CN101331648A - 偏振波切换-指向性可变天线 - Google Patents

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CN101331648A CNA2007800006576A CN200780000657A CN101331648A CN 101331648 A CN101331648 A CN 101331648A CN A2007800006576 A CNA2007800006576 A CN A2007800006576A CN 200780000657 A CN200780000657 A CN 200780000657A CN 101331648 A CN101331648 A CN 101331648A
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Abstract

本发明涉及一种偏振波切换－指向性可变天线。该天线在电介质基板(11)的表面具有发射导体板(12)，在背面具有接地导体板(14)。在背面的接地导体板(14)内至少设置有一个指向性切换元件和至少两个偏振波切换元件。指向性切换元件具有对接地导体板(14)进行环状除去而形成的第一缝隙、和至少两个指向性切换开关(22a～22d)。偏振波切换元件具有对接地导体板(14)进行环状除去而形成的第一缝隙、和至少一个偏振波切换开关(23a～23d)。通过指向性切换开关(22a～22d)的控制能够实现天线的发射指向性的最大增益方向的切换，通过偏振波开关(23a～23d)的控制能够实现天线发射的圆偏振波的旋转方向的切换。

Description

偏振波切换-指向性可变天线
技术领域
本发明涉及一种在微波和毫米波带的无线通信中，通过切换圆偏振波的旋转方向以及发射指向性的最大增益方向而进行通信从而进行高品质无线通信的天线。
背景技术
近几年，以室内无线LAN等为代表的在室内等密闭空间中的高速大容量通信的需要日益增强。在室内这样的密闭空间中，除了天线间的可视距离(Line of sight)的直接波之外，还存在因墙壁或天花板等的反射而产生的延迟波，于是就变成多路径传播的环境。该多路径传播就是导致通信质量劣化的主要原因。
为了在多路径传播环境下抑制因延迟波导致的通信质量劣化，有一种方法是使用能够切换发射指向性的最大增益方向的天线。它是一种通过切换天线的最大增益方向，选择最佳状态来收发信号，从而提高通信质量的方法。
另一方面，为了在多路径传播环境下抑制因延迟波导致的通信质量的劣化，有一种方法是使用圆偏振波天线。圆偏振波是指，随着时间的改变电场矢量的方向旋转并前行的电磁波，在固定场所观察其前行方向时，将电场矢量向右旋转的圆偏振波称为右旋圆偏振波，将向左旋转的圆偏振波称之为左旋圆偏振波。
通常情况下，很难产生完全的圆偏振波，与反旋转的偏振波成分合成而变成椭圆偏振波。该椭圆的长轴和短轴之比称作轴比，是表示圆偏振波特性的指标。能够说轴比越小圆偏振波特性越好。在使用通常的圆偏振波天线的情况下，轴比为3dB以下的值。
以收发右旋圆偏振波的方式设计的天线不能收发左旋圆偏振波。同样，以收发左旋圆偏振波的方式设计的天线不能收发右旋圆偏振波。一般情况下，向墙壁等障碍物入射的圆偏振波变成反旋转的圆偏振波并反射。即，如果右旋圆偏振波反射一次，就变成左旋圆偏振波，进一步再反射一次就变成右旋圆偏振波。因此，在室内通信中通过使用圆偏振波，能够抑制一次反射所产生的多路径成分。
作为能够收发圆偏振波的平面天线，例如已知有非专利文献1所记载的方式。图17(a)是表示一般的直线偏振波天线的结构的概略图，图17(b)(c)是表示非专利文献1所记载的一般的圆偏振波天线的结构的概略图。为了产生圆偏振波，需要具有正交的偏振波面，并且相位偏移90°的两个直线偏振波成分，但是，在通常使用的图17(a)那样的、在以通过发射导体板的重心32和供电点的直线呈线对称形状的发射导体板31中，在上述直线的方向上仅产生电流振动的共振，并且变成在振动方向上具有偏振面的直线偏振波。
为了从上述呈线对称形状的发射导体板31产生圆偏振波，必须将上述共振分离成两个正交的共振。为了分离上述共振，如图17(b)(c)所示，只要破坏发射导体板31的结构的对称性即可。此时，根据破坏对称性的位置，在图17(b)中左旋圆偏振波被激励，在图17(c)中右旋圆偏振波被激励。
但是，作为便携式电脑(laptop)的内置天线和移动设备用的天线，图17(b)(c)所示的圆偏振波天线并不适合。在上述这样的移动设备的终端中，由于终端位置和方向变化较大，因此，如果使用旋转方向固定的圆偏振波天线，那么，在反转方向等的时候就无法收发信号。因此，作为能够实现移动设备终端的高品质、高效率的通信的天线，需要一种能控制圆偏振波的旋转方向的天线。
另外，如果能够同时实现对上述两个多路径消除有效的功能，即“发射指向性的最大增益方向的切换功能”和“圆偏振波的旋转方向的切换功能”，那么就能进行更高品质、高效率的通信。
现在，作为能够同时实现上述两种功能即“圆偏振波的旋转方向的切换功能”和“发射指向性的最大增益方向的切换功能”的天线，有将能够切换圆偏振波的天线作为阵列元件，从而实现相控阵天线的情况(参照专利文献1)。图18(a)是表示前述专利文献1中所记载的现有的圆偏振波切换式相控阵天线的一个单元的结构的框图。图18(b)是表示圆偏振波切换式相控阵天线的整体结构的框图。
如图18(a)所示，在现有的圆偏振波切换式相控阵天线中，在天线的每1个单元中，通过控制外部信号s41、s42来切换圆偏振波的旋转方向，另外，通过控制外部信号s43、s44、s45来切换天线的发射相位。如图18(b)所示，将该一个单元多元件化，使用外部控制装置来控制所有的外部信号，由此，同时实现了整个相控阵天线的圆偏振波的旋转方向和发射指向性的最大增益方向的切换。
专利文献1：日本专利特开2000-223927号公报
专利文献2：日本专利特开平9-307350号公报
专利文献3：日本专利特开2004-304226号公报
非专利文献1：Ramash Garg等著“Microstrip Antenna DesignHandbook”，Artech House第493-515页
发明内容
但是，在前述现有构造的天线中，因为需要多个移相器所以结构、控制复杂，以及因为需要切换多个馈电线所以元件的插入损失大，由于有这样的问题，所以具有不适合用作小型仪器或终端的天线这样的问题。
本发明用来解决前述现有的课题，其目的在于，提供一种天线，它在一个移相器也不使用并且馈电线单一而不需要进行切换的结构中，同时实现天线的发射指向性的最大增益方向的切换，和在最大增益方向上具有轴比在3dB以下的良好特性的圆偏振波的旋转方向的切换。
解决上述问题的本发明是一种偏振波切换-指向性可变天线，它具有：具有相对的两个面的电介质基板11；在前述电介质基板的一个面上形成的发射导体板12；设置在前述发射导体板上的供电点；在前述电介质基板的另一面上形成的接地导体板14；在前述电介质基板的前述接地导体板一侧设置的至少一个指向性切换元件15；和在前述电介质基板的前述接地导体板一侧设置的至少两个偏振波切换元件16。
前述发射导体板相对于通过前述发射导体板的重心与前述供电点13的直线呈线对称的形状，前述至少一个指向性切换元件15具有：对前述接地导体板14进行环状除去而形成的第一缝隙20a、以及在被前述第一缝隙20a包围的内部导体19和包围前述第一缝隙20a的前述接地导体板14之间连接的至少两个指向性切换开关17。
前述第一缝隙20a在与前述发射导体板12的共振频率大概相等的频率下共振，前述第一缝隙20a一周的长度在动作频率下与一个有效波长对应。通过使前述至少两个指向性切换开关17全部导通，在高频条件下将前述第一缝隙20a分割成多个缝隙时，在以前述至少两个指向性切换开关17作为两端而被分割的缝隙的长度不足半个有效波长、或者比半个有效波长大但不足一个有效波长的位置，设置有前述各个指向性切换开关17。
前述至少两个偏振波切换元件16分别具有：对前述接地导体板14进行环状除去而形成的第二缝隙20b、20c，以及在被前述第二缝隙20b、20c包围的内部导体19和包围前述第二缝隙20b的前述接地导体板14之间连接的至少一个偏振波切换开关18。
前述各个第二缝隙20b、20c的一部分设置在与前述发射导体板12重合的位置，当令被一个前述第二缝隙20b、20c包围的区域和前述发射导体板12重合的部分的面积为Δs，前述发射导体板12的面积为s，前述发射导体板12的无负载Q为Q0时，圆偏振波指标Q0Δs/s为0.8以上、1.6以下的值。
当令通过前述发射导体板12的重心24和前述供电点的直线、与通过前述发射导体板的重心24和前述第二缝隙的重心25的直线之间的角度为ξ时，前述至少两个偏振波切换元件中的一个的第二缝隙20b设置在ξ比0°大、比90°小的范围或者比180°大、比270°小的范围中的任意一个，前述至少两个偏振波切换元件中的另一个的第二缝隙20c设置在ξ比90°大、比180°小的范围或者比270°大、比360°小的范围中的任意一个。
通过采用上述这种结构，就能够同时实现最大增益方向的切换、和在最大增益方向上的圆偏振波的旋转方向的切换。
前述圆偏振波指标优选为1.1以上、1.3以下。根据上述条件，能够获得更好的圆偏振波特性。
构成前述偏振波切换元件的第二缝隙20b、20c兼作构成前述指向性切换元件的第一缝隙20a，并且前述偏振波切换开关18和前述指向性切换开关17两方均设置在前述第二缝隙20b、20c中，由此，前述偏振波切换元件16也可具有偏振波切换功能和指向性切换功能这两种功能。根据本结构，不仅能够实现一种兼用指向性切换元件和偏振波切换元件的元件，而且能够更有效地向多个方向切换最大增益方向。
发明的效果
根据本发明的偏振波切换-指向性可变天线，采用完全不使用移相器的简单构造，并且在馈电线单一、能够避免为了切换多个馈电线而需要的切换元件的插入损失的结构中，能够同时实现发射指向性的最大增益方向的切换、以及在最大增益方向上具有良好的轴比特性的圆偏振波的旋转方向的切换。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的偏振波切换-指向性可变天线的概略图，(a)是基板第一面的透视图，(b)是基板第二面的透视图，(c)是沿着基板A1-A2线的截面图。
图2是本发明的实施方式1的偏振波切换-指向性可变天线的立体图。
图3是本发明的实施方式1的偏振波切换-指向性可变天线的缝隙部的放大图。
图4是表示本发明的实施方式1的偏振波切换-指向性可变天线的圆偏振波指标与轴比的关系的示意图。
图5(a)～(c)是表示本发明的实施方式1的偏振波切换-指向性可变天线的指向性切换开关的不好的配置例的图。
图6是表示本发明的实施方式1的偏振波切换-指向性可变天线的发射指向性变化的图。
图7(a)～(c)是表示本发明的实施方式1的偏振波切换-指向性可变天线的其它实施例的图。
图8(a)～(d)是表示本发明的实施例1的偏振波切换-指向性可变天线的开关的控制的一个示例的图。
图9(a)～(d)是表示本发明的实施例1的偏振波切换-指向性可变天线的发射指向性的变化的图。
图10(a)和(b)是表示本发明的实施方式1的偏振波切换-指向性可变天线的开关的控制的一个示例以及发射指向性变化的图。
图11(a)和(b)是表示本发明的实施例1的偏振波切换-指向性可变天线的开关的控制的一个示例的图。
图12(a)和(b)是表示本发明的实施例1的偏振波切换-指向性可变天线的发射指向性和圆偏振波旋转方向的切换的图。
图13是本发明的实施方式2的偏振波切换-指向性可变天线的概略图。
图14(a)和(b)是表示本发明的实施方式2的偏振波切换-指向性可变天线的其它的实施例的图。
图15是本发明的实施例2的偏振波切换-指向性可变天线的放大图。
图16(a)～(c)是表示本发明的实施例2的偏振波切换-指向性可变天线的发射指向性和偏振波成分的变化的图。
图17(a)～(c)是表示一般的直线天线和圆偏振波天线的结构的图。
图18(a)和(b)是现有的圆偏振波切换式相控阵天线(Phased ArrayAntenna)的概略图。
符号说明
11电介质基板
12发射导体板
13供电点
14接地导体板
15指向性切换元件
16偏振波切换元件
17指向性切换开关
18a、18b偏振波切换开关
19内部导体
20a、20b缝隙
21a、21b、21c、21d缝隙
22a、22b、22c、22d指向性切换开关
23a、23b、23c、23d偏振波切换开关
24发射导体板的重心
25缝隙的重心
31发射导体板
32供电点
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(实施方式1)
首先，参照表示本发明的实施方式1的图1(a)至图1(c)。图1(a)是电介质基板11的第一面的透视图，图1(b)是与电介质基板11的第一面相对的第二面的透视图。图1(c)是图1(a)的A1-A2线截面图。
在实施方式1中，偏振波切换元件16具有偏振波切换功能和指向性切换功能这两种功能。即，偏振波切换元件16兼作指向性转换元件15。
如图1所示，本实施方式的天线在电介质基板11的第一面上具有发射导体板12，在相对的第二面上具有接地导体板14。在第二面的接地导体板14内设置有缝隙21a～21d。缝隙21a～21d中分别设置有至少两个指向性切换开关22a～22d和至少一个偏振波切换开关23a～23d。通过控制指向性切换开关22a～22d能够实现最大增益方向的切换，通过控制偏振波切换开关23a～23d能够实现圆偏振波的旋转方向的切换。
由于本实施方式的结构是完全不使用移相器的简单结构，并且通过单一的馈电线就能够动作，因此，能够避免为了切换多个馈电线而需要的切换元件的插入损失。
图2表示本发明的实施方式1的天线的基板第1面的立体图。在本实施方式1的天线中，如图2所示定义φ轴和θ轴。以下，在本说明书中根据该坐标系表示发射指向性。
在此，详细说明本实施方式1的偏振波切换-指向性可变天线的圆偏振波切换与发射指向性的最大增益切换的原理。
(圆偏振波切换)
首先，对圆偏振波的切换的原理进行阐述。圆偏振波的切换通过偏振波切换元件来进行。以下，对偏振波切换元件进行阐述。偏振波切换元件在接地导体板14内至少形成有两个，并且分别由环状的缝隙21a～21d和至少一个偏振波切换开关23a～23d构成。在本实施方式1中，将缝隙21a～21d设置在与发射导体板12重合的位置，通过控制偏振波切换开关23a～23d的导通与切断，来破坏发射导体板12的对称性，并分离共振。
图3表示本发明的实施方式1的缝隙部的放大图。缝隙21a～21d通过对接地导体板14进行环状除去而形成。当令通过发射导体板的重心24和供电点的直线与通过发射导体板的重心24和缝隙的重心25的直线之间的角度为ξ时，缝隙21a～21d设置在ξ比0°大、比90°小的范围或者比180°大、比270°小的范围中的任意一个，或者设置在ξ比90°大、比180°小的范围或者比270°大、比360°小的范围中的任意一个。
当缝隙21a～21d设置在ξ为0°、90°、180°、270°的位置时，发射导体板12的对称性未被破坏，不能获得产生圆偏振波的效果。因此，必须将缝隙21a～21d设置在ξ为0°、90°、180°、270°以外的位置。并且，上述ξ优选为45°、135°、225°、315°。
另外，当所有的缝隙21a～21d仅设置在ξ比0°大、比90°小的范围和比180°大、比270°小的两个相对的范围内时，即使切换偏振波切换开关23a～23d，旋转方向也变为相同的方向，不能得到偏振波的切换效果。
因此，为了获得偏振波切换的功能，缝隙21a～21d中的至少一个必须设置在ξ比0°大、比90°小的范围或者比180°大、比270°小的范围中的任意一个范围，至少另一个必须设置在ξ比90°大、比180°小的范围或者比270°大、比360°小的范围中的任意一个范围。另外，在图1中，很明显，对于缝隙21，在ξ比0°大、比90°小的范围，在ξ比90°大、比180°小的范围，在ξ比180°大、比270°小的范围，在ξ比270°大、比360°小的范围分别各设置有一个。
其中，发射导体板12在不以通过反射导体板的重心24和供电点的直线呈线对称的情况下，即使不设置偏振波切换元件，反射导体板的对称性也已经破坏。在这种情况下，已经变为某一个旋转方向的圆偏振波(椭圆偏振波)，很难通过设置偏振波切换元件来切换旋转方向。因此，发射导体板12必须以通过发射导体板的重心24和供电点的直线呈线对称。
偏振波切换开关23a～23d、以穿过缝隙21a～21d的方式连接在被缝隙21a～21d包围的内部导体19与包围缝隙21a～21d的接地导体板14之间。通过使该偏振波切换开关23a～23d中的至少一个导通，能够发生圆偏振波。这时，通过切换使之导通的偏振波切换开关23a～23d的位置，能够实现圆偏振波的旋转方向的切换。表1表示，在图1的天线中，切换偏振波切换开关23a～23d时的本实施方式1的各个动作状态下的圆偏振波的旋转方向。
(表1)
Figure A20078000065700121
如表1所示，选择偏振波切换开关23a～23d中的任意一个并使其导通，由此就能够切换圆偏振波的旋转方向。同样，选择偏振波切换开关23a～23d中的位于对角线上的两个开关(23a和23c、或者23b和23d)的任意一组并使其导通，也能切换圆偏振波的旋转方向。而且，选择偏振波切换开关23a～23d中的三个并使其导通，也能切换圆偏振波的旋转方向。
其中，在仅导通相邻的两个开关(例如23a和23b)的情况下，以及在将偏振波切换开关全部导通或者全部开放的情况下，能过从天线获得直线偏振波。
圆偏振波激振条件Q0(Δs/s)(图4)
在本实施方式1的天线中，利用设置在基板第二面的接地导体板14内的缝隙21a～21d产生圆偏振波。此时，如果令由发射导体板12的面积s，与发射导体板12和被缝隙21a～21d围成的区域重合的部分的面积Δs(图3的斜线部分)这两个参数所决定的扰动量(摂動量)为Δs/s、发射导体板12的无负载Q为Q0，发射导体板12的圆偏振波的轴比就依存于由扰动量与无负载Q的积所定义的“圆偏振波指标”，即Q0(Δs/s)。
Q0是由电介质基板11的厚度、介电常数等所决定的值，对于Q0，以使Δs变为最佳值的方式配置缝隙21a～21d，就能够实现具有良好轴比的圆偏振波天线。
图4表示在本实施方式1的天线中，改变发射导体板12的Q0时圆偏振波的轴比与圆偏振波指标的依存关系。在图4中，横轴表示圆偏振波指标的值，纵轴表示本实施方式1的天线的圆偏振波的轴比。此处，令电介质基板11的介电常数为2.08保持一定，通过改变电介质基板11的厚度，使发射导体板的Q0变化为29.8、22.8、18.3。由图4可知，在本实施方式1的天线中，如果以使圆偏振波指标变为0.8以上、1.6以下的范围的方式进行设计，那么，在三个条件下轴比均能达到3dB以下。另外，通过以使圆偏振波指标变为1.1以上、1.3以下的范围的方式进行设计，轴比变为1dB以下，能够获得具有更好轴比特性的圆偏振波。
并且，在缝隙21a～21d的各个缝隙中，即使在Δs相异的情况下，只要各个Δs的值在上述范围之内就能够毫无问题地使用。
(发射指向性的最大增益方向的切换)
接着，对本实施方式1的天线的最大增益方向的切换原理进行说明。最大增益方向的切换通过指向性切换元件而进行。指向性切换元件由环状的缝隙21a～21d和指向性切换元件开关22a～22d组成。
环状的缝隙21a～21d在与发射导体板12的共振频率大概相等的频率下共振，其周长相当于一个有效波长。此时，缝隙21a～21d作为无源的天线元件(以下称为无源元件)而发挥作用。通常，已知，在无源元件的共振频率比有源的天线元件(以下称有源元件)的共振频率高的情况下，无源元件作为波导器发挥作用，天线全体的指向性增益向设置有无源元件的方向倾斜，而在无源元件的共振频率比有源元件的共振频率低的情况下，无源元件作为反射器发挥作用，天线全体的指向性增益向与设置有无源元件的方向相反的方向倾斜。在本实施方式1中，在作为有源元件的发射导体板12的周围作为无源元件配置缝隙21a～21d，使天线的最大增益方向改变。
指向性切换开关22a～22d在被缝隙21a～21d所包围的内部导体19与包围缝隙21a～21d的接地导体板14之间，以穿过缝隙21a～21d的方式至少连接有两个。在指向性切换开关22a～22d开放的情况下，缝隙21a～21d显示上述的波导器或者反射器的功能。但是，通过使指向性切换开关22a～22d导通，缝隙21a～21d被分割成两个以上的缝隙，上述波导器或者反射器的功能消失。因此，如果对指向性切换开关22a～22d的导通与开放进行控制，就能够实现切换最大增益方向的功能。
但是，对于指向性切换开关22a～22d，在使指向性切换开关22a～22d导通的情况下，必须被配置在缝隙21a～21d不共振的位置。当使指向性切换开关22a～22d导通时，在以导向性切换开关22a～22d作为两端而被分割的缝隙作为共振器发挥作用的情况下，该缝隙共振器也显示与上述的波导器或者反射器同样的效果。因此，即使使指向性切换开关17导通而分割缝隙21a～21d，也无法消除波导器或者反射器的效果。
图5是表示在本实施方式1的天线中，指向性切换开关22a～22d的不好的配置例的图。如图5所示，当指向性切换开关22a～22d导通时，在以指向性切换开关22a～22d为两端而被分割的缝隙的长度为一半有效波长的情况下，以指向性切换开关22a～22d为两端而被分割的缝隙变成一半有效波长的共振器，不能通过控制指向性切换开关22a～22d来切换最大增益方向。因此，当指向性切换开关22a～22d导通时，将指向性切换开关22a～22d设置在、以指向性切换开关22a～22d为两端而被分割的缝隙的长度不足一半有效波长或者比一半有效波长大且不足一个有效波长的位置，由此，必须消除在使指向性切换开关22a～22d导通的情况下的，以指向性切换开关22a～22d为两端而被分割的缝隙的不好的共振效果。
图6表示当切换指向性切换开关22a～22d时，本实施方式1的天线的发射指向性变化的一个例子。图6表示控制指向性切换开关22a时，在φ＝45°的面上的天线的指向性增益与θ的依存关系。在图6中，令指向性切换开关22a导通时为(1)，开放的状态为(2)。如图6所示，(1)的情况下，最大增益方向大体朝向正上方(θ＝0°)，与此相反，(2)的情况下，缝隙21a变为波导器，最大增益方向变化为设置有缝隙21a的方向(θ＝90°的方向)。此时，变化的角度约为30°。如上所述，通过指向性切换开关22a～22d的控制，能够切换最大增益方向。
通常，即使在能够收发圆偏振波的发射导体板12中，只要是与发射导体板12共振的无源元件，无论形状、大小如何，均能改变天线的最大增益方向，但是，在最大增益方向发生了变化的状态下，难以获得良好的轴比特性。这是因为，来自无源元件的发射电磁波降低了从发射导体板12发射的圆偏振波的轴比特性。
在本实施方式1中，作为无源元件使用具有一个有效波长长度的环状缝隙21a～21d，以此来避免该轴比特性变坏。在作为无源元件而使用一个有效波长的环状缝隙的情况下，在发射导体板12中激励圆偏振波，同时，在环状缝隙中也能激励具有相同旋转方向的圆偏振波。如上所述，通过在有源元件和无源元件这两方上激励具有相同旋转方向的圆偏振波，能够保持良好的轴比，同时能够进行最大增益方向的切换。另外，当切换发射导体板12的圆偏振波的旋转方向时，在环状的缝隙21a～21d中激励的圆偏振波的旋转方向也同时被切换。如上所述，有源元件与无源元件的旋转方向同时被切换，于是，在最大增益方向上保持良好的轴比特性，同时，能够切换圆偏振波的旋转方向。
在本实施方式1中，构成上述的偏振波元件的缝隙兼作构成上述指向性切换元件的缝隙，具有偏振波切换开关23a～23d和指向性切换开关22a～22d，因此，偏振波切换元件具有偏振波切换元件和指向性切换元件这两方的功能。于是，采用简单的构造，就能实现一种同时进行向多个方向的最大增益方向的切换和圆偏振波的旋转方向的切换的天线。
(其它)
以下，对其它的构成元件进行简单的说明。作为本实施方式1中的电介质基板11，能够使用在通常的高频电路中所使用的基板。例如，有氧化铝陶瓷等无机材料、聚四氟乙烯(注册商标)、环氧树脂、聚酰亚胺等树脂材料。这些材料，只要根据所使用的频率、用途、基板的厚度以及大小等适当选择即可。另外，发射导体板12、接地导体板14是导电性良好的金属图形，例如，能够使用铜或铝等。
对于发射导体板12的Q0，如果考虑发射导体板12的发射效率与Q0成反比，那么，它通常在10～30左右的范围加以使用。在选择上述材料的情况下，如果适当选择电介质基板11的厚度，就能够在上述范围内使用Q0。
在本实施方式1中，作为供电电路使用了同轴供电，但是，如果是微带(micro-strip)供电或缝隙供电等通常的向发射导体板供电的方法，也能够使用。
在本实施方式1中，作为指向性切换开关22a～22d和偏振波切换开关23a～23d，也可以使用通常在高频领域中所使用的PIN二极管或FET(Field Effect Transistor：场效应晶体管)、MEMS(MicroElectro-Mechanical System：微型机电系统)开关等。
再者，在本实施方式1中，作为发射导体板12使用正方形的导体板、作为缝隙21a～21d使用正方形的缝隙，如图7所示，使用其它形状的发射导体板、缝隙也能获得同样的效果。
在本实施方式1中，在四个方向配置有缝隙21a～21d，但是，在使用正N边形的发射导体板的情况下，能够配置N个缝隙，因此，能够在N个方向上切换最大增益方向。此时，N根据需要切换的方向的数量适当选择即可。
(实施例1)
下面，对本发明的实施例1加以说明。本实施例1的天线具有图1(a)～(c)所示的结构，图3表示缝隙部的放大图。表2表示本实施例1的各个构成元件。
(表2)
  电介质基板11   介电常数：2.08，尺寸：13.5×13.5×0.4mm
  发射导体板12   正方形，一边长度L：3.7mm
  缝隙21a～21d   正方形的环，一边长度s1：2.9mm，缝隙宽度w1：0.2mm
  重合Δs   一边长度d：1.10mm，Δs的面积：0.605mm2
此时，在25.4GHz条件下，发射导体板是在TM模式进行共振的大小。此时，通过计算可知发射导体板12的Q0为22.8，圆偏振波指标为1.00。并且，在本实施例1中，使指向性切换元件作为波导器发挥作用。
图8(a)、(b)、(c)、(d)是表示在改变最大增益方向的情况下的、指向性切换开关22a～22d和偏振波切换开关23a～23d的控制的一个示例的图。在图8(a)～(d)中，被涂黑的开关为导通的状态，未被涂黑的开关表示开放的状态。即，在图8(a)中，图1中的指向性切换开关22a、22c、22d与偏振波切换开关23c表示导通，剩余的所有开关表示开放。
当如图8(a)～(d)所示的方式控制指向性切换开关22a～22d、偏振波切换开关23a～23d时，图9(a)～(d)分别表示本实施例2的天线的发射指向性。图9(a)、(b)与图8(a)、(b)对应，表示在φ＝-135°的面上指向性增益与θ的依存关系。另外，图9(c)、(d)与图8(c)、(d)对应，表示在φ＝-45°的面上指向性增益与θ的依存关系。
如图9(a)、(b)中<A>所示，通过按照图8(a)和(b)所示那样对指向性切换开关22a～22d、偏振波切换开关23a～23d进行控制，在φ＝-135°的面上，能够将天线的左旋圆偏振波成分的最大增益方向切换为(a)中的+30°的方向，(b)中的-30°的方向。同样，如图9(c)、(d)中<A>所示，通过按照图8(c)和(d)所示那样对指向性切换开关22a～22d、偏振波切换开关23a～23d进行控制，在φ＝-45°的面上，能够将最大增益方向切换为(c)中的+30°的方向，(d)中的-30°的方向。此时，如图9(a)～(d)中<B>所示，在最大增益方向上，在所有的条件下轴比均能够达到3dB以下。
另外，图10(a)表示导通全部指向性切换开关22a～22d时的开关的状态，图10(b)分别表示在图10(a)的状态下，天线在φ＝-135°的面上指向性增益与θ的依存关系。如图10(b)中所示，在使所有的指向性切换开关22a～22d导通的情况下，天线的最大增益方向变为0°。并且，此时，在θ＝0°的条件下，轴比能够达到3dB以下。
图11(a)、(b)表示偏振波切换开关23a～23d的控制的一个示例。图12(a)、(b)分别表示图11(a)、(b)所示的天线在φ＝-135°的面上的指向性增益与θ的依存关系。如图12(a)、(b)所示，通过切换偏振波切换开关23a～23d，能够将圆偏振波的旋转方向从左旋切换至右旋。
表3是当切换本实施例1的指向性切换开关22a～22d和偏振波切换开关23a～23d时，圆偏振波的旋转方向和最大增益方向的一览表。
(表3)
Figure A20078000065700181
如表3所示，通过对指向性切换开关22a～22d、偏振波切换开关23a～23d进行控制，能够同时进行圆偏振波的旋转方向的切换和最大增益方向向多个方向的切换。
因此，通过采用上述构造，能够实现一种不仅能向多个方向切换最大增益方向，同时能够在最大增益方向上切换圆偏振波的旋转方向的天线。
(实施方式2)
接着，参照附图说明本发明的第2实施方式的偏振波切换-指向性可变天线。图13是本发明的实施方式2中的基板第一面的透视图。虚线部分表示在基板第二面形成的状态。另外，对于与实施方式1相同的部分，省略其详细的说明。
在实施方式1中，偏振波切换元件16具有偏振波切换功能和指向性切换功能这两种功能，而在本实施方式2中，分别以独立的方式形成。
在本实施方式2中，偏振波切换元件16由环形的缝隙20b与偏振波切换开关18a、18b构成。偏振波切换元件16应满足的条件与实施方式1中所述的相同。与实施方式1相同，通过对偏振波切换开关18a、18b进行控制，就能够切换圆偏振波的旋转方向。
在本实施方式2中，指向性切换元件15由环形的缝隙20a与指向性切换开关17组成。指向性切换元件15应满足的条件与实施方式1中所述的相同。与实施方式1相同，通过对指向性切换开关17进行控制，就能够将最大增益方向切换向指向性切换元件15存在的方向。
在本实施方式2的天线中，通过使指向性切换元件与偏振波切换元件独立，能够采用比实施方式1更简单的结构，实现偏振波的旋转方向的切换和在一个轴上的最大增益方向的切换。
另外，如图14(a)(b)所示，即使在改变指向性切换元件15位置的情况下，也显示与实施方式2同样的效果。另外，与实施方式1同样，作为指向性切换元件15和偏振波切换元件16，也能够采用使用正方形以外的其它形状的缝隙的构成。
另外，在本实施方式2中，表示了一个轴上的最大增益方向的切换，如果按照想使其变化的方向的数量，增加指向性切换元件的数量为N个，就能够进行N种最大增益方向的切换。
(实施例2)
以下，表示本发明的实施例2。图13表示本实施例2的天线的基板第1面的透视图，图15表示发射导体板12和缝隙20a、20b的放大图。关于电介质基板11和发射导体板12，与实施例1同样。缝隙20a的一边的长s1为2.9mm，宽w1为0.2mm，与发射导体板12的距离z为0.2mm。另外，缝隙20b的一边的长s2为2.9mm，宽w2为0.2mm，Δs的一边的长d为1.15mm。此时，圆偏振波指标是1.10。与实施例1同样，使指向性切换元件作为波导器发挥作用。
图16表示本实施例2的天线的发射指向性。图16(a)表示，在导通图13的指向性切换开关17，开放偏振波切换开关18a，导通18b时，φ＝0°的面上的指向性增益与θ的依存关系。另外，图16(b)、图16(c)分别表示，开放指向性切换开关17，开放偏振波切换开关18a，导通18b时，以及开放指向性切换开关17，导通偏振波切换开关18a，开放18b时，φ＝0°的面上的指向性增益与θ的依存关系。
如图16(a)和图16(b)中<C>所示，通过切换指向性切换开关17，能够不改变圆偏振波的旋转方向(右旋)，而切换天线的最大增益方向。另外，如图16(b)和图16(c)中<C>所示，通过切换偏振波切换开关18a、18b，在将最大增益方向固定的状态下，能够切换圆偏振波的旋转方向。
表4是当切换本实施例2中的指向性切换开关17和偏振波切换开关18a、18b时，在各个动作状态下的圆偏振波的旋转方向和最大增益方向的一览表。
(表4)
Figure A20078000065700201
因此，通过采用上述构造，能够实现一种基于指向性切换开关17的控制的、在一个轴上的最大增益方向的切换，以及通过控制偏振波切换开关18a、18b来切换圆偏振波的旋转方向的天线。
产业上的可利用性
本发明的偏振波切换-指向性可变天线具有结构简单，并且能够同时实现圆偏振波的旋转方向的切换与发射指向性的最大增益方向的切换的特征，它可用作室内移动终端等的天线。另外，还可以用作现在使用圆偏振波来收发信号的卫星转播用的小型接收天线、ETC用的车载天线。而且，也可用作无线电力传输中所使用的天线。

Claims (3)

1.一种偏振波切换-指向性可变天线，其特征在于，包括：
具有相对的两个面的电介质基板；
在所述电介质基板的一个面上形成的发射导体板；
设置在所述发射导体板上的供电点；
在所述电介质基板的另一个面上形成的接地导体板；
在所述电介质基板的所述接地导体板一侧设置的至少一个指向性切换元件；和
在所述电介质基板的所述接地导体板一侧设置的至少两个偏振波切换元件，其中
所述发射导体板相对于通过所述发射导体板的重心和所述供电机构与所述发射导体板相接的供电点的直线具有线对称的形状，
所述至少一个指向性切换元件具有：
对所述接地导体板进行环状除去而形成的第一缝隙；和
在被所述第一缝隙包围的内部导体与包围所述第一缝隙的所述接地导体板之间连接的至少两个指向性切换开关，
所述第一缝隙在与所述发射导体板的共振频率大致相等的频率下共振，
所述第一缝隙一周的长度在动作频率下与一个有效波长对应，
通过使所述至少两个指向性切换开关均导通，在高频条件下将所述第一缝隙分割成多个缝隙时，在以所述至少两个指向性切换开关为两端而被分割的缝隙的长度不足半个有效波长、或者比半个有效波长大但不足一个有效波长的位置，设置有所述各个指向性切换开关，
所述至少两个偏振波切换元件分别具有：
对所述接地导体板进行环状除去而形成的第二缝隙；和
在被所述第二缝隙包围的内部导体与包围所述第二缝隙的所述接地导体板之间连接的至少一个偏振波切换开关，
所述各个第二缝隙的一部分设置在与所述发射导体板重合的位置，
当令被一个所述第二缝隙包围的区域与所述发射导体板重合的部分的面积为Δs，所述发射导体板的面积为s，所述发射导体板的无负载Q为Q0时，圆偏振波指标Q0(Δs/s)为0.8以上、1.6以下的值，
当令通过所述发射导体板的重心和所述供电点的直线、与通过所述发射导体板的重心和所述第二缝隙的重心的直线之间的角度为ξ时，
所述至少两个偏振波切换元件中的一个的第二缝隙设置在ξ比0°大、比90°小的范围，或者比180°大、比270°小的范围中的任意一个，
所述至少两个偏振波切换元件中的另一个的第二缝隙设置在ξ比90°大、比180°小的范围，或者比270°大、比360°小的范围中的任意一个。
2.如权利要求1所述的偏振波切换-指向性可变天线，其特征在于：
所述圆偏振波指标为1.1以上、1.3以下。
3.如权利要求1所述的偏振波切换-指向性可变天线，其特征在于：
构成所述偏振波切换元件的第二缝隙(20b、20c)兼作构成所述指向性切换元件的第一缝隙，所述偏振波切换开关和所述指向性切换开关两者设置在所述第二缝隙(20b、20c)，由此，所述偏振波切换元件具有偏振波切换功能和指向性切换功能两种功能。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102655272A (zh) * 2011-03-04 2012-09-05 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 开槽天线
CN103618150A (zh) * 2013-11-27 2014-03-05 电子科技大学 一种波束方向可切换天线
CN103794876A (zh) * 2014-01-18 2014-05-14 中国计量学院 风车形背部蝴蝶结开槽微带天线
CN106663877A (zh) * 2014-08-14 2017-05-10 华为技术有限公司 一种波束扫描天线、微波系统以及波束对准方法
CN107735904A (zh) * 2015-06-18 2018-02-23 高通股份有限公司 可重构天线
CN109417228A (zh) * 2016-07-08 2019-03-01 利萨·德雷克塞迈尔有限责任公司 相控天线元件
CN110534915A (zh) * 2019-08-16 2019-12-03 同济大学 一种动态极化调控器及其使用方法
CN110970738A (zh) * 2019-11-22 2020-04-07 南京捷希科技有限公司 一种双极化天线阵面组件

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070236351A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-11 Bea Systems, Inc. Consolidated RFID alerts
US8855554B2 (en) * 2008-03-05 2014-10-07 Qualcomm Incorporated Packaging and details of a wireless power device
EP2277252A4 (en) 2008-04-21 2017-04-26 Qualcomm Incorporated Short range efficient wireless power transfer
US8497658B2 (en) 2009-01-22 2013-07-30 Qualcomm Incorporated Adaptive power control for wireless charging of devices
US9570799B2 (en) 2012-09-07 2017-02-14 Ruckus Wireless, Inc. Multiband monopole antenna apparatus with ground plane aperture
TWI481205B (zh) * 2013-01-21 2015-04-11 Wistron Neweb Corp 微帶天線收發器
EP2974045A4 (en) 2013-03-15 2016-11-09 Ruckus Wireless Inc LOWBAND REFLECTOR FOR A DIRECTED DOUBLE BELT ANTENNA
CN104319480B (zh) * 2014-11-10 2017-09-15 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种uhf、s、c三频段共口径小型化天线
TWI563804B (en) 2015-01-21 2016-12-21 Wistron Neweb Corp Microstrip antenna transceiver
CN105161847B (zh) * 2015-08-19 2018-08-10 桂林电子科技大学 宽带高增益圆极化天线
CN108493603B (zh) * 2018-04-24 2023-10-13 南京信息工程大学 一种电磁波极化可重构天线罩
CN109449585B (zh) * 2018-11-08 2020-05-22 南京理工大学 一种紧凑高增益双极化差分滤波天线
CN111816992B (zh) * 2020-06-03 2022-12-06 昆山睿翔讯通通信技术有限公司 一种基于特征模式极化可重构天线实现方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01191282A (ja) * 1988-01-26 1989-08-01 Matsushita Electric Works Ltd 非接触ｉｄカードシステム及び識別装置
JPH09307350A (ja) * 1996-05-15 1997-11-28 Koichi Ito アンテナ装置
JP2905747B2 (ja) * 1996-12-02 1999-06-14 松下電工株式会社 非接触ｉｄカードシステム
JP2000223927A (ja) 1999-01-29 2000-08-11 Nec Corp 円偏波切換形フェーズドアレーアンテナ
JP3830029B2 (ja) * 2001-09-28 2006-10-04 日本電波工業株式会社 平面回路
JP2004304226A (ja) 2003-03-28 2004-10-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd アンテナ装置およびそれを用いた無線通信装置
JP2005159401A (ja) * 2003-11-20 2005-06-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 指向性制御アンテナ
CA2551559A1 (en) * 2003-12-24 2005-07-07 Wivenhoe Technology Limited An antenna having controllable direction of radiation
JP4169709B2 (ja) * 2004-02-16 2008-10-22 株式会社国際電気通信基礎技術研究所 アレーアンテナ装置
JP2005260592A (ja) * 2004-03-11 2005-09-22 Fujitsu Ltd アンテナ装置、指向性制御方法及び通信装置
JP4153902B2 (ja) * 2004-06-17 2008-09-24 松下電器産業株式会社 スロットアレーアンテナ及び無線通信端末
WO2006004156A1 (ja) * 2004-07-07 2006-01-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 高周波デバイス

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102655272B (zh) * 2011-03-04 2014-12-31 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 开槽天线
CN102655272A (zh) * 2011-03-04 2012-09-05 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 开槽天线
CN103618150A (zh) * 2013-11-27 2014-03-05 电子科技大学 一种波束方向可切换天线
CN103794876A (zh) * 2014-01-18 2014-05-14 中国计量学院 风车形背部蝴蝶结开槽微带天线
CN103794876B (zh) * 2014-01-18 2015-10-21 中国计量学院 风车形背部蝴蝶结开槽微带天线
CN106663877B (zh) * 2014-08-14 2020-06-26 华为技术有限公司 一种波束扫描天线、微波系统以及波束对准方法
CN106663877A (zh) * 2014-08-14 2017-05-10 华为技术有限公司 一种波束扫描天线、微波系统以及波束对准方法
CN107735904A (zh) * 2015-06-18 2018-02-23 高通股份有限公司 可重构天线
CN109417228A (zh) * 2016-07-08 2019-03-01 利萨·德雷克塞迈尔有限责任公司 相控天线元件
CN109417228B (zh) * 2016-07-08 2021-02-02 利萨·德雷克塞迈尔有限责任公司 相控天线元件
CN110534915A (zh) * 2019-08-16 2019-12-03 同济大学 一种动态极化调控器及其使用方法
CN110534915B (zh) * 2019-08-16 2021-02-26 同济大学 一种动态极化调控器及其使用方法
CN110970738A (zh) * 2019-11-22 2020-04-07 南京捷希科技有限公司 一种双极化天线阵面组件

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Publication number Publication date
US7391377B2 (en) 2008-06-24
JP4027967B2 (ja) 2007-12-26
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US20080062063A1 (en) 2008-03-13
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20081224