(57)【要約】【課題】指向性可変機能を搭載した、より小型のアンテナ装置を提供すること。【解決手段】互いに直交する第１及び第２の偏波を発生させる第１の給電素子と、前記第１の偏波を発生させる第２の給電素子と、前記第２の偏波を発生させる第３の給電素子と、前記第１の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に供給される電流の励振位相と、前記第２の給電素子に供給される電流の励振位相との差を調整すると共に、前記第２の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に供給される電流の励振位相と、前記第３の給電素子に供給される電流の励振位相との差を調整する制御手段と、を備える、アンテナ装置が提供される。【選択図】図１
2013201496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する第１及び第２の偏波を発生させる第１の給電素子と、
前記第１の偏波を発生させる第２の給電素子と、
前記第２の偏波を発生させる第３の給電素子と、
前記第１の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に供給される電流の励振位相と、前記第２の給電素子に供給される電流の励振位相との差を調整すると共に、前記第２の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に供給される電流の励振位相と、前記第３の給電素子に供給される電流の励振位相との差を調整する制御手段と、
を備える
ことを特徴とする、アンテナ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記差を連続的に調整する
ことを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
入力端子と、第１及び第２の出力端子とを有し、前記入力端子に入力された電流の位相を調整して前記第１及び第２の出力端子から出力するハイブリッド型の移相器と、
前記移相器に接続され、容量値の制御により前記第１及び第２の出力端子から出力される電流の位相差を連続的に可変することが可能な可変容量素子と、
を含む、複数の移相手段をさらに備え、
一の前記移相手段に含まれる移相器が有する第１及び第２の出力端子は、それぞれ、前記第１の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に電流を供給するための給電ポートと、前記第２の給電素子に電流を供給するための給電ポートとに接続され、
他の前記移相手段に含まれる移相器が有する第１及び第２の出力端子は、それぞれ、前記第２の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に電流を供給するための給電ポートと、前記第３の給電素子に電流を供給するための給電ポートとに接続され、
前記制御手段は、前記可変容量素子の容量値を制御することにより前記差を調整する
ことを特徴とする、請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１〜第３の給電素子には、それぞれスロットを介して対向するように配置されたマイクロストリップ給電線路から前記電流が結合給電される
ことを特徴とする、請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記給電素子は、略円形のマイクロストリップアンテナである
ことを特徴とする、請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記第１の給電素子の周囲に、少なくとも前記第２の給電素子が複数配置された
ことを特徴とする、請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記第１の給電素子の周囲に、前記第２及び第３の給電素子が複数配置された
ことを特徴とする、請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
互いに直交する第１及び第２の偏波を発生させる第１の給電素子と、前記第１の偏波を発生させる第２の給電素子と、前記第２の偏波を発生させる第３の給電素子と、を有するアンテナ装置の指向性を制御する制御方法であって、
前記第１の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に供給される電流の励振位相と、前記第２の給電素子に供給される電流の励振位相との差を調整すると共に、前記第２の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に供給される電流の励振位相と、前記第３の給電素子に供給される電流の励振位相との差を調整する制御工程を含む
ことを特徴とする、制御方法。
【請求項９】
前記制御工程では、前記差が連続的に調整される
ことを特徴とする、請求項８に記載の制御方法。
【請求項１０】
前記アンテナ装置は、入力端子と、第１及び第２の出力端子とを有し、前記入力端子に入力された電流の位相を調整して前記第１及び第２の出力端子から出力するハイブリッド型の移相器と、前記移相器に接続され、容量値の制御により前記第１及び第２の出力端子から出力される電流の位相差を連続的に可変することが可能な可変容量素子と、を含む、複数の移相手段をさらに有し、
一の前記移相手段に含まれる移相器が有する第１及び第２の出力端子は、それぞれ、前記第１の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に電流を供給するための給電ポートと、前記第２の給電素子に電流を供給するための給電ポートとに接続され、
他の前記移相手段に含まれる移相器が有する第１及び第２の出力端子は、それぞれ、前記第２の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に電流を供給するための給電ポートと、前記第３の給電素子に電流を供給するための給電ポートとに接続され、
前記制御工程では、前記可変容量素子の容量値が制御されることにより前記差が調整される
ことを特徴とする、請求項９に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置、及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体通信用基地局には、通信容量を増大するためにＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｐｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）機能及び指向性可変機能が求められている。一般に、指向性可変機能は、基板上に配置された複数のアンテナを利用して実現される。指向性可変機能を搭載した従来のアンテナ装置としては、例えば、マイクロストリップアンテナの周囲に寄生素子を配置し、寄生素子に接続された線路のリアクタンス値を制御して指向性を切り替える構成が知られている（例えば、下記の特許文献１〜３等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９６２８７０号公報
【特許文献２】特開２００５−１５９４０１号公報
【特許文献３】ＷＯ２００９−０１９７４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、寄生素子に接続された線路のリアクタンス値を可変して指向性を切り替えるアンテナ装置において、指向性を左右に傾けるには、マイクロストリップアンテナの両側に寄生素子を配置する必要がある。そのため、アンテナ装置のサイズが大きくなってしまう。特に、２次元的に指向性を切り替える機能を実現する場合、その分だけマイクロストリップアンテナの周囲に配置すべき寄生素子の数も増え、サイズが増大してしまう。そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、指向性可変機能を搭載したアンテナ装置のサイズをより小型化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、互いに直交する第１及び第２の偏波を発生させる第１の給電素子と、前記第１の偏波を発生させる第２の給電素子と、前記第２の偏波を発生させる第３の給電素子と、前記第１の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に供給される電流の励振位相と、前記第２の給電素子に供給される電流の励振位相との差を調整すると共に、前記第２の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に供給される電流の励振位相と、前記第３の給電素子に供給される電流の励振位相との差を調整する制御手段と、を備える、アンテナ装置が提供される。
【０００６】
かかる構成により、直交する偏波の指向性を同時に切り替えることが可能になる。また、励振位相差を利用して指向性を切り替えるため、マイクロストリップアンテナの周囲に配置された寄生素子のリアクタンス値を可変して指向性を切り替える従来のアンテナ装置に比べて素子の数を減らすことが可能になる。その結果、アンテナ装置の小型化が実現される。さらに、上記のアンテナ装置は、２つの直交する偏波を発生させる第１の給電素子を設けていることから、１つの偏波について１次元的に指向性を切り替える一対の給電素子を２セット設ける構成に比べても、アンテナ装置のサイズをより小型化することが可能になる。結果として、小型化及び製造コストの低減が実現される。
【０００７】
また、前記制御手段は、前記差を連続的に調整するように構成されていてもよい。かかる構成により、指向方向を連続的に切り替えることが可能になる。
【０００８】
また、上記のアンテナ装置は、入力端子と、第１及び第２の出力端子とを有し、前記入力端子に入力された電流の位相を調整して前記第１及び第２の出力端子から出力するハイブリッド型の移相器と、前記移相器に接続され、容量値の制御により前記第１及び第２の出力端子から出力される電流の位相差を連続的に可変することが可能な可変容量素子と、を含む、複数の移相手段をさらに備えていてもよい。この場合、一の前記移相手段に含まれる移相器が有する第１及び第２の出力端子は、それぞれ、前記第１の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に電流を供給するための給電ポートと、前記第２の給電素子に電流を供給するための給電ポートとに接続され、他の前記移相手段に含まれる移相器が有する第１及び第２の出力端子は、それぞれ、前記第２の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に電流を供給するための給電ポートと、前記第３の給電素子に電流を供給するための給電ポートとに接続される。そして、前記制御手段は、前記可変容量素子の容量値を制御することにより前記差を調整する。例えば、９０°ハイブリッドカプラ及び可変容量素子を組み合わせた移相器を利用して給電素子の励振位相差を制御することが可能である。かかる構成により、連続的に指向方向を切り替えることができるようになる。
【０００９】
また、前記第１〜第３の給電素子には、それぞれスロットを介して対向するように配置されたマイクロストリップ給電線路から前記電流が結合給電されるように上記のアンテナ装置が構成されていてもよい。かかる構成により、各給電素子に直接接続する給電線を配線せずに済むようになり、更なる薄型化が可能になる。
【００１０】
また、前記給電素子は、略円形のマイクロストリップアンテナであってもよい。このように、給電素子の形状は、適宜変形することが可能である。
【００１１】
また、前記第１の給電素子の周囲に、少なくとも前記第２の給電素子が複数配置されていてもよい。このように、第２の給電素子の数は２以上であってもよい。また、第１の給電素子を複数設けてもよい。
【００１２】
また、前記第１の給電素子の周囲に、前記第２及び第３の給電素子が複数配置されていてもよい。このように、第２及び第３の給電素子の数は２以上であってもよい。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、互いに直交する第１及び第２の偏波を発生させる第１の給電素子と、前記第１の偏波を発生させる第２の給電素子と、前記第２の偏波を発生させる第３の給電素子と、を有するアンテナ装置の指向性を制御する制御方法であって、前記第１の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に供給される電流の励振位相と、前記第２の給電素子に供給される電流の励振位相との差を調整すると共に、前記第２の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に供給される電流の励振位相と、前記第３の給電素子に供給される電流の励振位相との差を調整する制御工程を含む、制御方法が提供される。
【００１４】
かかる構成により、直交する偏波の指向性を同時に切り替えることが可能になる。また、励振位相差を利用して指向性を切り替えるため、マイクロストリップアンテナの周囲に配置された寄生素子のリアクタンス値を可変して指向性を切り替える従来のアンテナ装置に比べて素子の数を減らすことが可能になる。その結果、アンテナ装置の小型化が実現される。さらに、上記のアンテナ装置は、２つの直交する偏波を発生させる第１の給電素子を設けていることから、１つの偏波について１次元的に指向性を切り替える一対の給電素子を２セット設ける構成に比べても、アンテナ装置のサイズをより小型化することが可能になる。結果として、小型化及び製造コストの低減が実現される。
【００１５】
前記制御工程では、前記差が連続的に調整されるように制御されてもよい。かかる構成により、指向方向を連続的に切り替えることが可能になる。
【００１６】
また、前記アンテナ装置は、入力端子と、第１及び第２の出力端子とを有し、前記入力端子に入力された電流の位相を調整して前記第１及び第２の出力端子から出力するハイブリッド型の移相器と、前記移相器に接続され、容量値の制御により前記第１及び第２の出力端子から出力される電流の位相差を連続的に可変することが可能な可変容量素子と、を含む、複数の移相手段をさらに有していてもよい。この場合、一の前記移相手段に含まれる移相器が有する第１及び第２の出力端子は、それぞれ、前記第１の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に電流を供給するための給電ポートと、前記第２の給電素子に電流を供給するための給電ポートとに接続され、他の前記移相手段に含まれる移相器が有する第１及び第２の出力端子は、それぞれ、前記第２の偏波を発生させるために前記第１の給電素子に電流を供給するための給電ポートと、前記第３の給電素子に電流を供給するための給電ポートとに接続される。また、前記制御工程では、前記可変容量素子の容量値が制御されることにより前記差が調整される。例えば、９０°ハイブリッドカプラ及び可変容量素子を組み合わせた移相器を利用して給電素子の励振位相差を制御することが可能である。かかる構成により、連続的に指向方向を切り替えることができるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、指向性可変機能を搭載したアンテナ装置のサイズをより小型化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の構成を示した説明図である。
【図２】同実施形態に係るアンテナ装置の通過特性を示した説明図である。
【図３】同実施形態に係るアンテナ装置の動作を示した説明図である。
【図４】同実施形態に係るアンテナ装置の動作を示した説明図である。
【図５】同実施形態に係るアンテナ装置の放射特性を示した説明図である。
【図６】同実施形態に係るアンテナ装置の放射特性を示した説明図である。
【図７】同実施形態の第１変形例に係るアンテナ装置の構成を示した説明図である。
【図８】同変形例に係るアンテナ装置の構成を示した説明図である。
【図９】同変形例に係るアンテナ装置の通過特性を示した説明図である。
【図１０】同変形例に係るアンテナ装置の放射特性を示した説明図である。
【図１１】同実施形態の第２変形例に係るアンテナ装置の構成を示した説明図である。
【図１２】同変形例に係るアンテナ装置の構成を示した説明図である。
【図１３】同変形例に係るアンテナ装置の特性を検証する際に用いた実験条件を示す説明図である。
【図１４】同変形例に係るアンテナ装置の放射特性を示した説明図である。
【図１５】同変形例に係るアンテナ装置の放射特性を示した説明図である。
【図１６】同実施形態に係るアンテナ装置に適用可能な移相器の構成を示した説明図である。
【図１７】同実施形態に係るアンテナ装置に適用可能な移相器の特性を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２０】
［説明の流れについて］
ここで、以下に記載する本発明の実施形態に関する説明の流れについて簡単に述べる。まず、図１〜図６を参照しながら、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１０の構成及び動作について説明する。次いで、図７〜図１０を参照しながら、同実施形態の一変形例（第１変形例）に係るアンテナ装置２０の構成及び動作について説明する。
【００２１】
次いで、図８〜図１５を参照しながら、同実施形態の一変形例（第２変形例）に係るアンテナ装置３０の構成及び動作について説明する。次いで、図１６及び図１７を参照しながら、本実施形態に係るアンテナ装置１０、２０、３０に適用可能な移相器４０の構成及び動作について説明する。
【００２２】
＜１．基本構成＞
まず、基本構成について説明する。
【００２３】
［１−１．アンテナ装置１０の構成］
図１に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、主に、マイクロストリップアンテナ１０１、１０２、１０３と、基板１０４（誘電体基板）とにより構成される。また、マイクロストリップアンテナ１０１には、１つの給電ポート１１１が接続されている。同様に、マイクロストリップアンテナ１０２には、１つの給電ポート１２１が接続されている。一方、マイクロストリップアンテナ１０３には、２つの給電ポート１３１、１３２が接続されている。
【００２４】
また、給電ポート１１１には、マイクロストリップアンテナ１０１を励振させ、ＴＥ０１モードの偏波を発生させる電流が供給される。一方、給電ポート１２１には、マイクロストリップアンテナ１０１を励振させ、ＴＥ０１モードの偏波を発生させる電流が供給される。つまり、マイクロストリップアンテナ１０１、１０２から発せられる偏波は、互いに直交する。また、マイクロストリップアンテナ１０３には、給電ポート１３１からＴＥ０１モードの偏波を発生させる電流が供給され、さらに、給電ポート１３２からＴＥ１０モードの偏波を発生させる電流が供給される。
【００２５】
また、アンテナ装置１０は、図２に示すような通過特性及び反射特性を有する。具体的には、図２の例において、Ｓ１１、Ｓ２２、Ｓ３３、Ｓ４４のグラフが、それぞれ４つの給電ポート１１１、１２１、１３１、１３２の反射特性を示している。また、図２の例において、Ｓ３１のグラフが給電ポート１１１、１３１間の通過特性を示し、Ｓ４２のグラフが給電ポート１２１、１３２間の通過特性を示している。
【００２６】
また、給電ポート１３１に供給される電流の励振位相は、給電ポート１１１に供給される電流の励振位相に対して可変することができる。例えば、給電ポート１１１、１３１に供給される電流の励振位相差を９０°、０°、−９０°などと可変することができる。同様に、給電ポート１３２に供給される電流の励振位相は、給電ポート１２１に供給される電流の励振位相に対して可変することができる。例えば、給電ポート１２１、１３２に供給される電流の励振位相差を９０°、０°、−９０°などと可変することができる。
【００２７】
後述するように、各モードの偏波を発生させる電流の励振位相差をそれぞれ可変することにより、２次元的に指向性を切り替えることが可能になる。また、図１６に例示した移相器４０などを利用し、励振位相差を連続的に可変することも可能である。例えば、給電ポート１１１、１３１間の励振位相差を可変すれば、Ｘ−Ｚ面内で指向性を切り替えることが可能になる。また、給電ポート１２１、１３２間の励振位相差を可変すれば、Ｙ−Ｚ面内で指向性を切り替えることが可能になる。
【００２８】
［１−２．アンテナ装置１０の動作］
以下、アンテナ装置１０の動作及び放射特性について、より具体的に説明する。
【００２９】
例えば、図３に示すように、給電ポート１１１、１３１に供給される電流の励振位相差を９０°、０°、−９０°と可変した場合、ＴＥ０１モードの偏波は、図５に示すように、Ｘ−Ｚ面内で指向性が切り替わる。より具体的に述べると、給電ポート１３１の励振位相を給電ポート１１１の励振位相（０°）に対して９０°可変した場合、図５（Ａ）に示すような放射特性が得られる。
【００３０】
また、給電ポート１３１の励振位相を給電ポート１１１の励振位相（０°）に合わせると、図５（Ｂ）に示すような放射特性が得られる。さらに、給電ポート１３１の励振位相を給電ポート１１１の励振位相（０°）に対して−９０°可変した場合、図５（Ｃ）に示すような放射特性が得られる。なお、指向方向の可変量（角度の変化量）は、マイクロストリップアンテナ１０１、１０３の結合強度に依存する。例えば、マイクロストリップアンテナ１０１、１０３間の距離が短い場合、結合が強くなり、励振位相の可変幅が同じでも、指向方向がより大きく変化する。
【００３１】
また、図４に示すように、給電ポート１２１、１３２に供給される電流の励振位相差を９０°、０°、−９０°と可変した場合、ＴＥ１０モードの偏波は、図６に示すように、Ｙ−Ｚ面内で指向性が切り替わる。より具体的に述べると、給電ポート１３２の励振位相を給電ポート１２１の励振位相（０°）に対して９０°可変した場合、図６（Ａ）に示すような放射特性が得られる。
【００３２】
また、給電ポート１３２の励振位相を給電ポート１２１の励振位相（０°）に合わせると、図６（Ｂ）に示すような放射特性が得られる。さらに、給電ポート１３２の励振位相を給電ポート１２１の励振位相（０°）に対して−９０°可変した場合、図６（Ｃ）に示すような放射特性が得られる。なお、指向方向の可変量（角度の変化量）は、マイクロストリップアンテナ１０２、１０３の結合強度に依存する。例えば、マイクロストリップアンテナ１０２、１０３間の距離が短い場合、結合が強くなり、励振位相の可変幅が同じでも、指向方向がより大きく変化する。
【００３３】
このように、互いに直交する偏波を発生させる給電ポート１１１、１３１と、給電ポート１２１、１３２との組み合わせを有するアンテナ装置１０において、励振位相差を可変することにより、２次元的に指向性を切り替えることが可能になる。なお、説明の都合上、ＴＥ０１モードの偏波に関する指向性の制御と、ＴＥ１０モードの偏波に関する指向性の制御とを分けて説明したが、両者を同時に制御できることは言うまでもない。
【００３４】
また、２つの直交する偏波を発生させるマイクロストリップアンテナ１０３を基準とし、その周囲でＬ字を成すように、それぞれ１つの偏波を発生させるマイクロストリップアンテナ１０１、１０２を配置する構成例を示したが、マイクロストリップアンテナ１０１、１０２、１０３の配置方法はこれに限定されない。例えば、１つの偏波を発生させるマイクロストリップアンテナを基準とし、その周囲に、２つの直交する偏波を発生させるマイクロストリップアンテナを配置する構成例などが考えられる。また、マイクロストリップアンテナの数を４以上にしてもよい。
【００３５】
以上、アンテナ装置１０の構成及び動作について説明した。かかる構成により、２次元的に指向性を切り替えることが可能な小型のアンテナ装置を実現することが可能になる。
【００３６】
特に、励振位相差を利用して指向性を切り替えるため、一対のマイクロストリップアンテナを利用して左右に指向性を可変することが可能になるため、寄生素子のリアクタンスを可変して指向性を切り替えるアンテナ装置に比べて小型化が可能になる。さらに、それぞれ２つの直交する偏波を発生させる２つの給電ポートを備えたマイクロストリップアンテナを利用しているため、２次元的に指向性を切り替えることが可能なアンテナ装置としては格別にサイズを小型化することが可能になる。また、従来のアンテナ装置の場合、設計中心周波数からのずれに応じて指向方向がずれてしまうが、上述したアンテナ装置１０は、こうした従来のアンテナ装置よりも、広帯域にわたって切り替えた指向方向を維持することが可能である。
【００３７】
＜２．変形例＃１＞
次に、アンテナ装置１０の給電方法を結合給電に変形したアンテナ装置２０の構成（変形例＃１）について説明する。
【００３８】
［２−１．アンテナ装置２０の構成］
図７に示すように、変形例＃１に係るアンテナ装置２０は、主に、マイクロストリップアンテナ２０１、２０２、２０３と、第１基板２０４（誘電体基板）と、第２基板２０５（誘電体基板）と、グラウンド導体２０６と、マイクロストリップライン２１２、２２２、２２５、２３２とにより構成される。
【００３９】
また、第２基板２０５上に配置されたグラウンド導体２０６には、スロット２１１、２２１、２２４、２３１が形成されている。そして、スロット２１１、２２１、２２４、２３１を通じて、第２基板２０５の裏面（グラウンド導体２０６が配置された面と反対の面）に配置されたマイクロストリップライン２１２、２２２、２２５、２３２と、マイクロストリップアンテナ２０１、２０２、２０３とが対向するように配置されている。
【００４０】
より具体的には、スロット２１１によるグラウンド導体２０６の開口部とマイクロストリップライン２１２とが交差する部分が、マイクロストリップアンテナ２０１の給電位置に対向配置される。また、スロット２２１によるグラウンド導体２０６の開口部とマイクロストリップライン２２２とが交差する部分が、マイクロストリップアンテナ２０２の給電位置に対向配置される。さらに、スロット２２４によるグラウンド導体２０６の開口部とマイクロストリップライン２２５とが交差する部分が、マイクロストリップアンテナ２０２の給電位置に対向配置される。そして、スロット２３１によるグラウンド導体２０６の開口部とマイクロストリップライン２３２とが交差する部分が、マイクロストリップアンテナ２０３の給電位置に対向配置される。
【００４１】
また、マイクロストリップライン２１２には、給電ポート２１３が接続されている。この給電ポート２１３からは、例えば、ＴＥ０１モードの偏波を発生させるためにマイクロストリップアンテナ２０１を励振するための電流が供給される。また、マイクロストリップライン２２２には、給電ポート２２３が接続されている。この給電ポート２２３からは、例えば、ＴＥ０１モードの偏波を発生させるためにマイクロストリップアンテナ２０２を励振するための電流が供給される。
【００４２】
また、マイクロストリップライン２２５には、給電ポート２２６が接続されている。この給電ポート２２６からは、例えば、ＴＥ１０モードの偏波を発生させるためにマイクロストリップアンテナ２０２を励振するための電流が供給される。また、マイクロストリップライン２３２には、給電ポート２３３が接続されている。この給電ポート２３３からは、例えば、ＴＥ１０モードの偏波を発生させるためにマイクロストリップアンテナ２０３を励振するための電流が供給される。
【００４３】
なお、図７の構成例では、スロット２１１、２２１をＣ型スロット、スロット２２４、２３１を直線型のスロットとしているが、スロットの形状はこれに限定されない。このような形状にする理由は、各スロットの長さを所定の長さにする必要がある一方で、スロット２２１、２２４の端部が物理的に干渉してしまう可能性があるためである。図７の構成例のようにＣ型スロットを適宜利用することにより、各スロットの配置に自由度が生まれ、結果として各マイクロストリップアンテナの配置の自由度が増すことになる。その結果、マイクロストリップアンテナ間の結合度合いの設計自由度が増すと同時に、アンテナ装置２０の小型化が可能になる。
【００４４】
また、マイクロストリップアンテナ２０１、２０２、２０３と、スロット２１１、２２１、２３１と、マイクロストリップライン２１２、２２２、２３２の配置関係は、例えば、図８のようになる。図８は、Ｚ方向からアンテナ装置２０を透過的に見た図である。上述したように、スロット２２１をＣ型スロットとすることで、スロット２２１、２２４の干渉が回避され、マイクロストリップアンテナ２０２の所望の位置に結合給電されるように構成されている。また、マイクロストリップアンテナ２０１、２０２、２０３への給電線路をマイクロストリップライン２１２、２２２、２２５、２３２で構成しているため、図７に示すように、アンテナ装置２０の薄型化（Ｚ方向の厚み低減）が実現される。
【００４５】
さて、アンテナ装置２０は、図９に示すような通過特性及び反射特性を有する。具体的には、図９の例において、Ｓ１１、Ｓ２２、Ｓ３３、Ｓ４４のグラフが、それぞれ４つの給電ポート２１３、２２３、２２６、２３３（実際には、結合給電により電流が供給される各マイクロストリップアンテナの各給電点；以下同様）の反射特性を示している。また、図９の例において、Ｓ２１のグラフが給電ポート２１３、２２３間の通過特性を示し、Ｓ４３のグラフが給電ポート２２６、２３３間の通過特性を示している。
【００４６】
また、給電ポート２２３に供給される電流の励振位相は、給電ポート２１３に供給される電流の励振位相に対して可変することができる。例えば、給電ポート２１３、２２３に供給される電流の励振位相差を９０°、０°、−９０°などと可変することができる。同様に、給電ポート２２６に供給される電流の励振位相は、給電ポート２３３に供給される電流の励振位相に対して可変することができる。例えば、給電ポート２２６、２３３に供給される電流の励振位相差を９０°、０°、−９０°などと可変することができる。
【００４７】
後述するように、各モードの偏波を発生させる電流の励振位相差をそれぞれ可変することにより、２次元的に指向性を切り替えることが可能になる。また、図１６に例示した移相器４０などを利用し、励振位相差を連続的に可変することも可能である。例えば、給電ポート２１３、２２３間の励振位相差を可変すれば、Ｘ−Ｚ面内で指向性を切り替えることが可能になる。また、給電ポート２２６、２３３間の励振位相差を可変すれば、Ｙ−Ｚ面内で指向性を切り替えることが可能になる。
【００４８】
［２−２．アンテナ装置２０の動作］
以下、アンテナ装置２０の動作及び放射特性について、より具体的に説明する。
【００４９】
例えば、給電ポート２１３、２２３に供給される電流の励振位相差を可変した場合、ＴＥ０１モードの偏波は、図１０に示すように、Ｘ−Ｚ面内で指向性が切り替わる。より具体的に述べると、給電ポート２２３の励振位相を給電ポート２１３の励振位相（０°）に合わせると、図１０（Ａ）に示すような放射特性が得られる。
【００５０】
また、給電ポート２２３の励振位相を給電ポート２１３の励振位相（０°）に対して９０°可変した場合、図１０（Ｂ）に示すような放射特性が得られる。さらに、給電ポート２２３の励振位相を給電ポート２１３の励振位相（０°）に対して２７０°可変した場合、図１０（Ｃ）に示すような放射特性が得られる。そして、給電ポート２２３の励振位相を給電ポート２１３の励振位相（０°）に対して１８０°可変した場合、図１０（Ｄ）に示すような放射特性が得られる。
【００５１】
なお、指向方向の可変量（角度の変化量）は、マイクロストリップアンテナ２０１、２０３の結合強度に依存する。例えば、マイクロストリップアンテナ２０１、２０３間の距離が短い場合、結合が強くなり、励振位相の可変幅が同じでも、指向方向がより大きく変化する。同様に、給電ポート２２６、２３３に供給される電流の励振位相差を可変すると、ＴＥ１０モードの偏波は、Ｙ−Ｚ面内で指向性が切り替わる。
【００５２】
このように、互いに直交する偏波を発生させる給電ポート２１３、２２３と、給電ポート２２６、２３３との組み合わせを有するアンテナ装置２０において、励振位相差を可変することにより、２次元的に指向性を切り替えることが可能になる。
【００５３】
また、２つの直交する偏波を発生させるマイクロストリップアンテナ２０２を基準とし、その周囲でＬ字を成すように、それぞれ１つの偏波を発生させるマイクロストリップアンテナ２０１、２０３を配置する構成例を示したが、マイクロストリップアンテナ２０１、２０２、２０３の配置方法はこれに限定されない。例えば、１つの偏波を発生させるマイクロストリップアンテナを基準とし、その周囲に、２つの直交する偏波を発生させるマイクロストリップアンテナを配置する構成例などが考えられる。また、マイクロストリップアンテナの数を４以上にしてもよい。
【００５４】
以上、アンテナ装置２０の構成及び動作について説明した。かかる構成により、２次元的に指向性を切り替えることが可能な小型のアンテナ装置を実現することが可能になる。
【００５５】
特に、励振位相差を利用して指向性を切り替えるため、一対のマイクロストリップアンテナを利用して左右に指向性を可変することが可能になるため、寄生素子のリアクタンスを可変して指向性を切り替えるアンテナ装置に比べて小型化が可能になる。さらに、それぞれ２つの直交する偏波を発生させる２つの給電点を備えたマイクロストリップアンテナを利用しているため、２次元的に指向性を切り替えることが可能なアンテナ装置としては格別にサイズを小型化することが可能になる。
【００５６】
さらに、給電方式を結合給電としているため、マイクロストリップラインによる給電が可能になり、マイクロストリップアンテナに給電線を直接接続する構成に比べ、アンテナ装置の更なる薄型化が可能になる。また、上述したアンテナ装置１０と同様、アンテナ装置２０は、従来のアンテナ装置よりも、広帯域にわたって切り替えた指向方向を維持することが可能である。
【００５７】
＜３．変形例＃２＞
次に、アンテナ装置２０が有するマイクロストリップアンテナの形状を略円形に変形したアンテナ装置３０の構成（変形例＃２）について説明する。
【００５８】
［３−１．アンテナ装置３０の構成］
図１１に示すように、変形例＃２に係るアンテナ装置３０は、主に、マイクロストリップアンテナ３０１、３０２、３０３と、第１基板３０４（誘電体基板）と、第２基板３０５（誘電体基板）と、グラウンド導体３０６と、マイクロストリップライン３１２、３２２、３２５、３３２と、反射板３０７とにより構成される。なお、図１１の構成例ではバックローブを低減するために反射板３０７を設けているが、適宜省略してもよい。
【００５９】
また、第２基板３０５上に配置されたグラウンド導体３０６には、スロット３１１、３２１、３２４、３３１が形成されている。そして、スロット３１１、３２１、３２４、３３１を通じて、第２基板３０５の裏面（グラウンド導体３０６が配置された面と反対の面）に配置されたマイクロストリップライン３１２、３２２、３２５、３３２と、マイクロストリップアンテナ３０１、３０２、３０３とが対向するように配置されている。
【００６０】
より具体的には、スロット３１１によるグラウンド導体３０６の開口部とマイクロストリップライン３１２とが交差する部分が、マイクロストリップアンテナ３０１の給電位置に対向配置される。また、スロット３２１によるグラウンド導体３０６の開口部とマイクロストリップライン３２２とが交差する部分が、マイクロストリップアンテナ３０２の給電位置に対向配置される。さらに、スロット３２４によるグラウンド導体３０６の開口部とマイクロストリップライン３２５とが交差する部分が、マイクロストリップアンテナ３０２の給電位置に対向配置される。そして、スロット３３１によるグラウンド導体３０６の開口部とマイクロストリップライン３３２とが交差する部分が、マイクロストリップアンテナ３０３の給電位置に対向配置される。
【００６１】
また、マイクロストリップライン３１２には、給電ポート３１３が接続されている。この給電ポート３１３からは、例えば、ＴＥ０１モードの偏波を発生させるためにマイクロストリップアンテナ３０１を励振するための電流が供給される。また、マイクロストリップライン３２２には、給電ポート３２３が接続されている。この給電ポート３２３からは、例えば、ＴＥ０１モードの偏波を発生させるためにマイクロストリップアンテナ３０２を励振するための電流が供給される。
【００６２】
また、マイクロストリップライン３２５には、給電ポート３２６が接続されている。この給電ポート３２６からは、例えば、ＴＥ１０モードの偏波を発生させるためにマイクロストリップアンテナ３０２を励振するための電流が供給される。また、マイクロストリップライン３３２には、給電ポート３３３が接続されている。この給電ポート３３３からは、例えば、ＴＥ１０モードの偏波を発生させるためにマイクロストリップアンテナ３０３を励振するための電流が供給される。
【００６３】
なお、図１１の構成例では、スロット３１１、３２１、３２４、３３１をＣ型スロットとしているが、スロットの形状はこれに限定されない。また、マイクロストリップアンテナ３０１、３０２、３０３と、スロット３１１、３２１、３３１と、マイクロストリップライン３１２、３２２、３３２の配置関係は、例えば、図１２のようになる。図１２は、Ｚ方向からアンテナ装置３０を透過的に見た図である。図１２に示すように、スロット３１１、３２１、３２４、３３１の形状が全てＣ型である点、及びマイクロストリップアンテナ３０１、３０２、３０３の形状が略円形である点を除いて、上述したアンテナ装置２０と実質的に同じである。
【００６４】
また、給電ポート３２３に供給される電流の励振位相は、給電ポート３１３に供給される電流の励振位相に対して可変することができる。例えば、給電ポート３１３、３２３に供給される電流の励振位相差を９０°、０°、−９０°などと可変することができる。同様に、給電ポート３２６に供給される電流の励振位相は、給電ポート３３３に供給される電流の励振位相に対して可変することができる。例えば、給電ポート３２６、３３３に供給される電流の励振位相差を９０°、０°、−９０°などと可変することができる。
【００６５】
後述するように、各モードの偏波を発生させる電流の励振位相差をそれぞれ可変することにより、２次元的に指向性を切り替えることが可能になる。また、図１６に例示した移相器４０などを利用し、励振位相差を連続的に可変することも可能である。例えば、給電ポート３１３、３２３間の励振位相差を可変すれば、Ｘ−Ｚ面内で指向性を切り替えることが可能になる。また、給電ポート３２６、３３３間の励振位相差を可変すれば、Ｙ−Ｚ面内で指向性を切り替えることが可能になる。
【００６６】
［３−２．アンテナ装置３０の動作］
以下、アンテナ装置３０の動作及び放射特性について、より具体的に説明する。ここでは、図１３に例示した実験条件に基づく放射特性を示す。
【００６７】
（実験条件）
まず、Ｘ方向の基板長さｄＸ、Ｙ方向の基板長さｄＹ、基板間の空気層を含む厚みｄＺ、第１基板３０４と第２基板３０５との間の間隔ｄＡ１、第２基板３０５と反射板３０７との間の間隔ｄＡ２、基板厚さｄＤを図１１のように定義する。また、円形のマイクロストリップアンテナ３０１、３０２、３０３の直径２ｒ、マイクロストリップアンテナ３０１、３０２、３０３それぞれの間隔Ｄを図１２のように定義する、さらに、Ｃ型に形成したスロット３１１、３２１、３２４、３３１の寸法ａ，ｂ、及びマイクロストリップライン３１２、３２２、３２５、３３２の幅ｗを図１３のように定義する。
【００６８】
そして、２．６ＧＨｚにおける自由空間内の波長をλ０、誘電体基板の比誘電率をεｒとして、図１３に示すように実験条件を定めた。具体的には、εｒ＝２．６、ｄＸ＝ｄＹ＝１８０［ｍｍ］、ｄＺ＝１０［ｍｍ］、ｄＡ１＝５［ｍｍ］、ｄＡ２＝３．４［ｍｍ］、ｄＤ＝０．８［ｍｍ］、２ｒ＝５４［ｍｍ］、Ｄ＝７８［ｍｍ］、ａ＝１８［ｍｍ］、ｂ＝１０［ｍｍ］、ｗ＝２．３［ｍｍ］と設定し、アンテナ装置３０の放射特性を測定した。
【００６９】
給電ポート３１３、３２３に供給される電流の励振位相差を可変した場合、ＴＥ０１モードの偏波は、図１４に示すように、Ｘ−Ｚ面内で指向性（アンテナゲインのピーク位置）が切り替わる。なお、図１４に示した角度θは、＋Ｚ方向をθ＝０°とするＸ−Ｚ面内の傾きを示している。なお、周波数２．５ＧＨｚ、２．６ＧＨｚ、２．７ＧＨｚの３通りについてアンテナゲインの測定値を示している。
【００７０】
より具体的に述べると、給電ポート３２３の励振位相を給電ポート３１３の励振位相（０°）に合わせると、図１４（Ａ）に示すような放射特性が得られる。また、給電ポート３２３の励振位相を給電ポート３１３の励振位相（０°）に対して９０°可変した場合、図１４（Ｂ）に示すような放射特性が得られる。さらに、給電ポート３２３の励振位相を給電ポート３１３の励振位相（０°）に対して２７０°可変した場合、図１４（Ｃ）に示すような放射特性が得られる。
【００７１】
同様に、給電ポート３２６、３３３に供給される電流の励振位相差を可変した場合、ＴＥ１０モードの偏波は、図１５に示すように、Ｙ−Ｚ面内で指向性（アンテナゲインのピーク位置）が切り替わる。なお、図１５に示した角度θは、＋Ｚ方向をθ＝０°とするＹ−Ｚ面内の傾きを示している。なお、周波数２．５ＧＨｚ、２．６ＧＨｚ、２．７ＧＨｚの３通りについてアンテナゲインの測定値を示している。
【００７２】
より具体的に述べると、給電ポート３３３の励振位相を給電ポート３２６の励振位相（０°）に合わせると、図１５（Ａ）に示すような放射特性が得られる。また、給電ポート３３３の励振位相を給電ポート３２６の励振位相（０°）に対して９０°可変した場合、図１５（Ｂ）に示すような放射特性が得られる。さらに、給電ポート３３３の励振位相を給電ポート３２６の励振位相（０°）に対して２７０°可変した場合、図１５（Ｃ）に示すような放射特性が得られる。
【００７３】
このように、互いに直交する偏波を発生させる給電ポート３１３、３２３と、給電ポート３２６、３３３との組み合わせを有するアンテナ装置３０において、励振位相差を可変することにより、２次元的に指向性を切り替えることが可能になる。
【００７４】
また、２つの直交する偏波を発生させるマイクロストリップアンテナ３０２を基準とし、その周囲でＬ字を成すように、それぞれ１つの偏波を発生させるマイクロストリップアンテナ３０１、３０３を配置する構成例を示したが、マイクロストリップアンテナ３０１、３０２、３０３の配置方法はこれに限定されない。例えば、１つの偏波を発生させるマイクロストリップアンテナを基準とし、その周囲に、２つの直交する偏波を発生させるマイクロストリップアンテナを配置する構成例などが考えられる。また、マイクロストリップアンテナの数を４以上にしてもよい。
【００７５】
以上、アンテナ装置３０の構成及び動作について説明した。かかる構成により、上述したアンテナ装置１０、２０と同様、２次元的に指向性を切り替えることが可能な小型のアンテナ装置を実現することが可能になる。また、アンテナ装置３０は、より広い動作周波数帯域で動作することが可能である。さらに、反射板３０７を設けたことにより、バックローブを抑制することが可能になる。また、上述したアンテナ装置１０と同様、アンテナ装置３０は、従来のアンテナ装置よりも、広帯域にわたって切り替えた指向方向を維持することが可能である。
【００７６】
＜４．移相器４０の構成＞
次に、上述したアンテナ装置１０、２０、３０における励振位相差の制御に利用可能な移相器４０の構成について説明する。
【００７７】
図１６に示すように、移相器４０は、入力端子４０１と、９０°ハイブリッドカプラ４０２、４１２と、バイアス回路４０３、４０５、４１３、４１５と、可変容量素子４０４、４０６、４１４、４１６と、出力端子４０７、４１７とにより構成される。
【００７８】
入力端子４０１には、あるモードでマイクロストリップアンテナを励振させる電流が入力される。一方、出力端子４０７、４１７は、それぞれ２つの給電ポートに接続される。
【００７９】
例えば、アンテナ装置１０に移相器４０を適用する場合について考えてみたい。アンテナ装置１０は、図１に示すように、ＴＥ０１モードの偏波を発生させるための電流を供給する給電ポート１１１、１３１、及びＴＥ１０モードの偏波を発生させるための電流を供給する給電ポート１２１、１３２を有する。この場合、アンテナ装置１０には、２つの移相器４０が接続される。
【００８０】
一方の移相器４０が有する２つの出力端子４０７、４１７は、それぞれ給電ポート１１１、１３１に接続される。そして、この移相器４０が有する入力端子４０１には、ＴＥ０１モードでマイクロストリップアンテナを励振させるための電流が供給される。他方の移相器４０が有する２つの出力端子４０７、４１７は、それぞれ給電ポート１２１、１３２に接続される。そして、この移相器４０が有する入力端子４０１には、ＴＥ１０モードでマイクロストリップアンテナを励振させるための電流が供給される。
【００８１】
入力端子４０１から入力された信号（電流）は、２つに分配され、それぞれ９０°ハイブリッドカプラ４０２、４１２を介して出力端子４０７、４１７に出力される。また、各９０°ハイブリッドカプラ４０２、４１２には、可変容量素子４０４、４０６、４１４、４１６（バリキャップダイオード）及びバイアス回路４０３、４０５、４１３、４１５が接続されており、バイアス線路を介して直流バイアスを供給し、電圧を調整することで容量値を可変することができる。そして、容量値の可変に応じて出力端子４０７、４１７に出力される信号の位相差が０°、９０°、−９０°などと可変される。
【００８２】
その結果、移相器４０の出力端子４０７、４１７が接続された給電ポート１１１、１３１には、０°、９０°、−９０°など、励振位相差を有する電流が供給される。また、可変容量素子４０４、４０６、４１４、４１６の容量値を連続的に可変することで、励振位相差を連続的に変化させることが可能である。なお、図１６に示した移相器４０を利用すると、図１７に示すように、容量値の調整により励振位相差を可変することができる。なお、ここではアンテナ装置１０に移相器４０を適用する方法を示したが、アンテナ装置２０、３０に適用する場合も同様である。
【００８３】
＜５．効果＞
以上、本実施形態に係るアンテナ装置１０、２０、３０の構成及び動作について説明した。上記のように、本実施形態に係るアンテナ装置１０、２０、３０の構成を適用すると、２次元的に指向性を可変することが可能な小型及び薄型のアンテナ装置が実現される。また、バリキャップダイオードにより移相を調整する９０°ハイブリッドカプラで構成された移相器４０を適用することで、連続的にアンテナの励振位相差を切り替え、アンテナの指向性を可変することが可能になる。また、従来のアンテナ装置の場合、設計中心周波数からのずれに応じて指向方向がずれてしまうが、上述した本実施形態に係るアンテナ装置は、こうした従来のアンテナ装置よりも、広帯域にわたって切り替えた指向方向を維持することが可能である。
【００８４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００８５】
１０    アンテナ装置
１０１、１０２、１０３    マイクロストリップアンテナ
１０４    基板
１１１、１２１、１３１、１３２    給電ポート
２０    アンテナ装置
２０１、２０２、２０３    マイクロストリップアンテナ
２０４    第１基板
２０５    第２基板
２０６    グラウンド導体
２１１、２２１、２２４、２３１    スロット
２１２、２２２、２２５、２３２    マイクロストリップライン
２１３、２２３、２２６、２３３    給電ポート
３０    アンテナ装置
３０１、３０２、３０３    マイクロストリップアンテナ
３０４    第１基板
３０５    第２基板
３０６    グラウンド導体
３０７    反射板
３１１、３２１、３２４、３３１    スロット
３１２、３２２、３２５、３３２    マイクロストリップライン
３１３、３２３、３２６、３３３    給電ポート
４０    移相器
４０１    入力端子
４０２、４１２    ９０°ハイブリッドカプラ
４０３、４０５、４１３、４１５    バイアス回路
４０４、４０６、４１４、４１６    可変容量素子
４０７、４１７    出力端子
【図１】
2013201496.tif 000003
【図２】
2013201496.tif 000004
【図３】
2013201496.tif 000005
【図４】
2013201496.tif 000006
【図５】
2013201496.tif 000007
【図６】
2013201496.tif 000008
【図７】
2013201496.tif 000009
【図８】
2013201496.tif 000010
【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】
2013201496.tif 000015
【図１４】
2013201496.tif 000016
【図１５】
2013201496.tif 000017
【図１６】
2013201496.tif 000018
【図１７】
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