(57)【要約】【課題】指向性が大きく変化し、かつ、アンテナ利得が大きい指向性ダイバーシチアンテナ装置および通信機を提供する。【解決手段】対を成すマイクロストリップパッチアンテナ２，３を間隔を介し同一平面上に配設する。逆相側の給電部７２，７３がスイッチ回路６の切り換え動作により外部の高周波回路１４に接続しているときには、マイクロストリップパッチアンテナ２，３には互いに逆相の垂直偏波の電界が励起することにより、エンドファイア方向に強い指向性を得る。同相側の給電部８２，８３がスイッチ回路６の切り換え動作により高周波回路１４に接続しているときには、マイクロストリップパッチアンテナ２，３には同相の垂直偏波の電界が励起することにより、ブロードサイド方向に強い指向性を得る。スイッチ回路６の切り換えに応じてマイクロストリップパッチアンテナ２，３の合成の電界の指向性が変化する。【選択図】        図１
2004222230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直偏波の電波通信を行う指向性ダイバーシチアンテナ装置であって、対を成すマイクロストリップパッチアンテナが間隔を介し略同一平面上に配置されており、それら対を成すマイクロストリップパッチアンテナには、それぞれ、同じ方向の同相の垂直偏波の電界を各マイクロストリップパッチアンテナに励起させるための同相側の給電部が設けられると共に、前記同相の垂直偏波の励起方向と直交する方向に互いに逆相の垂直偏波の電界を各マイクロストリップパッチアンテナに励起させるための逆相側の給電部が設けられており、また、各マイクロストリップパッチアンテナの同相側の給電部に共通に接続する同相側の合成回路と、各マイクロストリップパッチアンテナの逆相側の給電部に共通に接続する逆相側の合成回路とが設けられ、さらに、それら同相側の合成回路と、逆相側の合成回路とのうちの選択された一方を外部の高周波回路に切り換え接続させるためのスイッチ回路が設けられており、当該スイッチ回路の切り換えに応じて対を成すマイクロストリップパッチアンテナの垂直偏波の合成の電界の指向性が変化することを特徴とする指向性ダイバーシチアンテナ装置。
【請求項２】
対を成すマイクロストリップパッチアンテナはそれぞれ略同一の方形状と成し、これら方形状のマイクロストリップパッチアンテナは、互いに一辺を間隔を介し対向させて配設されており、各マイクロストリップパッチアンテナには、それぞれ、前記間隔を介し対向し合う辺に逆相側の給電部が設けられ、また、その逆相側の給電部が設けられている辺の同じ側の端部に連接する隣の辺に同相側の給電部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の指向性ダイバーシチアンテナ装置。
【請求項３】
対を成すマイクロストリップパッチアンテナはそれぞれ略同一の方形状と成し、これら方形状のマイクロストリップパッチアンテナは、互いに一辺を間隔を介し対向させて配設されており、この対を成すマイクロストリップパッチアンテナの一方側の前記対向し合う辺と、他方側のマイクロストリップパッチアンテナの前記対向し合う辺に対して背面側となる辺とには、それぞれ、逆相側の給電部が設けられており、各マイクロストリップパッチアンテナの逆相側の給電部をそれぞれ別々に共通の逆相側の合成回路に接続する２つの信号経路のうちの一方には、信号の位相を１８０°変換する位相回路が介設されていることを特徴とする請求項１記載の指向性ダイバーシチアンテナ装置。
【請求項４】
対を成すマイクロストリップパッチアンテナはそれぞれ略同一の方形状と成し、これら方形状のマイクロストリップパッチアンテナは、互いに一辺を間隔を介し対向させて配設されており、対を成すマイクロストリップパッチアンテナの前記対向し合う辺の互いに対角となる端部にそれぞれ連接して前記対向し合う辺に直交する方向に伸長する辺には、それぞれ、同相側の給電部が設けられており、各マイクロストリップパッチアンテナの同相側の給電部をそれぞれ別々に共通の同相側の合成回路に接続する２つの信号経路のうちの一方には、信号の位相を１８０°変換する位相回路が介設されていることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の指向性ダイバーシチアンテナ装置。
【請求項５】
対を成すマイクロストリップパッチアンテナの一方側は、逆相側の給電部と、同相側の給電部とのうちの一方側のみが設けられており、その配設された給電部は、他方側のマイクロストリップパッチアンテナの同じ側の給電部と共通に接続する合成回路を介してスイッチ回路に接続されており、また、対を成すマイクロストリップパッチアンテナの前記一方のみに設けられている側の給電部は直接的にスイッチ回路に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の指向性ダイバーシチアンテナ装置。
【請求項６】
同相側の合成回路に代えて、平衡側コイルと不平衡側コイルを有するバラントランスが設けられ、不平衡側コイルの一端側はグランドに接続され、他端側はスイッチ回路に接続されており、また、平衡側コイルの両端部は、それぞれ、対を成すマイクロストリップパッチアンテナの各々の見かけ上の逆相側の給電部と見られる位置に個別に接続されており、それら見かけ上の逆相側の給電部は、実質的には、バラントランスの平衡不平衡変換動作に起因して同相側の給電部として機能することを特徴とする請求項１又は請求項５記載の指向性ダイバーシチアンテナ装置。
【請求項７】
逆相側の合成回路に代えて、平衡側コイルと不平衡側コイルを有するバラントランスが設けられ、不平衡側コイルの一端側はグランドに接続され、他端側はスイッチ回路に接続されており、また、平衡側コイルの両端部は、それぞれ、対を成すマイクロストリップパッチアンテナの各々の見かけ上の同相側の給電部と見られる位置に個別に接続されており、それら見かけ上の同相側の給電部は、実質的には、バラントランスの平衡不平衡変換動作に起因して逆相側の給電部として機能することを特徴とする請求項１又は請求項５又は請求項６記載の指向性ダイバーシチアンテナ装置。
【請求項８】
逆相側の合成回路および位相回路を設けるのに代えて、平衡側コイルと不平衡側コイルを有するバラントランスが設けられ、不平衡側コイルの一端側はグランドに接続され、他端側はスイッチ回路に接続されており、また、平衡側コイルの両端部は、それぞれ、対を成すマイクロストリップパッチアンテナの各々の逆相側の給電部に個別に接続されていることを特徴とする請求項３又は請求項５記載の指向性ダイバーシチアンテナ装置。
【請求項９】
同相側の合成回路および位相回路を設けるのに代えて、平衡側コイルと不平衡側コイルを有するバラントランスが設けられ、不平衡側コイルの一端側はグランドに接続され、他端側はスイッチ回路に接続されており、また、平衡側コイルの両端部は、それぞれ、対を成すマイクロストリップパッチアンテナの各々の同相側の給電部に個別に接続されていることを特徴とする請求項４又は請求項５又は請求項８記載の指向性ダイバーシチアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れか１つに記載の指向性ダイバーシチアンテナ装置が設けられていることを特徴とする通信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直偏波の電波通信を行う指向性ダイバーシチアンテナ装置およびそれを備えた通信機に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
図１２（ａ）には特許文献１に記載されている指向性ダイバーシチアンテナの一つが模式的な平面図により示されている。この指向性ダイバーシチアンテナ３０において、２つの放射素子３１ａ，３１ｂが間隔を介して配置されており、これら放射素子３１ａ，３１ｂ間には、λ／４の移相回路３２が設けられている。また、外部の高周波回路３３と、放射素子３１ａ，３１ｂとを接続するための信号導通路３４が設けられ、この信号導通路３４にはスイッチ回路３５が介設されている。
【０００３】
このスイッチ回路３５は２つのスイッチ３６ａ，３６ｂを有している。それらスイッチ３６ａ，３６ｂのスイッチオン・オフ状態を変化させることで、放射素子３１ａ，３１ｂと高周波回路３３との接続状態が変化する。
【０００４】
つまり、スイッチ３６ａ，３６ｂのうちのスイッチ３６ａのみがスイッチオンしている状態では、放射素子３１ａはスイッチ３６ａを介し高周波回路３３に直接的に接続し、放射素子３１ｂはλ／４移相回路３２とスイッチ３６ａを介して高周波回路３３と接続する。また、スイッチ３６ａ，３６ｂのうちのスイッチ３６ｂのみがスイッチオンしている状態では、放射素子３１ａはλ／４移相回路３２とスイッチ３６ｂを介して高周波回路３３と接続し、放射素子３１ｂはスイッチ３６ｂを介し高周波回路３３に直接的に接続する。さらに、スイッチ３６ａ，３６ｂの両方が共にスイッチオンしている状態では、放射素子３１ａはスイッチ３６ａを介し直接的に高周波回路３３に接続し、また、放射素子３１ｂはスイッチ３６ｂを介し直接的に高周波回路３３に接続する。
【０００５】
このように、スイッチ回路３５の切り換え動作によって、放射素子３１ａ，３１ｂと、高周波回路３３との接続状態が切り換わり、λ／４移相回路３２によって、放射素子３１ａに励起する電界と、放射素子３１ｂに励起する電界との位相関係が変化する。指向性ダイバーシチアンテナ３０の指向性は、放射素子３１ａ，３１ｂの電界の合成により定まるものである。スイッチ回路３５の切り換えによる放射素子３１ａ，３１ｂ間の電界の位相関係の変化によって、放射素子３１ａ，３１ｂの電界の合成状態が変化して、図１２（ｂ）に示すように、指向性ダイバーシチアンテナ３０の指向性は、実線３７ａや一点鎖線３７ｂや二点鎖線３７ｃのように、図のｙ−ｚ平面に沿って変化する。
【０００６】
図１３には、別の指向性ダイバーシチアンテナの一例が模式的に示されている。この指向性ダイバーシチアンテナ４０は特許文献２に記載されているものである。この指向性ダイバーシチアンテナ４０は１つの方形状の放射素子４１（導体パッチ）を有し、この放射素子４１には、２つの給電部４２ａ，４２ｂが互いに隣り合う放射素子４１の辺４１ａ，４１ｂにそれぞれ設けられている。
【０００７】
この指向性ダイバーシチアンテナ４０では、給電部４２ａが外部の高周波回路（図示せず）に接続されているときと、給電部４２ｂが高周波回路に接続されているときとで、放射素子４１に励起する電界の向きが変化し、これにより、指向性ダイバーシチアンテナ４０の指向性が変化する。
【０００８】
上記以外の指向性ダイバーシチアンテナの構成も提案されている。例えば、特許文献３，４，５には、指向性が異なる２つの放射素子を設け、それら放射素子を択一的に切り換えることによって、指向性を切り換える構成が示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−８６８２５号公報
【特許文献２】
特開平７−２２６６１５号公報
【特許文献３】
特開２０００−３６７８０号公報
【特許文献４】
特開２０００−５９１２８号公報
【特許文献５】
特開２０００−１２４７３５号公報
【特許文献６】
特開平８−３３５８１９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示す特許文献１の構成では、指向性ダイバーシチアンテナ３０の指向性は、図１２のｙ−ｚ平面上だけの変化であり、通信感度が良い方向が限定されてしまうという問題がある。
【００１１】
また、図１３に示す特許文献２の構成では、放射素子は１つであり、また、特許文献３〜５の構成では、同時に２つの放射素子を動作させるのではなく、放射素子の１つを択一的に切り換えて動作させる構成である。このように、特許文献２〜５の構成では、１つの放射素子で通信を行うので、アンテナ利得の向上に限界がある。また、放射素子の面に対して鉛直な方向の指向性が最大となり、低仰角方向のアンテナ利得が小さい。このことから、低仰角方向の通信感度が悪いという問題がある。
【００１２】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、指向性を大きく変化させることができ、また、低仰角方向の通信感度の向上が容易な指向性ダイバーシチアンテナ装置およびそれを備えた通信機を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明は、垂直偏波の電波通信を行う指向性ダイバーシチアンテナ装置であって、対を成すマイクロストリップパッチアンテナが間隔を介し略同一平面上に配置されており、それら対を成すマイクロストリップパッチアンテナには、それぞれ、同じ方向の同相の垂直偏波の電界を各マイクロストリップパッチアンテナに励起させるための同相側の給電部が設けられると共に、前記同相の垂直偏波の励起方向と直交する方向に互いに逆相の垂直偏波の電界を各マイクロストリップパッチアンテナに励起させるための逆相側の給電部が設けられており、また、各マイクロストリップパッチアンテナの同相側の給電部に共通に接続する同相側の合成回路と、各マイクロストリップパッチアンテナの逆相側の給電部に共通に接続する逆相側の合成回路とが設けられ、さらに、それら同相側の合成回路と、逆相側の合成回路とのうちの選択された一方を外部の高周波回路に切り換え接続させるためのスイッチ回路が設けられており、当該スイッチ回路の切り換えに応じて対を成すマイクロストリップパッチアンテナの垂直偏波の合成の電界の指向性が変化することを特徴としている。また、この発明の通信機は、この発明の特有な構成を備えた指向性ダイバーシチアンテナ装置が設けられていることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１には第１実施形態例の指向性ダイバーシチアンテナ装置が模式的な平面図により示されている。この第１実施形態例の指向性ダイバーシチアンテナ装置１は、マイクロストリップパッチアンテナ２，３と、合成回路４，５と、スイッチ回路６とを有して構成されている。
【００１６】
第１実施形態例では、マイクロストリップパッチアンテナ２，３は同一の方形状を呈し、互いに間隔を介し一辺を対向させて同一平面上に並設されている。これらマイクロストリップパッチアンテナ２，３には、互いに対向し合う辺２Ｒ，３Ｌに、それぞれ、給電部７２，７３が設けられている。この第１実施形態例では、給電部７２，７３は、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の両方の中心部を通る線と、辺２Ｒ，３Ｌとが交差する部分（つまり、各辺２Ｒ，３Ｌの中点）に設けられている。
【００１７】
また、マイクロストリップパッチアンテナ２，３には、図面の上側の辺２Ｕ，３Ｕ（つまり、対向し合う辺２Ｒ，３Ｌの同じ側の端部Ｐに連接している隣の辺）に、それぞれ、給電部８２，８３が設けられている。第１実施形態例では、それら給電部８２，８３は、それぞれ、辺２Ｕ，３Ｕの中点に設けられている。
【００１８】
給電部７２，７３は、それぞれ、別々の信号導通路１０２，１０３により共通の合成回路４に接続されている。この合成回路４は信号導通路１２によりスイッチ回路６に接続されている。また、給電部８２，８３は、それぞれ、別々の信号導通路１１２，１１３により共通の合成回路５に接続されている。この合成回路５は、信号導通路１３によりスイッチ回路６に接続されている。
【００１９】
スイッチ回路６は、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）スイッチにより構成されており、この第１実施形態例では、外部の高周波回路１４（例えば通信機の受信回路）を、合成回路４，５の一方に切り換え接続させる構成を備えている。このスイッチ回路６の切り換え動作は、例えば、通信機に設けられている制御回路１５によって制御される。
【００２０】
この第１実施形態例では、スイッチ回路６の切り換え動作によって高周波回路１４が合成回路４に接続されている場合には、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の給電部７２，７３が合成回路４を介して高周波回路１４に接続された状態となる。この場合、マイクロストリップパッチアンテナ２，３には、同じ方向（この例では、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の中心部を両方共に通る方向（ここでは、エンドファイア方向と記す））に互いに逆相の垂直偏波の電界が励起される。すなわち、給電部７２，７３は逆相側の給電部と成し、また、合成回路４は逆相側の合成回路と成す。なお、この明細書中では、そのようなマイクロストリップパッチアンテナ２，３の動作状態を逆相励振モードと呼ぶ。
【００２１】
指向性ダイバーシチアンテナ装置１の指向性は、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の垂直偏波の合成の電界により定まるものである。マイクロストリップパッチアンテナ２，３が逆相励振モードでもって励振する場合には、指向性ダイバーシチアンテナ装置１は、例えば図２、図３のグラフ中の鎖線Ａに示されるようなアンテナ指向性（アンテナ利得特性）を持つ。なお、図２および図３のグラフは、発明者が行ったシミュレーションにより得られたものであり、図２は、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の面の上方側から見た場合における指向性ダイバーシチアンテナ装置１の垂直偏波のアンテナ利得特性を表している。図３は、マイクロストリップパッチアンテナ２，３間の中間位置を通りマイクロストリップパッチアンテナ２，３の面に垂直な方向に伸びる中心線に対する傾き角度と、アンテナ利得との関係例が示されている。そのシミュレーションでは、マイクロストリップパッチアンテナ２，３が形成されている誘電体基板の比誘電率は１０とし、当該誘電体基板の厚みは０．８ｍｍとし、マイクロストリップパッチアンテナ２，３は正方形状と成して当該正方形状の一辺の長さは９．５ｍｍとし、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の中心間の距離は２５ｍｍとし、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の共振周波数は約４．９ＧＨｚとした条件の下で計算を行った。
【００２２】
マイクロストリップパッチアンテナ２，３が逆相励振モードでもって動作している場合には、マイクロストリップパッチアンテナ２，３のそれぞれの垂直偏波の電界は互いに逆相であることから、マイクロストリップパッチアンテナ２，３間の領域では、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の垂直偏波の電界は打ち消し合う。このため、図３の鎖線Ａに示されるように、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の面に垂直な方向への垂直偏波の電界の広がりは抑制され、当該垂直方向（図３の０°方向）のアンテナ利得は非常に小さくなっている。これに対して、エンドファイア方向の外側に向かうと、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の各垂直偏波の電界は合成されて強め合う。このため、指向性ダイバーシチアンテナ装置１は、図２の鎖線Ａに示されるようにエンドファイヤ方向のアンテナ利得が大きくなっている（つまり、エンドファイヤ方向の指向性を持つ）。特に、指向性ダイバーシチアンテナ装置１は、図３の鎖線Ａに示されるように、マイクロストリップパッチアンテナ２，３間の中間位置を通りマイクロストリップパッチアンテナ２，３の面に垂直な方向に伸びる中心線に対してエンドファイア方向に傾いた（図３のグラフの例では約４５°傾いた）方向のアンテナ利得が大きくなっている（つまり、低仰角方向のアンテナ利得が向上している）。
【００２３】
スイッチ回路６の切り換え動作によって高周波回路１４が合成回路５に接続されている場合には、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の給電部８２，８３が合成回路５を介して高周波回路１４に接続された状態となる。この場合、マイクロストリップパッチアンテナ２，３には、それぞれ、エンドファイア方向に直交する方向（ここでは、ブロードサイド方向と記す）に同相の垂直偏波の電界が励起される。すなわち、給電部８２，８３は同相側の給電部と成し、また、合成回路５は同相側の合成回路と成す。なお、この明細書中では、そのようなマイクロストリップパッチアンテナ２，３の動作状態を同相励振モードと呼ぶ。
【００２４】
この同相励振モードの場合には、指向性ダイバーシチアンテナ装置１は、例えば図２、図３のグラフ中の鎖線Ｂに示されるようなアンテナ利得特性を持つ。つまり、マイクロストリップパッチアンテナ２，３のそれぞれの垂直偏波の電界は同相であるので、ブロードサイド方向の全体に渡って電界が強め合って、図２の鎖線Ｂに示されるようにブロードサイド方向のアンテナ利得が大きくなっている（つまり、ブロードサイド方向のアンテナ指向性を持つ）。特に、マイクロストリップパッチアンテナ２，３間の領域のアンテナ利得が大きくなり、図３の鎖線Ｂに示されるように、指向性ダイバーシチアンテナ装置１は、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の面に垂直な方向に大きなアンテナ利得を持つ。つまり、マイクロストリップパッチアンテナ２，３が同相励振モードでもって動作している場合には、指向性ダイバーシチアンテナ装置１は、逆相励振モード時においてアンテナ利得が小さくなってしまう部分を補うようなアンテナ利得特性（アンテナ指向性）を持つことができる。
【００２５】
この第１実施形態例の指向性ダイバーシチアンテナ装置１では、スイッチ回路６の切り換え動作によって、マイクロストリップパッチアンテナ２，３が逆相励振モードと同相励振モードとのうちの何れか一方の動作状態に切り換わり、これにより、指向性ダイバーシチアンテナ装置１の指向性を、互いに直交するエンドファイア方向とブロードサイド方向とのうちの何れか一方に切り換えることができる。また、エンドファイア方向の指向性を示す場合には、特に低仰角方向（例えば、４５°方向）のアンテナ利得が大きくなり、また、ブロードサイド方向の指向性を示す場合には、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の面に垂直な方向のアンテナ利得が高くなるというように、アンテナ利得が大である方向、つまり、特に通信感度が良好となる高さ角度方向も切り換えることができる。
【００２６】
また、第１実施形態例の指向性ダイバーシチアンテナ装置１では、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の合成の電界を利用しているので、マイクロストリップパッチアンテナ２，３のうちの一方側だけを励振させた場合（図２の実線Ｃと点線Ｄと、図３の実線Ｃを参照）に比べて、アンテナ利得を向上させることができる。
【００２７】
なお、例えば、合成回路４，５と、スイッチ回路６と、信号導通路１０２，１０３，１１２，１１３，１２，１３とを同一の誘電体基板に形成し、また、その誘電体基板の表面に直接的にマイクロストリップパッチアンテナ２，３が形成されている構成として、指向性ダイバーシチアンテナ装置１が１つのモジュール部品となっている形態としてもよいし、例えば、合成回路４，５やスイッチ回路６等がそれぞれ別々に通信機の回路基板に直接的に配設されて指向性ダイバーシチアンテナ装置１が形成される構成としてもよい。
【００２８】
また、この第１実施形態例では、説明を分かり易くするために、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の各辺を説明する際に紙面に表されている姿勢状態のままを述べたが、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の姿勢は特に限定されるものではない。
【００２９】
以下に、第２実施形態例を説明する。なお、この第２実施形態例の説明において、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００３０】
この第２実施形態例では、図４に示されるように、マイクロストリップパッチアンテナ２には、図の左側の辺２Ｌ（換言すれば、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の対向し合う辺２Ｒ，３Ｌのうちの辺２Ｒに対して背面側となる辺）に逆相側の給電部７２が設けられ、下側の辺２Ｄに同相側の給電部８２が設けられている。また、マイクロストリップパッチアンテナ３には、左側の辺３Ｌに逆相側の給電部７３が設けられ、上側の辺３Ｕに同相側の給電部８３が設けられている。
【００３１】
マイクロストリップパッチアンテナ２，３の各逆相側の給電部７２，７３は、それぞれ、別々の信号導通路１０２，１０３を介して共通の逆相側の合成回路４に接続されており、それら信号導通路１０２，１０３のうちの一方側（図示の例では、信号導通路１０３）には信号の位相を１８０°変換させるための位相回路１７が介設されている。マイクロストリップパッチアンテナ２，３における給電部７２，７３の配設位置だけを見ると、それら給電部７２，７３がスイッチ回路６によって高周波回路１４に接続された際に、マイクロストリップパッチアンテナ２，３には同相の垂直偏波の電界が励起されるのではないかと思われるかもしれないが、この第２実施形態例では、給電部７２，７３と、合成回路４とを接続する信号導通路１０２，１０３のうちの一方側（１０３）に位相回路１７を介設することによって、第１実施形態例と同様に、給電部７２，７３を逆相側の給電部として機能させることができる。
【００３２】
また、この第２実施形態例では、給電部８２，８３をそれぞれ個別に共通の合成回路５に接続させるための信号導通路１１２，１１３のうちの一方側（１１３）に位相回路１８が介設されている。その位相回路１８も、位相回路１７と同様に、信号の位相を１８０°変換させる回路構成を有している。これにより、見かけ上の逆相側の給電部として見られる給電部８２，８３は、同相側の給電部として機能することができる。
【００３３】
給電部７２，７３，８２，８３の配設位置、および、信号導通路に位相回路１７，１８を設ける構成以外の構成は、第１実施形態例と同様である。この第２実施形態例の構成においても、第１実施形態例の指向性ダイバーシチアンテナ装置１と同様に動作して、第１実施形態例と同様の優れた効果を得ることができる。
【００３４】
以下に、第３実施形態例を説明する。なお、第３実施形態例の説明において、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００３５】
第３実施形態例では、図５に示されるように、マイクロストリップパッチアンテナ２，３のうちの一方側（図示の例ではマイクロストリップパッチアンテナ２）には、逆相側の給電部７２のみが設けられ、同相側の給電部８２は省略されている。マイクロストリップパッチアンテナ２，３の各逆相側の給電部７２，７３は、それぞれ個別の信号導通路１０２，１０３を介して共通の逆相側の合成回路４に接続され、当該合成回路４は、信号導通路１２を介してスイッチ回路６に接続されている。
【００３６】
この第３実施形態例では、マイクロストリップパッチアンテナ２の同相側の給電部８２が省略されているので、同相側の合成回路５は省略されており、マイクロストリップパッチアンテナ３の同相側の給電部８３は直接的にスイッチ回路６に接続されている。スイッチ回路６は、逆相側の合成回路４と、マイクロストリップパッチアンテナ３の同相側の給電部８３とのうちの一方を高周波回路１４に切り換え接続させる構成と成す。
【００３７】
この第３実施形態例の指向性ダイバーシチアンテナ装置１も、第１や第２の各実施形態例と同様に動作するが、この第３実施形態例では、マイクロストリップパッチアンテナ２はブロードサイド方向には励振しない。このため、ブロードサイド方向のアンテナ利得は、第１や第２の各実施形態例に比べて、やや落ちるものの、第１や第２の各実施形態例とほぼ同様の優れた効果を得ることができる。
【００３８】
以下に、第４実施形態例を説明する。なお、この第４実施形態例の説明において、第１〜第３の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００３９】
ところで、トランスの一つとして、図６に示されるような構成を持つものがある。このトランス２０は、一般的には平衡−不平衡変換に用いられるものであり、バラントランスと呼ばれている。このバラントランス２０は、平衡側コイル２１と、不平衡側コイル２２とが電磁結合して成る構成を備えている。平衡側コイル２１には中間タップ２３が設けられており、この中間タップ２３はグランドに接地される。不平衡側コイル２２の一端側２２ａは外部の回路に接続され、他端側２２ｂはグランドに接地される。
【００４０】
このようなバラントランス２０において、例えば、外部の回路から不平衡側コイル２２の端部２２ａを介して信号が入力すると、不平衡側コイル２２の信号通電に起因して平衡側コイル２１に電圧が誘起され、これにより、平衡側コイル２１の両端部２１ａ，２１ｂから、それぞれ、互いに逆相の信号が出力される。換言すれば、平衡側コイル２１の両端部２１ａ，２１ｂのうちの一方側からは、不平衡側コイル２２に入力した信号と同相の信号が出力され、他方側からは、その信号と１８０°位相がずれた信号（つまり、逆相の信号）が出力される。
【００４１】
また上記とは反対に、両端部２１ａ，２１ｂからそれぞれ信号が平衡側コイル２１に入力すると、不平衡側コイル２２に電圧が誘起されて当該不平衡側コイル２２から端部２２ａを通して信号が外部に出力される。この不平衡側コイル２２の出力信号は、平衡側コイル２１の端部２１ａ側からの入力信号と、端部２１ｂ側からの入力信号とのうちの一方側の入力信号の位相を１８０°ずらした信号と、他方側の入力信号とを合成した信号となる。
【００４２】
本発明者は、そのようなバラントランス２０の平衡不平衡変換動作に着目した。つまり、バラントランス２０は、例えば第２実施形態例に示した合成回路４，５の機能と、位相回路１７，１８の機能との両方の機能を備えていることに本発明者は気付いて、この第４実施形態例において特有な構成を考え出した。すなわち、この第４実施形態例では、第２実施形態例に示した同相側の合成回路５および位相回路１８（図４参照）に代えて、図７に示されるように、同相側のバラントランス２０Ａを設けている。また、第２実施形態例に示した逆相側の合成回路４および位相回路１７に代えて、逆相側のバラントランス２０Ｂを設けている。
【００４３】
同相側のバラントランス２０Ａの平衡側コイル２１の一端側はマイクロストリップパッチアンテナ２の同相側の給電部８２に接続され、平衡側コイル２１の他端側はマイクロストリップパッチアンテナ３の同相側の給電部８３に接続されている。また、同相側のバラントランス２０Ａの不平衡側コイル２２の一端側はグランドに接続され、他端側はスイッチ回路６に接続されている。
【００４４】
逆相側のバラントランス２０Ｂを構成する平衡側コイル２１の一端側はマイクロストリップパッチアンテナ２の逆相側の給電部７２に接続され、平衡側コイル２１の他端側はマイクロストリップパッチアンテナ３の逆相側の給電部７３に接続されている。また、逆相側のバラントランス２０Ｂの不平衡側コイル２２の一端側はグランドに接続され、他端側はスイッチ回路６に接続されている。
【００４５】
スイッチ回路６は、同相側のバラントランス２０Ａの不平衡側コイル２２と、逆相側のバラントランス２０Ｂの不平衡側コイル２２とのうちの一方側を選択的に外部の高周波回路１４に切り換え接続させる構成と成す。このスイッチ回路６の切り換え動作は、第１〜第３の各実施形態例と同様に、例えば通信機の制御回路１５の制御動作により行われる。
【００４６】
上記以外の構成は第２実施形態例と同様である。この第４実施形態例では、同相側のバラントランス２０Ａを構成する平衡側コイル２１の両端部は、それぞれ、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の各々の見かけ上の逆相側の給電部と見られる位置に個別に接続されているが、それら見かけ上の逆相側の給電部は、次に示すようなバラントランス２０Ａの動作によって同相側の給電部８２，８３として機能することができる。
【００４７】
つまり、バラントランス２０Ａは、高周波回路１４側から信号が入力した場合には、平衡不平衡変換動作によって平衡側コイル２１の両端部からそれぞれ互いに逆相の信号を各マイクロストリップパッチアンテナ２，３の給電部８２，８３に向けて出力する。互いに逆相の信号がそれぞれ給電部８２，８３に供給されることにより、マイクロストリップパッチアンテナ２，３には、ブロードサイド方向の同相の垂直偏波の電界が励起されて、マイクロストリップパッチアンテナ２，３は同相励振モードでもって動作する。
【００４８】
また、各マイクロストリップパッチアンテナ２，３がブロードサイド方向の同相の垂直偏波の電界を受信した場合には、各マイクロストリップパッチアンテナ２，３の給電部８２，８３からバラントランス２０Ａの平衡側コイル２１の両端部に、それぞれ、互いに逆相の信号が入力する。この場合には、前述したようなバラントランス２０Ａの平衡不平衡変換動作（つまり、それら入力信号のうちの一方側の信号の位相を１８０°ずらした信号と、他方側の信号とを合成した信号を出力する動作）によって、バラントランス２０Ａは、同相信号の合成信号を出力することと等価に動作することから、給電部８２，８３側からの入力信号を強めて高周波回路１４側に向けて出力する。このようなバラントランス２０Ａの平衡不平衡変換動作によって、見かけ上は逆相側の給電部と見られる給電部が、同相側の給電部８２，８３として機能することができる。
【００４９】
なお、外部からの信号受信によって、マイクロストリップパッチアンテナ２，３がブロードサイド方向に互い逆向きに励振して、同相側の給電部８２，８３からそれぞれバラントランス２０Ａの平衡側コイル２１の両端部に同相の信号が入力することがあるが、この場合には、バラントランス２０Ａの平衡不平衡変換動作によって、バラントランス２０Ａは、逆相信号の合成を行うことと等価に動作するので、互いの信号が相殺されて、バラントランス２０Ａの不平衡側コイル２２から信号は出力されない。
【００５０】
この第４実施形態例では、逆相側の給電部７２，７３は、見かけ上、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の各々の同相側の給電部と見られる位置に配置されているが、それら同相側の給電部と見られる給電部７２，７３は、逆相側のバラントランス２０Ｂの平衡不平衡変換動作によって、逆相側の給電部として機能することができる。
【００５１】
つまり、バラントランス２０Ｂは、高周波回路１４側から信号が入力した場合には、平衡不平衡変換動作によって平衡側コイル２１の両端部からそれぞれ互いに逆相の信号を各マイクロストリップパッチアンテナ２，３の給電部７２，７３に向けて出力する。互いに逆相の信号がそれぞれ給電部７２，７３に供給されることにより、マイクロストリップパッチアンテナ２，３には、エンドファイヤ方向の互いに逆相の垂直偏波の電界が励起されて、マイクロストリップパッチアンテナ２，３は逆相励振モードでもって動作する。
【００５２】
また、各マイクロストリップパッチアンテナ２，３がエンドファイヤ方向の互いに逆相の垂直偏波の電界を受信した場合には、各マイクロストリップパッチアンテナ２，３の給電部７２，７３からバラントランス２０Ｂの平衡側コイル２１の両端部にそれぞれ互いに逆相の信号が入力する。これにより、バラントランス２０Ｂの平衡不平衡変換動作によって、バラントランス２０Ｂは、同相信号の合成信号を出力することと等価に動作するので、給電部７２，７３側からの入力信号を強めて高周波回路１４側に向けて出力する。このようなバラントランス２０Ｂの平衡不平衡変換動作によって、見かけ上は同相側の給電部と見られる給電部が、逆相側の給電部７２，７３として機能することができる。
【００５３】
したがって、この第４実施形態例に示した構成を備えることによって、第２実施形態例と同様に動作することができて、第１〜第３の各実施形態例と同様の優れた効果を得ることができる。その上、第２実施形態例に示した合成回路４，５と位相回路１７，１８に代えて、バラントランス２０Ａ，２０Ｂを設けるので、部品点数を削減できて、第２実施形態例よりも回路構成の簡略化を図ることができ、これにより、更なる小型化を図ることができる。
【００５４】
以下に、第５実施形態例を説明する。第５実施形態例は通信機に関するものであり、この第５実施形態例の通信機において特徴的なことは、第１〜第４の各実施形態例に示した指向性ダイバーシチアンテナ装置１のうちの何れか１つが設けられていることである。なお、その指向性ダイバーシチアンテナ装置１の説明は第１〜第４の各実施形態例で述べたので、その重複説明は省略する。
【００５５】
また、この第５実施形態例の通信機の制御回路には、指向性ダイバーシチアンテナ装置１のスイッチ回路６の切り換え動作を制御するためのダイバーシチ制御部が設けられている。例えば、そのダイバーシチ制御部は、指向性ダイバーシチアンテナ装置１から、逆相側の合成回路４側（逆相側の給電部７２，７３側）からの無線通信の受信信号（つまり逆相励振モードによる受信信号）と、同相側の合成回路５側（同相側の給電部８２，８３側）からの無線通信の受信信号（つまり同相励振モードによる受信信号）とを高周波回路１４を介して取り込む。
【００５６】
そして、ダイバーシチ制御部は、その取り込んだ受信信号に基づいて、逆相励振モードによる無線通信と、同相励振モードによる無線通信とのうち、より良好に無線通信を行うことができるのはどちらであるかを選択する。この選択動作によって逆相励振モードによる無線通信を選択した場合には、ダイバーシチ制御部は、指向性ダイバーシチアンテナ装置１のスイッチ回路６を逆相側の合成回路４側（逆相側の給電部７２，７３側）に切り換える。また、同相励振モードによる無線通信を選択した場合には、ダイバーシチ制御部は、指向性ダイバーシチアンテナ装置１のスイッチ回路６を同相側の合成回路５側（同相側の給電部８２，８３側）に切り換える。
【００５７】
上記以外の通信機の構成には様々な構成があり、ここでは、何れの構成をも採用してよく、その説明は省略する。この第５実施形態例の通信機は、第１〜第４の実施形態例の指向性ダイバーシチアンテナ装置１のうちの一つが設けられているので、アンテナ利得向上によって通信感度を高めることができて、通信の信頼性を向上させることができる。
【００５８】
なお、この発明は第１〜第５の各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第１〜第５の各実施形態例では、対を成すマイクロストリップパッチアンテナ２，３は同一のものとしたが、例えば、加工精度の問題などにより、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の大きさや形状が僅かにばらつくことがある。このような場合には、マイクロストリップパッチアンテナ２，３は略同一と見なすことができて、第１〜第５の各実施形態例と同様に指向性ダイバーシチアンテナ装置１は動作することができる。つまり、マイクロストリップパッチアンテナ２，３は同一に限定されるものではない。
【００５９】
また、第２実施形態例では、逆相側の給電部７２，７３を個別に逆相側の合成回路４に接続するための信号導通路１０２，１０３のうちの一方に位相回路１７を設けると共に、同相側の給電部８２，８３を個別に同相側の合成回路５に接続するための信号導通路１１２，１１３のうちの一方に位相回路１８を設ける構成であったが、例えば、図８（ａ）に示されるように、同相側の信号導通路１１２，１１３のうちの一方側に位相回路１８を設け、例えば、逆相側の給電部７２，７３は、第１実施形態例と同様の位置に設けて、逆相側の信号導通路１０２，１０３には、位相回路１７を設けない構成としてもよい。
【００６０】
また、例えば、図８（ｂ）に示されるように、逆相側の信号導通路１０２，１０３のうちの一方側に位相回路１７を設け、例えば、同相側の給電部８２，８３は、第１実施形態例と同様の位置に設けて、同相側の信号導通路１１２，１１３には、位相回路１８を設けない構成としてもよい。
【００６１】
さらに、図８（ａ）、（ｂ）の変形例として、第４実施形態例に示したバラントランス２０を用いた構成としてもよい。つまり、図８（ａ）に示す同相側の合成回路５および位相回路１８を設けるのに代えて、図９（ａ）に示すようにバラントランス２０Ａを設ける構成としてもよい。また、図８（ｂ）に示す逆相側の合成回路４および位相回路１７を設けるのに代えて、図９（ｂ）に示すようにバラントランス２０Ｂを設ける構成としてもよい。
【００６２】
さらに、第３実施形態例では、マイクロストリップパッチアンテナ２には、逆相側の給電部７２だけが設けられる構成であったが、例えば、図１０（ａ）に示されるように、マイクロストリップパッチアンテナ２には、同相側の給電部８２だけが設けられる構成としてもよい。この場合には、もちろん、同相側の合成回路５は設けられるが、逆相側の合成回路４は省略され、マイクロストリップパッチアンテナ３の逆相側の給電部７３は直接的にスイッチ回路６に接続されることになる。
【００６３】
さらに、第３実施形態例の特有な構成に、第２実施形態例の特有な構成を組み合わせてもよい。つまり、図１０（ｂ）、（ｃ）に示されるように、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の両方に設けられる側の給電部を個別に合成回路に接続する２つの信号導通路のうちの一方側に第２実施形態例に示したような位相回路を設けてもよい。
【００６４】
さらに、図１０（ｂ）、（ｃ）の変形例として、第４実施形態例に示したバラントランス２０を用いた構成としてもよい。つまり、図１０（ｂ）に示す同相側の合成回路５および位相回路１８を設けるのに代えて、図１１（ａ）に示すようにバラントランス２０Ａを設ける構成としてもよい。また、図１０（ｃ）に示す逆相側の合成回路４および位相回路１７を設けるのに代えて、図１１（ｂ）に示すようにバラントランス２０Ｂを設ける構成としてもよい。
【００６５】
また、第１〜第５の各実施形態例では、マイクロストリップパッチアンテナ２，３に対し側面側から給電する構成を示したが、マイクロストリップパッチアンテナ２，３の裏面側から給電ピンを利用して第１〜第５の各実施形態例に示した給電部７２，７３，８２，８３に給電する構成としてもよい。この場合にも第１〜第５の各実施形態例と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
この発明によれば、対を成すマイクロストリップパッチアンテナのそれぞれに同じ方向の同相の垂直偏波の電界を励起させることができる同相励振モードと、それら各マイクロストリップパッチアンテナに前記同相の垂直偏波の励起方向と直交する方向に互いに逆相の垂直偏波の電界を励起させる逆相励振モードとの２つのモードを持つことが可能な構成とし、さらに、スイッチ回路によって、それら２つのモードのうちの一方側が切り換えられて動作する構成を備えた。
【００６７】
この発明では、同相励振モードでのマイクロストリップパッチアンテナの励振方向と、逆相励振モードでのマイクロストリップパッチアンテナの励振方向とは直交しており、同相励振モードでのマイクロストリップパッチアンテナの励振による垂直偏波の指向性と、逆相励振モードでのマイクロストリップパッチアンテナの励振による垂直偏波の指向性とは略直交関係となる。このため、スイッチ回路によるモード切り換えによって、この発明の指向性ダイバーシチアンテナ装置は、指向性を大きく変化させることができる。
【００６８】
その上、この発明では、対を成すマイクロストリップパッチアンテナがそれぞれ逆相励振モードでもって励振しているときには、それらマイクロストリップパッチアンテナ間の領域では、電界が打ち消し合ってアンテナ利得が低くなるが、それ以外の励振方向の領域では、各マイクロストリップパッチアンテナの電界は強め合うこととなり、マイクロストリップパッチアンテナが１つである場合に比べて、アンテナ利得を向上させることができる。特に、低仰角方向のアンテナ利得を強めることができる。
【００６９】
また、対を成すマイクロストリップパッチアンテナが同相励振モードでもってそれぞれ励振しているときには、各マイクロストリップパッチアンテナの電界は同相であるので、各マイクロストリップパッチアンテナの電界の合成によって、マイクロストリップパッチアンテナが１つである場合に比べて、励振方向全体に渡ってアンテナ利得を強めることができる。特に、マイクロストリップパッチアンテナの面に垂直な方向に大きなアンテナ利得を持たせることができる。つまり、同相励振モードでは、逆相励振モード時にアンテナ利得が最も低下してしまう領域でのアンテナ利得が最も高くなり、指向性ダイバーシチアンテナ装置全体で見れば、ヌル点を無くすことができる。また、もちろん、同相励振モードにおいても、マイクロストリップパッチアンテナが１つである場合に比べて、低仰角方向のアンテナ利得を強めることができる。
【００７０】
よって、この発明の指向性ダイバーシチアンテナ装置は、アンテナ利得の向上によって通信感度を高めることができる。特に、低仰角方向の垂直偏波の通信感度の安定化を図ることができる。このため、低仰角方向での通信を行うことが多い無線ＬＡＮ通信や、ホットスポット通信等に大きな成果を上げることが可能となる。
【００７１】
また、この発明の指向性ダイバーシチアンテナ装置は、対を成すマイクロストリップパッチアンテナと合成回路とスイッチ回路というような何れも簡単な構成のものだけで構成することができるので、小型低背化が容易である。このことから、この発明の指向性ダイバーシチアンテナ装置は、ＰＣＭＩＡカード等のカード型の端末や、ノート型パソコン等の携帯型の情報端末機器に内蔵することが容易となる。
【００７２】
対を成すマイクロストリップパッチアンテナはそれぞれ略同一の方形状と成し、これらマイクロストリップパッチアンテナは、互いに一辺を間隔を介し対向させて配設されており、各マイクロストリップパッチアンテナには、それぞれ、対向し合う辺に逆相側の給電部が設けられ、また、逆相側の給電部が設けられている辺の同じ側の端部に連接する隣の辺に同相側の給電部が設けられているものにあっては、信号導通路の引き回しを非常にシンプルにすることができる。
【００７３】
また、位相回路が設けられているものにあっては、例えば、信号導通路を形成することができる領域が限定されているような場合においても、その限定された領域内で信号導通路を形成し、また、位相回路を利用することで、対を成すマイクロストリップパッチアンテナに上記同様に同相励振モードと逆相励振モードの動作を行わせることができて、上記同様の優れた効果を得ることができる。
【００７４】
さらに、対を成すマイクロストリップパッチアンテナのうちの一方側は、同相側の給電部と、逆相側の給電部とのうちの一方側だけが設けられているものにあっては、信号導通路や合成回路の削減を図ることができて、回路構成の簡略化を図ることができる。これにより、指向性ダイバーシチアンテナ装置の小型化を促進させることができる。また、対を成すマイクロストリップパッチアンテナの両方共に同相側の給電部および逆相側の給電部が設けられている場合とは僅かにアンテナ利得特性が異なる。換言すれば、給電部を省略するだけで、アンテナ利得特性を可変することができる。このことから、例えば、要求のアンテナ利得特性に応じて選択した給電部を各マイクロストリップパッチアンテナにそれぞれ設けることによって、ニーズにより合ったアンテナ利得特性を持つ指向性ダイバーシチアンテナ装置を提供することができる。
【００７５】
さらに、バラントランスを用いたものにあっては、バラントランスは、合成回路としての機能と位相回路としての機能との両方の機能を備えたものであるので、合成回路および位相回路に代えてバラントランスを設けることにより、合成回路および位相回路が設けられているものに比べて、指向性ダイバーシチアンテナ装置のより一層の小型化を促進させることができる。
【００７６】
この発明において特有な構成を持つ指向性ダイバーシチアンテナ装置が設けられている通信機にあっては、上記のように指向性ダイバーシチアンテナ装置は小型低背化が容易であることから、その指向性ダイバーシチアンテナ装置の小型低背化によって、通信機の小型化を図ることが容易となる。また、この発明の指向性ダイバーシチアンテナ装置は低仰角方向のアンテナ利得の向上が図られていることから、低仰角方向の通信感度が良い通信機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例の指向性ダイバーシチアンテナ装置を模式的に示したモデル図である。
【図２】図１の構成を持つ指向性ダイバーシチアンテナ装置をマイクロストリップパッチアンテナの面の上方側から見た場合のアンテナ利得特性の一例を表すグラフである。
【図３】図１の指向性ダイバーシチアンテナ装置のアンテナ利得特性の一例を図２とは異なる見方でもって表したグラフである。
【図４】第２実施形態例の指向性ダイバーシチアンテナ装置を説明するためのモデル図である。
【図５】第３実施形態例の指向性ダイバーシチアンテナ装置を説明するためのモデル図である。
【図６】バラントランスの等価回路図である。
【図７】第４実施形態例の指向性ダイバーシチアンテナ装置を説明するためのモデル図である。
【図８】その他の実施形態例を説明するための図である。
【図９】図８に示した構成の変形例としてバラントランスを用いた構成例を説明するための図である。
【図１０】さらに、その他の実施形態例を説明するための図である。
【図１１】図１０に示した構成の変形例としてバラントランスを用いた構成例を説明するための図である。
【図１２】特許文献１に記載の指向性ダイバーシチアンテナの一つを説明するための図である。
【図１３】特許文献２に記載の指向性ダイバーシチアンテナの一つを説明するための図である。
【符号の説明】
１  指向性ダイバーシチアンテナ装置
２，３  マイクロストリップパッチアンテナ
４  逆相側の合成回路
５  同相側の合成回路
６  スイッチ回路
７２，７３  逆相側の給電部
８２，８３  同相側の給電部
１７，１８  位相回路
２０，２０Ａ，２０Ｂ  バラントランス
【図１】
2004222230.tif 000003
【図２】
2004222230.tif 000004
【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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【図１３】
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