(57)【要約】【課題】  小型化が可能であり、自由に方向が選択できる指向性アンテナを提供する。【解決手段】  無給電パッチ３をアースに短絡することで指向性を制御する指向性アンテナにおいて、アースに短絡する位置に抵抗１２ａ、１２ｂ、１２ｃを設け、抵抗１２ａ、１２ｂ、１２ｃを介してアースに短絡するようにした。【選択図】  図１
2006229720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無給電パッチをアースに短絡することで指向性を制御する指向性アンテナにおいて、前記無給電パッチをアースに短絡する位置に抵抗を設け、該抵抗を介して前記無給電パッチをアースに短絡することを特徴とする指向性アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載の指向性アンテナにおいて、前記抵抗は抵抗値が変えられることを特徴とする指向性アンテナ。
【請求項３】
請求項２に記載の指向性アンテナにおいて、前記抵抗はスイッチで切り替えられる複数の固定抵抗で構成されていることを特徴とする指向性アンテナ。
【請求項４】
請求項２に記載の指向性アンテナにおいて、前記抵抗は可変抵抗であることを特徴とする指向性アンテナ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の指向性アンテナにおいて、前記無給電パッチをアースに短絡する位置が励振方向のどちらか一方の端部であることを特徴とする指向性アンテナ。
【請求項６】
請求項５に記載の指向性アンテナにおいて、前記無給電パッチをアースに短絡する位置が励振方向のいずれか一方の端部に複数設けられていることを特徴とする指向性アンテナ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の指向性アンテナにおいて、前記無給電パッチをアースに短絡する位置が励振方向の両端部であることを特徴とする指向性アンテナ。
【請求項８】
請求項７に記載の指向性アンテナにおいて、前記無給電パッチをアースに短絡する位置が励振方向の両端部に複数設けられていることを特徴とする指向性アンテナ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の指向性アンテナにおいて、複数の前記無給電パッチを、前記抵抗を介しアースに短絡することを特徴とする指向性アンテナ。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の指向性アンテナを備えたことを特徴とする指向性アンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指向性アンテナおよび指向性アンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、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。送信側、受信側が相対的に移動するため、指向性のあるアンテナではその方向を検出して、そちらにアンテナを向けなくてはならなくなる。無指向性アンテナの場合その心配はなくなるが、効率が悪く、ノイズに弱いなどの欠点があり、あまり使われていないのが現状である。
衛星通信では、図１０に示すように衛星追尾システムなどがあり、アンテナを機械的に動かして送信または受信の方向を検知し、追尾している。なお、図１０に示す構成の説明は、以下の特許文献１に記載されている。
また、図１１に示すように移動体通信ではジャイロと地磁気を利用した指向システムや、図１２に示すようにジャイロとＧＰＳと地磁気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追尾する指向システムなどがある。上記と同様に図１１、図１２に示す構成の説明は、以下の特許文献２、特許文献３に記載されている。
しかしながら、特に移動体通信用は小型化が要求され、これまでの方式は大型であるためそのまま応用するのは困難になってきている。
このような不具合を解決しようとして、図１３（非特許文献１）に示した（D.V.Thiel, Electronics Letters, Vol.33 No.1, pp.7-8）のように指向性アンテナを用い、無給電パッチ部分をＧＮＤに短絡することで指向性を得るものがある。無給電パッチに誘起された電流をＧＮＤに短絡することで反対側の無給電パッチの誘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り放射方向を傾けるものである。
【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, pp.7-8
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしこの方法では、指向性は得られるが、それはあらかじめ決まった１方向の指向性であり、自由な方向を得られるものではない。また１点でＧＮＤに短絡しているため、無給電パッチの残電流が大きいのでビームの傾く大きさを妨げている。
そこで本発明は、小型化が可能であり、自由に方向が選択できる指向性アンテナおよび指向性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】
【０００４】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、無給電パッチをアースに短絡することで指向性を制御する指向性アンテナにおいて、前記無給電パッチをアースに短絡する位置に抵抗を設け、該抵抗を介して前記無給電パッチをアースに短絡することを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の指向性アンテナにおいて、前記抵抗は抵抗値が変えられることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の指向性アンテナにおいて、前記抵抗はスイッチで切り替えられる複数の固定抵抗で構成されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項２に記載の指向性アンテナにおいて、前記抵抗は可変抵抗であることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の指向性アンテナにおいて、前記無給電パッチをアースに短絡する位置が励振方向のどちらか一方の端部であることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項５に記載の指向性アンテナにおいて、前記無給電パッチをアースに短絡する位置が励振方向のいずれか一方の端部に複数設けられていることを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の指向性アンテナにおいて、前記無給電パッチをアースに短絡する位置が励振方向の両端部であることを特徴とする。
請求項８記載の発明は、請求項７に記載の指向性アンテナにおいて、前記無給電パッチをアースに短絡する位置が励振方向の両端部に複数設けられていることを特徴とする。
請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の指向性アンテナにおいて、複数の前記無給電パッチを、前記抵抗を介してアースに短絡することを特徴とする。
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の指向性アンテナを備えた指向性アンテナシステムであることを特徴とする。
このような本発明によれば、無給電パッチをＧＮＤに短絡することで指向性を制御する指向性アンテナにおいて、複数の抵抗値を選択できるあるいは抵抗値をコントロールできるような抵抗を介してＧＮＤに短絡することにより残電流をコントロールして指向性をコントロールし、無給電パッチを２ヶ所以上で同時に抵抗を介してＧＮＤに短絡することにより無給電パッチの残電流をコントロールし、また複数の無給電パッチを、抵抗を介してＧＮＤに短絡することで指向性をコントロールすることが可能になる。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の本発明によれば、無給電パッチをアースに短絡する位置に抵抗を設け、抵抗を介してアースに短絡するので、電流値をコントロールでき、放射方向を移動することができる。
請求項２に記載の本発明によれば、抵抗はその抵抗値を変えられるので、電流値を自由にコントロールでき、放射方向を移動することができる。
請求項３に記載の本発明によれば、抵抗は複数の固定抵抗をスイッチで切り替えるように構成されているので、電流値を自由にコントロールでき、放射方向を移動することができる。
請求項４に記載の本発明によれば、抵抗は可変抵抗であるので、電流値を自由にコントロールでき、放射方向を移動することができる。
請求項５に記載の本発明によれば、アースに短絡する位置が励振方向のどちらか一方の端部であるので、天頂方向からＸ軸方向、Ｙ軸方向のθ方向に自由に放射方向を移動することができるようになる。
請求項６に記載の本発明によれば、アースに短絡する位置が励振方向のどちらか一方の端部の複数に設けられているので、天頂方向からＸ軸方向、Ｙ軸方向のθ方向に自由に放射方向を移動することができるようになる。また、短絡位置が複数あるので、抵抗やスイッチが直接パッチにつなげることができ分岐配線などの余分な抵抗やリアクタンスを少なくすることができる。
【０００６】
請求項７に記載の本発明によれば、ＧＮＤに短絡する位置が励振方向の両端部であるので、天頂方向からＸ軸方向、Ｙ軸方向のθ方向に自由に放射方向を移動することができるようになる。また、短絡位置が離れたところに複数あるので、抵抗やスイッチが配置しやすくなる。
請求項８に記載の本発明によれば、ＧＮＤに短絡する位置が励振方向の両端部の複数に設けられているので、天頂方向からＸ軸方向、Ｙ軸方向のθ方向に自由に放射方向を移動することができるようになる。また、短絡位置が複数あるので、抵抗やスイッチが直接パッチにつなげることができ分岐配線などの余分な抵抗やリアクタンスを少なくすることができ、さらに、短絡位置が離れたところに複数あるので、抵抗やスイッチが配置しやすくなる。
請求項９に記載の本発明によれば、複数の無給電パッチを、抵抗を介しＧＮＤに短絡するので、天頂方向からＸ軸方向、Ｙ軸方向のθ方向にまたはその中間方向に自由に放射方向を移動することができるようになる。また、複数の無給電パッチがあるので、抵抗やスイッチを直接パッチにつなげることができ、分岐配線などの余分な抵抗やリアクタンスを少なくすることができ、さらに、短絡位置が離れたところに複数あるので、抵抗やスイッチが配置しやすくなる。
請求項１０に記載の本発明によれば、本発明の指向性アンテナを備えることで自由に指向性をコントロールできる指向性アンテナシステムを構築できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の指向性アンテナの実施形態をについて詳細に説明していく。
本発明の実施形態に係る指向性アンテナは、誘電体の上に導電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電体のＧＮＤ（地板）という構造になっている。パッチは裏面から同軸により給電できるようになっている、また給電されている給電パッチの周囲にＧＮＤに短絡することができる無給電パッチが配置されている。無給電パッチをＧＮＤに短絡する手段としてはＧＮＤ短絡線と抵抗とスイッチが配置を必要に応じてスイッチがＯＮ−ＯＦＦするようになっている。
なお、本発明の実施形態においては、指向性アンテナの特徴的な構造を分かり易くするため、指向性アンテナの一部を誇張したり、或いは省略したりする。また誘電体と地板は省略してパッチ配置や短絡線、抵抗の位置を示すものとする。
また、本実施形態ではＸＹＺ方向とθ、φを図９に示すように定義する。
即ち、本実施の形態では空間をＸＹＺの直交座標とし、Ｘ軸方向からＹ軸方向に回転する方向をφ、Ｚ軸（天頂方向とする）からＸＹ平面に回転する方向をθとする。
【０００８】
図１は本発明の第１の実施形態に係る指向性アンテナの構成図である。なお、図１では図示するように左右がＸ軸方向またはＹ軸方向であり、上下がＺ軸方向である。
この図１に示す給電パッチ２は給電点１により給電されて励振している。なお、図中、給電パッチ２下の丸の記号は給電を表す。給電パッチ２の左右には無給電パッチ３ａ、３ｂが配置されている。無給電パッチ３ａ、３ｂにはＧＮＤ短絡線が設置してある。このＧＮＤ短絡線はスイッチ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと固定抵抗１２ａ、１２ｂ、１２ｃを介してＧＮＤに接続されている。なお、図１においては無給電パッチ３ａにのみＧＮＤ短絡線およびスイッチ抵抗を示し、無給電パッチ３ｂのＧＮＤ短絡線およびスイッチ抵抗の図示は省略する。
このように構成される指向性アンテナの無給電パッチ３ａ、３ｂはスイッチがＯＮ状態のときに抵抗を介してＧＮＤと短絡されており、スイッチＯＦＦ状態のときにＧＮＤとは浮いている状態となる。
スイッチ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは必要に応じてＯＮ、ＯＦＦ出来るように構成されている。例えば、スイッチ１１ａをＯＮして固定抵抗１２ａを介してＧＮＤと短絡しても良いし、スイッチ１１ａと１１ｃをＯＮして固定抵抗１２ａ、１２ｃを介してＧＮＤと短絡しても良い。この場合固定抵抗はすべて同じ抵抗値でも、それぞれ違う抵抗値でも構わない。
このような指向性アンテナの電磁波の放射方向は、ＧＮＤ短絡線がすべてＧＮＤから浮いていれば図の上の方向である天頂方向である。例えば無給電パッチ３ａのＧＮＤ短絡線のスイッチをＯＮにして抵抗を介してＧＮＤに短絡した場合、放射方向は天頂方向よりも左側に傾く。
これは無給電パッチ３ａ（３ｂ）のいずれか一方をＧＮＤに落とすことにより電流値が下がり、ＧＮＤに落とさない側における無給電パッチ３ｂ（３ａ）の電流の位相と、給電パッチ２の電流の位相との相互関係から起こることであり、両方の無給電パッチ３ａ、３ｂがＧＮＤから浮いている状態または両方の無給電パッチ３ａ、３ｂがＧＮＤに落ちている状態では相互関係は存在するが、給電パッチ２を挟んで無給電パッチ３ａ、３ｂが線対称に配置されているため、打ち消し合って放射方向は天頂方向になる。
例えば固定抵抗１２ａ、１２ｂ、１２ｃの抵抗値がすべて同じ場合には、無給電パッチ３ａのスイッチ１１ａ、１１ｂ、１１ｃのいずれか１つがＯＮ状態のときは無給電パッチ３ａとＧＮＤの間の抵抗値が高くなり、無給電パッチ３ｂの電流値がそれほど下がらないため、天頂方向から少し左に傾く程度になる。
一方、無給電パッチ３ａのスイッチ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの全部がＯＮ状態のときには無給電パッチ３ａとＧＮＤの間の抵抗が低くなり無給電パッチ３ａの電流値が下がるため、より天頂方向から左に傾く。無給電パッチ３ａのスイッチ１１ｄがＯＮ状態のときには、無給電パッチ３ａとＧＮＤの間の抵抗がほとんどなくなり、無給電パッチ３ａの電流値が０に近くなり天頂方向から左に傾く度合いが最大になる。従って、このように指向性アンテナを構成すれば、天頂方向から左右のθ方向に自由に放射方向を移動させることができるようになる。
【０００９】
図２は本発明の第２の実施形態に係る指向性アンテナの構成図である。なお、図２においても図示するように左右がＸ軸方向またはＹ軸方向であり、上下がＺ軸方向である。
この図２に示す給電パッチ２も給電点１により給電されて励振している。そして、給電パッチ２の左右に無給電パッチ３ａ、３ｂが配置されている。無給電パッチ３ａ、３ｂにはＧＮＤ短絡線が設置してあり、ＧＮＤ短絡線はスイッチ１１と可変抵抗１３を介してＧＮＤに接続されている。可変抵抗１３の可変範囲は高抵抗から抵抗値がほとんど０になる極低抵抗である。なお、図２においても無給電パッチ３ａにのみＧＮＤ短絡線およびスイッチ抵抗を示し、無給電パッチ３ｂのＧＮＤ短絡線およびスイッチ抵抗の図示は省略する。
このように構成される指向性アンテナの無給電パッチ３ａ、３ｂはスイッチ１１がＯＮ状態のときに可変抵抗を介してＧＮＤと短絡されており、スイッチＯＦＦ状態のときにＧＮＤとは浮いている状態となる。スイッチ１１は必要に応じてＯＮ、ＯＦＦできるように構成されている。
【００１０】
また、このような指向性アンテナの電磁波の放射方向は、ＧＮＤ短絡線がすべてＧＮＤから浮いていれば図の上の方向である天頂方向である。
例えば無給電パッチ３ａのＧＮＤ短絡線のスイッチ１１をＯＮにして可変抵抗１３を介してＧＮＤに短絡した場合、放射方向は天頂方向よりも左側に傾く。
これは無給電パッチ３ａ（３ｂ）のいずれか一方をＧＮＤに落とすことにより電流値が下がり、ＧＮＤに落とさない側における無給電パッチ３ｂ（３ａ）の電流の位相と、給電パッチ２の電流の位相との相互関係から起こることであり、両方の無給電パッチ３ａ、３ｂがＧＮＤから浮いている状態または両方の無給電パッチ３ａ、３ｂがＧＮＤに落ちている状態では相互関係は存在するが、給電パッチ２を挟んで無給電パッチ３ａ、３ｂが線対称に配置されているため、打ち消し合って放射方向は天頂方向になる。
例えば無給電パッチ３ａの可変抵抗１３の抵抗値が高抵抗の場合にスイッチ１１がＯＮ状態のときには、無給電パッチ３ａとＧＮＤの間の抵抗値が高くなり、無給電パッチ３ａの電流値がそれほど下がらないため、天頂方向から少し左に傾く程度になる。
一方、無給電パッチ３ａの可変抵抗１３の抵抗値が低抵抗の場合にスイッチ１１がＯＮ状態のときには、無給電パッチ３ａとＧＮＤの間の抵抗が低くなり、無給電パッチ３ａの電流値が下がるため、より天頂方向から左に傾く。可変抵抗１３の抵抗値が０に近い極低抵抗の場合にスイッチ１１がＯＮ状態のときには、無給電パッチ３ａとＧＮＤの間の抵抗がほとんどなくなり、無給電パッチ３ａの電流値が０に近くなり天頂方向から左に傾く度合いが最大になる。
従って、このように指向性アンテナを構成した場合も、天頂方向から左右のθ方向に自由に放射方向を移動させることができるようになる。
【００１１】
図３は本発明の第３の実施形態に係る指向性アンテナの構成図である。
この図３（ａ）（ｂ）に示す給電パッチ２も給電点１により給電されて矢印で示した励振方向に励振している。なお、図３（ａ）は給電パッチ２の上下に無給電パッチ３ａ、３ｂを配置した場合、図３（ｂ）は給電パッチ２の左右に無給電パッチ３ａ、３ｂを配置した場合を示している。
図３（ａ）に示す無給電パッチ３ａ、３ｂには抵抗値を変えられる可変抵抗を含むＧＮＤ短絡線４が励振方向のパッチの端部に設置してある。なお、図３（ａ）では無給電パッチ３ｂのＧＮＤ短絡線の図示を省略している。この場合、可変抵抗を含むＧＮＤ短絡線４はスイッチＯＮ状態のときに抵抗を介してＧＮＤと短絡されており、スイッチＯＦＦ状態のときにＧＮＤとは浮いている状態となる。
同様に図３（ｂ）に示す無給電パッチ３ａ、３ｂには可変抵抗を含むＧＮＤ短絡線４が励振方向のパッチの端部に設置してある。なお、図３（ｂ）においても無給電パッチ３ｂのＧＮＤ短絡線の図示を省略している。この場合も可変抵抗を含むＧＮＤ短絡線４はスイッチＯＮ状態のときに抵抗を介してＧＮＤと短絡されており、スイッチＯＦＦ状態のときにＧＮＤとは浮いている状態となる。
このような指向性アンテナにおける電磁波の放射方向は、ＧＮＤ短絡線４がすべてＧＮＤから浮いていれば紙面と垂直方向である天頂方向である。例えばＧＮＤ短絡線４を、抵抗を介してＧＮＤに短絡した場合、図３（ａ）では放射方向は天頂方向よりもＹ軸方向の−方向に傾き、図３（ｂ）では放射方向は天頂方向よりもＸ軸方向の−方向に傾く。
これは無給電パッチ３ａ（３ｂ）のいずれか一方をＧＮＤに落とすことにより電流値が下がり、ＧＮＤに落とさない側における無給電パッチ３ｂ（３ａ）の電流の位相と、給電パッチ２の電流の位相との相互関係から起こることであり、両方の無給電パッチ３ａ、３ｂがＧＮＤから浮いている状態または両方の無給電パッチ３ａ、３ｂがＧＮＤに落ちている状態では相互関係は存在するが、給電パッチ２を挟んで無給電パッチ３ａ、３ｂが線対称に配置されているため、打ち消し合って放射方向は天頂方向になる。
無給電パッチ３ａを、抵抗を介してＧＮＤに短絡した場合において、抵抗値が低い場合にはＧＮＤに落ちやすくなり無給電パッチ３ａの誘起された電流が小さくなるので、図３（ａ）では放射方向はよりＹ軸方向の−方向に傾き、図３（ｂ）では放射方向はよりＸ軸方向の−方向に傾く。逆に、抵抗値が高い場合には無給電パッチ３ａに誘起された電流がＧＮＤに落ちにくくなるため、図３（ａ）では放射方向はＹ軸方向の−方向への傾きが少なく、図３（ｂ）では放射方向はＸ軸方向の−方向への傾きが少なくなる。
従って、このように指向性アンテナを構成した場合も天頂方向からＸ軸方向、Ｙ軸方向のθ方向に自由に放射方向を移動させることができるようになる。
【００１２】
図４は本発明の第４の実施形態に係る指向性アンテナの構成図である。
この図４（ａ）（ｂ）に示す給電パッチ２も給電点１により給電されて矢印で示した励振方向で励振している。なお、図４（ａ）は給電パッチ２の上下に無給電パッチ３ａ、３ｂを配置した場合、図４（ｂ）は給電パッチ２の左右に無給電パッチ３ａ、３ｂを配置した場合を示している。
図４（ａ）に示す無給電パッチ３ａ、３ｂには３本の抵抗を含むＧＮＤ短絡線５が励振方向の端部に複数設置してある。なお、図４（ａ）では無給電パッチ３ｂのＧＮＤ短絡線の図示は省略している。
この場合も抵抗を含むＧＮＤ短絡線５はスイッチＯＮ状態のときＧＮＤと短絡されている状態となる。なお、図４（ａ）に示したＧＮＤ短絡線５の配置はあくまでも一例であり、ＧＮＤ短絡線の配置や数は任意である一例である。また必要に応じて抵抗を含むＧＮＤ短絡線５を減らしても増やしても良い。また、短絡点が複数存在するので、抵抗は固定抵抗でも可変抵抗でも良い。
一方、図４（ｂ）に示す無給電パッチ３ａ、３ｂには３本の抵抗を含むＧＮＤ短絡線５が設置してある。なお、図４（ｂ）では無給電パッチ３ｂのＧＮＤ短絡線の図示を省略している。この場合も抵抗を含むＧＮＤ短絡線５は、スイッチＯＮ状態のときにＧＮＤと短絡されている状態となる。なお、図４（ｂ）に示したＧＮＤ短絡線５の配置はあくまでも一例であり、ＧＮＤ短絡線５の配置や数は任意である。また、必要に応じて抵抗を含むＧＮＤ短絡線５を増やしても減らしても良い。また、短絡点が複数存在するので抵抗は固定抵抗でも可変抵抗でも良い。
【００１３】
このような指向性アンテナにおける電磁波の放射方向は、ＧＮＤ短絡線５がすべてＧＮＤから浮いていれば紙面と垂直方向である天頂方向である。
例えば抵抗を含むＧＮＤ短絡線５をＧＮＤに接地した場合、図４（ａ）では放射方向は天頂方向よりもＹ軸方向の−方向に傾き、図４（ｂ）では放射方向は天頂方向よりもＸ軸方向の−方向に傾く。
これは無給電パッチ３ａ（３ｂ）のいずれか一方をＧＮＤに落とすことにより電流値が下がり、ＧＮＤに落とさない側における無給電パッチ３ｂ（３ａ）の電流の位相と、給電パッチ２の電流の位相との相互関係から起こることであり、両方の無給電パッチ３ａ、３ｂがＧＮＤから浮いている状態または両方の無給電パッチ３ａ、３ｂがＧＮＤに落ちている状態では相互関係は存在するが、給電パッチ２を挟んで無給電パッチ３ａ、３ｂが線対称に配置されているため、打ち消し合って放射方向は天頂方向になる。
無給電パッチ３ａを、抵抗を介してＧＮＤに短絡した場合において、抵抗値が低い場合にはＧＮＤに落ちやすくなり無給電パッチ３ａに誘起された電流が小さくなるので、図４（ａ）では放射方向はよりＹ軸方向の−方向に傾き、図４（ｂ）では放射方向はよりＸ軸方向の−方向に傾く。逆に、抵抗値が高い場合には無給電パッチ３ａに誘起された電流がＧＮＤに落ちにくくなるため、図４（ａ）では放射方向はＹ軸方向の−方向への傾きが少なく、図４（ｂ）では放射方向はＸ軸方向の−方向への傾きが少なくなる。
従って、このように指向性アンテナを構成した場合も天頂方向からＸ軸方向、Ｙ軸方向のθ方向に自由に放射方向を移動させることができるようになる。
また、短絡位置が複数あるので、抵抗やスイッチが直接パッチにつなげることができ分岐配線などの余分な抵抗やリアクタンスを少なくすることができる。
【００１４】
図５は本発明の第５の実施形態に係る指向性アンテナの構成図である。
この図５（ａ）（ｂ）に示す給電パッチ２も給電点１により給電されて矢印で示した励振方向で励振している。図５（ａ）は給電パッチ２の上下に無給電パッチ３ａ、３ｂを配置した場合、図５（ｂ）は給電パッチ２の左右に無給電パッチ３ａ、３ｂを配置した場合を示している。
図５（ａ）に示す無給電パッチ３ａ、３ｂには２本の抵抗を含むＧＮＤ短絡線６が励振方向の両端部にそれぞれ設置してある。なお、図５（ａ）では無給電パッチ３ｂのＧＮＤ短絡線の図示は省略している。
この場合、抵抗を含むＧＮＤ短絡線６はスイッチＯＮ状態のときにＧＮＤと短絡されている状態となる。なお、図５（ａ）に示したＧＮＤ短絡線６の配置はあくまでも一例であり、ＧＮＤ短絡線６の配置や数は任意である。また必要に応じて抵抗を含むＧＮＤ短絡線６を増やしても良い。さらに短絡点が複数存在するので、抵抗は固定抵抗でも可変抵抗でも良い。
一方、図５（ｂ）に示す無給電パッチ３ａ、３ｂには２本の抵抗を含むＧＮＤ短絡線６が励振方向の両端部にそれぞれ設置してある。なお、図５（ｂ）では無給電パッチ３ｂのＧＮＤ短絡線の図示は省略している。
この場合も抵抗を含むＧＮＤ短絡線６はスイッチＯＮ状態のときにＧＮＤと短絡されている状態となる。なお、図５（ｂ）に示したＧＮＤ短絡線６の配置はあくまでも一例であり、ＧＮＤ短絡線６の配置や数は任意である。また必要に応じて抵抗を含むＧＮＤ短絡線６を増やしても良い。さらに短絡点が複数存在するので、抵抗は固定抵抗でも可変抵抗でも良い。
【００１５】
このような指向性アンテナにおける電磁波の放射方向は、ＧＮＤ短絡線がすべてＧＮＤから浮いていれば紙面と垂直方向である天頂方向である。例えば抵抗を含むＧＮＤ短絡線６をＧＮＤに短絡した場合、図５（ａ）では放射方向は天頂方向よりもＹ軸方向の−方向に傾き、図５（ｂ）では放射方向は天頂方向よりもＸ軸方向の−方向に傾く。
これは無給電パッチ３ａ（３ｂ）のいずれか一方をＧＮＤに落とすことにより電流値が下がり、ＧＮＤに落とさない側における無給電パッチ３ｂ（３ａ）の電流の位相と、給電パッチ２の電流の位相との相互関係から起こることであり、両方の無給電パッチ３ａ、３ｂがＧＮＤから浮いている状態または両方の無給電パッチ３ａ、３ｂがＧＮＤに落ちている状態では相互関係は存在するが、給電パッチ２を挟んで無給電パッチ３ａ、３ｂが線対称に配置されているため、打ち消し合って放射方向は天頂方向になる。
無給電パッチ３ａを、抵抗を介してＧＮＤに短絡した場合において、抵抗値が低い場合にはＧＮＤに落ちやすくなり無給電パッチ３ａの誘起された電流が小さくなるので、図５（ａ）では放射方向はよりＹ軸方向の−方向に傾き、図５（ｂ）では放射方向はよりＸ軸方向の−方向に傾く。逆に、抵抗値が高い場合には無給電パッチ３ａに誘起された電流がＧＮＤに落ちにくくなるため、図５（ａ）では放射方向はＹ軸方向の−方向への傾きが少なく、図５（ｂ）では放射方向はＸ軸方向の−方向への傾きが少なくなる。
従って、このように指向性アンテナを構成した場合も天頂方向からＸ軸方向、Ｙ軸方向のθ方向に自由に放射方向を移動させることができるようになる。
また短絡位置が離れたところにあるので、抵抗やスイッチが配置しやすくなる。
【００１６】
図６は本発明の第６の実施形態に係る指向性アンテナの構成図である。
この図６（ａ）（ｂ）に示す給電パッチ２も給電点１により給電されて矢印で示した励振方向で励振している。図６（ａ）は給電パッチ２の上下に無給電パッチ３ａ、３ｂを配置した場合、図６（ｂ）は給電パッチ２の左右に無給電パッチ３ａ、３ｂを配置した場合を示している。
図６（ａ）に示す無給電パッチ３ａ、３ｂには６本の抵抗を含むＧＮＤ短絡線７が励振方向の両端部にそれぞれ３本ずつ設置してある。なお、図６（ａ）では無給電パッチ３ｂのＧＮＤ短絡線の図示は省略している。
この場合、抵抗を含むＧＮＤ短絡線７はスイッチＯＮ状態のときにＧＮＤと短絡されている状態となる。なお、図６（ａ）に示したＧＮＤ短絡線７の配置はあくまでも一例であり、ＧＮＤ短絡線７の配置や数は任意である。また必要に応じて抵抗を含むＧＮＤ短絡線７を増やしても減らしても良い。さらに短絡点が複数存在するので、抵抗は固定抵抗でも可変抵抗でも良い。
一方、図６（ｂ）に示す無給電パッチ３ａ、３ｂには６本の抵抗を含むＧＮＤ短絡線７が励振方向の両端部にそれぞれ３本ずつ設置してある。なお、図６（ｂ）では無給電パッチ３ｂのＧＮＤ短絡線の図示は省略している。
この場合も抵抗を含むＧＮＤ短絡線７は、スイッチＯＮ状態のときにＧＮＤと短絡されている状態となる。なお、図６（ｂ）に示したＧＮＤ短絡線７の配置はあくまでも一例であり、ＧＮＤ短絡線７の配置や数は任意である。また必要に応じて抵抗を含むＧＮＤ短絡線７を増やしても減らしても良い。さらに短絡点が複数存在するので、抵抗は固定抵抗でも可変抵抗でも良い。
【００１７】
このような指向性アンテナにおける電磁波の放射方向は、ＧＮＤ短絡線７がすべてＧＮＤから浮いていれば紙面と垂直方向である天頂方向である。例えば抵抗を含むＧＮＤ短絡線７をＧＮＤに短絡した場合、図６（ａ）では放射方向は天頂方向よりもＹ軸方向の−方向に傾き、図６（ｂ）では放射方向は天頂方向よりもＸ軸方向の−方向に傾く。
これは無給電パッチ３ａ（３ｂ）のいずれか一方をＧＮＤに落とすことにより電流値が下がり、ＧＮＤに落とさない側における無給電パッチ３ｂ（３ａ）の電流の位相と、給電パッチ２の電流の位相との相互関係から起こることであり、両方の無給電パッチ３ａ、３ｂがＧＮＤから浮いている状態または両方の無給電パッチ３ａ、３ｂがＧＮＤに落ちている状態では相互関係は存在するが給電パッチ２を挟んで無給電パッチ３ａ、３ｂが線対称に配置されているため打ち消し合って放射方向は天頂方向になる。
無給電パッチ３ａを、抵抗を介してＧＮＤに短絡した場合において、抵抗値が低い場合にはＧＮＤに落ちやすくなり無給電パッチの誘起された電流が小さくなるので、図６（ａ）では放射方向はよりＹ軸方向の−方向に傾き、図６（ｂ）では放射方向はよりＸ軸方向の−方向に傾く。逆に、抵抗値が高い場合には無給電パッチ３ａに誘起された電流がＧＮＤに落ちにくくなるため、図６（ａ）では放射方向はＹ軸方向の−方向への傾きが少なく、図６（ｂ）では放射方向はＸ軸方向の−方向への傾きが少なくなる。
従って、このように指向性アンテナを構成した場合も天頂方向からＸ軸方向、Ｙ軸方向のθ方向に自由に放射方向を移動させることができるようになる。
また短絡位置が複数あるので抵抗やスイッチが直接パッチにつなげることができ分岐配線などの余分な抵抗やリアクタンスを少なくすることができる。
さらに短絡位置が離れたところに複数あるので抵抗やスイッチが配置しやすくなる。
【００１８】
図７は本発明の第７の実施形態に係る指向性アンテナの構成図である。
この図７において、給電パッチ２は給電点１により給電されて矢印で示した励振方向で励振している。
図７（ａ）（ｂ）に示す指向性アンテナは、給電パッチ２の周囲に無給電パッチ３ａ〜３ｈが配置されている。無給電パッチ３ａ〜３ｈにはそれぞれ１本の可変抵抗を含むＧＮＤ短絡線９が設置してある。なお、図７（ａ）では、無給電パッチ３ａ〜３ｃにのみＧＮＤ短絡線９を示し、他の無給電パッチ３ｄ〜３ｈのＧＮＤ短絡線９は省略する。図７（ｂ）では、無給電パッチ３ａ、３ｇ、３ｈにのみＧＮＤ短絡線９を示し、他の無給電パッチ３ｂ〜３ｆのＧＮＤ短絡線９は省略する。
この場合、可変抵抗を含むＧＮＤ短絡線９は、スイッチＯＮ状態のときにＧＮＤと短絡されている状態となる。なお、図７（ａ）（ｂ）に示したＧＮＤ短絡線９の配置はあくまでも一例であり、ＧＮＤ短絡線９の配置や数は任意である。また必要に応じてＧＮＤ短絡線９を増やしても良い。
このような指向性アンテナにおける電磁波の放射方向は、ＧＮＤ短絡線９がすべてＧＮＤから浮いていれば紙面と垂直方向である天頂方向である。例えばＧＮＤ短絡線９をＧＮＤに短絡した場合、図７（ａ）では放射方向は天頂方向よりもＹ軸方向の−方向に傾き、図７（ｂ）では放射方向は天頂方向よりもＸ軸方向の−方向に傾く。
これは無給電パッチをＧＮＤに落とすことにより、ＧＮＤに落とさない側における無給電パッチの電流の位相と、給電パッチ２の電流の位相との相互関係から起こることであり、周囲の無給電パッチ３ａ〜３ｈがＧＮＤから浮いている状態または周囲の無給電パッチ３ａ〜３ｈがＧＮＤに落ちている状態では相互関係は存在するが給電パッチ２を挟んで無給電パッチ３がすべて線対称に配置されているため打ち消し合って放射方向は天頂方向になる。
【００１９】
例えば図７（ａ）に示すように無給電パッチ３ａ、３ｂ、３ｃを、抵抗を介してＧＮＤに短絡した場合において、抵抗値が低い場合にはＧＮＤに落ちやすくなり無給電パッチ３ａ、３ｂ、３ｃの誘起された電流が小さくなるので、図７（ａ）では放射方向はよりＹ軸方向の−方向に傾く。逆に、抵抗値が高い場合には無給電パッチ３ａ、３ｂ、３ｃに誘起された電流がＧＮＤに落ちにくくなるため、図７（ａ）では放射方向はＹ軸方向の−方向への傾きが少なく、一方、図７（ｂ）に示すように、無給電パッチ３ａ、３ｇ、３ｈを、抵抗を介してＧＮＤに短絡した場合において、抵抗値が低い場合にはＧＮＤに落ちやすくなり無給電パッチ３ａ、３ｇ、３ｈの誘起された電流が小さくなるので、図７（ｂ）では放射方向はよりＸ軸方向の−方向に傾く。逆に、抵抗値が高い場合には無給電パッチ３ａ、３ｇ、３ｈに誘起された電流がＧＮＤに落ちにくくなるため、図７（ｂ）では放射方向はＸ軸方向の−方向への傾きが少なくなる。
従って、このように指向性アンテナを構成した場合も天頂方向からＸ軸方向、Ｙ軸方向のθ方向に自由に放射方向を移動させることができるようになる。
また複数の無給電パッチあるので、抵抗やスイッチが直接パッチにつなげることができ分岐配線などの余分な抵抗やリアクタンスを少なくすることができる。
さらに短絡位置が離れたところに複数あるので、抵抗やスイッチが配置しやすくなる。
【００２０】
図８は本発明の第８の実施形態に係る指向性アンテナの構成図である。
この図８において、給電パッチ２は給電点１により給電されて矢印で示した励振方向で励振している。給電パッチ２の周囲には無給電パッチ３ａ〜３ｈが配置されている。無給電パッチ３ａ〜３ｈにはそれぞれ１本の可変抵抗を含むＧＮＤ短絡線１０が設置してある。なお、図８では無給電パッチ３ａ、３ｂ、３ｈにのみＧＮＤ短絡線１０を示し、無給電パッチ３ｃ〜３ｇのＧＮＤ短絡線１０の図示は省略する。
この場合、可変抵抗を含むＧＮＤ短絡線１０は、スイッチＯＮ状態のときにＧＮＤと短絡されている状態となる。なお、図８に示したＧＮＤ短絡線１０の配置はあくまでも一例であり、ＧＮＤ短絡線１０の配置や数は任意である。また必要に応じてＧＮＤ短絡線１０を増やしても良い。
このような指向性アンテナにおける電磁波の放射方向は、ＧＮＤ短絡線１０がすべてＧＮＤから浮いていれば紙面と垂直方向である天頂方向である。例えばＧＮＤ短絡線１０をＧＮＤに短絡した場合、放射方向は天頂方向よりもＸ軸の−方向とＹ軸の−方向の中間方向に傾く。
これは無給電パッチ３ａ、３ｂ、３ｈをＧＮＤに落とすことにより電流値が下がり、ＧＮＤに落とさない側における無給電パッチ３ｃ〜３ｇの電流の位相と、給電パッチ２の電流の位相との相互関係から起こることであり、無給電パッチ３ａ〜３ｈがＧＮＤから浮いている状態または無給電パッチ３ａ〜３ｈがＧＮＤに落ちている状態では相互関係は存在するが給電パッチ２を挟んで無給電パッチ３ａ〜３ｈがすべて線対称に配置されているため打ち消し合って放射方向は天頂方向になる。
無給電パッチ３ａ、３ｂ、３ｈを、抵抗を介してＧＮＤに短絡した場合において、抵抗値が低い場合にはＧＮＤに落ちやすくなり無給電パッチ３ａ、３ｂ、３ｈの誘起された電流が小さくなるので、図８では放射方向はよりＸ軸の−方向とＹ軸の−方向の中間方向に傾く。逆に、抵抗値が高い場合には無給電パッチ３ａ、３ｂ、３ｈに誘起された電流がＧＮＤに落ちにくくなるため、図８では放射方向はＸ軸の−方向とＹ軸の−方向の中間方向の傾きが少なくなる。
【００２１】
従って、このように指向性アンテナを構成した場合も、天頂方向からＸ軸方向、Ｙ軸方向のθ方向に自由に放射方向を移動させることができるようになる。
また複数の無給電パッチあるので、抵抗やスイッチが直接パッチにつなげることができ分岐配線などの余分な抵抗やリアクタンスを少なくすることができる。
さらに短絡位置が離れたところに複数あるので、抵抗やスイッチが配置しやすくなる。
なお、図１から図６までの実施形態では説明を簡単にするため無給電パッチ３をＸ軸方向Ｙ軸方向のみに並べた場合を述べ、θ方向の移動を述べたが、図７、図８に示すように給電パッチ２の周りに無給電パッチ３を配置すれば、図示していないスイッチのＯＮ−ＯＦＦの組み合わせによりＸＹ平面のあらゆる方向（θ方向及びφ方向）に自由に放射方向を移動することができるようになることはいうまでもない。さらに、無給電パッチの外側に同様の無給電パッチを設けても良く、同様またはそれ以上の効果が得られる。そのまた外側も同様である。
以上述べてきたように、本発明を使用することにより、小型化が可能であり、自由に方向が選択できる指向性アンテナおよび指向性アンテナシステムを構築することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る指向性アンテナの構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る指向性アンテナの構成図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る指向性アンテナの構成図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る指向性アンテナの構成図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る指向性アンテナの構成図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る指向性アンテナの構成図である。
【図７】本発明の第７の実施形態に係る指向性アンテナの構成図である。
【図８】本発明の第８の実施形態に係る指向性アンテナの構成図である。
【図９】ＸＹＺ方向の定義とθ、φの定義を示す図である。
【図１０】従来例を示す図（その１）である。
【図１１】従来例を示す図（その２）である。
【図１２】従来例を示す図（その３）である。
【図１３】従来例を示す図（その４）である。
【符号の説明】
【００２３】
１  給電点、２  給電パッチ、３ａ〜３ｈ  無給電パッチ、４、９、１０  可変抵抗を含むＧＮＤ短絡線、５、６、７、８  ＧＮＤ短絡線、１１、１１ａ〜１１ｄ  スイッチ、１２ａ〜１２ｃ  固定抵抗、１３  可変抵抗
【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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