(57)【要約】差動給電線路１０３ｃによって、動作時のスロット長が二分の一実効波長となるよう設定されたスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７を対動作させ、逆相等振幅で励振されたスロット共振器群を回路内に出現させ、各スロット共振器内の選択性放射部位６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ｂ、６０３ｃ、６０５ｂ、６０７ｂの配置条件を切り替える。
2007114104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の裏面に設けられた接地導体面と、
前記誘電体基板の表面に配置された二本の鏡面対称な信号導体からなる差動給電線路と、
前記接地導体面に形成された第一のスロット共振器と、
前記接地導体面に形成された第二のスロット共振器とを備えた差動給電可変スロットアンテナであって、
前記第一のスロット共振器の一部が、前記二本の鏡面対称な信号導体のうち、一本の信号導体と交差しているが、他方の信号導体とは交差しておらず、
前記第二のスロット共振器の一部が、前記二本の鏡面対称な信号導体のうち、前記一本の信号導体とは交差していないが、他方の信号導体と交差しており、
動作設定時において、前記第一のスロット共振器のスロット長が動作周波数において二分の一実効波長に相当し、
動作設定時において、前記第二のスロット共振器のスロット長が動作周波数において二分の一実効波長に相当し、
前記二本の鏡面対称な信号導体は、それぞれ逆相に給電され、
前記第一のスロット共振器、前記第二のスロット共振器の少なくともいずれか一つは、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも１つの可変機能を備えることにより、少なくとも２状態の放射特性可変効果を実現し、
前記第一および第二のスロット共振器は、前記信号導体と一部が交差する給電部位と、前記信号導体とは交差しない選択性放射部位とを直列に接続して形成される直列接続構造から構成され、
前記可変機能を有する前記第一および第二のスロット共振器では、前記給電部位と前記選択性放射部位の間の接続を制御する選択性導通経路が、前記給電部位と前記選択性放射部位の間に挿入され、
前記高周波構造可変機能を有する前記第一および第二のスロット共振器では、複数の前記選択性放射部位が前記給電部位に互いに直列に接続されており、前記選択性放射部位のうち、動作時には一つの選択性放射部位のみが前記給電部位と接続されるように前記選択性導通経路が制御され、
前記動作状態切り替え機能を有する前記第一および第二のスロット共振器では、非動作時には、前記給電部位と前記選択性放射部位間の接続が切断されるように前記選択性導通経路が制御される、
差動給電可変スロットアンテナ。
【請求項２】
前記差動給電線路が開放終端された箇所から給電回路側への距離が動作周波数において四分の一実効波長に相当する地点で、前記第一のスロット共振器と前記第二のスロット共振器が給電される請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項３】
前記差動給電線路の終端点がそれぞれ同じ抵抗値の抵抗により接地終端される請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項４】
前記第一の信号導体の終端点と前記第二の信号導体の終端点が抵抗を介して電気的に接続される請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項５】
前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が、
前記第一のスロット共振器の前記第一の選択性放射部位の第一の中央部位と前記第二のスロット共振器の前記第二の選択性放射部位の第二の中央部位が、動作周波数において四分の一実効波長未満の距離に近接して配置された二対のスロット共振器対群を設定し、
前記第一のスロット共振器対の第一の中央部位と、前記第二のスロット共振器対の第一の中央部位を動作周波数において二分の一実効波長程度離して配置し、
前記第一のスロット共振器対の第二の中央部位と、前記第二のスロット共振器対の第二の中央部位を動作周波数において二分の一実効波長程度離して配置することにより実現する、
前記差動給電線路に平行な方向に成分を有する方向に主ビームを向けた放射指向性である請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項６】
前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が、
前記第一のスロット共振器の前記第一の選択性放射部位の第一の中央部位と、前記第二のスロット共振器の前記第二の選択性放射部位の第二の中央部位を、動作周波数において二分の一実効波長程度離して配置することにより、
前記第一の中央部位と、前記第二の中央部位、を結ぶ第一の方向へ主ビーム方向が向き、前記第一の方向に直交する面方向への放射利得を抑制した放射指向性である請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項７】
前記第一の方向が前記差動給電線路の給電方向と直交する成分を有する請求項５に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項８】
前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が、
前記第一のスロット共振器の前記第一の選択性放射部位の第一の中央部位と、前記第二のスロット共振器の前記第二の選択性放射部位の第二の中央部位を、動作周波数において四分の一実効波長未満の距離に近接して配置することにより、前記誘電体基板と直交する方向へ主ビーム方向を向け、前記第一の中央部位と前記第二の中央部位とを結ぶ第二の方向に対する指向利得を抑制した放射指向性である請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、マイクロ波帯、およびミリ波帯などのアナログ高周波信号、もしくはデジタル信号を送信、受信する差動給電スロットアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、シリコン系トランジスタの飛躍的な特性向上に伴い、デジタル回路だけでなくアナログ高周波回路部においても、化合物半導体トランジスタからシリコン系トランジスタへの置換、更にはアナログ高周波回路部とデジタルベースバンド部との１チップ化が加速している。この結果、高周波回路の主流であったシングルエンド回路は、正負の符号の信号をバランス動作させる差動信号回路へと置換されつつある。これは、差動信号回路が、不要輻射の劇的な低減、移動体端末内に無限面積の接地導体を配置できない条件化での良好な回路特性の確保、などの利点を有するからである。【０００３】  差動信号回路において個々の回路素子はバランスを維持して動作する必要があるが、シリコン系トランジスタでは特性ばらつきが少なく信号の差動バランスが維持できる。また、シリコン基板自体が有する損失を回避するためにも差動線路を用いることが好ましいという理由もある。結果として、シングルエンド回路において確立されていた高い高周波特性を保ちつつ、差動信号給電に対応することが、アンテナやフィルタなどの高周波デバイスへの強い要望となっている。【０００４】  図２６（ａ）に上面より臨んだ透視模式図を、図２６（ｂ）に図中の直線Ａ１−Ａ２で切断した断面構造図を示す。これは、シングルエンド線路１０３により給電される二分の一波長スロットアンテナ（従来例１）である。【０００５】  誘電体基板１０１の裏面に形成された接地導体面１０５に、二分の一実効波長のスロット長Ｌｓを有するスロット共振器１１１Ａが形成されている。入力整合条件を満足するため、シングルエンド線路１０３の開放終端点１１３からスロット１１１Ａと交差するまでの距離Ｌｍは、動作周波数において四分の一実効波長に設定される。スロット共振器１１１Ａは、接地導体面１０５の一部領域における導体を厚さ方向に全て切除することによって得られている。【０００６】  図中に示したように、給電線路の伝送方向に平行な方向をＸ軸、誘電体基板形成面をＸＹ面とする座標系を定義する。【０００７】  従来例１の典型的な放射指向特性の一例を図２７に示す。図２７（ａ）はＹＺ面、図２７（ｂ）はＸＺ面の放射指向性を示している。図より明らかなように、従来例１では、±Ｚ方向で最大利得を示す放射指向特性が得られる。±Ｘ方向でヌル特性が、±Ｙ方向でも主ビーム方向に対して１０ｄＢ程度の利得低減効果が得られる。【０００８】  特許文献１においては、上記スロット構造を、差動給電線路の直下に伝送方向に直交させて配置させる回路構造が開示されている（従来例２）。すなわち、特許文献１の回路構成は、スロット共振器を給電する回路を、シングルエンド線路から差動給電線路へと置換した構成である。【０００９】  特許文献１に記載されている構成の目的は、差動信号に意図せず重畳した不要同相信号のみを選択的に反射させる機能の実現であり、この目的からも明らかなように、特許文献１に開示された回路構造は、差動信号を自由空間に放射する機能を有さない。【００１０】  図２８（ａ）、（ｂ）にシングルエンド線路、差動給電線路によりそれぞれ給電した場合に、二分の一波長スロット共振器内に生じる電界分布の様子を模式的に比較しつつ図示する。【００１１】  シングルエンド線路によって給電した場合のスロットでは、両端において最小強度、中央部が最大強度となるよう、スロット幅方向に配向して電界２０１が分布する。一方、差動給電線路によって給電した場合は、正の符号の電圧によってスロット内に生じる電界２０１ａと、負の符号の電圧によってスロット内に生じる電界２０１ｂは等強度且つ逆向きのベクトルを持つので、総合的には両電界は相殺してしまい、共振現象が生じなくなってしまう。このため、二分の一波長スロット共振器を差動給電線路で給電しても、電磁波の効率的な放射は原理的に不可能である。よって、差動給電線路を二分の一波長スロット共振器と結合させアンテナ特性を実現するのは、シングルエンド線路により給電する場合と比較して容易でない。【００１２】  一般的に、差動伝送回路から効率的に電磁波を放射するためには、スロット共振器を用いず、差動給電線路の二本の信号線路の間隔を徐々に広げることによりダイポールアンテナとして動作させる方法が用いられる（従来例３）。【００１３】  図２９（ａ）は差動給電ストリップアンテナの斜視透視模式図を、図２９（ｂ）はその上面模式図を、図２９（ｃ）はその下面模式図を示す。図２９においても、図２６と同様の座標軸を設定する。【００１４】  差動給電ストリップアンテナにおいては、誘電体基板１０１の上面に形成された差動給電線路１０３ｃの線路間隔が、終端側でテーパ状に広がっている。誘電体基板１０１の裏面側については、入力端子側領域１１５ａでは接地導体１０５が形成されているが、差動給電線路１０３ｃの終端箇所の直下領域１１５ｂでは接地導体は設定されない。【００１５】  従来例３の典型的な放射指向性特性の一例を図３０（ａ）、（ｂ）に示す。図３０（ａ）にはＹＺ面での、図３０（ｂ）にはＸＺ面での放射指向性特性を示している。【００１６】  図より明らかなように、従来例３において主ビーム方向は＋Ｘ方向であり、ＸＺ平面に分布する広い半値幅の放射特性を示す。原理的に、従来例３では±Ｙ方向への放射利得は得られない。接地導体１０５により反射されるため、マイナスＸ方向への放射も抑圧させることはできる。【００１７】  特許文献２には、シングルエンド線路により給電した可変スロットアンテナが開示されている。特許文献２の明細書の図１を、図３１として示す。【００１８】  誘電体基板１０の表面に配置されたシングルエンド線路６によって、基板裏面に設定した二分の一波長スロット共振器５を給電する点は、従来例１と同様の構成である。しかし、給電された二分の一波長スロット共振器５の先端に、更に複数の二分の一波長スロット共振器１、２、３、４を選択的に接続していくことによって、自由度の高いスロット共振器配置を実現している。スロット共振器配置を変化させることにより、電磁波の主ビーム方向を変化させる機能が発現した、としている（従来例４）。
【特許文献１】米国特許第６７６５４５０号明細書
【特許文献２】特開２００４−２７４７５７号公報
【非特許文献１】Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ“Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ”ｐｐ．４４１−ｐｐ．４４３  ２００１年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】  従来の差動給電アンテナ、スロットアンテナ、可変アンテナ、には以下に示す原理的な課題があった。【００２０】  第一に、従来例１では、±Ｚ軸方向にしか主ビームが向かず、±Ｙ軸方向、±Ｘ軸方向へ主ビーム方向を向けることは困難である。何よりも差動給電への対応が未達成なので、給電信号変換にバラン（ｂａｌｕｎ）回路が必要であり、素子数増加、集積化の妨げになる、などの課題が生じていた。【００２１】  第二に、従来例２では、二分の一波長スロット共振器は、シングルエンド線路による給電を差動給電線路に置換しただけでは非放射特性しか得られず、効率的なアンテナ動作が困難であった。【００２２】  第三に、従来例３では、±Ｙ軸方向への主ビーム配向が困難であった。なお、差動線路を曲げると、曲げ部分における二配線間の位相差より、不要同相信号の反射が生じるため、給電線路を曲げて主ビーム方向を曲げるという解決策は従来例３において採用できない。よって、室内環境で用いる移動端末に用いるアンテナとしては、主ビーム方向が配向できない方向が生じるのは極めて好ましくない。【００２３】  第四に、従来例３の放射特性は、半値幅が広いため、通信品質劣化の回避が困難であった。例えば、所望信号がＺ軸方向から到来する場合、＋Ｘ方向から到来する不要信号の受信強度は抑圧されない。信号反射が多い室内環境で高速通信を行うにあたって生じる深刻なマルチパス問題の回避や、妨害波が多く到達する状況下での通信品質維持が著しく困難であった。【００２４】  第五に、従来例４においても、第四の課題と同様、所望信号が到達する方向とは異なる方向から到来する不要信号が通信品質へ与える悪影響を抑圧することが困難であった。すなわち、主ビーム方向の配向についての制御が可能であっても、妨害波の抑圧が不十分であるという問題があった。勿論、第一の課題と同様に、差動給電への対応も未達成である。【００２５】  以上の課題をまとめると、従来技術のいずれを用いても、３つの課題を同時に解決することが困難である。すなわち、第一に差動給電回路との親和性があり、第二に広い立体角範囲で主ビーム方向を切り替えることが可能で、第三に主ビーム以外の方向から到来する妨害波の除去効果を有する可変アンテナの実現が困難であった。【００２６】  本発明は、上記従来技術の３つの課題を同時に解決する可変アンテナの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】  差動給電可変スロットアンテナは、誘電体基板と、前記誘電体基板の裏面に設けられた接地導体面と、前記誘電体基板の表面に配置された二本の鏡面対称な信号導体からなる差動給電線路と、前記接地導体面に形成された第一のスロット共振器と、前記接地導体面に形成された第二のスロット共振器とを備えた差動給電可変スロットアンテナであって、前記第一のスロット共振器の一部が、前記二本の鏡面対称な信号導体のうち、一本の信号導体と交差しているが、他方の信号導体とは交差しておらず、前記第二のスロット共振器の一部が、前記二本の鏡面対称な信号導体のうち、前記一本の信号導体とは交差していないが、他方の信号導体と交差しており、動作設定時において、前記第一のスロット共振器のスロット長が動作周波数において二分の一実効波長に相当し、動作設定時において、前記第二のスロット共振器のスロット長が動作周波数において二分の一実効波長に相当し、前記二本の鏡面対称な信号導体は、それぞれ逆相に給電され、前記第一のスロット共振器、前記第二のスロット共振器の少なくともいずれか一つは、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも１つの可変機能を備えることにより、少なくとも２状態の放射特性可変効果を実現し、前記第一および第二のスロット共振器は、前記信号導体と一部が交差する給電部位と、前記信号導体とは交差しない選択性放射部位とを直列に接続して形成される直列接続構造から構成され、前記可変機能を有する前記第一および第二のスロット共振器では、前記給電部位と前記選択性放射部位の間の接続を制御する選択性導通経路が、前記給電部位と前記選択性放射部位の間に挿入され、前記高周波構造可変機能を有する前記第一および第二のスロット共振器では、複数の前記選択性放射部位が前記給電部位に互いに直列に接続されており、前記選択性放射部位のうち、動作時には一つの選択性放射部位のみが前記給電部位と接続されるように前記選択性導通経路が制御され、前記動作状態切り替え機能を有する前記第一、第二のスロット共振器では、非動作時には、前記給電部位と前記選択性放射部位間の接続が切断されるように前記選択性導通経路が制御される。【００２８】  好ましい実施形態において、前記差動給電線路が開放終端された箇所から給電回路側への距離が動作周波数において四分の一実効波長に相当する地点で、前記第一のスロット共振器と前記第二のスロット共振器が給電される。【００２９】  好ましい実施形態において、前記差動給電線路の終端点がそれぞれ同じ抵抗値の抵抗により接地終端される。【００３０】  好ましい実施形態において、前記第一の信号導体の終端点と前記第二の信号導体の終端点が抵抗を介して電気的に接続される。【００３１】  好ましい実施形態において、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が、前記第一のスロット共振器の前記第一の選択性放射部位の第一の中央部位と前記第二のスロット共振器の前記第二の選択性放射部位の第二の中央部位が、動作周波数において四分の一実効波長未満の距離に近接して配置された二対のスロット共振器対群を設定し、前記第一のスロット共振器対の第一の中央部位と、前記第二のスロット共振器対の第一の中央��位を動作周波数において二分の一実効波長程度離して配置し、前記第一のスロット共振器対の第二の中央部位と、前記第二のスロット共振器対の第二の中央部位を動作周波数において二分の一実効波長程度離して配置することにより実現する、前記差動給電線路に平行な方向に成分を有する方向に主ビームを向けた放射指向性である。【００３２】  好ましい実施形態において、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が、前記第一のスロット共振器の前記第一の選択性放射部位の第一の中央部位と、前記第二のスロット共振器の前記第二の選択性放射部位の第二の中央部位を、動作周波数において二分の一実効波長程度離して配置することにより、前記第一の中央部位と、前記第二の中央部位、を結ぶ第一の方向へ主ビーム方向が向き、前記第一の方向に直交する面方向への放射利得を抑制した放射指向性である。【００３３】  好ましい実施形態において、前記第一の方向が前記差動給電線路の給電方向と直交する成分を有する。【００３４】  好ましい実施形態において、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が、前記第一のスロット共振器の前記第一の選択性放射部位の第一の中央部位と、前記第二のスロット共振器の前記第二の選択性放射部位の第二の中央部位を、動作周波数において四分の一実効波長未満の距離に近接して配置することにより、前記誘電体基板と直交する方向へ主ビーム方向を向け、前記第一の中央部位と前記第二の中央部位とを結ぶ第二の方向に対する指向利得を抑制した放射指向性である。
【発明の効果】
【００３５】  本発明の差動給電スロットアンテナによれば、第一に、従来の差動給電アンテナにおいて実現不可能であった方向への効率的な放射を実現し、且つ、第二に主ビーム方向を広い立体角範囲で可変し、且つ、第三に主ビーム方向と異なる少なくとも二つの方向で原理的に利得抑圧を実現するという三つの効果が同時に実現できる。このため、室内環境において高速通信用途で使用される移動体端末用アンテナとして極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による差動給電スロットアンテナの実施形態の上面から臨んだ透視模式図である。
【図２】図１の差動給電スロットアンテナの実施形態の断面構造図であって、（ａ）は図１の直線Ａ１−Ａ２を切断面とする断面構造図、（ｂ）は図１の直線Ｂ１−Ｂ２を切断面とする断面構造図、（ｃ）は図１の直線Ｃ１−Ｃ２を切断面とする断面構造図である。
【図３】スロット共振器６０１の周辺構造の拡大図である。
【図４】スロット共振器６０１内の構造拡大図である。
【図５】スロット共振器６０１の構造変化例を示す図であって、（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、高周波構造可変機能により発現するスロット共振器の構造図、（ｃ）は動作状態可変機能により非動作状態に制御された場合のスロット共振器の構造図である。
【図６】本発明の差動給電スロットアンテナの第一の動作状態での構造図である。
【図７】本発明の差動給電スロットアンテナの第一の動作状態での構造図である。
【図８】本発明の差動給電スロットアンテナの第二の動作状態での構造図である。
【図９】本発明の差動給電スロットアンテナの構造模式図である。
【図１０】本発明の差動給電スロットアンテナの第二の動作状態での構造図である。
【図１１】本発明の差動給電スロットアンテナの第二の動作状態での構造図である。
【図１２】第二の動作状態での本発明の差動給電スロットアンテナの構造図である。
【図１３】本発明の差動給電スロットアンテナの第三の動作状態での構造図である。
【図１４】本発明の差動給電スロットアンテナの第三の動作状態での構造図である。
【図１５】本発明の実施例の構造模式図であって、（ａ）は透視構造模式図、（ｂ）は接地導体上に形成したスロットパターンを示す構造模式図である。
【図１６】本発明の実施例の構造模式図であって、（ａ）はチップキャパシタの配置位置を示す構造模式図、（ｂ）は高周波的に実現されるスロットパターンを示す構造模式図である。
【図１７】本発明の実施例において、ダイオードスイッチ配置位置を示す構造模式図である。
【図１８】本発明の実施例の第一の動作状態において、高周波的に実現される構造模式図であって、（ａ）は上面から臨む全体図、（ｂ）はスロット共振器の拡大図である。
【図１９】本発明の実施例の第一の動作状態における５．２５ＧＨｚでの放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）はＸＺ面での放射指向特性図、（ｃ）はＸＹ面での放射指向特性図である。
【図２０】本発明の実施例の第一の動作状態において、高周波的に実現される構造模式図である。
【図２１】本発明の実施例の第一の動作状態における５．２５ＧＨｚでの放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）はＸＺ面での放射指向特性図、（ｃ）はＸＹ面での放射指向特性図である。
【図２２】本発明の実施例の第二の動作状態において、高周波的に実現される構造模式図であって、（ａ）は上面から臨む全体図、（ｂ）はスロット共振器の拡大図である。
【図２３】本発明の実施例の第二の動作状態における５．２５ＧＨｚでの放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）はＸＺ面での放射指向特性図、（ｃ）はＸＹ面での放射指向特性図である。
【図２４】本発明の実施例の第三の動作状態において、高周波的に実現される構造模式図である。
【図２５】本発明の実施例の第三の動作状態における５．２５ＧＨｚでの放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）はＸＺ面での放射指向特性図、（ｃ）はＸＹ面での放射指向特性図である。
【図２６】シングルエンド線路給電二分の一波長スロットアンテナ（従来例１）の構造図であって、（ａ）は上面透視模式図、（ｂ）は断面構造図である。
【図２７】従来例１の放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）はＸＺ面での放射指向特性図である。
【図２８】二分の一波長スロット共振器内の電界分布の模式図であって、（ａ）はシングルエンド給電線路により給電された場合の模式図、（ｂ）は差動給電線路により給電された場合の模式図である。
【図２９】差動給電ストリップアンテナ（従来例３）の構造図であって、（ａ）は斜視透視模式図、（ｂ）は上面模式図、（ｃ）は下面模式図である。
【図３０】従来例３の差動給電ストリップアンテナの放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）はＸＺ面での放射指向特性図である。
【図３１】特許文献２（従来例４）の図１であり、シングルエンド給電可変アンテナの模式構造図である。
【符号の説明】
【００３７】  １０１・・・誘電体基板
１０３・・・信号導体
１０３ａ、１０３ｂ・・・差動信号線路の対の信号導体
１０５、１０５ａ、１０５ｂ、１４１、１４３・・・接地導体、接地導体領域
１１１Ａ、６０１、６０３、６０５、６０７・・・スロット共振器
１１３・・・給電線路の終端点
１１５ａ・・・誘電体基板裏面の入力端子側領域
１１５ｂ・・・誘電体基板裏面の差動給電線路終端箇所の直下領域
２１１ａ、２１１ｂ、２１３、２１５、２１７ａ、２１７ｂ、２１９・・・接地導体領域
２０３ａ〜ｄ、２０５、２０７ａ、２０７ｂ、２０９ａ、２０９ｂ・・・バイアス分離用スロット
６０１ａ、６０３ａ、６０５ａ、６０７ａ・・・給電部位
６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ｂ、６０３ｃ、６０５ｂ、６０５ｃ、６０７ｂ、６０７ｃ・・・選択性放射部位
６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０７ｄ・・・高周波スイッチ素子
６０１ｆ、６０３ｆ、６０５ｆ、６０７ｆ、６０１ｈ、６０３ｈ、６０５ｈ、６０７ｈ・・・選択性放射部位中心箇所
６０１ｇ、６０３ｇ、６０５ｇ、６０７ｇ、６０１ｊ、６０３ｊ、６０５ｊ、６０７ｊ・・・電界ベク卜ル要素
６０９・・・チップキャパシタ
６１１・・・ダイオードスイッチ
６１３・・・方向
Ｌｍ・・・終端点から給電部位までの距離
Ｈ・・・基板厚
Ｗ・・・信号導体の配線幅
Ｇ・・・信号導体間の間隙幅
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】  以下、図面を参照しながら、本発明による差動給電スロットアンテナの実施形態を説明する。以下の実施形態における差動給電スロットアンテナは、従来の差動給電アンテナでは放射不可能であった方向に効率的な放射を実現し、また、様々な方向への主ビーム方向の切り替えを実現することができる。更に、主ビーム方向と異なる複数方向で放射利得を抑圧することもできる。【００３９】  （実施形態）
図１は、本発明による差動給電スロットアンテナの実施形態を示す図であり、誘電体基板裏面の接地導体側から臨む透視模式図である。【００４０】  図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図１の直線Ａ１−Ａ２、直線Ｂ１−Ｂ２、直線Ｃ１−Ｃ２で回路構造を切断した場合の断面構造図である。図中の座標軸および符号は、従来例の構成や放射方向を示す図２６および図２９における座標軸や符号対応させている。【００４１】  図１を参照すると、誘電体基板１０１の裏面には接地導体１０５が形成されており、誘電体基板１０１の表面には差動給電線路１０３ｃが形成されている。差動給電線路１０３ｃは、鏡面対称な一対の信号導体１０３ａ、１０３ｂによって構成されている。接地導体１０５の一部領域では、導体を厚さ方向に完全に除去することによってスロット回路を形成している。具体的には、接地導体１０５内に四つのスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７が配置されている。【００４２】  図３は、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の両機能を実現できるスロット共振器６０１の周辺拡大図である。図３に示すように、スロット共振器６０１は、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｂ、６０１ｃがそれぞれ直列に接続されて構成されている。複数のスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７の内、少なくとも一つのスロット共振器は、外部制御信号に対して、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも一方を可変的に実現する。【００４３】  外部制御信号は、可変機能を実現するため、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｂとの間に配置された高周波スイッチ素子６０１ｄを制御し、また、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｃと間に配置された高周波スイッチ素子６０１ｅを制御する。【００４４】  図４は、高周波スイッチ素子６０１ｄ、６０１ｅ付近の拡大図である。高周波スイッチ素子６０１ｄは、スロットを跨ぐ両側の接地導体領域１０５ａ、１０５ｂを接続するか、接続しないかを制御する。高周波スイッチ素子６０１ｄを開放状態に制御すれば、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｂとの接続は維持される。一方、高周波スイッチ素子６０１ｄを導通状態に制御することによって給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｂとの接続を切断すれば、スロット共振器構造から選択性放射部位６０１ｂを分離することが可能である。【００４５】  このように、高周波構造可変機能を有するスロット共振器は少なくとも二つの選択性放射部位を含む。しかし、動作時にスロット共振器内で選択される選択性放射部位の数は、一つに限定される。非選択となった残りの選択性放射部位は、スロット共振器からは高周波的に分離される。【００４６】  図５（ａ）から（ｃ）は、図３のスロット共振器６０１における高周波構造の変化例を示す。図５（ａ）から（ｃ）では、非選択とされた選択性放射部位が図示されていない。【００４７】  図５（ａ）に示す例では、高周波スイッチ素子６０１ｄが開放され、高周波スイッチ素子６０１ｅが導通されている。その結果、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｃと間の接続が切断され、スロット共振器は、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｂとが直列に接続された構��を有している。【００４８】  一方、図５（ｂ）に示す例では、高周波スイッチ素子６０１ｄが導通され、高周波スイッチ素子６０１ｅが開放されている。その結果、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｂと間の接続が切断され、スロット共振器は給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｃとが直列に接続された構造を有している。【００４９】  動作状態切り替え機能は、動作状態と非動作状態とを切り替える機能である。この機能は、給電部位と選択性放射部位との間の高周波スイッチ素子の状態を切り替えることにより実現される。図５（ｃ）は、図３のスロット共振器６０１を非動作状態に切り替えた場合の構造を示す。２つの高周波スイッチ素子６０１ｄ、６０１ｅを共に導通状態に制御することにより、給電部位６０１ａと接続される全ての選択性放射部位をスロット共振器から高周波的に分離する。【００５０】  一方、動作状態では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の選択性放射部位の一つだけを給電部位６０１ａに接続すればよい。なお、選択的導通手段６０１ｄ、６０１ｅをどちらも開放状態に制御する状態は、本発明では仮定しない。【００５１】  表１に、高周波スイッチ素子６０１ｄ、６０１ｅの制御の組み合わせと、スロット共振器６０１の高周波回路構造変化についてまとめた。【００５２】
【表１】
2007114104.tif 000003
【００５３】  給電部位および選択性放射部位の実効電気長は、動作状態にある全てのスロット共振器のスロット長が常に二分の一実効波長となるように予め設定される。給電部位の長さは、各選択性放射部位の長さよりも格段に短いことが好ましい。【００５４】  本実施形態におけるスロット共振器は、必ず対構成で動作する。すなわち、第一の信号導体１０３ａと結合して動作状態にあるスロット共振器の数Ｎ１と、第二の信号導体１０３ｂと結合して動作状態にあるスロット共振器の数Ｎ２とが相互に等しくなるように、各スロット共振器の状態が制御される。具体的に、図１の構成において、対構成で動作し得るスロット共振器の組み合わせと、対構成で動作できないスロット共振器の組み合わせを表２にまとめる。【００５５】
【表２】
2007114104.tif 000004
【００５６】  本実施形態におけるスロット共振器の選択性放射部位は、信号導体対の鏡面対称面（図１において信号導体１０３ａと信号導体１０３ｂとの間の面）から臨んで、給電部位が結合する信号導体側に配置される。例えば、第一のスロット共振器６０１の給電部位６０１ａは、第一の信号導体１０３ａと結合するので、選択性放射部位６０１ｂ、６０１ｃは、信号導体の鏡面対称面から臨んで第一の信号導体１０３ａの方向に配置されている。【００５７】  対動作するスロット共振器は、二本の信号導体１０３ａ、１０３ｂから等強度の電力給電を受けるよう設定する。この条件を満足するには、対動作するスロット共振器を、二本の信号導体１０３ａ、１０３ｂに対して物理的に鏡面対称に配置すればよい。【００５８】  スロット共振器対が物理的に鏡面対称配置とならない場合においても、スロット共振器対の高周波的特性を対称に設定することでも同様の効果は実現できる。すなわち、対動作する各スロット共振器は共振周波数が等しく、且つ、結合する信号導体との結合度を等強度に保てばよい。【００５９】  ＜スロット形状の可変性による主ビーム配向可変性について＞
以下、本実施形態により、主ビーム方向を±Ｘ方向、±Ｙ方向、±Ｚ方向に配向させる３つの状態におけるスロット共振器群の制御法について説明する。【００６０】  本実施形態における差動給電スロットアンテナの放射特性を、複数のアンテナ素子要素が配置されたアレイアンテナの放射特性に近似している。この場合のアンテナ素子要素は、選択された選択性放射部位の中心部位に生じた電界ベクトル要素を放射源とする。【００６１】  所定座標軸に沿った方向でのアレイアンテナの放射特性は、以下の三因子で決定する。【００６２】  第一の因子は、所定座標軸に沿って定義したアンテナ素子要素間の実効距離である。第二の因子は、各アンテナ素子要素に励振される電界ベクトル要素間の位相差である。第三の因子は、各アンテナ素子要素からの放射強度である。【００６３】  二つのアンテナ素子要素を例にとり、両要素から放射される電磁波成分が、所定座標軸無限遠方点に到達する際に、第一の因子により生じる位相差をθ１度、第二の因子により生じる位相差をθ２度とする。第一の因子と第二の因子より、問題とする座標軸の無限遠方点においては、両アンテナ素子要素から放射された電磁波成分は、θ１とθ２の和により決定される位相差θｓ度をもって合成される。【００６４】  θｓの絶対値が０度以上９０度未満の値、好ましくは０度となる条件を成立させれば、両要素から放射された電磁波成分は無限遠方点では足し合わされ、所定座標軸方向で放射利得の増大を起こせる。また、θｓの絶対値が９０度以上１８０度以下、好ましくは１８０度の条件を成立させれば、両要素から放射された電磁波成分は打ち消しあうことになり、所定座標軸方向で放射利得の低減を起こせる。【００６５】  表３に、所定座標軸方向でのアレイアンテナの放射利得変化の三因子依存性をまとめる。【００６６】
【表３】
2007114104.tif 000005
【００６７】  本実施形態における差動給電スロットアンテナの各スロット共振器では、等強度に対構成で給電されるため、各ベクトル要素のベクトル振幅を等しく設定することができる。【００６８】  ＜ヌル特性の発現効果、従来例との差別化について＞
次に、本発明に特有の効果である、ヌル特性の実現について説明する。【００６９】  表３において、θｓが１８０度となり、放射利得低減が起こる組み合わせ３、４の関係については、さらに特殊な条件が存在する。すなわち、θｓが１８０度に相当し、ベクトル要素間の振幅差がない場合、無限遠方点での電磁波成分は完全に相殺され、放射を強制的に抑圧することが可能となる。そして、本差動給電スロットアンテナでは全てのベクトル要素の振幅が等しく設定されているため、組み合わせ３、４のいずれかが成立した方向ではヌル特性を得ることができる。【００７０】  ヌル特性が得られる方向は、主ビーム方向とは異なる少なくとも二つの方向であり、典型的な例においては、主ビーム方向と直交する方向である。【００７１】  図３０に示した従来例４においては、各アンテナ素子に生じる電界ベクトル要素のベクトル振幅を等強度に設定することが極めて困難である。例えば、給電されるスロット共振器５に生じる電界ベクトル要素と、接続されるスロット共振器１〜４に生じる電界ベクトル要素を、等振幅にすることが困難である。二ベクトル要素の振幅に非対称性が生じても、従来例４が主張するように、利得増大効果や利得低減効果は容易に得られるものの、本発明の差動給電スロットアンテナのようにヌル特性は容易に得ることができない。【００７２】  以上の説明より、従来例４では得られない本発明の特有な効果が明らかにされた。【００７３】  以下、主ビーム方向を典型的な座標方向である±Ｘ方向、±Ｙ方向、±Ｚ方向に配向させる場合の典型的な３つの動作状態について具体的に説明し、各動作状態において、効果的にヌル特性も発現することを説明する。【００７４】  ＜第一の動作状態：主ビーム方向を±Ｘ方向へ配向させる場合＞
まず、第一の動作状態として、主ビーム方向を±Ｘ方向へ配向させ、同時に、±Ｙ方向、±Ｚ方向において放射利得を抑圧する場合のスロット共振器群の制御方法について説明する。【００７５】  図１に示した構成において、スロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７の選択性放射部位６０１ｂ、６０３ｂ、６０５ｂ、６０７ｂを選択し、選択性放射部位６０１ｃ、６０３ｃを非選択に設定することによって、第一の動作状態を実現できる。【００７６】  表４に、第一の動作状態における各スロット共振器の制御状態をまとめた。【００７７】
【表４】
2007114104.tif 000006
【００７８】  第一の動作状態において、回路内には図６に示す４つのスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７を含む高周波構造が出現している。【００７９】  以下、第一の動作状態におけるアンテナからの放射特性を、４つのスロット共振器の選択性放射部位６０１ｂ、６０３ｂ、６０５ｂ、６０７ｂの各中央部位６０１ｆ、６０３ｆ、６０５ｆ、６０７ｆに生じた電界ベクトル要素６０１ｇ、６０３ｇ、６０５ｇ、６０７ｇをアンテナ素子要素とするアレイアンテナの放射特性と見做して説明する。【００８０】  Ｘ軸無限遠方点から臨んだ場合の、各電界ベクトル要素間のθ１、θ２、θｓの関係について表５にまとめた。【００８１】
【表５】
2007114104.tif 000007
【００８２】  例として電界ベクトル要素６０１ｇに注目すると、組み合わせ１、３において、それぞれ６０５ｇ、６０７ｇと逆相配置且つ逆相励振条件が成立しており、組み合わせ５に注目すると、同相配置同相励振条件が成立しており、いずれの組み合わせにおいても、放射利得は増強されることになる。【００８３】  第一の動作状態においては、電界ベクトル要素６０１ｇ以外のいずれの電界ベクトル要素に注目しても、θｓが逆相となる条件は成立しないので、結果的にＸ軸方向では放射強度を増強させることができる。例えば組み合わせ１において、θ１がほぼ１８０度に相当するのは、スロット共振器６０１ｂ、６０５ｂのスロット長がほぼ二分の一実効波長であることから導かれている。【００８４】  組み合わせ１〜４については、θ１を１８０度としたが、必ずしも厳密にスロット共振器の選択性放射部位の中心部位間が１８０度離れている必要はなく、利得の増強効果が見込めるのはθ１が９０度以上の場合となる。【００８５】  一方、表６には、Ｙ軸無限遠方点から臨んだ場合の、各電界ベクトル要素間のθ１、θ２、θｓの関係についてまとめている。【００８６】  組み合わせ５、６では、θｓが０度となり、利得が二倍になる条件が成立しているが、同時に組み合わせ５、６内に含まれる４つのベクトル要素は、組み合わせ１〜４において同相配置逆相励振条件が成立しており、Ｙ軸方向での放射利得の低減が見込める。【００８７】  本差動給電スロットアンテナにおいては、各組み合わせのベクトル要素の振幅差がないので、放射利得が低減するだけでなく、Ｙ軸方向においては強制的に抑圧されたヌル特性が得られることになる。【００８８】
【表６】
2007114104.tif 000008
【００８９】  更に表７には、Ｚ軸無限遠方点から臨んだ場合の、各電界ベクトル要素間のθ１、θ２、θｓの関係についてまとめた。【００９０】  組み合わせ５、６については、θｓが０度となり、各ベクトル要素からの放射成分が放射利得の増強へ寄与する条件が成立しているが、同時に、全ベクトル要素は、同相配置逆相励振条件が成立している組み合わせ１〜４の対動作もしており、結果的にＺ軸方向での放射利得の低減が見込める。【００９１】  本差動給電スロットアンテナにおいては、各組み合わせのベクトル要素の振幅差がないので、放射利得が低減するだけでなく、Ｚ軸方向では強制的に抑圧されたヌル特性が得られることになる。【００９２】
【表７】
2007114104.tif 000009
【００９３】  以上の結果から、第一の動作状態においては、各スロット共振器からの放射成分は、Ｘ軸方向への放射成分のみが足しあわされる条件が成立しているので、主ビーム方向がＸ軸方向に配向することになり、Ｘ軸と直交するＹ軸、Ｚ軸方向では利得を抑圧することができる。このため、Ｘ軸方向への放射ビームの半値幅も抑制することができる。【００９４】  図１の構成を用いて、第一の動作状態と同様の効果を得る動作状態時の構成図を図７に示す。【００９５】  図７の構成においては、動作させるスロット共振器対の数を２から１へと減じている。スロット共振器６０１と６０７はアンテナ動作に寄与しており、スロット共振器６０３と６０５は非動作状態に制御されている。図７の構成では、中心部位６０１ｆと中心部位６０７ｆを結ぶ方向に平行な方向６１３に主ビーム方向を配向させることが可能となる。【００９６】  この場合も主ビームとほぼ直交する方向で、効果的に利得の抑圧効果が得られる。【００９７】  ＜第二の動作状態：主ビーム方向を±Ｙ方向へ配向させる場合＞
次に、第二の動作状態として、主ビーム方向を±Ｙ方向へ配向させ、同時に、±Ｘ方向、±Ｚ方向において放射利得を抑圧する場合のスロット共振器群の制御方法について説明する。【００９８】  図１に示した構成において、スロット共振器６０１、６０３の選択性放射部位６０１ｃ、６０３ｃを選択し、選択性放射部位６０１ｂ、６０３ｂを非選択に設定し、スロット共振器６０５、６０７を非動作状態に設定することによって、第二の動作状態を実現できる。【００９９】  第二の動作状態において、図１の構造から非選択となった選択性放射部位を除いた構造を図８に示す。表８に、第二の動作状態における各スロット共振器の制御状態をまとめている。【０１００】
【表８】
2007114104.tif 000010
【０１０１】  以下、第二の動作状態におけるアンテナからの放射特性を、２つのスロット共振器の選択性放射部位６０１ｃ、６０３ｃの各中央部位６０１ｈ、６０３ｈに生じた電界ベクトル要素６０１ｊ、６０３ｊをアンテナ素子要素とするアレイアンテナの放射特性と見做して説明する。【０１０２】  Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各無限遠方点から臨んだ場合の、各電界ベクトル要素間のθ１、θ２、θｓの関係について表９にまとめる。【０１０３】
【表９】
2007114104.tif 000011
【０１０４】  表９より明らかなように、Ｙ軸方向での放射利得が増強され、Ｘ、Ｚ軸方向で放射利得が抑圧される条件が成立していることが分かる。この結果、±Ｙ方向へ主ビームが配向し、Ｙ軸に直交する±Ｘ、Ｚ方向でヌル特性が得られる、実用性が高い放射指向性が実現できる。【０１０５】  第二の動作状態において主ビーム配向方向である±Ｙ方向は、従来の差動給電アンテナでは実現困難であった配向方向であった。直交する方向で強制的にヌル特性が得られることから、主ビームの半値幅を効果的に減じることができる。【０１０６】  なお、第二の動作状態を実現する最小限の構成として必要なのは、一対のスロット共振器対のみなので、図１に示した回路構成からあらかじめスロット共振器６０５、６０７を減じた構成でも第二の動作状態を実現することができる。【０１０７】  図１に示した構成ではなく、図９に示したように、全てのスロット共振器に複数の選択性放射部位が含まれる構成を制御する場合は、図１０から図１２に例を示すように様々な制御方法によって第二の動作状態を実現することができる。【０１０８】  図１０では、４つのスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７を同時に２対動作させて、第二の動作状態を実現している。図１１では、一対のスロット共振器６０５、６０７を動作させ、スロット共振器６０１、６０３を非動作状態へと変化させて、第二の動作状態を実現させている。図１２に示したように、厳密には鏡面対称配置でない一対のスロット共振器６０１、６０７を動作させた場合でも、中心部位６０１ｊと中心部位６０７ｊを結ぶ方向に平行な方向６１３に主ビーム方向を配向させることが可能となる。この場合も主ビームとほぼ直交する方向で、効果的に利得の抑圧効果が得られる。【０１０９】  組み合わせ２について利得増強効果が見込めるのは、θ１が１８０度となる場合に限定されず、スロット共振器の選択性放射部位の中心部位間の実効位相θ１が９０度以上の場合であれば、原理的に放射利得の増強が見込める。【０１１０】  ＜第三の動作状態：主ビーム方向を±Ｚ方向へ配向させる場合＞
次に、第三の動作状態として、主ビーム方向を±Ｚ方向へ配向させ、同時に、±Ｘ方向、±Ｙ方向において放射利得を抑圧する場合のスロット共振器群の制御方法について説明する。【０１１１】  図１に示した構成において、スロット共振器６０１、６０３の選択性放射部位６０１ｂ、６０３ｂを選択し、選択性放射部位６０１ｃ、６０３ｃを非選択に設定し、スロット共振器６０５、６０７を非動作状態に設定することによって、第三の動作状態を実現できる。【０１１２】  表１０に、第三の動作状態における各スロット共振器の制御状態をまとめた。第三の動作状態において、図１の構造から非選択となった選択性放射部位を除いた構造を図１３に示した。【０１１３】
【表１０】
2007114104.tif 000012
【０１１４】  以下、第二の動作状態におけるアンテナからの放射特性を、２つのスロット共振器の選択性放射部位６０１ｂ、６０３ｂの各中央部位６０１ｆ、６０３ｆに生じた電界ベクトル要素６０１ｇ、６０３ｇをアンテナ素子要素とするアレイアンテナの放射特性と見做して説明する。【０１１５】  Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各無限遠方点から臨んだ場合の、各電界ベクトル要素間のθ１、θ２、θｓの関係について表１１にまとめる。【０１１６】
【表１１】
2007114104.tif 000013
【０１１７】  表１１より明らかなように、全ての座標軸方向で両電界ベクトル要素の放射が足しあわされるため、相対的な放射利得強度変化は生じないことが分かる。すなわち、第三の動作状態においては、スロット共振器６０１の放射特性が強度を二倍にして足しあわされた放射特性が実現されることになる。【０１１８】  ここで、スロット共振器６０１単体の放射特性は、従来例１として示した、シングルエンド給電線路により給電された二分の一実効波長スロット共振器を、ＸＹ面内でＺ軸を回転軸に９０度傾けた場合の放射特性に他ならない。【０１１９】  図２７に示したように、従来例１の放射特性は、±Ｚ方向に主ビームが配向し、±Ｘ方向では良好な利得抑圧効果が得られ、±Ｙ方向でも主ビームに対して１０ｄＢ程度の利得低減が見込める放射特性である。よって、本差動給電スロットアンテナでは、±Ｚ方向に主ビーム方向が配向し、±Ｙ方向でヌル特性が得られ、±Ｘ方向でも主ビームに対して１０ｄＢ程度の利得低減が見込める放射特性になる。【０１２０】  なお、第三の動作状態を実現する最小限の構成として必要なのは、一対のスロット共振器対のみなので、図１に示した回路構成からあらかじめスロット共振器６０５、６０７を減じた構成でも第三の動作状態を実現することができる。すなわち、第二の動作状態と第三の動作状態を切り替える可変性を実現するためには、構成内にスロット共振器６０５、６０７を導入する必要はない。【０１２１】  図１４に示したように、図９の構成を用いて、一対のスロット共振器６０５、６０７を動作させ、スロット共振器６０１、６０３を非動作状態へと変化させた場合でも、第三の動作状態の特性を実現することが可能である。【０１２２】  表１１においては、組み合わせ２についてθ１を０度としているが、厳密にはＹ軸に沿ったスロット共振器の選択性放射部位の中心部位間の実効位相を０度に設定するのは不可能である。【０１２３】  第三の動作状態を実現するためには、Ｙ軸方向での利得の増強効果を抑圧する必要がある。このため、特にＹ軸方向に沿ったスロット共振器間の実効位相を小さく設定する必要があり、具体的にはＹ軸方向に沿って定義されるθ１を９０度未満の値に設定すればよい。【０１２４】  ＜給電線路の開放箇所の終端処理について＞
差動給電線路１０３ｃは終端点１１３において、開放終端処理されてよい。終端点１１３からスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７の各給電部位までの給電整合長を、動作周波数において差動線路における奇モード伝搬特性に対して四分の一実効波長となるよう設定すれば、スロット共振器への入力整合特性を改善することができる。【０１２５】  差動給電線路１０３ｃの終端点において、第一の信号導体１０３ａ、第二の信号導体１０３ｂを等しい値の抵抗素子を介して接地終端してしまってもよい。差動給電線路１０３ｃの終端点において、第一の信号導体１０３ａと第二の信号導体１０３ｂを、抵抗素子を介して接続してしまってもよい。【０１２６】  差動給電線路の終端点への抵抗素子の導入は、導入した抵抗素子において、アンテナ回路への入力電力の一部を消費することになるため、放射効率の低下を招くものの、スロット共振器への入力整合条件の緩和を可能とし、給電整合長の値を減じることも可能とする。【０１２７】  ＜高周波スイッチ素子の現実性について＞
高周波スイッチ素子６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅを実現する方法としては、ダイオードスイッチ、高周波スイッチ、ＭＥＭＳスイッチなどの利用が可能である。例えば、市販されているダイオードスイッチを用いれば、例えば、導通時の直列抵抗値が５Ω、開放時の寄生直列容量値が０．０５ｐＦ弱程度の良好な切り替え特性を２０ＧＨｚ以下の周波数帯域で容易に得ることができる。【０１２８】  以上のように、本発明の構造を採用することにより、従来のスロットアンテナや差動給電アンテナでは実現できない方向への主ビームの配向、及び配向方向の切り替え、及び、主ビーム方向と主に直交する方向での放射利得の抑圧を実現できる可変アンテナの提供が可能となる。
【実施例】
【０１２９】  実施例として、誘電率４．３、厚さ０．５ｍｍの誘電体基板に、銅配線により表裏面にそれぞれ厚さ２５ミクロンの配線層を施した後、一部領域をウェットエッチングにより配線の厚さ方向に完全に除去し、表面の信号導体パターンを、裏面に接地導体パターンを形成した。表面には配線幅Ｗを０．６ｍｍ、配線間の間隙幅Ｇを０．５ｍｍとした差動給電線路を形成した。【０１３０】  図１５（ａ）に、本実施例の差動給電スロットアンテナの下面から臨んだ透視パターン図を、図１５（ｂ）に裏面のパターン図を示した。実施例においては、幅が０．１ｍｍの箇所と、０．３ｍｍの箇所と、１ｍｍの箇所の３種類のスロットパターンを形成した。構造内には４つのスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７を形成した。スロット共振器６０１、６０５は第一の信号導体１０３ａと、スロット共振器６０３、６０７は第二の信号導体１０３ｂとのみ、それぞれ給電部位を結合させた。スロット共振器６０１と６０３、６０５と６０７はそれぞれ鏡面対称に形成した。【０１３１】  本実施例でも従来例と同様の座標系を用いる。スロット共振器６０１と６０５、またスロット共振器６０３と６０７はそれぞれＸ＝０のＹＺ平面を対称面として、鏡面対称の関係に配置した。差動給電線路１０３ｃはＸ＝＋８において開放終端とした。【０１３２】  図１５（ｂ）に示すように、本実施例においては、スロット共振器以外にも複数の細いバイアス分離用スロットを形成し、接地導体領域の導体パターンを細かく分断した。接地導体領域２１５は、差動給電線路１０３ｃの入力点の直下の接地導体領域２１９と同じ直流電位を示す。すなわち、接地導体領域２１５と接地導体領域２１９との間では導体が分断されていない。【０１３３】  しかし、接地導体領域２１１ａ、２１１ｂ、２１３、２１７ａ、２１７ｂと接地導体領域２１５、２１９との間では直流的に絶縁された。すなわち、バイアス分離用スロット２０３ａ〜２０３ｄ、２０５、２０７ａ、２０７ｂ、２０９ａ、２０９ｂと４つのスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７を導体領域間に必ず挿入し、接地導体領域を分断した。【０１３４】  バイアス分離用スロットのスロット幅は０．１ｍｍに統一した。しかし、本実施例においては、これらの接地導体領域は、高周波的には互いに導通されたものとして機能させる必要があるので、図１６（ａ）に示すように、バイアス分離用スロット２０３ａ〜２０３ｄ、２０５、２０７ａ、２０７ｂ、２０９ａ、２０９ｂを跨いだ位置に３ｐＦの容量値のチップキャパシタ６０９を２０個配置し、接地導体領域間を高周波的に導通させた。【０１３５】  チップキャパシタの実装後、基板裏面に高周波的に実現されるスロットパターンは、図１６（ｂ）に示すように、４つのスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７のみになった。【０１３６】  続いて、図１７に矢印で示した８箇所の位置にダイオードスイッチ６１１を実装した。各ダイオードスイッチは、各スロット共振器の幅方向を跨いで、接地導体領域間を接続するよう、実装した。使用したダイオードスイッチは、長さ７００ミクロン、幅３８０ミクロンのＧａＡｓのＰＩＮダイオードであり、５．２５ＧＨｚにおいて、正符号の電圧印��時には直流抵抗４Ωとして高周波的に機能し、０．４ｄＢの挿入損失を、負電圧印加時、もしくは電圧を印加しない場合には３０ｆＦの直流容量として高周波的に機能し、２０ｄＢの挿入損失を示すものであった。【０１３７】  本実施例において、接地導体領域２１５は常に直流電圧がゼロボルトである。したがって、外部の接地導体領域２１１ａ、２１１ｂ、２１３、２１７ａ、２１７ｂに、抵抗を介して制御電圧を印加すれば、本実施例の４つのスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７の高周波構造可変機能を発現させる制御が可能となった。【０１３８】  ＜第一の動作状態（±Ｘ方向）に対応＞
第一の動作状態として、接地導体領域２１１ａ、２１１ｂへ正電圧を印加し、接地導体領域２１３、２１７ａ、２１７ｂへ負電圧を印加し、図１８（ａ）に示すようなスロット構成を実現した。すなわち、第一の動作状態においては、Ｘ軸方向に沿って４つのスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７が配置されたことになる。全てのスロット共振器は、形状が等しく、その一つであるスロット共振器６０１のみを拡大した図を図１８（ｂ）に示す。【０１３９】  スロット幅は、給電部位において０．３ｍｍであり、放射部位においては０．３ｍｍから徐々に広がって最終的には１ｍｍになっていた。放射部位の長さは１６ｍｍであった。第一の動作状態では、５．２５ＧＨｚにおいて差動信号に対する反射損失マイナス１８．５ｄＢという反射特性を得た。【０１４０】  図１９（ａ）にＹＺ面での、図１９（ｂ）にＸＺ面での、図１９（ｃ）にＸＹ面での放射指向特性を示した。【０１４１】  ＸＺ面、ＸＹ面の表示より明らかなように、第一の動作状態においては、±Ｘ方向に主ビーム方向を配向させることができた。放射利得は０．５ｄＢｉで、プラスＸ方向とマイナスＸ方向は、ほぼ同じ値となった。±Ｚ方向では主ビームに対する抑圧比が２２ｄＢとなるヌル特性が得られた。±Ｙ方向でも７ｄＢの主ビームに対する良好な抑圧比が得られた。【０１４２】  バイアス分離用スロット構成を変更して、スロット共振器６０３、６０５のみを動作させ、図２０に示すようなスロット構成を高周波的に実現した状態においても、図２１（ａ）〜（ｃ）に示すように、主ビーム方向をＸ軸方向からＹ軸方向へ１０度ほど傾け、且つ主ビームと直交する方向では利得の低減、抑圧効果を得ることができた。【０１４３】  ＜第二の動作状態（±Ｙ方向）に対応＞
図２２（ａ）に、第二の動作状態として、接地導体領域２１３、２１７ａ、２１７ｂに正電圧を印加し、２１１ａ、２１１ｂに負電圧を印加した場合に、高周波的に誘電体基板裏面に形成されるスロット構造を示す。【０１４４】  第二の動作状態では、Ｙ軸方向に沿って４つのスロット共振器を配置した。各スロット共振器はＸ＝Ｙ＝０の原点に対して回転対称であり、そのうちの一つを抜き出し、図２２（ｂ）に拡大図で示した。スロット幅は、給電部位において０．３ｍｍであり、放射部位においては１ｍｍであり、放射部位の長さは１４．８ｍｍであった。【０１４５】  第二の動作状態では、５．２５ＧＨｚにおいて差動信号に対する反射損失マイナス１８ｄＢという良好な反射特性を得た。【０１４６】  図２３（ａ）にＹＺ面での、図２３（ｂ）にＸＺ面での、図２３（ｃ）にＸＹ面での放射指向特性を示した。【０１４７】  ＹＺ面、ＸＹ面での表示より明らかなように、第二の動作状態においては、±Ｙ方向に主ビーム方向を配向させた放射指向特性を実現できた。放射利得は１ｄＢｉ弱で、＋Ｙ方向とマイナスＹ方向は、ほぼ同じ値となった。±Ｚ方向は主ビームに対する抑圧比が２５ｄＢのヌル特性が得られた。プラスＸ方向では８ｄＢ、マイナスＸ方向では１０ｄＢと、Ｘ軸方向でも主ビームに対する良好な抑圧比が得られた。【０１４８】  ＜第三の動作状態（±Ｚ方向）に対応＞
次に、第三の動作状態として、接地導体領域２１１ａ、２１１ｂ、２１３へ正電圧を印加し、接地導体領域２１７ａ、２１７ｂへ負電圧を印加し、図２４に示すようなスロット構成を実現した。すなわち、第三の動作状態においては、スロット共振器６０５、６０７は非選択となり、Ｘ軸に沿って二つのスロット共振器６０１、６０３が動作すべく出現したことになる。第三の動作状態では、５．２５ＧＨｚにおいて差動信号に対する反射損失マイナス６．５ｄＢという反射特性を得た。【０１４９】  図２５（ａ）にＹＺ面での、図２５（ｂ）にＸＺ面での、図２５（ｃ）にＸＹ面での放射指向特性を示した。【０１５０】  ＹＺ面、ＸＺ面での表示より明らかなように、第三の動作状態では、±Ｚ方向に主ビーム方向を配向させることができた。放射利得は２．８ｄＢｉで、＋Ｚ方向とマイナスＺ方向は、ほぼ同じ値となった。±Ｙ方向では主ビームに対する抑圧比が１６ｄＢとなる、ヌル特性が得られた。＋Ｘ方向では１０．５ｄＢ、スロット構造の非対称性から抑圧比が若干劣化するマイナスＸ方向でも５ｄＢと、Ｘ軸方向でも主ビームに対して放射利得の低減効果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】  本発明にかかる差動給電スロットアンテナは、従来の差動給電アンテナでは困難であった方向を含む様々な方向への効率的な放射を行うことが可能である。【０１５２】  主ビーム方向の切り替え角が広いため全立体角をカバーする可変指向性アンテナを実現できるだけでなく、主ビーム方向に直交する方向での指向性利得を原理的に抑圧することが可能であるので、特に、マルチパスが多い室内環境での高速通信を実現することができる。【０１５３】  本発明は、通信分野の用途に広く応用できるだけでなく、無線電力伝送やＩＤタグなどの無線技術を使用する各分野においても使用されうる。【０１５４】  以下、本発明をまとめる。
本発明は、
誘電体基板（１０１）と、
前記誘電体基板（１０１）の裏面に設けられた接地導体面（１０５）と、
前記誘電体基板（１０１）の表面に配置された二本の鏡面対称な信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）からなる差動給電線路（１０３ｃ）と、
前記接地導体面（１０５）に形成された第一のスロット共振器（６０１、６０５）と、
前記接地導体面（１０５）に形成された第二のスロット共振器（６０３、６０７）とを備えた差動給電可変スロットアンテナであって、
前記第一のスロット共振器（６０１、６０５）の一部が、前記二本の鏡面対称な信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）のうち、一本の信号導体（１０３ａ）と交差しているが、他方の信号導体（１０３ｂ）とは交差しておらず、
前記第二のスロット共振器（６０３、６０７）の一部が、前記二本の鏡面対称な信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）のうち、前記一本の信号導体（１０３ａ）とは交差していないが、他方の信号導体（１０３ｂ）と交差しており、
動作設定時において、前記第一のスロット共振器（６０１、６０５）のスロット長が動作周波数において二分の一実効波長に相当し、
動作設定時において、前記第二のスロット共振器（６０３、６０７）のスロット長が動作周波数において二分の一実効波長に相当し、
前記二本の鏡面対称な信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）は、それぞれ逆相に給電され、
前記第一のスロット共振器、前記第二のスロット共振器（６０１、６０３、６０５、６０７）の少なくともいずれか一つは、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも１つの可変機能を備えることにより、少なくとも２状態の放射特性可変効果を実現する。【０１５５】  前記第一および第二のスロット共振器（６０１、６０３、６０５、６０７）は、前記信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）と一部が交差する給電部位（６０１ａ、６０３ａ、６０５ａ、６０７ａ）と、前記信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）とは交差しない選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ａ、６０３ｃ、６０５ａ、６０７ａ）とを直列に接続して形成される直列接続構造から構成される。【０１５６】  前記可変機能を有する前記第一および第二のスロット共振器（６０１、６０３、６０５、６０７）では、前記給電部位（６０１ａ、６０３ａ、６０５ａ、６０７ａ）と前記選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ａ、６０３ｃ、６０５ａ、６０７ａ）の間の接続を制御する選択性導通経路（６０１ｄ、６０１ｅ）が、前記給電部位（６０１ａ、６０３ａ、６０５ａ、６０７ａ）と前記選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ａ、６０３ｃ、６０５ａ、６０７ａ）の間に挿入されている。【０１５７】  一方、前記高周波構造可変機能を有する前記第一および第二のスロット共振器（６０１、６０３、６０５、６０７）では、複数の前記選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ａ、６０３ｃ、６０５ａ、６０７ａ）が前記給電部位（６０１ａ、６０３ａ、６０５ａ、６０７ａ）に互いに直列に接続されており、前記選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ａ、６０３ｃ、６０５ａ、６０７ａ）のうち、動作時には一つの選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ａ、６０３ｃ、６０５ａ、６０７ａ）のみが前記給電部位（６０１ａ、６０３ａ、６０５ａ、６０７ａ）と接続されるように前記選択性導通経路（６０１ｄ、６０１ｅ）が制御され、
前記動作状態切り替え機能を有する前記第一、第二のスロット共振器（６０１、６０３、６０５、６０７）では、非動作時には、前記給電部位（６０１ａ、６０３ａ、６０５ａ、６０７ａ）と前記選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ａ、６０３ｃ、６０５ａ、６０７ａ）間の接続が切断されるように前記選択性導通経路（６０１ｄ、６０１ｅ）が制御される、
差動給電可変スロットアンテナ
である。
【図１】
2007114104.tif 000014
【図２】
2007114104.tif 000015
【図３】
2007114104.tif 000016
【図４】
2007114104.tif 000017
【図５】
2007114104.tif 000018
【図６】
2007114104.tif 000019
【図７】
2007114104.tif 000020
【図８】
2007114104.tif 000021
【図９】
2007114104.tif 000022
【図１０】
2007114104.tif 000023
【図１１】
2007114104.tif 000024
【図１２】
2007114104.tif 000025
【図１３】
2007114104.tif 000026
【図１４】
2007114104.tif 000027
【図１５】
2007114104.tif 000028
【図１６】
2007114104.tif 000029
【図１７】
2007114104.tif 000030
【図１８】
2007114104.tif 000031
【図１９】
2007114104.tif 000032
【図２０】
2007114104.tif 000033
【図２１】
2007114104.tif 000034
【図２２】
2007114104.tif 000035
【図２３】
2007114104.tif 000036
【図２４】
2007114104.tif 000037
【図２５】
2007114104.tif 000038
【図２６】
2007114104.tif 000039
【図２７】
2007114104.tif 000040
【図２８】
2007114104.tif 000041
【図２９】
2007114104.tif 000042
【図３０】
2007114104.tif 000043
【図３１】
2007114104.tif 000044
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月20日(2007.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の裏面に設けられた接地導体面と、
前記誘電体基板の表面に配置された二本の鏡面対称な信号導体からなる差動給電線路と、
前記接地導体面に形成された第一のスロット共振器と、
前記接地導体面に形成された第二のスロット共振器とを備えた差動給電可変スロットアンテナであって、
前記第一のスロット共振器の一部が、前記二本の鏡面対称な信号導体のうち、一本の信号導体と交差しているが、他方の信号導体とは交差しておらず、
前記第二のスロット共振器の一部が、前記二本の鏡面対称な信号導体のうち、前記一本の信号導体とは交差していないが、他方の信号導体と交差しており、
動作設定時において、前記第一のスロット共振器のスロット長が動作周波数において二分の一実効波長に相当し、
動作設定時において、前記第二のスロット共振器のスロット長が動作周波数において二分の一実効波長に相当し、
前記二本の鏡面対称な信号導体は、それぞれ逆相に給電され、
前記第一のスロット共振器、前記第二のスロット共振器の少なくともいずれか一つは、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも１つの可変機能を備えることにより、少なくとも２状態の放射特性可変効果を実現し、
前記第一および第二のスロット共振器は、前記信号導体と一部が交差する給電部位と、前記信号導体とは交差しない選択性放射部位とを直列に接続して形成される直列接続構造から構成され、
前記可変機能を有する前記第一および第二のスロット共振器では、前記給電部位と前記選択性放射部位の間の接続を制御する選択性導通経路が、前記給電部位と前記選択性放射部位の間に挿入され、
前記高周波構造可変機能を有する前記第一および第二のスロット共振器では、複数の前記選択性放射部位が前記給電部位に互いに直列に接続されており、前記選択性放射部位のうち、動作時には一つの選択性放射部位のみが前記給電部位と接続されるように前記選択性導通経路が制御され、
前記動作状態切り替え機能を有する前記第一および第二のスロット共振器では、非動作時には、前記給電部位と前記選択性放射部位間の接続が切断されるように前記選択性導通経路が制御される、
差動給電可変スロットアンテナ。
【請求項２】
前記差動給電線路が開放終端された箇所から給電回路側への距離が動作周波数において四分の一実効波長に相当する地点で、前記第一のスロット共振器と前記第二のスロット共振器が給電される請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項３】
前記差動給電線路の終端点がそれぞれ同じ抵抗値の抵抗により接地終端される請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項４】
前記第一の信号導体の終端点と前記第二の信号導体の終端点が抵抗を介して電気的に接続される請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項５】
前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が、
前記第一のスロット共振器の前記第一の選択性放射部位の第一の中央部位と
前記第二のスロット共振器の前記第二の選択性放射部位の第二の中央部位が、動作周波数において四分の一実効波長未満の距離に近接して配置された二対のスロット共振器対群を設定し、
前記第一のスロット共振器対の第一の中央部位と、前記第二のスロット共振器対の第一の中央部位を動作周波数において二分の一実効波長程度離して配置し、
前記第一のスロット共振器対の第二の中央部位と、前記第二のスロット共振器対の第二の中央部位を動作周波数において二分の一実効波長程度離して配置することにより実現する、
前記差動給電線路に平行な方向に成分を有する方向に主ビームを向けた放射指向性である請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項６】
前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が、
前記第一のスロット共振器の前記第一の選択性放射部位の第一の中央部位と、前記第二のスロット共振器の前記第二の選択性放射部位の第二の中央部位を、動作周波数において二分の一実効波長程度離して配置することにより、
前記第一の中央部位と、前記第二の中央部位、を結ぶ第一の方向へ主ビーム方向が向き、前記第一の方向に直交する面方向への放射利得を抑制した放射指向性である請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項７】
前記第一の方向が前記差動給電線路の給電方向と直交する成分を有する請求項５に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項８】
前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が、
前記第一のスロット共振器の前記第一の選択性放射部位の第一の中央部位と、前記第二のスロット共振器の前記第二の選択性放射部位の第二の中央部位を、動作周波数において四分の一実効波長未満の距離に近接して配置することにより、前記誘電体基板と直交する方向へ主ビーム方向を向け、前記第一の中央部位と前記第二の中央部位とを結ぶ第二の方向に対する指向利得を抑制した放射指向性である請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波帯、およびミリ波帯などのアナログ高周波信号、もしくはデジタル信号を送信、受信する差動給電スロットアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン系トランジスタの飛躍的な特性向上に伴い、デジタル回路だけでなくアナログ高周波回路部においても、化合物半導体トランジスタからシリコン系トランジスタへの置換、更にはアナログ高周波回路部とデジタルベースバンド部との１チップ化が加速している。この結果、高周波回路の主流であったシングルエンド回路は、正負の符号の信号をバランス動作させる差動信号回路へと置換されつつある。これは、差動信号回路が、不要輻射の劇的な低減、移動体端末内に無限面積の接地導体を配置できない条件化での良好な回路特性の確保、などの利点を有するからである。
【０００３】
差動信号回路において個々の回路素子はバランスを維持して動作する必要があるが、シリコン系トランジスタでは特性ばらつきが少なく信号の差動バランスが維持できる。また、シリコン基板自体が有する損失を回避するためにも差動線路を用いることが好ましいという理由もある。結果として、シングルエンド回路において確立されていた高い高周波特性を保ちつつ、差動信号給電に対応することが、アンテナやフィルタなどの高周波デバイスへの強い要望となっている。
【０００４】
図２６（ａ）に上面より臨んだ透視模式図を、図２６（ｂ）に図中の直線Ａ１−Ａ２で切断した断面構造図を示す。これは、シングルエンド線路１０３により給電される二分の一波長スロットアンテナ（従来例１）である。
【０００５】
誘電体基板１０１の裏面に形成された接地導体面１０５に、二分の一実効波長のスロット長Ｌｓを有するスロット共振器１１１Ａが形成されている。入力整合条件を満足するため、シングルエンド線路１０３の開放終端点１１３からスロット１１１Ａと交差するまでの距離Ｌｍは、動作周波数において四分の一実効波長に設定される。スロット共振器１１１Ａは、接地導体面１０５の一部領域における導体を厚さ方向に全て切除することによって得られている。
【０００６】
図中に示したように、給電線路の伝送方向に平行な方向をＸ軸、誘電体基板形成面をＸＹ面とする座標系を定義する。
【０００７】
従来例１の典型的な放射指向特性の一例を図２７に示す。図２７（ａ）はＹＺ面、図２７（ｂ）はＸＺ面の放射指向性を示している。図より明らかなように、従来例１では、±Ｚ方向で最大利得を示す放射指向特性が得られる。±Ｘ方向でヌル特性が、±Ｙ方向でも主ビーム方向に対して１０ｄＢ程度の利得低減効果が得られる。
【０００８】
特許文献１においては、上記スロット構造を、差動給電線路の直下に伝送方向に直交させて配置させる回路構造が開示されている（従来例２）。すなわち、特許文献１の回路構成は、スロット共振器を給電する回路を、シングルエンド線路から差動給電線路へと置換した構成である。
【０００９】
特許文献１に記載されている構成の目的は、差動信号に意図せず重畳した不要同相信号のみを選択的に反射させる機能の実現であり、この目的からも明らかなように、特許文献１に開示された回路構造は、差動信号を自由空間に放射する機能を有さない。
【００１０】
図２８（ａ）、（ｂ）にシングルエンド線路、差動給電線路によりそれぞれ給電した場合に、二分の一波長スロット共振器内に生じる電界分布の様子を模式的に比較しつつ図示する。
【００１１】
シングルエンド線路によって給電した場合のスロットでは、両端において最小強度、中央部が最大強度となるよう、スロット幅方向に配向して電界２０１が分布する。一方、差動給電線路によって給電した場合は、正の符号の電圧によってスロット内に生じる電界２０１ａと、負の符号の電圧によってスロット内に生じる電界２０１ｂは等強度且つ逆向きのベクトルを持つので、総合的には両電界は相殺してしまい、共振現象が生じなくなってしまう。このため、二分の一波長スロット共振器を差動給電線路で給電しても、電磁波の効率的な放射は原理的に不可能である。よって、差動給電線路を二分の一波長スロット共振器と結合させアンテナ特性を実現するのは、シングルエンド線路により給電する場合と比較して容易でない。
【００１２】
一般的に、差動伝送回路から効率的に電磁波を放射するためには、スロット共振器を用いず、差動給電線路の二本の信号線路の間隔を徐々に広げることによりダイポールアンテナとして動作させる方法が用いられる（従来例３）。
【００１３】
図２９（ａ）は差動給電ストリップアンテナの斜視透視模式図を、図２９（ｂ）はその上面模式図を、図２９（ｃ）はその下面模式図を示す。図２９においても、図２６と同様の座標軸を設定する。
【００１４】
差動給電ストリップアンテナにおいては、誘電体基板１０１の上面に形成された差動給電線路１０３ｃの線路間隔が、終端側でテーパ状に広がっている。誘電体基板１０１の裏面側については、入力端子側領域１１５ａでは接地導体１０５が形成されているが、差動給電線路１０３ｃの終端箇所の直下領域１１５ｂでは接地導体は設定されない。
【００１５】
従来例３の典型的な放射指向性特性の一例を図３０（ａ）、（ｂ）に示す。図３０（ａ）にはＹＺ面での、図３０（ｂ）にはＸＺ面での放射指向性特性を示している。
【００１６】
図より明らかなように、従来例３において主ビーム方向は＋Ｘ方向であり、ＸＺ平面に分布する広い半値幅の放射特性を示す。原理的に、従来例３では±Ｙ方向への放射利得は得られない。接地導体１０５により反射されるため、マイナスＸ方向への放射も抑圧させることはできる。
【００１７】
特許文献２には、シングルエンド線路により給電した可変スロットアンテナが開示されている。特許文献２の明細書の図１を、図３１として示す。
【００１８】
誘電体基板１０の表面に配置されたシングルエンド線路６によって、基板裏面に設定した二分の一波長スロット共振器５を給電する点は、従来例１と同様の構成である。しかし、給電された二分の一波長スロット共振器５の先端に、更に複数の二分の一波長スロット共振器１、２、３、４を選択的に接続していくことによって、自由度の高いスロット共振器配置を実現している。スロット共振器配置を変化させることにより、電磁波の主ビーム方向を変化させる機能が発現した、としている（従来例４）。
【特許文献１】米国特許第６７６５４５０号明細書
【特許文献２】特開２００４−２７４７５７号公報
【非特許文献１】Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ  “Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ”  ｐｐ．４４１−ｐｐ．４４３  ２００１年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従来の差動給電アンテナ、スロットアンテナ、可変アンテナ、には以下に示す原理的な課題があった。
【００２０】
第一に、従来例１では、±Ｚ軸方向にしか主ビームが向かず、±Ｙ軸方向、±Ｘ軸方向へ主ビーム方向を向けることは困難である。何よりも差動給電への対応が未達成なので、給電信号変換にバラン（ｂａｌｕｎ）回路が必要であり、素子数増加、集積化の妨げになる、などの課題が生じていた。
【００２１】
第二に、従来例２では、二分の一波長スロット共振器は、シングルエンド線路による給電を差動給電線路に置換しただけでは非放射特性しか得られず、効率的なアンテナ動作が困難であった。
【００２２】
第三に、従来例３では、±Ｙ軸方向への主ビーム配向が困難であった。なお、差動線路を曲げると、曲げ部分における二配線間の位相差より、不要同相信号の反射が生じるため、給電線路を曲げて主ビーム方向を曲げるという解決策は従来例３において採用できない。よって、室内環境で用いる移動端末に用いるアンテナとしては、主ビーム方向が配向できない方向が生じるのは極めて好ましくない。
【００２３】
第四に、従来例３の放射特性は、半値幅が広いため、通信品質劣化の回避が困難であった。例えば、所望信号がＺ軸方向から到来する場合、＋Ｘ方向から到来する不要信号の受信強度は抑圧されない。信号反射が多い室内環境で高速通信を行うにあたって生じる深刻なマルチパス問題の回避や、妨害波が多く到達する状況下での通信品質維持が著しく困難であった。
【００２４】
第五に、従来例４においても、第四の課題と同様、所望信号が到達する方向とは異なる方向から到来する不要信号が通信品質へ与える悪影響を抑圧することが困難であった。すなわち、主ビーム方向の配向についての制御が可能であっても、妨害波の抑圧が不十分であるという問題があった。勿論、第一の課題と同様に、差動給電への対応も未達成である。
【００２５】
以上の課題をまとめると、従来技術のいずれを用いても、３つの課題を同時に解決することが困難である。すなわち、第一に差動給電回路との親和性があり、第二に広い立体角範囲で主ビーム方向を切り替えることが可能で、第三に主ビーム以外の方向から到来する妨害波の除去効果を有する可変アンテナの実現が困難であった。
【００２６】
本発明は、上記従来技術の３つの課題を同時に解決する可変アンテナの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
差動給電可変スロットアンテナは、誘電体基板と、前記誘電体基板の裏面に設けられた接地導体面と、前記誘電体基板の表面に配置された二本の鏡面対称な信号導体からなる差動給電線路と、前記接地導体面に形成された第一のスロット共振器と、前記接地導体面に形成された第二のスロット共振器とを備えた差動給電可変スロットアンテナであって、前記第一のスロット共振器の一部が、前記二本の鏡面対称な信号導体のうち、一本の信号導体と交差しているが、他方の信号導体とは交差しておらず、前記第二のスロット共振器の一部が、前記二本の鏡面対称な信号導体のうち、前記一本の信号導体とは交差していないが、他方の信号導体と交差しており、動作設定時において、前記第一のスロット共振器のスロット長が動作周波数において二分の一実効波長に相当し、動作設定時において、前記第二のスロット共振器のスロット長が動作周波数において二分の一実効波長に相当し、前記二本の鏡面対称な信号導体は、それぞれ逆相に給電され、前記第一のスロット共振器、前記第二のスロット共振器の少なくともいずれか一つは、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも１つの可変機能を備えることにより、少なくとも２状態の放射特性可変効果を実現し、前記第一および第二のスロット共振器は、前記信号導体と一部が交差する給電部位と、前記信号導体とは交差しない選択性放射部位とを直列に接続して形成される直列接続構造から構成され、前記可変機能を有する前記第一および第二のスロット共振器では、前記給電部位と前記選択性放射部位の間の接続を制御する選択性導通経路が、前記給電部位と前記選択性放射部位の間に挿入され、前記高周波構造可変機能を有する前記第一および第二のスロット共振器では、複数の前記選択性放射部位が前記給電部位に互いに直列に接続されており、前記選択性放射部位のうち、動作時には一つの選択性放射部位のみが前記給電部位と接続されるように前記選択性導通経路が制御され、前記動作状態切り替え機能を有する前記第一、第二のスロット共振器では、非動作時には、前記給電部位と前記選択性放射部位間の接続が切断されるように前記選択性導通経路が制御される。
【００２８】
好ましい実施形態において、前記差動給電線路が開放終端された箇所から給電回路側への距離が動作周波数において四分の一実効波長に相当する地点で、前記第一のスロット共振器と前記第二のスロット共振器が給電される。
【００２９】
好ましい実施形態において、前記差動給電線路の終端点がそれぞれ同じ抵抗値の抵抗により接地終端される。
【００３０】
好ましい実施形態において、前記第一の信号導体の終端点と前記第二の信号導体の終端点が抵抗を介して電気的に接続される。
【００３１】
好ましい実施形態において、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が、前記第一のスロット共振器の前記第一の選択性放射部位の第一の中央部位と前記第二のスロット共振器の前記第二の選択性放射部位の第二の中央部位が、動作周波数において四分の一実効波長未満の距離に近接して配置された二対のスロット共振器対群を設定し、前記第一のスロット共振器対の第一の中央部位と、前記第二のスロット共振器対の第一の中央部位を動作周波数において二分の一実効波長程度離して配置し、前記第一のスロット共振器対の第二の中央部位と、前記第二のスロット共振器対の第二の中央部位を動作周波数において二分の一実効波長程度離して配置することにより実現する、前記差動給電線路に平行な方向に成分を有する方向に主ビームを向けた放射指向性である。
【００３２】
好ましい実施形態において、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が、前記第一のスロット共振器の前記第一の選択性放射部位の第一の中央部位と、前記第二のスロット共振器の前記第二の選択性放射部位の第二の中央部位を、動作周波数において二分の一実効波長程度離して配置することにより、前記第一の中央部位と、前記第二の中央部位、を結ぶ第一の方向へ主ビーム方向が向き、前記第一の方向に直交する面方向への放射利得を抑制した放射指向性である。
【００３３】
好ましい実施形態において、前記第一の方向が前記差動給電線路の給電方向と直交する成分を有する。
【００３４】
好ましい実施形態において、前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が、前記第一のスロット共振器の前記第一の選択性放射部位の第一の中央部位と、前記第二のスロット共振器の前記第二の選択性放射部位の第二の中央部位を、動作周波数において四分の一実効波長未満の距離に近接して配置することにより、前記誘電体基板と直交する方向へ主ビーム方向を向け、前記第一の中央部位と前記第二の中央部位とを結ぶ第二の方向に対する指向利得を抑制した放射指向性である。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の差動給電スロットアンテナによれば、第一に、従来の差動給電アンテナにおいて実現不可能であった方向への効率的な放射を実現し、且つ、第二に主ビーム方向を広い立体角範囲で可変し、且つ、第三に主ビーム方向と異なる少なくとも二つの方向で原理的に利得抑圧を実現するという三つの効果が同時に実現できる。このため、室内環境において高速通信用途で使用される移動体端末用アンテナとして極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図面を参照しながら、本発明による差動給電スロットアンテナの実施形態を説明する。以下の実施形態における差動給電スロットアンテナは、従来の差動給電アンテナでは放射不可能であった方向に効率的な放射を実現し、また、様々な方向への主ビーム方向の切り替えを実現することができる。更に、主ビーム方向と異なる複数方向で放射利得を抑圧することもできる。
【００３７】
（実施形態）
図１は、本発明による差動給電スロットアンテナの実施形態を示す図であり、誘電体基板裏面の接地導体側から臨む透視模式図である。
【００３８】
図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図１の直線Ａ１−Ａ２、直線Ｂ１−Ｂ２、直線Ｃ１−Ｃ２で回路構造を切断した場合の断面構造図である。図中の座標軸および符号は、従来例の構成や放射方向を示す図２６および図２９における座標軸や符号対応させている。
【００３９】
図１を参照すると、誘電体基板１０１の裏面には接地導体１０５が形成されており、誘電体基板１０１の表面には差動給電線路１０３ｃが形成されている。差動給電線路１０３ｃは、鏡面対称な一対の信号導体１０３ａ、１０３ｂによって構成されている。接地導体１０５の一部領域では、導体を厚さ方向に完全に除去することによってスロット回路を形成している。具体的には、接地導体１０５内に四つのスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７が配置されている。
【００４０】
図３は、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の両機能を実現できるスロット共振器６０１の周辺拡大図である。図３に示すように、スロット共振器６０１は、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｂ、６０１ｃがそれぞれ直列に接続されて構成されている。複数のスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７の内、少なくとも一つのスロット共振器は、外部制御信号に対して、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも一方を可変的に実現する。
【００４１】
外部制御信号は、可変機能を実現するため、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｂとの間に配置された高周波スイッチ素子６０１ｄを制御し、また、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｃと間に配置された高周波スイッチ素子６０１ｅを制御する。
【００４２】
図４は、高周波スイッチ素子６０１ｄ、６０１ｅ付近の拡大図である。高周波スイッチ素子６０１ｄは、スロットを跨ぐ両側の接地導体領域１０５ａ、１０５ｂを接続するか、接続しないかを制御する。高周波スイッチ素子６０１ｄを開放状態に制御すれば、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｂとの接続は維持される。一方、高周波スイッチ素子６０１ｄを導通状態に制御することによって給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｂとの接続を切断すれば、スロット共振器構造から選択性放射部位６０１ｂを分離することが可能である。
【００４３】
このように、高周波構造可変機能を有するスロット共振器は少なくとも二つの選択性放射部位を含む。しかし、動作時にスロット共振器内で選択される選択性放射部位の数は、一つに限定される。非選択となった残りの選択性放射部位は、スロット共振器からは高周波的に分離される。
【００４４】
図５（ａ）から（ｃ）は、図３のスロット共振器６０１における高周波構造の変化例を示す。図５（ａ）から（ｃ）では、非選択とされた選択性放射部位が図示されていない。
【００４５】
図５（ａ）に示す例では、高周波スイッチ素子６０１ｄが開放され、高周波スイッチ素子６０１ｅが導通されている。その結果、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｃと間の接続が切断され、スロット共振器は、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｂとが直列に接続された構造を有している。
【００４６】
一方、図５（ｂ）に示す例では、高周波スイッチ素子６０１ｄが導通され、高周波スイッチ素子６０１ｅが開放されている。その結果、給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｂと間の接続が切断され、スロット共振器は給電部位６０１ａと選択性放射部位６０１ｃとが直列に接続された構造を有している。
【００４７】
動作状態切り替え機能は、動作状態と非動作状態とを切り替える機能である。この機能は、給電部位と選択性放射部位との間の高周波スイッチ素子の状態を切り替えることにより実現される。図５（ｃ）は、図３のスロット共振器６０１を非動作状態に切り替えた場合の構造を示す。２つの高周波スイッチ素子６０１ｄ、６０１ｅを共に導通状態に制御することにより、給電部位６０１ａと接続される全ての選択性放射部位をスロット共振器から高周波的に分離する。
【００４８】
一方、動作状態では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の選択性放射部位の一つだけを給電部位６０１ａに接続すればよい。なお、選択的導通手段６０１ｄ、６０１ｅをどちらも開放状態に制御する状態は、本発明では仮定しない。
【００４９】
表１に、高周波スイッチ素子６０１ｄ、６０１ｅの制御の組み合わせと、スロット共振器６０１の高周波回路構造変化についてまとめた。
【００５０】
【表１】
2007114104.tif 000045
【００５１】
給電部位および選択性放射部位の実効電気長は、動作状態にある全てのスロット共振器のスロット長が常に二分の一実効波長となるように予め設定される。給電部位の長さは、各選択性放射部位の長さよりも格段に短いことが好ましい。
【００５２】
本実施形態におけるスロット共振器は、必ず対構成で動作する。すなわち、第一の信号導体１０３ａと結合して動作状態にあるスロット共振器の数Ｎ１と、第二の信号導体１０３ｂと結合して動作状態にあるスロット共振器の数Ｎ２とが相互に等しくなるように、各スロット共振器の状態が制御される。具体的に、図１の構成において、対構成で動作し得るスロット共振器の組み合わせと、対構成で動作できないスロット共振器の組み合わせを表２にまとめる。
【００５３】
【表２】
2007114104.tif 000046
【００５４】
本実施形態におけるスロット共振器の選択性放射部位は、信号導体対の鏡面対称面（図１において信号導体１０３ａと信号導体１０３ｂとの間の面）から臨んで、給電部位が結合する信号導体側に配置される。例えば、第一のスロット共振器６０１の給電部位６０１ａは、第一の信号導体１０３ａと結合するので、選択性放射部位６０１ｂ、６０１ｃは、信号導体の鏡面対称面から臨んで第一の信号導体１０３ａの方向に配置されている。
【００５５】
対動作するスロット共振器は、二本の信号導体１０３ａ、１０３ｂから等強度の電力給電を受けるよう設定する。この条件を満足するには、対動作するスロット共振器を、二本の信号導体１０３ａ、１０３ｂに対して物理的に鏡面対称に配置すればよい。
【００５６】
スロット共振器対が物理的に鏡面対称配置とならない場合においても、スロット共振器対の高周波的特性を対称に設定することでも同様の効果は実現できる。すなわち、対動作する各スロット共振器は共振周波数が等しく、且つ、結合する信号導体との結合度を等強度に保てばよい。
【００５７】
＜スロット形状の可変性による主ビーム配向可変性について＞
以下、本実施形態により、主ビーム方向を±Ｘ方向、±Ｙ方向、±Ｚ方向に配向させる３つの状態におけるスロット共振器群の制御法について説明する。
【００５８】
本実施形態における差動給電スロットアンテナの放射特性を、複数のアンテナ素子要素が配置されたアレイアンテナの放射特性に近似している。この場合のアンテナ素子要素は、選択された選択性放射部位の中心部位に生じた電界ベクトル要素を放射源とする。
【００５９】
所定座標軸に沿った方向でのアレイアンテナの放射特性は、以下の三因子で決定する。第一の因子は、所定座標軸に沿って定義したアンテナ素子要素間の実効距離である。第二の因子は、各アンテナ素子要素に励振される電界ベクトル要素間の位相差である。第三の因子は、各アンテナ素子要素からの放射強度である。
【００６０】
二つのアンテナ素子要素を例にとり、両要素から放射される電磁波成分が、所定座標軸無限遠方点に到達する際に、第一の因子により生じる位相差をθ１度、第二の因子により生じる位相差をθ２度とする。第一の因子と第二の因子より、問題とする座標軸の無限遠方点においては、両アンテナ素子要素から放射された電磁波成分は、θ１とθ２の和により決定される位相差θｓ度をもって合成される。
【００６１】
θｓの絶対値が０度以上９０度未満の値、好ましくは０度となる条件を成立させれば、両要素から放射された電磁波成分は無限遠方点では足し合わされ、所定座標軸方向で放射利得の増大を起こせる。また、θｓの絶対値が９０度以上１８０度以下、好ましくは１８０度の条件を成立させれば、両要素から放射された電磁波成分は打ち消しあうことになり、所定座標軸方向で放射利得の低減を起こせる。
【００６２】
表３に、所定座標軸方向でのアレイアンテナの放射利得変化の三因子依存性をまとめる。
【００６３】
【表３】
2007114104.tif 000047
【００６４】
本実施形態における差動給電スロットアンテナの各スロット共振器では、等強度に対構成で給電されるため、各ベクトル要素のベクトル振幅を等しく設定することができる。
【００６５】
＜ヌル特性の発現効果、従来例との差別化について＞
次に、本発明に特有の効果である、ヌル特性の実現について説明する。
【００６６】
表３において、θｓが１８０度となり、放射利得低減が起こる組み合わせ３、４の関係については、さらに特殊な条件が存在する。すなわち、θｓが１８０度に相当し、ベクトル要素間の振幅差がない場合、無限遠方点での電磁波成分は完全に相殺され、放射を強制的に抑圧することが可能となる。そして、本差動給電スロットアンテナでは全てのベクトル要素の振幅が等しく設定されているため、組み合わせ３、４のいずれかが成立した方向ではヌル特性を得ることができる。
【００６７】
ヌル特性が得られる方向は、主ビーム方向とは異なる少なくとも二つの方向であり、典型的な例においては、主ビーム方向と直交する方向である。
【００６８】
図３０に示した従来例４においては、各アンテナ素子に生じる電界ベクトル要素のベクトル振幅を等強度に設定することが極めて困難である。例えば、給電されるスロット共振器５に生じる電界ベクトル要素と、接続されるスロット共振器１〜４に生じる電界ベクトル要素を、等振幅にすることが困難である。二ベクトル要素の振幅に非対称性が生じても、従来例４が主張するように、利得増大効果や利得低減効果は容易に得られるものの、本発明の差動給電スロットアンテナのようにヌル特性は容易に得ることができない。
【００６９】
以上の説明より、従来例４では得られない本発明の特有な効果が明らかにされた。
【００７０】
以下、主ビーム方向を典型的な座標方向である±Ｘ方向、±Ｙ方向、±Ｚ方向に配向させる場合の典型的な３つの動作状態について具体的に説明し、各動作状態において、効果的にヌル特性も発現することを説明する。
【００７１】
＜第一の動作状態：主ビーム方向を±Ｘ方向へ配向させる場合＞
まず、第一の動作状態として、主ビーム方向を±Ｘ方向へ配向させ、同時に、±Ｙ方向、±Ｚ方向において放射利得を抑圧する場合のスロット共振器群の制御方法について説明する。
【００７２】
図１に示した構成において、スロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７の選択性放射部位６０１ｂ、６０３ｂ、６０５ｂ、６０７ｂを選択し、選択性放射部位６０１ｃ、６０３ｃを非選択に設定することによって、第一の動作状態を実現できる。
【００７３】
表４に、第一の動作状態における各スロット共振器の制御状態をまとめた。
【００７４】
【表４】
2007114104.tif 000048
【００７５】
第一の動作状態において、回路内には図６に示す４つのスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７を含む高周波構造が出現している。
【００７６】
以下、第一の動作状態におけるアンテナからの放射特性を、４つのスロット共振器の選択性放射部位６０１ｂ、６０３ｂ、６０５ｂ、６０７ｂの各中央部位６０１ｆ、６０３ｆ、６０５ｆ、６０７ｆに生じた電界ベクトル要素６０１ｇ、６０３ｇ、６０５ｇ、６０７ｇをアンテナ素子要素とするアレイアンテナの放射特性と見做して説明する。
【００７７】
Ｘ軸無限遠方点から臨んだ場合の、各電界ベクトル要素間のθ１、θ２、θｓの関係について表５にまとめた。
【００７８】
【表５】
2007114104.tif 000049
【００７９】
例として電界ベクトル要素６０１ｇに注目すると、組み合わせ１、３において、それぞれ６０５ｇ、６０７ｇと逆相配置且つ逆相励振条件が成立しており、組み合わせ５に注目すると、同相配置同相励振条件が成立しており、いずれの組み合わせにおいても、放射利得は増強されることになる。
【００８０】
第一の動作状態においては、電界ベクトル要素６０１ｇ以外のいずれの電界ベクトル要素に注目しても、θｓが逆相となる条件は成立しないので、結果的にX軸方向では放射強度を増強させることができる。例えば組み合わせ１において、θ１がほぼ１８０度に相当するのは、スロット共振器６０１ｂ、６０５ｂのスロット長がほぼ二分の一実効波長であることから導かれている。
【００８１】
組み合わせ１〜４については、θ１を１８０度としたが、必ずしも厳密にスロット共振器の選択性放射部位の中心部位間が１８０度離れている必要はなく、利得の増強効果が見込めるのはθ１が９０度以上の場合となる。
【００８２】
一方、表６には、Ｙ軸無限遠方点から臨んだ場合の、各電界ベクトル要素間のθ１、θ２、θｓの関係についてまとめている。
【００８３】
組み合わせ５、６では、θｓが０度となり、利得が二倍になる条件が成立しているが、同時に組み合わせ５、６内に含まれる４つのベクトル要素は、組み合わせ１〜４において同相配置逆相励振条件が成立しており、Ｙ軸方向での放射利得の低減が見込める。
【００８４】
本差動給電スロットアンテナにおいては、各組み合わせのベクトル要素の振幅差がないので、放射利得が低減するだけでなく、Ｙ軸方向においては強制的に抑圧されたヌル特性が得られることになる。
【００８５】
【表６】
2007114104.tif 000050
【００８６】
更に表７には、Ｚ軸無限遠方点から臨んだ場合の、各電界ベクトル要素間のθ１、θ２、θｓの関係についてまとめた。
【００８７】
組み合わせ５、６については、θｓが０度となり、各ベクトル要素からの放射成分が放射利得の増強へ寄与する条件が成立しているが、同時に、全ベクトル要素は、同相配置逆相励振条件が成立している組み合わせ１〜４の対動作もしており、結果的にＺ軸方向での放射利得の低減が見込める。
【００８８】
本差動給電スロットアンテナにおいては、各組み合わせのベクトル要素の振幅差がないので、放射利得が低減するだけでなく、Ｚ軸方向では強制的に抑圧されたヌル特性が得られることになる。
【００８９】
【表７】
2007114104.tif 000051
【００９０】
以上の結果から、第一の動作状態においては、各スロット共振器からの放射成分は、Ｘ軸方向への放射成分のみが足しあわされる条件が成立しているので、主ビーム方向がＸ軸方向に配向することになり、Ｘ軸と直交するＹ軸、Ｚ軸方向では利得を抑圧することができる。このため、Ｘ軸方向への放射ビームの半値幅も抑制することができる。
【００９１】
図１の構成を用いて、第一の動作状態と同様の効果を得る動作状態時の構成図を図７に示す。
【００９２】
図７の構成においては、動作させるスロット共振器対の数を２から１へと減じている。スロット共振器６０１と６０７はアンテナ動作に寄与しており、スロット共振器６０３と６０５は非動作状態に制御されている。図７の構成では、中心部位６０１ｆと中心部位６０７ｆを結ぶ方向に平行な方向６１３に主ビーム方向を配向させることが可能となる。この場合も主ビームとほぼ直交する方向で、効果的に利得の抑圧効果が得られる。
【００９３】
＜第二の動作状態：主ビーム方向を±Ｙ方向へ配向させる場合＞
次に、第二の動作状態として、主ビーム方向を±Ｙ方向へ配向させ、同時に、±Ｘ方向、±Ｚ方向において放射利得を抑圧する場合のスロット共振器群の制御方法について説明する。
【００９４】
図１に示した構成において、スロット共振器６０１、６０３の選択性放射部位６０１ｃ、６０３ｃを選択し、選択性放射部位６０１ｂ、６０３ｂを非選択に設定し、スロット共振器６０５、６０７を非動作状態に設定することによって、第二の動作状態を実現できる。
【００９５】
第二の動作状態において、図１の構造から非選択となった選択性放射部位を除いた構造を図８に示す。表８に、第二の動作状態における各スロット共振器の制御状態をまとめている。
【００９６】
【表８】
2007114104.tif 000052
【００９７】
以下、第二の動作状態におけるアンテナからの放射特性を、２つのスロット共振器の選択性放射部位６０１ｃ、６０３ｃの各中央部位６０１ｈ、６０３ｈに生じた電界ベクトル要素６０１ｊ、６０３ｊをアンテナ素子要素とするアレイアンテナの放射特性と見做して説明する。
【００９８】
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各無限遠方点から臨んだ場合の、各電界ベクトル要素間のθ１、θ２、θｓの関係について表９にまとめる。
【００９９】
【表９】
2007114104.tif 000053
【０１００】
表９より明らかなように、Ｙ軸方向での放射利得が増強され、Ｘ、Ｚ軸方向で放射利得が抑圧される条件が成立していることが分かる。この結果、±Ｙ方向へ主ビームが配向し、Ｙ軸に直交する±Ｘ、Ｚ方向でヌル特性が得られる、実用性が高い放射指向性が実現できる。
【０１０１】
第二の動作状態において主ビーム配向方向である±Ｙ方向は、従来の差動給電アンテナでは実現困難であった配向方向であった。直交する方向で強制的にヌル特性が得られることから、主ビームの半値幅を効果的に減じることができる。
【０１０２】
なお、第二の動作状態を実現する最小限の構成として必要なのは、一対のスロット共振器対のみなので、図１に示した回路構成からあらかじめスロット共振器６０５、６０７を減じた構成でも第二の動作状態を実現することができる。
【０１０３】
図１に示した構成ではなく、図９に示したように、全てのスロット共振器に複数の選択性放射部位が含まれる構成を制御する場合は、図１０から図１２に例を示すように様々な制御方法によって第二の動作状態を実現することができる。
【０１０４】
図１０では、４つのスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７を同時に２対動作させて、第二の動作状態を実現している。図１１では、一対のスロット共振器６０５、６０７を動作させ、スロット共振器６０１、６０３を非動作状態へと変化させて、第二の動作状態を実現させている。図１２に示したように、厳密には鏡面対称配置でない一対のスロット共振器６０１、６０７を動作させた場合でも、中心部位６０１ｊと中心部位６０７ｊを結ぶ方向に平行な方向６１３に主ビーム方向を配向させることが可能となる。この場合も主ビームとほぼ直交する方向で、効果的に利得の抑圧効果が得られる。
【０１０５】
組み合わせ２について利得増強効果が見込めるのは、θ１が１８０度となる場合に限定されず、スロット共振器の選択性放射部位の中心部位間の実効位相θ１が９０度以上の場合であれば、原理的に放射利得の増強が見込める。
【０１０６】
＜第三の動作状態：主ビーム方向を±Ｚ方向へ配向させる場合＞
次に、第三の動作状態として、主ビーム方向を±Ｚ方向へ配向させ、同時に、±Ｘ方向、±Ｙ方向において放射利得を抑圧する場合のスロット共振器群の制御方法について説明する。
【０１０７】
図１に示した構成において、スロット共振器６０１、６０３の選択性放射部位６０１ｂ、６０３ｂを選択し、選択性放射部位６０１ｃ、６０３ｃを非選択に設定し、スロット共振器６０５、６０７を非動作状態に設定することによって、第三の動作状態を実現できる。
【０１０８】
表１０に、第三の動作状態における各スロット共振器の制御状態をまとめた。第三の動作状態において、図１の構造から非選択となった選択性放射部位を除いた構造を図１３に示した。
【０１０９】
【表１０】
2007114104.tif 000054
【０１１０】
以下、第二の動作状態におけるアンテナからの放射特性を、２つのスロット共振器の選択性放射部位６０１ｂ、６０３ｂの各中央部位６０１ｆ、６０３ｆに生じた電界ベクトル要素６０１ｇ、６０３ｇをアンテナ素子要素とするアレイアンテナの放射特性と見做して説明する。
【０１１１】
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各無限遠方点から臨んだ場合の、各電界ベクトル要素間のθ１、θ２、θｓの関係について表１１にまとめる。
【０１１２】
【表１１】
2007114104.tif 000055
【０１１３】
表１１より明らかなように、全ての座標軸方向で両電界ベクトル要素の放射が足しあわされるため、相対的な放射利得強度変化は生じないことが分かる。すなわち、第三の動作状態においては、スロット共振器６０１の放射特性が強度を二倍にして足しあわされた放射特性が実現されることになる。
【０１１４】
ここで、スロット共振器６０１単体の放射特性は、従来例１として示した、シングルエンド給電線路により給電された二分の一実効波長スロット共振器を、ＸＹ面内でＺ軸を回転軸に９０度傾けた場合の放射特性に他ならない。
【０１１５】
図２７に示したように、従来例１の放射特性は、±Ｚ方向に主ビームが配向し、±Ｘ方向では良好な利得抑圧効果が得られ、±Ｙ方向でも主ビームに対して１０ｄＢ程度の利得低減が見込める放射特性である。よって、本差動給電スロットアンテナでは、±Ｚ方向に主ビーム方向が配向し、±Ｙ方向でヌル特性が得られ、±Ｘ方向でも主ビームに対して１０ｄＢ程度の利得低減が見込める放射特性になる。
【０１１６】
なお、第三の動作状態を実現する最小限の構成として必要なのは、一対のスロット共振器対のみなので、図１に示した回路構成からあらかじめスロット共振器６０５、６０７を減じた構成でも第三の動作状態を実現することができる。すなわち、第二の動作状態と第三の動作状態を切り替える可変性を実現するためには、構成内にスロット共振器６０５、６０７を導入する必要はない。
【０１１７】
図１４に示したように、図９の構成を用いて、一対のスロット共振器６０５、６０７を動作させ、スロット共振器６０１、６０３を非動作状態へと変化させた場合でも、第三の動作状態の特性を実現することが可能である。
【０１１８】
表１１においては、組み合わせ２についてθ１を０度としているが、厳密にはＹ軸に沿ったスロット共振器の選択性放射部位の中心部位間の実効位相を０度に設定するのは不可能である。
【０１１９】
第三の動作状態を実現するためには、Ｙ軸方向での利得の増強効果を抑圧する必要がある。このため、特にＹ軸方向に沿ったスロット共振器間の実効位相を小さく設定する必要があり、具体的にはＹ軸方向に沿って定義されるθ１を９０度未満の値に設定すればよい。
【０１２０】
＜給電線路の開放箇所の終端処理について＞
差動給電線路１０３ｃは終端点１１３において、開放終端処理されてよい。終端点１１３からスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７の各給電部位までの給電整合長を、動作周波数において差動線路における奇モード伝搬特性に対して四分の一実効波長となるよう設定すれば、スロット共振器への入力整合特性を改善することができる。
【０１２１】
差動給電線路１０３ｃの終端点において、第一の信号導体１０３ａ、第二の信号導体１０３ｂを等しい値の抵抗素子を介して接地終端してしまってもよい。差動給電線路１０３ｃの終端点において、第一の信号導体１０３ａと第二の信号導体１０３ｂを、抵抗素子を介して接続してしまってもよい。
【０１２２】
差動給電線路の終端点への抵抗素子の導入は、導入した抵抗素子において、アンテナ回路への入力電力の一部を消費することになるため、放射効率の低下を招くものの、スロット共振器への入力整合条件の緩和を可能とし、給電整合長の値を減じることも可能とする。
【０１２３】
＜高周波スイッチ素子の現実性について＞
高周波スイッチ素子６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０５ｅ、６０７ｄ、６０７ｅを実現する方法としては、ダイオードスイッチ、高周波スイッチ、ＭＥＭＳスイッチなどの利用が可能である。例えば、市販されているダイオードスイッチを用いれば、例えば、導通時の直列抵抗値が５Ω、開放時の寄生直列容量値が０．０５ｐＦ弱程度の良好な切り替え特性を２０ＧＨｚ以下の周波数帯域で容易に得ることができる。
【０１２４】
以上のように、本発明の構造を採用することにより、従来のスロットアンテナや差動給電アンテナでは実現できない方向への主ビームの配向、及び配向方向の切り替え、及び、主ビーム方向と主に直交する方向での放射利得の抑圧を実現できる可変アンテナの提供が可能となる。
【０１２５】
（実施例）
実施例として、誘電率４．３、厚さ０．５ｍｍの誘電体基板に、銅配線により表裏面にそれぞれ厚さ２５ミクロンの配線層を施した後、一部領域をウェットエッチングにより配線の厚さ方向に完全に除去し、表面の信号導体パターンを、裏面に接地導体パターンを形成した。表面には配線幅Ｗを０．６ｍｍ、配線間の間隙幅Ｇを０．５ｍｍとした差動給電線路を形成した。
【０１２６】
図１５（ａ）に、本実施例の差動給電スロットアンテナの下面から臨んだ透視パターン図を、図１５（ｂ）に裏面のパターン図を示した。実施例においては、幅が０．１ｍｍの箇所と、０．３ｍｍの箇所と、１ｍｍの箇所の３種類のスロットパターンを形成した。構造内には４つのスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７を形成した。スロット共振器６０１、６０５は第一の信号導体１０３ａと、スロット共振器６０３、６０７は第二の信号導体１０３ｂとのみ、それぞれ給電部位を結合させた。スロット共振器６０１と６０３、６０５と６０７はそれぞれ鏡面対称に形成した。
【０１２７】
本実施例でも従来例と同様の座標系を用いる。スロット共振器６０１と６０５、またスロット共振器６０３と６０７はそれぞれＸ＝０のＹＺ平面を対称面として、鏡面対称の関係に配置した。差動給電線路１０３ｃはＸ＝＋８において開放終端とした。
【０１２８】
図１５（ｂ）に示すように、本実施例においては、スロット共振器以外にも複数の細いバイアス分離用スロットを形成し、接地導体領域の導体パターンを細かく分断した。接地導体領域２１５は、差動給電線路１０３ｃの入力点の直下の接地導体領域２１９と同じ直流電位を示す。すなわち、接地導体領域２１５と接地導体領域２１９との間では導体が分断されていない。
【０１２９】
しかし、接地導体領域２１１ａ、２１１ｂ、２１３、２１７ａ、２１７ｂと接地導体領域２１５、２１９との間では直流的に絶縁された。すなわち、バイアス分離用スロット２０３ａ〜２０３ｄ、２０５、２０７ａ、２０７ｂ、２０９ａ、２０９ｂと４つのスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７を導体領域間に必ず挿入し、接地導体領域を分断した。
【０１３０】
バイアス分離用スロットのスロット幅は０．１ｍｍに統一した。しかし、本実施例においては、これらの接地導体領域は、高周波的には互いに導通されたものとして機能させる必要があるので、図１６（ａ）に示すように、バイアス分離用スロット２０３ａ〜２０３ｄ、２０５、２０７ａ、２０７ｂ、２０９ａ、２０９ｂを跨いだ位置に３ｐＦの容量値のチップキャパシタ６０９を２０個配置し、接地導体領域間を高周波的に導通させた。
【０１３１】
チップキャパシタの実装後、基板裏面に高周波的に実現されるスロットパターンは、図１６（ｂ）に示すように、４つのスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７のみになった。
【０１３２】
続いて、図１７に矢印で示した８箇所の位置にダイオードスイッチ６１１を実装した。各ダイオードスイッチは、各スロット共振器の幅方向を跨いで、接地導体領域間を接続するよう、実装した。使用したダイオードスイッチは、長さ７００ミクロン、幅３８０ミクロンのＧａＡｓのＰＩＮダイオードであり、５．２５ＧＨｚにおいて、正符号の電圧印加時には直流抵抗４Ωとして高周波的に機能し、０．４ｄＢの挿入損失を、負電圧印加時、もしくは電圧を印加しない場合には３０ｆＦの直流容量として高周波的に機能し、２０ｄＢの挿入損失を示すものであった。
【０１３３】
本実施例において、接地導体領域２１５は常に直流電圧がゼロボルトである。したがって、外部の接地導体領域２１１ａ、２１１ｂ、２１３、２１７ａ、２１７ｂに、抵抗を介して制御電圧を印加すれば、本実施例の４つのスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７の高周波構造可変機能を発現させる制御が可能となった。
【０１３４】
＜第一の動作状態（±Ｘ方向）に対応＞
第一の動作状態として、接地導体領域２１１ａ、２１１ｂへ正電圧を印加し、接地導体領域２１３、２１７ａ、２１７ｂへ負電圧を印加し、図１８（ａ）に示すようなスロット構成を実現した。すなわち、第一の動作状態においては、Ｘ軸方向に沿って４つのスロット共振器６０１、６０３、６０５、６０７が配置されたことになる。全てのスロット共振器は、形状が等しく、その一つであるスロット共振器６０１のみを拡大した図を図１８（ｂ）に示す。
【０１３５】
スロット幅は、給電部位において０．３ｍｍであり、放射部位においては０．３ｍｍから徐々に広がって最終的には１ｍｍになっていた。放射部位の長さは１６ｍｍであった。第一の動作状態では、５．２５ＧＨｚにおいて差動信号に対する反射損失マイナス１８．５ｄＢという反射特性を得た。
【０１３６】
図１９（ａ）にＹＺ面での、図１９（ｂ）にＸＺ面での、図１９（ｃ）にＸＹ面での放射指向特性を示した。
【０１３７】
ＸＺ面、ＸＹ面の表示より明らかなように、第一の動作状態においては、±Ｘ方向に主ビーム方向を配向させることができた。放射利得は０．５ｄＢｉで、プラスＸ方向とマイナスＸ方向は、ほぼ同じ値となった。±Ｚ方向では主ビームに対する抑圧比が２２ｄＢとなるヌル特性が得られた。±Ｙ方向でも７ｄＢの主ビームに対する良好な抑圧比が得られた。
【０１３８】
バイアス分離用スロット構成を変更して、スロット共振器６０３、６０５のみを動作させ、図２０に示すようなスロット構成を高周波的に実現した状態においても、図２１（ａ）〜（ｃ）に示すように、主ビーム方向をＸ軸方向からＹ軸方向へ１０度ほど傾け、且つ主ビームと直交する方向では利得の低減、抑圧効果を得ることができた。
【０１３９】
＜第二の動作状態（±Ｙ方向）に対応＞
図２２（ａ）に、第二の動作状態として、接地導体領域２１３、２１７ａ、２１７ｂに正電圧を印加し、２１１ａ、２１１ｂに負電圧を印加した場合に、高周波的に誘電体基板裏面に形成されるスロット構造を示す。
【０１４０】
第二の動作状態では、Ｙ軸方向に沿って４つのスロット共振器を配置した。各スロット共振器はＸ＝Ｙ＝０の原点に対して回転対称であり、そのうちの一つを抜き出し、図２２（ｂ）に拡大図で示した。スロット幅は、給電部位において０．３ｍｍであり、放射部位においては１ｍｍであり、放射部位の長さは１４．８ｍｍであった。
【０１４１】
第二の動作状態では、５．２５ＧＨｚにおいて差動信号に対する反射損失マイナス１８ｄＢという良好な反射特性を得た。
【０１４２】
図２３（ａ）にＹＺ面での、図２３（ｂ）にＸＺ面での、図２３（ｃ）にＸＹ面での放射指向特性を示した。
【０１４３】
ＹＺ面、ＸＹ面での表示より明らかなように、第二の動作状態においては、±Ｙ方向に主ビーム方向を配向させた放射指向特性を実現できた。放射利得は１ｄＢｉ弱で、＋Ｙ方向とマイナスＹ方向は、ほぼ同じ値となった。±Ｚ方向は主ビームに対する抑圧比が２５ｄＢのヌル特性が得られた。プラスＸ方向では８ｄＢ、マイナスＸ方向では１０ｄＢと、Ｘ軸方向でも主ビームに対する良好な抑圧比が得られた。
【０１４４】
＜第三の動作状態（±Ｚ方向）に対応＞
次に、第三の動作状態として、接地導体領域２１１ａ、２１１ｂ、２１３へ正電圧を印加し、接地導体領域２１７ａ、２１７ｂへ負電圧を印加し、図２４に示すようなスロット構成を実現した。すなわち、第三の動作状態においては、スロット共振器６０５、６０７は非選択となり、Ｘ軸に沿って二つのスロット共振器６０１、６０３が動作すべく出現したことになる。第三の動作状態では、５．２５ＧＨｚにおいて差動信号に対する反射損失マイナス６．５ｄＢという反射特性を得た。
【０１４５】
図２５（ａ）にＹＺ面での、図２５（ｂ）にＸＺ面での、図２５（ｃ）にＸＹ面での放射指向特性を示した。
【０１４６】
ＹＺ面、ＸＺ面での表示より明らかなように、第三の動作状態では、±Ｚ方向に主ビーム方向を配向させることができた。放射利得は２．８ｄＢｉで、＋Ｚ方向とマイナスＺ方向は、ほぼ同じ値となった。±Ｙ方向では主ビームに対する抑圧比が１６ｄＢとなる、ヌル特性が得られた。＋Ｘ方向では１０．５ｄＢ、スロット構造の非対称性から抑圧比が若干劣化するマイナスＸ方向でも５ｄＢと、Ｘ軸方向でも主ビームに対して放射利得の低減効果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明にかかる差動給電スロットアンテナは、従来の差動給電アンテナでは困難であった方向を含む様々な方向への効率的な放射を行うことが可能である。
【０１４８】
主ビーム方向の切り替え角が広いため全立体角をカバーする可変指向性アンテナを実現できるだけでなく、主ビーム方向に直交する方向での指向性利得を原理的に抑圧することが可能であるので、特に、マルチパスが多い室内環境での高速通信を実現することができる。
【０１４９】
本発明は、通信分野の用途に広く応用できるだけでなく、無線電力伝送やＩＤタグなどの無線技術を使用する各分野においても使用されうる。
【０１５０】
以下、本発明をまとめる。
【０１５１】
本発明は、
誘電体基板（１０１）と、
前記誘電体基板（１０１）の裏面に設けられた接地導体面（１０５）と、
前記誘電体基板（１０１）の表面に配置された二本の鏡面対称な信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）からなる差動給電線路（１０３ｃ）と、
前記接地導体面（１０５）に形成された第一のスロット共振器（６０１、６０５）と、
前記接地導体面（１０５）に形成された第二のスロット共振器（６０３、６０７）とを備えた差動給電可変スロットアンテナであって、
前記第一のスロット共振器（６０１、６０５）の一部が、前記二本の鏡面対称な信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）のうち、一本の信号導体（１０３ａ）と交差しているが、他方の信号導体（１０３ｂ）とは交差しておらず、
前記第二のスロット共振器（６０３、６０７）の一部が、前記二本の鏡面対称な信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）のうち、前記一本の信号導体（１０３ａ）とは交差していないが、他方の信号導体（１０３ｂ）と交差しており、
動作設定時において、前記第一のスロット共振器（６０１、６０５）のスロット長が動作周波数において二分の一実効波長に相当し、
動作設定時において、前記第二のスロット共振器（６０３、６０７）のスロット長が動作周波数において二分の一実効波長に相当し、
前記二本の鏡面対称な信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）は、それぞれ逆相に給電され、
前記第一のスロット共振器、前記第二のスロット共振器（６０１、６０３、６０５、６０７）の少なくともいずれか一つは、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも１つの可変機能を備えることにより、少なくとも２状態の放射特性可変効果を実現する。
【０１５２】
前記第一および第二のスロット共振器（６０１、６０３、６０５、６０７）は、前記信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）と一部が交差する給電部位（６０１ａ、６０３ａ、６０５ａ、６０７ａ）と、前記信号導体（１０３ａ、１０３ｂ）とは交差しない選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ａ、６０３ｃ、６０５ａ、６０７ａ）とを直列に接続して形成される直列接続構造から構成される。
【０１５３】
前記可変機能を有する前記第一および第二のスロット共振器（６０１、６０３、６０５、６０７）では、前記給電部位（６０１ａ、６０３ａ、６０５ａ、６０７ａ）と前記選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ａ、６０３ｃ、６０５ａ、６０７ａ）の間の接続を制御する選択性導通経路（６０１ｄ、６０１ｅ）が、前記給電部位（６０１ａ、６０３ａ、６０５ａ、６０７ａ）と前記選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ａ、６０３ｃ、６０５ａ、６０７ａ）の間に挿入されている。
【０１５４】
一方、前記高周波構造可変機能を有する前記第一および第二のスロット共振器（６０１、６０３、６０５、６０７）では、複数の前記選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ａ、６０３ｃ、６０５ａ、６０７ａ）が前記給電部位（６０１ａ、６０３ａ、６０５ａ、６０７ａ）に互いに直列に接続されており、前記選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ａ、６０３ｃ、６０５ａ、６０７ａ）のうち、動作時には一つの選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ａ、６０３ｃ、６０５ａ、６０７ａ）のみが前記給電部位（６０１ａ、６０３ａ、６０５ａ、６０７ａ）と接続されるように前記選択性導通経路（６０１ｄ、６０１ｅ）が制御され、
前記動作状態切り替え機能を有する前記第一、第二のスロット共振器（６０１、６０３、６０５、６０７）では、非動作時には、前記給電部位（６０１ａ、６０３ａ、６０５ａ、６０７ａ）と前記選択性放射部位（６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ａ、６０３ｃ、６０５ａ、６０７ａ）間の接続が切断されるように前記選択性導通経路（６０１ｄ、６０１ｅ）が制御される、
差動給電可変スロットアンテナ
である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】本発明による差動給電スロットアンテナの実施形態の上面から臨んだ透視模式図である。
【図２】図１の差動給電スロットアンテナの実施形態の断面構造図であって、（ａ）は図１の直線Ａ１−Ａ２を切断面とする断面構造図、（ｂ）は図１の直線Ｂ１−Ｂ２を切断面とする断面構造図、（ｃ）は図１の直線Ｃ１−Ｃ２を切断面とする断面構造図である。
【図３】スロット共振器６０１の周辺構造の拡大図である。
【図４】スロット共振器６０１内の構造拡大図である。
【図５】スロット共振器６０１の構造変化例を示す図であって、（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、高周波構造可変機能により発現するスロット共振器の構造図、（ｃ）は動作状態可変機能により非動作状態に制御された場合のスロット共振器の構造図である。
【図６】本発明の差動給電スロットアンテナの第一の動作状態での構造図である。
【図７】本発明の差動給電スロットアンテナの第一の動作状態での構造図である。
【図８】本発明の差動給電スロットアンテナの第二の動作状態での構造図である。
【図９】本発明の差動給電スロットアンテナの構造模式図である。
【図１０】本発明の差動給電スロットアンテナの第二の動作状態での構造図である。
【図１１】本発明の差動給電スロットアンテナの第二の動作状態での構造図である。
【図１２】第二の動作状態での本発明の差動給電スロットアンテナの構造図である。
【図１３】本発明の差動給電スロットアンテナの第三の動作状態での構造図である。
【図１４】本発明の差動給電スロットアンテナの第三の動作状態での構造図である。
【図１５】本発明の実施例の構造模式図であって、（ａ）は透視構造模式図、（ｂ）は接地導体上に形成したスロットパターンを示す構造模式図である。
【図１６】本発明の実施例の構造模式図であって、（ａ）はチップキャパシタの配置位置を示す構造模式図、（ｂ）は高周波的に実現されるスロットパターンを示す構造模式図である。
【図１７】本発明の実施例において、ダイオードスイッチ配置位置を示す構造模式図である。
【図１８】本発明の実施例の第一の動作状態において、高周波的に実現される構造模式図であって、（ａ）は上面から臨む全体図、（ｂ）はスロット共振器の拡大図である。
【図１９】本発明の実施例の第一の動作状態における５．２５ＧＨｚでの放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）はＸＺ面での放射指向特性図、（ｃ）はＸＹ面での放射指向特性図である。
【図２０】本発明の実施例の第一の動作状態において、高周波的に実現される構造模式図である。
【図２１】本発明の実施例の第一の動作状態における５．２５ＧＨｚでの放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）はＸＺ面での放射指向特性図、（ｃ）はＸＹ面での放射指向特性図である。
【図２２】本発明の実施例の第二の動作状態において、高周波的に実現される構造模式図であって、（ａ）は上面から臨む全体図、（ｂ）はスロット共振器の拡大図である。
【図２３】本発明の実施例の第二の動作状態における５．２５ＧＨｚでの放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）はＸＺ面での放射指向特性図、（ｃ）はＸＹ面での放射指向特性図である。
【図２４】本発明の実施例の第三の動作状態において、高周波的に実現される構造模式図である。
【図２５】本発明の実施例の第三の動作状態における５．２５ＧＨｚでの放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）はＸＺ面での放射指向特性図、（ｃ）はＸＹ面での放射指向特性図である。
【図２６】シングルエンド線路給電二分の一波長スロットアンテナ（従来例１）の構造図であって、（ａ）は上面透視模式図、（ｂ）は断面構造図である。
【図２７】従来例１の放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）はＸＺ面での放射指向特性図である。
【図２８】二分の一波長スロット共振器内の電界分布の模式図であって、（ａ）はシングルエンド給電線路により給電された場合の模式図、（ｂ）は差動給電線路により給電された場合の模式図である。
【図２９】差動給電ストリップアンテナ（従来例３）の構造図であって、（ａ）は斜視透視模式図、（ｂ）は上面模式図、（ｃ）は下面模式図である。
【図３０】従来例３の差動給電ストリップアンテナの放射指向特性図であって、（ａ）はＹＺ面での放射指向特性図、（ｂ）はＸＺ面での放射指向特性図である。
【図３１】特許文献２（従来例４）の図１であり、シングルエンド給電可変アンテナの模式構造図である。
【符号の説明】
【０１５６】
１０１  ・・・誘電体基板
１０３  ・・・信号導体
１０３ａ、１０３ｂ・・・差動信号線路の対の信号導体
１０５、１０５ａ、１０５ｂ、１４１、１４３  ・・・接地導体、接地導体領域
１１１Ａ、６０１、６０３、６０５、６０７  ・・・スロット共振器
１１３  ・・・給電線路の終端点
１１５ａ  ・・・誘電体基板裏面の入力端子側領域
１１５ｂ  ・・・誘電体基板裏面の差動給電線路終端箇所の直下領域
２１１ａ、２１１ｂ、２１３、２１５、２１７ａ、２１７ｂ、２１９  ・・・接地導体領域
２０３ａ〜ｄ、２０５、２０７ａ、２０７ｂ、２０９ａ、２０９ｂ  ・・・バイアス分離用スロット
６０１ａ、６０３ａ、６０５ａ、６０７ａ  ・・・給電部位
６０１ｂ、６０１ｃ、６０３ｂ、６０３ｃ、６０５ｂ、６０５ｃ、６０７ｂ、６０７ｃ  ・・・選択性放射部位
６０１ｄ、６０１ｅ、６０３ｄ、６０３ｅ、６０５ｄ、６０７ｄ  ・・・高周波スイッチ素子
６０１ｆ、６０３ｆ、６０５ｆ、６０７ｆ、６０１ｈ、６０３ｈ、６０５ｈ、６０７ｈ  ・・・選択性放射部位中心箇所
６０１ｇ、６０３ｇ、６０５ｇ、６０７ｇ、６０１ｊ、６０３ｊ、６０５ｊ、６０７ｊ  ・・・電界ベクトル要素
６０９  ・・・チップキャパシタ
６１１  ・・・ダイオードスイッチ
６１３  ・・・方向
Ｌｍ  ・・・終端点から給電部位までの距離
Ｈ  ・・・基板厚
Ｗ  ・・・信号導体の配線幅
Ｇ  ・・・信号導体間の間隙幅
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007114104.tif 000056
【図２】
2007114104.tif 000057
【図３】
2007114104.tif 000058
【図４】
2007114104.tif 000059
【図５】
2007114104.tif 000060
【図６】
2007114104.tif 000061
【図７】
2007114104.tif 000062
【図８】
2007114104.tif 000063
【図９】
2007114104.tif 000064
【図１０】
2007114104.tif 000065
【図１１】
2007114104.tif 000066
【図１２】
2007114104.tif 000067
【図１３】
2007114104.tif 000068
【図１４】
2007114104.tif 000069
【図１５】
2007114104.tif 000070
【図１６】
2007114104.tif 000071
【図１７】
2007114104.tif 000072
【図１８】
2007114104.tif 000073
【図１９】
2007114104.tif 000074
【図２０】
2007114104.tif 000075
【図２１】
2007114104.tif 000076
【図２２】
2007114104.tif 000077
【図２３】
2007114104.tif 000078
【図２４】
2007114104.tif 000079
【図２５】
2007114104.tif 000080
【図２６】
2007114104.tif 000081
【図２７】
2007114104.tif 000082
【図２８】
2007114104.tif 000083
【図２９】
2007114104.tif 000084
【図３０】
2007114104.tif 000085
【図３１】
2007114104.tif 000086
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月19日(2007.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の裏面に設けられた接地導体面と、
前記誘電体基板の表面に配置された二本の鏡面対称な信号導体からなる差動給電線路と、
前記接地導体面に形成された第一のスロット共振器と、
前記接地導体面に形成された第二のスロット共振器とを備えた差動給電可変スロットアンテナであって、
前記第一のスロット共振器の一部が、前記二本の鏡面対称な信号導体のうち、一本の信号導体と交差しているが、他方の信号導体とは交差しておらず、
前記第二のスロット共振器の一部が、前記二本の鏡面対称な信号導体のうち、前記一本の信号導体とは交差していないが、他方の信号導体と交差しており、
動作設定時において、前記第一のスロット共振器のスロット長が動作周波数において二分の一実効波長に相当し、
動作設定時において、前記第二のスロット共振器のスロット長が動作周波数において二分の一実効波長に相当し、
前記二本の鏡面対称な信号導体は、それぞれ逆相に給電され、
前記第一のスロット共振器、前記第二のスロット共振器の少なくともいずれか一つは、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも１つの可変機能を備えることにより、少なくとも２状態の放射特性可変効果を実現し、
前記第一および第二のスロット共振器は、前記信号導体と一部が交差する給電部位と、前記信号導体とは交差しない選択性放射部位とを直列に接続して形成される直列接続構造から構成され、
前記可変機能を有する前記第一および第二のスロット共振器では、前記給電部位と前記選択性放射部位の間に配置された高周波スイッチ素子が、前記スロット共振器を跨ぐ両側の前記接地導体面を接続するか、しないかを制御し、
前記高周波構造可変機能を有する前記第一および第二のスロット共振器では、複数の前記選択性放射部位が前記給電部位に互いに直列に接続されており、前記選択性放射部位のうち、動作時には一つの選択性放射部位のみが前記給電部位と接続されるように前記高周波スイッチ素子が制御され、
前記動作状態切り替え機能を有する前記第一および第二のスロット共振器では、非動作時には、前記給電部位と前記選択性放射部位間の接続が切断されるように前記高周波スイッチ素子が制御される、
差動給電可変スロットアンテナ。
【請求項２】
前記差動給電線路が開放終端された箇所から給電回路側への距離が動作周波数において四分の一実効波長に相当する地点で、前記第一のスロット共振器と前記第二のスロット共振器が給電される請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項３】
前記差動給電線路の終端点がそれぞれ同じ抵抗値の抵抗により接地終端される請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項４】
前記第一の信号導体の終端点と前記第二の信号導体の終端点が抵抗を介して電気的に接続される請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項５】
前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が、
前記第一のスロット共振器の前記第一の選択性放射部位の第一の中央部位と
前記第二のスロット共振器の前記第二の選択性放射部位の第二の中央部位が、動作周波数において四分の一実効波長未満の距離に近接して配置された二対のスロット共振器対群を設定し、
前記第一のスロット共振器対の第一の中央部位と、前記第二のスロット共振器対の第一の中央部位を動作周波数において二分の一実効波長程度離して配置し、
前記第一のスロット共振器対の第二の中央部位と、前記第二のスロット共振器対の第二の中央部位を動作周波数において二分の一実効波長程度離して配置することにより実現する、
前記差動給電線路に平行な方向に成分を有する方向に主ビームを向けた放射指向性である請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項６】
前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が、
前記第一のスロット共振器の前記第一の選択性放射部位の第一の中央部位と、前記第二のスロット共振器の前記第二の選択性放射部位の第二の中央部位を、動作周波数において二分の一実効波長程度離して配置することにより、
前記第一の中央部位と、前記第二の中央部位、を結ぶ第一の方向へ主ビーム方向が向き、前記第一の方向に直交する面方向への放射利得を抑制した放射指向性である請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項７】
前記第一の方向が前記差動給電線路の給電方向と直交する成分を有する請求項５に記載の差動給電スロットアンテナ。
【請求項８】
前記二つ以上の異なる放射指向性のうち一つの放射指向性が、
前記第一のスロット共振器の前記第一の選択性放射部位の第一の中央部位と、前記第二のスロット共振器の前記第二の選択性放射部位の第二の中央部位を、動作周波数において四分の一実効波長未満の距離に近接して配置することにより、前記誘電体基板と直交する方向へ主ビーム方向を向け、前記第一の中央部位と前記第二の中央部位とを結ぶ第二の方向に対する指向利得を抑制した放射指向性である請求項１に記載の差動給電スロットアンテナ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
差動給電可変スロットアンテナは、誘電体基板と、前記誘電体基板の裏面に設けられた接地導体面と、前記誘電体基板の表面に配置された二本の鏡面対称な信号導体からなる差動給電線路と、前記接地導体面に形成された第一のスロット共振器と、前記接地導体面に形成された第二のスロット共振器とを備えた差動給電可変スロットアンテナであって、前記第一のスロット共振器の一部が、前記二本の鏡面対称な信号導体のうち、一本の信号導体と交差しているが、他方の信号導体とは交差しておらず、前記第二のスロット共振器の一部が、前記二本の鏡面対称な信号導体のうち、前記一本の信号導体とは交差していないが、他方の信号導体と交差しており、動作設定時において、前記第一のスロット共振器のスロット長が動作周波数において二分の一実効波長に相当し、動作設定時において、前記第二のスロット共振器のスロット長が動作周波数において二分の一実効波長に相当し、前記二本の鏡面対称な信号導体は、それぞれ逆相に給電され、前記第一のスロット共振器、前記第二のスロット共振器の少なくともいずれか一つは、高周波構造可変機能および動作状態切り替え機能の少なくとも１つの可変機能を備えることにより、少なくとも２状態の放射特性可変効果を実現し、前記第一および第二のスロット共振器は、前記信号導体と一部が交差する給電部位と、前記信号導体とは交差しない選択性放射部位とを直列に接続して形成される直列接続構造から構成され、前記可変機能を有する前記第一および第二のスロット共振器では、前記給電部位と前記選択性放射部位の間に配置された高周波スイッチ素子が、前記スロット共振器を跨ぐ両側の前記接地導体面を接続するか、しないかを制御し、前記高周波構造可変機能を有する前記第一および第二のスロット共振器では、複数の前記選択性放射部位が前記給電部位に互いに直列に接続されており、前記選択性放射部位のうち、動作時には一つの選択性放射部位のみが前記給電部位と接続されるように前記高周波スイッチ素子が制御され、前記動作状態切り替え機能を有する前記第一および第二のスロット共振器では、非動作時には、前記給電部位と前記選択性放射部位間の接続が切断されるように前記高周波スイッチ素子が制御される。
【国際調査報告】
2007114104.tif 000087
2007114104.tif 000088
2007114104.tif 000089
2007114104.tif 000090