(57)【要約】  【課題】  道路や鉄道等のように細長い移動経路に沿って構築される無線通信エリアや上記移動経路の湾曲点又は屈曲点における無線通信エリアに好適且つ柔軟に適用可能な双指向性アンテナ装置及び指向特性調整方法を提供すること。  【解決手段】  双指向性アンテナ装置Ｘ１の積層基板１０の表裏面夫々に，二以上の共振素子１ａ…と，アンテナ給電線路１５ａ，１５ｂと結合する線路結合部４と，上記線路結合部４を基点として上記二以上の共振素子１ａ…夫々に給電する夫々の素子給電線路３ａ…とを有するアンテナ部１１，１１′を設ける。【選択図】図１
2006005851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層と導電体層とにより積層構造化された積層基板と，該積層基板の表裏面夫々に設けられたアンテナ部とを備えて構成された双指向性アンテナ装置において，
上記積層基板の外部から供給された電力を上記積層基板の表裏面に設けられた上記アンテナ部夫々に給電するアンテナ給電線路を備え，
上記アンテナ部が，二以上の共振素子と，上記アンテナ給電線路と結合する線路結合部と，上記線路結合部を基点として上記二以上の共振素子夫々に給電する夫々の素子給電線路と，を具備してなることを特徴とする双指向性アンテナ装置。
【請求項２】
上記アンテナ部が、少なくとも一の上記共振素子へ給電される電力の位相を調整する位相調整手段を有してなる請求項１に記載の双指向性アンテナ装置。
【請求項３】
上記位相調整手段が，少なくとも一の上記共振素子と上記線路結合部との間に設けられた経路長の異なる複数の素子給電線路である請求項２に記載の双指向性アンテナ装置。
【請求項４】
上記複数の素子給電線路が，段状に形成された並列線路である請求項３に記載の双指向性アンテナ装置。
【請求項５】
上記複数の素子給電線路が上記共振素子と上記線路結合部との間で電気的に接続されてなる双指向性アンテナ装置において，
上記複数の素子給電線路が，該素子給電線路上の所定の位置で切断することによりその線路に接続された共振素子への給電位相が調整可能に形成された分岐線路を含んでなる請求項３又は４に記載の双指向性アンテナ装置。
【請求項６】
上記複数の素子給電線路が該素子給電線路上の所定の位置で電気的に切断された給電線路を含んでなる双指向性アンテナ装置において，
上記複数の素子給電線路が，上記切断された所定の位置で短絡可能に形成されてなる請求項３又は４に記載の双指向性アンテナ装置。
【請求項７】
上記素子給電線路が，ストリップライン型又はマイクロストリップライン型或いはこれらに準じるフィルムパターンからなる請求項１〜６のいずれかに記載の双指向性アンテナ装置。
【請求項８】
誘電体層と導電体層とにより積層構造化された積層基板と，該積層基板の表裏面夫々に設けられたアンテナ部とを備えて構成された双指向性アンテナ装置であって，
上記積層基板の外部から供給された電力を上記積層基板の表裏面に設けられた上記アンテナ部夫々に給電するアンテナ給電線路を備え，上記アンテナ部が，二以上の共振素子と，上記アンテナ給電線路と結合する線路結合部と，上記線路結合部を基点として上記二以上の共振素子夫々に給電する夫々の素子給電線路と，少なくとも一の上記共振素子へ給電される電力の位相を調整する位相調整手段と，を具備してなる双指向性アンテナ装置に用いられる上記アンテナ部の指向特性調整方法において，
上記複数の素子給電線路夫々が上記共振素子と上記線路結合部との間で電気的に接続された状態である場合に，上記複数の素子給電線路のうちの一又は複数の素子給電線路を除く他の素子給電線路を切断することにより上記アンテナ部の指向特性を調整することを特徴とする指向特性調整方法。
【請求項９】
誘電体層と導電体層とにより積層構造化された積層基板と，該積層基板の表裏面夫々に設けられたアンテナ部とを備えて構成された双指向性アンテナ装置であって，
上記積層基板の外部から供給された電力を上記積層基板の表裏面に設けられた上記アンテナ部夫々に給電するアンテナ給電線路を備え，上記アンテナ部が，二以上の共振素子と，上記アンテナ給電線路と結合する線路結合部と，上記線路結合部を基点として上記二以上の共振素子夫々に給電する夫々の素子給電線路と，少なくとも一の上記共振素子へ給電される電力の位相を調整する位相調整手段と，を具備してなる双指向性アンテナ装置に用いられる上記アンテナ部の指向特性調整方法において，
上記複数の素子給電線路夫々が該素子給電線路上の所定の位置で電気的に切断された状態である場合に，上記複数の素子給電線路のうちの一又は複数の素子給電線路を上記所定の位置で短絡することにより上記アンテナ部の指向特性を調整することを特徴とする指向特性調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，道路や鉄道等の細長い移動経路に沿って配置される双指向性アンテナ装置に関し，特に，上記細長い移動経路や湾曲する移動経路に沿う無線電波領域（無線通信エリア）を効率よく構築する双指向性アンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来，道路や鉄道等のように細長い移動経路に沿ってマイクロ波等による無線通信エリアを構築する場合は，特定の一平面内に一様な指向特性を有するオムニアンテナ等の全指向性アンテナや，単一方向に高い利得（ゲイン）と強い指向特性を有するパラボラアンテナ或いは八木アンテナ等の単一指向性アンテナが用いられていた。
しかしながら，上記全指向性アンテナを用いた場合は，図９に示すように，アンテナＡ１から特定の一平面内の全方向に満遍なく電波が放射されることにより，移動経路Ｌ１に沿う通信対象エリア以外の電波の不要な領域（図中の斜線部）にも電波が放射されて無線通信エリアが構築されるため，電波の有効利用を図ることができないという問題がある。また，全指向性のアンテナＡ１では，細長い移動経路Ｌ１に沿う方向に高い利得を得ることができないため，上記移動経路上に多数のアンテナを配置する必要があるという問題がある。なお，図中のＤ１は全指向性のアンテナＡ１の指向特性である。
また，図１０に示すように，湾曲（屈曲）する細い湾曲経路Ｌ２に単一指向性のアンテナＡ２を用いた場合は，湾曲経路Ｌ２に沿う通信対象エリアをカバーするため，多数のアンテナを配置しなければならない。また，湾曲経路Ｌ２に単一指向性のアンテナＡ２を配置することにより，電波の不要な領域（図中の斜線部）にも電波が放射されて無駄に無線通信エリアを構築することになり，単一指向性のアンテナＡの特徴である高い利得を有効に利用することができないという問題がある。なお，図中のＤ２は単指向性のアンテナＡ２の指向特性である。
また，上記全指向性アンテナ及び単指向性アンテナを用いた場合は，一の配置箇所で双方向の指向特性を得るために２つのアンテナを背中合わせにして配置せざるを得ず，多数のアンテナが必要とされ，経済的に好ましくない。
従って，上記移動経路に沿って効率よく無線通信エリアを構築する場合は，アンテナ素子の水垂平面内に指向特性を有するダイポールアンテナや特許文献１に記載されたアンテナ等の双指向性アンテナを用いて無線通信エリアを構築することが有効である。
【特許文献１】特開平７−２４５５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら，双指向性の上記ダイポールアンテナは，アンテナ素子を含む面に直角な面内に一様な指向特性即ち全指向特性を有するものであるため，高い利得を得ることができない。そのため，双指向性アンテナといえども，利得が低ければアンテナの設置数が多くなるという問題がある。また，上記特許文献１に記載の双指向性アンテナも，所詮はダイポールアンテナを改良したものであるため，パラボラアンテナ等の一方向に極めて強い利得を有する単一指向性アンテナに較べると利得は格段に低いと考えられる。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，道路や鉄道等のように細長い移動経路に沿って構築される無線通信エリアや上記移動経路の湾曲点又は屈曲点における無線通信エリアに好適且つ柔軟に適用可能な双指向性アンテナ装置及び指向特性調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明は，誘電体層と導電体層とにより積層構造化された積層基板と，該積層基板の表裏面夫々に設けられたアンテナ部とを備えて構成された双指向性アンテナ装置において，上記積層基板の外部から供給された電力を上記積層基板の表裏面に設けられた上記アンテナ部夫々に給電するアンテナ給電線路を備え，上記アンテナ部が，二以上の共振素子と，上記アンテナ給電線路と結合する線路結合部と，上記線路結合部を基点として上記二以上の共振素子夫々に給電する夫々の素子給電線路と，を具備してなることを特徴とする双指向性アンテナ装置として構成されている。このように構成されることにより，例えば，銅箔等の導電性金属箔により形成された矩形或いは円形のマイクロストリップパッチ等の共振素子がアレー化されて構成されたアンテナ部を上記積層基板に形成することが可能となる。これにより，鉄道や道路等の細長い移動経路に適した高い利得及び強い指向特性を有する双指向性アンテナが実現され得る。また，指向特性の高いパラボラアンテナや八木アンテナ等と比較して製造が容易であり，さらにアンテナの小型化を図ることが可能となる。
【０００５】
また，上記アンテナ部に，少なくとも一の上記共振素子へ給電される電力の位相を調整する位相調整手段が設けられておれば，上記共振素子に供給される電力の位相を変更して，上記二以上の共振素子各々から放射される電波の位相を不均等とすることにより，アンテナ部全体の指向特性を偏向することが可能となる。
この場合，上記位相調整手段の具体例として，少なくとも一の上記共振素子と上記線路結合部との間に設けられた経路長の異なる複数の素子給電線路であることが考えられる。また，上記複数の素子給電線路は，段状に形成された並列線路であることが好ましい。
【０００６】
また，上記複数の素子給電線路が上記共振素子と上記線路結合部との間で電気的に接続された双指向性アンテナ装置においては，上記複数の素子給電線路が，該素子給電線路上の所定の位置で切断することによりその線路に接続された共振素子への給電位相が調整可能に形成された分岐線路を含んでなるものが考えられる。これにより，例えばアンテナ設置時に，設置現場の状況に応じた指向特性が得られる線路以外の線路を切断するという簡単な作業を行うだけで，所望する指向特性を有する双指向性アンテナ装置を実現することが可能となる。
或いは，上記複数の素子給電線路が該素子給電線路上の所定の位置で電気的に切断された給電線路を含んでなる双指向性アンテナ装置においては，上記複数の素子給電線路が，上記切断された所定の位置で短絡可能に形成されたものが考えられる。このように構成された双指向性アンテナ装置であれば，アンテナの設置現場の状況に応じた指向特性が得られる線路のみを接続するという簡単な作業を行うだけで，所望する指向特性を得ることが可能となる。なお，この場合，上記素子給電線路が，ストリップライン型又はマイクロストリップライン型或いはこれらに準じるフィルムパターンからなるものであることが望ましい。
【０００７】
また，本発明は，上記双指向性アンテナ装置のアンテナ部に設けられた上記複数の素子給電線路夫々が上記共振素子と上記線路結合部との間で電気的に接続された状態である場合は，上記アンテナ部の指向性特性を調整する指向特性調整方法として捉えたものであってもよい。
即ち，誘電体層と導電体層とにより積層構造化された積層基板と，該積層基板の表裏面夫々に設けられたアンテナ部とを備えて構成された双指向性アンテナ装置であって，上記積層基板の外部から供給された電力を上記積層基板の表裏面に設けられた上記アンテナ部夫々に給電するアンテナ給電線路を備え，上記アンテナ部が，二以上の共振素子と，上記アンテナ給電線路と結合する線路結合部と，上記線路結合部を基点として上記二以上の共振素子夫々に給電する夫々の素子給電線路と，少なくとも一の上記共振素子へ給電される電力の位相を調整する位相調整手段と，を具備してなる双指向性アンテナ装置に用いられる上記アンテナ部の指向特性調整方法において，上記複数の素子給電線路夫々が上記共振素子と上記線路結合部との間で電気的に接続された状態である場合に，上記複数の素子給電線路のうちの一又は複数の素子給電線路を除く他の素子給電線路を切断することにより上記アンテナ部の指向特性を調整することを特徴とする指向特性調整方法として構成することができる。このような指向特性調整方法を用いることにより，双指向性アンテナ装置の指向特性を極めて容易に偏向することが可能となる。
【０００８】
また，本発明は，上記双指向性アンテナ装置のアンテナ部に設けられた上記複数の素子給電線路夫々が該素子給電線路上の所定の位置で電気的に切断された状態である場合は，上記アンテナ部の指向性特性を調整する指向特性調整方法として捉えたものであってもよい。
即ち，誘電体層と導電体層とにより積層構造化された積層基板と，該積層基板の表裏面夫々に設けられたアンテナ部とを備えて構成された双指向性アンテナ装置であって，上記積層基板の外部から供給された電力を上記積層基板の表裏面に設けられた上記アンテナ部夫々に給電するアンテナ給電線路を備え，上記アンテナ部が，二以上の共振素子と，上記アンテナ給電線路と結合する線路結合部と，上記線路結合部を基点として上記二以上の共振素子夫々に給電する夫々の素子給電線路と，少なくとも一の上記共振素子へ給電される電力の位相を調整する位相調整手段と，を具備してなる双指向性アンテナ装置に用いられる上記アンテナ部の指向特性調整方法において，上記複数の素子給電線路夫々が該素子給電線路上の所定の位置で電気的に切断された状態である場合に，上記複数の素子給電線路のうちの一又は複数の素子給電線路を上記所定の位置で短絡することにより上記アンテナ部の指向特性を調整することを特徴とする指向特性調整方法として構成することができる。このような指向特性調整方法であっても，双指向性アンテナ装置の指向特性を容易に偏向することが可能である。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように，本発明は，誘電体層と導電体層とにより積層構造化された積層基板の表裏面夫々に，二以上の共振素子と，アンテナ給電線路と結合する線路結合部と，上記線路結合部を基点として上記二以上の共振素子夫々に給電する夫々の素子給電線路とを有するアンテナ部が設けられているため，鉄道や道路等の細長い移動経路に適した高い利得及び強い指向特性を有し，かつ，パラボラアンテナや八木アンテナ等と比較して製造が容易であり，小型化された双指向性アンテナ装置を実現することが可能となる。
また，上記アンテナ部に，少なくとも一の上記共振素子へ給電される電力の位相を調整する位相調整手段を設けることにより，上記共振素子に供給される電力の位相を変更して，上記二以上の共振素子各々から放射される電波の位相を不均等とすることによって，アンテナ部全体の指向特性を偏向することが可能となる。この場合，上記位相調整手段が，少なくとも一の上記共振素子と上記線路結合部との間に設けられた経路長の異なる複数の素子給電線路であれば，上記アンテナ部の指向特性を容易に偏向することが可能となる。また，上記複数の素子給電線路が，段状に形成された並列線路であっても，上記アンテナ部の指向特性を容易に偏向することが可能である。
また，上記複数の素子給電線路が上記共振素子と上記線路結合部との間で電気的に接続された状態である場合は，上記複数の素子給電線路が，該素子給電線路上の所定の位置で切断することによりその線路に接続された共振素子への給電位相が調整可能に形成された分岐線路を含んでなるものであれば，アンテナの設置状況に応じた指向特性が得られる線路以外の線路を切断するという簡単な作業を行うだけで，所望する指向特性を有する双指向性アンテナ装置を実現することが可能となる。
更にまた，上記複数の素子給電線路が該素子給電線路上の所定の位置で電気的に切断された給電線路を含んで構成されている場合は，上記複数の素子給電線路が，上記切断された所定の位置で短絡可能に形成されたものであっても，アンテナの設置現場の状況に応じた指向特性が得られる線路のみを接続するという簡単な作業を行うだけで，所望する指向特性を得ることが可能となる。
また，上記素子給電線路が，ストリップライン型又はマイクロストリップライン型或いはこれらに準じるフィルムパターンからなるものであるため，上記積層基板にアンテナ部を設けることが容易となり，また，上記素子給電線路の切断或いは短絡（接続）を容易に行うことができる。これにより，上記双指向性アンテナ装置の設置作業を簡易に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態及び実施例について説明し，本発明の理解に供する。なお，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の第１の実施の形態に係る双指向性プリントアンテナＸ１の外観模式図，図２は本発明の第１の実施の形態に係る双指向性プリントアンテナＸ１を斜視方向から見た斜視図，図３は本発明の第１の実施の形態に係る双指向性プリントアンテナＸ１の分解斜視図，図４は本発明の第１の実施の形態に係る双指向性プリントアンテナＸ１の指向特性及び利得を示す指向特性図，図５は本発明の第２の実施の形態に係る双指向性プリントアンテナＸ２の表面側の外観を示す外観模式図，図６はクランク線路の変形例を示す線路図，図７は本発明の第２の実施の形態に係る双指向性プリントアンテナＸ２の指向特性及び利得を示す指向特性図，図８は約６０°に屈曲する移動経路Ｌ３に双指向性プリントアンテナＸ２を適用した場合の設置例を示す模式図，図９は移動経路Ｌ１に全指向性アンテナＡ１を適用した場合の設置例を示す模式図，図１０は移動経路Ｌ２に単指向性アンテナＡ２を適用した場合の設置例を示す模式図
【００１１】
《第１の実施の形態》  ここで，図１〜図３を用いて，本発明の第１の実施の形態に係る双指向性プリントアンテナＸ１（以下，単に「アンテナＸ１」と略す）の構成の概略について説明する。なお，上記アンテナＸ１は，異なる方向に強い指向特性を有する双指向性アンテナ装置の一例である。
図示されるように，上記アンテナＸ１は，積層構造化されたプリント基板１０と，このプリント基板１０（積層基板に相当）の表面及び裏面夫々に設けられた表面側アンテナ部１１及び裏面側アンテナ部１１′とを備えて大略構成されている。
ここで，まず，上記プリント基板１０について説明する。正面図である図１（ａ）の側面図（図１（ｂ）），及び図１（ｂ）の断面図（図１（ｃ））に示すように，上記プリント基板１０は，誘電体層１４，１４′と導電体層１３，１３′とにより積層構造化されて構成されている。より具体的には，上記プリント基板１０は，表面側プリント基板１０ａと裏面側プリント基板１０ｂとが互いに後述する給電線路１５ａを狭むよう貼り合わされて構成されている。
上記プリント基板１０の構成について更に詳細に説明する。上記表面側プリント基板１０ａは，上記プリント基板１０の表面を形成する上記表面側アンテナ部１１が貼設された誘電体層１２と，該誘電体層１２の内層側に積層され，接地（アース）された導電体層１３と，該導電体層１３の更に内層側に積層された誘電体層１４とが互いに貼着されて積層構造化されている。また，上記裏面側プリント基板１０ｂは，上記プリント基板１０の裏面を形成する上記裏面側アンテナ部１１′が貼設された誘電体層１２′と，該誘電体層１２′の内層側に積層され，接地（アース）された導電体層１３′と，該導電体層１３′の更に内層側に積層された誘電体層１４′とが互いに貼着されて積層構造化されている。このように構成された上記表面側プリント基板１０ａと上記裏面側プリント基板１０ｂとが，上記誘電体層１４と１４′との間に給電線路１５ａを挟むよう互いに貼り合わされることにより，積層構造化されたプリント基板１０が形成される。
【００１２】
上記給電線路１５ａは，上記プリント基板１０の外部，即ち，アンテナＸ１の外部から供給された電力を上記プリント基板１０の表裏面に設けられた上記表面側アンテナ部１１及び裏面側アンテナ部１１′夫々に給電する給電線路１５の一部を構成する線路である。図１（ｃ）の断面図に示すように上記給電線路１５ａは，上記プリント基板１０の端部近傍に設けられた図示しない外部端子と後述するスルーホール１５ｂ′内の給電線路１５ｂとの間を電気的に接続するものであって，上記誘電体層１４と１４′との間に挟まれることによって上記プリント基板１０の内層部に埋設される。従って，上記給電線路１５ａは，上述したようにプリント基板１０に埋設されるため，プリント基板１０の厚さを大きくしないためにも，マイクロストリップライン型，ストリップライン型或いはこれら準じるフィルムパターンで形成されたものであることが望ましい。
上記給電線路１５ｂは，上記給電線路１５の一部を構成する線路であって，上記給電線路１５ａと上記プリント基板の表裏面に設けられたアンテナ部１１，１１′とを接続して上記給電線路１５ａから供給される電力を上記アンテナ部１１，１１′夫々に供給する線路である。具体的には，上記給電線路１５ｂは，上記表面側アンテナ部１１側の誘電体層１４と，上記裏面側アンテナ部１１′側の誘電体層１４′との異なる層間を導通可能に接続するスルーホール１５ｂ′の内面に形成される導電性金属箔や，或いは上記スルーホール１５ｂ′の内部に埋設された導電体が該当する。
【００１３】
続いて，上記プリント基板１０の表面に設けられた表面側アンテナ部１１について説明する。なお，上記プリント基板１０の裏面に設けられた裏面側アンテナ部１１′は上記表面側アンテナ部１１と鏡面対象に形成された構造を有するため，ここでは詳細な説明を省略する。
上記表面側アンテナ部１１は，４つのパッチアンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ（共振素子の一例）と，上記給電線路１５と結合する給電端子４（線路結合部に相当）と，上記給電端子４を基点として上記４つのパッチアンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ夫々に給電する夫々の給電線路３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ（素子給電線路に相当）と，を備えて構成されている。このように構成されることにより，外部から供給され，前記給電線路１５及び上記給電端子４を介して上記表面側アンテナ部１１に供給された電力が上記各パッチアンテナに供給される。なお，本発明は２以上のパッチアンテナが備えられていれば適用可能であるが，より強い指向特性，より高い利得を得るために何十，何百もの多数のパッチアンテナを備える場合がある。ただし，本実施の形態例では，説明を簡略化するために，４つのパッチアンテナを用いて説明する。
【００１４】
上記パッチアンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは，銅箔等の導電性金属箔により形成された矩形或いは円形のパッチ或いはマイクロストリップパッチである。各パッチアンテナは，図１等に示すように，前記誘電体層１２の表面側に等間隔に２×２の略格子状に貼設されている。即ち，２×２の格子状に上記各パッチアンテナがアレー化されている。これにより，上記表面側アンテナ部１１が，２×２のパッチアレーアンテナとして機能することになる。なお，本第１の実施の形態例では共振素子の一例として上記パッチアンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを用いた例について説明するが，もちろん上記パッチアンテナを他のアンテナ素子（励振素子）に置き換えても本発明を適用することは可能である。
上記給電線路３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは，前記の通り，上記パッチアンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ夫々に前記給電線路１５を介して供給された電力を伝送する線路である。この給電線路３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄも，前記給電線路１５ａと同じように，プリント基板１０の厚さを大きくしないためにマイクロストリップライン型，ストリップライン型或いはこれらに準じるフィルムパターンで形成されることが望ましい。
このように構成された表面側アンテナ部１１と，該表面側アンテナ部１１と同様に構成された裏面側アンテナ部１１′とが夫々上記プリント基板１０の表面と裏面とに設けられることにより，本発明の実施の形態に係るアンテナＸ１が実現される。ここで，図４に上記アンテナＸ１の指向特性を示す。なお，図中のＤａは表面側アンテナ部１１からプリント基板１０の表面に垂直外方向（２７０°）に放射された電波の指向特性及び利得を示し，Ｄｂは裏面側アンテナ部１１′からプリント基板１０の裏面に垂直外方向（９０°）に放射された電波の指向特性及び利得を示す。図４に示されるように，上記アンテナＸ１は，１８０°方向の異なる指向特性を有する双指向性アンテナであり，比較的高い利得と強い指向特性を有することが理解できる。しがって，上記アンテナＸ１は鉄道や道路等の細長い移動経路に沿う方向に無線通信エリアを構築する場合に好適に用いることができる。
【００１５】
《第２の実施の形態》  次に，図５を用いて，本発明の第２の実施の形態に係る双指向性プリントアンテナＸ２（以下，単に「アンテナＸ２」と略す）の構成の概略について説明する。なお，上記アンテナＸ２は，上述の第１の実施の形態におけるアンテナＸ１と略同様に構成されている。そのため，上記アンテナＸ１の構成要素と同じ構成要素については同符号を表示してその説明を省略する。また，表面側アンテナ部１１の構成のみについて説明するが，裏面側アンテナ部１１′も上記表面側アンテナ部１１と同様に構成される。
上記アンテナＸ２が上記アンテナＸ１と異なるところは，図５に示すように上記パッチアンテナ１ｂ，１ｄへ給電される電力の位相を調整するクランク線路２ｂ，２ｄ（位相調整手段の一例）が上記表面側アンテナ部１１に設けられている点にある。このクランク線路２ｂ，２ｄは，上記給電端子４を基点としてパッチアンテナ１ｂ，１ｄ夫々に給電する給電線路３ｂ，３ｄの経路長と，パッチアンテナ１ａ，１ｃ夫々に給電する給電線路３ａ，３ｃとの経路長とを異ならせて，上記パッチアンテナ１ａ，１ｃと上記パッチアンテナ１ｂ，１ｄとに給電される電力の位相を異ならせるために設けられている。このように，上記クランク線路２ｂ，２ｄを設けることで，上記パッチアンテナ１ａ，１ｃと上記パッチアンテナ１ｂ，１ｄとに給電される電力に位相差が生じ，その結果，上記アンテナＸ２の指向特性を偏向させることができる。
【００１６】
ここで，図５に示すように，上記給電線路３ｂ，３ｄが上記給電線路３ａ，３ｃよりも経路長がΔｄ′（＝２ａ）分だけ長くなるよう設定され，更にパッチアンテナ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが表側アンテナ部１１の鉛直中心線を基準に左右対称に距離ｘだけ離間されて配列されている場合に，上記アンテナＸ２の指向特性が偏向される偏向角θ（図５（ｂ）参照）は以下のようにして導くことができる。ただし，上記給電線路３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄはマイクロストリップライン型とする。
即ち，給電線路を伝わる電力の波長をλ′，パッチアンテナから放射されて自由空間（即ち大気中）に放射された電波の波長をλ，自由空間におけるパッチアンテナ１ａ，１ｃから放射された電波とパッチアンテナ１ｂ，１ｄから放射された電波の経路差をΔｄ（図５（ｂ）参照），パッチアンテナ１ａ，１ｃから放射された電波とパッチアンテナ１ｂ，１ｄから放射された電波の位相差をα［ｒａｄ］とすると，上記経路差Δｄ′及びΔｄはそれぞれ以下の式（１）及び式（２）のように表される。
【数１】
2006005851.tif 000003
【数２】
2006005851.tif 000004
上式（１）及び（２）より，以下の式（３）が導かれる。
【数３】
2006005851.tif 000005
図５（ｂ）より，
【数４】
2006005851.tif 000006
と表されるので，上式（４）に上式（３）を代入することにより，以下の式（５）を導くことができる。
【数５】
2006005851.tif 000007
ここに，√εreは上記給電線路３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの材質により定まる実効比誘電率である。上式（５）からも理解できるように，給電線路に経路差Δｄ′を設けることで，上記アンテナＸ２の指向特性を偏向させることができる。
【００１７】
本第２の実施の形態例では，上記クランク線路２ｂ，２ｄ夫々の長さは，上記パッチアンテナ１ｂ，１ｄに供給される電力の位相を上記パッチアンテナ１ａ，１ｃに供給される電力の位相より３／８波長遅れさせる長さに設定されている。このように設定されたアンテナＸ２の指向特性を図７に示す。図に示す指向特性Ｄａ′のように，パッチアンテナ１ａ及び１ｃと，これより３／８波長位相遅れの電力がされたパッチアンテナ１ｂ及び１ｄとにより合成された電波は，表面側アンテナ部１１からプリント基板１０の表面に垂直外方向から約３０°鉛直方向へずれた方向（３００°）への指向特性及び利得を有している。一方，Ｄｂは裏面側アンテナ部１１′からプリント基板１０の裏面に鉛直上方向（９０°）に放射された電波の指向特性及び利得を示す。このように，上記アンテナＸ２は，表面側アンテナ部１１の鉛直中心線を中心に左右対象となるパッチアンテナ１ｂ，１ｄへの給電線路３ｂ，３ｄとパッチアンテナ１ａ，１ｃへの給電線路３ａ，３ｃとの経路長を違えることにより，高い利得と強い指向特性とを維持したまま，表面側アンテナ部１１及び裏面側アンテナ部１１′夫々の指向特性を偏向することが可能となる。これにより，例えば，上記表面側アンテナ部１１の指向特性と上記裏面側アンテナ部１１′の指向特性とをそれぞれ略３０°ずつ偏向させて，上記表面側アンテナ部１１の指向特性と上記裏面側アンテナ部１１′の指向特性とがなす角度が略１２０°となるように上記クランク２ｂ，２ｄの経路長を変化させて，上記表面側アンテナ部１１に供給される電力の位相と上記裏面側アンテナ部１１′に供給される電力の位相を調整することにより，図８に示すような略６０°屈曲する移動経路Ｌ３（略１２０°に湾曲された移動経路Ｌ３）の屈曲点における無線通信エリアを構築する場合に好適且つ柔軟に適用することが可能なアンテナＸ２を実現することができる。なお，言うまでもないが，上記給電線路を種々の経路長に設定することにより，各アンテナ部の指向特性の方向（角度）を上記設定した経路長に応じた方向（角度）に偏向することができる。また，上記表面側アンテナ部１１の鉛直中心線を中心に左右対称にとなるパッチアンテナへの給電線路に限らず，少なくともいずれかのパッチアンテナの給電線路の経路長を変更することができる構成であれば，上記表裏面に設けられたアンテナ部の指向特性を偏向することが可能である。
【００１８】
続いて，図６を用いて，上記表面側アンテナ部１１に設けられたクランク線路２ｂ，２ｄ（図５参照）の変形例について説明する。
図６（ａ）に示されるように，上記クランク線路２ｂ及び２ｄは，上記パッチアンテナ１ｂと上記線路端子４との間に経路長の異なる複数の給電線路を設けるべく，経路長の異なる複数の並列線路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３（分岐回路の一例）を段状に形成して構成されている。上記各クランク線路２ｂ及び２ｄは，例えば，上記並列線路Ｒ１が裏面側アンテナ部１１′の指向特性の方向と１８０°異なる指向特性となる線路（即ち経路差Δｄ＝０となる線路），上記並列線路Ｒ２が同様に１５０°異なる指向特性となる線路（即ち，経路差Δｄ′が２ａとなる線路），上記並列線路Ｒ３が同様に１２０°異なる指向特性となる線路（即ち，経路差Δｄ′が４ａとなる線路）に設定されている。上記各並列線路Ｒ１〜Ｒ３は，上述の第１の実施の形態でも説明したように，マイクロストリップライン型又はストリップライン型或いはこれらに準じるフィルムパターンで形成されている。そのため，パターン切断器等によって上記各並列線路を容易に切断することが可能である。このように構成されたクランク線路であれば，例えばアンテナ設置状況や，構築する無線通信エリアの範囲等に応じた指向特性が得られる線路を除く他の線路を切断するという簡単な調整作業行うだけで，所望する指向特性を有する双指向性アンテナ装置を実現することが可能となる。
線路の切断箇所は，高調波信号やノイズの侵入を防止する観点から，例えば，裏面側アンテナ部１１′の指向特性と１８０°異なるよう表面側アンテナ部１１の指向特性を調整する場合は，図６（ａ−１）に示すＰ２部の線路を切断して並列線路Ｒ１のみの接続を確保することが望ましい。また，同じように，１５０°異なる指向特性を得るためには，図６（ａ−２）に示すＰ１及びＰ４部の線路を切断して並列線路Ｒ２のみの接続を確保し，１２０°異なる指向特性を得るためには，図６（ａ−３）に示すＰ１及びＰ３部の線路を切断して並列線路Ｒ３のみの接続を確保することが考えられる。
なお，分岐線路の一例として上記並列線路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を用いて説明したが，上記分岐線路は上記並列線路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のようなものに限らず，種々の並列線路及び直列線路が組み合わされた線路であってもよい。また，無論のことながら，複数の線路を残すことで，複数の線路により合成された電力の位相差により指向特性が偏向されるようにしてもかまわない。
【００１９】
また，図６（ｂ）に示されるように，上記クランク線路２ｂ及び２ｄが図中のＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４部で切断された状態で構成されていても，アンテナの指向特性を所望する方向に容易に調整することができる。
このように予め上記並列線路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が上記Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４部で切断されて構成されたアンテナＸ２であれば，アンテナ設置状況や，構築する無線通信エリアの範囲等に応じた指向特性が得られる一の並列線路の切断箇所のみを導電性シールや半田付け装置等によって短絡するという簡単な調整を作業行うだけで，所望する指向特性を有する双指向性アンテナ装置を実現することが可能となる。例えば，並列線路Ｒ１に設定する場合はＰ１部を短絡し（図６（ｂ−１）参照），並列線路Ｒ２に設定する場合はＰ２及びＰ３部を短絡し（図６（ｂ−２）参照），並列線路Ｒ３に設定する場合はＰ２及びＰ４部を短絡する（図６（ｂ−３）参照）ことにより，アンテナの指向特性を所望する指向特性に調整することができる。
なお，上記切断位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の切断幅は，半田付け等により容易に短絡可能な程度の幅とすることに配慮する必要がある。また，上記切断位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を短絡する手法は上記半田付け装置等に限られず，例えば，切断されたパターン同士を短絡するためのディップスイッチや短絡ピン等の短絡手段であることも考えられる。これにより，上記半田付け装置等の機器を用いずに容易に短絡作業を行うことができる。また，無論のことながら，複数の切断箇所を接続することにより合成された電力の位相差により指向特性が偏向されるようにしてもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る双指向性プリントアンテナＸ１の外観模式図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る双指向性プリントアンテナＸ１を斜視方向から見た斜視図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る双指向性プリントアンテナＸ１の分解斜視図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る双指向性プリントアンテナＸ１の指向特性及び利得を示す指向特性図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る双指向性プリントアンテナＸ２の表面側の外観を示す外観模式図。
【図６】クランク線路の変形例を示す線路図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る双指向性プリントアンテナＸ２の指向特性及び利得を示す指向特性図。
【図８】約６０°に屈曲する移動経路Ｌ３に双指向性プリントアンテナＸ２を適用した場合の設置例を示す模式図。
【図９】移動経路Ｌ１に全指向性アンテナＡ１を適用した場合の設置例を示す模式図。
【図１０】移動経路Ｌ２に単指向性アンテナＡ２を適用した場合の設置例を示す模式図。
【符号の説明】
【００２１】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…パッチ（共振素子の一例）
２ｂ，２ｄ…クランク線路（位相調整手段の一例）
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…給電線路（素子給電線路に相当）
４…給電端子（給電結合部に相当）
１０…プリント基板（積層基板に相当）
１１…表面側アンテナ部
１１′…裏面側アンテナ部
１２，１２′…誘導体層
１３，１３′…導電体層
１４，１４′…誘導体層
１５ａ，１５ｂ…給電線路（アンテナ給電線路に相当）
１５ｂ′…スルーホール
【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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