(57)【要約】【課題】直線偏波の偏波方向を制御可能なマイクロストリップアンテナを実現すること。【解決手段】マイクロストリップアンテナは、基板１０と、接地導体１１と、第１放射導体１２と、第２放射導体１３と、給電点１４と、スイッチ１５と、を有している。第１放射導体１２は、円である。給電点１４は、第１放射導体１２の中心に設けられている。第２放射導体１３は、基板１０表面であって第１放射導体１２の外周近傍に所定距離離間して設けられている。また、第２放射導体１３は、放射状に等角度に８個設けられている。スイッチ１５は、第１放射導体１２の外周と、各第２放射導体１３との間にそれぞれ設けられ、第１放射導体１２と第２放射導体１３との間の接続、切断を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられ、円または正多角形のパターンである第１放射導体と、
前記第１放射導体の中心に設けられた給電点と、
前記絶縁層上に設けられ、前記第１放射導体の外周近傍に所定距離離間して設けられた複数の第２放射導体と、
前記第１放射導体と各前記第２放射導体との間の接続、切断を制御するスイッチと、
を有し、
前記スイッチは、各前記第２放射導体のうち１つと前記第１放射導体とが接続され、他の前記第２放射導体と前記第１放射導体とは切断されるように制御されている、
ことを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項２】
前記第１放射導体のパターンは、円であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項３】
前記第２放射導体は、等脚台形であり、２つの底辺を前記第１放射導体の周方向に揃えて配置されている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のマイクロストリップアンテナが配列されたアレーアンテナであって、
隣接する前記マイクロストリップアンテナ間において、前記第１放射導体に接続されている前記第２放射導体の前記給電点に対する方向が、１８０°異なる、
ことを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のマイクロストリップアンテナである第１マイクロストリップアンテナと、
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のマイクロストリップアンテナであって、前記第１マイクロストリップアンテナに隣接して配置された第２マイクロストリップアンテナと、
移相量が９０°である９０°移相器と、を有し、
前記第１マイクロストリップアンテナにおける前記第１放射導体に接続された前記第２放射導体の前記給電点に対する方向と、前記第２マイクロストリップアンテナにおける前記第１放射導体に接続された前記第２放射導体の前記給電点に対する方向は、９０°を成し、
前記９０°移相器は、前記第１マイクロストリップアンテナの前段に接続されている、
ことを特徴とする円偏波アンテナ。
【請求項６】
請求項５に記載の円偏波アンテナが配列されたアレーアンテナであって、
隣接する前記円偏波アンテナ間の円偏波の位相差が所定量となるように、前記第１マイクロストリップアンテナおよび前記第２マイクロストリップアンテナの前記第１放射導体に接続された前記第２放射導体の前記給電点に対する方向が設定されている、
ことを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のマイクロストリップアンテナである第１〜第４マイクロストリップアンテナと、
移相量が９０°である９０°移相器と、を有し、
前記第１〜第４マイクロストリップアンテナは、前記第１マイクロストリップアンテナと前記第４マイクロストリップアンテナが対角位置となり、前記第２マイクロストリップアンテナと前記第３マイクロストリップアンテナが対角位置となるように、２×２の正方格子状に配列され、
前記第１マイクロストリップアンテナおよび前記第４マイクロストリップアンテナにおける前記第１放射導体に接続された前記第２放射導体の前記給電点に対する方向と、前記第２マイクロストリップアンテナおよび前記第３マイクロストリップアンテナにおける前記第１放射導体に接続された前記第２放射導体の前記給電点に対する方向は、９０°を成し、
前記９０°移相器は、前記第１マイクロストリップアンテナおよび前記第４マイクロストリップアンテナの前段に接続されている、
ことを特徴とする円偏波アンテナ。
【請求項８】
請求項７に記載の円偏波アンテナが配列されたアレーアンテナであって、
隣接する前記円偏波アンテナ間の円偏波の位相差が所定量となるように、前記第１〜第４マイクロストリップアンテナの前記第１放射導体に接続された前記第２放射導体の前記給電点に対する方向が設定されている、
ことを特徴とするアレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロストリップアンテナに関する。また、そのマイクロストリップアンテナを複数配列したアレーアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、直線偏波の偏波方向を切り替えることが可能なマイクロストリップアンテナが記載されている。特許文献１には、円形の放射導体に複数の給電点を設け、給電点を切り替えることにより、放射導体の中心と給電点を結ぶ直線方向に偏波方向を切り替えることが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、円偏波の右旋円偏波と左旋円偏波とを切り替え可能なマイクロストリップアンテナが記載されている。特許文献２には、円形のパッチアンテナの外周に給電線路を接続し、給電線路に対して４５度を成す方向であって、パッチアンテナの外周近傍に４つの摂動素子を設け、各摂動素子とパッチアンテナとを接続する４つのスイッチを設けた構成が示されている。そして、給電線路に対して反時計回りに４５度を成す方向に位置する一対の摂動素子とパッチアンテナとの接続をオンにし、他の一対の摂動素子とパッチアンテナとの接続をオフとすることで、右旋円偏波を放射するアンテナとでき、給電線路に対して時計回りに４５度を成す方向に位置する一対の摂動素子とパッチアンテナとの接続をオンにし、他の一対の摂動素子とパッチアンテナとの接続をオフとすることで、左旋円偏波を放射するアンテナとできることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４２９４０号公報
【特許文献２】特開２０００−４１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１では、複数の給電点を放射素子の中心付近に配置する必要があるため、給電点の数を増やすことは難しく、直線偏波の偏波方向を大まかにしか制御することができなかった。
【０００６】
また、特許文献２のマイクロストリップアンテナは、摂動素子を大きくすることで直線偏波アンテナとして動作させることは可能であるが、給電点がパッチアンテナの中心からずれた位置であるため、直線偏波の偏波方向は制御することができない。
【０００７】
そこで本発明の目的は、直線偏波の偏波方向を制御可能なマイクロストリップアンテナを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１態様は、絶縁層と、絶縁層上に設けられ、円または正多角形のパターンである第１放射導体と、第１放射導体の中心に設けられた給電点と、絶縁層上に設けられ、前記第１放射導体の外周近傍に所定距離離間して設けられた複数の第２放射導体と、第１放射導体と各前記第２放射導体との間の接続、切断を制御するスイッチと、を有し、スイッチは、各前記第２放射導体のうち１つと前記第１放射導体とが接続され、他の前記第２放射導体と前記第１放射導体とは切断されるように制御されている、ことを特徴とするマイクロストリップアンテナである。
【０００９】
第１放射導体のパターンは、円であることが好ましい。アンテナの特性が向上し、設計も容易である。
【００１０】
第２放射導体は等脚台形であり、２つの底辺を第１放射導体の周方向に揃えて配置されていてもよい。アンテナの帯域幅を広げることができる。
【００１１】
また、本発明の第２態様は、上記本発明のマイクロストリップアンテナが配列されたアレーアンテナであって、隣接するマイクロストリップアンテナ間において、第１放射導体に接続されている第２放射導体の給電点に対する方向が、１８０°異なることを特徴とするアレーアンテナである。
【００１２】
また本発明の第３態様は、上記本発明のマイクロストリップアンテナである第１マイクロストリップアンテナと、上記本発明のマイクロストリップアンテナであって、第１マイクロストリップアンテナに隣接して配置された第２マイクロストリップアンテナと、移相量が９０°である９０°移相器と、を有し、第１マイクロストリップアンテナにおける第１放射導体に接続された第２放射導体の給電点に対する方向と、第２マイクロストリップアンテナにおける第１放射導体に接続された第２放射導体の給電点に対する方向は、９０°を成し、９０°移相器は、前記第１マイクロストリップアンテナの前段に接続されている、ことを特徴とする円偏波アンテナである。
【００１３】
また本発明の第４態様は、本発明の第３態様の円偏波アンテナが配列されたアレーアンテナであって、隣接する円偏波アンテナ間の円偏波の位相差が所定量となるように、第１マイクロストリップアンテナおよび第２マイクロストリップアンテナの第１放射導体に接続された第２放射導体の給電点に対する方向が設定されている、ことを特徴とするアレーアンテナである。
【００１４】
また本発明の第５態様は、上記本発明のマイクロストリップアンテナである第１〜第４マイクロストリップアンテナと、移相量が９０°である９０°移相器と、を有し、第１〜第４マイクロストリップアンテナは、第１マイクロストリップアンテナと第４マイクロストリップアンテナが対角位置となり、第２マイクロストリップアンテナと第３マイクロストリップアンテナが対角位置となるように、２×２の正方格子状に配列され、第１マイクロストリップアンテナおよび第４マイクロストリップアンテナにおける第１放射導体に接続された第２放射導体の給電点に対する方向と、第２マイクロストリップアンテナおよび第３マイクロストリップアンテナにおける第１放射導体に接続された第２放射導体の給電点に対する方向は、９０°を成し、９０°移相器は、第１マイクロストリップアンテナおよび第４マイクロストリップアンテナの前段に接続されている、ことを特徴とする円偏波アンテナである。
【００１５】
また本発明の第６態様は、本発明の第５態様の円偏波アンテナが配列されたアレーアンテナであって、隣接する円偏波アンテナ間の円偏波の位相差が所定量となるように、第１〜第４マイクロストリップアンテナの第１放射導体に接続された第２放射導体の給電点に対する方向が設定されている、ことを特徴とするアレーアンテナである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、直線偏波の偏波方向をスイッチ制御によって簡便に制御することが可能なマイクロストリップアンテナを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１のマイクロストリップアンテナの構成を示した平面図。
【図２】実施例１のマイクロストリップアンテナの構成を示した断面図。
【図３】接続する第２放射導体１３の位置と偏波方向の対応を示した図。
【図４】電流経路とインピーダンスを示した図。
【図５】実施例１のマイクロストリップアンテナのＳ１１をシミュレーションにより算出した結果を示した図。
【図６】実施例１のマイクロストリップアンテナの指向性利得を示した図。
【図７】実施例２の送信システムの構成を示した図。
【図８】実施例３の送信システムの構成を示した図。
【図９】実施例４の送信システムの構成を示した図。
【図１０】実施例５の送信システムの構成を示した図。
【図１１】実施例１のマイクロストリップアンテナの変形例を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限るものではない。
【実施例１】
【００１９】
図１は、実施例１のマイクロストリップアンテナの構成を示した平面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａでの断面図である。図１、２のように、実施例１のマイクロストリップアンテナは、基板１０と、接地導体１１と、第１放射導体１２と、第２放射導体１３と、給電点１４と、スイッチ１５と、を有している。
【００２０】
基板１０は、誘電体からなる円形の板状である。基板１０の一方の主面（以下、裏面とする）には、その裏面に接して全面に接地導体１１が設けられている。接地導体１１は金属膜であり、たとえば銅箔である。基板１０に替えて、空気や真空の層などとしてもよい。つまり、接地導体１１と第１放射導体１２および第２放射導体１３とを電気的に分離する絶縁層であればよい。
【００２１】
第１放射導体１２は、基板１０の他方の主面（以下、表面とする）に接して設けられた金属膜であり、たとえば銅箔である。第１放射導体１２の平面パターンは、図１に示すように、円である。第１放射導体１２の直径は、実施例１のマイクロストリップアンテナの設計周波数ｆなどに応じて設定される。
【００２２】
なお、実施例１では第１放射導体１２のパターンを円としているが、正方形、正六角形、正八角形などの正多角形でもよい。ただし、実施例１のように円とすることが望ましい。対称性の高いパターンの方がアンテナの特性も向上し、設計も容易なためである。
【００２３】
給電点１４は、第１放射導体１２の中心に設けられている。給電方式は、従来知られている任意の方式を用いることができる。たとえば、基板１０、接地導体１１に孔を設けて同軸線路を通し、第１放射導体１２の中心と同軸線路を接続することにより給電してもよい。
【００２４】
第２放射導体１３は、基板１０表面であって第１放射導体１２の外周近傍に所定距離離間して設けられた長方形状の金属膜であり、たとえば銅箔である。また、第２放射導体１３は、図１のように、放射状に等角度に８個（つまり４５°ごとに）設けられている。また、第２放射導体１３は、その長辺方向と、第１放射導体１２の径方向とを揃えて配置されている。第２放射導体１３の長さや幅は、実施例１のマイクロストリップアンテナの設計周波数ｆや帯域幅に応じて設定される。
【００２５】
なお、第２放射導体１３の平面パターンは必ずしも長方形である必要はなく、三角形、半円、台形、扇形、など任意の形状であってもよい。また、台形状、扇形などの形状として、第２放射導体１３の幅（第１放射導体１２の周方向における幅）が中心から遠ざかるにつれて大きくなるような形状とすれば、実施例１のマイクロストリップアンテナの帯域幅を大きくすることができる。図１１は、第２放射導体１３を等脚台形とし、２つの底辺を第１放射導体１２の周方向に揃えた変形例である。
【００２６】
また、実施例１では、第２放射導体１３の数を等角度に８個としているが、これに限るものではない。後述のように、第２放射導体１３の位置と直線偏波の偏波方向とが対応しているため、制御したい直線偏波の偏波方向に応じて第２放射導体１３の個数や配置角度を設定すればよい。たとえば、第２放射導体１３の数をｎ個（ｎは２以上の自然数）として等角度に配置すれば、直線偏波の偏波方向を（３６０／ｎ）°ごとに切り替え可能となる。
【００２７】
スイッチ１５は、第１放射導体１２の外周と、各第２放射導体１３との間にそれぞれ設けられている。また、スイッチ１５は、制御回路（図示しない）によってオンオフ制御され、スイッチ１５がオンのときには、第１放射導体１２の外周と第２放射導体１３とが接続され、第１放射導体１２と第２放射導体１３との間が導通する。一方、スイッチ１５がオフのときには、第１放射導体１２の外周と第２放射導体１３とが切断され、第１放射導体１２の外周と第２放射導体１３との間は導通しない。
【００２８】
なお、スイッチ１５のオンオフ制御のための制御回路は、直流回路である。他方、アンテナは交流で動作する。そのため、スイッチ１５と制御回路の間にインダクタを挿入し、交流は遮断するとよい。
【００２９】
スイッチ１５には、ダイオードスイッチ、ＦＥＴスイッチ、ＭＥＭＳスイッチなどを用いることができる。
【００３０】
次に、実施例１のマイクロストリップアンテナの動作について説明する。実施例１のマイクロストリップアンテナは、直線偏波を送受信するアンテナであり、スイッチ１５の制御によって、偏波方向の制御を可能としたアンテナである。
【００３１】
スイッチ１５の制御によって、８個の第２放射導体１３のうち１つを選択して第１放射導体１２と接続すると、第１放射導体１２および第２放射導体１３全体としての電気的な中心と、給電点１４の位置とがずれるため、第１放射導体１２と第２放射導体１３とを励振させることが可能となる。また、直線偏波の偏波方向は、第１放射導体１２の中心と、第１放射導体１２に接続された第２放射導体１３の中心とを結ぶ直線方向となる。よって、スイッチ１５の制御によって第１放射導体１２と接続する第２放射導体１３を替えることにより、直線偏波の偏波方向を切り替えることができる。
【００３２】
図３は、接続した第２放射導体１３の位置と、直線偏波の偏波方向との関係を示した一例である。図３では、接続されていない第２放射導体１３は白抜きで示している。また、図３中において横方向を偏波方向の基準とする。図３（ａ）のように、横方向右の第２放射導体１３を接続すると、第１放射導体１２の給電点１４と接続された第２放射導体１３の中心とを結ぶ直線方向が偏波方向となり、０°の偏波方向を実現できる。また、図３（ｃ）のように、横方向に対して４５°の方向に位置する第２放射導体１３を接続すると、偏波方向は４５°となり、図３（ｂ）のように、垂直方向に位置する第２放射導体１３を接続すると、偏波方向は９０°となる。
【００３３】
なお、所望の偏波方向の第２放射導体１３とは１８０°反対側の第２放射導体１３を接続した場合、偏波方向は同じだが、位相は１８０°異なることになる。たとえば図３（ｄ）のように横方向左の第２放射導体１３を接続した場合、偏波方向は図３（ａ）と同じ横方向となるが、位相は図３（ａ）の場合とは１８０°異なる。
【００３４】
したがって、実施例１のマイクロストリップアンテナでは、直線偏波の偏波方向を横方向に対して０°、４５°、９０°、１３５°に制御可能であり、それぞれの偏波方向において、位相を０°、１８０°の２通りに制御可能である。
【００３５】
図４（ａ）は、第１放射導体１２および第２放射導体１３の電流経路を示した図である。図４（ａ）では、実施例１のマイクロストリップアンテナにおける複数の第２放射導体１３のうち、第１放射導体１２と接続されている第２放射導体１３のみを示している。また、第１放射導体１２の径方向であって第２放射導体１３の中心を通る方向にｘ軸を取る。また、図４（ａ）のように、ｘ軸上の第１放射導体１２および第２放射導体１３の端点のうち、第１放射導体１２側の端点をＡ、第２放射導体１３側の端点をＡ’とする。図４（ａ）のように、励振時、電流はＡ−Ａ’間を流れ、第１放射導体１２では円周近傍に主として流れる。
【００３６】
図４（ｂ）は、Ａ−Ａ’間の各点におけるインピーダンスを示した図である。図４（ｂ）のように、第１放射導体１２に第２放射導体１３が接続されたことによる非対称性から、インピーダンスが０となる点は、第１放射導体１２の中心（給電点１４）から径方向に第２放射導体１３側にずれた点Ｂの位置となり、給電点１４ではインピーダンスは正の値Ｚｉｎ’となる。したがって、給電ポートの入力インピーダンスをＺｉｎ’とすることで、実施例１のマイクロストリップアンテナと給電ポートとの間のインピーダンス整合をすることができる。
【００３７】
図５は、実施例１のマイクロストリップアンテナのＳ１１をシミュレーションにより算出した結果を示した図である。図５のように、Ｓ１１の中心点（周波数４．８７ＧＨｚ）で整合するアンテナ設計が可能であることがわかった。
【００３８】
図６は、実施例１のマイクロストリップアンテナの指向性利得を示した図である。モデルは図５と同様である。原点を第１放射導体１２の中心（給電点１４）に取り、ｘ軸は、図３と同様の方向に取り、接続された第２放射導体１３に向かう方向を正とし、ｚ軸は、基板１０に垂直な方向に取り、基板１０裏面から表面に向かう方向を正とし、ｙ軸はｘ軸とｚ軸に垂直な方向に取った。また、図６の横軸はｚ軸正方向に対する角度であり、縦軸は指向性利得（ｄＢｉ）である。図６のように、ｙｚ面、ｘｚ面いずれの場合にも、利得が約０°でピークとなり、最大利得は約６．８ｄＢｉであり、３ｄＢビーム幅は約９２°の指向性が得られた。
【００３９】
以上、実施例１のマイクロストリップアンテナによれば、スイッチ１５により第１放射導体１２と接続する第２放射導体１３を選択することで、直線偏波の偏波方向を簡便に切り替えることが可能な直線偏波アンテナを実現することができる。
【実施例２】
【００４０】
図７は、実施例２の送信システムの構成を示した図である。図７のように、実施例２の送信システムは、２つのマイクロストリップアンテナ２００からなるアレーアンテナと、２つの可変移相器２０１と、高周波電源２０２と、分配器２０３と、スイッチ制御部２０４と、によって構成されている。マイクロストリップアンテナ２００は、実施例１と同様の構成のものである。
【００４１】
高周波電源２０２は、２つのマイクロストリップアンテナ２００に高周波電力を供給する電源である。高周波電源２０２からの高周波電力は、分配器２０３によって等分配され、それぞれマイクロストリップアンテナ２００の給電点１４に入力される。また、高周波電源３０１から各マイクロストリップアンテナ２００の給電点１４までの経路長は等しく設定されている。
【００４２】
２つのマイクロストリップアンテナ２００は、一定間隔を空けて配列されている。スイッチ制御部２０４は、マイクロストリップアンテナ２００の各スイッチ１５の制御を行う装置である。実施例２においては、２つのマイクロストリップアンテナ２００の直線偏波の偏波方向が同じになるように、スイッチ制御部２０４は各スイッチ１５の制御を行っている。
【００４３】
可変移相器２０１は、分配器２０３とマイクロストリップアンテナ２００の間にそれぞれ挿入されている。可変移相器２０１は、マイクロストリップアンテナ２００に供給される高周波の位相を所望の値に変化させる装置である。実施例２では、可変移相器２０１によって、２つのマイクロストリップアンテナ２００に供給される高周波の位相差を所望の値に設定することにより、指向性ビームの方向を所望の方向としている。
【００４４】
実施例２の送信システムは、直線偏波の送受信が可能なアンテナであり、可変移相器２０１によって移相量を制御することにより、指向性ビームの方向を制御することができ、スイッチ制御部２０４によってマイクロストリップアンテナ２００の直線偏波の偏波方向を制御することで、指向性ビームの偏波方向を制御することができる。
【実施例３】
【００４５】
図８は、実施例３の送信システムの構成を示した図である。図８のように、実施例３の送信システムは、４つのマイクロストリップアンテナ３００からなるアレーアンテナと、高周波電源３０１によって構成されている。マイクロストリップアンテナ３００は、実施例１と同様の構成のものである。図８では、マイクロストリップアンテナ３００の第２放射導体１３のうち、第１放射導体１２に接続されていないものは白抜きで示している。
【００４６】
高周波電源３０１は、４つのマイクロストリップアンテナ３００に高周波電力を供給する電源である。高周波電源３０１からの高周波電力は、分配器３０２によって等分配されてそれぞれマイクロストリップアンテナ３００の給電点１４に入力される。高周波電源３０１から各マイクロストリップアンテナ３００の給電点１４までの距離は等しく設定されている。実施例２とは異なり、マイクロストリップアンテナ３００の前段には可変移相器が設けられていない。
【００４７】
４つのマイクロストリップアンテナ３００は、一方向に一定間隔を空けて配列されている。また、４つのマイクロストリップアンテナ３００は、直線偏波の偏波方向が全て同じで、隣接するマイクロストリップアンテナ３００間の位相差は１８０°になるように、各スイッチ１５が制御されている。つまり、隣接するマイクロストリップアンテナ３００間では、第１放射導体１２に接続されている第２放射導体１３の位置が１８０°異なるようにする。図８においては、左から１番目と３番目のマイクロストリップアンテナ３００では、第１放射導体１２は、縦方向の２つの第２放射導体１３のうち上方と接続され、左から２番目と４番目のマイクロストリップアンテナ３００では、第１放射導体１２は、縦方向の２つの第２放射導体１３のうち下方と接続されている。よって、図８の構成では偏波方向は図中の縦方向である。また、指向性ビームの方向は、各マイクロストリップアンテナ３００の間隔で決まる。
【００４８】
実施例３の送信システムは、直線偏波の送信が可能であり、可変移相器を用いることなく、所定の方向に指向性ビームを向けることができ、また直線偏波の偏波方向を制御することができる。
【実施例４】
【００４９】
図９は、実施例４の送信システムの構成を示した図である。図９のように、実施例４の送信システムは、８つのマイクロストリップアンテナ４００からなるアレーアンテナと、高周波電源４０１と、９０°移相器４０２と、によって構成されている。マイクロストリップアンテナ４００は、実施例１と同様の構成のものである。図９では、マイクロストリップアンテナ４００の第２放射導体１３のうち、第１放射導体１２に接続されていないものは白抜きで示している。
【００５０】
高周波電源４０１は、８つのマイクロストリップアンテナ４００に高周波電力を供給する電源である。高周波電源４０１からの高周波電力は、図示しない分配器によって等分配されてそれぞれマイクロストリップアンテナ４００の給電点に入力される。高周波電源４０１から各マイクロストリップアンテナ４００の給電点１４までの距離は等しく設定されている。
【００５１】
マイクロストリップアンテナ４００は、図９のように、２×４のマトリクス状に配列されている。上段のマイクロストリップアンテナ４００と下段のマイクロストリップアンテナ４００とで１つのアンテナユニットを構成し、このアンテナユニットが所定間隔を空けて一方向に４つ配列されている。以下、図９中左側からアンテナユニットＵ１〜Ｕ４とする。下段の４つのマイクロストリップアンテナ４００については、高周波電源４０１と各マイクロストリップアンテナ４００の給電点１４との間に、９０°移相器４０２が挿入されている。９０°移相器４０２は、高周波電源４０１からの高周波の位相を９０°進める装置である。
【００５２】
各アンテナユニットＵ１〜Ｕ４は、それぞれ右旋円偏波アンテナとして動作するようにマイクロストリップアンテナ４００のスイッチ１５が制御されている。つまり、上段のマイクロストリップアンテナ４００において第１放射導体１２に接続されている第２放射導体１３の位置が、下段のマイクロストリップアンテナ４００において第１放射導体１２に接続されている第２放射導体１３の位置に対して時計回りに９０°の位置となるようにする。このように設定されているため、下段のマイクロストリップアンテナ４００から放射される直線偏波は、上段のマイクロストリップアンテナ４００から放射される直線偏波に対して偏波方向が直交し、かつ位相が９０°進んでいる。よって、上段のマイクロストリップアンテナ４００から放射される電磁波と下段のマイクロストリップアンテナ４００から放射される電磁波の合成波は、右旋円偏波となる。
【００５３】
また、各アンテナユニットＵ１〜Ｕ４は、隣接するアンテナユニット間の位相差が４５°となるように、マイクロストリップアンテナ４００のスイッチ１５が制御されている。円偏波アンテナでは、その円偏波アンテナを物理的に回転させると、円偏波の位相もその回転角分の変化が生じる。マイクロストリップアンテナ４００では、第１放射導体１２に接続されている第２放射導体１３の位置を替えることで、アンテナを物理的に回転させたのと同じ状態とすることができる。
【００５４】
そこで、実施例４では、あるマイクロストリップアンテナ４００において第１放射導体１２に接続されている第２放射導体１３の位置を、左側に隣接するマイクロストリップアンテナ４００において接続されている第２放射導体１３の位置に対して反時計回りに４５°ずらした位置としている。これにより、左側に隣接するマイクロストリップアンテナ４００に対して物理的に反時計回りに４５°回転させたのと同じ状態としている。この結果、アンテナユニットＵ２は、アンテナユニットＵ１を物理的に反時計回りに４５°回転させたのと同様の状態となり、アンテナユニットＵ２から放射される円偏波は、アンテナユニットＵ１から放射される円偏波に対して位相が４５°異なることになる。アンテナユニットＵ３、Ｕ４から放射される円偏波についても同様となり、アンテナユニットＵ１〜Ｕ４から放射される円偏波は、位相が４５°ずつずれることになる。
【００５５】
なお、実施例４では、各アンテナユニットＵ１〜Ｕ４は右旋円偏波アンテナとしているが、左旋円偏波アンテナとすることもできる。これは、上段のマイクロストリップアンテナ４００において第１放射導体１２に接続されている第２放射導体１３の位置が、下段のマイクロストリップアンテナ４００において第１放射導体１２に接続されている第２放射導体１３の位置に対して反時計回りに９０°の位置となるようにすることで実現できる。よって、アンテナユニットＵ１〜Ｕ４は、スイッチ１５の制御によって、簡易に右旋円偏波と左旋円偏波とを切り替えることができる。
【００５６】
また、実施例４では、各アンテナユニットＵ１〜Ｕ４間の位相差を４５°に設定しているが、マイクロストリップアンテナ４００は直線偏波の偏波方向を４５°ごとに切り替え可能であるため、各アンテナユニットＵ１〜Ｕ４間の位相差も４５°の倍数に設定することが可能である。
【００５７】
以上の構成により、アンテナユニットＵ１〜Ｕ４は、円偏波アンテナを一方向に一定間隔を空けて配列した直線アレーアンテナと同様の動作となり、各アンテナユニットＵ１〜Ｕ４間の４５°の位相差と、アンテナユニットＵ１〜Ｕ４の間隔に応じた所定の方向に指向性ビームを向けることができる。
【００５８】
実施例４の送信システムは、円偏波の送受信が可能なアンテナであり、可変移相器を用いることなく、所定の方向に指向性ビームを向けることができる。
【実施例５】
【００５９】
実施例５の送信システムは、実施例４の送信システムにおいて、アンテナユニットの構成を図１０に示すアンテナユニットＵ５に変更したものである。アンテナユニットＵ５は、４つのマイクロストリップアンテナ５００を２×２の正方格子状に配列した構成である。マイクロストリップアンテナ５００は、実施例１と同様の構成のものである。図１０では、マイクロストリップアンテナ５００の第２放射導体１３のうち、第１放射導体１２に接続されていないものは白抜きで示している。以下、図１０中、左上のマイクロストリップアンテナを５００ａ、右上のマイクロストリップアンテナを５００ｂ、左下のマイクロストリップアンテナを５００ｃ、右下のマイクロストリップアンテナを５００ｄとする。
【００６０】
４つのマイクロストリップアンテナ５００ａ〜５００ｄのうち、対角にある２つのマイクロストリップアンテナ５００ａ、５００ｄについては、スイッチ１５の制御により、第１放射導体１２に接続されている第２放射導体１３の位置を同一にし、直線偏波の偏波方向、および位相が同一となるようにする。また、別の対角にある２つのマイクロストリップアンテナ５００ｂ、５００ｃについては、第１放射導体１２に接続されている第２放射導体１３の位置を、マイクロストリップアンテナ５００ａ、５００ｄにおいて接続されている第２放射導体１３の位置に対して時計回りに９０°の位置とする。これにより、マイクロストリップアンテナ５００ｂ、５００ｃの直線偏波の偏波方向、位相を同一とし、かつマイクロストリップアンテナ５００ａ、５００ｄの直線偏波の偏波方向に対して直交するようにする。また、マイクロストリップアンテナ５００ａ、５００ｄは、高周波電源４０１に直接接続するようにしている。また、マイクロストリップアンテナ５００ｂ、５００ｃは、９０°移相器４０２を介して高周波電源４０１に接続するようにし、マイクロストリップアンテナ５００ａ、５００ｄに対して位相が９０°進んだ状態とする。
【００６１】
このように設定された実施例５におけるアンテナユニットＵ５も、実施例４におけるアンテナユニットＵ１〜Ｕ４と同じく、右旋円偏波アンテナとして動作する。つまり、各マイクロストリップアンテナ５００ａ〜５００ｄから放射される電磁波の合成波は右旋円偏波となる。実施例４のアンテナユニットＵ１〜Ｕ４では、指向性ビームの方向をアンテナユニットＵ１〜Ｕ４の配列方向に対して垂直方向に大きく傾けると、アンテナユニットを構成する２つのマイクロストリップアンテナからの電磁波の位相差が大きくなり、円偏波として動作しないが、実施例５におけるアンテナユニットは、指向性ビームの方向をどの方向に傾けても円偏波アンテナとして動作させることが可能である。
【００６２】
なお、実施例５では、各アンテナユニットの間隔が大きくなるとグレーティングローブが生じる場合があるが、各アンテナユニットの間隔を不等間隔とする方法によりグレーティングローブを抑制することが可能である。
【００６３】
また、実施例２〜５は一方向に実施例１のマイクロストリップアンテナを配列した直線アレーアンテナを有した送信システムであったが、二次元的に実施例１のマイクロストリップアンテナを配列した平面アレーアンテナとすることももちろん可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、直線偏波の偏波方向の制御と指向性制御が可能なアレーアンテナとして利用することができ、マイクロ波送電などに利用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０：基板
１１：接地導体
１２：第１放射導体
１３：第２放射導体
１４：給電点
１５：スイッチ
２００〜５００：マイクロストリップアンテナ
２０１：可変移相器
２０２、３０１：高周波電源
２０３、３０２：分配器
２０４：スイッチ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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