(57)【要約】  差動給電線路１０３ｃによって、動作時のスロット長が二分の一実効波長となるよう設定された両端開放スロット共振器６０１、６０５を動作させ、逆相等振幅で励振されたスロット共振器群を回路内に出現させ、各スロット構造内の選択性放射部位６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ｂ、６０３ｃ、６０５ｂ、６０５ｃ、６０７ｂ、６０７ｃの開放終端点の配置条件を動的に切り替える。
2008090805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板（１０１）と、
前記誘電体基板（１０１）の裏面に設けられた有限の面積の接地導体（１０５）と、
前記誘電体基板（１０１）の表面に配置された二本の鏡面対称な信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）からなる差動給電線路（１０３ｃ）とを備え、
前記接地導体（１０５）に形成され、前記信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）の両者とそれぞれ交差する給電部位（６０１ａ、６０１ｂ）の一端に先端が開放された少なくとも１つの第一の選択性放射部位群（６０１ｂ、６０３ｂ、６０５ｂ、６０７ｂ）が接続されるとともに、前記給電部位の他端に先端が開放された少なくとも１つの第二の選択性放射部位群（６０１ｃ、６０３ｃ、６０５ｃ、６０７ｃ）が接続されており、
動作周波数ｆｏにおける二分の一実効波長に相当するスロット長を有し両先端が開放終端される両端開放スロット共振器として機能する少なくとも一つのスロット構造を備え、
前記スロット構造（６０１、６０５）が、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも一方の可変機能を備えることにより、二つ以上の異なる放射指向性を実現する差動給電指向性可変スロットアンテナであって、
前記給電部位（６０１ａ、６０１ｂ）は、
前記信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）と交差する箇所間に、動作周波数ｆｏにおける八分の一実効波長未満の長さのスタブ（６０１ｓ、６０５ｓ）を有し、
高周波スイッチ（６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅ）が、前記給電部位（６０１ａ、６０１ｂ）から前記選択性放射部位の先端開放点までの経路の少なくとも一箇所で前記スロット構造（６０１、６０５）を幅方向に跨いで挿入され、前記高周波スイッチ素子（６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅ）は、前記高周波スイッチが跨ぐ両側の前記接地導体面を短絡するか、しないかを制御し、
前記高周波構造可変機能は、前記高周波スイッチにより、前記選択性放射部位の一つが選択されて前記給電部位とともにスロット構造を形成することによって実現され、
前記動作状態切り替え機能は、前記高周波スイッチが前記スロット構造を短絡することによって実現される、差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項２】
前記差動給電線路の開放終端点から給電回路側への距離が、前記動作周波数ｆｏにおける四分の一実効波長に相当する地点で、前記差動給電線路と前記給電部位とが交差する請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項３】
前記差動給電線路の終端点がそれぞれ同じ抵抗値の抵抗により接地終端される請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項４】
前記第一の信号導体の終端点と前記第二の信号導体の終端点が抵抗を介して電気的に接続される請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項５】
第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点が、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満の距離に近接して配置され、
第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点が、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満の距離に近接して配置され、
第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置されることにより、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現され、
前記一つの放射指向性は、前記差動給電線路に直交し、前記誘電体基板面に平行な二方向に放射成分を有する放射指向性である請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項６】
第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、
第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、
第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と、第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満に近接して配置され、
第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と、第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満に近接して配置されることにより、
前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現され、
前記一つの放射指向性は、前記差動給電線路に平行な二方向に放射成分を有する放射指向性である請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項７】
第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、
前記差動給電指向性可変スロットアンテナ内で動作状態に設定される両端開放スロット共振器の数が一つだけであり、
前記第一の開放終端点と前記第二の開放終端点とを結ぶ第一の方向への放射利得が抑圧され、前記第一の方向に直交する面内のいずれかの方向に主ビームが向くと共に、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現される請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波帯、およびミリ波帯などのアナログ高周波信号、もしくはデジタル信号を送信、受信する差動給電アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン系トランジスタの飛躍的な特性向上に伴い、デジタル回路だけでなくアナログ高周波回路部においても、化合物半導体トランジスタからシリコン系トランジスタへの置換、更にはアナログ高周波回路部とデジタルベースバンド部との１チップ化が加速している。この結果、高周波回路の主流であったシングルエンド回路は、正負の符号の信号をバランス動作させる差動信号回路へと置換されつつある。これは、差動信号回路が、不要輻射の劇的な低減、移動体端末内に無限面積の接地導体を配置できない条件化での良好な回路特性の確保、などの利点を有するからである。差動信号回路において個々の回路素子はバランスを維持して動作する必要があるが、シリコン系トランジスタでは特性ばらつきが少なく信号の差動バランスが維持できる。また、シリコン基板自体が有する損失を回避するためにも差動線路を用いることが好ましいという理由もある。結果として、シングルエンド回路において確立されていた高い高周波特性を保ちつつ、差動信号給電に対応することが、アンテナやフィルタなどの高周波デバイスへの強い要望となっている。【０００３】
図１７（ａ）に上面より臨んだ透視模式図を、図１７（ｂ）に図中の直線Ａ１−Ａ２で切断した断面構造図を示したのは、シングルエンド線路１０３により給電される二分の一波長スロットアンテナ（従来例１）である。誘電体基板１０１の裏面に形成された接地導体面１０５に、二分の一実効波長のスロット長Ｌｓを有するスロット共振器６０１が形成されている。入力整合条件を満足するため、シングルエンド線路１０３の開放終端点１１３からスロット６０１と交差するまでの距離Ｌｍは、動作周波数における四分の一実効波長に設定される。スロット共振器６０１は、接地導体面１０５の一部領域における導体を厚さ方向に全て切除することによって得られている。図中に示したように、給電線路の伝送方向に平行な方向をＸ軸、誘電体基板形成面をＸＹ面とする座標系を定義する。従来例１の典型的な放射指向特性の一例を図１８に示す。図１８（ａ）はＹＺ面、図１８（ｂ）はＸＺ面の放射指向性を示している。図より明らかなように、従来例１は、±Ｚ方向で最大利得を示す放射指向特性が得られる。また、±Ｘ方向でヌル特性が、±Ｙ方向でも主ビーム方向に対して１０ｄＢ程度の利得低減効果が得られる。【０００４】
また、図１９（ａ）に上面より臨んだ透視模式図を、図１９（ｂ）に図中の直線Ａ１−Ａ２で切断した断面構造図を示したのは、シングルエンド線路１０３により給電される四分の一波長スロットアンテナ（従来例２）である。誘電体基板１０１の裏面に形成された有限の面積の接地導体１０５に、四分の一実効波長のスロット長Ｌｓを有するスロット共振器６０１が形成されている。スロット共振器は接地導体１０５の縁部において、開放終端されている。図２０（ａ）はＹＺ面、図２０（ｂ）はＸＺ面、図２０（ｃ）はＸＹ面での放射指向性を示している。図より明らかなように、従来例２は、マイナスＹ方向で最大利得を示すブロードな放射指向特性が実現できる。【０００５】
特許文献１においては、上記スロット構造を、差動給電線路の直下に伝送方向に直交させて配置させる回路構造が開示されている（従来例３）。すなわち、特許文献１の回路構成は、スロット共振器を給電する回路を、シングルエンド線路から差動給電線路へと置換した構成である。特許文献１の目的は、差動信号に意図せず重畳した不要同相信号のみを選択的に反射させる機能の実現であり、この目的からも明らかなように、特許文献１に開示された回路構造は、差動信号を自由空間に放射する機能を有さない。【０００６】
図２１（ａ）（ｂ）にシングルエンド線路、差動給電線路によりそれぞれ給電した場合に、二分の一波長スロット共振器内に生じる電界分布の様子を模式的に比較図示した。シングルエンド線路によって給電した場合のスロットでは、両端において最小強度、中央部が最大強度となるよう、スロット幅方向に配向して電界２０１が分布する。一方、差動給電線路によって給電した場合は、正の符号の電圧によってスロット内に生じる電界２０１ａと、負の符号の電圧によってスロット内に生じる電界２０１ｂは等強度且つ逆向きのベクトルを持つので、総合的には両電界は相殺してしまう。このため、二分の一波長スロット共振器を差動給電線路で給電しても、電磁波の効率的な放射は原理的に不可能である。また、ごく近傍の励振点から逆相の電圧が給電されれば、相殺しあってしまい効率的な放射に結びつかないという点は、二分の一波長スロット共振器を四分の一波長スロット共振器へと置換した場合でも同様である。よって、差動給電線路をスロット共振器構造と結合させ実用的なアンテナ特性を実現するのは、シングルエンド線路によって給電する場合と比較して容易でない。【０００７】
非特許文献２においては、差動線路の裏面の接地導体を分割し、端部が開放されたスロット構造を形成することにより、線路に意図せず重畳した同相モードの除去が可能であることが報告されている。この場合も、差動信号成分の効率的な放射が目的でないことは明らかである。【０００８】
一般的に、差動伝送回路から効率的に電磁波を放射するためには、スロット共振器を用いず、差動給電線路の二本の信号線路の間隔を広げることによりダイポールアンテナとして動作させる方法が用いられる（従来例４）。図２２（ａ）に差動給電ストリップアンテナの斜視透視模式図を、図２２（ｂ）に上面模式図を、図２２（ｃ）に下面模式図を示す。図２２においても、図１７と同様の座標軸を設定する。差動給電ストリップアンテナにおいては、誘電体基板１０１の上面に形成された差動給電線路１０３ｃの線路間隔が、終端側でテーパ状に広がっている。また、誘電体基板１０１の裏面側については、入力端子側領域１１５ａでは接地導体１０５が形成されているが、差動給電線路１０３ｃの終端箇所の直下領域１１５ｂでは接地導体は設定されない。従来例４の典型的な放射指向性特性の一例を図２３に示す。図２３（ａ）にはＹＺ面での、図２３（ｂ）にはＸＺ面での放射指向性特性を示している。図より明らかなように、従来例４において主ビーム方向は＋Ｘ方向であり、ＸＺ平面に分布する広い半値幅の放射特性を示す。また、原理的に、従来例４では±Ｙ方向への放射利得は得られない。接地導体１０５により反射されるため、マイナスＸ方向への放射も抑圧させることはできる。【０００９】
また、特許文献２には、シングルエンド線路により給電した可変スロットアンテナが開示されている（従来例５）。特許文献２の明細書の図１を、図２４として示す。誘電体基板１０の表面に配置されたシングルエンド線路６によって、基板裏面に設定した二分の一波長スロット共振器５を給電する点は、従来例１と同様の構成であるが、給電された二分の一波長スロット共振器５の先端に、更に複数の二分の一波長スロット共振器１、２、３、４を選択的に接続していくことによって、自由度の高いスロット共振器配置を実現している。スロット共振器配置を変化させることにより、電磁波の主ビーム方向を変化させる機能が発現した、としている。
【特許文献１】米国特許第６７６５４５０号明細書
【特許文献２】特開２００４−２７４７５７号公報
【非特許文献１】Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ  “Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ  ａｎｔｅｎｎａ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ”  ｐｐ．４４１−ｐｐ．４４３  ２００１年
【非特許文献２】“Ｒｏｕｔｉｎｇ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｉ／Ｏ  ｓｉｇｎａｌｓ  ａｃｒｏｓｓ  ｓｐｌｉｔ  ｇｒｏｕｎｄ  ｐｌａｎｅｓ  ａｔ  ｔｈｅ  ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ  ｆｏｒ  ＥＭＩ  ｃｏｎｔｒｏｌ”    ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｖｏｌ．１  ２１−２５  ｐｐ．３２５−３２７  ２０００年８月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の差動給電アンテナ、スロットアンテナ、可変アンテナ、には以下に示す原理的な課題があった。【００１１】
第一に、従来例１においては、主ビームが±Ｚ軸方向にしか配向せず、±Ｙ軸方向、±Ｘ軸方向への配向は困難である。また、何よりも差動給電への対応が未達成なので、給電信号変換にバラン回路が必要であり、素子数増加、集積化の妨げになる、などの課題が生じていた。【００１２】
第二に、従来例２においては、＋Ｙ方向へのブロードな主ビームが形成されるが、その他の方向へのビーム形成が困難である。また、何よりも差動給電への対応が未達成なので、給電信号変換にバラン回路が必要であり、素子数増加、集積化の妨げになる、などの課題が生じていた。また、従来例２の放射特性は、半値幅が広いため、通信品質劣化の回避が困難であった。例えば、所望信号がマイナスＹ方向から到来する場合、＋Ｘ方向から到来する不要信号の受信強度は抑圧されない。信号反射が多い室内環境で高速通信を行うにあたって生じる深刻なマルチパス問題の回避や、妨害波が多く到達する状況下での通信品質維持が著しく困難であった。【００１３】
第三に、従来例３に示したように、二分の一波長スロット共振器や四分の一波長スロット共振器は、シングルエンド線路による給電を差動給電線路に置換しただけでは非放射特性しか得られず、効率的なアンテナ動作が困難であった。【００１４】
第四に、従来例４においては、±Ｙ軸方向への主ビーム配向が困難であった。なお、差動線路を曲げると、曲げ部分における二配線間の位相差より、不要同相信号の反射が生じるため、給電線路を曲げて主ビーム方向を曲げるという解決策は従来例３においては採用できない。よって、室内環境で用いる移動端末に用いるアンテナとしては、主ビーム方向が配向できない方向が生じるのは極めて好ましくない。【００１５】
第五に、従来例４の放射特性は、半値幅が広いため、通信品質劣化の回避が困難であった。例えば、所望信号がＺ軸方向から到来する場合、＋Ｘ方向から到来する不要信号の受信強度は抑圧されない。信号反射が多い室内環境で高速通信を行うにあたって生じる深刻なマルチパス問題の回避や、妨害波が多く到達する状況下での通信品質維持が著しく困難であった。【００１６】
第五に、従来例５においても、第四の課題と同様、所望信号が到達する方向とは異なる方向から到来する不要信号が通信品質へ与える悪影響を抑圧することが困難であった。すなわち、主ビーム方向の配向についての制御が可能であっても、妨害波の抑圧が不十分であるという問題があった。勿論、第一の課題と同様に、差動給電への対応も未達成である。【００１７】
以上の課題をまとめると、従来技術のいずれを用いても、３つの課題を解決することが困難である。すなわち、第一に差動給電回路との親和性があり、第二に広い立体角範囲で主ビーム方向を切り替えることが可能で、第三に主ビーム以外の方向から到来する妨害波の除去効果をも有する可変アンテナの実現が困難であった。【００１８】
本発明は、上記従来の三課題を解決し、好ましくは、可変制御により得られる複数の放射パターンが互いに全立体角をカバーするにあたり相補しあうような特性を有する可変アンテナの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナは、誘電体基板（１０１）と、前記誘電体基板（１０１）の裏面に設けられた有限の面積の接地導体（１０５）と、前記誘電体基板（１０１）の表面に配置された二本の鏡面対称な信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）からなる差動給電線路（１０３ｃ）とを備え、前記接地導体（１０５）に形成され、前記信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）の両者とそれぞれ交差する給電部位（６０１ａ、６０１ｂ）の一端に先端が開放された少なくとも１つの第一の選択性放射部位群（６０１ｂ、６０３ｂ、６０５ｂ、６０７ｂ）が接続されるとともに、前記給電部位の他端に先端が開放された少なくとも１つの第二の選択性放射部位群（６０１ｃ、６０３ｃ、６０５ｃ、６０７ｃ）が接続されており、動作周波数ｆｏにおける二分の一実効波長に相当するスロット長を有し両先端が開放終端される両端開放スロット共振器として機能する少なくとも一つのスロット構造を備え、前記スロット構造（６０１、６０５）が、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも一方の可変機能を備えることにより、二つ以上の異なる放射指向性を実現する差動給電指向性可変スロットアンテナである。前記給電部位（６０１ａ、６０１ｂ）は、前記信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）と交差する箇所間に、動作周波数ｆｏにおける八分の一実効波長未満の長さのスタブ（６０１ｓ、６０５ｓ）を有し、高周波スイッチ（６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅ）が、前記給電部位（６０１ａ、６０１ｂ）から前記選択性放射部位の先端開放点までの経路の少なくとも一箇所で前記スロット構造（６０１、６０５）を幅方向に跨いで挿入され、前記高周波スイッチ素子（６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅ）は、前記高周波スイッチが跨ぐ両側の前記接地導体面を短絡するか、しないかを制御し、前記高周波構造可変機能は、前記高周波スイッチにより、前記選択性放射部位の一つが選択されて前記給電部位とともにスロット構造を形成することによって実現され、前記動作状態切り替え機能は、前記高周波スイッチが前記スロット構造を短絡することによって実現される。【００２０】
好ましい実施形態において、前記差動給電線路の開放終端点から給電回路側への距離が、前記動作周波数ｆｏにおける四分の一実効波長に相当する地点で、前記差動給電線路と前記給電部位とが交差する。【００２１】
好ましい実施形態において、前記差動給電線路の終端点がそれぞれ同じ抵抗値の抵抗により接地終端される。【００２２】
好ましい実施形態において、前記第一の信号導体の終端点と前記第二の信号導体の終端点が抵抗を介して電気的に接続される。【００２３】
好ましい実施形態において、第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点が、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満の距離に近接して配置され、第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点が、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満の距離に近接して配置され、第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置されることにより、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現され、前記一つの放射指向性は、前記差動給電線路に直交し、前記誘電体基板面に平行な二方向に放射成分を有する放射指向性である。【００２４】
好ましい実施形態において、第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と、第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満に近接して配置され、第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と、第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満に近接して配置されることにより、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現され、前記一つの放射指向性は、前記差動給電線路に平行な二方向に放射成分を有する放射指向性である。【００２５】
好ましい実施形態において、第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、前記差動給電指向性可変スロットアンテナ内で動作状態に設定される両端開放スロット共振器の数が一つだけであり、前記第一の開放終端点と前記第二の開放終端点とを結ぶ第一の方向への放射利得が抑圧され、前記第一の方向に直交する面内のいずれかの方向に主ビームが向くと共に、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナによれば、第一に、従来の差動給電アンテナにおいて実現不可能であった方向への効率的な放射を実現する。第二に主ビーム方向を広い立体角範囲で変化させることが可能になる。第三に主ビーム方向と異なる方向で利得を抑圧できる。従って、本アンテナは、室内環境において高速通信用途で使用される移動体端末用アンテナとして極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナの実施形態の裏面から臨んだ透視模式図である。
【図２】図１の差動給電指向性可変スロットアンテナの実施形態の断面構造図であって、（ａ）は図１の直線Ａ１−Ａ２を切断面とする断面構造図、（ｂ）は図１の直線Ｂ１−Ｂ２を切断面とする断面構造図、（ｃ）は図１の直線Ｃ１−Ｃ２を切断面とする断面構造図である。
【図３】スロット構造６０１周辺構造の拡大図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、動作状態でのスロット構造６０１の構造変化例を示す模式図である。
【図５】動作状態でないスロット構造６０１の構造変化例を示す模式図であって、（ａ）は非動作状態でのスロット構造の模式図、（ｂ）は好ましくない状態でのスロット構造の模式図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナの第一の制御状態での構造図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナの第二の制御状態での構造図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナの第三の制御状態での構造図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナの第四の制御状態での構造図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナの第五の制御状態での構造図である。
【図１１】（ａ）は両端開放二分の一実効波長スロット共振器中央で逆相励振された場合にスロット共振器内に生じる電界ベクトルの模式図、（ｂ）は本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナ内の両端開放二分の一実効波長スロット共振器と差動給電線路の関係模式図である。
【図１２】（ａ）から（ｃ）は、本発明の第一の実施例の放射指向パターン図である。
【図１３】（ａ）から（ｃ）は、本発明の第二の実施例の放射指向パターン図である。
【図１４】（ａ）から（ｃ）は、本発明の第三の実施例の放射指向パターン図である。
【図１５】（ａ）から（ｃ）は、本発明の第四の実施例の放射指向パターン図である。
【図１６】（ａ）から（ｃ）は、本発明の第五の実施例の放射指向パターン図である。
【図１７】従来例１の構造図であって、（ａ）は上面透視模式図、（ｂ）は断面構造図である。
【図１８】従来例１の放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）はＸＺ面での放射指向特性図である。
【図１９】従来例２の構造図であって、（ａ）は上面透視模式図、（ｂ）は断面構造図である。
【図２０】従来例２の放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）はＸＺ面での放射指向特性図、（ｃ）はＸＹ面での放射指向特性図である。
【図２１】二分の一波長スロット共振器内の電界ベクトル分布の模式図であって、（ａ）はシングルエンド給電線路により給電された場合の模式図、（ｂ）は差動給電線路により給電された場合の模式図である。
【図２２】従来例４の構造図であって、（ａ）は斜視透視模式図、（ｂ）は上面模式図、（ｃ）は下面模式図である。
【図２３】従来例４の放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）ＸＺ面での放射指向特性図である。
【図２４】従来例５の図１であり、シングルエンド給電可変アンテナの模式構造図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０１  誘電体基板
１０３  信号導体
１０３ａ、１０３ｂ  差動信号線路の対の信号導体
１０３ｃ  差動給電線路
１０５、１０５ａ、１０５ｂ  接地導体
６０１、６０５  スロット構造、両端開放スロット共振器
１１３  給電線路の終端点
１１５ａ  誘電体基板裏面の入力端子側領域
１１５ｂ  誘電体基板裏面の差動給電線路終端箇所の直下領域
３１１  対称面
６０１ａ、６０５ａ  給電部位
６０１ｂ、６０３ｂ、６０５ｂ、６０７ｂ  第一の選択性放射部位
６０１ｃ、６０３ｃ、６０５ｃ、６０７ｃ  第二の選択性放射部位
６０１ｂｏｐ、６０１ｃｏｐ、６０３ｂｏｐ、６０３ｃｏｐ、６０５ｂｏｐ、６０５ｃｏｐ、６０７ｂｏｐ、６０７ｃｏｐ  開放終端点
６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅ  高周波スイッチ
６０１ｓ、６０５ｓ  スタブ
Ｌｍ  終端点から給電部位までの距離
Ｈ  基板厚
Ｗ  信号導体の配線幅
Ｇ  信号導体間の間隙幅
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明による差動給電指向性可変スロットアンテナの実施形態を説明する。本実施形態によれば、従来の差動給電アンテナでは放射不可能であった方向を含む様々な方向へ効率的な放射を実現する動的な放射指向性の可変性を実現することが可能である。また、主ビーム方向と異なる方向での放射利得の抑圧という、産業上有用な効果を実現することも可能である。【００３０】
（実施形態）
図１は、本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナの実施形態を説明するための構造図であり、誘電体基板裏面の接地導体側から臨む透視模式図となっている。また、図２（ａ）〜（ｃ）、は、図１中の直線Ａ１−Ａ２、直線Ｂ１−Ｂ２、直線Ｃ１−Ｃ２でそれぞれ回路構造を切断した場合の断面構造図になっている。従来例の構成、放射方向を示した図１７、図２２とは、座標軸や符号の設定を対応させている。【００３１】
図１に示すように、誘電体基板１０１の裏面には有限の面積の接地導体１０５が形成されており、表面には差動給電線路１０３ｃが形成されている。差動給電線路１０３ｃは、鏡面対称な一対の信号導体１０３ａ、１０３ｂによって構成されている。接地導体１０５の一部領域では、導体を厚み方向に完全に除去して、スロット回路を構成する。また、後述するスタブ６０１ｓ、６０５ｓも、同様に、導体を厚み方向に完全に除去することによって形成される。【００３２】
本発明のアンテナ内においては、外部制御信号に対して、少なくとも一つのスロット構造が可変機能を発現する。ここで可変機能とは、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも一方である。図１に示す実施形態においては、接地導体１０５内に二つのスロット構造６０１、６０５が配置されている。二つのスロット構造６０１、６０５は、動作設定時には動作周波数ｆｏにおいて効率的な放射を行うが、非動作設定時には放射に寄与しない。例えば、スロット構造６０１においては、給電部位６０１ａの片端に第一の選択性放射部位６０１ｂ、６０１ｃが、別の一端には第二の選択性放射部位６０３ｂ、６０３ｃが接続される。動作設定時には、スロット構造６０１内において、第一の選択性放射部位、第二の選択性放射部位がそれぞれ一つずつ選択され、スロット構造体６０１のスロット長は、動作周波数ｆｏにおいて二分の一実効波長となる。すなわち、動作設定時にはスロット構造体６０１は、両端開放スロット共振器として機能する。スロット構造体６０５も同様の機能を果たしうる。【００３３】
図３には、両端開放スロット共振器６０１内の局所的な構造が拡大して示されている。図中には、スロット構造６０１における、給電部位６０１ａと第一の選択性放射部位６０１ｂ、６０１ｃとの接続箇所を示している。ここで、第二の選択性放射部位６０３ｂ、６０３ｃは省略している。外部制御信号は、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｂとの間に配置された高周波スイッチ６０１ｄ、および、給電部位６０１ａと選択性放射部位との６０１ｃ間に配置された高周波スイッチ６０１ｅの状態を制御し、スロット構造６０１における可変機能を実現する。【００３４】
高周波スイッチ６０１ｄ、６０１ｅは選択性放射部位６０１ｂ、６０１ｃの一部を跨いでもよい。選択性放射部位６０１ｂ、６０１ｃは、給電部位６０１ａと接続される側とは逆側の先端終端箇所において接地導体１０５の縁部に達し、開放終端点６０１ｂｏｐ、６０１ｃｏｐにおいてそれぞれ開放終端される。例えば、高周波スイッチ６０１ｄを導通状態に制御すれば、スロットにより分断された接地導体１０５ａと１０５ｂが導通されるため、選択性放射部位６０１ｂと給電部位６０１ａを、高周波的に分離することが出来る。よって、先端開放終端箇所６０１ｂｏｐはスロット構造６０１の終端点として機能しなくなる。逆に、高周波スイッチ６０１ｄを開放状態に制御すれば、選択性放射部位６０１ｂと給電部位６０１ａとの高周波的な接続状態は復活する。この状態では、先端開放終端箇所６０１ｂｏｐがスロット構造の終端点として機能する。このように、高周波スイッチの制御により、接地導体１０５上に出現するスロット構造６０１の高周波構造を変化させることが出来る。【００３５】
高周波構造可変機能を有するスロット構造においては、動作状態を維持しながらも外部信号制御によってスロット構造の高周波構造が変化し、異なる放射特性を提供する。例えば、スロット構造６０１が放射動作に寄与する場合、給電部位６０１ａの片端に第一の選択性放射部位が一つだけ、別の一端には第二の選択性放射部位が一つだけ選択された状態を常に保ち、且つ第一の選択性放射部位、第二の選択性放射部位はそれぞれ選択性を有している。図４には、図３のスロット構造が放射動作設定時に示す高周波構造の変化例を示した。なお、図中では、高周波スイッチ６０３ｄが開放され、第二の選択性放射部位６０３ｂが選択され、高周波スイッチ６０３ｅが導通され、第二の選択性放射部位６０３ｃは非選択となった状態を仮定し、非選択とした選択性放射部位は図示していない。図４（ａ）では、高周波スイッチ６０１ｄが開放され、高周波スイッチ６０１ｅが導通されている。その結果、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｃとの間の接続が切断される。この時、スロット構造６０１は、給電部位６０１ａの両端に、第一の選択性放射部位６０１ｂと第二の選択性放射部位６０３ｂとが直列に接続された構造が形成される。スロット構造６０１の両端は先端開放点６０１ｂｏｐ、６０３ｂｏｐであり、先端開放点間の実効距離は二分の一実効波長となる。すなわち、スロット構造６０１は、両端開放二分の一実効波長スロット共振器として機能する。逆に、図４（ｂ）に示すように、高周波スイッチ６０１ｄを導通し、高周波スイッチ６０１ｅを開放すれば、接地導体１０５上に図４（ａ）に示した構造とは別の両端開放二分の一実効波長スロット共振器を出現させることが出来る。【００３６】
一方、図５に示すように、動作状態切り替え機能によって、スロット構造６０１が放射動作に寄与しないよう非動作状態へと制御することも可能である。動作状態切り替え機能とは、スロット構造を放射動作に寄与させるか、寄与させないかを切り替える機能である。図５（ａ）に示した例では、高周波スイッチ６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅを全て導通することにより、給電部位６０１ａから全ての選択性放射部位を分離している。この結果、スロット構造６０１は、放射動作に寄与しなくなる。動作状態とする場合は、図４に示したように高周波スイッチ群を制御すればよい。表１に、高周波スイッチの制御例と、スロット構造６０１の放射動作への寄与の有無、給電部位６０１ａと接続される選択性放射部位と、開放終端点の関係をまとめた。【００３７】
【表１】
2008090805.tif 000003
【００３８】
なお、図５（ｂ）に示すように、スロット構造において給電部位に接続される選択性放射部位を片側だけ選択する状態は、不要な同相信号の反射を生じる可能性があり、好ましくない。スロット構造を非動作状態に設定するためには、図５（ａ）に示したように、給電部位から全ての選択性放射部位を分離することが好ましい。【００３９】
給電部位と選択性放射部位の実効電気長の総和は、動作状態にある全てのスロット共振器のスロット長が常に二分の一実効波長となるようあらかじめ設定される。給電部位は、二本の信号導体１０３ａ、１０３ｂ間の鏡面対称面に対して鏡面対称構造に設定されることが好ましい。前記鏡面対称面付近の箇所において、給電部位６０１ａ、６０５ａにはそれぞれスタブ６０１ｓ、６０５ｓが接続される。【００４０】
図１１（ａ）に、開放終端点６０１ｃｏｐ、６０３ｃｏｐを有する両端開放スロット二分の一実効波長共振器に逆相等振幅電力が給電された場合の電界ベクトル分布を模式的に示す。スロット長手方向の鏡面対称面３１１において電界ベクトルが相殺しあう節が生じ、鏡面対称面付近ではスロット共振器を効率的に励振することが不可能である。更に、差動伝送モードの特性インピーダンスの増大を回避するため、第一、第二の信号導体間の間隙幅を大きな値に設定することは不可能である。よって、本発明のスロット構造は、図１１（ｂ）に示すように、スタブ６０１ｓ、６０５ｓの導入によって初めて、差動伝送線路との結合度を確保する。但し、スタブ領域においては、信号導体１０３ａ、１０３ｂにより給電された逆相信号が互いに電界を強めあう。【００４１】
後述するように、本発明の差動給電指向性可変アンテナでは、両端開放スロット共振器は複数の選択性放射部位の中からどの選択性放射部位を選択するかを制御して、放射特性を変化させる。しかし、上記制御によらず、動作状態時には常にスタブから電磁波が放射されることになる。よって、選択性放射部位からの放射強度が、スタブからの放射強度よりも強くなるよう設定しなければ、動作状態切り替えによる指向性変化が得られなくなってしまう。【００４２】
以上の観点から、スタブ６０１ｓ、６０５ｓの長さは動作周波数ｆｏにおいて八分の一実効波長未満に設定される。また、スタブは、入出力される差動信号の、不要同相モード信号への意図しないモード変換を回避するために、差動給電線路の対称面と同じ対称面に対して鏡面対称な形状に配置されることが好ましい。また、信号導体１０３ａ、１０３ｂの外側線縁とは交差しない。また、非動作設定時に放射動作に寄与しないようにするために、給電部位６０１ａ、６０５ａの電気長は、動作周波数ｆｏにおいて四分の一実効波長未満に設定される。【００４３】
動作時の両端開放スロット共振器は、原理的には逆相等振幅に給電され対動作する片端開放スロット共振器対と等価である。このため、動作時のスロット共振器は、二本の信号導体１０３ａ、１０３ｂから等強度の電力給電を受けるよう設定される。この条件を満足するには、動作時に対動作する第一の選択性放射部位と第二の選択性放射部位は、差動伝送線路１０３ｃの鏡面対称面に対して物理的に鏡面対称に配置される。また、第一の選択性放射部位と第二の選択性放射部位の対の高周波特性を対称に設定することによっても同様の効果は実現できる。すなわち、対動作する各選択性放射部位の実効長を等しく、且つ、特性インピーダンスを等しく設定する。【００４４】
以下、本発明の実施形態により、実用的に極めて有用な放射指向性を実現するための、スロット構造群の制御法について説明する。【００４５】
まず、第一の制御状態として、図１に示した構成の差動給電指向性可変スロットアンテナにおいて、２つのスロット構造の高周波構造可変機能を用いて、図６に示した高周波構造を出現させた。スロット構造６０１、６０５において、選択性放射部位６０１ｂ、６０３ｂ、６０５ｂ、６０７ｂを選択し、選択性放射部位６０１ｃ、６０３ｃ、６０５ｃ、６０７ｃを非選択へと制御した。非選択となった選択性放射部位は図中には表示していない。上記制御により、二つのスロット構造６０１、６０５が、それぞれ両端開放二分の一実効波長スロット共振器を形成する。第一の制御状態では、本実施形態の差動給電指向性可変スロットアンテナは、主ビーム方向を±Ｙ方向にほぼ対照的に配向させた効率的な放射を提供する。また、ＸＺ面内への放射を強制的に抑圧される。すなわち、主ビーム方向に直交する面内の任意の方向から到来する妨害波を効率的に抑圧することが出来る。【００４６】
本発明の差動給電指向性可変アンテナにおいては、差動給電線路から等振幅、且つ逆位相の信号を入力するため、遠方界において電界が打ち消しあう条件が広範囲に成立する。シングルエンド給電で指向性可変を実現した従来例５のアンテナにおいては、給電されるシングルエンド信号を打ち消す等振幅、逆位相の信号が存在しないため、高い利得抑圧が得られる条件が成立しないか、成立したとしても極めて限定的な角度範囲や利得抑圧度が低い特性に留まってしまう。すなわち、本発明の構成によって初めて、主ビーム方向の配向と利得抑圧の効果が同時に得られることになる。【００４７】
第一の状態においては、第一のスロット構造６０１の開放終端点６０１ｂｏｐと開放終端点６０３ｂｏｐとの間の距離は、動作周波数における四分の一実効波長未満に設定される。また、スロット構造６０３の開放終端点６０５ｂｏｐと開放終端点６０７ｂｏｐとの間の距離も、動作周波数における四分の一実効波長未満に設定される。開放終端点６０１ｂｏｐと開放終端点６０５ｂｏｐとの距離、および開放終端点６０３ｂｏｐと開放終端点６０７ｂｏｐ間の距離は、いずれも、動作周波数における二分の一実効波長程度に設定される。距離が四分の一実効波長未満隔てた二つの開放終端点からの遠方界への放射に対する寄与は、配置距離により生じる位相差は少なく同相とみなせる。また、距離が二分の一実効波長程度に設定された二つの開放終端点からの遠方界への放射に対する寄与は、配置距離により生じる位相差が大きく逆相とみなせる。上記関係と、対構成のスロット共振器が逆相に給電されることから、第一の制御状態において放射が強めあう方向と消しあう方向の関係が論理的に説明できる。【００４８】
また、第二の制御状態として、図１に示した構成の差動給電指向性可変スロットアンテナにおいて、４つのスロット共振器の高周波構造可変機能を用いて、図７に示した高周波構造を出現させた。スロット構造６０１、６０５を動作状態とし、選択性放射部位６０１ｂ、６０３ｂ、６０５ｂ、６０７ｂを非選択とし、選択性放射部位６０１ｃ、６０３ｃ、６０５ｃ、６０７ｃを選択した。非選択となった選択性放射部位は、図中には表示していない。上記制御により、二つのスロット構造６０１、６０５が、それぞれ両端開放二分の一実効波長スロット共振器を形成する。第二の制御状態では、本実施形態の差動給電指向性可変スロットアンテナは、主ビーム方向を±Ｘ方向にほぼ対照的に配向させた効率的な放射を提供する。また、ＹＺ面内への放射を強制的に抑圧される。すなわち、第二の制御状態でも、主ビーム方向に直交する面内の任意の方向から到来する妨害波を効率的に抑圧することが出来る。そして、第一の状態と第二の制御状態では、主ビーム方向が完全に直交しており、単一アンテナで広い立体角範囲のカバーが可能となる。【００４９】
第二の制御状態においては、スロット構造６０１の開放終端点６０１ｃｏｐと開放終端点６０３ｃｏｐとの間の距離と、スロット構造６０５の開放終端点６０５ｃｏｐと開放終端点６０７ｃｏｐとの間の距離は、それぞれ動作周波数ｆｏにおいて二分の一実効波長程度に設定される。また、開放終端点６０１ｃｏｐと開放終端点６０５ｃｏｐ、開放終端点６０３ｃｏｐと開放終端点６０７ｃｏｐ間の距離は、動作周波数における四分の一実効波長未満に設定される。【００５０】
次に、第三の制御状態として、図１に示した構成の差動給電指向性可変スロットアンテナにおいて、２つのスロット構造６０１、６０５の高周波構造可変機能と動作状態可変機能を用いて、図８に示した高周波構造を出現させた。すなわち、スロット構造６０１を非動作状態に設定し、スロット構造６０５において、選択性放射部位６０５ｃと選択性放射部位６０７ｃを選択した。非選択となった選択性放射部位は図中には表示していない。【００５１】
第三の制御状態での本発明の差動給電指向性可変アンテナの放射特性は、主ビーム方向がＸＺ面内に広く分布し、ややマイナスＸ方向へ傾いたものとなる。そして、±Ｙ方向への放射は強制的に抑圧される。この放射特性は、ＸＺ面内の放射が抑圧され、±Ｙ方向への放射のみが許された第一の制御状態と互いに全立体角を相補しあう放射特性であり、単一ハードウェアで両放射状態を提供しうる本発明の差動給電指向性可変アンテナの高い有用性が主張される。第三の制御状態においては、開放終端点６０５ｃｏｐと開放終端点６０７ｃｏｐとの間の距離は、動作周波数ｆｏにおいて二分の一実効波長程度に設定される。【００５２】
次に、第四の制御状態として、図１に示した構成の差動給電指向性可変スロットアンテナにおいて、２つのスロット構造６０１、６０５の高周波構造可変機能と動作状態可変機能を用いて、図９に示した高周波構造を出現させた。すなわち、スロット構造６０５を非動作状態に選択し、スロット構造６０１において、選択性放射部位６０１ｃと選択性放射部位６０３ｃを選択した。非選択となった選択性放射部位は図中には表示していない。第三の制御状態と同様に、第四の制御状態においても、主ビーム方向がＸＺ面内に広く分布し、また、±Ｙ方向への放射は強制的に抑圧された放射特性が得られる。すなわち、第四の制御状態も、第一の制御状態と互いに全立体角を相補しあう放射特性である。第三の制御状態との高周波構造の差異は、主ビーム方向の傾きに現れる。すなわち、第四の制御状態は第三の制御状態とは異なり、やや＋Ｘ方向へ主ビーム方向が配向した放射特性を提供する。【００５３】
以上のように、本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナにおいては、従来差動給電では困難であった方向である±Ｙ方向への効率放射を果たすのみでなく、広い立体角での指向性可変機能を有すると共に、各制御状態においては、他の制御状態において主ビーム方向であった方向で原理的に利得抑圧効果を発現することが可能である。【００５４】
また、第五の制御状態として、図１に示した構成の差動給電指向性可変スロットアンテナにおいて、２つのスロット構造６０１、６０５の高周波構造可変機能と動作状態可変機能を用いて、図１０に示した高周波構造を出現させた。すなわち、スロット構造６０５を非動作状態に選択設定し、スロット構造６０１において、選択性放射部位６０１ｂと選択性放射部位６０３ｂを選択した。非選択となった選択性放射部位は図中には表示していない。第五の制御状態においても、主ビーム方向はＸＺ面内に広く分布させることが出来る。また、この制御状態においては、±Ｙ方向からの放射の主ビームに対する利得抑圧度は１０ｄＢにも達さず、強い利得抑圧を発現させたくない用途に対して最適な放射特性を提供しうる。すなわち、本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナは、第一から第四の制御状態において示した妨害波耐性が強い放射特性だけでなく、広い立体角範囲から到来する可能性がある所望波の待ち受け時などに最適な放射特性をも実現できるということになる。表２に、第一から第五の制御状態におけるスロット構成の変化や実現される放射特性についてまとめた。【００５５】
【表２】
2008090805.tif 000004
【００５６】
なお、差動給電線路１０３ｃは終端点１１３において、開放終端処理されてもよい。スロット共振器への入力整合特性の改善のためには、終端点１１３から各給電部位６０１ａ、６０５ａまでの給電整合長を、動作周波数ｆｏにおいて差動線路における差動伝送モード伝搬特性に対して四分の一実効波長となるよう設定する。また、終端点１１３において、第一の信号導体１０３ａ、第二の信号導体１０３ｂを等しい値の抵抗素子を介して接地終端してしまってもよい。また、終端点１１３において、第一の信号導体１０３ａと第二の信号導体１０３ｂを、抵抗素子を介して接続してしまってもよい。差動給電線路の終端点への抵抗素子の導入は、導入した抵抗素子において、アンテナ回路への入力電力の一部を消費することになるため、放射効率の低下を招くものの、スロット共振器への入力整合条件が緩和するので、給電整合長が短縮できる。【００５７】
高周波スイッチ６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅの具体例は、ダイオードスイッチ、高周波スイッチ、ＭＥＭＳスイッチなどである。現在市販されているダイオードスイッチを高周波スイッチとして用いれば、例えば、導通時の直列抵抗値が５Ω、開放時の寄生直列容量値が０．０５ｐＦ弱程度の良好な切り替え特性を２０ＧＨｚ以下の周波数帯域で容易に得ることが出来る。【００５８】
以上のように、本発明の構造を採用することにより、従来のスロットアンテナや差動給電アンテナでは実現できない方向への主ビームの配向、及び配向方向の広い立体角範囲での切り替え、及び、主ビーム方向と主に直交する方向での放射利得の抑圧が実現する。したがって、本発明によれば、互いに全立体角を相補的にカバーできる指向性可変アンテナの提供が可能となる。【００５９】
（実施例）
Ｘ軸方向に３０ｍｍ、Ｙ軸方向に３２ｍｍ、Ｚ軸方向に１ｍｍのサイズのＦＲ４基板上に、図１に示すような本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナを作製した。基板表面には配線幅１．３ｍｍ、配線間間隔１ｍｍ、の差動給電線路１０３ｃを作製した。基板裏面全面に形成された接地導体１０５から、一部の領域の導体をウェットエッチングで除去してスロット構造を実現した。導体は厚さ３５ミクロンの銅である。２つのスロット構造６０１、６０５は、形状は全て等しく、鏡面対称に配置した。【００６０】
鏡面対称面をＸ＝０と定義する。また、スロット構造６０１、６０５はそれぞれ、差動給電線路１０３ｃの鏡面対称面（Ｙ＝０）に対して鏡面対称な構造とした。差動信号線路１０３ｃはＸ＝１４．５で開放終端した。スロット幅は、図中細い箇所で０．５ｍｍ、太い箇所は１ｍｍとした。給電部位６０１ａ、６０５ａ間の最近接距離は１．５ｍｍとし、給電部位６０１ａ、６０５ａのスタブ６０１ｓ、６０５ｓの電気長はそれぞれ７．５ｍｍに設定した。高周波スイッチとして市販のＰＩＮダイオードを使用し、各スイッチ部は導通時には直流抵抗４オームで動作し、開放時には３０ｆＦの直流容量として機能した。高周波スイッチの制御により、５つの制御状態で動作させた。各状態において、２．５２ＧＨｚで、差動信号入力に対してマイナス１０ｄＢ未満の十分低い値の反射強度特性が得られた。以下、各制御状態において得られた放射特性について説明する。なお、各制御状態において、差動信号入力に対する同相モード信号反射強度はマイナス３０ｄＢ未満に留まった。【００６１】
（第一の実施例）
各スロット構造に付属する高周波スイッチの制御を行い、図６に示した第一の制御状態を実現したものが第一の実施例であり、各座標面での放射指向性を図１２に示す。図１２より明らかなように、第一の制御状態によって、±Ｙ方向へ主ビームが配向した放射特性が実現できることが証明された。また、Ｚ軸方向においては主ビーム方向の利得に対して２５ｄＢを超える利得抑圧効果が、Ｘ軸方向でも、主ビーム方向の利得に対して２０ｄＢ近い利得抑圧効果が得られた。【００６２】
（第二の実施例）
各スロット構造に付属する高周波スイッチの制御を行い、図７に示した第二の制御状態を実現したものが第二の実施例であり、各座標面での放射指向性パターンを図１３に示す。図１３より明らかなように、第二の制御状態によって、±Ｘ方向へ主ビームが配向した放射特性が実現できることが証明された。また、Ｚ軸方向においては主ビーム方向の利得に対して３０ｄＢを超える利得抑圧効果が、Ｙ軸方向でも、主ビーム方向の利得に対して１５ｄＢを超える強い利得抑圧効果が得られた。【００６３】
（第三の実施例）
各スロット構造に付属する高周波スイッチの制御を行い、図８に示した第三の制御状態を実現したものが第三の実施例であり、各座標面での放射指向性パターンを図１４に示す。図１４より明らかなように、第三の制御状態によって、ＸＺ面内に分布した放射が、特にマイナスＸ方向へ主ビームが配向した放射特性が実現できることが証明された。また、Ｙ軸方向においては主ビーム方向の利得に対して２５ｄＢを超える強い利得抑圧効果が得られた。【００６４】
（第四の実施例）
各スロット構造に付属する高周波スイッチの制御を行い、図９に示した第四の制御状態を実現したものが第四の実施例であり、各座標面での放射指向性パターンを図１５に示す。図１５より明らかなように、第四の制御状態によって、ＸＺ面内に分布した放射が、特に＋Ｘ方向へ主ビームが配向した放射特性が実現できることが証明された。また、Ｙ軸方向においては主ビーム方向の利得に対して２５ｄＢを超える強い利得抑圧効果が得られた。【００６５】
（第五の実施例）
各スロット構造に付属する高周波スイッチの制御を行い、図１０に示した第五の制御状態を実現したものが第五の実施例であり、各座標面での放射指向性パターンを図１６に示す。図１６より明らかなように、第五の制御状態によって、ＸＺ面内に分布したブロードな放射特性が実現できることが証明された。また、第四の制御状態とは異なり、Ｙ軸方向においては主ビーム方向の利得に対して７ｄＢ程度の利得低下にとどまる放射特性が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明にかかる差動給電指向性可変スロットアンテナは、従来の差動給電アンテナでは放射が困難であった方向を含む様々な方向への効率的な放射を行うことが可能である。また、主ビーム方向の切り替え角が広いため全立体角をカバーする指向性可変アンテナを実現できるだけでなく、主ビーム方向に直交する方向での指向性利得を原理的に抑圧することが可能である。【００６７】
更に、ある制御状態で実現した放射特性と相補しあう放射特性が別の制御状態で原理的に得られるので、特に、マルチパスが多い室内環境での高速通信を実現する用途に有益である。また通信分野の用途に広く応用できるだけでなく、無線電力伝送やIDタグなどの無線技術を使用する各分野においても使用され得る。
【図１】
2008090805.tif 000005
【図２】
2008090805.tif 000006
【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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【図１８】
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【図１９】
2008090805.tif 000023
【図２０】
2008090805.tif 000024
【図２１】
2008090805.tif 000025
【図２２】
2008090805.tif 000026
【図２３】
2008090805.tif 000027
【図２４】
2008090805.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月31日(2008.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板（１０１）と、
前記誘電体基板（１０１）の裏面に設けられた有限の面積の接地導体（１０５）と、
前記誘電体基板（１０１）の表面に配置された二本の鏡面対称な信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）からなる差動給電線路（１０３ｃ）とを備え、
前記接地導体（１０５）に形成され、前記信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）の両者とそれぞれ交差する給電部位（６０１ａ、６０１ｂ）の一端に先端が開放された少なくとも１つの第一の選択性放射部位群（６０１ｂ、６０３ｂ、６０５ｂ、６０７ｂ）が接続されるとともに、前記給電部位の他端に先端が開放された少なくとも１つの第二の選択性放射部位群（６０１ｃ、６０３ｃ、６０５ｃ、６０７ｃ）が接続されており、
動作周波数ｆｏにおける二分の一実効波長に相当するスロット長を有し両先端が開放終端される両端開放スロット共振器として機能する少なくとも一つのスロット構造を備え、
前記スロット構造（６０１、６０５）が、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも一方の可変機能を備えることにより、二つ以上の異なる放射指向性を実現する差動給電指向性可変スロットアンテナであって、
前記給電部位（６０１ａ、６０１ｂ）は、
前記信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）と交差する箇所間に、動作周波数ｆｏにおける八分の一実効波長未満の長さのスタブ（６０１ｓ、６０５ｓ）を有し、
高周波スイッチ（６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅ）が、前記給電部位（６０１ａ、６０１ｂ）から前記選択性放射部位の先端開放点までの経路の少なくとも一箇所で前記スロット構造（６０１、６０５）を幅方向に跨いで挿入され、前記高周波スイッチ素子（６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅ）は、前記高周波スイッチが跨ぐ両側の前記接地導体面を短絡するか、しないかを制御し、
前記高周波構造可変機能は、前記高周波スイッチにより、前記選択性放射部位の一つが選択されて前記給電部位とともにスロット構造を形成することによって実現され、
前記動作状態切り替え機能は、前記高周波スイッチが前記スロット構造を短絡することによって実現される、差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項２】
前記差動給電線路の開放終端点から給電回路側への距離が、前記動作周波数ｆｏにおける四分の一実効波長に相当する地点で、前記差動給電線路と前記給電部位とが交差する請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項３】
前記差動給電線路の終端点がそれぞれ同じ抵抗値の抵抗により接地終端される請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項４】
前記第一の信号導体の終端点と前記第二の信号導体の終端点が抵抗を介して電気的に接続される請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項５】
第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点が、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満の距離に近接して配置され、
第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点が、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満の距離に近接して配置され、
第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置されることにより、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現され、
前記一つの放射指向性は、前記差動給電線路に直交し、前記誘電体基板面に平行な二方向に放射成分を有する放射指向性である請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項６】
第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、
第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、
第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と、第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満に近接して配置され、
第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と、第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満に近接して配置されることにより、
前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現され、
前記一つの放射指向性は、前記差動給電線路に平行な二方向に放射成分を有する放射指向性である請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項７】
第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、
前記差動給電指向性可変スロットアンテナ内で動作状態に設定される両端開放スロット共振器の数が一つだけであり、
前記第一の開放終端点と前記第二の開放終端点とを結ぶ第一の方向への放射利得が抑圧され、前記第一の方向に直交する面内のいずれかの方向に主ビームが向くと共に、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現される請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波帯、およびミリ波帯などのアナログ高周波信号、もしくはデジタル信号を送信、受信する差動給電アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン系トランジスタの飛躍的な特性向上に伴い、デジタル回路だけでなくアナログ高周波回路部においても、化合物半導体トランジスタからシリコン系トランジスタへの置換、更にはアナログ高周波回路部とデジタルベースバンド部との１チップ化が加速している。この結果、高周波回路の主流であったシングルエンド回路は、正負の符号の信号をバランス動作させる差動信号回路へと置換されつつある。これは、差動信号回路が、不要輻射の劇的な低減、移動体端末内に無限面積の接地導体を配置できない条件化での良好な回路特性の確保、などの利点を有するからである。差動信号回路において個々の回路素子はバランスを維持して動作する必要があるが、シリコン系トランジスタでは特性ばらつきが少なく信号の差動バランスが維持できる。また、シリコン基板自体が有する損失を回避するためにも差動線路を用いることが好ましいという理由もある。結果として、シングルエンド回路において確立されていた高い高周波特性を保ちつつ、差動信号給電に対応することが、アンテナやフィルタなどの高周波デバイスへの強い要望となっている。
【０００３】
図１７（ａ）に上面より臨んだ透視模式図を、図１７（ｂ）に図中の直線Ａ１−Ａ２で切断した断面構造図を示したのは、シングルエンド線路１０３により給電される二分の一波長スロットアンテナ（従来例１）である。誘電体基板１０１の裏面に形成された接地導体面１０５に、二分の一実効波長のスロット長Ｌｓを有するスロット共振器６０１が形成されている。入力整合条件を満足するため、シングルエンド線路１０３の開放終端点１１３からスロット６０１と交差するまでの距離Ｌｍは、動作周波数における四分の一実効波長に設定される。スロット共振器６０１は、接地導体面１０５の一部領域における導体を厚さ方向に全て切除することによって得られている。図中に示したように、給電線路の伝送方向に平行な方向をＸ軸、誘電体基板形成面をＸＹ面とする座標系を定義する。従来例１の典型的な放射指向特性の一例を図１８に示す。図１８（ａ）はＹＺ面、図１８（ｂ）はＸＺ面の放射指向性を示している。図より明らかなように、従来例１は、±Ｚ方向で最大利得を示す放射指向特性が得られる。また、±Ｘ方向でヌル特性が、±Ｙ方向でも主ビーム方向に対して１０ｄＢ程度の利得低減効果が得られる。
【０００４】
また、図１９（ａ）に上面より臨んだ透視模式図を、図１９（ｂ）に図中の直線Ａ１−Ａ２で切断した断面構造図を示したのは、シングルエンド線路１０３により給電される四分の一波長スロットアンテナ（従来例２）である。誘電体基板１０１の裏面に形成された有限の面積の接地導体１０５に、四分の一実効波長のスロット長Ｌｓを有するスロット共振器６０１が形成されている。スロット共振器は接地導体１０５の縁部において、開放終端されている。図２０（ａ）はＹＺ面、図２０（ｂ）はＸＺ面、図２０（ｃ）はＸＹ面での放射指向性を示している。図より明らかなように、従来例２は、マイナスＹ方向で最大利得を示すブロードな放射指向特性が実現できる。
【０００５】
特許文献１においては、上記スロット構造を、差動給電線路の直下に伝送方向に直交させて配置させる回路構造が開示されている（従来例３）。すなわち、特許文献１の回路構成は、スロット共振器を給電する回路を、シングルエンド線路から差動給電線路へと置換した構成である。特許文献１の目的は、差動信号に意図せず重畳した不要同相信号のみを選択的に反射させる機能の実現であり、この目的からも明らかなように、特許文献１に開示された回路構造は、差動信号を自由空間に放射する機能を有さない。
【０００６】
図２１（ａ）（ｂ）にシングルエンド線路、差動給電線路によりそれぞれ給電した場合に、二分の一波長スロット共振器内に生じる電界分布の様子を模式的に比較図示した。シングルエンド線路によって給電した場合のスロットでは、両端において最小強度、中央部が最大強度となるよう、スロット幅方向に配向して電界２０１が分布する。一方、差動給電線路によって給電した場合は、正の符号の電圧によってスロット内に生じる電界２０１ａと、負の符号の電圧によってスロット内に生じる電界２０１ｂは等強度且つ逆向きのベクトルを持つので、総合的には両電界は相殺してしまう。このため、二分の一波長スロット共振器を差動給電線路で給電しても、電磁波の効率的な放射は原理的に不可能である。また、ごく近傍の励振点から逆相の電圧が給電されれば、相殺しあってしまい効率的な放射に結びつかないという点は、二分の一波長スロット共振器を四分の一波長スロット共振器へと置換した場合でも同様である。よって、差動給電線路をスロット共振器構造と結合させ実用的なアンテナ特性を実現するのは、シングルエンド線路によって給電する場合と比較して容易でない。
【０００７】
非特許文献２においては、差動線路の裏面の接地導体を分割し、端部が開放されたスロット構造を形成することにより、線路に意図せず重畳した同相モードの除去が可能であることが報告されている。この場合も、差動信号成分の効率的な放射が目的でないことは明らかである。
【０００８】
一般的に、差動伝送回路から効率的に電磁波を放射するためには、スロット共振器を用いず、差動給電線路の二本の信号線路の間隔を広げることによりダイポールアンテナとして動作させる方法が用いられる（従来例４）。図２２（ａ）に差動給電ストリップアンテナの斜視透視模式図を、図２２（ｂ）に上面模式図を、図２２（ｃ）に下面模式図を示す。図２２においても、図１７と同様の座標軸を設定する。差動給電ストリップアンテナにおいては、誘電体基板１０１の上面に形成された差動給電線路１０３ｃの線路間隔が、終端側でテーパ状に広がっている。また、誘電体基板１０１の裏面側については、入力端子側領域１１５ａでは接地導体１０５が形成されているが、差動給電線路１０３ｃの終端箇所の直下領域１１５ｂでは接地導体は設定されない。従来例４の典型的な放射指向性特性の一例を図２３に示す。図２３（ａ）にはＹＺ面での、図２３（ｂ）にはＸＺ面での放射指向性特性を示している。図より明らかなように、従来例４において主ビーム方向は＋Ｘ方向であり、ＸＺ平面に分布する広い半値幅の放射特性を示す。また、原理的に、従来例４では±Ｙ方向への放射利得は得られない。接地導体１０５により反射されるため、マイナスＸ方向への放射も抑圧させることはできる。
【０００９】
また、特許文献２には、シングルエンド線路により給電した可変スロットアンテナが開示されている（従来例５）。特許文献２の明細書の図１を、図２４として示す。誘電体基板１０の表面に配置されたシングルエンド線路６によって、基板裏面に設定した二分の一波長スロット共振器５を給電する点は、従来例１と同様の構成であるが、給電された二分の一波長スロット共振器５の先端に、更に複数の二分の一波長スロット共振器１、２、３、４を選択的に接続していくことによって、自由度の高いスロット共振器配置を実現している。スロット共振器配置を変化させることにより、電磁波の主ビーム方向を変化させる機能が発現した、としている。
【特許文献１】米国特許第６７６５４５０号明細書
【特許文献２】特開２００４−２７４７５７号公報
【非特許文献１】Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ  “Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ  ａｎｔｅｎｎａ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ”  ｐｐ．４４１−ｐｐ．４４３  ２００１年
【非特許文献２】“Ｒｏｕｔｉｎｇ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｉ／Ｏ  ｓｉｇｎａｌｓ  ａｃｒｏｓｓ  ｓｐｌｉｔ  ｇｒｏｕｎｄ  ｐｌａｎｅｓ  ａｔ  ｔｈｅ  ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ  ｆｏｒ  ＥＭＩ  ｃｏｎｔｒｏｌ”    ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｖｏｌ．１  ２１−２５  ｐｐ．３２５−３２７  ２０００年８月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の差動給電アンテナ、スロットアンテナ、可変アンテナ、には以下に示す原理的な課題があった。
【００１１】
第一に、従来例１においては、主ビームが±Ｚ軸方向にしか配向せず、±Ｙ軸方向、±Ｘ軸方向への配向は困難である。また、何よりも差動給電への対応が未達成なので、給電信号変換にバラン回路が必要であり、素子数増加、集積化の妨げになる、などの課題が生じていた。
【００１２】
第二に、従来例２においては、＋Ｙ方向へのブロードな主ビームが形成されるが、その他の方向へのビーム形成が困難である。また、何よりも差動給電への対応が未達成なので、給電信号変換にバラン回路が必要であり、素子数増加、集積化の妨げになる、などの課題が生じていた。また、従来例２の放射特性は、半値幅が広いため、通信品質劣化の回避が困難であった。例えば、所望信号がマイナスＹ方向から到来する場合、＋Ｘ方向から到来する不要信号の受信強度は抑圧されない。信号反射が多い室内環境で高速通信を行うにあたって生じる深刻なマルチパス問題の回避や、妨害波が多く到達する状況下での通信品質維持が著しく困難であった。
【００１３】
第三に、従来例３に示したように、二分の一波長スロット共振器や四分の一波長スロット共振器は、シングルエンド線路による給電を差動給電線路に置換しただけでは非放射特性しか得られず、効率的なアンテナ動作が困難であった。
【００１４】
第四に、従来例４においては、±Ｙ軸方向への主ビーム配向が困難であった。なお、差動線路を曲げると、曲げ部分における二配線間の位相差より、不要同相信号の反射が生じるため、給電線路を曲げて主ビーム方向を曲げるという解決策は従来例３においては採用できない。よって、室内環境で用いる移動端末に用いるアンテナとしては、主ビーム方向が配向できない方向が生じるのは極めて好ましくない。
【００１５】
第五に、従来例４の放射特性は、半値幅が広いため、通信品質劣化の回避が困難であった。例えば、所望信号がＺ軸方向から到来する場合、＋Ｘ方向から到来する不要信号の受信強度は抑圧されない。信号反射が多い室内環境で高速通信を行うにあたって生じる深刻なマルチパス問題の回避や、妨害波が多く到達する状況下での通信品質維持が著しく困難であった。
【００１６】
第六に、従来例５においても、第四の課題と同様、所望信号が到達する方向とは異なる方向から到来する不要信号が通信品質へ与える悪影響を抑圧することが困難であった。すなわち、主ビーム方向の配向についての制御が可能であっても、妨害波の抑圧が不十分であるという問題があった。勿論、第一の課題と同様に、差動給電への対応も未達成である。
【００１７】
以上の課題をまとめると、従来技術のいずれを用いても、３つの課題を解決することが困難である。すなわち、第一に差動給電回路との親和性があり、第二に広い立体角範囲で主ビーム方向を切り替えることが可能で、第三に主ビーム以外の方向から到来する妨害波の除去効果をも有する可変アンテナの実現が困難であった。
【００１８】
本発明は、上記従来の三課題を解決し、好ましくは、可変制御により得られる複数の放射パターンが互いに全立体角をカバーするにあたり相補しあうような特性を有する可変アンテナの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナは、誘電体基板（１０１）と、前記誘電体基板（１０１）の裏面に設けられた有限の面積の接地導体（１０５）と、前記誘電体基板（１０１）の表面に配置された二本の鏡面対称な信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）からなる差動給電線路（１０３ｃ）とを備え、前記接地導体（１０５）に形成され、前記信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）の両者とそれぞれ交差する給電部位（６０１ａ、６０１ｂ）の一端に先端が開放された少なくとも１つの第一の選択性放射部位群（６０１ｂ、６０３ｂ、６０５ｂ、６０７ｂ）が接続されるとともに、前記給電部位の他端に先端が開放された少なくとも１つの第二の選択性放射部位群（６０１ｃ、６０３ｃ、６０５ｃ、６０７ｃ）が接続されており、動作周波数ｆｏにおける二分の一実効波長に相当するスロット長を有し両先端が開放終端される両端開放スロット共振器として機能する少なくとも一つのスロット構造を備え、前記スロット構造（６０１、６０５）が、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも一方の可変機能を備えることにより、二つ以上の異なる放射指向性を実現する差動給電指向性可変スロットアンテナである。前記給電部位（６０１ａ、６０１ｂ）は、前記信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）と交差する箇所間に、動作周波数ｆｏにおける八分の一実効波長未満の長さのスタブ（６０１ｓ、６０５ｓ）を有し、高周波スイッチ（６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅ）が、前記給電部位（６０１ａ、６０１ｂ）から前記選択性放射部位の先端開放点までの経路の少なくとも一箇所で前記スロット構造（６０１、６０５）を幅方向に跨いで挿入され、前記高周波スイッチ素子（６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅ）は、前記高周波スイッチが跨ぐ両側の前記接地導体面を短絡するか、しないかを制御し、前記高周波構造可変機能は、前記高周波スイッチにより、前記選択性放射部位の一つが選択されて前記給電部位とともにスロット構造を形成することによって実現され、前記動作状態切り替え機能は、前記高周波スイッチが前記スロット構造を短絡することによって実現される。
【００２０】
好ましい実施形態において、前記差動給電線路の開放終端点から給電回路側への距離が、前記動作周波数ｆｏにおける四分の一実効波長に相当する地点で、前記差動給電線路と前記給電部位とが交差する。
【００２１】
好ましい実施形態において、前記差動給電線路の終端点がそれぞれ同じ抵抗値の抵抗により接地終端される。
【００２２】
好ましい実施形態において、前記第一の信号導体の終端点と前記第二の信号導体の終端点が抵抗を介して電気的に接続される。
【００２３】
好ましい実施形態において、第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点が、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満の距離に近接して配置され、第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点が、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満の距離に近接して配置され、第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置されることにより、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現され、前記一つの放射指向性は、前記差動給電線路に直交し、前記誘電体基板面に平行な二方向に放射成分を有する放射指向性である。
【００２４】
好ましい実施形態において、第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と、第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満に近接して配置され、第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と、第二のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満に近接して配置されることにより、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現され、前記一つの放射指向性は、前記差動給電線路に平行な二方向に放射成分を有する放射指向性である。
【００２５】
好ましい実施形態において、第一のスロット構造の前記第一の選択性放射部位の第一の開放終端点と前記第二の選択性放射部位の第二の開放終端点とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、前記差動給電指向性可変スロットアンテナ内で動作状態に設定される両端開放スロット共振器の数が一つだけであり、前記第一の開放終端点と前記第二の開放終端点とを結ぶ第一の方向への放射利得が抑圧され、前記第一の方向に直交する面内のいずれかの方向に主ビームが向くと共に、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナによれば、第一に、従来の差動給電アンテナにおいて実現不可能であった方向への効率的な放射を実現する。第二に主ビーム方向を広い立体角範囲で変化させることが可能になる。第三に主ビーム方向と異なる方向で利得を抑圧できる。従って、本アンテナは、室内環境において高速通信用途で使用される移動体端末用アンテナとして極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明による差動給電指向性可変スロットアンテナの実施形態を説明する。本実施形態によれば、従来の差動給電アンテナでは放射不可能であった方向を含む様々な方向へ効率的な放射を実現する動的な放射指向性の可変性を実現することが可能である。また、主ビーム方向と異なる方向での放射利得の抑圧という、産業上有用な効果を実現することも可能である。
【００２８】
（実施形態）
図１は、本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナの実施形態を説明するための構造図であり、誘電体基板裏面の接地導体側から臨む透視模式図となっている。また、図２（ａ）〜（ｃ）、は、図１中の直線Ａ１−Ａ２、直線Ｂ１−Ｂ２、直線Ｃ１−Ｃ２でそれぞれ回路構造を切断した場合の断面構造図になっている。従来例の構成、放射方向を示した図１７、図２２とは、座標軸や符号の設定を対応させている。
【００２９】
図１に示すように、誘電体基板１０１の裏面には有限の面積の接地導体１０５が形成されており、表面には差動給電線路１０３ｃが形成されている。差動給電線路１０３ｃは、鏡面対称な一対の信号導体１０３ａ、１０３ｂによって構成されている。接地導体１０５の一部領域では、導体を厚み方向に完全に除去して、スロット回路を構成する。また、後述するスタブ６０１ｓ、６０５ｓも、同様に、導体を厚み方向に完全に除去することによって形成される。
【００３０】
本発明のアンテナ内においては、外部制御信号に対して、少なくとも一つのスロット構造が可変機能を発現する。ここで可変機能とは、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも一方である。図１に示す実施形態においては、接地導体１０５内に二つのスロット構造６０１、６０５が配置されている。二つのスロット構造６０１、６０５は、動作設定時には動作周波数ｆｏにおいて効率的な放射を行うが、非動作設定時には放射に寄与しない。例えば、スロット構造６０１においては、給電部位６０１ａの片端に第一の選択性放射部位６０１ｂ、６０１ｃが、別の一端には第二の選択性放射部位６０３ｂ、６０３ｃが接続される。動作設定時には、スロット構造６０１内において、第一の選択性放射部位、第二の選択性放射部位がそれぞれ一つずつ選択され、スロット構造体６０１のスロット長は、動作周波数ｆｏにおいて二分の一実効波長となる。すなわち、動作設定時にはスロット構造体６０１は、両端開放スロット共振器として機能する。スロット構造体６０５も同様の機能を果たしうる。
【００３１】
図３には、両端開放スロット共振器６０１内の局所的な構造が拡大して示されている。図中には、スロット構造６０１における、給電部位６０１ａと第一の選択性放射部位６０１ｂ、６０１ｃとの接続箇所を示している。ここで、第二の選択性放射部位６０３ｂ、６０３ｃは省略している。外部制御信号は、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｂとの間に配置された高周波スイッチ６０１ｄ、および、給電部位６０１ａと選択性放射部位との６０１ｃ間に配置された高周波スイッチ６０１ｅの状態を制御し、スロット構造６０１における可変機能を実現する。
【００３２】
高周波スイッチ６０１ｄ、６０１ｅは選択性放射部位６０１ｂ、６０１ｃの一部を跨いでもよい。選択性放射部位６０１ｂ、６０１ｃは、給電部位６０１ａと接続される側とは逆側の先端終端箇所において接地導体１０５の縁部に達し、開放終端点６０１ｂｏｐ、６０１ｃｏｐにおいてそれぞれ開放終端される。例えば、高周波スイッチ６０１ｄを導通状態に制御すれば、スロットにより分断された接地導体１０５ａと１０５ｂが導通されるため、選択性放射部位６０１ｂと給電部位６０１ａを、高周波的に分離することが出来る。よって、先端開放終端箇所６０１ｂｏｐはスロット構造６０１の終端点として機能しなくなる。逆に、高周波スイッチ６０１ｄを開放状態に制御すれば、選択性放射部位６０１ｂと給電部位６０１ａとの高周波的な接続状態は復活する。この状態では、先端開放終端箇所６０１ｂｏｐがスロット構造の終端点として機能する。このように、高周波スイッチの制御により、接地導体１０５上に出現するスロット構造６０１の高周波構造を変化させることが出来る。
【００３３】
高周波構造可変機能を有するスロット構造においては、動作状態を維持しながらも外部信号制御によってスロット構造の高周波構造が変化し、異なる放射特性を提供する。例えば、スロット構造６０１が放射動作に寄与する場合、給電部位６０１ａの片端に第一の選択性放射部位が一つだけ、別の一端には第二の選択性放射部位が一つだけ選択された状態を常に保ち、且つ第一の選択性放射部位、第二の選択性放射部位はそれぞれ選択性を有している。図４には、図３のスロット構造が放射動作設定時に示す高周波構造の変化例を示した。なお、図中では、高周波スイッチ６０３ｄが開放され、第二の選択性放射部位６０３ｂが選択され、高周波スイッチ６０３ｅが導通され、第二の選択性放射部位６０３ｃは非選択となった状態を仮定し、非選択とした選択性放射部位は図示していない。図４（ａ）では、高周波スイッチ６０１ｄが開放され、高周波スイッチ６０１ｅが導通されている。その結果、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｃとの間の接続が切断される。この時、スロット構造６０１は、給電部位６０１ａの両端に、第一の選択性放射部位６０１ｂと第二の選択性放射部位６０３ｂとが直列に接続された構造が形成される。スロット構造６０１の両端は先端開放点６０１ｂｏｐ、６０３ｂｏｐであり、先端開放点間の実効距離は二分の一実効波長となる。すなわち、スロット構造６０１は、両端開放二分の一実効波長スロット共振器として機能する。逆に、図４（ｂ）に示すように、高周波スイッチ６０１ｄを導通し、高周波スイッチ６０１ｅを開放すれば、接地導体１０５上に図４（ａ）に示した構造とは別の両端開放二分の一実効波長スロット共振器を出現させることが出来る。
【００３４】
一方、図５に示すように、動作状態切り替え機能によって、スロット構造６０１が放射動作に寄与しないよう非動作状態へと制御することも可能である。動作状態切り替え機能とは、スロット構造を放射動作に寄与させるか、寄与させないかを切り替える機能である。図５（ａ）に示した例では、高周波スイッチ６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅを全て導通することにより、給電部位６０１ａから全ての選択性放射部位を分離している。この結果、スロット構造６０１は、放射動作に寄与しなくなる。動作状態とする場合は、図４に示したように高周波スイッチ群を制御すればよい。表１に、高周波スイッチの制御例と、スロット構造６０１の放射動作への寄与の有無、給電部位６０１ａと接続される選択性放射部位と、開放終端点の関係をまとめた。
【００３５】
【表１】
2008090805.tif 000029
【００３６】
なお、図５（ｂ）に示すように、スロット構造において給電部位に接続される選択性放射部位を片側だけ選択する状態は、不要な同相信号の反射を生じる可能性があり、好ましくない。スロット構造を非動作状態に設定するためには、図５（ａ）に示したように、給電部位から全ての選択性放射部位を分離することが好ましい。
【００３７】
給電部位と選択性放射部位の実効電気長の総和は、動作状態にある全てのスロット共振器のスロット長が常に二分の一実効波長となるようあらかじめ設定される。給電部位は、二本の信号導体１０３ａ、１０３ｂ間の鏡面対称面に対して鏡面対称構造に設定されることが好ましい。前記鏡面対称面付近の箇所において、給電部位６０１ａ、６０５ａにはそれぞれスタブ６０１ｓ、６０５ｓが接続される。
【００３８】
図１１（ａ）に、開放終端点６０１ｃｏｐ、６０３ｃｏｐを有する両端開放スロット二分の一実効波長共振器に逆相等振幅電力が給電された場合の電界ベクトル分布を模式的に示す。スロット長手方向の鏡面対称面３１１において電界ベクトルが相殺しあう節が生じ、鏡面対称面付近ではスロット共振器を効率的に励振することが不可能である。更に、差動伝送モードの特性インピーダンスの増大を回避するため、第一、第二の信号導体間の間隙幅を大きな値に設定することは不可能である。よって、本発明のスロット構造は、図１１（ｂ）に示すように、スタブ６０１ｓ、６０５ｓの導入によって初めて、差動伝送線路との結合度を確保する。但し、スタブ領域においては、信号導体１０３ａ、１０３ｂにより給電された逆相信号が互いに電界を強めあう。
【００３９】
後述するように、本発明の差動給電指向性可変アンテナでは、両端開放スロット共振器は複数の選択性放射部位の中からどの選択性放射部位を選択するかを制御して、放射特性を変化させる。しかし、上記制御によらず、動作状態時には常にスタブから電磁波が放射されることになる。よって、選択性放射部位からの放射強度が、スタブからの放射強度よりも強くなるよう設定しなければ、動作状態切り替えによる指向性変化が得られなくなってしまう。
【００４０】
以上の観点から、スタブ６０１ｓ、６０５ｓの長さは動作周波数ｆｏにおいて八分の一実効波長未満に設定される。また、スタブは、入出力される差動信号の、不要同相モード信号への意図しないモード変換を回避するために、差動給電線路の対称面と同じ対称面に対して鏡面対称な形状に配置されることが好ましい。また、信号導体１０３ａ、１０３ｂの外側線縁とは交差しない。また、非動作設定時に放射動作に寄与しないようにするために、給電部位６０１ａ、６０５ａの電気長は、動作周波数ｆｏにおいて四分の一実効波長未満に設定される。
【００４１】
動作時の両端開放スロット共振器は、原理的には逆相等振幅に給電され対動作する片端開放スロット共振器対と等価である。このため、動作時のスロット共振器は、二本の信号導体１０３ａ、１０３ｂから等強度の電力給電を受けるよう設定される。この条件を満足するには、動作時に対動作する第一の選択性放射部位と第二の選択性放射部位は、差動伝送線路１０３ｃの鏡面対称面に対して物理的に鏡面対称に配置される。また、第一の選択性放射部位と第二の選択性放射部位の対の高周波特性を対称に設定することによっても同様の効果は実現できる。すなわち、対動作する各選択性放射部位の実効長を等しく、且つ、特性インピーダンスを等しく設定する。
【００４２】
以下、本発明の実施形態により、実用的に極めて有用な放射指向性を実現するための、スロット構造群の制御法について説明する。
【００４３】
まず、第一の制御状態として、図１に示した構成の差動給電指向性可変スロットアンテナにおいて、２つのスロット構造の高周波構造可変機能を用いて、図６に示した高周波構造を出現させた。スロット構造６０１、６０５において、選択性放射部位６０１ｂ、６０３ｂ、６０５ｂ、６０７ｂを選択し、選択性放射部位６０１ｃ、６０３ｃ、６０５ｃ、６０７ｃを非選択へと制御した。非選択となった選択性放射部位は図中には表示していない。上記制御により、二つのスロット構造６０１、６０５が、それぞれ両端開放二分の一実効波長スロット共振器を形成する。第一の制御状態では、本実施形態の差動給電指向性可変スロットアンテナは、主ビーム方向を±Ｙ方向にほぼ対照的に配向させた効率的な放射を提供する。また、ＸＺ面内への放射を強制的に抑圧される。すなわち、主ビーム方向に直交する面内の任意の方向から到来する妨害波を効率的に抑圧することが出来る。
【００４４】
本発明の差動給電指向性可変アンテナにおいては、差動給電線路から等振幅、且つ逆位相の信号を入力するため、遠方界において電界が打ち消しあう条件が広範囲に成立する。シングルエンド給電で指向性可変を実現した従来例５のアンテナにおいては、給電されるシングルエンド信号を打ち消す等振幅、逆位相の信号が存在しないため、高い利得抑圧が得られる条件が成立しないか、成立したとしても極めて限定的な角度範囲や利得抑圧度が低い特性に留まってしまう。すなわち、本発明の構成によって初めて、主ビーム方向の配向と利得抑圧の効果が同時に得られることになる。
【００４５】
第一の状態においては、第一のスロット構造６０１の開放終端点６０１ｂｏｐと開放終端点６０３ｂｏｐとの間の距離は、動作周波数における四分の一実効波長未満に設定される。また、スロット構造６０３の開放終端点６０５ｂｏｐと開放終端点６０７ｂｏｐとの間の距離も、動作周波数における四分の一実効波長未満に設定される。開放終端点６０１ｂｏｐと開放終端点６０５ｂｏｐとの距離、および開放終端点６０３ｂｏｐと開放終端点６０７ｂｏｐ間の距離は、いずれも、動作周波数における二分の一実効波長程度に設定される。距離が四分の一実効波長未満隔てた二つの開放終端点からの遠方界への放射に対する寄与は、配置距離により生じる位相差は少なく同相とみなせる。また、距離が二分の一実効波長程度に設定された二つの開放終端点からの遠方界への放射に対する寄与は、配置距離により生じる位相差が大きく逆相とみなせる。上記関係と、対構成のスロット共振器が逆相に給電されることから、第一の制御状態において放射が強めあう方向と消しあう方向の関係が論理的に説明できる。
【００４６】
また、第二の制御状態として、図１に示した構成の差動給電指向性可変スロットアンテナにおいて、４つのスロット共振器の高周波構造可変機能を用いて、図７に示した高周波構造を出現させた。スロット構造６０１、６０５を動作状態とし、選択性放射部位６０１ｂ、６０３ｂ、６０５ｂ、６０７ｂを非選択とし、選択性放射部位６０１ｃ、６０３ｃ、６０５ｃ、６０７ｃを選択した。非選択となった選択性放射部位は、図中には表示していない。上記制御により、二つのスロット構造６０１、６０５が、それぞれ両端開放二分の一実効波長スロット共振器を形成する。第二の制御状態では、本実施形態の差動給電指向性可変スロットアンテナは、主ビーム方向を±Ｘ方向にほぼ対照的に配向させた効率的な放射を提供する。また、ＹＺ面内への放射を強制的に抑圧される。すなわち、第二の制御状態でも、主ビーム方向に直交する面内の任意の方向から到来する妨害波を効率的に抑圧することが出来る。そして、第一の状態と第二の制御状態では、主ビーム方向が完全に直交しており、単一アンテナで広い立体角範囲のカバーが可能となる。
【００４７】
第二の制御状態においては、スロット構造６０１の開放終端点６０１ｃｏｐと開放終端点６０３ｃｏｐとの間の距離と、スロット構造６０５の開放終端点６０５ｃｏｐと開放終端点６０７ｃｏｐとの間の距離は、それぞれ動作周波数ｆｏにおいて二分の一実効波長程度に設定される。また、開放終端点６０１ｃｏｐと開放終端点６０５ｃｏｐ、開放終端点６０３ｃｏｐと開放終端点６０７ｃｏｐ間の距離は、動作周波数における四分の一実効波長未満に設定される。
【００４８】
次に、第三の制御状態として、図１に示した構成の差動給電指向性可変スロットアンテナにおいて、２つのスロット構造６０１、６０５の高周波構造可変機能と動作状態可変機能を用いて、図８に示した高周波構造を出現させた。すなわち、スロット構造６０１を非動作状態に設定し、スロット構造６０５において、選択性放射部位６０５ｃと選択性放射部位６０７ｃを選択した。非選択となった選択性放射部位は図中には表示していない。
【００４９】
第三の制御状態での本発明の差動給電指向性可変アンテナの放射特性は、主ビーム方向がＸＺ面内に広く分布し、ややマイナスＸ方向へ傾いたものとなる。そして、±Ｙ方向への放射は強制的に抑圧される。この放射特性は、ＸＺ面内の放射が抑圧され、±Ｙ方向への放射のみが許された第一の制御状態と互いに全立体角を相補しあう放射特性であり、単一ハードウェアで両放射状態を提供しうる本発明の差動給電指向性可変アンテナの高い有用性が主張される。第三の制御状態においては、開放終端点６０５ｃｏｐと開放終端点６０７ｃｏｐとの間の距離は、動作周波数ｆｏにおいて二分の一実効波長程度に設定される。
【００５０】
次に、第四の制御状態として、図１に示した構成の差動給電指向性可変スロットアンテナにおいて、２つのスロット構造６０１、６０５の高周波構造可変機能と動作状態可変機能を用いて、図９に示した高周波構造を出現させた。すなわち、スロット構造６０５を非動作状態に選択し、スロット構造６０１において、選択性放射部位６０１ｃと選択性放射部位６０３ｃを選択した。非選択となった選択性放射部位は図中には表示していない。第三の制御状態と同様に、第四の制御状態においても、主ビーム方向がＸＺ面内に広く分布し、また、±Ｙ方向への放射は強制的に抑圧された放射特性が得られる。すなわち、第四の制御状態も、第一の制御状態と互いに全立体角を相補しあう放射特性である。第三の制御状態との高周波構造の差異は、主ビーム方向の傾きに現れる。すなわち、第四の制御状態は第三の制御状態とは異なり、やや＋Ｘ方向へ主ビーム方向が配向した放射特性を提供する。
【００５１】
以上のように、本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナにおいては、従来差動給電では困難であった方向である±Ｙ方向への効率放射を果たすのみでなく、広い立体角での指向性可変機能を有すると共に、各制御状態においては、他の制御状態において主ビーム方向であった方向で原理的に利得抑圧効果を発現することが可能である。
【００５２】
また、第五の制御状態として、図１に示した構成の差動給電指向性可変スロットアンテナにおいて、２つのスロット構造６０１、６０５の高周波構造可変機能と動作状態可変機能を用いて、図１０に示した高周波構造を出現させた。すなわち、スロット構造６０５を非動作状態に選択設定し、スロット構造６０１において、選択性放射部位６０１ｂと選択性放射部位６０３ｂを選択した。非選択となった選択性放射部位は図中には表示していない。第五の制御状態においても、主ビーム方向はＸＺ面内に広く分布させることが出来る。また、この制御状態においては、±Ｙ方向からの放射の主ビームに対する利得抑圧度は１０ｄＢにも達さず、強い利得抑圧を発現させたくない用途に対して最適な放射特性を提供しうる。すなわち、本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナは、第一から第四の制御状態において示した妨害波耐性が強い放射特性だけでなく、広い立体角範囲から到来する可能性がある所望波の待ち受け時などに最適な放射特性をも実現できるということになる。表２に、第一から第五の制御状態におけるスロット構成の変化や実現される放射特性についてまとめた。
【００５３】
【表２】
2008090805.tif 000030
【００５４】
なお、差動給電線路１０３ｃは終端点１１３において、開放終端処理されてもよい。スロット共振器への入力整合特性の改善のためには、終端点１１３から各給電部位６０１ａ、６０５ａまでの給電整合長を、動作周波数ｆｏにおいて差動線路における差動伝送モード伝搬特性に対して四分の一実効波長となるよう設定する。また、終端点１１３において、第一の信号導体１０３ａ、第二の信号導体１０３ｂを等しい値の抵抗素子を介して接地終端してしまってもよい。また、終端点１１３において、第一の信号導体１０３ａと第二の信号導体１０３ｂを、抵抗素子を介して接続してしまってもよい。差動給電線路の終端点への抵抗素子の導入は、導入した抵抗素子において、アンテナ回路への入力電力の一部を消費することになるため、放射効率の低下を招くものの、スロット共振器への入力整合条件が緩和するので、給電整合長が短縮できる。
【００５５】
高周波スイッチ６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅの具体例は、ダイオードスイッチ、高周波スイッチ、ＭＥＭＳスイッチなどである。現在市販されているダイオードスイッチを高周波スイッチとして用いれば、例えば、導通時の直列抵抗値が５Ω、開放時の寄生直列容量値が０．０５ｐＦ弱程度の良好な切り替え特性を２０ＧＨｚ以下の周波数帯域で容易に得ることが出来る。
【００５６】
以上のように、本発明の構造を採用することにより、従来のスロットアンテナや差動給電アンテナでは実現できない方向への主ビームの配向、及び配向方向の広い立体角範囲での切り替え、及び、主ビーム方向と主に直交する方向での放射利得の抑圧が実現する。したがって、本発明によれば、互いに全立体角を相補的にカバーできる指向性可変アンテナの提供が可能となる。
【００５７】
（実施例）
Ｘ軸方向に３０ｍｍ、Ｙ軸方向に３２ｍｍ、Ｚ軸方向に１ｍｍのサイズのＦＲ４基板上に、図１に示すような本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナを作製した。基板表面には配線幅１．３ｍｍ、配線間間隔１ｍｍ、の差動給電線路１０３ｃを作製した。基板裏面全面に形成された接地導体１０５から、一部の領域の導体をウェットエッチングで除去してスロット構造を実現した。導体は厚さ３５ミクロンの銅である。２つのスロット構造６０１、６０５は、形状は全て等しく、鏡面対称に配置した。
【００５８】
鏡面対称面をＸ＝０と定義する。また、スロット構造６０１、６０５はそれぞれ、差動給電線路１０３ｃの鏡面対称面（Ｙ＝０）に対して鏡面対称な構造とした。差動信号線路１０３ｃはＸ＝１４．５で開放終端した。スロット幅は、図中細い箇所で０．５ｍｍ、太い箇所は１ｍｍとした。給電部位６０１ａ、６０５ａ間の最近接距離は１．５ｍｍとし、給電部位６０１ａ、６０５ａのスタブ６０１ｓ、６０５ｓの電気長はそれぞれ７．５ｍｍに設定した。高周波スイッチとして市販のＰＩＮダイオードを使用し、各スイッチ部は導通時には直流抵抗４オームで動作し、開放時には３０ｆＦの直流容量として機能した。高周波スイッチの制御により、５つの制御状態で動作させた。各状態において、２．５２ＧＨｚで、差動信号入力に対してマイナス１０ｄＢ未満の十分低い値の反射強度特性が得られた。以下、各制御状態において得られた放射特性について説明する。なお、各制御状態において、差動信号入力に対する同相モード信号反射強度はマイナス３０ｄＢ未満に留まった。
【００５９】
（第一の実施例）
各スロット構造に付属する高周波スイッチの制御を行い、図６に示した第一の制御状態を実現したものが第一の実施例であり、各座標面での放射指向性を図１２に示す。図１２より明らかなように、第一の制御状態によって、±Ｙ方向へ主ビームが配向した放射特性が実現できることが証明された。また、Ｚ軸方向においては主ビーム方向の利得に対して２５ｄＢを超える利得抑圧効果が、Ｘ軸方向でも、主ビーム方向の利得に対して２０ｄＢ近い利得抑圧効果が得られた。
【００６０】
（第二の実施例）
各スロット構造に付属する高周波スイッチの制御を行い、図７に示した第二の制御状態を実現したものが第二の実施例であり、各座標面での放射指向性パターンを図１３に示す。図１３より明らかなように、第二の制御状態によって、±Ｘ方向へ主ビームが配向した放射特性が実現できることが証明された。また、Ｚ軸方向においては主ビーム方向の利得に対して３０ｄＢを超える利得抑圧効果が、Ｙ軸方向でも、主ビーム方向の利得に対して１５ｄＢを超える強い利得抑圧効果が得られた。
【００６１】
（第三の実施例）
各スロット構造に付属する高周波スイッチの制御を行い、図８に示した第三の制御状態を実現したものが第三の実施例であり、各座標面での放射指向性パターンを図１４に示す。図１４より明らかなように、第三の制御状態によって、ＸＺ面内に分布した放射が、特にマイナスＸ方向へ主ビームが配向した放射特性が実現できることが証明された。また、Ｙ軸方向においては主ビーム方向の利得に対して２５ｄＢを超える強い利得抑圧効果が得られた。
【００６２】
（第四の実施例）
各スロット構造に付属する高周波スイッチの制御を行い、図９に示した第四の制御状態を実現したものが第四の実施例であり、各座標面での放射指向性パターンを図１５に示す。図１５より明らかなように、第四の制御状態によって、ＸＺ面内に分布した放射が、特に＋Ｘ方向へ主ビームが配向した放射特性が実現できることが証明された。また、Ｙ軸方向においては主ビーム方向の利得に対して２５ｄＢを超える強い利得抑圧効果が得られた。
【００６３】
（第五の実施例）
各スロット構造に付属する高周波スイッチの制御を行い、図１０に示した第五の制御状態を実現したものが第五の実施例であり、各座標面での放射指向性パターンを図１６に示す。図１６より明らかなように、第五の制御状態によって、ＸＺ面内に分布したブロードな放射特性が実現できることが証明された。また、第四の制御状態とは異なり、Ｙ軸方向においては主ビーム方向の利得に対して７ｄＢ程度の利得低下にとどまる放射特性が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明にかかる差動給電指向性可変スロットアンテナは、従来の差動給電アンテナでは放射が困難であった方向を含む様々な方向への効率的な放射を行うことが可能である。また、主ビーム方向の切り替え角が広いため全立体角をカバーする指向性可変アンテナを実現できるだけでなく、主ビーム方向に直交する方向での指向性利得を原理的に抑圧することが可能である。
【００６５】
更に、ある制御状態で実現した放射特性と相補しあう放射特性が別の制御状態で原理的に得られるので、特に、マルチパスが多い室内環境での高速通信を実現する用途に有益である。また通信分野の用途に広く応用できるだけでなく、無線電力伝送やIDタグなどの無線技術を使用する各分野においても使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナの実施形態の裏面から臨んだ透視模式図である。
【図２】図１の差動給電指向性可変スロットアンテナの実施形態の断面構造図であって、（ａ）は図１の直線Ａ１−Ａ２を切断面とする断面構造図、（ｂ）は図１の直線Ｂ１−Ｂ２を切断面とする断面構造図、（ｃ）は図１の直線Ｃ１−Ｃ２を切断面とする断面構造図である。
【図３】スロット構造６０１周辺構造の拡大図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、動作状態でのスロット構造６０１の構造変化例を示す模式図である。
【図５】動作状態でないスロット構造６０１の構造変化例を示す模式図であって、（ａ）は非動作状態でのスロット構造の模式図、（ｂ）は好ましくない状態でのスロット構造の模式図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナの第一の制御状態での構造図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナの第二の制御状態での構造図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナの第三の制御状態での構造図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナの第四の制御状態での構造図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナの第五の制御状態での構造図である。
【図１１】（ａ）は両端開放二分の一実効波長スロット共振器中央で逆相励振された場合にスロット共振器内に生じる電界ベクトルの模式図、（ｂ）は本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナ内の両端開放二分の一実効波長スロット共振器と差動給電線路の関係模式図である。
【図１２】（ａ）から（ｃ）は、本発明の第一の実施例の放射指向パターン図である。
【図１３】（ａ）から（ｃ）は、本発明の第二の実施例の放射指向パターン図である。
【図１４】（ａ）から（ｃ）は、本発明の第三の実施例の放射指向パターン図である。
【図１５】（ａ）から（ｃ）は、本発明の第四の実施例の放射指向パターン図である。
【図１６】（ａ）から（ｃ）は、本発明の第五の実施例の放射指向パターン図である。
【図１７】従来例１の構造図であって、（ａ）は上面透視模式図、（ｂ）は断面構造図である。
【図１８】従来例１の放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）はＸＺ面での放射指向特性図である。
【図１９】従来例２の構造図であって、（ａ）は上面透視模式図、（ｂ）は断面構造図である。
【図２０】従来例２の放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）はＸＺ面での放射指向特性図、（ｃ）はＸＹ面での放射指向特性図である。
【図２１】二分の一波長スロット共振器内の電界ベクトル分布の模式図であって、（ａ）はシングルエンド給電線路により給電された場合の模式図、（ｂ）は差動給電線路により給電された場合の模式図である。
【図２２】従来例４の構造図であって、（ａ）は斜視透視模式図、（ｂ）は上面模式図、（ｃ）は下面模式図である。
【図２３】従来例４の放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）ＸＺ面での放射指向特性図である。
【図２４】従来例５の図１であり、シングルエンド給電可変アンテナの模式構造図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０１  誘電体基板
１０３  信号導体
１０３ａ、１０３ｂ  差動信号線路の対の信号導体
１０３ｃ  差動給電線路
１０５、１０５ａ、１０５ｂ  接地導体
６０１、６０５  スロット構造、両端開放スロット共振器
１１３  給電線路の終端点
１１５ａ  誘電体基板裏面の入力端子側領域
１１５ｂ  誘電体基板裏面の差動給電線路終端箇所の直下領域
３１１  対称面
６０１ａ、６０５ａ  給電部位
６０１ｂ、６０３ｂ、６０５ｂ、６０７ｂ  第一の選択性放射部位
６０１ｃ、６０３ｃ、６０５ｃ、６０７ｃ  第二の選択性放射部位
６０１ｂｏｐ、６０１ｃｏｐ、６０３ｂｏｐ、６０３ｃｏｐ、６０５ｂｏｐ、６０５ｃｏｐ、６０７ｂｏｐ、６０７ｃｏｐ  開放終端点
６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅ  高周波スイッチ
６０１ｓ、６０５ｓ  スタブ
Ｌｍ  終端点から給電部位までの距離
Ｈ  基板厚
Ｗ  信号導体の配線幅
Ｇ  信号導体間の間隙幅
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008090805.tif 000031
【図２】
2008090805.tif 000032
【図３】
2008090805.tif 000033
【図４】
2008090805.tif 000034
【図５】
2008090805.tif 000035
【図６】
2008090805.tif 000036
【図７】
2008090805.tif 000037
【図８】
2008090805.tif 000038
【図９】
2008090805.tif 000039
【図１０】
2008090805.tif 000040
【図１１】
2008090805.tif 000041
【図１２】
2008090805.tif 000042
【図１３】
2008090805.tif 000043
【図１４】
2008090805.tif 000044
【図１５】
2008090805.tif 000045
【図１６】
2008090805.tif 000046
【図１７】
2008090805.tif 000047
【図１８】
2008090805.tif 000048
【図１９】
2008090805.tif 000049
【図２０】
2008090805.tif 000050
【図２１】
2008090805.tif 000051
【図２２】
2008090805.tif 000052
【図２３】
2008090805.tif 000053
【図２４】
2008090805.tif 000054
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月19日(2008.5.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板（１０１）と、
前記誘電体基板（１０１）の裏面に設けられた有限の面積の接地導体（１０５）と、
前記誘電体基板（１０１）の表面に配置された二本の鏡面対称な信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）からなる差動給電線路（１０３ｃ）と、
少なくとも一つのスロット構造（６０１、６０５）と
を備え、
前記少なくとも一つのスロット構造（６０１、６０５）は、前記誘電体基板（１０１）の裏面に形成されており、
それぞれの前記少なくとも一つのスロット構造（６０１、６０５）は、給電部位（６０１ａ、６０５ａ）と、第一の選択性放射部位群と、第二の選択性放射部位群とからなり、
前記第一の選択性放射部位群は、少なくとも１つの第一の選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０５ｂ、６０５ｃ）からなり、
前記第二の選択性放射部位群は、少なくとも１つの第二の選択性放射部位（６０３ｂ、６０３ｃ、６０７ｂ、６０７ｃ）からなり、
前記給電部位（６０１ａ、６０５ａ）は、前記誘電体基板（１０１）の裏面に設けられたスロットからなり、
前記少なくとも１つの第一の選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０５ｂ、６０５ｃ）は、いずれも前記誘電体基板（１０１）の裏面に設けられたスロットからなり、
前記少なくとも１つの第二の選択性放射部位（６０３ｂ、６０３ｃ、６０７ｂ、６０７ｃ）は、いずれも前記誘電体基板（１０１）の裏面に設けられたスロットからなり、
前記給電部位（６０１ａ、６０５ａ）は、前記信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）の両者とそれぞれ交差しており、
前記少なくとも１つの第一の選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０５ｂ、６０５ｃ）は、それぞれ、前記給電部位（６０１ａ、６０５ａ）の一端に接続されており、
前記第一の選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０５ｂ、６０５ｃ）の先端は、それぞれ、開放されている開放終端点（６０１ｂｏｐ、６０１ｃｏｐ、６０５ｂｏｐ、６０５ｃｏｐ）からなり、
前記少なくとも１つの第二の選択性放射部位（６０３ｂ、６０３ｃ、６０７ｂ、６０７ｃ）は、それぞれ、前記給電部位（６０１ａ、６０５ａ）の他端に接続されており、
前記第二の選択性放射部位（６０３ｂ、６０３ｃ、６０７ｂ、６０７ｃ）の先端は、それぞれ、開放されている開放終端点（６０３ｂｏｐ、６０３ｃｏｐ、６０７ｂｏｐ、６０７ｃｏｐ）からなり、
前記スロット構造（６０１、６０５）が、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも一方の可変機能を備えることにより、二つ以上の異なる放射指向性を実現する差動給電指向性可変スロットアンテナであって、
前記給電部位（６０１ａ、６０５ａ）は、さらに、
前記信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）と交差する箇所間に、動作周波数ｆｏにおける八分の一実効波長未満の長さのスタブ（６０１ｓ、６０５ｓ）を有し、
前記給電部位（６０１ａ、６０５ａ）の一端と前記少なくとも１つの第一の選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０５ｂ、６０５ｃ）との間には、それぞれ、高周波スイッチ（６０１ｄ、６０１ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ）が前記スロット構造（６０１、６０５）を幅方向に跨いで挿入され、
前記給電部位（６０１ａ、６０５ａ）の他端と前記少なくとも１つの第二の選択性放射部位（６０３ｂ、６０３ｃ、６０７ｂ、６０７ｃ）との間には、それぞれ、高周波スイッチ（６０３ｄ、６０３ｅ、６０７ｄ、６０７ｅ）が、前記スロット構造（６０１、６０５）を幅方向に跨いで挿入され、
前記高周波スイッチ素子（６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅ）は、それぞれ、前記高周波スイッチが跨ぐ両側の前記接地導体（１０５）を短絡するか、しないかを制御し、
前記高周波スイッチによって前記第一の選択性放射部位群の中から選択された前記第一の選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０５ｂ、６０５ｃ）、前記給電部位、および前記高周波スイッチによって前記第二の選択性放射部位群の中から選択された前記第二の選択性放射部位（６０３ｂ、６０３ｃ、６０７ｂ、６０７ｃ）が、両端開放スロット共振器を形成することによって前記高周波構造可変機能が実現され、
ここで、両端開放スロット共振器は、動作周波数ｆｏにおける二分の一実効波長に相当するスロット長を有しており、
前記動作状態切り替え機能は、前記高周波スイッチが前記スロット構造を短絡することによって実現される、差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項２】
前記差動給電線路の開放終端点から給電回路側への距離が、前記動作周波数ｆｏにおける四分の一実効波長に相当する地点で、前記差動給電線路と前記給電部位とが交差する請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項３】
前記差動給電線路の終端点がそれぞれ同じ抵抗値の抵抗により接地終端される請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項４】
前記第一の信号導体の終端点と前記第二の信号導体の終端点が抵抗を介して電気的に接続される請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項５】
２つのスロット構造を有し、
前記誘電体基板（１０１）に平行な面をＸＹ平面とし、
前記誘電体基板（１０１）の法線方向をＺ軸方向とし、
前記ＸＹ平面においてＸ軸とＹ軸とは直交するとし、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第一の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｂ、６０５ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｃ、６０５ｃ）とからなり、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第二の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｂ、６０７ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｃ、６０７ｃ）とからなり、
第一のスロット構造（６０１）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｂ）が有する開放終端点（６０１ｂｏｐ）と、第一のスロット構造（６０１）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｂ）が有する開放終端点（６０３ｂｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満の距離に近接して配置され、
第二のスロット構造（６０５）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０５ｂ）が有する開放終端点（６０５ｂｏｐ）と、第二のスロット構造（６０５）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０７ｂ）が有する開放終端点（６０７ｂｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満の距離に近接して配置され、
第一のスロット構造（６０１）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｂ）が有する開放終端点（６０１ｂｏｐ）と、第二のスロット構造（６０５）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０５ｂ）が有する開放終端点（６０５ｂｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、
第一のスロット構造（６０１）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｂ）が有する開放終端点（６０３ｂｏｐ）と、第二のスロット構造（６０５）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０７ｂ）が有する開放終端点（６０７ｂｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置されることにより、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現され、
前記一つの放射指向性は、前記差動給電線路に直交し、前記誘電体基板面に平行な二方向に放射成分を有する放射指向性である請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項６】
２つのスロット構造を有し、
前記誘電体基板（１０１）に平行な面をＸＹ平面とし、
前記誘電体基板（１０１）の法線方向をＺ軸方向とし、
前記ＸＹ平面においてＸ軸とＹ軸とは直交するとし、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第一の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｂ、６０５ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｃ、６０５ｃ）とからなり、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第二の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｂ、６０７ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｃ、６０７ｃ）とからなり、
第一のスロット構造（６０１）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｃ）が有する開放終端点（６０１ｃｏｐ）と、第一のスロット構造（６０１）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｃ）が有する開放終端点（６０３ｃｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、
第二のスロット構造（６０５）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０５ｃ）が有する開放終端点（６０５ｃｏｐ）と、第二のスロット構造（６０５）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０７ｃ）が有する開放終端点（６０７ｃｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、
第一のスロット構造（６０１）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｃ）が有する開放終端点（６０１ｃｏｐ）と、第二のスロット構造（６０５）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０５ｃ）が有する開放終端点（６０５ｃｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満に近接して配置され、
第一のスロット構造（６０１）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｃ）が有する開放終端点（６０３ｃｏｐ）と、第二のスロット構造（６０５）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０７ｃ）が有する開放終端点（６０７ｃｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満に近接して配置されることにより、
前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現され、
前記一つの放射指向性は、前記差動給電線路に平行な二方向に放射成分を有する放射指向性である請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項７】
２つのスロット構造を有し、
前記誘電体基板（１０１）に平行な面をＸＹ平面とし、
前記誘電体基板（１０１）の法線方向をＺ軸方向とし、
前記ＸＹ平面においてＸ軸とＹ軸とは直交するとし、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第一の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｂ、６０５ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｃ、６０５ｃ）とからなり、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第二の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｂ、６０７ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｃ、６０７ｃ）とからなり、
第一のスロット構造（６０１）における高周波スイッチがいずれも両側の前記接地導体（１０５）を短絡しており、
第二のスロット構造（６０５）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０５ｃ）が有する開放終端点（６０５ｃｏｐ）と、第二のスロット構造（６０５）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０７ｃ）が有する開放終端点（６０７ｃｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置されていることにより、
前記第一の開放終端点と前記第二の開放終端点とを結ぶ第一の方向への放射利得が抑圧され、前記第一の方向に直交する面内のいずれかの方向に主ビームが向くと共に、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現される請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項８】
２つのスロット構造を有し、
前記誘電体基板（１０１）に平行な面をＸＹ平面とし、
前記誘電体基板（１０１）の法線方向をＺ軸方向とし、
前記ＸＹ平面においてＸ軸とＹ軸とは直交するとし、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第一の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｂ、６０５ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｃ、６０５ｃ）とからなり、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第二の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｂ、６０７ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｃ、６０７ｃ）とからなり、
第二のスロット構造（６０５）における高周波スイッチがいずれも両側の前記接地導体（１０５）を短絡しており、
第一のスロット構造（６０１）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｃ）が有する開放終端点（６０１ｃｏｐ）と、第一のスロット構造（６０１）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｃ）が有する開放終端点（６０３ｃｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置されていることにより、
前記第一の開放終端点と前記第二の開放終端点とを結ぶ第一の方向への放射利得が抑圧され、前記第一の方向に直交する面内のいずれかの方向に主ビームが向くと共に、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現される請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【請求項９】
２つのスロット構造を有し、
前記誘電体基板（１０１）に平行な面をＸＹ平面とし、
前記誘電体基板（１０１）の法線方向をＺ軸方向とし、
前記ＸＹ平面においてＸ軸とＹ軸とは直交するとし、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第一の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｂ、６０５ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｃ、６０５ｃ）とからなり、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第二の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｂ、６０７ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｃ、６０７ｃ）とからなり、
第二のスロット構造（６０５）における高周波スイッチがいずれも両側の前記接地導体（１０５）を短絡しており、
第一のスロット構造（６０１）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｂ）が有する開放終端点（６０１ｂｏｐ）と、第一のスロット構造（６０１）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｂ）が有する開放終端点（６０３ｂｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置されていることにより、
前記第一の方向に直交する面内に主ビームが向くと共に、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現される請求項１に記載の差動給電指向性可変スロットアンテナ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明の差動給電指向性可変スロットアンテナは、
誘電体基板（１０１）と、
前記誘電体基板（１０１）の裏面に設けられた有限の面積の接地導体（１０５）と、
前記誘電体基板（１０１）の表面に配置された二本の鏡面対称な信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）からなる差動給電線路（１０３ｃ）と、
少なくとも一つのスロット構造（６０１、６０５）と
を備え、
前記少なくとも一つのスロット構造（６０１、６０５）は、前記誘電体基板（１０１）の裏面に形成されており、
それぞれの前記少なくとも一つのスロット構造（６０１、６０５）は、給電部位（６０１ａ、６０５ａ）と、第一の選択性放射部位群と、第二の選択性放射部位群とからなり、
前記第一の選択性放射部位群は、少なくとも１つの第一の選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０５ｂ、６０５ｃ）からなり、
前記第二の選択性放射部位群は、少なくとも１つの第二の選択性放射部位（６０３ｂ、６０３ｃ、６０７ｂ、６０７ｃ）からなり、
前記給電部位（６０１ａ、６０５ａ）は、前記誘電体基板（１０１）の裏面に設けられたスロットからなり、
前記少なくとも１つの第一の選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０５ｂ、６０５ｃ）は、いずれも前記誘電体基板（１０１）の裏面に設けられたスロットからなり、
前記少なくとも１つの第二の選択性放射部位（６０３ｂ、６０３ｃ、６０７ｂ、６０７ｃ）は、いずれも前記誘電体基板（１０１）の裏面に設けられたスロットからなり、
前記給電部位（６０１ａ、６０５ａ）は、前記信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）の両者とそれぞれ交差しており、
前記少なくとも１つの第一の選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０５ｂ、６０５ｃ）は、それぞれ、前記給電部位（６０１ａ、６０５ａ）の一端に接続されており、
前記第一の選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０５ｂ、６０５ｃ）の先端は、それぞれ、開放されている開放終端点（６０１ｂｏｐ、６０１ｃｏｐ、６０５ｂｏｐ、６０５ｃｏｐ）からなり、
前記少なくとも１つの第二の選択性放射部位（６０３ｂ、６０３ｃ、６０７ｂ、６０７ｃ）は、それぞれ、前記給電部位（６０１ａ、６０５ａ）の他端に接続されており、
前記第二の選択性放射部位（６０３ｂ、６０３ｃ、６０７ｂ、６０７ｃ）の先端は、それぞれ、開放されている開放終端点（６０３ｂｏｐ、６０３ｃｏｐ、６０７ｂｏｐ、６０７ｃｏｐ）からなり、
前記スロット構造（６０１、６０５）が、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも一方の可変機能を備えることにより、二つ以上の異なる放射指向性を実現する差動給電指向性可変スロットアンテナであって、
前記給電部位（６０１ａ、６０５ａ）は、さらに、
前記信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）と交差する箇所間に、動作周波数ｆｏにおける八分の一実効波長未満の長さのスタブ（６０１ｓ、６０５ｓ）を有し、
前記給電部位（６０１ａ、６０５ａ）の一端と前記少なくとも１つの第一の選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０５ｂ、６０５ｃ）との間には、それぞれ、高周波スイッチ（６０１ｄ、６０１ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ）が前記スロット構造（６０１、６０５）を幅方向に跨いで挿入され、
前記給電部位（６０１ａ、６０５ａ）の他端と前記少なくとも１つの第二の選択性放射部位（６０３ｂ、６０３ｃ、６０７ｂ、６０７ｃ）との間には、それぞれ、高周波スイッチ（６０３ｄ、６０３ｅ、６０７ｄ、６０７ｅ）が、前記スロット構造（６０１、６０５）を幅方向に跨いで挿入され、
前記高周波スイッチ素子（６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅ）は、それぞれ、前記高周波スイッチが跨ぐ両側の前記接地導体（１０５）を短絡するか、しないかを制御し、
前記高周波スイッチによって前記第一の選択性放射部位群の中から選択された前記第一の選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０５ｂ、６０５ｃ）、前記給電部位、および前記高周波スイッチによって前記第二の選択性放射部位群の中から選択された前記第二の選択性放射部位（６０３ｂ、６０３ｃ、６０７ｂ、６０７ｃ）が、両端開放スロット共振器を形成することによって前記高周波構造可変機能が実現され、
ここで、両端開放スロット共振器は、動作周波数ｆｏにおける二分の一実効波長に相当するスロット長を有しており、
前記動作状態切り替え機能は、前記高周波スイッチが前記スロット構造を短絡することによって実現される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
好ましい実施形態においては、
２つのスロット構造を有し、
前記誘電体基板（１０１）に平行な面をＸＹ平面とし、
前記誘電体基板（１０１）の法線方向をＺ軸方向とし、
前記ＸＹ平面においてＸ軸とＹ軸とは直交するとし、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第一の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｂ、６０５ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｃ、６０５ｃ）とからなり、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第二の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｂ、６０７ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｃ、６０７ｃ）とからなり、
第一のスロット構造（６０１）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｂ）が有する開放終端点（６０１ｂｏｐ）と、第一のスロット構造（６０１）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｂ）が有する開放終端点（６０３ｂｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満の距離に近接して配置され、
第二のスロット構造（６０５）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０５ｂ）が有する開放終端点（６０５ｂｏｐ）と、第二のスロット構造（６０５）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０７ｂ）が有する開放終端点（６０７ｂｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満の距離に近接して配置され、
第一のスロット構造（６０１）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｂ）が有する開放終端点（６０１ｂｏｐ）と、第二のスロット構造（６０５）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０５ｂ）が有する開放終端点（６０５ｂｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、
第一のスロット構造（６０１）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｂ）が有する開放終端点（６０３ｂｏｐ）と、第二のスロット構造（６０５）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０７ｂ）が有する開放終端点（６０７ｂｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置されることにより、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現され、
前記一つの放射指向性は、前記差動給電線路に直交し、前記誘電体基板面に平行な二方向に放射成分を有する放射指向性である。
好ましい実施形態においては、
２つのスロット構造を有し、
前記誘電体基板（１０１）に平行な面をＸＹ平面とし、
前記誘電体基板（１０１）の法線方向をＺ軸方向とし、
前記ＸＹ平面においてＸ軸とＹ軸とは直交するとし、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第一の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｂ、６０５ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｃ、６０５ｃ）とからなり、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第二の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｂ、６０７ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｃ、６０７ｃ）とからなり、
第一のスロット構造（６０１）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｃ）が有する開放終端点（６０１ｃｏｐ）と、第一のスロット構造（６０１）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｃ）が有する開放終端点（６０３ｃｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、
第二のスロット構造（６０５）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０５ｃ）が有する開放終端点（６０５ｃｏｐ）と、第二のスロット構造（６０５）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０７ｃ）が有する開放終端点（６０７ｃｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置され、
第一のスロット構造（６０１）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｃ）が有する開放終端点（６０１ｃｏｐ）と、第二のスロット構造（６０５）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０５ｃ）が有する開放終端点（６０５ｃｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満に近接して配置され、
第一のスロット構造（６０１）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｃ）が有する開放終端点（６０３ｃｏｐ）と、第二のスロット構造（６０５）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０７ｃ）が有する開放終端点（６０７ｃｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける四分の一実効波長未満に近接して配置されることにより、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現され、
前記一つの放射指向性は、前記差動給電線路に平行な二方向に放射成分を有する放射指向性である。
好ましい実施形態においては、
２つのスロット構造を有し、
前記誘電体基板（１０１）に平行な面をＸＹ平面とし、
前記誘電体基板（１０１）の法線方向をＺ軸方向とし、
前記ＸＹ平面においてＸ軸とＹ軸とは直交するとし、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第一の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｂ、６０５ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｃ、６０５ｃ）とからなり、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第二の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｂ、６０７ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｃ、６０７ｃ）とからなり、
第一のスロット構造（６０１）における高周波スイッチがいずれも両側の前記接地導体（１０５）を短絡しており、
第二のスロット構造（６０５）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０５ｃ）が有する開放終端点（６０５ｃｏｐ）と、第二のスロット構造（６０５）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０７ｃ）が有する開放終端点（６０７ｃｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置されていることにより、
前記第一の開放終端点と前記第二の開放終端点とを結ぶ第一の方向への放射利得が抑圧され、前記第一の方向に直交する面内のいずれかの方向に主ビームが向くと共に、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現される。
好ましい実施形態においては、
２つのスロット構造を有し、
前記誘電体基板（１０１）に平行な面をＸＹ平面とし、
前記誘電体基板（１０１）の法線方向をＺ軸方向とし、
前記ＸＹ平面においてＸ軸とＹ軸とは直交するとし、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第一の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｂ、６０５ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｃ、６０５ｃ）とからなり、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第二の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｂ、６０７ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｃ、６０７ｃ）とからなり、
第二のスロット構造（６０５）における高周波スイッチがいずれも両側の前記接地導体（１０５）を短絡しており、
第一のスロット構造（６０１）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｃ）が有する開放終端点（６０１ｃｏｐ）と、第一のスロット構造（６０１）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＹ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｃ）が有する開放終端点（６０３ｃｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置されていることにより、
前記第一の開放終端点と前記第二の開放終端点とを結ぶ第一の方向への放射利得が抑圧され、前記第一の方向に直交する面内のいずれかの方向に主ビームが向くと共に、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現される。
好ましい実施形態においては、
２つのスロット構造を有し、
前記誘電体基板（１０１）に平行な面をＸＹ平面とし、
前記誘電体基板（１０１）の法線方向をＺ軸方向とし、
前記ＸＹ平面においてＸ軸とＹ軸とは直交するとし、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第一の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｂ、６０５ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｃ、６０５ｃ）とからなり、
前記各スロット構造（６０１、６０５）において、前記第二の選択性放射部位群は、Ｘ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｂ、６０７ｂ）と、Ｙ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｃ、６０７ｃ）とからなり、
第二のスロット構造（６０５）における高周波スイッチがいずれも両側の前記接地導体（１０５）を短絡しており、
第一のスロット構造（６０１）において前記第一の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０１ｂ）が有する開放終端点（６０１ｂｏｐ）と、第一のスロット構造（６０１）において前記第二の選択性放射部位群を構成するＸ軸に平行な選択性放射部位（６０３ｂ）が有する開放終端点（６０３ｂｏｐ）とが、周波数ｆｏにおける二分の一実効波長程度離して配置されていることにより、
前記第一の方向に直交する面内に主ビームが向くと共に、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が実現される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
１０１  誘電体基板
１０３  信号導体
１０３ａ、１０３ｂ  差動信号線路の対の信号導体
１０３ｃ  差動給電線路
１０５、１０５ａ、１０５ｂ  接地導体
６０１、６０５  スロット構造、両端開放スロット共振器
１１３  給電線路の終端点
１１５ａ  誘電体基板裏面の入力端子側領域
１１５ｂ  誘電体基板裏面の差動給電線路終端箇所の直下領域
３１１  対称面
６０１ａ、６０５ａ  給電部位
６０１ｂ、６０１ｃ、６０５ｂ、６０５ｃ  第一の選択性放射部位
６０３ｂ、６０３ｃ、６０７ｂ、６０７ｃ  第二の選択性放射部位
６０１ｂｏｐ、６０１ｃｏｐ、６０３ｂｏｐ、６０３ｃｏｐ、６０５ｂｏｐ、６０５ｃｏｐ、６０７ｂｏｐ、６０７ｃｏｐ  開放終端点
６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅ
高周波スイッチ
６０１ｓ、６０５ｓ  スタブ
Ｌｍ  終端点から給電部位までの距離
Ｈ  基板厚
Ｗ  信号導体の配線幅
Ｇ  信号導体間の間隙幅
【国際調査報告】
2008090805.tif 000055
2008090805.tif 000056
2008090805.tif 000057
2008090805.tif 000058