(57)【要約】【課題】  広い周波数帯域で指向性を制御できる、構成が単純なアンテナ装置を提供すること。【解決手段】  アンテナ装置は、第１のアンテナ素子と、複数の第２のアンテナ素子と、給電点からの信号経路を第１のアンテナ素子に通ずる第１の経路と複数の第２のアンテナ素子に通ずる第２の経路とに分配する分配部と、複数の第２のアンテナ素子の一部を選択して、当該選択した第２のアンテナ素子と分配部とを接続する切替部とを備える。複数の第２のアンテナ素子に含まれる互いに隣接した２つの第２のアンテナ素子は、当該２つの第２のアンテナ素子のそれぞれと第１のアンテナ素子を結ぶ２本の直線が１８０度及び３６０度以外の所定の角度で交わるよう配置されている。【選択図】  図１
2008061085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアンテナ素子と、
複数の第２のアンテナ素子と、
給電点からの信号経路を、前記第１のアンテナ素子に通ずる第１の経路と、前記複数の第２のアンテナ素子に通ずる第２の経路とに分配する分配部と、
前記複数の第２のアンテナ素子の一部を選択して、当該選択した第２のアンテナ素子と前記分配部とを接続する切替部と、を備え、
前記複数の第２のアンテナ素子に含まれる互いに隣接した２つの第２のアンテナ素子は、当該２つの第２のアンテナ素子のそれぞれと前記第１のアンテナ素子を結ぶ２本の直線が１８０度及び３６０度以外の所定の角度で交わるよう配置された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であって、
前記複数の第２のアンテナ素子は、前記第１のアンテナ素子からそれぞれ等距離に配置された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であって、
前記所定の角度は９０度又は２７０度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のアンテナ素子及び前記複数の第２のアンテナ素子は同一平面上に配置された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、指向性を電気的に制御するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
主に屋内で利用される無線通信システムとして無線ＬＡＮがある。無線通信システムが屋内で用いられる場合、部屋の構造物や什器等によって、電波の反射や散乱、回折が生じたり、電波の伝搬路が遮蔽されることがある。さらに、人や物の移動によって電波のフェージング環境が変化することがある。これらは通信品質の劣化の要因となるため、このような無線通信システムでは、フェージングによる影響を低減することのできるアンテナの利用が望ましい。
【０００３】
フェージングによる影響を低減できるアンテナとして、フェーズドアレーアンテナが知られている。フェーズドアレーアンテナは、複数のアンテナ素子を有するサブアレーアンテナと、サブアレーアンテナ毎に接続された可変移相器及び可変振幅調整器（可変利得増幅器又は可変減衰器）を備える。各サブアレーアンテナのアンテナ素子は、移相器によって制御された位相で、可変振幅調整器によって調整された振幅の電波を出力するため、フェーズドアレーアンテナは所望の指向性を実現できる。しかし、このフェーズドアレーアンテナは、サブアレーアンテナ毎に移相器及び可変振幅調整器を備えるため、構成が複雑かつ大型である。また、製造コストが高い。
【０００４】
特許文献１に記載された発明は、構成が単純であって製造コストが低い、指向性を制御可能なアレーアンテナ装置を提供することを目的としている。このアレーアンテナ装置は、図１２に示すように、中心に配置された第１のアンテナ素子と、第１のアンテナ素子から等距離で互いに等間隔をもって配列された複数の第２のアンテナ素子群と、第１のアンテナ素子への給電の位相を変化させる移相器５と、移相器５を制御する移相制御器６と、複数の第２のアンテナ素子に接続され、隣り合う第２のアンテナ素子同士で所定の位相差をもって、第２のアンテナ素子の各々に給電する給電器７と、移相器５と給電器７に接続され、移相器５及び給電器７への電力の分配又は移相器５及び給電器７からの電力の合成を行う分配／合成器８とを備える。このアレーアンテナ装置では、移相器５が第１のアンテナ素子の励振位相を変化させることにより、アレーアンテナ装置の指向性を変化させる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３４７８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記説明したアレーアンテナ装置は、フェーズドアレーアンテナと比較すると移相器の数は少ないものの、第１のアンテナ素子に接続される移相器５は必要であり、第２のアンテナ素子の各々に給電する給電器７も必要である。また、上記説明したアレーアンテナ装置は、励振するアンテナ素子の位相差を利用しているため、利用できる周波数が限られる。このため、対応可能な周波数帯域が狭い。
【０００７】
本発明の目的は、広い周波数帯域で指向性を制御できる、構成が単純なアンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１のアンテナ素子と、複数の第２のアンテナ素子と、給電点からの信号経路を、前記第１のアンテナ素子に通ずる第１の経路と、前記複数の第２のアンテナ素子に通ずる第２の経路とに分配する分配部と、前記複数の第２のアンテナ素子の一部を選択して、当該選択した第２のアンテナ素子と前記分配部とを接続する切替部と、を備え、前記複数の第２のアンテナ素子に含まれる互いに隣接した２つの第２のアンテナ素子は、当該２つの第２のアンテナ素子のそれぞれと前記第１のアンテナ素子を結ぶ２本の直線が１８０度及び３６０度以外の所定の角度で交わるよう配置されたアンテナ装置を提供する。
【０００９】
上記アンテナ装置では、前記複数の第２のアンテナ素子は、前記第１のアンテナ素子からそれぞれ等距離に配置される。
【００１０】
上記アンテナ装置では、前記所定の角度は９０度又は２７０度である。
【００１１】
上記アンテナ装置では、前記第１のアンテナ素子及び前記複数の第２のアンテナ素子は同一平面上に配置される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るアンテナ装置によれば、移送器を備えていないため、広い周波数帯域で指向性を制御でき、構成も単純である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のアンテナ装置が有するアンテナ素子の配置を示す斜視図である。図２は、第１の実施形態のアンテナ装置が有するアンテナ素子の配置を示す上面図である。図３は、第１の実施形態のアンテナ装置のブロック図である。図１及び図２に示すように、第１の実施形態のアンテナ装置は、第１のアンテナ素子１１と、２つの第２のアンテナ素子１３ａ，１３ｂとを備える。第１のアンテナ素子１１及び２つの第２のアンテナ素子１３ａ，１３ｂは、半波長ダイポールアンテナである。
【００１５】
第２のアンテナ素子１３ａ，１３ｂは、第１のアンテナ素子１１を中心とした半径がλ／２の円の円周上に配置されている。すなわち、第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１３ａとの間隔及び第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１３ｂとの間隔はどちらもλ／２であり等しい。また、第２のアンテナ素子１３ａ，１３ｂは、第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１３ａを結ぶ直線と第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１３ｂを結ぶ直線とが直交するよう配置されている。
【００１６】
本実施形態のアンテナ装置は、第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子１３ａ，１３ｂに加えて、分配部１５とスイッチ部１７とを備える。分配部１５は、給電点１９から入力された高周波信号を２つに分配する。なお、分配比率は１：１である。分配部１５で分配された一方の高周波信号は第１のアンテナ素子１１に供給され、もう一方の高周波信号はスイッチ部１７に供給される。スイッチ部１７は、第２のアンテナ素子１３ａ，１３ｂのいずれかを選択して、当該選択した第２のアンテナ素子と分配部１５とを接続する。このため、スイッチ部１７に供給された高周波信号は、当該選択した第２のアンテナ素子に供給される。なお、スイッチ部１７による第２のアンテナ素子の選択は、図示しない制御部によって制御される。
【００１７】
図４及び図５は、本実施形態のアンテナ装置の水平面（図１中のＸＹ面）における指向特性図である。図４は第２のアンテナ素子１３ａが選択された際の指向特性図であり、図５は第２のアンテナ素子１３ｂが選択された際の指向特性図である。第２のアンテナ素子１３ａが選択されたとき、第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子１３ａから高周波信号が放射される。第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子１３ａから放射された高周波信号は、図２に示すＸ方向では互いに強め合い、図２に示すＹ方向では互いに弱め合う。その結果、図４に示すように、第２のアンテナ素子１３ａが選択された際の指向性はＸ方向に強く、Ｙ方向に弱い特性となる。なお、このときの電力半値角は約５０度である。
【００１８】
一方、第２のアンテナ素子１３ｂが選択されたとき、第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子１３ｂから高周波信号が放射される。第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子１３ｂから放射された高周波信号は、Ｘ方向では互いに弱め合い、Ｙ方向では互いに強め合う。その結果、図５に示すように、第２のアンテナ素子１３ｂが選択された際の指向性はＸ方向に弱く、Ｙ方向に強い特性となる。なお、このときの電力半値角は約５０度である。
【００１９】
このように、第１のアンテナ素子１１から放射された高周波信号と第２のアンテナ素子から放射された高周波信号は互いに影響し合い、第２のアンテナ素子の配置に応じてＸＹ面の指向性が変化する。本実施形態のように、異なる指向性を選択的に実現するためには、第２のアンテナ素子１３ａ，１３ｂのそれぞれと第１のアンテナ素子１１を結ぶ２本の直線が１８０度又は３６０度以外の所定の角度（本実施形態では９０度）で交わるよう、第２のアンテナ素子１３ａ，１３ｂが配置されている必要がある。
【００２０】
以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置によれば、高周波信号を供給する第２のアンテナ素子を切り替えると、水平面における指向性が変化する。第２のアンテナ素子の切り替えは、スイッチ部１７を制御することによって行われる。このように、本実施形態のアンテナ装置は移相器を備える必要がない。したがって、指向性を制御可能なアンテナ装置を簡単な構成で実現できるため、アンテナ装置を小型化できる。また、簡単な構成であるため製造コストを低減できる。また、本実施形態のアンテナ装置では、アンテナ素子に信号を供給する際に位相を変化させる必要がないため、アンテナ素子単体の周波数特性をそのまま利用できる。このため、広い周波数帯域に対応することができる。
【００２１】
なお、本実施形態では、第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１３ａ，１３ｂとの間隔をλ／２を例に説明したが、これら間隔は等距離であればλ／２に限らない。
【００２２】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態のアンテナ装置が有するアンテナ素子の配置を示す斜視図である。図７は、第２の実施形態のアンテナ装置が有するアンテナ素子の配置を示す上面図である。第２の実施形態のアンテナ装置が第１の実施形態のアンテナ装置と異なる点は、第２のアンテナ素子の配置である。この点以外は第１の実施形態と同様である。
【００２３】
第２の実施形態のアンテナ装置は、第１の実施形態と同様の第１のアンテナ素子１１と、２つの第２のアンテナ素子２３ａ，２３ｂとを備える。第２のアンテナ素子２３ａは第１のアンテナ素子１１からλ／２の位置に配置され、第２のアンテナ素子２３ｂは第１のアンテナ素子１１から２λ／５の位置に配置されている。また、第２のアンテナ素子２３ａ，２３ｂは、第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子２３ａを結ぶ直線と第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子２３ｂを結ぶ直線とが直交するよう配置されている。
【００２４】
図８及び図９は、本実施形態のアンテナ装置の水平面（図６中のＸＹ面）における指向特性図である。図８は第２のアンテナ素子２３ａが選択された際の指向特性図であり、図９は第２のアンテナ素子２３ｂが選択された際の指向特性図である。第２のアンテナ素子２３ａが選択されたとき、第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子２３ａから高周波信号が放射される。このときの指向性は図７に示すＸ方向では互いに強め合い、図７に示すＹ方向では互いにやや弱め合う。その結果、図８に示すように、第２のアンテナ素子２３ａが選択された際の指向性はＸ方向に強く、Ｙ方向にやや弱い特性となる。なお、このときの電力半値角は約８０度である。
【００２５】
一方、第２のアンテナ素子２３ｂが選択されたとき、第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子２３ｂから高周波信号が放射される。第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子２３ｂから放射された高周波信号は、Ｘ方向では互いに弱め合い、Ｙ方向では互いに強め合う。その結果、図９に示すように、第２のアンテナ素子２３ｂが選択された際の指向性はＸ方向に弱く、Ｙ方向に強い特性となる。なお、このときの電力半値角は約５０度である。
【００２６】
このように、第２のアンテナ素子の第１のアンテナ素子１１からの距離に応じて電力半値角が変化する。例えば、Ｙ方向に配置される第２のアンテナ素子の第１のアンテナ素子１１からの距離を変えることによって、アンテナ装置のＸ方向の指向性における電力半値角が変化する。このため、第２のアンテナ素子の第１のアンテナ素子１１からの距離を変えることによって、電力半値角を制御することができる。
【００２７】
以上説明した第１及び第２の実施形態では、２つの第２のアンテナ素子のそれぞれと第１のアンテナ素子１１を結ぶ２本の直線が直交する例を説明した。上述したように、異なる指向性を選択的に実現するためには、これら２本の直線は１８０度又は３６０度以外の所定の角度で交わるよう第２のアンテナ素子が配置されている必要がある。このため、これら２本の直線が交差する角度は直角に限られず、例えば図１０及び図１１に示すように、１０５度であっても良い。
【００２８】
また、第１及び第２の実施形態では、第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂとして半波長ダイポールアンテナを例に説明したが、モノポールアンテナやスリーブアンテナ等の線状アンテナであっても良い。さらに、第２のアンテナ素子の数が２つの場合を例に説明したが、３つ以上であっても良い。３つ以上の第２のアンテナ素子を備える場合、スイッチ部１７によって選択され分配器１５に接続される第２のアンテナ素子は１つに限らず、複数であっても良い。但し、全ての第２のアンテナ素子を分配器１５に接続する形態を除く。またこの場合、複数の第２のアンテナ素子を複数のグループに分けてグループ単位でスイッチ部１７によって切り替えても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係るアンテナ装置は、広い周波数帯域で指向性を電気的に制御できるアンテナ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の実施形態のアンテナ装置が有するアンテナ素子の配置を示す斜視図
【図２】第１の実施形態のアンテナ装置が有するアンテナ素子の配置を示す上面図
【図３】第１の実施形態のアンテナ装置のブロック図
【図４】第１の実施形態のアンテナ装置の水平面における指向特性図
【図５】第１の実施形態のアンテナ装置の水平面における指向特性図
【図６】第２の実施形態のアンテナ装置が有するアンテナ素子の配置を示す斜視図
【図７】第２の実施形態のアンテナ装置が有するアンテナ素子の配置を示す上面図
【図８】第２の実施形態のアンテナ装置の水平面における指向特性図
【図９】第２の実施形態のアンテナ装置の水平面における指向特性図
【図１０】他の実施形態のアンテナ装置が有するアンテナ素子の配置を示す斜視図
【図１１】他の実施形態のアンテナ装置が有するアンテナ素子の配置を示す上面図
【図１２】従来のアレーアンテナ装置のブロック図
【符号の説明】
【００３１】
１１  第１のアンテナ素子
１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ  第２のアンテナ素子
１５  分配部
１７  スイッチ部
【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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