(57)【要約】マイクロストリップアンテナを用いたリアクタンス変化による可変指向性アンテナにおいて，素子間隔を小さくした際に生じるサイドローブを低減する構成であって，給電素子と，前記給電素子の両側に配置された無給電素子を有する３素子平面構成の可変指向性アンテナにおいて，前記給電素子の両側に配置された無給電素子のそれぞれは，横方向に１：２の大きさに２分割された２つの分割無給電素子を有し，前記１の大きさに分割された分割無給電素子が，前記給電素子に近い側に配置され，前記２の大きさに分割された分割無給電素子にリアクタンス可変部が接続されている。あるいは，前記給電素子の両側に配置された無給電素子のそれぞれは，横方向に２：１の大きさに２分割された２つの分割無給電素子を有し，前記２の大きさに分割された分割無給電素子が，前記給電素子に近い側に配置され，前記２の大きさに分割された分割無給電素子又は，前記１の大きさに分割された分割無給電素子のいずれか一方にリアクタンス可変部が接続されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電素子と，前記給電素子の両側に配置された無給電素子を有する３素子平面構成の可変指向性アンテナにおいて，
前記給電素子の両側に配置された無給電素子のそれぞれは，横方向に１：２の大きさに２分割された２つの分割無給電素子を有し，
前記１の大きさに分割された分割無給電素子が，前記給電素子に近い側に配置され，前記２の大きさに分割された分割無給電素子にリアクタンス可変部が接続されている，
ことを特徴とする可変指向性アンテナ。
【請求項２】
給電素子と，前記給電素子の両側に配置された無給電素子を有する３素子平面構成の可変指向性アンテナにおいて，
前記給電素子の両側に配置された無給電素子のそれぞれは，横方向に２：１の大きさに２分割された２つの分割無給電素子を有し，
前記２の大きさに分割された分割無給電素子が，前記給電素子に近い側に配置され，前記２の大きさに分割された分割無給電素子又は，前記１の大きさに分割された分割無給電素子のいずれか一方にリアクタンス可変部が接続されている，
ことを特徴とする可変指向性アンテナ。
【請求項３】
請求項１又は２において，
前記２分割された分割無給電素子の間がマイクロストリップ線路で接続されていることを特徴とする可変指向性アンテナ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項において，
前記リアクタンス可変部が，前記給電素子と前記給電素子の両側に配置された無給電素子の形成される基板と同一の基板表面に形成され，且つ前記リアクタンス可変部と，前記無給電素子間が，前記基板表面に形成された高周波線路で接続されていることを特徴とする可変指向性アンテナ。
【請求項５】
請求項４において，
前記高周波線路が分岐され，前記リアクタンス可変部が，前記２分割された２つの分割無給電素子に接続されていることを特徴とする可変指向性アンテナ。
【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を用いたリアクタンス変化による可変指向性アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線端末向けのアンテナとして，アレーアンテナでありながら一つの給電素子と，可変容量素子を装荷した無給電素子を用いてアンテナ指向性を変化させる可変指向性アンテナが提案されている。【０００３】
その一例としてエスパアンテナ（Electrical
Steerable Parasitic Array Radiator : ESPAR）があり，無給電素子のリアクタンス値を変化させてアンテナの指向性を変化させることが可能である。このような形式のアンテナは，アンテナ素子ごとに受信機を備えたディジタル処理型のアレーアンテナに比較して受信機の個数は少なく済み，コスト・消費電力の面から有利である。【０００４】
しかし，従来のエスパアンテナは特許文献１に示されるように，7素子モノポールアンテナを用いた構成である。【０００５】
図１は，特許文献１に示された構成を再掲した図である。スカート部１１を有する有限反射板１の中央には放射素子２が設けられている。さらに，その周囲に複数の無給電素子３が設けられている。【０００６】
かかる構成は，そのまま端末に適用するのは容易ではない。そこで，平面型にするため，３素子ダイポールアンテナを用いたエスパアンテナを構成した例が提案された。また，製造面での容易さから，マイクロストリップアンテナを用いた平面型ビーム成形アンテナも提案されている。【０００７】
図２は，かかるマイクロストリップアンテナを用いた平面型ビーム成形アンテナの一構成を示す図である（非特許文献１）。【０００８】
かかる非特許文献１に示されるマイクロストリップアンテナはアレーアンテナ構成にした際に，アンテナ間の結合が弱くなるため，素子間隔を小さくして結合量を確保しなければアンテナの指向性を変化させることが難しくなる。【０００９】
一方，アンテナの素子間隔を小さくした場合は，結合量は保たれるが，アレー開口面が狭くなりサイドローブが大きくなってしまう。アレーアンテナにおいてサイドローブが大きくなると干渉抑圧能力を低下し，また与干渉を増加させてしまうために問題となる。
【特許文献１】特許第３４９，７２３号公報
【非特許文献１】２００２年電子情報通信学会総合大会「ビーム成形用マイクロストリップアレーアンテナ」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって，本発明の目的は，マイクロストリップアンテナを用いたリアクタンス変化による可変指向性アンテナにおいて，素子間隔を小さくした際に生じるサイドローブを低減する構成を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を達成する本発明に従う可変指向性アンテナの第一の側面は，給電素子と，前記給電素子の両側に配置された無給電素子を有する３素子平面構成の可変指向性アンテナにおいて，前記給電素子の両側に配置された無給電素子のそれぞれは，横方向に１：２の大きさに２分割された２つの分割無給電素子を有し，前記１の大きさに分割された分割無給電素子が，前記給電素子に近い側に配置され，前記２の大きさに分割された分割無給電素子にリアクタンス可変部が接続されていることを特徴とする。【００１２】
また，上記の課題を達成する本発明に従う可変指向性アンテナの第二の側面は，前記給電素子の両側に配置された無給電素子のそれぞれは，横方向に２：１の大きさに２分割された２つの分割無給電素子を有し，前記２の大きさに分割された分割無給電素子が，前記給電素子に近い側に配置され，前記２の大きさに分割された分割無給電素子又は，前記１の大きさに分割された分割無給電素子のいずれか一方にリアクタンス可変部が接続されていることを特徴とする。【００１３】
上記特徴において，さらに，前記２分割された分割無給電素子の間がマイクロストリップ線路で接続されるように構成してもよい。【００１４】
さらに，前記リアクタンス可変部が，前記給電素子と前記給電素子の両側に配置された無給電素子の形成される基板と同一の基板表面に形成され，且つ前記リアクタンス可変部と，前記無給電素子間が，前記基板表面に形成された高周波線路で接続される用に構成することが可能である。【００１５】
また，前記高周波線路が分岐され，前記リアクタンス可変部が，前記２分割された２つの分割無給電素子に接続されていることを特徴とする。【００１６】
上記本発明の特徴により，マイクロストリップアンテナを用いたリアクタンス変化による可変指向性アンテナにおいて，素子間隔を小さくした際に生じるサイドローブを低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】特許文献１に示された構成を再掲した図である。
【図２】マイクロストリップアンテナを用いた平面型ビーム成形アンテナの一構成を示す図である。
【図３】比較例としての平面型３素子可変指向性アンテナの構成を示す図であり，マイクロストリップラインなどによる高周波線路素子が形成される３素子のパターンのみ示す。
【図４】比較例としての平面型３素子可変指向性アンテナの構成を示す斜視図である。
【図５】図４の比較例の指向性パターンを示す図である。
【図６】本発明による可変指向性アンテナの素子パターンの第１の実施例の構成例を示す図である。
【図７】本発明による可変指向性アンテナの素子パターンの第２の実施例の構成を示す図である。
【図８】第１の実施例と第２の実施例の指向性パターンを示す図である。
【図９】本発明に従う可変指向性アンテナの素子パターンの第３の実施例の構成を示す図である。
【図１０】第３の実施例の指向性パターンを示す図である。
【図１１】可変指向性アンテナの素子パターンの第４の実施例の構成を示す図である。
【図１２】第４の実施例の指向性パターンを示す。
【図１３】図３に示した無給電素子に接続されるリアクタンス回路部を，給電素子及び無給電素子のパターンの形成される基板と同じ表面に作成した第２の比較例である。
【図１４】可変指向性アンテナの素子パターンの第５の実施例の構成を示す図である。
【図１５】可変指向性アンテナの素子パターンの第６の実施例の構成を示す図である。
【図１６】第２の比較例と比較する第５の実施例，及び第６の実施例の指向性パターンを示す図である。
【図１７】可変指向性アンテナの素子パターンの第７の実施例の構成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に，図に従い本発明の実施例構成を説明するが，本発明に従う可変指向性アンテナの構成，効果の理解のために，先に，本願発明者により作成した，非特許文献１に記載の構成と近似の比較例を説明しておく。【００１９】
図３，図４は，比較例としての平面型３素子可変指向性アンテナの構成を示す図である。図３において，３素子のアンテナパターンのみを示し，図４はこの３素子のアンテナパターンが絶縁基板上に形成されて構成された可変指向性アンテナの斜視図である。【００２０】
絶縁基板１０上に３素子のアンテナパターンが形成されている。その中央のアンテナ素子が給電素子２０，左右のアンテナ素子が無給電素子３０である。各アンテナ素子のポート部２１，３１に図示していない給電部及びリアクタンス可変回路部が接続されている。【００２１】
図３，図４の構成において，ポート部２１に繋がる給電部は，同軸給電型である。ポート部３１に繋がる無給電素子のリアクタンス可変回路部では，可変容量素子（バラクタダイオード，ＭＥＭＳ可変キャパシタなど）が同軸線路を通して接続されている。【００２２】
この可変容量素子を用いてリアクタンス値を例えば０Ωから-１００Ωまで変更可能であり，リアクタンス値を適切な値に設定することでアンテナの指向性を変化させることが可能である。【００２３】
ここでは，左側と右側の無給電素子のリアクタンス値が０Ωと-１００Ωに設定されている。非特許文献１では，３素子のアンテナ素子間隔は０．４λとされているが，ここではアンテナ素子間隔を小さくするため，０．３λとしている。【００２４】
図５にかかる比較例のアンテナの指向性パターンを示す。指向性パターンは図４に示す座標軸においてＺＸ面のものである。指向性はＺ方向からｘ軸方向へ傾いており，指向性が変化していることが分かる。しかし，メインローブＭＬのほかにサイドローブＳＬも大きくなっていることが理解できる。【００２５】
上記のような比較例に対し，図６は，本発明に従う可変指向性アンテナの素子パターンの第１の実施例構成を示す図である。【００２６】
図６は，図３に示した比較例の可変指向性アンテナにおいて，給電素子２０の両側に配置される無給電素子３０を横の長さを２：１で分割し，２つの分割無給素子３０ａ，３０ｂとしている。給電素子２０に近い側の分割された無給電素子３０ａのポート３１にリアクタンス可変部を接続した構成である。【００２７】
かかる構成において，リアクタンス可変部のリアクタンスの調整により，給電素子２０に供給される電流の位相が制御され，無給電素子３０ｂにも電流が流れ，これにより，アンテナの開口を広げることができ，よって，サイドローブＳＬを低減することが可能である。【００２８】
図７は，本発明に従う可変指向性アンテナの素子パターンの第２の実施例構成を示す図である。【００２９】
第２の実施例では，第１の実施例において２分割した無給電素子３０ａ，３０ｂの間を細いマイクロストリップライン３２で接続した構成である。マイクロストリップライン３２を通じて，無給電素子３０ｂにおける電流の流れを大きくすることができる。【００３０】
図８は，第１の実施例と第２の実施例の指向性パターンを示す図である。比較例の指向性パターンに比べ，第１の実施例と第２の実施例のサイドローブＳＬが低減されていることが分かる。なお，この時の使用周波数は，５．０６ＧＨｚである。【００３１】
図９は，本発明に従う可変指向性アンテナの素子パターンの第３の実施例構成を示す図である。【００３２】
この第３の実施例では，横の長さ２：１で分割した無給電素子３０ａ，３０ｂについて，給電素子２０から遠い側の分割無給電素子３０ｂのポート３１にリアクタンス可変部を接続した構成である。【００３３】
図１０に第３の実施例の指向性パターンを示す。比較例や，図８との比較により第１，第２の実施例と比べてもサイドローブＳＬがより低減されていることが分かる。【００３４】
さらに，図１１は，第４の実施例であり，無給電素子３０を横の長さ１：２で分割した無給電素子３０ａ，３０ｂについて，外側の無給電素子３０ｂにリアクタンス可変部を接続した構成である。【００３５】
図１２にかかる第４の実施例の指向性パターンを示す。この場合もサイドローブＳＬを低減可能であることが分かる。【００３６】
ここまでのシミュレーションでは，第３及び第４の実施例に示すように，リアクタンス可変部を内側，即ち給電素子２０に近い側の分割無給電素子３０ａよりも，外側，即ち給電素子２０より遠い側の分割無給電素子３０ｂに接続させた方がよりサイドローブＳＬを低減させることができる結果となった。【００３７】
この理由は，外側の分割無給電素子３０ｂの方が，所要のアンテナ間距離を確保できることが一因と考えられる。【００３８】
図１３は，図３に示した給電素子２０及び無給電素子３０の比較例パターンに対して，無給電素子３０に接続されるリアクタンス回路部を，給電素子２０及び無給電素子３０のパターンの形成される基板と同じ表面に作成した第２の比較例である。【００３９】
無給電素子３０のアンテナ素子部とリアクタンス回路部は可変容量素子３２とＤＣバイアス電圧供給部３３とおよそ１／４λの長さのマイクロストリップライン３４で構成されている。【００４０】
先の実施例における同軸給電型と同様に，可変容量素子３２の容量値をバイアス電圧供給部３３のＤＣバイアス電圧に対応させて変化させることで，リアクタンス値が変化し，アンテナ全体の指向性が変化する。【００４１】
上記第２の比較例に対し，第５の実施例（図１４），及び第６の実施例（図１５）は，それぞれ無給電素子３０のパターンを，第１の実施例（図６），及び第２の実施例（図９）と同様に，分割した分割無給電素子３０ａ，３０ｂとした構成である。【００４２】
図１６に，かかる第２の比較例と比較する第５の実施例，及び第６の実施例の指向性パターンを示す図である。図１６に示すように，リアクタンス回路部を基板表面に構成しても，サイドローブを低減させることが可能であることが分かる。【００４３】
図１７は，更に第７の実施例を示し，図１５の構成を改良した可変指向性アンテナである。この構成では，分割無給電素子１０ａ，３０ｂに並列にマイクロストリップライン３４が分岐して接続されている。これにより，可変用量素子３２のリアクタンス成分が供給され，給電素子２０から遠い側の分割無給電素子３０ｂを強く励振させることが可能である。これにより強い指向性が得られることが期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の上記構成により，外側の素子が異なる位相で強く励振されるようになり，素子間結合を保ちつつアレーアンテナの開口面を広くすることができる。これにより指向性を制御した際に生じるサイドローブを低減することができる。また，本発明に従う可変指向性アンテナ構成は，無給電素子を分割して構成するため，従来とほぼ同じ大きさで実現が可能である。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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