(57)【要約】【課題】広帯域の周波数で使用可能であり、無指向性アンテナと同程度の大きさになる指向性可変アンテナおよびこの指向性可変アンテナを使用する情報機器を提供すること。【解決手段】同軸線路７１と接続された無指向性のディスコーンアンテナ７０と、同軸線路７１の電界分布を変化させる短絡線７４およびスイッチ７５からなる電界分布変化手段と、電界分布変化手段からディスコーンアンテナ７０に向かう方向とは反対側の同軸線路７１にＴＥ１１モード反射構造７６とを備えて構成する。【選択図】図７
2007221320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸線路と接続された無指向性のアンテナ素子と、
前記同軸線路の電界分布を変化させる電界分布変化手段と、
前記電界分布変化手段から前記アンテナ素子に向かう方向とは反対側の前記同軸線路に、ＴＥ１１モードを含む高次モードの電磁波を反射する反射手段とを備えたことを特徴とする指向性可変アンテナ。
【請求項２】
前記反射手段においては、ＴＥＭモードに対する反射率が第１の定数以下であって、ＴＥ１１モードに対する反射率が第２の定数以上であることを特徴とする請求項１に記載の指向性可変アンテナ。
【請求項３】
前記反射手段は、前記同軸線路を構成する内導体の径、前記同軸線路を構成する外導体の径、および前記内導体と前記外導体との間の誘電率を含む構造パラメータが調節されて形成されている反射構造であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の指向性可変アンテナ。
【請求項４】
前記反射構造を形成する前記同軸線路のＴＥ１１モードのカットオフ周波数は、前記反射構造でない前記同軸線路のＴＥ１１モードのカットオフ周波数より高いことを特徴とする請求項３に記載の指向性可変アンテナ。
【請求項５】
前記反射構造を形成する前記同軸線路の内導体の径と、前記反射構造でない前記同軸線路の内導体の径とが同じであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の指向性可変アンテナ。
【請求項６】
前記反射構造を形成する前記同軸線路の外導体の径と、前記反射構造でない前記同軸線路の外導体の径とが同じであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の指向性可変アンテナ。
【請求項７】
前記反射構造を形成する前記同軸線路の前記誘電率と、前記反射構造でない前記同軸線路の前記誘電率とが同じであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の指向性可変アンテナ。
【請求項８】
前記同軸線路の誘電率をεｒ、ＴＥ１１モードにおいて前記同軸線路を伝搬可能な周波数に対応する波長をλとしたときに、前記反射構造と前記電界分布変化手段との長さをＬが、下記式を満たすことを特徴とする請求項３から請求項７までの何れかに記載の指向性可変アンテナ。
【数１】
2007221320.tif 000004
【請求項９】
前記同軸線路の内導体または外導体の径のうち少なくとも１つの径が連続的に変化して前記反射構造が形成されることを特徴とする請求項３から請求項８までの何れかに記載の指向性可変アンテナ。
【請求項１０】
前記電界分布変化手段は、前記同軸線路を構成する内導体と外導体との一部を短絡して前記同軸線路の電界分布を変化させることを特徴とする請求項１から請求項９までの何れかに記載の指向性可変アンテナ。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までの何れかに記載の指向性可変アンテナを具備することを特徴とする情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナの指向性を切替える指向性可変アンテナおよびこの指向性可変アンテナを使用する情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線通信技術の飛躍的な発展に伴い、無線通信技術を利用した製品が広く普及し始め、無線通信路の伝送容量拡大に大きな期待がかけられている。特に最近は、時間や空間、偏波、符号といった多次元にわたる信号の多重化によって、伝送容量の拡大を図る研究が活発に行われている。
【０００３】
空間による多重化は、複数の無指向性アンテナでその信号をベクトル合成する回路からなるアダプティブアレイアンテナで実現されると考えられているが、アダプティブアレイアンテナを構成する各アンテナの大きさや間隔が大きくなるため、その応用を制限する原因となっていた。
【０００４】
特に、移動通信端末でアンテナを使用する為には、アンテナの大きさをできるだけ小さくすることが望まれている。そこで、指向性可変アンテナは、通常、一組のアンテナと給電回路でその指向性を変化させることができることから、アダプティブアレイアンテナよりも小さくできる可能性があり、空間による多重化を実現する小型アンテナの候補として期待されているが、指向性可変アンテナの小型化に関してはその研究例が少なく、その開発が期待されてきている。
【０００５】
従来の指向性可変アンテナの一例が、特許文献１に開示されている。図１は、特許文献１の図１を引用した図である。図１で放射素子１０の周囲を反射素子１１が、機械的に周回するようになっているので、このアンテナの指向性を変化させることができるが、特許文献１に開示されたアンテナの場合、反射素子１１が付加されたことにより、アンテナの大きさは格段に大きくなっている。
【０００６】
また、特許文献２には、電気的に指向性を切替え可能なアンテナの例が開示されている。図２は、特許文献２の図１を引用した図である。図２では、円形の接地導体１３上に中央駆動素子１２と、中央駆動素子１２を放射状に取り囲む位置にパラスティック素子１４とが配置されている。パラスティック素子１４の下部にはインピーダンス負荷が設けてあり、このインピーダンスの切替えにより指向性を切替える。中央駆動素子１２とパラスティック素子１４の間隔はλ／４程度の値となり、アンテナ全体では２λ以上の大きさを持つ。
【０００７】
また、従来の指向性可変アンテナの例としては、特許文献３に開示されている。図３は、特許文献３の図１を引用した図である。図３では、円形の接地導体１５上に給電アンテナ素子Ａ０とそれを放射状に取り囲む位置に無給電可変リアクタンス素子Ａ１〜Ａ６が配置されている。給電アンテナ素子と無給電可変リアクタンス素子の間隔ｄはλ／４程度の値となり、アンテナ全体ではλ程度の大きさを持つ。
【０００８】
以上のように、従来の指向性可変アンテナは、放射器の周辺に無給電素子を配し、放射器と無給電素子の電磁的な相互結合を利用してアンテナの指向性を制御していた。従来の指向性可変アンテナに用いられた方法では、アンテナの等価的な合成開口を大きくすることになるので利得が高くなり、アンテナの指向性を制御することができるが、この動作原理上、アンテナの大きさを無指向性アンテナと同じ大きさまで小さくすることは難しい。そこで、本発明者らは、アンテナの等価的な合成開口を大きくすることなく、アンテナの指向性を変化させる技術を発明し、その発明が特許文献４に開示されている。
【０００９】
通常、無指向性アンテナの給電には同軸線路を用いるが、その給電電界分布は、同軸線路内で均一となっている。また、同軸線路の電界分布を何らかの方法により変化させても、その後同軸線路を伝搬する内に電界分布はすぐに均一となってしまう。しかし、特許文献４では、無指向性アンテナの給電部の直前で同軸線路の電界分布を変化させてやれば、電界分布が均一になる前にアンテナの放射モードと結合する為、無指向性アンテナの給電電界分布を片寄らせることが可能となることを開示している。
【００１０】
以上のように、特許文献１〜３で開示されている指向性可変アンテナは、無指向性アンテナに比べて大きくなってしまっていたが、特許文献４で開示されている指向性可変アンテナは、無指向性アンテナと同程度の大きさである。また、非特許文献１では、特許文献４に開示したアンテナの実現形態の詳細が説明され、無指向性アンテナと同等な大きさで広い周波数帯域にわたって指向性が変えられることが示されている。
【００１１】
図４は、特許文献４に開示したアンテナとほぼ同様の非特許文献１の図１を引用した図で、動作原理を実験で確認したアンテナの構成図である。図４（ａ）に示したアンテナは、放射器２２および地板２３からなるディスコーンアンテナ２０に給電するための同軸線路２１とディスコーンアンテナ２０との接続部に設けた短絡線２４でアンテナ指向性を変化させる。なお、短絡線２４は、同軸線路２１を構成する内導体２１Ａと外導体２１Ｂとを短絡させる。破線で示した部分を上から見た図を図４（ｂ）に示している。図４に示したアンテナの反射損周波数特性は、図５に示すように、広い周波数範囲にわたって、短絡線の有無に関わらずほぼ同程度となっている。
【特許文献１】特開平６−３５０３３４号公報
【特許文献２】特開平１０−１５４９１１号公報
【特許文献３】特開２００１−２４４３１号公報
【特許文献４】特開２００４−３０４７８５号公報
【非特許文献１】菅原、星、廣居、佐藤、「同軸短絡構造によるアンテナ指向性制御技術の提案」、信学技報、ＡＰ２００３−２７４．  、２００４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図４に示したアンテナでは、図５を詳細に見てみると、一部の周波数（２７ＧＨｚ付近や３３ＧＨｚ付近）において短絡線を装荷することにより反射損が増加していることがわかる。図５の例では、短絡線無しの場合の反射損もやや高めなので、短絡線無しの場合の反射損が図５より低い場合の例を図６（ａ）に示す。
【００１３】
図６（ａ）の点線で表している短絡線無しの場合の反射損は、広い帯域で−１０ｄＢ以下となっている。一方、図６（ａ）の実線で表している短絡線ありの場合の反射損では、２７ＧＨｚ付近や３３ＧＨｚ付近で反射損が大きくなっているのがわかる。またこの様に反射損が増加する２７ＧＨｚ付近や３３ＧＨｚ付近の周波数では、アンテナ指向性の変化特性にも変化が生じていることが本発明者らの研究によりわかっている。図６（ｂ）は、図６（ａ）の反射損特性を持つアンテナの周波数に対する指向性変化量（同軸線路を短絡した側のアンテナ利得とその反対側のアンテナ利得の比）を示している。図６（ｂ）からわかるように、図６（ａ）で反射特性の増加が見られた２７ＧＨｚ付近や３３ＧＨｚで、指向性変化量も急激に変化していることがわかる。
【００１４】
図４に示したアンテナでは、同軸線路内で軸対称な電界分布を持つＴＥＭモードに加えて、電界分布が軸対象とならない高次モードが発生している。なお、同軸線路の各高次モードは、同軸線路の構造で決まるカットオフ周波数を持ち、カットオフ周波数以下の周波数の電磁波は同軸線路を伝搬することができず、カットオフ以上の周波数の電磁波は同軸線路を伝搬することができる。また、同軸線路に発生した高次モードの進行方向は、場の対象性から同軸線路の軸方向に対して正負両方向であり、短絡線からアンテナ方向に進行する高次モードと、短絡線からアンテナとは反対側の同軸線路へ進行する高次モードの両方が発生する。
【００１５】
アンテナ方向に進行するときの高次モードがアンテナ指向性を変化させるが、アンテナとは反対側の同軸線路へ進行する高次モードにおいて、カットオフ周波数以下では、同軸線路を伝搬できないため大きな問題は無いが、カットオフ周波数以上では、図６に示したように一部の周波数において反射損が増加したり、指向性変化量が急変するといった現象が生じてしまう。この現象は、図４に示したアンテナとは反対側の同軸線路へ進行した高次モードが同軸線路の不連続部で反射を起こし、一種の共振現象を引き起こすために生じるものである。
【００１６】
以上、図４に示したアンテナのように、無指向性アンテナと同程度の大きさの小型な指向性可変アンテナが提案されていたが、特定の周波数において、反射損が増加したり指向性変化量が急変してしまい、指向性可変アンテナにおける使用可能な周波数帯域を狭めるため、指向性可変アンテナを広帯域で使用する際の妨げになっているという課題があった。
【００１７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、広帯域の周波数で使用可能であり、無指向性アンテナと同程度の大きさになる指向性可変アンテナおよびこの指向性可変アンテナを使用する情報機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の指向性可変アンテナは、同軸線路と接続された無指向性のアンテナ素子と、前記同軸線路の電界分布を変化させる電界分布変化手段と、前記電界分布変化手段から前記アンテナ素子に向かう方向とは反対側の前記同軸線路に、ＴＥ１１モードを含む高次モードの電磁波を反射する反射手段とを備えた構成を有している。
この構成により、電界分布変化手段からアンテナ素子に向かう方向とは反対側へ進行した高次モードの電磁波が反射手段で反射されるので、電界分布変化手段を設けたことによる一部周波数での反射損の増加が抑制されることにより、広帯域の周波数で使用可能であり、無指向性アンテナと同程度の大きさの指向性可変アンテナを実現することが可能となる。
【００１９】
また、前記同軸線路にある前記反射手段を経由して前記アンテナ素子に給電される場合、給電時の損失をできるだけ減らすことが望ましいため、本発明の指向性可変アンテナは、前記反射手段においては、ＴＥＭモードに対する反射率が第１の定数以下であって、ＴＥ１１モードに対する反射率が第２の定数以上である構成を有している。
この構成により、通常、アンテナ素子の給電はＴＥＭモードで行われるので、ＴＥＭモードに対する反射手段の反射率を低くして、ＴＥ１１モードに対する反射手段の反射率を高く保てば、ＴＥＭモードの不要な反射を避けることができる。従って、ＴＥＭモードの反射が抑制され、広帯域の周波数で使用可能で、無指向性アンテナと同程度の大きさの指向性可変アンテナを実現することが可能となる。
【００２０】
また、本発明の指向性可変アンテナの前記反射手段を、同軸線路に最も簡単に形成するには、ＴＥＭモードに対してはインピーダンス変化が無いように見えるのに、高次モードからは大きなインピーダンス変化に見えるようにすればよいため、前記反射手段は、前記同軸線路を構成する内導体の径、前記同軸線路を構成する外導体の径、および前記内導体と前記外導体との間の誘電率を含む構造パラメータが調節されて形成されている反射構造である構成を有している。
この構成により、非常に簡単な構成で、広帯域の周波数で使用可能で、無指向性アンテナと同程度の大きさの指向性可変アンテナを実現することが可能となる。
【００２１】
また、本発明の指向性可変アンテナにおいて、前記反射構造を形成する前記同軸線路のＴＥ１１モードのカットオフ周波数は、前記反射構造でない前記同軸線路のＴＥ１１モードのカットオフ周波数より高い構成を有している。
この構成により、反射構造でない前記同軸線路ではＴＥ１１モードが伝搬可能な周波数においても、反射構造のＴＥ１１モードのカットオフ周波数までは非常に大きな反射率を得ることができる。また、ＴＥＭモードに対してはインピーダンス変化が無いように見えるのに、反射構造のＴＥ１１モードのカットオフ周波数までは非常に大きな反射率を得ることができるため、非常に簡単な構成で、広帯域の周波数で使用可能で、無指向性アンテナと同程度の大きさの指向性可変アンテナを実現することが可能となる。
【００２２】
同軸線路の内導体に段差がある場合、エバネッセントな高次のＴＭモードが発生し、寄生キャパシタンスが生じるため、本発明の指向性可変アンテナは、前記反射構造を形成する前記同軸線路の内導体の径と、前記反射構造でない前記同軸線路の内導体の径とが同じである構成を有している。
この構成により、内導体の径を同じ径にすることにより、内導体段差部における不要なキャパシタンスの発生を無くせるので、反射構造においてＴＥＭモードに対する反射率を低く抑えることが可能となる。また、内導体の径が同じであると加工が非常に容易になる。
【００２３】
同様に、同軸線路の外導体に段差がある場合も、エバネッセントな高次のＴＭモードが発生し、寄生キャパシタンスが生じるため、本発明の指向性可変アンテナは、前記反射構造を形成する前記同軸線路の外導体の径と、前記反射構造でない前記同軸線路の外導体の径とが同じである構成を有している。
この構成により、外導体の径を同じ径にすることにより、不要なキャパシタンスの発生を無くせるので、反射構造においてＴＥＭモードに対する反射率を低く抑えることが可能となる。また、外導体の径が同じであると加工が非常に容易になる。
【００２４】
同軸線路の内外の導体間の誘電率に大きな変化がある場合、その境界面前後で同軸線路の特性インピーダンスが同じ一定であったとしてもある程度の反射が生じるため、本発明の指向性可変アンテナは、前記反射構造を形成する前記同軸線路の前記誘電率と、前記反射構造でない前記同軸線路の前記誘電率とが同じである構成を有している。
この構成により、誘電率が同じであるため、反射構造においてＴＥＭモードに対する反射率を低く抑えることが可能となり、加工を行う上でも、内導体と外導体との間にある誘電体に同一の材質を利用でき、加工が非常に容易になる。
【００２５】
上述した反射構造は、電界分布変化手段に近接して形成すればよいが、数十ＧＨｚと非常に高い周波数ではわずか数ｍｍの長さでも共振を起こしてしまうことになるため、これを回避するための定量的な指針として、ＴＥ１１モードの反射構造と電界分布変化手段の間の長さが、動作周波数全域に渡って共振を起こさない様な長さ、すなわち、ＴＥ１１モードの実行波長の半分より小さな値となっていればよいので、本発明の指向性可変アンテナは、前記反射構造と前記電界分布変化手段との長さをＬ、前記同軸線路の誘電率をεｒ、ＴＥ１１モードにおいて前記同軸線路を伝搬可能な周波数に対応する波長をλとしたときに、式１を満たす構成としている。
この構成により、広帯域の周波数で使用可能で、無指向性アンテナと同程度の大きさの指向性可変アンテナを実現することが可能となる。
【００２６】
反射構造の内導体および外導体の径と、同軸線路の内導体および外導体の径とが大きく異なる場合、ＴＥＭモードに対する特性インピーダンスが５０Ωで一定であったとしても、反射構造の境界部に寄生するキャパシタンス等の影響によりＴＥＭモードに対する反射率が大きくなってしまうため、本発明の指向性可変アンテナは、前記同軸線路の内導体または外導体の径のうち少なくとも１つの径が連続的に変化して前記反射構造が形成される構成としている。
この構成により、内導体または外導体の径のうち少なくとも１つの径が連続的に変化するため、同軸線路から反射構造に遷移する境界部分に、同軸線路と反射構造との中間的な特性を持つ遷移領域が設けられ、ＴＥＭモードに対する反射率を低減することができる。
【００２７】
本発明の指向性可変アンテナは、前記電界分布変化手段が、前記同軸線路を構成する内導体と外導体との一部を短絡して前記同軸線路の電界分布を変化させる構成を有している。
この構成により、非常に簡単な構成で、広帯域の周波数の電界分布を変化させることができる。
【００２８】
本発明の指向性可変アンテナを具備した情報機器は、無指向性アンテナと同程度の小型化が可能で、小型の情報端末に特に有用である。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように本発明は、電界分布変化手段からアンテナ素子に向かう方向とは反対側へ進行した高次モードの電磁波が反射手段で反射されるので、電界分布変化手段を設けたことによる一部周波数での反射損の増加が抑制されることにより、広帯域の周波数で使用可能であり、無指向性アンテナと同程度の大きさになる指向性可変アンテナおよびこの指向性可変アンテナを使用する情報機器を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態に係る指向性可変アンテナについて、図面を用いて説明する。
【００３１】
（本発明の第１の実施の形態）
図７は、本発明の第１の実施の形態に係る指向性可変アンテナの概略図である。図７（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る指向性可変アンテナの断面図である。図７に示した指向性可変アンテナは、給電用の同軸線路７１に接続された無指向性のアンテナ素子としては、円錐状の放射器７２および地板７３によって構成されるディスコーンアンテナ７０を採用している。勿論、本発明に関わる無指向性のアンテナ素子としては、ディスコーンアンテナに限定されるものでない。
【００３２】
また、図７に示した指向性可変アンテナは、同軸線路７１の電界分布を変化させる電界分布変化手段を有し、電界分布変化手段の一例としては、同軸線路７１を構成する内導体７１Ａと外導体７１Ｂとを短絡線７４で短絡する方法を採用している。
【００３３】
図７（ａ）では、電界分布変化手段は、短絡線７４と、短絡線７４の途中には電気的に内導体７１Ａと外導体７１Ｂとの短絡をＯＮ／ＯＦＦすることができるスイッチ７５とによって構成され、破線で示されている。ここで一例として、破線で示した電界分布変化手段を上から見た図を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）に示すように、短絡線７４およびスイッチ７５は、地板７３の面上に４つ形成されている。
【００３４】
図８は、スイッチ７５の一例を示す図である。スイッチ７５は、指向性可変アンテナの外部より、図示しないバイアス線を用いて電気的にＯＮ／ＯＦＦの状態を制御できるＰＩＮダイオード７５Ｄ、キャパシタ７５Ｃ、インダクタ７５Ｌ、および抵抗７５Ｒを備えている。なお、図８に示した端子７５Ａ、７５Ｂ、７５Ｅについては、端子７５Ａが内導体７１Ａに、端子７５Ｂが外導体７１Ｂに、端子７５Ｅが図示しないバイアス線に、それぞれ接続される。
【００３５】
また、ＰＩＮダイオード７５Ｄは、キャパシタ７５Ｃによって高周波的に接地されている。端子７５Ｅに加えるＤＣバイアスの値を変化させることにより、ＰＩＮダイオード７５Ｄの抵抗値が大きく変わるため、スイッチとして動作させることができる。
【００３６】
４つの短絡線７４それぞれに設けられた全てのスイッチ７５をＯＦＦにすれば同軸線路７１の電界分布に乱れはなく、指向性可変アンテナの放射パターンは無指向性のままとなる。一方、スイッチ７５を１つだけＯＮにした場合には、同軸線路７１内の電界が乱され、指向性可変アンテナの放射パターンは指向性を持つようになる。また、４つのスイッチ７５のうち何れか１つをＯＮに切替えることにより、指向性可変アンテナの指向性の方向も切替えることが可能である。
【００３７】
図７に示した指向性可変アンテナは、短絡線７４およびスイッチ７５によって構成された電界分布変化手段に近接して、無指向性のアンテナ素子との接続側の同軸線路７１に、高次モードの電磁波を反射する反射手段とを備えている。より詳細には、反射手段は、同軸線路７１内で無指向性のアンテナ素子へ向かう方向とは反対の方向へ発生する高次モードの電磁波が伝搬できないようにしている。
【００３８】
また、反射手段においては、ＴＥＭモードに対する反射率が第１の定数以下であって、ＴＥ１１モードに対する反射率が第２の定数以上となっており、好ましい例としては、第１の定数を１０％とし、ＴＥＭモードに対する反射率が１０％以下、第２の定数を９０％とし、ＴＥ１１モードに対する反射率が９０％以上である。
【００３９】
さらに、反射手段は、例えば図７に示すように、少なくとも最も低いカットオフ周波数をもつＴＥ１１モードの電磁波を反射するＴＥ１１モード反射構造７６として形成されている。ＴＥ１１モード反射構造７６は、給電用の同軸線路７１の構造パラメータを調節して形成することで実現される。なお、構造パラメータには、例えば、同軸線路７１を構成する内導体７１Ａの径、外導体７１Ｂの径、および内導体７１Ａと外導体７１Ｂとの間の誘電率が含まれる。
【００４０】
例えば図７に示した指向性可変アンテナでは、給電用の同軸線路７１を構成する内導体７１Ａ、外導体７１Ｂの断面が円状になっており、内導体７１Ａの直径が１．３ｍｍ、外導体７１Ｂの直径が４．２ｍｍ、内外導体間の誘電率が２．０となっている。この給電用の同軸線路７１に形成されるＴＥ１１モード反射構造７６については、内導体の直径が１．３ｍｍ、外導体の直径が２．９ｍｍ、内外導体間の誘電率が１．０となっている。なお、内導体７１Ａ、外導体７１Ｂの断面は、円状に限定されることはない。
【００４１】
ここで、給電用の同軸線路７１の内導体の直径は、ＴＥ１１モード反射構造７６の内導体の直径と同じになっているため、反射損が低減され、加工が容易となる。
【００４２】
また、給電用の同軸線路７１においてＴＥ１１モードのカットオフ周波数が２５．９ＧＨｚであるのに対し、ＴＥ１１モード反射構造７６でのＴＥ１１モードのカットオフ周波数が４６．８ＧＨｚと高くなるようにしているため、給電用の同軸線路７１では、ＴＥ１１モードが伝搬可能な２６ＧＨｚ〜４６．８ＧＨｚにおいて、ＴＥ１１モードの反射率はほぼ１となっている。
【００４３】
また、図７に示した指向性可変アンテナでは、実効的な誘電率εｒが２．０、４６．８ＧＨｚ以下の周波数ではＴＥ１１モードの波長λが６ｍｍ以上となるので、式１の関係を満たすように、ＴＥ１１モード反射構造７６と電界分布変化手段との間の長さＬを１．５ｍｍと短くした構成となっている。
【数１】
2007221320.tif 000003
【００４４】
図９は、図７に示した指向性可変アンテナの反射損特性を説明するための図である。図９（ａ）に示すように、横軸に周波数、縦軸に反射損を示しており、図中の実線はスイッチ７５を一箇所ＯＮにして短絡した場合を、図中の点線は全てのスイッチ７５をＯＦＦにした場合を示している。
【００４５】
図９（ａ）から明らかなように、図５や図６で見られた様な、２７ＧＨｚ付近や３３ＧＨｚ当たりの周波数における反射損の増大が、本実施例では生じておらず、広い帯域に渡って反射損が−１０ｄＢ以下の良好な特性が得られていることがわかる。
【００４６】
図９（ｂ）は、図７に示した指向性可変アンテナの周波数に対する指向性変化量について説明するための図である。図９（ｂ）から明らかなように、２０ＧＨｚ以上ではほぼ一定の指向性変化量が得られており、図６（ｂ）で見られたような、特定周波数における指向性変化量の急激な変化はなくなっていることがわかる。
【００４７】
図１０は、図７に示した指向性可変アンテナの指向性について説明するための図である。図１０では、地板７３より４５度の仰角をもつ円錐状の放射器７２について、図７に示した４つのスイッチ７５のうち０度にあるスイッチをＯＮにしたとき、０度から３６０度までに対応した利得を実線で示している。また、点線については、全てのスイッチをＯＦＦにした場合の利得を示している。
【００４８】
図１０から明らかなように、全てのスイッチをＯＦＦにした場合は、どの角度にも一定の利得となり、無指向性となる。また、スイッチをＯＮにすることにより、指向性が変化し、ＯＮにしたスイッチと反対の方向の放射強度が強くなることを示している。
【００４９】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る指向性可変アンテナは、電界分布変化手段からアンテナ素子に向かう方向とは反対方向へ進行した高次モードの電磁波が反射手段で反射されるので、電界分布変化手段を設けたことによる一部周波数での反射損の増加が抑制されることにより、無指向性アンテナと同程度の大きさで、広い帯域に渡って指向性の切替えを行うことが可能である。また、内導体の径を同じ径にすることにより、不要なキャパシタンスの発生を無くせるので、反射構造においてＴＥＭモードに対する反射率を低く抑えることが可能となる。また、内導体の径が同じであると加工が非常に容易になる。
【００５０】
（本発明の第２の実施の形態）
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る指向性可変アンテナの断面図である。なお、本発明の第２の実施の形態に係る指向性可変アンテナを構成する構成要素のうち、本発明の第１の実施の形態に係る指向性可変アンテナを構成する構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、それぞれの説明を省略する。
【００５１】
図１１に示した指向性可変アンテナでは、内導体７１Ａの直径が１．３ｍｍ、外導体７１Ｂの直径が４．２ｍｍ、内外導体間の誘電率が２．０となっている。この給電用の同軸線路７１に形成されるＴＥ１１モード反射構造７７については、内導体の直径が１．８ｍｍ、外導体の直径が４．２ｍｍ、内外導体間の誘電率が１．０となっている。
【００５２】
ここで、給電用の同軸線路７１の外導体の直径は、ＴＥ１１モード反射構造７７の外導体の直径と同じになっているため、反射損が低減され、加工が容易となる。
【００５３】
また、給電用の同軸線路７１においてＴＥ１１モードのカットオフ周波数が２５．９ＧＨｚであるのに対し、ＴＥ１１モード反射構造７７でのＴＥ１１モードのカットオフ周波数が３２．８ＧＨｚと高くなるようにしているため、給電用の同軸線路７１では、ＴＥ１１モードが伝搬可能な２６ＧＨｚ〜３２．８ＧＨｚにおいて、ＴＥ１１モードの反射率はほぼ１となっている。
【００５４】
また、図１１に示した指向性可変アンテナでは、実効的な誘電率εｒが２．０、３２．８ＧＨｚ以下の周波数ではＴＥ１１モードの波長λが８ｍｍ以上となるので、上述の式１の関係を満たすように、ＴＥ１１モード反射構造７７と電界分布変化手段との間の長さＬを１．５ｍｍと短くした構成となっている。
【００５５】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る指向性可変アンテナは、外導体の径を同じ径にすることにより、不要なキャパシタンスの発生を無くせるので、反射構造においてＴＥＭモードに対する反射率を低く抑えることが可能となる。また、外導体の径が同じであると加工が非常に容易になる。
【００５６】
（本発明の第３の実施の形態）
図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る指向性可変アンテナの断面図である。なお、本発明の第３の実施の形態に係る指向性可変アンテナを構成する構成要素のうち、本発明の第１の実施の形態に係る指向性可変アンテナを構成する構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、それぞれの説明を省略する。
【００５７】
図１２に示した指向性可変アンテナでは、内導体７１Ａの直径が１．３ｍｍ、外導体７１Ｂの直径が４．２ｍｍ、内外導体間の誘電率が２．０となっている。この給電用の同軸線路７１に形成されるＴＥ１１モード反射構造７８については、内導体の直径が０．８ｍｍ、外導体の直径が２．６ｍｍ、内外導体間の誘電率が２．０となっている。
【００５８】
ここで、内導体７１Ａと外導体７１Ｂとの間にある誘電体が同じ材質（例えば、ＰＴＦＥ）であるため、給電用の同軸線路７１の誘電率とＴＥ１１モード反射構造７８の誘電率とが同じになっており、反射損が低減され、加工が容易となる。
【００５９】
また、給電用の同軸線路７１においてＴＥ１１モードのカットオフ周波数が２５．９ＧＨｚであるのに対し、ＴＥ１１モード反射構造７８でのＴＥ１１モードのカットオフ周波数が４０．８ＧＨｚと高くなるようにしているため、給電用の同軸線路７１では、ＴＥ１１モードが伝搬可能な２６ＧＨｚ〜４０．８ＧＨｚにおいて、ＴＥ１１モードの反射率はほぼ１となっている。
【００６０】
また、図１２に示した指向性可変アンテナでは、実効的な誘電率εｒが２．０、４０．８ＧＨｚ以下の周波数ではＴＥ１１モードの波長λが７ｍｍ以上となるので、上述の式１の関係を満たすように、ＴＥ１１モード反射構造７８と電界分布変化手段との間の長さＬを１．５ｍｍと短くした構成となっている。
【００６１】
以上説明したように、本発明の第３の実施の形態に係る指向性可変アンテナは、給電用の同軸線路７１の誘電率とＴＥ１１モード反射構造７８の誘電率とが同じであるため、ＴＥ１１モード反射構造７８でＴＥＭモードに対する反射率を低く抑えることが可能となり、加工を行う上でも、誘電率が一定であれば同一の材質を利用でき、加工が非常に容易になる。
【００６２】
（本発明の第４の実施の形態）
図１３は、本発明の第４の実施の形態に係る指向性可変アンテナの断面図である。なお、本発明の第４の実施の形態に係る指向性可変アンテナを構成する構成要素のうち、本発明の第１の実施の形態に係る指向性可変アンテナを構成する構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、それぞれの説明を省略する。
【００６３】
図１３に示した指向性可変アンテナでは、内導体７１Ａの直径が１．３ｍｍ、外導体７１Ｂの直径が４．２ｍｍ、内外導体間の誘電率が２．０となっている。この給電用の同軸線路７１に形成されるＴＥ１１モード反射構造７９については、内導体の直径が０．６ｍｍ、外導体の直径が２．０ｍｍ、内外導体間の誘電率が２．０となっている。
【００６４】
ここで、内導体７１Ａと外導体７１Ｂとの間にある誘電体が同じ材質（例えば、ＰＴＦＥ）であるため、給電用の同軸線路７１の誘電率とＴＥ１１モード反射構造７９の誘電率とが同じになっており、反射損が低減され、加工が容易となる。
【００６５】
さらに、図１３に示すように、同軸線路７１の内導体７１Ａおよび外導体７１Ｂの径が連続的に変化し、同軸線路７１からＴＥ１１モード反射構造７９に遷移する境界部分に、同軸線路７１とＴＥ１１モード反射構造７９との中間的な特性を持つ遷移領域が設けられる。
【００６６】
また、給電用の同軸線路７１においてＴＥ１１モードのカットオフ周波数が２５．９ＧＨｚであるのに対し、ＴＥ１１モード反射構造７９でのＴＥ１１モードのカットオフ周波数が５４．４ＧＨｚと高くなるようにしているため、給電用の同軸線路７１では、ＴＥ１１モードが伝搬可能な２６ＧＨｚ〜５４．４ＧＨｚにおいて、ＴＥ１１モードの反射率はほぼ１となっている。
【００６７】
また、図１３に示した指向性可変アンテナでは、実効的な誘電率εｒが２．０、５４．４ＧＨｚ以下の周波数ではＴＥ１１モードの波長λが５ｍｍ以上となるので、上述の式１の関係を満たすように、ＴＥ１１モード反射構造７９と電界分布変化手段との間の長さＬを１．５ｍｍと短くした構成となっている。
【００６８】
以上説明したように、本発明の第４の実施の形態に係る指向性可変アンテナは、同軸線路７１からＴＥ１１モード反射構造７９に遷移する境界部分に、同軸線路７１とＴＥ１１モード反射構造７９との中間的な特性を持つ遷移領域が設けられるため、ＴＥＭモードに対する反射率を低減することができる。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上述した本発明の実施の形態で説明した形状、その他の要素との組合わせなどの要件に本発明が限定されるものでは決してない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【００７０】
なお、本発明の実施の形態に係る指向性可変アンテナを具備したパソコンや携帯機器などの情報機器は、無指向性アンテナと同程度の小型化が可能であり、小型の情報端末に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】特許文献１における従来の指向性可変アンテナを説明するための図
【図２】特許文献２における従来の指向性可変アンテナを説明するための図
【図３】特許文献３における従来の指向性可変アンテナを説明するための図
【図４】非特許文献１における従来の指向性可変アンテナを説明するための図
【図５】従来の指向性可変アンテナの反射損特性について説明するための図
【図６】従来の指向性可変アンテナの特性を示す図
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る指向性可変アンテナの概略図
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る指向性可変アンテナのスイッチの一例を示す図
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る指向性可変アンテナの反射損特性について説明するための図
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る指向性可変アンテナの指向性について説明するための図
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る指向性可変アンテナの断面図
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る指向性可変アンテナの断面図
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係る指向性可変アンテナの断面図
【符号の説明】
【００７２】
１０  放射素子
１１  反射素子
１２  中央駆動素子
１３  接地導体
１４  パラスティック素子
１５  接地導体
２０、７０  ディスコーンアンテナ
２１、７１  同軸線路
２１Ａ、７１Ａ  内導体
２１Ｂ、７１Ｂ  外導体
２２、７２  放射器
２３、７３  地板
２４、７４  短絡線
７５  スイッチ
７５Ｃ  キャパシタ
７５Ｄ  ＰＩＮダイオード
７５Ｌ  インダクタ
７５Ｒ  抵抗
７６、７７、７８、７９  ＴＥ１１モード反射構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図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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