(57)【要約】【課題】数ＧＨｚの周波数帯域においても動作可能で、無指向性アンテナと同程度の大きさのものが得られ、小型化が求められる移動通信端末などへの応用に期待できる指向性可変アンテナを提供する。【解決手段】同軸線路を用いて給電する指向性可変アンテナであって、無指向性のアンテナ部（２０、３０）と、このアンテナ部との接続部が、径を拡大形成されてなる拡径部となっており、中心軸上の信号線と同軸上の筒状の接地導体からなる同軸線路１０と、拡径部に電気的に接続されて電界分布を特定方向に指向変化させる電界分布可変手段６０〜６３、７０〜７３とを備えている指向性可変アンテナを提供する。従来の無指向性アンテナと比べても相対的に同等な大きさで大型化することなく、広帯域な指向性可変アンテナを容易に実現できる。【選択図】図２
2005094658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸線路を用いて給電する指向性可変アンテナであって、
無指向性のアンテナ部と、
上記アンテナ部との接続部が、径を拡大形成されてなる拡径部となっており、中心軸上の信号線と同軸上の筒状の接地導体とからなる同軸線路と、
上記拡径部に電気的に接続されて電界分布を特定方向に指向変化させる電界分布可変手段とを備えていることを特徴とする指向性可変アンテナ。
【請求項２】
上記アンテナ部を構成する導体板に、この中心から放射状にスリットまたは溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載の指向性可変アンテナ。
【請求項３】
上記電界分布可変手段が、上記同軸線路の信号線および接地導体間の一部を短絡させる短絡手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の指向性可変アンテナ。
【請求項４】
上記短絡手段が、一端が上記同軸線路の信号線に接続され、かつ他端が上記接地導体の筒内周面に接続されて全方位の等角位置から延びる複数本の短絡線を含んでいることを特徴とする請求項３に記載の指向性可変アンテナ。
【請求項５】
上記電界分布可変手段が、上記同軸線路の信号線と上記接地導体の間に設けられた浮遊導体板の一部を、上記接地導体と短絡する短絡線を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の指向性可変アンテナ。
【請求項６】
上記同軸線路の信号線と上記接地導体の間に浮遊導体板が複数設けられてなり、それぞれ動作周波数に応じた長さを有していることを特徴とする請求項５に記載の指向性可変アンテナ。
【請求項７】
上記電界分布可変手段が、上記同軸線路の拡径部における信号線および接地導体間に介在して接触し、一部の誘電率が変えられるようになっている誘電体を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の指向性可変アンテナ。
【請求項８】
上記同軸線路の接続部における拡径部は、外径が上記アンテナ部に向かって漸次大きくなるようにテーパー加工されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の指向性可変アンテナ。
【請求項９】
上記無指向性のアンテナ部が、進行波型アンテナであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の指向性可変アンテナ。
【請求項１０】
上記進行波型アンテナが、ディスコーンアンテナであることを特徴とする請求項９に記載の指向性可変アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に携帯電話や情報端末など各種情報機器に使用される送受信用アンテナとして好適な指向性可変アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信技術を利用した製品の普及に伴い、時間や空間、そして偏波や符号といった多次元にわたる信号の多重化によって伝送容量の拡大を図る研究に大きな期待が寄せられている。なかでも空間による多重化に関しては、複数の無指向性アンテナを採用し、それらの信号をベクトル合成する回路からなるアダプティブアレイアンテナの実現が考えられている。しかし、アダプティブアレイアンテナは、複数の無指向性アンテナの大きさや間隔が広がって大型化することから、使用機器によっては実用化の大きなネックとなっている。特に、モバイル機器への採用には、アンテナの大きさをできるだけ小型化することが求められている。
【０００３】
一方、そうした無指向性アンテナに対して、アンテナ指向性を変化させることができる指向性可変アンテナが周知である。指向性可変アンテナは、一組のアンテナと給電回路によって指向性を変化させる構造であり、前述のアダプティブアレイアンテナと比べて小型化できる可能性があることから、小型アンテナ実用化にむけて有力視されてはいるが、現在その研究や報告例は少ない。
【０００４】
指向性可変アンテナの従来例として、以下のものがある。
図５は下記特許文献１に開示されたものであり、放射素子１の周囲を反射素子２が「機械的」に周回することにより、アンテナ指向性を変化させる構造となっている。
また、図６は下記特許文献２に開示されたものであり、円形の接地導体３上に中央駆動素子４と、これを放射状に取り囲んでパラスティック素子５が配置されている。パラスティック素子５の下部に設けたインピーダンス負荷６を切り替えることにより、アンテナ指向性を「電気的」に切り替える構造である。中央駆動素子４とパラスティック素子５の間隔はλ／４程度の値となり、アンテナ全体では２λ以上の大きさの波長となる。
さらに、図７は下記特許文献３に開示されたものであり、この場合も円形の接地導体７を有し、この接地導体７上に給電アンテナ素子８と、これを放射状に取り囲んで無給電可変リアクタンス素子９が配置されている。給電アンテナ素子と無給電可変リアクタンス素子の間隔ｄはλ／４程度の値となり、アンテナ全体ではλ程度の大きさの波長を有する。
【０００５】
これら図５、図６、図７に従来例として挙げた指向性可変アンテナの場合、「機械的」または「電気的」にアンテナ指向性を変える構造が主体となっている。すなわち、アンテナ本体である放射器の周辺に無給電素子を配置し、放射器と無給電素子の電磁的な相互結合を利用してアンテナの指向性を制御している。こうした指向性制御システムは、アンテナの等価的な合成開口を大きくして利得を高めることによって指向性制御を行うものであるが、動作原理を考えると、アンテナの大きさを相対的に無指向性アンテナと同一サイズまで小型化することは困難である。特に、図５の従来例の場合、反射素子２が周回するスペースを設けることから、勢いアンテナ全体の大型化は避けられない。また、一般的な問題として、使用波長が数GHz以下と低い場合、波長の長さが１０ｃｍ以上となり、わずかな寸法の増大が著しく機器の利便性を妨げていた。そうした理由から指向性可変アンテナを通信端末などに利用することができなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開平6-350334号公報
【特許文献２】特許第3294155号公報
【特許文献３】特開2001-24431号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは、以上の問題について鋭意研究を行った結果、小型化を実現し易い無指向性アンテナを基本構造として応用し、等価的な合成開口を大きくすることなく、無指向性アンテナへの給電時の電界分布を不均一にすることにより、アンテナ指向性を変えることができる構造を開発した。その背景となる理由は次の点である。
（１）通常、無指向性アンテナに給電する伝送線路として同軸線路が用いられ、その同軸線路の内部では電界分布が均一となっていること。
（２）同軸線路の電界分布を何らかの技法で変化させた場合でも、同軸線路内を伝搬中に電界分布がすぐに均一に戻ってしまう特性がある。
（３）したがって、無指向性アンテナに給電する直前の段階で同軸線路内の電界分布を意図的に変化させてやれば、電界分布が均一にもどる前にアンテナから放射させてしまうことができる。すなわち、給電時の電界分布を不均一にすることが可能となる。
【０００８】
ただし、上記（１）〜（３）について留意すべきことは、同軸線路の電界分布を変化させるためには、動作波長との関係から寸法的にもある程度の大きさをもつ同軸線路を必要とする点である。このことは、波長と比べて非常に小さな構造では電磁波として認識できなくなることからも容易に理解できる。たとえば、一般的なＳＭＡコネクタなどに使用される同軸回路において、内蔵した接地導体の内径が約４ｍｍのもので８ＧＨｚ程度以上の周波数によって同軸線路の電界分布を変化させることが可能である。したがって、接地導体の内径を８ｍｍ、１６ｍｍと大きなものにするほど、それぞれ４ＧＨｚ程度、２ＧＨｚ程度の周波数まで同軸線路の電界分布を変化させることができる。
【０００９】
このように、同軸線路に内蔵された接地導体の内径仕様を大きくすれば、電界分布を変化させることが理解されるが、同軸線路を大きくするにも制限があり、できれば市販一般の寸法仕様による同軸線路を給電側に接続して利用することが望ましい。そうした事情を満足するには、アンテナの給電部に接続される同軸線路に一般寸法仕様のものを用い、給電部直前でその同軸線路の径を拡大した構造とすることにより、低周波域でも同軸線路の電界分布を変化させることが可能となる。
【００１０】
本発明の目的は、数ＧＨｚの周波数帯域においても動作可能で、無指向性アンテナと同程度の大きさのものが得られ、小型化が求められる移動通信端末などへの応用が期待できる指向性可変アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明にかかる請求項１記載の指向性可変アンテナは、同軸線路を用いて給電する指向性可変アンテナであるものとし、無指向性のアンテナ部と、このアンテナ部との接続部が径を拡大形成された拡径部となっており、中心軸上の信号線と同軸上の筒状の接地導体とからなる同軸線路と、この拡径部に電気的に接続されて電界分布を特定方向に指向変化させる電界分布可変手段とを備えているものとする。
【００１２】
請求項１の発明では、無指向性のアンテナ部としてたとえばモノポールアンテナを基本構造とすることにより、このモノポールアンテナと相対的に同一の大きさでもって、数ＧＨｚの周波数帯域でも感度の高い指向性可変アンテナを実現することができる。そうした無指向性のアンテナ部に給電する直前にて接続される同軸線路の拡径部において電界分布を不均一に変化させることにより、特定方向への指向性を変化させることができる。すなわち、同軸線路の拡径部における電界分布を電気的に変化させることで、無指向性アンテナと相対的に同一の大きさでもって、高速に指向性の切り替えが可能な指向性可変アンテナを実現できる。
【００１３】
また、請求項２に記載の指向性可変アンテナは、上記アンテナ部を構成する導体板にこの中心から放射状にスリットまたは溝を設けたことを特徴とする。
【００１４】
無指向性のアンテナ部の形状によっては、放射素子（放射器）から放射する過程において、その直前で接続される同軸線路の拡径部で電界分布をせっかく不均一に変化させたにもかかわらず、電界分布が均一な状態に戻ってしまうことが考えられる。これを回避するため、アンテナ部の導体板の中心から放射状にスリットまたは溝を設けると有効である。放射状にスリットまたは溝を設けることで、電界分布が均一に戻ろうとする際に発生するアンテナ表面の電流パスを中心から放射方向のみに制限する効果がある。これにより給電部での不均一な電界分布を維持したまま、放射状に電磁波を放射することが可能となる。
【００１５】
また、請求項３に記載の指向性可変アンテナは、上記電界分布可変手段が、上記同軸線路の信号線および接地導体間の一部を短絡させる短絡手段を備えていることを特徴とする。
【００１６】
同軸線路の電界分布を不均一にする技法として、アンテナ部の指向性切り替えを高速に行うためには、アンテナ外部から同軸線路の電界分布を電気的に変化させる必要がある。すなわち、短絡手段によって信号線と接地導体と間の一部分だけを電気的に短絡させることにより、同軸線路の電界分布を変化させることができる。この場合、同軸線路の信号線および接地導体間の面積に対して、短絡させる部分の面積を十分に小さくすることが必要である。この短絡する部分の面積が同軸線路の信号線および接地導体間の面積に対して十分に小さくない場合、ここでの反射が大きくなり、アンテナ自体の放射効率が低下してしまう。このような反射が大きくならないように、短絡させる部分の面積を小さくしてやれば、短絡時には同軸線路の電界分布を変化させることができる。もちろん短絡は電気的に制御できるので、短絡個所を高速に切替えて指向性を変化させたり、短絡部分を全て開放すれば無指向性に戻すこと容易に可能である。
【００１７】
また、請求項４に記載の指向性可変アンテナは、上記短絡手段が、一端が上記信号線に接続され、かつ他端が上記接地導体の筒内周面に接続されて全方位の等角位置から延びる複数本の短絡線を含んでいることを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明では、短絡手段の具体例である短絡線を短絡させるのに、それをオン／オフ操作するスイッチとしてたとえばＰＩＮダイオードやＭＥＭＳスイッチを用いることで、同軸線路の電界分布を電気的に変化させることができる。
【００１９】
また、請求項５に記載の指向性可変アンテナは、上記電界分布可変手段が、上記同軸線路の信号線と上記接地導体の間に設けられた浮遊導体板の一部を、上記接地導体と短絡する短絡線を有していることを特徴とする。
【００２０】
同軸線路の信号線と接地導体の間に浮遊導体板を設けても、これだけでは同軸線路の電界分布が乱されることはない。しかし、この浮遊導体板の一部、好ましくは同軸線路の信号が伝播する方向の先端部分をＰＩＮダイオードやＭＥＭＳスイッチを利用して接地導体と短絡することにより、同軸線路の電界分布を電気的に変化させることができる。そして
この場合も浮遊状態と接地導体との短絡は電気的に制御できるので、短絡個所を高速に切り替えて指向性を変化させたり、短絡部分を全て開放したりすれば、無指向性に戻すことも容易にできる。
すなわち無指向性アンテナと同じ大きさで高速に指向性切り替え可能な指向性可変アンテナを実現できる。
【００２１】
また、請求項６に記載の指向性可変アンテナは、上記同軸線路の信号線と上記接地導体の間に浮遊導体板が複数設けられてなり、それぞれ動作周波数に応じた長さを有していることを特徴とする。
【００２２】
同軸線路の信号線と接地導体の間に設けた浮遊導体板の一部を、接地導体と短絡して同軸線路の電界分布を変化させる方法においては、浮遊導体板の大きさに依存した特定の周波数でのみ効果を得ることができる。したがって、異なる長さの浮遊導体を用いれば、それぞれ異なる動作周波数をもつことになる。したがって、異なる長さをもつ浮遊導体を独立して制御すれば、各浮遊導体の長さに応じた周波数での指向性を独立して制御することが可能となる。
【００２３】
請求項７に記載の指向性可変アンテナは、上記電界分布可変手段が、上記同軸線路の拡径部における信号線および接地導体間に介在して接触し、一部の誘電率が変えられるようになっている誘電体を含むことを特徴とする。
【００２４】
請求項７の発明によれば、同軸線路の信号線および接地導体間において、誘電体の誘電率を電気的に一部分だけ変化させることにより、同軸線路の電界分布を電気的に変化させることができる。この場合、単純に屈折率差を用いた分布を形成することも、あるいは屈折率差を用いた周期構造で等価的なインピーダンスを変えることにより、電界分布を形成することも可能である。なお、誘電体の具体例として液晶材料を用いることができる。
【００２５】
請求項８に記載の指向性可変アンテナにおいては、上記同軸線路の接続部における拡径部が、外径が前記アンテナ部に向かって漸次大きくなるようにテーパー加工されていることを特徴とする。
【００２６】
同軸線路の拡径部において電磁波の反射防止をより効果的にするには、その拡径部をテーパー形状にすることで反射を最小限に抑えることができる。
【００２７】
また、請求項９に記載の指向性可変アンテナは、上記無指向性のアンテナ部が、進行波型アンテナであることを特徴とする。
【００２８】
本発明による指向性の制御は、同軸線路の電界分布変調を利用しているので、周波数による制御があまり無いのが特徴である。言い換えれば、無指向性アンテナを広帯域にしさえすれば、広帯域な指向性可変アンテナを実現することができる。すなわち無指向性アンテナを進行波型アンテナとしたことにより、無指向性アンテナと同じ大きさで、広帯域な指向性アンテナを実現できる。
【００２９】
請求項１０に記載の指向性可変アンテナは、上記進行波型アンテナがディスコーンアンテナであることを特徴とする。
【００３０】
請求項１０の発明においては、無指向性の進行波型アンテナの具体例として、最も簡単な構造のディスコーンアンテナを採用したことにより、広帯域な指向性アンテナを低コストで製造することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明にかかる請求項１記載の指向性可変アンテナにおいては、無指向性のアンテナ部としてたとえばモノポールアンテナを基本構造としたことにより、このモノポールアンテナと相対的に同一の大きさでもって、数ＧＨｚの周波数帯域でも感度の高い指向性可変アンテナを実現することができた。すなわち、無指向性のアンテナ部に給電する直前にて接続される同軸線路の拡径部において電界分布を不均一に変化させることにより、特定方向への指向性を変化させることができ、同軸線路の拡径部における電界分布を電気的に変化させることで、無指向性アンテナと相対的に同一の大きさでもって、高速に指向性の切り替えが可能な指向性可変アンテナを実現できた。
【００３２】
請求項２に記載の指向性可変アンテナにおいては、無指向性のアンテナ部の導体部分に、中心から放射状にスリットまたは溝を設けたことにより、電界分布が均一に戻ろうとする際に発生するアンテナ表面の電流パスを中心から放射方向のみに制限する効果が得られ、給電部での不均一な電界分布を維持したまま、放射状に電磁波を放射することが可能となった。
【００３３】
請求項３に記載の発明によれば、同軸線路の電界分布をアンテナ外部から電気的に変化させることができるようにしたことにより、無指向性アンテナと同じ大きさで、高速に指向性切り替え可能な指向性可変アンテナとすることができた。
【００３４】
請求項４に記載の指向性可変アンテナによれば、同軸線路の電界分布を変化させる手段が、同軸線路の信号線と接地導体間の一部を短絡する構成としたことにより、無指向性アンテナと同じ大きさで、高速に指向性切り替え可能な、指向性可変アンテナを実現することができた。
【００３５】
請求項５に記載の指向性可変アンテナによれば、同軸線路の電界分布を変化させる手段が、同軸線路の信号線と接地導体の間に設けた浮遊導体板の一部を接地導体と短絡する構成としたことにより、無指向性アンテナと同じ大きさで、高速に指向性切り替え可能な、指向性可変アンテナを実現することができた。
【００３６】
請求項６に記載の指向性可変アンテナによれば、同軸線路の信号線と接地導体の間に浮遊導体板が複数設け、それぞれ動作周波数に応じた長さを有しているものとし、異なる長さをもつ浮遊導体を独立して制御することにより、各浮遊導体の長さに応じた周波数での指向性を独立して制御することが可能となった。
【００３７】
請求項７に記載の指向性可変アンテナによれば、同軸線路の信号線および接地導体間において、誘電体の誘電率を電気的に一部分だけ変化させることにより、同軸線路の電界分布を電気的に変化させることができた。この場合、単純に屈折率差を用いた分布を形成することも、あるいは屈折率差を用いた周期構造で等価的なインピーダンスを変えることにより、電界分布を形成することが可能である。なお、誘電体の具体例として液晶材料を用いることができる。
【００３８】
請求項８に記載の指向性可変アンテナによれば、同軸線路の拡径部をテーパー形状にしたことにより、同軸線路の拡径部において電磁波の反射防止をより効果的にすることができた。
【００３９】
請求項９に記載の指向性可変アンテナによれば、無指向性アンテナを進行波型アンテナとしたことにより、無指向性アンテナと相対的に同じ大きさでもって、言い換えれば大型化することなく広帯域な指向性可変アンテナを容易に実現できた。
【００４０】
請求項１０に記載の指向性可変アンテナによれば、上記無指向性の進行波型アンテナとして最も簡単な構造のディスコーンアンテナを採用したことにより、広帯域な指向性アンテナを低コストで製造することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明にかかる指向性可変アンテナの実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態を示す斜視図と断面図である。伝送線路としてこの場合、同軸線路１０の先端部に無指向性アンテナの一種であるモノポールアンテナが接続されている。このモノポールアンテナの本体は、円板状の地板２０と、この中心部から突出した放射器（放射素子）３０からなっている。地板２０では、誘電材料の円板２１の表面に金属膜（または金属箔）２２が、皮膜処理またはコーティングされている。その地板２０の中心に貫通孔２３を有し、貫通孔２３に連通して同軸線路１０が接続金具１３を介して円板２１背面に接続されている。同軸線路１０は、中心軸上の信号線１１で放射器３０の基端部に接続されている。また、同軸線路１０は信号線１１の外側同軸上に円筒状の接地導体１２を有し、この端部が地板２０の表面の金属膜２２に接続されている。
【００４２】
また、図１（ｂ）で明らかなように、接地導体１２が地板２０の貫通孔２３に嵌合して接続された部分は筒内径Ｄを有するテーパー拡径部１２ｂとなっており、筒体主部１２ａの筒内径ｄよりも一回り大きく段差成形されている。また、そうした接地導体１２のテーパー拡径部１２ｂでは、本発明でいう電界分布可変手段の具体例である短絡手段として、４本の短絡線４０、４１、４２、４３が角度９０°の位相差でもって四方向へ放射状に、それぞれの一端で信号線１１に接続され、他端で接地導体１２の筒内周面に接続されている。さらに、それら各短絡線４０、４１、４２、４３の基端部にそれぞれスイッチ５０、５１、５２、５３が接続されている。
【００４３】
スイッチ５０、５１、５２、５３としては、たとえばＰＩＮダイオードを用いることができ、アンテナ外部に配置した制御用電極（図示せず）によって電気的なオン／オフ操作の制御が可能となっている。その場合、たとえば４つのスイッチ５０、５１、５２、５３の全てを「オフ」にすると、同軸線路１０における電界分布に乱れを生じないようにでき、アンテナとしての放射パターンを「無指向性」に維持することができる。それに対して、４つのうちどれか１つのスイッチを「オン」にすると、同軸線路１０の電界分布に乱れが生じ、アンテナとして放射パターンに「指向性」をもたせることができる。また、４つのスイッチ５０、５１、５２、５３の「オン」状態を規則的にまたは不規則的に切り替え制御することにより、アンテナの指向性を切り替えて変更することも可能になっている。
【００４４】
したがって、この第の１実施の形態の指向性可変アンテナは以下のように動作する。四方向の全てのスイッチ５０、５１、５２、５３をオフにすると、同軸線路１０の電界分布に乱れはなく、アンテナの放射パターンは無指向性のままとなる。一方、四方向のスイッチ５０、５１、５２、５３のどれか一つだけをオンにした場合は同軸線路１０内の電界が乱され、アンテナの放射パターンは指向性を持つようになる。またオン状態のスイッチを切り替えることで、アンテナの指向性を切り替えることもできる。これから明らかなように、通常の無指向性アンテナと相対的に同じ大きさでもって、すなわち大型化することなくアンテナ指向性を切り替えることができる。
【００４５】
〔第２の実施の形態〕
図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態を示す全体斜視図と断面図である。なお、図１（ａ）、（ｂ）の第１の実施の形態で示した各部材の材質、形状および機能的に同一または共通する部材には同一符号を付している。この場合も無指向性アンテナのモノポールアンテナを基本構造としており、その地板２０に貫通孔２３から放射状にスリット２４が延びて形成されている。それら複数のスリット２４によって地板２０は電気的に複数の領域に分割されている。
【００４６】
また、この第２の実施の形態では、図２（ｂ）に示すように、同軸線路１０内の接地導体１２のテーパー拡径部１２ｂにおいて、本発明でいう電界分布可変手段の他の短絡手段として、４つの金属片６０、６１、６２、６３が設けられている。これら４つの金属片は角度９０°の位相差でもって四方向へ放射状に信号線１１や接地導体１２と平行な方向へ、図でいう上下の方向へ垂下した形で浮遊状態となっている。すなわち、各金属片６０、６１、６２、６３はそれぞれ一部がスイッチ７０、７１、７２、７３を介して接地導体１２のテーパー拡径部１２ｂの筒内周面に電気的に接続されている。
【００４７】
スイッチ７０、７１、７２、７３としては、たとえばＭＥＭＳスイッチが用いられ、アンテナ外部に配置した制御用電極（図示せず）によって電気的なオン／オフ状態の制御が可能となっている。
【００４８】
したがって、この第の２実施の形態の指向性可変アンテナは以下のように動作する。この場合も第１の実施の形態と同じく、たとえば４つのスイッチ７０、７１、７２、７３の全てを「オフ」にすると、同軸線路１０における電界分布に乱れを生じないようにでき、アンテナとしての放射パターンを「無指向性」に維持することができる。それに対して、４つのうちどれか１つのスイッチを「オン」にすると、同軸線路１０の電界分布に乱れが生じ、アンテナとして放射パターンに「指向性」をもたせることができる。また、４つのスイッチ７０、７１、７２、７３の「オン」状態を規則的にまたは不規則的に切り替え制御することにより、アンテナの指向性を切り替えて変更することも可能になっている。また、地板２０に設けた放射状のスリット２４によって、放射電界分布の不均一さを維持し易くなっている。
【００４９】
〔第３の実施の形態〕
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態を示す全体斜視図と断面図である。なお、図１（ａ）、（ｂ）の第１の実施の形態および図２（ａ）、（ｂ）の第２の実施の形態でそれぞれ示した各部材の材質、形状および機能的に同一または共通する部材には同一符号を付している。この場合、無指向性のアンテナ部として上部の円錐型電極８０と地板２０からなるディスコーンアンテナが示されている。また、地板２０および円錐型電極８０にはそれぞれスリット２４、８１が放射状に設けられている。
【００５０】
図３（ｂ）で明らかなように、同軸線路１０とディスコーンアンテナの接続部では、同軸線路１０の信号線１１と接地導体１２に平行に、この接地導体１２のテーパー拡径部１２ｂの筒内周面に一部が接続された第１金属片９０、９１、９２、９３と第２金属片１１０、１１１、１１２、１１３が信号線１１との間で浮遊した状態で設けられている。この場合、信号線１１と接地導体１２との間の空隙には誘電率２．３の誘電体１５が充填されており、この誘電体１５に埋没した形で上記第１、第２金属片が上下２段で、角度９０°の位相差で四方に等角度位置に接続されている。それら第１、第２金属片はそれぞれ第１スイッチ１００、１０１、１０２、１０３と第２スイッチ１２０、１２１、１２２、１２３で接続されている。図示例では、第１金属片９０、９１、９２、９３のそれぞれ長さ寸法は０．８ｍｍであり、第２金属片１１０、１１１、１１２、１１３のそれぞれ長さ寸法は１．２ｍｍである。また、第１金属片は２５GHz、第２金属片は１９GHzの各周波数で電界分布を変化させることができるようになっている。第１、第２スイッチとしてはPINダイオードスイッチを用いており、アンテナ外部より、制御用電極（ここでは図示しない）を用いて電気的にオン／オフの状態を制御できる。
【００５１】
したがって、この第２の実施の形態の指向性可変アンテナは以下のように動作する。第１、第２すべてのスイッチをオフにした場合、同軸線路１０の電界分布に乱れはなく、アンテナの放射パターンは無指向性のままとなる。第１スイッチ１００、１０１、１０２、１０３の一段だけをオンに投入した場合、２５ＧＨｚの信号において同軸線路内の電界が乱され、２５ＧＨｚの放射パターンは指向性を持つようになる。一方、第二段目の第２スイッチ１２０、１２１、１２２、１２３だけをオンに投入した場合、１９ＧＨｚの信号において同軸線路内の電界が乱され、１９ＧＨｚの放射パターンが指向性を持つようになる。オンに投入するスイッチの方向を切り替えることで、アンテナの指向性を切り替えることも可能であるし、各周波数を独立して制御することも可能である。また、地板２０と上部の円錐型電極８０の各スリット２４、８１によって、放射電界分布の不均一さを維持したまま放射しやすくなっている。本実施例からも明らかなように、通常の無指向性アンテナと相対的に同等の大きさでもって、複数の周波数において独立して指向性の切替えを行うことが可能である。
【００５２】
〔第４の実施の形態〕
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態を示す全体斜視図と断面図である。この場合、無指向性のアンテナ部として円錐型の上部電極１４０と下部電極１３０からなるバイコニカルアンテナを採用している。本実施の形態では、同軸線路１０の接地導体１２に設けたテーパー拡径部１２ｂの上端に、円筒状の制御電極１６が同軸で接続されており、この制御電極１６と信号線１１との間に、誘電体として液晶部材（アンテナ外部への取り出し電極は図示せず）１５０が充填されている。
【００５３】
したがって、この第４の実施の形態の動作は、制御電極１６の制御によって任意部分の液晶部材１５０の誘電率を変化させることができる。液晶部材１５０の誘電率を変化させなければ同軸線路１０の電界分布に乱れはなく、アンテナの放射パターンは無指向性のままとなる。一方、液晶部材１５０の誘電率を一部分だけ変化させた場合は同軸線路１０内の電界が乱され、アンテナの放射パターンは指向性を持つようになる。また、液晶部材１５０の誘電率を変化させる場所を切り替えることで、アンテナの指向性を切り替えることも可能である。また上部電極１４０と下部電極１３０の各スリット１４１，１３１によって、放射電界分布の不均一さを維持したまま放射しやすくなっている。本実施の形態からも明らかなように、通常の無指向性アンテナと相対的に同等の大きさでもって、指向性の切り替えを行うことができる。
【００５４】
なお、以上第１〜第４の各実施の形態について説明したが、各部材の形状、その他の要素との組合わせなど、ここで示した要件に本発明は限定されない。これらの点に関しては、本発明の主旨を損なわない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明にかかる指向性可変アンテナの第１の実施の形態を示す全体斜視図と断面図である。
【図２】本発明にかかる指向性可変アンテナの第２の実施の形態を示す全体斜視図と断面図である。
【図３】本発明にかかる指向性可変アンテナの第３の実施の形態を示す全体斜視図と断面図である。
【図４】本発明にかかる指向性可変アンテナの第４の実施の形態を示す全体斜視図と断面図である。
【図５】従来例の指向性アンテナを示す斜視図である。
【図６】他の従来例の指向性アンテナを示す斜視図である。
【図７】他の従来例の指向性アンテナを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  同軸線路
１１  信号線
１２  筒状の接地導体
１２ｂ  テーパー拡径部
１３  接続金具
１５  誘電体
１６  制御電極
２０  地板
２４  スリット
３０  放射器
４０〜４３  短絡線（短絡手段）
５０〜５３  スイッチ
６０〜６３  浮遊金属片（短絡手段）
７０〜７３  スイッチ
８０  円錐型電極
１００〜１０３  第１金属片
１１０〜１１３  第２金属片
１３０  下部電極
１４０  上部電極
１５０  液晶部材（誘電体）
【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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