(57)【要約】【課題】小型かつ鋭い指向性を持ち、かつ、指向性の鋭さを制御可能なアレイアンテナおよび無線通信装置を実現する。【解決手段】１つの主アンテナエレメントとＮ個の副アンテナエレメントから構成されるアレイアンテナであり、主アンテナエレメントを中心とした円上に副アンテナエレメントが配置され、主アンテナエレメント１を中心とした円の半径が無線通信に用いる搬送波の波長の４分の１に一致する。また、主アンテナエレメントの給電点電圧と副アンテナエレメントの給電点電圧との振幅比と位相差は、両アンテナで形成されるビームの指向性を強めるように制御される。【選択図】図１
2014216887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個の主アンテナエレメントとＮ個の副アンテナエレメントからなるアレイアンテナにおいて、
前記主アンテナエレメントを中心とした所定半径の円上に前記副アンテナエレメントが配置されると共に、前記所定半径が無線通信に用いる搬送波の波長の１／４に設定され、前記主アンテナエレメントの給電点電圧と副アンテナエレメントの給電点電圧との振幅比と、位相差が、設定可能であることを特徴としたアレイアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のアレイアンテナにおいて、
前記アレイアンテナはプリント基板で作製され、前記主アンテナエレメントおよび前記副アンテナエレメントは導体パターンによる平面アンテナであることを特徴としたアレイアンテナ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアレイアンテナにおいて、
前記アレイアンテナはプリント基板で作製され、前記主アンテナエレメントおよび前記副アンテナエレメントはプリント基板上に実装されたチップアンテナであることを特徴としたアレイアンテナ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のアレイアンテナにおいて、
前記主・副の両アンテナエレメントの給電点電圧の振幅比と位相差は、前記両アンテナエレメントで形成されるビームの指向性を強めるように設定されたことを特徴としたアレイアンテナ。
【請求項５】
１個の主アンテナエレメントとＮ個の副アンテナエレメントからなるアレイアンテナと、
前記主アンテナエレメントの給電点電圧と副アンテナエレメントの給電点電圧との振幅比を設定可能な第１の振幅調整器と、
前記主アンテナエレメントと副アンテナエレメントとの位相差を設定可能な可変移相器とを備え、
前記主アンテナエレメントを中心とした所定半径の円上に前記副アンテナエレメントが配置されると共に、前記所定半径が無線通信に用いる搬送波の波長の１／４に設定されることを特徴とする無線通信装置。
【請求項６】
請求項５に記載の無線通信装置において、１対Ｎ＋１のポートをもつ電力合成・分配器と、第２の振幅調整器と、送受信機と、を備え、
前記主アンテナエレメントに繋がる給電点は前記第１の振幅調整器と前記可変移相器とを介して前記電力合成・分配器のＮ＋１個に分配されたポートの１つと接続され、
前記副アンテナエレメントのそれぞれに繋がる給電点は前記電力合成・分配器のＮ＋１個に分配されたポートに接続され、前記電力合成・分配器の合成されたポートは前記第２の振幅調整器を介して前記送受信機のアンテナ端子に接続されることを特徴とした無線通信装置。
【請求項７】
請求項５に記載の無線通信装置において、１対Ｎのポートをもつ電力合成・分配器と、１対２のポートをもつ電力合成・分配器と、第２の振幅調整器と、を備え、
前記主アンテナエレメントに繋がる給電点は前記１対２のポートをもつ電力合成・分配器の２個に分配されたポートのひとつと接続され、
前記副アンテナエレメントのそれぞれに繋がる給電点は前記１対Ｎのポートをもつ電力合成・分配器のＮ個のポートに分配されたポートに接続され、
前記１対Ｎのポートをもつ電力合成・分配器の合成されたポートは前記第１の振幅調整器と前記可変移相器とを介して前記１対２の電力合成・分配器の２個に分配されたポートのひとつと接続され、
前記１対２のポートをもつ電力合成・分配器の合成されたポートは、前記第２の振幅調整器を介して前記送受信機のアンテナ端子に接続されることを特徴とした無線通信装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載の無線通信装置において、前記振幅調整器は可変減衰器で構成されたことを特徴とした無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビームの指向性を変えることができるアレイアンテナおよび無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォンやタブレット端末などの高機能な無線携帯端末の普及と共に、リアルタイム測位技術を利用したサービスが急速に発展している。測位インフラとなる無線機には、従来、無線LAN、IMES（indoor messaging system）、Bluetooth（登録商標）、特定小電力無線、等の無線規格が適用されている。これらの無線機にて測位精度の高いシステムを実現するためには、一般的には無線機にはなるべく指向性の鋭いアンテナを用いることが望ましい。ただし、電波伝搬環境や構築する測位サービスの仕様などに関連して、場合によっては指向性をブロードにしたいこともあるため、無線機を設置した場所に応じて指向性の鋭さを制御できる機能を備えたアンテナであればより望ましい。鋭い指向性を得るために、複数のアンテナエレメントを２次元的に配置したアレイアンテナが良く知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１には、低軌道周回衛星を用いた衛星通信システムなどに適用可能な、主ビーム方向に適合したビーム幅並びに利得分布を有する成形ビームを形成する素子アンテナの位相設定量の演算時間を短縮したアンテナ装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−４４７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示されるアンテナ装置は、多数の素子アンテナのそれぞれに移相器を設け、主ビーム方向を指示する角度指示回路から指示された主ビーム方向に指向するための各素子アンテナの位相設定量を演算で求め、この位相設定量を前記移相器に設定するように構成されているため、アレイアンテナは寸法が大きく、かつたくさんの振幅調整器および可変移相器を用いるため高コストであることが課題であった。
【０００６】
また、従来のアレイアンテナは電波の最大放射方向を制御することが主眼であり、主ビームの鋭さを効率的に制御する方法については明らかにされていなかった。
【０００７】
本発明は、上記した従来技術の問題点にかんがみ、小型、低コストで、かつ、指向性の鋭さを制御可能な無線通信装置およびアレイアンテナを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、１個の主アンテナエレメントとＮ個の副アンテナエレメントからなるアレイアンテナにおいて、
前記主アンテナエレメントを中心とした所定半径の円上に前記副アンテナエレメントが配置されると共に、前記所定半径が無線通信に用いる搬送波の波長の１／４に設定され、前記主アンテナエレメントの給電点電圧と副アンテナエレメントの給電点電圧との振幅比と、位相差が、所定値になるように設定されたことを特徴とした。
【０００９】
また、上記に記載のアレイアンテナにおいて、前記主・副の両アンテナエレメントの給電点電圧の振幅比と位相差は、前記両アンテナエレメントで形成されるビームの指向性を強めるように設定されたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記に記載のアレイアンテナにおいて、前記アレイアンテナはプリント基板で作製され、前記主アンテナエレメントおよび前記副アンテナエレメントは導体パターンによる平面アンテナであることを特徴とする。
【００１１】
また、上記に記載のアレイアンテナにおいて、前記アレイアンテナはプリント基板で作製され、前記主アンテナエレメントおよび前記副アンテナエレメントはプリント基板上に実装されたチップアンテナであることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、上記に記載のアレイアンテナと、１対Ｎ＋１のポートをもつ電力合成・分配器と、第１の振幅調整器と、可変移相器と、第２の振幅調整器と、送受信機からなる無線通信装置において、
前記主アンテナエレメントに繋がる給電点は前記第１の振幅調整器と前記可変移相器とを介して前記電力合成・分配器のＮ＋１個に分配されたポートの１つと接続され、
前記副アンテナエレメントのそれぞれに繋がる給電点は前記電力合成・分配器のＮ＋１個に分配されたポートに接続され、前記電力合成・分配器の合成されたポートは前記第２の振幅調整器を介して前記送受信機のアンテナ端子に接続され、
前記主・副の両アンテナエレメントの給電点電圧の振幅比と位相差は、前記両アンテナエレメントで形成されるビームの指向性を強めるように制御されることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、上記に記載のアレイアンテナと、１対Ｎのポートをもつ電力合成・分配器と、１対２のポートをもつ電力合成・分配器と、第１の振幅調整器と、可変移相器と、第２の振幅調整器と、送受信機からなる無線通信装置において、
前記主アンテナエレメントに繋がる給電点は前記１対２のポートをもつ電力合成・分配器の２個に分配されたポートのひとつと接続され、
前記副アンテナエレメントのそれぞれに繋がる給電点は前記１対Ｎのポートをもつ電力合成・分配器のＮ個のポートに分配されたポートに接続され、
前記１対Ｎのポートをもつ電力合成・分配器の合成されたポートは前記第１の振幅調整器と前記可変移相器とを介して前記１対２の電力合成・分配器の２個に分配されたポートのひとつと接続され、
前記１対２のポートをもつ電力合成・分配器の合成されたポートは、前記第２の振幅調整器を介して前記送受信機のアンテナ端子に接続され、
前記主・副の両アンテナエレメントの給電点電圧の振幅比と位相差は、前記両アンテナエレメントで構成されるビームの指向性を強めるように制御されることを特徴とする。
【００１４】
また、上記に記載の無線通信装置において、前記振幅調整器は可変減衰器で構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、アレイアンテナおよび無線通信装置の小型化と指向性の向上を図ることができ、かつ指向性の鋭さを制御することができる。また、振幅調整手段および可変移相器の使用数を最小限とすることで、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るアレイアンテナの実施例１のレイアウト図。
【図２】本発明に係る無線通信装置の実施例１のブロック図。
【図３】図１に示したアレイアンテナのＥ１／Ｅ２可変時の放射特性図。
【図４】図１に示したアレイアンテナのφ可変時の放射特性図。
【図５】本発明に係る無線通信装置を用いた屋内測位システムのイメージ図。
【図６】本発明に係る無線通信装置の実施例２のブロック図。
【図７】本発明に係る無線通信装置の実施例３のブロック図。
【図８】本発明に係る無線通信装置の実施例３の層構成図。
【図９】本発明に係る無線通信装置の実施例３のアンテナ層レイアウト図。
【図１０】図９に示したアレイアンテナに関する放射特性図。
【図１１】本発明に係るアレイアンテナの実施例４のレイアウト図。
【図１２】本発明に係る無線通信装置の実施例３の配線層レイアウト図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施例１）
図１は本発明に係るアレイアンテナの実施例１を示した模式図である。ｘ、ｙは紙面に沿った平面の直交座標を示し、ｚは紙面に直角な軸を示す。正方形の絶縁基板３上に、１個の主アンテナエレメント１と、主アンテナエレメント１を中心とした円上にＮ個の副アンテナエレメント２−１〜２−４とを配置してアレイアンテナ３０を構成している。本実施例１では副アンテナエレメントが４個の場合を示している。主アンテナエレメント１を中心とした円の所定半径ｄ（主アンテナエレメント１と副アンテナエレメント２−１〜２−４との距離）は、無線通信で用いる搬送波の波長の１／４に設定される。ここで、副アンテナエレメントは回転対称となる位置に配置した。
【００１８】
主アンテナエレメントと副アンテナエレメントとの距離dを搬送波の波長の１／４にする理由を図１を参照しながら説明する。図１のアンテナが受信アンテナである場合、電波がz軸方向（アンテナの正面方向）から到来したとき（平面波を仮定）、５つの主・副アンテナエレメントが受信する信号は全て同相である。一方、電波がx軸方向（アンテナの真横方向）から到来したとき、副アンテナエレメント２−１と副アンテナエレメント２−３が受信する信号は位相が１８０度異なり、これらのアンテナエレメントが受信する信号はキャンセルされる。すなわち、x軸方向からの到来波に対しては、図１のアンテナは主アンテナエレメント１と副アンテナエレメント２−２および２−４の、３つのアンテナエレメントから構成されたアンテナと等価となる。電波の到来方向によって実質的なアンテナエレメントの数が変わるため、図１のアンテナは指向性を持つ。さらに、後段の振幅調整器と可変移相器により合成比を調整することで、指向性の鋭さを制御することができる。なお、本説明では受信アンテナを想定したが、送受信アンテナの対称性から、送信アンテナの場合も同様の効果がある。
【００１９】
上記の説明の通り、図１において距離dを波長の１／４とすることで副アンテナエレメント２−１と副アンテナエレメント２−３が受信する信号はキャンセルされるが、距離dが波長の１／４からずれると完全にキャンセルされず、副アンテナエレメント２−１と２−３の合成信号が残る。この合成信号がキャンセル前の信号に対して-20dB以下に抑制されていれば実用上は問題ない。合成信号を-20dB以下とすることを考えると、距離dは波長の１／４に対して±6％の範囲内にあればよい。一例として、搬送波の周波数を1GHzとすると、波長の１／４は約75ｍｍであるから、距離dは70.5ｍｍから79.5ｍｍの範囲内で設計すればよい。
【００２０】
図２は本発明に係る無線通信装置１００の一例を示したブロック図で、副アンテナエレメントをＮ個（２−１〜２−Ｎ）備えている。無線通信装置１００は、アレイアンテナ３０と、第１の振幅調整器（可変減衰器）４と、可変移相器５と、１対Ｎ＋１のポートをもつ電力合成・分配器６と、第２の振幅調整器（可変減衰器）１６と、送受信機７からなる。
【００２１】
アレイアンテナ３０の主アンテナエレメント１に繋がる給電点は、第１の振幅調整器４と可変移相器５とを介して電力合成・分配器６のＮ＋１個に分配されたポートのひとつと接続される。アレイアンテナ３０のＮ個の副アンテナエレメント２−１〜２−Ｎのそれぞれに繋がる給電点は、電力合成・分配器６のＮ＋１個に分配された各ポートに接続される。電力合成・分配器６の合成されたポートは、第２の振幅調整器１６を介して送受信機７のアンテナ端子に接続される。
【００２２】
第１の振幅調整器４は主アンテナエレメント１の給電点電圧Ｅ１を個別に制御し、可変移相器５は主アンテナエレメント１の位相を個別に制御する。第２の振幅調整器１６は、主アンテナエレメント１の給電点電圧Ｅ１と副アンテナエレメントの給電電圧Ｅ２を同時に制御する。
【００２３】
送信時を考えた場合、第１の振幅調整器４と可変移相器５の値を調整することで、主アンテナエレメント１の給電点電圧Ｅ１と、副アンテナエレメント２−１〜２−Ｎの給電点電圧Ｅ２との振幅比（Ｅ１／Ｅ２）および位相差（φ）を制御するように構成される。Ｅ１／Ｅ２、φは放射特性に大きく影響するため、これらを適切に制御することで指向性の鋭さを必要に応じて変更することが可能である。なお、Ｅ１／Ｅ２、φはアンテナの利得も変化させる。Ｅ１／Ｅ２、φを制御した際に、所望の方向におけるアンテナの利得を一定に保つように、全体を調整するために第２の振幅調整器１６の値は調整される。このように、第１の振幅調整器４と可変移相器５と第２の振幅調整器１６の値を調整することにより、無線通信装置１００から放射される電波は利得を一定に保ったまま、指向性の鋭さ（強さ）のみを変化させることが可能となる。
【００２４】
また、受信時を考えた場合もアンテナの可逆性により、同様に指向性の制御が可能である。
【００２５】
図３は図１のアレイアンテナ３０において、φ＝π、Ｅ１／Ｅ２＝０、１、２、３としたときの放射特性の計算結果を示す図ある（ｚｘ平面での断面）。横軸はアンテナの放射角を示し、縦軸は利得をプロットした（最大放射方向である正面方向の値にて正規化した）。ここで、主アンテナエレメント１および副アンテナエレメント２−１〜２−Ｎは、理想的な無指向性の点波源を仮定した。図３の結果から、前記主・副の両アンテナエレメントで形成されるビーム幅は、Ｅ１／Ｅ２＝３のときに狭まって指向性が最も鋭く（強く）、Ｅ１／Ｅ２が小さくなるにつれてビーム幅が広がって指向性が弱くなっていることが分かる。本計算により求められた３ｄＢのビーム幅は、Ｅ１／Ｅ２＝０、１、２、３のときそれぞれ１７５度、１１４度、８３度、５５度であった。
【００２６】
また、図４はＥ１／Ｅ２＝３、φ＝０、π、としたときの放射特性の計算結果を示す図である。図４に示すとおり、Ｅ１／Ｅ２を３に固定して、φを０とπに変化制御しても指向性の鋭さを変化させることが可能である。ただし、φ＝π付近で位相を変化させたときに指向性の鋭さは急激に変動するため注意が必要である。
【００２７】
このように、第１の振幅調整器４、第２の振幅調整器１６、可変移相器５、のパラメータを変えることで、主ビームの鋭さ（半値角）を制御することができる。そして、主ビームに指向性を強める（鋭くする）ためには、Ｅ１／Ｅ２＝３付近に制御して設定するのが良い。また、よりブロードな指向性が適する場合は、Ｅ１／Ｅ２を１や２などの値に設定すればよい。
【００２８】
図５は本発明に係る無線通信装置１００を、屋内測位システムに適用した一例を示したイメージ図である。無線通信装置１００は好適には天井に設置され、電波は天井から下向きに放射されてビームが形成される。歩行者がスマートフォンなどの携帯端末を持って、無線通信装置１００の通信エリアに侵入すると、測位に関する電波を受信し、その測位情報に基づくサービスが歩行者に提供される。無線通信装置１００を設置する環境は常に一定ではなく、天井の高さ、周囲の散乱体の有無、床や壁の材質の違い、等により放射された電波の受信エリアの形状は変化する。図５で、電波の受信エリアの形状を最適にするため、左側ではビーム幅をブロードに、右側ではビーム幅をシャープに設定している例を模式的に示した。
【００２９】
このような個々の設置環境に応じて無線通信装置１００から放射された受信エリアを最適な形状に補正するために、本発明の制御によって指向性の鋭さが制御される。指向性の制御は、無線通信装置１００が設置された際に、電波の受信エリアの形状の最適値の調整がなされ、それ以降は固定の状態で使用されても良いし、または、測位システムが運用されている期間中に動的に変更されても良い。指向性の動的制御には、歩行者の測位信号の受信状況を多数収集したデーターベースを利用して、機械的に最適化を行うアルゴリズム等が利用可能である。
【００３０】
（実施例２）
図６は本発明に係る無線通信装置の別の例（実施例２）を示したブロック図である。無線通信装置１００は、アレイアンテナ３０と、１対Ｎのポートをもつ電力合成・分配器１９と、第１の振幅調整器４と、可変移相器５と、１対２のポートをもつ電力合成・分配器１７と、第２の振幅調整器１６と、送受信機７からなる。アレイアンテナ３０の主アンテナエレメント１に繋がる給電点は、１対２の電力合成・分配器１７の２個に分配されたポートのひとつと接続される。アレイアンテナ３０の副アンテナエレメント２−１〜２−Ｎのそれぞれに繋がる給電点は、１対Ｎの電力合成・分配器１９のＮ個に分配されたポートに接続される。１対Ｎの電力合成・分配器１９の合成されたポートは、第１の振幅調整器４と可変移相器５とを介して１対２の電力合成・分配器１７の２個に分配されたポートのひとつと接続される。１対２の電力合成・分配器１７の合成されたポートは、第２の振幅調整器１６を介して送受信機７のアンテナ端子に接続される。上記構成において、実施例１と同様の原理で指向性の鋭さが調整される。
【００３１】
前記実施例１では、主アンテナエレメントの給電点電圧の振幅と位相を変えることで、Ｅ１／Ｅ２およびφを制御し、電波の指向性の鋭さ（強さ）を調整しているが、本実施例２では副アンテナエレメントの給電点電圧の振幅と位相を、それぞれ、第１の振幅調整器４と可変移相器５で変えることで、Ｅ１／Ｅ２およびφを制御し電波の指向性を調整している。
【００３２】
上記の電波の指向性の調整で、主アンテナエレメントを制御するか、副アンテナエレメントを制御するかは、無線モジュールの回路パターンのレイアウトの都合や、使用する無線ＩＣの制約によって選択される。
【００３３】
（実施例３）
図７は本実施例３に係る無線通信装置１００の送信機としてのブロック図である。図７では、図２に示す実施例１の無線通信装置１００に部品を追加し、さらに電力合成・分配器６内の詳細な構成について示す。
【００３４】
本実施例３では２個の振幅調整器４、１６として可変減衰器を用い、副アンテナエレメントは２−１〜２−４の４個で構成される。１対５の電力合成・分配器６は、方向性結合器１５、追加部品としてのＲＦスイッチ２０および１対４の電力合成・分配器１８の直列回路で構成される。また、可変移相器５と前記方向性結合器１５の間に上記とは別のＲＦスイッチ２０が追加接続され、副アンテナエレメント２−１〜２−４は前記電力合成・分配器１８の４個のポートに接続される。前記方向性結合器１５には送受信機（本実施例では送信機）７からの出力が振幅調整器４を介して供給される。
【００３５】
上記構成において、送受信機７からの出力が方向性結合器１５を介して主アンテナエレメントの空中線電力Ｐ１と、副アンテナエレメントの空中線電力Ｐ２と、主アンテナエレメント１の給電点電圧Ｅ１と、副アンテナエレメントの給電点電圧Ｅ２の関係は、
Ｐ１／Ｐ２＝（Ｅ１／Ｅ２）２
となる。
【００３６】
図３の放射特性の計算結果から、Ｅ１／Ｅ２を３前後で制御することを考えると、電力合成・分配器６の主アンテナに繋がるポートからの出力は、他のポートからの出力に対して１０ｄＢ以上の電力であることが望ましい。したがって、方向性結合器１５の結合度は-１０ｄＢとした。さらに電力合成・分配器１８で減衰して、この出力電力は-６ｄＢとなり、電力合成・分配器６の主アンテナ１に繋がるポートの出力電力と、副アンテナに繋がるポートの出力電力の差は１６ｄＢとなる。
【００３７】
前記ＲＦスイッチ２０は高周波信号を入切するスイッチで、主アンテナエレメントあるいは副アンテナエレメントを、アクティブと非アクティブにするために追加挿入されている。主アンテナエレメント側のＲＦスイッチ２０をＯＦＦとしたときＥ１／Ｅ２＝０に対応し、副アンテナエレメント側のＲＦスイッチ２０をＯＦＦとしたときＥ１／Ｅ２＝∞となる。
【００３８】
図８は、実施例３の無線通信装置１００を層構成の絶縁基板で作成した場合の一例である。図８では無線通信装置１００はアンテナも含めて３層基板により１モジュールが構成されている。無線通信装置１００は、アンテナ層１０と、誘電体層１１と、グランド層１２と、誘電体層１３と、配線層１４にて構成される。アンテナ層１０、グランド層１２、配線層１４は好適には銅が用いられ、誘電体層１１、１３は好適にはＦＲ４が用いられる。アンテナ層１０は、基板上に形成された導体パターンによる平面アンテナで構成される。
【００３９】
配線層１４にＲＦ回路が構成される。図７に示した各回路ブロックはチップ部品を実装することで実現しても良いが、方向性結合器１５、電力合成・分配器６等をプリント基板上のパターンで形成しても良い。また、図８は３層基板で示したが、ＲＦスイッチ、可変減衰器４、可変移相器５を制御するための電源層を追加した４層基板としても良い。
【００４０】
図９はアンテナ層１０のレイアウトの一例である。この例において、寸法１００ｍｍの正方形の絶縁基板（プリント基板）上に、銅からなる主アンテナエレメント１および副アンテナエレメント２−１〜２−４が、片側短絡狭幅パッチアンテナで構成されている。ここで、搬送波の動作周波数としてＩＭＥＳの使用帯域である1.575GHz帯を想定している。主アンテナエレメントおよび副アンテナエレメントは偏波の方向を揃えて配置されている。主アンテナエレメントと副アンテナエレメントとの距離は、1.575GHzの自由空間での４分の１波長に対応する４７．６ｍｍに設定した。また、各アンテナエレメントは正方形のメタルパターンで構成され、その一辺の寸法は４分の１波長であるが、ＦＲ４基板の誘電率に応じて波長短縮が起こるため、２２．５ｍｍとなっている。
【００４１】
８は給電点８で信号の入力ポートである。９はスルーホールであってグランド層１２と短絡しており、パッチアンテナは片側短絡することにより、寸法が半分に短縮されている。給電点８とスルーホール９の距離は４．０ｍｍに設定されている。
【００４２】
図１２は配線層１４のレイアウトの一例である。この例において、可変減衰器４、１６、可変移相器５、電力合成・分配器１８−１、１８−２，１８−３等はチップ部品によって構成されている。マイクロストリップライン２１は、主・副アンテナの給電点Ｐ１〜５での各信号の位相差が適切な値となるように長さが設計される。
【００４３】
図１０は、図９のアレイアンテナ３０において、φ＝π、Ｅ１／Ｅ２＝０、１、２、３としたときの放射特性の電磁界シミュレーション結果である（ｚｘ平面での断面）。横軸はアンテナの放射角を示し、縦軸は利得をプロットした（最大放射方向である正面の値で正規化した）。図３の結果と同様に図１０でもＥ１／Ｅ２＝３のときに指向性は最も鋭く、Ｅ１／Ｅ２が小さくなるにつれてビーム幅が広がって指向性が弱くなっていることが分かる。本シミュレーションにより求められた３ｄＢビーム幅は、Ｅ１／Ｅ２＝０、１、２、３のとき、それぞれ７８度、７１度、６１度、４３度であった。
【００４４】
（実施例４）
図１１は実施例４のアンテナ層１０のレイアウト図である。アレイアンテナ３０は、主アンテナエレメント１と副アンテナエレメント２−１〜２−６で構成され、各アンテナエレメントにはチップアンテナが用いられている。本例では動作周波数は無線LANやBluetoothなどに用いられる2.4GHz帯を想定した。したがって、主アンテナエレメントと副アンテナエレメントとの距離は2.4GHzの自由空間における４分の１波長に相当する３１．２５ｍｍとした。なお、各アンテナエレメントの偏波の方向は揃えて配置した。
【００４５】
実施例１〜４を通じて、アンテナエレメントと副アンテナエレメントとしてチップアンテナを用いることで、より小型なアレイアンテナおよび無線通信装置が実現できるメリットがある。
【００４６】
なお、本発明における無線通信装置はＥ１／Ｅ２およびφを制御することで指向性の鋭さを変更可能としたが、ある特定のビーム幅が最適であることが事前にわかっている場合は、それに応じてＥ１／Ｅ２およびφが固定された無線通信装置を設計することで、小型かつ指向性の鋭いアレイアンテナ、もしくは無線通信装置とすることもできる。Ｅ１／Ｅ２およびφが固定の場合、振幅調整器と可変移相器は不要であるため、より低コストに無線通信装置を実現できる。
【００４７】
以上、説明したように、本発明は第１の振幅調整器４、第２の振幅調整器１６、可変移相器５、のパラメータを変えることで、主ビームの鋭さ（半値角）を制御することができる。また、本発明に係るアレイアンテナおよび無線通信装置は、好適には2.4ＧＨｚ帯や5ＧＨｚ帯の無線LAN、IMES、429MHz帯や920MHz帯の特定小電力無線やアクティブタグ、920MHz帯パッシブタグ、Bluetooth、ZigBee、等に用いられる。
【符号の説明】
【００４８】
１…主アンテナエレメント、
２−１、２−２、２−３、２−４、２−５、２−６、２−Ｎ…副アンテナエレメント、
３…基板（プリント基板）
３０…アレイアンテナ、
４…第１の振幅調整器（可変減衰器）、
５…可変移相器、
６…電力合成・分配器、
７…送受信機、
８…給電点、
９…スルーホール、
１０…アンテナ層、
１１…誘電体層、
１２…グランド層、
１３…誘電体層、
１４…配線層、
１５…方向性結合器、
１６…第２振幅調整器（可変減衰器）、
１７…電力合成・分配器、
１８…電力合成・分配器、
１８−１、２、３…電力合成・分配器、
１９…電力合成・分配器、
２０…ＲＦスイッチ、
２１…マイクロストリップライン、
１００…無線通信装置
ｄ…半径
Ｅ１…主アンテナエレメントの給電点電圧
Ｅ２…副アンテナエレメントの給電点電圧
Ｅ１／Ｅ２…振幅比
Ｐ１〜４…主・副アンテナエレメントの給電点
φ…位相差
【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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