(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに分離され、各々が単独ではアンテナとして機能しない複数の導電体要素のアレイと、
前記複数の導電体要素から選択された少なくとも２つの導電体要素を電磁気的に結合し、結合した複数の導電体要素を１つのアンテナ要素として機能させる結合手段と、
前記複数の導電体要素を支持する誘電体層と、
を備え、
前記結合手段は、前記選択された複数の導電体要素を電気的に接続する導通手段を有し、前記導通手段は、隣接する少なくとも２つの導電体要素にオーバーラップしている導電体片の群を含んでおり、前記導電体片は、前記選択された導電体要素を電気的に接続するように配置されており、
前記各導電体要素と前記各導電体片との間に介在する誘電体膜をさらに備えている、アンテナ。
【請求項２】
前記導電体要素のアレイは、前記複数の導電体要素が、行および列からなるマトリクス状に配列されているマトリックス部分を含んでいる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記アレイのマトリックス部分は、実質的に同一の形状を有する導電体要素から構成されている、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記アレイのマトリックス部分は、実質的に同一のサイズを有する導電体要素から構成されている、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記複数の導電体要素の各々は、送信および／または受信する電波の波長よりも小さなサイズを有している、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記導通手段は、２つの導電体要素の間の電気的導通／非導通をスイッチングする複数のスイッチング素子を有している請求項１に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記複数のスイッチング素子は、行および列からなるマトリクス状に配列されている請求項６に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記複数のスイッチング素子を駆動する回路を前記複数のスイッチング素子に接続する配線層を更に有している請求項７に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記スイッチング素子は、トランジスタである請求項６に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記スイッチング素子は、移動可能に支持された導電体片と、前記導電体要素を移動させるアクチュエータとを有しており、
前記アクチュエータは、隣接する複数の導電体要素を前記導通手段片によって電気的に接続する第１の位置と、隣接する複数の導電体要素を電気的に接続しない第２の位置との間で、前記導通手段片を往復動作させることができる請求項６に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記誘電体層は、前記導電体要素のアレイが配置された第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面とを有しており、
接地導電体が前記第２の主面側に形成されている請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１２】
互いに分離され、各々が単独ではアンテナとして機能しない複数の導電体要素のアレイと、
前記複数の導電体要素から選択された少なくとも２つの導電体要素を電磁気的に結合し、結合した複数の導電体要素を１つのアンテナ要素として機能させる結合手段と、
前記複数の導電体要素を支持する誘電体層と、
を備え、
前記結合手段は、前記選択された複数の導電体要素を電気的に接続する導通手段を有し、
前記複数の導電体要素から選択された複数の導電体要素の一部が接地導電体として機能するアンテナ。
【請求項１３】
前記誘電体層、前記導電体要素、および前記導通手段が積層されている請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１４】
前記導通手段は、移動可能に設けられており、
前記導通手段を前記少なくとも２つの導電体要素を互いに有効に導通させる導通位置とそれ以外の非導通位置との間で移動させるための移動機構をさらに備えている請求項１３に記載のアンテナ。
【請求項１５】
互いに分離され、各々が単独ではアンテナとして機能しない複数の導電体要素のアレイと、
前記複数の導電体要素から選択された少なくとも２つの導電体要素を電磁気的に結合し、結合した複数の導電体要素を１つのアンテナ要素として機能させる結合手段と、
を備え、
前記結合手段は、導電体層と、前記導電体層と各導電体要素との間に配置された複数の誘電体要素とを備え、
前記選択された導電体要素を、選択されていない導電体要素よりも強く、前記導電体層に対して容量結合させるアンテナ。
【請求項１６】
前記導電体要素のアレイは、前記複数の導電体要素が、行および列からなるマトリクス状に配列されているマトリックス部分を含んでいる、請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項１７】
前記アレイのマトリックス部分は、実質的に同一の形状を有する導電体要素から構成されている、請求項１６に記載のアンテナ。
【請求項１８】
前記アレイのマトリックス部分は、実質的に同一のサイズを有する導電体要素から構成されている、請求項１６に記載のアンテナ。
【請求項１９】
前記複数の導電体要素の各々は、送信および／または受信する電波の波長よりも小さなサイズを有している、請求項１６に記載のアンテナ。
【請求項２０】
前記選択された導電体要素と前記導電体層との間に位置する誘電体要素は、前記選択されていない導電体要素と前記導電体層との間に位置する誘電体要素よりも薄い請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項２１】
前記選択された導電体要素と前記導電体層との間に位置する誘電体要素の比誘電率は、前記選択されていない導電体要素と前記導電体層との間に位置する誘電体要素の比誘電率よりも大きい請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項２２】
各導電体要素と前記誘電体層との間の距離を変化させるように前記導電体要素を移動させるアクチュエータをさらに備えている請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項２３】
前記誘電体要素および前記導電体要素は、複数積層されている請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項２４】
請求項６に記載のアンテナと、
前記前記複数のスイッチング素子を駆動する信号を生成する駆動回路と、
を備えたアンテナモジュール。
【請求項２５】
請求項６に記載のアンテナと、
前記複数のスイッチング素子を駆動する信号を生成する駆動回路と、
前記アンテナが受信および／または送信する信号に基づいて、前記駆動回路の動作を制御する制御手段と、
を備えた装置。
【請求項２６】
互いに分離され、各々が単独ではアンテナとして機能しない複数の導電体要素のアレイと、前記複数の導電体要素から選択された少なくとも２つの導電体要素を電磁気的に結合し、結合した複数の導電体要素を１つのアンテナ要素として機能させる結合手段と、前記複数の導電体要素を支持する誘電体層とを備え、前記結合手段は、前記選択された複数の導電体要素を電気的に接続する導通手段を有し、前記導通手段は、２つの導電体要素の間の電気的導通／非導通をスイッチングする複数のスイッチング素子を有しているアンテナと、
前記複数のスイッチング素子を駆動する信号を生成する駆動回路と、
前記アンテナが受信および／または送信する信号に基づいて、前記駆動回路の動作を制御する制御手段と、
前記信号に基づいて、前記アンテナの指向性、利得、および／またはインピーダンスの評価を行う評価手段と、
を備え、
前記評価の結果に基づいて、前記複数の導電体要素のうち電気的に接続するべき導電体要素を動的に選択する、装置。
【請求項２７】
前記評価手段は、前記スイッチング素子によって電気的に相互接続される導電体要素の複数の組合せの各々について、アンテナの指向性、利得、および／またはインピーダンスの評価を行う、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記導電体要素の複数の組合せに対する前記評価の結果を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された前記評価の結果に基づいて、前記スイッチング素子によって電気的に相互接続すべき導電体要素を選択し、前記駆動回路の動作を制御する形態設計部と、
を備えている請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の装置を複数有するシステムであって、
複数の装置の間で、各装置のアンテナを介する電波による通信を行い、前記通信の状況に応じて各装置のアンテナの形態を規定するように前記複数の導電体要素の接続パターンを動的に変化させるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波やミリ波などの電磁波の送受信に用いられるアンテナに関しており、特に、無線を利用した携帯情報端末や、パーソナルコンピュータのネットワーク（いわゆる無線ＬＡＮ）用機器に最適なアンテナに関するものである。また、本発明は、このアンテナを備えた各種の装置に関している。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＴＶ、ラジオなどの分野では、映像、画像信号の電磁波を受けるため、あるいは送るために、各種のアンテナが開発されている。このようなアンテナには、例えば、パラボラアンテナ、反射鏡アンテナなどの開口面アンテナや、ダイポールアンテナ、パッチアンテナなどの線状アンテナや、平面アンテナ、スロットアンテナなどのアレーアンテナが知られている。
【０００３】
これらのアンテナについては、指向性、利得、およびインピーダンスなどのファクタを如何に改善するかということを主眼とした多くの改良が積み重ねられている。アンテナの形態や設置位置は、送受信する電波の周波数や電波を受ける方向に応じて、上記の指向性、利得、およびインピーダンスを最適化するように設計され、定められている。
【０００４】
近年、無線を利用した携帯情報端末や、パーソナルコンピュータのネットワーク（いわゆる無線ＬＡＮ）用機器の発達に応じて、アンテナの機能についての柔軟性が求められている。
【０００５】
特に、携帯情報端末などの移動体機器を場所を移動させて使用しようとすると、場所によっては無線の電波が届きにくくなって送受信信号の電力が小さくなるので、信号のＳ／Ｎ比が低下するおそれがある。また、電磁波の高周波数化に伴い、電磁波が障害物から反射して、いわゆるマルチ・パスを生じる確率が高くなり、無線通信の精度が低下する。
【０００６】
そこで、通信状況が変化しても、その変化に対応して良好な送受信特性を維持しうるアンテナの出現が求められている。また、信号の周波数が高くなるほど、電波の指向性が強くなるので、通信範囲内に多数の無線端末が存在する場合には、接続しようとする無線端末と効果的に通信するための経路（最適無線経路）を通って通信できる機能がアンテナに求められている。
【０００７】
しかし、従来のアンテナでは、アンテナの形態は固定されているため、与えられた形態によってアンテナの特性は略一義的に定まっている。このため、通信状況の変化に対応して良好な送受信特性を維持することは困難である。特に、取り扱う電磁波の周波数や、電磁波の入射方向などが変化した場合、それらの状況に追従してアンテナ特性を変化させることは困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の主たる目的は、通信状況の変化に応じて、アンテナの指向特性、利得特性、および／またはインピーダンス特性などのパラメータを最適化するように、アンテナ要素の形態を動的（ダイナミック）に変更することが可能なアンテナを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、このようなアンテナを備えた装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、アンテナ要素の形態を動的に変化させることにより、与えられた状況で最適な形態を決定することができるアンテナの製造方法や設計方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のアンテナは、互いに分離され、各々が単独ではアンテナとして機能しない複数の導電体要素のアレイと、前記複数の導電体要素から選択された少なくとも２つの導電体要素を電磁気的に結合し、結合した複数の導電体要素を１つのアンテナ要素として機能させる結合手段とを備えている。
【００１２】
ある好ましい実施形態においては、前記複数の導電体要素を支持する誘電体層を備え、前記結合手段は、前記選択された複数の導電体要素を電気的に接続する導通手段を有している。
【００１３】
ある好ましい実施形態において、前記導電体要素のアレイは、前記複数の導電体要素が、行および列からなるマトリクス状に配列されているマトリックス部分を含んでいる。
【００１４】
ある好ましい実施形態において、前記アレイのマトリックス部分は、実質的に同一の形状を有する導電体要素から構成されている。
【００１５】
ある好ましい実施形態において、前記アレイのマトリックス部分は、実質的に同一のサイズを有する導電体要素から構成されている。
【００１６】
ある好ましい実施形態において、前記複数の導電体要素の各々は、送信および／または受信する電波の波長よりも小さなサイズを有している。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記導通手段は、隣接する少なくとも２つの導電体要素にオーバーラップしている導電体片の群を含んでおり、前記導電体片は、前記選択された導電体要素を電気的に接続するように配置されている。
【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記各導電体要素と前記各導電体片との間に介在する誘電体膜をさらに備えている。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記導通手段は、２つの導電体要素の間の電気的導通／非導通をスイッチングする複数のスイッチング素子を有している。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記複数のスイッチング素子は、行および列からなるマトリクス状に配列されている。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記複数のスイッチング素子を駆動する回路を前記複数のスイッチング素子に接続する配線層を更に有している。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記スイッチング素子は、トランジスタである。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記スイッチング素子は、移動可能に支持された導電体片と、前記導電体要素を移動させるアクチュエータとを有しており、前記アクチュエータは、隣接する複数の導電体要素を前記導通手段片によって電気的に接続する第１の位置と、隣接する複数の導電体要素を電気的に接続しない第２の位置との間で、前記導通手段片を往復動作させることができる。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記誘電体層は、前記導電体要素のアレイが配置された第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面とを有しており、接地導電体が前記第２の主面側に形成されている。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記複数の導電体要素から選択された複数の導電体要素の一部が接地導電体として機能する。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記誘電体層、前記導電体要素、および前記導通手段が積層されている。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記導通手段は、移動可能に設けられており、前記導通手段を前記少なくとも２つの導電体要素を互いに有効に導通させる導通位置とそれ以外の非導通位置との間で移動させるための移動機構をさらに備えている。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記結合手段は、導電体層と、前記導電体層と各導電体要素との間に配置された複数の誘電体要素とを備え、前記選択された導電体要素を、選択されていない導電体要素よりも強く、前記導電体層に対して容量結合させる。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記導電体要素のアレイは、前記複数の導電体要素が、行および列からなるマトリクス状に配列されているマトリックス部分を含んでいる。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記アレイのマトリックス部分は、実質的に同一の形状を有する導電体要素から構成されている。
【００３１】
ある好ましい実施形態において、前記アレイのマトリックス部分は、実質的に同一のサイズを有する導電体要素から構成されている。
【００３２】
ある好ましい実施形態において、前記複数の導電体要素の各々は、送信および／または受信する電波の波長よりも小さなサイズを有している。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、前記選択された導電体要素と前記導電体層との間に位置する誘電体要素は、前記選択されていない導電体要素と前記導電体層との間に位置する誘電体要素よりも薄い。
【００３４】
ある好ましい実施形態において、前記選択された導電体要素と前記導電体層との間に位置する誘電体要素の比誘電率は、前記選択されていない導電体要素と前記導電体層との間に位置する誘電体要素の比誘電率よりも大きい。
【００３５】
ある好ましい実施形態において、各導電体要素と前記誘電体層との間の距離を変化させるように前記導電体要素を移動させるアクチュエータをさらに備えている。
【００３６】
ある好ましい実施形態において、前記誘電体要素および前記導電体要素は、複数積層されている。
【００３７】
本発明のアンテナモジュールは、上記何れかのアンテナと、前記前記複数のスイッチング素子を駆動する信号を生成する駆動回路とを備えている。
【００３８】
本発明の装置は、上記いずれかのアンテナと、前記複数のスイッチング素子を駆動する信号を生成する駆動回路と、前記アンテナが受信および／または送信する信号に基づいて、前記駆動回路の動作を制御する制御手段とを備えている。
【００３９】
ある好ましい実施形態において、前記信号に基づいて、前記アンテナの指向性、利得、および／またはインピーダンスの評価を行う評価手段を備え、前記評価の結果に基づいて、前記複数の導電体要素のうち電気的に接続するべき導電体要素を動的に選択する。
【００４０】
ある好ましい実施形態において、前記評価手段は、前記スイッチング素子によって電気的に相互接続される導電体要素の複数の組合せの各々について、アンテナの指向性、利得、および／またはインピーダンスの評価を行う。
【００４１】
ある好ましい実施形態において、前記導電体要素の複数の組合せに対する前記評価の結果を記憶するメモリと、前記メモリに記憶された前記評価の結果に基づいて、前記スイッチング素子によって電気的に相互接続すべき導電体要素を選択し、前記駆動回路の動作を制御する形態設計部とを備えている。
【００４２】
本発明のシステムは、上記いずれかの装置を複数有するシステムであって、複数の装置の間で、各装置のアンテナを介する電波による通信を行い、前記通信の状況に応じて各装置のアンテナの形態を規定するように前記複数の導電体要素の接続パターンを動的に変化させる。
【００４３】
本発明の製造方法は、アンテナを備えた装置の製造方法であって、前記アンテナの形態を規定する導電体パターンの形成に用いる複数の導電体要素であって、互いに分離されている複数の導電体要素のアレイを形成する工程と、前記複数の導電体要素のいずれかを選択的に相互接続し、前記導電体パターンを決定するための導通手段を形成する工程とを含む。
【００４４】
本発明の設計方法は、アンテナを備えた装置における前記アンテナの形態設計方法であって、前記アンテナの形態を規定する導電体パターンの形成に用いる複数の導電体要素であって、互いに分離されている複数の導電体要素のアレイを形成する工程（ａ）と、前記複数の導電体要素から所望の導電体要素を選択し、選択した導電体要素を電気的に相互接続する工程（ｂ）と、電気的に相互接続された導電体要素を用いて電波を送信および／または受信し、アンテナの指向性、利得、および／またはインピーダンスの評価を行う工程（ｃ）とを包含し、選択する導電体要素の異なる組合せついて、前記工程（ｂ）および（ｃ）を繰り返す。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、単独ではアンテナとして機能しない小さな導電体要素のアレイを利用して、電流パターンや磁流パターンを多種多様に変化させることの可能なアンテナを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
［電流制御型アンテナ］
まず、図１（ａ）および図１（ｂ）を参照しながら、本発明によるアンテナの基本的な特徴を説明する。ここでは、「電流制御型」のアンテナについて説明する。図１（ａ）は、従来の電流制御型の平面アンテナの構造例を示し、図１（ｂ）は、本発明による電流制御型の平面アンテナの構造例を示している。
【００４７】
なお、本明細書において「電流制御型アンテナ」とは、電流（電界）分布に着目して、その形態が設計されるアンテナをいう。電流制御型とは別に、アンテナには磁流制御型がある。「磁流制御型アンテナ」とは、磁流（磁界）分布に着目してその形態が設計されるアンテナをいう。
【００４８】
従来の電流制御型の平面アンテナは、図１（ａ）に示すように、誘電体基板２０１と、誘電体基板２０１の上に形成された特定パターンを有する導電体２０２、２０３とを備えている。この導電体２０２、２０３は、例えば金属層を誘電体基板１上に堆積した後、その金属層の不要部分を取り除くことによって形成される。
【００４９】
図示されている例では、導電体２０２の端部１０２ａが、受信時においては機器への入力信号の入力ポートとして機能し、送信時においては機器から外部への出力信号の出力ポートとして機能する。
【００５０】
上記の従来例では、所望のアンテナ特性が得られるように導電体パターンが予め設計されており、導電体２０２、２０３の形態は誘電体基板２０１上で固定されている。このため、導電体２０２、２０３の形態を変化させることは極めて困難である。
【００５１】
一方、本発明による電流制御型の平面アンテナは、図１（ｂ）に示すように、多数の単位セル１０を例えば行列状に配列したセルアレイ構造を有している。各単位セル１０は分離されているが、図１（ｂ）に示していない導通手段により、セルアレイ中から選択した単位セルの群を互いに導通させることにより、アンテナとして機能する形態をもつ導電体２、３を形成している。
【００５２】
図１（ｂ）の例では、導通領域Ｒcoに位置している単位セルを相互に接続している。一方、セルアレイから選択しなかった単位セル１０の群（非導通領域Ｒncにある単位セル群）は、相互に全く導通しないか、または、ほとんど導通しない状態にある。選択されなかった単位セル１０の群（非導通領域Ｒncにある単位セル群）は、誘電体基板上に存在したまま、除去される必要は無い。これは、孤立した各単位セル１０の大きさが、電磁波の波長に比べて小さいため、アンテナの一部としては実質的に機能しないためである。
【００５３】
なお、図１（ａ）に示す例では、導電体２の端部２ａが、受信においては機器への入力信号の入力ポートとして機能し、送信においては機器から外部への出力信号の出力ポートとして機能する。
【００５４】
本発明では、単位セル１０のアレイのうち、どの単位セル１０を選択するかを決定した後、選択した単位セル１０を導通手段によって電気的に接続する。本発明の好ましい態様では、ある時点において他の単位セル１０と電気的に接続されなかった単位セル（非選択の単位セル）１０も、除去されず、そのまま、誘電体基板上に存在している。このため、次には、その単位セル１０を選択して、導通手段によって他の単位セル１０と電気的に接続することも行える。
【００５５】
このように、本発明のアンテナによれば、アンテナとして機能する要素（アンテナ要素）のパターン（形態）を調整することが可能である。
【００５６】
一般に、電流制御型アンテナの設計に際しては、所望のアンテナ特性に対応する電流パターンが得られるようにアンテナ要素の形状が決定される。ただし、アンテナとして機能するのは導電体パターンだけではなく、導電体・誘電体の組み合わせパターンである場合もある。つまり、最終的には導電体を流れる電流が機器への入力信号となるとしても、誘電体をも電磁波が通過し、誘電体の特性が導電体を流れる電流に影響を及ぼしている。このため、アンテナを構成する要素は、導電体及び誘電体の双方である。ただし、空気のように極めて誘電率の小さい物質が導電体間に存在する場合には、導電体同士が極めて近接していないかぎり、これらの物質が電磁波に与える影響はほとんど無視しうるので、便宜上、導電体パターンのみをアンテナ要素のパターンとして取り扱う。
【００５７】
以下、本発明によるアンテナと、従来のアンテナとの基本的な相違について、さらに詳しく説明する。
【００５８】
図１（ａ）に示す従来の電流制御型アンテナは、平面アンテナであるが、平面型か否かに関係なく、従来、アンテナとして機能する導電体パターン、または導電体と誘電体との組み合わせパターンは、アンテナが付設される機器に応じて、ほぼ一義的に定められている。
【００５９】
一般に、受信する電磁波の向きや周波数帯に応じて、アンテナとして機能する導電体部分の好ましい形状は異なる。従って、その導電体部分の形状を動的に変更（再構成）できないアンテナでは、受信する電磁波の向きの変化に対応するためには、アンテナの向きを変化させる必要があった。また、受信する電磁波の周波数帯が変化する場合には、各周波数帯に対応した複数種類のアンテナを予め準備しておいて、電磁波の周波数帯の変化に応じて使用するアンテナをあるアンテナから別のアンテナに切り換える必要があった。
【００６０】
これに対し、本発明による電流制御型アンテナにおいては、図１（ｂ）に示す単位セル１０のうち、電気的に接続するものを変更するだけで、多種多様の導電体パターンまたは導電体・誘電体の組み合わせパターンを実現することが可能である。
【００６１】
例えば、室内空間内の携帯情報端末にアンテナが付設して用いられる場合、最適なアンテナ要素の形態は、室内空間の広さやその中に配置されている機器類の種類や大きさなどに依存して変化する。この変化に応じて、図１（ｂ）に示すセルアレイ中の導通領域Ｒcoに組み込まれる単位セル１０の選択を変更することにより、アンテナの形態を規定する導電体パターン（または導電体・誘電体の組み合わせパターン）を最適なものに変更することができる。
【００６２】
［磁流制御型アンテナ］
次に、磁流制御型の平面アンテナを説明する。図２（ａ）は、従来の磁流制御型の平面アンテナの構造例を示し、図２（ｂ）は、本発明による磁流制御型の平面アンテナの構造例を示している。
【００６３】
従来の磁流制御型の平面アンテナは、図２（ａ）に示すように、誘電体基板２０１と、誘電体基板２０１の上に形成された導電体２０５とを有している。導電体２０５の端部２０５ａが、受信時においては機器への入力信号の入力ポートとして機能し、送信時においては機器から外部への出力信号の出力ポートとして機能する。磁流制御型の場合、所望のアンテナ特性に対応する磁流が得られるように導電体パターンが設計されている。図１（ａ）に示すアンテナと同様に、導電体２０５は連続した金属層から形成されているため、その形状を変化させることは困難である。
【００６４】
一方、本発明による磁流制御型の平面アンテナは、図２（ｂ）に示すように、多数の単位セル１０を例えば行列上に配列したセルアレイ構造を有している。セルアレイ中の単位セル群（大容量領域Ｒicにある単位セル群）を互いに導通させることにより、所望の形状を有する導電体５を形成することが容易である。セルアレイから選択しなかった単位セル群（小容量領域Ｒdcにある単位セル群）は、全く導通しないか、ほとんど導通しない。導電体５の端部５ａが、受信時においては機器への入力信号の入力ポートとして機能し、送信時においては機器から外部への出力信号の出力ポートとして機能する。
【００６５】
なお、「磁流」とは、物理的には存在しないが、高周波の電磁界を考える場合には、「電流」に対応する概念として想定されたものである。時間的に変化する電界に対する電荷の振動状態を「電流」で表すことができることに対応させて、時間的に変化する磁界に対する磁荷（又は磁化）の振動状態を「磁流」として把握することができる。
【００６６】
本発明による磁流制御型のアンテナにおいても、既に説明した本発明の電流制御型のアンテナと同様に、アンテナとして機能する要素（アンテナ要素）のパターンを容易に変更することができる。ただし、磁流制御型アンテナにおいては、所望のアンテナ特性に対応する磁流パターンが得られるようにアンテナ要素のパターンが調整される。
【００６７】
磁流制御型アンテナにおいても、既に説明した本発明の電流制御型アンテナと同様に、アンテナとして機能するのは導電体パターンだけではなく、導電体・誘電体の組み合わせパターンでもある。ただし、空気のように極めて誘電率の小さい物質中に導電体パターンがある場合には、これらの物質が電磁波に与える影響はほとんど無視しうるので、便宜上、導電体パターンのみをアンテナ要素のパターンとして取り扱う。
【００６８】
従来の磁流制御型アンテナにおいては、図２（ａ）に示すように、アンテナとして機能する導電体パターン（または、導電体と誘電体との組み合わせパターン）は、そのアンテナが付設されている機器に応じてほぼ一義的に定められている。
【００６９】
これに対して、本発明の磁流制御型アンテナにおいては、図２（ｂ）に示すように、多種多様の電磁波の変化に対応した導電体パターン又は導電体・誘電体の組み合わせパターンが容易に実現できる。例えば、室内空間においてアンテナを携帯情報端末に付設して用いる場合には、室内空間の広さやその中に配置されている機器類の種類大きさなどに依存して、最適なアンテナ要素パターンが変化する。本発明によれば、図２（ｂ）に示すセルアレイ中の容量増大領域Ｒicに組み込まれる単位セル１０の選択を変更するすることにより、導電体パターンを最適なパターンに変更することができる。電流制御型アンテナとの相違点は、最適パターンか否かを判断するパラメータとして、磁流制御型アンテナでは導電体パターンを流れる磁流を用いる点にある。
【００７０】
一般的に、電流制御型のアンテナは、電界を励振するように構成され、磁流アンテナは磁界を励振するように構成されている。しかし、現実には、電界を励振することは多少磁界をも励振しているし、磁界を励振することは多少電界をも励振していることになる。したがって、１つのアンテナが電流制御型アンテナとも磁流制御型アンテナともいえる場合があり得る。
【００７１】
また、電流制御型アンテナにおいては、アンテナ要素を流れる電流の大きさやパターンが定まると、それに応じて磁流の大きさやパターンも定まる。逆に、磁流制御型アンテナにおいては、アンテナ要素を流れる磁流の大きさやパターンが定まると、それに応じて電流の大きさやパターンも定まる。言い換えると、電磁波の送受信によってアンテナ要素に生じる電流又は磁流のいずれか一方を制御することは、同時に他方をも制御することになる。したがって、電流又は磁流のいずれをパラメータとしてアンテナ要素のパターンを制御する方が、設計上便利であるかによって、アンテナを便宜上、電流制御型アンテナと磁流制御型アンテナとに分類するが、両者に本質的な相違はないものとして扱う。
【００７２】
本発明のアンテナにおける導電体部分の形状を変化させることは、アンテナが付設されている機器が自動的に行う場合のみならず、ユーザが随時行う場合をも含むものとする。また、製造者が、図１（ｂ）や図２（ｂ）に示すような多数の単位セル１０からなるセルアレイを用意し、アンテナが用いられる機器の種類が使用場所に適合するように、製品の組立時や出荷時にアンテナ要素の形態を柔軟に調整しうる場合もある。
【００７３】
なお、本発明のアンテナは、平面アンテナに限られるものではない。例えば、開口面アンテナや線状アンテナのアンテナ要素のパターンを制御することもできる。また、図１（ｂ）、図２（ｂ）に示すようなアンテナを、開口面アンテナや、線状アンテナや、スロットアンテナの一部として用いることができる。
【００７４】
［アンテナの実施形態］
以下、本発明によるアンテナの実施形態を説明する。
【００７５】
（第１の実施形態）
図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係る電流制御型の平面アンテナの組立前後における斜視図である。
【００７６】
本実施形態では、まず、図３（ａ）に示すように、裏面に接地導電体板１４が設けられている誘電体基板１を用意し、この基板１の上に複数の導電体要素１２を行および列からなるマトリクス状に配置する。また、本実施形態では、３つの導電体要素１２に接近するマイクロストリップライン１１を誘電体基板１の上に設けている。
【００７７】
本実施形態における導電体要素１２の平面形状は、いずれも、正方形であり、そのサイズも同一である。図３（ａ）に示す例では、２４個の導電体要素１２が略正方形の外形を持つ領域内に配列されているが、導電体要素の配列パターンは、これに限定されない。また、各導電体要素１２の形状およびサイズは、１つの誘電体基板１上において全て等しく設定される必要はない。
【００７８】
各導電体要素１２の１辺の長さａは、取り扱う電磁波の波長よりも小さく設定されている。より具体的には、例えば１００ＧＨｚ（波長約３ｍｍ）付近の電磁を取り扱う場合、導電体要素１２の長さａは、例えば１．５ｍｍ程度に設定される。一方、導電体要素１２の厚さは、送受信する電磁波の電力やインピーダンス整合性を満足する十分な厚さに定められている。
【００７９】
図３（ａ）に示す状態の導電体要素１２は、相互に分離されており、電気的な接続は形成されていない。この段階の誘電体基板１に電磁波を照射しても、その波長よりも個々の導電体要素１２が小さいため、電磁波の送受信に必要な電流が導電体要素１２のアレイ中に生じない。このため、図３（ａ）に示す状態の個々の導電体要素１２は、アンテナとしては機能しない。
【００８０】
これらの導電体要素１２を用いてアンテナを構成するには、任意の導電体要素１２を電磁気的に結合するための結合手段が必要である。ここでは、図３（ｂ）に示す例では、この結合手段として、接続要素１３を用いている。
【００８１】
接続要素１３は、図３（ｂ）に示す例では、隣接する２つの導電体要素１２にオーバーラップする導電体要素１２の上に設けられる。この接続要素１３の具体的構造および形成方法については、後に詳しく説明する。
【００８２】
電磁波の送受信を行うには、複数の接続要素１３のうち、あるものは、隣接する導電体要素１２を電気的に相互接続し、他のものは、隣接する導電体要素１２同士を電気的に接続しない。例えば、図３（ｂ）に示すハッチングが施された接続要素１３は、隣接する導電体要素１２同士を導通させているが、他の接続要素１３は、隣接する導電体要素１２同士を導通させていない。このため、図３（ｂ）の右下方に示すような導電体パターンが基板１上に形成される。
【００８３】
このように、本発明では、誘電体基板１上に導電体要素１２のアレイを予め形成しておき、その後、導電体要素１２のアレイから適切に選択した導電体要素１２を電気的に相互接続することにより、アンテナの少なくとも一部として機能する導電体パターンを形成する。
【００８４】
図３（ａ）に示す例では、平面形状が略正方形の導電体要素１２が行および列からなるマトリクス状に配列されている。本発明のアンテナでは、導電体要素１２の平面形状は正方形に限定されない。例えば、図４（ａ）に示すように、平面形状が正六角形の導電体要素１２のアレイを用いても良い。また、図４（ｂ）に示す長方形の導電体要素１２のアレイや、図４（ｃ）に示す円形（または楕円形）の導電体要素１２のアレイを採用してもよい。更に、三角形や他の多角形形状を持った導電体要素を用いることもできる。
【００８５】
誘電体基板１の上に金属膜を形成した後、その金属膜を加工することにより、導電体要素１２の平面形状および平面レイアウトを任意に設定することが可能である。なお、図示されている各導電体要素１２の表面（上面）は、いずれも平坦であるが、表面に凹凸が存在していも良い。
【００８６】
１つのアンテナを構成する全ての導電体要素１２が同じ大きさを持つ必要も無い。図５（ａ）に示すように、誘電体基板１上の位置に応じて導電体要素１２のサイズや形状が変化していもよい。
【００８７】
図５（ｂ）は、入力／出力ポートとして機能する導電体部材の形状の改良例を示している。このように、導電体要素１２のアレイの内部に、電磁波の波長程度またはそれ以上のサイズを有する導電体ストリップが存在していも良い。
【００８８】
図５（ｃ）は、大きさおよび平面形状の異なる導電体要素１２が1つの導電体要素アレイ内に混在している例を示している。この場合も、各導電体要素１２のサイズ（長方形の場合、長辺の長さ）は、送受信する電波の波長よりも短く設定される。
【００８９】
図６（ａ）は、導電体要素１２の配列方向が他の例における導電体要素１２の配列方向に対して４５°傾斜した配置例を示している。
【００９０】
図６（ｂ）は、入力／出力ポートして機能し得る導電体部ストリップ１１が複数設けられている例を示している。この場合、アンテナに接続されるべき回路の位置に応じて、適切な位置の導電体ストリップ１１が入力／出力ポートとして選択されることなる。
【００９１】
図６（ｃ）は、入力／出力ポートとして機能する導電体部材が誘電体基板１の周辺部ではなく中央部に位置している例を示している。この配置例では、入力／出力ポートとして機能する導電体部材は、誘電体基板内に設けたビアなどを介して外部の回路に接続される。
【００９２】
本発明によるアンテナでは、導電体要素１２の配列パターンは任意であり、以上に示す各種の配列例に限定されない。なお、複数の導電体要素１２によって、コプレナー型線路の接地電極を形成しても良い。
【００９３】
以上のように配置された複数の導電体要素１２のアレイから、任意の導電体要素１２を選択し、それらを相互に接続する手段の具体例を以下に説明する。
【００９４】
第１具体例
まず、図７を参照する。図７に示す例では、接続要素１３の位置がアクチュエータによって変化させられる。具体的には、ソレノイドコイルなどのアクチュエータ、スイッチ、および電源を備えた制御システム１５により、接続要素１３が基板１の主面の法線方向に駆動される。接続要素１３は、隣接する２つの導電体要素１２に接触する第１の位置と、接触しない第２の位置との間で往復運動することができる。第１の位置における接続要素１３は、対応する２つの導電体要素１２を電気的に接続するが、第２の位置における接続要素１３は、対応する２つの導電体要素１２を電気的に分離する。複数の導電体要素１２のアレイに対して、制御システム１５によって複数の接続要素１３を選択的に移動させることにより、アンテナ要素の形態を動的に再構成することが可能である。
【００９５】
なお、接続要素１３を動かすアクチュエータとしては、ソレノイドコイルを利用したものだけでなく、圧電を利用したアクチュエータ、静電気によるアクチュエータ、および形状記憶合金によるアクチュエータを用いることもできる。このようなアクチュエータは、マイクロマシーンを製造する微細加工技術を用いて好適に作製され得る。上記のアクチュエータは、少なくとも２つの導電体要素の間の電気的導通／非導通をスイッチングするスイッチング素子として機能している。
【００９６】
アンテナを備えた装置（例えば携帯端末）のユーザまたは製造者が制御システム１５を用いてアンテナ要素のパターン（形態または平面レイアウト）を変更する代わりに、アンテナを備えた装置の内部回路が、状況に応じてアンテナ要素の形態を動的かつ自動的に変更することも可能である。
【００９７】
第２具体例
次に、図８を参照する。図８に示す例では、導電体要素１２を電気的に接続する接続要素１３として機能する導電体片を、導電体要素１２のアレイの選択された位置にのみ配置している。電気的に分離すべき導電体要素１２に対しては、これらとオーバーラップする位置に導電体片は設けていない。このような導電体片としては、アルミニウムなどの金属から形成された短いストリップを用いることができる。導電体片と導電体要素１２との間の接触は、例えば導電性接着剤を用いて行われ得る。
【００９８】
この例では、接続要素１３の位置は可変でないため、導電体要素１２の接続パターンは動的に変化しない。従って、この例では、ユーザがアンテナの形態を変化させるのは困難であるかもしれない。しかし、図８の例によれば、アンテナを備えた装置の製造者が、その製造段階において、前記装置の内部回路とアンテナとを電気的に接続した状態でアンテナ要素の形態を最適化することができる。アンテナの特性は、それが接続される回路の特性によっても変化する。このため、アンテナ単独でアンテナの特性を評価し、その最適な形態を決定することは難しい。一方、従来のアンテナを装置に組み込み、回路と接続したならば、そのアンテナの特性を評価することはできるが、アンテナの形態を変更することが難しい。これに対して、図８の例では、接続要素１３の取り外しが比較的容易に可能である。
【００９９】
なお、図７および図８では、１つの接続要素１３が２つの導電体要素１２にオーバラップしているが、接続要素１３は、３つ以上の導電体要素１２にオーバーラップしていてもよい。
【０１００】
第３具体例
次に、図９を参照するは、図９に示す例では、隣接する２つの導電体要素１２の間にスイッチングトランジスタ１３ａが形成されている。スイッチングトランジスタ１３ａを選択的にオン・オフすることにより、対応する２つの導電体要素１２の間の電気的な接続／非接続状態を制御することができる。
【０１０１】
図９では、各スイッチングトランジスタ１３ａは、ソースＳ、ドレインＤ、およびゲートＧを有しており、ゲートＧの電位を調節することにより、ソースＳとドレインＤとの間の電気的導通／非導通をスイッチングすることができる。各スイッチングトランジスタ１３ａは、例えば薄膜トランジスタから形成され、基板１上に行列上に配置される。このようなスイッチングトランジスタ１３ａを選択的に動作するためには、不図示の駆動回路が用いられる。駆動回路は、複数のスイッチングトランジスタ１３ａの動作を制御し、アンテナ要素の所望の形態を形成するように、必要な導電体要素１２を選択肢、相互に電気的に接続することができる。
【０１０２】
図９では、わかりやすさのため、トランジスタ１３ａが導電体要素１２の上側（電磁波の送受信面側）に設けられている状態が記載されているが、実際には、導電体要素１２の下側に形成されることが好ましい。トランジスタ１３ａを相互接続する配線がアンテナによる電磁波の送受信に悪影響を与えないようにするためである。
【０１０３】
なお、トランジスタ１３ａのようなスイッチング素子を電圧信号によって制御する代わりに、光信号によって制御してもよい。その場合、光の照射によって電気的導通／非導通を切り替えるスイッチング素子を用いることになる。このようなスイッチング素子のアレイのうち、適切に選択したスイッチング阻止だけに光を照射することにより、導電体要素１２の接続パターンを自由に設定するすることが可能になる。
【０１０４】
（第２の実施形態）
図１０を参照しながら、本発明による平面アンテナの第２の実施形態を説明する。
【０１０５】
図１０のアンテナが図８に示すアンテナと異なっている点は、導電体要素１２の上にプラスチックフィルムなどからなる誘電体膜１７が設けられている点にある。複数の接続要素１３のうち、選択された接続要素１３は誘電体膜１７を介して導電体要素１２に近接しているが、非選択の接続要素１３は、導電体要素１２から相対的に離れている。
【０１０６】
図１１を参照しながら、図１０のアンテナの動作を説明する。接続要素１３は、誘電体膜１７の存在により、対応する導電体要素１２と直接には接触していないが、対応する導電体要素１２と接続要素１３との間の電気容量が相対的に高い。このため、高周波の電磁界中では両者の間に変位電流が流れる。この変位電流により、接続要素１３を介して隣接する導電体要素２の間に電流が流れ得る状態となる。また、接続要素１３が誘電体膜１７から相対的に離れている場合は、導電体要素１２と接続要素１３との間の電気容量は小さくなるので、変位電流も小さくなる。したがって、このような位置にある接続要素１３は、対応する２つの接続要素１３同士を実質的には電気的に接続しない。
【０１０７】
このように、誘電体膜１７が導電体要素１２と接続要素１３との間に介在しても、接続要素１３を介して流れる変位電流によって、分離された導電体要素１２を電気的に接続することが可能である。
【０１０８】
図１１では、導電体要素１２を電気的に接続するために用いられない接続要素１３が、誘電体膜１２の上方に記載されているが、このように離れた接続要素１３と誘電体膜１２との間には、他の誘電体膜が形成されていも良い。その場合、接続要素１３と導電体要素１２との間の距離を可変にすることはできない。このような構成に代えて、例えば図７に示すようなアクチュエータによって接続要素１３を駆動するようにしてもよい。このようにすれば、接続要素１３の位置を適宜変更することにより、変位電流が流れる導電体要素１２の組合せを動的に変更することが可能となる。
【０１０９】
また、図８に示すように、誘電体膜１７のうち下方の導電体要素１２同士を導通させようとする部分に選択的に接続要素１３を設けることにより、選択した導電体要素１２を電気的に接続することができる。その場合、アンテナを備えた装置の製造工程において、適切な形態を有するアンテナ要素を容易に作製することが可能となる。
【０１１０】
さらに、図９に示すスイッチングトランジスタ１３ａを接続要素１３として用いることもできる。スイッチングトランジスタ１３ａのオン・オフにより、導電体要素１２同士が導通する状態と、非導通となる状態とを動的に切り換えることが可能である。
【０１１１】
（第３の実施形態）
図１２（ａ）は、それぞれ順に、本発明による平面アンテナのの第３の実施形態に係る電流制御型の外観構造を示す斜視図である。図１２（ｂ）は、本実施形態のアンテナから、誘電体基板及び導電体要素を除去した構造を示す斜視図である。
【０１１２】
本実施形態でも、図１２（ａ）に示すように、裏面に接地導電体板１４が設けられている誘電体基板１の上に、平面形状が正方形である導電体要素１２がアレイ状に配置されている。各導電体要素１２の１辺の長さａは取り扱う電磁波の波長よりも小さく、例えば１００ＧＨｚ（波長約３ｍｍ）付近の信号を取り扱う場合、導電体要素１２の長さａは１．５ｍｍ程度である。また、導電体要素１２の厚さは、送受信する電磁波の電力やインピーダンス整合性を満足する十分な厚さに定められている。また、誘電体基板１の上には、３つの導電体要素１２に接近するように、マイクロストリップライン１１が設けられている。
【０１１３】
図１２（ｂ）に示すように、導電体要素１２のアレイの下方には、相隣接する２つの導電体要素１２にオーバーラップする接続要素１３が設けられている。なお、接続要素１３は、図１２（ａ）では導電体要素１２及び誘電体基板１によって覆われているために現れていないが、誘電体基板１に形成された凹部中に設けられている。また、接続要素１３の下方には、接続要素１３を上下に駆動するためのアクチュエータ１８が取り付けられている。このアクチュエータ１８の種類には、何種類かがあり、具体的な構造については後に説明する。そして、電流を所望の大きさ、パターンに制御（又は調整）するには、第１の実施形態と同様に、各接続要素１３のうち、あるものは両側の導電体要素１２同士を導通状態にさせ、他のものは両側の導電体要素１２同士を非導通状態にするように制御（又は設定）する。
【０１１４】
なお、本実施形態においても、第２の実施形態のごとく、接続要素１３（又は１３’）と導電体要素１２（又は１２’）との間に誘電体膜が介在していてもよい。
【０１１５】
次に、接続要素１３による導電体要素１２の導通・非導通の制御（又は調整）の手段に関する具体例について説明する。ただし、本実施形態においても、非導通状態とは、信号として利用することができない程度の微弱な電流が流れている場合も含むものとする。
【０１１６】
第１具体例
図１３（ａ）、（ｂ）は、第３の実施形態の第１具体例におけるアクチュエータの構造を示す断面図である。同図に示すように、この具体例では、アクチュエータはソレノイドコイル、バネなどによって構成されている。そして、スイッチ、電源を配置した回路の制御により、接続要素１３が導電体要素１２に接触する状態（図１３（ｂ）参照）と、非接触になる状態（図１３（ａ）参照）とを切り換えるように構成されている。この例の場合には、ユーザが直接アンテナ要素のパターンを調整したり、内部回路によってアンテナ要素のパターンを適正なパターンに自動的に制御することが可能である。
【０１１７】
第２具体例
図１４（ａ）、（ｂ）は、第３の実施形態の第２具体例におけるアクチュエータの構造を示す断面図である。同図に示すように、この具体例では、アクチュエータは、支点回りに回動自在のレバー、レバーによって回動可能に設けられた、接続要素１３を支持するための支持棒などによって構成されている。そして、スイッチ、電源を配置した回路の制御により、接続要素１３が導電体要素１２に接触する状態（図１４（ｂ）参照）と、非接触になる状態（図１４（ａ）参照）とを切り換えるように構成されている。この例の場合には、ユーザが直接アンテナ要素のパターンを調整したり、内部回路によってアンテナ要素のパターンを適正なパターンに自動的に制御することが可能である。
【０１１８】
第３具体例
図１５（ａ）、（ｂ）は、第３の実施形態の第３具体例におけるアクチュエータの構造を示す断面図である。同図に示すように、この具体例では、アクチュエータは、支点回りに回動自在のレバー、レバーによって回動可能に設けられた、接続要素１３を支持するための支持棒などによって構成されている。レバーは、圧電係数が互いに異なる２つの２つの板を上下に貼り合わせることにより形成されている。この場合、電位が流れたときに、上側の板のよりも下側の板の方が大きく伸びるように材質が設定されている。したがって、２つの板に電気が流れると、レバーが上側に反ることになる。そして、スイッチ、電源を配置した回路の制御により、接続要素１３が導電体要素１２に接触する状態（図１５（ｂ）参照）と、非接触になる状態（図１５（ａ）参照）とを切り換えるように構成されている。この例の場合には、ユーザが直接アンテナ要素のパターンを調整したり、内部回路によってアンテナ要素のパターンを適正な形態に動的かつ自動的に制御することが可能である。
【０１１９】
（第４の実施形態）
図１６は、本発明によるアンテナの第４の実施形態示す斜視図である。
【０１２０】
本実施形態では、図１６に示すように、裏面に接地導電体板１４が設けられている誘電体基板１の上に、平面形状が正方形である導電体要素１２がアレイ状に配置されている。さらに、導電体要素１２の上に、誘電体基板１’と、接続要素１３’及びアクチュエータ１８’とが設けられている。さらに、接続要素１３’の上方に、各接続要素１３’にオーバーラップする導電体要素１２’が積層されている。アクチュエータ１８’には、前記第３の実施形態で説明したものを利用することができる。ただし、アクチュエータ１８’に代えて、第１の実施形態で説明した導通・非導通の切り換え機構を設けることもできる。
【０１２１】
また、第２の実施形態のごとく、接続要素１３（又は１３’）と導電体要素１２（又は１２’）との間に誘電体膜が介在していてもよい。
【０１２２】
そして、本実施形態においては、複数の導電体要素１２、１２’が配置された複数の層を積み上げておいて、各層の導電体要素１２、１２’間の電気的な導通を、積み上げ方向に対してアクチュエータ１８’などによって制御することができる。よって、本実施形態のアンテナによって、三次元的な電流分布を実現することができる。
【０１２３】
なお、前記第１〜第４の実施形態において、導電体要素１２や接続要素１３、アクチュエータなどを規則正しく配置した例を示したが、これの配置方法や、導電体２の形状などは、所望のアンテナ特性を実現するためには、各特性に応じて変化させることができる。
【０１２４】
（第５の実施形態）
図１７は、本発明による平面アンテナの第５の実施形態を示す分解斜視図であり、図１８は、そのアンテナの概観を示す斜視図である。第５の実施形態に係るアンテナは、磁流制御型である。
【０１２５】
図１７においては、構造を理解しやすいように、導電体要素１２及びストリップライン１１を誘電体基板１から取り外した状態が示されているが、導電体要素１２及びストリップライン１１を誘電体基板１上に取り付けると、図１８に示す構造になる。
【０１２６】
本実施形態では、図１８に示すように、裏面に接地導電体板１４が設けられている誘電体基板１の上に、平面形状が正方形である導電体要素１２がアレイ状に配置されている。また、誘電体基板１の上には、３つの導電体要素１２に接近するように、マイクロストリップライン１１が設けられている。各導電体要素１２の１辺の長さａは取り扱う電磁波の波長よりも小さく、例えば１００ＧＨｚ（波長約３ｍｍ）付近の信号を取り扱う場合、導電体要素１２の長さａは１．５ｍｍ程度である。また、導電体要素１２の厚さは、送受信する電磁波の電力やインピーダンス整合性を満足する十分な厚さに定められている。
【０１２７】
導電体要素１２の下方には、図１７に示すように、各導電体要素１２と接地導電体板１４との間に介在する誘電体要素２０が設けられている。誘電体要素２０は、凹部１９とともに誘電体基板１からパターニングされたものである。図１７には、誘電体要素２０として、平面面積が相異なる３種類のものが図示されているが、本実施形態では、図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、平面面積が導電体要素１２と同じである第１誘電体要素２０ａと、平面面積が導電体要素１２よりも狭い第１誘電体要素２０ｂとがある場合について、どのような磁流パターンが生じるかについて説明する。
【０１２８】
図１９（ａ）、（ｂ）は、３つの導電体要素１２の下方に３つの第１誘電体要素２０ａが存在している平面アンテナの断面図及び平面図である。図１９（ａ）に示すように、各導電体要素１２と接地導電体膜１４との間に、大面積の第１誘電体要素２０ａが介在しているので、各導電体要素１２と接地導電体膜１４との間には、電気容量が大きいことによって大きな変位電流が流れる。その結果、図１９（ｂ）に示すように、３つの導電体要素１２を取り囲む磁流が形成される。
【０１２９】
図２０（ａ）、（ｂ）は、３つの導電体要素１２のうち両端の導電体要素１２の下方には大面積の第１誘電体要素２０ａが存在し、中央の導電体要素１２の下方には小面積の第２誘電体要素２０ｂが存在しているアンテナの断面図及び平面図である。同図に示すように、３つの導電体要素１２のうち存在している。一般に、２つの導電体間に、比誘電率が極めて小さい絶縁体しか介在していない場合には、電気容量の低減によって２つの導電体間には、小さな変位電流しか流れない。つまり、中央の導電体要素１２の回りには、ほとんど磁流が生じないので、両端の導電体要素１２の回りに生じる磁流がつながらない。その結果、図２０（ｂ）に示すように、両端の各導電体要素１２のみを取り囲む孤立した磁流が形成されることになる。
【０１３０】
このようにして、図１９（ｂ）、図２０（ｂ）に示すような磁流パターンの制御（又は調整）を行なうことができる。
【０１３１】
（第６の実施形態）
本実施形態の磁流制御型のアンテナは、図１７、図１８に示すアンテナとほぼ同じ構造を有しているが、第５の実施形態の容量絶縁膜２０ａ、２０ｂに代えて、比較的高い比誘電率ε１を有する第１誘電体要素２１ａと、比較的低い比誘電率ε２を有する第２容量絶縁膜２１ｂとを備えている。
【０１３２】
図２１（ａ）、（ｂ）は、３つの導電体要素１２の下方に３つの第１誘電体要素２０ａが存在している平面アンテナの断面図及び平面図である。図２１（ａ）に示すように、各導電体要素１２と接地導電体膜１４との間に、高い比誘電率ε１を有する第１誘電体要素２１ａが介在しているので、各導電体要素１２と接地導電体膜１４との間には、電気容量が大きいことによって大きな変位電流が流れる。その結果、図２１（ｂ）に示すように、３つの導電体要素１２を取り囲む磁流が形成される。
【０１３３】
図２２（ａ）、（ｂ）は、３つの導電体要素１２のうち両端の導電体要素１２の下方には高い誘電率ε１を有する第１誘電体要素２１ａが存在し、中央の導電体要素１２の下方にはε１よりも低い比誘電率ε２を有する第２誘電体要素２１ｂが存在しているアンテナの断面図及び平面図である。一般に、２つの導電体間に、比誘電率が極めて小さい絶縁体しか介在していない場合には、電気容量の低減によって２つの導電体間には、小さな変位電流しか流れない。つまり、中央の導電体要素１２の回りには、ほとんど磁流が生じないので、両端の導電体要素１２の回りに生じる磁流がつながらない。その結果、図２２（ｂ）に示すように、両端の各導電体要素１２のみを取り囲む孤立した磁流が形成されることになる。
【０１３４】
このようにして、図２１（ｂ）、図２２（ｂ）に示すような磁流パターンの制御（又は調整）を行なうことができる。
【０１３５】
（第７の実施形態）
本実施形態の磁流制御型のアンテナは、図１７、図１８とほぼ同じ構造を有しているが、第５の実施形態の各誘電体要素２０ａ、２０ｂに代えて、平均的な比誘電率が高い第１誘電体要素２３ａと、平均的な比誘電率が低い第２誘電体要素２３ｂとを備えている。第１誘電体要素２３ａ及び第２誘電体要素２３ｂは、いずれも、高い比誘電率ε１を有する第１絶縁部２２ａと、低い比誘電率ε２を有する第２絶縁部２２ｂとによって構成されている。そして、第１誘電体要素２３ａにおいては、第１絶縁部２２ａの占める割合が第２絶縁部２２ｂよりも多く、第２誘電体要素２３ｂにおいては、第２絶縁部２２ｂの占める割合が第１絶縁部２２ａよりも多い。
【０１３６】
図２３（ａ）、（ｂ）は、３つの導電体要素１２の下方に３つの第１誘電体要素２３ａが存在している平面アンテナの断面図及び平面図である。図２３（ａ）に示すように、各導電体要素１２と接地導電体膜１４との間に、平均的な比誘電率が高い第１誘電体要素２３ａが介在しているので、各導電体要素１２と接地導電体膜１４との間には、電気容量が大きいことによって大きな変位電流が流れる。その結果、図２３（ｂ）に示すように、３つの導電体要素１２を取り囲む磁流が形成される。
【０１３７】
図２４（ａ）、（ｂ）は、３つの導電体要素１２のうち両端の導電体要素１２の下方には平均的な比誘電率が高い第１誘電体要素２３ａが存在し、中央の導電体要素１２の下方には平均的な比誘電率が低い第２誘電体要素２３ｂが存在しているアンテナの断面図及び平面図である。一般に、２つの導電体間に、比誘電率が極めて小さい絶縁体しか介在していない場合には、電気容量の低減によって２つの導電体間には、小さな変位電流しか流れない。つまり、中央の導電体要素１２の回りには、ほとんど磁流が生じないので、両端の導電体要素１２の回りに生じる磁流がつながらない。その結果、図２４（ｂ）に示すように、両端の各導電体要素１２のみを取り囲む孤立した磁流が形成されることになる。
【０１３８】
このようにして、図２３（ｂ）、図２４（ｂ）に示すような磁流パターンの制御（又は調整）を行なうことができる。
【０１３９】
（第８の実施形態）
本実施形態の磁流制御型のアンテナは、図１７、図１８とほぼ同じ構造を有しているが、第５の実施形態の各誘電体要素２０ａ、２０ｂに代えて、面積や比誘電率が均一である誘電体要素２０のみを備えている。
【０１４０】
図２５（ａ）、（ｂ）は、３つの導電体要素１２がそれぞれ誘電体要素２０に接触している平面アンテナの断面図及び平面図である。図２５（ａ）に示すように、各導電体要素１２と接地導電体膜１４との間に誘電体要素２０のみが介在しているので、各導電体要素１２と接地導電体膜１４との間には、電気容量が大きいことによって大きな変位電流が流れる。その結果、図２５（ａ）に示すように、３つの導電体要素１２を取り囲む磁流が形成される。
【０１４１】
図２６（ａ）、（ｂ）は、３つの導電体要素１２のうち両端の導電体要素１２は誘電体要素２０に接触しているが、中央の導電体要素１２が誘電体要素２０から離れているアンテナの断面図及び平面図である。一般に、２つの導電体間に、空気のように比誘電率が極めて小さい絶縁体が介在している場合には、電気容量の低減によって２つの導電体間には、小さな変位電流しか流れない。つまり、中央の導電体要素１２の回りには、ほとんど磁流が生じないので、両端の導電体要素１２の回りに生じる磁流がつながらない。その結果、図２６（ｂ）に示すように、両端の各導電体要素１２のみを取り囲む孤立した磁流が形成されることになる。
【０１４２】
このようにして、図２５（ｂ）、図２６（ｂ）に示すような磁流パターンの制御（又は調整）を行なうことができる。
【０１４３】
なお、本実施形態における導電体要素１２の誘電体要素２０との接触・非接触の制御（又は調整）は、例えば第３の実施形態における各具体例のようなアクチュエータを利用することにより、容易に実現することができる。
【０１４４】
［アンテナの構造に関する他の実施形態］
本発明のアンテナは、平面アンテナだけでなく、例えば、パラボラアンテナ、反射鏡アンテナなどの開口面アンテナや、ダイポールアンテナ、パッチアンテナなどの線状アンテナや、スロットアンテナなどにも適用することができる。
【０１４５】
図２７は、本発明をホーンアンテナに適用した場合の構造例を概略的に示す図である。同図に示すように、ホーンアンテナの内面に多数の導電体要素１２をアレイ状に配置しておいて、上述の第１〜第４の実施形態のように、電流が流れる導電体要素１２（同図のハッチング部分）と電流が流れない導電体要素１２とを切り換える制御（又は調整）することにより、多種多様な電磁波の変化に対応しうる電流制御型のホーンアンテナを実現することができる。
【０１４６】
図２８は、本発明をスロットアンテナに適用した場合の構造例を概略的に示す図である。同図に示すように、スロットアンテナの内面に多数の導電体要素１２をアレイ状に配置しておいて、上述の第１〜第４の実施形態のように、電流が流れる導電体要素１２（同図のハッチング部分）と電流が流れない導電体要素１２とを切り換える制御（又は調整）することにより、多種多様な電磁波の変化に対応しうる電流制御型又は磁流制御型のスロットアンテナを実現することができる。
【０１４７】
また、八木アンテナのような線状アンテナの各導電体部や、曲面を有するパラボナアンテナの曲面部などの多数の導電体要素をアレイ状に設け、各導電体制御への電流の流れを制御することにより、多種多様な電磁波の変化に対応しうる電流制御型のアンテナを実現することができる。
【０１４８】
［アンテナを備えた装置の実施形態］
以下、本発明のアンテナを備えた装置の実施形態を説明する。以下の各実施形態においては、アンテナが導通手段として導電体要素の接続を動的に変更できるスイッチング素子を備えた例について説明する。
【０１４９】
（第９の実施形態）
図２９は、本発明によるアンテナを備えた装置の実施形態を示すブロック回路図である。
【０１５０】
本実施形態の装置は、図２９に示すように、前述した本発明のアンテナ５０と、アンテナ５０に接続された通信回路６１と、アンテナ５０の形態を制御する制御部とを備えている。
【０１５１】
アンテナ５０に含まれる不図示の導通手段を駆動する駆動部５１と、アンテナの形態を決定する設計部５３と、駆動部５１を制御する形態設計制御部５４と、アンテナに関する情報を格納している記憶部５５を更に備えている。記憶部５５が格納するアンテナに関する情報は、例えば導電体要素、誘電体要素、接続要素、誘電体基板などの物理的な大きさ（面積、厚さなど）や、アンテナ５０の形態の初期条件などを含む。
【０１５２】
この装置は、更に、アンテナ５０が送受信する信号のレベルを検出するためのレベル検出部７１と、レベル検出部７１で検出された信号のレベルに基づいてアンテナ５０の指向性を判別するための指向性判別部７２と、検出された信号のレベルから利得を判別するための利得判別部７３と、検出された信号のレベルからアンテナ５０や通信回路６１のインピーダンス整合性を判別するためのインピーダンス判別部７４とを備えている。なお、本明細書における「判別」の語句は、指向性、利得、インピーダンスに関する物理量を測定することを含むものとする。
【０１５３】
次に、この装置の動作を説明する。
【０１５４】
まず、形態設計部５３は、記憶部５５に格納されている情報に基づいて、アンテナ５０の初期の形態を決定する。この形態設計部５３の設計結果に基づき、形態設計制御部５４は、アンテナ５０の形態が設計通りの形態になるように駆動部５１を制御する。駆動部５１は、アンテナ５０の各要素が所望のアンテナ形態を形成するように、導通手段を駆動する。
【０１５５】
アンテナ５０は送信用としても受信用としても用いることができるので、アンテナ５０の形態の最適化は、アンテナを送信用として機能させた場合と、アンテナを受信用として機能させた場合との双方において独立して行なうことが望ましい。
【０１５６】
以下、アンテナ５０を送信用アンテナとして用いる場合の形態の調整手順について説明する。
【０１５７】
まず、通信回路６１がアンテナ５０に送信用の信号を送る。その信号は、レベル検出部７１にも入力される。本実施形態では、通信回路６１とアンテナ５０との間の信号経路中に、高周波信号に対する方向性結合用の部材を設けている。このため、通信回路６１からアンテナ５０に信号が流れても、アンテナ５０から通信回路６１に反射される信号が戻らないように調整することができる。レベル検出部７１は、通信回路６１からアンテナ５０に送られる信号のレベルと、アンテナ５０で反射される信号のレベルの双方を検出することができる。
【０１５８】
指向性判別部７２は、レベル検出部７１が検出した高周波信号のレベルに基づき、送信時におけるアンテナ５０の指向性が許容範囲にあるか否かを判別する。具体的には、アンテナ５０の向きによってアンテナ５０から反射される信号のレベルが異なる場合には、各向きにおける反射信号のレベルの差がある範囲に入っていれば指向性が許容範囲にあると判別され、ある範囲になければ指向性が許容範囲にないと判別される。これによって、アンテナ５０の送信時の指向性の良否が判別される。この場合、指向性ができるだけ小さい方が望ましい場合と、逆に指向性が高い方が望ましい場合とがあるので、良否を判定する範囲はアンテナが用いられる機器の種類や用途、受信・送信の別などによって変わりうる。
【０１５９】
利得判別部７３は、通信回路６１から送られる送信信号のレベルと、アンテナ５０から反射される信号のレベルとの比が許容範囲にあるか否かなどに基づいて、アンテナ５０の利得の良否を判別する。一般的には、送信信号のレベルと反射信号のレベルとの比ができるだけ大きいことが望ましいので、この比がある値以上であれば、利得が良好であると判定されることになる。
【０１６０】
インピーダンス判別部７４は、通信回路６１から出力される信号と、アンテナ５０から反射されてくる信号とのレベル比が許容範囲にあるか否かなどに基づいて、通信回路６１とアンテナ５０との間のインピーダンス整合の良否を判別する。一般的には、アンテナ５０への入力信号に対する反射信号のレベル比が大きいことは、インピーダンス整合が取れていないことを意味する。したがって、このレベル比がある値以上であれば、インピーダンス整合性が良好であると判定することになる。
【０１６１】
好ましくは、指向性、利得性、インピーダンス整合性のすべてが良好であると判定されるまで、形態設計部５３においてアンテナの形態の設計をやり直し、形態設計制御部５４および駆動部５１を通じてアンテナ５０の形態を動的に再構成する。そして、最終的にアンテナ５０の指向性、利得性、入力インピーダンス整合性のすべてが良好であると判定されると、その形態に関する情報（データ）が記憶部５５に記憶される。
【０１６２】
なお、指向性、利得性、インピーダンス整合性の全てが良好と判断されなくともよい場合がある。指向性を重視し、利得性を無視するモードで、アンテナ５０の形態を最適化する場合もある。
【０１６３】
図３０は、アンテナ形態と指向性などとの関係の一例を示している。図３０では、「◎」は特に優れていることを示し、「○」は優れていることを示している。「△」は、普通であることを示している。例えば、図３０の直線的にまっすぐ伸びるアンテナ要素をもつアンテナは、インピーダンスに優れるが、指向性および利得は普通である。
【０１６４】
本実施形態では、記憶部５５などに格納されたデータに基づいて、アンテナ５０における導電体要素の結合パターンが、予め設定された複数の種類の形態を順次とるようにアンテナ５０の導通手段を駆動する。例えば、図３０に示す３つの形態を含む複数の形態を順次アンテナ５０において実現する。そして、各形態において、指向性、利得性、インピーダンス整合性を評価し、評価結果を記憶部に記憶させる。図３０では、評価結果を「○」や「△」などを符号を使って示しているが、実際には、各パラメータについて数値による評価が与えられる。こうして得た評価の結果を、アンテナの各種形態に割り当て、ルックアップテーブルを作成すれば、そのテーブルの中から状況に応じて最適な形態を選択することが可能となる。
【０１６５】
図３１は、上記の手順を示したフローチャートである。まず、ステップＳ１で、通信回路が所定信号の送信を開始する。ステップＳ２では、アンテナの取りえる複数の形態にうちから、初期形態として選択された形態（Ｎ＝１番目の形態）をアンテナに付与する。ステップＳ３では、その形態のアンテナからの反射信号を検出する。ステップＳ４では、指向性、利得、インピーダンスを測定する。ステップＳ５では、測定によって得た指向性、利得、インピーダンスの各々値を、Ｎ＝１のデータとして記憶部に格納する。
【０１６６】
次に、Ｎ＝２番目の形態として選択した形態をアンテナに付与した上で、ステップ２〜ステップ５の動作を繰り返す。同様の動作をＮ＝３番目の形態から必要な数だけ繰り返すことにより、アンテナが取り得る形態の全て、または一部について、指向性、利得、インピーダンスの測定結果を得ることができる。
【０１６７】
これらの測定結果は記憶部に格納されているため、状況に応じて好ましい形態を適宜選択することができる。記憶部の内容を表示装置が表示すれば、ユーザが表示内容に基づいて、アンテナの形態を選択することも可能である。また、記憶部の内容に基づいて、アンテナ制御装置が自動的にアンテナの形態を決定することもできる。
【０１６８】
次に、アンテナ５０を受信用アンテナとして用いる場合の形態の調整手順について説明する。
【０１６９】
外部機器からの信号が送られると、アンテナ５０でこの信号を受信し、受信した高周波信号のレベルをレベル検出部７１が検出すれる。外部機器としては、テスト用に特別設計された機器を用いることもできるが、他の通信機器も用いられ得る。本実施形態の装置が形態情報端末などの機器である場合、公共的に流されている信号を利用してアンテナ形態の最適化を行うことが可能である。
【０１７０】
指向性判別部７２は、受信した高周波信号のレベルに基づき、アンテナ５０の受信時にやける指向性が許容範囲にあるか否かが判別される。具体的には、アンテナ５０の向きによってアンテナ５０で受信される信号のレベルが異なる場合には、各向きにおける受信信号のレベルの差がある範囲に入っていれば指向性が許容範囲にあると判別される。逆に、ある範囲になければ指向性が許容範囲にないと判別される。これによって、アンテナ５０の受信時における指向性の良否が判別される。この場合にも、指向性ができるだけ小さい方が望ましい場合と、逆に指向性が高い方が望ましい場合とがあるので、良否を判定する範囲はアンテナが用いられる機器の種類や用途、受信・送信の別などによって変わりうる。
【０１７１】
なお、本実施形態の装置が他の通信機器とアンテナを介して通信する場合、相手方の通信機器のアンテナの位置によって、好ましいアンテナ５０の形態が異なる場合がある。目的とする相手方の通信機器におけるアンテナから高い指向性で信号を受信するための形態を選択することができる。
【０１７２】
利得判別部７３は、アンテナ５０で受信された信号のＳ／Ｎ比が許容範囲にあるか否かなどに基づいて、アンテナ５０の利得の良否を判別する。この場合、Ｓ／Ｎ比が大きいことが望ましいので、この比がある値以上であれば、利得が良好であると判定されることになる。
【０１７３】
インピーダンス判別部７４は、アンテナ５０で受信された信号のレベルと、その後通信回路６１から反射されてくる信号のレベルとの比が許容範囲にあるか否かに基づいて、アンテナ５０と通信回路６１とのインピーダンス整合性の良否を判別する。すなわち、アンテナ５０での受信信号と、その後通信回路６１から反射される信号とのレベル比がある値以上であれば、インピーダンス整合性が良好であると判定することになる。
【０１７４】
好ましくは、指向性、利得性、インピーダンス整合性のすべてが良好であると判定されるまでは、形態設計部５３においてアンテナの形態の設計をやり直し、形態設計制御部５４により、駆動部５１が再調整される。最終的にアンテナ５０の指向性、利得性、入力インピーダンス整合性のすべてが良好であると判定されると、その形態に関する情報（データ）が記憶部５５に記憶される。
【０１７５】
記憶部５５には、アンテナ５０を受信用として用いる場合（待機状態）と、アンテナ５０を送信用として用いる場合とで個別に、アンテナ５０の適正な形態が記憶されているので、アンテナ５０の送受信の切り換え信号に応じて、記憶部５５から形態設計部５３に取り出される記憶の内容を切り換えるように修正することができる。
【０１７６】
なお、待機状態における指向性の低いアンテナ形態を採用しておき、いったん、電波信号を受信し始めた段階で、その電波信号を発するアンテナからの受信に適したアンテナ形態を決定し、動的にアンテナ形態の最適化を行ってもよい。
【０１７７】
本実施形態によると、第１〜第８の実施形態で示されるような各種アンテナ５０の適正な形態を、そのアンテナ５０が使用される環境や、組み込まれる機器の種類などに応じて動的に決定し、実現することができる。
【０１７８】
（第１０の実施形態）
図３２は、本発明によるアンテナを備えた装置の他の実施形態を示すブロック図である。
【０１７９】
本実施形態の装置は、第９の実施形態の構成に加えて、各々配置位置が互いに異なる指向性判別用の複数のプローブ７５ａ、７５ｂ、７５ｃを備えている。図３２には、３つのプローブ７５ａ〜７５ｂが配置されている例が示されているが、プローブの数は４つ以上又は２つだけでもよい。
【０１８０】
本実施形態における形態設計部５３、形態設計制御部５４及び記憶部５５の動作又は機能は、第９の実施形態における形態設計部５３、形態設計制御部５４及び記憶部５５の動作又は機能と同様である。
【０１８１】
本実施形態においても、利得性やインピーダンス整合性は、第９の実施形態について説明したように実行される。以下においては、本実施形態に特徴的な指向性の判別方法を説明する。
【０１８２】
まず、アンテナ５０を送信用アンテナとして用いる場合の形態の調整手順について説明する。本実施形態において、通信回路６１からアンテナ５０に送信用の信号（一般には、テスト用に規格化された信号）が送られ、アンテナ５０から外部に信号が送信されると、各プローブ７５ａ〜７５ｃにより、各配置場所に応じて強弱が異なる信号がレベル検出部７１に入力される。
【０１８３】
そして、指向性判別部７２において、高周波信号のレベルからアンテナ５０の送信機能の指向性が許容範囲にあるか否かが判別される。具体的には、各プローブ７５ａ〜７５ｃによって受信信号のレベルが異なる場合には、各位置における受信信号のレベルの差がある範囲に入っていれば指向性が許容範囲にあると判別され、ある範囲になければ指向性が許容範囲にないと判別される。これによって、アンテナ５０の送信時の指向性の良否が判別される。この場合、指向性ができるだけ小さい方が望ましい場合と、逆に指向性が高い方が望ましい場合とがあるので、良否を判定する範囲はアンテナが用いられる機器の種類や用途、受信・送信の別などによって変わりうる。
【０１８４】
なお、レベル検出部７１において、通信回路６１からアンテナ５０に送られる信号のレベルと、各プローブ７５ａ〜７５ｃで受信された信号のレベルとの双方を検出して、通信回路からアンテナ５０に送られる信号や、そのアンテナからの反射波をも指向性の良否の判別に組み入れることができる。
【０１８５】
次に、アンテナ５０を受信用アンテナとして用いる場合には、プローブ７５ａ〜７５ｃを用いずに、第９の実施形態と同様に、アンテナ５０で受信された高周波信号のレベルを用いて、アンテナ５０の受信時の指向性を判別することができる。ただし、プローブ７５ａ〜７５ｃで受ける信号も参考的に使用することは可能である。
【０１８６】
本実施形態では、第９の実施形態の効果に加えて、現実にプローブ７５ａ〜７５ｃで受信される信号のレベルに基づいて、送信時におけるアンテナ５０の指向性の良否を判別することができるので、送信時におけるアンテナ５０の指向性をより適正に調整しうる。
【０１８７】
（第１１の実施形態）
図３３は、本発明によるアンテナを備えた装置の更に他の実施形態を示すブロック図である。
【０１８８】
本実施形態においても、形態設計部５３、形態設計制御部５４及び記憶部５５の動作又は機能は、第９の実施形態における形態設計部５３、形態設計制御部５４及び記憶部５５の動作または機能と同様である。
【０１８９】
図３３に示すように、本実施形態の装置は、外部の通信回路６２を利用する。すなわち、通信回路６１からの信号をアンテナ５０から送信した後、その送信信号が外部機器のアンテナで受信される。この送信信号に応じて外部の通信回路６２から送られる信号を、再びアンテナ５０で受けて、これをアンテナ５０の形態の調整に利用することができる。
【０１９０】
外部機器の通信回路６２は、例えば、電話をかけることによって送られる時報や天気予報などの情報を送る回路である。アンテナ５０の使用用途によっては、通信回路６２を有するテスト用の特別な外部機器を用意することもできる。
【０１９１】
本実施形態においては、アンテナ５０を送信用及び受信用として用いる場合の双方について、同時にその形態の調整を行なうことが可能である。また、アンテナ５０を送信用として用いる時には、既に説明した第９の実施形態の手順で、つまり、外部の通信回路を用いずに、指向性、利得性、インピーダンス整合性の良否を判別し、アンテナ５０を受信用として用いる場合のみ、外部の通信回路６２を利用することもできる。また、本実施形態においても、第１０の実施形態のごとく、指向性判定のためのプローブ７５ａ〜７５ｃを配置することができる。
【０１９２】
指向性判別部７２において、高周波信号のレベルからアンテナ５０の受信時及び送信時の指向性が許容範囲にあるか否かが判別される。具体的には、アンテナ５０の向きによって、アンテナ５０で受信される信号のレベルが異なる場合には、各向きにおける受信信号のレベルの差がある範囲に入っていれば送受信時の指向性が許容範囲にあると判別され、ある範囲になければ指向性が許容範囲にないと判別される。これによって、アンテナ５０の送受信時における指向性の良否が判別される。この場合にも、指向性ができるだけ小さい方が望ましい場合と、逆に指向性が高い方が望ましい場合とがあるので、良否を判定する範囲はアンテナが用いられる機器の種類や用途などによって変わりうる。
【０１９３】
また、利得判別部７３において、アンテナ５０で受信された信号のＳ／Ｎ比が許容範囲にあるか否か、あるいは、通信回路６１から送信される信号のレベルと、その後アンテナ５０で受信された信号とのレベル比などに基づいて、アンテナ５０の利得の良否が判別される。この場合、Ｓ／Ｎ比や送信信号のレベルに対する受信信号のレベルの比が大きいことが望ましいので、これらの比がそれぞれある値以上であれば、利得が良好であると判定されることになる。
【０１９４】
さらに、インピーダンス判別部７４において、送信時にはアンテナ５０から反射されてくる信号のレベルに基づいて、アンテナ５０の送信時のインピーダンス整合性の良否が判定され、アンテナ５０で受信された後通信回路６１から反射されてくる信号のレベルに基づいて、アンテナ５０と通信回路６１とのインピーダンス整合性の良否が判別される。
【０１９５】
好ましくは、指向性、利得性、インピーダンス整合性のすべてが良好であると判定されるまでは、形態設計部５３においてアンテナの形態の設計をやり直し、形態設計制御部５４および駆動部５１により、アンテナ５１の形態が動的に変更される。最終的にアンテナ５０の指向性、利得性、入力インピーダンス整合性のすべてが良好であると判定されると、その形態に関する情報（データ）が記憶部５５に記憶される。
【０１９６】
（第１２の実施形態）
図３４は、本発明によるアンテナを備えた装置の更に他の実施形態を示すブロックである。
【０１９７】
本実施形態においても、形態設計部５３、形態設計制御部５４及び記憶部５５の動作又は機能は、第９の実施形態における形態設計制御部５４及び記憶部５５の動作又は機能と同様である。
【０１９８】
図３４に示すように、本実施形態の装置は、第１１の実施形態におけるレベル検出部７１に代えて、データ分析部７６を備えている。本実施形態では、外部の通信回路６２を利用することを前提としている。通信回路６１からの信号をアンテナ５０から送信した後、その信号が外部機器のアンテナで受信される。アンテナ５０から送信した信号に応じて外部の通信回路６２から送られてくる信号を、再びアンテナ５０で受け、これをアンテナ５０の形態の調整に利用する。
【０１９９】
本実施形態における外部機器の通信回路６２は、例えば、あるテスト信号を受けたときに、それに応答してデジタル信号を出力する回路である。外部機器の通信回路６２としては、例えば、電話をかけることによって送られる時報や天気予報などの情報を送る回路を利用することもできる。
【０２００】
第１１の実施形態では、送受信信号のレベルに応じてアンテナ５０の形態を調整したのに対し、本実施形態においては、送受信信号のデータ内容を比較することにより、指向性、利得、インピーダンス整合性が適正範囲にあるか否かを判別する。他の機能は、第１１の実施形態と同じである。
【０２０１】
本実施形態においても、第１０の実施形態のごとく、指向性判別のためのプローブ７５ａ〜７５ｃを配置することができる。
【０２０２】
（第１３の実施形態）
図３５は、本発明によるアンテナを備えた装置の更に他の実施形態を示すブロック図である。
【０２０３】
本実施形態の装置は、第９の実施形態における駆動部５１に代えて、形態機構の作製部５６を備えている。本実施形態においても、形態設計部５３、形態設計制御部５４及び記憶部５５の動作又は機能自体は、第９の実施形態における形態設計部５３、形態設計制御部５４及び記憶部５５の動作又は機能と同様である。
【０２０４】
本実施形態では、第１１の実施形態と同様の手順で、アンテナ５０が受信用／送信用として機能する場合のそれぞれにおける指向性、利得、インピーダンス整合性などに基づいて、アンテナ５０の形態の良否を判定し、適切なアンテナの形態を決定することができる。ただし、本実施形態では、アンテナの使用中にアンテナの形態を動的に変更することはできず、アンテナを組みこんだ装置を製造する工程段階でアンテナの形態を決定することになる。
【０２０５】
なお、本実施形態においても、第１０の実施形態のごとく、指向性判別のためのプローブ７５ａ〜７５ｃを配置することができる。
【０２０６】
［アンテナモジュール］
上記のアンテナを備えた装置の各実施形態では、図２９に示すような駆動部５１や形態設計制御部５４などが端末装置などの各種装置に設けられている。このようなアンテナの形態を決定するための回路（アンテナの盛業回路）をアンテナと一体化した部品をアンテナモジュールとして製造し、販売することも可能である。
【０２０７】
図３６は、本発明によるアンテナと、このアンテナの形態を制御する回路とを一体化したアンテナモジュールを示している。このアンテナモジュールは、集積回路チップのパッケージ８０上に本発明のアンテナ５０が固着されたものである。集積回路チップに形成された回路システムは、図２９に示す駆動部５１、形態設計部５３、形態設計制御部５４、記憶部５５、レベル検出部７１、指向性判別部７２、利得判別部７３、インピーダンス判別部などのアンテナ制御回路を含んでおり、好ましくは、通信回路６１をも含んでいる。
【０２０８】
このようなアンテナモジュールは、図３６に示す形態端末（携帯電話を含む）などの装置９０に組み込まれて使用される。アンテナモジュールを搭載する装置９０や、その装置９０の使用環境に応じて、適切なアンテナの形態は異なる。本発明のアンテナモジュールによれば、携帯端末の使用状況に応じてアンテナの形態が最適な形態に自動的に変化する。
【０２０９】
図３７（ａ）は、図３６の携帯端末が待ち受けモードにあるときのアンテナ５０の指向性を模式的に示している。待ち受けモードでは、広い指向性を示すようにアンテナ５０の形態が設定される。通信の相手を探索するモードでは、指向性が強い形態をアンテナ５０に与え、かつ、その形態を逐次変更することにより、図３７（ｂ）に示すように、アンテナ５０の指向性の強い方向を変化させる。上記の探索モードでは、相手機から発せられる電波の発信源方向を見つけ出すと、図３７（ｃ）に示すように、発信源の方向に最も指向性が強くなる形態をアンテナ５０に付与し、電波の送受信を効率的に行う。
【０２１０】
（第１４の実施形態）
図３８は、本発明のアンテナが用いられる通信システムの例を示す斜視図である。図３８には、ミリ波を利用した通信システムが例示されている。同図に示すように、基幹光ファイバーライン（Trunk Line O-Fiber）から分岐する多数の光ファイバーラインの先端にそれぞれ基地局が設けられている。また、各基地局から各家庭（又はオフィス）にミリ波による通信を行なうための無線通信網が形成されている。そして、各家庭又はオフィスの無線端末（移動局）では、ミリ波を用いて、基地局から各家庭又はオフィスの機器に対する各種メディアの供給や、インターネット通信や、移動局間の通信などをすることが可能になっている。つまり、ミリ波は光に近い波長を有するため、物体による電波妨害を受けやすい。このため、基地局までは光ファイバー網を介して光通信によるデータの送受信が行なわれ、基地局で光信号と電気信号との間で変換が行われる。そして、家庭又はオフィスと基地局との間では、ミリ波を利用したワイヤレスアクセスが可能となる。
【０２１１】
本発明のアンテナは、上記のワイヤレスアクセスを行う際の送受信に好適に用いられる。システムの一部においては、基幹光ファイバーラインに直接接続される基地局と、携帯情報端末や企業内の端末との間で、本発明のアンテナを介するワイヤレスアクセスが可能である。
【０２１２】
図３９は、図３８に示す基地局と、各家庭やオフィス内の無線端末との間における通信システムの構成を概略的に示すブロック図である。同図に示す通信システムは、光ファイバー網（ネットワーク）１００を介して互いに接続される多数の基地局１０１と、各基地局１０１を介して互いに通信を行なうための無線端末１０２とを備えている。各基地局１０１は、電波の受信、送信を行なうためのアンテナ装置１１１と、アンテナ装置１１１で受信した電波信号を増幅するなどの機能を有する受信増幅部１１２と、アンテナ装置１１１に増幅した高周波信号を送り込むための送信増幅部１１３と、受信増幅部１１２や送信増幅部１１３に接続される無線送受信部１１４と、各デバイスの動作を制御するための制御部１１５と、基地局１０１と光ファイバー網１００との間の信号を接続するための有線接続部１１６とを備えている。また、無線端末１０２は、電波の受信、送信を行なうためのアンテナ装置１２１と、アンテナ装置１２１で受信した電波信号を増幅するなどの機能を有する受信増幅部１２２と、アンテナ装置１２１に増幅した高周波信号を送り込むための送信増幅部１２３と、各デバイスの動作を制御するための制御部１２５とを備えている。
【０２１３】
図４０は、基地局１０１の内部構成をより詳細に示すブロック回路図である。同図に示すように、アンテナ装置１１１は、アンテナ本体１１１ａと、アンテナ本体１１１ａの送受信を切り換えるためのアンテナスイッチ１１１ｂとによって構成されている。なお、受信増幅部１１２は、フィルタ１３１と、低雑音アンプ（ＬＮＡ）１３２とを直列に２段ずつ配置して構成されている。無線送受信部１１４には局所増幅器と高周波発信器との出力を混合して高周波信号を生成するためのミクサ１３４が配置されている。送信増幅器１１３には、ドライバアンプ１３５と、フィルタ１３６と、ミドルアンプ１３７と、メインアンプ１３８とが配置されている。有線接続部１１６は、音声信号を処理するためのベースバンド信号処理部１１７と、インターフェース部１１８と、光ファイバー網（ネットワーク）１００に接続される交換制御部１１９とによって構成されている。なお、図示しないが、光信号と電気信号との間で変換を行う信号変換装置がインターフェース部１１８に設けられている。
【０２１４】
本発明のアンテナは、アンテナ本体１１１ａとして用いられ、例えばスロットアンテナ中の１つのスロットとして機能する。
【産業上の利用可能性】
【０２１５】
本発明によれば、単独ではアンテナとして機能しない小さな導電体要素のアレイを利用して、電流パターンや磁流パターンを多種多様に変化させることの可能なアンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２１６】
【図１】（ａ）は、従来の電流制御型の平面アンテナの構造例を示す平面図であり、（ｂ）は、本発明による電流制御型の平面アンテナの構造例を示す平面図である。
【図２】（ａ）は、従来の磁流制御型の平面アンテナの構造例を示す平面図であり、（ｂ）は、本発明による磁流制御型の平面アンテナの構造例を示す平面図である。
【図３】（ａ）は、本発明による平面アンテナの第１の実施形態における導電体要素１２の配列を示す斜視図であり、（ｂ）は、その上に接続要素１３が配置された状態のアンテナを示す斜視図である。
【図４】（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態におけるて種々の平面形状を持つ導電体要素１２のアレイを示す平面図である。
【図５】（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態における導電体要素１２のアレイの他の配置例を示す平面図である。
【図６】（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態における導電体要素１２のアレイの更に他の配置例を示す平面図である。
【図７】第１の実施形態における接続要素の第１具体例示す断面図である。
【図８】第１の実施形態における接続要素の第２具体例を示す断面図である。
【図９】第１の実施形態における接続要素の第３具体例を示す断面図である。
【図１０】本発明によるアンテナの第２の実施形態を示す断面図である。
【図１１】図１０のアンテナにおける電流の流れを示す断面図である。
【図１２】（ａ）は、本発明によるアンテナの第３の実施形態の外観構造を示す斜視図であり、（ｂ）は、誘電体基板及び導電体要素を除去した状態のアンテナを示す斜視図である。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本発明のアンテナの第３の実施形態における導通手段の第１具体例を示す断面図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本発明のアンテナの第３の実施形態における導通手段の第２具体例を示す断面図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本発明のアンテナの第３の実施形態における導通手段の第３具体例を示す断面図である。
【図１６】本発明によるアンテナの第４の実施形態の外観構造を示す斜視図である。
【図１７】本発明によるアンテナの第５の実施形態の構造を示す斜視図である。
【図１８】本発明によるアンテナの第５の実施形態の概観構造を示す斜視図である。
【図１９】（ａ）は、３つの導電体要素の下方に３つの第１誘電体要素が存在している平面アンテナの断面図であり、（ｂ）は、その平面図である。
【図２０】（ａ）は、３つの導電体要素のうち両端の導電体要素の下方には大面積の第１誘電体要素が存在し、中央の導電体要素１２の下方には小面積の第２誘電体要素が存在しているアンテナの断面図であり、（ｂ）は、その平面図である。
【図２１】（ａ）は、３つの導電体要素の下方に３つの第１誘電体要素が存在している平面アンテナの断面図であり、（ｂ）は、その平面図である。
【図２２】（ａ）は、両端の導電体要素の下方には高い誘電率ε１を有する第１誘電体要素が存在し、中央の導電体要素の下方には低い比誘電率ε２を有する第２誘電体要素が存在しているアンテナの断面図であり、（ｂ）は、その平面図である。
【図２３】（ａ）は、３つの導電体要素の下方に３つの第１誘電体要素が存在している平面アンテナの断面図であり、（ｂ）は、その平面図である。
【図２４】（ａ）は、両端の導電体要素の下方には平均的な比誘電率が高い第１誘電体要素が存在し、中央の導電体要素の下方には平均的な比誘電率が低い第２誘電体要素が存在しているアンテナの断面図であり、（ｂ）は、その平面図である。
【図２５】（ａ）は、３つの導電体要素がそれぞれ誘電体要素に接触している平面アンテナの断面図であり、（ｂ）は、その平面図である。
【図２６】（ａ）は、両端の導電体要素は誘電体要素に接触しているが、中央の導電体要素が誘電体要素から離れているアンテナの断面図であり、（ｂ）は、その平面図である。
【図２７】本発明によるホーンアンテナを示す斜視図である。
【図２８】本発明によるスロットアンテナを示す斜視図である。
【図２９】本発明によるアンテナを備えた装置の実施形態を示すブロック図である。
【図３０】アンテナ形態と指向性などとの関係の一例を示す図である。
【図３１】アンテナの形態を変更しながら、アンテナの指向性／利得／インピーダンスを測定する手順の例を示したフローチャートである。
【図３２】本発明によるアンテナを備えた装置の他の実施形態を示すブロック図である。
【図３３】本発明によるアンテナを備えた装置の更に他の実施形態を示すブロック図である。
【図３４】本発明によるアンテナを備えた装置の更に他の実施形態を示すブロック図である。
【図３５】本発明によるアンテナを備えた装置の更に他の実施形態を示すブロック図である。
【図３６】本発明によるアンテナと、このアンテナの形態を制御する回路とを一体化したアンテナモジュールの一例を示す斜視図である。
【図３７】（ａ）から（ｃ）は、アンテナの形態が変化することによって指向性が変ることを模式的に示す斜視図である。
【図３８】本発明のアンテナが用いられる通信システムの例を示すブロック図である。
【図３９】図３８に示す基地局と各家庭やオフィス内の無線端末との間における通信システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図４０】基地局の内部構成をより詳細に示すブロック回路図である。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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