(57)【要約】【課題】１つの給電点で直交する２つ偏波を切り替えられるアンテナ装置を得る。【解決手段】誘電体基板１上に設けられた方形マイクロストリップアンテナの基本導体２と、導体２の第１の辺に沿って設けられた整合用延伸導体４と、第１の辺と隣り合う第２の辺に沿って設けられた整合用延伸導体５と、導体４に沿って設けられた動作周波数可変用延伸導体６と、第１の辺と向かい合う第３の辺に沿って設けられた動作周波数可変用延伸導体７と、導体５に沿って設けられた動作周波数可変用延伸導体８と、第２の辺と向かい合う第４の辺に沿って設けられた延伸導体９と、導体２及び４を接続するスイッチ１０と、導体２及び５を接続するスイッチ１１と、導体２及び７を接続するスイッチ１２と、導体２及び９を接続するスイッチ１３と、導体４及び６を接続するスイッチ１４と、導体５及び８を接続するスイッチ１５とを設け、給電点３を基本導体２の中心に設けた。【選択図】図１
2008236656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
概略平板状の誘電体基板と、
前記誘電体基板上に設けられた方形マイクロストリップアンテナの基本導体と、
前記基本導体の第１の辺に沿って設けられた第１の整合用延伸導体と、
前記基本導体の第１の辺と隣り合う第２の辺に沿って設けられた第２の整合用延伸導体と、
前記第１の整合用延伸導体に沿って前記基本導体の反対側に設けられた第１の動作周波数可変用延伸導体と、
前記基本導体の第１の辺と向かい合う第３の辺に沿って設けられた第２の動作周波数可変用延伸導体と、
前記第２の整合用延伸導体に沿って前記基本導体の反対側に設けられた第３の動作周波数可変用延伸導体と、
前記基本導体の第２の辺と向かい合う第４の辺に沿って設けられた第４の動作周波数可変用延伸導体と、
前記基本導体及び前記第１の整合用延伸導体を接続する第１のスイッチと、
前記基本導体及び前記第２の整合用延伸導体を接続する第２のスイッチと、
前記基本導体及び前記第２の動作周波数可変用延伸導体を接続する第３のスイッチと、
前記基本導体及び前記第４の動作周波数可変用延伸導体を接続する第４のスイッチと、
前記第１の整合用延伸導体及び前記第１の動作周波数可変用延伸導体を接続する第５のスイッチと、
前記第２の整合用延伸導体及び前記第３の動作周波数可変用延伸導体を接続する第６のスイッチとを備え、
給電点が前記基本導体の中心に設けられた
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
概略平板状の誘電体基板と、
前記誘電体基板上に設けられた方形マイクロストリップアンテナの基本導体と、
前記基本導体の第１の辺に沿って設けられた第１の整合用延伸導体と、
前記基本導体の第１の辺と隣り合う第２の辺に沿って設けられた第２の整合用延伸導体と、
前記基本導体及び前記第１の整合用延伸導体を接続する第１のスイッチと、
前記基本導体及び前記第２の整合用延伸導体を接続する第２のスイッチとを備え、
給電点が前記基本導体の中心に設けられた
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１、第２のスイッチの一方をＯＮし、他方をＯＦＦすることにより偏波を切り替える
ことを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第３及び第５のスイッチ、前記第４及び第６のスイッチの一方の１対をＯＮし、他方の１対をＯＦＦすることにより動作周波数を変化させる
ことを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記スイッチは、複数個のＭＥＭＳスイッチ、複数個のＦＥＴスイッチ、複数個のＰＩＮダイオードスイッチのいずれかである
ことを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アンテナに具備されたスイッチによって偏波及び動作周波数を可変するアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、方形のマイクロストリップアンテナと、そのマイクロストリップアンテナの電界面方向の対向する一組の辺の両外側に設けられた延伸用導体と、上記マイクロストリップアンテナと上記延伸用導体とを接続するスイッチとを有し、動作周波数を可変するアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５７７５８１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような従来のアンテナ装置では、マイクロストリップアンテナにある給電点の位置を給電回路と整合を取るため、マイクロストリップアンテナの電界面の方向に、マイクロストリップアンテナの中心より移動させなければならない。そのため、電界面に対して直交する面内に別の電界面すなわち偏波面を形成するには、給電点を直交する面の方向に移動させる必要がある。すなわち、直交する２つの直線偏波を同一のマイクロストリップアンテナで得るには、給電点を２箇所設ける必要があり、併せて２つの給電点に対して給電するための給電回路も２系統設けなければならず、給電回路が大型、煩雑になるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、１つの給電点で直交する２つ直線偏波を切り替えることができ、かつ動作周波数を変えることができるアンテナ装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るアンテナ装置は、概略平板状の誘電体基板と、前記誘電体基板上に設けられた方形マイクロストリップアンテナの基本導体と、前記基本導体の第１の辺に沿って設けられた第１の整合用延伸導体と、前記基本導体の第１の辺と隣り合う第２の辺に沿って設けられた第２の整合用延伸導体と、前記第１の整合用延伸導体に沿って前記基本導体の反対側に設けられた第１の動作周波数可変用延伸導体と、前記基本導体の第１の辺と向かい合う第３の辺に沿って設けられた第２の動作周波数可変用延伸導体と、前記第２の整合用延伸導体に沿って前記基本導体の反対側に設けられた第３の動作周波数可変用延伸導体と、前記基本導体の第２の辺と向かい合う第４の辺に沿って設けられた第４の動作周波数可変用延伸導体と、前記基本導体及び前記第１の整合用延伸導体を接続する第１のスイッチと、前記基本導体及び前記第２の整合用延伸導体を接続する第２のスイッチと、前記基本導体及び前記第２の動作周波数可変用延伸導体を接続する第３のスイッチと、前記基本導体及び前記第４の動作周波数可変用延伸導体を接続する第４のスイッチと、前記第１の整合用延伸導体及び前記第１の動作周波数可変用延伸導体を接続する第５のスイッチと、前記第２の整合用延伸導体及び前記第３の動作周波数可変用延伸導体を接続する第６のスイッチとを設け、給電点が前記基本導体の中心に設けられたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係るアンテナ装置は、１つの給電点で直交する２つ直線偏波を切り替えることができ、かつ動作周波数を変えることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置について図１から図６までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【０００９】
図１において、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置は、概略平板状の誘電体基板１と、誘電体基板１上に設けられた方形マイクロストリップアンテナの基本導体２と、
基本導体２の中心に設けられた給電点３とが設けられている。
【００１０】
また、基本導体２の４つの辺のうち第１の辺に沿って設けられた整合用延伸導体（第１の整合用延伸導体）４と、基本導体２の第１の辺と隣り合う第２の辺に沿って設けられた整合用延伸導体（第２の整合用延伸導体）５と、整合用延伸導体４に沿って基本導体２の反対側に設けられた動作周波数可変用延伸導体（第１の動作周波数可変用延伸導体）６と、基本導体２の第１の辺と向かい合い、かつ第２の辺と隣り合う第３の辺に沿って設けられた動作周波数可変用延伸導体（第２の動作周波数可変用延伸導体）７と、整合用延伸導体５に沿って基本導体２の反対側に設けられた動作周波数可変用延伸導体（第３の動作周波数可変用延伸導体）８と、基本導体２の第２の辺と向かい合い、かつ第１の辺及び第３の辺と隣り合う第４の辺に沿って設けられた動作周波数可変用延伸導体（第４の動作周波数可変用延伸導体）９とが設けられている。
【００１１】
さらに、基本導体２と整合用延伸導体４間とを接続するスイッチ（第１のスイッチ）１０（１０ａ〜１０ｅ）と、基本導体２と整合用延伸導体５間とを接続するスイッチ（第２のスイッチ）１１（１１ａ〜１１ｅ）と、基本導体２と動作周波数可変用延伸導体７間とを接続するスイッチ（第３のスイッチ）１２（１２ａ〜１２ｅ）と、基本導体２と動作周波数可変用延伸導体９間とを接続するスイッチ（第４のスイッチ）１３（１３ａ〜１３ｅ）と、整合用延伸導体４と動作周波数可変用延伸導体６間とを接続するスイッチ（第５のスイッチ）１４（１４ａ〜１４ｅ）と、整合用延伸導体５と動作周波数可変用延伸導体８間とを接続するスイッチ（第６のスイッチ）１５（１５ａ〜１５ｅ）とが設けられている。
【００１２】
図２は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の座標系を示す図である。この図２は、アンテナ装置の上面を示す。電界面がＸ面にある偏波を水平偏波、電界面がＹ面にある場合を垂直偏波とする。
【００１３】
偏波切り替えの原理について説明する。まず、水平偏波モードについて説明する。
【００１４】
図３は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の一部を拡大した図である。この図３は、基本導体２とスイッチ１０と整合用延伸導体４の寸法などを示している。基本導体２のＸ軸方向の長さが２ａ、Ｙ軸方向の長さが２ｂ、スイッチ１０のＸ軸方向の長さがＳ１、整合用延伸導体４のＸ軸方向の長さがＷ１である。
【００１５】
スイッチ１０をＯＮし、他のスイッチをＯＦＦすることにより、基本導体２と整合用延伸導体４は接続され、アンテナ装置は辺の長さが（２ａ＋Ｓ１＋Ｗ１）と（２ｂ）の等価的な方形マイクロストリップアンテナ１６となる。
【００１６】
図３に示すように、基本導体２の中心点すなわち給電点３は、等価的な方形マイクロストリップアンテナ１６の中心点１７に対し、Ｘ軸方向に（Ｓ１＋Ｗ１）／２だけずれている。
【００１７】
給電点３が中心点１７よりＸ軸方向にずれていることにより、アンテナ表面上に流れる電流１８は、図３に示すようにＸ軸方向に流れる。よって、等価的な方形マイクロストリップアンテナ１６、すなわち本アンテナ装置は水平偏波として動作する。
【００１８】
なお、ずれ（Ｓ１＋Ｗ１）／２を適宜に設定することにより給電回路と整合をとることが可能である。
【００１９】
一般的に、方形マイクロストリップアンテナの動作周波数ｆは、アンテナ表面上を流れる電流の経路長Ｌで決定され、動作周波数ｆと経路長Ｌは反比例の関係にある。等価的なマイクロストリップアンテナ１６の電流経路長Ｌ１は、次の式（１）で表され、動作周波数ｆ１は電流経路長Ｌ１により決定される。
【００２０】
Ｌ１＝２ａ＋Ｓ１＋Ｗ１                                                式（１）
【００２１】
ゆえに、寸法（長さ）ａ、Ｓ１、Ｗ１を適宜に設定することにより、水平偏波モードにおいて所望の動作周波数と給電回路との整合を得ることができる。
【００２２】
続いて、垂直偏波モードについて説明する。
【００２３】
図４は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の一部を拡大した図である。この図４は、基本導体２とスイッチ１１と整合用延伸導体５の寸法などを示している。基本導体２のＸ軸方向の長さが２ａ、Ｙ軸方向の長さが２ｂ、スイッチ１１のＹ軸方向の長さがＳ２、整合用延伸導体５のＹ軸方向の長さがＷ２である。
【００２４】
スイッチ１１をＯＮし、他のスイッチをＯＦＦすることにより、基本導体２と整合用延伸導体５は接続され、アンテナ装置は辺の長さが（２ｂ＋Ｓ２＋Ｗ２）と（２ａ）の等価的な方形マイクロストリップアンテナ１９となる。
【００２５】
図４に示すように、給電点３は、等価的な方形マイクロストリップアンテナ１９の中心点２０に対し、Ｙ軸方向に（Ｓ２＋Ｗ２）／２だけずれている。
【００２６】
給電点３が中心点１９よりＹ軸方向にずれていることにより、アンテナ表面上に流れる電流２１は、図４に示すようにＹ軸方向に流れる。よって、等価的な方形マイクロストリップアンテナ１９、すなわち本アンテナ装置は垂直偏波として動作する。
【００２７】
水平偏波モードと同様に、ずれ（Ｓ２＋Ｗ２）／２を適宜に設定することにより給電回路と整合をとることが可能である。
【００２８】
垂直偏波モードにおける等価的なマイクロストリップアンテナ１９の電流経路長Ｌ２は、次の式（２）で表され、動作周波数ｆ２は電流経路長Ｌ２により決定される。
【００２９】
Ｌ２＝２ｂ＋Ｓ２＋Ｗ２                                                式（２）
【００３０】
ゆえに、寸法（長さ）ｂ、Ｓ２、Ｗ２を適宜に設定することにより、垂直偏波モードにおいて所望の動作周波数と給電回路との整合を得ることができる。
【００３１】
ここで、動作周波数可変の原理について説明する。水平偏波モードを例に説明する。
【００３２】
図５は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の一部を拡大した図である。この図５は、基本導体２と整合用延伸導体４、動作周波数可変用延伸導体６及び７、スイッチ１０、１２、１４の寸法などを示している。基本導体２のＸ軸方向の長さが２ａ、Ｙ軸方向の長さが２ｂ、スイッチ１０のＸ軸方向の長さがＳ１、整合用延伸導体４のＸ軸方向の長さがＷ１、スイッチ１４のＸ軸方向の長さがＳ３、動作周波数可変用延伸導体６のＸ軸方向の長さがＷ３、スイッチ１２のＸ軸方向の長さがＳ４、動作周波数可変用延伸導体６のＸ軸方向の長さがＷ４である。
【００３３】
先述のとおりスイッチ１０をＯＮし、スイッチ１１をＯＦＦすることにより、基本導体２と整合用延伸導体４は、水平偏波を放射または受信する等価的なマイクロストリップアンテナ１６となる。さらに、スイッチ１２及び１４をＯＮすることにより等価的なマイクロストリップアンテナ１６は拡大されマイクロストリップアンテナ２２となる。
【００３４】
複数設けられているスイッチ１２及び１４を全てＯＮした場合、等価的なマイクロストリップアンテナ２２上の電流経路２３は図５のようになり、その電流経路長Ｌ３は、次の式（３）で表され、電流経路長Ｌ１よりも長くなる。
【００３５】
Ｌ３＝（２ａ＋Ｓ１＋Ｗ１）＋（Ｓ３＋Ｗ３）＋（Ｓ４＋Ｗ４）            式（３）
【００３６】
よって、このときの動作周波数ｆ３はｆ１よりも低くなる。
【００３７】
さらに、例えばスイッチ１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄをＯＮした場合、電流経路２４は蛇行し、その電流経路長Ｌ４はＬ３よりも長くなる。よって、動作周波数ｆ４はｆ３よりも低くなる。
【００３８】
このように複数設けられているスイッチ１２及び１４のうちＯＮ／ＯＦＦを適当に変化させることによりアンテナ上を流れる電流経路を変化させることが可能となり、電流経路長の変化に伴い水平偏波の動作周波数を離散的に可変することができる。
【００３９】
垂直偏波モードにおいても同様で、スイッチ１１をＯＮし、スイッチ１０をＯＦＦすることにより垂直偏波モードとなり、複数設けられているスイッチ１３及び１５のうちＯＮ／ＯＦＦを適当に変化させることによりアンテナ上を流れる電流経路を変化させることが可能となり、垂直偏波の動作周波数を離散的に可変することができる。
【００４０】
このような構成のアンテナ装置によれば、スイッチ１０及び１１のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより一つの給電点でも垂直偏波と水平偏波を切り換えることが可能となり、給電回路を１系統にすることができる。よって、給電回路の大型化、煩雑化を解消することができる。さらに、スイッチ１２、１３、１４、１５のＯＮ／ＯＦＦを適当に変化させることにより、垂直偏波及び水平偏波の動作周波数を離散的に可変することが可能となる。
【００４１】
スイッチ１０乃至１５は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を適用したスイッチや、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）スイッチ、およびＰＩＮ（ｐ−ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ−ｎ）ダイオードスイッチ等のスイッチであってもよい。
【００４２】
本実施の形態１では、各導体間を接続するスイッチの数を５つとしているが、スイッチの数が任意の自然数個であっても同様の効果が得られることは云うまでもない。
【００４３】
また、基本導体２と整合用延伸導体４、５を接続する複数設置されたスイッチ１０、１１において、給電回路との整合を微調整するため、各々において一斉にＯＮさせず、いくつかをＯＦＦさせてもよい。
【００４４】
なお、動作周波数可変用延伸導体６、７、８、９と、スイッチ１２、１３、１４、１５を除くことにより、偏波切り替え機能のみもつアンテナ装置となる。
【００４５】
図６は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の別の構成を示す斜視図である。この図６は、基本導体２と整合用延伸導体４、５と、両者間を接続するスイッチ１０、１１で構成されたアンテナ装置を示す。動作周波数を可変させる機能を必要としないならば、この構成によりさらにアンテナ装置を簡素化することが可能となる。
【００４６】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置について図７を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【００４７】
上記の実施の形態１においては、垂直偏波用、水平偏波用でそれぞれ１対の動作周波数可変用延伸導体を設けたが、この実施の形態２では、複数対の動作周波数可変用延伸導体と、動作周波数可変用延伸導体と整合用延伸導体と基本導体との各間を接続する複数のスイッチを設けたもので、より動作周波数可変領域を広げる効果が得られる。
【００４８】
図７において、水平偏波及び垂直偏波用のそれぞれ２対の動作周波数可変用延伸導体６、７及び２５、２６、並びに８、９及び２７、２８と、動作周波数可変用延伸導体と整合用延伸導体４、５と基本導体２との各間を接続する複数のスイッチ１０〜１５、２９〜３２とを設けたアンテナ装置の構成例を示す。このようにすることにより、スイッチの切り換えの自由度が増え電流経路長の可変幅が広がるため、広帯域に渡って動作周波数を可変する効果が得られる。
【００４９】
所望の動作周波数可変領域により、垂直偏波用と水平偏波用の動作周波数可変用延伸導体が異なってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の座標系を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の一部を拡大した図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の一部を拡大した図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の一部を拡大した図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の別の構成を示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  誘電体基板、２  基本導体、３  給電点、４  整合用延伸導体、５  整合用延伸導体、６  動作周波数可変用延伸導体、７  動作周波数可変用延伸導体、８  動作周波数可変用延伸導体、９  動作周波数可変用延伸導体、１０  スイッチ、１１  スイッチ、１２  スイッチ、１３  スイッチ、１４  スイッチ、１５  スイッチ、１６  方形マイクロストリップアンテナ、１９  方形マイクロストリップアンテナ。
【図１】
2008236656.tif 000003
【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】
2008236656.tif 000009