(57)【要約】【課題】小形かつ薄型で、指向性を所望の方向に偏らせ、設置後も指向性を制御することができるアンテナを提供する。【解決手段】天井導体１１と接地導体１２と側面導体１３とは、２つの開口２２、２３を有するアンテナ筐体を形成する。アンテナ素子１４、１５は、アンテナ筐体の内部に配置されており、それぞれ、給電点１６、１７に接続されている。給電制御回路２０は、給電点１６、１７のいずれかを外部接続端子２１と接続するスイッチ機能を有する。いずれのアンテナ素子１４、１５が動作するかによって、アンテナは、所望の方向に偏った指向性を有する。給電制御回路２０は、信号を分配／合成する機能、移相器２６、あるいは、振幅調整回路２７を備えていてもよい。【選択図】　　　　図１
2004007532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に指向性を有するアンテナであって、
接地導体と、
前記接地導体の表面に配置されている２つ以上の給電部と、
それぞれが各前記給電部と接続されている２つ以上のアンテナ素子と、
前記アンテナ素子を挟んで前記接地導体と対向するように配置されている天井導体と、
前記アンテナ素子を含む空間の周囲を前記アンテナ素子を離間して囲み、前記天井導体および前記接地導体とともに２つ以上の開口を有するアンテナ筐体を形成する側面導体と、
外部接続端子と前記給電部との間を流れる信号を制御する給電制御部とを備えた、アンテナ。
【請求項２】
前記給電制御部は、前記外部接続端子と接続される前記給電部を切り替えることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記給電制御部は、前記給電部から入力された信号を合成して前記外部接続端子に出力する機能と、前記外部接続端子から入力された信号を前記給電部に分配して出力する機能との少なくとも一方を有することを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記給電制御部は、前記外部接続端子から前記給電部に至る経路上の少なくとも１箇所に、信号の位相を変化させる位相調整部を有することを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記給電制御部は、前記外部接続端子から前記給電部に至る経路上の少なくとも１箇所に、信号の振幅を変化させる振幅調整部を有するこを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記天井導体を１つだけ備え、前記天井導体と前記接地導体とで挟まれた空間に、すべての前記アンテナ素子が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記天井導体を２つ以上備え、各前記天井導体と前記接地導体とで挟まれた空間に、それぞれ１つの前記アンテナ素子が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記天井導体と前記アンテナ素子とが、電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記アンテナ筐体は、前記開口の形状および位置を含めて、前記接地導体に垂直な第１の平面に対して対称であることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記給電部は、前記第１の平面に対して対称に配置されていることを特徴とする、請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記アンテナ筐体は、前記開口の形状および位置を含めて、前記接地導体および前記第１の平面の両方に垂直な第２の平面に対して対称であることを特徴とする、請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記給電部は、前記第１および第２の平面に対して対称に配置されていることを特徴とする、請求項１１に記載のアンテナ。
【請求項１３】
前記接地導体が長方形であることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１４】
前記接地導体が円形状であることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１５】
前記アンテナ筐体の内部に、前記接地導体と電気的に接続され、前記アンテナ素子と離間して配置されている１つ以上の整合導体をさらに備えた、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１６】
少なくとも１つ以上の前記整合導体が、前記アンテナ素子と電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項１７】
少なくとも１つ以上の前記整合導体が、前記天井導体と電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項１８】
前記アンテナ筐体の内部に、一端が前記接地導体と接続されている１つ以上のアイソレーション調整導体をさらに備えた、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１９】
少なくとも１つ以上の前記アイソレーション調整導体が、前記天井導体と接続されていることを特徴とする、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２０】
前記アンテナ筐体の内部に、空気より高い誘電率を有する誘電性部材をさらに備えた、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項２１】
前記誘電性部材は、前記アンテナ筐体の内部すべてに充填されていることを特徴とする、請求項２０に記載のアンテナ。
【請求項２２】
前記天井導体と前記接地導体とは誘電体基板に張り付けた金属箔によって構成され、前記側面導体はビアによって構成されていることを特徴とする、請求項２１に記載のアンテナ。
【請求項２３】
前記誘電性部材は、前記アンテナ筐体の内部の一部を占め、前記開口を覆うように配置されていること特徴とする、請求項２０に記載のアンテナ。
【請求項２４】
前記開口の大きさを変化させる開口制御部をさらに備えた、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項２５】
前記給電制御部が、前記アンテナ筐体の内部で前記接地導体上に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項２６】
前記アンテナ筐体の内部に金属製のシールド部材をさらに備え、
前記給電制御部は、前記接地導体と前記シールド部材とによってシールドされる空間に配置されていることを特徴とする、請求項２５に記載のアンテナ。
【請求項２７】
前記接地導体は、前記アンテナ筐体の内部に向けてくぼんだ凹部を有し、
前記給電制御部は、前記アンテナ筐体の外部で前記接地導体の凹部内に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項２８】
前記接地導体の凹部を覆う金属製のシールド部材をさらに備え、
前記給電制御部は、前記接地導体の凹部と前記シールド部材とによってシールドされる空間に配置されていることを特徴とする、請求項２７に記載のアンテナ。
【請求項２９】
所定の方向に指向性を有するアンテナを含むアンテナユニットであって、
接地導体と、
前記接地導体の表面に配置されている２つ以上の給電部と、
それぞれが各前記給電部と接続されている２つ以上のアンテナ素子と、
前記アンテナ素子を挟んで前記接地導体と対向するように配置されている天井導体と、
前記アンテナ素子を含む空間の周囲を前記アンテナ素子を離間して囲み、前記天井導体および前記接地導体とともに２つ以上の開口を有するアンテナ筐体を形成する側面導体と、
前記給電部とアンテナ接続端子との間を流れる信号を制御する給電制御部と、
外部に設けたアンテナ制御装置から受信した無線信号を前記アンテナ接続端子に供給し、前記アンテナ接続端子から出力された無線信号を前記アンテナ制御装置に送信する無線回路とを備えた、アンテナユニット。
【請求項３０】
前記無線回路は、光信号と電気信号とを相互に変換する光／電気変換回路を含み、前記アンテナ制御装置との間で光通信を行うことを特徴とする、請求項２９に記載のアンテナユニット。
【請求項３１】
前記天井導体を１つだけ備え、前記天井導体と前記接地導体とで挟まれた空間に、すべての前記アンテナ素子が配置されていることを特徴とする、請求項２９に記載のアンテナユニット。
【請求項３２】
前記天井導体を２つ以上備え、各前記天井導体と前記接地導体とで挟まれた空間に、それぞれ１つの前記アンテナ素子が配置されていることを特徴とする、請求項２９に記載のアンテナユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として移動体通信で使用されるアンテナおよびアンテナユニットに関し、より特定的には、移動体通信における基地局用アンテナおよびこれを用いたアンテナユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３６から図４０を参照して、従来のアンテナの一例を説明する。図３６は、特許文献１に記載されているモノポールアンテナの構成を示す図である。このアンテナは、天井導体１１１、接地導体１１２、側面導体１１３、アンテナ素子１１４、および、給電点１１５を備え、水平面内で双指向性を有することを特徴とする。天井導体１１１は３つの部分からなり、このうち中央の天井導体１１１ｂは、線状導体で構成されている。天井導体１１１、接地導体１１２、および、側面導体１１３は、直方体のアンテナ筐体を形成し、このアンテナ筐体は、２つの開口１１６、１１７を有している。給電点１１５は、接地導体１１２の中央に配置されている。アンテナ素子１１４の一端は、給電点１１５に接続されている。アンテナ素子１１４の他端は、中央の天井導体１１１ｂとハンダなどで機械的および電気的に接続されている。給電点１１５を原点として、図３６に示す座標系を設定すると、このアンテナは、ＺＹ面およびＺＸ面の両方に対して対称であると言える。
【０００３】
図３７を参照して、図３６に示すアンテナの動作を説明する。電波の励振は、アンテナ素子１１４で行われ、ここから周波数ｆ０の電波が放射される。放射された電波は、２つの開口１１６、１１７を通って、アンテナ筐体の外部へ放射される。２つの開口１１６、１１７は、放射源であるアンテナ素子１１４に対して対称な位置に配置されている。したがって、アンテナ素子１１４から２つの開口１１６、１１７までの距離は等しく、開口１１６、１１７に励起される電界の向きは、図３７（ａ）に示すように逆向きとなる。開口に励起される電界を磁流に置き換えて説明すると、２つの開口１１６、１１７の位置には、図３７（ｂ）に示すように、Ｙ軸と平行に、振幅が等しく互いに逆向きの線状磁流源Ｂ１、Ｂ２が存在し、アンテナから放射される電波は、２つの磁流源Ｂ１、Ｂ２から放射されたものと考えることができる。つまり、アンテナからの電波の放射は、磁流源Ｂ１、Ｂ２のアレーからの放射と見なすことができる。
【０００４】
磁流源Ｂ１、Ｂ２は、図３７（ｂ）に示すように、ＺＹ面に対して対称な位置にあるため、磁流源Ｂ１、Ｂ２から放射された電波は、ＺＹ面上では等振幅かつ互いに逆相となり、相殺される。このため、電波は、ＺＹ面には放射されない。また、ＺＸ面では磁流源Ｂ１、Ｂ２から放射された電波の位相が一致する方向があり、電波はその方向では強くなる。例えば、磁流源Ｂ１、Ｂ２の間隔が自由空間において１／２波長である場合には、Ｘ軸上の任意の点で２つの電波の位相が一致するため、電波は、＋Ｘ方向および−Ｘ方向の両方で強くなる。すなわち、図３６に示すアンテナは、Ｘ方向に双指向性を有する。
【０００５】
このように図３６に示すアンテナによれば、１つのアンテナ素子を用いてアンテナ・アレーの効果を奏することができ、アンテナに指向性を持たせることができる。また、例えば、開口１１６、１１７のＹ方向の長さを長くした場合には、磁流源が長くなるため、Ｘ方向への放射が絞られて、利得が大きくなる。このように開口の長さによって、利得を調整することもできる。
【０００６】
一般に、アンテナを構成する導体部材の大きさは有限であるため、電波は、各導体部材の端部で回折する。このため、アンテナから放射される電波は、正確には、アンテナ素子による放射電波と導体部材の端部における回折波との和となる。このことは、図３６に示すアンテナにも当てはまる。すなわち、天井導体１１１、接地導体１１２、および、側面導体１１３のすべての端部および屈折箇所において、電波は回折する。特に、天井導体１１１と開口１１６、１１７とが同一平面内にあるため、アンテナから放射される電波は、天井導体１１１の端部における回折波に大きく影響される。このように、図３６に示すアンテナの指向性は、開口１１６、１１７の位置や個数や大きさに加えて、天井導体１１１、接地導体１１２、および、側面導体１１３の大きさや形状などによって変化する。
【０００７】
一例として、図３８に示すアンテナを試作したので、その特性を説明する。図３８において、自由空間波長λ０を基準としたとき、接地導体１１２は１辺が０．８３６×λ０の正方形であり、側面導体１１３の高さは０．０８３６×λ０である。中央の天井導体１１１ｂは、Ｙ軸と平行に配置された、長さが０．８３６×λ０の線状導体であり、その両端はいずれも側面導体１１３と電気的に接続されている。両端の天井導体１１１ａ、１１１ｃは、いずれも、Ｘ軸と平行な辺の長さが０．２０９×λ０、Ｙ軸と平行な辺の長さが０．８３６×λ０の長方形であり、それぞれ側面導体１１３と接続されている。２つの開口１１６、１１７は、Ｘ軸と平行な辺の長さが０．２０９×λ０で、Ｙ軸と平行な辺の長さが０．８３６×λ０の長方形となり、中央の天井導体１１１ｂを挟んで隣接するように配置されている。したがって、アンテナ筐体は、ＺＹ面およびＺＸ面の両方に対して対称となる。アンテナ素子１１４は、素子長が０．０８３５×λ０の線状導体であり、その先端は中央の天井導体１１１ｂの中点で、中央の天井導体１１１ｂと電気的に接続されている。
【０００８】
図３９は、図３８に示す試作アンテナの入力インピーダンス特性として、５０Ω給電線路に対するＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｓｔａｎｄｉｎｇ　Ｗａｖｅ　Ｒａｔｉｏ：電圧定在波比）特性を示したものである。図３９において、横軸は、中心周波数ｆ０で規格化した周波数である。周波数ｆ１およびｆ２は、それぞれ、ＶＳＷＲが２以下となる最低周波数および最高周波数である。図３９によれば、ＶＳＷＲが２以下の帯域は、（（ｆ２−ｆ１）／ｆ０）＝１８．２％となる。したがって、図３８に示す試作アンテナは、広帯域に亘って反射損失の少ない良好なインピーダンス特性を示すことが分かる。
【０００９】
図４０は、図３８に示す試作アンテナの中心周波数ｆ０における放射指向性を示したものである。放射指向性の目盛りは１間隔が１０ｄＢであり、単位は点波源の放射電力を基準にしたｄＢｉである。図４０によれば、図３８に示す試作アンテナは、Ｙ方向への電波の放射を抑制し、Ｘ方向に双指向性を有することが分かる。したがって、このアンテナは、廊下などの細長い室内空間において優れた特性を示す。
【００１０】
また、試作アンテナのアンテナ素子１１４の高さは、０．０８３５×λ０であり、通常の１／４波長アンテナ素子よりも低い。このようにアンテナ素子高が低いため、アンテナを室内の天井に埋め込めない場合でも、天井から突出する部分が、小さく人目に付きにくい。したがって、このアンテナは、景観上好ましいという特徴を有する。また、アンテナ筐体の形状を所定の平面に対して対称にすることにより、アンテナの指向性をその平面に対して対称にすることができる。以上に示すように、簡単な構造で、所望の双指向性を持つ小形で優れたアンテナを実現することができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−３０８６３０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のアンテナには、指向性を偏らせることができないという問題がある。すなわち、上記アンテナは、水平面内での双指向性を有し、廊下など細長い空間をカバーする用途には適しているが、特定の一方向に偏った指向性を有することができない。このことは、アンテナを室内などで使用する場合に問題となる。例えば、アンテナを挟んで一方に受信機、他方に他の通信システムが存在し、両者の使用周波数が近い場合には、アンテナから前者の受信機に向けて放射される電波は、後者の通信システムにとって妨害波となる。このため、アンテナから放射される電波の電力は、ある程度小さくすることが必要とされる。ところが、放射される電波の電力を小さくすると、前者の受信機における受信電波も小さくなり、結果として通信可能なカバーエリアが狭くなってしまう。したがって、近い周波数帯域を使用して通信を行う複数のシステムが近在する環境（例えば、室内）では、電波の放射方向を偏らせることができない従来のアンテナは、十分ではないと言える。
【００１３】
また、上記従来のアンテナには、指向性が固定されているという問題もある。すなわち、上記アンテナでは、アンテナの形状と使用周波数とによりアンテナの指向性が決まるので、アンテナを設置した後は、アンテナの向きを変えない限り、設置されたアンテナの指向性を変更することができない。しかし、先に設置したアンテナの近くに、後で他の通信システムを設置する場合などには、先に設置したアンテナの指向性を変更したい場合がある。また、時間的に変化する受信機の位置などに基づきアンテナの指向性を動的に制御できれば、その特徴を生かして、雑音が少なく信頼性の高い通信を行うことも可能となる。
【００１４】
それ故に、本発明は、小形かつ薄型で、双指向の放射特性を所望の方向に偏らせることができ、設置後も指向性を制御できるアンテナ、およびこれを用いたアンテナユニットを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、所定の方向に指向性を有するアンテナであって、接地導体と、接地導体の表面に配置されている２つ以上の給電部と、それぞれが各給電部と接続されている２つ以上のアンテナ素子と、アンテナ素子を挟んで接地導体と対向するように配置されている天井導体と、アンテナ素子を含む空間の周囲をアンテナ素子を離間して囲み、天井導体および接地導体とともに２つ以上の開口を有するアンテナ筐体を形成する側面導体と、外部接続端子と給電部との間を流れる信号を制御する給電制御部とを備える。
このような第１の発明によれば、簡単な構造で、所望の方向に指向性を偏らせ、設置後も指向性を制御することができる、小形で薄型のアンテナを提供することができる。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、給電制御部は、外部接続端子と接続される給電部を切り替えることを特徴とする。
このような第２の発明によれば、スイッチ機能を用いて、アンテナの指向性を偏らせ、設置後もアンテナの指向性を制御することができる。
【００１７】
第３の発明は、第１の発明において、給電制御部は、給電部から入力された信号を合成して外部接続端子に出力する機能と、外部接続端子から入力された信号を給電部に分配して出力する機能との少なくとも一方を有することを特徴とする。
このような第３の発明によれば、信号の合成／分配機能を用いてアンテナの指向性を偏らせ、設置後もアンテナの指向性を制御することができる。
【００１８】
第４の発明は、第１の発明において、給電制御部は、外部接続端子から給電部に至る経路上の少なくとも１箇所に、信号の位相を変化させる位相調整部を有することを特徴とする。
このような第４の発明によれば、与える信号の位相をアンテナ素子間で好適に調整することにより、アンテナの指向性を偏らせ、設置後もアンテナの指向性を制御することができる。
【００１９】
第５の発明は、第１の発明において、給電制御部は、外部接続端子から給電部に至る経路上の少なくとも１箇所に、信号の振幅を変化させる振幅調整部を有するこを特徴とする。
このような第５の発明によれば、与える信号の振幅をアンテナ素子間で好適に調整することにより、アンテナの指向性を偏らせ、設置後もアンテナの指向性を制御することができる。
【００２０】
第６の発明は、第１の発明において、天井導体を１つだけ備え、天井導体と接地導体とで挟まれた空間に、すべてのアンテナ素子が配置されていることを特徴とする。
このような第６の発明によれば、給電制御部を用いてアンテナ素子に与える信号を制御することにより、アンテナ筐体に形成された２つ以上の開口から放射される電波の特性を切り替え、アンテナの指向性を偏らせ、設置後もアンテナの指向性を制御することができる。
【００２１】
第７の発明は、第１の発明において、天井導体を２つ以上備え、各天井導体と接地導体とで挟まれた空間に、それぞれ１つのアンテナ素子が配置されていることを特徴とする。
このような第７の発明によれば、給電制御部を用いてアンテナ素子に与える信号を制御することにより、アンテナ筐体に形成された２つ以上の開口から放射される電波の特性を切り替え、アンテナの指向性を偏らせ、設置後もアンテナの指向性を制御することができる。また、アンテナ素子ごとに天井導体を設けることにより、あるアンテナ素子を選択的に動作させたときに、他のアンテナ素子に対応した天井導体は反射器として作用するので、アンテナの指向性をさらに偏らせることができる。
【００２２】
第８の発明は、第１の発明において、天井導体とアンテナ素子とが、電気的に接続されていることを特徴とする。
このような第８の発明によれば、天井導体とアンテナ素子とが電気的に接続されているので、アンテナのインピーダンスが安定する。したがって、アンテナの特性を安定させることができる。
【００２３】
第９の発明は、第１の発明において、アンテナ筐体は、開口の形状および位置を含めて、接地導体に垂直な第１の平面に対して対称であることを特徴とする。このような第９の発明によれば、アンテナ素子を第１の平面に対して対称に配置すれば、アンテナの指向性を第１の平面に対して対称にすることができる。
【００２４】
第１０の発明は、第９の発明において、給電部は、第１の平面に対して対称に配置されていることを特徴とする。
このような第１０の発明によれば、給電部にアンテナ素子を接続すれば、アンテナ素子は第１の平面に対して対称に配置されるので、アンテナの指向性を第１の平面に対して対称にすることができる。
【００２５】
第１１の発明は、第９の発明において、アンテナ筐体は、開口の形状および位置を含めて、接地導体および第１の平面の両方に垂直な第２の平面に対して対称であることを特徴とする。
このような第１１の発明によれば、アンテナ素子を第２の平面に対して対称に配置すれば、アンテナの指向性を第２の平面に対しても対称にすることができる。
【００２６】
第１２の発明は、第１１の発明において、給電部は、第１および第２の平面に対して対称に配置されていることを特徴とする。
このような第１２の発明によれば、給電部にアンテナ素子を接続すれば、アンテナ素子は第１および第２の平面に対して対称となるので、アンテナの指向性を、第１および第２の平面に対して対称にすることができる。
【００２７】
第１３の発明は、第１の発明において、接地導体が長方形であることを特徴とする。
このような第１３の発明によれば、アンテナを天井などに設置する際に、天井面の升目や部屋の形状に合わせて、目立たないようにアンテナを設置することができる。
【００２８】
第１４の発明は、第１の発明において、接地導体が円形状であることを特徴とする。
このような第１４の発明によれば、アンテナを天井などに設置する際に、天井面の升目や部屋の形状を意識せずに、任意の方向に向けてアンテナを設置することができる。
【００２９】
第１５の発明は、第１の発明において、アンテナ筐体の内部に、接地導体と電気的に接続され、アンテナ素子と離間して配置されている１つ以上の整合導体をさらに備える。
第１６の発明は、第１５の発明において、少なくとも１つ以上の整合導体が、アンテナ素子と電気的に接続されていることを特徴とする。
第１７の発明は、第１５の発明において、少なくとも１つ以上の整合導体が、天井導体と電気的に接続されていることを特徴とする。
このような第１５ないし第１７の発明によれば、整合導体を備えることにより、アンテナ素子のインピーダンスを給電線のインピーダンスと整合させて、効率よく電力を供給することができる。
【００３０】
第１８の発明は、第１の発明において、アンテナ筐体の内部に、一端が接地導体と接続されている１つ以上のアイソレーション調整導体をさらに備える。
第１９の発明は、第１８の発明において、少なくとも１つ以上のアイソレーション調整導体が、天井導体と接続されていることを特徴とする。
このような第１８および第１９の発明によれば、所望のアイソレーション特性を有し、かつ、放射指向性を制御できるアンテナを提供することができる。
【００３１】
第２０の発明は、第１の発明において、アンテナ筐体の内部に、空気より高い誘電率を有する誘電性部材をさらに備える。
このような第２０の発明によれば、誘電性部材内では波長が短くなるため、指向性などの特性を損うことなく、アンテナをより小形かつ薄型にすることができる。
【００３２】
第２１の発明は、第２０の発明において、誘電性部材は、アンテナ筐体の内部すべてに充填されていることを特徴とする。
このような第２１の発明によれば、アンテナ筐体の内部すべてが誘電性部材で充填されているので、アンテナ筐体の内部に埃や湿気の多い空気が入り込むことによるアンテナ特性の劣化を防ぐことができる。
【００３３】
第２２の発明は、第２１の発明において、天井導体と接地導体とは誘電体基板に張り付けた金属箔によって構成され、側面導体はビアによって構成されていることを特徴とする。
このような第２２の発明によれば、エッチング加工などの基板加工技術を用いてアンテナを製造することにより、アンテナの製作精度を向上させ、アンテナの量産コストを低減することができる。
【００３４】
第２３の発明は、第２０の発明において、誘電性部材は、アンテナ筐体の内部の一部を占め、開口を覆うように配置されていること特徴とする。
このような第２３の発明によれば、開口を誘電体で覆うことにより、アンテナ筐体の内部に埃や湿気の多い空気が入り込むことによるアンテナ特性の劣化を防ぐことができる。
【００３５】
第２４の発明は、第１の発明において、開口の大きさを変化させる開口制御部をさらに備える。
このような第２４の発明によれば、開口の大きさを変化させることにより、アンテナの放射指向性を変化させることができる。また、開口制御部による放射指向性制御を給電制御部による放射指向性制御とを組み合わせることにより、容易に所望の放射指向性を実現することができる。
【００３６】
第２５の発明は、第１の発明において、給電制御部が、アンテナ筐体の内部で接地導体上に配置されていることを特徴とする。
このような第２５の発明によれば、アンテナを小形にすることができる。
【００３７】
第２６の発明は、第２５の発明において、アンテナ筐体の内部に金属製のシールド部材をさらに備え、給電制御部は、接地導体とシールド部材とによってシールドされる空間に配置されていることを特徴とする。
このような第２６の発明によれば、アンテナを小形にし、アンテナ筐体の内部に発生する電界が給電制御部の動作に及ぼす影響を減らすことができる。
【００３８】
第２７の発明は、第１の発明において、接地導体は、アンテナ筐体の内部に向けてくぼんだ凹部を有し、給電制御部は、アンテナ筐体の外部で接地導体の凹部内に配置されていることを特徴とする。
このような第２７の発明によれば、アンテナを小形にし、アンテナ筐体の内部に発生する電界が給電制御部の動作に及ぼす影響を減らすことができる。
【００３９】
第２８の発明は、第２７の発明において、接地導体の凹部を覆う金属製のシールド部材をさらに備え、給電制御部は、接地導体の凹部とシールド部材とによってシールドされる空間に配置されていることを特徴とする。
このような第２８の発明によれば、アンテナを小形にし、アンテナ筐体の内部に発生する電界が給電制御部の動作に及ぼす影響をさらに減らすことができる。
【００４０】
第２９の発明は、所定の方向に指向性を有するアンテナを含むアンテナユニットであって、接地導体と、接地導体の表面に配置されている２つ以上の給電部と、それぞれが各給電部と接続されている２つ以上のアンテナ素子と、アンテナ素子を挟んで接地導体と対向するように配置されている天井導体と、アンテナ素子を含む空間の周囲をアンテナ素子を離間して囲み、天井導体および接地導体とともに２つ以上の開口を有するアンテナ筐体を形成する側面導体と、給電部とアンテナ接続端子との間を流れる信号を制御する給電制御部と、外部に設けたアンテナ制御装置から受信した無線信号をアンテナ接続端子に供給し、アンテナ接続端子から出力された無線信号をアンテナ制御装置に送信する無線回路とを備える。このような第２９の発明によれば、簡単な構造で、所望の方向に指向性を偏らせ、設置後も指向性を制御することができる、小形で薄型のアンテナを含むアンテナユニットを提供することができる。
【００４１】
第３０の発明は、第２９の発明において、無線回路は、光信号と電気信号とを相互に変換する光／電気変換回路を含み、アンテナ制御装置との間で光通信を行うことを特徴とする。
このような第３０の発明によれば、簡単な構造で、所望の方向に指向性を偏らせ、設置後も指向性を制御することができる、小形で薄型のアンテナを含み、アンテナ制御装置との間で光通信を行えるアンテナユニットを提供することができる。
【００４２】
第３１の発明は、第２９の発明において、天井導体を１つだけ備え、天井導体と接地導体とで挟まれた空間に、すべてのアンテナ素子が配置されていることを特徴とする。
【００４３】
第３２の発明は、第２９の発明において、天井導体を２つ以上備え、各天井導体と接地導体とで挟まれた空間に、それぞれ１つのアンテナ素子が配置されていることを特徴とする。
このような第３１または第３２の発明によれば、給電制御部を用いてアンテナ素子に与える信号を制御することにより、アンテナ筐体に形成された２つ以上の開口から放射される電波の特性を切り替え、アンテナの指向性を偏らせ、設置後も指向性を制御できるアンテナを含むアンテナユニットを提供することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナの構成を示す図である。このアンテナは、図１（ａ）に示すように、天井導体１１、接地導体１２、側面導体１３、アンテナ素子１４、１５、給電点１６、１７、信号線１８、１９、給電制御回路２０、および、外部接続端子２１を備えている。天井導体１１と接地導体１２と側面導体１３とは、２つの開口２２、２３を有するアンテナ筐体を形成する。このアンテナは、アンテナ素子と給電点と開口とをそれぞれ２つずつ有し、全体の形状が接地導体に垂直な２つの面に対して対称であり、天井導体と接地導体と開口とはいずれも長方形であり、アンテナ素子は天井導体と接続されていることを特徴とする。なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すアンテナを、天井導体１１と側面導体１３の前面部分とを取り除いて示した参考図である。このアンテナは、典型的には、接地導体１２が上側になるように、天井に埋め込んで、あるいは、天井に取り付けて使用される。
【００４５】
接地導体１２は、長方形の導体板である。以下、説明の便宜のために、図１（ｂ）に示す座標系を設定する。すなわち、接地導体１２の対角線の交点を原点とし、接地導体１２の２組の辺と平行な方向にＸ軸およびＹ軸を設定し、さらに、接地導体１２の法線方向にＺ軸を設定する。
【００４６】
給電点１６、１７は、接地導体１２の表面に配置されている。より詳細には、給電点１６、１７は、Ｘ軸上で原点に対して対称となる位置に配置されている。アンテナ素子１４、１５は、接地導体１２に対して垂直に配置されている。したがって、給電点１６、１７は、ＺＹ面およびＺＸ面に対して対称に配置されており、アンテナ素子１４、１５も、ＺＹ面およびＺＸ面に対して対称に配置されていると言える。アンテナ素子１４、１５の一端は、それぞれ、給電点１６、１７と電気的に接続されており、他端は、ハンダなどにより天井導体１１と電気的に接続されている。給電制御回路２０は、２つのアンテナ給電端子と１つの外部接続端子２１を有している。２つのアンテナ給電端子は、それぞれ、信号線１８、１９を介して、給電点１６、１７に接続されている。外部接続端子２１には、例えば、このアンテナとともにアンテナユニットを形成する無線回路（図示せず）が接続されている。
【００４７】
天井導体１１は、一方の辺の長さが接地導体１２の一方の辺の長さに等しく、他方の辺が接地導体１２の他方の辺より短い長方形の導体板である。天井導体１１は、アンテナ素子１４、１５を挟んで、接地導体１２と対向するように配置されている。より詳細には、天井導体１１は、１）接地導体１２と平行に、２）接地導体１２と長さが一致するほうの辺がＹ軸と平行になり、他方の辺がＸ軸と平行になるように、３）天井導体１１の対角線の交点がＺ軸上に位置するように配置されている。
【００４８】
側面導体１３は、４面の導体板からなり、天井導体１１および接地導体１２とともに、直方体のアンテナ筐体を形成する。側面導体１３は、天井導体１１および接地導体１２の両方に電気的に接続されている。天井導体１１と接地導体１２とは、上記１）から３）の条件を満たすように配置されているので、アンテナ筐体は、ＺＹ面およびＺＸ面の両方に対して対称に２つの開口２２、２３を有することになる。なお、アンテナ筐体を形成するために、６枚の導体板を使用してもよく、アンテナ筐体の展開図の形状を有する１枚の導体板を使用してもよい。
【００４９】
図２は、給電制御回路２０の詳細を示す図である。給電制御回路２０には、以下に示すように、種々の構成を有する回路を使用することができる。図２に示す給電制御回路２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、いずれも、２つのアンテナ給電端子２４、２５と１つの外部接続端子２１とを備えている。
【００５０】
図２（ａ）に示す給電制御回路２０ａは、動作状態のアンテナ素子を切り替えるスイッチ機能を有している。この給電制御回路２０ａは、制御信号（図示せず）に従い、２つのアンテナ給電端子２４、２５のいずれかと外部接続端子２１とを接続する。外部接続端子２１がアンテナ給電端子２４と接続された場合には、外部接続端子２１は給電点１６と接続され、これにより、アンテナ素子１４が動作する。これに対して、外部接続端子２１がアンテナ給電端子２５と接続された場合には、外部接続端子２１は給電点１７と接続され、これにより、アンテナ素子１５が動作する。
【００５１】
図２（ｂ）に示す給電制御回路２０ｂは、アンテナ素子の電力を合成および分配する合成／分配機能を有している。この給電制御回路２０ｂは、２つのアンテナ給電端子２４、２５から入力された信号を合成して外部接続端子２１に出力する機能と、外部接続端子２１から入力された信号を２つのアンテナ給電端子２４、２５に分配して出力する機能とを有する。信号を合成および分配する割合は、固定でもよく、制御信号（図示せず）に基づき変化することとしてもよい。なお、上記スイッチ機能は、信号を合成および分配する割合として０％および１００％を選択できる合成／分配機能と考えることもできる。
【００５２】
また、給電制御回路２０は、アンテナ給電端子２４、２５から外部接続端子２１に至る経路上に、移相器や振幅調整回路を備えることとしてもよい。例えば、図２（ｂ）に示す給電制御回路２０ｂに２つの移相器２６を追加すると、図２（ｃ）に示す給電制御回路２０ｃが得られ、２つの振幅調整回路２７をさらに追加すると、図２（ｄ）に示す給電制御回路２０ｄが得られる。移相器２６は、アンテナに給電される信号の位相を変化させ、振幅調整回路２７は、アンテナに給電される信号の振幅を変化させる。なお、給電制御回路２０は、振幅調整回路２７のみを備えていてもよく、アンテナ給電端子２４、２５から外部接続端子２１に至る２本の経路上の一方のみに、移相器２６や振幅調整回路２７を備えていてもよい。
【００５３】
次に、図３から図６を参照して、図１に示すアンテナの動作原理を説明する。図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ、アンテナ素子１４のみに信号を与え、アンテナ素子１５を開放した（信号を与えない）状態における電界分布および磁流分布の一例を示す図である。アンテナ素子１４のみに信号を与えた場合、電波の励振は、アンテナ素子１４のみで行われる。その結果、図３（ａ）に示す電界が放射源となり、２つの開口２２、２３から電波が放射される。
【００５４】
天井導体１１とアンテナ素子１４との接続点をＰとし、天井導体１１の開口２２側の端をＳ１、開口２３側の端をＳ２とする。点Ｐから端Ｓ１までの距離をｄ１とすると、端Ｓ１と接地導体１２との間に生じる電界の位相は、アンテナ素子１４からｋ０×ｄ１［ｒａｄ．］だけ遅れる。一方、点Ｐから端Ｓ２までの長さをｄ２とすると、端Ｓ２と接地導体１２との間に生じる電界の位相は、アンテナ素子１４からｋ０×ｄ２［ｒａｄ．］だけ遅れる。ここで、ｋ０は自由空間の波数であり、波長λ０を用いて、２×π／λ０と表される。したがって、天井導体１１の両端Ｓ１、Ｓ２に生じる電界を比較すると、振幅は等しいが、位相にはｋ０×（ｄ１−ｄ２）［ｒａｄ．］の差が生じる。
【００５５】
電界を磁流に置き換えて説明すると、２つの開口２２、２３の位置には、図３（ｂ）に示すように、Ｙ軸と平行に、振幅が等しく位相差ｋ０×（ｄ１−ｄ２）［ｒａｄ．］を有する２つの線状磁流源Ａ１、Ａ２が存在し、アンテナから放射される電波は、２つの磁流源Ａ１、Ａ２から放射されたものと考えることができる。つまり、アンテナからの電波の放射は、磁流源Ａ１、Ａ２のアレーからの放射と見なすことができる。
【００５６】
例えば、図３に示す例では、電界間の位相差がπ［ｒａｄ．］であると仮定している。この場合、開口２２、２３に生じる電界の方向が一致するため（図３（ａ））、磁流源Ａ１、Ａ２の方向も一致する（図３（ｂ））。このため、電界間の位相差がπ［ｒａｄ．］である場合には、図１に示すアンテナを２本の線状磁流の同相アレーと見なすことができる。
【００５７】
一般にアンテナ・アレーでは、放射電波が強められる方向は、アンテナ素子に給電される電流の位相差とアンテナ素子の間隔とにより定まるアレーファクタによって決まる。アンテナ・アレーから放射される電波は、アレーファクタにアンテナ素子単体の放射パターンを掛け合わせたものとなる。したがって、線状磁流源Ａ１、Ａ２による放射パターンをアンテナ素子単体の放射パターンに当てはめれば、図１に示すアンテナの放射パターンを近似的に求めることができる。
【００５８】
具体的に述べると、磁流源Ａ１、Ａ２はＹ軸と平行に配置された線状磁流であるので、電波は、Ｙ軸方向には放射されず、ＺＸ面内の所定の方向では強くなる。すなわち、磁流源Ａ１、Ａ２から放射された電波は、２つの線状磁流間の位相差に関わらず、Ｙ方向では弱くなる。また、ＺＸ面内では２つの磁流源から放射される電波の位相が一致する方向があり、電波は、その方向では強くなる。
【００５９】
図４から図６は、図１に示すアンテナの放射指向性を示したものである。ただし、図４から図６に示す結果は、接地導体１２は無限平面であり、電波は接地導体１２の端部では回折しないと仮定した上で算出したものである。なお、以下で放射指向性を示す場合には、水平面指向性（ＸＹ面での指向性）と垂直面指向性（ＺＸ面での指向性）とをそれぞれの最大値で規格化して示すこととする。また、放射指向性の目盛りは、１間隔が１０ｄＢであるとする。
【００６０】
図４は、第１の例として、図２（ａ）に示す給電制御回路２０ａを用いた場合の放射指向性を示している。この例では、アンテナ素子１４、１５は、Ｘ軸上で原点に対して対称に、図３に示す距離ｄ１が自由空間で１／２４波長、距離ｄ２が７／２４波長となるように配置されているとする。このとき、電界間の位相差は、π／２［ｒａｄ．］となる。図４（ａ）は、アンテナ素子１４のみに信号を与えた場合の放射指向性を、図４（ｂ）は、アンテナ素子１５のみに信号を与えた場合の放射指向性を示している。図４（ａ）および（ｂ）によれば、電波は、Ｙ方向では弱くなることが分かる。また、図４（ａ）によれば、アンテナ素子１４のみに信号を与えた場合には、電波は＋Ｘ方向では強くなることが分かる。また、図４（ｂ）によれば、アンテナ素子１５のみに信号を与えた場合には、電波は−Ｘ方向では強くなることが分かる。
【００６１】
このようにスイッチ機能を有する給電制御回路２０ａを用いれば、電波の到来方向が時間と共に変動する場合でも、それに追随して好適な放射指向性を有するように、動作状態にあるアンテナ素子を瞬時に選択することにより、複雑な伝搬環境下においても受信感度の良いアンテナを実現することができる。
【００６２】
図５は、第２の例として、図２（ｃ）に示す給電制御回路２０ｃを用いた場合の放射指向性を示している。この例では、アンテナ素子１４、１５は、第１の例と同じ位置に配置されており、給電制御回路２０ｃは外部接続端子２１から入力された信号を均等に分配するものとする。図５（ａ）は、アンテナ素子１４、１５に同振幅かつ同相の信号を与えた場合の放射指向性を示している。この場合、天井導体１１の端Ｓ１、Ｓ２と接地導体１２との間に生じる２つの電界は、＋Ｚ方向から見て逆向きとなる。したがって、２本の磁流は逆向きとなり、アンテナは、図５（ａ）に示すように、Ｘ方向に双指向性を有する。図５（ｂ）は、アンテナ素子１４、１５に同振幅かつ逆相の信号を与えた場合の放射指向性を示している。この場合、天井導体１１の端Ｓ１、Ｓ２と接地導体１２との間に生じる２つの電界は、＋Ｚ方向から見て同じ向きとなる。したがって、２本の磁流は同じ向きになり、アンテナは、図５（ｂ）に示すように、＋Ｚ軸方向に強い指向性を有する。図５（ｃ）は、アンテナ素子１４、１５に同振幅で、アンテナ素子１４にπ／２［ｒａｄ．］だけ位相が進んだ信号を与えた場合の放射指向性を示している。この場合、アンテナは、図５（ｃ）に示すように、＋Ｘ方向に指向性を有する。
【００６３】
このように合成／分配機能と移相器２６とを有する給電制御回路２０ｃを用いた場合には、移相器２６を用いて、アンテナ素子１４、１５に供給する信号に位相差を与えることができる。これにより、薄型かつ高帯域に亘って低損失という特性を損なうことなく、アンテナの指向性を変化させることができる。例えば、＋Ｘ軸方向と−Ｘ軸方向の両方から電波が届く場合には、アンテナ素子１４、１５に同振幅かつ同相の信号を与えればよく、＋Ｚ軸方向から電波が届く場合には、アンテナ素子１４、１５に同振幅かつ逆相の信号を与えればよい。また、＋Ｘ軸方向から電波が届く場合には、アンテナ素子１４、１５に同振幅で、アンテナ素子１４にπ／２［ｒａｄ．］だけ位相が進んだ信号を与えればよい。
【００６４】
図６は、第３の例として、図２（ｄ）に示す給電制御回路２０ｄを用いた場合の放射指向性を示している。この例では、アンテナ素子１４、１５は、第１の例と同じ位置に配置されており、給電制御回路２０ｄは、外部接続端子２１から入力された信号をアンテナ素子１４、１５に振幅比２：１で分配し、アンテナ素子１４にπ／２［ｒａｄ．］だけ位相が進んだ信号を出力するものとする。この場合、アンテナは、図６に示すように、＋Ｘ方向に強い指向性を有する。
【００６５】
このように合成／分配機能と移相器２６と振幅調整回路２７とを有する給電制御回路２０ｄを用いた場合、移相器２６と振幅調整回路２７とを用いて、アンテナ素子１４、１５に供給する信号に位相差と振幅差を与えることができる。これにより、アンテナの指向性を変化させる自由度をさらに増やすことができる。例えば、＋Ｘ方向から電波が届く場合には、上記のように移相器２６と振幅調整回路２７とを制御すればよい。
【００６６】
次に、図７に示すアンテナを試作したので、その特性について説明する。図７において、自由空間波長λ０を基準としたとき、接地導体１２は長辺が０．８×λ０で短辺が０．６×λ０の長方形であり、天井導体１１はＸ軸と平行な辺の長さが１／３×λ０でＹ軸と平行な辺の長さが０．６×λ０の長方形であり、側面導体１３の高さは１／１５×λ０である。アンテナ素子１４から天井導体１１の端Ｓ１、Ｓ２までの距離は、それぞれ、１／２４×λ０、７／２４×λ０であり、アンテナ素子１５から天井導体１１の端Ｓ１、Ｓ２までの距離は、それぞれ、７／２４×λ０、１／２４×λ０である。アンテナ筐体は、ＺＸ面およびＺＹ面に対して対称である。アンテナ素子１４、１５は直径が０．０１３×λ０で、長さが１／１５×λ０の導体線である。なお、試作アンテナにおけるアンテナ素子の間隔と天井導体の幅は、図４から図６で仮定した条件と一致させてある。
【００６７】
図８から図１０は、図７に示す試作アンテナの放射指向性を測定した結果を示したものである。図８は、図２（ａ）に示す給電制御回路２０ａを用いた場合の放射指向性を示している。図８（ａ）は、アンテナ素子１４のみに信号を与えた場合の放射指向性を示している。この場合、開口２２側に生じる電界の位相は、開口２３側に生じる電界よりπ／２［ｒａｄ．］だけ進む。このため、試作アンテナは、＋Ｘ方向に偏った指向性を示した。図８（ｂ）は、アンテナ素子１５のみに信号を与えた場合の放射指向性を示している。この場合、試作アンテナは、−Ｘ方向に偏った指向性を示した。
【００６８】
図９は、図２（ｃ）に示す給電制御回路２０ｃを用いた場合の放射指向性を示している。ただし、給電制御回路２０ｃは、外部接続端子２１から入力された信号を均等に分配するものとした。図９（ａ）は、アンテナ素子１４、１５に同振幅かつ同相の信号を与えた場合の放射指向性を示している。この場合、試作アンテナは、Ｘ方向に双指向性を示した。図９（ｂ）は、アンテナ素子１４、１５に同振幅かつ逆相の信号を与えた場合の放射指向性を示している。この場合、試作アンテナは、＋Ｚ方向に強い指向性を示した。図９（ｃ）は、アンテナ素子１４、１５に同振幅で、アンテナ素子１４にπ／２［ｒａｄ．］だけ位相が進んだ信号を与えた場合の放射指向性を示している。この場合、試作アンテナは、＋Ｘ方向に偏った指向性を示した。
【００６９】
図１０は、図２（ｄ）に示す給電制御回路２０ｄを用いた場合の放射指向性を示している。ただし、給電制御回路２０ｄは、外部接続端子２１から入力された信号をアンテナ素子１４、１５に振幅比２：１で分配し、アンテナ素子１４にπ／２［ｒａｄ．］だけ位相が進んだ信号を出力することとした。この場合、試作アンテナは、＋Ｘ方向に偏った指向性を示した。
【００７０】
図８から図１０に示す実測値と図４から図６に示した理論値とを比較すると、両者は、その傾向がよく一致している。なお、図８から図１０において、試作アンテナが−Ｚ方向に電波を放射するのは、接地導体１２が実際には有限の大きさしかないため、電波が接地導体１２の端部で回折するからである。
【００７１】
図１１は、試作アンテナにおけるアイソレーション特性（透過特性）を示す図である。図１１における横軸は、試作アンテナの中心周波数ｆ０で規格化した周波数である。図１１によれば、各アンテナ素子１４、１５について、中心周波数ｆ０におけるアイソレーション特性は−５ｄＢとなる。アンテナが使用されるシステムによっては、この値よりも厳しいアイソレーション特性が要求される場合もある。
【００７２】
そこで、このような場合には、図１２に示すように、アンテナに、接地導体１２と接続されたアイソレーション調整導体２８を備えればよい。図１２に示す例では、アイソレーション調整導体２８は、座標原点で接地導体１２と接続され、さらに天井導体１１の対角線の交点で天井導体１１とも接続されている。このようなアイソレーション調整導体２８を備えることにより、アイソレーションを良好にすることができる。
【００７３】
図１３は、図１２に示す試作アンテナのアイソレーション特性を示す図である。このアンテナの大きさは、図７に示した試作アンテナと同じである。図１３によれば、アイソレーション調整導体２８を備えることにより、中心周波数ｆ０におけるアイソレーションは−１１ｄＢとなり、良好なアイソレーション特性を得ることができる。なお、アイソレーション調整導体２８は、放射に影響を与える天井導体１１の端部における電界分布を変化させない。したがって、アイソレーション調整導体２８を備えても、アンテナの放射特性は変化しない。
【００７４】
したがって、アイソレーション調整導体２８を備えることにより、所望のアイソレーション特性を有し、かつ、放射指向性を制御できるアンテナを実現することができる。また、アンテナ素子について所望のインピーダンス特性あるいはアイソレーション特性を得るために、アンテナの構造によっては、アイソレーション調整導体２８を天井導体１１と接続しないこととしてもよい。
【００７５】
図７および図１２に示す試作アンテナのアンテナ素子１４、１５の高さは、１／１５×λ０であり、通常の１／４波長アンテナ素子よりも低い。このようにアンテナ素子高を低くすることができるのは、アンテナの天井導体１１とキャビティとの間に容量性の結合が生じ、アンテナ素子１４、１５の突端に容量性負荷を備えているのと等価になるからである。
【００７６】
また、本実施形態に係るアンテナおよび試作アンテナは、いずれも、ＺＹ面およびＺＸ面に対して対称な構造を有している。したがって、各アンテナ素子１４、１５から放射される電波はＺＹ面に対して対称になり、アンテナ素子間では放射指向性がＺＹ面に対して対称になるという効果がある。
【００７７】
以上に示すように、本実施形態によれば、簡単な構造で、所望の方向に指向性を偏らせることができ、設置後も指向性を制御できる、小形で薄型のアンテナを提供することができる。
【００７８】
（第２の実施形態）
図１４は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナの構成を示す図である。このアンテナは、図１４に示すように、天井導体３１ａ、３１ｂ、接地導体１２、側面導体１３、アンテナ素子１４、１５、給電点１６、１７、信号線１８、１９、給電制御回路２０、および、外部接続端子２１を備えている。天井導体３１ａ、３１ｂ、接地導体１２、および、側面導体１３は、３つの開口３２、３３、３４を有するアンテナ筐体を形成する。このアンテナは、アンテナ素子と給電点とをそれぞれ２つずつ有し、３つの開口を有し、筐体が接地導体に垂直な２つの面に対して対称であり、天井導体と接地導体と開口とがいずれも長方形であり、アンテナ素子は天井導体にそれぞれ接続されていることを特徴とする。このアンテナから、天井導体３１ａ、３１ｂと側面導体１３の前面部分を取り除くと、図１（ｂ）に示す状態になる。本実施形態においても、第１の実施形態と同じく、図１（ｂ）に示す座標系を使用する。本実施形態の構成要素のうち、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００７９】
天井導体３１ａ、３１ｂは、同じ大きさの長方形の導体板である。天井導体３１ａ、３１ｂの一方の辺の長さは、接地導体１２の一方の辺の長さに等しく、他方の辺は、接地導体１２の他方の辺より短い。天井導体３１ａ、３１ｂは、それぞれ、アンテナ素子１４、１５を挟んで、接地導体１２と対向するように配置されている。より詳細には、天井導体３１ａ、３１ｂは、１）接地導体１２と平行な同一平面内に、２）所定の間隔を空けて、３）接地導体１２と長さが一致するほうの辺がＹ軸と平行になり、他方の辺がＸ軸と平行になるように、４）２枚の天井導体に挟まれた長方形領域の対角線の交点がＺ軸上に位置するように配置されている。天井導体３１ａ、３１ｂと接地導体１２とは、上記１）から４）の条件を満たすように配置されているので、アンテナ筐体は、ＺＹ面およびＺＸ面の両方に対して対称に３つの開口３２、３３、３４を有することになる。
【００８０】
側面導体１３が天井導体３１ａ、３１ｂおよび接地導体１２とともに、直方体のアンテナ筐体を形成する点、側面導体１３が天井導体３１ａ、３１ｂおよび接地導体１２の両方に電気的に接続されている点、および、給電制御回路２０として種々の構成を有する回路を使用できる点は、いずれも、第１の実施形態と同じである。
【００８１】
また、図１４に示すアンテナの動作原理は、第１の実施形態に係るアンテナと同様である。すなわち、このアンテナでは、電波の励振は、アンテナ素子１４、１５の一方または両方で行われる。
【００８２】
例えば、アンテナ素子１４のみに信号を与えた場合には、天井導体３１ａの両端と接地導体１２との間に電界が生じ、従来のアンテナと同じ動作原理により、電波が放射される。この際、天井導体３１ｂは電波の反射器として作用するため、アンテナは−Ｘ軸方向に偏った指向性を有する。これに対して、アンテナ素子１５のみに信号を与えた場合には、天井導体３１ａが電波の反射器として作用する。したがって、アンテナは、＋Ｘ方向に偏った指向性を有する。このようにスイッチ機能を有する給電制御回路２０ａを用いれば、電波の到来方向が時間と共に変動する場合でも、それに追随して好適な放射指向性が得られるように、動作状態にあるアンテナ素子を瞬時に選択することにより、複雑な伝搬環境下においても受信感度の良いアンテナを実現することができる。
【００８３】
また、合成／分配機能と移相器２６とを有する給電制御回路２０ｃを用いた場合には、移相器２６を用いて、アンテナ素子１４、１５に供給する信号に位相差を与えることにより、アンテナの指向性を変化させることができる。また、合成／分配機能と移相器２６と振幅調整回路２７とを有する給電制御回路２０ｄを用いた場合には、移相器２６と振幅調整回路２７とを用いて、アンテナ素子１４、１５に与える信号に位相差と振幅差とを与えることにより、アンテナの指向性を変化させる自由度をさらに増やすことができる。これらの点は、第１の実施形態と同様である。
【００８４】
次に、図１５に示すアンテナを試作したので、その特性について説明する。図１５において、自由空間波長λ０を基準としたとき、接地導体１２は長辺が１．０×λ０で短辺が０．７５×λ０の長方形であり、天井導体３１ａ、３１ｂはＸ軸に平行な辺の長さが０．１×λ０でＹ軸に平行な辺の長さが０．７５×λ０の長方形であり、側面導体１３の高さは１／１２×λ０である。給電点１６、１７は、それぞれ、Ｘ軸上で原点から０．１６×λ０だけ離れた位置に配置され、アンテナ素子１４、１５は、それぞれ、天井導体３１ａ、３１ｂと、天井導体３１ａ、３１ｂの対角線の交点で電気的に接続されている。アンテナ筐体は、ＺＸ面およびＺＹ面に対して対称である。アンテナ素子１４、１５は、直径が０．０１３×λ０で、長さが１／１２×λ０の導体線である。
【００８５】
図１６から図１８は、図１５に示す試作アンテナの放射指向性を測定した結果を示したものである。図１６は、図２（ａ）に示す給電制御回路２０ａを用いた場合の放射指向性を示している。図１６（ａ）は、アンテナ素子１４のみに信号を与えた場合の放射指向性を示している。この場合、天井導体３１ｂが反射器として作用するため、試作アンテナは、−Ｘ方向に偏った放射指向性を示した。図１６（ｂ）は、アンテナ素子１５のみに信号を与えた場合の放射指向性を示している。この場合、天井導体３１ａが反射器として作用するため、試作アンテナは、＋Ｘ方向に偏った放射特性を示した。
【００８６】
図１７は、図２（ｃ）に示す給電制御回路２０ｃを用いた場合の放射指向性を示している。ただし、給電制御回路２０ｃは、外部接続端子２１から入力された信号を均等に分配するものとした。図１７（ａ）は、アンテナ素子１４、１５に同振幅かつ同相の信号を与えた場合の放射指向性を示している。この場合、試作アンテナは、Ｘ方向に双指向性を示した。図１７（ｂ）は、アンテナ素子１４、１５に同振幅かつ逆相の信号を入力した場合の放射指向性を示している。この場合、試作アンテナは、＋Ｚ方向に指向性を示した。図１７（ｃ）は、アンテナ素子１４、１５に同振幅で、アンテナ素子１４にπ／２［ｒａｄ．］だけ位相が進んだ信号を与えた場合の放射指向性を示している。この場合、試作アンテナは、＋Ｘ方向に偏った指向性を示した。
【００８７】
図１８は、図２（ｄ）に示す給電制御回路２０ｄを用いた場合の放射指向性を示している。ただし、給電制御回路２０ｄは、外部接続端子２１から入力された信号をアンテナ素子１４、１５に振幅比２：１で分配し、アンテナ素子１４にπ／２［ｒａｄ．］だけ位相が進んだ信号を出力することとした。この場合、試作アンテナは、＋Ｘ方向に偏った指向性を示した。
【００８８】
図１５に示す試作アンテナのアンテナ素子１４、１５の高さは１／１２×λ０であり、通常の１／４波長アンテナ素子よりも低い。このようにアンテナ素子の高さを低くすることができる理由は、第１の実施形態に係るアンテナと同じである。
【００８９】
また、本実施形態に係るアンテナと試作アンテナとは、いずれも、ＺＹ面およびＺＸ面に対して対称な構造を有している。したがって、各アンテナ素子１４、１５から放射される電波はＺＹ面に対して対称になり、アンテナ素子間では放射指向性がＺＹ面に対して対称になるという効果がある。
【００９０】
以上に示すように、本実施形態によれば、簡単な構造で、所望の方向に指向性を偏らせることができ、設置後も指向性を制御できる、小形で薄型のアンテナを提供することができる。
【００９１】
（第３の実施形態）
図１９は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナの構成を示す図である。図１９（ａ）に示すアンテナは、第１の実施形態に係るアンテナのアンテナ筐体の内部に、誘電性部材４１を配置したものである。図１９（ｂ）に示すアンテナは、第２の実施形態に係るアンテナのアンテナ筐体の内部に、誘電性部材４１を配置したものである。誘電性部材４１は、アンテナ筐体の内部すべてに充填されている。図１９に示すアンテナは、誘電性部材４１を備える点を除き、第１または第２の実施形態に係るアンテナと同じである。
【００９２】
図１９（ａ）に示すアンテナは、第１の実施形態に係るアンテナと同様に動作する。図１９（ｂ）に示すアンテナは、第２の実施形態に係るアンテナと同様に動作する。ただし、図１９に示す２つのアンテナは、アンテナ筐体の内部に誘電性部材４１を備えている。このため、誘電性部材４１の比誘電率（真空の誘電率ε０に対する誘電性部材の誘電率の比）をεｒとすると、誘電性部材４１内の波長は、真空中の波長に比べて（εｒ）−１／２倍となる。誘電性部材４１における比誘電率εｒは１以上であるので、誘電性部材４１内では波長は短くなる。したがって、誘電性部材４１をアンテナ筐体の内部に備えることにより、アンテナをより小形かつ薄型にすることができる。
【００９３】
また、本実施形態に係るアンテナは、両面に導体箔を貼り付けた誘電体基板を用いて製造できるという特徴を有している。図２０は、誘電体基板を用いて製造されたアンテナの構成を示す図である。図２０において、誘電性部材４１は、誘電体基板を用いて構成されたものであり、側面導体１３は、誘電体基板の側面をビアで覆うことにより形成されたものである。
【００９４】
図２０に示すアンテナの製造方法は、例えば、以下のとおりである。まず、両面に導体箔を貼り付けた誘電体基板を用意する。次に、誘電体基板の一方の表面に貼り付けられた導体箔の一部を、例えば、エッチングまたは機械加工により削り取る。削り取られた部分は後に開口部分となり、残った導体箔は後に天井導体１１となる。また、誘電体基板の他方に張り付けられた導体箔は、後に接地導体１２となる。次に、接地導体１２の外形と同じ形になるように誘電体基板に多数のビアを設ける。次に、給電点１６、１７を形成するために、接地導体１２に所定の大きさおよび深さを有する穴を設ける。次に、その穴の位置に、誘電性部材４１を貫通する細い孔を設け、設けた孔に導体線の内導体を通し、その先端をハンダなどで天井導体１１と電気的に接続する。最後に、ビアを設けた線に沿って誘電体基板を切断する。誘電体基板の側面はビアで覆われているので、誘電体基板の側面に側面導体１３が形成されることになる。
【００９５】
このようにエッチング加工などの基板加工技術を用いてアンテナを製造することにより、アンテナの製作精度を向上させ、アンテナの量産コストを低減することができる。
【００９６】
また、片面のみに導体箔を貼り付けた誘電性基板を用いて、図２０に示すアンテナを製造することもできる。この場合には、例えば、片面のみに導体箔を張り付けた誘電性基板を２枚用意し、一方の基板の導体箔の一部をエッチングまたは機械加工によって取り除いた上で、導体箔が貼られていない側で２枚の誘電体基板を張り合わせればよい。
【００９７】
また、開口を有するアンテナでは、アンテナの設置環境によっては開口からアンテナ筐体の内部に埃や湿気の多い空気が入り込み、アンテナの特性が劣化するおそれがある。これに対し、本実施形態に係るアンテナによれば、アンテナ筐体の内部に誘電体を充填することにより、埃や湿気の多い空気が入り込むことによるアンテナ特性の劣化を防ぐことができる。
【００９８】
なお、図１９および図２０に示すアンテナは、いずれも、アンテナ筐体の内部すべてに誘電性部材が充填されていることとしたが、これに代えて、アンテナ筐体の内部の一部に誘電体が配置されていることとしてもよい。例えば、板状の誘電性部材を各開口を覆うように貼り付けることにより、同様の効果を奏することができる。
【００９９】
以上に示すように、本実施形態によれば、簡単な構造で、所望の方向に指向性を偏らせることができ、アンテナ筐体の内部に埃や湿気の多い空気が入り込まない、小形かつ薄型のアンテナを提供することができる。
【０１００】
（第１ないし第３の実施形態の変形例）
以下、第１ないし第３の実施形態に係るアンテナの変形例について説明する。以下に示すアンテナは、いずれも、第１ないし第３の実施形態に係るアンテナと同様の効果を奏する。
【０１０１】
まず、第１ないし第３の本実施形態では、アンテナ筐体は、ＺＹ面およびＺＸ面の両方に対して対称であるとしたが、本発明は必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、所望の放射指向性や入力インピーダンス特性を得るために、アンテナ筐体は、ＺＹ面のみに対して対称であってもよく、ＺＹ面およびＺＸ面の両方に対して非対称であってもよい。また、開口だけが、ＺＹ面のみに対称であってもよく、ＺＹ面およびＺＸ面の両方に対して対称であってもよい。また、アンテナ素子だけが、ＺＹ面のみに対して対称に配置されていてもよく、ＺＹ面およびＺＸ面の両方に対して対称に配置されていてもよい。また、天井導体のみが、ＺＹ面のみに対して対称であってもよく、ＺＹ面およびＺＸ面の両方に対して対称であってもよい。また、側面導体のみが、ＺＹ面のみが対称であってもよく、ＺＹ面およびＺＸ面の両方に対して対称であってもよい。また、これらの対称性を合わせ持つアンテナであってもよい。これら多数の構成から好適な構成を選択することにより、電波の放射対象である空間に最適な指向性を有するアンテナを提供することができる。
【０１０２】
また、第１の実施形態では２つの開口を有するアンテナ、第２の実施形態では３つの開口を有するアンテナ、第３の実施形態では２つまたは３つの開口を有するアンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、所望の放射指向性あるいは入力インピーダンス特性を得るするために、アンテナは、４つ以上の開口を有していてもよい。
【０１０３】
また、第１ないし第３の実施形態では、開口が長方形であるアンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、所望の放射指向性あるいは入力インピーダンス特性を得るために、開口の形状は、円形、正方形、多角形、半円、これら形状の組合せ、輪状、あるいは、その他の任意の形状であってもよい。特に、開口の形状として円形、楕円形などの曲線図形を選択した場合には、アンテナ導体部における角部が減るため、角部における電波の回折が減少する。このため、放射指向性の点で、アンテナからの放射電波の交差偏波変換損失が減少するという効果がある。
【０１０４】
また、第１ないし第３の実施形態では、開口が天井導体と同一平面内にあるアンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、所望の放射指向性や入力インピーダンス特性を得るために、開口を側面導体と同一平面内に設けてもよい。
【０１０５】
また、第１の実施形態でのみ、アイソレーション調整導体を備えるアンテナを示したが、第２および第３の実施形態に係るアンテナも、アイソレーション調整導体を備えることとしてもよい。これにより、第１の実施形態に係るアンテナと同様に、アンテナ素子間のアイソレーションを良好にすることができる。
【０１０６】
また、第１ないし第３の実施形態では、接地導体が長方形であるアンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、所望の放射指向性あるいは入力インピーダンス特性を得るために、接地導体の形状は、長方形以外の多角形、半円、円形、楕円形、これら形状の組み合わせ、あるいは、その他の任意の形状であってもよい。特に、接地導体の形状として曲線図形を選択した場合には、開口の場合と同様に、アンテナからの放射電波の交差偏波変換損失が減少するという効果がある。
【０１０７】
また、アンテナの接地状態を考慮すると、図２１に示すように、接地導体が円形状で、アンテナ筐体が円柱状のアンテナも好ましいものである。その理由は、以下のとおりである。アンテナを天井などに設置する場合には、アンテナが目立つことを避けるため、アンテナの形状が、天井面の升目や部屋の形状と揃っていることが好ましい。ところが、アンテナの形状として長方形などの多角形を選択すると、天井面の升目や部屋の形状は予め決まっているため、アンテナを目立たないように設置できる方向は一定の方向に限られてしまう。そこで、このような場合には、接地導体が円形状で、アンテナ筐体が円柱状のアンテナを使用すれば、アンテナを天井に設置する際に、天井面の升目や部屋の形状を意識せずに、任意の方向に向けてアンテナを設置することができるという効果がある。
【０１０８】
また、第１ないし第３の実施形態では、天井導体が長方形であるアンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、所望の放射指向性あるいは入力インピーダンス特性を得るために、天井導体の形状は、長方形以外の多角形、半円、円形、楕円形、これら形状の組み合わせ、あるいは、その他の任意の形状であってもよい。特に、天井導体の形状として、曲線形状を選択した場合には、開口および接地導体の場合と同様に、アンテナからの放射電波の交差偏波変換損失が減少するという効果がある。
【０１０９】
また、第１ないし第３の実施形態に係るアンテナは、整合導体を備えることとしてもよい。図２２に示す３種類のアンテナは、いずれも、第１の実施形態に係るアンテナに整合導体を追加したものである。図２２（ａ）に示すアンテナでは、整合導体５１ａ、５１ｂは、いずれも、接地導体１２と接続されている。図２２（ｂ）に示すアンテナでは、整合導体５２ａ、５２は、いずれも、天井導体１１および接地導体１２の両方と接続されている。このような整合導体を備えることにより、アンテナ素子のインピーダンスを給電線のインピーダンスと整合させて、効率よく電力を供給することができる。なお、図２２（ｃ）に示すように、整合導体５３ａ、５３ｂを、接地導体１２およびアンテナ素子１４、１５の両方と接続してもよい。他の実施形態に係るアンテナに整合導体を追加する場合も同様である。
【０１１０】
また、第１ないし第３の実施形態では、開口の大きさが固定されているアンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、図２３に示すように、開口２２に隣接して、開口２２の大きさを変化させる開口制御部５４を備えてもよい。図２３に示す開口制御部５４は、導体板をスライドさせて、開口２２の大きさを任意に変化させる。これにより、アンテナの放射指向性を変化させることができる。また、開口制御部５４による放射指向性制御を給電制御回路２０による放射指向性制御とを組み合わせることにより、所望の放射指向性を容易に実現することができる。
【０１１１】
また、第１ないし第３の実施形態では、アンテナ素子を直線導体で構成したが、アンテナ素子として他のアンテナ素子を使用してもよい。例えば、アンテナ素子として、螺旋状の導体線で構成されたヘリカル型アンテナ素子を使用してもよい。これにより、アンテナ素子が小形かつ低背となるため、アンテナを小形かつ低背化することができる。
【０１１２】
また、図２４に示すように、アンテナ素子１４、１５と天井導体１１との間に所定量のギャップを設け、アンテナ素子１４、１５を電気的に開放した状態にしてもよい。これにより、インピーダンスが変化し、共振周波数を調整することができる。
【０１１３】
また、第１ないし第３の実施形態に係るアンテナをアレー状に配置し、フェーズドアレーアンテナやアダプティブアンテナアレーを構成してもよい。これにより、さらに精度良く放射電波の指向性を制御することができる。
【０１１４】
（第４の実施形態）
図２５ないし図２８は、本発明の第４の実施形態に係るアンテナの構成例を示す図である。図２５および図２６に示すアンテナは、給電制御回路がアンテナ筐体の内部で接地導体上に配置されていることを特徴とする。図２７および図２８に示すアンテナは、給電制御回路がアンテナ筐体の外部で接地導体の凹部内に配置されていることを特徴とする。以下、図２５ないし図２８に示すアンテナの詳細を説明する。なお、これらのアンテナは、いずれも、第１または第２の実施形態に係るアンテナと同様に動作する。
【０１１５】
図２５（ａ）および（ｂ）に示すアンテナは、それぞれ、第１および第２の実施形態に係るアンテナにおいて、アンテナ筐体の内部に給電制御回路２０を配置したものである。より詳細には、これら２つのアンテナでは、天井導体１１（または天井導体３１ａ、３１ｂ）と接地導体１２と側面導体１３とによってアンテナ筐体が形成され、給電制御回路２０はアンテナ筐体の内部で接地導体１２上に配置されている。これにより、アンテナを小形にすることができる。
【０１１６】
図２６（ａ）および（ｂ）に示すアンテナは、それぞれ、図２５（ａ）およびｂ）に示すアンテナに、給電制御回路２０をシールドするためのシールド部材６１を追加したものである。より詳細には、これら２つのアンテナでは、給電制御回路２０はアンテナ筐体の内部で接地導体１２上に配置され、金属製のシールド部材６１が給電制御回路２０をシールドするように配置される。言い換えると、給電制御回路２０は、接地導体１２とシールド部材６１とによってシールドされる空間に配置される。これにより、アンテナを小形にし、アンテナ筐体の内部に発生した電界が給電制御回路２０の動作に及ぼす影響を減らすことができる。
【０１１７】
図２７（ａ）および（ｂ）に示すアンテナは、それぞれ、第１および第２の実施形態に係るアンテナにおいて、凹部６３を有する接地導体６２を使用し、接地導体６２の凹部６３に給電制御回路２０を配置したものである。より詳細には、これら２つのアンテナでは、板状の接地導体に代えて、給電制御回路２０を内部に配置できる凹部６３を有する接地導体６２が使用される。このような凹部６３は、例えば、金属製の接地導体６２をプレスすることにより形成される。天井導体１１（または天井導体３１ａ、３１ｂ）と接地導体６２と側面導体１３とによってアンテナ筐体が形成されるとき、接地導体６２は、凹部６３がアンテナ筐体の内部に向けたくぼみを形成するように配置される。その上で、給電制御回路２０は、アンテナ筐体の外部で接地導体６２の凹部６３内に配置される。これにより、アンテナを小形にし、アンテナ筐体の内部に発生した電界が給電制御回路２０の動作に及ぼす影響を減らすことができる。
【０１１８】
図２８（ａ）および（ｂ）に示すアンテナは、それぞれ、図２７（ａ）およびｂ）に示すアンテナに、給電制御回路２０をシールドするためのシールド部材６４を追加したものである。より詳細には、これら２つのアンテナでは、給電制御回路２０はアンテナ筐体の外部で接地導体６２の凹部６３内に配置され、金属製のシールド部材６４が凹部６３を覆うように配置される。言い換えると、給電制御回路２０は、接地導体６２の凹部６３とシールド部材６４とによってシールドされる空間に配置される。これにより、アンテナを小形にし、アンテナ筐体の内部に発生した電界が給電制御回路２０の動作に及ぼす影響をさらに減らすことができる。
【０１１９】
上述したように給電制御回路２０を配置することは、第１および第２の実施形態に係るアンテナに限らず、第３の実施形態、および第１ないし第３の実施形態の変形例に係るアンテナにも適用できる。また、接地導体６２の凹部６３の形状および大きさは、給電制御回路２０を内部に配置できる限り、任意でよい。また、シールド部材６１、６４の材質、形状および大きさも、アンテナ筐体の内部で発生する電界について一定のシールド機能を有する限り、任意でよい。例えば、図２６に示すアンテナでは、底面のない直方体状のシールド部材６１を使用しているが、これに代えて、板状のシールド部材を使用してもよい。
【０１２０】
以上に示すように、本実施形態によれば、アンテナ筐体の内部、または接地導体の凹部に給電制御回路を配置することにより、アンテナを小形にすることができる。また、シールド部材を用いることにより、アンテナ筐体の内部に発生した電界が給電制御回路の動作に及ぼす影響を減らすことができる。
【０１２１】
（第５の実施形態）
第５の実施形態では、第１ないし第４の実施形態に係るアンテナを用いたアンテナユニットについて説明する。図２９は、本実施形態に係るアンテナユニットの概略構成および使用形態を示す図である。図２９に示すように、アンテナユニット７０は、アンテナ７１および無線回路７２を備え、通信ケーブル７３を介してアンテナ制御装置７４に接続される。アンテナ制御装置７４は、典型的には、異なる場所に配置された複数のアンテナユニット７０との間で無線信号を送受信する。アンテナユニット７０とアンテナ制御装置７４との間では、電気通信または光通信が行われる。
【０１２２】
図３０ないし図３５は、アンテナユニット７０の構成例を示す図である。図３０ないし図３５において、アンテナ７１は、第１ないし第４の実施形態に係るアンテナ、および、各実施形態の変形例に係るアンテナのうち、いずれかのアンテナである。無線回路７２ａ〜ｅは、アンテナ制御装置７４から受信した無線信号をアンテナ７１の外部接続端子（図示せず）に供給し、アンテナ７１の外部接続端子から出力された無線信号をアンテナ制御装置７４に送信する。アンテナ７１については既に説明を行ったので、以下では、無線回路７２ａ〜ｅの詳細を説明する。
【０１２３】
図３０に示す無線回路７２ａは、アンテナスイッチ８１、および、増幅回路８２、８３を備えている。無線回路７２ａは、電気信号を伝送する通信ケーブル８４を介して、アンテナ制御装置（図示せず）と接続されている。増幅回路８２は、アンテナ制御装置から受信した無線信号（電気信号）を増幅し、アンテナスイッチ８１に出力する。アンテナスイッチ８１は、増幅回路８２から出力された無線信号をアンテナ７１の外部接続端子（図示せず）に供給する。また、アンテナスイッチ８１は、アンテナ７１の外部接続端子から出力された無線信号を増幅回路８３に出力する。増幅回路８３は、アンテナスイッチ８１から出力された無線信号（電気信号）を増幅し、アンテナ制御装置に送信する。このような無線回路７２ａとアンテナ７１とを組み合わせることにより、簡単な構造で、所望の方向に指向性を偏らせることができ、設置後も指向性を制御できる、小形で薄型のアンテナを含むアンテナユニットを提供することができる。
【０１２４】
図３１に示す無線回路７２ｂは、アンテナスイッチ８５、および、増幅回路８２ｐ、８２ｑ、８３ｐ、８３ｑを備えている。無線回路７２ｂは、電気信号を伝送する通信ケーブル８４ｐ、８４ｑを介して、２台のアンテナ制御装置ＰおよびＱ（図示せず）と接続されている。増幅回路８２ｐは、アンテナ制御装置Ｐから受信した無線信号（電気信号）を増幅し、アンテナスイッチ８５に出力する。増幅回路８３ｐは、アンテナスイッチ８５から出力された無線信号（電気信号）を増幅し、アンテナ制御装置Ｐに送信する。増幅回路８２ｑ、８３ｑも、アンテナ制御装置Ｑについて同様に動作する。アンテナスイッチ８５は、増幅回路８２ｐ、８２ｑから出力された無線信号をアンテナ７１の外部接続端子（図示せず）に供給する。また、アンテナスイッチ８５は、アンテナ７１の外部接続端子から出力された無線信号を、受信した周波数に応じて、増幅回路８３ｐまたは８３ｑに出力する。このような無線回路７２ｂとアンテナ７１とを組み合わせることにより、簡単な構造で、所望の方向に指向性を偏らせることができ、設置後も指向性を制御できる、小形で薄型のアンテナを含み、複数のアンテナ制御装置と通信できるアンテナユニットを提供することができる。
【０１２５】
図３２に示す無線回路７２ｃは、アンテナスイッチ８５、増幅回路８２ａ、８２ｂ、８３ａ、８３ｂ、分配器８６、および、合成器８７を備えている。無線回路７２ｃは、電気信号を伝送する通信ケーブル８４を介して、アンテナ制御装置（図示せず）と接続されている。分配器８６は、アンテナ制御装置から送信された無線信号（電気信号）を、増幅回路８２ａ、８２ｂに分配して出力する。増幅回路８２ａ、８２ｂは、分配器８６で分配された電気信号を増幅し、アンテナスイッチ８５に出力する。アンテナスイッチ８５は、図３１に示す無線回路７２ｂの場合と同様に動作する。増幅回路８３ａ、８３ｂは、アンテナスイッチ８５から出力された無線信号（電気信号）を増幅し、合成器８７に出力する。合成器８７は、増幅回路８３ａ、８３ｂから出力された無線信号を合成し、アンテナ制御装置に送信する。このような無線回路７２ｃとアンテナ７１とを組み合わせることにより、簡単な構造で、所望の方向に指向性を偏らせることができ、設置後も指向性を制御できる、小形で薄型のアンテナを含み、複数の無線信号に対応できるアンテナユニットを提供することができる。
【０１２６】
図３３に示す無線回路７２ｄは、アンテナスイッチ８１、増幅回路８２、８３、フォトダイオード９１、および、レーザ９２を備えている。無線回路７２ｄは、光ファイバ９３を介してアンテナ制御装置（図示せず）と接続されている。フォトダイオード９１とレーザ９２とは、光信号と電気信号を相互に変換する光／電気変換回路に相当する。フォトダイオード９１は、アンテナ制御装置から光信号である無線信号を受信し、これを電気信号である無線信号に変換する。レーザ９２は、増幅回路８３から出力された電気信号である無線信号を、光信号である無線信号に変換する。無線回路７２ｄは、フォトダイオード９１とレーザ９２とからなる光／電気変換回路を用いて、アンテナ制御装置との間で光通信を行う点を除き、図３０に示す無線回路７２ａと同様に動作する。このような無線回路７２ｄとアンテナ７１とを組み合わせることにより、簡単な構造で、所望の方向に指向性を偏らせることができ、設置後も指向性を制御できる、小形で薄型のアンテナを含み、アンテナ制御装置との間で光通信を行えるアンテナユニットを提供することができる。
【０１２７】
図３４に示す無線回路７２ｅは、アンテナスイッチ８５、増幅回路８２ａ、８２ｂ、８３ａ、８３ｂ、分配器８６、合成器８７、フォトダイオード９１、および、レーザ９２を備えている。フォトダイオード９１とレーザ９２とは、図３３に示す無線回路７２ｄの場合と同様に動作する。無線回路７２ｅは、フォトダイオード９１とレーザ９２とからなる光／電気変換回路を用いて、アンテナ制御装置との間で光通信を行う点を除き、図３２に示す無線回路７２ｃと同様に動作する。このような無線回路７２ｅとアンテナ７１とを組み合わせることにより、簡単な構造で、所望の方向に指向性を偏らせることができ、設置後も指向性を制御できる、小形で薄型のアンテナを含み、複数の無線信号に対応でき、アンテナ制御装置との間で光通信を行えるアンテナユニットを提供することができる。
【０１２８】
なお、アンテナユニットは、光カプラを備え、アンテナ制御装置との間で双方向光通信を行うこととしてもよい。例えば、図３４に示す無線回路７２ｅのアンテナ制御装置とのインターフェイス部分に、光カプラを挿入することにより、図３５に示すアンテナユニットを構成することができる。図３５に示すアンテナユニットは、アンテナ７１、無線回路７２ｅ、および、光カプラ９４を備え、光ファイバ９３を介してアンテナ制御装置（図示せず）と接続されている。光カプラ９４は、３つの端子９５ａ〜ｃを有し、端子９５ｃから入力された光信号を端子９５ａから出力するとともに、端子９５ｂから入力された光信号を端子９５ｃから出力する。このような光カプラ９４と光通信を行う無線回路とアンテナ７１とを組み合わせることにより、簡単な構造で、所望の方向に指向性を偏らせることができ、設置後も指向性を制御できる、小形で薄型のアンテナを含み、アンテナ制御装置との間で双方向光通信を行えるアンテナユニットを提供することができる。
【０１２９】
以上に示すように、本実施形態によれば、第１ないし第４の各実施形態、および、これらの変形例に係るアンテナと各種の無線回路とを組み合わせることにより、簡単な構造で、所望の方向に指向性を偏らせることができ、設置後も指向性を制御できる、小形で薄型のアンテナを含むアンテナユニットを提供することができる。
【０１３０】
以上をまとめると、本発明の第１ないし第４の各実施形態、および、これらの変形例に係るアンテナは、天井導体と接地導体と側面導体とによって囲まれた空間に２つ以上のアンテナ素子を備え、給電制御回路を用いてアンテナ素子に流れる信号を制御する。これにより、アンテナを小形かつ薄型にし、アンテナの放射指向性を所望の方向に偏らせ、設置後もアンテナの指向性を制御することができる。また、これらのアンテナと各種の無線回路とを組み合わせることにより、このような特徴を有するアンテナを含むアンテナユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの構成例を示す図
【図２】本発明の第１の実施形態に係るアンテナにおける給電制御回路の構成例を示す図
【図３】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの動作原理を示す図
【図４】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの放射指向性の第１の例を示す図
【図５】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの放射指向性の第２の例を示す図
【図６】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの放射指向性の第３の例を示す図
【図７】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの第１の試作器の構成を示す図
【図８】図７に示す試作アンテナの放射指向性の第１の例を示す図
【図９】図７に示す試作アンテナの放射指向性の第２の例を示す図
【図１０】図７に示す試作アンテナの放射指向性の第３の例を示す図
【図１１】図７に示す試作アンテナのアイソレーション特性を示す図
【図１２】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの第２の試作器の構成を示す図
【図１３】図１２に示す試作アンテナのアイソレーション特性を示す図
【図１４】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの構成例を示す図
【図１５】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの試作器の構成を示す図
【図１６】図１５に示す試作アンテナの放射指向性の第１の例を示す図
【図１７】図１５に示す試作アンテナの放射指向性の第２の例を示す図
【図１８】図１５に示す試作アンテナの放射指向性の第３の例を示す図
【図１９】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの構成例を示す図
【図２０】本発明の第３の実施形態に係るアンテナを基板加工技術を用いて製造した例を示す図
【図２１】本発明の実施形態の変形例に係るアンテナの構成を示す図
【図２２】本発明の実施形態の他の変形例に係るアンテナの構成例を示す図
【図２３】本発明の実施形態の他の変形例に係るアンテナにおける開口制御部の構成を示す図
【図２４】本発明の実施形態の他の変形例に係るアンテナの構成例を示す図
【図２５】本発明の第４の実施形態に係るアンテナの第１および第２の構成例を示す図
【図２６】本発明の第４の実施形態に係るアンテナの第３および第４の構成例を示す図
【図２７】本発明の第４の実施形態に係るアンテナの第５および第６の構成例を示す図
【図２８】本発明の第４の実施形態に係るアンテナの第７および第８の構成例を示す図
【図２９】本発明の第５の実施形態に係るアンテナユニットの概略構成および使用形態を示す図
【図３０】本発明の第５の実施形態に係るアンテナユニットの第１の構成例を示す図
【図３１】本発明の第５の実施形態に係るアンテナユニットの第２の構成例を示す図
【図３２】本発明の第５の実施形態に係るアンテナユニットの第３の構成例を示す図
【図３３】本発明の第５の実施形態に係るアンテナユニットの第４の構成例を示す図
【図３４】本発明の第５の実施形態に係るアンテナユニットの第５の構成例を示す図
【図３５】本発明の第５の実施形態に係るアンテナユニットの第６の構成例を示す図
【図３６】従来のアンテナの構成を示す図
【図３７】従来のアンテナの動作原理を示す図
【図３８】従来のアンテナの試作器の構成を示す図
【図３９】図３８に示す試作アンテナのインピーダンス特性を示す図
【図４０】図３８に示す試作アンテナの放射特性を示す図
【符号の説明】
１１、３１…天井導体
１２、６２…接地導体
１３…側面導体
１４、１５…アンテナ素子
１６、１７…給電点
１８、１９…信号線
２０…給電制御回路
２１…外部接続端子
２２、２３、３２、３３、３４…開口
２４、２５…アンテナ給電端子
２６…移相器
２７…振幅調整回路
２８…アイソレーション調整導体
４１…誘電性部材
４２…ビア
５１、５２、５３…整合導体
５４…開口制御部
６１、６４…シールド部材
６３…凹部
７０…アンテナユニット
７１…アンテナ
７２…無線回路
７３、８４…通信ケーブル
７４…アンテナ制御装置
８１、８５…アンテナスイッチ
８２、８３…増幅回路
８６…分配器
８７…合成器
９１…フォトダイオード
９２…レーザ
９３…光ファイバ
９４…光カプラ
９５…端子
【図１】
2004007532.tif 000003
【図２】
2004007532.tif 000004
【図３】
2004007532.tif 000005
【図４】
2004007532.tif 000006
【図５】
2004007532.tif 000007
【図６】
2004007532.tif 000008
【図７】
2004007532.tif 000009
【図８】
2004007532.tif 000010
【図９】
2004007532.tif 000011
【図１０】
2004007532.tif 000012
【図１１】
2004007532.tif 000013
【図１２】
2004007532.tif 000014
【図１３】
2004007532.tif 000015
【図１４】
2004007532.tif 000016
【図１５】
2004007532.tif 000017
【図１６】
2004007532.tif 000018
【図１７】
2004007532.tif 000019
【図１８】
2004007532.tif 000020
【図１９】
2004007532.tif 000021
【図２０】
2004007532.tif 000022
【図２１】
2004007532.tif 000023
【図２２】
2004007532.tif 000024
【図２３】
2004007532.tif 000025
【図２４】
2004007532.tif 000026
【図２５】
2004007532.tif 000027
【図２６】
2004007532.tif 000028
【図２７】
2004007532.tif 000029
【図２８】
2004007532.tif 000030
【図２９】
2004007532.tif 000031
【図３０】
2004007532.tif 000032
【図３１】
2004007532.tif 000033
【図３２】
2004007532.tif 000034
【図３３】
2004007532.tif 000035
【図３４】
2004007532.tif 000036
【図３５】
2004007532.tif 000037
【図３６】
2004007532.tif 000038
【図３７】
2004007532.tif 000039
【図３８】
2004007532.tif 000040
【図３９】
2004007532.tif 000041
【図４０】
2004007532.tif 000042