(57)【要約】【課題】利用チャネル帯域が広く、指向性の方向の制御が容易な指向性アンテナを提供することにある。【解決手段】複数の放射素子２ａ〜２ｄと、各放射素子２ａ〜２ｄに一つの入力端１ｉから分岐してそれぞれ給電するための複数の給電線路３ａ〜３ｄとを備えたアンテナ１において、各給電線路３ａ〜３ｄ上に互いに長さが異なる経路４４ａ〜４ｄを複数形成し、これら経路４ａ〜４ｄを切り替える切替手段５ａ，５ｄを設けたものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の放射素子と、各放射素子に一つの入力端から分岐してそれぞれ給電するための複数の給電線路とを備えたアンテナにおいて、各給電線路上に互いに長さが異なる経路を複数形成し、これら経路を切り替える切替手段を設けたことを特徴とする指向性アンテナ。
【請求項２】
上記切替手段は、上記入力端から上記経路を含む各放射素子までの給電距離が互いに異なるように、上記経路を切り替える請求項１記載の指向性アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線ＬＡＮに使用される指向性アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のオフィスでは、オフィス内の端末やその周辺機器をケーブルで接続し、このケーブルを利用してデータのやりとりを行うＬＡＮを構築する代わりに、電波などの無線を利用した無線ＬＡＮを構築することがある。
【０００３】
無線ＬＡＮを構築するには、例えば、図５に示すように、オフィスｏ５の壁面ｗ５に、イーサネット（登録商標）を採用している図示しない有線ＬＡＮに接続され、無線ＬＡＮの電波を送受信して無線ＬＡＮと有線ＬＡＮ間の信号を相互変換する機器であるアンテナ（アクセスポイント（ＡＰ）ともいう）５１を設置し、無線ＬＡＮカードを装備した端末５２を使用する。一般にアンテナ５１としては、水平面内で無指向性のオムニアンテナが使用される。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−３２１８１２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のアンテナ５１は、無指向性であるためビーム幅が広く、その放射エリア（無線通信エリア）ａ５に多数（図５では１６台）の端末５２が含まれるので、利用チャネル帯域不足によるスループットの低下が起こりやすい。
【０００７】
利用チャネル帯域不足を解決するため、図６に示すように、アンテナ５１を２台設置することも考えられるが、この場合、隣接エリアとの電波干渉によってスループットが低下してしまう。
【０００８】
そこで、電波干渉によるスループットの低下を防止するため、アンテナ５１の代わりに、図８に示すように、複数の放射素子（アンテナ素子）と、各放射素子に出力端がそれぞれ接続される図７に示すようなフェイズシフター（移相器）７１とを備えたアンテナ８１を使用することが考えられる。
【０００９】
フェイズシフター７１では、入力端７１ｉからの給電信号が二つに分岐され、二つに分岐された給電信号がそれぞれカプラ７２ａ，７２ｂを通り、位相可変部７３にそれぞれ入力される。二つに分岐された給電信号は、位相可変部７３に移動可能に設けられる反射板７４でそれぞれ反射され、カプラ７２ａ，７２ｂを再び通り、その一部が出力端７１ｏａ，７１ｏｂからそれぞれ出力される。
【００１０】
このフェイズシフター７１では、反射板７４を動かすことにより、入力端７１ｉから出力端７１ｏａ，７１ｏｂまでの給電信号の給電距離が変わるので、二つに分岐された給電信号の位相を変えることができる。出力端７１ｏｃ，７１ｏｄから出力される給電信号についても同様である。
【００１１】
したがって、アンテナ８１では、複数のアンテナ素子から電波を放射することでビーム幅を狭くし、フェイズシフター７１によって各アンテナ素子への給電信号の位相を変えることでビーム方向を可変するので、アンテナ８１の指向性の方向を制御できる。
【００１２】
図８のオフィスｏ８に構築された無線ＬＡＮの例では、各アンテナ８１の無線通信エリアａ８に８台ずつの端末５２しか含まれず、無線通信エリアａ８同士が重なっていないので、電波干渉によるスループットの低下が防止される。
【００１３】
しかしながら、従来のアンテナ８１は、給電信号の位相の周波数特性がカプラ７２ａ，７２ｂの影響を受けて非線形的となって悪化することがあり、利用チャネル帯域が狭くなるという問題がある。特に、フェイズシフター７１のカプラは、アンテナ素子数と同じ個数必要になるので、アンテナ素子が増えるほど給電信号の位相の周波数特性を悪化させる。
【００１４】
また、アンテナ８１では、フェイズシフター７１の反射板７４を動かすことにより、フェイズシフター７１の各出力端７１ｏａ〜７１ｏｃから出力される給電信号の位相を変えているので、アンテナ８１の指向性の方向をいわばアナログ的に制御している。したがって、アンテナ８１の指向性の方向の制御が難しいという問題がある。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、利用チャネル帯域が広く、指向性の方向の制御が容易な指向性アンテナを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、複数の放射素子と、各放射素子に一つの入力端から分岐してそれぞれ給電するための複数の給電線路とを備えたアンテナにおいて、各給電線路上に互いに長さが異なる経路を複数形成し、これら経路を切り替える切替手段を設けた指向性アンテナである。
【００１７】
請求項２の発明は、上記切替手段は、上記入力端から上記経路を含む各放射素子までの給電距離が互いに異なるように、上記経路を切り替える請求項１記載の指向性アンテナである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１９】
図１は、本発明の好適実施の形態を示す指向性アンテナの回路図を示したものである。
【００２０】
図１に示すように、本発明に係る指向性アンテナ１は、導体からなる複数の放射素子（アンテナ素子）２ａ〜２ｄと、各アンテナ素子２ａ〜２ｄに一つの入力端１ｉから分岐してそれぞれ給電するための導体からなる複数の給電線路３ａ〜３ｄとを備え、各給電線路３ａ〜３ｄ上に互いに長さが異なる導体からなる複数の経路４ａ，４ｂ，４ｃ…でそれぞれ構成される経路群４Ａ〜４Ｄを形成し、各経路群４Ａ〜４Ｄの両端に、経路４ａ，４ｂ，４ｃ…を切り替える切替手段としての一対のスイッチ５ａ，５ａ、５ｂ，５ｂ、５ｃ，５ｃ、５ｄ，５ｄを設けたものである。
【００２１】
複数の給電線路３ａ〜３ｄは、入力端１ｉから二つの給電線路３ａ，３ｂに分岐され、給電線路３ａから経路群４Ａを介して給電線路３ｃが分岐され、給電線路３ｂから経路群４Ｂを介して給電線路３ｄが分岐されて構成される。複数の給電線路３ａ〜３ｄは、言い換えれば、全体がトーナメントの組み合わせ表状に形成される。
【００２２】
より詳細には、給電線路３ａは、入力端１ｉに接続される給電線路３の分岐点から経路群４Ａを含むアンテナ素子２ａまでの線路である。給電線路３ｂは、入力端１ｉに接続される給電線路３の分岐点から経路群４Ｂを含むアンテナ素子２ｂまでの経路である。給電線路３ｃは、給電線路３ａの分岐点から経路群４Ｃを含むアンテナ素子２ｃまでの経路である。給電線路３ｄは、給電線路３ｂの分岐点から経路群４Ｄを含むアンテナ素子２ｄまでの経路である。給電線路３ａ，３ｂの長さは互いに等しく、給電線路３ｃ，３ｄの長さは互いに等しい。
【００２３】
各経路４ａ，４ｂ，４ｃ…は、互いに絶縁されて形成される。本例では、経路４ａを直線状に形成してその長さが最も短くなるようにし、経路４ｂ，４ｃ…を曲線状に形成して漸次各長さが長くなるようにした。経路の個数は、少なくとも（アンテナ素子の個数）−１にする。
【００２４】
各スイッチ５ａ〜５ｄは、各給電線路３ａ〜３ｄにそれぞれ接続される片側の端子６と、各経路４ａ，４ｂ，４ｃ…にそれぞれ接続される反対側の端子７ａ，７ｂ，７ｃ…と、各スイッチ５ａ〜５ｄをＯＦＦにするための反対側のＯＦＦ端子８とを備えている。各スイッチ５ａ〜５ｄは、対になるスイッチ同士の端子７ａ，７ｂ，７ｃ…，８が各経路群４Ａ〜４Ｄを介して対向するように設けられる。
【００２５】
各スイッチ５ａ〜５ｄは、対になるスイッチ同士が同じ経路４ａ，４ｂ，４ｃ…を同時に切り替えるように連動される。さらに、各スイッチ５ａ〜５ｄは、入力端１ｉから各経路４ａ〜４ｄを含む各放射素子２ａ〜２ｄまでの給電距離が互いに異なるように経路４ａ〜４ｄを切り替えるようになっている。
【００２６】
各スイッチ５ａ〜５ｄの切替を手動でそれぞれ行ってもよいし、全スイッチの切替を自動で同時に行ってもよい。各スイッチ５ａ〜５ｄとしては、例えば、ＧａＡｓＩＣスイッチなどの半導体スイッチや機械式スイッチを使用する。
【００２７】
以上説明したアンテナ素子２ａ〜２ｄ、給電線路３，３ａ〜３ｄ、経路群４Ａ〜４Ｄ、スイッチ５ａ〜５ｄは、図示しない誘電体からなる基板上に形成される。
【００２８】
本実施の形態の作用を説明する。
【００２９】
入力端１ｉから入力された給電信号は、給電線路３を通って給電線路３ａ，３ｂに分岐給電される。給電線路３ａに分岐給電された給電信号は、経路群４Ａを経由してアンテナ素子２ａに給電されると共に、給電線路３ａから給電線路３ｃに分岐給電され、経路群４Ｃを経由してアンテナ素子２ｃに給電される。一方、給電線路３ｂに分岐給電された給電信号は、経路群４Ｂを経由してアンテナ素子２ｂに給電されると共に、給電線路３ｂから給電線路３ｄに分岐給電され、経路群４Ｄを経由してアンテナ素子２ｄに給電される。各アンテナ素子２ａ〜２ｄは、給電された給電信号に応じて電波を放射する。
【００３０】
このとき、各スイッチ５ａ〜５ｄによって各経路群４Ａ〜４Ｃの各経路４ａ，４ｂ，４ｃ…を適宜切り替えれば、入力端１ｉから各経路４ａ，４ｂ，４ｃ…を含む各アンテナ素子２ａ〜２ｄまでの給電距離がそれぞれ異なるので、各アンテナ素子２ａ〜２ｄに給電される給電信号の位相が変わり、アンテナ１のビーム方向を所望の方向に変化できる。
【００３１】
また、各スイッチ５ａ〜５ｄによってそれぞれの端子６とＯＦＦ端子８を適宜接続すれば、電波を放射するアンテナ素子２ａ〜２ｄの個数が変わるので、アンテナ１のビーム幅を所望の幅に変化できる。ただし、アンテナ１のビーム幅は電波を放射するアンテナ素子が多いほど狭くなる。この場合、アンテナ１から放射される電波がより遠くまで達するようになる。
【００３２】
これにより、アンテナ１では、ビームの方向とビーム幅を変化できるので、アンテナ１の指向性の方向を制御できる。
【００３３】
図１の例では、スイッチ５ａ，５ａによってそれぞれの端子６と端子７ａが接続されることから給電線路３ａ上に経路４ａが含まれ（選択され）、スイッチ５ｂ，５ｂによってそれぞれの端子６と端子７ｂが接続されることから給電線路３ｂ上に経路４ｂが含まれ、スイッチ５ｃ，５ｃによってそれぞれの端子６と端子７ｂが接続されることから給電線路３ｃ上に経路４ｂが含まれ、スイッチ５ｄ，５ｄによってそれぞれの端子６と端子７ｃとが接続され、給電線路３ｄ上に経路４ｃが含まれる。
【００３４】
この場合、各アンテナ２ａ〜２ｄに分岐給電された給電信号は、（経路４ａの長さ）＜（経路４ｂの長さ）＜（経路４ｃの長さ）であることから、互いに異なる位相になる。すなわち、アンテナ２ａに給電される給電信号の位相が最も進み、アンテナ２ｃ，２ｂ，２ｄにそれぞれ給電される各給電信号の位相が順に遅くなる。
【００３５】
このように、本発明に係る指向性アンテナ１は、各スイッチ５ａ〜５ｄによって各給電線路３ａ〜３ｄ上にそれぞれ形成した経路４ａ，４ｂ，４ｃ…を適宜切り替えているので、図８で説明した従来のアンテナ８１のようなカプラを使用する必要がなく、給電信号の位相の周波数特性が、カプラの影響を受けずに経路４ａ，４ｂ，４ｃ…のみの影響を受けて線形的となる。したがって、利用チャネル帯域が広い。
【００３６】
アンテナ１では、スイッチ５ａ〜５ｄ，５ａ〜５ｄによって指向性の方向をいわばディジタル的に制御しているので、アンテナ１の指向性の方向の制御が容易である。
【００３７】
例えば、図３に示すように、オフィスｏ３の壁面ｗ３にアンテナ１を設置して無線ＬＡＮを構築した場合は、放射エリア（無線通信エリア）ａ３同士が重ならないようにアンテナ１のビーム幅を変えることで、電波の干渉を防止できる。さらに、アンテナ１をより狭いビーム幅に変えることができるので、アンテナ１からの電波をより遠い端末５２や無線機器まで飛ばすことができる。
【００３８】
また、図３のオフィスｏ３のレイアウト変更時、あるいは図４に示すようにオフィスｏ３よりも端末５２の密度が高いオフィスｏ４の壁面ｗ４にアンテナ１を使用して無線ＬＡＮを構築した場合には、無線通信エリアａ４同士が重ならないようにアンテナ１のビーム幅およびビーム方向を変えることで、電波の干渉を防止できる。
【００３９】
図３のオフィスｏ３において、予め壁面ｗ３に３台のアンテナ１を設置しておけば、オフィスｏ３のレイアウト変更時でもアンテナを設置し直す必要がなくなる。
【００４０】
図１のアンテナ１では四つのアンテナ素子２ａ〜２ｄの例で説明したが、アンテナ素子は少なくとも二つあればよい。
【００４１】
次に、第二の実施の形態を説明する。
【００４２】
図２に示すように、本発明に係る指向性アンテナ２１は、複数のアンテナ素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…を備え、各アンテナ素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…に一つの入力端２１ｉから共通の給電線路２３ｍを介してそれぞれ分岐給電する複数の給電線路２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ…を横一列の並列状に形成し、各給電線路２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ…上に経路群２４Ａ〜２４Ｄを形成し、各経路群２４Ａ〜２４Ｄの両端に一対のスイッチ５ａ〜５ｄ，５ａ〜５ｄを設けたものである。
【００４３】
本例では、入力端２１ｉから各給電線路２３ａ，２３ｂまでの給電距離を互いに等しくなるようにした。一方、入力端２１ｉから各給電線路２３ｃ，２３ｄまでの給電距離を互いに等しく、かつ入力端２１ｉから各給電線路２３ａ，２３ｂまでの給電距離よりも十分長くなるようにした。
【００４４】
経路群２４Ａ，２４Ｂは、互いに長さが異なる複数の経路２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…でそれぞれ構成される。経路群２４Ｃ，２４Ｄは、互いに長さが異なる複数の経路２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…でそれぞれ構成される。
【００４５】
各経路２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…と各経路２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…とは、いずれも同じ長さにならないようにするとよい。本例では、経路２６ａの長さが最も短く、経路２５ａ，２６ｂ，２５ｂ，２５ｃ，２６ｃの各長さが順に漸次長くなるようにした。
【００４６】
アンテナ２１においても、アンテナ１と同様の理由で、利用チャネル帯域が広い、指向性の方向の制御が容易であるなどの作用効果が発揮される。
【００４７】
図２の例では、各スイッチ５ａ〜５ｄにより、給電線路２３ａ上に経路２５ａが含まれ、給電線路２３ｂ上に経路２５ｂが含まれ、給電線路２３ｃ上に経路２６ａが含まれ、給電線路２３ｄ上に経路２６ｂが含まれる。この場合、入力端２１ｉから各給電線路２３ａ〜２３ｄまでの給電距離を考慮すると、アンテナ２ａに給電される給電信号の位相が最も進み、アンテナ２ｂ，２ｃ，２ｄにそれぞれ給電される各給電信号の位相が順に遅くなる。
【００４８】
上記実施の形態では、複数の給電線路がトーナメントの組み合わせ表状、あるいは横一列の並列状に形成される例で説明したが、本発明は、給電線路の形状には限定されず、各給電線路上に互いに長さが異なる経路が複数形成されていればよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
（１）利用チャネル帯域が広い。
（２）指向性の制御が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示す回路図である。
【図２】第二の実施の形態を示す回路図である。
【図３】本発明に係る指向性アンテナを使用して無線ＬＡＮを構築したオフィスの一例を示す平面図である。
【図４】本発明に係る指向性アンテナを使用して無線ＬＡＮを構築したオフィスの一例を示す平面図である。
【図５】従来のアンテナを使用して無線ＬＡＮを構築したオフィスの一例を示す平面図である。
【図６】従来のアンテナを使用して無線ＬＡＮを構築したオフィスの一例を示す平面図である。
【図７】移相器の一例を示す概略図である。
【図８】移相器を備えた従来のアンテナを使用して無線ＬＡＮを構築したオフィスの一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１  指向性アンテナ
２ａ〜２ｄ  放射素子
３ａ〜３ｄ  給電線路
４ａ〜４ｄ  経路
４Ａ〜４Ｄ  経路群
５ａ〜５ｄ  スイッチ（切替手段）
【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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