(57)【要約】小型かつ平面な構成で高利得化を実現し、主ビーム方向の切替が可能なアンテナ装置。同一平面上に１０１ａ〜１０１ｄ、１０２ａ〜１０２ｄ、１０３ａ〜１０３ｄから構成されるひし形アンテナ部を並べて配置し、ひし形アンテナ部間を線状連結素子１０４ａ〜１０４ｄにより接続する。両端に配置したひし形アンテナ部の一組の頂点に線状迂回素子１０５ａ、１０５ｂを接続する。ひし形アンテナ部のいずれかのうち、他方の対向する２組の頂点に給電部１０６ａ、１０６ｂを設け、他のひし形アンテナ部の対向する頂点は線状素子により接続する。ひし形アンテナ部の配置面と平行に、距離ｈ隔てた位置に反射板を配置する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ使用周波数の略１／４波長から略３／８波長の長さを有する４本の線状素子が同一平面上においてひし形形状に配置され、かつ前記４本の線状素子のうち第１線状素子と第２線状素子が接続され、第３線状素子と第４線状素子が接続されたひし形アンテナ部を複数備え、
前記複数のひし形アンテナ部の間は、所定の長さを有する線状連結素子で接続され、
前記連結された複数のひし形アンテナ部の端部には、全長が所定の長さを有する折り返し形状の線状迂回素子が接続され、
前記複数のひし形形状素子が配置された平面から所定の間隔を隔てて、前記平面に対して略平行に反射板が配置され、
前記複数のひし形アンテナ部のうちいずれかの前記第１線状素子と前記第２線状素子の接続部に給電する第１給電手段と、
前記第３線状素子と前記第４線状素子の接続部に給電する第２給電手段と、
前記第１給電手段と第２給電手段とを選択的に切替る切替手段と、
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記複数のひし形アンテナ部の前記第１線状素子と前記第２線状素子の接続部に給電する複数の第１給電手段と、
前記第３線状素子と前記第４線状素子の接続部に給電する複数の第２給電手段と、
前記複数の第１給電手段と第２給電手段とを選択的に切替る切替手段と、
を備える請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
所定の誘電率を持つ誘電体基板と、
前記誘電体基板面に形成された導体層を有しており、
前記導体層には、それぞれ使用周波数の略１／４波長から略３／８波長の長さを有する４本のスロット素子がひし形形状に配置され、かつ前記４本のスロット素子のうち第１スロット素子と第２スロット素子が接続され、第３スロット素子と第４スロット素子が接続されたひし形スロットアンテナ部が複数設けられており、
前記複数のひし形スロットアンテナ部の間は、所定の長さを有するスロット連結素子で接続され、
前記連結された複数のひし形スロットアンテナ部の端部には、全長が所定の長さを有する折り返し形状のスロット迂回素子が接続され、
前記誘電体基板面から所定の間隔を隔てて、前記誘電体基板面に略平行に反射板が配置されており、
前記複数のひし形スロットアンテナ部のうちいずれかの前記第１スロット素子と前記第２スロット素子の接続部に給電する第１給電手段と、
前記第３スロット素子と前記第４スロット素子の接続部に給電する第２給電手段と、
前記第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替る切替手段と、を備えるアンテナ装置。
【請求項４】
前記複数のひし形スロットアンテナ部の前記第１スロット素子と前記第２スロット素子の接続部に給電する複数の第１給電手段と、
前記第３スロット素子と前記第４スロット素子の接続部に給電する複数の第２給電手段と、
前記複数の第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替る切替手段と、を備える請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記給電手段として、前記誘電体基板の前記導体層が形成された面の裏面に設けられたマイクロストリップラインが用いられる請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記マイクロストリップラインは、前記ひし形スロットアンテナ部との結合部から略１／４波長の奇数倍の位置で、短絡と給電とを切替る切替手段を備える請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記マイクロストリップラインは、前記ひし形スロットアンテナ部との結合部から略１／２波長の整数倍の位置で、開放と給電とを切替る切替手段を備える請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記複数のひし形スロットアンテナ部の少なくとも１つにおいて、
ひし形スロットアンテナ部に囲まれた内側の導体層と外側の導体層とが、前記４本のスロット素子の略中央にそれぞれ銅箔パターンで形成された導体により接続される請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記複数のひし形スロットアンテナ部の少なくとも１つにおいて、
前記第１給電手段に替えて、前記導体が接続された前記第１スロット素子と前記第２スロット素子の導体間のスロット素子上に給電する第３給電手段と、
前記第２給電手段に替えて、前記導体が接続された前記第３スロット素子と前記第４スロット素子の導体間のスロット素子上に給電する第４給電手段と、
前記第３給電手段と第４給電手段を選択的に切替る切替手段と、を備える請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記ひし形アンテナ部は、
正方形、四角形、平行四辺形、台形、湾曲形、又は円形のアンテナ部である請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記ひし形スロットアンテナ部は、
正方形、四角形、平行四辺形、台形、湾曲形、又は円形のスロットアンテナ部である請求項３に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  主ビーム方向の切替が可能な小型平面アンテナ装置であり、例えば路車間通信や車車間通信等の高速無線通信用アンテナに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、２５ＧＨｚ帯や６０ＧＨｚ帯などを利用した路車間通信システムや車車間通信システムが検討されている。これらの通信システムでは、車両に搭載されるアンテナ装置は道路に比較的近い位置、例えばバンパー内に設置されるため、路面からの反射が無視できず、フェージングにより伝送品質が劣化してしまうという課題がある。したがって、車両に搭載するアンテナ装置としては路面の鉛直方向に対して指向性が狭く、かつ小型な構造であることが求められる。また、通信距離を拡大するために高利得であることや道路形状は直線以外にもカーブが想定されることから道路形状に応じて水平面内においてビーム方向を切替できることが望ましい。【０００３】  これまで、平面かつ小型で高利得を実現するためのアンテナとして、平面パッチアレーアンテナが知られている。このアンテナは、主放射方向に対して垂直な面内に複数のアンテナ素子を配列し分配給電を行うことで、主放射方向のビームの指向性を狭くし高利得化を図ったものである（例えば、特許文献１参照）。【０００４】  また、ビーム切替が可能なアンテナとして、パッチ八木宇田アレーアンテナが提案されている（例えば、特許文献２参照）。図２０は、特許文献２に記載のパッチ八木宇田アレーアンテナの構成を示す図である。給電素子２００１ａ〜２００１ｄ、無給電素子２００２、無給電素子群２００３ａ〜２００３ｄから構成されており、八木宇田アンテナの大部分を占める導波器（無給電素子）を共有することでアンテナ装置の小型化を図っている。また、給電素子２００１ａ〜２００１ｄの給電を切替ることによって、同図のアンテナ装置では４方向にビームの切替を行うことが可能となる。【０００５】  また、他のビーム切替アンテナとして、迂回素子装荷ループアンテナが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。図２１は、非特許文献１に記載の迂回素子装荷ループアンテナの構成を示す図である。線状素子２１０１ａ〜２１０１ｄが図のようにひし形形状に配置され、線状迂回素子２１０２ａは線状素子２１０１ａと２１０１ｃの間に接続されており、線状迂回素子２１０２ｂは線状素子２１０１ｂと２１０１ｄの間に接続されている。また、線状素子２１０１ａと２１０１ｂの間に給電部２１０３ａを設け、線状素子２１０１ｃと２１０１ｄの間に給電部２１０３ｂを設けてある。上記のように構成されたアンテナ素子と平行に反射板２１０４が配置される。このようにアンテナ装置を構成し、給電部２１０３ａと２１０３ｂの切替を行うことで２方向に主ビームを切替ることが可能となる。これにより、平面かつ小型な構成でビームの切替を行うことができる。【０００６】
【特許文献１】特開平６−３３４４３４号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２９１９号公報
【非特許文献１】電子情報通信学会  信学技報  Ａ−Ｐ２００３−１５７  ２００３年１１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかしながら、上記特許文献１に記載の平面パッチアレーアンテナは、主ビーム方向を切替ることができないので、車両の走行状態によっては伝送品質が著しく劣化するという課題がある。また、分配給電によるアレー構成のため、給電ロスによる影響が大きくなるという課題もある。【０００８】  また、上記特許文献２に記載のパッチ八木宇田アレーアンテナは、高利得化を実現するためには素子数を増やす必要があり、アンテナサイズが大きくなってしまうという課題がある。【０００９】  また、上記非特許文献１に記載の迂回素子装荷ループアンテナは、ビーム幅が広いため、路面からの反射を受けやすいという課題がある。このため、さらなる狭指向性化が必要である。【００１０】  本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、小型かつ平面な構成で高利得化を実現し、主ビーム方向の切替が可能な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】
【００１１】  前記従来の課題を解決するために、本発明のアンテナ装置は以下に述べる特徴を有する。第１に、それぞれ使用周波数の略１／４波長から略３／８波長の長さを有する４本の線状素子が同一平面上においてひし形形状に配置され、かつ４本の線状素子のうち第１線状素子と第２線状素子が接続され、第３線状素子と第４線状素子が接続されたひし形アンテナ部を複数備え、複数のひし形アンテナ部の間は、所定の長さを有する線状連結素子で接続され、連結された複数のひし形アンテナ部の端部には、全長が所定の長さを有する折り返し形状の線状迂回素子が接続され、前記複数のひし形形状素子が配置された平面から所定の間隔を隔てて、平面に対して略平行に反射板が配置され、複数のひし形アンテナ部のうちいずれかの第１線状素子と第２線状素子の接続部に給電する第１給電手段と、第３線状素子と第４線状素子の接続部に給電する第２給電手段と、第１給電手段と第２給電手段とを選択的に切替る切替手段とを備える構成を採る。【００１２】  この構成によれば、小型かつ平面なアンテナ装置で高利得化を実現することができる。また、第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替ることにより、２方向に主ビームを切替ることが可能となる。さらに、主ビームの水平方向の角度を変化させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】  以上の説明より、本発明のアンテナ装置は、小型かつ平面な構成で高利得化を実現し、２方向に主ビームを切替ることが可能となる。また、主ビームの水平方向の角度を切替ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の電流振幅及び電流位相を示す図
【図３】本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の指向性を示す図
【図４】線状連結素子長を変化させた場合のＦ／Ｂ比・指向性利得を示す図
【図５】本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置で＋Ｙ側のひし形アンテナ部に給電部を設けた構成図
【図６】＋Ｙ側のひし形アンテナ部に給電部を設けた場合の指向性を示す図
【図７】本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置で−Ｙ側のひし形アンテナ部に給電部を設けた構成図
【図８】−Ｙ側のひし形アンテナ部に給電部を設けた場合の指向性を示す図
【図９】本発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の構成図
【図１０】本発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の給電部の切替動作を示したフローチャート
【図１１】本発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の構成図
【図１２】本発明の実施の形態４に係るアンテナ装置を−Ｚ側面から見た平面図
【図１３】本発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の指向性を示す図
【図１４】本発明の実施の形態５に係るアンテナ装置を＋Ｚ側面から見た平面図
【図１５】本発明の実施の形態５に係るアンテナ装置を−Ｚ側面から見た平面図
【図１６】本発明の実施の形態５に係るアンテナ装置の給電部の切替動作を示したフローチャート
【図１７】本発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の構成図
【図１８】本発明の実施の形態６に係るアンテナ装置を−Ｚ側面から見た平面図
【図１９】本発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の指向性を示す図
【図２０】特許文献２に示されるパッチ八木宇田アレーアンテナの構成図
【図２１】非特許文献１に示される迂回素子装荷ループアンテナの構成図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  以下、本発明の実施の形態のアンテナ装置について、図面を用いて説明する。【００１６】  （実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す図である。以下、アンテナを例えばεｒ＝２．２６の誘電体基板上に作成した場合について、その動作周波数を２５ＧＨｚ、１波長（１実効波長）を８．６ｍｍとして説明する。また、説明の都合上、図１に示すような座標軸を定義している。【００１７】  図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す平面図である。この図において、線状素子１０１ａ〜１０１ｄ、１０２ａ〜１０２ｄ、１０３ａ〜１０３ｄは、素子長Ｌ１が約１／３波長（２．８ｍｍ）で、素子幅が例えば０．２ｍｍの導体である。これらの線状素子１０１ａ〜１０１ｄ、１０２ａ〜１０２ｄ、１０３ａ〜１０３ｄは、図１（ａ）に示すように正方形形状に配置される。【００１８】  線状連結素子１０４ａ〜１０４ｄは、素子長Ｌ２が約２／５波長（３．３ｍｍ）で、素子幅が例えば０．２ｍｍの導体である。線状連結素子１０４ａは、線状素子１０１ａと線状素子１０２ｂの間に接続され、線状連結素子１０４ｂは、線状素子１０１ｂと線状素子１０３ａの間に接続され、線状連結素子１０４ｃは、線状素子１０１ｃと線状素子１０２ｄの間に接続され、線状連結素子１０４ｄは、線状素子１０１ｄと線状素子１０３ｃの間に接続される。【００１９】  線状迂回素子１０５ａ及び１０５ｂは、全長が約２／５波長（３．３ｍｍ）で、長さＬ３が約１／５波長（１．７ｍｍ）の折り返し形状の導体であり、素子幅が例えば０．２ｍｍである。線状迂回素子１０５ａは、線状素子１０２ａと線状素子１０２ｃの間に接続され、線状迂回素子１０５ｂは、線状素子１０３ｂと線状素子１０３ｄの間に接続される。【００２０】  給電部１０６ａは、線状素子１０１ａと１０１ｂの間に設けられ、給電部１０６ｂは、線状素子１０１ｃと１０１ｄの間に設けられる。なお、線状素子１０２ａと１０２ｂ、線状素子１０２ｃと１０２ｄ、線状素子１０３ａと１０３ｂ、線状素子１０３ｃと１０３ｄは接続されている。【００２１】  以上のように構成された、線状素子１０１ａ〜１０１ｄ、１０２ａ〜１０２ｄ、１０３ａ〜１０３ｄと、線状連結素子１０４ａ〜１０４ｄと、線状迂回素子１０５ａ及び１０５ｂと、給電部１０６ａ及び１０６ｂにより、ひし形アンテナ部を接続しアレー構成にした線状アンテナ素子が構成される。【００２２】  上記ひし形アンテナ部には、上述した正方形形状を含む矩形全般が該当し、例示すれば、四角形や正方形や平行四辺形や台形、さらには、湾曲又は丸形も含むアンテナ部である。以下に、ひし形アンテナ部と記述する場合は、これら四角形や正方形や平行四辺形や台形、さらには、湾曲又は丸形も含むアンテナ部の総称として、説明の便宜上呼称している。【００２３】  給電部１０６ａから線状アンテナ素子が励振される場合、給電部１０６ｂは短絡され、線状素子１０１ｃと１０１ｄは接続するように動作する。逆に、給電部１０６ｂから線状アンテナ素子が励振される場合、給電部１０６ａは短絡され、線状素子１０１ａと１０１ｂは接続するように動作する。このように給電部を切替て線状アンテナ素子を励振させることにより、１つの線状アンテナ素子で主ビームを２方向に切替ることが可能となる。【００２４】  図１（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す矢視図であり、図１（ａ）の＋Ｘ側から見た図である。この図において、誘電体基板１０７は厚みｔが約０．０５波長（０．４ｍｍ）であり、線状アンテナ素子が配置された面（ＸＹ平面）に平行に−Ｚ側に配置される。また、反射板１０８は、線状アンテナ素子が配置された面（ＸＹ平面）から距離ｈが約０．６波長（５ｍｍ）だけ−Ｚ側に離れた位置に配置された導体板である。【００２５】  次に、上述したアンテナ装置の動作について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態１において、給電部１０６ａを励振、給電部１０６ｂを短絡とした場合における線状アンテナ素子上の電流分布を示す図であり、図２（ａ）は電流振幅特性、図２（ｂ）は電流位相特性を示している。なお、図２の横軸に示されている記号（Ａ）〜（Ｆ）は、図１に示されている記号（Ａ）〜（Ｆ）の位置と対応している。【００２６】  図２（ａ）において、電流振幅特性２０１ａは、線状素子１０３ａ及び１０３ｂ上の電流振幅を示しており、（Ｅ）点で電流振幅がピーク値を取ることが確認できる。以下同様に、特性２０１ｂは線状素子１０１ａ及び１０１ｂ上の電流振幅、特性２０１ｃは線状素子１０２ａ及び１０２ｂ上の電流振幅、特性２０１ｄは線状素子１０２ｃ及び１０２ｄ上の電流振幅、特性２０１ｅは線状素子１０１ｃ及び１０１ｄ上の電流振幅、特性２０１ｆは線状素子１０３ｃ及び１０３ｄ上の電流振幅を示しており、それぞれ（Ａ）点、（Ｃ）点、（Ｄ）点、（Ｂ）点、（Ｆ）点でピーク値を取ることが確認できる。【００２７】  また、図２（ｂ）において、電流位相特性２０２はＹ方向成分の電流位相を示している。ここで、位相２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄ、２０３ｅ、２０３ｆは、それぞれ（Ｅ）点、（Ａ）点、（Ｃ）点、（Ｄ）点、（Ｂ）点、（Ｆ）点における電流位相である。【００２８】  図２（ｂ）より、図１における−Ｘ側に配置された線状素子上のピーク点、すなわち（Ａ）点、（Ｃ）点、（Ｅ）点における位相２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃがほぼ一致しており、＋Ｘ側に配置された線状素子上のピーク点、すなわち（Ｂ）点、（Ｄ）点、（Ｆ）点における位相２０３ｄ、２０３ｅ、２０３ｆがほぼ一致していることが確認できる。このとき、位相２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃと、位相２０３ｄ、２０３ｅ、２０３ｆの間には、約１４０度の位相差が生じていることが確認できる。これにより、本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置は、給電部１０６ａにより励振された場合、＋Ｘ側へチルトしたビームが得られ、ビームチルトアンテナとして動作することになる。なお、給電部１０６ｂにより励振される場合は、−Ｘ側へチルトしたビームが得られることになる。【００２９】  図３は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。図３（ａ）は、垂直（ＸＺ）面の指向性を、図３（ｂ）は仰角θが７０度における円錐面の指向性を示している。【００３０】  図３（ａ）において、実線で示す指向性３０１ａは、給電部１０６ａから線状アンテナ素子を励振し、給電部１０６ｂを短絡したときの水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、仰角θが７０度の方向にチルトした主ビームを得られることが確認できる。また、点線で示す指向性３０１ｂは、給電部１０６ｂから線状アンテナ素子を励振し、給電部１０６ａを短絡したときの水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、仰角θが７０度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。【００３１】  図３（ｂ）において、実線で示す指向性３０２ａは、図３（ａ）の指向性３０１ａと同様に、給電部１０６ａから線状アンテナ素子を励振し、給電部１０６ｂを短絡したときの水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、主ビームが＋Ｘ方向に向いていることが確認できる。また、点線で示す指向性３０２ｂは、図３（ａ）の指向性３０１ｂと同様に、給電部１０６ｂから線状アンテナ素子を励振し、給電部１０６ａを短絡したときの水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、主ビームが−Ｘ方向に向いていることが確認できる。このとき、指向性３０２ａ及び３０２ｂのどちらも、主ビームの指向性利得は１４ｄＢｉ、円錐面の半値角は２０度、Ｆ／Ｂ比（主ビームとバックローブの比）は１１ｄＢである。【００３２】  ここで、非特許文献１では、迂回素子装荷ループアンテナの指向性利得が１０．５ｄＢｉ、円錐面の半値角が約６０度であると示されていることから、本実施の形態１に示すアンテナ装置のように、ひし形アンテナ部を接続しアレー構成にすることで、高利得化・狭指向性化を実現できることがわかる。【００３３】  図４は、線状連結素子１０４ａ〜１０４ｄの長さを２．８ｍｍ〜３．７ｍｍまで変化させたときの指向性利得とＦ／Ｂ比の関係を示す図である。この図より、指向性利得４０１の変化幅は小さいが、Ｆ／Ｂ比４０２の変化幅が大きいことが確認できる。これにより、指向性利得４０１が１２．５ｄＢｉ以上、Ｆ／Ｂ比４０２が８ｄＢ以上となる、線状連結素子１０４ａ〜１０４ｄの長さは、３．１ｍｍ（略０．３６波長）〜３．４ｍｍ（略０．４０波長）であることが確認できる。【００３４】  このように本実施の形態によれば、ひし形アンテナ部を接続してアレー構成にし、線状アンテナ素子から所定の距離を隔てて反射板を配置することにより、路車間通信や車車間間通信用アンテナに適した平面かつ小型な構成で、高利得化・狭指向性化を実現できる。また、２つの給電部を切替ることにより、２方向に主ビームを切替ることができるので、車両の走行状態に合わせてビームを切替ることにより伝送品質を高めることができる。さらに、線状アンテナ素子の１点を給電することで動作可能なため、分配給電を用いた複雑なアレー構成と比較して、アンテナ装置の省スペース化を図ることができるだけでなく、給電ロスも減らすことができる。【００３５】  なお、本実施の形態では、３素子の迂回素子装荷ループアンテナの迂回素子間を接続する場合について説明したが、前述した動作原理に基づく範囲であれば、素子数はいくつであってもよい。【００３６】  なお、本実施の形態では、ひし形形状のアンテナ素子を接続した場合について説明したが、円形形状のアンテナ素子としても同様な効果を得ることができる。【００３７】  （実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図５（ａ）は、アンテナ装置の構成を示す平面図である。また、図５（ｂ）はアンテナ装置の構成を示す矢視図であり、図５（ａ）の＋Ｘ側から見た図である。ただし、これらの図において、図１と共通する部分には図１と同一の符号を付し、その説明を省略する。以下、アンテナを例えばεｒ＝２．２６の誘電体基板上に作成した場合について、その動作周波数を２５ＧＨｚ、１波長（１実効波長）を８．６ｍｍとして説明する。また、説明の都合上、図に示すような座標軸を定義している。【００３８】  給電部５０１ａは、線状素子１０２ａと１０２ｂの間に設けられ、給電部５０１ｂは、線状素子１０２ｃと１０２ｄの間に設けられる。なお、線状素子１０１ａと１０１ｂ、線状素子１０１ｃと１０１ｄ、線状素子１０３ａと１０３ｂ、線状素子１０３ｃと１０３ｄは接続されている。【００３９】  給電部５０１ａから線状アンテナ素子が励振される場合、給電部５０１ｂは短絡され、線状素子１０２ｃと１０２ｄは接続するように動作する。逆に、給電部５０１ｂから線状アンテナ素子が励振される場合、給電部５０１ａは短絡され、線状素子１０２ａと１０２ｂは接続するように動作する。このように給電部を切替て線状アンテナ素子を励振させることにより、１つの線状アンテナ素子で主ビームを２方向に切替ることが可能となる。【００４０】  図６（ａ）は、給電部５０１ａから励振し、給電部５０１ｂを短絡したときの垂直面指向性（φ＝５度）、図６（ｂ）は、給電部５０１ｂから励振し、給電部５０１ａを短絡したときの垂直面指向性（φ＝−５度）、図６（ｃ）は、給電部５０１ａから励振し、給電部５０１ｂを短絡したときの仰角θが７０度における円錐面指向性、図６（ｄ）は給電部５０１ｂから励振し、給電部５０１ａを短絡したときの仰角θが７０度における円錐面の指向性を示している。【００４１】  図６（ａ）において、指向性６０１ａは、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、φが５度のとき仰角θが７０度の方向にチルトした主ビームを得られることが確認できる。また、図６（ｂ）において、指向性６０１ｂは、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、φが−５度のとき仰角θが７０度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。【００４２】  図６（ｃ）において、指向性６０２ａは、図６（ａ）の指向性６０１ａと同様に、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、φが５度の方向に主ビームが向いていることが確認できる。また、図６（ｄ）に示す指向性６０２ｂは、図６（ｂ）の指向性６０１ｂと同様に、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、φが−５度の方向に主ビームが向いていることが確認できる。このとき、指向性６０２ａ及び６０２ｂのいずれも、主ビームの指向性利得は１３．２ｄＢｉ、円錐面の半値角は２１度、Ｆ／Ｂ比は７ｄＢである。【００４３】  図７は、本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の別構成を示す図である。図７（ａ）は、アンテナ装置の構成を示す平面図である。また、図７（ｂ）はアンテナ装置の構成を示す矢視図であり、図７（ａ）の＋Ｘ側から見た図である。ただし、これらの図において、図１と共通する部分には図１と同一の符号を付し、その説明を省略する。以下、アンテナをεｒ＝２．２６の誘電体基板上に作成した場合について、その動作周波数を２５ＧＨｚ、１波長（１実効波長）を８．６ｍｍとして説明する。また、説明の都合上、図に示すような座標軸を定義している。【００４４】  給電部７０１ａから線状アンテナ素子が励振される場合、給電部７０１ｂは短絡され、線状素子１０３ｃと１０３ｄは接続するように動作する。逆に、給電部７０１ｂから線状アンテナ素子が励振される場合、給電部７０１ａは短絡され、線状素子１０３ａと１０３ｂは接続するように動作する。このように給電部を切替て線状アンテナ素子を励振させることにより、１つの線状アンテナ素子で主ビームを２方向に切替ることが可能となる。【００４５】  図８は、図７に示す本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。図８（ａ）は、給電部７０１ａから励振し、給電部７０１ｂを短絡したときの垂直面指向性（φ＝−５度）、図８（ｂ）は、給電部７０１ｂから励振し、給電部７０１ａを短絡したときの垂直面指向性（φ＝５度）、図８（ｃ）は、給電部７０１ａから励振し、給電部７０１ｂを短絡したときの仰角θが７０度における円錐面指向性、図８（ｄ）は給電部７０１ｂから励振し、給電部７０１ａを短絡したときの仰角θが７０度における円錐面の指向性を示している。【００４６】  図８（ａ）において、指向性８０１ａは、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、φが−５度のとき仰角θが７０度の方向にチルトした主ビームを得られることが確認できる。また、図８（ｂ）において、指向性８０１ｂは、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、φが５度のとき仰角θが７０度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。【００４７】  図８（ｃ）において、指向性８０２ａは、図８（ａ）の指向性８０１ａと同様に、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、φが−５度の方向に主ビームが向いていることが確認できる。また、図８（ｄ）に示す指向性８０２ｂは、図８（ｂ）の指向性８０１ｂと同様に、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、φが５度の方向に主ビームが向いていることが確認できる。このとき、指向性８０２ａ及び８０２ｂのいずれも、主ビームの指向性利得は１３．２ｄＢｉ、円錐面の半値角は２１度、Ｆ／Ｂ比は７ｄＢである。【００４８】  このように本実施の形態によれば、給電部を線状アンテナ素子に対して非対称に配置し、２つの給電部を切替る構成にすることで、主ビーム方向の切替だけではなく、円錐面においてビームをチルトさせることができる。【００４９】  （実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図９（ａ）は、アンテナ装置の構成を示す平面図であり、各ひし形アンテナ部の対向する頂点に給電部９０１ａ、９０１ｂ、９０２ａ、９０２ｂ、９０３ａ、９０３ｂを設け、給電部を切替る構成としている。また、図９（ｂ）はアンテナ装置の構成を示す矢視図であり、図９（ａ）の＋Ｘ側から見た図である。ただし、これらの図において、図１と共通する部分には図１と同一の符号を付し、その説明を省略する。以下、アンテナを例えばεｒ＝２．２６の誘電体基板上に作成した場合について、その動作周波数を２５ＧＨｚ、１波長（１実効波長）を８．６ｍｍとして説明する。また、説明の都合上、図に示すような座標軸を定義している。【００５０】  ここで、本実施の形態のアンテナ装置に係る給電部の切替の一例について、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。【００５１】  はじめに、アンテナ装置の−Ｘ側か＋Ｘ側のどちらを給電するかを選択する（Ｓ１０００）。−Ｘ側を給電する場合、Ｓ１００１へ進む。Ｓ１００１では、−Ｘ側の給電部の中でいずれかの給電部を選択する。ここで、給電部９０１ａを選択した場合、給電部９０１ａを励振する（Ｓ１００２ａ）。このとき、同時に給電部９０２ａ、９０３ａ、９０１ｂ、９０２ｂ、９０３ｂを短絡する（Ｓ１００２ｂ）。以上より、給電部９０１ａから線状アンテナ素子が励振されることになり、実施の形態１において、給電部１０６ａを励振した場合と同等の結果が得られる。【００５２】  また、給電部９０２ａを選択した場合、給電部９０２ａを励振する（Ｓ１００３ａ）。このとき、同時に給電部９０１ａ、９０３ａ、９０１ｂ、９０２ｂ、９０３ｂを短絡する（Ｓ１００３ｂ）。以上より、給電部９０２ａから線状アンテナ素子が励振されることになり、実施の形態２において、給電部５０１ａを励振した場合と同等の結果が得られる。【００５３】  また、給電部９０３ａを選択した場合、給電部９０３ａを励振する（Ｓ１００４ａ）。このとき、同時に給電部９０１ａ、９０２ａ、９０１ｂ、９０２ｂ、９０３ｂを短絡する（Ｓ１００４ｂ）。以上より、給電部９０３ａから線状アンテナ素子が励振されることになり、実施の形態２において、給電部７０１ａを励振した場合と同等の結果が得られる。【００５４】  次に、＋Ｘ側を給電する場合を考える。Ｓ１００５において、＋Ｘ側の給電部の中でいずれかの給電部を選択する。ここで、給電部９０１ｂを選択した場合、給電部９０１ｂを励振する（Ｓ１００６ａ）。このとき、同時に給電部９０１ａ、９０２ａ、９０３ａ、９０２ｂ、９０３ｂを短絡する（Ｓ１００６ｂ）。以上より、給電部９０１ｂから線状アンテナ素子が励振されることになり、実施の形態１において、給電部１０６ｂを励振した場合と同等の結果が得られる。【００５５】  また、給電部９０２ｂを選択した場合、給電部９０２ｂを励振する（Ｓ１００７ａ）。このとき、同時に給電部９０１ａ、９０２ａ、９０３ａ、９０１ｂ、９０３ｂを短絡する（Ｓ１００７ｂ）。以上より、給電部９０２ｂから線状アンテナ素子が励振されることになり、実施の形態２において、給電部５０１ｂを励振した場合と同等の結果が得られる。【０���５６】  また、給電部９０３ｂを選択した場合、給電部９０３ｂを励振する（Ｓ１００８ａ）。このとき、同時に給電部９０１ａ、９０２ａ、９０３ａ、９０１ｂ、９０２ｂを短絡する（Ｓ１００８ｂ）。以上より、給電部９０３ｂから線状アンテナ素子が励振されることになり、実施の形態２において、給電部７０１ｂを励振した場合と同等の結果が得られる。【００５７】  このように本実施の形態によれば、複数の給電部を設けそれらを切替ることで、垂直面及び円錐面において主ビーム方向を切替ることができる。【００５８】  （実施の形態４）
図１１及び図１２は、本発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図１１（ａ）は、アンテナ装置を＋Ｚ側から見た平面図であり、図１１（ｂ）は、アンテナ装置を＋Ｘ側から見た矢視図である。また、図１２は、反射板１０８を除いて−Ｚ側から見たアンテナ装置の平面図である。ただし、図１１及び図１２において、図１と共通する部分には図１と同一の符号を付し、その説明を省略する。以下、動作周波数を２５ＧＨｚとして説明する。また、説明の都合上、図１１及び図１２に示すような座標軸を定義している。【００５９】  図１１において、誘電体基板１１０１は、比誘電率εｒが例えば３．４５で、厚さｔ２が０．０４波長（０．３ｍｍ）であり、寸法Ｌ１１×Ｌ１２は２波長×４．３波長（１４．５ｍｍ×３１ｍｍ）である。この時、１波長（１実効波長）は７．２ｍｍとする。【００６０】  銅箔層１１０２は、誘電体基板１１０１の＋Ｚ面側に接着された銅箔である。スロット素子１１０３ａ〜１１０３ｄ、１１０４ａ〜１１０４ｄ、１１０５ａ〜１１０５ｄは銅箔層１１０２を削剥して形成された空隙（銅箔パターン）であり、素子長Ｌ４が約１／３波長（２．４ｍｍ）、素子幅が例えば０．２ｍｍである。これらのスロット素子１１０３ａ〜１１０３ｄ、１１０４ａ〜１１０４ｄ、１１０５ａ〜１１０５ｄが図１１（ａ）に示すように正方形形状に配置される。【００６１】  スロット連結素子１１０６ａ〜１１０６ｄ、スロット迂回素子１１０７ａ、１１０７ｂも、銅箔層１１０２を削剥して形成された空隙（銅箔パターン）であり、それぞれ素子長Ｌ５が約０．４３波長（３．１ｍｍ）、素子長Ｌ６が約０．１４波長（１ｍｍ）、素子幅が例えば０．２ｍｍである。スロット連結素子１１０６ａは、スロット素子１１０３ａと１１０４ｂの間を、スロット連結素子１１０６ｂは、スロット素子１１０３ｂと１１０５ａの間を、スロット連結素子１１０６ｃは、スロット素子１１０３ｃと１１０４ｄの間を、スロット連結素子１１０６ｄは、スロット素子１１０３ｄと１１０５ｃの間を接続する。また、スロット迂回素子１１０７ａは、スロット素子１１０４ａと１１０４ｃの間を接続し、スロット素子１１０７ｂは、スロット素子１１０５ｂと１１０５ｄの間を接続している。なお、スロット素子１１０３ａと１１０３ｂ、スロット素子１１０３ｃと１１０３ｄ、スロット素子１１０４ａと１１０４ｂ、スロット素子１１０４ｃと１１０４ｄ、スロット素子１１０５ａと１１０５ｂ、スロット素子１１０５ｃと１１０５ｄはそれぞれ接続されている。【００６２】  接続導体１１０８ａ〜１１０８ｄは、スロット素子１１０３ａ〜１１０３ｄに、例えば銅箔パターンで正方形形状に形成され、スロット素子１１０３ａ〜１１０３ｄのほぼ中央でそれぞれのスロット素子１１０３ａ〜１１０３ｄを分断するように、スロット素子の内側と外側の銅箔層を接続している。このように、接続導体１１０８ａ〜１１０８ｄによりスロット素子１１０３ａ〜１１０３ｄを分断することで、インピーダンス整合が容易にとれ、Ｆ／Ｂ比が良好なアンテナ装置を実現することが可能となる。【００６３】  以上のように構成された、スロット素子１１０３ａ〜１１０３ｄ、１１０４ａ〜１１０４ｄ、１１０５ａ〜１１０５ｄと、スロット連結素子１１０６ａ〜１１０６ｄと、スロット迂回素子１１０７ａ及び１１０７ｂと、接続導体１１０８ａ〜１１０８ｄにより、ひし形スロットアンテナ部を接続しアレー構成にしたスロットアンテナ素子が構成される。【００６４】  スイッチ１２０１は、２つの入力端子１２０２ａ及び１２０２ｂと、２つの出力端子１２０２ｃ及び１２０２ｄを有したＤＰＤＴ（Ｄｏｕｂｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）スイッチである。このスイッチ１２０１は、入力端子１２０２ａが出力端子１２０２ｃと接続される時、入力端子１２０２ｂと出力端子１２０２ｄが接続され、また入力端子１２０２ａが出力端子１２０２ｄと接続される時、入力端子１２０２ｂと出力端子１２０２ｃが接続されるように動作する。【００６５】  入力端子１２０２ａには、マイクロストリップライン１２０３を介して給電部１２０４が接続され、入力端子１２０２ｂは銅箔パターン１２０５に接続され、スルーホール１２０６を介して接地導体である銅箔層１１０２に接地される。また、出力端子１２０２ｃには、マイクロストリップライン１２０７ａが接続され、出力端子１２０２ｄにはマイクロストリップライン１２０７ｂが接続される。上記マイクロストリップライン１２０３及び銅箔パターン１２０５は、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に形成された銅箔パターンである。【００６６】  マイクロストリップライン１２０７ａは、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に銅箔パターンにより形成され、一端はスロット素子１１０３ａとスロット素子１１０３ｂの接続部を通過するように配置され、他端はスイッチ１２０１の出力端子１２０２ｃに接続されている。同様に、マイクロストリップライン１２０７ｂも、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に銅箔パターンにより形成され、一端はスロット素子１１０３ｃとスロット素子１１０３ｄの接続部を通過するように配置され、他端はスイッチ１２０１の出力端子１２０２ｄに接続されている。【００６７】  マイクロストリップライン１２０７ａ及び１２０７ｂの幅Ｗ１は、特性インピーダンスが５０Ωになるように０．６ｍｍに設定されている。また、マイクロストリップライン１２０７ａの先端からスロット素子１１０３ａとスロット素子１１０３ｂの接続部までの距離Ｌ７及びマイクロストリップライン１２０７ｂの先端からスロット素子１１０３ｃとスロット素子１１０３ｄの接続部までの距離Ｌ７は０．４５ｍｍに設定されている。【００６８】  ここで、図１１及び図１２に示す本実施の形態のアンテナ装置は、図１に示すアンテナ装置の線状素子をスロット素子に置き換えたものとほぼ同等と考えることができるため、その動作は電界と磁界を置き換えて説明することができる。したがって、図１に示すアンテナ装置の主偏波成分は水平（Ｅφ）成分であるのに対して、図１１及び図１２に示すアンテナ装置の主偏波成分は垂直（Ｅθ）成分となる。【００６９】  次に、上述した構成を有するアンテナ装置において、マイクロストリップライン１２０７ａからアンテナ装置を励振する場合の動作について説明する。給電部１２０４から励振された信号は、スイッチ１２０１の入力端子１２０２ａに入力される。このときスイッチ１２０１は、入力端子１２０２ａと出力端子１２０２ｃ、入力端子１２０２ｂと出力端子１２０２ｄがそれぞれ接続されるように動作する。このため、入力端子１２０２ａに入力された信号は、出力端子１２０２ｃを介してマイクロストリップライン１２０７ａに入力される。【００７０】  一方、マイクロストリップライン１２０７ｂは、入力端子１２０２ｂ及び出力端子１２０２ｄを介して接地される。ここで、アンテナ素子がスロット素子で構成されているため、線状素子の場合の電界と磁界を置き換えて考えると、マイクロストリップライン１２０７ｂとスロット素子との結合部の位置では開放状態、すなわちマイクロストリップライン１２０７ｂの他端を接地する必要がある。このため、マイクロストリップライン１２０７ｂとスロット素子との結合部から接地点までの長さ、つまりマイクロストリップライン１２０７ｂ及び銅箔パターン１２０５、スルーホール１２０６、スイッチ１２０１の全体の電気的な長さを１／４波長の奇数倍に設定しなければならない。これにより、指向性利得が高く、Ｆ／Ｂ比を良好とすることができる。【００７１】  同様に、マイクロストリップライン１２０７ｂからアンテナ装置を励振する場合、スイッチ１２０１は、入力端子１２０２ａと出力端子１２０２ｄ、入力端子１２０２ｂと出力端子１２０２ｃがそれぞれ接続されるように動作する。このとき、マイクロストリップライン１２０７ａとスロット素子との結合部の位置で開放状態とする必要があるため、マイクロストリップライン１２０７ａとスロット素子との結合部から接地点までの長さを１／４波長の奇数倍に設定しなければならない。【００７２】  図１３は、本発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。図１３（ａ）は垂直（ＸＺ）面の指向性を、図１３（ｂ）は仰角θが４５度における円錐面の指向性を示している。【００７３】  図１３（ａ）において、実線で示す指向性１３０１ａは、マイクロストリップライン１２０７ａからアンテナ装置を励振したときの垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性を示しており、仰角θが４５度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。また、点線で示す指向性１３０１ｂは、マイクロストリップライン１２０７ｂからアンテナ装置を励振したときの垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性を示しており、仰角θが４５度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。【００７４】  図１３（ｂ）において、実線で示す指向性１３０２ａは、図１３（ａ）の指向性１３０１ａと同様に、マイクロストリップライン１２０７ａからアンテナ装置を励振したときの垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性を示しており、主ビームが＋Ｘ方向に向いていることが確認できる。また、点線で示す指向性１３０２ｂは、図１３（ａ）の指向性１３０１ｂと同様に、マイクロストリップライン１２０７ｂからアンテナ装置を励振したときの垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性を示しており、主ビームが−Ｘ方向に向いていることが確認できる。このとき、指向性１３０２ａ及び１３０２ｂのいずれも、主ビームの指向性利得は１３．５４ｄＢｉ、円錐面の半値角は２７度、Ｆ／Ｂ比は１１．２ｄＢである。【００７５】  このように本実施の形態によれば、マイクロストリップラインを用いてイ���ピーダンス整合と給電を容易にしたアンテナ装置を得ることができる。さらに、スイッチ回路を用いてマイクロストリップラインへの給電を切替ることで、２方向に主ビームを切替ることが可能となる。【００７６】  なお、本実施の形態では、スロット素子を誘電体基板上の銅箔パターンによって形成しているが、例えば導体板に空隙を設けてスロット素子を形成しても同様な効果が得られる。【００７７】  また、本実施の形態では、接続導体をスロット素子内に銅箔パターンで形成し、スロット素子のほぼ中央で分断するようにスロット素子内の内側の銅箔層と外側の銅箔層を接続するものとして説明したが、接続導体をマイクロストリップラインと同一平面上に形成し、スルーホールを介して内側の銅箔層と外側の銅箔層を接続しても同様の効果が得られる。【００７８】  なお、本実施の形態では、接続導体を中央のひし形スロットアンテナ部にのみ配置する構成について説明したが、両端のひし形スロットアンテナ部に接続導体を設置してもよい。【００７９】  また、本実施の形態では、接続導体を中央のひし形スロットアンテナ部にのみ配置する構成について説明したが、複数のひし形スロットアンテナ部に接続導体を設置してもよい。【００８０】  なお、本実施の形態では、スイッチとして１つのＤＰＤＴスイッチを用いて説明したが、例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）を３つ用いて構成するように複数のスイッチを用いてもよい。【００８１】  また、本実施の形態では、スイッチの一端子を接地し、マイクロストリップラインとスロット素子との結合部から接地点までの長さを１／４波長の奇数倍として説明したが、例えば、スイッチの一端子を開放とし、マイクロストリップラインとスロット素子との結合部から接地点までの長さを１／２波長の整数倍とする構成でも、指向性利得が高く、Ｆ／Ｂ比を良好とすることができる。【００８２】  （実施の形態５）
図１４及び図１５は、本発明の実施の形態５に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図１４はアンテナ装置を＋Ｚ側から見た平面図であり、図１５は反射板を除いて−Ｚ側から見た平面図である。ただし、図１４及び図１５において、図１１と共通する部分には図１１と同一の符号を付し、その説明を省略する。また、ここでは図示していないが、誘電体基板面と略平行に所定の間隔を隔てて反射板１０８を配置するものとする。以下、動作周波数を２５ＧＨｚとして説明する。また、説明の都合上、図１４及び図１５に示すような座標軸を定義している。【００８３】  スイッチ１４０２は、１つの入力端子と２つの出力端子を有するＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）スイッチである。１つの入力端子はマイクロストリップライン１４０３を介して給電部１４０１と接続され、２つの出力端子はマイクロストリップライン１４０４ａ及び１４０４ｂに接続されている。ここで、マイクロストリップライン１４０３とマイクロストリップライン１４０４ａ及び１４０４ｂは誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に形成された銅箔パターンである。【００８４】  スイッチ１４０５ａ及び１４０５ｂは、１つの入力端子と３つの出力端子を有するＳＰ３Ｔ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  ３  Ｔｈｒｏｗ）スイッチである。スイッチ１４０５ａにおいて、１つの入力端子はマイクロストリップライン１４０４ａに接続されており、３つの出力端子はそれぞれマイクロストリップライン１４０６ａ〜１４０６ｃに接続されている。ここで、マイクロストリップライン１４０６ａ〜１４０６ｃは、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に形成された銅箔パターンである。また、スイッチ１４０５ｂにおいて、１つの入力端子はマイクロストリップライン１４０４ｂに接続されており、３つの出力端子はそれぞれマイクロストリップライン１４１１ａ〜１４１１ｃに接続されている。ここで、マイクロストリップライン１４１１ａ〜１４１１ｃも、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に形成された銅箔パターンである。【００８５】  スイッチ１４０７ａ〜１４０７ｃは、１つの入力端子と２つの出力端子を有するＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）スイッチである。スイッチ１４０７ａにおいて、１つの入力端子はマイクロストリップライン１４０６ａに接続されており、２つの出力端子は銅箔パターン１４０８ａ及びマイクロストリップライン１４１０ａに接続されている。なお、銅箔パターン１４０８ａはスルーホール１４０９ａを介して接地導体１１０２に接地される。また、スイッチ１４０７ｂにおいて、１つの入力端子はマイクロストリップライン１４０６ｂに接続されており、２つの出力端子は銅箔パターン１４０８ｂ及びマイクロストリップライン１４１０ｂに接続されている。なお、銅箔パターン１４０８ｂはスルーホール１４０９ｂを介して接地導体１１０２に接地される。また、スイッチ１４０７ｃにおいて、１つの入力端子はマイクロストリップライン１４０６ｃに接続されており、２つの出力端子は銅箔パターン１４０８ｃ及びマイクロストリップライン１４１０ｃに接続されている。なお、銅箔パターン１４０８ｃはスルーホール１４０９ｃを介して接地導体１１０２に接地される。ここで、銅箔パターン１４０８ａ〜１４０８ｃ及びマイクロストリップライン１４１０ａ〜１４１０ｃは、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に形成された銅箔パターンである。【００８６】  同様に、スイッチ１４１２ａ〜１４１２ｃも、１つの入力端子と２つの出力端子を有するＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）スイッチである。スイッチ１４１２ａ〜１４１２ｃにおいて、１つの入力端子はそれぞれマイクロストリップライン１４１１ａ〜１４１１ｃに接続されており、２つの出力端子はそれぞれ銅箔パターン１４１３ａ及びマイクロストリップライン１４１５ａ、銅箔パターン１４１３ｂ及びマイクロストリップライン１４１５ｂ、銅箔パターン１４１３ｃ及びマイクロストリップライン１４１５ｃに接続されている。なお、銅箔パターン１４１３ａ〜１４１３ｃは、それぞれスルーホール１４１４ａ〜１４１４ｃを介して接地導体１１０２に接地される。ここで、銅箔パターン１４１３ａ〜１４１３ｃ及びマイクロストリップライン１４１５ａ〜１４１５ｃは、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に形成された銅箔パターンである。【００８７】  以上のように構成されたアンテナ装置において、スイッチ回路の動作に伴うアンテナ装置への給電について、図１６のフローチャートを用いて説明する。【００８８】  はじめに、給電部１４０１の信号がスイッチ１４０２へ入力される（Ｓ１６００）。次に、スイッチ１４０２の出力先を決定する（Ｓ１６０１）。スイッチ１４０２の出力端子がマイクロストリップライン１４０４ａと接続している場合、Ｓ１６０２へ進む。Ｓ１６０２では、スイッチ１４０５ａの出力先を決定する。ここで、スイッチ１４０５ａの出力端子がマイクロストリップライン１４０６ａと接続している場合、マイクロストリップライン１４１０ａが励振される（Ｓ１６０３ａ）。このとき、同時にマイクロストリップライン１４１０ｂ、１４１０ｃ、１４１５ａ〜１４１５ｃは、それぞれスルーホールを介して接地される（Ｓ１６０３ｂ）。以上より、スロット素子１１０３ａと１１０３ｂの接続部をマイクロストリップライン１４１０ａにより励振し、アンテナ装置に給電を行うことができる。【００８９】  また、スイッチ１４０５ａの出力端子がマイクロストリップライン１４０６ｂと接続している場合、マイクロストリップライン１４１０ｂが励振される（Ｓ１６０４ａ）。このとき、同時にマイクロストリップライン１４１０ａ、１４１０ｃ、１４１５ａ〜１４１５ｃは、それぞれスルーホールを介して接地される（Ｓ１６０４ｂ）。以上より、スロット素子１１０４ａと１１０４ｂの接続部をマイクロストリップライン１４１０ｂにより励振し、アンテナ装置に給電を行うことができる。【００９０】  また、スイッチ１４０５ａの出力端子がマイクロストリップライン１４０６ｃと接続している場合、マイクロストリップライン１４１０ｃが励振される（Ｓ１６０５ａ）。このとき、同時にマイクロストリップライン１４１０ａ、１４１０ｂ、１４１５ａ〜１４１５ｃは、それぞれスルーホールを介して接地される（Ｓ１６０５ｂ）。以上より、スロット素子１１０５ａと１１０５ｂの接続部をマイクロストリップライン１４１０ｃにより励振し、ア��テナ装置に給電を行うことができる。【００９１】  次に、スイッチ１４０２の出力端子がマイクロストリップライン１４０４ｂと接続している場合を考える。Ｓ１６０６では、スイッチ１４０５ｂの出力先を決定する。ここで、スイッチ１４０５ｂの出力端子がマイクロストリップライン１４１１ａと接続している場合、マイクロストリップライン１４１５ａが励振される（Ｓ１６０７ａ）。このとき、同時にマイクロストリップライン１４１０ａ〜１４１０ｃ、１４１５ｂ、１４１５ｃは、それぞれスルーホールを介して接地される（Ｓ１６０７ｂ）。以上より、スロット素子１１０３ｃと１１０３ｄの接続部をマイクロストリップライン１４１５ａにより励振し、アンテナ装置に給電を行うことができる。【００９２】  また、スイッチ１４０５ｂの出力端子がマイクロストリップライン１４１１ｂと接続している場合、マイクロストリップライン１４１５ｂが励振される（Ｓ１６０８ａ）。このとき、同時にマイクロストリップライン１４１０ａ〜１４１０ｃ、１４１５ａ、１４１５ｃは、それぞれスルーホールを介して接地される（Ｓ１６０８ｂ）。以上より、スロット素子１１０４ｃと１１０４ｄの接続部をマイクロストリップライン１４１５ｂにより励振し、アンテナ装置に給電を行うことができる。【００９３】  また、スイッチ１４０５ｂの出力端子がマイクロストリップライン１４１１ｃと接続している場合、マイクロストリップライン１４１５ｃが励振される（Ｓ１６０９ａ）。このとき、同時にマイクロストリップライン１４１０ａ〜１４１０ｃ、１４１５ａ、１４１５ｂは、それぞれスルーホールを介して接地される（Ｓ１６０９ｂ）。以上より、スロット素子１１０５ｃと１１０５ｄの接続部をマイクロストリップライン１４１５ｃにより励振し、アンテナ装置に給電を行うことができる。【００９４】  このように本実施の形態によれば、スイッチ回路とマイクロストリップラインで実現された給電切替構成により、垂直面及び円錐面において主ビーム方向を切替ることが可能となる。【００９５】  （実施の形態６）
図１７及び図１８は、本発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図１７（ａ）は、アンテナ装置を＋Ｚ側から見た平面図であり、図１７（ｂ）は、アンテナ装置を＋Ｘ側から見た矢視図である。また、図１８は、反射板１０８を除いて−Ｚ側から見たアンテナ装置の平面図である。ただし、図１７及び図１８において、図１及び図１１及び図１２と共通する部分には図１及び図１１及び図１２と同一の符号を付し、その説明を省略する。以下、動作周波数を２５ＧＨｚとして説明する。また、説明の都合上、図１７及び図１８に示すような座標軸を定義している。【００９６】  本実施の形態は、前述した実施の形態４において、スロット素子の接続部からアンテナ装置の励振位置をＬ８移動する場合について説明する。ここで、１波長（１実効波長）は７．２ｍｍとし、Ｌ８は約０．１８波長である。【００９７】  入力端子１２０２ａには、マイクロストリップライン１２０３を介して給電部１２０４が接続され、入力端子１２０２ｂは銅箔パターン１２０５に接続され、スルーホール１２０６を介して接地導体である銅箔層１１０２に接地される。また、出力端子１２０２ｃには、マイクロストリップライン１７０１ａが接続され、出力端子１２０２ｄにはマイクロストリップライン１７０１ｂが接続される。上記マイクロストリップライン１２０３及び銅箔パターン１２０５は、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に形成された銅箔パターンである。【００９８】  マイクロストリップライン１７０１ａは、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に銅箔パターンにより形成され、一端はスロット素子１１０３ｂを通過するように配置され、他端はスイッチ１２０１の出力端子１２０２ｃに接続されている。同様に、マイクロストリップライン１７０１ｂも、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に銅箔パターンにより形成され、一端はスロット素子１１０３ｄを通過するように配置され、他端はスイッチ１２０１の出力端子１２０２ｄに接続されている。ここでは図示しないが、マイクロストリップライン１７０１ａの一端をスロット素子１１０３ａを通過するように配置し、マイクロストリップライン１７０１ｂの一端をスロット素子１１０３ｃを通過するように配置してもよい。【００９９】  マイクロストリップライン１７０１ａ及び１７０１ｂの幅Ｗ１は、特性インピーダンスが５０Ωになるように０．６ｍｍに設定されている。また、マイクロストリップライン１７０１ａの先端からスロット素子１１０３ｂまでの距離Ｌ９及びマイクロストリップライン１７０１ｂの先端からスロット素子１１０３ｄまでの距離Ｌ９は１．８ｍｍに設定されている。【０１００】  次に、上述した構成を有するアンテナ装置において、マイクロストリップライン１７０１ａからアンテナ装置を励振する場合の動作について説明する。給電部１２０４から励振された信号は、スイッチ１２０１の入力端子１２０２ａに入力される。このときスイッチ１２０１は、入力端子１２０２ａと出力端子１２０２ｃ、入力端子１２０２ｂと出力端子１２０２ｄがそれぞれ接続されるように動作する。このため、入力端子１２０２ａに入力された信号は、出力端子１２０２ｃを介してマイクロストリップライン１７０１ａに入力される。【０１０１】  一方、マイクロストリップライン１７０１ｂは、入力端子１２０２ｂ及び出力端子１２０２ｄを介して接地される。ここで、アンテナ素子がスロット素子で構成されているため、線状素子の場合の電界と磁界を置き換えて考えると、マイクロストリップライン１７０１ｂとスロット素子との結合部の位置では開放状態、すなわちマイクロストリップライン１７０１ｂの他端を接地する必要がある。このため、マイクロストリップライン１７０１ｂとスロット素子との結合部から接地点までの長さ、つまりマイクロストリップライン１７０１ｂ及び銅箔パターン１２０５、スルーホール１２０６、スイッチ１２０１の全体の電気的な長さを１／４波長の奇数倍に設定しなければならない。これにより、指向性利得が高く、Ｆ／Ｂ比を良好とすることができる。【０１０２】  同様に、マイクロストリップライン１７０１ｂからアンテナ装置を励振する場合、スイッチ１２０１は、入力端子１２０２ａと出力端子１２０２ｄ、入力端子１２０２ｂと出力端子１２０２ｃがそれぞれ接続されるように動作する。このとき、マイクロストリップライン１７０１ａとスロット素子との結合部の位置で開放状態とする必要があるため、マイクロストリップライン１７０１ａとスロット素子との結合部から接地点までの長さを１／４波長の奇数倍に設定しなければならない。【０１０３】  図１９は、本発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。図１９（ａ）は垂直（ＸＺ）面の指向性を、図１９（ｂ）は仰角θが４０度における円錐面の指向性を示している。【０１０４】  図１９（ａ）において、実線で示す指向性１９０１ａは、マイクロストリップライン１７０１ａからアンテナ装置を励振したときの垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性を示しており、仰角θが４０度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。また、点線で示す指向性１９０１ｂは、マイクロストリップライン１７０１ｂからアンテナ装置を励振したときの垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性を示しており、仰角θが４０度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。【０１０５】  図１９（ｂ）において、実線で示す指向性１９０２ａは、図１９（ａ）の指向性１９０１ａと同様に、マイクロストリップライン１７０１ａからアンテナ装置を励振したときの垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性を示しており、主ビームが＋Ｘ方向に向いていることが確認できる。また、点線で示す指向性１９０２ｂは、図１９（ａ）の指向性１９０１ｂと同様に、マイクロストリップライン１７０１ｂからアンテナ装置を励振したときの垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性を示しており、主ビームが−Ｘ方向に向いていることが確認できる。このとき、指向性１９０２ａ及び１９０２ｂのいずれも、主ビームの指向性利得は１３．５４ｄＢｉ、円錐面の半値角は３０度、Ｆ／Ｂ比は１３ｄＢである。【０１０６】  このように本実施の形態によれば、接続導体間のスロット素子上において励振を行う構成でも、インピーダンス整合と給電を容易にしたアンテナ装置を得ることができる。さらに、スイッチ回路を用いてマイクロストリップラインへの給電を切替ることで、２方向に主ビームを切替ることが可能となる。【０１０７】  なお、本実施の形態��は、スロット素子を誘電体基板上の銅箔パターンによって形成しているが、例えば導体板に空隙を設けてスロット素子を形成しても同様な効果が得られる。【０１０８】  また、本実施の形態では、接続導体をスロット素子内に銅箔パターンで形成し、スロット素子のほぼ中央で分断するようにスロット素子内の内側の銅箔層と外側の銅箔層を接続するものとして説明したが、接続導体をマイクロストリップラインと同一平面上に形成し、スルーホールを介して内側の銅箔層と外側の銅箔層を接続しても同様の効果が得られる。【０１０９】  なお、本実施の形態では、接続導体を中央のひし形スロットアンテナ部にのみ配置する構成について説明したが、両端のひし形スロットアンテナ部に接続導体を設置してもよい。【０１１０】  また、本実施の形態では、接続導体を中央のひし形スロットアンテナ部にのみ配置する構成について説明したが、複数のひし形スロットアンテナ部に接続導体を設置してもよい。【０１１１】  なお、本実施の形態では、スイッチとして１つのＤＰＤＴスイッチを用いて説明したが、例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）を３つ用いて構成するように複数のスイッチを用いてもよい。【０１１２】  また、本実施の形態では、スイッチの一端子を接地し、マイクロストリップラインとスロット素子との結合部から接地点までの長さを１／４波長の奇数倍として説明したが、例えば、スイッチの一端子を開放とし、マイクロストリップラインとスロット素子との結合部から接地点までの長さを１／２波長の整数倍とする構成でも、指向性利得が高く、Ｆ／Ｂ比を良好とすることができる。【０１１３】  なお、本実施の形態では、中央のひし形スロットアンテナ部に給電する構成について説明したが、両端のひし形スロットアンテナ部に給電する構成でもよい。【０１１４】  以上、上述した各実施の形態において、３素子の迂回素子装荷ループアンテナの迂回素子間を接続する場合について説明したが、前述した動作原理に基づく範囲であれば、素子数はいくつであってもよい。【０１１５】  また、上述した各実施の形態では、ひし形形状のアンテナ素子を接続した場合について説明したが、上記ひし形形状には、四角形や正方形や平行四辺形や台形、さらには、湾曲又は丸形も含む形状の総称として用いている。したがって、丸型形状の１つとして、例えば円形形状のアンテナ素子としても同様な効果を得ることができる。【０１１６】  また、上述した各実施の形態では、線状素子及びスロット素子の長さを約１／３波長として説明したが、線状素子及びスロット素子の長さを変化させることにより指向性利得とＦ／Ｂ比を変化させることができる。したがって、線状素子及びスロット素子の長さは、指向性利得を高くしＦ／Ｂ比を良好にするために、略１／４波長から略３／８波長の範囲で選択することが望ましい。【０１１７】  さらに、上述した各実施の形態では、本発明のアンテナ装置を路車間通信や車車間通信用のアンテナとして適用した場合を想定しているが、本発明はその用途を限定するものではない。【０１１８】  本発明のアンテナ装置は以下に述べる特徴を有する。第１に、それぞれ使用周波数の略１／４波長から略３／８波長の長さを有す���４本の線状素子が同一平面上においてひし形形状に配置され、かつ４本の線状素子のうち第１線状素子と第２線状素子が接続され、第３線状素子と第４線状素子が接続されたひし形アンテナ部を複数備え、複数のひし形アンテナ部の間は、所定の長さを有する線状連結素子で接続され、連結された複数のひし形アンテナ部の端部には、全長が所定の長さを有する折り返し形状の線状迂回素子が接続され、複数のひし形形状素子が配置された平面から所定の間隔を隔てて、平面に対して略平行に反射板が配置され、複数のひし形アンテナ部のうちいずれかの第１線状素子と第２線状素子の接続部に給電する第１給電手段と、第３線状素子と第４線状素子の接続部に給電する第２給電手段と、第１給電手段と第２給電手段とを選択的に切替る切替手段とを備える構成とした。【０１１９】  この構成によれば、小型かつ平面なアンテナ装置で高利得化を実現することができる。また、第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替ることにより、２方向に主ビームを切替ることが可能となる。さらに、主ビームの水平方向の角度を変化させることが可能となる。【０１２０】  第２に、さらに、複数のひし形アンテナ部の第１線状素子と第２線状素子の接続部に給電する複数の第１給電手段と、第３線状素子と第４線状素子の接続部に給電する複数の第２給電手段と、複数の第１給電手段と第２給電手段とを選択的に切替る切替手段とを備える構成とした。【０１２１】  この構成によれば、小型かつ平面なアンテナ装置で高利得化を実現することができる。さらに、複数の第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替ることにより、２方向に主ビームを切替るだけでなく、主ビームの水平方向の角度切替も行うことが可能となる。【０１２２】  第３に、所定の誘電率を持つ誘電体基板と、誘電体基板面に形成された導体層を有しており、導体層には、それぞれ使用周波数の略１／４波長から略３／８波長の長さを有する４本のスロット素子がひし形形状に配置され、かつ４本のスロット素子のうち第１スロット素子と第２スロット素子が接続され、第３スロット素子と第４スロット素子が接続されたひし形スロットアンテナ部が複数設けられており、複数のひし形スロットアンテナ部の間は、所定の長さを有するスロット連結素子で接続され、連結された複数のひし形スロットアンテナ部の端部には、全長が所定の長さを有する折り返し形状のスロット迂回素子が接続され、誘電体基板面から所定の間隔を隔てて、前記誘電体基板面に略平行に反射板が配置されており、複数のひし形スロットアンテナ部のうちいずれかの第１スロット素子と第２スロット素子の接続部に給電する第１給電手段と、第３スロット素子と第４スロット素子の接続部に給電する第２給電手段と、第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替る切替手段とを備える構成とした。【０１２３】  この構成によれば、小型かつ平面なアンテナ装置で高利得化を実現することができる。さらに、複数の第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替ることにより、２方向に主ビームを切替ることが可能となる。【０１２４】  第４に、さらに、複数のひし形スロットアンテナ部の第１スロット素子と第２スロット素子の接続部に給電する複数の第１給電手段と、第３スロッ���素子と第４スロット素子の接続部に給電する複数の第２給電手段と、複数の第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替る切替手段とを備える構成とした。【０１２５】  この構成によれば、複数の第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替ることにより、２方向に主ビームを切替るだけでなく、主ビームの水平方向の角度切替も行うことが可能となる。【０１２６】  第５に、さらに、給電手段として、第３及び第４の構成で述べた誘電体基板の導体層が形成された面の裏面に設けられたマイクロストリップラインが用いられる構成とした。【０１２７】  この構成によれば、マイクロストリップラインの長さを調節することでインピーダンス整合をとることができ、アンテナ装置への給電が容易になると共に、アンテナ装置の小型化を図ることができる。【０１２８】  第６に、さらに、マイクロストリップラインは、第３及び第４の構成で述べたひし形スロットアンテナ部との結合部から略１／４波長の奇数倍の位置で、短絡と給電とを切替る切替手段を備える構成とした。【０１２９】  この構成によれば、指向性利得が高く、Ｆ／Ｂ比が良好なアンテナ装置を実現することが可能となる。【０１３０】  第７に、さらに、マイクロストリップラインは、第３及び第４の構成で述べたひし形スロットアンテナ部との結合部から略１／２波長の整数倍の位置で、開放と給電とを切替る切替手段を備える構成とした。【０１３１】  この構成によれば、指向性利得が高く、Ｆ／Ｂ比が良好なアンテナ装置を実現することが可能となる。【０１３２】  第８に、さらに、ひし形スロットアンテナ部の少なくとも１つにおいて、ひし形スロットアンテナ部に囲まれた内側の導体層と外側の導体層とが、４本のスロット素子の略中央にそれぞれ銅箔パターンで形成された導体により接続される構成とした。【０１３３】  この構成によれば、インピーダンス整合が容易にとれ、Ｆ／Ｂ比が良好なアンテナ装置を実現することが可能となる。【０１３４】  第９に、さらに、ひし形スロットアンテナ部の少なくとも１つにおいて、第１給電手段に替えて、導体が接続された第１スロット素子と第２スロット素子の導体間のスロット素子上に給電する第３給電手段と、第２給電手段に替えて、導体が接続された第３スロット素子と第４スロット素子の導体間のスロット素子上に給電する第４給電手段と、第３給電手段と第４給電手段を選択的に切替る切替手段とを備える構成とした。【０１３５】  この構成によれば、インピーダンス整合が容易にとれ、Ｆ／Ｂ比が良好なアンテナ装置を実現することが可能となる。【０１３６】  より具体的な態様として、前記ひし形アンテナ部又は前記ひし形スロットアンテナ部は、正方形、四角形、平行四辺形及び台形を含む矩形、並びに湾曲又は円形を含む丸型のアンテナ部又はスロットアンテナ部である。【０１３７】  本明細書は、２００４年１１月３０日出願の特願２００４−３４５３７９に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】  本発明に係るアンテナ装置は、小型かつ平面な構成で高利得化が実現でき、ビーム切替が有効なシステム、例えば路車間通信や車車間通信用のアンテナとして適用した場合に有用である。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年3月16日(2007.3.16)
【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】
それぞれ使用周波数の略１／４波長から略３／８波長の長さを有する４本の線状素子が同一平面上においてひし形形状に配置され、かつ前記４本の線状素子のうち第１線状素子と第２線状素子が接続され、第３線状素子と第４線状素子が接続されたひし形アンテナ部を複数備え、
前記複数のひし形アンテナ部の間は、所定の長さを有する線状連結素子で接続され、
前記連結された複数のひし形アンテナ部の端部には、全長が所定の長さを有する折り返し形状の線状迂回素子が接続され、
前記複数のひし形形状素子が配置された平面から所定の間隔を隔てて、前記平面に対して略平行に反射板が配置され、
前記複数のひし形アンテナ部のうちいずれかの前記第１線状素子と前記第２線状素子の接続部に給電する第１給電手段と、
前記第３線状素子と前記第４線状素子の接続部に給電する第２給電手段と、
前記第１給電手段と第２給電手段とを選択的に切替る切替手段と、
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記複数のひし形アンテナ部の前記第１線状素子と前記第２線状素子の接続部に給電する複数の第１給電手段と、
前記第３線状素子と前記第４線状素子の接続部に給電する複数の第２給電手段と、
前記複数の第１給電手段と第２給電手段とを選択的に切替る切替手段と、
を備える請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
所定の誘電率を持つ誘電体基板と、
前記誘電体基板面に形成された導体層を有しており、
前記導体層には、それぞれ使用周波数の略１／４波長から略３／８波長の長さを有する４本のスロット素子がひし形形状に配置され、かつ前記４本のスロット素子のうち第１スロット素子と第２スロット素子が接続され、第３スロット素子と第４スロット素子が接続されたひし形スロットアンテナ部が複数設けられており、
前記複数のひし形スロットアンテナ部の間は、所定の長さを有するスロット連結素子で接続され、
前記連結された複数のひし形スロットアンテナ部の端部には、全長が所定の長さを有する折り返し形状のスロット迂回素子が接続され、
前記誘電体基板面から所定の間隔を隔てて、前記誘電体基板面に略平行に反射板が配置されており、
前記複数のひし形スロットアンテナ部のうちいずれかの前記第１スロット素子と前記第２スロット素子の接続部に給電する第１給電手段と、
前記第３スロット素子と前記第４スロット素子の接続部に給電する第２給電手段と、
前記第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替る切替手段と、
を備えるアンテナ装置。
【請求項４】
前記複数のひし形スロットアンテナ部の前記第１スロット素子と前記第２スロット素子の接続部に給電する複数の第１給電手段と、
前記第３スロット素子と前記第４スロット素子の接続部に給電する複数の第２給電手段と、
前記複数の第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替る切替手段と、
を備える請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記給電手段として、前記誘電体基板の前記導体層が形成された面の裏面に設けられたマイクロストリップラインが用いられる請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記マイクロストリップラインは、前記ひし形スロットアンテナ部との結合部から略１／４波長の奇数倍の位置で、短絡と給電とを切替る切替手段を備える請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記マイクロストリップラインは、前記ひし形スロットアンテナ部との結合部から略１／２波長の整数倍の位置で、開放と給電とを切替る切替手段を備える請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記複数のひし形スロットアンテナ部の少なくとも１つにおいて、
ひし形スロットアンテナ部に囲まれた内側の導体層と外側の導体層とが、前記４本のスロット素子の略中央にそれぞれ銅箔パターンで形成された導体により接続される請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記複数のひし形スロットアンテナ部の少なくとも１つにおいて、
前記第１給電手段に替えて、前記導体が接続された前記第１スロット素子と前記第２スロット素子の導体間のスロット素子上に給電する第３給電手段と、
前記第２給電手段に替えて、前記導体が接続された前記第３スロット素子と前記第４スロット素子の導体間のスロット素子上に給電する第４給電手段と、
前記第３給電手段と第４給電手段を選択的に切替る切替手段と、
を備える請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記ひし形アンテナ部は、
正方形、四角形、平行四辺形、台形、湾曲形、又は円形のアンテナ部である請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記ひし形スロットアンテナ部は、
正方形、四角形、平行四辺形、台形、湾曲形、又は円形のスロットアンテナ部である請求項３に記載のアンテナ装置。
【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】
主ビーム方向の切替が可能な小型平面アンテナ装置であり、例えば路車間通信や車車間通信等の高速無線通信用アンテナに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、２５ＧＨｚ帯や６０ＧＨｚ帯などを利用した路車間通信システムや車車間通信システムが検討されている。これらの通信システムでは、車両に搭載されるアンテナ装置は道路に比較的近い位置、例えばバンパー内に設置されるため、路面からの反射が無視できず、フェージングにより伝送品質が劣化してしまうという課題がある。したがって、車両に搭載するアンテナ装置としては路面の鉛直方向に対して指向性が狭く、かつ小型な構造であることが求められる。また、通信距離を拡大するために高利得であることや道路形状は直線以外にもカーブが想定されることから道路形状に応じて水平面内においてビーム方向を切替できることが望ましい。
【０００３】
これまで、平面かつ小型で高利得を実現するためのアンテナとして、平面パッチアレーアンテナが知られている。このアンテナは、主放射方向に対して垂直な面内に複数のアンテナ素子を配列し分配給電を行うことで、主放射方向のビームの指向性を狭くし高利得化を図ったものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ビーム切替が可能なアンテナとして、パッチ八木宇田アレーアンテナが提案されている（例えば、特許文献２参照）。図２０は、特許文献２に記載のパッチ八木宇田アレーアンテナの構成を示す図である。給電素子２００１ａ〜２００１ｄ、無給電素子２００２、無給電素子群２００３ａ〜２００３ｄから構成されており、八木宇田アンテナの大部分を占める導波器（無給電素子）を共有することでアンテナ装置の小型化を図っている。また、給電素子２００１ａ〜２００１ｄの給電を切替ることによって、同図のアンテナ装置では４方向にビームの切替を行うことが可能となる。
【０００５】
また、他のビーム切替アンテナとして、迂回素子装荷ループアンテナが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。図２１は、非特許文献１に記載の迂回素子装荷ループアンテナの構成を示す図である。線状素子２１０１ａ〜２１０１ｄが図のようにひし形形状に配置され、線状迂回素子２１０２ａは線状素子２１０１ａと２１０１ｃの間に接続されており、線状迂回素子２１０２ｂは線状素子２１０１ｂと２１０１ｄの間に接続されている。また、線状素子２１０１ａと２１０１ｂの間に給電部２１０３ａを設け、線状素子２１０１ｃと２１０１ｄの間に給電部２１０３ｂを設けてある。上記のように構成されたアンテナ素子と平行に反射板２１０４が配置される。このようにアンテナ装置を構成し、給電部２１０３ａと２１０３ｂの切替を行うことで2方向に主ビームを切替ることが可能となる。これにより、平面かつ小型な構成でビームの切替を行うことができる。
【特許文献１】特開平６−３３４４３４号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２９１９号公報
【非特許文献１】電子情報通信学会  信学技報  Ａ−Ｐ２００３−１５７  ２００３年１１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の平面パッチアレーアンテナは、主ビーム方向を切替ることができないので、車両の走行状態によっては伝送品質が著しく劣化するという課題がある。また、分配給電によるアレー構成のため、給電ロスによる影響が大きくなるという課題もある。
【０００７】
また、上記特許文献２に記載のパッチ八木宇田アレーアンテナは、高利得化を実現するためには素子数を増やす必要があり、アンテナサイズが大きくなってしまうという課題がある。
【０００８】
また、上記非特許文献１に記載の迂回素子装荷ループアンテナは、ビーム幅が広いため、路面からの反射を受けやすいという課題がある。このため、さらなる狭指向性化が必要である。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、小型かつ平面な構成で高利得化を実現し、主ビーム方向の切替が可能な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】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明のアンテナ装置は以下に述べる特徴を有する。第１に、それぞれ使用周波数の略１／４波長から略３／８波長の長さを有する４本の線状素子が同一平面上においてひし形形状に配置され、かつ４本の線状素子のうち第１線状素子と第２線状素子が接続され、第３線状素子と第４線状素子が接続されたひし形アンテナ部を複数備え、複数のひし形アンテナ部の間は、所定の長さを有する線状連結素子で接続され、連結された複数のひし形アンテナ部の端部には、全長が所定の長さを有する折り返し形状の線状迂回素子が接続され、前記複数のひし形形状素子が配置された平面から所定の間隔を隔てて、平面に対して略平行に反射板が配置され、複数のひし形アンテナ部のうちいずれかの第１線状素子と第２線状素子の接続部に給電する第１給電手段と、第３線状素子と第４線状素子の接続部に給電する第２給電手段と、第１給電手段と第２給電手段とを選択的に切替る切替手段とを備える構成を採る。
【００１１】
この構成によれば、小型かつ平面なアンテナ装置で高利得化を実現することができる。また、第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替ることにより、２方向に主ビームを切替ることが可能となる。さらに、主ビームの水平方向の角度を変化させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
以上の説明より、本発明のアンテナ装置は、小型かつ平面な構成で高利得化を実現し、２方向に主ビームを切替ることが可能となる。また、主ビームの水平方向の角度を切替ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態のアンテナ装置について、図面を用いて説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す図である。以下、アンテナを例えばεｒ＝２．２６の誘電体基板上に作成した場合について、その動作周波数を２５ＧＨｚ、１波長（１実効波長）を８．６ｍｍとして説明する。また、説明の都合上、図１に示すような座標軸を定義している。
【００１５】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す平面図である。この図において、線状素子１０１ａ〜１０１ｄ、１０２ａ〜１０２ｄ、１０３ａ〜１０３ｄは、素子長Ｌ１が約１／３波長（２．８ｍｍ）で、素子幅が例えば０．２ｍｍの導体である。これらの線状素子１０１ａ〜１０１ｄ、１０２ａ〜１０２ｄ、１０３ａ〜１０３ｄは、図１（ａ）に示すように正方形形状に配置される。
【００１６】
線状連結素子１０４ａ〜１０４ｄは、素子長Ｌ２が約２／５波長（３．３ｍｍ）で、素子幅が例えば０．２ｍｍの導体である。線状連結素子１０４ａは、線状素子１０１ａと線状素子１０２ｂの間に接続され、線状連結素子１０４ｂは、線状素子１０１ｂと線状素子１０３ａの間に接続され、線状連結素子１０４ｃは、線状素子１０１ｃと線状素子１０２ｄの間に接続され、線状連結素子１０４ｄは、線状素子１０１ｄと線状素子１０３ｃの間に接続される。
【００１７】
線状迂回素子１０５ａ及び１０５ｂは、全長が約２／５波長（３．３ｍｍ）で、長さＬ３が約１／５波長（１．７ｍｍ）の折り返し形状の導体であり、素子幅が例えば０．２ｍｍである。線状迂回素子１０５ａは、線状素子１０２ａと線状素子１０２ｃの間に接続され、線状迂回素子１０５ｂは、線状素子１０３ｂと線状素子１０３ｄの間に接続される。
【００１８】
給電部１０６ａは、線状素子１０１ａと１０１ｂの間に設けられ、給電部１０６ｂは、線状素子１０１ｃと１０１ｄの間に設けられる。なお、線状素子１０２ａと１０２ｂ、線状素子１０２ｃと１０２ｄ、線状素子１０３ａと１０３ｂ、線状素子１０３ｃと１０３ｄは接続されている。
【００１９】
以上のように構成された、線状素子１０１ａ〜１０１ｄ、１０２ａ〜１０２ｄ、１０３ａ〜１０３ｄと、線状連結素子１０４ａ〜１０４ｄと、線状迂回素子１０５ａ及び１０５ｂと、給電部１０６ａ及び１０６ｂにより、ひし形アンテナ部を接続しアレー構成にした線状アンテナ素子が構成される。
【００２０】
上記ひし形アンテナ部には、上述した正方形形状を含む矩形全般が該当し、例示すれば、四角形や正方形や平行四辺形や台形、さらには、湾曲又は丸形も含むアンテナ部である。以下に、ひし形アンテナ部と記述する場合は、これら四角形や正方形や平行四辺形や台形、さらには、湾曲又は丸形も含むアンテナ部の総称として、説明の便宜上呼称している。
【００２１】
給電部１０６ａから線状アンテナ素子が励振される場合、給電部１０６ｂは短絡され、線状素子１０１ｃと１０１ｄは接続するように動作する。逆に、給電部１０６ｂから線状アンテナ素子が励振される場合、給電部１０６ａは短絡され、線状素子１０１ａと１０１ｂは接続するように動作する。このように給電部を切替て線状アンテナ素子を励振させることにより、１つの線状アンテナ素子で主ビームを２方向に切替ることが可能となる。
【００２２】
図１（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す矢視図であり、図１（ａ）の＋Ｘ側から見た図である。この図において、誘電体基板１０７は厚みｔが約０．０５波長（０．４ｍｍ）であり、線状アンテナ素子が配置された面（ＸＹ平面）に平行に−Ｚ側に配置される。また、反射板１０８は、線状アンテナ素子が配置された面（ＸＹ平面）から距離ｈが約０．６波長（５ｍｍ）だけ−Ｚ側に離れた位置に配置された導体板である。
【００２３】
次に、上述したアンテナ装置の動作について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態１において、給電部１０６ａを励振、給電部１０６ｂを短絡とした場合における線状アンテナ素子上の電流分布を示す図であり、図２（ａ）は電流振幅特性、図２（ｂ）は電流位相特性を示している。なお、図２の横軸に示されている記号（Ａ）〜（Ｆ）は、図１に示されている記号（Ａ）〜（Ｆ）の位置と対応している。
【００２４】
図２（ａ）において、電流振幅特性２０１ａは、線状素子１０３ａ及び１０３ｂ上の電流振幅を示しており、（Ｅ）点で電流振幅がピーク値を取ることが確認できる。以下同様に、特性２０１ｂは線状素子１０１ａ及び１０１ｂ上の電流振幅、特性２０１ｃは線状素子１０２ａ及び１０２ｂ上の電流振幅、特性２０１ｄは線状素子１０２ｃ及び１０２ｄ上の電流振幅、特性２０１ｅは線状素子１０１ｃ及び１０１ｄ上の電流振幅、特性２０１ｆは線状素子１０３ｃ及び１０３ｄ上の電流振幅を示しており、それぞれ（Ａ）点、（Ｃ）点、（Ｄ）点、（Ｂ）点、（Ｆ）点でピーク値を取ることが確認できる。
【００２５】
また、図２（ｂ）において、電流位相特性２０２はＹ方向成分の電流位相を示している。ここで、位相２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄ、２０３ｅ、２０３ｆは、それぞれ（Ｅ）点、（Ａ）点、（Ｃ）点、（Ｄ）点、（Ｂ）点、（Ｆ）点における電流位相である。
【００２６】
図２（ｂ）より、図１における−Ｘ側に配置された線状素子上のピーク点、すなわち（Ａ）点、（Ｃ）点、（Ｅ）点における位相２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃがほぼ一致しており、＋Ｘ側に配置された線状素子上のピーク点、すなわち（Ｂ）点、（Ｄ）点、（Ｆ）点における位相２０３ｄ、２０３ｅ、２０３ｆがほぼ一致していることが確認できる。このとき、位相２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃと、位相２０３ｄ、２０３ｅ、２０３ｆの間には、約１４０度の位相差が生じていることが確認できる。これにより、本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置は、給電部１０６ａにより励振された場合、＋Ｘ側へチルトしたビームが得られ、ビームチルトアンテナとして動作することになる。なお、給電部１０６ｂにより励振される場合は、−Ｘ側へチルトしたビームが得られることになる。
【００２７】
図３は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。図３（ａ）は、垂直（ＸＺ）面の指向性を、図３（ｂ）は仰角θが７０度における円錐面の指向性を示している。
【００２８】
図３（ａ）において、実線で示す指向性３０１ａは、給電部１０６ａから線状アンテナ素子を励振し、給電部１０６ｂを短絡したときの水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、仰角θが７０度の方向にチルトした主ビームを得られることが確認できる。また、点線で示す指向性３０１ｂは、給電部１０６ｂから線状アンテナ素子を励振し、給電部１０６ａを短絡したときの水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、仰角θが７０度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。
【００２９】
図３（ｂ）において、実線で示す指向性３０２ａは、図３（ａ）の指向性３０１ａと同様に、給電部１０６ａから線状アンテナ素子を励振し、給電部１０６ｂを短絡したときの水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、主ビームが＋Ｘ方向に向いていることが確認できる。また、点線で示す指向性３０２ｂは、図３（ａ）の指向性３０１ｂと同様に、給電部１０６ｂから線状アンテナ素子を励振し、給電部１０６ａを短絡したときの水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、主ビームが−Ｘ方向に向いていることが確認できる。このとき、指向性３０２ａ及び３０２ｂのどちらも、主ビームの指向性利得は１４ｄＢｉ、円錐面の半値角は２０度、Ｆ／Ｂ比（主ビームとバックローブの比）は１１ｄＢである。
【００３０】
ここで、非特許文献１では、迂回素子装荷ループアンテナの指向性利得が１０．５ｄＢｉ、円錐面の半値角が約６０度であると示されていることから、本実施の形態１に示すアンテナ装置のように、ひし形アンテナ部を接続しアレー構成にすることで、高利得化・狭指向性化を実現できることがわかる。
【００３１】
図４は、線状連結素子１０４ａ〜１０４ｄの長さを２．８ｍｍ〜３．７ｍｍまで変化させたときの指向性利得とＦ／Ｂ比の関係を示す図である。この図より、指向性利得４０１の変化幅は小さいが、Ｆ／Ｂ比４０２の変化幅が大きいことが確認できる。これにより、指向性利得４０１が１２．５ｄＢｉ以上、Ｆ／Ｂ比４０２が８ｄＢ以上となる、線状連結素子１０４ａ〜１０４ｄの長さは、３．１ｍｍ（略０．３６波長）〜３．４ｍｍ（略０．４０波長）であることが確認できる。
【００３２】
このように本実施の形態によれば、ひし形アンテナ部を接続してアレー構成にし、線状アンテナ素子から所定の距離を隔てて反射板を配置することにより、路車間通信や車車間間通信用アンテナに適した平面かつ小型な構成で、高利得化・狭指向性化を実現できる。また、２つの給電部を切替ることにより、２方向に主ビームを切替ることができるので、車両の走行状態に合わせてビームを切替ることにより伝送品質を高めることができる。さらに、線状アンテナ素子の１点を給電することで動作可能なため、分配給電を用いた複雑なアレー構成と比較して、アンテナ装置の省スペース化を図ることができるだけでなく、給電ロスも減らすことができる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、３素子の迂回素子装荷ループアンテナの迂回素子間を接続する場合について説明したが、前述した動作原理に基づく範囲であれば、素子数はいくつであってもよい。
【００３４】
なお、本実施の形態では、ひし形形状のアンテナ素子を接続した場合について説明したが、円形形状のアンテナ素子としても同様な効果を得ることができる。
【００３５】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図５（ａ）は、アンテナ装置の構成を示す平面図である。また、図５（ｂ）はアンテナ装置の構成を示す矢視図であり、図５（ａ）の＋Ｘ側から見た図である。ただし、これらの図において、図１と共通する部分には図１と同一の符号を付し、その説明を省略する。以下、アンテナを例えばεｒ＝２．２６の誘電体基板上に作成した場合について、その動作周波数を２５ＧＨｚ、１波長（１実効波長）を８．６ｍｍとして説明する。また、説明の都合上、図に示すような座標軸を定義している。
【００３６】
給電部５０１ａは、線状素子１０２ａと１０２ｂの間に設けられ、給電部５０１ｂは、線状素子１０２ｃと１０２ｄの間に設けられる。なお、線状素子１０１ａと１０１ｂ、線状素子１０１ｃと１０１ｄ、線状素子１０３ａと１０３ｂ、線状素子１０３ｃと１０３ｄは接続されている。
【００３７】
給電部５０１ａから線状アンテナ素子が励振される場合、給電部５０１ｂは短絡され、線状素子１０２ｃと１０２ｄは接続するように動作する。逆に、給電部５０１ｂから線状アンテナ素子が励振される場合、給電部５０１ａは短絡され、線状素子１０２ａと１０２ｂは接続するように動作する。このように給電部を切替て線状アンテナ素子を励振させることにより、１つの線状アンテナ素子で主ビームを２方向に切替ることが可能となる。
【００３８】
図６（ａ）は、給電部５０１ａから励振し、給電部５０１ｂを短絡したときの垂直面指向性（φ＝５度）、図６（ｂ）は、給電部５０１ｂから励振し、給電部５０１ａを短絡したときの垂直面指向性（φ＝−５度）、図６（ｃ）は、給電部５０１ａから励振し、給電部５０１ｂを短絡したときの仰角θが７０度における円錐面指向性、図６（ｄ）は給電部５０１ｂから励振し、給電部５０１ａを短絡したときの仰角θが７０度における円錐面の指向性を示している。
【００３９】
図６（ａ）において、指向性６０１ａは、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、φが５度のとき仰角θが７０度の方向にチルトした主ビームを得られることが確認できる。また、図６（ｂ）において、指向性６０１ｂは、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、φが−５度のとき仰角θが７０度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。
【００４０】
図６（ｃ）において、指向性６０２ａは、図６（ａ）の指向性６０１ａと同様に、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、φが５度の方向に主ビームが向いていることが確認できる。また、図６（ｄ）に示す指向性６０２ｂは、図６（ｂ）の指向性６０１ｂと同様に、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、φが−５度の方向に主ビームが向いていることが確認できる。このとき、指向性６０２ａ及び６０２ｂのいずれも、主ビームの指向性利得は１３．２ｄＢｉ、円錐面の半値角は２１度、Ｆ／Ｂ比は７ｄＢである。
【００４１】
図７は、本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の別構成を示す図である。図７（ａ）は、アンテナ装置の構成を示す平面図である。また、図７（ｂ）はアンテナ装置の構成を示す矢視図であり、図７（ａ）の＋Ｘ側から見た図である。ただし、これらの図において、図１と共通する部分には図１と同一の符号を付し、その説明を省略する。以下、アンテナをεｒ＝２．２６の誘電体基板上に作成した場合について、その動作周波数を２５ＧＨｚ、１波長（１実効波長）を８．６ｍｍとして説明する。また、説明の都合上、図に示すような座標軸を定義している。
【００４２】
給電部７０１ａから線状アンテナ素子が励振される場合、給電部７０１ｂは短絡され、線状素子１０３ｃと１０３ｄは接続するように動作する。逆に、給電部７０１ｂから線状アンテナ素子が励振される場合、給電部７０１ａは短絡され、線状素子１０３ａと１０３ｂは接続するように動作する。このように給電部を切替て線状アンテナ素子を励振させることにより、１つの線状アンテナ素子で主ビームを２方向に切替ることが可能となる。
【００４３】
図８は、図７に示す本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。図８（ａ）は、給電部７０１ａから励振し、給電部７０１ｂを短絡したときの垂直面指向性（φ＝−５度）、図８（ｂ）は、給電部７０１ｂから励振し、給電部７０１ａを短絡したときの垂直面指向性（φ＝５度）、図８（ｃ）は、給電部７０１ａから励振し、給電部７０１ｂを短絡したときの仰角θが７０度における円錐面指向性、図８（ｄ）は給電部７０１ｂから励振し、給電部７０１ａを短絡したときの仰角θが７０度における円錐面の指向性を示している。
【００４４】
図８（ａ）において、指向性８０１ａは、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、φが−５度のとき仰角θが７０度の方向にチルトした主ビームを得られることが確認できる。また、図８（ｂ）において、指向性８０１ｂは、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、φが５度のとき仰角θが７０度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。
【００４５】
図８（ｃ）において、指向性８０２ａは、図８（ａ）の指向性８０１ａと同様に、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、φが−５度の方向に主ビームが向いていることが確認できる。また、図８（ｄ）に示す指向性８０２ｂは、図８（ｂ）の指向性８０１ｂと同様に、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性を示しており、φが５度の方向に主ビームが向いていることが確認できる。このとき、指向性８０２ａ及び８０２ｂのいずれも、主ビームの指向性利得は１３．２ｄＢｉ、円錐面の半値角は２１度、Ｆ／Ｂ比は７ｄＢである。
【００４６】
このように本実施の形態によれば、給電部を線状アンテナ素子に対して非対称に配置し、２つの給電部を切替る構成にすることで、主ビーム方向の切替だけではなく、円錐面においてビームをチルトさせることができる。
【００４７】
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図９（ａ）は、アンテナ装置の構成を示す平面図であり、各ひし形アンテナ部の対向する頂点に給電部９０１ａ、９０１ｂ、９０２ａ、９０２ｂ、９０３ａ、９０３ｂを設け、給電部を切替る構成としている。また、図９（ｂ）はアンテナ装置の構成を示す矢視図であり、図９（ａ）の＋Ｘ側から見た図である。ただし、これらの図において、図１と共通する部分には図１と同一の符号を付し、その説明を省略する。以下、アンテナを例えばεｒ＝２．２６の誘電体基板上に作成した場合について、その動作周波数を２５ＧＨｚ、１波長（１実効波長）を８．６ｍｍとして説明する。また、説明の都合上、図に示すような座標軸を定義している。
【００４８】
ここで、本実施の形態のアンテナ装置に係る給電部の切替の一例について、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４９】
はじめに、アンテナ装置の−Ｘ側か＋Ｘ側のどちらを給電するかを選択する（Ｓ１０００）。−Ｘ側を給電する場合、Ｓ１００１へ進む。Ｓ１００１では、−Ｘ側の給電部の中でいずれかの給電部を選択する。ここで、給電部９０１ａを選択した場合、給電部９０１ａを励振する（Ｓ１００２ａ）。このとき、同時に給電部９０２ａ、９０３ａ、９０１ｂ、９０２ｂ、９０３ｂを短絡する（Ｓ１００２ｂ）。以上より、給電部９０１ａから線状アンテナ素子が励振されることになり、実施の形態１において、給電部１０６ａを励振した場合と同等の結果が得られる。
【００５０】
また、給電部９０２ａを選択した場合、給電部９０２ａを励振する（Ｓ１００３ａ）。このとき、同時に給電部９０１ａ、９０３ａ、９０１ｂ、９０２ｂ、９０３ｂを短絡する（Ｓ１００３ｂ）。以上より、給電部９０２ａから線状アンテナ素子が励振されることになり、実施の形態２において、給電部５０１ａを励振した場合と同等の結果が得られる。
【００５１】
また、給電部９０３ａを選択した場合、給電部９０３ａを励振する（Ｓ１００４ａ）。このとき、同時に給電部９０１ａ、９０２ａ、９０１ｂ、９０２ｂ、９０３ｂを短絡する（Ｓ１００４ｂ）。以上より、給電部９０３ａから線状アンテナ素子が励振されることになり、実施の形態２において、給電部７０１ａを励振した場合と同等の結果が得られる。
【００５２】
次に、＋Ｘ側を給電する場合を考える。Ｓ１００５において、＋Ｘ側の給電部の中でいずれかの給電部を選択する。ここで、給電部９０１ｂを選択した場合、給電部９０１ｂを励振する（Ｓ１００６ａ）。このとき、同時に給電部９０１ａ、９０２ａ、９０３ａ、９０２ｂ、９０３ｂを短絡する（Ｓ１００６ｂ）。以上より、給電部９０１ｂから線状アンテナ素子が励振されることになり、実施の形態１において、給電部１０６ｂを励振した場合と同等の結果が得られる。
【００５３】
また、給電部９０２ｂを選択した場合、給電部９０２ｂを励振する（Ｓ１００７ａ）。このとき、同時に給電部９０１ａ、９０２ａ、９０３ａ、９０１ｂ、９０３ｂを短絡する（Ｓ１００７ｂ）。以上より、給電部９０２ｂから線状アンテナ素子が励振されることになり、実施の形態２において、給電部５０１ｂを励振した場合と同等の結果が得られる。
【００５４】
また、給電部９０３ｂを選択した場合、給電部９０３ｂを励振する（Ｓ１００８ａ）。このとき、同時に給電部９０１ａ、９０２ａ、９０３ａ、９０１ｂ、９０２ｂを短絡する（Ｓ１００８ｂ）。以上より、給電部９０３ｂから線状アンテナ素子が励振されることになり、実施の形態２において、給電部７０１ｂを励振した場合と同等の結果が得られる。
【００５５】
このように本実施の形態によれば、複数の給電部を設けそれらを切替ることで、垂直面及び円錐面において主ビーム方向を切替ることができる。
【００５６】
（実施の形態４）
図１１及び図１２は、本発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図１１（ａ）は、アンテナ装置を＋Ｚ側から見た平面図であり、図１１（ｂ）は、アンテナ装置を＋Ｘ側から見た矢視図である。また、図１２は、反射板１０８を除いて−Ｚ側から見たアンテナ装置の平面図である。ただし、図１１及び図１２において、図１と共通する部分には図１と同一の符号を付し、その説明を省略する。以下、動作周波数を２５ＧＨｚとして説明する。また、説明の都合上、図１１及び図１２に示すような座標軸を定義している。
【００５７】
図１１において、誘電体基板１１０１は、比誘電率εrが例えば３．４５で、厚さｔ２が０．０４波長（０．３ｍｍ）であり、寸法Ｌ１１×Ｌ１２は２波長×４．３波長（１４．５ｍｍ×３１ｍｍ）である。この時、１波長（１実効波長）は７．２ｍｍとする。
【００５８】
銅箔層１１０２は、誘電体基板１１０１の＋Ｚ面側に接着された銅箔である。スロット素子１１０３ａ〜１１０３ｄ、１１０４ａ〜１１０４ｄ、１１０５ａ〜１１０５ｄは銅箔層１１０２を削剥して形成された空隙（銅箔パターン）であり、素子長Ｌ４が約１／３波長（２．４ｍｍ）、素子幅が例えば０．２ｍｍである。これらのスロット素子１１０３ａ〜１１０３ｄ、１１０４ａ〜１１０４ｄ、１１０５ａ〜１１０５ｄが図１１（ａ）に示すように正方形形状に配置される。
【００５９】
スロット連結素子１１０６ａ〜１１０６ｄ、スロット迂回素子１１０７ａ、１１０７ｂも、銅箔層１１０２を削剥して形成された空隙（銅箔パターン）であり、それぞれ素子長Ｌ５が約０．４３波長（３．１ｍｍ）、素子長Ｌ６が約０．１４波長（１ｍｍ）、素子幅が例えば０．２ｍｍである。スロット連結素子１１０６ａは、スロット素子１１０３ａと１１０４ｂの間を、スロット連結素子１１０６ｂは、スロット素子１１０３ｂと１１０５ａの間を、スロット連結素子１１０６ｃは、スロット素子１１０３ｃと１１０４ｄの間を、スロット連結素子１１０６ｄは、スロット素子１１０３ｄと１１０５ｃの間を接続する。また、スロット迂回素子１１０７ａは、スロット素子１１０４ａと１１０４ｃの間を接続し、スロット素子１１０７ｂは、スロット素子１１０５ｂと１１０５ｄの間を接続している。なお、スロット素子１１０３ａと１１０３ｂ、スロット素子１１０３ｃと１１０３ｄ、スロット素子１１０４ａと１１０４ｂ、スロット素子１１０４ｃと１１０４ｄ、スロット素子１１０５ａと１１０５ｂ、スロット素子１１０５ｃと１１０５ｄはそれぞれ接続されている。
【００６０】
接続導体１１０８ａ〜１１０８ｄは、スロット素子１１０３ａ〜１１０３ｄに、例えば銅箔パターンで正方形形状に形成され、スロット素子１１０３ａ〜１１０３ｄのほぼ中央でそれぞれのスロット素子１１０３ａ〜１１０３ｄを分断するように、スロット素子の内側と外側の銅箔層を接続している。このように、接続導体１１０８ａ〜１１０８ｄによりスロット素子１１０３ａ〜１１０３ｄを分断することで、インピーダンス整合が容易にとれ、Ｆ／Ｂ比が良好なアンテナ装置を実現することが可能となる。
【００６１】
以上のように構成された、スロット素子１１０３ａ〜１１０３ｄ、１１０４ａ〜１１０４ｄ、１１０５ａ〜１１０５ｄと、スロット連結素子１１０６ａ〜１１０６ｄと、スロット迂回素子１１０７ａ及び１１０７ｂと、接続導体１１０８ａ〜１１０８ｄにより、ひし形スロットアンテナ部を接続しアレー構成にしたスロットアンテナ素子が構成される。
【００６２】
スイッチ１２０１は、２つの入力端子１２０２ａ及び１２０２ｂと、２つの出力端子１２０２ｃ及び１２０２ｄを有したＤＰＤＴ（Ｄｏｕｂｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）スイッチである。このスイッチ１２０１は、入力端子１２０２ａが出力端子１２０２ｃと接続される時、入力端子１２０２ｂと出力端子１２０２ｄが接続され、また入力端子１２０２ａが出力端子１２０２ｄと接続される時、入力端子１２０２ｂと出力端子１２０２ｃが接続されるように動作する。
【００６３】
入力端子１２０２ａには、マイクロストリップライン１２０３を介して給電部１２０４が接続され、入力端子１２０２ｂは銅箔パターン１２０５に接続され、スルーホール１２０６を介して接地導体である銅箔層１１０２に接地される。また、出力端子１２０２ｃには、マイクロストリップライン１２０７ａが接続され、出力端子１２０２ｄにはマイクロストリップライン１２０７ｂが接続される。上記マイクロストリップライン１２０３及び銅箔パターン１２０５は、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に形成された銅箔パターンである。
【００６４】
マイクロストリップライン１２０７ａは、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に銅箔パターンにより形成され、一端はスロット素子１１０３ａとスロット素子１１０３ｂの接続部を通過するように配置され、他端はスイッチ１２０１の出力端子１２０２ｃに接続されている。同様に、マイクロストリップライン１２０７ｂも、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に銅箔パターンにより形成され、一端はスロット素子１１０３ｃとスロット素子１１０３ｄの接続部を通過するように配置され、他端はスイッチ１２０１の出力端子１２０２ｄに接続されている。
【００６５】
マイクロストリップライン１２０７ａ及び１２０７ｂの幅Ｗ１は、特性インピーダンスが５０Ωになるように０．６ｍｍに設定されている。また、マイクロストリップライン１２０７ａの先端からスロット素子１１０３ａとスロット素子１１０３ｂの接続部までの距離Ｌ７及びマイクロストリップライン１２０７ｂの先端からスロット素子１１０３ｃとスロット素子１１０３ｄの接続部までの距離Ｌ７は０．４５ｍｍに設定されている。
【００６６】
ここで、図１１及び図１２に示す本実施の形態のアンテナ装置は、図１に示すアンテナ装置の線状素子をスロット素子に置き換えたものとほぼ同等と考えることができるため、その動作は電界と磁界を置き換えて説明することができる。したがって、図１に示すアンテナ装置の主偏波成分は水平（Ｅφ）成分であるのに対して、図１１及び図１２に示すアンテナ装置の主偏波成分は垂直（Ｅθ）成分となる。
【００６７】
次に、上述した構成を有するアンテナ装置において、マイクロストリップライン１２０７ａからアンテナ装置を励振する場合の動作について説明する。給電部１２０４から励振された信号は、スイッチ１２０１の入力端子１２０２ａに入力される。このときスイッチ１２０１は、入力端子１２０２ａと出力端子１２０２ｃ、入力端子１２０２ｂと出力端子１２０２ｄがそれぞれ接続されるように動作する。このため、入力端子１２０２ａに入力された信号は、出力端子１２０２ｃを介してマイクロストリップライン１２０７ａに入力される。
【００６８】
一方、マイクロストリップライン１２０７ｂは、入力端子１２０２ｂ及び出力端子１２０２ｄを介して接地される。ここで、アンテナ素子がスロット素子で構成されているため、線状素子の場合の電界と磁界を置き換えて考えると、マイクロストリップライン１２０７ｂとスロット素子との結合部の位置では開放状態、すなわちマイクロストリップライン１２０７ｂの他端を接地する必要がある。このため、マイクロストリップライン１２０７ｂとスロット素子との結合部から接地点までの長さ、つまりマイクロストリップライン１２０７ｂ及び銅箔パターン１２０５、スルーホール１２０６、スイッチ１２０１の全体の電気的な長さを１／４波長の奇数倍に設定しなければならない。これにより、指向性利得が高く、Ｆ／Ｂ比を良好とすることができる。
【００６９】
同様に、マイクロストリップライン１２０７ｂからアンテナ装置を励振する場合、スイッチ１２０１は、入力端子１２０２ａと出力端子１２０２ｄ、入力端子１２０２ｂと出力端子１２０２ｃがそれぞれ接続されるように動作する。このとき、マイクロストリップライン１２０７ａとスロット素子との結合部の位置で開放状態とする必要があるため、マイクロストリップライン１２０７ａとスロット素子との結合部から接地点までの長さを１／４波長の奇数倍に設定しなければならない。
【００７０】
図１３は、本発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。図１３（ａ）は垂直（ＸＺ）面の指向性を、図１３（ｂ）は仰角θが４５度における円錐面の指向性を示している。
【００７１】
図１３（ａ）において、実線で示す指向性１３０１ａは、マイクロストリップライン１２０７ａからアンテナ装置を励振したときの垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性を示しており、仰角θが４５度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。また、点線で示す指向性１３０１ｂは、マイクロストリップライン１２０７ｂからアンテナ装置を励振したときの垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性を示しており、仰角θが４５度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。
【００７２】
図１３（ｂ）において、実線で示す指向性１３０２ａは、図１３（ａ）の指向性１３０１ａと同様に、マイクロストリップライン１２０７ａからアンテナ装置を励振したときの垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性を示しており、主ビームが＋Ｘ方向に向いていることが確認できる。また、点線で示す指向性１３０２ｂは、図１３（ａ）の指向性１３０１ｂと同様に、マイクロストリップライン１２０７ｂからアンテナ装置を励振したときの垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性を示しており、主ビームが−Ｘ方向に向いていることが確認できる。このとき、指向性１３０２ａ及び１３０２ｂのいずれも、主ビームの指向性利得は１３．５４ｄＢｉ、円錐面の半値角は２７度、Ｆ／Ｂ比は１１．２ｄＢである。
【００７３】
このように本実施の形態によれば、マイクロストリップラインを用いてインピーダンス整合と給電を容易にしたアンテナ装置を得ることができる。さらに、スイッチ回路を用いてマイクロストリップラインへの給電を切替ることで、２方向に主ビームを切替ることが可能となる。
【００７４】
なお、本実施の形態では、スロット素子を誘電体基板上の銅箔パターンによって形成しているが、例えば導体板に空隙を設けてスロット素子を形成しても同様な効果が得られる。
【００７５】
また、本実施の形態では、接続導体をスロット素子内に銅箔パターンで形成し、スロット素子のほぼ中央で分断するようにスロット素子内の内側の銅箔層と外側の銅箔層を接続するものとして説明したが、接続導体をマイクロストリップラインと同一平面上に形成し、スルーホールを介して内側の銅箔層と外側の銅箔層を接続しても同様の効果が得られる。
【００７６】
なお、本実施の形態では、接続導体を中央のひし形スロットアンテナ部にのみ配置する構成について説明したが、両端のひし形スロットアンテナ部に接続導体を設置してもよい。
【００７７】
また、本実施の形態では、接続導体を中央のひし形スロットアンテナ部にのみ配置する構成について説明したが、複数のひし形スロットアンテナ部に接続導体を設置してもよい。
【００７８】
なお、本実施の形態では、スイッチとして１つのＤＰＤＴスイッチを用いて説明したが、例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）を３つ用いて構成するように複数のスイッチを用いてもよい。
【００７９】
また、本実施の形態では、スイッチの一端子を接地し、マイクロストリップラインとスロット素子との結合部から接地点までの長さを１／４波長の奇数倍として説明したが、例えば、スイッチの一端子を開放とし、マイクロストリップラインとスロット素子との結合部から接地点までの長さを１／２波長の整数倍とする構成でも、指向性利得が高く、Ｆ／Ｂ比を良好とすることができる。
【００８０】
（実施の形態５）
図１４及び図１５は、本発明の実施の形態５に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図１４はアンテナ装置を＋Ｚ側から見た平面図であり、図１５は反射板を除いて−Ｚ側から見た平面図である。ただし、図１４及び図１５において、図１１と共通する部分には図１１と同一の符号を付し、その説明を省略する。また、ここでは図示していないが、誘電体基板面と略平行に所定の間隔を隔てて反射板１０８を配置するものとする。以下、動作周波数を２５ＧＨｚとして説明する。また、説明の都合上、図１４及び図１５に示すような座標軸を定義している。
【００８１】
スイッチ１４０２は、１つの入力端子と２つの出力端子を有するＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）スイッチである。１つの入力端子はマイクロストリップライン１４０３を介して給電部１４０１と接続され、２つの出力端子はマイクロストリップライン１４０４ａ及び１４０４ｂに接続されている。ここで、マイクロストリップライン１４０３とマイクロストリップライン１４０４ａ及び１４０４ｂは誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に形成された銅箔パターンである。
【００８２】
スイッチ１４０５ａ及び１４０５ｂは、１つの入力端子と３つの出力端子を有するＳＰ３Ｔ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  ３  Ｔｈｒｏｗ）スイッチである。スイッチ１４０５ａにおいて、１つの入力端子はマイクロストリップライン１４０４ａに接続されており、３つの出力端子はそれぞれマイクロストリップライン１４０６ａ〜１４０６ｃに接続されている。ここで、マイクロストリップライン１４０６ａ〜１４０６ｃは、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に形成された銅箔パターンである。また、スイッチ１４０５ｂにおいて、１つの入力端子はマイクロストリップライン１４０４ｂに接続されており、３つの出力端子はそれぞれマイクロストリップライン１４１１ａ〜１４１１ｃに接続されている。ここで、マイクロストリップライン１４１１ａ〜１４１１ｃも、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に形成された銅箔パターンである。
【００８３】
スイッチ１４０７ａ〜１４０７ｃは、１つの入力端子と２つの出力端子を有するＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）スイッチである。スイッチ１４０７ａにおいて、１つの入力端子はマイクロストリップライン１４０６ａに接続されており、２つの出力端子は銅箔パターン１４０８ａ及びマイクロストリップライン１４１０ａに接続されている。なお、銅箔パターン１４０８ａはスルーホール１４０９ａを介して接地導体１１０２に接地される。また、スイッチ１４０７ｂにおいて、１つの入力端子はマイクロストリップライン１４０６ｂに接続されており、２つの出力端子は銅箔パターン１４０８ｂ及びマイクロストリップライン１４１０ｂに接続されている。なお、銅箔パターン１４０８ｂはスルーホール１４０９ｂを介して接地導体１１０２に接地される。また、スイッチ１４０７ｃにおいて、１つの入力端子はマイクロストリップライン１４０６ｃに接続されており、２つの出力端子は銅箔パターン１４０８ｃ及びマイクロストリップライン１４１０ｃに接続されている。なお、銅箔パターン１４０８ｃはスルーホール１４０９ｃを介して接地導体１１０２に接地される。ここで、銅箔パターン１４０８ａ〜１４０８ｃ及びマイクロストリップライン１４１０ａ〜１４１０ｃは、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に形成された銅箔パターンである。
【００８４】
同様に、スイッチ１４１２ａ〜１４１２ｃも、１つの入力端子と２つの出力端子を有するＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）スイッチである。スイッチ１４１２ａ〜１４１２ｃにおいて、１つの入力端子はそれぞれマイクロストリップライン１４１１ａ〜１４１１ｃに接続されており、２つの出力端子はそれぞれ銅箔パターン１４１３ａ及びマイクロストリップライン１４１５ａ、銅箔パターン１４１３ｂ及びマイクロストリップライン１４１５ｂ、銅箔パターン１４１３ｃ及びマイクロストリップライン１４１５ｃに接続されている。なお、銅箔パターン１４１３ａ〜１４１３ｃは、それぞれスルーホール１４１４ａ〜１４１４ｃを介して接地導体１１０２に接地される。ここで、銅箔パターン１４１３ａ〜１４１３ｃ及びマイクロストリップライン１４１５ａ〜１４１５ｃは、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に形成された銅箔パターンである。
【００８５】
以上のように構成されたアンテナ装置において、スイッチ回路の動作に伴うアンテナ装置への給電について、図１６のフローチャートを用いて説明する。
【００８６】
はじめに、給電部１４０１の信号がスイッチ１４０２へ入力される（Ｓ１６００）。次に、スイッチ１４０２の出力先を決定する（Ｓ１６０１）。スイッチ１４０２の出力端子がマイクロストリップライン１４０４ａと接続している場合、Ｓ１６０２へ進む。Ｓ１６０２では、スイッチ１４０５ａの出力先を決定する。ここで、スイッチ１４０５ａの出力端子がマイクロストリップライン１４０６ａと接続している場合、マイクロストリップライン１４１０ａが励振される（Ｓ１６０３ａ）。このとき、同時にマイクロストリップライン１４１０ｂ、１４１０ｃ、１４１５ａ〜１４１５ｃは、それぞれスルーホールを介して接地される（Ｓ１６０３ｂ）。以上より、スロット素子１１０３ａと１１０３ｂの接続部をマイクロストリップライン１４１０ａにより励振し、アンテナ装置に給電を行うことができる。
【００８７】
また、スイッチ１４０５ａの出力端子がマイクロストリップライン１４０６ｂと接続している場合、マイクロストリップライン１４１０ｂが励振される（Ｓ１６０４ａ）。このとき、同時にマイクロストリップライン１４１０ａ、１４１０ｃ、１４１５ａ〜１４１５ｃは、それぞれスルーホールを介して接地される（Ｓ１６０４ｂ）。以上より、スロット素子１１０４ａと１１０４ｂの接続部をマイクロストリップライン１４１０ｂにより励振し、アンテナ装置に給電を行うことができる。
【００８８】
また、スイッチ１４０５ａの出力端子がマイクロストリップライン１４０６ｃと接続している場合、マイクロストリップライン１４１０ｃが励振される（Ｓ１６０５ａ）。このとき、同時にマイクロストリップライン１４１０ａ、１４１０ｂ、１４１５ａ〜１４１５ｃは、それぞれスルーホールを介して接地される（Ｓ１６０５ｂ）。以上より、スロット素子１１０５ａと１１０５ｂの接続部をマイクロストリップライン１４１０ｃにより励振し、アンテナ装置に給電を行うことができる。
【００８９】
次に、スイッチ１４０２の出力端子がマイクロストリップライン１４０４ｂと接続している場合を考える。Ｓ１６０６では、スイッチ１４０５ｂの出力先を決定する。ここで、スイッチ１４０５ｂの出力端子がマイクロストリップライン１４１１ａと接続している場合、マイクロストリップライン１４１５ａが励振される（Ｓ１６０７ａ）。このとき、同時にマイクロストリップライン１４１０ａ〜１４１０ｃ、１４１５ｂ、１４１５ｃは、それぞれスルーホールを介して接地される（Ｓ１６０７ｂ）。以上より、スロット素子１１０３ｃと１１０３ｄの接続部をマイクロストリップライン１４１５ａにより励振し、アンテナ装置に給電を行うことができる。
【００９０】
また、スイッチ１４０５ｂの出力端子がマイクロストリップライン１４１１ｂと接続している場合、マイクロストリップライン１４１５ｂが励振される（Ｓ１６０８ａ）。このとき、同時にマイクロストリップライン１４１０ａ〜１４１０ｃ、１４１５ａ、１４１５ｃは、それぞれスルーホールを介して接地される（Ｓ１６０８ｂ）。以上より、スロット素子１１０４ｃと１１０４ｄの接続部をマイクロストリップライン１４１５ｂにより励振し、アンテナ装置に給電を行うことができる。
【００９１】
また、スイッチ１４０５ｂの出力端子がマイクロストリップライン１４１１ｃと接続している場合、マイクロストリップライン１４１５ｃが励振される（Ｓ１６０９ａ）。このとき、同時にマイクロストリップライン１４１０ａ〜１４１０ｃ、１４１５ａ、１４１５ｂは、それぞれスルーホールを介して接地される（Ｓ１６０９ｂ）。以上より、スロット素子１１０５ｃと１１０５ｄの接続部をマイクロストリップライン１４１５ｃにより励振し、アンテナ装置に給電を行うことができる。
【００９２】
このように本実施の形態によれば、スイッチ回路とマイクロストリップラインで実現された給電切替構成により、垂直面及び円錐面において主ビーム方向を切替ることが可能となる。
【００９３】
（実施の形態６）
図１７及び図１８は、本発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【００９４】
図１７（ａ）は、アンテナ装置を＋Ｚ側から見た平面図であり、図１７（ｂ）は、アンテナ装置を＋Ｘ側から見た矢視図である。また、図１８は、反射板１０８を除いて−Ｚ側から見たアンテナ装置の平面図である。ただし、図１７及び図１８において、図１及び図１１及び図１２と共通する部分には図１及び図１１及び図１２と同一の符号を付し、その説明を省略する。以下、動作周波数を２５ＧＨｚとして説明する。また、説明の都合上、図１７及び図１８に示すような座標軸を定義している。
【００９５】
本実施の形態は、前述した実施の形態４において、スロット素子の接続部からアンテナ装置の励振位置をＬ８移動する場合について説明する。ここで、１波長（１実効波長）は７．２ｍｍとし、Ｌ８は約０．１８波長である。
【００９６】
入力端子１２０２ａには、マイクロストリップライン１２０３を介して給電部１２０４が接続され、入力端子１２０２ｂは銅箔パターン１２０５に接続され、スルーホール１２０６を介して接地導体である銅箔層１１０２に接地される。また、出力端子１２０２ｃには、マイクロストリップライン１７０１ａが接続され、出力端子１２０２ｄにはマイクロストリップライン１７０１ｂが接続される。上記マイクロストリップライン１２０３及び銅箔パターン１２０５は、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に形成された銅箔パターンである。
【００９７】
マイクロストリップライン１７０１ａは、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に銅箔パターンにより形成され、一端はスロット素子１１０３ｂを通過するように配置され、他端はスイッチ１２０１の出力端子１２０２ｃに接続されている。同様に、マイクロストリップライン１７０１ｂも、誘電体基板１１０１の−Ｚ側面に銅箔パターンにより形成され、一端はスロット素子１１０３ｄを通過するように配置され、他端はスイッチ１２０１の出力端子１２０２ｄに接続されている。ここでは図示しないが、マイクロストリップライン１７０１ａの一端をスロット素子１１０３ａを通過するように配置し、マイクロストリップライン１７０１ｂの一端をスロット素子１１０３ｃを通過するように配置してもよい。
【００９８】
マイクロストリップライン１７０１ａ及び１７０１ｂの幅Ｗ１は、特性インピーダンスが５０Ωになるように０．６ｍｍに設定されている。また、マイクロストリップライン１７０１ａの先端からスロット素子１１０３ｂまでの距離Ｌ９及びマイクロストリップライン１７０１ｂの先端からスロット素子１１０３ｄまでの距離Ｌ９は１．８ｍｍに設定されている。
【００９９】
次に、上述した構成を有するアンテナ装置において、マイクロストリップライン１７０１ａからアンテナ装置を励振する場合の動作について説明する。給電部１２０４から励振された信号は、スイッチ１２０１の入力端子１２０２ａに入力される。このときスイッチ１２０１は、入力端子１２０２ａと出力端子１２０２ｃ、入力端子１２０２ｂと出力端子１２０２ｄがそれぞれ接続されるように動作する。このため、入力端子１２０２ａに入力された信号は、出力端子１２０２ｃを介してマイクロストリップライン１７０１ａに入力される。
【０１００】
一方、マイクロストリップライン１７０１ｂは、入力端子１２０２ｂ及び出力端子１２０２ｄを介して接地される。ここで、アンテナ素子がスロット素子で構成されているため、線状素子の場合の電界と磁界を置き換えて考えると、マイクロストリップライン１７０１ｂとスロット素子との結合部の位置では開放状態、すなわちマイクロストリップライン１７０１ｂの他端を接地する必要がある。このため、マイクロストリップライン１７０１ｂとスロット素子との結合部から接地点までの長さ、つまりマイクロストリップライン１７０１ｂ及び銅箔パターン１２０５、スルーホール１２０６、スイッチ１２０１の全体の電気的な長さを１／４波長の奇数倍に設定しなければならない。これにより、指向性利得が高く、Ｆ／Ｂ比を良好とすることができる。
【０１０１】
同様に、マイクロストリップライン１７０１ｂからアンテナ装置を励振する場合、スイッチ１２０１は、入力端子１２０２ａと出力端子１２０２ｄ、入力端子１２０２ｂと出力端子１２０２ｃがそれぞれ接続されるように動作する。このとき、マイクロストリップライン１７０１ａとスロット素子との結合部の位置で開放状態とする必要があるため、マイクロストリップライン１７０１ａとスロット素子との結合部から接地点までの長さを１／４波長の奇数倍に設定しなければならない。
【０１０２】
図１９は、本発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。図１９（ａ）は垂直（ＸＺ）面の指向性を、図１９（ｂ）は仰角θが４０度における円錐面の指向性を示している。
【０１０３】
図１９（ａ）において、実線で示す指向性１９０１ａは、マイクロストリップライン１７０１ａからアンテナ装置を励振したときの垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性を示しており、仰角θが４０度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。また、点線で示す指向性１９０１ｂは、マイクロストリップライン１７０１ｂからアンテナ装置を励振したときの垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性を示しており、仰角θが４０度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。
【０１０４】
図１９（ｂ）において、実線で示す指向性１９０２ａは、図１９（ａ）の指向性１９０１ａと同様に、マイクロストリップライン１７０１ａからアンテナ装置を励振したときの垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性を示しており、主ビームが＋Ｘ方向に向いていることが確認できる。また、点線で示す指向性１９０２ｂは、図１９（ａ）の指向性１９０１ｂと同様に、マイクロストリップライン１７０１ｂからアンテナ装置を励振したときの垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性を示しており、主ビームが−Ｘ方向に向いていることが確認できる。このとき、指向性１９０２ａ及び１９０２ｂのいずれも、主ビームの指向性利得は１３．５４ｄＢｉ、円錐面の半値角は３０度、Ｆ／Ｂ比は１３ｄＢである。
【０１０５】
このように本実施の形態によれば、接続導体間のスロット素子上において励振を行う構成でも、インピーダンス整合と給電を容易にしたアンテナ装置を得ることができる。さらに、スイッチ回路を用いてマイクロストリップラインへの給電を切替ることで、２方向に主ビームを切替ることが可能となる。
【０１０６】
なお、本実施の形態では、スロット素子を誘電体基板上の銅箔パターンによって形成しているが、例えば導体板に空隙を設けてスロット素子を形成しても同様な効果が得られる。
【０１０７】
また、本実施の形態では、接続導体をスロット素子内に銅箔パターンで形成し、スロット素子のほぼ中央で分断するようにスロット素子内の内側の銅箔層と外側の銅箔層を接続するものとして説明したが、接続導体をマイクロストリップラインと同一平面上に形成し、スルーホールを介して内側の銅箔層と外側の銅箔層を接続しても同様の効果が得られる。
【０１０８】
なお、本実施の形態では、接続導体を中央のひし形スロットアンテナ部にのみ配置する構成について説明したが、両端のひし形スロットアンテナ部に接続導体を設置してもよい。
【０１０９】
また、本実施の形態では、接続導体を中央のひし形スロットアンテナ部にのみ配置する構成について説明したが、複数のひし形スロットアンテナ部に接続導体を設置してもよい。
【０１１０】
なお、本実施の形態では、スイッチとして１つのＤＰＤＴスイッチを用いて説明したが、例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）を３つ用いて構成するように複数のスイッチを用いてもよい。
【０１１１】
また、本実施の形態では、スイッチの一端子を接地し、マイクロストリップラインとスロット素子との結合部から接地点までの長さを１／４波長の奇数倍として説明したが、例えば、スイッチの一端子を開放とし、マイクロストリップラインとスロット素子との結合部から接地点までの長さを１／２波長の整数倍とする構成でも、指向性利得が高く、Ｆ／Ｂ比を良好とすることができる。
【０１１２】
なお、本実施の形態では、中央のひし形スロットアンテナ部に給電する構成について説明したが、両端のひし形スロットアンテナ部に給電する構成でもよい。
【０１１３】
以上、上述した各実施の形態において、３素子の迂回素子装荷ループアンテナの迂回素子間を接続する場合について説明したが、前述した動作原理に基づく範囲であれば、素子数はいくつであってもよい。
【０１１４】
また、上述した各実施の形態では、ひし形形状のアンテナ素子を接続した場合について説明したが、上記ひし形形状には、四角形や正方形や平行四辺形や台形、さらには、湾曲又は丸形も含む形状の総称として用いている。したがって、丸型形状の１つとして、例えば円形形状のアンテナ素子としても同様な効果を得ることができる。
【０１１５】
また、上述した各実施の形態では、線状素子及びスロット素子の長さを約１／３波長として説明したが、線状素子及びスロット素子の長さを変化させることにより指向性利得とＦ／Ｂ比を変化させることができる。したがって、線状素子及びスロット素子の長さは、指向性利得を高くしＦ／Ｂ比を良好にするために、略１／４波長から略３／８波長の範囲で選択することが望ましい。
【０１１６】
さらに、上述した各実施の形態では、本発明のアンテナ装置を路車間通信や車車間通信用のアンテナとして適用した場合を想定しているが、本発明はその用途を限定するものではない。
【０１１７】
本発明のアンテナ装置は以下に述べる特徴を有する。第１に、それぞれ使用周波数の略１／４波長から略３／８波長の長さを有する４本の線状素子が同一平面上においてひし形形状に配置され、かつ４本の線状素子のうち第１線状素子と第２線状素子が接続され、第３線状素子と第４線状素子が接続されたひし形アンテナ部を複数備え、複数のひし形アンテナ部の間は、所定の長さを有する線状連結素子で接続され、連結された複数のひし形アンテナ部の端部には、全長が所定の長さを有する折り返し形状の線状迂回素子が接続され、複数のひし形形状素子が配置された平面から所定の間隔を隔てて、平面に対して略平行に反射板が配置され、複数のひし形アンテナ部のうちいずれかの第１線状素子と第２線状素子の接続部に給電する第１給電手段と、第３線状素子と第４線状素子の接続部に給電する第２給電手段と、第１給電手段と第２給電手段とを選択的に切替る切替手段とを備える構成とした。
【０１１８】
この構成によれば、小型かつ平面なアンテナ装置で高利得化を実現することができる。また、第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替ることにより、２方向に主ビームを切替ることが可能となる。さらに、主ビームの水平方向の角度を変化させることが可能となる。
【０１１９】
第２に、さらに、複数のひし形アンテナ部の第１線状素子と第２線状素子の接続部に給電する複数の第１給電手段と、第３線状素子と第４線状素子の接続部に給電する複数の第２給電手段と、複数の第１給電手段と第２給電手段とを選択的に切替る切替手段とを備える構成とした。
【０１２０】
この構成によれば、小型かつ平面なアンテナ装置で高利得化を実現することができる。さらに、複数の第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替ることにより、２方向に主ビームを切替るだけでなく、主ビームの水平方向の角度切替も行うことが可能となる。
【０１２１】
第３に、所定の誘電率を持つ誘電体基板と、誘電体基板面に形成された導体層を有しており、導体層には、それぞれ使用周波数の略１／４波長から略３／８波長の長さを有する４本のスロット素子がひし形形状に配置され、かつ４本のスロット素子のうち第１スロット素子と第２スロット素子が接続され、第３スロット素子と第４スロット素子が接続されたひし形スロットアンテナ部が複数設けられており、複数のひし形スロットアンテナ部の間は、所定の長さを有するスロット連結素子で接続され、連結された複数のひし形スロットアンテナ部の端部には、全長が所定の長さを有する折り返し形状のスロット迂回素子が接続され、誘電体基板面から所定の間隔を隔てて、前記誘電体基板面に略平行に反射板が配置されており、複数のひし形スロットアンテナ部のうちいずれかの第１スロット素子と第２スロット素子の接続部に給電する第１給電手段と、第３スロット素子と第４スロット素子の接続部に給電する第２給電手段と、第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替る切替手段とを備える構成とした。
【０１２２】
この構成によれば、小型かつ平面なアンテナ装置で高利得化を実現することができる。さらに、複数の第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替ることにより、２方向に主ビームを切替ることが可能となる。
【０１２３】
第４に、さらに、複数のひし形スロットアンテナ部の第１スロット素子と第２スロット素子の接続部に給電する複数の第１給電手段と、第３スロット素子と第４スロット素子の接続部に給電する複数の第２給電手段と、複数の第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替る切替手段とを備える構成とした。
【０１２４】
この構成によれば、複数の第１給電手段と第２給電手段を選択的に切替ることにより、２方向に主ビームを切替るだけでなく、主ビームの水平方向の角度切替も行うことが可能となる。
【０１２５】
第５に、さらに、給電手段として、第３及び第４の構成で述べた誘電体基板の導体層が形成された面の裏面に設けられたマイクロストリップラインが用いられる構成とした。
【０１２６】
この構成によれば、マイクロストリップラインの長さを調節することでインピーダンス整合をとることができ、アンテナ装置への給電が容易になると共に、アンテナ装置の小型化を図ることができる。
【０１２７】
第６に、さらに、マイクロストリップラインは、第３及び第４の構成で述べたひし形スロットアンテナ部との結合部から略１／４波長の奇数倍の位置で、短絡と給電とを切替る切替手段を備える構成とした。
【０１２８】
この構成によれば、指向性利得が高く、Ｆ／Ｂ比が良好なアンテナ装置を実現することが可能となる。
【０１２９】
第７に、さらに、マイクロストリップラインは、第３及び第４の構成で述べたひし形スロットアンテナ部との結合部から略１／２波長の整数倍の位置で、開放と給電とを切替る切替手段を備える構成とした。
【０１３０】
この構成によれば、指向性利得が高く、Ｆ／Ｂ比が良好なアンテナ装置を実現することが可能となる。
【０１３１】
第８に、さらに、ひし形スロットアンテナ部の少なくとも１つにおいて、ひし形スロットアンテナ部に囲まれた内側の導体層と外側の導体層とが、４本のスロット素子の略中央にそれぞれ銅箔パターンで形成された導体により接続される構成とした。
【０１３２】
この構成によれば、インピーダンス整合が容易にとれ、Ｆ／Ｂ比が良好なアンテナ装置を実現することが可能となる。
【０１３３】
第９に、さらに、ひし形スロットアンテナ部の少なくとも１つにおいて、第１給電手段に替えて、導体が接続された第１スロット素子と第２スロット素子の導体間のスロット素子上に給電する第３給電手段と、第２給電手段に替えて、導体が接続された第３スロット素子と第４スロット素子の導体間のスロット素子上に給電する第４給電手段と、第３給電手段と第４給電手段を選択的に切替る切替手段とを備える構成とした。
【０１３４】
この構成によれば、インピーダンス整合が容易にとれ、Ｆ／Ｂ比が良好なアンテナ装置を実現することが可能となる。
【０１３５】
より具体的な態様として、前記ひし形アンテナ部又は前記ひし形スロットアンテナ部は、正方形、四角形、平行四辺形及び台形を含む矩形、並びに湾曲又は円形を含む丸型のアンテナ部又はスロットアンテナ部である。
【０１３６】
本明細書は、２００４年１１月３０日出願の特願２００４−３４５３７９に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明に係るアンテナ装置は、小型かつ平面な構成で高利得化が実現でき、ビーム切替が有効なシステム、例えば路車間通信や車車間通信用のアンテナとして適用した場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の電流振幅及び電流位相を示す図
【図３】本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の指向性を示す図
【図４】線状連結素子長を変化させた場合のＦ／Ｂ比・指向性利得を示す図
【図５】本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置で＋Ｙ側のひし形アンテナ部に給電部を設けた構成図
【図６】＋Ｙ側のひし形アンテナ部に給電部を設けた場合の指向性を示す図
【図７】本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置で−Ｙ側のひし形アンテナ部に給電部を設けた構成図
【図８】−Ｙ側のひし形アンテナ部に給電部を設けた場合の指向性を示す図
【図９】本発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の構成図
【図１０】本発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の給電部の切替動作を示したフローチャート
【図１１】本発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の構成図
【図１２】本発明の実施の形態４に係るアンテナ装置を−Ｚ側面から見た平面図
【図１３】本発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の指向性を示す図
【図１４】本発明の実施の形態５に係るアンテナ装置を＋Ｚ側面から見た平面図
【図１５】本発明の実施の形態５に係るアンテナ装置を−Ｚ側面から見た平面図
【図１６】本発明の実施の形態５に係るアンテナ装置の給電部の切替動作を示したフローチャート
【図１７】本発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の構成図
【図１８】本発明の実施の形態６に係るアンテナ装置を−Ｚ側面から見た平面図
【図１９】本発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の指向性を示す図
【図２０】特許文献２に示されるパッチ八木宇田アレーアンテナの構成図
【図２１】非特許文献１に示される迂回素子装荷ループアンテナの構成図
【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】
2006059568.tif 000023
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006059568.tif 000027
【図６】
2006059568.tif 000028
【図７】
2006059568.tif 000029
【図８】
2006059568.tif 000030
【図９】
2006059568.tif 000031
【図１０】
2006059568.tif 000032
【図１１】
2006059568.tif 000033
【図１２】
2006059568.tif 000034
【図１３】
2006059568.tif 000035
【図１４】
2006059568.tif 000036
【図１５】
2006059568.tif 000037
【図１６】
2006059568.tif 000038
【図１７】
2006059568.tif 000039
【図１８】
2006059568.tif 000040
【図１９】
2006059568.tif 000041
【図２０】
2006059568.tif 000042
【図２１】
2006059568.tif 000043
【国際調査報告】
2006059568.tif 000044
2006059568.tif 000045
2006059568.tif 000046
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