CN100367564C - 天线以及具有该天线的装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种在背面设置有接地导体板(14)的电介质基板(1)上将多个导体要素(12)配置成行和列构成的矩阵状的天线。各导体要素(12)具有不作为天线工作的大小。在导体要素(12)的上方设置有叠加在相邻接的2个导体要素(12)的连接要素(13)。各连接要素(13)中，一些使两侧的导体要素(12)之间成为导通状态，其他使两侧的导体要素(12)之间成为非导通状态。导体要素(12)之间的导通/非导通可以根据开关元件动态进行。

Description

天线以及具有该天线的装置
技术领域
本发明涉及用于收发微波和毫米波等电磁波的天线，特别是涉及最适合于利用无线的便携式信息终端或个人计算机网络(所谓的无线LAN)用机器的天线。另外，本发明涉及具有该天线的各种装置。
背景技术
以前，在TV、收音机等领域，为了接收或发送影像、图像信号的电磁波，开发了各种天线。这样的天线中公知的例如有抛物面天线、反射镜天线等开口面天线、偶极天线、接插(patch)天线等线形天线、平面天线、槽形天线等阵列天线。
对于这些天线着眼于如何改善指向性、增益、以及阻抗等因子而进行了很多改良。为了根据收发的电波频率和接收电波的方向而使上述指向性、增益、以及阻抗最佳化，设计并确定天线形态和设置位置。
近年，随着利用无线的便携式信息终端、个人计算机网络(所谓的无线LAN)用机器的发展，要求天线具有相应的功能。
特别是在移动场所并使用便携式信息终端等移动机器时，由于根据场所不同，无线电波难以到达而使收发信号的功率变小，所以会导致S/N降低。另外，随着电磁波的高频化，电磁波被障碍物反射而产生所谓的多径的概率变高，无线通信精度降低。
因此，要求出现即使通信状况发生变化，也可以对应该变化维持良好的收发特性的天线。另外，要求天线具有以下功能，即由于信号频率越高，电波的指向性越强，所以在通信范围内存在多个无线终端时，可以经与要连接的无线终端有效通信的路径(最佳无线路径)进行通信。
但是，现有的天线由于天线形态固定，天线特性是根据提供的形态来大致唯一确定的。因此，难以对应通信状况的变化而维持良好的收发特性。特别是在所使用的电磁波频率、电磁波的入射方向等发生了变化时，难以对应这些状况改变天线特性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供可以根据通信状况变化，动态变更天线要素形态，以使天线的指向特性、增益特性、及/或阻抗特性等参数最佳的天线。
本发明的另一目的在于提供具有这样的天线的装置。
本发明的又另一目的在于通过动态改变天线要素形态，可以在提供的状况下确定最佳形态的天线的制造方法和设计方法。
本发明的天线具有：相互分离、各自单独不能作为天线工作的多个导体要素的阵列；将从上述多个导体要素中选择的至少2个导体要素进行电磁耦合，并将耦合的多个导体要素作为1个天线要素工作的耦合部件；以及支承上述多个导体要素的电介质层，上述耦合部件具有电连接上述选择的多个导体要素的导通部件。上述导通部件包含叠加在邻接的至少2个导体要素上的导体片组，上述导体片配置成电连接上述所选择的导体要素，还具有在上述各导体要素和上述导体片之间存在的电介质膜。
一个较佳的实施例中，上述导体要素阵列包含上述多个导体要素排列成由行和列构成的矩阵状的矩阵部分。
一个较佳的实施例中，上述阵列的矩阵部分实质上由具有同一形状的导体要素构成。
一个较佳的实施例中，上述阵列的矩阵部分实质上由具有同一尺寸的导体要素构成。
一个较佳的实施例中，上述多个导体要素的每一个具有比发送和/或接收的电波的波长还小的尺寸。
一个较佳的实施例中，上述导通部件具有开关2个导体要素间的电导通/非导通的多个开关元件。
一个较佳的实施例中，上述多个开关元件排列成由行和列构成的矩阵状。
一个较佳的实施例中，还具有将驱动上述多个开关元件的电路连接到上述多个开关元件的布线层。
一个较佳的实施例中，上述开关元件是晶体管。
一个较佳的实施例中，上述开关元件具有可移动地被支承的导体片、和移动上述导体要素的操纵机构，上述操纵机构可以在利用上述导通部件片电连接邻接的多个导体要素的第1位置和没有电连接邻接的多个导体要素的第2位置之间往返移动上述导通部件片。
一个较佳的实施例中，上述电介质层具有配置了上述导体要素阵列的第1主面、和与上述第1主面相反侧的第2主面，接地导体形成在上述第2主面侧。
一个较佳的实施例中，从上述多个导体要素选择的多个导体要素的一部分作为接地导体工作。
一个较佳的实施例中，上述电介质层、上述导体要素、以及上述导通部件层积。
一个较佳的实施例中，上述导通部件设置成可移动，还具有可以在相互有效导通上述至少2个导体要素的导通位置和其他非导通位置之间移动上述导通部件的移动机构。
一个较佳的实施例中，上述耦合部件具有导体层、配置在上述导体层和各导体要素之间的多个电介质要素，将上述所选的导体要素比没有选择的导体要素更强地电容耦合到上述导体层。
一个较佳的实施例中，上述导体要素阵列包含上述多个导体要素排列成由行和列构成的矩阵状的矩阵部分。
一个较佳的实施例中，上述阵列的矩阵部分实质上由具有同一形状的导体要素构成。
一个较佳的实施例中，上述阵列的矩阵部分实质上由具有同一尺寸的导体要素构成。
一个较佳的实施例中，上述多个导体要素的每一个具有比发送和/或接收的电波的波长还小的尺寸。
一个较佳的实施例中，位于上述所选的导体要素和上述导体层之间的电介质要素比位于上述没有选择的导体要素和上述导体层之间的电介质要素还薄。
一个较佳的实施例中，位于上述所选的导体要素和上述导体层之间的电介质要素的介电系数比位于上述没有选择的导体要素和上述导体层之间的电介质要素的介电系数还大。
一个较佳的实施例中，还具有为了改变各导体要素和上述电介质层之间的距离而移动上述导体要素的操纵机构。
一个较佳的实施例中，层积多个上述电介质要素和上述导体要素。
本发明的天线模块具有上述任一天线、和生成驱动上述多个开关元件的信号的驱动电路。
本发明的装置具有上述任一天线、生成驱动上述多个开关元件的信号的驱动电路、以及上述天线基于接收和/或发送的信号来控制上述驱动电路的动作的控制部件。
一个较佳的实施例中，具有基于上述信号来评价上述天线的指向性、增益、及/或阻抗的评价部件，基于上述评价结果而从上述多个导体要素中动态选择应电连接的导体要素。
一个较佳的实施例中，上述评价部件对利用上述开关相互电连接的导体要素的多个组合的每一个评价天线的指向性、增益、及/或阻抗。
一个较佳的实施例中，具有存储对上述导体要素的多个组合的上述评价结果的存储器，和基于上述存储器存储的上述评价结果而选择应利用上述开关相互电连接的导体要素、控制上述驱动电路的动作的形态设计部。
本发明的系统是具有多个上述任一装置的系统，在多个装置之间利用经各装置天线的电波进行通信，为了根据上述通信状况规定各装置的天线形态而动态改变上述多个导体要素的连接模式。
本发明的制造方法是具有天线的装置的制造方法，包含形成用于规定上述天线形态的导体图形的形成的多个导体要素的、相互分离的多个导体要素的阵列的步骤，和选择性相互连接上述多个导体要素的某个、形成用于确定上述导体图形的导通部件的步骤。
本发明的设计方法是具有天线的装置的上述天线的形态设计方法，包含形成用于规定上述天线形态的导体图形的形成的多个导体要素的、相互分离的多个导体要素的阵列的步骤(a)，从上述多个导体要素选择所希望的导体要素、相互电连接所选的导体要素的步骤(b)，和采用相互电连接的导体要素发送和/或接收电波、评价天线的指向性、增益、及/或阻抗的步骤(c)，对于选择的导体要素的不同组合，重复上述步骤(b)和(c)。
附图说明
图1(a)是表示现有的电流控制型的平面天线的结构例的平面图，图1(b)是表示本发明的电流控制型的平面天线的结构例的平面图。
图2(a)是表示现有的磁流控制型的平面天线的结构例的平面图，图2(b)是表示本发明的磁流控制型的平面天线的结构例的平面图。
图3(a)是表示本发明的平面天线的实施例1的导体要素12的排列的立体图，图3(b)是表示在其之上配置了连接要素13的状态的天线的立体图。
图4(a)至图4(c)分别是表示本发明的实施例1的具有各种平面形状的导体要素12的阵列的平面图。
图5(a)至图5(c)分别是表示本发明的实施例1的导体要素12的阵列的另一配置例的平面图。
图6(a)至图6(c)分别是表示本发明的实施例1的导体要素12的阵列的又另一配置例的平面图。
图7是表示实施例1的连接要素的具体例1的截面图。
图8是表示实施例1的连接要素的具体例2的截面图。
图9是表示实施例1的连接要素的具体例3的截面图。
图10是表示本发明的天线的实施例2的截面图。
图11是表示图10的天线的电流流动的截面图。
图12(a)是表示本发明的天线的实施例3的外观结构的立体图，图12(b)是表示除去电介质基板和导体要素的状态的天线的立体图。
图13(a)和图13(b)分别是表示本发明的天线的实施例3的导通部件的具体例1的截面图。
图14(a)和图14(b)分别是表示本发明的天线的实施例3的导通部件的具体例2的截面图。
图15(a)和图15(b)分别是表示本发明的天线的实施例3的导通部件的具体例3的截面图。
图16是表示本发明的天线的实施例4的外观结构的立体图。
图17是表示本发明的天线的实施例5的结构的立体图。
图18是表示本发明的天线的实施例5的概要结构的立体图。
图19(a)是在3个导体要素的下方存在3个第1电介质要素的平面天线的截面图，图19(b)是其平面图。
图20(a)是在3个导体要素中的两端导体要素的下方存在大面积的第1电介质要素，在中央导体要素12的下方存在小面积的第2电介质要素的天线的截面图，图20(b)是其平面图。
图21(a)是在3个导体要素的下方存在3个第1电介质要素的平面天线的截面图，图21(b)是其平面图。
图22(a)是在两端的导体要素的下方存在具有高介电系数ε1的第1电介质要素，在中央的导体要素的下方存在具有低介电系数ε2的第2电介质要素的天线的截面图，图22(b)是其平面图。
图23(a)是在3个导体要素的下方存在3个第1电介质要素的平面天线的截面图，图23(b)是其平面图。
图24(a)是在两端的导体要素的下方存在平均介电系数高的第1电介质要素，在中央的导体要素的下方存在平均介电系数低的低2电介质要素的天线的截面图，图24(b)是其平面图。
图25(a)是3个导体要素分别接触到电介质要素的平面天线的截面图，图25(b)是其平面图。
图26(a)是两端的导体要素接触到电介质要素，但中央的导体要素脱离电介质要素的天线的截面图，图26(b)是其平面图。
图27是表示本发明的喇叭天线的立体图。
图28是表示本发明的槽形天线的立体图。
图29是表示具有本发明的天线的装置的实施例的框图。
图30是表示天线形态和指向性等的关系的一例的图。
图31是表示一边变更天线形态，一边测定天线的指向性/增益/阻抗的顺序例的流程图。
图32是表示具有本发明的天线的装置的另一实施例的框图。
图33是表示具有本发明的天线的装置的又另一实施例的框图。
图34是表示具有本发明的天线的装置的又另一实施例的框图。
图35是表示具有本发明的天线的装置的又另一实施例的框图。
图36是表示一体化本发明的天线、和控制该天线形态的电路的天线模块的一例的立体图。
图37(a)至图37(c)是模式表示因天线形态变化而使指向性改变的立体图。
图38是表示采用本发明的天线的通信系统例的框图。
图39是概要表示图38所示的基站和各家庭、办公室内的无线终端之间的通信系统的结构的框图。
图40是具体表示基站的内部结构的块电路图。
具体实施方式
[电流控制型天线]
首先，参考图1(a)和图1(b)说明本发明的天线的基本特征。在此，对“电流控制型”的天线进行说明。图1(a)表示现有的电流控制型的平面天线的结构例，图1(b)是表示本发明的电流控制型的平面天线的结构例。
另外，本说明书中，“电流控制型天线”是指着眼于电流(电场)分布而设计其形态的天线。与电流控制型不同，天线还有磁流控制型。“磁流控制型天线”是指着眼于磁流(磁场)分布而设计其形态的天线。
如图1(a)所示，现有的电流控制型的平面天线具有电介质基板201、形成在电介质基板201上的具有特定图形的导体202、203。该导体202、203例如是通过将金属层堆积在电介质基板1上之后，去除该金属层的无用部分来形成的。
图示的例子中，导体202的端部102a在接收时作为信号输入到机器的输入端口工作，在发送时作为信号从机器输出的输出端口工作。
上述现有例中，为了能得到所希望的天线特性而预先设计了导体图形。导体202、203的形态固定在电介质基板201上。因此，改变导体202、203的形态是极其困难的。
另一方面，如图1(b)所示，本发明的电流控制型的平面天线具有例如行列状排列了多个单位单元10的单元阵列结构。各单位单元10分离，但通过利用图1(b)中未示出的导通部件相互导通从单元阵列中选择的单位单元组，形成具有作为天线工作的形态的导体2、3。
图1(b)的例子中，相互连接位于导通区域Rco的单位单元。另一方面，从单元阵列没有被选的单位单元10的组(位于非导通区域Rnc的单位单元组)成为相互完全不导通或几乎不导通的状态。没有被选的单位单元10的组(位于非导通区域Rnc的单位单元组)依然存在于电介质基板上，无需去除。这是因为由于孤立的各单位单元10比电磁波的波长小，所以实质上不能作为天线的一部分工作。
另外，图1(b)所示的例子中，导体2的端部2a在接收时作为信号输入到机器的输入端口工作，在发送时作为信号从机器输出的输出工作。
本发明中，从单位单元10的阵列中确定了选择哪个单位单元10之后，利用导通部件电连接所选的单位单元10。本发明的较佳实施例中，不去除在某一时间点没有与其他单位单元10电连接的单位单元(没有选择的单位单元)10，原样存在于电介质基板上。因此，以后还可选择该单位单元10，利用导通部件与其他单位单元10电连接。
像这样，根据本发明的天线，可以调整作为天线工作的要素(天线要素)的图形(形态)。
一般，在设计电流控制型天线时，确定能得到对应所希望的天线特性的电流模式的天线要素的形状。但是，起到天线作用的不仅有导体图形，有时还有导体·电介质的组合图形。即，即使最终流过导体的电流成为机器的输入信号，电磁波还通过电介质，电介质的特性也影响流过导体的电流。因此，构成天线的要素是导体和电介质双方。但是，在导体间存在如空气的介电系数很小的物质时，只要导体之间不是非常接近，就可以几乎忽视这些物质对电磁波的影响，所以为了方便，只将导体图形作为天线要素图形。
以下，对本发明的天线与现有天线的基本差别进行更具体的说明。
图1(a)所示的现有的电流控制型天线是平面天线，但与是否是平面型无关，以前，作为天线工作的导体图形、或导体和电介质的组合图形，根据被设置天线的机器而大体上被唯一确定。
一般，根据接收的电磁波方向和频带，作为天线工作的导体部分的较佳形态不同。因此，对于不能动态变更(重新构成)其导体部分形状的天线来说，为了对应所接收的电磁波的方向变化，需要改变天线方向。另外，在接收的电磁波的频带变化时，需要预先准备好对应各频带的多种天线，根据电磁波的频带变化将使用的天线从某一天线切换到另一天线。
与此不同，本发明的电流控制型天线只变更图1(b)所示的单位单元10中的电连接部分，就可以实现多种多样的导体图形或导体·电介质的组合图形。
例如，在室内空间内的便携式信息终端附设有天线并使用时，最佳的天线要素形态依赖于室内空间大小以及配置在其中的机器种类和大小等而发生变化。通过根据该变化，改变图1(b)所示的单元阵列中的组合到导通区域Rco的单位单元10的选择，可以将规定天线形态的导体图形(或导体·电介质的组合图形)变更为最佳图形。
[磁流控制型天线]
下面说明磁流控制型的平面天线。图2(a)表示现有的磁流控制型的平面天线的结构例，图2(b)表示本发明的磁流控制型的平面天线的结构例。
如图2(a)所示，现有的磁流控制型的平面天线具有电介质基板201、形成在电介质基板201上的导体205。导体205的端部205a在接收时作为信号输入到机器的输入端口工作，在发送时作为信号从机器输出到外部的输出端口工作。在磁流控制型的情况下，将导体图形设计成能得到对应所希望的天线特性的磁流。与图1(a)所示的天线同样，导体205由连续的金属层形成，所以难以改变其形状。
另一方面，如图2(b)所示，本发明的磁流控制型的平面天线具有将多个单位单元10例如排列在行列上的单元阵列结构。通过相互导通单元阵列中的单位单元组(位于大容量区域Ric的单位单元组)，容易形成具有所希望的形状的导体5。从单元阵列中没有选择的单位单元组(位于小容量区域Rdc的单位单元组)完全不导通或几乎不导通。导体5的端部5a在接收时作为信号输入到机器的输入端口工作，在发送时作为信号从机器输出到外部的输出端口工作。
另外，“磁流”在物理上并不存在，但考虑高频电磁场时，假设成对应“电流”的概念。对应于可以用“电流”表示对随时间变化的电场的电荷振动状态，可以将对随时间变化的磁场的磁荷(或磁化)振动状态掌握成“磁流”。
本发明的磁流控制型天线与已述的本发明的电流控制型天线同样，可以容易变更作为天线工作的要素(天线要素)的图形。但是，磁流控制型天线可以将天线要素的图形调整为能得到对应所希望的天线特性的磁流模式。
磁流控制型天线与已述的本发明的电流控制型天线同样，作为天线工作的图形不仅有导体图形，还有导体·电介质的组合图形。但是，在如空气的介电系数很小的物质中存在导体图形时，由于几乎可以忽视这些物质对电磁波的影响，所以为了方便，只将导体图形作为天线要素图形。
现有的磁流控制型天线如图2(a)所示，作为天线工作的导体图形(或导体和电介质的组合图形)根据附设有该天线的机器大体上唯一确定。
与此不同，本发明的磁流控制型天线如图2(b)所示，可以容易实现对应多种电磁波变化的导体图形或导体·电介质的组合图形。例如，在室内空间内将天线附设在便携式信息终端并使用时，依赖于室内空间大小以及配置在其中的机器种类大小等，最佳的天线要素图形发生变化。根据本发明，通过变更图2(b)所示的单元阵列中的组合到容量增大区域Ric的单位单元10的选择，可以将导体图形变更为最佳图形。与电流控制型天线的不同点在于作为判断是否是最佳图形的参数，磁流控制型天线采用流过导体图形的磁流。
一般，电流控制型天线构成为激励电场，磁流天线构成为激励磁场。但是，现实中，激励电场也会多少激励磁场，激励磁场也会多少激励电场。因此，有时可以将1个天线既称为电流控制型天线又称为磁流控制型天线。
另外，在电流控制型天线中，若流过天线要素的电流大小和模式被确定，则相应地磁流大小和模式也被确定。反之，在磁流控制型天线中，若流过天线要素的磁流大小和模式被确定，则相应地电流大小和模式也被确定。换言之，控制因收发电磁波而使天线要素产生的电流或磁流的一方，也就同时控制了另一方。因此，根据将电流或磁流的哪一个作为参数来控制天线要素的图形在设计上更方便，而将天线分类为电流控制型天线和磁流控制型天线，但两者没有本质区别。
改变本发明的天线的导体部分形状，不仅包含附设有天线的机器自动进行改变的场合，还包含用户随时进行改变的场合。另外，制造者准备由图1(b)和图2(b)所示的多个单位单元10构成的单元阵列，为了使采用天线的机器种类适合于使用场所，在产品的组合时和出厂时还可以灵活调整天线要素的形态。
另外，本发明的天线不限于平面天线。例如，还可以控制开口面天线和线形天线的天线要素的图形。另外，可以将图1(b)、图2(b)所示的天线用作开口面天线、线形天线、槽形天线的一部分。
[天线的实施例]
以下，说明本发明的天线的实施例。
(实施例1)
图3(a)和图3(b)分别是本发明的实施例1的电流控制型的平面天线的组合前后的立体图。
本实施例中，首先如图3(a)所示，准备在背面设置有接地导体板14的电介质基板1，在该基板1上将多个导体要素12配置成由行和列构成的矩阵状。另外，本实施例中，在电介质基板1上设置接近3个导体要素12的微带线11。
本实施例的导体要素12的平面形状都是正方形，其尺寸也是相同的。图3(a)所示的例子中，24个导体要素12排列在具有略正方形的外形的区域内，但导体要素的排列图形不限于此。另外，各导体要素12的形状和尺寸不需要在1个电介质基板1上设定为完全相等。
各导体要素12的1边长度a设定为比采用的电磁波的波长还小。更具体说来，例如采用100GHz(波长约3mm)附近的电磁时，导体要素12的长度a设定为例如1.5mm程度。另一方面，导体要素12的厚度设定为满足收发的电磁波功率和阻抗匹配性的充分的厚度。
图3(a)所示的状态的导体要素12相互分离，没有形成电连接。即使对该阶段的电介质基板1照射电磁波，也由于各导体要素12比该波长还小，在导体要素12的阵列中不产生收发电磁波所需的电流。因此，图3(a)所示的状态的各导体要素12不作为天线工作。
采用这些导体要素12构成天线需要用于电磁耦合任意导体要素12的耦合部件。在此，图3(b)所示的例子中作为耦合部件采用连接要素13。
连接要素13在图3(b)所示的例子中，设置在叠加在邻接的2个导体要素12的导体要素12上。以后具体说明该连接要素13的具体结构和形成方法。
要进行电磁波的收发，多个连接要素13中有些相互电连接邻接的导体要素12，另一些不电连接邻接的导体要素12。例如，图3(b)所示的画阴影线的连接要素13导通邻接的导体要素12之间，但其他连接要素13不导通邻接的导体要素12之间。因此，在电介质基板1上形成图3(b)的右下方所示的导体图形。
像这样，本发明通过在电介质基板1上预先形成导体要素12的阵列，之后相互电连接从导体要素12的阵列中适当选择的导体要素12，形成作为天线的至少一部分工作的导体图形。
图3(a)所示的例子中，平面形状为略正方形的导体要素12排列成由行和列构成的矩阵状。本发明的天线中，导体要素12的平面形状不限于正方形。例如，如图4(a)所示，也可以采用平面形状为正六角形的导体要素12的阵列。另外，也可以采用图4(b)所示的长方形的导体要素12的阵列、图4(c)所示的圆形(或椭圆形)的导体要素12的阵列。另外，还可以采用具有三角形或其他多角形的导体要素。
在电介质基板1上形成了金属膜之后，通过加工该金属膜，可以任意设定导体要素12的平面形状和平面布局。另外，图示的各导体要素12的表面(上面)都是平坦的，但在表面也可以存在凹凸。
构成1个天线的所有导体要素12的尺寸不需要都是相同的。如图5(a)所示，也可以根据电介质基板1上的位置，改变导体要素12的尺寸和形状。
图5(b)表示作为输入/输出端口工作的导体部件形状的改良例。像这样，在导体要素12的阵列内部也可以存在具有电磁波的波长程度或大于电磁波的波长的尺寸的导体带。
图5(c)表示大小和平面形状不同的导体要素12混合存在于1个导体要素阵列内的例子。在该场合下，各导体要素12的尺寸(长方形的场合下，长边的长度)设定为比收发的电波的波长还小。
图6(a)表示导体要素12的排列方向为其他例的、将导体要素12的排列方向倾斜了45°的配置例。
图6(b)表示设置有多个可以作为输入/输出端口工作的导体部带11的例子。在该场合下，根据应连接到天线的电路的位置，作为输入/输出端口选择适当位置的导体带11。
图6(c)表示作为输入/输出端口工作的导体部件不位于电介质基板1的周边部而位于中央部的例子。该配置例中，作为输入/输出端口工作的导体部件经设置在电介质基板内的通路等连接到外部电路。
本发明的天线中，导体要素12的排列图形是任意的，不限于以上所示的各种排列例。另外，也可以利用多个导体要素12形成共面型线路的接地电极。
以下具体说明从如上配置的多个导体要素12的阵列中选择任意的导体要素12，相互连接这些导体要素12的部件的具体例。
第1具体例
首先参考图7。图7所示的例子中，连接要素13的位置可由操纵机构改变。具体说来，利用具有圆筒形线圈等操纵机构、开关、以及电源的控制系统15，连接要素13像基板1的主面的法线方向驱动。连接要素13可以在与邻接的2个导体要素12接触的第1位置、和没有接触的第2位置之间往返运动。第1位置的连接要素13可以电连接对应的2个导体要素12，但第2位置的连接要素13电分离对应的2个导体要素12。通过对于多个导体要素12的阵列，利用控制系统15选择性移动多个连接要素13，可以动态地重新构成天线要素的形态。
另外，作为使连接要素13工作的操纵机构不仅可以利用圆筒形线圈，还可以采用利用了压电的操纵机构、利用静电的操纵机构、以及形状记忆合金的操纵机构。这样的操纵机构可以采用制造微小设备的微细加工技术适当制造。上述的操纵机构作为开关至少2个导体要素间的电导通/非导通的开关元件工作。
代替具有天线的装置(例如便携式终端)的用户或制造者采用控制系统15来变更天线要素的图形(形态或平面布局)，具有天线的装置的内部电路还可以根据状况动态并且自动变更天线要素的形态。
第2具体例
下面参考图8。图8所示的例子中，将作为电连接导体要素12的连接要素13工作的导体片只配置在导体要素12的阵列的所选位置。对于应电分离的导体要素12，在与这些叠加的位置不设置导体片。作为这样的导体片可以采用由铝等金属形成的短带。导体片和导体要素12之间的接触例如可以采用导电性黏合剂进行。
该例中，由于连接要素13的位置不是可变的，所以导体要素12的连接模式不动态变化。从而，该例中，也许用户改变天线形态是难的。但是，根据图8的例子，具有天线的装置的制造者可以在该制造阶段在电连接了上述装置的内部电路和天线的状态下最佳化天线要素的形态。天线特性根据其连接的电路特性而变化。因此，单独用天线评价天线特性并确定最佳形态是很难的。另一方面，若将现有的天线组合到装置中并与电路连接，则可以评价该天线特性，但难以变更天线形态。与此不同，图8的例子中可以比较容易拆卸连接要素13。
另外，图7和图8中，1个连接要素13叠加到2个导体要素12，但连接要素13也可以叠加到2个以上的导体要素12。
第3具体例
下面参考图9，图9所示的例子中，在邻接的2个导体要素12间形成开关晶体管13a。通过选择性导通/关闭开关晶体管13a。可以控制对应的2个导体要素12间的电连接/非连接状态。
图9中，各开关晶体管13a具有源极S、漏极D、以及栅极G，通过调节栅极G的电位，可以开关源极S和漏极D之间的电导通/非导通。各开关晶体管13a例如由薄膜晶体管形成，配置在基板1上的行列上。为了使这样的开关晶体管13a选择性地工作，采用未图示的驱动电路。驱动电路为了控制多个开关晶体管13a的动作，形成天线要素的所希望的形态，可以选择性地相互电连接所需的导体要素12。
图9中，为了容易理解，记载了晶体管13a设置在导体要素12的上侧(电磁波的收发面侧)的状态，但实际上最好形成在导体要素12的下侧。这是为了使相互连接晶体管13a的布线对天线收发电磁波不带来坏影响。
另外，也可以代替利用电压信号控制如晶体管13a的开关元件，利用光信号进行控制。在此，采用利用光的照射切换电导通/非导通的开关元件。这样的开关元件的阵列中，通过将光照射成阻止适当选择的开关，可以自由设定导体要素12的连接模式。
(实施例2)
参考图10说明本发明的平面天线的实施例2。
图10的天线与图8所示的天线不同之处在于在导体要素12上设置了由塑料薄膜等构成的电介质膜17。多个连接要素13中，所选的连接要素13经电介质膜17接近导体要素12，但没有被选的连接要素13相对脱离导体要素12。
参考图11说明图10的天线的动作。连接要素13因电介质膜17的存在不直接接触对应的导体要素12，但对应的导体要素12和连接要素13之间的电容量相对高。因此，在高频的电磁场中的两者之间流过位移电流。利用该位移电流，成为在经连接要素13邻接的导体要素12之间可以流过电流的状态。另外，在连接要素13相对脱离电介质膜17时，由于导体要素12和连接要素13之间的电容量变小，所以位移电流也变小。从而，位于这样的位置的连接要素13实质上不电连接对应的2个导体要素12。
像这样，即使电介质膜17存在于导体要素12和连接要素13之间，也可以利用经连接要素13流过的位移电流而电连接分离的导体要素12。
图11中记载了没有用于电连接导体要素12的连接要素13位于电介质膜12的上方，但在像这样分离的连接要素13和电介质膜12之间也可以形成其他电介质膜。在此，不能改变连接要素13和导体要素12之间的距离。代替这样的结构，也可以例如利用图7所示的操纵机构来驱动连接要素13。这样，通过适当变更连接要素13的位置，可以动态地变更位移电流流过的导体要素12的组合。
另外，如图8所示，通过在要导通电介质膜17中的下方的导体要素12之间的部分选择性设置连接要素13，可以电连接所选的导体要素12。在此，在具有天线的装置的制造步骤，可以容易制造具有适当形态的天线要素。
另外，还可以作为连接要素13采用图9所示的开关晶体管13a。通过导通/关闭开关晶体管13a，可以动态切换导体要素12之间导通的状态和非导通的状态。
(实施例3)
图12(a)分别是依次表示本发明的平面天线的实施例3的电流控制型的外观结构的立体图。图12(b)是表示从本实施例的天线去除了电介质基板和导体要素的结构的立体图。
本实施例也如图12(a)所示，在背面设置有接地导体板14的电介质基板1上阵列状配置有平面形状为正方形的导体要素12。各导体要素12的1边长度a比采用的电磁波的波长还小，例如采用100GHz(波长约3mm)附近的信号时，导体要素12的长度a为1.5mm程度。另外，导体要素12的厚度设定为满足收发的电磁波功率和阻抗匹配性的充分的厚度。另外，在电介质基板1上为了接近3个导体要素12而设置有微带线11。
如图12(b)所示，在导体要素12的阵列的下方设置有叠加在相邻接的2个导体要素12的连接要素13。另外，连接要素13由于在图12(a)中被导体要素12和电介质基板1覆盖而没有出现，但设置在电介质基板1上形成的凹部中。另外，在连接要素13的下方安装有用于上下驱动连接要素13的操纵机构18。该操纵机构18的种类有几种，以后说明具体结构。另外，要将电流控制(调整)为所希望的大小、模式，则与实施例1同样，各连接要素13中，将一些控制为使两侧的导体要素12之间成为导通状态，将其他控制(或设定)为使两侧的导体要素12之间成为非导通状态。
另外，本实施例中，如实施例2，也可以在连接要素13(或13’)和导体要素12(或12’)之间存在电介质膜。
下面，说明有关利用连接要素13控制导体要素12的导通/非导通(或调整)的部件的具体例。但是，本实施例中，非导通状态还包含不能作为信号利用的程度的微小电流流过的场合。
第1具体例
图13(a)、(b)是表示实施例3的第1具体例的操纵机构的结构的截面图。如该图所示，该具体例中，操纵机构由圆筒形线圈、弹簧等构成。另外，构成为通过控制配置了开关、电源的电路，可以切换连接要素13接触到导体要素12的状态(参考图13(b))、和非接触的状态(参考图13(a))。在该例的场合下，用户可以直接调整天线要素的图形，和利用内部电路将天线要素的图形自动控制为适当图形。
第2具体例
图14(a)、(b)是表示实施例3的第2具体例的操纵机构的结构的截面图。如该图所示，该具体例中，操纵机构由可绕支点自由转动的杠杆，和设置为利用杠杆可转动的、用于支承连接要素13的支承棒等构成。另外，构成为通过控制配置了开关、电源的电路，可以切换连接要素13接触到导体要素12的状态(参考图14(b))、和非接触的状态(参考图14(a))。在该例的场合下，用户可以直接调整天线要素的图形，和利用内部电路将天线要素的图形自动控制为适当图形。
第3具体例
图15(a)、(b)是表示实施例3的第3具体例的操纵机构的结构的截面图。如该图所示，该具体例中，操纵机构由在支点周围自由转动的杠杆，设置为利用杠杆可转动的、用于支承连接要素13的支承棒等构成。杠杆是通过上下粘贴压电系数相互不同的2个板来形成。在此，将材质设定为在电流流过时下侧板比上侧板延长得长。从而，在2个板流过电流时，杠杆向上侧弯。另外，构成为通过控制配置了开关、电源的电路，可以切换连接要素13接触到导体要素12的状态(参考图15(b))、和非接触的状态(参考图15(a))。在该例的场合下，用户可以直接调整天线要素的图形，和利用内部电路将天线要素的图形自动控制为适当图形。
(实施例4)
图16是表示本发明的天线的实施例4的立体图。
本实施例中，如图16所示，在背面设置有接地导体板14的电介质基板1上阵列状配置有平面形状为正方形的导体要素12。另外，在导体要素12上设置有电介质基板1’、连接要素13’、以及操纵机构18’。另外，在连接要素13’的上方层积有叠加在各连接要素13’的导体要素12’。操纵机构18’可以利用上述实施例3中所述的操纵机构。但是，还可以代替操纵机构18’，设置实施例1中所述的导通/非导通的切换机构。
另外，如实施例2，也可以在连接要素13(或13’)和导体要素12(或12’)之间存在电介质膜。
另外，本实施例中，可以层积配置了多个导体要素12、12’的多个层，对层积方向利用操纵机构18’等控制各层的导体要素12、12’间的电导通。因此，利用本实施例的天线可以实现立体的电流分布。
另外，上述实施例1～4中示出了有规则地配置了导体要素12、连接要素13、操纵机构等的例子，但为了实现所希望的天线特性，可以根据各特性改变这些配置方法和导体2的形状等。
(实施例5)
图17是表示本发明的平面天线的实施例5的分解立体图。图18是表示该天线外观的立体图。实施例5的天线是磁流控制型。
图17中，为了容易理解结构，示出将导体要素12和带线11从电介质基板1取出的状态，但若将导体要素12和带线11安装到电介质基板1上，就成为图18所示的结构。
本实施例中，如图18所示，在背面设置有接地导体板14的电介质基板1上阵列状配置有平面形状为正方形的导体要素12。另外，在电介质基板1上为了接近3个导体要素12而设置有微带线11。各导体要素12的1边长度a比采用的电磁波的波长还小，例如采用100GHz(波长约3mm)附近的信号时，导体要素12的长度a为1.5mm程度。另外，导体要素12的厚度设定为满足收发的电磁波功率和阻抗匹配性的充分的厚度。
如图17所示，在导体要素12的下方设置有存在于各导体要素12和接地导体板14之间的电介质要素20。电介质要素20是与凹部19一起从电介质基板1图形化的要素。在图17中作为电介质要素20图示了平面面积相互不同的3种要素，但本实施例中，如图19(a)、(b)所示，说明在有平面面积与导体要素12相同的第1电介质要素20a、和平面面积小于小于第1电介质要素20b的场合下，产生什么样的磁流模式。
图19(a)、(b)是在3个导体要素12的下方存在3个第1电介质要素20a的平面天线的截面图以及平面图。如图19(a)所示，由于在各导体要素12和接地导体膜14之间存在大面积的第1电介质要素20a，所以在各导体要素12和接地导体膜14之间因电容量大而流过较大的位移电流。其结果，如图19(b)所示，形成围绕3个导体要素12的磁流。
图20(a)、(b)是在3个导体要素12中的两端的导体要素12的下方存在大面积的第1电介质要素20a，在中央的导体要素12的下方存在小面积的第2电介质要素20b的天线的截面图以及平面图。如该图所示，存在于3个导体要素12中。一般，在2个导体之间只存在介电系数很小的绝缘体时，因电容量降低而在2个导体之间只流过较小的位移电流。即，由于在中央的导体要素12的周围几乎不产生磁流，所以在两端的导体要素12的周围产生的磁流不连结。其结果，如图20(b)所示，形成只围绕两端的各导体要素12的孤立的磁流。
这样，可以控制(或调整)如图19(b)、图20(b)所示的磁流模式。
(实施例6)
本实施例的磁流控制型天线具有与图17、图18的天线大致相同的结构，但代替实施例5的电容绝缘膜20a、20b，备有具有较大的介电系数ε1的第1电介质要素21a、和具有较小的介电系数ε2的第2电容绝缘膜21b。
图21(a)、(b)是在3个导体要素12的下方存在3个第1电介质要素21a的平面天线的截面图以及平面图。如图21(a)所示，由于在各导体要素12和接地导体膜14之间存在具有较大的介电系数ε1的第1电介质要素21a，所以在各导体要素12和接地导体膜14因电容量较大而流过较大的位移电流。其结果，如图21(b)所示，形成围绕3个导体要素12的磁流。
图22(a)、(b)是在3个导体要素12中的两端的导体要素12的下方存在具有较大的介电系数ε1的第1电介质要素21a，在中央的导体要素12的下方存在具有比ε1还小的介电系数ε2的第2电介质要素21b的天线的截面图以及平面图。一般，在2个导体之间只存在介电系数很小的绝缘体时，因电容量的降低而在2个导体之间只流过较小的位移电流。即，由于在中央的导体要素12的周围几乎不产生磁流，所以在两端的导体要素12的周围产生的磁流不连结。其结果，如图22(b)所示，形成只围绕两端的各导体要素12的孤立的磁流。
这样，可以控制(或调整)如图21(b)、图22(b)所示的磁流模式。
(实施例7)
本实施例的磁流控制型天线具有与图17、图18大致相同的结构，但代替实施例5的各电介质要素20a、20b，具有平均介电系数高的第1电介质要素23a、和平均介电系数低的第2电介质要素23b。第1电介质要素23a和第2电介质要素23b都由具有高的介电系数ε1的第1绝缘部22a、和具有低的介电系数ε2的第2绝缘部22b构成。另外，在第1电介质要素23a中，第1绝缘部22a所占的比例比第2绝缘部22b还多，在第2电介质要素23b中，第2绝缘部22b所占的比例比第1绝缘部22a还多。
图23(a)、(b)是在3个导体要素12的下方存在3个第1电介质要素23a的平面天线的截面图以及平面图。如图23(a)所示，由于在各导体要素12和接地导体膜14之间存在平均介电系数高的第1电介质要素23a，所以在各导体要素12和接地导体膜14之间因电容量大而流过较大的位移电流。其结果，如图23(b)所示，形成围绕3个导体要素12的磁流。
图24(a)、(b)是在3个导体要素12中的两端的导体要素12的下方存在具有平均介电系数大的第1电介质要素23a，在中央的导体要素12的下方存在具有平均介电系数小的第2电介质要素23b的天线的截面图以及平面图。一般，在2个导体之间只存在介电系数很小的绝缘体时，因电容量降低而在2个导体之间只流过较小的位移电流。即，由于在中央的导体要素12的周围几乎不产生磁流，所以在两端的导体要素12的周围产生的磁流不连结。其结果，如图24(b)所示，形成只围绕两端的各导体要素12的孤立的磁流。
这样，可以控制(或调整)如图23(b)、图24(b)所示的磁流模式。
(实施例8)
本实施例的磁流控制型天线具有与图17、图18大致相同的结构，但代替实施例5的各电介质要素20a、20b，只具有面积和介电系数均一的电介质要素20。
图25(a)、(b)是3个导体要素12分别接触到电介质要素20的平面天线的截面图以及平面图。如图25(a)所示，由于在各导体要素12和接地导体膜14之间只存在电介质要素20，所以在各导体要素12和接地导体膜14之间因电容量大而流过较大的位移电流。其结果，如图25(a)所示，形成围绕3个导体要素12的磁流。
图26(a)、(b)是3个导体要素12中的两端的导体要素12接触电介质要素20，但中央的导体要素12脱离电介质要素20的天线的截面图以及平面图。一般，在2个导体之间存在如空气的介电系数很小的绝缘体时，因电容量降低而在2个导体之间只流过较小的位移电流。即，在中央的导体要素12的周围产生的磁流不连结。其结果，如图26(b)所示，形成只围绕两端的各导体要素12的孤立的磁流。
这样，可以控制(或调整)如图25(b)、图26(b)所示的磁流模式。
另外，本实施例的与导体要素12的电介质要素20的接触/非接触的控制(调整)可以通过利用如例如实施例3的各具体例的操纵机构来容易实现。
[有关天线结构的其他实施例]
本发明的天线不仅可以适用于平面天线，还可以适用于抛物面天线、反射镜天线等开口面天线、偶极天线、接插(patch)天线等线形天线、槽形天线等。
图27是概要表示将本发明适用于喇叭天线时的结构例的图。如该图所示，在喇叭天线的里面阵列状配置多个导体要素12，如上述实施例1～4，通过控制(或调整)流过电流的导体要素12(该图的画阴影线部分)和不流过电流的导体要素12的切换，可以实现可对应多种电磁波的变化的电流控制型的喇叭天线。
图28是概要表示将本发明适用于槽形天线时的结构例的图。如该图所示，在槽形天线的里面阵列状配置多个导体要素12，如上述实施例1～4，通过控制(或调整)流过电流的导体要素12(该图的画阴影线部分)和不流过电流的导体要素12的切换，可以实现可对应多种电磁波的变化的电流控制型或磁流控制型的槽形天线。
另外，通过阵列状设置像八木天线的线形天线的各导体部、和具有曲面的抛物面天线的曲面部等多个导体要素，控制对各导体控制的电流，可以实现可对应多种电磁波的变化的电流控制型的天线。
[具有天线的装置的实施例]
以下说明具有本发明的天线的装置的实施例。以下的各实施例中说明天线作为导通部件具有可以动态变更导体要素的连接的开关元件的例子。
(实施例9)
图29是表示具有本发明的天线的装置的实施例的块电路图。
如图29所示，本实施例的装置具有上述的本发明的天线50、连接到天线50的通信电路61、控制天线50的形态的控制部。
还具有驱动包含在天线50的未图示的导通部件的驱动部51、确定天线的形态的设计部53、控制驱动部51的形态设计控制部54、存储有关天线的信息的存储部55。存储部55存储的有关天线的信息包含例如导体要素、电介质要素、连接要素、电介质基板等的物理大小(面积、厚度)、和天线50的形态的初始条件等。
该装置还具有用于检测天线50收发的信号电平的电平检测部71、用于基于电平检测部71检测出的信号电平判别天线50的指向性的指向性判别部72、用于从检测出的信号电平判别增益的增益判别部73、用于从检测出的信号电平判别天线50和通信电路61的阻抗匹配性的阻抗判别部74。另外，本说明书中，词语“判别”包含测定有关指向性、增益、阻抗的物理量。
下面说明该装置的动作。
首先，形态设计部53基于存储在存储部55的信息确定天线50的初始形态。基于该形态设计部53的设计结果，形态设计控制部54控制驱动部51，以使天线50的形态成为设计的形态。驱动部51驱动导通部件，以使天线50的各要素形成所希望的天线形态。
由于天线50既可作发送用又可作接收用，所以天线50的形态的最佳化最好在将天线作为发送用工作的场合、和将天线作为接收用工作的场合的双方场合下独立进行。
以下，说明将天线50用作发送用天线时的形态的调整顺序。
首先，通信电路61向天线50发送发送用的信号。该信号还输入到电平检测部71。本实施例中，在通信电路61和天线50之间的信号路径中设置对高频信号的方向性耦合用的部件。因此，可以调整为即使从通信电路61向天线50流过信号，从天线50反射到通信电路61的信号也不返回。电平检测部71可以检测通信电路61发送给天线50的信号电平、和由天线50反射的信号电平的双方。
指向性判别部72基于电平检测部71检测出的高频信号的电平，判别发送时的天线50的指向性是否在允许范围内。具体说来，在因天线50的朝向而从天线50反射的信号电平不同时，若各朝向的反射信号的电平差在某个范围内，则判别指向性在允许范围内，若不在某个范围内，则判别指向性不在允许范围内。这样，判别天线50的发送时的指向性是否良好。在此，由于存在希望指向性尽可能小的场合、和相反希望指向性高的场合，所以判断是否良好的范围可以根据天线所用的机器种类、用途、接收、发送等而改变。
增益判别部73基于从通信电路61发送的发送信号电平与从天线50反射的信号电平之比是否在允许范围内等，判别天线50的增益是否良好。一般，由于希望发送信号电平与反射信号电平之比尽可能大，所以在该比大于某一值时，判断增益良好。
阻抗判别部74基于从通信电路61输出的信号电平与从天线50反射的信号电平之比是否在允许范围内等，判别通信电路61和天线50之间的阻抗匹配是否良好。一般，反射信号电平与天线50的输入信号电平之比大表示没有采用阻抗匹配。从而，若该电平比大于某一值，则判断阻抗匹配性良好。
最好是，到判断出指向性、增益性、阻抗匹配性都良好为止，形态设计部53修改天线的形态设计，通过形态设计控制部54和驱动部51重新动态地构成天线50的形态。然后，最终判断出天线50的指向性、增益性、输入阻抗匹配性都良好时，将有关该形态的信息(数据)存储到存储部55。
另外，还有不用判断出指向性、增益性、阻抗匹配性都良好的场合。还有用重视指向性，忽视增益的图形，最佳化天线50的形态的场合。
图30表示天线形态和指向性等的关系的一例。图30中，“◎”表示特别出色，“○”表示出色，“△”表示普通。例如，图30的具有直线上笔直延伸的天线要素的天线阻抗出色，但指向性和增益一般。
本实施例中，为了基于存储部55等存储的数据，天线50的导体要素的耦合模式依次采用预定的多种形态，驱动天线50的导通部件。例如，天线50依次实现包含图30所示的3个形态的多个形态。然后，对于各形态，评价指向性、增益性、阻抗匹配性，并将评价结果存储到存储部。图30中使用“○”和“△”等标号示出了评价结果，但实际上用数值对各参数进行评价。若将这样得到的评价结果分配给天线的各种形态，生成查询表，则可以从该表中根据状况选择最佳形态。
图31是表示了上述顺序的流程图。首先，在步骤S1，通信电路开始发送规定信号。在步骤S2，将从天线可采用的多个形态中作为初始状态选择的形态(N＝1的形态)赋予天线。在步骤S3，检测从该形态的天线的反射信号。在步骤S4，测定指向性、增益、阻抗。在步骤S5，作为N＝1的数据将利用测定得到的指向性、增益、阻抗各值存储到存储部。
接着，将作为N＝2的形态选择的形态赋予天线之后，重复步骤2～步骤5的动作。通过从N＝3的形态重复所需次数的同样动作，对天线可采用的所有或部分形态可以取得指向性、增益、阻抗的测定结果。
由于这些测定结果存储在存储部，所以可以根据状况适当选择所希望的形态。若用显示装置显示存储部的内容，则用户还可以基于显示内容来选择天线形态。另外，基于存储部的内容，天线控制装置还可以自动确定天线形态。
下面，说明将天线50用作接收用天线时的形态的调整顺序。
从外部机器一发来信号，天线50就接收该信号，电平检测部71检测接收到的高频信号的电平。作为外部机器可以采用特别设计为测试用的机器，但也可以采用其他通信机器。在本实施例的装置为形态信息终端等机器时，可以利用公共流过的信号最佳化天线系统。
指向性判别部72基于接收到的高频信号的电平，判别天线50的接收时的指向性是否在允许范围内。具体说来，因天线50的朝向而天线50接收的信号电平不同时，若各朝向的接收信号的电平差在某一范围内，则判别指向性在允许范围内。相反，若不在某一范围内，则判别指向性不在允许范围内。这样，判别天线50的接收时的指向性是否良好。在此，也由于存在希望指向性尽可能小的场合、和相反希望指向性高的场合，所以判断是否良好的范围可以根据天线所用的机器种类、用途、接收、发送等而改变。
另外，本实施例的装置经天线与其他通信机器进行通信时，有时根据对方的通信机器的天线位置，希望的天线50的形态会不同。可以选择能以高的指向性从作为目的的对方通信机器的天线接收信号的形态。
增益判别部73基于天线50接收的信号的S/N比是否在允许范围内等，判别天线50的增益是否良好。在此，由于希望S/N比大，所以若该比大于某一值，则判断增益良好。
阻抗判别部74基于天线50接收的信号电平与之后从通信电路61反射的信号电平之比是否在允许范围内，判断天线50和通信电路61的阻抗匹配性是否良好。即，若天线50的接收信号与之后从通信电路61反射的信号电平之比大于某一值，则判断阻抗匹配性良好。
最好是，到判断出指向性、增益性、阻抗匹配性都良好为止，形态设计部53修改天线的形态设计，利用形态设计控制部54重新调整驱动部51。然后，最终判断出天线50的指向性、增益性、输入阻抗匹配性都良好时，将有关该形态的信息(数据)存储到存储部55。
由于在存储部55以将天线50用作接收用的场合(等待状态)、和将天线50用作发送用的场合分别存储天线50的适当形态，所以可以根据天线50的收发的切换信号，修正将存储内容从存储部55取出到形态设计部53。
另外，也可以采用等待状态的指向性低的天线形态，而一旦在开始接收电波信号的阶段确定适于从发出该电波信号的天线接收的天线形态，就动态地进行天线形态的最佳化。
根据本实施例，可以根据使用该天线50的环境、组合的机器种类等动态确定并实现实施例1～实施例8所示的各种天线50的适当形态。
(实施例10)
图32是表示具有本发明的天线的装置的另一实施例的框图。
本实施例的装置在实施例9的结构之上，还具有各配置位置相互不同的指向性判别用的多个探测器(探针)75a、75b、75c。在图32示出了配置3个探测器75a～75b的例子，但探测器的个数可以是大于4个，也可以是仅仅2个。
本实施例的形态设计部53、形态设计控制部54、以及存储部55的动作或功能与实施例9的形态设计部53、形态设计控制部54、以及存储部55的动作或功能相同。
本实施例中，增益性和阻抗匹配性也如实施例9中所述那样执行。以下说明本实施例的特征的指向性的判别方法。
首先，说明将天线50用作发送用天线时的形态的调整顺序。本实施例中，若从通信电路61向天线50发送发送用的信号(一般，规格化成测试用的信号)，从天线50向外部发送信号，则利用各探测器75a～75c，根据各配置场所而强弱不同的信号输入到电平检测部71。
然后，指向性判别部72从高频信号的电平判别天线50的发送功能的指向性是否在允许范围内。具体说来，利用各探测器75a～75c接收的信号电平不同时，若各位置的接收信号的电平差在某一范围内，则判别指向性在允许范围内，若不在某一范围内，则判别指向性不在允许范围内。这样，判别天线50的发送时的指向性是否良好。在此，由于存在希望指向性尽可能小的场合、和相反希望指向性高的场合，所以判断是否良好的范围可以根据天线所用的机器种类、用途、接收、发送等而改变。
另外，电平检测部71检测出从通信电路61发送给天线50的信号电平、和用各探测器75a～75c接收的信号电平的双方，可以将从通信电路发送给天线50的信号、和从该天线的反射波也用于指向性是否良好的判别。
下面，将天线50用作接收用天线时，不采用探测器75a～75c，与实施例9同样，采用天线50接收的高频信号的电平，可以判别天线50的接收时的指向性。但是，还可以参考使用探测器75a～75c接收的信号。
本实施例中，由于在实施例9的效果之上，基于现实上探测器75a～75c接收的信号电平，可以判断发送时的天线50的指向性是否良好，所以可以适当地调整发送时的天线50的指向性。
(实施例11)
图33是表示具有本发明的天线的装置的又另一实施例的框图。
本实施例中，形态设计部53、形态设计控制部54、以及存储部55的动作或功能也与实施例9的形态设计部53、形态设计控制部54、以及存储部55的动作或功能相同。
如图33所示，本实施例的装置利用外部的通信电路62。即，将来自通信电路61的信号从天线50发送之后，外部机器的天线接收该发送信号。将根据该发送信号而从外部的通信电路62发来的信号再次用天线50接收，并可以将该信号用于天线50的形态调整。
外部机器的通信电路62是例如发送通过打电话发送的时间预报和天气预报等信息的电路。根据天线50的使用用途，还可以准备具有通信电路62的测试用的特别的外部机器。
本实施例中，对于将天线50用作发送用和接收用的场合的双方，可以同时进行其形态调整。另外，也可以在将天线50用作发送用时，用已述的实施例9的顺序，即不采用外部的通信电路，判别指向性、增益性、阻抗匹配性是否良好，还可以只在将天线50用作接收用的场合下，利用外部的通信电路62。另外，本实施例中，也可以如实施例10配置用于指向性判断的探测器75a～75c。
指向性判别部72从高频信号的电平判断天线50的接收时和发送时的指向性是否在允许范围内。具体说来，因天线50的朝向而天线50接收的信号电平不同时，若各朝向的接收信号的电平差在某一范围内，则判别收发时的指向性在允许范围内，若不在某一范围内，则判别指向性不在允许范围内。这样，判别天线50的收发时的指向性是否良好。在此，也由于存在希望指向性尽可能小的场合、和相反希望指向性高的场合，所以判断是否良好的范围可以根据天线所用的机器种类、用途等而改变。
增益判别部73基于天线50接收的信号的S/N比是否在允许范围内、或从通信电路61发送的信号电平与之后天线50接收的信号电平之比等，判别天线50的增益是否良好。在此，由于希望S/N比、接收信号电平对发送信号电平之比大，所以若该比分别大于某一值，则判断增益良好。
另外，阻抗判别部74基于发送时从天线50反射回来的信号电平，判别天线50的发送时的阻抗匹配性是否良好，基于天线50接收之后从通信电路61反射回来的信号电平，判别天线50和通信电路61的阻抗匹配性是否良好。
最好是，到判断出指向性、增益性、阻抗匹配性都良好为止，形态设计部53修改天线的形态设计，通过形态设计控制部54和驱动部51动态变更天线51的形态。最终判断出天线50的指向性、增益性、输入阻抗匹配性都良好时，将有关该形态的信息(数据)存储到存储部55。
(实施例12)
图34是表示具有本发明的天线的装置的又另一实施例的框图。
本实施例中，形态设计部53、形态设计控制部54、以及存储部55的动作或功能也与实施例9的形态设计部53、形态设计控制部54、以及存储部55的动作或功能相同。
如图34所示，本实施例的装置代替实施例11的电平检测部71，具有数据分析部76。本实施例以利用外部的通信电路62为前提。将来自通信电路61的信号从天线50发送之后，外部机器的天线接收该信号。再次用天线50接收根据从天线50发送的信号而从外部的通信电路62发来的信号，可以将该信号用于天线50的形态调整。
本实施例的外部机器的通信电路62是例如接收了某个测试信号时，响应该信号并输出数字信号的电路。作为外部机器的通信电路62还可以例如利用发送通过打电话发送的时间预报和天气预报等信息的电路。
针对实施例11中根据收发信号的电平调整天线50的形态，本实施例中通过比较收发信号的数据内容来判别指向性、增益、阻抗匹配性是否在适当范围内。其他功能与实施例11相同。
本实施例也可以如实施例10配置用于判别指向性的探测器75a～75c。
(实施例13)
图35是表示具有本发明的天线的装置的又另一实施例的框图。
本实施例的装置代替实施例9的驱动部51，具有形态结构的制造部56。本实施例中，形态设计部53、形态设计控制部54、以及存储部55的动作或功能本身也与实施例9的形态设计部53、形态设计控制部54、以及存储部55的动作或功能相同。
本实施例中，用与实施例11相同的顺序，基于天线50作为发送用/接收用工作时的指向性、增益、阻抗匹配性等，判断天线50的形态是否良好，可以确定适当的天线形态。但是，本实施例中，在天线的使用中不能动态变更天线形态，在制造安装了天线的装置的工艺阶段确定天线形态。
另外，本实施例也如实施例10，可以配置用于判别指向性的探测器75a～75c。
[天线模块]
具有上述天线的装置的各实施例中，如图29所示的驱动部51、形态设计控制部54等安装在终端装置等各种装置。还可以将用于确定这样的天线形态的电路(天线的控制电路)与天线一体化的部件作为天线模块制造并销售。
图36表示一体化本发明的天线、和控制该天线形态的电路的天线模块。该天线模块是在集成电路芯片的封装80上固定安装了本发明的天线50。在集成电路芯片形成的电路系统例如包含图29所示的驱动部51、形态设计部53、形态设计控制部54、存储部55、电平检测部71、指向性判别部72、增益判别部73、阻抗判别部等天线控制电路，最好是还包含通信电路61。
这样的天线模块安装到图36所示的形态终端(包含便携式电话)等装置90并使用。根据搭载在天线模块的装置90、和该装置90的使用环境，适当的天线形态是不同的。对于本发明的天线模块，根据便携式终端的使用状况，天线形态自动变化成最佳形态。
图37(a)模式表示图36的便携式终端为等待模式时的天线50的指向性。等待模式中，将天线50的形态设定为表示较广的指向性。搜索通信对方的模式中，通过将指向性强的形态提供给天线50，并逐渐变更其形态，如图37(b)所示，改变天线50的指向性强的方向。上述搜索模式中，若发现对方机器发出的电波的发送源方向，则如图37(c)所示，将在发送源的方向指向性最强的形态赋予天线50，有效进行电波的收发。
(实施例14)
图38是表示采用本发明的天线的通信系统的例子的立体图。图38例示了利用毫米波的通信系统，但如该图所示，在从干线线路光纤(TrunkLine O-Fiber)分支的多个线路光纤的前端分别设置有基站。另外，形成用于从各基站向各家庭(或办公室)利用毫米波进行通信的无线通信网。然后，在各家庭或办公室的无线终端(移动局)利用毫米波可以进行从基站向各家庭或办公室提供各种媒质，因特网通信，移动局间的通信等。即，由于毫米波具有接近光的波长，所以容易受到物体的电波干扰。因此，到基站为止经光纤网利用光通信进行数据的收发，在基站进行光信号和电信号间的变换。另外，在家庭或办公室和基站之间可以利用毫米波进行无线接入。
本发明的天线最佳地用于进行上述无线接入时的收发信。系统的一部分可以在直接连接到基干干线光纤的基站、和便携式信息终端和企业内的终端之间，经本发明的天线进行无线接入。
图39是概要表示图38所示的基站、和各家庭和办公室内的无线终端间的通信系统的结构的框图。该图所示的通信系统具有经光纤网(网络)100相互连接的多个基站101、经各基站101相互进行通信的无线终端102。各基站101具有用于接收、发送电波的天线装置111、具有对天线装置111接收的电波信号进行放大等功能的接收放大部112、用于向天线装置111发送放大的高频信号的发送放大部113、连接到接收放大部112、发送放大部113的无线收发信部114、用于控制各设备的动作的控制部115、用于连接基站101和光纤网100之间的信号的有线连接部116。另外，无线终端102具有接收、发送电波的天线装置121、具有对天线装置121接收的电波信号进行放大等功能的接收放大部122、用于向天线装置121发送放大的高频信号的发送放大部123、用于控制各设备的动作的控制部125。
图40是具体表示基站101的内部结构的块电路图。如该图所示，天线装置111由天线主体111a、用于切换天线主体111a的收发的天线开关111b构成。另外，接收放大部112分别串联配置2级滤波器131、和低噪声放大器(LNA)132来构成。在无线收发信部114配置有用于混合局部放大器和高频发送器的输出并生成高频信号的混合器134。在发送放大器113配置有驱动放大器135、滤波器136、中间放大器137、主放大器138。有线连接部116由用于处理语音信号的基带信号处理部117、接口部118、连接到光纤网(网络)100的交换控制部119构成。另外，未图示，但在接口部118设置有在光信号和电信号之间进行变换的信号变换装置。
本发明的天线作为天线主体111a采用，例如作为槽形天线中的1个槽工作。
根据本发明，可以提供一种利用单独不作为天线工作的较小的导体要素，将电流模式和磁流模式变化为多种多样的天线。

Claims (24)

1.一种天线，其特征在于：具有：相互分离、各自单独不能作为天线工作的多个导体要素的阵列；
对从上述多个导体要素中选择的至少2个导体要素进行电磁耦合，将所耦合的多个导体要素作为1个天线要素工作的耦合部件；以及
支承上述多个导体要素的电介质层，
上述耦合部件具有电连接上述所选择的多个导体要素的导通部件，上述导通部件包含叠加在邻接的至少2个导体要素上的导体片组，上述导体片配置成电连接上述所选择的导体要素，
还具有在上述各导体要素和上述导体片之间存在的电介质膜。
2.如权利要求1所述的天线，其特征在于：
上述导体要素阵列包含上述多个导体要素排列成由行和列构成的矩阵状的矩阵部分。
3.如权利要求2所述的天线，其特征在于：
上述阵列的矩阵部分实质上由具有同一形状的导体要素构成。
4.如权利要求2所述的天线，其特征在于：
上述阵列的矩阵部分实质上由具有同一尺寸的导体要素构成。
5.如权利要求2所述的天线，其特征在于：
上述多个导体要素的每一个具有比发送和/或接收的电波的波长还小的尺寸。
6.如权利要求1所述的天线，其特征在于：
上述导通部件具有切换2个导体要素间的电导通/非导通的多个开关元件，
上述多个开关元件的每一个，切换在上述导体片组中的对应的导体片作用下的导体要素间的电导通/非导通。
7.如权利要求6所述的天线，其特征在于：
上述多个开关元件排列成由行和列构成的矩阵状。
8.如权利要求7所述的天线，其特征在于：
还具有将驱动上述多个开关元件的电路连接到上述多个开关元件的布线层。
9.如权利要求6所述的天线，其特征在于：
上述开关元件是晶体管。
10.如权利要求6所述的天线，其特征在于：
上述开关元件具有以可移动的方式而被支承的导体片、和移动上述导体片的操纵机构，
上述操纵机构可以在利用上述导体片电连接邻接的多个导体要素的第1位置与没有电连接邻接的多个导体要素的第2位置之间往返移动上述导体片。
11.如权利要求1所述的天线，其特征在于：
上述电介质层具有配置了上述导体要素阵列的第1主面、和与上述第1主面相反侧的第2主面，
接地导体形成在上述第2主面侧。
12.如权利要求1所述的天线，其特征在于：
上述电介质层、上述导体要素、以及上述导通部件层叠。
13.如权利要求12所述的天线，其特征在于：
上述导通部件设置成可移动，
还具有可以在相互有效导通上述至少2个导体要素的导通位置与其他非导通位置之间移动上述导通部件的移动机构。
14.一种天线，其特征在于：具有：相互分离、各自单独不能作为天线工作的多个导体要素的阵列；
对从上述多个导体要素中选择的至少2个导体要素进行电磁耦合，将耦合的多个导体要素作为1个天线要素工作的耦合部件；以及
导体层，
上述耦合部件，由配置在上述导体层与各导体要素之间的多个电介质要素构成，
将上述所选的导体要素比没有选择的导体要素更强地电容耦合到上述导体层。
15.如权利要求14所述的天线，其特征在于：
上述导体要素阵列包含上述多个导体要素排列成由行和列构成的矩阵状的矩阵部分。
16.如权利要求15所述的天线，其特征在于：
上述阵列的矩阵部分实质上由具有同一形状的导体要素构成。
17.如权利要求15所述的天线，其特征在于：
上述阵列的矩阵部分实质上由具有同一尺寸的导体要素构成。
18.如权利要求15所述的天线，其特征在于：
上述多个导体要素的每一个具有比发送和/或接收的电波的波长还小的尺寸。
19.如权利要求14所述的天线，其特征在于：
位于上述所选的导体要素与上述导体层之间的电介质要素的介电系数，比位于上述没有选择的导体要素与上述导体层之间的电介质要素的介电系数还大。
20.如权利要求14所述的天线，其特征在于：
还具有为了改变各导体要素与上述电介质要素之间的距离而移动上述导体要素的操纵机构。
21.如权利要求14所述的天线，其特征在于：
层叠多个上述电介质要素和上述导体要素。
22.一种天线模块，具有：
权利要求6所述的天线；和
生成驱动上述多个开关元件的信号的驱动电路。
23.一种装置，具有：
权利要求6所述的天线；
生成驱动上述多个开关元件的信号的驱动电路；以及
基于上述天线接收和/或发送的信号，来控制上述驱动电路的动作的控制部件。
24.一种系统，具有多个装置，其特征在于：
上述多个装置的每一个，具有：
天线，其具有相互分离、各自单独不能作为天线工作的多个导体要素的阵列；对从上述多个导体要素中选择的至少2个导体要素进行电磁耦合，将耦合的多个导体要素作为1个天线要素工作的耦合部件；以及支承上述多个导体要素的电介质层，上述耦合部件具有电连接上述选择的多个导体要素的导通部件，上述导通部件具有切换2个导体要素间的电导通/非导通的多个开关元件；
驱动电路，其生成驱动上述多个开关元件的信号；
控制部件，其基于上述天线接收及/或发送的信号，控制上述驱动电路的动作；以及
评价部件，其基于上述信号，评价上述天线的指向性、增益、及/或阻抗，
基于上述评价结果，从上述多个导体要素中动态选择应电连接的导体要素，
上述评价部件，对利用上述开关元件相互电连接的导体要素的多个组合的每一个，评价天线的指向性、增益、及/或阻抗，
上述系统，还具有：
存储器，其存储对上述导体要素的多个组合的上述评价结果；和
形态设计部，其基于上述存储器存储的上述评价结果，而选择应利用上述开关元件相互电连接的导体要素，控制上述驱动电路的动作，
在上述多个装置之间，利用经各装置天线的电波进行通信，通过动态改变上述多个导体要素的连接模式，从而根据上述通信状况规定各装置的天线形态。
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