(57)【要約】本発明の目的は、損失を抑え、ビーム走査範囲が広いアンテナ装置を提供することにある。本発明の一態様におけるアンテナ装置は、第１の移相器、第２の移相器及び第３の移相器と、前記第１の移相器と前記第２の移相器との間を直列かつ直接かつ電気的に接続する第１の接続部と、前記第２の移相器と前記第３の移相器との間を直列かつ直接かつ電気的に接続する第２の接続部と、前記第１乃至前記第３の移相器に給電する給電部と、を備え、前記第１の移相器と前記第２の移相器と、及び前記第２の移相器と前記第３の移相器とは、第１の接続部及び第２の接続部において互いに特性インピーダンスが不連続である。
2016103670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の移相器、第２の移相器及び第３の移相器と、
前記第１の移相器と前記第２の移相器との間を直列かつ直接かつ電気的に接続する第１の接続部と、
前記第２の移相器と前記第３の移相器との間を直列かつ直接かつ電気的に接続する第２の接続部と、
前記第１乃至前記第３の移相器に給電する給電部と、を備え、
前記第１の移相器と前記第２の移相器と、及び前記第２の移相器と前記第３の移相器とは、第１の接続部及び第２の接続部において互いに特性インピーダンスが不連続であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置はビームを放射し、
前記第１乃至前記第３の移相器は、位相をそれぞれ制御することで前記ビームを走査することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のアンテナ装置は、前記第１及び前記第２の移相器、又は前記第１乃至前記第３の移相器を単位セルとして、前記単位セルを繰り返し配列して構成され、
前記単位セル各々の位相遅延は周期的であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記第１乃至前記第３の移相器の各々は、第１のポート、第２のポート、第３のポート及び第４のポートを有するハイブリッドカプラと、リアクタンス値を制御可能な２つの可変リアクタンス素子と、を備え、
２つの前記可変リアクタンス素子の一端は、前記第２のポートと前記第３のポートとに１つずつ接続され、
２つの前記可変リアクタンス素子の他端は短絡されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のアンテナ装置は、前記可変リアクタンス素子のキャパシタンス値を制御することで、前記ビームを走査することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項４に記載のアンテナ装置であって、
前記ハイブリッドカプラは互いに特性インピーダンスが異なる主線路と副線路とを備え、
前記接続部は前記ハイブリッドカプラの前記主線路同士を接続し、
前記主線路の特性インピーダンスは、前記第１の移相器と前記第２の移相器と、及び前記第２の移相器と前記第３の移相器とで異なることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記第１乃至前記第３の移相器の配列構造の終端部は抵抗又はリアクタンスが接続されている、或いは開放又は短絡されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
第１の移相器、第２の移相器及び第３の移相器と、
前記第１の移相器と前記第２の移相器との間を直列かつ直接かつ電気的に接続する第１の接続部と、
前記第２の移相器と前記第３の移相器との間を直列かつ直接かつ電気的に接続する第２の接続部と、
前記第１乃至前記第３の移相器に周波数可変な信号を送信及び受信の両方又はいずれか一方を行う無線機と、を備え、
前記第１の移相器と前記第２の移相器と、及び前記第２の移相器と前記第３の移相器とは、第１の接続部及び第２の接続部において互いに特性インピーダンスが不連続であり、  前記無線機は周波数を制御することで放射ビームを走査することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項９】
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記第１の移相器と前記第２の移相器との長さの合計、及び前記第２の移相器と前記第３の移相器との長さの合計の両方又はいずれか一方は、所定の周波数における自由空間波長の半分の長さに比べて短いことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のアンテナ装置は、前記第１乃至前記第３の移相器の配列構造を２群以上と、並列接続部と、をさらに備え、
前記並列接続部は２群以上の前記配列構造各々の一端を並列に接続し、
前記給電部は２群以上の前記配列構造へ給電することを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広範囲で無線通信を行うアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナを物理的に動かすことなく指向性ビームを走査するアンテナとして、フェーズドアレイアンテナが知られている。フェーズドアレイアンテナは、複数のアンテナ素子で構成される。各アンテナ素子には、それぞれ移相器が接続される。各移相器は、接続されるアンテナ素子が放射する電波の位相を変化させる。移相器がアンテナ素子の移相量を制御することによって、フェーズドアレイアンテナは、指向性ビームを走査することができる。例えば、特許文献１には、指向性制御が可能なアレーアンテナが開示されている。また、特許文献２には、位相調整が可能なアンテナ給電ネットワークが開示されている。【０００３】
特許文献３は、フェーズドアレイアンテナの各アンテナ素子に可変キャパシタをそれぞれ接続した構成を開示している。特許文献３に記載のフェーズドアレイアンテナは、可変キャパシタの値を変化させることによって、アンテナ素子が放射する電波の位相を変化させる。こうして各アンテナ素子の移相量を制御することによって、特許文献３に記載のフェーズドアレイアンテナは、ビームを走査する。【０００４】
特許文献４は、可変リアクタンス素子を有するアンテナ素子を２つ以上含む素子群を２群以上具備したフェーズドアレイアンテナの構成を開示している。特許文献４に記載のフェーズドアレイアンテナは、可変リアクタンスの値を変化させることによって、アンテナ素子の位相を変化させる。こうして各アンテナ素子の移相量を制御することによって、特許文献４に記載のフェーズドアレイアンテナは、ビームを走査する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２３６３８９号公報
【特許文献２】特開２０００−０９１８３２号公報
【特許文献３】米国特許第７９０７１００号明細書
【特許文献４】特許第３９７０２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献３および４に記載のフェーズドアレイアンテナは、可変リアクタンス素子のキャパシタンス値を変化させることによって、ビームを走査する。しかし、これらアンテナのキャパシタンス値が大きい場合、高周波帯において可変リアクタンス素子の反射損失が増加する。この理由により、特許文献３および４に記載のフェーズドアレイアンテナは、低周波帯でしか利用できないという問題がある。また同様の理由により、特許文献３および４に記載のフェーズドアレイアンテナは、損失を少なくするためにキャパシタンス値を制限する必要がある。このとき、各アンテナ素子の移相量は小さくなるため、ビーム走査範囲が狭くなるという問題がある。【０００７】
本発明の目的は、損失を抑え、ビーム走査範囲が広い指向性可変アンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様における指向性可変アンテナ装置は、第１の移相器、第２の移相器及び第３の移相器と、前記第１の移相器と前記第２の移相器との間を直列かつ直接かつ電気的に接続する第１の接続部と、前記第２の移相器と前記第３の移相器との間を直列かつ直接かつ電気的に接続する第２の接続部と、前記第１乃至前記第３の移相器に給電する給電部と、を備え、前記第１の移相器と前記第２の移相器と、及び前記第２の移相器と前記第３の移相器とは、第１の接続部及び第２の接続部において互いに特性インピーダンスが不連続である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明における第１の効果は、指向性可変アンテナ装置において、損失が少なく広範囲にビーム走査が可能な点にある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態における指向性可変アンテナ装置が制御線を備える構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の具体化された構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の具体化された構成で用いられる移相器の拡大図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の具体化された構成で用いられる移相器の拡大図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第１の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の具体的な構成で用いられる移相器の拡大図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の第１の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の具体的な構成で用いられる移相器の拡大図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の具体的な構成で用いられる単位セルの構成を例示する図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の具体的な構成で用いられる単位セルにおける減衰定数と位相定数の周波数特性を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の第１の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の具体的な構成で用いられる単位セルにおける位相定数の周波数特性を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の具体的な構成を例示する図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の具体的な構成における放射パターンを示すグラフである。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の構成で用いられる移相器の拡大図である。
【図１４】図１４は、本発明の第３の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、本発明の第３の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の構成で用いられる移相器の拡大図である。
【図１６】図１６は、本発明の第４の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、本発明の第５の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、本発明の第５の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、本発明の第５の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】図１８は、本発明の第６の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】図１９は、本発明の第７の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】図２０は、本発明の第８の実施の形態における指向性可変アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための形態が図面を参照して詳細に説明される。なお、各図面及び明細書記載の各実施の形態において、同様の機能を備える構成要素には同様の符号が与えられる。なお、図面中の矢印の向きは、一例を示すものであり、ブロック間の信号の向きを限定するものではない。
【００１２】
［第１の実施の形態］
本発明の指向性可変アンテナ装置（アンテナ装置）の第１の実施の形態が、図面を参照して詳細に説明される。
【００１３】
まず、図１を参照し、第１の実施の形態の構成例が説明される。図１は第１の実施の形態における指向性可変アンテナ装置１００の構成例を示すブロック図である。第１の実施の形態における指向性可変アンテナ装置１００は、移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎ、接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）、給電部１１、終端抵抗部１２、から構成される。
【００１４】
移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎは、自由空間に対して開放系、すなわち、外部との電磁波の往来が可能な状態にある。移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎは、直線状に配列された３つ以上の移相器で構成される。本実施の形態では、移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎは直線状に配列されている。しかし、これら移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎは、非直線状に配列されても良い。移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎは、図２に示すように、位相を制御するための制御信号を伝送する制御線１４を備えていることが望ましい。移相器１０１、１０２、…、１０Ｎが、移相器１０１、移相器１０２、…、移相器１０Ｎの順に配列される場合、移相器１０１と移相器１０２との関係、移相器１０２と移相器１０３との関係、…、移相器１０（Ｎ−１）と移相器１０Ｎとの関係は、各接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）において特性インピーダンスが不連続な関係となっている。本実施の形態では、移相器１０１と移相器１０２との間、移相器１０２と移相器１０３との間、…、及び移相器１０（Ｎ−１）と移相器１０Ｎとの間は、接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）によって、直列かつ他の構成を介さず直接かつ電気的に接続される構成となっている。この構成により、指向性可変アンテナ装置１００は、各接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）において電波を放射する。
【００１５】
本実施の形態の移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎは、移相器１０１及び移相器１０２を単位セル１３とし、単位セル１３を繰り返し配列した２種類の移相器で構成される。すなわち、移相器１０１、移相器１０３、移相器１０５、…は、同じ種類の移相器であり、移相器１０２、移相器１０４、移相器１０６、…は、同じ種類の移相器である。しかし、移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎの構成はこれに限られない。例えば、移相器１０３は、移相器１０１及び移相器１０２と異なる種類の移相器とし、移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎは、３種類の移相器で構成されても良い。同様に、移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎは、４種類以上の移相器で構成されても良い。３種類以上の移相器を使用する場合、移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎは、本実施の形態のように単位セルを繰り返し配列した構造であっても良い。移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎは、各々の単位セルの位相遅延が周期的となるように配列される。すなわち、信号の位相の回転量が各々の単位セルで同じ状態となっている。移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎは、移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎ各々の位相を制御することで、接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）において放射される電波の方向を変化させる。すなわち、移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎは、指向性可変アンテナ装置１００の放射ビームを走査することができる。
【００１６】
接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）は、順に、移相器１０１と移相器１０２との間、移相器１０２と移相器１０３との間、…、及び移相器１０（Ｎ−１）と移相器１０Ｎとの間を直列かつ他の構成を介さず直接かつ電気的に接続する。接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）は、接続する移相器同士の特性インピーダンスの不連続性によって電波を放射する。この原理を簡単に説明する。移相器１０１に給電された電磁的な信号は、移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎを順に通り、終端抵抗部１２まで伝搬する。しかし、各移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎの接合点である接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）においてインピーダンスが不連続である場合、接続先の移相器にすべての信号を伝搬することができない。この場合、接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）から一部の信号が電波となって漏れ出す。これら接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）から放射される電波が組み合わさって、指向性可変アンテナ装置１００のビームが形成される。
【００１７】
給電部１１は、移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎの配列構造の一端（本実施の形態では、移相器１０１）と接続される。給電部１１は、指向性可変アンテナ装置１００へ電磁的な信号を給電する。
【００１８】
終端抵抗部１２は、移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎの配列構造の給電部１１が接続されていない方の端部（本実施の形態では、移相器１０Ｎ）と接続される。終端抵抗部１２は、指向性可変アンテナ装置１００の終端部の不要反射を防ぐ。
【００１９】
次に、図３を参照し、図１に示した指向性可変アンテナ装置１００の移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎの具体化された構成について説明する。移相器２０１、２０２、２０３、…、２０Ｎ、単位セル２３、接続部２１１、２１２、…、２１（Ｎ−１）、給電部２１、及び終端抵抗部２２は、図１の移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎ、単位セル１３、接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）、給電部１１、及び終端抵抗部１２と同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。
【００２０】
移相器２０１、２０２、２０３、…、２０Ｎは、ハイブリッドカプラにシャントされた２つの可変リアクタンス素子を接続して構成される。
【００２１】
続いて、図４及び５を参照し、図３に示した移相器２０１、２０２、２０３、…、２０Ｎの構成が詳細に説明される。
【００２２】
図４は図３に示した移相器２０１の構成を示す拡大図である。移相器２０１は、主線路２２１、副線路２２２から構成されるハイブリッドカプラ２２０と、可変リアクタンス素子２２３とから構成される。
【００２３】
ハイブリッドカプラ２２０は、主線路２２１及び副線路２２２を所望の周波数において、電気長θm及びθsが９０°となるように設定する。ここで、主線路２２１の特性インピーダンスをＺ0、副線路２２２の特性インピーダンスをＺ0／√２とした場合、ハイブリッドカプラ２２０は、３ｄＢブランチラインカプラと呼ばれる素子として動作する。ハイブリッドカプラ２２０が可変リアクタンス素子２２３と接続されていない場合、ポート２２０−１へ信号を入力すると、ポート２２０−２及び２２０−３は電力がそれぞれ半分ずつになった信号を出力する。このとき、ポート２２０−４は信号を出力しない。これが３ｄＢブランチラインカプラの基本的な動作である。一方、ハイブリッドカプラ２２０が、ポート２２０−２及び２２０−３において、それぞれ短絡された可変リアクタンス素子２２３と接続された場合、これらは移相器として動作する。本実施の形態のハイブリッドカプラ２２０は、後者の構成をとっている。ハイブリッドカプラ２２０は、ポート２２０−１へ信号が入力されるとポート２２０−４から信号を出力する。
【００２４】
ポート２２０−１及び２２０−４に関するＳ行列は、下記の通り記述される。
【００２５】
【数１】
2016103670.tif 000003
【００２６】
ここで、ＸTはＸT＝−１／ωＣＺ0であり、ωは周波数ｆを用いてω＝２πｆで表される角周波数である。また、φはＳパラメータＳ41及びＳ14の位相成分である。ＳパラメータＳ41及びＳ14の形式から、共に絶対値は所望の周波数において１となり、原理的には、ポート２２０−１とポート２２０−４との間の信号は完全透過する。
【００２７】
また、ＳパラメータＳ41及びＳ14の位相成分φは、可変リアクタンス素子２２３のキャパシタンス値Ｃを用いて次のように表される。
【００２８】
【数２】
2016103670.tif 000004
【００２９】
したがって、移相器２０１は、可変リアクタンス素子２２３のキャパシタンス値Ｃを掃引することで、ポート２２０−１とポート２２０−４との間において完全透過を維持したまま、位相φを制御することができる。なお、移相器２０１は、ハイブリッドカプラ２２０の主線路２２１及び副線路２２２の長さや太さを変えて電気長θm及びθsを調整することで、移相器の動作周波数をシフトさせることが可能である。
【００３０】
距離ｄhは、ハイブリッドカプラ２２０のポート２２０−１とポート２２０−４との間の距離を表す。
【００３１】
同様に、図５は図３に示した移相器２０２の構成を示す拡大図である。移相器２０２は、主線路２３１、副線路２３２から構成されるハイブリッドカプラ２３０と、可変リアクタンス素子２３３とから構成される。移相器２０２、主線路２３１、副線路２３２、及び可変リアクタンス素子２３３は、図４の移相器２０１、主線路２２１、副線路２２２、及び可変リアクタンス素子２２３と同様の機能を有するので、詳細な説明を省略する。
【００３２】
距離ｄlは、ハイブリッドカプラ２３０のポート２３０−１とポート２３０−４との間の距離を表す。
【００３３】
図６Ａを参照し、移相器２０１の具体的な構成である移相器３０１を説明する。本実施の形態では、ハイブリッドカプラ３２０は、主線路３２１及び副線路３２２の特性インピーダンスＺ0及びＺ0／√２が、それぞれ５０．０Ω及び３５．４Ωとなるように設計されている。ハイブリッドカプラ３２０は、ポート３２０−２及び３２０−３に、可変リアクタンス素子３２３の一方の端部が接続されており、もう一方の端部はグランド板に短絡されている。
【００３４】
同様に、図６Ｂを参照し、移相器２０２の具体的な構成である移相器３０２を説明する。ハイブリッドカプラ３３０は、主線路３３１の特性インピーダンスＺ0'及び副線路３３２の特性インピーダンスＺ0'／√２が、それぞれ１６．０Ω及び１１．３Ωとなるように設計されている。ハイブリッドカプラ３３０は、ポート３３０−２及び３３０−３に、短絡された可変リアクタンス素子３３３が接続されている。
【００３５】
次に、図７を参照し、図６Ａ及び図６Ｂに示した移相器３０１のポート３２０−４と移相器３０２のポート３３０−１とを接続した、単位セル３３の構成について説明する。
【００３６】
ポート３２０−４及びポート３３０−１は、それぞれの特性インピーダンスＺ0及びＺ0'が５０．０Ω及び１６．０Ωで大きく異なっている。この状態は、移相器を伝搬する信号にとって特性インピーダンスが不連続な状態とみなすことができる。したがって、移相器３０１と移相器３０２との接続部３１１において電波が放射される。接続部３１１において電波をより放射しやすくするためには、特性インピーダンスの差が大きくなるように、移相器３０１の主線路の幅を狭め、移相器３０２の主線路の幅を広げることが有効である。距離ｄは、ｄ＝ｄh＋ｄlのように、図６Ａ及び図６Ｂにおける距離ｄh及びｄｌの和で表されるポート３２０−１とポート３３０−４との間の距離である。距離ｄを周期間隔として単位セル３３を配列することで、第１の実施の形態の指向性可変アンテナ装置は、単位セル３３における位相遅延の周期性を保つ。また、距離ｄを自由空間における電磁波の波長の１／２未満とすることで、ビーム走査範囲をより広帯域化した指向性可変アンテナ装置が実現される。この構成は、移相器を密に配置するため、放射効率を向上させる。
【００３７】
ここで、本実施の形態の指向性可変アンテナ装置の動作原理を説明するための準備として、いくつかの重要なパラメータが紹介される。図３のような周期的な構造における電磁波の特性を記述するものとして、Ｆｌｏｑｕｅｔの定理（固体物理学ではＢｌｏｃｈの定理とも呼ぶ）がある。Ｆｌｏｑｕｅｔの定理に従うと、単位セル３３の長さ、つまり周期間隔ｄで配列された周期構造において、端子番号Ｎにおける信号の電圧ＶN及び電流ＩNは、Ｆ行列［Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ］と伝搬定数γ≡α＋ｊβとを用いて次のように表される。
【００３８】
【数３】
2016103670.tif 000005
【００３９】
このとき、電圧ＶN及び電流ＩNが０でない解を持つには、式（３）を
【００４０】
【数４】
2016103670.tif 000006
【００４１】
と変形したとき、左辺の行列の行列式がゼロとなる必要がある。
【００４２】
【数５】
2016103670.tif 000007
【００４３】
F行列成分のA及びDが式（５．１）及び（５．２）で表されることと、式（２）とを用いると、伝搬定数γについて次のような関係式を得る。
【００４４】
【数６】
2016103670.tif 000008
【００４５】
ここでαは、信号の減衰項を表す減衰定数と呼ばれる。減衰定数αが有限の場合、信号は周期構造内を伝搬するにつれて減衰する。一方、βは、位相定数と呼ばれる。位相定数βは、伝搬する信号における単位長さあたりの位相遅延を表す。
【００４６】
減衰定数αと位相定数βとは、周波数に依存する。したがって、減衰定数α及び位相定数βの特性によって、第１の実施の形態の指向性可変アンテナ装置の動作が決定される。アンテナとしての動作を保障するには、少なくとも減衰定数αが、使用する帯域において著しく大きな値をとらないことが望ましい。理由は、入力された信号が配列された移相器の中を伝搬するにつれて減衰してしまい、効率よく伝搬することができないことで、アンテナ装置全体を給電できなくなるためである。このように、減衰定数αが大きい値をとる帯域は、禁止帯、禁制帯、ストップバンドなどと呼ばれる。
【００４７】
一方、アンテナの放射ビームにおけるビーム主軸の方向θは、位相定数βによって下記の通り記述される。
【００４８】
【数７】
2016103670.tif 000009
【００４９】
ここで、ｋ0は自由空間における波数である。但し、式（７）が成り立つ条件、すなわち、アンテナが放射する条件は、｜β｜＜｜ｋ0｜の関係が満たされる場合に限られる。θ＝０°の場合、各移相器３０１、３０２、３０３、…、３０Ｎにおける位相遅延の合計値は、円周率の２倍の値に対して整数倍となっている。
【００５０】
位相定数βの調整は、単位セル３３の構造的な制御か、電気的な特性の制御でよい。位相定数βを適切に調整することで、所望の方向に放射ビームを形成可能な指向性可変アンテナ装置が実現される。また、位相定数βは、式（６）から分かる通り、移相器の位相成分φにも密接な関わりを持つパラメータである。移相器の位相を制御することは、位相定数βそのものを制御することに相当する。
【００５１】
図８は、図７に示された単位セル３３の減衰定数αと位相定数βの周波数特性について解析した結果を示した分散関係である。図８において、実線（Ａ）が位相定数β、点線（Ｂ）が減衰定数α、実線（Ｃ）が自由空間の波数ｋ0を示す。各パラメータには便宜上ｄ／πが掛けられている。ここで、周波数が２．０５ＧＨｚや２．９０ＧＨｚの近傍では、減衰定数αが有限の値、つまり禁止帯を持つ。この帯域では、単位セル３３は放射に寄与できないことが分かる。一方、２．１ＧＨｚから２．８ＧＨｚにかけて、減衰定数αはほぼゼロとなる。すなわち、信号は減衰せずに周期構造内を伝搬する。そして、同帯域では、同時に｜β｜＜｜ｋ0｜の関係が満たされている。このことから、単位セル２３を基本とした周期構造が放射に寄与することが分かる。
【００５２】
図９は、図６Ａにおける可変リアクタンス素子３２３をＣhigh、図６Ｂにおける可変リアクタンス素子３３３をＣlowとして、それぞれのキャパシタンス値を（ａ）Ｃlow＝１．２ｐＦ、Ｃhigh＝１．２ｐＦ、（ｂ）Ｃlow＝２．９ｐＦ、Ｃhigh＝２．１ｐＦ、（ｃ）Ｃlow＝７．０ｐＦ、Ｃhigh＝７．０ｐＦとして変化させた場合の、位相定数βの周波数特性を示したものである。図９において、周波数が２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚの範囲に注目すると、位相定数βの値は（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に増えていくことが分かる。すなわち、式（７）に従えば、放射ビームの主軸方向は可変リアクタンス素子のキャパシタンス値Ｃの制御によって掃引される。
【００５３】
上記を確かめるために、図１１に示される、図７の単位セル３３を繰り返し配列して構成される指向性可変アンテナ装置３００（図１０参照）の放射ビームが参照される。ここで、図１０に図示された角度θは、式（７）で表される放射ビームの主軸方向に相当する。指向性可変アンテナ装置３００は、給電部３１より給電される。また、指向性可変アンテナ装置３００は、終端抵抗部３２において短絡される。
【００５４】
図１１は、図１０の指向性可変アンテナ装置３００の放射パターン図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順にキャパシタンス値を変えることで、実際に放射ビームの主軸方向θが＋２５°、０°、−４５°と広範囲にわたって変化することが分かる。
【００５５】
本発明の第１の実施の形態では、アンテナ素子を使用することなく移相器のみで指向性可変アンテナが構成される。これにより、アンテナの小型化、ビーム走査範囲の広域化が実現される。また、本実施の形態の移相器は、ハイブリッドカプラと可変リアクタンス素子を組み合わせた構成である。可変リアクタンス素子を制御することによって位相が制御されるため、移相器あたりの反射損失が最小限に抑えられる。したがって、本実施の形態の指向性可変アンテナ装置は、より広範囲にビーム走査することができる。
【００５６】
［第２の実施の形態］
本発明の指向性可変アンテナ装置の第２の実施の形態が、図面を参照して詳細に説明される。
【００５７】
まず、図１２を参照し、第２の実施の形態の構成例が説明される。図１２は第２の実施の形態における指向性可変アンテナ装置４００の構成例を示すブロック図である。第２の実施の形態における指向性可変アンテナ装置４００は、移相器４０１、４０２、４０３、…、４０Ｎ、接続部４１１、４１２、…、４１（Ｎ−１）、給電部４１、終端抵抗部４２、から構成される。移相器４０１、４０２、４０３、…、４０Ｎ、単位セル４３、接続部４１１、４１２、…、４１（Ｎ−１）、給電部４１、及び終端抵抗部４２は、第１の実施の形態の移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎ、単位セル１３、接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）、給電部１１、及び終端抵抗部１２と同様の機能を有する。したがって、詳細な説明は省略される。本実施の形態の移相器４０１、４０２、４０３、…、４０Ｎは、上述した第１の実施の形態における移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎの具体例である移相器２０１、２０２、２０３、…、２０Ｎとは別の具体例である。
【００５８】
図１２を参照し、図１に示された指向性可変アンテナ装置１００の移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎの具体化された構成が説明される。
【００５９】
移相器４０１、４０２、４０３、…、４０Ｎは、ランゲカプラに短絡された２つの可変リアクタンス素子を接続して構成される。
【００６０】
図１３は図１２に示された移相器４０１の構成を示す拡大図である。移相器４０１は、ランゲカプラ４２０と、可変リアクタンス素子４２３とから構成される。移相器４０１は、可変リアクタンス素子４２３のキャパシタンス値Ｃを掃引することで、ポート４２０−１とポート４２０−４との間の透過係数を変えることなく、すなわち無損失で、位相を制御することができる。なお、移相器４０１は、ランゲカプラ４２０の櫛状の線路４２２の長さや太さ、間隔を変えて、カプラ内に構成されるキャパシタンスや電気長θmを調整する。これらパラメータの調整により、移相器の動作周波数のシフトが可能である。
【００６１】
ランゲカプラ４２０は、線路４２２を櫛状に配置した構造となっており、複数の箇所において、離れた２つの地点を結ぶようにブリッジ線が接続された構造となっている。ランゲカプラ４２０は、ポート４２０−１、ポート４２０−２、ポート４２０−３及びポート４２０−４を有する。ポート４２０−１、ポート４２０−２、ポート４２０−３及びポート４２０−４の直近には特性インピーダンスＺ0の主線路４２１が接続される。ランゲカプラ４２０は、ポート４２０−２及びポート４２０−３において、それぞれ短絡された可変リアクタンス素子４２３に接続される。ランゲカプラ４２０は、ポート４２０−１へ信号が入力されるとポート４２０−４から信号を出力する。
【００６２】
本発明の第２の実施の形態では、アンテナ素子を使用することなく移相器のみで指向性可変アンテナが構成される。これにより、アンテナの小型化、ビーム走査範囲の広域化が実現される。また、移相器を構成するランゲカプラ４２０は、第１の実施の形態のブランチラインカプラと同様にハイブリッドカプラとして動作する。すなわち、可変リアクタンス素子を制御することによって位相を制御するため、移相器あたりの反射損失が最小限に抑えられる。したがって、本実施の形態の指向性可変アンテナ装置は、広範囲にビーム走査を行うことができる。
【００６３】
［第３の実施の形態］
本発明の指向性可変アンテナ装置の第３の実施の形態が、図面を参照して詳細に説明される。
【００６４】
まず、図１４を参照し、第３の実施の形態の構成例が説明される。図１４は第３の実施の形態における指向性可変アンテナ装置５００の構成例を示すブロック図である。第３の実施の形態における指向性可変アンテナ装置５００は、移相器５０１、５０２、５０３、…、５０Ｎ、接続部５１１、５１２、…、５１（Ｎ−１）、給電部５１、終端抵抗部５２、から構成される。移相器５０１、５０２、５０３、…、５０Ｎ、単位セル５３、接続部５１１、５１２、…、５１（Ｎ−１）、給電部５１、及び終端抵抗部５２は、第１の実施の形態の移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎ、単位セル１３、接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）、給電部１１、及び終端抵抗部１２と同様の機能を有する。したがって、詳細な説明は省略される。本実施の形態の移相器５０１、５０２、５０３、…、５０Ｎは、上述した第１の実施の形態における移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎの具体例である移相器２０１、２０２、２０３、…、２０Ｎ及び移相器４０１、４０２、４０３、…、４０Ｎとは別の具体例である。
【００６５】
図１４を参照し、図１に示した指向性可変アンテナ装置１００の移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎの具体化された構成が説明される。
【００６６】
移相器５０１、５０２、５０３、…、５０Ｎは、タンデムカプラに短絡された２つの可変リアクタンス素子を接続して構成される。
【００６７】
図１５は図１４に示した移相器５０１の構成を示す拡大図である。移相器５０１は、タンデムカプラ５２０と、可変リアクタンス素子５２３とから構成される。移相器５０１は、可変リアクタンス素子５２３のキャパシタンス値Ｃを掃引することで、ポート５２０−１とポート５２０−４との間の透過係数を変えることなく、すなわち無損失で、位相を制御することができる。
【００６８】
タンデムカプラ５２０は、２本の伝送線路で構成される。タンデムカプラ５２０は、２つの地点において、２本の伝送線路同士が電磁的結合を持つように１／４波長の長さに相当する区間を近接させたものである。タンデムカプラ５２０は、４つのポート５２０−１、ポート５２０−２、ポート５２０−３、及びポート５２０−４を有する。タンデムカプラ５２０は、ポート５２０−２及びポート５２０−３においてそれぞれ短絡された可変リアクタンス素子５２３と接続される。タンデムカプラ５２０は、ポート５２０−１へ信号が入力されるとポート５２０−４から信号を出力する。
【００６９】
本発明の第３の実施の形態では、アンテナ素子を使用することなく移相器のみで指向性可変アンテナが構成される。これにより、アンテナの小型化、ビーム走査範囲の広域化が実現される。また、移相器を構成するタンデムカプラ５２０は、第１の実施の形態のブランチラインカプラと同様にハイブリッドカプラとして動作する。すなわち、可変リアクタンス素子を制御することによって位相を制御するため、移相器あたりの反射損失が最小限に抑えられる。したがって、本実施の形態の指向性可変アンテナ装置は、広範囲にビーム走査を行うことができる。
【００７０】
［第４の実施の形態］
本発明の指向性可変アンテナ装置の第４の実施の形態が、図面を参照して詳細に説明される。
【００７１】
まず、図１６を参照し、第４の実施の形態の構成例が説明される。図１６は第４の実施の形態における指向性可変アンテナ装置６００の構成例を示すブロック図である。第４の実施の形態における指向性可変アンテナ装置６００は、第１の移相器群６０１、第２の移相器群６０２、第３の移相器群６０３、…、第Ｍの移相器群６０Ｍ、給電部６１、終端抵抗部６２、並列接続部６３から構成される。ここで、第１の移相器群６０１は、移相器１−１、１−２、１−３、…、１−Ｎ、及び接続部１１−１、１１−２、１１−３、…、１１−（Ｎ−１）から構成される。同様に、第２の移相器群は、移相器２−１、２−２、２−３、…、２−Ｎ、及び接続部１２−１、１２−２、１２−３、…、１２−（Ｎ−１）から構成され、…、第Ｍの移相器群は、移相器Ｍ−１、Ｍ−２、Ｍ−３、…、Ｍ−Ｎ、及び接続部１Ｍ−１、１Ｍ−２、１Ｍ−３、…、１Ｍ−（Ｎ−１）から構成される。移相器１−１、１−２、…、１−Ｎ、接続部１１−１、１１−２、…、１１−（Ｎ−１）、給電部６１、及び終端抵抗部６２は、第１の実施の形態の移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎ、接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）、給電部１１、及び終端抵抗部１２と同様の機能を有する。したがって、詳細な説明は省略される。本実施の形態の指向性可変アンテナ装置６００は、上述した第１の実施の形態における移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎの配列構造（本実施の形態における第１の移相器群）をアレイするために、並列接続部６３をさらに備える点を特徴とする。
【００７２】
指向性可変アンテナ装置６００は、第１の移相器群６０１が２群以上並列に接続されたアレイ構造である。第２の移相器群、第３の移相器群、…、第Ｍの移相器群は、第１の移相器群６０１の配列方向（行方向）と異なる方向（列方向）に、等間隔に配列される。本実施の形態の第２の移相器群６０２、第３の移相器群６０３、…、第Ｍの移相器群６０Ｍは、第１の移相器群６０１と同じ移相器群（移相器１−１、１−２、１−３、…、１−Ｎ）で構成される。しかし、これら第２の移相器群６０２、第３の移相器群６０３、…、第Ｍの移相器群６０Ｍは、第１の移相器群６０１と異なる移相器群で構成されても良い。例えば、移相器群ごとに使用される移相器の種類、数、配列形状等が異なっていても良い。また、本実施の形態の第１の移相器群６０１、第２の移相器群６０２、第３の移相器群６０３、…、第Ｍの移相器群６０Ｍは、互いに異なる間隔で配列されても良い。
【００７３】
並列接続部６３は、第１の移相器群６０１、第２の移相器群６０２、第３の移相器群６０３、…、第Ｍの移相器群６０Ｍの配列構造において、終端抵抗部６２が接続されていない側の端部を並列にかつ電気的に接続する。並列接続部６３は、第１の移相器群６０１、第２の移相器群６０２、第３の移相器群６０３、…、第Ｍの移相器群６０Ｍ各々と給電部６１とを接続する。
【００７４】
本発明の第４の実施の形態では、移相器の配列構造をアレイ化した指向性可変アンテナ装置が実現される。アレイ化することによって、指向性可変アンテナ装置は、アレイ化した方向に対しても指向性を持つ。したがって、本実施の形態の指向性可変アンテナ装置は、アンテナの利得を向上させることができる。
【００７５】
［第５の実施の形態］
本発明の指向性可変アンテナ装置の第５の実施の形態が、図面を参照して詳細に説明される。
【００７６】
まず、図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｃを参照し、第５の実施の形態の構成例が説明される。
【００７７】
図１７Ａは、第５の実施の形態における指向性可変アンテナ装置７００ａの構成例を示すブロック図である。第５の実施の形態における指向性可変アンテナ装置７００ａは、移相器７０１ａ、７０２ａ、７０３ａ、…、７０Ｎａ、接続部７１１ａ、７１２ａ、…、７１（Ｎ−１）ａ、給電部７１ａ、及び終端開放部７２から構成される。移相器７０１ａ、７０２ａ、７０３ａ、…、７０Ｎａ、接続部７１１ａ、７１２ａ、…、７１（Ｎ−１）ａ、及び給電部７１ａは、第１の実施の形態の移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎ、接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）、及び給電部１１と同様の機能を有する。したがって、詳細な説明は省略される。
【００７８】
同様に、図１７Ｂは、第５の実施の形態における指向性可変アンテナ装置７００ｂの構成例を示すブロック図である。第５の実施の形態における指向性可変アンテナ装置７００ｂは、移相器７０１ｂ、７０２ｂ、７０３ｂ、…、７０Ｎｂ、接続部７１１ｂ、７１２ｂ、…、７１（Ｎ−１）ｂ、給電部７１ｂ、及び終端リアクタンス部７３から構成される。移相器７０１ｂ、７０２ｂ、７０３ｂ、…、７０Ｎｂ、接続部７１１ｂ、７１２ｂ、…、７１（Ｎ−１）ｂ、及び給電部７１ｂは、第１の実施の形態の移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎ、接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）、及び給電部１１と同様の機能を有する。したがって、詳細な説明は省略される。
【００７９】
同様に、図１７Ｃは、第５の実施の形態における指向性可変アンテナ装置７００ｃの構成例を示すブロック図である。第５の実施の形態における指向性可変アンテナ装置７００ｃは、移相器７０１ｃ、７０２ｃ、７０３ｃ、…、７０Ｎｃ、接続部７１１ｃ、７１２ｃ、…、７１（Ｎ−１）ｃ、給電部７１ｃ、及び終端短絡部７４から構成される。移相器７０１ｃ、７０２ｃ、７０３ｃ、…、７０Ｎｃ、接続部７１１ｃ、７１２ｃ、…、７１（Ｎ−１）ｃ、及び給電部７１ｃは、第１の実施の形態の移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎ、接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）、及び給電部１１と同様の機能を有する。したがって、詳細な説明は省略される。
【００８０】
本実施の形態の終端開放部７２、終端リアクタンス部７３又は終端短絡部７４は、上述した第１の実施の形態における終端抵抗部１２の置換構成である。
【００８１】
終端開放部７２は、移相器７０１ａ、７０２ａ、７０３ａ、…、７０Ｎａの配列構造の端部（給電部７１ａと反対側）に接続される。終端開放部７２は、給電部７１ａから給電された進行波を反射し、反射波を形成する。これによって定在波が形成されるため、指向性可変アンテナ装置７００ａは、共振型のアンテナとして動作する。終端リアクタンス部７３及び終端短絡部７４も、同様の原理で指向性可変アンテナ装置７００ｂ及び７００ｃを共振型のアンテナとして動作させる。
【００８２】
本発明の第５の実施の形態では、共振型のアンテナとして動作する指向性可変アンテナ装置が実現される。共振型アンテナとすることにより、本実施の形態の指向性可変アンテナ装置の放射効率は向上される。
【００８３】
［第６の実施の形態］
本発明の指向性可変アンテナ装置の第６の実施の形態が、図面を参照して詳細に説明される。
【００８４】
まず、図１８を参照し、第６の実施の形態の構成例が説明される。図１８は第６の実施の形態における指向性可変アンテナ装置８００の構成例を示すブロック図である。第６の実施の形態における指向性可変アンテナ装置８００は、移相器８０１、８０２、８０３、…、８０Ｎ、接続部８１１、８１２、…、８１（Ｎ−１）、給電部８１、終端抵抗部８２、放射素子８３から構成される。移相器８０１、８０２、８０３、…、８０Ｎ、接続部８１１、８１２、…、８１（Ｎ−１）、給電部８１、及び終端抵抗部８２は、第１の実施の形態の移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎ、接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）、給電部１１、及び終端抵抗部１２と同様の機能を有する。したがって、詳細な説明は省略される。本実施の形態の指向性可変アンテナ装置８００は、上述した第１の実施の形態における指向性可変アンテナ装置１００にさらに放射素子８３を備える点を特徴とする。
【００８５】
放射素子８３は、接続部８１１、８１２、…、８１（Ｎ−１）に１つずつ電気的に接続される。放射素子８３は、接続部８１１、８１２、…、８１（Ｎ−１）から放射される電波を放射する。本実施の形態における放射素子８３は、接続部８１１、８１２、…、８１（Ｎ−１）と同じ数だけ複数備えられる。しかし、放射素子８３は、１つだけ備えられても良いし、複数であっても接続部８１１、８１２、…、８１（Ｎ−１）より少ない数だけ備えられても良い。
【００８６】
本発明の第６の実施の形態では、放射効率を向上させる指向性可変アンテナ装置が実現される。
【００８７】
［第７の実施の形態］
本発明の指向性可変アンテナ装置の第７の実施の形態が、図面を参照して詳細に説明される。
【００８８】
まず、図１９を参照し、第７の実施の形態の構成例が説明される。図１９は第７の実施の形態における指向性可変アンテナ装置９００の構成例を示すブロック図である。第７の実施の形態における指向性可変アンテナ装置９００は、移相器９０１、９０２、９０３、…、９０Ｎ、接続部９１１、９１２、…、９１（Ｎ−１）、無線機９１、終端抵抗部９２から構成される。移相器９０１、９０２、９０３、…、９０Ｎ、接続部９１１、９１２、…、９１（Ｎ−１）、及び終端抵抗部９２は、第１の実施の形態の移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎ、接続部１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）、及び終端抵抗部１２と同様の機能を有する。したがって、詳細な説明は省略される。本実施の形態の無線機９１は、上述した第１の実施の形態における給電部１１の置換構成である。
【００８９】
無線機９１は、周波数可変である送信機又は受信機の少なくとも一方で構成される。位相定数は周波数に対する分散を有する。したがって、無線機９１は、周波数を変化させることによって移相器９０１、９０２、９０３、…、９０Ｎの位相を変化させることができる。すなわち、指向性可変アンテナ装置９００は、周波数制御によってビームを走査することができる。
【００９０】
本発明の第７の実施の形態では、周波数を制御することでビームを走査することができる指向性可変アンテナ装置が実現される。
【００９１】
［第８の実施の形態］
本発明の指向性可変アンテナ装置の第８の実施の形態が、図面を参照して詳細に説明される。
【００９２】
まず、図２０を参照し、第８の実施の形態の構成例が説明される。図２０は第８の実施の形態における指向性可変アンテナ装置１０００の構成例を示すブロック図である。第８の実施の形態における指向性可変アンテナ装置１０００は、移相器１００１、１００２、１００３、…、１００Ｎ、伝送線路接続部１０１０−１、１０１０−２、１０１０−３、…、１０１０−２×Ｎ、給電部１０１１、終端抵抗部１０１２、伝送線路１０１３−１、１０１３−２、１０１３−３、…、１０１３−（Ｎ＋１）から構成される。移相器１００１、１００２、１００３、…、１００Ｎ、給電部１０１１、及び終端抵抗部１０１２は、第１の実施の形態の移相器１０１、１０２、１０３、…、１０Ｎ、給電部１１、及び終端抵抗部１２と同様の機能を有する。したがって、詳細な説明は省略される。本実施の形態の指向性可変アンテナ装置１０００は、上述した第１の実施の形態における指向性可変アンテナ装置１００に、さらに伝送線路１０１３−１、１０１３−２、１０１３−３、…、１０１３−（Ｎ＋１）、及び伝送線路接続部１０１０−１、１０１０−２、１０１０−３、…、１０１０−２×Ｎを備える点を特徴とする。
【００９３】
伝送線路１０１３−１、１０１３−２、１０１３−３、…、１０１３−（Ｎ＋１）は、伝送線路接続部１０１０−１、１０１０−２、１０１０−３、…、１０１０−２×Ｎによって、移相器１００１、１００２、１００３、…、１００Ｎに対して直列かつ他の構成を介さず直接かつ電気的に接続される。本実施の形態では、伝送線路１０１３−１は、伝送線路接続部１０１０−１によってその一端を移相器１００１と接続される。伝送線路１０１３−２は、伝送線路接続部１０１０−２によってその一端を移相器１００１の他端（伝送線路１０１３−１と接続されていない側の端部）と接続される。また、伝送線路１０１３−２は、伝送線路接続部１０１０−３によってその他端（移相器１００１と接続されていない側の端部）を移相器１００２と接続される。同様に、伝送線路１０１３−３は、伝送線路接続部１０１０−４によって一端を移相器１００２と、伝送線路接続部１０１０−５によって他端を移相器１００３と接続され、…、伝送線路１０１３−（Ｎ＋１）は、伝送線路接続部１０１０−２×Ｎによって一端を移相器１００Ｎと接続される。
【００９４】
なお、伝送線路１０１３−１の他端（移相器１００１に接続されていない側の端部）には給電部１０１１が接続される。また、伝送線路１０１３−（Ｎ＋１）の他端（移相器１００Ｎに接続されていない側の端部）には終端抵抗部１０１２が接続される。
【００９５】
伝送線路１０１３−１、１０１３−２、１０１３−３、…、１０１３−（Ｎ＋１）は、その長さや太さを変化させることによって移相器１００１、１００２、１００３、…、１００Ｎの位相遅延量を制御する。この位相遅延量の制御が、移相器１００１、１００２、１００３、…、１００Ｎの動作周波数をシフトさせる。伝送線路１０１３−１、１０１３−２、１０１３−３、…、１０１３−（Ｎ＋１）とその各々に接続される移相器１００１、１００２、１００３、…、１００Ｎとは、特性インピーダンスが不連続であるため、各々の接続点である伝送線路接続部１０１０−１、１０１０−２、１０１０−３、…、１０１０−２×Ｎは、電波を放射する。なお、高周波で動作する場合、伝送線路接続部１０１０−１、１０１０−２、１０１０−３、…、１０１０−２×Ｎだけでなく、伝送線路１０１３−１、１０１３−２、１０１３−３、…、１０１３−（Ｎ＋１）も電波を放射する。
【００９６】
本実施の形態では、移相器１００１、１００２、１００３、…、１００Ｎ及び伝送線路１０１３−１、１０１３−２、１０１３−３、…、１０１３−（Ｎ＋１）は、交互にかつ直線状に配列した。しかし、第１の実施の形態のように移相器同士の間に伝送線路を介さない部分が含まれていても良いし、移相器と伝送線路とは、非直線状に配列されていても良い。
【００９７】
本発明の第８の実施の形態では、伝送線路の長さや太さを変化させることで位相遅延量を制御するとともに、移相器が動作する周波数を容易にシフトさせることができる指向性可変アンテナ装置が実現される。
【００９８】
以上、各実施の形態および具体例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細は、本発明のスコープ内で当業者が理解しえる様々な変更をすることができる。
【００９９】
上記の各実施の形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【０１００】
（付記１）
第１の移相器、第２の移相器及び第３の移相器と、
前記第１の移相器と前記第２の移相器との間を直列かつ直接かつ電気的に接続する第１の接続部と、
前記第２の移相器と前記第３の移相器との間を直列かつ直接かつ電気的に接続する第２の接続部と、
前記第１乃至前記第３の移相器に給電する給電部と、を備え、
前記第１の移相器と前記第２の移相器と、及び前記第２の移相器と前記第３の移相器とは、第１の接続部及び第２の接続部において互いに特性インピーダンスが不連続であることを特徴とするアンテナ装置。
【０１０１】
（付記２）
付記１に記載のアンテナ装置であって、
前記第１乃至前記第３の移相器の位相遅延の合計は、所定の周波数において円周率の２倍の値に対して整数倍であることを特徴とするアンテナ装置。
【０１０２】
（付記３）
付記１に記載のアンテナ装置であって、
前記第１乃至前記第３の移相器は、所定の周波数において減衰定数がほぼゼロであることを特徴とするアンテナ装置。
【０１０３】
（付記４）
付記１に記載のアンテナ装置は、前記第１乃至前記第３の移相器が各々の位相を制御するために必要な制御信号を送るための制御線をさらに備えることを特徴とするアンテナ装置。
【０１０４】
（付記５）
付記１に記載のアンテナ装置であって、
前記第１乃至前記第３の移相器は直線状に配列されていることを特徴とするアンテナ装置。
【０１０５】
（付記６）
付記１に記載のアンテナ装置は１つ又は複数の放射素子をさらに備え、
前記放射素子は前記接続部１か所につき１つ接続されることを特徴とするアンテナ装置。
【０１０６】
（付記７）
第１の移相器、第２の移相器及び第３の移相器と、
伝送線路と、を備え、
前記第１乃至前記第３の移相器の各々は、第１のポート、第２のポート、第３のポート及び第４のポートを有するハイブリッドカプラと、リアクタンス値を制御可能な２つの可変リアクタンス素子と、を備え、
前記伝送線路は、前記第１の移相器の前記第４のポートと前記第２の移相器の前記第１のポートとの間、及び前記第２の移相器の前記第４のポートと前記第３の移相器の前記第１のポートとの間を直列かつ直接かつ電気的に接続し、
前記第１の移相器と前記伝送線路と、前記第２の移相器と前記伝送線路と、及び前記第３の移相器と前記移相器とは、互いに特性インピーダンスが不連続であることを特徴とするアンテナ装置。
【０１０７】
（付記８）
第１の移相器、第２の移相器及び第３の移相器と、
前記第１の移相器と前記第２の移相器との間を直列かつ直接かつ電気的に接続する第１の接続部と、
前記第２の移相器と前記第３の移相器との間を直列かつ直接かつ電気的に接続する第２の接続部と、
前記第１乃至第３の移相器に給電する給電部と、
を備え、
前記第１の接続部及び前記第２の接続部は電波を放射し、
前記第１乃至前記第３の移相器が位相をそれぞれ制御することで前記電波の方向を制御し、放射ビームを走査することを特徴とするアンテナ装置。
【０１０８】
この出願は、２０１４年１２月２４日に出願された日本出願特願２０１４−２６０８９７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明の活用例として、指向性可変アンテナ装置、特に移動体通信を行うアンテナ装置などがある。
【符号の説明】
【０１１０】
１００、２００、…、６００    指向性可変アンテナ装置
１０１、１０２、…、１０Ｎ    移相器
１１１、１１２、…、１１（Ｎ−１）    接続部
１１、２１、…、６１    給電部
１２、２２、…、６２    終端抵抗部
１３、２３、３３、４３、５３    単位セル
１４    制御線
２０１、２０２、…、２０Ｎ    移相器
２１１、２１２、…、２１（Ｎ−１）    接続部
２２０、２３０    ハイブリッドカプラ
２２１、２３１    主線路
２２２、２３２    副線路
２２３、２３３    可変リアクタンス素子
２２０−１、２２０−２、２２０−３、２２０−４    ポート
２３０−１、２３０−２、２３０−３、２３０−４    ポート
３０１、３０２    移相器
３２０、３３０    ハイブリッドカプラ
３２１、３３１    主線路
３２２、３３２    副線路
３２３、３３３    可変リアクタンス素子
３２０−１、３２０−２、３２０−３、３２０−４    ポート
３３０−１、３３０−２、３３０−３、３３０−４    ポート
３１１    接続部
４０１、４０２、…、４０Ｎ    移相器
４１１、４１２、…、４１（Ｎ−１）    接続部
４２０    ランゲカプラ
４２１    主線路
４２２    線路
４２０−１、４２０−２、４２０−３、４２０−４    ポート
４２３    可変リアクタンス素子
５０１、５０２、…、５０Ｎ    移相器
５１１、５１２、…、５１（Ｎ−１）    接続部
５２０    タンデムカプラ
５２０−１、５２０−２、５２０−３、５２０−４    ポート
５２３    可変リアクタンス素子
６０１、６０２、…、６０Ｍ    移相器群
１−１、１−２、…、１−Ｎ    移相器
２−１、２−２、…、２−Ｎ    移相器
Ｍ−１、Ｍ−２、…、Ｍ−Ｎ    移相器
１１−１、１１−２、…、１１−（Ｎ−１）    接続部
１２−１、１２−２、…、１２−（Ｎ−１）    接続部
１Ｍ−１、１Ｍ−２、…、１Ｍ−（Ｎ−１）    接続部
６３    並列接続部
７００ａ、７００ｂ、７００ｃ    指向性可変アンテナ装置
７０１ａ、７０２ａ、…、７０Ｎａ    移相器
７１１ａ、７１２ａ、…、７１（Ｎ−１）ａ    接続部
７０１ｂ、７０２ｂ、…、７０Ｎｂ    移相器
７１１ｂ、７１２ｂ、…、７１（Ｎ−１）ｂ    接続部
７０１ｃ、７０２ｃ、…、７０Ｎｃ    移相器
７１１ｃ、７１２ｃ、…、７１（Ｎ−１）ｃ    接続部
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ    給電部
７２    終端開放部
７３    終端リアクタンス部
７４    終端短絡部
８００、９００、１０００    指向性可変アンテナ装置
８０１、８０２、…、８０Ｎ    移相器
８１１、８１２、…、８１（Ｎ−１）    接続部
８１、１０１１    給電部
８２、９２、１０１２    終端抵抗部
８３    放射素子
９０１、９０２、…、９０Ｎ    移相器
９１１、９１２、…、９１（Ｎ−１）    接続部
９１    無線機
１００１、１００２、…、１００Ｎ    移相器
１０１０−１、１０１０−２、…、１０１０−２×Ｎ    伝送線路接続部
１０１３−１、１０１３−２、…、１０１３−（Ｎ＋１）    伝送線路
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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2016103670.tif 000034