(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２、第３及び第４のアンテナ素子を有するアンテナ部であり、前記第１、第２、第３及び第４のアンテナ素子は直径ｄの円上に４回対称となるように配置され、前記直径ｄは前記アンテナ素子が送信又は受信する搬送波の１／２波長に概略一致するアンテナ部と、
第１、第２及び第３の電力分配器と、第１及び第２の90度移相器と、第１及び第２の可変移相器とを有する回路部とを有するアンテナ装置であり、
前記第１、第２及び第３の電力分配器はいずれも合成端子と第１及び第２の分配端子を有し、前記第１及び第２の電力分配器の合成端子はそれぞれ前記第３の電力分配器の第１及び第２の分配端子に接続され、
前記第１のアンテナ素子は、前記第１の90度移相器を介して前記第１の電力分配器の第１の分配端子に接続され、
前記第２のアンテナ素子は、前記第１の電力分配器の第２の分配端子に接続され、
前記第３のアンテナ素子は、前記第２の90度移相器及び前記第１の可変移相器を順に介して前記第２の電力分配器の第１の分配端子に接続され、
前記第４のアンテナ素子は、前記第２の可変移相器を介して前記第２の電力分配器の第２の分配端子に接続される
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において、
前記第１から第４のアンテナ素子は、各給電点に同位相の信号が入力されたとき、電流の向きが常に逆向きとなるように配置されたアンテナ素子の対を少なくとも含む
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において、
前記第１および第２の可変移相器は、互いに180度の位相差を有する第１の位相調整量と第２の位相調整量との間で切り替え制御される
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において、
第１及び第３のアンテナ素子は、互いの偏波面が平行に配置された直線偏波アンテナであり、
第２及び第４のアンテナ素子は、互いの偏波面が平行に配置された直線偏波アンテナであり、
前記第１及び第３のアンテナ素子で構成される第１の対と、前記第２及び第４のアンテナ素子で構成される第２の対とは、前記第１の対に対応する前記偏波面と、前記第２の対に対応する前記偏波面とが互いに直交するように配置される
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１に記載のアンテナ装置において、
第１及び第３のアンテナ素子は、互いの偏波面が一致するように配置された直線偏波アンテナであり、
第２及び第４のアンテナ素子は、互いの偏波面が一致するように配置された直線偏波アンテナである
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
無線機と、アンテナ装置とで構成される測位信号の送信機において、
前記アンテナ装置は、
Ｎ（２以上の自然数）個のアンテナ素子を有するアンテナ部であり、前記Ｎ個のアンテナ素子は直径ｄの円上にＮ回対称となるように配置され、前記直径ｄは前記アンテナ素子が送信する搬送波の１／２波長に概略一致するアンテナ部と、
１つの合成端子とＮ個の分配端子を有する電力分配器と、前記電力分配器の前記Ｎ個の分配端子と１対１に接続されるＮ個の可変移相器とを有する回路部であり、前記可変移相器の第１の端子は対応する前記電力分配器の前記分配端子と１対１に接続され、前記可変移相器の第２の端子は対応する前記アンテナ素子と１対１に接続される回路部とを有し、
前記無線機は、前記測位信号の送信に使用する前記アンテナ部の放射角度を時分割に切り替えるように前記回路部を自律的に制御する
ことを特徴とする測位信号の送信機。
【請求項７】
無線機と、アンテナ装置とで構成される測位信号の送信機において、
前記アンテナ装置は、
Ｎ（２以上の自然数）個のアンテナ素子を有するアンテナ部であり、前記Ｎ個のアンテナ素子は直径ｄの円上にＮ回対称となるように配置され、前記直径ｄは前記アンテナ素子が送信する搬送波の１／２波長に概略一致するアンテナ部と、
１つの合成端子とＮ個の分配端子を有する電力分配器と、前記電力分配器の前記Ｎ個の分配端子と１対１に接続されるＮ個の可変移相器とを有する回路部であり、前記可変移相器の第１の端子は対応する前記電力分配器の前記分配端子と１対１に接続され、前記可変移相器の第２の端子は対応する前記アンテナ素子と１対１に接続される回路部とを有し、
前記無線機は、前記測位信号の送信に使用する前記アンテナ部の放射角度を特定する情報を前記測位信号に含めて送信する
ことを特徴とする測位信号の送信機。
【請求項８】
無線機と、アンテナ装置とで構成される測位信号の送信機において、
前記アンテナ装置は、
Ｎ（２以上の自然数）個のアンテナ素子を有するアンテナ部であり、前記Ｎ個のアンテナ素子は直径ｄの円上にＮ回対称となるように配置され、前記直径ｄは前記アンテナ素子が送信する搬送波の１／２波長に概略一致するアンテナ部と、
１つの合成端子とＮ個の分配端子を有する電力分配器と、前記電力分配器の前記Ｎ個の分配端子と１対１に接続されるＮ個の可変移相器とを有する回路部であり、前記可変移相器の第１の端子は対応する前記電力分配器の前記分配端子と１対１に接続され、前記可変移相器の第２の端子は対応する前記アンテナ素子と１対１に接続される回路部とを有し、
前記アンテナ部には前記回路部に加えて第２の回路部が共通に接続されており、前記回路部は第１の放射角度で前記測位信号を送信し、前記第２の回路部は第２の放射角度（前記第１の放射角度とは異なる）で前記測位信号を送信する
ことを特徴とする測位信号の送信機。
【請求項９】
請求項８に記載の送信機において、
前記無線機は、第１の拡散符号で拡散された前記測位信号を前記アンテナ部から前記第１の放射角度で送信するように前記回路部を制御し、第２の拡散符号で拡散された前記測位信号を前記アンテナ部から前記第２の放射角度で送信するように前記第２の回路部を制御する
ことを特徴とする測位信号の送信機。
【請求項１０】
請求項６から８のいずれか１項記載の送信機において、
前記無線機は、前記測位信号を受信する受信機からの制御信号に基づき、前記アンテナ部の放射角度を段階的に広げるように前記回路部を制御する
ことを特徴とする測位信号の送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置及び当該アンテナ装置を用いて測位信号を送信する送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
高機能な無線携帯端末（例えばスマートフォンやタブレット端末など）の普及に伴い、GNSS（Global Navigation Satellite System）などの測位技術を利用した位置情報サービスに対するニーズが急速に高まっている。位置情報サービスの提供エリアは、屋外だけでなく、ビルや地下街などの屋内にも広がりだしている。これに伴い、屋内で位置情報を取得するための様々な屋内測位技術が開発されている。現在、屋内における測位信号の送信には、無線LAN、IMES（indoor messaging system）、Bluetooth（登録商標）、特定小電力無線などの無線規格が利用されている。
【０００３】
ところで、屋内の無線伝搬環境は一様でなく、サービスの提供に使用される位置情報サービスの仕様も様々である。このため、屋内に配置される測位信号の送信機には、無線伝搬環境や位置情報サービスの仕様の差異に応じて、測位信号の放射範囲（角度）の調整が必要となる。特許文献１には、測位信号の指向性の鋭さを制御可能なアレイアンテナが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２１６８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に記載されたアレイアンテナは、主アンテナ素子とこれを取り囲む４つの副アンテナ素子とで構成される。このアンテナ素子.の配置の場合、アンテナ素子間の距離は１／４波長であり、隣接するアンテナ素子が互いに近接している。このため、特許文献１に記載されたアレイアンテナの実現には、小型のアンテナ素子が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明の１つであるアンテナ装置は、（１）Ｎ（２以上の自然数）個のアンテナ素子を有するアンテナ部であり、前記Ｎ個のアンテナ素子は直径ｄの円上にＮ回対称となるように配置され、前記直径ｄは前記アンテナ素子が送信又は受信する搬送波の１／２波長に概略一致するアンテナ部と、（２）１つの合成端子とＮ個の分配端子を有する電力分配器と、前記電力分配器の前記Ｎ個の分配端子と１対１に接続されるＮ個の可変移相器とを有する回路部であり、前記可変移相器の第１の端子は対応する前記電力分配器の前記分配端子と１対１に接続され、前記可変移相器の第２の端子は対応する前記アンテナ素子と１対１に接続される回路部とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、アンテナ素子間の距離を１／２波長と広く取ることができ、アンテナ素子の寸法に対する要求を緩和することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１に係るアンテナ装置の機能構成を説明する図。
【図２】アンテナ部を構成するアンテナ素子の配置関係を説明する図。
【図３】実施例１に係るアンテナ部の実装例と偏波方向の印加例を示す図。
【図４】実施例１に係るアンテナ部の実装例と偏波方向の印加例を示す図。
【図５】実施例１に係るアンテナ部の実装例と偏波方向の印加例を示す図。
【図６】実施例１に係る回路部の機能構成を説明する図。
【図７】実施例１に係る無線機の機能構成を説明する図。
【図８】実施例１に係るアンテナ部のアンテナ素子に流れる電流の振幅分布を示す図。
【図９Ａ】位相調整量が第１の組み合わせの場合に４つのアンテナ素子に流れる電流のある瞬間の方向を示す図。
【図９Ｂ】位相調整量が第１の組み合わせの場合に４つのアンテナ素子に流れる電流の別の瞬間の方向を示す図。
【図１０Ａ】位相調整量が第２の組み合わせの場合に４つのアンテナ素子に流れる電流のある瞬間の方向を示す図。
【図１０Ｂ】位相調整量が第２の組み合わせの場合に４つのアンテナ素子に流れる電流の別の瞬間の方向を示す図。
【図１１】実施例２に係るアンテナ部の実装例と偏波方向の印加例を示す図。
【図１２】実施例２に係る回路部の機能構成を説明する図。
【図１３Ａ】２つの可変移相器の位相調整量をいずれも0度に設定した場合に４つのアンテナ素子に流れる電流のある瞬間の方向を示す図。
【図１３Ｂ】２つの可変移相器の位相調整量をいずれも0度に設定した場合に、４つのアンテナ素子に流れる電流の別の瞬間の方向を示す図。
【図１４Ａ】２つの可変移相器の位相調整量をいずれも180度に設定した場合に、４つのアンテナ素子に流れる電流のある瞬間の方向を示す図。
【図１４Ｂ】２つの可変移相器の位相調整量をいずれも180度に設定した場合に、４つのアンテナ素子に流れる電流の別の瞬間の方向を示す図。
【図１５】２つの可変移相器の位相調整量をそれぞれ0度に設定した場合と180度に設定した場合に各アンテナ素子に流れる電流の位相をまとめた図表。
【図１６】実施例２に係るアンテナ部のレイアウト例を説明する図。
【図１７】図１６のアンテナ部のアンテナ素子に流れる電流の方向を示す図。
【図１８】実施例２に係るアンテナ部の他のレイアウト例を示す図。
【図１９】実施例２に係るアンテナ装置の放射パターンの電磁界シミュレーション結果を示す図。
【図２０】実施例２に係るアンテナ装置の基板の層構成例を示す図。
【図２１】実施例２に係るアンテナ部の他のレイアウト例を示す図。
【図２２】図２１のアンテナ部のアンテナ素子に流れる電流の方向を示す図。
【図２３】実施例２に係るアンテナ部の他のレイアウト例を示す図。
【図２４】実施例２に係るアンテナ部の他のレイアウト例を示す図。
【図２５】実施例２に係るアンテナ部の他のレイアウト例を示す図。
【図２６】実施例３に係るアンテナ部の実装例と偏波方向の印加例を示す図。
【図２７】実施例３に係るアンテナ素子に流れる電流の方向を示す図。
【図２８】実施例３に係る回路部の機能構成を説明する図。
【図２９】実施例３に係るアンテナ装置の放射パターンの電磁界シミュレーション結果を示す図。
【図３０】実施例４に係るシステム構成を説明する図。
【図３１】実施例４における放射角度の調整動作を説明するフローチャート。
【図３２】実施例５で使用する測位信号のフレーム構成例を説明する図。
【図３３】実施例５に係る測位信号の送信機の機能構成例を説明する図。
【図３４】実施例５に係る測位信号の他のフレーム構成例を説明する図。
【図３５】実施例６に係る測位信号の送信機の設置例を説明する図。
【図３６】実施例６に係る測位信号の送信機の他の設置例を説明する図。
【図３７】実施例６に係る測位信号の送信機の他の設置例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施例は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
【００１０】
（１）実施例１
（１−１）装置全体の構成
図１は、本実施例に係るアンテナ装置３と、当該装置に測位信号を供給する無線機４との機能構成図である。アンテナ装置３は、アンテナ部１と回路部２とで構成される。図１の場合、アンテナ部１は、４つのアンテナ素子５−１、５−２、５−３、５−４を有し、それらは第１の端子Ｐ１、第２の端子Ｐ２、第３の端子Ｐ３、第４の端子Ｐ４を介して回路部２に接続されている。
【００１１】
アンテナ部１は、好適には、プリント基板上に作製される。４つのアンテナ素子５−１、５−２、５−３、５−４は、プリント基板上の金属膜で形成されたパターンアンテナ、プリント基板上に実装されたチップアンテナ等である。回路部２は、アンテナ部１とは別の基板に実装されたものを同軸ケーブル等の信号線、同軸コネクタ、信号パッドの半田付け等でアンテナ部１と接続されても良いし、アンテナ部１と回路部２が同一の基板上に作り込まれても良い。
【００１２】
無線機４は、測位信号を送信する機器である。ここで、測位信号は、好適には、UHF（Ultra High Frequency）帯からSHF（Super High Frequency）帯のRF（Radio Frequency）信号であるが、その周波数範囲に限定されるものではない。測位信号は、例えば無線LAN（Local Area Network）、IMES（Indoor Messaging System）、Bluetooth（登録商標）、ZigBee、特定小電力無線、微弱無線、UWB（Ultra Wide Band）等の無線規格に準拠した信号である。無線機４が出力する測位信号は、信号線を介して回路部２に入力される。また、無線機４は、例えば不図示の制御ラインを介して回路部２を制御する。
【００１３】
（１−２）アンテナ部の構成
図１では、アンテナ装置３が４つのアンテナ素子５−１、５−２、５−３、５−４で構成される例を表しているが、それ以外の個数のアンテナ素子を用いて構成しても良い。例えばアンテナ素子の個数は２つでもよく、３つでもよく、５つ以上でも良い。なお、本実施例及び後述する実施例においては、アンテナ装置３を用いて専ら測位信号を送信する場合について説明するが、アンテナ装置３を用いて測位信号を受信してもよい。また、アンテナ装置３の用途も測位信号の送受信に限らない。
【００１４】
図２は、アンテナ部１の模式図である。アンテナ部１を構成する４つのアンテナ素子５−１、５−２、５−３、５−４は、直径“ｄ”の円上に４回対称となるように配置されている。ここで直径“ｄ”は、４つのアンテナ素子５−１、５−２、５−３、５−４が送信又は受信する無線信号の搬送波の自由空間での波長の１／２の長さを基準に設定される。直径“ｄ”が前記波長の１／２に完全に一致するとき、アンテナ装置３は最適な性能を発揮し、直径“ｄ”が前記波長の１／２から離れるに従ってその性能は低下する。
【００１５】
従って、実設計上、直径“ｄ”は波長の１／２に対して±20%の範囲内に設定される必要がある。直径“ｄ”を前記波長の１／２にした時、アンテナ素子５−１とアンテナ素子５−３、又は、アンテナ素子５−２とアンテナ素子５−４が送受信する搬送波の相関係数を“１”とする場合、直径“ｄ”が波長の１／２の長さ±20%の範囲に収まっている時、アンテナ素子５−１とアンテナ素子５−３、又は、アンテナ素子５−２とアンテナ素子５−４が送受信する搬送波の相関係数は0.8以上となり、多くの用途で適切な性能を発揮できると言える。以上の議論から、本実施例では、前記波長の１／２の長さ±20%の範囲にあるとき、前記波長の１／２に概略一致するとみなす。
【００１６】
アンテナ部１は、好適には平面基板を用いて作製される。例えばFR-４、テフロン、アクリル等の基板が用いられる。また、４つのアンテナ素子５−１〜５−４は、例えば銅やアルミニウムで形成されたパターンアンテナであり、パッチアンテナ、モノポールアンテナ、逆F型アンテナ等の形状が適用可能である。また、セラミックスアンテナに代表されるチップアンテナを基板表面に実装して、アンテナ部１を構成しても良い。
【００１７】
ところで、各アンテナ素子は、有限の面積を持つ。このため、４つのアンテナ素子５−１〜５−４を直径“ｄ”の円上に配置する際には、アンテナ素子の面積上のどこを基準とするかが問題になる。アンテナ素子が基板上の導体膜によって作製されたパターンアンテナである場合、各パターンの重心をアンテナ素子の位置とすると良い。また、アンテナ素子が３次元形状を持つ場合（基板面に対して垂直方向に延びる構造を有する場合）、アンテナ素子の形状を基板面に射影した図形の重心をアンテナ素子の位置とすると良い。
【００１８】
図３に、アンテナ部１の実装例と偏波方向の印加例を示す。前述したように、アンテナ部１を構成する４つのアンテナ素子５−１〜５−４は４回対称の位置に配置されている。ここで、アンテナ素子５−１とアンテナ素子５−３とは、それらが送信又は受信する搬送波の波長の概略１／２の距離“ｄ”に配置される。同様に、アンテナ素子５−２とアンテナ素子５−４とは、それらが送信又は受信する搬送波の波長の概略１／２の距離“ｄ”に配置される。
【００１９】
図３の場合、４つのアンテナ素子５−１〜５−４は、いずれも直線偏波アンテナである。図３では、アンテナ素子５−１の偏波方向をｐｌ１の両矢印で示し、アンテナ素子５−２の偏波方向をｐｌ２の両矢印で示し、アンテナ素子５−３の偏波方向をｐｌ３の両矢印で示し、アンテナ素子５−４の偏波方向をｐｌ４の両矢印で示している。
【００２０】
図３に示すように、アンテナ素子５−１の偏波面２１−１とアンテナ素子５−３の偏波面２１−３とは平行である。また、アンテナ素子５−２の偏波面２１−２とアンテナ素子５−４の偏波面２１−４とは平行である。図３に示す“ｄ”は、アンテナ素子５−１とアンテナ素子５−３の離隔距離（重心間の距離）とアンテナ素子５−２とアンテナ素子５−４の離隔距離（重心間の距離）を表し、同時に回転対称の円の直径でもある。すなわち、距離“ｄ”は、搬送波の波長の概略１／２の長さである。
【００２１】
図３では、偏波方向ｐｌ１と偏波方向ｐｌ３を、ｘｙ平面上で、ｘ軸から-45度回転した位置に配置している。また、偏波方向ｐｌ２と偏波方向ｐｌ４を、ｘｙ平面上で、ｘ軸から45度回転した位置に配置している。すなわち、偏波方向ｐｌ１と偏波方向ｐｌ３は、偏波方向ｐｌ２と偏波方向ｐｌ４に対して直交している。しかし、偏波方向の配置関係は、図３に示す配置関係に限らない。例えば図４に示す配置関係も可能である。図４は、本実施例に係るアンテナ部１の別の構成例であり、偏波方向ｐｌ１と偏波方向ｐｌ３は、ｘｙ平面上でｙ軸の方向に一致する一方（互いに平行）、偏波方向ｐｌ２と偏波方向ｐｌ４は、ｘｙ平面上でｘ軸の方向に一致している（互いに平行）。
【００２２】
図５は、本実施例に係るアンテナ部１の好適例である。図５の場合も、アンテナ部１は、４つのアンテナ素子５−１〜５−４を有し、各アンテナ素子は４回対称となるように配置されている。また、アンテナ素子５−１とアンテナ素子５−３とは、それらが送信又は受信する搬送波の波長の概略１／２の距離“ｄ”に配置され、アンテナ素子５−２とアンテナ素子５−４とは、それらが送信又は受信する搬送波の波長の概略１／２の距離“ｄ”に配置されている。図５の場合も、４つのアンテナ素子はいずれも直線偏波アンテナである。
【００２３】
図５の場合、アンテナ素子５−１の偏波面２１−１とアンテナ素子５−３の偏波面２１−３とは一致しており、アンテナ素子５−２の偏波面２１−２とアンテナ素子５−４の偏波面２１−４とは一致している。図５のように偏波面２１−１と偏波面２１−３を一致させると共に、偏波面２１−２と偏波面２１−４を一致させることで、放射パターンを理想的な形にすることができる。
【００２４】
（１−３）回路部の構成
図６は、本実施例に係る回路部２のブロック図である。回路部２は、電力分配器７と、４つの可変移相器６−１、６−２、６−３、６−４とを有している。電力分配器７は、１つの合成端子と４つの分配端子を有している。
【００２５】
可変移相器６−１は、その第１の端子で電力分配器７の第１の分配端子に接続され、その第２の端子でアンテナ素子５−１に接続される。可変移相器６−２は、その第１の端子で電力分配器７の第２の分配端子に接続され、その第２の端子でアンテナ素子５−２に接続される。可変移相器６−３は、その第１の端子で電力分配器７の第３の分配端子に接続され、その第２の端子でアンテナ素子５−３に接続される。可変移相器６−４は、その第１の端子で電力分配器７の第４の分配端子に接続され、その第２の端子でアンテナ素子５−４に接続される。
【００２６】
本実施例では、可変移相器の数が４つの場合について説明しているが、可変移相器の数はそれ以上でも、それ以下でも良い。もっとも、本実施例の場合、可変移相器の個数はアンテナ素子の個数と一致する。可変移相器の制御は、回路部２が内蔵するマイコン（図６では非表示）からの信号で実施しても良いし、無線機４からの命令で実施しても良い。
【００２７】
電力分配器７は、マイクロストリップ線路のパターンで実現しても良いし、集中定数（L、C、R）で回路を組んで実現しても良いし、市販のチップ部品を実装しても良い。４つの可変移相器６−１〜６−４はマイクロストリップ線路の遅延線又は集中定数（L、C）で作製した移相回路とRFスイッチを組み合わせて実現しても良いし、市販のチップ部品を実装しても良い。
【００２８】
後述するように、４つの可変移相器６−１〜６−４の各位相調整量を適切に変えることにより電波の放射範囲を制御することができる。しかし、放射範囲の制御の際に、主ローブの方向、指向性利得及び動作利得は変動する。放射範囲を制御する際の指向性利得及び動作利得を所望の値に保つために、無線機４の送信電力も連動して制御される。もしくは、回路部２に実装された可変減衰器によって指向性利得及び動作利得を調整する。
【００２９】
（１−４）無線機の構成
図７は、本実施例に係る無線機４のブロック図である。無線機４は、無線部RFと、マイコン部MCUと、メモリ部MEMとを有している。無線部RFは、無線LAN、IMES、Bluetooth（登録商標）、ZigBee（登録商標）、特定小電力無線、微弱無線、UWB等の無線規格に基づいた測位信号を送信又は受信する。マイコン部MCUは、ベースバンド信号を無線部RFへ送信したり、無線部RFが受信した信号を受け取ったり、メモリ部MEMに対してデータを入出力する。また、マイコン部MCUから、回路部２の可変移相器を制御する信号が出力される構成としても良い。
【００３０】
（１−５）放射範囲の調整
以下、図５に示すアンテナ部１と図６に示す回路部２とを組み合わせて構成されるアンテナ装置３における放射範囲の調整方法について説明する。ここでは、端子Ｐ１〜Ｐ４に同相信号を入力した場合、アンテナ素子５−１〜５−４に流れる電流の振幅分布が全て同じになるように設計されている場合を考える。
【００３１】
図８は、端子Ｐ１〜Ｐ４に同相信号を入力した場合に、アンテナ素子５−１〜５−４に流れるある瞬間の電流の方向と振幅分布を示した模式図であり、電流の振幅分布は全て同じである。アンテナ素子５−１、５−２、５−３、５−４に流れる電流の方向はそれぞれ矢印Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４で示している。また、アンテナ素子５−１、５−２、５−３、５−４に流れる電流の振幅分布はそれぞれ２３−１、２３−２、２３−３、２３−４で示した。
【００３２】
一点鎖線２２ｘの位置におけるアンテナ素子５−１、５−３の電流の振幅分布をそれぞれ２３−１、２３−３に示す。振幅分布２３−１、２３−３に示した通り、アンテナ素子５−１、５−３の電流の方向および振幅分布は同じである。
【００３３】
一点鎖線２２ｙの位置におけるアンテナ素子５−２、５−４の電流の振幅分布をそれぞれ２３−２、２３−４に示す。振幅分布２３−２、２３−４に示した通り、アンテナ素子５−２、５−４の電流の方向および振幅分布は同じである。
【００３４】
図８に示すように設計されたアンテナ部１に対して、図６に示す回路部２の可変移相器６−１〜６−４を接続する。ただし、可変移相器６−１、６−２、６−３、６−４の位相調整量をそれぞれ、0、(1/2)π、π、(3/2)πとする。この場合において、ある瞬間に、アンテナ素子５−１〜５−４に流れる電流の方向を図９Ａ及び図９Ｂに示す。
【００３５】
図９Ａは、アンテナ素子５−１と５−３に流れる電流の絶対値が最大となった瞬間の図である。アンテナ素子５−１と５−３に流れる電流はたがいに逆向きとなり、アンテナ素子５−２と５−４に流れる電流はゼロとなる。図９Ｂは、アンテナ素子５−２と５−４に流れる電流の絶対値が最大となった瞬間の図である。アンテナ素子５−２と５−４に流れる電流はたがいに逆向きとなり、アンテナ素子５−１と５−３に流れる電流はゼロとなる。
【００３６】
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、可変移相器６−１、６−２、６−３、６−４の位相調整量をそれぞれ、0、(1/2)π、π、(3/2)πとする場合（第１の組み合わせの場合）、アンテナ素子５−１と５−３に流れる電流は常に逆向きとなる。このため、アンテナ素子５−１と５−３の双方から等距離となるｙｚ平面上では電波は打ち消しあい、アンテナ素子５−１との距離とアンテナ素子５−３との距離の差が概略１／２波長となるｘ軸正方向及び負方向で電波は強めあう。
【００３７】
同様に、アンテナ素子５−２と５−４に流れる電流は常に逆向きとなるため、アンテナ素子５−２と５−４の双方から等距離となるｘｚ平面上では電波は打ち消しあい、アンテナ素子５−２との距離とアンテナ素子５−４との距離の差が概略１／２波長となるｙ軸の正方向及び負方向で電波は強めあう。図９Ａと図９Ｂの状態が交互に繰り返されることから、電波はｘ軸及びｙ軸の正及び負方向に強く放射される。すなわち、ｚ軸方向には電波が放射されず、ｘｙ平面内にて広範囲に放射するアンテナ装置を実現することができる。
【００３８】
次に、可変移相器６−１〜６−４の位相調整量を別の組み合わせに設定する場合について説明する。回路部２には、図８に示すように設計されたアンテナ部１が接続されている。可変移相器６−１、６−２、６−３、６−４の位相調整量をそれぞれ、0、(1/2)π、0、(1/2)πに設定する場合（第２の組み合わせの場合）において、ある瞬間に、アンテナ素子５−１〜５−４に流れる電流の方向を図１０Ａ及び図１０Ｂに示す。
【００３９】
図１０Ａは、アンテナ素子５−１と５−３に流れる電流の絶対値が最大となった瞬間の図である。アンテナ素子５−１と５−３に流れる電流は同じ向きとなり、アンテナ素子５−２と５−４に流れる電流はゼロとなる。図１０Ｂは、アンテナ素子５−２と５−４に流れる電流の絶対値が最大となった瞬間の図である。アンテナ素子５−２と５−４に流れる電流は同じ向きとなり、アンテナ素子５−１と５−３に流れる電流はゼロとなる。
【００４０】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、可変移相器６−１、６−２、６−３、６−４の位相調整量をそれぞれ、0、(1/2)π、0、(1/2)πとする場合（第２の組み合わせの場合）、アンテナ素子５−１と５−３に流れる電流は常に同じ向きとなるため、アンテナ素子５−１と５−３の双方から等距離となるｙｚ平面上では電波は強めあい、アンテナ素子５−１との距離とアンテナ素子５−３との距離の差が概略１／２波長となるｘ軸正方向及び負方向で電波は打ち消しあう。
【００４１】
同様に、アンテナ素子５−２と５−４に流れる電流は常に同じ向きとなるため、アンテナ素子５−２と５−４の双方から等距離となるｘｚ平面上では電波は強めあい、アンテナ素子５−２との距離とアンテナ素子５−４との距離の差が概略１／２波長となるｙ軸の正方向及び負方向で電波は打ち消しあう。したがって、電波は常にｚ軸方向に強く放射される。
【００４２】
（１−６）まとめ
以上説明した通り、本実施例に係るアンテナ装置３の場合、特許文献１に記載の装置構成に比してアンテナ素子の個数が１つ少ないため、アンテナ素子間の距離ｄを１／４波長から１／２波長に広げることができる。このため、アンテナ素子の寸法上の制限が特許文献１に記載の装置よりも緩和され、例えば平面パターンアンテナによる実装も容易になる。また、アンテナ素子の個数が減ることで、その制御に必要となる回路部２の構成を簡略化できる（パス数や部品点数を削減できる）。
【００４３】
また、本実施例に係るアンテナ装置３の場合も、可変移相器６−１〜６−４の位相調整量の組み合わせを適切に変えることにより、アンテナ装置３の放射パターンを変更することができる。すなわち、ｘｙ平面内にて広範囲に放射する放射パターン（第１の組み合わせ）と、ｚ軸方向に強く放射される放射パターン（第２の組み合わせ）とを切り替えることにより、放射範囲を制御することができる。
【００４４】
なお、本実施例では、アンテナ素子５−１、５−３と、アンテナ素子５−２、５−４との間に90度の位相差を設けているため、ｚ軸方向をボアサイトとする円偏波発生アンテナを実現することができる。換言すれば、本実施例のアンテナ装置３では、直径“ｄ”の円上に配置された複数のアンテナ素子の中の、ある一つのアンテナ素子と、そのアンテナ素子から最も遠い距離にあるアンテナ素子とに流れる電流の方向が、常に同じ向きとなる状態と、常に逆の向きになる状態とを切り替えることにより、可変移相器の値を制御している。因みに、特許文献１に記載の発明では、円偏波発生アンテナを実現することができない。
【００４５】
（２）実施例２
本実施例では、アンテナ装置３の動作原理を詳細に説明するために、アンテナ装置３のより具体的な構成を説明する。
【００４６】
（２−１）アンテナ部の構成
図１１に、本実施例に係るアンテナ部１の模式図を示す。図１１は、ある瞬間に、４つのアンテナ素子５−１、５−２、５−３、５−４に流れる電流の方向をそれぞれＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４で示している。ただし、４つのアンテナ素子５−１〜５−４の給電点には、全て同位相の信号が入力されている。すなわち、図１１に示したアンテナ部１は、４つのアンテナ素子５−１〜５−４の給電点に同位相の信号が入力されたとき、アンテナ素子５−１に流れる電流と第３のアンテナ素子５−３に流れる電流がｘ軸方向について逆向きとなり、アンテナ素子５−２に流れる電流とアンテナ素子５−４に流れる電流がｙ軸方向について逆向きとなるように、４つのアンテナ素子５−１〜５−４が配置されている。
【００４７】
図１２は、本実施例に係る回路部２のブロック図である。回路部２は、２つの90度移相器２０−１、２０−３と、２つの可変移相器６−３、６−４と、３つの電力分配器７−１、７−２，７−３とを有している。３つの電力分配器７−１〜７−３は、いずれも１つの合成端子と２つの分配端子を有している。
【００４８】
アンテナ素子５−１は、90度移相器２０−１を介して、電力分配器７−１における第１の分配端子に接続される。アンテナ素子５−２は、電力分配器７−１における第２の分配端子に直接接続される。アンテナ素子５−３は、90度移相器２０−３及び可変移相器６−３を順に介して、電力分配器７−２の第１の分配端子に接続される。アンテナ素子５−４は、可変移相器６−４を介して、電力分配器７−２の第２の分配端子に接続される。
【００４９】
電力分配器７−１の合成端子は電力分配器７−３の第１の分配端子に接続され、電力分配器７−２の合成端子は電力分配器７−３の第２の分配端子に接続される。電力分配器７−３の合成端子は、無線機４のRF出力端子に接続される。本実施例の場合、可変移相器６−３、６−４は、0度と180度の２つの位相状態を切り替える機能を持つ。
【００５０】
（２−２）放射範囲の調整
図１１に示すアンテナ部１と図１２に示す回路部２を組み合わせてアンテナ装置３を構成したとき、２つの可変移相器６−３及び６−４の位相調整量を同時に0度に設定するか同時に180度（π）に設定するかによって、２種類の放射範囲（指向性）を切り替えることができる。この場合において、アンテナ素子５−１〜５−４に流れる電流のある瞬間の方向を図１３Ａ及び図１３Ｂに示す。
【００５１】
図１３Ａは、アンテナ素子５−１と５−３に流れる電流の絶対値が最大となった瞬間の図である。アンテナ素子５−１、５−３の給電点に入力される信号の位相が同じとなり、アンテナ素子５−１に流れる電流とアンテナ素子５−３に流れる電流がｘ軸方向で逆向きとなる。図１３Ｂは、アンテナ素子５−２と５−４に流れる電流の絶対値が最大となった瞬間の図である。アンテナ素子５−２、５−４の給電点に入力される信号の位相も同じとなるため、アンテナ素子５−２に流れる電流とアンテナ素子５−４に流れる電流がｙ軸方向で逆向きとなる。
【００５２】
図１３Ａの位相条件では、アンテナ素子５−１、５−３が放射する電磁界は等距離では逆位相となるため、アンテナ部１の正面方向（ｚ軸方向）は電磁界が互いに打ち消しあうことでヌル点となる。一方で、アンテナ素子５−１、５−３の離隔距離が搬送波の波長の１／２に概略一致しているため、ｘ軸の正方向及び負方向では、アンテナ素子５−１、５−３が放射する電磁界は位相が一致して強めあう。
【００５３】
図１３Ｂの位相条件では、アンテナ素子５−２、５−４が放射する電磁界は等距離では逆位相となるため、アンテナ部１の正面方向（ｚ軸方向）は電磁界が互いに打ち消しあうことでヌル点となる。一方で、アンテナ素子５−２、５−４の離隔距離が搬送波の波長の１／２に概略一致しているため、ｙ軸の正方向及び負方向では、アンテナ素子５−２、５−４が放射する電磁界は位相が一致して強めあう。
【００５４】
次に、可変移相器６−１〜６−４の位相調整量を別の組み合わせに設定する場合について説明する。図１４Ａ及び図１４Ｂに、２つの可変移相器６−３、６−４を180度に設定した場合において、４つのアンテナ素子５−１〜５−４に流れる電流のある瞬間の方向を示す。
【００５５】
図１４Ａは、アンテナ素子５−１と５−３に流れる電流の絶対値が最大となった瞬間の図である。アンテナ素子５−１、５−３の給電点に入力される信号の位相が180度異なるため、アンテナ素子５−１に流れる電流とアンテナ素子５−３に流れる電流とがｘ軸方向で同じ向きとなる。図１４Ｂは、アンテナ素子５−２と５−４に流れる電流の絶対値が最大となった瞬間の図である。アンテナ素子５−２、５−４の給電点に入力される信号の位相も180度異なるため、アンテナ素子５−２に流れる電流と第４のアンテナ素子５−４に流れる電流とがｙ軸方向で同じ向きとなる。
【００５６】
図１４Ａの位相条件では、アンテナ素子５−１、５−３が放射する電磁界は等距離では同位相となるため、アンテナ部１の正面方向（ｚ軸方向）では電磁界は強めあい、利得が大きくなる。一方で、アンテナ素子５−１、５−３の離隔距離が搬送波の波長の１／２に概略一致しているため、ｘ軸の正方向及び負方向では、アンテナ素子５−１、５−３が放射する電磁界は位相が反転し、打ち消しあう。
【００５７】
図１４Ｂの位相条件では、アンテナ素子５−２、５−４が放射する電磁界は等距離では同位相となるため、アンテナ部１の正面方向（ｚ軸方向）では電磁界は強めあい、利得が大きくなる。一方で、アンテナ素子５−２、５−４の離隔距離が搬送波の波長の１／２に概略一致しているため、ｙ軸の正方向及び負方向では、アンテナ素子５−２、５−４が放射する電磁界は位相が反転し、打ち消しあう。また、この条件では、ｘ方向の直線偏波であるアンテナ素子５−１、５−３の位相に対し、ｙ方向の直線偏波であるアンテナ素子５−２、５−４の位相が90度遅れた構成となる。このため、アンテナ部１の正面方向（ｚ軸方向）において右旋円偏波の信号が得られる。
【００５８】
図１５に、２つの可変移相器６−３、６−４をいずれも0度に設定した場合にアンテナ素子５−１〜５−４に流れる電流の位相関係と、180度（π）に設定した場合にアンテナ素子５−１〜５−４に流れる電流の位相関係を示す。
【００５９】
なお、２つの可変移相器６−３、６−４をいずれも0度に設定し場合と180度（π）に設定した場合とでは、主ローブの指向性利得は異なる。この事象は、本実施例のアンテナ装置について一般的に言えることである。このため、可変移相器の位相調整量を変更した際には、主ローブの指向性利得の変動を補正するように無線機４から入力するRF信号の強度を調節する等の工夫が必要となる。基本的には、回路部２のパラメータ（可変移相器の値）の変更と共に、主ローブの実効放射電力（EIRP）が変動しないように無線機４からの入力信号電力や、回路部２に実装された可変減衰器や電力増幅器の値を調整することが望ましい。EIRPの基準は、例えば利用している無線通信規格にて規定される値である。
【００６０】
（２−３）アンテナ部のレイアウト例
図１６に、本実施例に係るアンテナ部１の具体的なレイアウト例を示す。図１６はFR-4プリント基板にIMES用のアンテナ部１を設計した例であり、搬送周波数は1.575GHzである。４つのアンテナ素子５−１〜５−４は、銅箔パターンで形成した片側短絡型パッチアンテナであり、それぞれ５つのビアホール１０によって銅箔パターンの片側をグランド面に短絡している。各アンテナ素子は22.5mm×22.5mmの正方形、給電点９の位置は短絡した辺から4.0mmの点である。
【００６１】
アンテナ素子５−１、５−３の離隔距離とアンテナ素子５−２、５−４の離隔距離はいずれも95.2mmであり、搬送周波数1.575GHzの自由空間における波長の１／２に一致させている。また、基板外径をなるべく小型化するため、４つのアンテナ素子５−１〜５−４のパターンは基板８の各辺に対して45度傾けて配置してある。ここで、基板８の一辺は100mm×100mmである。図１６に示すアンテナ部１のアンテナ素子５−１〜５−４の各給電点に同相の信号を入力した際の、ある瞬間の電流の向きを図１７に示す。
【００６２】
なお、図１６の例では、アンテナ素子５−１〜５−４はアンテナ素子の外形だけでなく、給電点９とビアホール１０も含めて四回対称の位置に配置されているが、本発明に係るアンテナ部１は、アンテナ素子の外形についてＮ回対称に配置されていればよく、給電点９やビアホール１０は必ずしもＮ回対称の位置に配置されている必要はない。アンテナ素子の外形のみがＮ回対称で、給電点９とビアホール１０がＮ回対称となっていない例を図１８に示す。
【００６３】
（２−４）放射パターンの電磁界シミュレーション結果
図１９に、図１６に示すレイアウトを有するアンテナ装置３における放射パターンの電磁界シミュレーション結果を示す。図１９は、ｘｚ平面における放射パターン（仰角パターン）の電磁界シミュレーション結果であり、２つの可変移相器６−３、６−４の位相調整量を0度と180度（π）にした時の計算結果を重ねて示したものである。便宜上、ｚ軸方向を仰角0度と定義した。また、図１９の放射パターンは最大強度で正規化した値である。
【００６４】
可変移相器６−３、６−４の位相調整量がいずれも0度の時、仰角0度の方向はヌル点となり、仰角45度および315度方向に主ローブができている。一方、可変移相器６−３、６−４の位相調整量がいずれも180度（π）の時、仰角0度に主ローブができている。すなわち、可変移相器６−３、６−４の位相調整量がいずれも0度の時、測位信号の受信範囲を広くすることができ、一方、可変移相器６−３、６−４の位相調整量がいずれも180度（π）の時、測位信号の受信範囲を狭くすることができる。
【００６５】
ここで、図１９の放射パターンは最大強度で正規化しているが、可変移相器６−３、６−４の位相調整量がいずれも0度の場合と180度の場合とで、主ローブの指向性利得は大きく異なっている。このため、EIRPを一定にするために無線機４のRF信号出力又は回路部２に実装された可変減衰器（図１２では不図示）の値を調整する必要がある。
【００６６】
（２−５）基板断面の構造例
図２０に、アンテナ装置３をワンモジュールで実現した場合の基板断面の模式図を示す。アンテナパターン層１１は厚さ35マイクロメートルの銅薄膜（上面メタル層）であり、この層にアンテナ部１が形成される。上部誘電体層１２は厚さ1.6mmのFR-4層である。中間メタル層１３は厚さ35マイクロメートルの銅薄膜であり、グランド層である。下部誘電体層１４は厚さ0.2mmのFR-4層である。回路パターン層１５は厚さ35マイクロメートルの銅薄膜（下面メタル層）であり、この層に回路部２が形成される。
【００６７】
（２−６）他のレイアウト例
図２１に、本実施例に係るアンテナ部１の他のレイアウト例を示す。図２１では、給電点９とビアホール１０の位置が図１６に示すレイアウト例と異なっている。図２１に示すレイアウト例の場合、個々のアンテナ素子が放射する電波の偏波方向が図１６に示すレイアウト例の場合とは90度異なる。このため、図１６の例とは異なった放射特性を持たせることができる。
【００６８】
図２１に示すアンテナ部１のアンテナ素子５−１〜５−４の各給電点に同相の信号を入力した際の、ある瞬間の電流の向きを図２２に示す。図２２に示す電流の向きは、図１６のレイアウトに対応する図１７に示す電流の向きとは明らかに異なっている。このように、アンテナ素子の外形が同じでも、給電点９とビアホール１０の位置の組み合わせを変更することにより、各アンテナ素子に流れる電流の方向の組み合わせを自由に変更することができる。
【００６９】
図２３に、本実施例に係るアンテナ部１の他のレイアウト例を示す。図２３では、アンテナレイアウトの中央付近に巻線インダクタ２４が形成されている。巻線インダクタ２４は、例えばNFC（Near Field Communication）、Felica（登録商標）等の近傍界結合に基づく通信方式のためのアンテナとして利用される。通信周波数は、例えば13.56MHz等である。巻線インダクタ２４は、例えば回路パターン層１５に実装されたNFC通信ICに接続される。前述したように、本実施例のアンテナレイアウトでは、アンテナ素子間が１／２波長の離隔を有するため、実装面積に余裕がある。従って、図２３に示すように、巻線インダクタ２４をアンテナレイアウトの中央付近に形成することができる。
【００７０】
図２４に、本実施例に係わるアンテナ部１の他のレイアウト例を示す。図２４では、アンテナ素子５−１〜５−４はプリント基板に構成した逆Ｆ形アンテナである。アンテナ素子５−１〜５−４では給電点２６−１〜２６−４はビアホールを用いて形成され、グランド層との短絡面２７はパターン端面に形成した長穴のメッキ処理等で実現される。すなわち、アンテナ素子５−１〜５−４は、プリント基板に構成した板状逆Ｆ形アンテナとみなすことができる。本実施例では、例えば図１６に示した正方形の片側短絡狭幅パッチアンテナをアンテナ素子として用いた例に比べてアンテナ装置を更に小型化できる。
【００７１】
図２５に、本実施例に係わるアンテナ部１の他のレイアウト例を示す。図２５では、アンテナ素子５−１〜５−４は、プリント基板に構成した別の逆Ｆ形アンテナである。図２５の実施例では、アンテナパターン層にグランドメタル２５が形成されている。したがって、アンテナ素子５−１〜５−４の給電点２６−１〜２６−４は、同一面上のグランドメタルとの間に形成される。本実施例では、グランド層とアンテナパターン層を同一にできるため、多層基板の総数を減らすことが可能となる。例えば、単層基板を用いて、片面を図２５に示したレイアウトとし、もう一方の面を回路実装面とすれば、多層基板を用いずに無線モジュールを作成可能となる。なお、グランドの強化、等の目的で多層基板の別の層にグランド層を持たせる場合は、グランドメタル２５はビアホール等を用いてグランド層と短絡される。
【００７２】
（３）実施例３
（３−１）アンテナ部の構成
図２６に、２つのアンテナ素子で構成したアンテナ部１の例を示す。図２６に示すアンテナ部１は、アンテナ素子５−１とアンテナ素子５−２を有し、アンテナ素子５−１とアンテナ素子５−２の離隔距離ｄは、搬送波の自由空間での波長の１／２に概略一致させられている。加えて、アンテナ素子５−１、５−２の偏波方向ｐｌ１、ｐｌ２は偏波面が一致するように配列されている。
【００７３】
本実施例に係るアンテナ部１を用いると、測位信号の受信範囲をｙ軸方向にのみ制御することができ、細長い通路などで利用する測位信号の送信機に適用可能である。本構成ではアンテナ素子の数が２つで良いため、実装面積を小さくでき、基板の小型化の面で有利である。
【００７４】
図２７に、本実施例に係るアンテナ部１において、ある瞬間にアンテナ素子５−１、５−２に流れる電流の方向を示す。アンテナ素子５−１に流れる電流をＩ１で示し、アンテナ素子５−２に流れる電流をＩ２で示している。アンテナ素子５−１と５−２には同相の信号が入力されているものとする。Ｉ１とＩ２は常に逆方向を向いている。
【００７５】
（３−２）回路部の構成
図２８に、本実施例に係る回路部２の構成例を示す。本実施例における回路部２は、電力分配器７と可変移相器６とを有している。可変移相器６を0度又は180度（π）に設定することにより、放射範囲の調整を行う。
【００７６】
（３−３）放射パターンの電磁界シミュレーション結果
図２９は、図２７に示すアンテナ部１と図２８に示す回路部２を組み合わせて構成されるアンテナ装置３における放射パターンの電磁界シミュレーション結果である。図２９は、ｙｚ平面に関する放射パターンを示している。可変移相器６を0度に設定した際（PS=0）、放射範囲は狭くなり、180度（π）に設定した際（PS=π）、放射範囲は広くなっていることが分かる。
【００７７】
（４）実施例４
（４−１）システム構成
本実施例では、前述したアンテナ装置３の放射範囲（指向性）を、送信機の外部から調整する仕組みについて説明する。図３０に、当該仕組みを実現に必要となる機器構成を示す。図３０には、測位信号１９を送信する送信機１６と、測位信号１９を受信する受信機１７と、受信機１７から送信機１６へのフィードバック信号が伝播される伝送媒体１８とが描かれている。
【００７８】
送信機１６は、アンテナ部１と、回路部２と、無線機４とを有している。なお、アンテナ部１と回路部２が前述のアンテナ装置３に相当する。無線機４は、実施例１について説明したように、無線部RFと、マイコン部MCUと、通信部COMとを有している。送信機１６は、好適には、IMES、無線LAN、無線PAN（Personal Area Network）等の無線規格に準拠した無線機である。
【００７９】
受信機１７は、無線部RFと、マイコン部MCUと、通信部COMとを有している。受信機１７は、例えばスマートフォン、タブレット端末、モバイルPC等である。伝送媒体１８は、インターネット、公衆セルラ回線、構内LAN等であり、その一部又は全部が無線通信路であっても良い。受信機１７は、測位信号１９の放射範囲に関するパラメータ設定値を、伝送媒体１８を介して送信機１６に送信する。
【００８０】
図３０では、測位信号１９の伝送路と、受信機１７から送信機１６へのフィードバック信号の伝送路（伝送媒体１８）とが異なる場合を表している。しかし、アンテナ部１を通じて双方向のデータ通信が可能な場合には、受信機１７から送信機１６への、放射範囲に関するパラメータ設定値の送信に、測位信号１９と同じ伝送路を使用しても良い。すなわち、測位信号１９の伝送路は、伝送媒体１８を兼ねることができる。なお、送信信号１９の伝送路を伝送媒体１８と兼ねることが可能でも、測位信号１９を受信できない地点では、一般に、放射範囲に関するパラメータ設定値を送信機１６に指示することはできない。
【００８１】
（４−２）放射範囲（放射角度）の調整
図３１を用いて、測位信号の放射範囲（放射角度）の調整動作手順を説明する。
・ステップＳ１
受信機１７のマイコン部MCUは、伝送媒体１８を通じ、送信機１６におけるアンテナ部１の放射角度を最小に設定する。なお、この放射角度の設定は、作業者が送信機１６に対して直接行ってもよい。
【００８２】
・ステップＳ２
作業者が、測位点に受信機１７を設置する。受信機１７のマイコン部MCUは、測位信号１９の受信を試行する。なお、受信の試行は、作業者からの指示を待ってその都度又は継続的に行ってもよい。
【００８３】
・ステップＳ３
受信機１７のマイコン部MCUは、測位信号１９を受信できたか否か（受信成功か否か）を判定する。受信が成功した場合、受信機１７のマイコン部MCUは、当該調整動作を終了する。なお、測位信号１９を受信できない場合、受信機１７のマイコン部MCUは、ステップＳ４に進む。
【００８４】
・ステップＳ４
受信機１７のマイコン部MCUは、測位信号１９の放射角度を一段階広げる指示コマンド又は放射角度を一段階広げるパラメータ設定値を、伝送媒体１８を通じて送信機１６の無線機４にフィードバックする。
【００８５】
・ステップＳ５
受信機１７のマイコン部MCUは、測位信号１９の放射角度が設定範囲の上限か否かを判定する。上限に達していない場合（否定結果の場合）、受信機１７のマイコン部MCUは、測位信号１９の受信を引き続き試行する。一方、放射角度が既に上限に達した場合、受信機１７のマイコン部MCUは、測位信号１９の受信に成功していなくても、当該調整動作を終了する。なお、調整動作の結果（例えば測位信号の受信の成否、最終的な放射角度等）は、ユーザーインターフェースを通じて作業者に通知されることが好ましい。
【００８６】
前述の説明において、送信機１６の放射角度が最小の状態とは、例えば図１９においてPS＝180度（π）の場合であり、放射角度が設定範囲の上限である状態とは、例えば図１９においてPS＝0の場合である。放射角度の設定範囲を２段階でのみ調整可能な場合、可変移相器のパラメータ設定値は、180度（π）と0度の２種類となる。また、放射角度の設定範囲を３段階以上で調整可能な場合、可変移相器の位相調整量は180度（π）と0度の間の位相値によって３段階以上の調整を実現する。
【００８７】
（５）実施例５
本実施例では、測位信号１９の放射角度を複数段階で調整できる場合に、送信機１６に実装して好適な仕組みの一例について説明する。なお、本実施例の送信機１６には、４つのアンテナ素子で構成されるアンテナ部１だけでなく、２つのアンテナ素子で構成されるアンテナ部１のいずれも使用できる。
【００８８】
（５−１）測位信号の放射範囲（放射角度）を時分割で切り替える場合
図３２は、送信機１６が時分割で放射角度を変えながら測位信号１９を送信する場合に採用して好適な測位信号のフレーム構成例である。なお、放射角度の変更は送信機１６のマイコン部MCUが自律的に制御する。測位信号１９は、送信機１６の位置情報記述部と、ID記述部を持つ。送信機１６は、同じ位置情報を含む測位信号１９を、時分割に異なる放射角度で送信し、各ID記述部には送信に使用する放射角度に対応するIDが記述される。
【００８９】
送信機１６は、第１段階から第Ｎ（２以上の自然数）段階まで放射角度を切り替えながら測位信号１９を送信すると、再び、第１段階目の放射角度から測位信号１９の送信を繰り返す。この仕組みの採用により、受信機１７は、測位信号１９の受信に成功した場合の放射角度を知ることができる。送信機１６にこの仕組みが実装されている場合、実施例４の受信機１７では、受信に成功した放射角度に関する情報を送信機１６側にフィードバックすることにより、放射角度の調整を行うこともできる。
【００９０】
（５−２）放射範囲（放射角度）が異なる測位信号を符号分割多重する場合
図３３に、放射角度が異なる複数の測位信号を符号分割多重して送信することができる送信機１６の機能構成を示す。送信機１６は、マイコン部MCUと、２つの無線部RF1、RF2と、２つの回路部２−１、２−２と、１つのアンテナ部１とを有している。図３３の場合、無線部RF1は、拡散符号１で測位信号を拡散し、拡散後の測位信号を回路部２−１に与える。一方、無線部RF2は、拡散符号２で測位信号を拡散し、拡散後の測位信号を回路部２−２に与える。
【００９１】
回路部２−１を構成する可変移相器の位相調整量は放射角度１で測位信号を送信する組み合わせに設定され、回路部２−２を構成する可変移相器の位相調整量は放射角度２で測位信号を送信する組み合わせに設定されている。回路部２−１からの測位信号と回路部２−２からの測位信号はいずれも同じアンテナ部１に与えられる。
【００９２】
アンテナ部１は、拡散符号１で拡散された測位信号は放射角度１で送信し、拡散符号２で拡散された測位信号は放射角度２で送信する。すなわち、本実施例の場合、測位信号は、２種類の放射角度で同時に送信される。このように、２種類の放射角度の測位信号を１つのアンテナ部１で送信できるため、本実施例のアンテナ装置は、従前のアンテナ装置に比して部品点数が少なく済むだけでなく、実装にも有利である。
【００９３】
図３４に、２つの拡散符号でそれぞれ拡散された測位信号１９を、それぞれ異なる放射角度で送信する場合における測位信号１９のフレーム構成を示す。測位信号１９は、位置情報記述部と、ID記述部を持つ。送信機１６は、２種類の測位信号１９をそれぞれ異なる放射角度で送信する。各測位信号１９のID記述部には、それぞれの送信に使用される放射角度に対応するIDが書き込まれている。それぞれ異なる拡散符号で拡散された測位信号１９は、異なる放射角度によって同時に送信される。従って、受信機１７は、受信できた位相信号の放射角度を知ることができる。
【００９４】
（６）実施例６
本実施例では、測位信号の送信機１６の設置例について説明する。図３５は、測位信号の送信機１６を天井に設置した例を示す図である。この場合、測位信号１９は天井から床面方向（下方向）に放射され、歩行者が持つスマートフォンなどの受信機１７にて受信される。通常のオフィスや地下街など、天井の高さが2〜4m程度の空間にて好適な設置方法である。勿論、例示した数値範囲は一例であり、図３５に示す設置が例示した数値範囲に限定する趣旨ではない。
【００９５】
図３６は、測位信号の送信機１６を壁に設置した例を示す図である。測位信号１９は壁から横方向に放射され、歩行者が持つスマートフォンなどの受信機１７にて受信される。本設置方法は、送信機１６を柱に固定したり、配電盤などの中に隠したりすることができ、比較的設置コストを低くすることができる。図３６に示す配置では搬送波の方向を一方向に絞ることができるため、実施例３で説明したアンテナ装置３（２つのアンテナ素子５−１、５−２で構成される例）でも十分な性能が期待できる。
【００９６】
図３７は、測位信号の送信機１６を床面に設置した例を示す図である。この場合、測位信号１９は、床面から天井（上方向）に放射され、歩行者が持つスマートフォンなどの受信機１７にて受信される。本設置方法は、美術館、展示場、コンサートホールなど、非常に天井が高い建屋において好適な設置方法である。
【００９７】
（７）他の実施例
本発明は、上述した実施例に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば、上述した実施例では、専ら、アンテナ装置３を用いて測位信号を送信する場合について説明したが、各実施例で説明した構成のアンテナ装置３を用いて搬送波を受信する場合にも適用できる。勿論、搬送波も測位信号に限らない。
【００９８】
また、図６においては、４つの可変移相器６−１〜６−４が電力分配器７に接続されているが、本明細書における「可変移相器」は、位相調整量を可変することができる移相器だけでなく、位相調整量が固定である移相器も含むものとする。例えば90度移相器も含むものとする。また、位相調整量が0（ゼロ）に固定される場合、該当する移相器は基板上に物理的に存在しなくてもよい。例えば図１２の電力分配器７−１の第２の分配端子には移相器が接続されていない。
【００９９】
また、本発明は、前述の実施例で説明した構成の全てを必ずしも備える必要はない。また、ある実施例の一部を他の実施例の構成に置き換えることができる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることもできる。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の一部を追加、削除又は置換することもできる。
【符号の説明】
【０１００】
１…アンテナ部、
２、２−１、２−２…回路部、
３…アンテナ装置、
４…無線機、
５−１、５−２、５−３、５−４…アンテナ素子、
６−１、６−２、６−３、６−４…可変移相器、
７、７−１、７−２、７−３…電力分配器、
８…基板、
９…給電点、
１０…ビアホール、
１１…アンテナパターン層、
１２…上部誘電体層、
１３…中間メタル層、
１４…下部誘電体層、
１５…回路パターン層、
１６…測位信号の送信機、
１７…測位信号の受信機、
１８…伝送媒体、
１９…測位信号、
２０…90度移相器、
２１−１、２１−２、２１−３、２１−４…偏波面、
２３−１、２３−２、２３−３、２３−４…電流の振幅分布、
２４…巻線インダクタ、
２５…グランドメタル、
２６−１、２６−２、２６−３、２６−４…給電点、
２７…短絡面、
ｄ…アンテナ素子間の距離、
ｐｌ１、ｐｌ２、ｐｌ３、ｐｌ４…偏波方向、
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４…電流の方向、
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４…端子。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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