に、前記ビームが無指向性を有するように制御する段階をさらに含んで構成されたことを特徴とする請求項１６に記載の移動通信端末のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項１９】
前記ビームが指向性を有するように制御する場合、前記ビームを、前記移動通信端末の使用者から離れる方向に指向させることを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の移動通信端末のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項２０】
ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御装置であって、
前記ビームを形成する信号を前記アンテナ素子に供給する信号源と、
前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する前記接地スイッチを制御して、前記形成したビームに所定のビームパターンを与える制御部と、
を含んで構成されたことを特徴とするビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項２１】
前記制御部は、前記接地スイッチを選択的に閉じることを特徴とする請求項２０に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項２２】
前記ビームスイッチングアンテナシステムが、移動通信端末に設置されることを特徴とする請求項２０に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項２３】
前記移動通信端末にイヤホンが接続されるか否かを感知するイヤホン感知回路と、
前記移動通信端末の動作モードを判定するモード信号発生回路と、
をさらに含んで構成されたことを特徴とする請求項２２に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項２４】
前記制御部は、
前記移動通信端末にイヤホンが接続されていると判定した場合に、前記ビームが無指向性を有するように制御することを特徴とする請求項２３に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項２５】
前記制御部は、
前記移動通信端末がトラフィックモードで動作していると判定した場合に、前記ビームが指向性を有するように制御し、前記移動通信端末がアイドルモードで動作していると判定した場合には、前記ビームが無指向性を有するように制御することを特徴とする請求項２３に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項２６】
前記制御部は、
前記移動通信端末に前記イヤホンが接続されておらず、且つ前記移動通信端末がトラフィックモードで動作していると判定した場合に、前記ビームが指向性を有するように制御し、前記移動通信端末に前記イヤホンが接続されておらず、且つ前記移動通信端末がアイドルモードで動作していると判定した場合には、前記ビームが無指向性を有するように制御することを特徴とする請求項２３に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項２７】
前記制御部は、ビームが指向性を有するように制御する場合、前記移動通信端末の使用者から離れる方向に前記ビームを指向させることを特徴とする請求項２５又は請求項２６に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項２８】
ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御方法であって、
現在方向のビームパターンで第１信号を受信し、及び無指向性ビームパターンで第２信号を受信するように前記ビームスイッチングアンテナシステムを選択的に構成する段階と、
前記第１信号と前記第２信号とを比較する段階と、
前記第１信号と前記第２信号との比較結果に基づいて、前記接地スイッチを用いて前記ビームを制御する段階と、
を含んで構成されたことを特徴とするビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項２９】
前記第１信号と前記第２信号とを比較する段階は、前記第１信号及び前記第２信号から検出した受信特性を比較することによって実行され、
前記第１信号から検出した受信特性が前記第２信号から検出した受信特性よりも悪い状態でない場合に、前記ビームを前記現在方向に指向させることを特徴とする請求項２８に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３０】
前記第１信号と前記第２信号とを比較する段階は、
前記第２信号から検出した受信特性が前記第１信号から検出した受信特性よりも良い状態である場合に、前記ビームを前記現在方向とは異なる方向に指向させて第３信号を受信するように、前記ビームスイッチングアンテナシステムを選択的に構成する段階と、
前記第１信号と前記第３信号とを比較する段階と、
前記第１信号と前記第３信号との比較結果に基づいて前記ビームを制御する段階と、
をさらに含んで構成されたことを特徴とする請求項２９に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３１】
前記第１信号と前記第３信号とを比較する段階は、
前記第１信号及び前記第３信号から検出した受信特性を比較することによって実行され、
前記第１信号から検出した受信特性が前記第３信号から受信した受信特性よりも悪い状態でない場合に、前記ビームが無指向性を有するように設定されることを特徴とする請求項３０に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３２】
前記第１信号と前記第３信号とを比較する段階は、
前記第１信号及び前記第３信号から検出した受信特性を比較することによって実行され、
前記第１信号から検出した受信特性が前記第３信号から受信した受信特性よりも悪い状態でない場合に、前記ビームを前記現在方向に指向させることを特徴とする請求項３０に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３３】
前記第３信号から検出した受信特性が前記第１信号から検出した受信特性よりも良い状態である場合に、前記ビームを前記現在方向とは異なる方向に指向させることを特徴とする請求項３２に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３４】
前記検出した受信特性が、前記受信した信号の信号強度であることを特徴とする請求項２９〜請求項３２のいずれか１項に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３５】
前記検出した受信特性が、前記受信した信号のエラー率であることを特徴とする請求項２９〜請求項３２のいずれか１項に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３６】
所定の探索サイクルが用いられることを特徴とする請求項２８〜請求項３０のいずれか１項に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３７】
それぞれ受信した信号の信号レベルを基準信号レベルと比較する段階と、
それぞれ受信した前記信号レベルが前記基準信号レベルよりも大きくない場合に、前記所定サイクルを実行する段階と、
をさらに含んで構成されたことを特徴とする請求項３６に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３８】
ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御方法であって、
無指向性ビームパターンで第１信号を受信し、第１指向ビームパターンで第２信号を受信し、及び、第２指向ビームパターンで第３信号を受信するように、前記ビームスイッチングアンテナシステムを選択的に構成する段階と、
前記受信した各信号を比較する段階と、
前記受信した各信号の比較に基づいて、前記接地スイッチを用いて前記ビームを制御する段階と、
を含んで構成されたことを特徴とするビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項３９】
前記比較する段階は、
前記受信した各信号の測定した強度を比較することによって実行され、
前記ビームが、最高の強度を有する前記受信した信号に対応する方向を有するように制御されることを特徴とする請求項３８に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項４０】
前記比較する段階は、
前記受信した各信号の測定したエラー率を比較することによって実行され、
前記ビームが、最も低いエラー率を有する前記受信した信号に対応する方向を有するように制御されることを特徴とする請求項３８に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御方法。
【請求項４１】
ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御装置であって、
前記制御装置が、第１信号と第２信号とを比較し、この比較結果に基づいて、前記ビームを、前記接地スイッチを用いて制御する制御部をさらに含んで構成され、
前記ビームスイッチングアンテナシステムが、現在方向のビームパターンで第１信号を受信し、及び無指向性ビームパターンで第２信号を受信するように、選択的に構成されたことを特徴とするビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項４２】
前記制御部は、
前記第１信号及び前記第２信号から検出した受信特性を比較し、前記第１信号から検出した受信特性が前記第２信号から検出した受信特性よりも悪い状態でない場合に、ビームの指向方向を前記現在方向に設定することを特徴とする請求項４１に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項４３】
前記制御部は、
前記第２信号から検出した受信特性が前記第１信号から受信した信号特性よりも良い状態である場合に、前記ビームを現在方向とは異なる方向に指向させて第３信号を受信し、前記第１信号と前記第３信号とを比較して、この比較結果に基づいて前記ビームの指向方向を制御することを特徴とする請求項４２に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項４４】
前記制御部は、
前記第１信号及び前記第３信号から検出した受信特性を比較し、前記第１信号から検出した受信特性が前記第３信号から検出した受信特性よりも悪い状態でない場合に、前記ビームを前記現在方向へ指向させることを特徴とする請求項４３に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項４５】
前記制御部は、ハンドオフ状態で、全方向性ビームを形成することを特徴とする請求項４３に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項４６】
前記制御部は、
前記第３信号から検出した受信特性が前記第１信号から検出した受信特性よりも良い状態である場合に、ビームの指向方向を前記現在方向とは異なる方向に設定することを特徴とする請求項４４に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項４７】
前記検出した受信特性が、前記受信した信号の信号強度であることを特徴とする請求項４２〜請求項４６のいずれか１項に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項４８】
前記検出した受信特性が、前記受信した信号のエラー率であることを特徴とする請求項４２〜請求項４６のいずれか１項に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項４９】
前記制御部は、
ビームの形成、信号の受信及びビームパターンの制御に関するそれぞれの処理を周期的に実行する探索時間を設定することを特徴とする請求項４１に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項５０】
前記制御部は、
所定の基準信号レベルを前記受信した各信号の信号レベルと比較し、前記受信した各信号の信号レベルが前記基準信号レベルよりも大きくない場合に、ビームの形成、信号の受信、及びビームパターンの制御に関するそれぞれの処理を繰り返して実行することを特徴とする請求項４１に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項５１】
前記ビームは、
前記少なくとも一つの導電性反射板に対する前記基準電圧の印加を、前記接地スイッチを用いて制御することによって指向されることを特徴とする請求項４１に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項５２】
ビームを形成するアンテナ素子と、前記ビームを反射する少なくとも一つの導電性反射板と、前記少なくとも一つの導電性反射板に基準電圧を供給する接地スイッチと、を含んで構成されたビームスイッチングアンテナシステムの制御装置であって、
前記制御装置が、受信した信号を比較し、この比較結果に基づいて、前記ビームを、前記接地スイッチを用いて制御する制御部をさらに含んで構成され、
前記ビームスイッチングアンテナシステムが、無指向性ビームパターンで第１信号を受信し、第１指向性ビームパターンで第２信号を受信し、第２指向性ビームパターンで第３信号を受信するように、選択的に構成されたことを特徴とするビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項５３】
前記制御部は、
前記受信した各信号から測定した強度を比較して、最高の信号強度を有する前記受信した信号に対応する方向を有するように、前記ビームを制御することを特徴とする請求項５２に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【請求項５４】
前記制御部は、
前記受信した各信号から測定したエラー率を比較して、最も低いエラー率を有する前記受信した信号に対応する方向を有するように、前記ビームを制御することを特徴とする請求項５２に記載のビームスイッチングアンテナシステムの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図６Ｈ】
【図６Ｉ】
【図６Ｊ】
【図６Ｋ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図６Ｈ】
【図６Ｉ】
【図６Ｊ】
【図６Ｋ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３】
【公表番号】特表２００７−５０６３５１（Ｐ２００７−５０６３５１Ａ）
【公表日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２６８１９（Ｐ２００６−５２６８１９）
【出願日】平成１６年２月２０日（２００４．２．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００４／０００３５８
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２７２６５
【国際公開日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【出願人】（５０５１２９１５０）エルジー テレコム， リミテッド (5)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年２月２０日（２００４．２．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００４／０００３５８
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２７２６５
【国際公開日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【出願人】（５０５１２９１５０）エルジー テレコム， リミテッド (5)
【Ｆターム（参考）】
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