(57)【要約】【課題】  多周波対応、偏波切替え、指向性制御の少なくとも２つの機能を有するアンテナモジュール技術を提供すること。【解決手段】  周波数切替え、偏波切替え、指向性制御の３つの機能を有するアンテナモジュールであり、アンテナモジュールは９個の放射素子（導体）１１からなるアンテナアレイと、３個の給電点（給電点Ａ１２，給電点Ｂ１３，給電点Ｃ１４）と、アンテナの入力ピーダンスを給電線の特性インピーダンスに合わせるため整合回路１５と、前記複数の隣接する放射素子１１間を相互に接続制御する１２個の第１のスイッチ１６と、前記３個の給電点を切替える３個の第２のスイッチ１７を有している。【選択図】      図１−Ａ
2005322972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数切替え、偏波切替え、指向性制御の３つの機能のうち少なくとも２つの機能を有するアンテナモジュールであって、
複数の放射素子からなるアンテナアレイと、前記複数の放射素子に給電する複数の給電点と、前記複数の放射素子のうち隣接する放射素子間を選択的に接続／遮断制御する第１のスイッチと、給電線を前記複数の給電点に選択的に切替える第２のスイッチと、アンテナの入力ピーダンスを前記給電線の特性インピーダンスに合わせるための定数を可変できる整合回路とを有することを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナモジュールにおいて、
前記アンテナアレイは、前記第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長の異なる放射素子を形成する構造を有し、かつ同じ偏波を放射する場合は、前記第２のスイッチによって複数の給電点から同一の給電点を選択し、更に前記整合回路によって第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより形成される前記放射素子の入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスと整合させることを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアンテナモジュールにおいて、
前記アンテナアレイは、マトリックス状に配置された複数の矩形の導体からなるマイクロストリップアンテナアレイであることを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項４】
請求項３に記載のアンテナモジュールにおいて、
前記アンテナアレイは、前記第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長の異なる矩形の放射素子を形成する構造を有し、かつ励振方向の同じ直線偏波を放射する場合は、前記複数の給電点から、前記第１のスイッチの導通によって形成された矩形の放射素子の励振方向と直交する辺の中点の垂線上にある同一の給電点を前記第２のスイッチによって選択することを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項５】
請求項３に記載のアンテナモジュールにおいて、
前記アンテナアレイは、前記第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長を異なる長方形の放射素子を形成する構造を有し、かつ同じ旋回方向の楕円偏波を放射する場合は、前記複数の給電点から、前記第１のスイッチの導通によって形成された長方形の放射素子の対角線上にある同一の給電点を前記第２のスイッチによって選択することを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項６】
請求項３から５のいずれかに記載のアンテナモジュールにおいて、
前記第１のスイッチは、隣接する矩形の導体の辺のほぼ全面で導通あるいは遮断する構造を有することを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項７】
請求項１または２に記載のアンテナモジュールにおいて、
前記アンテナアレイは、直交する２方向に直線的に配置された複数のスロットが複数列あるスロットアンテナアレイであることを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項８】
請求項７に記載のアンテナモジュールにおいて、
前記アンテナアレイは、直交する２方向で前記第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長の異なる短冊状の放射素子を形成する構造を有し、かつ励振方向の同じ直線偏波を放射する場合は、前記複数の給電点から、前記第１のスイッチの接続によって形成された短冊状の放射素子の短手方向にある同一の給電点を前記第２のスイッチによって選択することを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項９】
請求項７に記載のアンテナモジュールにおいて、
前記アンテナアレイは、直交する２方向で前記第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長の異なる短冊状の放射素子を形成する構造を有し、かつ楕円偏波を放射する場合は、直交する２方向で共振長の同じ短冊状の放射素子を形成し、更に前記複数の給電点から、前記第１のスイッチの接続によって形成された前記２個の短冊状の放射素子の短手方向にある各給電点を前記第２のスイッチによって選択することを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれかに記載のアンテナモジュールにおいて、
前記第１のスイッチによって隣接するスロットは、スロットの短手のほぼ全面で接続する構造を有することを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載のアンテナモジュールにおいて、
前記整合回路は、ＭＥＭＳによる可変インダクタと可変キャパシタの組み合わせで構成され、インダクタンスあるいはキャパシタンスを変えることによりアンテナの入力ピーダンスを前記給電線の特性インピーダンスに合わせるものであることを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項１２】
請求項１１に記載のアンテナモジュールにおいて、
前記可変インダクタは、可動配線と固定配線からなるスパイラルインダクタであり、可動配線を動かすことでスパイラルインダクタの内径，外径またはスパイラルのピッチの少なくとも１つを可変する構造を有することを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載のアンテナモジュールにおいて、
前記可変インダクタは、送信あるいは受信される高周波信号が通る第１のインダクタと第１のインダクタと分離された第２のインダクタからなり、前記第１のインダクタと前記第２のインダクタの距離を可変する構造を有することを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載のアンテナモジュールにおいて、
第１の基板に前記アンテナアレイと前記第１のスイッチがあり、第２の基板に前記整合回路と前記第２のスイッチがあり、第１の基板と第２の基板は積層されていることを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項１５】
請求項１４に記載のアンテナモジュールにおいて、
前記第１の基板がガラス基板であることを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載のアンテナモジュールにおいて、
前記第１のスイッチの各々は、他の第１のスイッチと対向する先端部分の形状をＶ形状に延長し、対向する４つの第１のスイッチの間隙がＸ状になるようにしたことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項１７】
請求項１から６、１１から１６のいずれかに記載のアンテナモジュールにおいて、
地板を有し、前記複数の放射素子を選択的に前記地板に接続する第３のスイッチを設けたことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項１８】
請求項１４から１７のいずれかに記載のアンテナモジュールの第２の基板にフロントエンド回路，ベースバンド回路の少なくとも一部があることを特徴とする無線モジュール
【請求項１９】
請求項１４から１７のいずれかに記載のアンテナモジュールまたは請求項１６に記載の無線モジュールに第３の基板が積層されており、かつ前記第３の基板にはフロントエンド回路，ベースバンド回路の少なくとも一部があることを特徴とする無線モジュール。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれかに記載のアンテナモジュールまたは請求項１６から１７のいずれかに記載の無線モジュールを用いたことを特徴とする無線システム。
【請求項２１】
複数の放射素子からなるアンテナアレイと、前記複数の放射素子に給電する複数の給電点と、前記複数の放射素子のうち隣接する放射素子間を選択的に接続／遮断制御する第１のスイッチと、給電線を前記複数の給電点に選択的に切替える第２のスイッチと、アンテナの入力ピーダンスを前記給電線の特性インピーダンスに合わせるため整合回路とを有し、周波数切替え、偏波切替え、指向性制御の３つの機能のうち少なくとも２つの機能を有するアンテナモジュールの制御方法であって、
前記第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長の異なる放射素子を形成するステップと、
前記第２のスイッチによって複数の給電点から同一の給電点を選択して同じ偏波を放射するステップと、
前記整合回路によって第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより形成される前記放射素子の入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスと整合させるステップを有することを特徴とするアンテナモジュールの制御方法。
【請求項２２】
複数の放射素子からなるアンテナアレイと、前記複数の放射素子に給電する複数の給電点と、前記複数の放射素子のうち隣接する放射素子間を選択的に接続／遮断制御する第１のスイッチと、給電線を前記複数の給電点に選択的に切替える第２のスイッチと、アンテナの入力ピーダンスを前記給電線の特性インピーダンスに合わせるため整合回路とを有し、周波数切替え、偏波切替え、指向性制御の３つの機能のうち少なくとも２つの機能を有するアンテナモジュールの制御方法であって、
前記第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長の異なる矩形の放射素子を形成するステップと、前記複数の給電点から、前記第１のスイッチの導通によって形成された矩形の放射素子の励振方向と直交する辺の中点の垂線上にある同一の給電点を前記第２のスイッチによって選択することによって励振方向の同じ直線偏波を放射するステップとを有することを特徴とするアンテナモジュールの制御方法。
【請求項２３】
複数の放射素子からなるアンテナアレイと、前記複数の放射素子に給電する複数の給電点と、前記複数の放射素子のうち隣接する放射素子間を選択的に接続／遮断制御する第１のスイッチと、給電線を前記複数の給電点に選択的に切替える第２のスイッチと、アンテナの入力ピーダンスを前記給電線の特性インピーダンスに合わせるため整合回路とを有し、周波数切替え、偏波切替え、指向性制御の３つの機能のうち少なくとも２つの機能を有するアンテナモジュールの制御方法であって、
前記第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長を異なる長方形の放射素子を形成するステップと、前記複数の給電点から、前記第１のスイッチの導通によって形成された長方形の放射素子の対角線上にある同一の給電点を前記第２のスイッチによって選択することによって同じ旋回方向の楕円偏波を放射するステップを有することを特徴とするアンテナモジュールの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナモジュール技術に係り、特に周波数切替え機能，偏波切替え機能、指向性制御機能が可能なアンテナモジュール技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯電話ではＰＤＣ（Personal Digital Celluler），ＦＯＭＡ，ＣＤＭＡ２０００，ＰＨＳ（Personal Handyphone System）等の第２世代の携帯電話、無線ＬＡＮではIEEE802.11a，802.11b，802.11gやBluetooth等、ＩＴＳ（Intelligent Transport Systems）ではＧＰＳ（Global Positioning System），ＶＩＣＳ（Vehicle Information Communication System），ＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）等の無線規格に対応して複数の周波数が用いられており、将来も複数の周波数が並存する環境が続くと予想されている。
【０００３】
しかし、従来の無線通信では単一周波数のアンテナが用いられていたため、複数の周波数に対応する無線装置では単一周波数のアンテナを複数設ける必要があり、大型化していた。
【０００４】
また、無線装置表面で電波を良好に送受信できる領域は限られており、全てのアンテナを良好な電波環境に設置するには限界があった。そこで近年では１個のアンテナで複数の周波数に対応できる多周波(マルチバンド)対応アンテナが注目されている。
【０００５】
マルチバンド対応アンテナの従来例としては、１つはアンテナに複数の周波数に対応した放射素子を持たせる構造がある。例えば、共振長の異なる複数の放射素子を用いた構造としては、『多層板構成の３周波共振アンテナの設計と実測結果（電子情報通信学会技術報告,AP2002-141,p41〜46,2003年）』（非特許文献１）、『Multifrequency Microstrip Patch Antenna Using Multiple Stacked Elements (IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol.13, No.3, p123-124,2003年) 』（非特許文献２）、『２周波共用マイクロストリップアンテナ構成法の一検討（2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-161）』（非特許文献３）等に開示されている。
【０００６】
しかしながら、上記のアンテナは、複数のアンテナを１箇所に配置した構造であり、無線装置表面で電波を良好に送受信できる領域は限られているため所望の電波全てを良好に送受信するのは困難であった。
【０００７】
また、１つの放射素子に複数の共振長を持たせた構造も提案されている。例えば、『変形シルピンスキー型マイクロストリップアンテナの放射特性に関する一検討（2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-162）』（非特許文献４）、『２周波スロットボウタイアンテナ（2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-176）』（非特許文献５）等の文献がある。
【０００８】
しかしながら、変形シルピンスキー型マイクロストリップアンテナでは、３つのバンドで放射パターンが異なり、同一エリアにおいて３周波を同じ条件で送受信できないという課題があった。また２周波スロットボウタイアンテナは、構造上３周波程度までしか対応できないと思われる。
【０００９】
そこで、アンテナの共振長をスイッチで切替える方法が多数提案されている。例えば、特開２０００−２３６２０９号公報（特許文献１）、特開２００２−２６1５３３号公報（特許文献２）、特開２００３−１２４７３０号公報（特許文献３）、米国特許ＵＳＰ６1９８４３８（特許文献４）、『GTRI Prototype Reconfigurable Aperture Design（2002年IEEE Antenna and Propagation Society International Symposium Digest,p473〜476）』（非特許文献６）、『The GTRI Prototype Reconfigurable Aperture Antenna（2003年IEEE Antenna and Propagation Society International Symposium Digest,p683〜686）』（非特許文献７）等がある。
【００１０】
特開２０００−２３６２０９号公報（特許文献１）では、図２２に示すように、金属片１０１をＰＩＮダイオード１０２で接続してダイポールアンテナを構成している。ＰＩＮダイオード１０２にバイアスを印加してＰＩＮダイオード１０２の導通/遮断を切替えて共振長を変化させる。特開２０００−２３６２０９号公報（特許文献１）に用いられるダイポールアンテナは平衡電流で励振する必要がある。
【００１１】
しかしながら、ＲＦ回路に用いられる線路はマイクロストリップ線路やコプレナー線路等の不平衡電流を用いる場合が多く、平衡電流が必要な場合はアンテナと線路の間にバランを設けなければならない。
【００１２】
一般にバランは帯域が狭いため複数の周波数には対応できず、１個の周波数に対して１個ずつバランが必要となる。そのためマルチバンドに対応するためには、ダイポールアンテナの給電点近傍にマルチバンドの数だけバランを配置する必要があり、バランの設置面積でマルチバンドの数が制限されてしまう。よって特開２０００−２３６２０９号公報（特許文献１）はデュアルバンド等の周波数帯の少ない場合は使えるが、周波数帯の多いマルチバンドには対応できないと思われる。
【００１３】
特開２００２−２６１５３３号公報（特許文献２）では、図２３に示すように、アンテナ素子パターン２１８に１個の給電点（給電パターン）２１９と複数の接地点（接地パターン）２２０a，２２０b，２２０ｃ，２２０ｄを設け、これらの接地点２２０a，２２０ｂ，２２０ｃ，２２０ｄをそれぞれスイッチＳＷ２２１ａ，ＳＷ２２１ｂ，ＳＷ２２１ｃ，ＳＷ２２１ｄで切替えて共振長を変化させるものである。２１１はアンテナ部、２１２は配線基板、２１３はグランドパターン、２１４はＲＦモジュールである。
【００１４】
しかしながら、特開２００２−２６１５３３号公報（特許文献２）ではスイッチで短絡点を切替えるため、各周波数でアンテナの入力インピーダンスが変化してしまう。よって整合の取れる範囲内でしか接地点を動かすことができず、マルチバンドで可変しうる周波数範囲を大きくできないと思われる。
【００１５】
実際に特開２００２−２６１５３３号公報（特許文献２）で開示された可変周波数帯は1.55〜2.2ＧＨｚであり、中心周波数1.8ＧＨｚに対して３0％と小さい。よって携帯電話等の比較的近接した周波数帯を用いる場合は対応可能であるが、無線ＬＡＮのように2.4ＧＨｚ帯と5ＧＨｚ帯を用いる場合は対応できないと予想される。
【００１６】
特開２００３−１２４７３０号公報（特許文献３）では、図２４（ａ）および（ｂ）に示すように、第１の放射素子３２０，第２の放射素子３３０，第３の放射素子３４０が切替え可能な給電点と短絡点を共有しており、スイッチＳＷ３６０，ＳＷ３６２によって給電点と短絡点を切替えることで４つの周波数帯を実現している。３００はアンテナ構造、３０５は短絡平面、３１０はサブアンテナ構造、３２２は第１の端部、３２４は給電ライン、３３２は第２の端部、３３４は間隔、３４２は第３の端部、３５０は給電ライン、３７０と３７２は無線周波数モジュール、Ａ１，Ａ２は開口である。
【００１７】
しかしながら、特開２００３−１２４７３０号公報（特許文献３）では３つの放射素子３２０，３３０，３４０を同一平面に配置する必要があり、無線装置表面で電波を良好に送受信できる領域は限られていることから、４つの電波全てを良好に送受信するのは困難である。
【００１８】
米国特許ＵＳＰ６１９８４３８（特許文献４）では、図２５に示すように、マトリックス状に配置された要素素子４００が各々ＭＥＭＳスイッチ４２０で接続される構造となっている。
【００１９】
全てのＭＥＭＳスイッチ４２０をＯＦＦ(遮断状態)にした場合は個々の要素素子の１辺が共振長となり、高周波に対応する。一方、全てのＭＥＭＳスイッチをＯＮ(導通状態)にした場合は個々の要素素子は接続されて全体が１個の矩形の放射素子となり、低周波で共振する。
【００２０】
ここで、ＵＳＰ６１９８４３８号（特許文献４）では線路の特性インピーダンス（通常は50Ωを用いる）と整合するため、高周波の給電点４０５（個々の要素素子毎に設けられる）と低周波の給電点４１０（全体で一個設けられる）を異なる点を用いる。そのためマトリックス状に配置されたアレイアンテナに配置できる給電点の数によって対応できるマルチバンドの数が限定される欠点がある。
【００２１】
また、ＭＥＭＳスイッチ４２０上には給電点を設けることが困難といった欠点もある。図２５の例では１個の要素素子で共振させる高周波給電点４０５と３×３アレイ全体で共振させる低周波給電点４１０は要素素子（放射素子４００）上に配置できるが、２×２アレイを共振させたい場合はＭＥＭＳスイッチ上に給電点が来るため、たとえ３×３アレイを使っても２周波のみにしか対応できない。
【００２２】
更に、ＭＥＭＳスイッチ４２０で接続される導体幅は隣接した要素素子の幅よりも小さいため、全てのＭＥＭＳスイッチ４２０をＯＮにして１個の矩形の放射素子を形成した場合、全体の放射素子の内部には大きな空隙が生じる。その結果放射素子を流れる電流は空隙によって制限され、帯域幅が減少し、通信に必要な帯域幅を確保することが困難になる問題も発生する。
【００２３】
GTRI Prototype Aperture Antennaでは、図２６に示すように（非特許文献７参照）、マトリックス状に配置された要素素子５１０が各々ＦＥＴスイッチ５２０で接続され、平衡電流によって１箇所の給電点で励振される構造となっている。
【００２４】
GTRI Prototype Aperture Antennaは、ＦＥＴスイッチ５２０のＯＮ，ＯＦＦの組み合わせによって放射素子の形状を変化させ、周波数と指向性を切替えることができる。但し、この場合はＦＥＴスイッチ５２０のＯＮ，ＯＦＦを遺伝的アルゴリズムを用いて選択するため演算回路が複雑になる。
【００２５】
また、給電点５３０が１箇所であり、放射素子５１０の入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスに合わせる必要があり、放射素子５１０の形状の自由度が小さく、可変できる周波数範囲が制限される可能性が高い。
【００２６】
実際に上記の文献で報告された可変周波数範囲は１〜２ＧＨｚ程度であり、約±50％の帯域幅に対応できる程度であった。また平衡電流で励振することからＲＦ回路に広く用いられているマイクロストリップ線路やコプレナー線路に接続するためにはバランが必要となる。よってバランの設置面積によってもマルチバンドの数が制限される問題もある。
【００２７】
なお、アンテナの入力ピーダンスを線路の特性インピーダンスに合わせるため整合回路を設ける場合がある。整合回路にはλ/4線路を用いて抵抗変換する方法や、インダクタとキャパシタをπ型やT型に構成した回路や、移相器とキャパシタからなる回路等が知られている。
【００２８】
但し、λ/4線路は周波数によって線路長が一意に決まるため、アンテナの入力インピーダンス変動を調整する目的には適さず、従来から整合回路のインダクタ、キャパシタ、移相器等の定数をアンテナの入力インピーダンスによって可変する自動整合回路が提案されている。
【００２９】
例えば、携帯電話の基地局やハムのチューニングでは、モーターによってバリアブルコンデンサや可変コイルの定数を調整する方式が採用されている。しかしながらがモーター等の駆動部が必要になることから整合回路が大型化し、携帯端末や無線ＬＡＮ端末、ＩＴＳ端末には搭載できないのが現状であった。
【００３０】
最近になって小型の自動整合回路を目指した研究も活発に行なわれており、例えば、『アンテナ自動整合システムにおける整合回路(電子情報通信学会論文誌B,vol.J85-B,No.11,p1977〜1980,2002年)』（非特許文献８）、『アンテナ自動整合システムにおける整合回路（2003年電子情報通信学会総合大会,講演番号B-1-62）』（非特許文献９）や『最急降下法による人体近接アクティブアンテナの自動整合（電子情報通信学会技術報告,AP2003-31,p31〜36,2003年）』（非特許文献１０）等がある。
【００３１】
アンテナ自動整合システムでは、３個の可変キャパシタと一定長の線路で自動整合回路を構成し、スミスチャート上の各領域で可変キャパシタの定数を予め定めておき、アンテナの入力インピーダンスによって定数を切替える方式を提案している。この方式ではアンテナの入力インピーダンスがＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）≦6.5の範囲で変動した場合もＶＳＷＲをほぼ２以下に整合できることを報告している。
【００３２】
また、上記『アンテナ自動整合システムにおける整合回路（2003年電子情報通信学会総合大会，講演番号B-1-62）』（非特許文献９）では、可変移相器と可変キャパシタで自動整合回路を構成し、f=2000MHzにおいてアンテナの入力インピーダンスを50Ωに整合できることを報告している。
【００３３】
また、人体近接アクティブアンテナの自動整合では並列バラクタ， 直列バラクタ，バランによる4:1変成器で自動整合回路を構成している。業務用無線のアンテナは人体に近接すると共振周波数が7〜8MHzシフトするが、自動整合回路を用いると良好なＶＳＷＲを持って所定の周波数160MHzで励振できることを報告している。
【００３４】
しかしながら、前述の例は全て周波数を固定し、外部環境によってアンテナの入力インピーダンスが変動した場合に整合することを目的としており、マルチバンドでの可能性は明記されていない。整合回路の素子定数は1/ωC，ωLで作用するため、例えば周波数が1/2になった場合同じ入力インピーダンスを整合するためにはL，Ｃの定数は２倍となる。
【００３５】
整合回路を小型化する目的からマルチバンド対応アンテナの入力インピーダンス変動に対しても１つの自動整合回路でマッチングすることが望まれており、そのためには広い可変範囲を持つ微小なインダクタ、キャパシタ、移相器が必要とされる。
【００３６】
前述の方式は周波数が固定されていることから素子定数の可変範囲は狭いと予想され、マルチバンド対応アンテナの入力インピーダンス変動に適用することは困難と思われる。また可変移相器と可変キャパシタの組み合わせでは、アンテナの入力インピーダンスの抵抗成分が50Ωより大きい場合はスミスチャート上での整合の軌跡が長くなり、整合できる帯域が狭くなる欠点もあった。
【００３７】
大きな可変範囲を持つ微小な素子について見ると、可変キャパシタでは1〜20ＧＨｚの領域でバラクタにより２桁以上の可変範囲が既に実現されている。しかしミリ波領域ではバラクタ内でのリークが増加し、バラクタでは対応できない懸念がある。
【００３８】
可変インダクタでは、鉄心等のコア材をコイルから機械的に抜き差しするチップ型可変インダクタが市販されている。しかし、チップ型可変インダクタの自己共振周波数はＧＨｚ以下であり、今後とも従来の構造では自己共振周波数を高めることは困難であり、マイクロ波〜ミリ波領域にはまったく対応できない。
【００３９】
可変移相器ではフェライトやGaAs半導体を用いた可変移相器が市販・研究開発されているが、対応可能な周波数はフェライトで30ＧＨｚ以下、GaAs半導体で60ＧＨｚ以下であり、フェライト，GaAs半導体を用いた移相器ではミリ波領域をカバーするマルチバンド対応アンテナの自動整合回路へは適用できないと考えられる。
【００４０】
一方、100ＧＨｚ程度の高周波にも対応できる材料として液晶が注目されており、ネマチック液晶を用いた可変遅延線が検討されている。例えば、『液晶を用いたマイクロ波可変遅延線の設計とその挿入損に関する一考察（電子情報通信学会論文誌C,vol.J84-C,No.2,p90〜96,2001年）』（非特許文献１１）、『Modeling Synthesis and Characterization of a Millimeter-Wave Multilayer Microstrip Liquid Crystal Phase Shifter, (Japanese Journal of Applied Physics,vol.36,p4409〜4413,1997年） 』（非特許文献１２）等があるが、一般的な液晶材料は誘電正接が0.01〜0.11程度と無機材料よりも２桁以上大きく、液晶材料で可変遅延線を構成した場合は誘電損失が大きくなる欠点があった。
【００４１】
また、最近では100ＧＨｚ程度まで良好に高周波信号を遮断でき、挿入ロスが小さくかつ消費電力も小さいことからＭＥＭＳによる可変キャパシタや可変インダクタが鋭意研究されている。
【００４２】
例えば、可変キャパシタでは、『Distributed MEMS true-time delay phase shifters and wideband switches (IEEE Transactions and Microwave Theory and Techniques,vol.46,No.11,p1881〜1890,1998年)』（非特許文献１３）、『A low power/low voltage electrostatic actuator for RF MEMS applications (Solid-State Sensors and Actuator Workshop,p246-249,2000年)』（非特許文献１４）等がある。
【００４３】
ＭＥＭＳによる可変キャパシタは、上下電極間のエア・ギャップや対向する櫛歯電極間のエア・ギャップで容量を形成し、静電引力によって一方の電極を稼動してエア・ギャップを変え、容量を可変とする。しかしながら基板と電極との寄生容量や、絶縁膜で被覆された上下電極が接触した時の微小ギャップによる寄生容量によって、容量の可変範囲が制限され、現状では１桁程度の可変範囲に留まっている。
【００４４】
一方、可変インダクタの例としては、特開２００３−６８５７１号公報（特許文献５）、『オンチップＲＦ可変インダクタの開発（電子情報通信学会技術報告,SDM2002-231,p23〜28,2003年）』（非特許文献１５）や『Self-Asembling MEMS Variable and Fixed RF Inductor （IEEE Transactions and Microwave Theory and Techniques,vol.49,No.11,p2093〜2098,2001年）』（非特許文献１６）等がある。
【００４５】
特開２００３−６８５７１号公報（特許文献５）では、図２７に示すように、伝送線路(スパイラルインダクタ)６９１の下方に複数の導体板６４２，６４３を設け、スイッチ６３０（ＳＷ１’，ＳＷ２’）によって接地する導体板を切替えることでインダクタンスを可変する。
【００４６】
特許文献５に開示された方法は、スイッチによって地板の位置を変化させることで伝送線路を構成する線路の特性インピーダンスを変える方法であるが、ここで報告されているインダクタンスの変化量は2.5〜4.8nHであり、大きな可変範囲は期待できないと予想される。
【００４７】
オンチップＲＦ可変インダクタは、図２８に示すように、基板から浮いたバネ状のコイルを機械的に押してコイル高さを変え、コイルの側面から漏れる磁束を変化させてインダクタンスを可変としている。
【００４８】
また、非特許文献１６に開示されたSelf-Asembling MEMS Variable Inductorでは、図２９に示すように、２本の直立したループを加熱し、一方のループを大きくカールさせることでループ間から漏れる磁束を変えてインダクタを可変とする。
【００４９】
上述したオンチップＲＦ可変インダクタ，Self-Asembling MEMS Variable Inductorともに、インダクタ側面からの漏れ磁束を利用してインダクタンスを可変する方法であるが、これらの文献で報告された可変範囲はオンチップＲＦ可変インダクタで約３％、Self-Asembling MEMS Variable Inductorでは約50％であり、このような方法を用いても大きな可変範囲は実現できないと考えられる。
【００５０】
よって上記特許文献５に開示されたものや、非特許文献１５や非特許文献１６に開示されたオンチップＲＦ可変インダクタ，Self-Asembling MEMS Variable Inductorともマルチバンド対応アンテナの自動整合回路の構成素子としては不適と考えられる。
【００５１】
多くの通信規格が並存するようになると周波数だけではなく偏波を制御して通信容量を改善する方法も取られている。従来は１個の直線偏波を用いていたが水平偏波と垂直偏波を切替える偏波ダイバシチーや円偏波が注目されつつあり、既にＧＰＳ（Global Positioning System），ＥＴＣ（Electronic Toll Collection System），ＳＡＤＡＲＳ（Satellite Digital Audio Radio Services）等では円偏波が採用されている。
【００５２】
前記の従来例では、多層板構成の３周波共振アンテナにおいてＧＰＳ用アンテナとＥＴＣ用アンテナは円偏波対応としている。しかしながら多層板構成の３周波共振アンテナでは１個の放射素子が１つの周波数に対応しており、１つの周波数では１個の偏波となり偏波自体を切替える機能は持っていない。そのため同一周波数で偏波を切替える場合は偏波に対応した数だけ放射素子が必要となり、アンテナが大型化する欠点がある。
【００５３】
また、アンテナの共振長をスイッチで切替える方法を開示した特許文献１〜４では円偏波は実現されておらず、偏波を切替える機能も持っていない。
【００５４】
偏波切替えに特化したアンテナとしては、『Polarization Reconfigurable Patch Antenna using Microelectromechanical System(MEMS) Actuators（2002年IEEE Antenna and Propagation Society International Symposium Digest,p6〜9）』（非特許文献１７）、『ダイオードを用いた偏波切換えマイクロストリップアンテナ（2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-137）』（非特許文献１８）等がある。
【００５５】
非特許文献１７のPolarization Reconfigurable Patch Antennaは、図３０に示すように、パッチアンテナ６００の直交する２辺に切り欠きを作り、一方の切り欠きにはメタルスタブを持ったＭＥＭＳアクチュエータ６０１を設けておく。給電線６０２はパッチアンテナ６００の頂点からなされる。
【００５６】
図３０において、ＭＥＭＳアクチュエータ６０１がＯＦＦの場合は励振される２方向で位相差が90度となり、円偏波が放射される。ＭＥＭＳアクチュエータ６０１がＯＮの場合はメタルスタブがアンテナに接続されるため一方の共振長が伸びて、２つの励振方向の位相差が90度からずれ楕円偏波あるいは直線偏波が放射される。
【００５７】
非特許文献１８の偏波切換えマイクロストリップアンテナでは、図３１に示すように、マイクロストリップアンテナの地板に２つの励振方向に対応する電磁結合用スロット（７０１および７０２）を２個設け、更に地板の下にＹ字のマイクロストリップ線路７１０を配置し、Ｙ字の線路の逆向きのＰＩＮダイオードＤ１（７０３），Ｄ２（７０４）を設けて地板と短絡しておく。ＰＩＮダイオードのＯＮ，ＯＦＦによって一方の電磁結合用のスロットを選択できるため、直交する２つの偏波を切替えることができる。
【００５８】
上記の２つのアンテナは偏波の切替えが行なえるが、周波数は１個であり、マルチバンドには対応できていない。なおPolarization Reconfigurable Patch Antennaと同様な構造を用いて２バンドや３バンドに対応したマルチバンド対応アンテナが『Microelectromechanical Systems(MEMS) Actuators for Antenna Reconfigurability（2001年IEEE MTT-S. Digest,p215-218)』（非特許文献１９）で報告されている。しかしながら、上記のアンテナで放射される電波は全て直線偏波であり、マルチバンドと偏波切替えの両立はできていない。
【００５９】
今後更に多くの通信規格が並存するようになると、電波を空間的に分離する方法も必要になると思われる。従来は無指向性アンテナが一般的であったが、指向性アンテナを用いると同一エリア内で電波を空間的に分離できるため、エリア内での通信容量を飛躍的に向上できる。
【００６０】
また、指向性制御アンテナは、ビームが放射される方向で無指向性アンテナより利得が改善されているので、受信側に用いた場合は受信電力が大きくなり、高速伝送が可能になる。送信側に用いた場合は同じ情報を送るための電力が少なくて済み、消費電力の低減が期待できることから、指向性制御アンテナの研究も活発に行なわれている。
【００６１】
指向性アンテナの例としては携帯電話の基地局ではセクタアンテナにより通信路を空間的に分離する方法が採用されている。しかしながらセクタアンテナはビーム幅を絞ったアンテナを複数本準備し異なる方向へ個々のアンテナを向ける必要があり、アンテナが大型化して携帯端末や無線ＬＡＮへの導入は困難である。
【００６２】
指向性アンテナとしては八木・宇田アンテナがよく知られている。八木・宇田アンテナとはダイポールアンテナの前後にダイポールアンテナよりも電気長の短い導波器と、ダイポールアンテナよりも電気長の長い反射器を置いて指向性を付与するものである。八木・宇田アンテナの原理を２次元の指向性制御に用いた例としては特開２００１−３６３３７号公報（特許文献６）がある。
【００６３】
特許文献６では、図３２に示すように、給電素子８００の回りに複数の無給電素子８０１を配置し、無給電素子８０１にキャパシタ８０２と地板８０３と導通するスイッチ回路８０４を並列に設け、スイッチ回路８０４を導通または遮断することで無給電素子８０１を導波器ないし反射器として作用させて指向性を制御する。
【００６４】
特許文献６の構成では、導波器や反射器を共通化するためアンテナの占有面積は小さくなるが、給電素子８００や無給電素子８０１にモノポールアンテナを用いるためアンテナが立体的になり、携帯端末や無線ＬＡＮ端末への導入は困難である。
【００６５】
指向性を制御する他の方法としては、例えば特開平６−１１２７２７号公報（特許文献７）がある。特許文献７において用いられているアンテナの構造を図３３（ａ）に、放射パターンを図３３（ｂ），図３３（ｃ）に示す。
【００６６】
特許文献７に開示されたものでは、図３３（ａ）に示すように、誘電体８１０の裏面に地板８１１を設け、誘電体８１０の表面には外周部が地板８１１と短絡した円環放射導体８１２を設け、更に円環状導体８１２の内部には地板８１０と短絡するダイオードを配置している。
【００６７】
そして、ダイオードのＯＮ，ＯＦＦにより２つの励振モード（TM110モード（図３３（ｂ））とTM210モード（図３３（ｃ））を選択でき、TM110モードとTM210モードを同じ周波数にすると、２つの放射パターンの切替えが可能となる。しかしながら特許文献７では選択できる放射パターンは２つに限定され、きめ細かい指向性制御は不可能であり、限定的な用途にしか使えない。
【００６８】
また、フェーズドアレイアンテナやアダプティブアレイアンテナのように複数のアンテナからの放射パターンを合成して指向性を制御する方法もある。フェーズドアレイアンテナではアンテナの数だけ移相器とフロントエンド回路が必要で、移相器を制御する演算回路も必要であることから無線モジュールが複雑化・大型化し、現状ではレーダーとして利用されているに過ぎず、携帯端末や無線ＬＡＮへの導入は困難である。また移相器の挿入ロスによって送受信の電力が低下する欠点もある。
【００６９】
アダプティブアンテナでは、ベクトル合成するための演算回路と、ベクトル合成をベースバンドで行なう場合はアンテナの数だけベースバンド回路やフロントエンド回路が必要であり、ベクトル合成をフロントエンドで行なう場合はアンテナの数だけフロントエンド回路が必要であり、無線モジュールの複雑化・大型化は避けられない。
【００７０】
しかしながら、空間ビーム形成によって信号を合成するエスパアンテナが提案され、ベクトル合成するための演算回路は必要であるが、ベースバンド回路とフロントエンド回路が１個でよいことから大きな期待を集めている。
【００７１】
エスパアンテナの従来例としては、例えば特開平１０−１５４９１１号公報（特許文献８），特開２００２−３２５０１２号公報（特許文献９）がある。これらに開示されたエスパアンテナでは、図３４に示すように、モノポールアンテナからなる給電素子８２０の回りに複数の可変リアクタンスＸｉを装荷した無給電素子８２１を配置し、無給電素子８２１のリアクタンスをスイッチによって切替えることで指向性を制御している。
【００７２】
しかしながら、これら特許文献８，９では、給電素子の回りに多くの無給電素子を配置する必要があり、アンテナの小型化にも限界がある。またモノポールアンテナを用いるためアンテナが立体化し、携帯端末や無線ＬＡＮ端末への導入は困難である。
【００７３】
平面アンテナを用いて指向性を制御する方法としては、『Electronically Steering Yagi-Uda Microstrip Patch Antenna array（1995年IEEE Antenna and Propagation Society International Symposium,p1870）』（非特許文献２０）、『Electronic beam steering using switched parasitic patch elements （Electronics Letters,vol.33,No.1,p7-8,1997年） 』（非特許文献２１）、『ビーム成形用マイクロストリップアレーアンテナ（2002年電子情報通信学会総合大会,講演番号B-1-234）』（非特許文献２２）、『Ｘ字型配列マイクロストリップアレーアンテナによる２次元ビーム成形（2003年電子情報通信学会総合大会,講演番号B-1-248）』（非特許文献２３）等がある。
【００７４】
非特許文献２０（Electronically Steering Yagi-Uda Microstrip Patch Antenna array）では、図３５に示すように、マイクロストリップアンテナを用い、反射器を共通して八木・宇田アンテナを４方向で構成し、給電素子を切替えることで４方向の指向性制御を実現している。
【００７５】
非特許文献２１（Electronic beam steering using switched parasitic patch elements）では、図３６に示すように、マイクロストリップアンテナをＥ面方向で配列し、中心の素子を給電素子、両端の素子を無給電素子とし、無給電素子は地板と短絡するスイッチを設けている。一方の無給電素子を地板と短絡させることで反射器として機能させ、Ｅ面方向での指向性制御が行なえる。
【００７６】
非特許文献２２（ビーム成形用マイクロストリップアレーアンテナ）では、図３７に示すように、マイクロストリップアンテナからなる給電素子（Ｆ−ＭＳＡ）の両端に可変リアクタンスが装荷された無給電素子（Ｐ−ＭＳＡ）を配置し、無給電素子のリアクタンスを変化させＨ面で指向性制御を行なっている。Ｘ字型配列マイクロストリップアレーアンテナは前記の効果を利用したものであり、給電素子の回り４方向に可変リアクタンスを装荷した無給電素子を配置し、２次元での指向性制御を実現している。
【００７７】
上記の例はマイクロストリップアンテナを用いているため、特許文献６（特開２００１−３６３３７号公報）のアンテナや、特許文献８，９のエスパアンテナと異なり低背化されているためアンテナの小型化には有利である。
【００７８】
しかしながら、セクタアンテナ、八木・宇田アンテナ、フェーズドアレイアンテナ、エスパアンテナ、Electronic beam steering using switched parasitic patch elements、ビーム成形用マイクロストリップアレーアンテナでは給電素子の共振長が１個であるため、周波数は１個に限定される。
【００７９】
よって、上記のアンテナ構造を利用してマルチバンドや偏波切替えを行なう場合は、バンドと偏波の数だけアンテナを配置する必要があり、アンテナの設置面積が非常に大きくなる欠点がある。ある程度の設置面積が確保できる場合は２〜３周波対応や１周波での偏波切替えは可能であろうが、携帯端末・無線ＬＡＮ端末ではアンテナの設置面積が限られるためマルチバンド対応、偏波切替えは事実上不可能と予想される。
【００８０】
また、特許文献７（特開平６−１１２７２７号公報）では元々２つのモードで励振しているため、２つのモードの周波数を異ならせて２周波にすることは可能であるが、その場合は同一周波数で指向性制御ができなくなり、指向性制御アンテナとしては使えない。
【００８１】
また、先に述べたGTRI Prototype Aperture AntennaはＦＥＴスイッチのＯＮ，ＯＦＦの組み合わせによって放射素子の形状を変化させ、多周波対応と指向性制御が可能である。但しGTRI Prototype Aperture Antenna ではＦＥＴスイッチのＯＮ，ＯＦＦを遺伝的アルゴリズムを用いて切替えるため演算回路が複雑で、平衡電流で給電するためバンドの数だけバランが必要となり、かつ可変周波数範囲も１〜２ＧＨｚ程度と狭い等の欠点を持ち、多周波に特化したアンテナと比較して周波数可変のパフォーマンスは非常に悪い。
【００８２】
以上述べたように、今後は通信規格が益々多くなり、アンテナや無線モジュールには多周波対応・偏波切替え・指向性制御の３つの機能が新たに要求されるようになるが、現状では３つのの機能を持つアンテナは全く提案されておらず、２つの機能を持つGTRI Prototype Aperture Antennaが提案されているのみである。またGTRI Prototype Aperture Antennaにおいても多周波対応の機能は単機能アンテナと比較して性能が著しく低く、実用化するためには大きな課題がある。
【００８３】
なお、本出願人は、テーパードスロットアンテナに関して、特許出願を行っている。例えば、特開平１０−１３１４１号公報（特許文献１０），特開平１０−１３１４３号公報（特許文献１１），特開平１０−１７３４３２号公報（特許文献１２），特開平１１−１６３６２６号公報（特許文献１３）等がある。テーパードスロットアンテナは入力インピーダンスが広帯域に渡り一定であり、広帯域アンテナに区分される。広い周波数帯で送受信が可能であるが、偏波切替え・指向性制御の機能は持っていない。
【００８４】
【特許文献１】特開２０００−２３６２０９号公報
【特許文献２】特開２００２−２６1５３３号公報
【特許文献３】特開２００３−１２４７３０号公報
【特許文献４】ＵＳＰ６1９８４３８
【特許文献５】特開２００３−６８５７１号公報
【特許文献６】特開２００１−３６３３７号公報
【特許文献７】特開平６−１１２７２７号公報
【特許文献８】特開平１０−１５４９１１号公報
【特許文献９】特開２００２−３２５０１２号公報
【特許文献１０】特開平１０−１３１４１号公報
【特許文献１１】特開平１０−１３１４３号公報
【特許文献１２】特開平１０−１７３４３２号公報
【特許文献１３】特開平１１−１６３６２６号公報
【非特許文献１】多層板構成の３周波共振アンテナの設計と実測結果（電子情報通信学会技術報告,AP2002-141,p41〜46,2003年）
【非特許文献２】Multifrequency Microstrip Patch Antenna Using Multiple Stacked Elements (IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol.13, No.3, p123-124,2003年)
【非特許文献３】２周波共用マイクロストリップアンテナ構成法の一検討（2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-161）
【非特許文献４】変形シルピンスキー型マイクロストリップアンテナの放射特性に関する一検討（2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-162）
【非特許文献５】２周波スロットボウタイアンテナ（2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-176）
【非特許文献６】GTRI Prototype Reconfigurable Aperture Design（2002年IEEE Antenna and Propagation Society International Symposium Digest,p473〜476）
【非特許文献７】The GTRI Prototype Reconfigurable Aperture Antenna（2003年IEEE Antenna and Propagation Society International Symposium Digest,p683〜686）
【非特許文献８】アンテナ自動整合システムにおける整合回路(電子情報通信学会論文誌B,vol.J85-B,No.11,p1977〜1980,2002年)
【非特許文献９】アンテナ自動整合システムにおける整合回路（2003年電子情報通信学会総合大会,講演番号B-1-62）
【非特許文献１０】最急降下法による人体近接アクティブアンテナの自動整合（電子情報通信学会技術報告,AP2003-31,p31〜36,2003年）
【非特許文献１１】液晶を用いたマイクロ波可変遅延線の設計とその挿入損に関する一考察（電子情報通信学会論文誌C,vol.J84-C,No.2,p90〜96,2001年）
【非特許文献１２】Modeling Synthesis and Characterization of a Millimeter-Wave Multilayer Microstrip Liquid Crystal Phase Shifter, (Japanese Journal of Applied Physics,vol.36,p4409〜4413,1997年）
【非特許文献１３】Distributed MEMS true-time delay phase shifters and wideband switches (IEEE Transactions and Microwave Theory and Techniques,vol.46,No.11,p1881〜1890,1998年)
【非特許文献１４】A low power/low voltage electrostatic actuator for RF MEMS applications (Solid-State Sensors and Actuator Workshop,p246-249,2000年)
【非特許文献１５】『オンチップＲＦ可変インダクタの開発（電子情報通信学会技術報告,SDM2002-231,p23〜28,2003年）』
【非特許文献１６】Self-Asembling MEMS Variable and Fixed RF Inductor （IEEE Transactions and Microwave Theory and Techniques,vol.49,No.11,p2093〜2098,2001年）
【非特許文献１７】Polarization Reconfigurable Patch Antenna using Microelectromechanical System(MEMS) Actuators（2002年IEEE Antenna and Propagation Society International Symposium Digest,p6〜9）
【非特許文献１８】ダイオードを用いた偏波切換えマイクロストリップアンテナ（2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,講演番号B-1-137）
【非特許文献１９】Microelectromechanical Systems(MEMS) Actuators for Antenna Reconfigurability（2001年IEEE MTT-S. Digest,p215-218)
【非特許文献２０】Electronically Steering Yagi-Uda Microstrip Patch Antenna array（1995年IEEE Antenna and Propagation Society International Symposium,p1870）
【非特許文献２１】Electronic beam steering using switched parasitic patch elements （Electronics Letters,vol.33,No.1,p7-8,1997年）
【非特許文献２２】ビーム成形用マイクロストリップアレーアンテナ（2002年電子情報通信学会総合大会,講演番号B-1-234）
【非特許文献２３】Ｘ字型配列マイクロストリップアレーアンテナによる２次元ビーム成形（2003年電子情報通信学会総合大会,講演番号B-1-248）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００８５】
上述した背景技術において、従来技術とその問題点を述べたが、本発明はそのような問題点を解消し、多周波対応、偏波切替え、指向性制御の少なくとも２つの機能を有するアンテナモジュール技術を提供することを目的としている。以下、請求項毎の目的を述べる。
【００８６】
請求項１〜１０に記載の発明は、多周波対応、偏波切替え、指向性制御の少なくとも２つの機能を有するアンテナモジュールの構造を提供することを目的としている。更に請求項６，１０に記載の発明は、上記の目的に加え、帯域を拡大できるアンテナモジュールの構造を提供することを目的としている。
【００８７】
請求項１１に記載の発明は、多周波対応、偏波切替え、指向性制御の少なくとも２つの機能を持つ本発明のアンテナモジュールにおいて、良好な送受信を行うための小型な整合回路の構成を提供することを目的としている。
【００８８】
請求項１２，１３に記載の発明は、広い制御範囲を持つ可変インダクタの構造を提供することを目的としている。
【００８９】
請求項１４に記載の発明は、小型なアンテナモジュールを実現する構造を提供することを目的としている。
【００９０】
請求項１５に記載の発明は、低損失でかつ低コストのアンテナモジュールを実現する構造を提供することを目的としている。
【００９１】
請求項１６に記載の発明は、帯域幅の広いアンテナモジュールを実現する構造を提供することを目的としている。
【００９２】
請求項１７に記載の発明は、簡単に指向性を持たせるための構造を提供することを目的としている。
【００９３】
請求項１８，１９に記載の発明は、複数の無線規格に対応でき、多周波対応、偏波切替え、指向性制御の少なくとも２つの機能を有する小型な無線モジュールの構造を提供することを目的としている。
【００９４】
請求項２０に記載の発明は、複数の無線規格に対応でき、多周波対応、偏波切替え、指向性制御の少なくとも２つの機能を有する小型な無線システムの構成を提供することを目的としている。
【００９５】
請求項２１〜２３に記載の発明は、多周波対応、偏波切替え、指向性制御の少なくとも２つの機能を有するアンテナモジュールの制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００９６】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成を具備させたものである。すなわち、
（１）請求項１記載の発明は、周波数切替え、偏波切替え、指向性制御の３つの機能のうち少なくとも２つの機能を有するアンテナモジュールであって、複数の放射素子からなるアンテナアレイと、前記複数の放射素子に給電する複数の給電点と、前記複数の放射素子のうち隣接する放射素子間を選択的に接続／遮断制御する第１のスイッチと、給電線を前記複数の給電点に選択的に切替える第２のスイッチと、アンテナの入力ピーダンスを前記給電線の特性インピーダンスに合わせるための定数を可変できる整合回路とを有することを特徴とする。
【００９７】
（２）請求項２記載の発明は、請求項１に記載のアンテナモジュールにおいて、アンテナアレイは、前記第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長の異なる放射素子を形成する構造を有し、かつ同じ偏波を放射する場合は、前記第２のスイッチによって複数の給電点から同一の給電点を選択し、更に前記整合回路によって第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより形成される前記放射素子の入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスと整合させることを特徴とする。
【００９８】
（３）請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載のアンテナモジュールにおいて、アンテナアレイは、マトリックス状に配置された複数の矩形の導体からなるマイクロストリップアンテナアレイであることを特徴とする。
【００９９】
（４）請求項４記載の発明は、請求項３に記載のアンテナモジュールにおいて、アンテナアレイは、前記第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長の異なる矩形の放射素子を形成する構造を有し、かつ励振方向の同じ直線偏波を放射する場合は、前記複数の給電点から、前記第１のスイッチの導通によって形成された矩形の放射素子の励振方向と直交する辺の中点の垂線上にある同一の給電点を前記第２のスイッチによって選択することを特徴とする。
【０１００】
（５）請求項５記載の発明は、請求項３に記載のアンテナモジュールにおいて、アンテナアレイは、前記第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長を異なる長方形の放射素子を形成する構造を有し、かつ同じ旋回方向の楕円偏波を放射する場合は、前記複数の給電点から、前記第１のスイッチの導通によって形成された長方形の放射素子の対角線上にある同一の給電点を前記第２のスイッチによって選択することを特徴とする。
【０１０１】
（６）請求項６記載の発明は、請求項３から５のいずれかに記載のアンテナモジュールにおいて、第１のスイッチは、隣接する矩形の導体の辺のほぼ全面で導通あるいは遮断する構造を有することを特徴とする。
【０１０２】
（７）請求項７記載の発明は、請求項１または２に記載のアンテナモジュールにおいて、アンテナアレイは、直交する２方向に直線的に配置された複数のスロットが複数列あるスロットアンテナアレイであることを特徴とする。
【０１０３】
（８）請求項８記載の発明は、請求項７に記載のアンテナモジュールにおいて、アンテナアレイは、直交する２方向で前記第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長の異なる短冊状の放射素子を形成する構造を有し、かつ励振方向の同じ直線偏波を放射する場合は、前記複数の給電点から、前記第１のスイッチの接続によって形成された短冊状の放射素子の短手方向にある同一の給電点を前記第２のスイッチによって選択することを特徴とする。
【０１０４】
（９）請求項９記載の発明は、請求項７に記載のアンテナモジュールにおいて、アンテナアレイは、直交する２方向で前記第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長の異なる短冊状の放射素子を形成する構造を有し、かつ楕円偏波を放射する場合は、直交する２方向で共振長の同じ短冊状の放射素子を形成し、更に前記複数の給電点から、前記第１のスイッチの接続によって形成された前記２個の短冊状の放射素子の短手方向にある各給電点を前記第２のスイッチによって選択することを特徴とする。
【０１０５】
（１０）請求項１０記載の発明は、請求項７から９のいずれかに記載のアンテナモジュールにおいて、第１のスイッチによって隣接するスロットは、スロットの短手のほぼ全面で接続する構造を有することを特徴とする。
【０１０６】
（１１）請求項１１記載の発明は、請求項１から１０のいずれかに記載のアンテナモジュールにおいて、整合回路は、ＭＥＭＳによる可変インダクタと可変キャパシタの組み合わせで構成され、インダクタンスあるいはキャパシタンスを変えることによりアンテナの入力ピーダンスを前記給電線の特性インピーダンスに合わせるものであることを特徴とする。
【０１０７】
（１２）請求項１２記載の発明は、請求項１１に記載のアンテナモジュールにおいて、前記可変インダクタは、可動配線と固定配線からなるスパイラルインダクタであり、可動配線を動かすことでスパイラルインダクタの内径，外径またはスパイラルのピッチの少なくとも１つを可変する構造を有することを特徴とする。
【０１０８】
（１３）請求項１３記載の発明は、請求項１１または１２に記載のアンテナモジュールにおいて、可変インダクタは、送信あるいは受信される高周波信号が通る第１のインダクタと第１のインダクタと分離された第２のインダクタからなり、前記第１のインダクタと前記第２のインダクタの距離を可変する構造を有することを特徴とする。
【０１０９】
（１４）請求項１４記載の発明は、請求項１から１３のいずれかに記載のアンテナモジュールにおいて、第１の基板に前記アンテナアレイと前記第１のスイッチがあり、第２の基板に前記整合回路と前記第２のスイッチがあり、第１の基板と第２の基板は積層されていることを特徴とする。
【０１１０】
（１５）請求項１５記載の発明は、請求項１４に記載のアンテナモジュールにおいて、第１の基板がガラス基板であることを特徴とする。
【０１１１】
（１６）請求項１６記載の発明は、請求項１から１５のいずれかに記載のアンテナモジュールにおいて、第１のスイッチの各々は、他の第１のスイッチと対向する先端部分の形状をＶ形状に延長し、対向する４つの第１のスイッチの間隙がＸ状になるようにしたことを特徴とする。
【０１１２】
（１７）請求項１７記載の発明は、請求項１から６、１１から１６のいずれかに記載のアンテナモジュールにおいて、地板を有し、前記複数の放射素子を選択的に前記地板に接続する第３のスイッチを設けたことを特徴とする。
【０１１３】
（１８）請求項１８記載の発明は、請求項１４から１７のいずれかに記載のアンテナモジュールの第２の基板にフロントエンド回路，ベースバンド回路の少なくとも一部があることを特徴とする。
【０１１４】
（１９）請求項１９記載の発明は、請求項１４から１７のいずれかに記載のアンテナモジュールまたは請求項１６に記載の無線モジュールに第３の基板が積層されており、かつ前記第３の基板にはフロントエンド回路，ベースバンド回路の少なくとも一部があることを特徴とする。
【０１１５】
（２０）請求項２０記載の発明は、請求項１から１９のいずれかに記載のアンテナモジュールまたは請求項１６から１７のいずれかに記載の無線モジュールを用いたことを特徴とする。
【０１１６】
（２１）請求項２１記載の発明は。複数の放射素子からなるアンテナアレイと、前記複数の放射素子に給電する複数の給電点と、前記複数の放射素子のうち隣接する放射素子間を選択的に接続／遮断制御する第１のスイッチと、給電線を前記複数の給電点に選択的に切替える第２のスイッチと、アンテナの入力ピーダンスを前記給電線の特性インピーダンスに合わせるため整合回路とを有し、周波数切替え、偏波切替え、指向性制御の３つの機能のうち少なくとも２つの機能を有するアンテナモジュールの制御方法であって、第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長の異なる放射素子を形成するステップと、第２のスイッチによって複数の給電点から同一の給電点を選択して同じ偏波を放射するステップと、整合回路によって第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより形成される前記放射素子の入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスと整合させるステップを有することを特徴とする。
【０１１７】
（２２）請求項２２記載の発明は、複数の放射素子からなるアンテナアレイと、前記複数の放射素子に給電する複数の給電点と、前記複数の放射素子のうち隣接する放射素子間を選択的に接続／遮断制御する第１のスイッチと、給電線を前記複数の給電点に選択的に切替える第２のスイッチと、アンテナの入力ピーダンスを前記給電線の特性インピーダンスに合わせるため整合回路とを有し、周波数切替え、偏波切替え、指向性制御の３つの機能のうち少なくとも２つの機能を有するアンテナモジュールの制御方法であって、第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長の異なる矩形の放射素子を形成するステップと、前記複数の給電点から、前記第１のスイッチの導通によって形成された矩形の放射素子の励振方向と直交する辺の中点の垂線上にある同一の給電点を前記第２のスイッチによって選択することによって励振方向の同じ直線偏波を放射するステップとを有することを特徴とする。
【０１１８】
（２３）請求項２３記載の発明は、複数の放射素子からなるアンテナアレイと、前記複数の放射素子に給電する複数の給電点と、前記複数の放射素子のうち隣接する放射素子間を選択的に接続／遮断制御する第１のスイッチと、給電線を前記複数の給電点に選択的に切替える第２のスイッチと、アンテナの入力ピーダンスを前記給電線の特性インピーダンスに合わせるため整合回路とを有し、周波数切替え、偏波切替え、指向性制御の３つの機能のうち少なくとも２つの機能を有するアンテナモジュールの制御方法であって、第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長を異なる長方形の放射素子を形成するステップと、前記複数の給電点から、前記第１のスイッチの導通によって形成された長方形の放射素子の対角線上にある同一の給電点を前記第２のスイッチによって選択することによって同じ旋回方向の楕円偏波を放射するステップを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０１１９】
請求項１および２記載のアンテナモジュールによれば、第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長の異なる放射素子を形成できるので多周波に対応できる。また第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせによって形成された放射素子に対し、所望の偏波を発生する方向に電流を流す給電点を第２のスイッチで選択することによって偏波切替えが実現できる。
【０１２０】
さらに、第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせによって、給電点を含む放射素子に隣接して無給電素子を配置できるため指向性制御が可能となる。よって多周波対応，偏波切替え，指向性制御の少なくとも２つの機能を持つことができる。
【０１２１】
また、定数を可変できる整合回路を持っているため、第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせによって形成された複数の放射素子に対し、アンテナの入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスとマッチングできる。その結果効率的な送受信が可能となる。
【０１２２】
更に、同じ偏波を放射する場合は同一の給電点を用いることができるため、給電点を少なくできる。
【０１２３】
請求項３記載のアンテナモジュールによれば、第１のスイッチの導通／遮断の組み合わせによって複数の外形の異なる放射素子を形成できる。ここで上記の複数の放射素子に対し、Ｘ方向の辺を励振長にするように給電点を第２のスイッチで選択すると、周波数の異なるＸ方向の直線偏波を放射できる。
【０１２４】
また、上記複数の放射素子に対し、Ｙ方向の辺を励振長にするように給電点を第２のスイッチで選択すると、周波数の異なるＹ方向の直線偏波を放射できる。
【０１２５】
更に、上記の複数の放射素子に対し、楕円偏波を励振するように給電点を第２のスイッチで選択すると、周波数の異なる楕円偏波を放射できる。以上のように本請求項の構造を持つと多周波・偏波切替えが可能である。
【０１２６】
また、第１のスイッチの導通／遮断の組み合わせによって、給電点を含む放射素子に隣接してマイクロストリップアンテナからなる無給電素子を配置できる。そのため給電素子の形状と無給電素子の形状を変えて無給電素子を反射器として動作させる方法や、隣接した無給電素子にリアクタンスを装荷する方法や、、隣接した無給電素子を地板と短絡する方法によって、指向性制御を実現できる。
【０１２７】
更に、アンテナアレイがマイクロストリップアンテナから構成されるため、第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせによって形成される放射素子もマイクロストリップアンテナ構造を取り、アンテナモジュールを低姿勢化（平面化）できる。
【０１２８】
加えてマイクロストリップアンテナはマイクロストリップ線路やコプレナー線路等の不平衡電流によって励振できるため、フロントエンド回路との接続が容易である。
【０１２９】
請求項４記載のアンテナモジュールによれば、第１のスイッチの導通、遮断の組み合わせによって形成された矩形の放射素子に対し給電点は前記放射素子の励振方向と直交する辺の中点の垂線上にあることになり、所望の直線偏波と直交する偏波を効率的に抑制して良好な直線偏波を放射できる。
【０１３０】
更に、同一の給電点を用いるため、周波数の異なる直線偏波を放射する場合の給電点を少なくできる。
【０１３１】
なお、同一の給電点を選択するため、第１のスイッチを導通／遮断状態の組み合わせによって形成される複数の矩形の放射素子ではインセット給電される位置が変化するが、前記の放射素子は第２のスイッチを介して定数が可変できる整合回路と接続されているので、整合回路の定数を適切に選ぶことによって前記の放射素子は入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスとマッチングできる。
【０１３２】
また、請求項５記載のアンテナモジュールによれば、第１のスイッチを導通／遮断状態の組み合わせによって長方形の放射素子を形成した場合、給電点は前記の放射素子の対角線上にあることになり、同じ旋回方向の楕円偏波を放射できる。
【０１３３】
更に、同一の給電点を選択できるため、給電点の数を少なくでき、より多くのマルチバンドに対応できる。
【０１３４】
なお、同一の給電点を選択するため、第１のスイッチを導通／遮断状態の組み合わせによって形成される複数の長方形の放射素子ではインセット給電される位置が変化するが、前記の放射素子は第２のスイッチを介して定数が可変できる整合回路と接続されているので、整合回路の定数を適切に選ぶことによって前記の放射素子は入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスとマッチングできる。
【０１３５】
請求項６記載のアンテナモジュールによれば、第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせによって矩形ないし長方形の放射素子を形成した場合、放射素子内部では４個の第１のスイッチによって囲まれた空隙が請求項５の場合よりも小さくなる。その結果、放射素子の帯域を請求項３〜５の構造よりも拡大できる。
【０１３６】
請求項７記載のアンテナモジュールによれば、第１のスイッチの導通／遮断の組み合わせによって複数の長手方向の長さが異なる短冊状の放射素子をＸ，Ｙの２方向で形成できる。ここで上記のＸ方向の複数の短冊状の放射素子に対し、短手の辺にある給電点を第２のスイッチで選択すると、周波数の異なるＸ方向の直線偏波を放射できる。
【０１３７】
また、上記のＹ方向の複数の短冊状の複数の放射素子に対し、短手にある給電点を第２のスイッチで選択すると、周波数の異なるＹ方向の直線偏波を放射できる。
【０１３８】
更に、第１のスイッチの導通／遮断の組み合わせによって同じ長手方向の長さを持つＸ，Ｙ方向にある２つの短冊状の放射素子を同時に形成し、各々の放射素子の短手にある給電点を選択し、給電点に流す電流に位相差を与えると、楕円偏波を放射する。楕円偏波を形成する場合もＸ，Ｙ方向の２つの短冊状の放射素子は第１のスイッチの導通／遮断の組み合わせによって励振長を変えることができるので多周波にも対応できる。以上のように本請求項の構造を持つと多周波・偏波切替えが可能である。
【０１３９】
また、第１のスイッチの導通／遮断の組み合わせによって、給電点を含む放射素子に隣接してスロットアンテナからなる無給電素子を配置できる。そのため給電素子の形状と無給電素子の形状を変えて無給電素子を反射器として動作させる方法によって、指向性制御を実現できる。
【０１４０】
更に、アンテナアレイがスロットアンテナから構成されるため、第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせによって形成される放射素子もスロットアンテナ構造を取り、アンテナモジュールを低姿勢化（平面化）できる。
【０１４１】
加えてスロットアンテナは電磁結合によってマイクロストリップ線路やコプレナー線路等の不平衡電流によって励振できるため、フロントエンド回路との接続が容易である。
【０１４２】
請求項８記載のアンテナモジュールによれば、給電点は第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせによって形成された前記短冊状の放射素子の短手方向にあることになり、前記給電点によって第１のスイッチの接続によって形成された前記の短冊状の放射素子を励振できる。
【０１４３】
また、同一の給電点を用いるため、周波数の異なる直線偏波を放射する場合の給電点を少なくできる。
【０１４４】
更に、第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせによって形成された前記の短冊状の放射素子は第２のスイッチを介して定数が可変できる整合回路と接続されているので、整合回路の定数を適切に選ぶことによって前記の放射素子は入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスとマッチングできる。
【０１４５】
請求項９記載のアンテナモジュールによれば、２個の給電点は第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせによって形成された前記の短冊状の２個の放射素子の短手方向にあることになり、前記の給電点によって第１のスイッチの接続によって形成された前記の短冊状の２個の放射素子を励振できる。ここで２個の給電点に流す電流に位相差を与えると、楕円偏波を放射できる。楕円偏波の場合もＸ，Ｙ方向の２つの短冊状の放射素子は第１のスイッチの導通／遮断の組み合わせによって励振長を変えることができるので多周波にも対応できる。
【０１４６】
また、前記の２個の短冊状の放射素子の短手方向にある各給電点を第２のスイッチによって選択するので、同じ旋回方向を持つ周波数の異なる楕円偏波を放射する場合、給電点の数を少なくできる。
【０１４７】
更に、第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせによって形成された前記の短冊状の２個の放射素子は第２のスイッチを介して定数が可変できる整合回路と接続されているので、整合回路の定数を適切に選ぶことによって前記の放射素子は入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスとマッチングできる。
【０１４８】
請求項１０記載のアンテナモジュールによれば、第１のスイッチの接続，遮断状態の組み合わせによって短冊状の放射素子を形成した場合、第１のスイッチが設けられた領域においてもスロットの短手の寸法は第１のスイッチの幅で制限されず、ほぼスロットの短手と同じになり、磁流の流れが制限されない。そのため放射素子の帯域を請求項７〜９の構造よりも拡大できる。
【０１４９】
請求項１１記載のアンテナモジュールによれば、整合回路を構成する要素であるインダクタとキャパシタは両者とも可変でき、従来の自動整合回路よりもインピーダンスの整合範囲を広くできる。また可変移相器を用いていないので、可変インダクタと可変キャパシタでπ型またはT型整合回路を構成すると、アンテナの入力インピーダンスの抵抗成分が50Ωより大きい場合でもスミスチャート上での整合の軌跡を比較的短くでき、整合できる帯域が狭くならない。
【０１５０】
また、可変インダクタと可変キャパシタはＭＥＭＳによって構成されるので挿入ロスが小さいので、効率的な送受信が可能となる。更にＭＥＭＳによって微細なインダクタとキャパシタを実現できるため整合回路をアンテナ裏面へも実装でき、アンテナモジュールの小型化が可能となる。更にＭＥＭＳによる可変キャパシタは高周波信号を良好に遮断できることから、１00ＧＨｚ程度の信号に対しても良好な可変容量として機能し、ミリ波領域まで整合できる回路を構成できる。
【０１５１】
請求項１２記載のアンテナモジュールによれば、スパイラルインダクタを通過する磁束やスパイラルインダクタから漏れる磁束を大きく変えるできる。そのためインダクタンスの大きな可変範囲を実現できる。
【０１５２】
請求項１３記載のアンテナモジュールによれば、第１のインダクタと第２のインダクタの距離を可変する構造を有するため、第１のインダクタと第２のインダクタの距離が近接すると、第２のインダクタで作られた磁束が送信あるいは受信される高周波信号が通る、つまり整合回路の構成要素である第１のインダクタを通るようになり、第１のインダクタと第２のインダクタの相互作用が大きくなり、見かけ上第１のインダクタのインダクタンスが増加する。一方第１のインダクタと第２のインダクタの距離を離すと第１のインダクタと第２のインダクタの相互作用が小さくなり、見かけ上第１のインダクタのインダクタンスが低下する。
【０１５３】
このように第１のインダクタと第２のインダクタの距離を制御することで相互結合の大きさを効率的に変化させることができる。そのため整合回路の構成要素である第１のインダクタのインダクタンスを広い範囲で制御することができる。
【０１５４】
請求項１４記載のアンテナモジュールによれば、第１の基板に前記のアンテナアレイと第１のスイッチがあり、第２の基板に前記の整合回路と第２のスイッチがあり、第１の基板と第２の基板は積層されている。
【０１５５】
一般にＭＥＭＳによるスイッチ，可変キャパシタ，可変インダクタの大きさは１ｍｍ□以下である。一方アンテナアレイの大きさは数ｍｍ□以上になる場合が多いので、第１の基板にアンテナアレイと第１のスイッチを設け、第２の基板に整合回路と第２のスイッチを設け、第１の基板と第２の基板を積層すると、第２の基板上でアンテナアレイの占有面積に相当するエリア内に整合回路や第２のスイッチを全て集積することができ、アンテナモジュールを小型化できる。
【０１５６】
請求項１５記載のアンテナモジュールによれば、第１の基板がガラス基板であり、ガラス基板はＭＥＭＳプロセスが行える基板であり、かつ誘電正接が低いことから、損失の小さいアンテナモジュールを形成できる。またガラス材料は低コストであるため、アンテナモジュールのコストを低減できる。
【０１５７】
請求項１６記載のアンテナモジュールによれば、帯域幅の広いアンテナモジュールを実現する構造を実現でき、請求項１７記載のアンテナモジュールによれば、簡単に指向性を持たせるための構造を実現できる。
【０１５８】
請求項１８記載の無線モジュールによれば、第２の基板にフロントエンド回路，ベースバンド回路の少なくとも一部がある。アンテナモジュールはほぼアンテナアレイで占有面積が決まるため小型である。よってアンテナモジュールを構成する第２の基板にフロントエンド回路，ベースバンド回路の少なくとも一部を設けても、既存の無線モジュールよりも小型化な無線モジュールが実現できる。
【０１５９】
また、アンテナモジュールが多周波対応、偏波切替え、指向性制御の少なくとも２つの機能を持つので、無線モジュールも同じ機能を持つ。そのため１個の無線モジュールで複数の無線規格に対応できる。また指向性も制御できるため、１個の周波数・偏波で用いる場合も、所定の方向に放射パターンを向けることで高い利得を実現でき、良好な送受信が行える。更に電波状況によって周波数，偏波，指向性を切替えることで絶えず良好な送受信を行うことができる。
【０１６０】
請求項１９記載の無線モジュールによれば、アンテナモジュールまたは無線モジュールに第３の基板が積層されており、かつ第３の基板にはフロントエンド回路，ベースバンド回路の少なくとも一部がある。本発明のアンテナモジュールはほぼアンテナアレイで占有面積が決まるため小型である。よってアンテナモジュールを構成する第２の基板の下方に第３の基板を積層し、フロントエンド回路，ベースバンド回路の少なくとも一部を設けても、既存の無線モジュールよりも小型化な無線モジュールが実現できる。
【０１６１】
また、アンテナモジュールが多周波対応、偏波切替え、指向性制御の少なくとも２つの機能を持つので、無線モジュールも同じ機能を持つ。そのため１個の無線モジュールで複数の無線規格に対応できる。また指向性も制御できるため、１個の周波数・偏波で用いる場合も、所定の方向に放射パターンを向けることで高い利得を実現でき、良好な送受信が行える。更に電波状況によって周波数，偏波，指向性を切替えることで絶えず良好な送受信を行うことができる。
【０１６２】
請求項２０記載の無線システムによれば、多周波対応、偏波切替え、指向性制御の少なくとも２つの機能を持つ。そのため１個の無線システムで複数の無線規格に対応できる。また指向性も制御できるため、１個の周波数・偏波で用いる場合も、所定の方向に放射パターンを向けることで高い利得を実現でき、良好な送受信が行える。更に電波状況によって周波数，偏波，指向性を切替えることで絶えず良好な送受信を行うことができる。
【０１６３】
請求項２１〜２３記載の制御方法によれば、多周波対応、偏波切替え、指向性制御の少なくとも２つの機能を有するアンテナモジュールの制御方法を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１６４】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【０１６５】
＜実施例１＞
本発明の実施例１を説明する。
図１−Ａは、本発明のアンテナモジュールの一例を示す図である。同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は断面図を示している。
【０１６６】
本実施例のアンテナモジュールは周波数切替え、偏波切替え、指向性制御の３つの機能を有するアンテナモジュールであり、アンテナモジュールは９個の放射素子（導体）１１からなるアンテナアレイと、３個の給電点（給電点Ａ１２，給電点Ｂ１３，給電点Ｃ１４）と、アンテナの入力ピーダンスを給電線の特性インピーダンスに合わせるため整合回路１５と、前記複数の隣接する放射素子１１間を相互に接続制御する１２個の第１のスイッチ１６と、前記３個の給電点を切替える３個の第２のスイッチ１７を有している。
【０１６７】
なお、整合回路１５は、例えば図１−Ｄに示すように（ａ）π型、（ｂ）Ｔ型、（ｃ）Ｌ型のインダクタンスとキャパシタ接続からなり、そのインダクタンスとキャパシタの定数が可変な構成を有している。また、アンテナアレイはマトリックス状に配置された複数の矩形の導体からなるマイクロストリップアンテナアレイである。
【０１６８】
アンテナモジュールの構成を詳細に記述すると、比誘電率3.9の石英からなる第１の基板１０の下面にCu層からなる地板１８が形成されており、地板１８の下にはアルミナからなる第２の基板１９が積層されている。第１の基板１０の上面にはCu層からなる９個の矩形の導体１１がマトリックス状に配置されている。９個の導体１１は全て外形が同じであり、Ｘ方向の長さはＷ１，Ｙ方向の長さはＬ１である。
【０１６９】
また、導体１１の間にはＭＥＭＳスイッチからなる第１のスイッチ１６が設けられている。第１のスイッチ１６は、詳細には図１−Ｂ（ａ）とその断面図（ｂ）に示すように、上部電極１６１，下部電極１６２，上部電極１６１に接続されたヒンジ１６３，バイアス電圧を印加するバイアスライン（図示せず）から構成され、上部電極１６１はヒンジ１６３によって可動できる構造を持ち、アンテナアレイを構成する９個の導体１１は第１のスイッチ１６によって各々接続できる構造となっている。
【０１７０】
具体的に述べると、第１のスイッチ１６の上部電極１６１にバイアスラインからバイアスが印加されると、上部電極１６１と下部電極１６２間に静電引力が生じ、上部電極１６１が下方に動いて導体１１と接触し、隣接した導体１１間は導通状態となる。
【０１７１】
一方、上部電極１６１のバイアスを遮断すると、上下電極間の静電引力が無くなり、上部電極１６１はヒンジ１６３の剛性によって上方へ動き、導体１１と遮断されて隣接した導体１１間は遮断状態となる。なお１２個の第１のスイッチ１６は外形は全て同じで、第１の基板１０上に形成されている。
【０１７２】
また、９個の導体のうち３個の導体には各々給電点Ａ１２〜Ｃ１４が設けられており、各給電点は第１の基板１０、第２の基板１９を貫通したビアによって、第２の基板１９上に形成された第２のスイッチ１７に接続され、その後１個の整合回路１５に接続されて給電される構造となっている。
【０１７３】
第２のスイッチ１７も第１のスイッチ１６と同様の構成を有し、ＭＥＭＳスイッチを備え、上部電極１７１，下部電極１７２，上部電極１７１に接続されたヒンジ，バイアスラインから構成され、上部電極１７１はヒンジによって可動して給電点を切替える。なお、図では第２のスイッチの上部電極は下部電極より下にあるが、本明細書では可動側の電極を上部電極と呼ぶことにする。
【０１７４】
第２のスイッチ１７の上部電極１７１にバイアスラインからバイアスが印加されると、上部電極１７１と下部電極１７２間に静電引力が生じ、上部電極１７１が上方に動いて給電線２０と接触し、所望の給電点を選択できる。図１−Ｃは、その様子を示す図である。
【０１７５】
また、上部電極１７１のバイアスを遮断すると、上下電極間の静電引力が無くなり、上部電極１７１はヒンジの剛性によって下方へ動き、給電線２０と遮断される。その場合は別の給電点と接続された別の第２のスイッチを導通状態にすることにより別の給電点が選択できる。
【０１７６】
なお、給電点Ａ１２は第１のスイッチ１６の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される複数の矩形の放射素子のうち、Ｙ方向の直線偏波を放射する共振長の異なる３つの放射素子（放射素子Ａ〜Ｃ、図２で詳細を説明）に用いられる給電点であり、３つの放射素子Ａ〜Ｃの励振方向と直交する辺の中点の垂線上にある。
【０１７７】
給電点Ｂ１３は、第１のスイッチ１６の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される複数の矩形の放射素子のうち、Ｘ方向の直線偏波を放射する共振長の異なる３つの放射素子（放射素子Ｄ〜Ｆ、図３で詳細を説明）に用いられる給電点であり、３つの放射素子Ｄ〜Ｆの励振方向と直交する辺の中点の垂線上にある。
【０１７８】
給電点Ｃ１４は、第１のスイッチ１６の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される複数の長方形の放射素子のうち、同じ旋回方向の楕円偏波を放射する共振長の異なる３つの放射素子（放射素子Ｇ〜Ｉ、図４で詳細を説明）に用いられる給電点であり、３つの放射素子Ｇ〜Ｉの対角線上にある。
【０１７９】
また、整合回路１５はＭＥＭＳによる可変インダクタと可変キャパシタをπ型に組み合わせた回路からなり、定数が可変できる構造となっている。
なお、本実施例では第２のスイッチ１７、整合回路１５、給電線２０は全て第２の基板１９に形成されているものとする。
【０１８０】
次に、マルチバンド及び偏波切替えに対応する場合の第１のスイッチ、第２のスイッチの動作について詳しく説明する。
【０１８１】
本発明のアンテナでは、９個の導体１１からアレイアンテナが構成されており、第１のスイッチ１６の導通／遮断状態の組み合わせによって複数の共振長の異なる矩形の放射素子を形成できる構造を持ち、同じ偏波を放射する場合は、前記第２のスイッチ１７によって複数の給電点から同一の給電点が選択され、更に定数（キャパシタの容量やインダクターのインダクタンス）が可変できる整合回路１５が設けられているため、第１のスイッチ１６の導通、遮断状態の組み合わせによって形成される前記放射素子の入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスと整合できることが特徴である。
【０１８２】
より詳細に記述すると、励振方向の同じ直線偏波を放射する場合は、３個の給電点から第１のスイッチ１６の導通によって形成された矩形の放射素子の励振方向と直交する辺の中点の垂線上にある同一の給電点が第２のスイッチ１７によって選択される。
【０１８３】
また、同じ旋回方向の楕円偏波を放射する場合は、３個の給電点Ａ１２〜Ｃ１４から、第１のスイッチ１６の導通によって形成された長方形の放射素子の対角線上にある同一の給電点を第２のスイッチ１７によって選択される。
【０１８４】
例えば、Ｙ方向の直線偏波を放射する場合について図２を用いて説明する。第１のスイッチ１６の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される矩形の放射素子のうち、給電点Ａ１２を含みＸ方向１個とＹ方向１個の導体からなる矩形の放射素子Ａ、給電点Ａ１２を含みＸ方向３個とＹ方向２個の導体からなる矩形の放射素子Ｂ、給電点Ａ１２を含みＸ方向３個とＹ方向３個の導体からなる矩形の放射素子Ｃを考える。
【０１８５】
３個の給電点のうち、給電点Ａ１２は、図示された導体のＸ方向の辺の中点の垂線上、つまりＸ方向１個とＹ方向１個の導体からなる矩形の放射素子ＡのＸ方向の辺（つまりＷ１）の中点の垂線上に設け、給電点Ｂ１３は、９個の導体のうち任意の１個の導体のＹ方向の辺の中点の垂線上に設け、給電点Ｃ１４は９個の導体のうち任意の１個の導体の対角線上に設けるものとする。
【０１８６】
第１のスイッチ１６の導通／遮断の組み合わせによって形成される３つの放射素子の大きさについて考えると、放射素子Ａ，Ｂ，Ｃの励振方向の長さ（つまりＹ方向の長さ）はＬ１，Ｌ２，Ｌ３であるため、放射素子ＡはＬ１を半波長とする放射素子として動作し、放射素子Ｂは 概ねＬ２を半波長とする放射素子として動作し、放射素子Ｃは概ねＬ３を半波長とする放射素子として動作する。厳密には放射素子Ｂ，Ｃは放射素子内部にある４つの第１のスイッチで囲まれた開口がインダクタンス成分として寄与するため、Ｌ２， Ｌ３は半波長からずれる。
【０１８７】
放射素子Ａ，Ｂ，Ｃの励振方向と直交する辺の長さ（つまりＸ方向の長さ）は、放射素子ＡではＷ１、放射素子Ｂ，ＣはＷ３となる。
【０１８８】
また、９個の導体１１と１２個の第１のスイッチ１６の外形は各々同じであることから、放射素子Ａの励振方向と直交する辺（つまりＷ１）の中点の垂線、放射素子Ｂの励振方向と直交する辺（つまりＷ３）の中点の垂線、放射素子Ｃの励振方向と直交する辺（つまりＷ３）の中点の垂線は全て一致することになる。
【０１８９】
ここで、給電点Ａ１２は放射素子ＡのＸ方向の辺（つまりＷ１）の中点の垂線上に設けられており、Ｘ方向が励振方向と直交する方向と一致することから、給電点Ａ１２は放射素子Ａの励振方向と直交する辺の中点の垂線上に設けられていることになる。
【０１９０】
また、放射素子Ａの励振方向と直交する辺の中点の垂線と、放射素子Ｂ，Ｃの励振方向と直交する辺の中点の垂線は共通であるので、給電点Ａ１２は放射素子Ｂ，Ｃに対しても励振方向と直交する辺の中点の垂線上にあることになる。
【０１９１】
よって、第１のスイッチ１６を全て遮断して放射素子Ａを形成し、給電点Ａ１２に接続された第２のスイッチ１７を導通し、他の第２のスイッチ１７を遮断して給電点Ａ１２を選択した場合、給電点Ａ１２は放射素子Ａの励振方向と直交する辺の中点の垂線上にあるため、Ｙ方向の直線偏波と直交する偏波を効率的に抑制して良好な直線偏波を放射できる。
【０１９２】
また、放射素子Ａの入力インピーダンスが給電線２０の特性インピーダンスと異なった場合においても、放射素子Ａは第２のスイッチ１７を介して構成要素であるキャパシタの容量やインダクタのインダクタンスなどの定数が可変できる整合回路１５と接続されているので、整合回路１５の定数を適切に選ぶことによって放射素子Ａの入力インピーダンスを給電線２０の特性インピーダンスとマッチングさせることができる。
【０１９３】
また、第１のスイッチ１６の導通／遮断状態の組み合わせによって放射素子Ｂを形成し、給電点Ａ１２に接続された第２のスイッチ１７を導通し、他の第２のスイッチ１７を遮断して給電点Ａ１２を選択した場合、給電点Ａ１２は放射素子Ｂの励振方向と直交する辺の中点の垂線上にあるため、Ｙ方向の直線偏波と直交する偏波を効率的に抑制して良好な直線偏波を放射できる。
【０１９４】
また、放射素子Ｂは、放射素子Ａとインセット給電される位置が異なるため、放射素子Ｂは放射素子Ａと異なる入力インピーダンスを持つが、放射素子Ｂも第２のスイッチ１７を介して上記定数が可変できる整合回路１５と接続されているので、整合回路１５の定数を適切に選ぶことによって放射素子Ｂの入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスとマッチングできる。
【０１９５】
更に、第１のスイッチ１６を全て導通して放射素子Ｃを形成し、給電点Ａ１２に接続された第２のスイッチ１７を導通し、他の第２のスイッチ１７を遮断して給電点Ａ１２を選択した場合、給電点Ａ１２は放射素子Ｃの励振方向と直交する辺の中点の垂線上にあるため、Ｙ方向の直線偏波と直交する偏波を効率的に抑制して良好な直線偏波を放射できる。
【０１９６】
また、放射素子Ｃは、放射素子Ａ，Ｂとインセット給電される位置が異なるため、放射素子Ｃは放射素子Ａ，Ｂと異なる入力インピーダンスを持つが、放射素子Ｃも第２のスイッチ１７を介して定数が可変できる整合回路１５と接続されているので、整合回路１５の定数を適切に選ぶことによって放射素子Ｃの入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスとマッチングすることができる。
【０１９７】
次に、Ｘ方向の直線偏波を放射する場合について図３を用いて説明する。
第１のスイッチ１６の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される矩形の放射素子のうち、給電点Ｂ１３を含みＸ方向１個とＹ方向１個の導体からなる矩形の放射素子Ｄ、給電点Ｂ１３を含みＸ方向２個とＹ方向３個の導体からなる矩形の放射素子Ｅ、給電点Ｂ１３を含みＸ方向３個とＹ方向３個の導体からなる矩形の放射素子Ｆを考える。
【０１９８】
給電点についてみると、図２と同様に、給電点Ａ１２は９個の導体のうち任意の１個の導体のＸ方向の辺の中点の垂線上、給電点Ｂ１３は図示された導体のＹ方向の辺（つまりＬ１）の中点の垂線上、つまりＸ方向１個とＹ方向１個の導体からなる矩形の放射素子ＤのＹ方向の辺（つまりＬ１）の中点の垂線上に設け、給電点Ｃ１４は９個の導体のうち任意の１個の導体の対角線上に設けている。
【０１９９】
第１のスイッチ１６の導通／遮断の組み合わせによって形成される３つの放射素子の大きさについて考えると、放射素子Ｄ，Ｅ，Ｆの励振方向の長さ（つまりＸ方向の長さ）はＷ１，Ｗ２，Ｗ３であるため、放射素子ＤはＷ１を半波長とする放射素子として動作し、放射素子Ｅは 概ねＷ２を半波長とする放射素子として動作し、放射素子Ｆは概ねＷ３を半波長とする放射素子として動作する。
【０２００】
厳密には放射素子Ｅ，Ｆは放射素子内部にある４つの第１のスイッチ１６で囲まれた開口がインダクタンス成分として寄与するため、Ｗ２， Ｗ３は半波長からずれる。
【０２０１】
放射素子Ｄ〜Ｆの励振方向と直交する辺の長さ（つまりＹ方向の長さ）は、放射素子ＤではＬ１、放射素子Ｅ，ＦはＬ３となる。
【０２０２】
また、９個の導体１１と１２個の第１のスイッチ１６の外形は各々同じであることから、図２と同様に放射素子Ｄの励振方向と直交する辺（つまりＬ１）の中点の垂線、放射素子Ｅの励振方向と直交する辺（つまりＬ３）の中点の垂線、放射素子Ｆの励振方向と直交する辺（つまりＬ３）の中点の垂線は全て一致することになる。
【０２０３】
よって、Ｘ方向の直線偏波を放射する場合、給電点Ｂ１３は矩形の放射素子Ｄ〜Ｆの励振方向と直交する辺の中点の垂線上にあることになる。
【０２０４】
よって、第１のスイッチ１６を導通／遮断状態の組み合わせによって放射素子Ｄ，Ｅ，Ｆを各々形成し、給電点Ｂ１３に接続された第２のスイッチ１７を導通し、他の第２のスイッチ１７を遮断して給電点Ｂ１３を選択した場合、給電点Ｂ１３は放射素子Ｄ，Ｅ，Ｆの励振方向と直交する辺の中点の垂線上にあるため、Ｘ方向の直線偏波と直交する偏波を効率的に抑制して良好な直線偏波を放射できる。
【０２０５】
また、放射素子Ｄ，Ｅ，Ｆの入力インピーダンスが給電線の特性インピーダンスと異なった場合においても、放射素子Ｄ，Ｅ，Ｆは第２のスイッチ１７を介して定数が可変できる整合回路１５と接続されているので、整合回路１５の定数を適切に選ぶことにより放射素子Ｄ，Ｅ，Ｆの入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスとマッチングすることができる。
【０２０６】
次に、楕円偏波を放射する場合について、図４を用いて説明する。
第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせによって形成される矩形の放射素子のうち、給電点Ｃ１４を含みＸ方向１個とＹ方向１個の導体からなる長方形の放射素子Ｇ、給電点Ｃ１４を含みＸ方向２個とＹ方向２個の導体からなる長方形の放射素子Ｈ、給電点Ｃ１４を含みＸ方向３個とＹ方向３個の導体からなる長方形の放射素子Ｉを考える。
【０２０７】
また、給電点Ａ１２は９個の導体のうち任意の１個の導体のＸ方向の辺の中点の垂線上、給電点Ｂ１３は９個の導体のうち任意の１個の導体のＹ方向の辺の中点の垂線上に設け、給電点Ｃ１４は図示された導体の導体の対角線上、つまりＸ方向１個とＹ方向１個の導体からなる長方形の放射素子Ｇの対角線上に設けている。
【０２０８】
マイクロストリップアンテナを対角線上から給電すると、マイクロストリップアンテナの直交する２辺を各々共振長とする２つモードが励振される。アンテナの外形を長方形にすると２つのモードに位相差が生じ楕円偏波が放射される。本実施例の放射素子Ｇは外形が長方形で対角線上から給電されているため、楕円偏波を放射する。
【０２０９】
第１のスイッチ６の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される３つの長方形の放射素子の大きさについて考えると、放射素子Ｇ，Ｈ，ＩのＹ方向の長さはＬ１，Ｌ２，Ｌ３であり、Ｘ方向の長さはＷ１，Ｗ２，Ｗ３となる。
【０２１０】
また、９個の導体と１２個の第１のスイッチの外形は各々同じであることから、放射素子Ｇの対角線、放射素子Ｈの対角線、放射素子Ｉの対角線は１本のライン上に乗る。
【０２１１】
ここで、給電点Ｃ１４はＸ方向１個とＹ方向１個の導体からなる長方形の放射素子Ｇの対角線上に設けられているので、長方形の放射素子Ｈ，Ｉに対しても給電点Ｃ１４は各々の対角線上に設けられていることになる。
【０２１２】
よって、第１のスイッチ１６を導通／遮断状態の組み合わせによって放射素子Ｇ，Ｈ，Ｉを各々形成し、給電点Ｃ１４に接続された第２のスイッチ１６を導通し、他の第２のスイッチ１７を遮断して給電点Ｃ１４を選択した場合、給電点Ｃ１４は放射素子Ｇ，Ｈ，Ｉの対角線上にあるため同じ旋回方向の楕円偏波を放射できる。
【０２１３】
また、放射素子Ｇ，Ｈ，Ｉの入力インピーダンスが給電線２０の特性インピーダンスと異なった場合においても、放射素子Ｇ，Ｈ，Ｉは第２のスイッチ１７を介して定数が可変できる整合回路１５と接続されているので、整合回路１５の定数を適切に選ぶことによって放射素子Ｇ，Ｈ，Ｉの入力インピーダンスを給電線２０の特性インピーダンスとマッチングさせることができる。
【０２１４】
なお、第１のスイッチ１６の接続によって形成される長方形の放射素子のＸ方向の長さとＹ方向の長さを適切に調整し、２つのモードの位相差を90度とすると円偏波が放射できる。
【０２１５】
以上のように、本実施例のアンテナモジュールでは、異なる共振長でかつ同じ偏波面を持つ３つの矩形ないし長方形の放射素子は共通の給電点を用いることができるため、特許文献４（ＵＳＰ６１９８４３８）と比較して給電点の数を少なくできる。そのためより多くのマルチバンドに対応できる。
【０２１６】
また、第２のスイッチ１７によって給電点を切替えることによって、２方向の直線偏波と楕円偏波をマルチバンドの機能を維持したまま切替えることが可能となる。
【０２１７】
更に、定数が可変できる整合回路１５を有しているため、第１のスイッチ１６の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される矩形または長方形の放射素子の入力インピーダンスを給電線２０の特性インピーダンスとマッチングでき、効率的に送受信が可能となる。
【０２１８】
更に、第１のスイッチ１６の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される矩形ないし長方形の放射素子はマイクロストリップアンテナ構造を取っているため、アンテナモジュールを低姿勢化（平面化）できる。加えてマイクロストリップ線路やコプレナー線路等の不平衡電流によって励振でき、フロントエンド回路との接続が容易である。
【０２１９】
なお、上述した図１〜４では９個の導体、及び１２個の第１のスイッチの外形を各々同じとしたが、アンテナアレイを構成する導体は外形が矩形であれば異なっていても構わず、第１のスイッチ１６の導通によって形成された複数の矩形の放射素子が励振方向の同じ直線偏波を放射する場合、その給電点が複数の矩形の放射素子の励振方向と直交する辺の中点の垂線上にあるように１個設けられ、また第１のスイッチ１６の導通によって形成された複数の長方形の放射素子が同じ旋回方向の楕円偏波を放射する場合は、その給電点が複数の長方形の放射素子の対角線上に１個設けられるようになっていればよい。
【０２２０】
また、本実施例では、９個の導体と３個の給電点によって３個の偏波と３個の周波数に対応できる構造を示したが、マトリックス状に配置された矩形の導体の数を多くすると、更に多くのバンドに適用できるようになる。
【０２２１】
また、本実施例では、Ｙ方向の３つの直線偏波は給電点Ａ１２から給電し、Ｘ方向の３つの直線偏波は給電点Ｂ１３から給電し、３つの楕円偏波は給電点Ｃ１４から給電される構造となっているが、マトリックス状に配置された導体数が非常に多くなると、同じ偏波面の放射素子全てを１個の給電点から給電すると整合回路の定数可変範囲が非常に広くなり、現実的ではない。
【０２２２】
そのような場合は、第１のスイッチ１６の導通によって形成され、同じ励振方向の直線偏波を放射する複数の矩形の放射素子をある程度の周波数範囲でブロック化し、そのブロック内に入る複数の矩形の放射素子に対して励振方向と直交する辺の中点の垂線上に１個の給電点の設け、異なるブロックでは該当するブロック内に入る複数の矩形の放射素子に対し励振方向と直交する辺の中点の垂線上にある前記と異なる１個の給電点を設け、同じ直線偏波をもつ電波を放射する場合も第２のスイッチによって給電点を切替えればよい。
【０２２３】
また、楕円偏波を放射する場合も、前記と同様に第１のスイッチの導通によって形成され、同じ旋回方向の楕円偏波を放射する複数の長方形の放射素子をある程度の周波数範囲でブロック化し、そのブロック内に入る複数の長方形の放射素子に対し対角線上に１個の給電点の設け、異なるブロックでは該当するブロック内に入る複数の長方形の放射素子に対し対角線上にある前記と異なる１個の給電点を設け、同じ旋回方向の偏波面をもつ電波を放射する場合も第２のスイッチによって給電点を選択すればよい。このような方法によって特許文献４（ＵＳＰ６１９８４３８）よりも著しく給電点を少なくでき、非常に多くのバンドに対応可能となる。
【０２２４】
次に、指向性を制御する方法について具体的に述べる。
本発明のアンテナモジュールは矩形の導体がマトリックス状に配置されているため、給電される放射素子の周りに第１のスイッチの導通／遮断によって無給電素子を配置することができる。
【０２２５】
指向性を切替える手段としては、給電素子の形状と無給電素子の形状を変える方法、給電素子の周りに配置した無給電素子に可変リアクタンスを装荷する方法、無給電素子を地板と短絡する方法が知られおり、本発明のアンテナモジュールも前述の方法が採用できる。
【０２２６】
放射素子Ｄを例に取って指向性を制御する方法を詳細に述べる。
図５は、給電素子の形状と無給電素子の形状を変える方法を説明するための図である。
【０２２７】
給電点Ｂ１３を持つ導体に接続された４個の第１のスイッチ１６を全て遮断して矩形の放射素子Ｄを形成し、給電点Ｂ１３に接続された第２のスイッチ１７を導通し、他の第２のスイッチ１７を遮断して給電点Ｂ１３を選択すると、Ｗ１を半波長とするＸ方向の直線偏波が放射される。
【０２２８】
ここで、図５中の一点鎖線で囲まれた３個の導体間を接続する２個の第１のスイッチを導通状態にすると３個の導体からなる無給電子が形成される。無給電素子は放射素子Ｄよりも励振方向の長さが非常に大きいので、放射素子Ｄに対して反射器２３として動作し、放射素子Ｄのビームを天頂から+Ｙ方向に傾かせる。図５のように、放射素子Ｄに接続されていない導体同士を第１のスイッチによって接続して反射器を構成すると、Ｘ，Ｙの２次元で指向性を制御することができる。
【０２２９】
図６は、給電素子の周りに配置した無給電素子に可変リアクタンスを装荷して指向性を制御する方法を説明するための図である。
給電点Ｂ１３を持つ導体１１に接続された４個の第１のスイッチ１６を全て遮断して矩形の放射素子Ｄを形成し、給電点Ｂ１３に接続された第２のスイッチ１７を導通し、他の第２のスイッチ１７を遮断して給電点Ｂ１３を選択すると、Ｗ１を半波長とするＸ方向の直線偏波が放射される。
【０２３０】
また、放射素子ＤにＸ方向及びＹ方向で隣接した４個の導体、つまり図中の一点鎖線で囲まれた４個の導体に可変リアクタンス２４を装荷しておく。
【０２３１】
放射素子Ｄに対して一方向で隣接した２個の導体に装荷された可変リアクタンス２４の一方を誘導性、他方を容量性にすると、放射素子Ｄの放射パターンは天頂方向から誘導性側の無給電素子側へ傾く。
【０２３２】
このように放射素子Ｄに隣接した導体に可変リアクタンス２４を装荷し、放射素子Ｄに対して一方向で隣接した２個の導体に装荷された可変リアクタンス２４の正負を逆にすることによって、Ｘ，Ｙの２次元で指向性を制御することができる。なお、可変リアクタンス２４はバラクタやＭＥＭＳによる可変キャパシタンタと線路を直列接続することで構成できる。
【０２３３】
図７は、給電素子の周りに配置した無給電素子を地板と短絡することで指向性を制御する方法を説明するための図である。
【０２３４】
給電点Ｂ１３を持つ導体に接続された４個の第１のスイッチ１６を全て遮断して矩形の放射素子Ｄを形成し、給電点Ｂ１３に接続された第２のスイッチ１７を導通し、他の第２のスイッチ１７を遮断して給電点Ｂ１３を選択すると、Ｗ１を半波長とするＸ方向の直線偏波が放射される。
【０２３５】
また、放射素子ＤにＸ方向及びＹ方向で隣接した４個の導体、つまり図中の一点鎖線で囲まれた４個の導体に地板と短絡する第３のスイッチ２５を設ける。
【０２３６】
放射素子Ｄに対して一方向で隣接した２個の導体のうち片側の第３のスイッチ２５のみを導通して地板と短絡させると、放射素子Ｄの放射パターンは天頂方向から地板と短絡した無給電素子と反対側へ傾く。
【０２３７】
このように放射素子Ｄに隣接した導体に地板と短絡する第３のスイッチ２５を設け、放射素子Ｄに対して一方向で隣接した２個の導体のうち一方のみを地板と短絡するとによって、Ｘ，Ｙの２次元で指向性を制御することができる。なお第３のスイッチ２５はＰＩＮダイオードやＭＥＭＳスイッチによって構成できる。
【０２３８】
なお、図５〜７では放射素子Ｄについて指向性を制御する方法を述べたが、放射素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉで指向性を制御する場合は、９個の導体の外に各々が第１のスイッチ１６によって接続される矩形の導体をマトリックス状に配置して、放射素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉに対して図５のような反射器を構成するか、図６のように放射素子に隣接する４個の無給電素子に可変リアクタンスを装荷するか、図７のように放射素子に隣接する４個の無給電素子に地板と短絡する第３のスイッチを設ければよい。
【０２３９】
以上のように本発明のアンテナモジュールは多周波切替え機能と偏波切替え機能と指向性制御機能の３つの機能を持っている。
【０２４０】
次に、本実施例のアンテナモジュールに使われる定数が可変の整合回路について説明する。本実施例の整合回路はＭＥＭＳによる可変インダクタと可変キャパシタをπ型に組み合わせた回路からなる。
【０２４１】
一般に、１個の整合回路でマッチングできるインピーダンス範囲は整合回路の各要素の可変範囲によって決まる。従来の自動整合回路は可変キャパシタ（バラクタ）と線路、バラクタとバランの組み合わせのように一方が固定である場合が多く、１個の整合回路でマッチングできる範囲は比較的狭かった。
【０２４２】
また、可変キャパシタ（バラクタ）と可変移相器の組み合わせのように各要素が可変の場合もあるが、アンテナの入力インピーダンスの抵抗成分が50Ωより大きい場合は整合できる帯域が狭くなる欠点があった。
【０２４３】
本実施例の整合回路を構成する要素であるインダクタとキャパシタは両者とも可変となっているので、従来の自動整合回路よりもインピーダンスの整合範囲を広くできる。
【０２４４】
また、本実施例の整合回路は可変移相器を用いておらず、可変インダクタと可変キャパシタでπ型整合回路を構成しているため、アンテナの入力インピーダンスの抵抗成分が50Ωより大きい場合でもスミスチャート上での整合の軌跡を比較的短くできるため、整合できる帯域が狭くならない利点がある。
【０２４５】
また、ＭＥＭＳによる可変インダクタと可変キャパシタは挿入ロスが小さいので、効率的な送受信が可能となる。
【０２４６】
更に、ＭＥＭＳによって微細なインダクタとキャパシタを実現できるため整合回路をアンテナ裏面へも実装でき、アンテナモジュールの小型化が可能となる。
【０２４７】
更に、ＭＥＭＳによる可変キャパシタはエア・ギャップによる容量で高周波信号を良好に遮断できることから、100ＧＨｚ程度の信号に対しても良好な可変容量として機能し、ミリ波領域まで整合できる回路を構成できる。
【０２４８】
なお、本実施例ではπ型の整合回路を用いたが、ＭＥＭＳによる可変インダクタと可変キャパシタによってＴ型の整合回路を構成してもよい。更にアンテナの入力インピーダンスの変動範囲が小さい場合はＭＥＭＳによる可変インダクタと可変キャパシタによるＬ型の整合回路でも適応できる場合があり、本発明の整合回路はπ型に限定される必要はない（図１−Ｄ参照）。
【０２４９】
次に、本実施例の整合回路を構成するＭＥＭＳによる可変キャパシタついて説明する。
【０２５０】
本実施例の可変キャパシタは、マルチバンドの整合回路に対応するため広い可変範囲が必要となるが、従来のＭＥＭＳ可変キャパシタは１桁程度の可変範囲であった。
【０２５１】
そこで本実施例では容量値の異なるＭＥＭＳ可変キャパシタを第２の基板上に複数個設け、図示されていない第４のスイッチによってＭＥＭＳ可変キャパシタを切替える方式を採用した。これによって数桁の可変範囲を持つ可変キャパシタを容易に実現できる。
【０２５２】
次に、本実施例の整合回路を構成するＭＥＭＳによる可変インダクタついて説明する。
【０２５３】
可変インダクタもマルチバンドの整合回路に対応するため広い可変範囲が必要となるが、従来の可変インダクタは数10％の可変範囲しか実現できていないため、上記のＭＥＭＳ可変キャパシタのように複数個の可変インダクタをスイッチで切替える方式は現実的ではない。
【０２５４】
本発明の特徴は可動配線と固定配線からなるスパイラルインダクタによって可変インダクタを構成し、可動配線を動かすことでスパイラルインダクタの内径，外径またはスパイラルのピッチの少なくとも１つを可変できる構造としたことである。
【０２５５】
図８は、本実施例における可変インダクタの一例を示す図である。
同図に示すように、電気的に分離されかつ同じ向きの大小２つループＡ２６，ループＢ２７からなる固定配線２８があり、ループＡ２６の一端は線路２９に接続され、ループＢ２７の一端はビアホール３０を介して他の層にある線路３１に接続されている。
【０２５６】
線路に接続されていないループＡ２６とループＢ２７の両端はループＡ２６，ループＢ２７とは逆向きのループＣからなる可動配線３２と接触している。可動配線３２は図示されていないＭＥＭＳアクチエーターによって同一面内でＹ方向に擦動する構造となっている。
【０２５７】
可動配線３２がループＡ２６，ループＢ２７の先端にある場合（図８（ａ）)は、スパイラルインダクタの外径が最大になる。そのため、スパイラルインダクタを通過できる磁束が増加して大きなインダクタを与える。
【０２５８】
一方、可動配線が＋Ｙ方向に擦動すると（図８（ｂ)）、 スパイラルインダクタの外径が小さくなり、スパイラルインダクタを通過できる磁束が減ってインダクタンスが低下する。
【０２５９】
このように、図８の構造では可動配線の位置によってスパイラルインダクタの外径を効率的に変化させることができるため、スパイラルインダクタを通過する磁束を大きく変えることが可能である。そのため従来のＭＥＭＳ可変インダクタよりも大きな可変範囲が得られる。
【０２６０】
図９は、可変インダクタの別の一例を示す図である。
同図に示すように、３ターンのスパイラルインダクタからなる固定配線３３があり、固定配線３３の外側の端は線路３４に接続され、内側の端はスパイラルの上方に設けられた可動配線３５にエア・ブリッジ構造で接続され、可動配線３５はスパイラルインダクタの図中の楕円で囲まれた領域で接触しながら、図示されていないＭＥＭＳアクチエーターによって同一面内でＹ方向に擦動するよう構造となっている。
【０２６１】
可動配線３５がスパイラルインダクタの端にある場合（図９（ａ）)は、スパイラルインダクタの内径が最大となる。そのためスパイラルインダクタを通過する磁束が増加して大きなインダクタンスを与える。
【０２６２】
一方、可動配線３５が-Ｙ方向に擦動すると（図９（ｂ））、 スパイラルインダクタの内径が小さくなってインダクタンスが低下する。
【０２６３】
このように、図９の構造では可動配線３５の位置によってスパイラルインダクタの内径を効率的に変えることができるため、スパイラルインダクタを通過する磁束を大きく変化できる。そのため大きな可変範囲を実現できる。
【０２６４】
図１０は、可変インダクタの別の一例を示す図である。
同図に示すように、直列に接続されかつ異なる向きの大小２つのループＡ３６，ループＢ３７からなる固定配線があり、ループＡ３６の一端はビアホール３８を介して他の層にある線路３９に接続されている。
【０２６５】
また、ループＢ３７の一端はループＡ３６と同じ向きのループＣからなる可動配線４０の一端と接触しており、可動配線４０の他端は線路４１に接触している。
【０２６６】
なお、可動配線４０は、図示されていないＭＥＭＳアクチエーターによって同一面内のＹ方向に擦動できる構造となっている。
【０２６７】
可動配線（ループＣ）４０がループＢ３７の端にある場合（図１０（ａ））は、スパイラルインダクタのスパイラルのピッチが最大となる。そのためスパイラルインダクタから漏れる磁束が増加して小さなインダクタンスとなる。
【０２６８】
一方、可動配線４０が-Ｙ方向に擦動すると（図１０（ｂ））、 スパイラルのピッチが小さくなって漏れ磁束が減少してインダクタンスが増加する。
【０２６９】
図１０の構造では可動配線４０の位置によってスパイラルインダクタのピッチを効率的に変化できるため、スパイラルインダクタから漏れる磁束を大きく変えることができる。そのため大きな可変範囲が実現される。
【０２７０】
また、本発明の可変インダクタは、送信あるいは受信される高周波信号が通る第１のインダクタと第１のインダクタと分離された第２のインダクタからなり、第１のインダクタと第２のインダクタの距離を可変する構造を採用してもよい。図１１は、この原理による可変インダクタの一例を示す図である。
【０２７１】
図１１において、ループインダクタからなる第１のインダクタ４２は整合回路の構成要素となっており、送信あるいは受信される高周波信号が通る。第１のインダクタ４２の上方に該第１のインダクタ４２と分離されたループインダクタからなる第２のインダクタ４３があり、第２のインダクタ４３は直列抵抗４４を介して電流源４５に接続されている。
【０２７２】
そして、第２のインダクタ４２は図示されていないＭＥＭＳアクチエーターによって垂直方向（Ｚ方向）に移動する構造となっており、第１のインダクタ４２と第２のインダクタ４３の距離を可変できる。
【０２７３】
第１のインダクタ４２と第２のインダクタ４３の距離が近接すると、第２のインダクタ４３で作られた磁束が整合回路の構成要素である第１のインダクタ４２を通るようになるため、第１のインダクタ４２と第２のインダクタ４３の相互作用が大きくなり、見かけ上第１のインダクタ４２のインダクタンスが増加する。
【０２７４】
一方、第１のインダクタ４２と第２のインダクタ４３の距離を離すと第１のインダクタ４２と第２のインダクタ４３の相互作用が小さくなり、見かけ上第１のインダクタ４２のインダクタンスが低下する。
【０２７５】
このように、図１１の構造では第１のインダクタ４２と第２のインダクタ４３の距離を制御することで相互結合の大きさを効率的に変化させることができる。そのため、整合回路の構成要素である第１のインダクタ４２のインダクタンスを広い範囲で制御することが可能となる。
【０２７６】
上記図８〜図１１で示した構造を持つ可変インダクタと先に述べたＭＥＭＳの可変キャパシタから整合回路を構成すると、インダクタ、キャパシタとも大きな可変範囲を持つことができるため、広いインピーダンス範囲で整合することが可能となる。
【０２７７】
その結果、第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせによって形成される本実施例の放射素子Ａ〜Ｉの入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスに十分整合できるようになる。
【０２７８】
なお、図８〜図１１の可変インダクタは、可変インダクタの外径，内径，スパイラルのピッチあるいは隣接する第２のインダクタとの距離のうち１つを変えてインダクタンスを制御する構造であったが、同時に２つ以上のパラメーターを制御しても何ら構わない。その場合は２つ以上のパラメーターを同時に制御することで可変インダクタを通過する磁束を更に大きく変化できるため、より大きな可変範囲を実現できる。
【０２７９】
なお、本実施例のアンテナモジュールは、図１で説明したように第１の基板１０には９個の導体１１がマトリックス状に配置されたアンテナアレイと、１２個の第１のスイッチ１６があり、第２の基板１９には少なくともＭＥＭＳによる可変キャパシタと可変インダクタからなる定数が可変の整合回路１５と給電点Ａ１２〜Ｃ１４を切替える第２のスイッチ１７があり、第１の基板１０と第２の基板１９は積層されている。
【０２８０】
一般に、ＭＥＭＳによるスイッチ，可変キャパシタ，可変インダクタの大きさは１ｍｍ□以下である。一方アンテナアレイの大きさについて考えると、導体１個で60ＧＨｚのミリ波に対応するとした場合、第１の基板１０の比誘電率が3.9の時はほぼ１ｍｍ□となり、９個アレイでは最低限３ｍｍ□程度が必要となり、第２の基板１９上においてアンテナアレイの占有面積に相当するエリア内に整合回路１５や第２のスイッチ１７を全て集積することができる。
【０２８１】
第１の基板１０の比誘電率を大きして波長短縮を大きくすればアンテナアレイの大きさも小さくなるが、アンテナの放射効率も同時に低下するため好ましくなく、アンテナアレイの縮小には限界があり、第２の基板１９に形成される整合回路１５と第２のスイッチ１７が占有する面積がアンテナアレイの占有面積から著しく大きくなることはない。
【０２８２】
以上のように、本実施例では、第１の基板１０にアンテナアレイと第１のスイッチ１６があり、第２の基板１９には定数が可変の整合回路１５と第２のスイッチ１７があり、第１の基板１０と第２の基板１９は積層されているので、第１の基板１０にあるアンテナアレイの占有面積でアンテナモジュールの面積がほぼ決まり、アンテナモジュールを小型にできる。
【０２８３】
＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２を説明する。
図１２は、本発明のアンテナモジュールの別の一例を示す図である。同図（ａ）はアンテナモジュールの上面図、同図（ｂ）はその断面図を示している。
【０２８４】
本実施例のアンテナモジュールは、周波数切替えと偏波切替えの２つの機能を有するアンテナモジュールであり、アンテナモジュールは９個の放射素子（導体）１１からなるアンテナアレイと、３個の給電点Ａ１２〜Ｃ１４と、定数を可変できる整合回路１５を有し、かつ前記放射素子間を接続する１２個の第１のスイッチ１６ａと、前記３個の給電点を切替える３個の第２のスイッチ１７を持っている。
【０２８５】
本実施例の特徴は、第１のスイッチが隣接する矩形の導体の辺のほぼ全面で導通あるいは遮断する構造を持っていることである。なお、アンテナアレイはマトリックス状に配置された複数の矩形の導体からなるマイクロストリップアンテナアレイである。
【０２８６】
アンテナモジュールの構成を詳細に記述すると、比誘電率4.5のパイレックス(登録商標)ガラスからなる第１の基板１０の下面にCu層からなる地板１８が形成されており、地板１８の下にはアルミナからなる第２の基板１９が積層されている。第１の基板１０の上面にはCu層からなる９個の矩形の導体１１がマトリックス状に配置されている。
【０２８７】
９個の導体は全て外形が同じであり、Ｘ方向の長さはＷ１，Ｙ方向の長さはＬ１である。また、導体１１間にはＭＥＭＳスイッチからなる第１のスイッチ１６ａが設けられている。
【０２８８】
第１のスイッチ１６ａは上部電極１６１ａ，下部電極１６２ａ，上部電極に接続されたヒンジ（図示せず），バイアスライン（図示せず）から構成され、上部電極１６１ａは隣接する矩形の導体１１の辺とほぼ同じ長さを持ち、ヒンジによって可動でき、アンテナアレイを構成する９個の導体は第１のスイッチ１６ａによって各々接続できる構造となっている。なお、１２個の第１のスイッチ１６ａは外形は全て同じで、第１の基板上に形成されている。
【０２８９】
また、９個の導体１１のうち３個の導体には各々給電点Ａ１２〜Ｃ１４が設けられており、各給電点は第１の基板１０、第２の基板１９を貫通したビア２１によって、第２の基板１９上に形成された第２のスイッチ１７に接続され、その後１個の整合回路１５に接続されて給電される構造となっている。
【０２９０】
第２のスイッチ１７は実施例１と同じ構造であり、上部電極１７１，下部電極１７２，上部電極１７１に接続されたヒンジ（図示せず），バイアスライン（図示せず）から構成され、給電点を切替える。ヒンジの構造については実施例１の図１−Ｂを参照されたい。
【０２９１】
また、本実施例のアンテナアレイにある３個の給電点のうち給電点Ａ１２は、第１のスイッチ１６ａの導通／遮断状態の組み合わせによって形成される複数の矩形の放射素子のうち、Ｙ方向の直線偏波を放射する共振長の異なる３つの放射素子（放射素子Ａ〜Ｃ、図２と同様の形状）に用いられる給電点であり、３つの放射素子Ａ〜Ｃの励振方向と直交する辺の中点の垂線上にある。
【０２９２】
給電点Ｂ１３は、第１のスイッチ１６ａの導通／遮断状態の組み合わせによって形成される複数の矩形の放射素子のうち、Ｘ方向の直線偏波を放射する共振長の異なる３つの放射素子（放射素子Ｄ〜Ｆ、図３と同様の形状）に用いられる給電点であり、３つの放射素子Ｄ〜Ｆの励振方向と直交する辺の中点の垂線上にある。
【０２９３】
給電点Ｃ１４は第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせによって形成される複数の長方形の放射素子のうち、同じ旋回方向の楕円偏波を放射する共振長の異なる３つの放射素子（放射素子Ｇ〜Ｉ、図４と同様の形状）に用いられる給電点であり、３つの放射素子Ｇ〜Ｉの対角線上に設けられている。
【０２９４】
また、本実施例の整合回路１５もＭＥＭＳによる可変インダクタと可変キャパシタをπ型に組み合わせた回路からなり、定数が可変できる構造となっている。
【０２９５】
本実施例においても第２のスイッチ１７、整合回路１５、給電線２０は全て第２の基板１９に形成されている。
【０２９６】
第１のスイッチ１６ａの動作を詳細に述べると、第１のスイッチ１６ａの上部電極１６１ａにバイアスラインからバイアスが印加されると上部電極１６１ａと下部電極１６２ａ間に静電引力が生じ、上部電極１６１ａが下方に動いて導体１１と接触する。
【０２９７】
ここで、上部電極１６１ａは隣接する矩形の導体１１の辺とほぼ同じ長さであるため、第１のスイッチ１６ａは隣接する矩形の導体１１の辺のほぼ全面で導通することになる。
【０２９８】
一方、上部電極１６１ａのバイアスを遮断すると上下電極間の静電引力が無くなり、上部電極１６１ａはヒンジの剛性によって上方へ動き、導体１１と遮断される。
【０２９９】
ここで、上部電極１６１ａは隣接する矩形の導体１１の辺とほぼ同じ長さであるため、第１のスイッチ１６ａは隣接する矩形の導体１１の辺のほぼ全面で遮断されることになる。
【０３００】
そのため、実施例１と同様に第１のスイッチ１６１ａの接続／遮断状態の組み合わせによって矩形ないし長方形の放射素子Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆ，Ｈ，Ｉを形成した場合、つまりＹ方向の直線偏波を放射しかつ給電点Ａ１２を含みＸ方向が３個とＹ方向が２個の導体からなる矩形の放射素子Ｂ、Ｙ方向の直線偏波を放射しかつ給電点Ａ１２を含みＸ方向３個とＹ方向３個の導体１１からなる矩形の放射素子Ｃ、Ｘ方向の直線偏波を放射しかつ給電点Ｂ１３を含みＸ方向２個とＹ方向３個の導体１１からなる矩形の放射素子Ｅ、Ｘ方向の直線偏波を放射しかつ給電点Ｂを含みＸ方向３個とＹ方向３個の導体からなる矩形の放射素子Ｆ、楕円偏波を放射しかつ給電点Ｃを含みＸ方向２個とＹ方向２個の導体からなる長方形の放射素子Ｈ、楕円偏波を放射しかつ給電点Ｃを含みＸ方向３個とＹ方向３個の導体からなる長方形の放射素子Ｉを形成した場合、放射素子内部では４個の第１のスイッチによって囲まれた空隙が実施例１の場合よりも小さくなる。そのため放射素子の帯域を実施例１よりも拡大できる。
【０３０１】
また、本実施例ではアンテナアレイを形成する第１の基板１０はパイレックス(登録商標)ガラスである。パイレックス(登録商標)ガラスは石英と同等にＭＥＭＳプロセスが行なえる基板であり、かつ石英と同等の比誘電率を持ち誘電正接が低いことから、損失の小さいアンテナモジュールを形成できる。
【０３０２】
また、石英と比較して低コストであるため、実施例１よりもアンテナモジュールのコストを低減できる。なお青板ガラスもＭＥＭＳプロセスが行え、かつ石英と同等の比誘電率を持ち誘電正接が低いことから同様に使用できる。
【０３０３】
本実施例も実施例１と同じＭＥＭＳによる可変キャパシタと可変インダクタからなる整合回路１５を持っているため、従来の自動整合回路よりもインピーダンスの整合範囲を広くできる。
【０３０４】
そのため、第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせによって形成される本実施例の放射素子Ａ〜Ｉの入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスに十分整合できる。
【０３０５】
また、本実施例のアンテナモジュールも、図１２で説明したように第１の基板１０にはアンテナアレイと第１のスイッチ１６ａがあり、第２の基板１９にはＭＥＭＳによる可変キャパシタと可変インダクタからなる定数が可変の整合回路１５と給電点を切替える第２のスイッチ１７があり、第１の基板１０と第２の基板１９は積層されているので、アンテナモジュールを小型にできる。
【０３０６】
なお、本実施例では説明されていないが、図１２のアンテナモジュールで指向性を制御する場合は、実施例１で述べた図５〜７の方法を用いればよい。
【０３０７】
本実施例では、上述したように、上部電極１６１ａを隣接する矩形の導体１１の辺とほぼ同じ長さにしたため、放射素子内部で４個の第１のスイッチによって囲まれた空隙を実施例１の場合よりも小さくしているが、図１２（ｃ）に示すように、４つの第１のスイッチ１６ａが対向する先端部分の形状をＶ形状に延長し、４つの第１のスイッチ１６ａの間隙がＸ状になるようにすることにより、４個の第１のスイッチによって囲まれた空隙を実質的になくすことができ、さらに帯域を拡大できるので特性の改善に有効である。
【０３０８】
＜実施例３＞
次に、本発明の実施例３を説明する。
図１３は、本発明のアンテナモジュールの別の一例を示す図である。同図（ａ）は本実施例のアンテナモジュールの上面図、（ｂ）はその断面図である。
【０３０９】
本実施例のアンテナモジュールは、周波数切替え、偏波切替え、指向性制御の３つの機能を有するアンテナモジュールであり、アンテナモジュールは１８個の放射素子（スロット）５１からなるアンテナアレイと、２個の給電点Ａ５２およびＢ５３と、定数を可変できる整合回路５４を有し、かつ前記放射素子間を接続する１２個の第１のスイッチ５５と、前記２個の給電点を切替える２個の第２のスイッチ５６を持っている。なお、アンテナアレイは直交する２方向に直線的に配置された３個のスロットが各々３列配置されたスロットアンテナアレイとなっている。
【０３１０】
アンテナモジュールの構成を詳細に記述すると、比誘電率3.9の石英からなる第１の基板５０の上面にCu層からなる地板５７が形成されており、第１の基板５０の下には窒化アルミからなる第２の基板５８が積層されている。
【０３１１】
また、地板５７には直交する２方向（つまりＸ，Ｙの２方向）に直線的に配置された３個のスロット５１が各３列形成されている。１８個のスロット５１は全て外形が同じであり、長手方向の長さはＬ１，短手方向の長さはＷである。
【０３１２】
また、直線的に配置された３個のスロット５１間にはＭＥＭＳスイッチからなる第１のスイッチ５５が設けられており、３個のスロット５１は第１のスイッチ５５によって接続できる構造となっている。
【０３１３】
第１のスイッチ５５は前記各スロット５１を分離する導体からなる上部電極５５１，下部電極５５２，上部電極５５１に接続されたヒンジ，バイアスラインから構成され、上部電極５５１はヒンジによって可動できる構造を持つ。ヒンジの構成については図１−Ｂと同様である。
【０３１４】
第１のスイッチ５５の動作を述べると、第１のスイッチ５５の上部電極５５１にバイアスラインからバイアスが印加されると、上部電極５５１と下部電極５５２間に静電引力が生じ、上部電極５５１が下方に動き、スロット５１の短手方向の両端で地板５７と短絡し、各スロット５１は分離された状態となる。
【０３１５】
一方、上部電極５５１のバイアスを遮断すると、上下電極間の静電引力が無くなり、上部電極５５１はヒンジの剛性によって上方へ動いて地板５７と遮断され、隣接したスロット間は接続された状態となる。なお、１２個の第１のスイッチ５５の外形は全て同じであり、第１の基板５０上に形成されている。
【０３１６】
また、Ｘ，Ｙ方向に各々３列配置されたスロットアンテナアレイの中心にあるスロット５１の下方には、第２の基板５８表面に形成された線路５９がスロット５１と直交して設けられ、前記スロット５１と電磁的に結合し給電点Ａ５２，ＢＢ５３を構成している。
【０３１７】
また、給電点Ａ５２は第２の基板５８上に形成された第２のスイッチ５６に接続され、更に整合回路５４に接続されて給電される構造となっている。給電点Ｂ５３も第２の基板５８上にある別の第２のスイッチ５６に接続され、その後別の整合回路５４に接続されて給電される構造となっている。
【０３１８】
本実施例では整合回路５４、第２のスイッチ５６を介して給電点に至る線路を給電線６０と表現する。給電線６０は第２の基板５８の下面に設けられた第２の地板６１と第１の基板５０上面の地板５７で囲まれているのでトリプレート線路構造になっている。
【０３１９】
第２のスイッチ５６もＭＥＭＳスイッチからなり、上部電極５６１，下部電極５６２，上部電極５６１に接続されたヒンジ，バイアスラインから構成され、上部電極５６１はヒンジによって可動し給電点を切替える。つまり第２のスイッチ５６の上部電極５６１にバイアスラインからバイアスが印加されると、上部電極５６１と下部電極５６２間に静電引力が生じ、上部電極５６１が上方に動いて線路５９と接触し、所望の給電点を選択できる。
【０３２０】
また、上部電極５６１のバイアスを遮断すると、上下電極間の静電引力が無くなり、上部電極５６１はヒンジの剛性によって下方へ動き、線路５９と遮断される。
【０３２１】
その場合は、他方の給電点と接続された別の第２のスイッチを導通状態にすることにより別の給電点が選択できる。また２つの第２のスイッチ５６を導通状態にすると、２つの給電点を同時に選択でき、２点給電が可能になる。
【０３２２】
また、本実施例の整合回路５４は、ＭＥＭＳによる可変インダクタと可変キャパシタをＴ型に組み合わせた回路からなり、定数が可変できる構造となっている。
【０３２３】
本実施例では第２のスイッチ５６、整合回路５４、給電線６０は全て第２の基板５８に形成されているものとする。
【０３２４】
次に、マルチバンド及び偏波切替えに対応する場合の第１のスイッチ５５、第２のスイッチ５６の動作について説明する。
【０３２５】
本実施例のアンテナモジュールは１８個のスロット５１から構成されており、直交する２方向で第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせによって複数の共振長の異なる短冊状の放射素子を形成でき、かつ励振方向の同じ直線偏波を放射する場合は、２個の給電点から、第１のスイッチ５５の接続によって形成された短冊状の放射素子の短手方向にある同一の給電点を第２のスイッチ５６によって選択し、更に定数が可変できる整合回路５４が設けられているため、第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される前記放射素子の入力インピーダンスを給電線６０の特性インピーダンスに整合できることが特徴である。
【０３２６】
また、直交する２方向で第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせにより複数の共振長の異なる短冊状の放射素子を形成でき、楕円偏波を放射する場合は、直交する２方向で共振長の同じ短冊状の放射素子を形成し、かつ複数の給電点から、第１のスイッチ５５の接続によって形成された前記２個の短冊状の放射素子の短手方向にある各給電点を第２のスイッチ５６によって選択し、更に定数が可変できる整合回路５４によって第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される前記放射素子の入力インピーダンスを給電線６０の特性インピーダンスと整合できることが特徴である。
【０３２７】
例えば、Ｙ方向の直線偏波を放射する場合について、図１４を用いて説明する。図１４中の給電点Ａ５２はＹ方向に各３列配置されたスロットアンテナアレイの中心にあるスロットと線路(図示されていないが、線路は図１３のように配置されている)が交差して電磁結合した給電点であり、給電点Ｂ５３はＸ方向に各３列配置されたスロットアンテナアレイの中心にあるスロットと別の線路が交差して電磁結合した給電点である。
【０３２８】
第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される短冊状の放射素子、つまり第１のスイッチ５５によって接続されたスロットによって構成される放射素子のうち、給電点Ａ５２を含みＹ方向１個のスロットからなる短冊状の放射素子Ａ、給電点Ａ５２を含みＹ方向２個のスロット５１からなる短冊状の放射素子Ｂ、給電点Ａ５２を含みＹ方向３個のスロット５１からなる短冊状の放射素子Ｃを考える。
【０３２９】
第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される３つの放射素子の大きさについて考えると、放射素子Ａ，Ｂ，Ｃの励振方向の長さ（つまりＹ方向の長さ）はＬ１，Ｌ２，Ｌ３であるため、放射素子ＡはＬ１を半波長とする放射素子として動作し、放射素子Ｂは 概ねＬ２を半波長とする放射素子として動作し、放射素子Ｃは概ねＬ３を半波長とする放射素子として動作する。厳密には放射素子Ｂ，Ｃは第１のスイッチが地板と遮断された時の遮断幅で磁流が制限されるため、半波長はＬ２，Ｌ３からずれる。
【０３３０】
ここで、給電点Ａ５２を構成する線路５９はＹ方向に各３列配置されたスロットアンテナアレイの中心にあるスロットと直交して配置され、電磁結合している。そのため第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせによって放射素子Ｂ，Ｃを形成した場合も、給電点Ａ５２を構成する線路５９は放射素子Ｂ，Ｃのスロットと直交して配置されることになり、電磁結合によって給電できる。
【０３３１】
つまり、第１のスイッチ５５全てを地板５７と短絡して放射素子Ａを形成し、給電点Ａ５２に接続された第２のスイッチ５６を導通し、他の第２のスイッチ５６を遮断して給電点Ａ５２を選択した場合、給電点Ａ５２は放射素子Ａと電磁結合するので良好なＹ方向の直線偏波を放射できる。
【０３３２】
また、放射素子Ａの入力インピーダンスが給電線の特性インピーダンスと異なった場合も、放射素子Ａは第２のスイッチ５６を介して定数が可変できる整合回路５４と接続されているので、整合回路５４の定数を適切に選ぶことによって放射素子Ａの入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスとマッチングできる。
【０３３３】
また、第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせによって放射素子Ｂを形成し、具体的に述べるとＹ方向に３列配置されたスロットアンテナアレイの真中の列にある３個のスロット間を接続する２個の第１のスイッチ５５のうち-Ｙ方向にあるスイッチを地板５７と遮断し、＋Ｙ方向にあるスイッチと他の第１のスイッチ５５全てを地板５７と短絡して放射素子Ｂを形成し、給電点Ａ５２に接続された第２のスイッチ５６を導通し、他の第２のスイッチ５６を遮断して給電点Ａ５２を選択した場合、給電点Ａ５２は放射素子Ｂとも電磁結合するので良好なＹ方向の直線偏波を放射できる。
【０３３４】
また、放射素子Ｂも第２のスイッチ５６を介して定数が可変できる整合回路５４と接続されているので、整合回路５４の定数を適切に選ぶことによって放射素子Ｂの入力インピーダンスを給電線６０の特性インピーダンスとマッチングできる。
【０３３５】
更に、第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせによって放射素子Ｃを形成し、つまりＹ方向に３列配置されたスロットアンテナアレイの真中の列にある３個のスロット間を接続する２個の第１のスイッチ５５のみを地板５７と遮断し、他の第１のスイッチ５５全てと地板５７と短絡して放射素子Ｃを形成し、給電点Ａ５２に接続された第２のスイッチ５６を導通し、他の第２のスイッチ５６を遮断して給電点Ａ５２を選択した場合、給電点Ａ５２は放射素子Ｃとも電磁結合するので良好なＹ方向の直線偏波を放射できる。
【０３３６】
また、放射素子Ｃも第２のスイッチ５６を介して定数が可変できる整合回路５４と接続されているので、整合回路５４の定数を適切に選ぶことによって放射素子Ｃの入力インピーダンスを給電線６０の特性インピーダンスとマッチングできる。
【０３３７】
次に、Ｘ方向の直線偏波を放射する場合について、図１５を用いて説明する。図中の給電点Ａ５２はＹ方向に各３列配置されたスロットアンテナアレイの中心にあるスロットと線路５９が交差して電磁結合した給電点であり、給電点Ｂ５３はＸ方向に各３列配置されたスロットアンテナアレイの中心にあるスロットと別の線路(図示されていないが、線路は図１３のように配置されている)が交差して電磁結合した給電点である。
【０３３８】
第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される短冊状の放射素子のうち、給電点Ｂ５３を含みＸ方向１個のスロットからなる短冊状の放射素子Ｄ、給電点Ｂ５３を含みＸ方向２個のスロットからなる短冊状の放射素子Ｅ、給電点Ｂ５３を含みＸ方向３個のスロットからなる短冊状の放射素子Ｆを考える。
【０３３９】
第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される３つの放射素子Ｄ，Ｅ，Ｆの励振方向の長さ（つまりＸ方向の長さ）はＬ１，Ｌ２，Ｌ３であるため、放射素子ＤはＬ１を半波長とする放射素子として動作し、放射素子Ｅは 概ねＬ２を半波長とする放射素子として動作し、放射素子Ｆは概ねＬ３を半波長とする放射素子として動作する。厳密には放射素子Ｅ，Ｆは第１のスイッチ５５で磁流が制限されるため半波長はＬ２，Ｌ３からずれる。
【０３４０】
ここで、給電点Ｂ５３を構成する線路５９はＸ方向に各３列配置されたスロットアンテナアレイの中心にあるスロットと直交して配置され、電磁結合している。そのため第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせによって放射素子Ｅ，Ｆを形成した場合も、給電点Ｂ５３を構成する線路５９は放射素子Ｅ，Ｆのスロットと直交して配置されることになり、電磁結合によって給電できる。
【０３４１】
つまり、第１のスイッチ５５の導通／遮断の組み合わせによって放射素子Ｄ，Ｅ，Ｆを各々形成し、給電点Ｂ５３に接続された第２のスイッチを導通し、他の第２のスイッチを遮断して給電点Ｂを選択した場合、給電点Ｂ５３は放射素子Ｄ，Ｅ，Ｆ各々に対し電磁結合するので良好なＸ方向の直線偏波を放射できる。
【０３４２】
また、放射素子Ｄ，Ｅ，Ｆの入力インピーダンスが給電線の特性インピーダンスと異なった場合も、放射素子Ｄ，Ｅ，Ｆは第２のスイッチを介して定数が可変できる整合回路と接続されているので、整合回路の定数を適切に選ぶことによって放射素子Ｄ，Ｅ，Ｆの入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスとマッチングできる。
【０３４３】
次に、楕円偏波を放射する場合について、図１６を用いて説明する。
図１４，図１５と同様に給電点Ａ５２はＹ方向に各３列配置されたスロットアンテナアレイの中心にあるスロットと図示されていない線路が交差して電磁結合した給電点であり、給電点Ｂ５３はＸ方向に各３列配置されたスロットアンテナアレイの中心にあるスロットと図示されていない別の線路が交差して電磁結合した給電点である。
【０３４４】
第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される短冊状の放射素子のうち、給電点Ａ５２を含みＹ方向１個のスロットからなる短冊状の放射素子Ａ、給電点Ａを含みＹ方向２個のスロットからなる短冊状の放射素子Ｂ、給電点Ａ５２を含みＹ方向３個のスロットからなる短冊状の放射素子Ｃと、給電点Ｂ５３を含みＸ方向１個のスロットからなる短冊状の放射素子Ｄ、給電点Ｂ５３を含みＸ方向２個のスロットからなる短冊状の放射素子Ｅ、給電点Ｂ５３を含みＸ方向３個のスロットからなる短冊状の放射素子Ｆを考える。
【０３４５】
第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせによって形成され、Ｙ方向の直線偏波を放射する３つの放射素子Ａ，Ｂ，Ｃの励振方向の長さ（つまりＹ方向の長さ）はＬ１，Ｌ２，Ｌ３であるため、放射素子ＤはＬ１を半波長とする放射素子として動作し、放射素子Ｅは 概ねＬ２を半波長とする放射素子として動作し、放射素子Ｆは概ねＬ３を半波長とする放射素子として動作する。
【０３４６】
一方、Ｘ方向の直線偏波を放射する３つの放射素子Ｄ，Ｅ，Ｆの励振方向の長さ（つまりＸ方向の長さ）はＬ１，Ｌ２，Ｌ３であり、放射素子Ｄは放射素子Ａと同じ共振周波数で直交する直線偏波を放射し、放射素子Ｅは放射素子Ｂと同じ共振周波数で直交する直線偏波を放射し、放射素子Ｆは放射素子Ｃと同じ共振周波数で直交する直線偏波を放射することが判る。
【０３４７】
よって、直交する２方向で第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせにより同じ共振長を持つ短冊状の放射素子を形成し、２個の給電点Ａ５２，Ｂ５３から、第１のスイッチ５５の導通によって形成された前記２個の短冊状の放射素子の短手方向にある各給電点Ａ５２，Ｂ５３を第２のスイッチによって２個とも選択すると、直交する２つのモードを励振できる。
【０３４８】
ここで、給電点Ａ５２，Ｂ５３に流す電流に位相差を与えると、２つの直交したモードは位相差が生じて楕円偏波を放射できる。なお、給電点Ａ５２，Ｂ５３に流す電流の位相差を90度とすると円偏波になる。
【０３４９】
また、直交する２方向で形成された同じ共振長を持つ２個の短冊状の放射素子は各々定数が可変できる別の整合回路に接続されているので、整合回路の定数を適切に選ぶことによって、直交する２方向で第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせにより形成された前記の短冊状の２個の放射素子の入力インピーダンスは給電線の特性インピーダンスとマッチングできる。
【０３５０】
つまり、第１のスイッチ５５を全て地板５７と短絡して直交する２方向で放射素子Ａと放射素子Ｄを形成し、放射素子Ａの短手方向にある給電点Ａ５２と放射素子Ｄの短手方向にある給電点Ｂ５３を同時に選択すると、Ｌ１を半波長とする直交する２つのモードが励振できる。ここで給電点Ａ５２，Ｂ５３に流す電流に位相差を与えると、放射素子Ａ，Ｄの直線偏波は合成されて楕円偏波となる。
【０３５１】
また、第１のスイッチ５５の導通／遮断の組み合わせによって直交する２方向で放射素子Ｂと放射素子Ｅを形成し、放射素子Ｂの短手方向にある給電点Ａ５２と放射素子Ｅの短手方向にある給電点Ｂ５３を同時に選択しかつ給電点Ａ５２，Ｂ５３に流す電流に位相差を与えると、放射素子Ａ，Ｄで作られる楕円偏波とは共振周波数の異なる楕円偏波が放射できる。
【０３５２】
更に、第１のスイッチ５５の導通／遮断の組み合わせによって直交する２方向で放射素子Ｃと放射素子Ｆを形成し、放射素子Ｃの短手方向にある給電点Ａ５２と放射素子Ｆの短手方向にある給電点Ｂ５３を同時に選択しかつ給電点Ａ，Ｂに流す電流に位相差を与えると、放射素子Ａ，Ｄや放射素子Ｂ，Ｅで作られる楕円偏波とは異なる共振周波数を持つ楕円偏波が放射できる。
【０３５３】
また、放射素子ＡとＤ，放射素子ＢとＥ，放射素子ＣとＦは各々別の整合回路に接続されているので、放射素子ＡとＤ，放射素子ＢとＥ，放射素子ＣとＦの両方ともアンテナの入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスとマッチングできる。
【０３５４】
以上のように本実施例のアンテナモジュールでは、異なる共振長でかつ同じ直線偏波偏を持つ３つの短冊状の放射素子は共通の給電点を用いることができ、同じ旋回方向の楕円偏波で異なる共振長の放射素子を形成した場合も共通の給電点を用いることができる。よって特許文献４（ＵＳＰ６１９８４３８）と比較して給電点の数を少なくでき、より多くのマルチバンドに対応できる。
【０３５５】
また、第２のスイッチによって給電点を切替えることにより、２方向の直線偏波をマルチバンドの機能を維持したまま切替えることが可能である。更に２つの給電点を同時に選択して給電点に流す電流に位相差を与えると楕円偏波を放射できる。このように本実施例のアンテナモジュールは、第１のスイッチと第２のスイッチの導通／遮断の組み合わせにより、マルチバンドと偏波制御が実現できる。
【０３５６】
更に、定数が可変できる整合回路を有しているため、第１のスイッチの導通、遮断状態の組み合わせによって形成される短冊状の放射素子の入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスとマッチングでき、効率的に送受信が可能となる。
【０３５７】
更に、第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される短冊状の放射素子はスロットアンテナ構造を取っているため、アンテナモジュールを低姿勢化（平面化）できる。加えて電磁結合を用いることで不平衡電流によって励振でき、フロントエンド回路との接続が容易である。
【０３５８】
なお、図１３〜１６では１８個のスロット５１、及び１２個の第１のスイッチ５５の外形を各々同じとしたが、アンテナアレイを構成するスロットは外形が同じである必要はない。
【０３５９】
また、本実施例では１８個のスロット５１と２個の給電点によって３個の偏波と３個の周波数に対応できる構造を示したが、直交する２方向に並べたスロットの数を多くすると、更に多くのバンドに適用できる。
【０３６０】
また、本実施例ではＹ方向の３つの直線偏波は給電点Ａ５２から給電し、Ｘ方向の３つの直線偏波は給電点Ｂ５３から給電し、３つの楕円偏波は給電点Ａ５２，Ｂ５３から給電される構造となっているが、直交する２方向に並べたスロットの数が非常に多い場合、同じ偏波面の放射素子全てを１個の給電点から給電すると整合回路の定数可変範囲が非常に広くなり、現実的ではない。
【０３６１】
そのような場合は第１のスイッチ５５の導通によって形成され、同じ励振方向の直線偏波を放射する短冊状の放射素子をある程度の周波数範囲でブロック化し、そのブロック内に入る複数の短冊状の放射素子に対して短手方向に共通の給電点の１個設け、異なるブロックでは該当するブロック内に入る複数の短冊状の放射素子に対し短手方向に共通の別の給電点を１個設け、同じ直線偏波を放射する場合も第２のスイッチによって給電点を切替えればよい。
【０３６２】
楕円偏波を放射する場合も、同じ旋回方向の楕円偏波を放射する短冊状の放射素子の一対をある程度の周波数範囲でブロック化しかつブロック毎で共通の給電点を設け、同じ旋回方向の偏波面をもつ電波を放射する場合も第２のスイッチによって給電点を切替えればよい。
【０３６３】
このような方法を用いれば給電点は非常に少なくなり、より多くのバンドに対応できる。
【０３６４】
次に、指向性を制御する方法について述べる。
本実施例のアンテナモジュールは直交する２方向に直線的に配置された複数のスロットが複数列あるので、給電される放射素子の両側に第１のスイッチの導通／遮断によって無給電素子を配置することができる。そのため給電素子の形状と無給電素子の形状を変える方法により指向性制御が実現できる。
【０３６５】
放射素子Ｄを例に取り、図１７に従って指向性を制御する方法を詳細に述べる。給電点Ｂ５２を持つスロット５１に接続された２個の第１のスイッチ５５を全て地板５７と短絡し短冊状の放射素子Ｄを形成し、給電点Ｂ５３に接続された第２のスイッチを導通し、他の第２のスイッチを遮断して給電点Ｂ５３を選択すると、Ｌ１を半波長とするＸ方向の直線偏波が放射される。
【０３６６】
ここで、図中の一点鎖線で囲まれた３個のスロットを接続する２個の第１のスイッチ５５を地板５７と遮断すると３個のスロットからなる無給電子が形成される。
【０３６７】
無給電素子は放射素子Ｄよりも励振方向の長さが非常に大きいので、放射素子Ｄに対して反射器として動作し、放射器Ｄのビームを天頂から+Ｙ方向に傾かせる。図１７のように放射素子Ｄと同じ向きスロット同士を第１のスイッチ５５によって接続して反射器を構成すると、Ｘ方向で指向性を切替えることができる。
【０３６８】
また、Ｘ方向で指向性を制御する場合は、直線的に配置したスロット５１の数を増やして、第１のスイッチ５５の導通／遮断の組み合わせによって給電素子に対してＸ方向で並んだ無給電素子を形成し、無給電素子の励振長を給電素子の励振長よりも長くすればよい。
【０３６９】
放射素子Ａについても上記の方法を用いることがができ、更に放射素子Ａ〜Ｆ全てで２次元で指向性を切替えたい場合は、給電素子に対しＸ方向とＹ方向で隣接した無給電素子を形成し、かつ無給電素子の長さが給電素子より長くなるように、スロットの数や配置、長手方向の長さを調整すればよい。
【０３７０】
以上のように本発明のアンテナモジュールは多周波切替えと偏波切替えと指向性制御の３つの機能を同時に実現できる。
【０３７１】
なお、本実施例も実施例１，２と同じようにＭＥＭＳによる可変キャパシタと可変インダクタからなる整合回路を持っているため、従来の自動整合回路よりもインピーダンスの整合範囲を広くできる。
【０３７２】
そのため、第１のスイッチ５５の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される本実施例の放射素子Ａ〜Ｆの入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスに十分整合できる。
【０３７３】
また、本実施例のアンテナモジュールにおいても、第１の基板にはアンテナアレイと第１のスイッチがあり、第２の基板にはＭＥＭＳによる可変キャパシタと可変インダクタからなる定数が可変の整合回路と給電点を切替える第２のスイッチがあり、第１の基板と第２の基板は積層されているので、アンテナモジュールを小型にできる。
【０３７４】
＜実施例４＞
次に、本発明の実施例４を説明する。
図１８は、本発明のアンテナモジュールの別の一例を示す図である。同図（ａ）は本実施例のアンテナモジュール上面図、（ｂ）は断面図を示している。
【０３７５】
本実施例のアンテナモジュールも周波数切替えと偏波切替えの２つの機能を有するアンテナモジュールであり、アンテナモジュールは１８個の放射素子（スロット）５１からなるアンテナアレイと、２個の給電点Ａ５２，Ｂ５３と、定数を可変できる整合回路５４を有し、かつ前記の放射素子間を接続する１２個の第１のスイッチ５５ａと、２個の給電点を切替える２個の第２のスイッチ５６を持っている。
【０３７６】
本実施例の特徴は第１のスイッチ５５ａによって隣接するスロットはスロットの短手のほぼ全面で接続する構造を持っていることである。
【０３７７】
アンテナモジュールの構成を詳細に記述すると、アンテナモジュールの構成を詳細に記述すると、比誘電率4.5のパイレックス(登録商標)からなる第１の基板５０の上面にCu層からなる地板５７が形成されており、第１の基板５０の下にはアルミナからなる第２の基板５８が積層されている。
【０３７８】
また、地板５７には直交する２方向（つまりＸ，Ｙの２方向）に直線的に配置された３個のスロット５１が各３列形成されている。１８個のスロット５１は全て外形が同じで、長手方向の長さはＬ１，短手方向の長さはWである。
【０３７９】
また、直線的に配置された３個のスロット間にはＭＥＭＳスイッチからなる第１のスイッチ５５ａが設けられており、３個のスロット５１は第１のスイッチ５５ａによって接続できる構造となっている。
【０３８０】
第１のスイッチ５５ａは前記各スロット５１を分離し、スロットの短手とほぼ同じ長さの導体からなる上部電極５５１ａ，下部電極５５２ａ，上部電極５５１ａに接続されたヒンジ，バイアスラインから構成され、直線的に配列されたスロット間を接続ないし分離する機能を持つ。なお、１２個の第１のスイッチ５５ａの外形は全て同じであり、第１の基板５０上に形成されている。
【０３８１】
また、Ｘ，Ｙ方向に各々３列配置されたスロットアンテナアレイの中心にあるスロットの下方には、第２の基板５８表面に形成された線路５９と電磁結合している給電点Ａ５２，Ｂ５３がある。
【０３８２】
給電点Ａ５２，Ｂ５３は第２の基板５８上に形成された各々の第２のスイッチ５６に接続され、更に各々別の整合回路５４に接続されて給電される構造となっている。
【０３８３】
なお、本実施例でも整合回路５４、第２のスイッチ５６を介して給電点に至る線路５９を給電線６０と表現する。給電線６０は第２の基板５８の下面に設けられた第２の地板６１と第１の基板５０上面の地板５７で囲まれているのでトリプレート線路構造になっている。
【０３８４】
第２のスイッチ５６もＭＥＭＳスイッチからなり、上部電極５６１，下部電極５６２，上部電極５６１に接続されたヒンジ，バイアスラインから構成され、給電点を切替える機能を持つ。また２つの第２のスイッチ５６を導通状態にすると２つの給電点を同時に選択でき、２点給電が可能になる。
【０３８５】
また、整合回路５４は、実施例３と同様にＭＥＭＳによる可変インダクタと可変キャパシタをT型に組み合わせた回路からなり、定数が可変できる構造となっている。
【０３８６】
本実施例では第２のスイッチ５６、整合回路５４、給電線６０は全て第２の基板５８に形成されているものとする。
【０３８７】
第１のスイッチ５５ａの動作を詳細に述べると、第１のスイッチ５５ａの上部電極５５１ａにバイアスラインからバイアスが印加されると、上部電極５５１ａと下部電極５５２ａ間に静電引力が生じ、上部電極５５１ａが下方に動き、スロットの短手方向の両端で地板５７と短絡し、各スロット５１は分離された状態となる。
【０３８８】
一方、上部電極５５１ａのバイアスを遮断すると、上下電極間の静電引力が無くなり、上部電極５５１ａはヒンジの剛性によって上方へ動いて地板と遮断され、隣接したスロット間は接続された状態となる。
【０３８９】
ここで、上部電極５５１ａはスロットの短手とほぼ同じ長さの導体からなるため、隣接したスロット間はスロットの短手のほぼ全面で接続される。
【０３９０】
そのため、実施例３と同様に、第１のスイッチ５５ａの接続／遮断状態の組み合わせによって短冊状の放射素子Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆを形成した場合、つまりＹ方向の直線偏波を放射しかつ給電点Ａを含みＹ方向が２個のスロットからなる短冊状の放射素子Ｂ、Ｙ方向の直線偏波を放射しかつ給電点Ａを含みＹ方向が３個のスロットからなる短冊状の放射素子Ｃ、Ｘ方向の直線偏波を放射しかつ給電点Ｂを含みＸ方向２個のスロットからなる短冊状の放射素子Ｅ、Ｘ方向の直線偏波を放射しかつ給電点Ｂを含みＸ方向３のスロットからなる短冊状の矩形の放射素子Ｆを形成した場合、スロットの短手の寸法は第１のスイッチが設けられた領域でも第１のスイッチの幅で制限されず、ほぼWとなって磁流の流れが制限されにくくなる。そのため放射素子の帯域を実施例３よりも拡大できる。
【０３９１】
また、本実施例ではアンテナアレイを形成する第１の基板５０はパイレックス(登録商標)ガラスである。パイレックス(登録商標)ガラスは石英と同等にＭＥＭＳプロセスが行なえる基板であり、かつ石英と同等の比誘電率を持ち誘電正接が低いことから、低コストで損失の小さいアンテナモジュールを形成できる。
【０３９２】
更に、本実施例も実施例１〜３と同様に同じＭＥＭＳによる可変キャパシタと可変インダクタからなる整合回路を持っているため、従来の自動整合回路よりもインピーダンスの整合範囲を広くできる。
【０３９３】
そのため、第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせによって形成される本実施例の放射素子Ａ〜Ｆの入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスに十分整合できる。
【０３９４】
また、本実施例のアンテナモジュールも、図１８で説明したように第１の基板５０にはアンテナアレイと第１のスイッチ５５ａがあり、第２の基板５８にはＭＥＭＳによる可変キャパシタと可変インダクタからなる定数が可変の整合回路５４と給電点を切替える第２のスイッチ５６があり、第１の基板５０と第２の基板５８は積層されているので、アンテナモジュールを小型にできる。
【０３９５】
なお、本実施例のアンテナモジュールにおいても、指向性を制御する場合は実施例３で述べた図１７の方法を用いることができる。
【０３９６】
＜実施例５＞
次に、本発明の無線モジュールの実施例を説明する。
図１９は、本発明の無線モジュールの一例を示す図である。本実施例は図７に示したアンテナモジュールの下層に多孔質ポリイミド基板からなる第３の基板６２が積層された構造を持ち、第３の基板６２にはチップ部品を用いてフロントエンド回路６３が構成され、第３の基板６２を貫通するビアホール６４によってフロントエンド回路６３とアンテナモジュールが接続されている。
【０３９７】
つまり、第１の基板１０にはアンテナアレイと第１のスイッチ１６が設けられており、第２の基板１９には整合回路１５と第２のスイッチ１７が設けられており、第３の基板６２にはチップ部品を用いてフロントエンド回路６３が構成され、第１，第２、第３の基板は積層された構造である。
【０３９８】
なお、本実施例に用いたアンテナモジュールは放射素子Ｄに対してのみ隣接した導体に地板と短絡する第３のスイッチ６２が形成されているので、放射素子Ｄは指向性制御が可能であるが、放射素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｉは前記の構造がないため指向性を切替えることはできない。
【０３９９】
本実施例の無線モジュールは、図７のアンテンモジュールを用いているので、多周波対応，偏波切替え，指向性制御が可能である。そのため１個の無線モジュールで複数の無線規格に対応できる。
【０４００】
また、アンテナモジュールの下層、つまり第２の基板１９の下方に第３の基板６２を積層し、第３の基板６２に第１のスイッチ１６の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される本実施例の放射素子Ａ〜Ｉに対するフロントエンド回路６３が設けられているので、小型な無線モジュールを実現できる。
【０４０１】
なお、本実施例では第３の基板６２にフロントエンド回路６３のみを実装したが、フロントエンド回路６３とベースバンド回路の両方を実装してもよく、フロントエンド回路６３とベースバンド回路の一部を実装しても同様に無線モジュールを小型化できる。
【０４０２】
また、本実施例では第２の基板１９の下方に第３の基板６２を積層し、第３の基板６２に第１のスイッチ１６の導通／遮断状態の組み合わせによって形成される放射素子Ａ〜Ｉに対するフロントエンド回路６３を設けたが、第２の基板１９上にスペースがある場合は第２の基板１９上にフロントエンド回路６３とベースバンド回路の一部を実装しても同様の効果が期待できる。
【０４０３】
次に、本発明の無線システムを説明する。
図２０は、本発明に係る無線システムの一例を示す図である。本実施例では図７のアンテナモジュールを使用しており、アンテナモジュール７０は多周波の送信系・受信系を切替える送受信切替えスイッチ７４に接続されている。
【０４０４】
所望の周波数，偏波，指向性に従って、制御回路７５によって第１，第２，第３のスイッチの導通／遮断の組み合わせと、π型整合回路の可変キャパシタ，可変インダクタの各定数を設定する。
【０４０５】
その後、制御回路７５から制御信号Ａを第１のスイッチのバイアス発生回路７８に与えて所定のバイアスを発生し、第１のスイッチの導通／遮断を行い、アンテナアレイに放射素子Ａ〜Ｉを形成する。
【０４０６】
また、制御回路７５から制御信号Ｂを第２のスイッチのバイアス発生回路７９に与えて所定のバイアスを発生し、第２のスイッチを導通または遮断して給電点Ａ，Ｂ，Ｃから１個を選択し、偏波の方向を決める。
【０４０７】
更に、放射素子Ｄに対しては制御回路７５から制御信号Ｃを第３のスイッチのバイアス発生回路８０を与えて所定のバイアスを発生し、第３のスイッチを導通、遮断し、地板と短絡する無給電素子を切替えてＸＹ方向でビーム切替えを行う。
【０４０８】
また、制御制御回路７５から制御信号Ｄを可変キャパシタ・可変インダクタ制御回路７６に与える。
【０４０９】
可変キャパシタ制御回路では、所望の可変キャパシタに接続した第４のスイッチのみを導通させるためのバイアスと可変キャパシタの定数を制御するバイアスを発生し、第４のスイッチによって複数の可変キャパシタから所望の可変キャパシタを選択し、かつ定数を変化させる。
【０４１０】
また、可変インダクタ制御回路では所定のバイアスを発生して、可変インダクタの可動配線についているＭＥＭＳアクチエーターを駆動して所望のインダクタを得る。これにより整合回路の定数を変化させて、放射素子Ａ〜Ｉの入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスにマッチングする。
【０４１１】
更に、送信あるいは受信モードを考慮し、制御回路７５より制御信号Ｅを送受信切替えスイッチ制御回路７７に与え所定のバイアスを発生し、放射素子Ａ〜Ｉの送信あるいは受信に該当するスイッチ７４を導通させ、アンテナモジュール７０とフロントエンド回路６３を電気的に導通して送受信を行なう。
【０４１２】
尚、上記実施例では第１〜第３のスイッチを制御するためにバイアス発生回路７８〜８０を設けているが、このようなバイアス発生回路を設けず、制御回路７５からの制御信号Ａ〜Ｃにより直接第１〜３のスイッチの接続／遮断制御を行ってもよい。
【０４１３】
以上のように、本実施例の無線システムは３周波，３偏波に対応し、一部の電波については指向性の切替えも可能である。よって１個の無線システムで３周波，３偏波の規格に対応でき、無線システム自体を小型化できる。
【０４１４】
また、指向性も制御できるため、１個の周波数・偏波で用いる場合も、所定の方向に放射パターンを向けることで高い利得を実現でき、良好な送受信が行える。更に電波状況によって周波数，偏波，指向性を切替えることで絶えず良好な送受信を行なうことができる。
【０４１５】
本発明に係る無線システムの別の例を説明する。
図２１は、本発明の無線システムの別の一例を示す図である。図２１では第１のスイッチの導通／遮断状態の組み合わせによって複数の放射素子を形成した場合、制御回路７５から制御信号Ｄを可変キャパシタ・可変インダクタ制御回路７６に与えて可変キャパシタと可変インダクタの定数を変化させるのに加え、送信モードではアンテナアレイ７１からの反射波を反射波検出回路１５１で検出し、反射波に応じてインピーダンス自動制御回路１５２によって整合回路１５の最適な定数を求め、整合回路１５の可変キャパシタと可変インダクタの定数を制御する自動整合回路１５０を設けたものである。
【０４１６】
図２１の無線システムでは、外部環境によってアンテナアレイの入力インピーダンスが変化した場合も、自動整合回路１５０によってアンテナアレイ７１の入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスと整合できるので、良好な通信状態をより維持できるようになる。
【０４１７】
なお、本実施例は送受信可能な無線システムについて説明したが、受信のみの無線システムであっても本発明の効果は期待できるので、受信のみ、送信のみの無線システムも本発明に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０４１８】
【図１−Ａ】本発明のアンテナモジュールの一例を示す図である。
【図１−Ｂ】ヒンジの構造を示す図である。
【図１−Ｃ】給電点と第２のスイッチと整合回路の接続を示す図である。
【図１−Ｄ】可変キャパシタと可変インダクタからなる整合回路の構成例を示す図である。
【図２】実施例１のアンテナモジュールの多周波対応、偏波切替えを説明する図である。
【図３】実施例１のアンテナモジュールの多周波対応、偏波切替えを説明する図である。
【図４】実施例１のアンテナモジュールの多周波対応、偏波切替えを説明する図である。
【図５】実施例１のアンテナモジュールの指向性制御を説明する図である。
【図６】実施例１のアンテナモジュールの指向性制御を説明する図である。
【図７】実施例１のアンテナモジュールの指向性制御を説明する図である。
【図８】本発明の可変インダクタの一例を示す図である。
【図９】本発明の可変インダクタの別の一例を示す図である。
【図１０】本発明の可変インダクタの別の一例を示す図である。
【図１１】本発明の可変インダクタの別の一例を示す図である。
【図１２】本発明のアンテナモジュールの別の一例を示す図である。
【図１３】本発明のアンテナモジュールの別の一例を示す図である。
【図１４】実施例３のアンテナモジュールの多周波対応、偏波切替えを説明する図である。
【図１５】実施例３のアンテナモジュールの多周波対応、偏波切替えを説明する図である。
【図１６】実施例３のアンテナモジュールの多周波対応、偏波切替えを説明する図である。
【図１７】実施例３のアンテナモジュールの指向性制御を説明する図である。
【図１８】本発明のアンテナモジュールの別の一例を示す図である。
【図１９】本発明の無線モジュールの別の一例を示す図である。
【図２０】本発明の無線システムの一例を示す図である。
【図２１】本発明の無線システムの別の一例を示す図である。
【図２２】アンテナの従来例（特開２０００−２３６２０９号公報）を示す図である。
【図２３】アンテナの従来例（特開２００２−２６１５３３号公報）を示す図である。
【図２４】アンテナの従来例（特開２００３−１２４７３０号公報）を示す図である。
【図２５】アンテナの従来例（ＵＳＰ（米国特許）第６１９８４３８号）を示す図である。
【図２６】アンテナの従来例（GTRI Prototype Aperture Antenna）を示す図である。
【図２７】可変インダクタの従来例（特開２００３−６８５７１号公報）を示す図である。
【図２８】可変インダクタの従来例（オンチップＲＦ可変インダクタ）を示す図である。
【図２９】可変インダクタの従来例（Self-Asembling MEMS Variable Inductor）を示す図である。
【図３０】アンテナの従来例（Polarization Reconfigurable Patch Antenna）を示す図である。
【図３１】アンテナの従来例（偏波切換えマイクロストリップアンテナ）を示す図である。
【図３２】アンテナの従来例（特開２００１−３６３３７号公報）を示す図である。
【図３３】アンテナの従来例（特開平６−１１２７２７号公報）を示す図である。
【図３４】アンテナの従来例（特開平１０−１５４９１１号公報，特開２００２−３２５０１２号公報）を示す図である。
【図３５】アンテナの従来例（Electronically Steering Yagi-Uda Microstrip Patch Antenna array）を示す図である。
【図３６】アンテナの従来例（Electronic beam steering using switched parasitic patch elements）を示す図である。
【図３７】アンテナの従来例（ビーム成形用マイクロストリップアレーアンテナ）を示す図である。
【符号の説明】
【０４１９】
１０，５０：第１の基板
１１：放射素子（導体）
１２，５２：給電点Ａ
１３，５３：給電点Ｂ
１４：給電点Ｃ
１５，５４：整合回路
１６，１６ａ，５５，５５ａ：第１のスイッチ
１６１，１６１ａ，５５１，５５１ａ：上部電極
１６２，１６２ａ，５５２，５５２ａ：下部電極
１６３：ヒンジ
１７，１７ａ，５６：第２のスイッチ
１７１，１７１ａ，５６１：上部電極
１７２，１７２ａ，５６２：下部電極
１８，５７：地板
１９，５８：第２の基板
２０，６０：給電線
２４：可変リアクタンス
２５：第３のスイッチ
２６，３６：ループＡ
２７，３７：ループＢ
２８，３３：固定配線
２９，３４，４１，５９：線路
３０，３８：ビアホール
３１，３９：他層にある線路
３２，４０：可動配線（ループＣ）
４２：第１のインダクタ
４３：第２のインダクタ
４４：抵抗
４５：電流源
５１：スロット
６１：第２の地板
６２：第３の基板
６３：フロントエンド回路
６４：ビア
７０：アンテナモジュール
７１：マイクロストリップアンテナアレイ
７２：放射素子Ａ〜Ｉ送信系
７３：放射素子Ａ〜Ｉ受信系
７４：送受信切替スイッチ
７５：制御回路
７６：可変キャパシタ，可変インダクタ制御回路
７７：送受信切替スイッチ制御回路
７８：第１のスイッチのバイアス発生回路
７９：第２のスイッチのバイアス発生回路
８０：第３のスイッチのバイアス発生回路
１５０：自動整合回路
１５１：反射波検出回路
１５２：インピーダンス自動制御回路
１０１：金属片
１０２：ＰＩＮダイオード
２１１：アンテナ部
２１２：配線基板
２１３：グランドパターン
２１４：ＲＦモジュール
２１８：アンテナ素子パターン
２１９：給電点（給電パターン）
２２０ａ〜２２０ｄ：接地点
２２１ａ〜２２１ｄ：スイッチ
３００：アンテナ構造
３０５：短絡平面
３１０：サブアンテナ構造
３２０：第１の放射素子
３２２：第１の端部
３２４：給電ライン
３３０：第２の放射素子
３３２：第２の端部
３３４：間隔
３４０：第３の放射素子
３４２：第３の端部
３５０：給電ライン
３６０，３６２：スイッチ
３７０，３７２：無線周波数モジュール
Ａ１，Ａ２：開口
４００：放射素子
４０５：高周波給電点
４１０：低周波給電点
４２０：ＭＥＭＳスイッチ
５００：絶縁基板
５１０：導体（放射素子）
５２０：ＦＥＴスイッチ
５３０：給電点
６００：パッチアンテナ
６０１：ＭＥＭＳアクチュエータ
６０２：給電線
６１６ａ，６１６ｂ：接続用端子
６２２：絶縁体層
６３０：スイッチ素子
６４０Ａ：可変インダクタ
６４２，６４３：導体板
６９１：伝送線路(スパイラルインダクタ)
７００：パッチ
７０１，７０２：スロット
７０３，７０４：ダイオード
７１０：マイクロストリップ線路
８００：給電素子
８０１：無給電素子
８０２：キャパシタ
８０３：地板
８０４：スイッチ回路
８１０：誘電体
８１１：地板
８１２：円環放射導体
８１３：ダイオード
８２０：給電素子
８２１：無給電素子
【図１−Ａ】
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【図１−Ｂ】
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【図１−Ｃ】
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【図１−Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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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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