(57)【要約】  本発明は、小型でありながら偏波ダイバーシティを実現することができる平面アンテナを提供することを目的とする。  本発明に係る平面アンテナは、四角形状の放射板の第１辺を接地した上で第１給電点を用いて電波を送受信するか、または前記第１辺と直交する第２辺を接地した上で第２給電点を用いて電波を送受信するかを切り替えることができる（図１参照）。
2015068252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を送信または受信する放射板、
前記放射板との間に誘電体を挟んで配置され、基準電位と電気的に接続可能に構成されたグランド板、
前記グランド板と電気的に接続されたグランド配線、
前記グランド配線と前記放射板との間の電気的接続をＯＮ／ＯＦＦ切替するスイッチ、
前記放射板上に形成され、前記放射板との間で電力を給電または受電する給電点、
を備え、
前記放射板は、互いに直交する第１および第２辺を有する形状に形成されており、
前記グランド配線は、前記スイッチを介して前記第１辺と前記グランド板との間を電気的に接続する第１グランド配線、および前記スイッチを介して前記第２辺と前記グランド板との間を電気的に接続する第２グランド配線を含み、
前記スイッチは、前記第１辺と前記第１グランド配線との間を電気的に接続するとともに前記第２辺と前記第２グランド配線との間を電気的に切断するか、または、前記第１辺と前記第１グランド配線との間を電気的に切断するとともに前記第２辺と前記第２グランド配線との間を電気的に接続するかを切り替えることにより、前記放射板が送信または受信する電波の偏波を選択することができるように構成されている
ことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
前記平面アンテナは、前記誘電体として誘電体基板を備え、
前記誘電体基板の第１面上に前記放射板が配置されるとともに、前記誘電体基板の前記第１面とは異なる第２面上に前記グランド板が配置され、
前記放射板は、前記第１および第２辺を有する四角形状に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の平面アンテナ。
【請求項３】
前記グランド配線は、前記誘電体基板を貫通して前記スイッチと前記グランド板との間を電気的に接続するビアホールとして形成されており、
前記ビアホールは、前記第１辺に沿って配置された１以上の第１ビアホール、および前記第２辺に沿って配置された１以上の第２ビアホールを含み、
前記スイッチは、前記第１ビアホールと前記第１辺との間を電気的に接続する第１スイッチ、および前記第２ビアホールと前記第２辺との間を電気的に接続する第２スイッチを含む
ことを特徴とする請求項２記載の平面アンテナ。
【請求項４】
前記ビアホールはさらに、前記放射板上において前記第１辺と前記第２辺とが交差する角部に配置された第３ビアホールを含み、
前記第３ビアホールは、前記第１辺、前記第２辺、および前記グランド板を互いに常時電気的に接続するように構成されている
ことを特徴とする請求項３記載の平面アンテナ。
【請求項５】
多層基板上に請求項１記載の平面アンテナを複数配置したことを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項６】
前記多層基板は、前記放射板が形成された放射板層、前記グランド板が形成されたグランド層、前記スイッチに対する制御信号を伝送する電源層、前記給電点との間で電気信号を送受信する信号層、を有する
ことを特徴とする請求項５記載のアレイアンテナ。
【請求項７】
各前記平面アンテナは、前記放射板が送信または受信する電波の自由空間における４分の１波長の整数倍の距離を隔てて配置されている
ことを特徴とする請求項５記載のアレイアンテナ。
【請求項８】
請求項１記載の平面アンテナ、
無線通信信号を入出力する無線信号端子、
前記無線信号端子と前記給電点との間の接続を切り替える給電点スイッチ、
前記給電点スイッチを制御する制御信号を前記給電点スイッチに対して入力する制御信号端子、
を有することを特徴とするアンテナシステム。
【請求項９】
前記アンテナシステムは、前記制御信号を前記給電点スイッチとともに前記スイッチに対して入力する配線を備え、
前記給電点は、第１および第２給電点を含み、
前記制御信号は、前記第１辺と前記第１グランド配線との間を電気的に接続するとともに前記第２辺と前記第２グランド配線との間を電気的に切断するよう指示する第１制御信号、または、前記第１辺と前記第１グランド配線との間を電気的に切断するとともに前記第２辺と前記第２グランド配線との間を電気的に接続するよう指示する第２制御信号を含み、
前記第１制御信号はさらに前記無線信号端子と前記第１給電点を接続するよう前記給電点スイッチに対して指示するように構成され、前記第２制御信号はさらに前記無線信号端子と前記第２給電点を接続するよう前記給電点スイッチに対して指示するように構成されている
ことを特徴とする請求項８記載のアンテナシステム。
【請求項１０】
請求項５記載のアレイアンテナ、
無線通信信号を入出力する無線信号端子、
前記平面アンテナ毎に設けられ、前記無線信号端子と前記給電点との間の接続を切り替える給電点スイッチ、
前記無線信号端子から各前記平面アンテナに至る信号配線を分岐して各前記給電点スイッチと接続する分配器、
各前記給電点スイッチを制御する制御信号を各前記給電点スイッチに対して入力する制御信号端子、
前記平面アンテナのうちいずれか１以上と前記無線信号端子との間に配置され、前記無線信号の位相と信号強度を調整する信号調整部、
を有することを特徴とするアンテナシステム。
【請求項１１】
前記アンテナシステムは、前記制御信号を各前記給電点スイッチとともに各前記平面アンテナが備える前記スイッチに対して入力する配線を備え、
前記給電点は、第１および第２給電点を含み、
前記制御信号は、前記第１辺と前記第１グランド配線との間を電気的に接続するとともに前記第２辺と前記第２グランド配線との間を電気的に切断するよう指示する第１制御信号、または、前記第１辺と前記第１グランド配線との間を電気的に切断するとともに前記第２辺と前記第２グランド配線との間を電気的に接続するよう指示する第２制御信号を含み、
前記第１制御信号はさらに前記無線信号端子と前記第１給電点を接続するよう各前記給電点スイッチに対して指示するように構成され、前記第２制御信号はさらに前記無線信号端子と前記第２給電点を接続するよう各前記給電点スイッチに対して指示するように構成されている
ことを特徴とする請求項１０記載のアンテナシステム。
【請求項１２】
前記アンテナシステムは、各前記平面アンテナが備える前記スイッチを制御する第２制御信号を各前記平面アンテナが備える前記スイッチに対して入力する配線を備え、
前記第２制御信号は、各前記平面アンテナのうちいずれかにおいて前記放射板が送信または受信する電波の偏波が、他の前記平面アンテナにおいて前記放射板が送信または受信する電波の偏波とは異なるように各前記スイッチを制御することにより、前記放射板が送信または受信する電波の偏波を円偏波または楕円偏波とするように構成されている
ことを特徴とする請求項１０記載のアンテナシステム。
【請求項１３】
前記信号調整部は、前記無線信号の位相と信号強度を調整することにより、前記楕円偏波の軸比を制御する
ことを特徴とする請求項１２記載のアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、サブＧＨｚ帯無線、などの近距離無線技術が急速に普及している。近距離無線はデータ通信だけではなく、センサネットや測位などの用途にも応用されている。特に測位に関しては、近年、屋内ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術の一種であるＩＭＥＳ（Ｉｎｄｏｏｒ  Ｍｅｓｓａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）が注目されている。【０００３】
近距離無線においては一般的に機器の小型化に対する要求が高く、特にアンテナは無線機筐体内に内蔵することができる省スペースなものが望まれる。下記非特許文献１は、このような要求に合致するアンテナとして、プリント基板上に形成することができる電気的小形アンテナである片側短絡型パッチアンテナを記載している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】G. Dubost, “Short- or open-circuited dipole parallel to perfect reflector plane and embedded in substrate and acting at resonance”, Electron. Lett., vol. 17, no. 24, pp. 914-916, November 1981.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近距離無線は、屋内などの閉空間において利用されることが多い。このような閉空間においては、壁、床、什器類、などの影響による複雑なフェージングが発生する。フェージングの結果として電波が打ち消し合って通信エリア内にたくさんのヌル点が発生し、無線通信が途切れてしまう。【０００６】
フェージングに対する有効な対策の１つとして、ダイバーシティ技術がある。ダイバーシティ技術は、空間ダイバーシティ、偏波ダイバーシティ、指向性ダイバーシティ、などに分類することができる。しかし、従来技術によってこれらのダイバーシティを実現するためには、アンテナ寸法を比較的大きくする必要があり、無線機の小型化に対する要求を満たすことが難しい。【０００７】
上記非特許文献１においては、四角形状のパッチアンテナの１辺を短絡することによってパッチアンテナの１辺のサイズを半分にすることを図っている。しかしこの技術は、パッチアンテナ自体のサイズを小さくすることができるとしても、ダイバーシティを実現するに際してアンテナサイズが大きくなる課題そのものを解決するものではないと考えられる。【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、小型でありながら偏波ダイバーシティを実現することができる平面アンテナ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】
【０００９】
本発明に係る平面アンテナは、四角形状の放射板の第１辺を接地した上で第１給電点を用いて電波を送受信するか、または前記第１辺と直交する第２辺を接地した上で第２給電点を用いて電波を送受信するかを切り替えることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る平面アンテナによれば、小型の平面アンテナを用いて偏波ダイバーシティを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１に係る平面アンテナ１００の平面図である。
【図２】図１の破線Ｌ１における断面図である。
【図３】実施形態１に係る平面アンテナ１００を用いるアンテナシステム１０００のブロック図である。
【図４】実施形態２に係るアンテナシステム１１００のブロック図である。
【図５】アンテナシステム１１００が備えるアレイアンテナを実装する基板の層構成を示す図である。
【図６】放射パターン層のレイアウトを示す図である。
【図７】グランド層のレイアウトを示す図である。
【図８】電源層のレイアウトを示す図である。
【図９】信号層のレイアウトを示す図である。
【図１０】実施形態３に係るアンテナシステム１２００が備えるアレイアンテナの平面図である。
【図１１】アンテナシステム１２００のブロック図である。
【図１２】実施形態１〜３いずれかに係る平面アンテナ１００を用いる屋内測位システムの模式図である。
【図１３】平面アンテナ１００による偏波ダイバーシティの効果を確認するため実施した電磁界シミュレーションの解析モデルの模式図である。
【図１４】図１３の解析モデルを用いた、床から１ｍの高さにおけるフェージングパターンのシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】図１４と同様の条件において、平面アンテナ１００がｙ軸方向の偏波を用いる場合におけるｘ軸方向の電界（Ｅｘ）の強度を示す。
【図１６】実施形態５に係る平面アンテナ１００の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る平面アンテナ１００の平面図である。平面アンテナ１００は、放射板１、グランド板５を備える。放射板１は、電波を送受信するアンテナエレメントとして動作する。グランド板５は、基準電位（例えばグランド電位）と電気的に接続することができるように構成されている。放射板１は後述する誘電体基板６の第１面上に形成され、グランド板５はその反対面に形成されている。
【００１３】
放射板１は、第１給電点２ａと第２給電点２ｂを有する。放射板１の第１辺（図１における上辺）は、ＳＰＳＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）スイッチ３ａ−１〜３ａ−４およびビアホール４を介してグランド板５と電気的に接続されている。放射板１の第２辺（図１における左辺）は、ＳＰＳＴスイッチ３ｂ−１〜３ｂ−４およびビアホール４を介してグランド板５と電気的に接続されている。ＳＰＳＴスイッチ３ａ−１〜３ａ−４の制御端子およびＳＰＳＴスイッチ３ｂ−１〜３ｂ−４の制御端子にアクセスするための配線は、図１においては省略している。
【００１４】
第１給電点２ａは、第１給電点２ａと第１辺との間の距離が第１給電点２ａと第２辺との間の距離よりも短くなるように配置されている。第２給電点２ｂは、第２給電点２ｂと第２辺との間の距離が第２給電点２ｂと第１辺との間の距離よりも短くなるように配置されている。
【００１５】
実際の平面アンテナ１００においては、各ＳＰＳＴスイッチおよび各ビアホールの周辺にも放射板１の一部が存在しているが、見易さの観点から図１においては当該部分を省略した。後述の図２においては当該部分を省略せずに記載することとする。
【００１６】
放射板１の１辺の長さは、モノポールアンテナの原理に基づき、平面アンテナ１００が使用する電波波長の４分の１とすることが望ましい。ただし、誘電体基板６の誘電率に応じた波長短縮の効果を加味する必要がある。１例としてＩＭＥＳ用アンテナの場合で考えると、平面アンテナ１００が使用する電波の中心周波数が１５７５ＭＨｚ、誘電体基板６の比誘電率が４．３、誘電体基板６の厚さが１．６ｍｍとすると、放射板１の１辺の長さは約２２．５ｍｍとなる。
【００１７】
第１給電点２ａを用いてＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を入出力する場合は、ＳＰＳＴスイッチ３ａ−１〜３ａ−４をＯＮにして第１辺とグランド板５との間を短絡するとともに、ＳＰＳＴスイッチ３ｂ−１〜３ｂ−４をＯＦＦにしてグランド板５から開放する。第２給電点２ｂを用いてＲＦ信号を入出力する場合は、ＳＰＳＴスイッチ３ａ−１〜３ａ−４をＯＦＦにしてグランド板５から開放するとともに、ＳＰＳＴスイッチ３ｂ−１〜３ｂ−４をＯＮにして第２辺とグランド板５との間を短絡する。第１給電点２ａを用いてＲＦ信号を入出力する場合と、第２給電点２ｂを用いてＲＦ信号を入出力する場合とを切り替えることにより、平面アンテナ１００が垂直偏波を使用するか、水平偏波を使用するかを切り替えることができる。
【００１８】
放射板１の左上端部（第１辺と第２辺が交差する角部）に配置されているビアホール４は、ＳＰＳＴスイッチを介さずにグランド板５と接続されている。これは、ＳＰＳＴスイッチ３ａ−１〜３ａ−４と３ｂ−１〜３ｂ−４いずれをＯＮにする場合においても、当該角部は常にＯＮすることになるので、初めからＳＰＳＴスイッチを介さず常にグランド板５と接続するようにしたものである。
【００１９】
図２は、図１の破線Ｌ１における断面図である。放射板１とグランド板５は、誘電体基板６を挟むように配置されている。第２給電点２ｂは、ビアホール４を介して誘電体基板６の対向面に引き出されている。図２においては示していないが、同軸コネクタやマイクロストリップラインを介してＲＦ信号が第２給電点２ｂに対して入出力される。放射板１の左辺は、ＳＰＳＴスイッチ３ｂ−２とビアホール４を介してグランド板５と電気的に接続される。すなわちビアホール４は、放射板１の上辺および左辺とグランド板５とを電気的に接続する配線として機能する。
【００２０】
図３は、本実施形態１に係る平面アンテナ１００を用いるアンテナシステム１０００のブロック図である。無線ＩＣ（図示せず）が入出力するＲＦ信号（ＲＦ）は、ＲＦ信号端子およびＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）スイッチ９（給電点スイッチ）を介して第１給電点２ａおよび第２給電点２ｂに対して入出力される。マイコン（図示せず）が出力する制御信号（ＣＯＮＴＲＯＬ）は、制御信号端子を介して入力され、ＳＰＤＴスイッチ９の制御端子および平面アンテナ１００の制御端子Ｃ３に対して並列的に入力される。制御端子Ｃ３は、ＳＰＳＴスイッチ３ａ−１〜３ａ−４および３ｂ−１〜３ｂ−４を制御するための端子である。
【００２１】
制御信号（ＣＯＮＴＲＯＬ）は、ＳＰＳＴスイッチ３ａ−１〜３ａ−４と３ｂ−１〜３ｂ−４を制御するとともに、これと連動してＳＰＤＴスイッチ９を制御するように構成されている。したがって、平面アンテナ１００が水平偏波と垂直偏波のいずれを使用するかに応じてＳＰＳＴスイッチ３ａ−１〜３ａ−４と３ｂ−１〜３ｂ−４をＯＮ／ＯＦＦするとともに、これと連動して第１給電点２ａと第２給電点２ｂのいずれを使用するかを切り替えることができる。
【００２２】
図３において、制御信号の配線は単線で示したが、ＳＰＤＴスイッチ９の制御端子および平面アンテナ１００の制御端子Ｃ３が複数ある場合は、マイコンから複数の制御信号を出力して各端子を制御するようにしてもよい。
【００２３】
＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る平面アンテナ１００は、ＳＰＳＴスイッチ３ａ−１〜３ａ−４をＯＮにした上で第１給電点２ａを用いて電波を送受信するか、またはＳＰＳＴスイッチ３ｂ−１〜３ｂ−４をＯＮにした上で第２給電点２ｂを用いて電波を送受信するかを切り替えることができる。これにより、平面アンテナ１００が垂直偏波と水平偏波のいずれを用いるかを切り替えることができる。
【００２４】
また、本実施形態１に係る平面アンテナ１００は、ビアホール４を介して、放射板１の互いに直交する２辺をグランド板５と電気的に接続する。これにより、垂直偏波と水平偏波のいずれを用いる場合においても、放射板１のサイズを抑えることができる。
【００２５】
また、本実施形態１に係る平面アンテナ１００は、放射板１の第１辺と第２辺それぞれの全体をグランド板５と接続するのではなく、ＳＰＳＴスイッチとビアホールを介して点接続する。これにより、一般的な多層基板上の配線パターンを加工する工程に準じて、平面アンテナ１００を容易に製造することができる。なお図１において、放射板１の各辺をグランド板５と接続するＳＰＳＴスイッチとビアホールの対を４つ設けたが、この対の個数は４つに限るものではなく、必要に応じて加減することもできる。少なくとも１つの対があれば、相応の効果を発揮することができる。
【００２６】
図１において、放射板１は正方形としたが、例えば長方形にすることもできる。その場合、第１給電点２ａからＲＦ信号を入出力したときと、第２給電点２ｂからＲＦ信号を入出力したときとで中心周波数を変えることができる。この構成は、１つの平面アンテナ１００によって周波数バンドを切り替えたい場合などにおいて有用である。
【００２７】
図３においては図示していない無線ＩＣやマイコンは、平面アンテナ１００とは別の基板上に実装することもできるし、平面アンテナ１００と同一の誘電体基板６上に実装することもできる。また、放射板１とグランド板５との間は必ずしも誘電体基板６を配置する必要はなく、誘電体（例えば空気）を挟んで放射板１とグランド板５を配置するようにすることにより、同様の効果を発揮することができる。
【００２８】
＜実施の形態２＞
図４は、本発明の実施形態２に係るアンテナシステム１１００のブロック図である。アンテナシステム１１００は、Ｎ＋１個の平面アンテナ１００を接続したアレイアンテナを有する。アンテナシステム１１００は、１つの主平面アンテナ１００ｍ、Ｎ個の副平面アンテナ１００ｓ−１〜１００ｓ−Ｎを備える。各平面アンテナ１００の構成は実施形態１と同様である。
【００２９】
各平面アンテナの偏波は、Ｎ＋１個のＳＰＤＴスイッチ９と各平面アンテナの制御端子Ｃ３を制御信号（ＣＯＮＴＲＯＬ）によって制御することにより、切り替えられる。ＲＦ信号（ＲＦ）は、電力分配器（ＤＩＶ）１１によって分岐され、各平面アンテナ１００に対して送信される。主平面アンテナ１００ｍに対して入力されるＲＦ信号は、可変減衰器１０により適切な信号強度に調整される（可変減衰器１０の制御端子につながる配線は図４では省略されている）。
【００３０】
主平面アンテナ１００ｍに入力されるＲＦ信号と、副平面アンテナ１００ｓ−１〜ｓ−Ｎに入力されるＲＦ信号との間には、例えば信号経路の長さを調節することにより、適切な位相差が与えられる。この位相差と可変減衰器１０の減衰量を適切に設計することにより、アンテナシステム１１００の放射パターンの主ビームの角度やビーム幅を所望の値に調整することができる。
【００３１】
各ＲＦ信号間の位相差と、主平面アンテナ１００ｍに対して入力されるＲＦ信号の振幅とを調整する手段は、上記に限られるものではない。例えば、可変減衰器１０に代えて電力増幅器を用いることもできるし、これらを組み合わせることもできる。すなわち、位相差と振幅を調整する信号調整部を何らかの手段によって実装すればよい。
【００３２】
図４においては、同じ制御信号が全ての平面アンテナ１００の制御端子とＳＰＤＴスイッチ９の制御端子に対して並列的に入力されているが、個々の平面アンテナ１００とＳＰＤＴスイッチ９をそれぞれ独立に制御してもよい。
【００３３】
図５は、アンテナシステム１１００が備えるアレイアンテナを実装する基板の層構成を示す図である。ここでは４層プリント基板を用いる例を示した。基板材料はＦＲ４（Ｆｌａｍｅ  Ｒｅｔａｒｄａｎｔ  Ｔｙｐｅ４）であり、各層は銅箔パターンによって形成される。第１層には、放射板１を形成する放射パターン層が配置される。１．６ｍｍの誘電体層を介し、第２層にはグランド板５を形成するグランド層が配置される。第３層は、放射パターン層上に実装されるＳＰＳＴスイッチを制御する制御信号を伝送するための電源層が配置される。第４層は、ＲＦ信号を伝送する信号層が配置される。
【００３４】
図６は、放射パターン層のレイアウトを示す図である。ここでは、図４のアンテナシステム１１００において、Ｎ＝４とした例を示した。主平面アンテナ１００ｍを中心に、回転対称に副平面アンテナ１００ｓ−１〜ｓ−４が配置されている。誘電体基板６の正方形状に対して対角を結ぶように各アンテナを配置したのは、配置スペースを小さく抑えるためである。
【００３５】
主平面アンテナ１００ｍの中心と副平面アンテナ１００ｓ−１〜ｓ−４それぞれの中心との間の距離は、各平面アンテナが使用する自由空間における電波波長の４分の１にすることが望ましい。これにより、方向に応じて電波受信感度を変えることができる。
【００３６】
図６においては、ＳＰＳＴスイッチ３ａ（または３ｂ）とビアホール４との対は、放射板１の１辺毎に２つ設けた。したがって、角部のビアホール４を含めて３点でグランド板５と短絡していることになる。ＳＰＳＴスイッチ３ａおよび３ｂの制御端子は、それぞれビアホール７ａおよび７ｂを介して電源層に接続される。
【００３７】
図７は、グランド層のレイアウトを示す図である。ビアホール４はグランド板５に短絡されている。給電点２ａと２ｂおよびビアホール７ａと７ｂは、グランド板５上に逃げ部分を設けることにより、グランド板５から絶縁されている。
【００３８】
図８は、電源層のレイアウトを示す図である。ＳＰＳＴスイッチ３ａと３ｂの制御端子につながるビアホール７ａと７ｂが、配線８によってそれぞれ接続されている。
【００３９】
図９は、信号層のレイアウトを示す図である。ＳＰＤＴスイッチ９の制御端子は、配線８を介してコネクタ１３に接続されている。可変減衰器１０の制御端子も同様にコネクタ１３に接続されている。ＳＰＤＴスイッチ９の制御端子は個別に配線されているが、全ての平面アンテナ１００を連動して制御する場合は、各ＳＰＤＴスイッチ９の制御端子を基板上で１つにまとめて配線してもよい。制御信号は、マイコン（図示せず）からコネクタ１３を介して入力される。
【００４０】
ＲＦ信号は給電点２から入出力され、マイクロストリップ線路１２を介して各平面アンテナに伝送される。給電点２は好適には、ＳＭＡ（Ｓｕｂ  Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  ＴｙｐｅＡ）コネクタ、Ｎ型コネクタ、Ｕ．ＦＬコネクタ／Ｗ．ＦＬコネクタ（ヒロセ電機株式会社（日本）のコネクタ製品）、などの面実装型の同軸コネクタを用いて構成される。ＲＦ信号は、無線ＩＣ（図示せず）から給電点２を介して入力される。
【００４１】
＜実施の形態２：まとめ＞
以上のように、本実施形態２に係るアンテナシステム１１００は、複数の平面アンテナ１００を有するアレイアンテナを備えており、主平面アンテナ１００ｍと副平面アンテナ１００ｓ−１〜ｓ−Ｎとの間に位相差を設けるとともに、可変減衰器１０の減衰量を調整することができるように構成されている。これにより、主ビームの角度やビーム幅を所望の値に調整することができる。
【００４２】
＜実施の形態３＞
図１０は、本発明の実施形態３に係るアンテナシステム１２００が備えるアレイアンテナの平面図である。図１０において、２つの放射板１は、互いの放射特性に悪影響を与えない程度の間隔を保ったうえで、十分に近づけて配置される。２つの放射板１の中心間の距離は、自由空間における電波波長の１／８〜１／４程度である。
【００４３】
図１１は、アンテナシステム１２００のブロック図である。２つの平面アンテナ１００に対して独立に制御信号（ＣＯＮＴＲＯＬ１とＣＯＮＴＲＯＬ２）が入力される。各平面アンテナ１００に対して入出力されるＲＦ信号の振幅と位相は、可変減衰器１０と可変位相器１７によって構成される信号調整部により、それぞれ独立に調整される。各平面アンテナの偏波と、入出力されるＲＦ信号の振幅および位相を独立して制御することにより、円偏波を送受信することができる。
【００４４】
最もシンプルな調整条件としては、２つの平面アンテナ１００の偏波をそれぞれ水平および垂直に設定し、入出力するＲＦ信号の振幅を同じとし、平面アンテナ１００間の位相差を９０度にすることにより、２つの平面アンテナ１００は円偏波アンテナとして動作する。さらに、上記パラメータをより詳細に制御することにより、直線偏波、楕円偏波、円偏波を切り替えることができる。また、楕円偏波の軸比をアンテナシステムに対する要求に応じて自由に設定することができる。
【００４５】
＜実施の形態３：まとめ＞
以上のように、本実施形態３に係るアンテナシステム１２００は、各平面アンテナ１００の偏波、各平面アンテナ１００間の位相差、および各平面アンテナ１００のＲＦ信号振幅を独立して制御することにより、直線偏波、楕円偏波、円偏波を切り替えることができる。さらには、楕円偏波の軸比を自由に設定することができる。
【００４６】
本実施形態３と同様の効果は、実施形態２において少なくともいずれかの平面アンテナ１００の偏波、位相差、およびＲＦ信号振幅を、他の平面アンテナのこれらパラメータから独立して制御することにより、実現することができる。ただし平面アンテナの個数と配置が複雑になるのにともなって、これらパラメータの制御も複雑になると考えられる。
【００４７】
＜実施の形態４＞
図１２は、実施形態１〜３いずれかに係る平面アンテナ１００を用いる屋内測位システムの模式図である。平面アンテナ１００を搭載した無線機１４は、例えば天井などに設置される。無線機１４が送信する測位信号１６は、歩行者が持つモバイル端末１５によって受信される。測位信号１６の受信エリア２００は、同エリアに対応するＩＤによって管理される。
【００４８】
図１３は、平面アンテナ１００による偏波ダイバーシティの効果を確認するため実施した電磁界シミュレーションの解析モデルの模式図である。本解析モデルは、屋内の廊下などの環境をイメージして、幅３ｍ、高さ３ｍのトンネル構造とした。平面アンテナ１００はｙ軸方向の中心（両側の壁から１．５ｍの位置）、床から２．５ｍの高さに固定した。
【００４９】
図１４は、図１３の解析モデルを用いた、床から１ｍの高さにおけるフェージングパターンのシミュレーション結果を示す図である。図１４は、平面アンテナ１００がｘ軸方向の偏波を用いる場合におけるｘ軸方向の電界（Ｅｘ）の強度を示す。平面アンテナ１００は実施形態１の構成を前提とした。
【００５０】
図１５は、図１４と同様の条件において、平面アンテナ１００がｙ軸方向の偏波を用いる場合におけるｘ軸方向の電界（Ｅｘ）の強度を示す。図１４、図１５ともに複雑なフェージングパターンとなっているが、平面アンテナ１００がｘ軸方向の偏波を用いる図１４の方が全体的にＥｘの強度は強くなっている。したがって、天井付近に設置した無線機１４の偏波を切り替えることができれば、モバイル端末１５側の受信アンテナの特性に応じてフェージングパターンを切り替えることにより、受信特性を改善できると考えられる。
【００５１】
＜実施の形態５＞
図１６は、本発明の実施形態５に係る平面アンテナ１００の平面図である。本実施形態５においては、実施形態１〜４で説明した第１給電点２ａ第２給電点２ｂが１つの給電点２によって共有されている。給電点２は放射版１の対角線上に配置される。対角線上のどこに給電点２を配置するかによって入力インピーダンスが変化するため（図１６の左上に近づくほど低インピーダンスとなる）、平面アンテナ１００と接続する無線機との間のインピーダンス整合が最適になるように、給電点２の位置を調整する必要がある。
【００５２】
本実施形態５に係る平面アンテナ１００は、給電点２を１つにすることができるため、実施形態１〜４のように第１給電点２ａと第２給電点２ｂを切り替える必要がなくなる。したがって、基板レイアウトの簡略化、部品点数の削減、などのメリットがある。
【００５３】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。実施形態の構成の一部について、他の構成を追加・削除・置換することもできる。例えば、上記実施形態において使用した各スイッチは、これらと同等の機能を実現することができるものであれば、その実装方式は上記実施形態において説明したものに限られるものではない。
【符号の説明】
【００５４】
１：放射板
２、２ａ、２ｂ：給電点
３ａ、３ｂ：ＳＰＳＴスイッチ
Ｃ３：制御端子
４：ビアホール
５：グランド板
６：誘電体基板
７ａ、７ｂ：ビアホール
８：配線
９：ＳＰＤＴスイッチ
１０：可変減衰器
１１：電力分配器
１２：マイクロストリップ線路
１３：コネクタ
１４：無線機
１５：モバイル端末
１６：測位信号
１００：平面アンテナ
２００：受信エリア
１０００、１１００、１２００：アンテナシステム
【図１】
2015068252.tif 000003
【図２】
2015068252.tif 000004
【図３】
2015068252.tif 000005
【図４】
2015068252.tif 000006
【図５】
2015068252.tif 000007
【図６】
2015068252.tif 000008
【図７】
2015068252.tif 000009
【図８】
2015068252.tif 000010
【図９】
2015068252.tif 000011
【図１０】
2015068252.tif 000012
【図１１】
2015068252.tif 000013
【図１２】
2015068252.tif 000014
【図１３】
2015068252.tif 000015
【図１４】
2015068252.tif 000016
【図１５】
2015068252.tif 000017
【図１６】
2015068252.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月4日(2016.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を送信または受信する放射板、
前記放射板との間に誘電体を挟んで配置され、基準電位と電気的に接続可能に構成されたグランド板、
前記グランド板と電気的に接続されたグランド配線、
前記グランド配線と前記放射板との間の電気的接続をＯＮ／ＯＦＦ切替するスイッチ、
前記放射板上に形成され、前記放射板との間で電力を給電または受電する第１および第２給電点、
を備え、
前記放射板は、互いに直交する第１および第２辺を有する形状に形成されており、
前記グランド配線は、前記スイッチを介して前記第１辺と前記グランド板との間を電気的に接続する第１グランド配線、および前記スイッチを介して前記第２辺と前記グランド板との間を電気的に接続する第２グランド配線を含み、
前記スイッチは、前記第１辺と前記第１グランド配線との間を電気的に接続するとともに前記第２辺と前記第２グランド配線との間を電気的に切断するか、または、前記第１辺と前記第１グランド配線との間を電気的に切断するとともに前記第２辺と前記第２グランド配線との間を電気的に接続するかを切り替えることにより、前記放射板が送信または受信する電波の偏波を選択することができるように構成され、
前記第１給電点は、前記第１給電点と前記第１辺との間の距離が前記第１給電点と前記第２辺との間の距離よりも短くなるように配置され、前記第２給電点は、前記第２給電点と前記第２辺との間の距離が前記第２給電点と前記第１辺との間の距離よりも短くなるように配置されている
ことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
前記平面アンテナは、前記誘電体として誘電体基板を備え、
前記誘電体基板の第１面上に前記放射板が配置されるとともに、前記誘電体基板の前記第１面とは異なる第２面上に前記グランド板が配置され、
前記放射板は、前記第１および第２辺を有する四角形状に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の平面アンテナ。
【請求項３】
前記グランド配線は、前記誘電体基板を貫通して前記スイッチと前記グランド板との間を電気的に接続するビアホールとして形成されており、
前記ビアホールは、前記第１辺に沿って配置された１以上の第１ビアホール、および前記第２辺に沿って配置された１以上の第２ビアホールを含み、
前記スイッチは、前記第１ビアホールと前記第１辺との間を電気的に接続する第１スイッチ、および前記第２ビアホールと前記第２辺との間を電気的に接続する第２スイッチを含む
ことを特徴とする請求項２記載の平面アンテナ。
【請求項４】
前記ビアホールはさらに、前記放射板上において前記第１辺と前記第２辺とが交差する角部に配置された第３ビアホールを含み、
前記第３ビアホールは、前記第１辺、前記第２辺、および前記グランド板を互いに常時電気的に接続するように構成されている
ことを特徴とする請求項３記載の平面アンテナ。
【請求項５】
多層基板上に請求項１記載の平面アンテナを複数配置したことを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項６】
前記多層基板は、前記放射板が形成された放射板層、前記グランド板が形成されたグランド層、前記スイッチに対する制御信号を伝送する電源層、前記第１および第２給電点との間で電気信号を送受信する信号層、を有する
ことを特徴とする請求項５記載のアレイアンテナ。
【請求項７】
各前記平面アンテナは、前記放射板が送信または受信する電波の自由空間における４分の１波長の整数倍の距離を隔てて配置されている
ことを特徴とする請求項５記載のアレイアンテナ。
【請求項８】
請求項１記載の平面アンテナ、
無線通信信号を入出力する無線信号端子、
前記無線信号端子と前記第１および第２給電点との間の接続を切り替える給電点スイッチ、
前記給電点スイッチを制御する制御信号を前記給電点スイッチに対して入力する制御信号端子、
を有することを特徴とするアンテナシステム。
【請求項９】
前記アンテナシステムは、前記制御信号を前記給電点スイッチとともに前記スイッチに対して入力する配線を備え、
前記制御信号は、前記第１辺と前記第１グランド配線との間を電気的に接続するとともに前記第２辺と前記第２グランド配線との間を電気的に切断するよう指示する第１制御信号、または、前記第１辺と前記第１グランド配線との間を電気的に切断するとともに前記第２辺と前記第２グランド配線との間を電気的に接続するよう指示する第２制御信号を含み、
前記第１制御信号はさらに前記無線信号端子と前記第１給電点を接続するよう前記給電点スイッチに対して指示するように構成され、前記第２制御信号はさらに前記無線信号端子と前記第２給電点を接続するよう前記給電点スイッチに対して指示するように構成されている
ことを特徴とする請求項８記載のアンテナシステム。
【請求項１０】
請求項５記載のアレイアンテナ、
無線通信信号を入出力する無線信号端子、
前記平面アンテナ毎に設けられ、前記無線信号端子と前記第１および第２給電点との間の接続を切り替える給電点スイッチ、
前記無線信号端子から各前記平面アンテナに至る信号配線を分岐して各前記給電点スイッチと接続する分配器、
各前記給電点スイッチを制御する制御信号を各前記給電点スイッチに対して入力する制御信号端子、
前記平面アンテナのうちいずれか１以上と前記無線信号端子との間に配置され、前記無線信号の位相と信号強度を調整する信号調整部、
を有することを特徴とするアンテナシステム。
【請求項１１】
前記アンテナシステムは、前記制御信号を各前記給電点スイッチとともに各前記平面アンテナが備える前記スイッチに対して入力する配線を備え、
前記制御信号は、前記第１辺と前記第１グランド配線との間を電気的に接続するとともに前記第２辺と前記第２グランド配線との間を電気的に切断するよう指示する第１制御信号、または、前記第１辺と前記第１グランド配線との間を電気的に切断するとともに前記第２辺と前記第２グランド配線との間を電気的に接続するよう指示する第２制御信号を含み、
前記第１制御信号はさらに前記無線信号端子と前記第１給電点を接続するよう各前記給電点スイッチに対して指示するように構成され、前記第２制御信号はさらに前記無線信号端子と前記第２給電点を接続するよう各前記給電点スイッチに対して指示するように構成されている
ことを特徴とする請求項１０記載のアンテナシステム。
【請求項１２】
前記アンテナシステムは、各前記平面アンテナが備える前記スイッチを制御する第２制御信号を各前記平面アンテナが備える前記スイッチに対して入力する配線を備え、
前記第２制御信号は、各前記平面アンテナのうちいずれかにおいて前記放射板が送信または受信する電波の偏波が、他の前記平面アンテナにおいて前記放射板が送信または受信する電波の偏波とは異なるように各前記スイッチを制御することにより、前記放射板が送信または受信する電波の偏波を円偏波または楕円偏波とするように構成されている
ことを特徴とする請求項１０記載のアンテナシステム。
【請求項１３】
前記信号調整部は、前記無線信号の位相と信号強度を調整することにより、前記楕円偏波の軸比を制御する
ことを特徴とする請求項１２記載のアンテナシステム。
【国際調査報告】
2015068252.tif 000019
2015068252.tif 000020
2015068252.tif 000021
2015068252.tif 000022