(57)【要約】【課題】  小型の装置に搭載可能で、放射方向を自由に変更できる指向性アンテナ及びその指向性制御方法並びにアンテナシステムを提供する。【解決手段】  給電パッチ２と、その周囲に配置された少なくとも一つの無給電パッチ３とを有し、無給電パッチ３に誘起された電流を接地することによって電磁波の放射方向が変化する指向性アンテナであって、無給電パッチ３は、励振方向の中心とは異なる箇所に、接地のためのＧＮＤ短絡線４ａ、４ｂ１、４ｂ２及び４ｂ３を備え、それぞれのＧＮＤ短絡線は、無給電パッチ３とグランドとを電気的に接続するか否かを切り替えるスイッチを備える。【選択図】  図１
2006074697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電パッチと、その周囲に配置された少なくとも一つの無給電パッチとを有し、前記無給電パッチに誘起された電流を接地することによって電磁波の放射方向が変化する指向性アンテナであって、
前記無給電パッチは、励振方向の中心とは異なる箇所に、該無給電パッチを接地するための短絡線を複数備え、
それぞれの短絡線は、前記無給電パッチとグランドとを電気的に接続するか否かを切り替えるスイッチを備えることを特徴とする指向性アンテナ。
【請求項２】
前記無給電パッチは、２以上の前記短絡線によってグランドと電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の指向性アンテナ。
【請求項３】
前記無給電パッチをグランドと電気的に接続する短絡線は、該無給電パッチの励振方向の一端側に複数個設けられていることを特徴とする請求項２記載の指向性アンテナ。
【請求項４】
前記無給電パッチをグランドと電気的に接続する短絡線は、該無給電パッチの励振方向の両端部に、少なくとも一つずつ設けられていることを特徴とする請求項２記載の指向性アンテナ。
【請求項５】
前記無給電パッチをグランドと電気的に接続する短絡性は、該無給電パッチの励振方向の両端部に、各々２以上設けられていることを特徴とする請求項４記載の指向性アンテナ。
【請求項６】
前記無給電パッチをグランドと電気的に接続する短絡線は、該無給電パッチの励振方向に重ならないように配置されていることを特徴とする請求項４又は５記載の指向性アンテナ。
【請求項７】
給電パッチと、その周囲に配置された少なくとも一つの無給電パッチとを有する指向性アンテナであって、
前記無給電パッチは、該無給電パッチをグランドと電気的に接続して該無給電パッチに誘起された電流を接地するか否かを切り替えるスイッチを備えた短絡線を有し、
２以上の無給電パッチをグランドと電気的に接続することによって、電磁波の放射方向が変化することを特徴とする指向性アンテナ。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項記載の指向性アンテナの指向方向を制御する方法であって、
前記無給電パッチをグランドと接続するのに用いる前記短絡線の位置及び数を、前記スイッチの切り替えによって変化させることにより、電磁波の放射方向を制御することを特徴とするアンテナの指向性制御方法。
【請求項９】
請求項７記載の指向性アンテナの指向方向を制御する方法であって、
グランドと接続する前記無給電パッチの位置及び数を変化させることにより、電磁波の放射方向を制御することを特徴とするアンテナの指向性制御方法。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれか１項記載の指向性アンテナを用いたアンテナシステムであって、
前記無給電パッチをグランドと接続するのに用いる前記短絡線の位置及び数を前記スイッチの切り替えによって変化させて、電磁波の放射方向を制御する手段を有することを特徴とするアンテナシステム。
【請求項１１】
請求項７記載の指向性アンテナを用いたアンテナシステムであって、
グランドと接続する前記無給電パッチの位置及び数を変化させて、電磁波の放射方向を制御する手段を有することを特徴とするアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビームの発射方向を自由に選択できる指向性アンテナ及びその指向性を制御する方法並びにこの指向性アンテナを用いたアンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、衛星通信や移動体通信などが盛んに行われ、指向性アンテナの重要性が注目されている。
【０００３】
衛星通信移動体通信では、送信側と受信側との相対的な位置が変化するため、指向性アンテナを用いる場合には通信相手が位置する方向を検出してその方向にアンテナを向ける必要がある。
【０００４】
無指向性アンテナを用いる場合にはアンテナの向きを変える必要は無くなるが、放射効率が悪い、ノイズに弱いなどといって欠点があるため、実際にはほとんど使用されていない。
【０００５】
衛星通信に関する従来技術としては、特許文献１に開示される「衛星放送受信アンテナ自動追尾装置」がある。特許文献１に開示される発明は、アンテナを機械的に動かすことによって送信又は受信の方向を検知し、通信相手を追尾するものである。
【０００６】
移動体通信に関する従来技術としては、特許文献２に開示される「アンテナ指向システム」や特許文献３に開示される「指向性アンテナ追尾装置」がある。特許文献２に開示される発明は、ジャイロと地磁気とを利用して通信相手を追尾するシステムである。また、特許文献３に開示される発明は、ジャイロとＧＰＳと地磁気とを利用して移動体の位置を常に確認しながらアンテナを機械的に動かして通信相手を追尾するシステムである。
【０００７】
しかしながら、移動体通信の分野においては装置の小型化が要求されるため、実際には上記各特許文献に開示される発明を適用することは困難である。
【０００８】
このような問題を解決するために、非特許文献１にはパッチアンテナを用い、無給電パッチ部分をＧＮＤに落とすことで指向性をもたせる方法が提案されている。図１２に、非特許文献１に開示される方法を適用したアンテナを示す。このアンテナは、無給電パッチに誘起された電流をＧＮＤに落とすことで、反対側の無給電パッチで励起された電流の位相と給電パッチの電流の位相との相互作用によって放射方向を傾ける。
【特許文献１】特開平９−３２１５１７号公報
【特許文献２】特公平７−５８８５４号公報
【特許文献３】特開平１０−１０２２０号公報
【非特許文献１】D.V.Thiel, Electronics Letters,vol.33 No.1,pp7-8
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしこの方法では、指向性は得られるものの、その方向は所定の１方向のみであり、任意方向への指向性を変化させることはできない。
また、無給電パッチに誘起された電流を一点でＧＮＤへ落としているため、無給電パッチの残電流が大きく、ビームの放射方向を大きく傾ける妨げとなる。
【００１０】
このように、小型の装置に搭載可能で、放射方向を自由に変更できる指向性アンテナは提供されていなかった。
【００１１】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、小型の装置に搭載可能で、放射方向を自由に変更できる指向性アンテナ及びその指向性制御方法並びにアンテナシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、給電パッチと、その周囲に配置された少なくとも一つの無給電パッチとを有し、無給電パッチに誘起された電流を接地することによって電磁波の放射方向が変化する指向性アンテナであって、無給電パッチは、励振方向の中心とは異なる箇所に、該無給電パッチを接地するための短絡線を複数備え、それぞれの短絡線は、無給電パッチとグランドとを電気的に接続するか否かを切り替えるスイッチを備えることを特徴とする指向性アンテナを提供するものである。
無給電パッチをＧＮＤに落とす位置が、無給電パッチの励振方向の中心以外で複数存在するため、電磁波の放射方向を、パッチが配列した面と垂直な方向から任意の方向へ傾けることができる。
【００１３】
上記本発明の第１の態様においては、無給電パッチは、２以上の短絡線によってグランドと電気的に接続されることが好ましい。無給電パッチの２箇所以上を同時にＧＮＤと接続することにより、電磁波の放射方向を従来よりも大きく傾けることが可能となる。
これに加えて、無給電パッチをグランドと電気的に接続する短絡線は、該無給電パッチの励振方向の一端側に複数個設けられていることが好ましくい。このようにすれば、電磁波の放射方向を従来よりも大きく傾けることが可能となる。
又は、無給電パッチをグランドと電気的に接続する短絡線は、該無給電パッチの励振方向の両端部に、少なくとも一つずつ設けられていることが好ましく、これに加えて、無給電パッチをグランドと電気的に接続する短絡性は、該無給電パッチの励振方向の両端部に、各々２以上設けられていることがより好ましい。さらに加えて、無給電パッチをグランドと電気的に接続する短絡線は、該無給電パッチの励振方向に重ならないように配置されていることが好ましい。励振方向の両端部に短絡線を配置すれば、短絡線同士の間隔が広くなるため、スイッチを配置しやすくなる。また、電磁波の放射方向を従来よりも大きく傾けることが可能となる。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、給電パッチと、その周囲に配置された少なくとも一つの無給電パッチとを有する指向性アンテナであって、無給電パッチは、該無給電パッチをグランドと電気的に接続して該無給電パッチに誘起された電流を接地するか否かを切り替えるスイッチを備えた短絡線を有し、２以上の無給電パッチをグランドと電気的に接続することによって、電磁波の放射方向が変化することを特徴とする指向性アンテナを提供するものである。このようにすれば、電磁波の放射方向を従来よりも大きく傾けることが可能となる。
【００１５】
また、上記目的を達成するため、本発明は第３の態様として、上記本発明の第１の態様のいずれかの構成にかかる指向性アンテナの指向方向を制御する方法であって、無給電パッチをグランドと接続するのに用いる短絡線の位置及び数を、スイッチの切り替えによって変化させることにより、電磁波の放射方向を制御することを特徴とするアンテナの指向性制御方法を提供するものである。本態様によれば、電磁波の放射方向を、パッチが配列した面と垂直な方向から任意の方向へ傾けることができる。
【００１６】
また、上記目的を達成するため、本発明は、第４の態様として、上記本発明の第２の態様にかかる指向性アンテナの指向方向を制御する方法であって、グランドと接続する無給電パッチの位置及び数を変化させることにより、電磁波の放射方向を制御することを特徴とするアンテナの指向性制御方法を提供するものである。本態様によれば、電磁波の放射方向を、パッチが配列した面と垂直な方向から任意の方向へ傾けることができる。
【００１７】
また、上記目的を達成するため、本発明は、第５の態様として、上記本発明の第１の態様のいずれかの構成にかかる指向性アンテナを用いたアンテナシステムであって、無給電パッチをグランドと接続するのに用いる短絡線の位置及び数をスイッチの切り替えによって変化させて、電磁波の放射方向を制御する手段を有することを特徴とするアンテナシステムを提供するものである。本態様によれば、電磁波の放射方向を、パッチが配列した面と垂直な方向から任意の方向へ傾けることができる。
【００１８】
また、上記目的を達成するため、本発明は、第６の態様として、上記本発明の第２の態様にかかる指向性アンテナを用いたアンテナシステムであって、グランドと接続する無給電パッチの位置及び数を変化させて、電磁波の放射方向を制御する手段を有することを特徴とするアンテナシステムを提供するものである。本態様によれば、電磁波の放射方向を、パッチが配列した面と垂直な方向から任意の方向へ傾けることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、小型の装置に搭載可能で、放射方向を自由に変更できる指向性アンテナ及びその指向性制御方法並びにアンテナシステムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
〔発明の原理〕
本発明は、パッチアンテナの無給電パッチをＧＮＤに落とすことで指向性を付与する。
放射方向のコントロールは、ＧＮＤに落とす位置や落とす位置の数を調整して残電流を制御することによって行う。より詳しくは、無給電パッチを２箇所以上で同時にＧＮＤに落とすことによって残電流を低減し、ＧＮＤに落とす無給電パッチの数を変えることによって指向性をコントロールする。
【００２１】
パッチアンテナは、誘電体の上に導体のパッチを形成し、誘電体を挟んでパッチの反対側は全体が導体のＧＮＤ（地板又はグランドプレーンという）という構造となっている。パッチは裏面から同軸ケーブルで給電されるようになっている。
【００２２】
以下、上記原理に基づく本発明の好適な実施の形態について説明するが、その説明に用いる図面は、説明を容易とするために要素の一部を誇張したり省略して図示する。具体的には、パッチアンテナを構成要素のうち誘電体及び地板は省略してパッチのパターンのみを図示する。なお、無給電パッチをＧＮＤに落とすための線である不図示のＧＮＤ短絡線にスイッチが設けられており、スイッチの切替によって無給電パッチをＧＮＤレベルに落とすか否かが切り替えられるようになっている。
【００２３】
また、以下の説明においては、図８に示すような座標系を用いる。空間内の位置はＸＹＺの三軸の直交座標で表し、Ｘ軸方向からＹ軸方向への回転角をφ、Ｚ軸からＸＹ平面への回転角をθとする。なお、Ｚ軸の正方向は天頂方向を表し、ＸＹ平面は水平面を表す。
【００２４】
〔第１の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１の実施形態について説明する。図１に、本実施形態にかかる指向性アンテナの構成を示す。
本実施形態にかかるパッチアンテナは給電パッチ２と無給電パッチ３とがＸＹ平面内に配置された構成である。給電パッチ２は、給電点１において給電され、図１中に矢印で示す方向（Ｙ軸方向）に励振されている。
【００２５】
図１（ａ）は、給電パッチ２を中心としてＹ軸方向の両側に無給電パッチ３を配置した構成である。無給電パッチ３には、ＧＮＤ短絡線４ａ、４ｂ１、４ｂ２及び４ｂ３が設置されている。各ＧＮＤ短絡線は、不図示のスイッチを介して不図示の地板に短絡されている。なお、ここでは説明の簡略化のため、図中下側の無給電パッチ３にはＧＮＤ短絡線は図示していない。
不図示のスイッチの切替により、ＧＮＤ短絡線４ａ、４ｂ１、４ｂ２及び４ｂ３のそれぞれは、少なくともいずれかが不図示の地板と短絡した状態かいずれも地板と短絡しない状態となっている。
ＧＮＤ短絡線４ａ、４ｂ１、４ｂ２及び４ｂ３のいずれも地板と短絡していない場合（全てのＧＮＤ短絡線がＧＮＤから浮いている場合）、電磁波の放射方向は、ＸＹ平面に垂直な方向（Ｚ軸方向、すなわち天頂方向）である。
不図示のスイッチの切替によりＧＮＤ短絡線４ａを地板と短絡とした場合には、図１（ａ）に示す構成では、電磁波の放射方向は天頂方向からＹ軸のマイナス方向に傾く。これは、無給電パッチの片側をＧＮＤに落とすことにより、ＧＮＤに落とさない側の無給電パッチ３の誘起電流の位相と給電パッチ２の誘起電流の位相の相互関係から起こる現象である。
【００２６】
無給電パッチ３が両方とも地板と絶縁された状態、又は両方とも地板と短絡された状態においても、給電パッチ２の誘起電流の位相と無給電パッチ３の誘起電流の位相との相互関係は存在するが、給電パッチ２を中心として無給電パッチ３が線対称に配置されているため、各無給電パッチ３の誘起電流の影響が打ち消しあって、電磁波の放射方向は天頂方向となる。換言すると、給電パッチ２を中心とする無給電パッチ３の誘起電流の位相のシンメトリーが崩れると、電磁波の放射方向は天頂方向から傾く。
【００２７】
無給電パッチ３は、励振方向の端部に近い位置で短絡するほど誘起電流がＧＮＤに落ちやすい。よって、ＧＮＤ短絡線４ｂ１を地板と短絡とした場合には、ＧＮＤ短絡線４ａを地板と短絡とした場合よりも誘起電流がＧＮＤに落ちやすい。このため、ＧＮＤ短絡線４ｂ１を地板と短絡した場合の電磁波の放射方向は、ＧＮＤ短絡線４ａを地板と短絡した場合よりも天頂方向からの傾き（Ｙ軸マイナス方向への傾き）が大きくなる。
一方、ＧＮＤ短絡線４ｂ２や４ｂ３を地板と短絡した場合には、ＧＮＤ短絡線４ａを地板と短絡した場合よりも誘起電流がＧＮＤに落ちにくい。このため、ＧＮＤ短絡線４ｂ２や４ｂ３を地板と短絡した場合の電磁波の放射方向は、ＧＮＤ短絡線４ａを地板と短絡した場合よりも天頂方向からの傾き（Ｙ軸マイナス方向への傾き）が小さくなる。
【００２８】
なお、電磁波の放射方向をＹ軸プラス側に傾けるのであれば、ＧＮＤ短絡線を図示していない図中下側の無給電パッチ３を上記同様にして地板と短絡させればよい。
【００２９】
図１（ｂ）は、給電パッチ２を中心としてＸ軸方向の両側に無給電パッチ３を配置した構成を示している。この構成においても、無給電パッチ３の一方を地板と短絡させるか否か、及び無給電パッチ３を地板と短絡させるのにＧＮＤ短絡線４ａ、４ｂ１、４ｂ２及び４ｂ３のいずれを用いるのかによって、電磁波の放射方向を調整できる。
ただし、この構造の場合、ＧＮＤ短絡線４ａを地板と短絡した場合には、電磁波の放射方向が天頂方向からＸ軸のマイナス側に傾く。また、ＧＮＤ短絡線４ｂ１を地板と短絡した場合の電磁波の放射方向は、ＧＮＤ短絡線４ａを地板と短絡した場合よりも天頂方向からの傾き（Ｘ軸マイナス方向への傾き）が大きくなる。さらに、ＧＮＤ短絡線４ｂ２や４ｂ３を地板と短絡した場合の電磁波の放射方向は、ＧＮＤ短絡線４ａを地板と短絡した場合よりも天頂方向からの傾き（Ｘ軸マイナス方向への傾き）が小さくなる。
なお、電磁波の放射方向をＸ軸プラス側に傾けるのであれば、ＧＮＤ短絡線を図示していない図中下側の無給電パッチ３を上記同様にして地板と短絡させればよい。
【００３０】
このように、本実施形態にかかる指向性アンテナは、電磁波の放射方向を天頂方向からＸ軸方向又はＹ軸方向に、任意の角度θ傾けることができる。
【００３１】
なお、ここではＧＮＤ短絡線が四つの構成を例に説明したが、この数やそれを配置する位置は任意に設定可能である。
【００３２】
また、ここではＧＮＤ短絡線４ａ、４ｂ１、４ｂ２及び４ｂ３のいずれかを不図示の地板と短絡させる場合について説明したが、これらを２以上同時に地板に短絡させても良い。
【００３３】
〔第２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第２の実施形態について説明する。
本実施形態にかかるパッチアンテナは給電パッチ２と無給電パッチ３とがＸＹ平面内に配置された構成である。給電パッチ２は、給電点１において給電され、図２中に矢印で示す方向（Ｙ軸方向）に励振されている。
【００３４】
図２（ａ）は、給電パッチ２を中心としてＹ軸方向の両側に無給電パッチ３を配置した構成である。無給電パッチ３には、ＧＮＤ短絡線５が設置されている。各ＧＮＤ短絡線は、不図示のスイッチを介して不図示の地板に短絡されている。なお、ここでは説明の簡略化のため、図中下側の無給電パッチ３にはＧＮＤ短絡線は図示していない。
ＧＮＤ短絡線５は、不図示のスイッチがＯＮのときに無給電パッチ３と不図示の地板とを短絡させる。
全てのＧＮＤ短絡線のスイッチがＯＦＦの場合（全てのＧＮＤ短絡線がＧＮＤから浮いている場合）、電磁波の放射方向は、ＸＹ平面に垂直な方向（Ｚ軸方向、すなわち天頂方向）である。
ＧＮＤ短絡線５いずれかのスイッチをＯＮとした場合には、図２（ａ）に示す構成では、電磁波の放射方向は天頂方向からＹ軸のマイナス方向に傾く。これは、第１の実施形態の場合と同様に、無給電パッチの片側をＧＮＤに落とすことにより、ＧＮＤに落とさない側の無給電パッチ３の誘起電流の位相と給電パッチ２の誘起電流の位相の相互関係から起こる現象である。
【００３５】
地板と短絡させるＧＮＤ短絡線５の本数を増やすと、無給電パッチ３の誘起電流はＧＮＤに落ちやすくなる。このため、地板と短絡させるＧＮＤ短絡線５の本数を増やすと、電磁波の放射方向は、天頂方向からＹ軸マイナス方向へ大きく傾く。
逆に、地板と短絡させるＧＮＤ短絡線５の本数を減らすと、無給電パッチ３の誘起電流はＧＮＤに落ちにくくなる。このため、地板と短絡させるＧＮＤ短絡線５の本数を減らすと、電磁波の放射方向の傾き（天頂方向からＹ軸マイナス方向への傾き）は小さくなる。
【００３６】
なお、電磁波の放射方向をＹ軸プラス側に傾けるのであれば、ＧＮＤ短絡線を図示していない図中下側の無給電パッチ３を上記同様にして地板と短絡させればよい。
【００３７】
図２（ｂ）は、給電パッチ２を中心としてＸ軸方向の両側に無給電パッチ３を配置した構成を示している。この構成においても、無給電パッチ３の一方を地板と短絡させるか否か、及び無給電パッチ３を地板と短絡させるのにＧＮＤ短絡線５をいくつ用いるかによって、電磁波の放射方向を調整できる。
ただし、この構造の場合、地板と短絡させるＧＮＤ短絡線５の本数を増やすと、天頂方向からＸ軸マイナス方向へ大きく傾く。また、地板と短絡させるＧＮＤ短絡線５の本数を減らすと、電磁波の放射方向の傾き（天頂方向からＹ軸マイナス方向への傾き）は小さくなる。
なお、電磁波の放射方向をＹ軸プラス側に傾けるのであれば、ＧＮＤ短絡線を図示していない図中左側の無給電パッチ３を上記同様にして地板と短絡させればよい。
【００３８】
このように、本実施形態にかかる指向性アンテナは、電磁波の放射方向を天頂方向からＸ軸方向又はＹ軸方向に、任意の角度θ傾けることができる。
【００３９】
なお、ここではＧＮＤ短絡線が四つの構成を例に説明したが、この数やそれを配置する位置は任意に設定可能である。
【００４０】
〔第３の実施形態〕
本発明を好適に実施した第３の実施形態について説明する。
本実施形態にかかるパッチアンテナは給電パッチ２と無給電パッチ３とがＸＹ平面内に配置された構成である。給電パッチ２は、給電点１において給電され、図３中に矢印で示す方向（Ｙ軸方向）に励振されている。
【００４１】
図３（ａ）は、給電パッチ２を中心としてＹ軸方向の両側に無給電パッチ３を配置した構成である。無給電パッチ３には、ＧＮＤ短絡線６が設置されている。各ＧＮＤ短絡線は、不図示のスイッチを介して不図示の地板に短絡されている。なお、ここでは説明の簡略化のため、図中下側の無給電パッチ３にはＧＮＤ短絡線を図示していない。
ＧＮＤ短絡線６は、無給電パッチ３の励振方向両端部にそれぞれ設けられており、不図示のスイッチがＯＮのときに無給電パッチ３と不図示の地板とを短絡させる。
全てのＧＮＤ短絡線のスイッチがＯＦＦの場合（全てのＧＮＤ短絡線がＧＮＤから浮いている場合）、電磁波の放射方向は、ＸＹ平面に垂直な方向（Ｚ軸方向、すなわち天頂方向）である。
ＧＮＤ短絡線６のいずれかのスイッチをＯＮとした場合には、図２（ａ）に示す構成では、電磁波の放射方向は天頂方向からＹ軸のマイナス方向に傾く。これは、第１の実施形態の場合と同様に、無給電パッチの片側をＧＮＤに落とすことにより、ＧＮＤに落とさない側の無給電パッチ３の誘起電流の位相と給電パッチ２の誘起電流の位相の相互関係から起こる現象である。
【００４２】
ＧＮＤ短絡線は無給電パッチの周縁部、特に励振方向の端部にあるほど、無給電パッチ３の誘起電流をＧＮＤへ落としやすくなる。よって、無給電パッチ３に誘起された電流は、無給電パッチ３の励振方向端部に設けられているＧＮＤ短絡線６によって効率よくＧＮＤへ落とされる。このため、電磁波の放射方向は、天頂方向からＹ軸マイナス方向へ大きく傾く。さらに、ＧＮＤ短絡線６を両方とも地板と短絡させた場合には、無給電パッチ３に誘起された電流は、さらに効率よくＧＮＤへ落とされるため、Ｙ軸マイナス方向への傾きが大きくなる。
【００４３】
なお、電磁波の放射方向をＹ軸プラス側に傾けるのであれば、ＧＮＤ短絡線を図示していない図中下側の無給電パッチ３を上記同様にして地板と短絡させればよい。
【００４４】
図３（ｂ）は、給電パッチ２を中心としてＸ軸方向の両側に無給電パッチ３を配置した構成を示している。この構成においても、無給電パッチ３の一方を地板と短絡させるか否か、及び無給電パッチ３を地板と短絡させるのにＧＮＤ短絡線６をいくつ用いるかによって、電磁波の放射方向を調整できる。
この構造の場合、放射方向の傾きは天頂方向からＸ軸マイナス方向への傾きであり、ＧＮＤ短絡線６を両方とも地板と短絡させると傾きが大きくなる。なお、電磁波の放射方向をＹ軸プラス側に傾けるのであれば、ＧＮＤ短絡線を図示していない図中左側の無給電パッチ３を上記同様にして地板と短絡させればよい。
【００４５】
このように、本実施形態にかかる指向性アンテナは、電磁波の放射方向を天頂方向からＸ軸方向又はＹ軸方向に、任意の角度θ傾けることができる。
【００４６】
なお、ここではＧＮＤ短絡線が励振方向の両端に一つずつ配置されている構成を例に説明したが、励振方向の両端にそれぞれ二つ以上配置しても良い。
【００４７】
〔第４の実施形態〕
本発明を好適に実施した第４の実施形態について説明する。
本実施形態にかかるパッチアンテナは給電パッチ２と無給電パッチ３とがＸＹ平面内に配置された構成である。給電パッチ２は、給電点１において給電され、図４中に矢印で示す方向（Ｙ軸方向）に励振されている。
【００４８】
図４（ａ）は、給電パッチ２を中心としてＹ軸方向の両側に無給電パッチ３を配置した構成である。無給電パッチ３には、ＧＮＤ短絡線７が設置されている。各ＧＮＤ短絡線７は、不図示のスイッチを介して不図示の地板に短絡されている。なお、ここでは説明の簡略化のため、図中下側の無給電パッチ３にはＧＮＤ短絡線は図示していない。
ＧＮＤ短絡線７は、無給電パッチ３の励振方向両端部にそれぞれ三つずつ設けられており、不図示のスイッチがＯＮのときに無給電パッチ３と不図示の地板とを短絡させる。
全てのＧＮＤ短絡線のスイッチがＯＦＦの場合（全てのＧＮＤ短絡線がＧＮＤから浮いている場合）、電磁波の放射方向は、ＸＹ平面に垂直な方向（Ｚ軸方向、すなわち天頂方向）である。
ＧＮＤ短絡線７いずれかのスイッチをＯＮとした場合には、図４（ａ）に示す構成では、電磁波の放射方向は天頂方向からＹ軸のマイナス方向に傾く。これは、第１の実施形態の場合と同様に、無給電パッチの片側をＧＮＤに落とすことにより、ＧＮＤに落とさない側の無給電パッチ３の誘起電流の位相と給電パッチ２の誘起電流の位相の相互関係から起こる現象である。
【００４９】
ＧＮＤ短絡線の数が多くなるほど、無給電パッチ３の誘起電流はＧＮＤへ落ちやすくなる。本実施形態においては、無給電パッチ３にＧＮＤ短絡線を六つ設けているため、図４（ａ）に示すように六つのＧＮＤ短絡線のスイッチをＯＮとした場合は、上記各実施形態に比べて、無給電パッチ３に誘起された電流は、より効率よくＧＮＤへ落とされる。このため、放射方向のＹ軸マイナス方向への傾きが大きくなる。
【００５０】
なお、電磁波の放射方向をＹ軸プラス側に傾けるのであれば、ＧＮＤ短絡線を図示していない図中下側の無給電パッチ３を上記同様にして地板と短絡させればよい。
【００５１】
図４（ｂ）は、給電パッチ２を中心としてＸ軸方向の両側に無給電パッチ３を配置した構成を示している。この構成においても、無給電パッチ３の一方を地板と短絡させるか否か、及び無給電パッチ３を地板と短絡させるのにＧＮＤ短絡線７をいくつ用いるかによって、電磁波の放射方向を調整できる。
この構造の場合、放射方向の傾きは天頂方向からＸ軸マイナス方向への傾きであり、地板と短絡させるＧＮＤ短絡線７の数を増やすと放射方向の傾きが大きくなる。なお、電磁波の放射方向をＹ軸プラス側に傾けるのであれば、ＧＮＤ短絡線を図示していない図中左側の無給電パッチ３を上記同様にして地板と短絡させればよい。
【００５２】
このように、本実施形態にかかる指向性アンテナは、電磁波の放射方向を天頂方向からＸ軸方向又はＹ軸方向に、任意の角度θ傾けることができる。
【００５３】
なお、ここではＧＮＤ短絡線が六つの構成を例に説明したが、この数やそれを配置する位置は任意に設定可能である。
【００５４】
〔第５の実施形態〕
本発明を好適に実施した第５の実施形態について説明する。
本実施形態にかかるパッチアンテナは給電パッチ２と無給電パッチ３とがＸＹ平面内に配置された構成である。給電パッチ２は、給電点１において給電され、図５中に矢印で示す方向（Ｙ軸方向）に励振されている。
【００５５】
図５（ａ）は、給電パッチ２を中心としてＹ軸方向の両側に無給電パッチ３を配置した構成である。無給電パッチ３には、ＧＮＤ短絡線８が設置されている。各ＧＮＤ短絡線８は、不図示のスイッチを介して不図示の地板に短絡されている。なお、ここでは説明の簡略化のため、図中下側の無給電パッチ３にはＧＮＤ短絡線は図示していない。
ＧＮＤ短絡線８は、無給電パッチ３の励振方向両端部にそれぞれ二つずつ設けられており、不図示のスイッチがＯＮのときに無給電パッチ３と不図示の地板とを短絡させる。各ＧＮＤ短絡線８は、励振方向に重ならないように（換言すると、Ｘ座標が異なるように）配置されている。
全てのＧＮＤ短絡線のスイッチがＯＦＦの場合（全てのＧＮＤ短絡線がＧＮＤから浮いている場合）、電磁波の放射方向は、ＸＹ平面に垂直な方向（Ｚ軸方向、すなわち天頂方向）である。
ＧＮＤ短絡線７いずれかのスイッチをＯＮとした場合には、図５（ａ）に示す構成では、電磁波の放射方向は天頂方向からＹ軸のマイナス方向に傾く。これは、第１の実施形態の場合と同様に、無給電パッチの片側をＧＮＤに落とすことにより、ＧＮＤに落とさない側の無給電パッチ３の誘起電流の位相と給電パッチ２の誘起電流の位相の相互関係から起こる現象である。
【００５６】
ＧＮＤ短絡線を励振方向で重ならないように設けた場合、同じ数のＧＮＤ短絡線を用いて無給電パッチ３を地板に短絡しても無給電パッチ３の誘起電流はＧＮＤへ落ちやすくなる。よって、上記第１〜第３の実施形態に比べて、無給電パッチ３に誘起された電流は、より効率よくＧＮＤへ落とされる。このため、放射方向のＹ軸マイナス方向への傾きが大きくなる。
【００５７】
なお、電磁波の放射方向をＹ軸プラス側に傾けるのであれば、ＧＮＤ短絡線を図示していない図中下側の無給電パッチ３を上記同様にして地板と短絡させればよい。
【００５８】
図５（ｂ）は、給電パッチ２を中心としてＸ軸方向の両側に無給電パッチ３を配置した構成を示している。この構成においても、無給電パッチ３の一方を地板と短絡させるか否か、及び無給電パッチ３を地板と短絡させるのにＧＮＤ短絡線８をいくつ用いるかによって、電磁波の放射方向を調整できる。
この構造の場合、放射方向の傾きは天頂方向からＸ軸マイナス方向への傾きである。なお、電磁波の放射方向をＹ軸プラス側に傾けるのであれば、ＧＮＤ短絡線を図示していない図中左側の無給電パッチ３を上記同様にして地板と短絡させればよい。
【００５９】
このように、本実施形態にかかる指向性アンテナは、電磁波の放射方向を天頂方向からＸ軸方向又はＹ軸方向に、任意の角度θ傾けることができる。
【００６０】
なお、ここではＧＮＤ短絡線が四つの構成を例に説明したが、この数やそれを配置する位置は任意に設定可能である。
【００６１】
〔第６の実施形態〕
本発明を好適に実施した第６の実施形態について説明する。
本実施形態にかかるパッチアンテナは給電パッチ２と無給電パッチ３とがＸＹ平面内に配置された構成である。給電パッチ２は、給電点１において給電され、図６中に矢印で示す方向（Ｙ軸方向）に励振されている。
【００６２】
図６は、給電パッチ２を中心としてその周囲に無給電パッチ３を配置し、マトリクス状のアンテナとした構成である。各無給電パッチ３には、ＧＮＤ短絡線９が設置されている。ＧＮＤ短絡線９は、不図示のスイッチを介して不図示の地板に短絡されている。なお、ここでは説明の簡略化のため、（ａ）では図中上側の無給電パッチ３のみ、（ｂ）では図中右側の無給電パッチ３飲みＧＮＤ短絡線９を図示している。
全ての無給電パッチ３のＧＮＤ短絡線９のスイッチがＯＦＦの場合（全てのＧＮＤ短絡線がＧＮＤから浮いている場合）、電磁波の放射方向は、ＸＹ平面に垂直な方向（Ｚ軸方向、すなわち天頂方向）である。
【００６３】
図６（ａ）に示すように、Ｙ軸プラス側の無給電パッチ３のＧＮＤ短絡線９のスイッチをＯＮとした場合には、電磁波の放射方向は天頂方向からＹ軸のマイナス方向に傾く。これは、第１の実施形態の場合と同様に、給電パッチ２の周囲の無給電パッチ３をＧＮＤに落とすことにより、ＧＮＤに落とさない側の無給電パッチ３の誘起電流の位相と給電パッチ２の誘起電流の位相の相互関係から起こる現象である。
【００６４】
同様に、図６（ｂ）に示すように、Ｘ軸プラス側の無給電パッチ３のＧＮＤ短絡線９のスイッチをＯＮとした場合には、電磁波の放射方向は天頂方向からＸ軸のマイナス方向へ傾く。
【００６５】
なお、電磁波の放射方向をＹ軸プラス側に傾けるのであれば、Ｙ軸マイナス側の無給電パッチ３のＧＮＤ短絡線９を上記同様にして地板と短絡させればよい。また、電磁波の放射方向をＹ軸プラス側に傾けるのであれば、Ｘ軸マイナス側の無給電パッチ３のＧＮＤ短絡線９を上記同様にして地板と短絡させればよい。
【００６６】
このように、本実施形態にかかる指向性アンテナは、電磁波の放射方向を天頂方向からＸ軸方向又はＹ軸方向に、任意の角度θ傾けることができる。
【００６７】
三つの無給電パッチ３の誘起電流をＧＮＤに落とすことにより、一つの無給電パッチ３の誘起電流だけをＧＮＤへ落とす場合と比較して電磁波の放射方向の傾きを大きくできる。
【００６８】
なお、ここでは各無給電パッチ３にＧＮＤ短絡線９が一つずつ設けられた構成を例に説明したが、この数やそれを配置する位置は任意に設定可能である。
【００６９】
〔第７の実施形態〕
本発明を好適に実施した第７の実施形態について説明する。
本実施形態にかかるパッチアンテナは給電パッチ２と無給電パッチ３とがＸＹ平面内に配置された構成である。給電パッチ２は、給電点１において給電され、図７中に矢印で示す方向（Ｙ軸方向）に励振されている。
【００７０】
図７は、給電パッチ２を中心としてその周囲に無給電パッチ３を配置し、マトリクス状のアンテナとした構成である。各無給電パッチ３には、ＧＮＤ短絡線１０が設置されている。ＧＮＤ短絡線１０は、不図示のスイッチを介して不図示の地板に短絡されている。なお、ここでは説明の簡略化のため、図中上側及び右側の無給電パッチ３のみ短絡線１０を図示している。
全ての無給電パッチ３のＧＮＤ短絡線１０のスイッチがＯＦＦの場合（全てのＧＮＤ短絡線がＧＮＤから浮いている場合）、電磁波の放射方向は、ＸＹ平面に垂直な方向（Ｚ軸方向、すなわち天頂方向）である。
【００７１】
図７に示すように、給電パッチ２の右、上及び右斜め上の無給電パッチ３のＧＮＤ短絡線１０のスイッチをＯＮとした場合には、電磁波の放射方向は天頂方向からＸ軸マイナス方向とＹ軸マイナス方向との中間方向へ傾く。これは、ＧＮＤに落とさない無給電パッチ３の誘起電流の位相と給電パッチ２の誘起電流の位相の相互関係から起こる現象である。
【００７２】
なお、電磁波の放射方向を反対側に傾けるのであれば、給電パッチ２の左、下及び左下の無給電パッチ３のＧＮＤ短絡線１０を上記同様にして地板と短絡させればよい。同様に、電磁波の放射方向をＸ軸マイナス方向とＹ軸プラス方向との中間方向へ傾けるのであれば、給電パッチ２の右、下及び右下の無給電パッチ３のＧＮＤ短絡線１０を地板と短絡させればよい。さらに、電磁波の放射方向をＸ軸プラス方向とＹ軸マイナス方向との中間方向へ傾けるのであれば、静電パッチの左、上及左上の無給電パッチ３のＧＮＤ短絡線１０を地板と短絡させればよい。
【００７３】
上記例以外でも、地板と短絡させる無給電パッチ３の位置及び数を変えることによって、電磁波の放射方向を任意の方向とできる。すなわち、電磁波の放射方向の傾き成分であるθ及びφを任意の値とできる。
【００７４】
なお、上記各実施形態は、本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはない。
例えば、上記第１から第５の実施形態においては、給電パッチ及び無給電パッチを合計三つ並べた構成を例に説明したが、パッチの数は任意である。
また、上記第６の実施形態及び第７の実施形態においては、３×３のマトリクス状の構成のアンテナを例に説明したが、５×５やそれ以上のマトリクス状であっても、指向性のコントロールには何ら問題はない。
このように本発明は様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明を好適に実施した第１の実施形態にかかるアンテナの構成を示す図である。
【図２】本発明を好適に実施した第２の実施形態にかかるアンテナの構成を示す図である。
【図３】本発明を好適に実施した第３の実施形態にかかるアンテナの構成を示す図である。
【図４】本発明を好適に実施した第４ン実施形態にかかるアンテナの構成を示す図である。
【図５】本発明を好適に実施した第５の実施形態にかかるアンテナの構成を示す図である。
【図６】本発明を好適に実施した第６の実施形態にかかるアンテナの構成を示す図である。
【図７】本発明を好適に実施した第７の実施形態にかかるアンテナの構成を示図である。
【図８】座標系の定義を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１    給電点
２    給電パッチ
３    無給電パッチ
４ａ、４ｂ１、４ｂ２、４ｂ３、５、６、７、８、９、１０    ＧＮＤ短絡線
【図１】
2006074697.tif 000003
【図２】
2006074697.tif 000004
【図３】
2006074697.tif 000005
【図４】
2006074697.tif 000006
【図５】
2006074697.tif 000007
【図６】
2006074697.tif 000008
【図７】
2006074697.tif 000009
【図８】
2006074697.tif 000010