(57)【要約】【課題】本発明は、指向性を一次元方向に可変することができ、且つ小型化を実現することのできるアンテナ装置を提供する。【解決手段】本発明のアンテナ装置は、基板と、前記基板上に配置された複数の給電素子と、前記複数の給電素子の両端部に、それぞれ前記給電素子から離隔して配置され、二つの矩形状を交差させた形状を有する複数の無給電素子と、前記複数の無給電素子にそれぞれ接続された複数のスタブと、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置された複数の給電素子と、
前記複数の給電素子の両端部に、それぞれ前記給電素子から離隔して配置され、二つの矩形状を交差させた形状を有する複数の無給電素子と、
前記複数の無給電素子にそれぞれ接続された複数のスタブと、
を備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記複数のスタブは、それぞれ複数のスイッチに接続され、
前記複数のスイッチを切り替えて前記アンテナ装置の指向性を可変することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記複数の給電素子は矩形状であり、
前記複数の無給電素子は、それぞれ前記給電素子と同じ形状の二つの矩形状を直角に交差させた形状であることを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記複数の給電素子及び無給電素子は、前記基板上に金属薄膜をパターニングして各々構成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記複数の給電素子及び無給電素子は、前記基板上に複数の金属薄板を積層して各々構成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
矩形状の基板と、
前記基板の四隅にそれぞれ配置され、二つの矩形状を交差させた部分に重畳部を有する略十字形状の複数の無給電素子と、
前記複数の無給電素子の間に、それぞれ前記無給電素子から離隔して配置された複数の給電素子と、
前記複数の無給電素子にそれぞれ接続された複数のスタブと、
を備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
矩形状の基板と、
前記基板上の辺部にそれぞれ配置された複数の給電素子と、
前記複数の給電素子を挟むように、前記複数の給電素子の両端部にそれぞれ前記給電素子から所定の距離だけ離隔して配置された多角形状の複数の無給電素子と、
前記複数の無給電素子にそれぞれ接続された複数のスタブと、
を備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
前記複数の無給電素子は、それぞれ二つの矩形状を直角に交差させた多角形状であることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記複数の給電素子及び無給電素子は、前記基板上の直交する軸上に、それぞれ軸対象に配置されることを特徴とする請求項６乃至８の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記複数のスタブは、それぞれ複数のスイッチに接続され、
前記複数のスイッチを切り替えて、前記複数の給電素子と前記複数の無給電素子との間に発生するカップリング量をそれぞれ異ならせることにより、前記アンテナ装置の指向性を可変することを特徴とする請求項６乃至９の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロストリップアンテナを用いたアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動体通信用基地局に用いられるアンテナ装置に対して、通信容量の増大のためＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）機能や指向性可変機能が求められている。一般に、アンテナ装置の指向性可変は複数のアンテナを配置して行うが、アンテナの回路構成が複雑になる。
【０００３】
さらに移動体通信用基地局には小型化に対する要求があり、アンテナ装置の小型化も望まれている。この小型化と指向性可変機能を有するアンテナ装置として、例えば、特許文献１及び２に提示されたマイクロストリップアンテナがある。特許文献１及び２に記載されたマイクロストリップアンテナは、矩形の給電素子の両端部に矩形の無給電素子（非励振素子）を配置し、無給電素子に接続されたスイッチを制御して給電素子に接続・開放可能とすることにより、指向性を可変しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】埼玉大学  工学部  羽石  操、須賀  秀和、「可変スタブ装荷非励振素子によるマイクロストリップアンテナのビーム成形」、電子通信学会論文誌、１９８６年４月１７日、Ａ・Ｐ８６−１
【特許文献２】特開２００７−３７０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に提示されたアンテナ装置は、指向性の可変方向が限られるものであった。また、特許文献２に提示されたように、給電素子と無給電素子とを複数配置したアンテナ装置の場合には、指向性の可変方向を上下左右に切り替えることができるが、複数の無給電素子を相互干渉による影響を受けないようにするために、所定の距離だけ離隔して配置する必要があり、小型化の観点から望ましくないものであった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑み、小型化を行い、ＭＩＭＯ、Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ対応を実現する指向性を可変することができるアンテナ装置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】
【０００７】
本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置は、基板と、前記基板上に配置された複数の給電素子と、前記複数の給電素子の両端部に、それぞれ前記給電素子から離隔して配置され、二つの矩形状を交差させた形状を有する複数の無給電素子と、前記複数の無給電素子にそれぞれ接続された複数のスタブと、を備えることを特徴とする。本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置によれば、指向性を一次元方向に可変することができ、且つ小型化を実現できる。
【０００８】
また、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置は、矩形状の基板と、前記基板の四隅にそれぞれ配置され、二つの矩形状を交差させた部分に重畳部を有する略十字形状の複数の無給電素子と、前記複数の無給電素子の間に、それぞれ前記無給電素子から離隔して配置された複数の給電素子と、前記複数の無給電素子にそれぞれ接続された複数のスタブと、を備えることを特徴とする。本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置によれば、指向性を一次元方向に可変することができ、且つ小型化を実現できる。
【０００９】
さらに、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置は、矩形状の基板と、前記基板上の辺部にそれぞれ配置された複数の給電素子と、前記複数の給電素子を挟むように、前記複数の給電素子の両端部にそれぞれ前記給電素子から所定の距離だけ離隔して配置された多角形状の複数の無給電素子と、前記複数の無給電素子にそれぞれ接続された複数のスタブと、を備えることを特徴とする。本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置によれば、指向性を一次元方向に可変することができ、且つ小型化を実現できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、指向性を一次元方向に可変することができ、且つ小型化を実現するアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を説明するための図であり、（ａ）は、図１に示したマイクロストリップアンテナの構成を示す上面図であり、（ｂ）は、図１に示した寄生素子基板の構成を示す上面図である。
【図３】従来のアンテナ装置の概略構成を説明するための図であり、（ａ）は、従来のアンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したアンテナ装置のＹ−Ｚ方向の放射特性を示す図である。
【図４】図３に示したアンテナ装置の電流分布を示す図である。
【図５】本発明に対する比較例１に係るアンテナ装置の概略構成を説明するための図であり、（ａ）は、比較例１に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したアンテナ装置のＹ−Ｚ方向の放射特性を示す図である。
【図６】図５に示したアンテナ装置の電流分布を示す図である。
【図７】本発明に対する比較例２に係るアンテナ装置の概略構成を説明するための図であり、（ａ）は、比較例２に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したアンテナ装置のＹ−Ｚ方向の放射特性を示す図である。
【図８】図７に示したアンテナ装置の電流分布を示す図である。
【図９】本発明に対する比較例３に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１０】図９に示したアンテナ装置の電流分布を示す図である。
【図１１】本発明に対する比較例４に係るアンテナ装置の概略構成を説明するための図であり、（ａ）は、比較例４に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したアンテナ装置のＹ−Ｚ方向の放射特性を示す図である。
【図１２】図１１に示したアンテナ装置の一部における電流分布を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置のマイクロストリップアンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の輻射パターンを説明するための図であり、（ａ）は、Ｙ−Ｚ方向の−９０°〜０°の方向に指向性を可変した場合の輻射パターンを３次元に示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した輻射パターンにおけるＹ−Ｚ方向の放射特性を示す図であり、（ｃ）は、Ｙ−Ｚ方向の０°の方向に指向性を可変した場合の輻射パターンを３次元に示す図であり、（ｄ）は、（ｃ）に示した輻射パターンにおけるＹ−Ｚ方向の放射特性を示す図であり、（ｅ）は、Ｙ−Ｚ方向の０°〜９０°の方向に指向性を可変した場合の輻射パターンを３次元に示す図であり、（ｆ）は、（ｅ）に示した輻射パターンにおけるＹ−Ｚ方向の放射特性を示す図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の輻射パターンを説明するための図であり、（ａ）は、図１４（ａ）に示した輻射パターンにおけるＸ−Ｚ方向の放射特性を示す図であり、（ｂ）は、図１４（ａ）に示した輻射パターンにおけるＸ−Ｙ方向の放射特性を示す図であり、（ｃ）は、図１４（ｂ）に示した輻射パターンにおけるＸ−Ｚ方向の放射特性を示す図であり、（ｄ）は、図１４（ｂ）に示した輻射パターンにおけるＸ−Ｙ方向の放射特性を示す図であり、（ｅ）は、図１４（ｃ）に示した輻射パターンにおけるＸ−Ｚ方向の放射特性を示す図であり、（ｆ）は、図１４（ｃ）に示した輻射パターンにおけるＸ−Ｙ方向の放射特性を示す図である。
【図１６】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の一部における電流分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明に係るアンテナ装置について説明する。但し、本発明のアンテナ装置は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１３】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
＜構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０００の構成を示す斜視図である。図１において、アンテナ装置１０００は、グラウンド導体１２０と、グラウンド導体１２０上に配置される第１基板１１０と、第１基板１１０上に配置される複数の給電素子１０１ａ〜１０１ｄ及び複数の無給電素子１０２ａ〜１０２ｄとを備えるマイクロストリップアンテナ１００を含む。また、アンテナ装置１０００は、マイクロストリップアンテナ１００上に、マイクロストリップアンテナ１００から離隔して配置され、第２基板２１０上に配置される複数の無給電素子２０１ａ〜２０１ｄを含む寄生素子基板２００を含んでもよい。
【００１５】
図１に示したマイクロストリップアンテナ１００及び寄生素子基板２００について、図２を参照してさらに詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０００の構成を説明するための図であり、（ａ）は、図１に示したマイクロストリップアンテナ１００の構成を示す上面図であり、（ｂ）は、図１に示した寄生素子基板２００の構成を示す上面図である。
【００１６】
図２（ａ）に図示したように、マイクロストリップアンテナ１００は、第１基板１１０上に、矩形状の給電素子１０１ａ〜１０１ｄと、多角形状の無給電素子１０２ａ〜１０２ｄとが配置されたものである。なお、第１基板１１０は誘電体であり、図１に図示したように、第１基板１１０の下には第１基板１１０と同じ大きさのグラウンド導体１２０が配置されてもよい。第１基板１１０の大きさは、例えば、一辺が１４ｃｍ〜１７ｃｍ程度の正方形状であってもよく、厚みは、０．２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の薄板状のものであってもよい。なお、第１基板１１０及びグラウンド導体１２０の寸法は一例であり、アンテナ装置１０００に対して要求される寸法に応じて変更されてもよい。給電素子１０１ａ〜１０１ｄ及び無給電素子１０２ａ〜１０２ｄは、薄膜状の金属であり、第１基板１１０上に金属薄膜をパターニングして各々形成してもよい。また、第１基板１１０上に複数の金属薄板を積層して各々形成してもよい。
【００１７】
給電素子１０１ａ〜１０１ｄは、図２（ａ）に図示したように、異なる二辺の長さａ１、ｂ１が、ａ１＞ｂ１となる矩形状であってもよい。給電素子１０１ａ〜１０１ｄは、第１基板１１０の辺部に、第１基板１１０の縁から距離ｃ１だけ離隔して配置され、第１基板１１０の縁と対向する辺の長さがｂ１であるように配置される。このとき、図示したように、給電素子１０１ａ〜１０１ｄが、それぞれ、第１基板１１０の一辺の中央を通って互いに直交する二つの軸ｋ１、ｋ２上に、軸対称に配置されてもよい。ここで、各寸法は、一例として、ａ１＝５３ｍｍであり、ｂ１＝３０ｍｍであり、ｃ１＝１５ｍｍであってもよいが、これに限定されるものではない。
【００１８】
なお、給電素子１０１ａ〜１０１ｄには、検波方向を規定する位置に、それぞれ給電点１１１ａ〜１１１ｄが配置される。この給電点１１１ａ〜１１１ｄを介して、マイクロストリップアンテナ１００は、マイクロストリップアンテナ１００の下に配置されたグラウンド導体１２０との間で給電される。給電点１１１ａ〜１１１ｄは、図示したように、矩形状の給電素子１０１ａ〜１０１ｄの中心から第１基板１１０の縁側に近い位置に配置されてもよいが、図示した位置に限定されず、仕様に応じて適宜変更され得る。
【００１９】
無給電素子１０２ａ〜１０２ｄは、図２（ａ）に図示したように、同じ形状の二つの矩形状を互いに直角に交差させて構成される多角形状であってもよい。例えば、給電素子１０１ａ〜１０１ｄと同形状である、二辺の長さａ１、ｂ１がａ１＞ｂ１の矩形状を二つ直交させて形成される形状であってもよい。また、無給電素子１０２ａ〜１０２ｄは、二つの矩形状の中心を重ねずに、ずらして交差させた略十字形状であってもよく、このとき、無給電素子１０２ａ〜１０２ｄは、それぞれ、第１基板１１０の対角線を軸として、軸対称となる形状に配置してもよい。また、無給電素子１０２ａ〜１０２ｄは、第１基板１１０上の直交する二つの軸ｋ１、ｋ２に対し、軸対称となる形状に配置してもよい。なお、無給電素子１０２ａ〜１０２ｄは、図２（ａ）に図示したように、第１基板１１０の中心Ｏに対向する無給電素子１０２ａ〜１０２ｄの辺の長さａ２と、第１基板１１０の角部に対向する無給電素子１０２ａ〜１０２ｄの辺の長さａ３とが、ａ２＜ａ３となるように、二つの矩形状が交差された形状であってもよい。一例として、無給電素子１０２ａ〜１０２ｄの寸法は、ａ２＝１４．７ｍｍであり、ａ３＝８．８ｍｍであってもよいが、これに限定されるものではない。
【００２０】
無給電素子１０２ａ〜１０２ｄには、それぞれ接続点１１２ａ〜１１２ｈが二つずつ配置される。接続点１１２ａ〜１１２ｈは、図示したように、無給電素子１０２ａ〜１０２ｄの二つの矩形状がクロスした交差部上に配置されてもよいが、図示した位置に限定されず、仕様に応じて適宜変更され得る。接続点１１２ａ〜１１２ｈには、図１３に図示したように、スイッチ１２３ａ〜１２３ｈを介してスタブ１２２ａ〜１２２ｐが接続される。スタブ１２２ａ〜１２２ｐは、長さの異なる２つのオープンスタブであり、スイッチ１２３ａ〜１２３ｈの切換によって長短のオープンスタブのどちらかを選択するものであってもよい。なお、スタブ１２２ａ〜１２２ｐの大きさや構成は、アンテナ装置の構成に応じて適宜変更され得る。
【００２１】
無給電素子１０２ａ〜１０２ｄは、給電素子１０１ａ〜１０１ｄの両端部に配置される。図２（ａ）に図示したように、無給電素子１０２ａ〜１０２ｄは、矩形状の第１基板１１０の四隅に、第１基板１１０の縁から距離ｃ１だけ離隔して、第１基板１１０の縁と対向する辺の長さがｂ１であるように配置されてもよい。また、無給電素子１０２ａ〜１０２ｄは、接続点１１２ａ〜１１２ｈから給電素子１０１ａ〜１０１ｄの給電点１１１ａ〜１１１ｄまでの距離が素子間隔ｄ１となるように、それぞれ給電素子１０１ａ〜１０１ｄから所定の距離だけ離隔して配置される。本実施形態において、素子間隔ｄ１は、ｄ１＝４０．８ｍｍである。
【００２２】
このような構成を有するマイクロストリップアンテナ１００の上には、寄生素子基板２００が、スペーサ（図示せず）等を介して配置される。図２（ｂ）に図示したように、寄生素子基板２００は、第２基板２１０上に寄生素子２０１ａ〜２０１ｄが配置されたものである。寄生素子２０１ａ〜２０１ｄは、給電素子１０１ａ〜１０１ｄと同じ材料を用いて、同じ形状に形成してもよく、異なる二辺の長さａ１、ｂ１が、ａ１＞ｂ１となる矩形状であってもよい。このとき、図１に図示したように、第２基板２１０上の寄生素子２０１ａ〜２０１ｄが、第１基板１１０上の給電素子１０１ａ〜１０１ｄと所定の間隔だけ離隔して同じ位置に重なるように配置されてもよい。
【００２３】
次に、上述したマイクロストリップアンテナ１００を含む本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０００の動作及び放射特性を説明するために、以下、従来例１及び比較例１〜４に係るアンテナ装置４００〜８００について説明する。なお、アンテナ装置４００〜８００は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０００と同様の構成については、同様の材料及び製造方法を用いて製造するものとし、詳細な説明については、以下省略する。
【００２４】
（従来例１）
図３及び図４を参照して、従来例１に係るアンテナ装置４００の構成及びビームの放射特性について説明する。図３は、従来のアンテナ装置４００の概略構成を説明するための図であり、（ａ）は、従来のアンテナ装置４００の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したアンテナ装置４００のＹ−Ｚ方向の放射特性を示す図である。図４は、図３に示したアンテナ装置４００の電流分布を示す図である。
【００２５】
図３（ａ）に図示したように、従来例１に係るアンテナ装置４００は、基板４１０上に、給電素子４０１と、給電素子４０１の給電点４１１から素子間隔ｄ４だけ離隔して給電素子４０１の両端部に配置される接続点４１２ａ、４１２ｂを有する無給電素子４０２ａ、４０２ｂとが配置される。このとき、給電素子４０１及び無給電素子４０２ａ、４０２ｂは、それぞれ、一辺の長さａ４が、ａ４＝５０．５ｍｍの正方形状である。このときの素子間隔ｄ４は、ｄ４＝５８ｍｍであり、給電素子４０１及び無給電素子４０２ａ、４０２ｂを含むアンテナ素子全体の長さは、１．４４λである。なお、以下、λは、給電素子の共振周波数の波長である。
【００２６】
アンテナ装置４００によれば、図３（ｂ）に図示したように、Ｙ−Ｚ方向の放射特性を有する。なお、このときのアンテナ装置４００の電流分布は、図４に示した通りである。図４は、無給電素子４０２ａの接続点４１２ａに接続されるスタブ４２２ａの長さが長く、無給電素子４０２ｂの接続点４１２ｂに接続されるスタブ４２２ｂの長さが短い場合の電流分布を示している。
【００２７】
図４において、点線で囲んで示した範囲４０３ａ、４０３ｂは、給電素子４０１と無給電素子４０２ａ、４０２ｂとの間にそれぞれカップリングを生じさせる部分を示したものである。図４に示した範囲４０３ａ、４０３ｂを参照すると、無給電素子４０２ａと、無給電素子４０２ｂにおいてそれぞれカップリングが異なっていることがわかる。従って、従来のアンテナ装置４００は、無給電素子４０２ａに接続されているスタブ４２２ａによって無給電素子４０２ａに生じるカップリングを調整し、指向性を可変させている。
【００２８】
このように、従来例１に係るアンテナ装置４００は、アンテナ素子の大きさが１．４４λと大きくなるものであった。従って、アンテナ装置の小型化を実現するために、以下に述べる比較例１〜４のように、アンテナ素子の形状を変えて実験を行った。
【００２９】
（比較例１）
図５及び図６を参照して、本発明に対する比較例１に係るアンテナ装置５００の構成及びビームの放射特性について説明する。図５は、比較例１に係るアンテナ装置５００の概略構成を説明するための図であり、（ａ）は、比較例１に係るアンテナ装置５００の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したアンテナ装置５００のＹ−Ｚ方向の放射特性を示す図である。図６は、図５に示したアンテナ装置５００の電流分布を示す図である。
【００３０】
図５（ａ）に図示したように、比較例１に係るアンテナ装置５００は、基板５１０上に、給電素子５０１と、給電素子５０１の給電点５１１から素子間隔ｄ５だけ離隔して給電素子５０１の両端部に配置される接続点５１２ａ、５１２ｂを有する無給電素子５０２ａ、５０２ｂとが配置される。このとき、給電素子５０１及び無給電素子５０２ａ、５０２ｂは、それぞれ異なる二辺の長さａ５、ｂ５が、ａ５＝２０ｍｍ、ｂ５＝５１ｍｍである矩形状である。このときの素子間隔ｄ５は、ｄ５＝５８ｍｍであり、給電素子５０１及び無給電素子５０２ａ、５０２ｂを含むアンテナ素子全体の長さが、０．９λである。従って、図３（ａ）に示した従来例１に係るアンテナ装置４００と比較して、比較例１に係るアンテナ装置５００は、小型化が可能である。
【００３１】
アンテナ装置５００によれば、図５（ｂ）に図示したように、Ｙ−Ｚ方向の放射特性を有する。なお、このときのアンテナ装置５００の電流分布は、図６に示した通りである。図６は、無給電素子５０２ａの接続点５１２ａに接続されるスタブ５２２ａの長さが長く、無給電素子５０２ｂの接続点５１２ｂに接続されるスタブ５２２ｂの長さが短い場合の電流分布を示している。
【００３２】
図６において、点線で囲んで示した範囲５０３ａ、５０３ｂは、給電素子５０１と無給電素子５０２ａ、５０２ｂとの間にそれぞれカップリングを生じさせる部分を示したものである。図６に示した範囲５０３ａ、５０３ｂの、無給電素子５０２ａと無給電素子５０２ｂとを比較すると、いずれもカップリング量が少なく、指向性の可変量は少ないことがわかる。
【００３３】
このように、比較例１に係るアンテナ装置５００は、従来例１に係るアンテナ装置４００と比較して、０．９λと小型化することが可能であるが、指向性の可変量が少ないものであった。このため、アンテナ装置の小型化と、指向性の可変量を多くすることのいずれをも実現するために、以下に述べる比較例２として、アンテナ素子の形状を変化させて実験を行った。
【００３４】
（比較例２）
図７及び図８を参照して、比較例２に係るアンテナ装置６００の構成及びビームの放射特性について説明する。図７は、比較例２に係るアンテナ装置６００の概略構成を説明するための図であり、（ａ）は、比較例２に係るアンテナ装置６００の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したアンテナ装置６００のＹ−Ｚ方向の放射特性を示す図である。図８は、図７に示したアンテナ装置６００の電流分布を示す図である。
【００３５】
図７（ａ）に図示したように、比較例２に係るアンテナ装置６００は、基板６１０上に、給電素子６０１と、給電素子６０１の給電点６１１から素子間隔ｄ６だけ離隔して給電素子６０１の両端部に配置される接続点６１２ａ、６１２ｂを有する無給電素子６０２ａ、６０２ｂとが配置される。このとき、給電素子６０１は、図５（ａ）に示した比較例１に係るアンテナ装置５００の給電素子５０１と同じ大きさの矩形状を有する。また、無給電素子６０２ａ、６０２ｂは、比較例１に係る無給電素子５０２ａ、５０２ｂと同じ大きさの矩形状から、長さａ６だけ給電素子６０１に向かって延び、それぞれ異なる二辺の長さａ６、ｂ６が、ａ６＝２０ｍｍ、ｂ５＝５１ｍｍである矩形状が組み合わされた形状を有する。このときの素子間隔ｄ６は、ｄ６＝５８ｍｍであり、給電素子５０１及び無給電素子５０２ａ、５０２ｂを含むアンテナ素子全体の長さが、０．９λである。従って、比較例２に係るアンテナ装置６００は、比較例１に係るアンテナ装置５００と同様に、従来例１に係るアンテナ装置４００と比較して小型化することが可能となる。
【００３６】
アンテナ装置６００によれば、図７（ｂ）に図示したように、Ｙ−Ｚ方向の放射特性を有する。なお、このときのアンテナ装置６００の電流分布は、図８に示した通りである。図８は、無給電素子６０２ａの接続点６１２ａに接続されるスタブ６２２ａの長さが長く、無給電素子６０２ｂの接続点６１２ｂに接続されるスタブ６２２ｂの長さが短い場合を示している。
【００３７】
図８において、点線で囲んで示した範囲６０３ａ、６０３ｂは、給電素子６０１と無給電素子６０２ａ、６０２ｂとの間にそれぞれカップリングを生じさせる部分を示したものである。図８に示した範囲６０３ａ、６０３ｂにおいて、無給電素子６０２ａ、６０２ｂに流れる電流量は、従来例１及び比較例１と比較して増加していることがわかる。このため、アンテナ装置６００は、アンテナ装置５００よりも、接続したスタブ６２２ａ、６２２ｂによって指向性の可変量を多くすることが可能となる。
【００３８】
このように、比較例２に係るアンテナ装置６００は、従来例１に係るアンテナ装置４００と比較して、０．９λと小型化することが可能であるが、指向性の可変方向は限られるものであった。従って、アンテナ装置の小型化と、指向性の可変量を多くすることのいずれをも実現するために、以下に述べる比較例３として、アンテナ素子の形状を変化させて実験を行った。
【００３９】
（比較例３）
図９及び図１０を参照して、比較例３に係るアンテナ装置７００の構成及びビームの放射特性について説明する。図９は、比較例３に係るアンテナ装置７００の概略構成を説明するための図である。図１０は、図９に示したアンテナ装置７００の電流分布を示す図である。
【００４０】
図９に図示したように、比較例３に係るアンテナ装置７００は、基板７１０上に、給電素子７０１と、給電素子７０１の給電点７１１から素子間隔ｄ７だけ離隔して給電素子７０１の両端部に配置される接続点７１２ａ、７１２ｂを有する無給電素子７０２ａ、７０２ｂとが配置される。このとき、給電素子７０１は、図５（ａ）に示した比較例１に係るアンテナ装置５００の給電素子５０１と同じ大きさの矩形状を有する。また、無給電素子７０２ａ、７０２ｂは、比較例１に係るアンテナ装置５００の無給電素子５０２ａ、５０２ｂと同じ大きさの矩形状から、長さａ７だけ給電素子７０１に向かって延び、それぞれ異なる二辺の長さａ７、ｂ７が、ａ７＝３０ｍｍ、ｂ７＝１０ｍｍである矩形状と、さらにこの矩形状から長さａ８だけ給電素子７０１に向かって延び、それぞれ異なる二辺の長さａ８、ｂ８が、ａ８＝７ｍｍ、ｂ８＝３０ｍｍである矩形状とが組み合わされた形状を有する。このときの素子間隔ｄ７は、ｄ７＝５８ｍｍであり、給電素子７０１及び無給電素子７０２ａ、７０２ｂを含むアンテナ素子全体の長さが、０．９λである。従って、比較例３に係るアンテナ装置７００は、比較例１及び２に係るアンテナ装置５００、６００と同様に、従来例１に係るアンテナ装置４００と比較すると小型化することが可能となる。
【００４１】
図１０に、アンテナ装置７００の電流分布を示す。図１０は、無給電素子７０２ａの接続点７１２ａに接続されるスタブ７２２ａの長さが長く、無給電素子７０２ｂの接続点７１２ｂに接続されるスタブ７２２ｂの長さが短い場合を示している。
【００４２】
図１０において、点線で囲んで示した範囲７０３ａ、７０３ｂは、給電素子７０１と無給電素子７０２ａ、７０２ｂとの間にカップリングを生じさせる部分を示したものである。図１０に示した範囲７０３ａ、７０３ｂの、無給電素子７０２ａ、７０２ｂに流れる電流量は、比較例１と比較すると増加することわかるが、比較例２と比較すると減少することがわかる。従って、比較例３に係るアンテナ装置７００は、比較例２に係るアンテナ装置６００と比較して、指向性を変化させることに寄与するカップリング量を減少させる構成であることがわかる。
【００４３】
このように、比較例３に係るアンテナ装置７００は、無給電素子７０２ａ、７０２ｂの形状の一部を延長して給電素子７０１に近接させ、カップリング量を増やして指向性を可変することが、アンテナ装置７００を小型化しても可能である。さらに、以下に述べる比較例４として、通信量の増大のためにＭＩＭＯ化の実験を行った。
【００４４】
（比較例４）
図１１及び図１２を参照して、比較例４に係るアンテナ装置８００の構成及びビームの放射特性について説明する。図１１は、比較例４に係るアンテナ装置８００の概略構成を説明するための図であり、（ａ）は、比較例４に係るアンテナ装置８００の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したアンテナ装置８００のＹ−Ｚ方向の放射特性を示す図である。図１２は、図１１に示したアンテナ装置８００の一部における電流分布を示す図である。
【００４５】
図１１（ａ）に図示したように、比較例４に係るアンテナ装置８００は、基板８１０上に、４つの給電素子８０１ａ〜８０１ｄと、給電素子８０１ａ〜８０１ｄの給電点８１１ａ〜８１１ｄからそれぞれ素子間隔ｄ８だけ離隔して給電素子８０１ａ〜８０１ｄの両端部に配置される接続点８１２ａ〜８１２ｈを有する４つの無給電素子８０２ａ〜８０２ｄとが配置される。このとき、給電素子８０１ａ〜８０１ｄ及び無給電素子８０２ａ〜８０２ｄは、従来例１に係る給電素子４０１及び無給電素子４０２ａ、４０２ｂと同じように、それぞれ、一辺がａ１の正方形状を有する。なお、アンテナ装置８００は、給電素子８０１ａと、給電素子８０１ａの両端部に配置された無給電素子８０２ａ、８０２ｂとを一つのアンテナとして、基板８１０の中心Ｏを通るＺ軸を中心にアンテナを９０度ずつ回転させ、基板８１０上に４つのアンテナを配置したものである。アンテナを９０度回転させることによって、給電素子８０１ａ、８０１ｃと給電素子８０１ｂ、８０１ｄのアンテナの偏波は直交することになる。無給電素子８０２ａ〜８０２ｄは重複した部分を除く。給電素子８０１ａの無給電素子は無給電素子８０２ａ、８０２ｂであり、給電素子８０１ｂの無給電素子は無給電素子８０２ｂ、８０２ｃであり、給電素子８０１ｃの無給電素子は無給電素子８０２ｃ、８０２ｄであり、給電素子８０１ｄの無給電素子は無給電素子８０２ｄ、８０２ａである。このときの素子間隔ｄ８は、ｄ８＝５８ｍｍであり、０．５λである。
【００４６】
図１２に、アンテナ装置８００の一部におけるアンテナの電流分布を示す。図１２は、無給電素子８０２ａの接続点８１２ａ、８１２ｂに接続されるスタブ８２２ａ、８２２ｂと、無給電素子８０２ｂの接続点８１２ｄに接続されるスタブ８２２ｄの長さが長く、無給電素子８０２ｂの接続点８１２ｃに接続されるスタブ８２２ｃの長さが短い場合を示している。
【００４７】
図１２において、点線で囲んで示した範囲８０３ａ、８０３ｂは、給電素子８０１ａと無給電素子８０２ａ、８０２ｂとの間にカップリングを生じさせる部分を示したものである。従来例１に係るアンテナ装置４００と比較してカップリング量が少なくなっている。無給電素子８０２ａ、８０２ｂを兼用しているため、電流が無給電素子８０２ａ、８０２ｂに直交して発生していないためである。
【００４８】
このように、比較例４に係るアンテナ装置８００は、従来例１に係るアンテナ装置４００をＭＩＭＯに対応可能とするために、コンパクトに４つのアンテナを配置したものであるが、指向性の変化はほとんど無いものである。
【００４９】
以上の通り、従来例１及び比較例１〜４に係るアンテナ装置４００〜８００は、いずれも小型化と、所望する指向性可変量を得ることはできないものであった。そこで、給電素子６０１と無給電素子６０２ａ、６０２ｂとの間のカップリング量が大きくなるという結果が出た比較例２に係るアンテナ装置６００の構成となるように、比較例１に係るアンテナ装置５００を一つのアンテナとして、アンテナ装置８００の構成に基づいた配置とすることにより、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０００に至った。
【００５０】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０００の構成及び動作について、図１３〜図１６を参照しながらさらに詳細に説明する。
【００５１】
図１３は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０００に含まれるマイクロストリップアンテナ１００の概略構成を示す斜視図である。図１３に示したマイクロストリップアンテナ１００は、図２に示したマイクロストリップアンテナ１００と同じ構成を有する。なお、マイクロストリップアンテナ１００は、比較例１に係るアンテナ装置５００の構成に基づき、無給電素子１０２ａ〜１０２ｄを給電素子１０１ａ〜１０１ｄに対して凸状に矩形状を組み合わせた構成、及び、比較例４に係るアンテナ装置８００の構成に基づき、複数の無給電素子１０２ａ〜１０２ｄが複数の給電素子１０１ａ〜１０１ｄを挟むように複数の給電素子１０１ａ〜１０１ｄの両端部にそれぞれ配置される構成を含むものとした。
【００５２】
図１３に図示したように、無給電素子１０２ａ〜１０２ｄの接続点１１２ａ〜１１２ｈにはそれぞれ、スイッチ１２３ａ〜１２３ｈを介してスタブ１２２ａ〜１２２ｐが接続される。スタブ１２２ａ〜１２２ｐは、上述したように、各々に接続されたスイッチ１２３ａ〜１２３ｈの切り替えにより、２つのオープンスタブの長さが替わるものとする。なお、図１３は、スタブ１２２ａ〜１２２ｐ及びスイッチ１２３ａ〜１２３ｈの概略構成を示したものであり、スタブ１２２ａ〜１２２ｐ及びスイッチ１２３ａ〜１２３ｈは、それぞれ同じ大きさ及び構成であるものとする。
【００５３】
なお、マイクロストリップアンテナ１００は、給電素子１０１ａと、給電素子１０１ａの両端部に配置された無給電素子１０２ａ、１０２ｂとを一つのアンテナとして、第１基板１１０の中心Ｏを通るＺ軸を中心にアンテナを９０度ずつ回転させて配置した形状を有しており、図示していないが、無給電素子１０２ａ〜１０２ｄは二つの矩形状が交差される部分に重畳部分を有していてもよい。また、図示したように、無給電素子１０２ａ〜１０２ｄは重畳部分を有さず、一枚の略十字形状であってもよい。このとき、マイクロストリップアンテナ１００の素子間隔ｄ１は、ｄ１＝４０．８ｍｍであり、０．３５λである。従って、マイクロストリップアンテナ１００は、従来例１及び比較例１〜４に係るアンテナ装置４００〜８００と比較して、小型化することができる。
【００５４】
さらに、図１４〜図１６を参照して、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０００の放射特性について説明する。
【００５５】
図１４は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０００の輻射パターンを説明するための図であり、（ａ）は、Ｙ−Ｚ方向の−９０°〜０°の方向に指向性を可変した場合の輻射パターンを３次元に示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した輻射パターンにおけるＹ−Ｚ方向の放射特性を示す図であり、（ｃ）は、Ｙ−Ｚ方向の０°の方向に指向性を可変した場合の輻射パターンを３次元に示す図であり、（ｄ）は、（ｃ）に示した輻射パターンにおけるＹ−Ｚ方向の放射特性を示す図であり、（ｅ）は、Ｙ−Ｚ方向の０°〜９０°の方向に指向性を可変した場合の輻射パターンを３次元に示す図であり、（ｆ）は、（ｅ）に示した輻射パターンにおけるＹ−Ｚ方向の放射特性を示す図である。図１５は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０００の輻射パターンを説明するための図であり、（ａ）は、図１４（ａ）に示した輻射パターンにおけるＸ−Ｚ方向の放射特性を示す図であり、（ｂ）は、図１４（ａ）に示した輻射パターンにおけるＸ−Ｙ方向の放射特性を示す図であり、（ｃ）は、図１４（ｂ）に示した輻射パターンにおけるＸ−Ｚ方向の放射特性を示す図であり、（ｄ）は、図１４（ｂ）に示した輻射パターンにおけるＸ−Ｙ方向の放射特性を示す図であり、（ｅ）は、図１４（ｃ）に示した輻射パターンにおけるＸ−Ｚ方向の放射特性を示す図であり、（ｆ）は、図１４（ｃ）に示した輻射パターンにおけるＸ−Ｙ方向の放射特性を示す図である。図１６は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０００の一部における電流分布を示す図である。
【００５６】
図１４は、マイクロストリップアンテナ１００を構成する４つのアンテナのうち、図１３に図示した給電素子１０１ａ及び無給電素子１０２ａ、１０２ｂからなるアンテナを、接続されたスタブ１２２ｃ〜１２２ｆをそれぞれ制御して指向性を可変した場合の輻射パターンを示している。以下、マイクロスリップアンテナ１００の指向性を変化させるスタブ１２２ａ〜１２２ｐの切り替え動作について、図１６を参照しながら説明する。
【００５７】
＜動作＞
まず、給電素子１０１ａについて述べる。図１４（ａ）及び（ｂ）に示したＹ−Ｚ方向の−９０°〜０°の方向に指向性を可変する場合について、図１３及び図１６に示した給電素子１０１ａ及び無給電素子１０２ａ、１０２ｂを参照して説明する。図１６は、無給電素子１０２ｂの接続点１１２ｂ（図１３参照）に接続されたスイッチ１２３ｂが長いオープンスタブ１２２ｃに、無給電素子１０２ｄの接続点１１２ｃ（図１３参照）に接続されたスイッチ１２３ｃが短いオープンスタブ１２２ｆに接続される状態に切り替えられた状態を示している。他のスイッチの状態は問わないものとする。
【００５８】
図１６において、点線で囲んで示した範囲１０３ａ、１０３ｂは、給電素子１０１ａと無給電素子１０２ａ、１０２ｂとの間にカップリングを生じさせる部分を示したものである。図１６に示した範囲１０３ａ、１０３ｂの、無給電素子１０２ａと無給電素子１０２ｂとを比較すると、無給電素子１０２ｂの接続点１１２ｃに接続されたスイッチ１２３ｃを短いオープンスタブ１２２ｆに接続される状態に切り替えることにより、無給電素子１０２ｂに流れる電流量が、無給電素子１０２ａに流れる電流量よりも増加することがわかる。これにより、給電素子１０１ａと無給電素子１０２ａ、１０２ｂとの間にそれぞれ生じるカップリング量に差が生じるため、指向性をＹ−Ｚ方向の−９０°〜０°の方向に可変することができるようになる。
【００５９】
また、図１４（ｅ）及び（ｆ）に示したように、マイクロストリップアンテナ１００の指向性をＹ−Ｚ方向の０°〜９０°の方向に可変する場合には、無給電素子１０２ａの接続点１１２ｂに接続されるスイッチ１２３ｂを短いオープンスタブ１２２ｄに接続される状態に切り替え、無給電素子１０２ｂの接続点１１２ｃに接続されるスイッチ１２３ｃを長いオープンスタブ１２２ｅに接続される状態に切り替える。これにより、無給電素子１０２ａに流れる電流量を、無給電素子１０２ｂに流れる電流量よりも増加させることができる。従って、給電素子１０１ａと無給電素子１０２ａ、１０２ｂとの間にそれぞれ生じるカップリング量に差を生じさせることができるため、マイクロストリップアンテナ１００によれば、Ｙ−Ｚ方向の０°〜９０°の方向に指向性を可変することができる。
【００６０】
なお、図１４（ｃ）及び（ｄ）に示したような中央にピークをもつ指向性にするには、双方のオープンスタブを長い方に接続すればよい。
【００６１】
このように、マイクロストリップアンテナ１００によれば、４つのアンテナのうち、給電素子１０１ａ及び無給電素子１０２ａ、１０２ｂからなるアンテナについて、スタブ１２２ｃ〜１２２ｆをそれぞれ制御することにより、Ｙ−Ｚ方向の０°〜９０°の方向または−９０°〜０°の方向に指向性を可変することができる。また、給電素子１０１ｃ及び無給電素子１０２ｃ、１０２ｄからなるアンテナについても同様である。
【００６２】
給電素子１０１ｂ及び無給電素子１０２ｂ、１０２ｃからなるアンテナ、給電素子１０１ｄ及び無給電素子１０２ｄ、１０２ａからなるアンテナについてはＸ−Ｚ方向に指向性を可変することができる。
【００６３】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０００によれば、指向性を可変出来る無給電素子１０２ａ、１０２ｂを含むアンテナの大きさを１．１３λと小型化することができる。したがって、アンテナ装置１０００を搭載する移動体通信用基地局の小型化も可能とする。
【符号の説明】
【００６４】
１０００…アンテナ装置、１００…マイクロストリップアンテナ、１１０…第１基板、１０１ａ〜１０１ｄ…給電素子、１０２ａ〜１０２ｄ…無給電素子、１２０…グラウンド導体、１２２ａ〜１２２ｐ…スタブ、１２３ａ〜１２３ｈ…スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３】
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【図４】
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【図６】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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