CN101341630B - 指向性可变天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种指向性可变天线，该指向性可变天线具有包围供电元件(10)且与Z轴平行的三根以上的线状的无供电元件主体(21)，无供电元件主体(21)由分别与Z轴平行的二根以上的元件片(211)等和第一开关元件(51)等构成，无供电元件(2)还具有在导通时使邻近的两根无供电元件主体(21)导通，在断开时使邻近的无供电元件主体(21)电绝缘的一个以上的第二开关元件(55)等，通过切换上述一个以上的第一开关元件(51)等和上述一个以上的第二开关元件(55)等的导通、断开，使得指向性发生变化。由此，能够实现使线状天线的辐射指向性在垂直面变化，并且不会由于无供电元件而使得天线整体的较长(长轴)方向的长度变长的指向性可变天线。

Description

指向性可变天线

技术领域

本发明涉及在利用微波、毫米波等高频电磁波的装置中使用的指向性可变天线。

背景技术

搭载于移动电话的鞭状天线等线状天线，通常，被设计为在通话时立起保持终端的情况下使得天线相对于大地垂直。此时，相对线状的供电导体在垂直的平面(水平面)内具有各向同性的指向性。在图14中表示该状态。相对大地直立的终端1021的天线辐射指向性1031相对大地(水平面)为平行的方向，由此能够在宽广范围内得到辐射增益，因此便于和基地局1001连接。

但是，在将移动电话用作信息终端的情况下，常将终端放倒加以使用。这样相对大地放倒的终端1022的线状天线的供电导体的方向近似水平，获得辐射增益的方向倾斜，因此担心不能够得到朝向基地局1001的方向的辐射增益，通信灵敏度下降。

为了解决该问题，需要使天线的辐射增益在包括天线的较长方向的平面(垂直面)内变化的辐射指向性(1033所示)。

此外，当为主要在房屋中使用的无线LAN时，人的来往会妨碍电波，或由于多路径(multi-path)的衰减产生通信难以确立的场所。因为当通信所利用的频率上升时电磁波的绕射会变弱，所以在此情况下该倾向尤其显著。因此，在利用更高频率的通信方式被一般化时成为较大的问题。

作为解决这些问题的一个方法，存在下述方法：提高能够接收直接到来波然后确立通信的方向的天线的辐射增益，降低妨碍波到来的方向的增益，从而抑制干涉，提高通信的灵敏度。为此，需要能够根据电波传送的状况变更辐射指向性的天线。

另一方面，利用单极天线、偶极天线(dipole antenna)等线状导体的天线相对于旋转对称轴(较长方向)具有轴对称的辐射指向性。对于这样的天线，关于与无供电导体元件并用并使水平面内的指向性改变的天线提出有很多方案，例如专利文献1等。

这样的天线为了使设置在供电元件的外侧的无供电无件和供电元件的耦合度最佳化并加以利用，必须相隔从半波长到四分之一波长左右的距离，因此存在天线整体的占用体积容易大型化的问题。

作为改善这种问题的技术的一个例子，存在专利文献2。在图16中表示该技术。该发明是一种天线装置，除了线状的供电导体元件163以外，在以供电导体元件163为中心的圆周上至少配置有两根以上的线状导体，该线状导体为通过开关元件165至少连接有两个长度不同的线状导体164和166的结构，该天线装置还具有用于驱动开关元件165的与控制部连接的连接单元(169和160)，控制部设置有驱动任意的上述开关元件从而开关该开关元件的单元。

根据专利文献2，在通过无供电的线状导体元件的开关设定规定的长度从而作为波导器起作用的情况下，能够使辐射指向性朝向设置有波导器的方向，能够控制水平面内的辐射特性。

此外，不使用的无供电线状导体通过开关能够成为对规定的电磁波不造成影响的长度，因此具有能够使无供电线状导体接近供电导体元件配置，从而能够使天线在供电导体元件的周围占用的空间小型化的优点。

假设将这样的天线搭载于移动电话等便携式无线通信终端，则即使保持的姿势改变或通信状态改变时，通过控制辐射指向性，也能够改善天线的增益，能够期待提高通信灵敏度的效果。

但是，根据专利文献2所述的技术，存在只能实现水平面内的辐射指向性控制，不能够进行垂直面内的辐射指向性控制的问题。为了使垂直面内的辐射指向性改变，通过在其较长方向上排列多个供电元件，形成阵列(共线阵列)，能够实现控制元件间的相位。该技术的一个例子公开在专利文献3中。以下参照图18说明专利文献3中公开的技术。

图18所示的天线包括：夹着电介质181且配设成同心圆状的一对圆筒导体189、180；在上述一对圆筒导体189、180中的外侧的圆筒导体189上以不足0.7波长的间隔周期性设置的多个环状槽缝182；在该多个环状槽缝182的周围分别夹着各槽缝对称配设的由圆筒形裙形件(skirt)形成的多个半波长偶极天线元件183；和同轴供电线184，该同轴供电线184以贯通上述一对圆筒导体中的内侧的圆筒导体180的内部的方式设置、且具有与上述一对圆筒导体的内侧和外侧的圆筒导体189、180分别导通的外导体和内导体。

通过周期性排列的环状槽缝182，能够以在邻近的天线元件183间产生一定的相位差的方式进行供电，因此能够实现垂直面的波束倾斜。

但是，在专利文献3公开的技术中，除了不能够控制水平面内的辐射指向性之外，还多层纵向排列天线元件，因此与排列的层数相应地天线装置大型化，不适于搭载在要求小型化的便携式无线通信终端上。

作为解决该问题的其他技术，存在专利文献4。在图17中说明该发明。该发明是一种线状天线，其特征在于，包括：线状辐射元件(供电元件)170；以与供电元件平行且保持一定的距离的方式配置的、一个即具有所期望的送信频率的半波长的长度或两个以上的元件通过开关172连接而具有长度的至少一个线状无供电元件173；和与上述线状辐射元件170的一端靠近配置且具有相互平行的两个臂部的U字型供电元件171，上述U字型无供电元件171在从与包括上述两个臂部的平面垂直的方向看时，配置为上述线状辐射元件170的一端从该腕部的端部一侧插入上述两个臂部之间。

根据专利文献4，通过将线状无供电元件173分割为多个并通过开关172连接，能够在垂直面和水平面这两面内改变与供电元件相互作用的无供电元件的位置。

因此，能够实现在垂直面内的辐射指向性的变化。其中，U字型无供电元件171是为了获得匹配而设置的部件，与作为本发明的课题的辐射指向性的控制没有本质上的关系。

专利文献1：日本特开2001-024431号公报

专利文献2：日本特开2001-127540号公报

专利文献3：日本特开平05-160630号公报

专利文献4：日本专利第3491682号公报

发明内容

如专利文献4所述，作为反射器使用的无供电元件必须具有大致半波长的长度，即使是作为波导器使用的无供电元件，为了与供电元件相接近地进行使用，也需要实质上半波长左右的长度。

为了使辐射指向性在垂直面内变化，必须使作为波导器或反射器起作用的无供电元件的中心位置从供电元件的中心位置向较长(长轴)方向(即相对水平面垂直的方向)偏移。在图15中表示这样的设计例。

相对于供电元件对10的长度D2，直线型供电元件20的长度L2为大致相同的长度。为了在垂直面内使辐射指向性在仰角方向上变化，必须使直线型无供电元件的中心在供电元件对10的较长方向偏移。在图15中设该长度为L1。

但是，仅使相互的中心位置偏移的长度即使得天线整体变长。因此，天线的占用体积增大，存在不适于应用在要求小型化的便携式无线通信终端中的问题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其主要目的是提供一种天线装置，能够在包括供电元件的平面(垂直面)和与供电元件垂直的平面(水平面)内控制偶极天线等线状天线的辐射指向性，并且不会由于无供电元件而使天线整体的较长(长轴)方向的长度变长。

本发明提供一种指向性可变天线，其为具有由与Z轴平行的线状导体构成的供电元件(11、12)和无供电元件(2)的指向性可变天线(1)，其中，上述无供电元件(2)具有与上述Z轴平行的n根线状(n为3以上的自然数)无供电元件主体(21a、21b、21c、21d)，上述无供电元件主体(21a、21b、21c、21d)以包围上述供电元件(11、12)的周围的方式配置，上述无供电元件主体(21a、21b、21c、21d)分别具有与上述Z轴平行排列的多个元件片(211a～211h、212a～212h、213a～213h、214a～214h)；和能够使上述元件片(211a～211h、212a～212h、213a～213h、214a～214h)之间导通的至少一个第一开关元件(51、52、53、54)，而且，上述无供电元件(2)还具有将上述n根无供电元件主体(21a、21b、21c、21d)中邻近的两个在导通时电连接，在断开时电绝缘的至少一个第二开关元件(55、56、57、58)，通过切换上述至少一个第一开关元件(51、52、53、54)和上述至少一个第二开关元件(55、56、57、58)的导通、断开使得指向性发生变化。

在优选的实施方式中，上述无供电元件主体(21a、21b、21c、21d)和上述供电元件(11、12)之间的距离为辐射的电磁波的波长的1/4以下。

在优选的实施方式中，上述无供电元件主体(21a、21b、21c、21d)均比供电元件(10)的长度短。

在优选实施方式中，上述无供电元件(2)还具有安装有上述第一开关元件(51、52、53、54)和/或第二开关元件(55、56、57、58)的平面基板(31、34)，上述平面基板(31、34)的位置由上述供电元件(11、21)被保持。

根据本发明的指向性可变天线，不会由于无供电元件而使天线的较长(长轴)方向的尺寸变大，且能够使辐射指向性在包括供电元件的较长方向的平面(“垂直面”)内和与供电元件垂直的平面(“水平面”)内变化为期望的方向。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的指向性可变天线的立体图。

图2(a)和(b)均是表示安装在本实施方式的指向性可变天线上的平面基板的平面图。

图3(a)～(c)是表示在本实施方式的指向性可变天线中，无供电元件的元件片间和分支元件部间的连接的立体图。

图4(a)和(b)是表示在本实施方式的指向性可变天线中，供电基板的供电方法的立体图。

图5是表示在本实施方式的指向性可变天线中，开关的安装方式的示意图。

图6(a)是表示在本实施方式的指向性可变天线中导体部分和开关的原理性的结构的立体图，(b)是无供电单位元件的立体图。

图7(a)是表示在本实施方式的指向性可变天线中的无供电单位元件的连接和开关的开闭的无供电元件的二维示意图，(b)是具有(a)所示的无供电元件的天线的立体图。

图8是本实施方式的指向性可变天线的实施例的YZ平面的截面图。

图9(a)是在本实施方式的指向性可变天线的实施例中与长轴方向垂直的截面图，(b)～(e)是各平面基板的导体图案的图。

图10是表示在本实施方式中指向性可变天线与规定的方位角的方向的垂直面的关系的示意图。

图11(a)～(d)是表示在本实施方式的指向性可变天线的实施例中，无供电单位元件的排列和开关的开闭的无供电元件的二维示意图。

图12(a)～(d)是在本实施方式的指向性可变天线的实施例中，与图10的各个无供电元件设计相对应的辐射指向性增益的图案图。

图13是定义正交坐标系和方位角、仰角的方向的示意图。

图14是表示将移动电话用作信息终端的情况下的线状天线的问题的示意图。

图15是使用作为现有技术的线状无供电元件的天线装置的平面图。

图16(a)～(c)是现有技术中的开关切换型扇形天线的说明图。

图17是现有技术中的垂直面辐射指向性切换型天线的说明图。

图18是现有技术中的共线(collinear)、阵列天线的说明图。

符号说明

1        指向性可变天线

2        无供电元件

10       供电元件对

11、12   供电元件

21       无供电元件的无供电元件主体

211～214 无供电元件的元件片

31       第一平面基板

310、410 贯通孔

321      导体图案

324、424 导通孔(via hole)

41       第二平面基板

42～44              无供电元件的分支元件部

51～58              开关

60                  供电基板

61                  发送接收机

62、63              供电线路

70                  PIN二极管

71、72              电容器

73                  直流电源

710、720            控制线路

711、721            低通滤波器

712、722            控制引线

713、715、723、725  电感器(inductor)

81～84、800         无供电单位元件

101、102            供电元件上的贯通孔

163                 套筒天线(sleeve antenna)

164                 无供电元件(尺寸较长的线状导体)

165                 二极管开关电路

166                 追加元件(尺寸较短的线状导体)

167                 电介质基板

168                 天线罩(radome)

169 RF              阻止用线圈

170                 线状辐射元件

171                 U字型无供电元件

172                 开关

173                 线状无供电元件

181                 电介质

180、189            圆筒导体

182                 环状槽缝

183                 半波长偶极天线

184                 同轴供电线

1001                基地局

1021、1022         移动电话

1031、1032、1033   辐射指向性的示意图

具体实施方式

以下参照附图，说明本发明的优选实施方式。

其中，在以下的说明中，将“耦合”、“连接”、“导通”的用语作为具有不同意义的词语分别进行使用。两个要素间的“耦合”意味着这些要素间的电磁耦合，在要素间有能量的交换，但是在外观上没有连接。两个要素间的“连接”在没有特别地与其他修饰语组合使用的情况下，意味着两个要素在外观上连接。但是，“电连接”能够使用为与以下的“导通”相同的意思。两个要素间的“导通”表示两个要素间流过直流电流的状态，与“短路(short)”或“电连接”为相同意义。

(实施方式)

首先参照图1和图2，说明本发明的实施方式。

最初，在图13中表示在本说明书中使用的XYZ坐标系、仰角θ和方位角φ的关系。在三维空间中存在任意点P时，点P的方向相对于原点O如下所述由仰角θ和方位角φ表示。

从在Z轴上位于正方向的任意点A开始定义的角P-O-A是仰角θ，当令点P在XY平面上的正投影的点是P1时，借助相对原点O在X轴上位于正方向的任意点B，从Z轴的正方向看，以原点为中点从点B开始逆时针旋转而定义的角P1-O-B为方位角φ。

在本说明书中，以天线的较长(长轴)方向为Z轴，因此仰角θ表示在包括天线的较长(长轴)方向的面内(称其为垂直面)从Z轴的正方向开始测得的角度，方位角φ相当于在与天线的较长(长轴)方向垂直的面内(此处称为水平面)从X轴的正方向开始测得的角度。

在本说明书中，在参照符号的末尾添加有小写字母(a、b、c、d……)(例如“元件片211a”等)。在使用多个相同部件的情况下，用于严格地区别各个部件。当仅是参照符号而没有添加小写字母时(例如“元件片211”等)，该参照符号包括所有的多个相同部件。

图1是利用基板的多层化而形成的本发明的指向性可变天线1(以下有简称为“天线1”的情况)的立体图。

本实施方式的指向性可变天线1包括供电元件对10和无供电元件部2。

供电元件对10由作为贯通天线的中心的线状或棒状的导体的一对供电元件11、12构成的一根偶极天线起作用。在本实施方式中，供电元件11和供电元件12这两者配置在Z轴上。

无供电元件2包括：由与供电元件对10平行的棒状导体构成的无供电元件主体21；以及以使得其主面的法线方向与供电元件对10平行的方式配置的多个第一平面基板31和第二平面基板41。

无供电元件主体21与Z轴平行地配置，由相互绝缘的四根棒状导体21a～21b构成。这四根棒状导体21a～21b作为整体以包围供电元件对10的方式配置。各个棒状导体21通过第一平面基板31和第二平面基板41分割为各自具有较短长度的多个棒状导体(此处称为“元件片”)。即，无供电元件主体21a由元件片211a、211b、……、211h构成，无供电元件主体21b由元件片212a、212b、……、212h构成。其他的无供电元件主体21c、21d也与无供电元件主体21a、21b同样，由多个元件片构成。

在本实施方式的无供电元件2中使用有五块第一平面基板31a～31e，以使得各自的主面法线朝向Z轴的方向的方式配置。同样的，在本实施方式的无供电元件2中使用有四块第二平面基板41a～41d，以使得各自的主面法线朝向Z轴的方向的方式配置。在第一平面基板31上分别形成有导体图案321～352等，安装有开关51～54。在第二平面基板41上分别形成有导体图案42～45等，安装有开关55～58。

供电元件11、12依次贯通这些第一平面基板31和第二平面基板41的中央。多个第一平面基板31和第二平面基板41相互不直接接触，相互隔开距离，沿着供电元件对10排列。

而且，在图1中，表示了第一平面基板31和第二平面基板41沿着供电元件对10交替排列的例子。但是，并非必须交替排列，例如也可以是多个第一平面基板31在中间不夹着第二平面基板41地连续排列。此外，在图1中，虽然记载为第一平面基板31和第二平面基板41的间隔全部相等，但平面基板31、41的间隔并非必须恒定。第一平面基板31和第二平面基板41的各自的块数也不限定于图1所示的块数(各自为5块和4块)。

图2(a)和(b)分别表示第二平面基板41和第一平面基板31的平面布局。在第一平面基板31上分别设置有相互相同的导体图案，在第二平面基板41上也分别设置有相互相同的导体图案。图2表示代表它们的第一平面基板31b的导体图案和第二平面基板41a的导体图案。

图2(a)所示的第二平面基板41的平面形状为正方形，其中心位于Z轴上。四边朝向与X轴和Y轴的任一个平行的方向。在第二平面基板41上，形成有沿着其四角的四个L字型的导体图案42～45，和供电元件对的贯通孔410。即，位于方位角45度的方向的导体图案42，通过与X轴平行的长条形的导体图案422和与Y轴平行的长条形的导体图案421以共有接近平面基板的顶点一侧的相互的端部(点A)的方式连接，从而形成为L字型。

该L字型的导体图案42位于相对上述无供电元件主体21垂直的面内，如后所述，与无供电元件主体21a导通，作为无供电元件2的一部分使用。这样，L字型的导体图案42为从无供电元件主体21分支的形状，因此称为无供电元件2的分支元件部(以下简称为“分支元件部”)

同样的，位于方位角135度的方向的导体图案43，通过与X轴方向平行的长条形的导体图案431和与Y轴方向平行的长条形的导体图案432以共有接近平面基板的顶点一侧的相互的端部(点D)的方式连接，从而形成为L字型的导体图案43。

作为分支元件部的导体图案422和431离开相比于辐射的电磁波的波长极短的一定的距离而绝缘，在其间的导体图案422侧的端部(点B)和导体图案431侧的端部(点C)之间由开关55连接(图1)。

同样的，位于方位角225度的方向和方位角315度的方向的导体图案，分别通过与X轴方向平行的长条形的导体图案和与Y轴方向平行的长条形的导体图案以共有接近平面基板的顶点一侧的端部(点G和点J)的方式连接，从而形成为L字型的导体图案44和45。

各个L字型的导体图案间离开相比于辐射的电磁波的波长极短的一定的距离而绝缘，由开关(符号未图示)连接(图1)。

接着，说明图2(b)所示的第一平面基板31的导体图案。第一平面基板31具有与第二平面基板41相同的形状和大小，其中心位于Z轴上。以供电元件对10的贯通孔310为中心，在方位角45度、135度、225度、315度的方向上形成有导体图案，但因为它们相互相对于X轴和Y轴为镜面对称的形状，所以对方位角45度的方向的形状进行特别说明。

在方位角45度的方向上有两个导体图案321、322，它们相互绝缘。它们是为了通过开关使作为连接平面基板31、41的棒状导体的元件片212间导通而形成的。例如在为第一平面基板31b的情况下，元件片211b和元件片211c之间通过开关51b电连接。

导体图案321b在基板的顶点的附近具有一个端部(点M)，在点M上与元件片211b连接。令导体图案321b的另一个端部为点N。如用点P表示导体图案322上的点，则点P和点N之间由开关51b连接(图1)。导体图案321和导体图案322等平面基板31上的导体图案是根据开关的安装上的需要而形成的部分，只要不增大损失，则优选其尺寸相比于波长极小。

这样的两种第一平面基板31和第二平面基板41上的导体图案不与供电元件对10电接触。但是，第一平面基板31和第二平面基板41在结构上与供电元件对10接触。具体而言，供电元件对10所贯通的贯通孔310、410设置在各个平面基板31、41的中央，通过与该贯通孔310、410的接触固定平面基板31、41。结果是，相对于供电元件对10的平面基板31、41的位置和方向、以及平面基板31、41的相对的间隔和方向被决定。

在本实施方式中，贯通孔310、410位于无供电元件2的分支元件部(42、43、44、45)形成的多边形(此处为正方形)的内部，供电元件对10如上所述贯通这些贯通孔310、410并固定。

在本实施方式中，平面基板31、41分别沿供电元件10等间隔地配置。并且，第一平面基板31和第二平面基板41的四角的方向以朝向相同方向的方式(即，平面基板的四角的方向例如成为方位角45度、135度、225度、315度方向)设置。

接着，参照图3(a)～(c)，说明平面基板31、41上的导电图案与无供电元件主体21的连接。

首先，参照图3(a)。图3(a)是第二平面基板41a的方位角45度方向的放大立体图。在第二平面基板41a的上表面设置有作为分支元件部的L字形的导体图案42a，在其背面设置有导体图案423a。导体图案423a以包括位于作为上表面的L字型的导体图案42a的弯曲部的点A的正下方的点A2的方式设置。

作为棒状导体的元件片211a和211b与第二平面基板41a的图示的点连接。即，元件片211a与基板的上表面侧的点A连接，元件片211b与背面的点A2连接。进而，在第二平面基板41a上设置有在基板内连接点A和点A2的导通孔424a。因此，元件片211a、211b以及导体图案42a、423a、导通孔424a全部相互电连接。

上述结构与后述的图6(b)所示的无供电单位元件800电等价。因此，元件片211a、211b不需要是不同的部件。也可以将这些元件片211a、211b由一体的棒状导体形成。在此情况下，也可以在平面基板41a上设置通过点A和点A2的贯通孔，使上述棒状导体通过该贯通孔，使导体图案42a、423a电接触。在此情况下，也可以不再需要作为导通孔形成用的导体图案而起作用的导体图案423a。

图3(b)是第一平面基板31a的方位角45度方向的放大立体图。在第一平面基板31a的上表面设置有两个导体图案321b、322b，在其背面设置有导体图案323b。导体图案321b的一端包括第一平面基板31b的顶点的附近的点M，在点M与元件片211b连接。导体图案321b的另一个端部(点N)与导体图案322b(包括点P)之间由开关51b连接。导体图案322b上的点P和位于点P的正下方的背面的点P2(包括在背面的导体图案323b中)之间通过导通孔324b连接。背面的图案323b成为从点P2到基板的顶点附近的点M2(位于点M的正下方)的形状，在点M2与作为棒状导体的元件片211c连接。

当开关51b为导通状态时，元件片211b和元件片211c导通，当开关5 1b为打开状态时，元件片211b和元件片211c之间断开。

图3(c)是第二平面基板41a的方位角90度方向的放大立体图。在第二平面基板41a的上表面上，两个导体图案422a、431a以各自的端部(点B、点C)接近的方式设置，利用开关55a连接点B-点C之间。因此，当开关55a为导通状态时，导体图案422a和导体图案431a导通，当开关55a为打开状态时，导体图案422a和导体图案431a这间断开。

将这两种平面基板31、41以供电元件对10为中心轴依次排列，并且以作为棒状导体的元件片211、212、213、214连接邻近的平面基板31、41之间，由此能够实现图1的指向性可变天线1。

其中，作为平面基板的材料，一般优选在高频电路中使用的低损失的基板材料。例如，能够使用玻璃环氧树脂基板、陶瓷基板、半导体基板等。使用铜、铝等通过印刷技术、电镀加工而形成导体图案。

作为开关，可以是手动式的开关，也能够由PIN二极管、FET等半导体开关实现。

参照图4，说明本实施方式的向天线的供电方法。图4表示配置在一对供电元件11、12之间的平面基板60。该平面基板60在图1中表示为第一平面基板31c。

在平面基板60的两面上，在相对的位置上设置有长条形的供电线路62、63。供电线路62和63分别以在基板中央部与供电元件11和12连接的方式从基板端向基板中央部延伸。供电线路62和63在平面基板60的端部与发送接收机61电连接。如图4(b)所示，通过在供电线路62、63上设置匹配用短截线(stub)621等，能够改善天线的匹配。

在图1所示的实施方式中，虽然使用第一平面基板31c作为供电用平面基板60，但是作为供电用的平面基板60，能够使用其他的平面基板31、41中的任一个，也能够在第一平面基板31和第二平面基板41之外追加导入仅设置有供电线路对的基板并加以使用。此外，供电用平面基板60的大小和形状也可以不与上述其他平面基板相同。

接着，参照图5，详细说明图3的开关的安装方式。图5是与开关55的安装相关的第二平面基板41的示意图。

此处，对选择第二平面基板41，使用PIN二极管70作为连接设置为导体图案的分支元件部422和分支元件部431之间的开关55的例子进行说明。此处说明的内容，既能够同样地应用于其他平面基板、其他位置的开关上，也能够应用于使用FET等三端子元件作为开关的情况中。

本实施方式的供电元件对10是中空圆筒状的导体，表面上设置有微小的贯通孔101、102。而且，供电元件对10的结构并不限定于这样的例子。

在图5所示的例子中，在第二平面基板41上，作为导体图案的分支元件部422、43 1以各自的端部(点B和点C)相对的方式设置。此外，以连接分支元件部422、431各自的端部的方式安装有开关55。

在开关55上连接有两根控制线路710和720。控制线路经由低通滤波器711或721中的任一个到达供电元件对10的内部，与直流电源73连接。

开关55由电容器71、72和PIN二极管70构成，分支元件部422、431的端部之间通过串联连接的电容器、PIN二极管和电容器而相契合。

位于开关55的两端的电容器71、72的外侧的端子与第二平面基板41上的导体图案的点B和点C分别连接。电容器71、72起截断直流电流的作用，相对于分支元件部422和431，PIN二极管70被直流阻断。

其中，点B和点C仅是表示分支元件部422、431的端部的符号，安装是利用倒装(flip chip)、引线接合等技术而实施的。

在开关55中，控制线路710(点C2-点C5间)从连接电容器71和PIN二极管70的线路的中途分支，另一个控制线路720(点B2一点B5间)从连接电容器72和PIN二极管70的线路的中途分支。各个控制线路形成为平面基板上的导体图案(未图示)，与低通滤波器711或721的端子(点C2和点B2)连接。

作为低通滤波器的另一个端子的点C5和点B5与通过供电元件对10内部的控制引线712或722连接。控制引线712和722例如在供电基板60上到达供电元件对10的外部，进而与末端的直流电源73连接。

各个低通滤波器为由电感器和电容器构成的T型电路的结构。低通滤波器711的具体的结构由与开关侧串联连接的电感器713、并联连接的电容器714、直流电源侧的电感器715构成。低通滤波器721和未图示的其他低通滤波器也能够采用同样的结构，因此省略对这些低通滤波器的详细说明。

作为低通滤波器，能够使用贯通电容器等EMI滤波器，能够使其通过设置在供电元件对10上的贯通孔101而进行安装并加以使用。在贯通孔101的部分，并联电容器714的接地侧端子与供电元件对10连接。这些贯通孔101的直径相比于辐射的电磁波的波长极小。

在利用带引线的贯通电容器的情况下，能够利用引线本身作为电感(inductance)。通过供电元件对10的内部的引线712也使用具有感应性的线路，由此，能够将从作为开关的控制线路端子的点B2和C2直到直流电源的控制线路的末端作为整体构成为低通滤波器。如果以使供电元件对101的内部的中空的区域作为波导管起作用，并使得辐射的频率为截断频率以下的方式进行设计，则能够使得从天线辐射的电磁波不在供电元件对10的内部的中空部分传播。

通过采用上述结构，通过图5所示的外部的直流电源73的操作，能够切换开关55的导通/断开。

以下，参照图6和图7(a)、(b)，说明本实施方式的无供电元件2的结构。图6和图7(b)是用于说明本实施方式的天线的原理的结构的三维示意图，图7(a)是与图7(b)对应的二维示意图。

在图6(a)和图7(b)中，仅等价地记载有图1的指向性可变天线1的导体部分的主要形状和开关。即，图1的第一平面基板31和第二平面基板41的电介质部分、图3(b)所示的导体图案(导体图案321b等)、图4所示的供电线路62和63、图5所示的控制线路710这样不是用于实现本实施方式的指向性可变天线的最低构成要素的部分在图示中省略。剩余部分是与本实施方式的指向性可变天线的辐射特性相关的主要的构成要素。即，供电元件对10、作为与供电元件对10(即供电元件11和12)平行的棒状导体的无供电元件主体21、位于与供电元件对10垂直的平面上且作为从无供电元件主体分支的导体图案的分支元件部421a等、和开关55a、51b等是本实施方式的主要的构成要素。

在图中，以四角柱表示无供电元件主体21和分支元件部421等，以长方体表示开关。构成图6(a)的无供电元件主体21的导体部分具有排列有多个图6(b)所示的无供电单位元件800的结构。

由元件片211a、211b和分支元件部42a(即分支元件部421a和分支元件部422a)构成无供电单位元件81a。同样的，由元件片212a、212b和分支元件部43a(即分支元件部431a和分支元件部432a)构成无供电单位元件82a。

而且，在图6(a)中，因为导通/断开的切换的效果较小，所以省略位于图1的指向性可变天线的两端的第一平面基板31a、31e上安装的开关51a～54a等。

在图6(a)中，在与图6(b)所示的无供电单位元件800为电等价的形状的多个无供电单位元件规则地以规定的朝向排列而形成的“格子”中，收纳有供电元件对10。无供电单位元件800，从作为棒状导体的元件片801的中心起，在垂直于元件片801的面内，以相互成90度的角度连接有作为两根等长的棒状导体的分支元件部802和803。开关连接邻近的无供电单位元件800之间，通过切换开关的开闭，能够变更邻近的无供电单位元件800间的电连接。

通过上述结构决定应该控制的电磁波的频率和辐射指向性。以下，进一步详细说明无供电单位元件形成的“格子”的形状。

当作为直线状或棒状导体的供电元件对10的中心轴在Z轴上时，设定无供电单位元件81a的元件片211a和211b与Z轴平行，分支元件部422a与X轴平行，分支元件部421a与Y轴平行。同样的，对于无供电单位元件82a，也设定元件片212a和212b与Z轴平行，分支元件部431a与X轴平行，分支元件部432a与Y轴平行。此时，令分支元件部422、431位于与供电元件对10垂直的同一XY平面上。

分支元件部422a和分支元件部431a在与X轴平行的同一直线上离开一定的距离相向配置，由开关55a连接。通过分支元件部421a、422a、431a和432a的连接形成コ字型，令该コ字的开放部朝向供电元件对10的方向(此处是Y轴的负方向)。同样的，使用无供电单位元件83a和无供电单位元件84a，在与供电元件对10垂直的同一平面上，这些分支元件部形成コ字型，令コ字的开放部朝向供电元件对10的方向(Y轴的正方向)。

使这两个コ字型在同一XY平面上相对并利用开关56a、58a将其连接，作为整体，分支元件部形成口字型的闭环，在该环的内侧包括供电元件对10。此时，使得从与供电元件对10垂直的方向看指向性可变天线1时，无供电单位元件81a～84a不会露出在供电元件对10的两端的外侧。即，无供电单位元件81a～84a收纳在由与供电元件对10垂直且包括供电元件对10的两端部(供电部分不看作端部)的任一个的两个平面夹持的区域中。此外，令由邻近的无供电单位元件间的开关连接的分支元件部的端部间的距离相比于辐射的电磁波的波长极短。

这样决定了位置和方向的无供电单位元件81a～84a为相同的方向，沿着供电元件对10排列无供电单位元件。具体而言，以使得无供电单位元件81a与无供电元件主体平行、且分支元件部的方向相同的方式排列无供电单位元件81b。此时，以使得无供电单位元件81a、81b的元件片位于同一直线上的方式使用开关51b连接元件片之间。同样的，沿供电元件对10依次排列无供电单位元件81c、81d，利用开关51c、51d连接各个元件片之间。

分别以无供电单位元件81b、81c、和81d为起点，与上述已说明位置关系的无供电单位元件81a～84a同样地排列无供电单位元件，使得无供电单位元件81b～84b、81c～84c和81d～84d的各自的分支元件部在供电元件对10的周围形成闭环。

进而，在邻近的分支元件部之间，利用开关连接元件片之间。结果是，成为供电元件对10贯通无供电单位元件组所形成的四角柱状的格子的中心的配置。

使得从与供电元件对10垂直的方向看指向性可变天线1时，任一个无供电单位元件均不露出供电元件对10的两端的外侧。即，使得所有无供电单位元件收纳在由与供电元件对10垂直且包括供电元件对10的两端部(供电部分不看作端部)的任一个的两个平面夹持的区域中。

这样，形成在无供电单位元件81形成的格子结构的中央插入有供电元件的图6的形状。

以下，利用图6所示的原理上的模型，研究无供电单位元件的形状、大小、配置的个数。结果是，反映图1所示的物理上可能的结构的模型，能够设计一种得到期望的特性的天线。

沿与供电元件对10垂直的平面配置在供电元件对10的周围的无供电单位元件的个数并非必须如图6(a)所示的无供电单位元件81a～84a所示那样为四个，可以是三个，也可以多于四个。例如，也能够使用6个无供电单位元件，由分支元件部形成正六边形的闭环。在此情况下，图6(b)的分支元件部间所成的角度α不是90度，而是120度即可。

沿着供电元件对10排列的无供电单位元件的个数并非必须如图6(a)的无供电单位元件81a～81d那样为四个，也可以更多或更少。根据沿着Z轴方向排列成一列的无供电单位元件的个数，调整图6(b)的无供电单位元件800的元件片801的长度X4即可。

根据无供电单位元件81、82、83、84的元件片211、212、213、214的中心轴与供电元件对10的中心轴的距离、以及排列在供电元件对10的周围的无供电单位元件的个数，必须调整图6(b)中的分支元件部802和803的长度X2。无供电元件主体的长度X4限制在供电元件对10的长度以下，与此相对，分支元件部802、803的长度X2不受限制。但是，当分支元件部的长度X2比无供电元件主体的长度X4更长时，由于连接分支元件部间的开关的开闭而导致无供电元件的共振频率大幅改变，因此，无供电元件的共振频率变得难以调整。

与此相对，分支元件部的长度X2越短，通过连接分支元件部间的开关的开闭，形成的无供电元件的共振频率的调整有越容易进行的倾向。但是，因为无供电单位元件接近供电元件，所以与供电元件的电磁耦合变强。结论是，从辐射频率和指向性的控制的观点出发，最优选以使得无供电元件主体的长度X4与分支元件部的长度X2为相同程度的方式进行设计。

无供电元件主体和供电元件之间的距离能够在引起电磁耦合的范围内远离。越远则特定的频率的辐射指向性的控制效果越小。

在以下所示的实施例中，相对于辐射的中心频率4GHz(波长75mm)，将无供电元件主体和供电元件的距离(3.2mm)设定为二十分之一波长左右，但即使更远离也能够得到指向性的变化。为了充分地得到辐射指向性的控制的效果，优选无供电元件主体与供电元件间的距离为辐射的电磁波的波长的八分之一左右以下。此外，从无供电元件的频率调整的观点出发，优选较短地设定无供电单位元件800的元件片的长度X4，沿供电元件排列的个数较多。但是，考虑到能够进行利用分支元件部的无供电元件的设计的情况，以及当排列的个数变多时开关的个数增多、控制信号的数目增大等问题，不需要使元件片过短。从而，根据必要的辐射频率的变更的精度进行设计即可。

在4GHz带中，在100MHz左右的频率精度即可的情况下，如以下的实施例那样，能够以无供电元件主体的长度为1/20波长、分支元件部的长度为1/24波长左右的方式实施。在仅使用棒状无供电元件的情况下，如果按每1/20波长分割无供电元件以进行无供电元件的设计，则在4GHz带中，仅能够在400MHz的精度下进行无供电元件的共振频率的变更，但根据本发明能够实现100MHz左右的精度，这是因为利用了分支元件部。

在其他的频率带中也相同，通过利用分支元件部，能够提高无供电元件的共振频率的变更的精度。从而，通过决定无供电元件的共振频率和相对于供电元件的相对位置，作为与供电元件的电磁耦合的结果，能够在规定的频率控制辐射指向性，其中，该无供电元件的共振频率是通过开关的控制切换无供电单位元件间的导通或断开状态而形成。

在现有的指向性控制天线中，使用与供电元件平行的直线形状的无供电元件，但是在本实施方式中，将图1所示的供电元件42a等与供电元件为不平行的方向的导体图案(分支元件部)作为无供电元件的构成要素导入，能够使得无供电元件主体间导通。在现有的使用直线形状的无供电元件的情况下，由于垂直面内的波束倾斜，为了错开配置无供电元件而使得指向性可变天线变长变大，但是在本发明中能够以指向性可变天线不变长大的结构实现同等的辐射指向性的变化。因此适于要求小型化的便携式无线通信终端。并且，根据本发明，只要是供电元件的辐射带域，就能够通过无供电元件的共振频率的设计选择、变更控制辐射指向性的电磁波的频率。

使用图7(a)、(b)说明表示这些效果的无供电元件的设计。图7(a)是二维表现图6(a)的指向性可变天线的无供电单位元件和开关的连接的排列的图。图中阴影线的十字型的图形是无供电单位元件。图的横方向是Z轴方向，纵方向表示沿方位角φ排列的顺序。即，沿以十字型表示的无供电单位元件的横方向延伸的臂部表示无供电元件主体s(元件片)，沿纵方向延伸的臂部表示分支元件部。并且，涂白的长方形表示打开状态的开关，涂黑的长方形表示导通状态的开关。

图7(b)是具有图7(a)所示的无供电元件的指向性可变天线的立体图。在图7(b)中，仅描绘处于导通状态的开关，不图示打开状态的开关。图7(b)三维表现供电元件对10和图7(a)表示的无供电元件2的位置关系。

图7(a)和(b)表示的无供电元件2，通过使连接无供电单位元件81b、81c、81d、82d各自之间的开关51c、51d、55d为导通状态而形成。该无供电元件2在规定的共振频率与供电元件对10进行电磁耦合，具有改变辐射指向性的效果。具体而言，关于无供电元件2，无供电单位元件81b、81c和81d导通，它们的元件片被笔直地导通而形成的无供电元件主体21a与构成无供电元件2的其他无供电元件主体相比最长。因此，无供电元件主体21a与供电元件对10的电磁耦合最强。称这样的无供电元件主体为主轴部。在该情况下，辐射指向性的变化在包括供电元件对10和无供电元件主体的主轴部21a的平面内产生。此外，当将无供电元件主体的主轴部21a在Z轴上投影时，投影像的中心相对原点位于Z轴的负方向，因此，如下述的实施例所示，在无供电元件2作为波导器工作的频率下，在从供电元件对10的中心看的无供电元件主体的主轴部21a的中心的方向，即仰角为90度～180度的方向内辐射指向性改变。

同样，在无供电元件2作为反射器工作的频率下，在从供电元件对10的中心看的与无供电元件主体的主轴部21a的中心相反的方向，即仰角为0度～90度的方向内，辐射指向性改变。

进而，通过使介于分支元件部之间的开关55d导通，从无供电元件主体的主轴部21a连接有无供电单位元件82d。这与无供电单位元件82d未导通的状态相比，具有使无供电元件2的共振频率下降的效果。

通过采用利用分支元件部的具有弯曲部的形状，与具有相同的共振频率的直线形状的导体的部件相比，具有缩短沿供电元件对10的方向的无供电元件2的长度的效果。

即使连接分支元件部间的开关55d等没有导通而是打开的状态，利用无供电单位元件原来保持的分支元件部(例如无供电单位元件81a的分支元件部42a)，与具有相同的共振频率的直线形状的导体的部件相比，具有缩短无供电元件2的长度的效果。

进而，通过打开开关55d，导通开关55b，或使开关55d与开关58d同时导通，能够使无供电元件2的共振频率稍微变化。利用该效果，能够改变控制辐射指向性的频率。

在图17所示的现有的技术中，在以具有同样的频率选择性的方式制作棒状导体的无供电元件的情况下，需要沿供电元件的方向的多个无供电元件的分割和开关。

在本发明的优选实施方式中，通过使用连接分支元件部间的开关，能够减少用于具有同样的频率选择性的无供电元件的分割的次数，即必需的开关的个数。进而，即使设定的无供电元件的个数是多个，也能够在该情况下使组合有多个无供电元件的效果的辐射指向性发生变化。

(实施例)

图8是本发明的实施方式的指向性可变天线的实施例的截面图，表示包括供电元件对10的中心轴的平面中的指向性可变天线的截面。在图8中，以供电元件对10的中心轴为Z轴，YZ平面为与纸面平行的平面。

在该天线中被使用的平面基板是第一平面基板31和第二平面基板41，各自交替排列。供电元件11或12贯通除了第一平面基板31e以外的第一平面基板31和第二平面基板41的中心。位于平面基板31、41的排列的中央的第一平面基板31e设计为供电基板60。即，供电元件11、12不贯通第一平面基板31e，第一平面基板31e具有图4(a)所示的供电线路62、63。供电线路62、63在平面基板31e的两面上与供电元件11和12连接。

图9(a)是与图8所示的指向性可变天线的Z轴垂直的平面AE的截面图，图9(b)是第二平面基板41的Z轴的正方向的面的平面图，图9(c)是第一平面基板31的Z轴的正方向的面的平面图，图9(d)是第一平面基板31的Z轴的负方向的面的平面图，图9(e)是具有作为供电基板60的功能的第一平面基板31e的Z轴的正方向的面的平面图。

供电元件对10由作为两根中空圆筒状导体的供电元件11和12构成，它们在Z轴上相对原点对称相向。供电元件11和12的长度DZ1是5.0mm，外径DR1是0.6mm，内径DR2是0.3mm，供电元件间的间隔DZ2与第一平面基板31和第二平面基板41的基板厚度SZ1相等。即，DZ2＝SZ1＝0.3mm的关系成立。而且，第一平面基板和第二平面基板的间隔SZ2为1.5mm。

如图8所示，由无供电元件主体和分支元件部构成的无供电单位元件包括在被与供电元件对10垂直且包括供电元件11、12的两端的任一个的两个平面所夹的区域中。因此，使元件片间的开关全部导通时形成的无供电元件的沿供电元件的方向的长度(在图8的设计中，与第一平面基板31a和31i间的距离大致相等)，不会比供电元件对整体的长度(与供电元件的长度DZ1的两倍的长度大致相等)长。而且，使无供电单位元件间的开关全部导通时形成的无供电元件的中心与供电元件对的中心(位于原点)一致。

首先，参照图9(a)，对与供电元件对10垂直的截面中的供电元件11与无供电元件的元件片211a～214a的位置关系进行说明。

供电元件11的中心位于连接元件片211a～214a的中心之间而形成的正方形的中心，当以供电元件11的中心为坐标原点时，无供电平行元件211a～214a的中心位置在图8的平面AE内的XY坐标分别表示为(±PDX1、±PDY1)。此处，PDX1＝PDY1＝2.5mm，无供电元件主体的半径PR1为0.2mm。

接着，参照图9(b)～(e)，说明第一平面基板31和第二平面基板41的导体图案形状。

第二平面基板41的形状是正方形，如图9(b)所示，关于其大小，SX1＝SY1＝5.8mm成立。如图9(c)所示，关于第一平面基板31，SX2＝SY2＝5.8mm也成立。其中，图9(b)是第二平面基板41的Z轴的正方向的面的平面图。关于作为第二平面基板41中的L字型的导体图案的分支元件部42～45的较长方向的长度，PAY1＝PAX1＝2.5mm成立，关于邻近的导体图案间的间隔，PAY2＝PAX2＝0.4mm成立，关于图案的宽度，PAY3＝PAX3＝0.4mm成立。即，由图9(a)和图9(b)可知，在图9(b)的分支元件部42～45的L字型图案的弯曲部的附近，能够与无供电元件主体连接。

图9(c)是第一平面基板31的Z轴的正方向的面的平面图。在第一平面基板31中，关于在Z轴的正方向的面与无供电元件主体21连接的导体图案321、331、341、351的位置，PBX1＝PBY1＝1.5mm，PBX2＝PBY2＝1.2mm，以及导体图案的宽度PBY3＝PBX3＝0.4mm成立，由此，上述一系列的导体图案和无供电元件主体的位置关系以如图3(b)所示的配置相互连接。此外，关于开关连接用的图案322等，PBY4＝PBY5＝PBX4＝PBX5＝0.4mm成立。

图9(d)是第一平面基板31的Z轴的负方向的面的平面图。在第一平面基板31中，关于在Z轴的负方向的面与无供电元件主体21连接，并且，通过图3(b)所示的导通孔324等与设置在上述Z轴的正方向的面上的开关连接用的导体图案322等连接的导体图案323、333、343、353的位置，PBX6＝PBY6＝2.7mm、PBX7＝0.4mm、PBY7＝1.2mm成立。

图9(e)是具有作为供电基板60的功能的第一平面基板31e的Z轴的正方向的面的平面图。与其他第一平面基板31的不同点是，在中心设置有与供电元件对10的直径相对应的圆形的电极622，以及从电极622到基板边缘设置有为长条形的导体图案的供电线路62。

在基板的背面也同样，在基板的中心设置有圆形电极632，以及从电极到基板边缘设置有为长条形的导体图案的供电线路63。因此，通过在基板边缘的供电线路62、63间输入辐射的信号，信号在供电线路62、63中以平行平板模式传播，通过电极622、632输入供电元件对10。

接着，说明无供电元件的设计例和此时的辐射指向性的例子。

以与图7相应的形式在图11中表示无供电单位元件的排列和元件间的导通、断开的设计。在图11中，与图7同样，阴影线的十字形的图形是无供电单位元件。图的横方向表示Z轴方向，纵方向表示沿方位角φ排列的顺序。沿以十字形表示的无供电单位元件的横方向延伸的臂部表示无供电元件主体(元件片)，沿纵方向延伸的臂部表示分支元件部。此外，连接邻近的无供电单位元件之间的长方形中，涂白的长方形表示打开状态的开关，涂黑的长方形表示导通状态的开关。

如图8所示，在本实施例中，具有与图6(b)的无供电单位元件800电等价的形状的无供电单位元件与供电元件对10平行地排列有8个。此外，与图6(a)所示的例子同样，沿着与供电元件对10垂直的平面，使四个无供电单位元件的分支元件部之间接近并包围在供电元件对的周围。此时，各个无供电单位元件的元件片相对于供电元件对位于方位角φ＝45度、135度、225度、315度的任一个方向。

图11(a)表示所有开关均为打开状态的情况。与此相对，在图11(b)中，表示无供电单位元件81e、81f、81g、81h、82f、82g、84g通过连接它们各自的开关51f、51g、51h、55f、55g、58g为相互导通的状态。图11(c)和(d)也相同。

而且，在以下所示的试制例中，开关的打开位置为保持图9所示的导体图案被打开的状态，开关的导通位置设定为将导体图案保持相同宽度(截面积)地延长而使其导通的状态。

如上所述，在图11(b)和(c)所示的设计例中，从无供电单位元件81e到81h中在与供电元件平行的方向上笔直排列的多个无供电单位元件导通，由此，它们形成的无供电元件主体的主轴部21a对辐射指向性的变化造成很大影响。即，在作为包括供电元件对10和无供电元件主体的主轴部21a的平面的方位角45度方向的垂直面内，产生辐射指向性的变化，主波束方向与此相一致。该方位角45度方向的垂直面是由图10的点AA-AB-AC-AD连结而形成的平面。

另一方面，在图11(d)所示的例子中，涉及无供电单位元件81e、81f、81g和81h的方位角45度方向的无供电元件主体21a、以及涉及无供电单位元件84e、84f、84g和84h的方位角315度方向的无供电元件主体21d均为相等的长度，是最长的无供电元件主体，因此，无供电元件主体21a和21d均作为主轴部工作。在该设计例中，在设定频率(4.3GHz)下两个无供电元件均为相同形状，作为同等的反射器工作，因此，在距无供电元件主体的主轴部21a和21d为相等距离的平面的方位角为0度的方向的垂直面内，辐射指向性发生改变。

在图12(a)～(d)中表示与这些图11(a)～(d)所示的无供电元件的设计对应的垂直面上的辐射指向性增益。图12(a)～(d)与图11(a)～(d)的各个连接例相对应。图12(a)～(c)是在方位角45度的垂直面内的辐射指向性增益，图12(d)是在方位角0度的垂直面内的辐射指向性增益。

图12(a)表示频率4.1GHz下的测定结果。因为是在垂直面内的辐射指向性增益，所以产生作为半波长偶极天线的本来的特性的朝向仰角90度和270度的方向的指向性。

图12(b)表示频率4.4GHz下的测定结果，图12(c)表示频率3.7GHz下的测定结果。在设定了无供电元件主体的主轴部的方位角45度的垂直面内，从位于供电元件对10的中心的供电点(原点)看，辐射指向性朝向形成的无供电元件的无供电元件主体的主轴的中心的方向(即从仰角90度到180度的方向)改变。在图12(b)中得到30度的辐射指向性的变化，在图12(c)中得到20度的辐射指向性的变化。

图12(d)是在频率4.3GHz下，在为距两个无供电元件的无供电元件主体的主轴部为相等距离的平面的方位角0度的垂直面内，朝向与设置有无供电元件的方向相反的方向(即从仰角270度到0度的方向)，得到30度的辐射指向性的变化。

因此，在图12(b)和(c)的结果中，无供电元件作为波导器起作用，从供电元件的中心看，辐射指向性向存在无供电元件的方向改变。此外，在图12(d)的结果中，作为两个无供电元件作为反射器起作用的效果的合成，从供电元件的中心看，辐射指向性向与存在无供电元件的方向相反的方向改变。

图12(a)～(d)表示在不同频率下的测定结果。为了实现它们，必须控制无供电元件的共振频率。此时，不仅无供电元件主体的主轴部的长度的设计有用，利用分支元件部的无供电元件的设计也有用。

图11(a)～(d)中，无供电元件主体的主轴部大致为相同结构，但是利用分支元件部的形状设计不同，由此能够控制无供电元件的共振频率。

在以图17所示的直线状的无供电元件的多段分割进行无供电元件的共振频率的精密调整的情况下，必须将直线状的无供电元件分割为非常多个，但在利用本发明的这种分支元件部的情况下，能够通过选择使分支元件部导通的位置而使共振频率改变，因此，如图11和图12所示，不仅能够设计使辐射指向性变化的方向，还能够包括电磁波的频率在内进行设计。

最后，对无供电元件的设计的概念和背景进行说明。

无供电元件通过与供电元件对10的电磁耦合被供电，从而进行辐射。因此，必须与供电元件对10一定程度上接近配置，并且必须是包括与供电元件对10辐射的电场的方向相一致电流能够流动的方向的导体部分的结构。

因为流过供电元件对10的电流在Z轴的方向，所以辐射的电磁场的电场的方向仅具有包括Z轴的面内(即与XY平面垂直的平面)的成分。因此，与XY平面平行的(线状的)导体不与供电元件对10耦合。一般地，选择强烈产生供电元件对10和无供电元件的电磁场的耦合的配置，如图16、图17所示，无供电元件形成为与供电元件平行的方向。

但是，如上所述，如果将无供电元件构成为与供电元件平行的线状导体，则在希望使辐射指向性在垂直面内变化的情况下，必须使作为波导器或反射器的无供电元件在与供电元件平行的方向(Z轴方向)偏移。此时，无供电元件具有与供电元件大致相等的共振频率(即长度)，因此，该偏移的距离大体上会使无供电元件从供电元件的端部向外侧伸出，很明显天线的整体长度变长。

无供电元件并非必须仅由与供电元件平行的方向的导体构成。无供电元件的一部分也可以从与供电元件平行的方向的导体部分向与其垂直的方向分支，而且，通过采用这样的形状能够降低无供电元件的共振频率。这样能够缩短无供电元件的与供电元件平行的方向的长度。因此，能够对使辐射指向性在垂直面内变化的偶极天线进行设计，使得其较长(长轴)方向的长度不变长。

为了在偶极天线等线状天线的垂直面内(包括供电元件的面内)使辐射指向性大幅变化，在使用现有的直线状的无供电元件的情况下，如图15所示，必须使无供电元件20相对供电元件10在长轴方向偏移。因此，仅偏移的长度即使天线装置长大化。

在本发明中，通过进行利用分支元件部的无供电元件的设计，能够缩短无供电元件的长轴方向的长度。因此，从图8明显可知，在不使无供电元件向供电元件的长轴方向伸出的条件下，如图12(b)～(d)所示，能够使辐射指向性大幅变化。

产业上的可利用性

本发明的指向性可变天线能够使偶极天线等线状天线的辐射指向性在包括供电元件的面内和与供电元件垂直的面内变化，因此能够使辐射指向性朝向标的物的方向，抑制妨碍波的接受的情况，从而不仅能够改变通信品质，还能够使天线在较长方向不长大化，因此，非常利于应用在便携式无线通信终端、屋内无线通信终端中。

Claims (11)

1.一种指向性可变天线(1)，其特征在于，具有：

由与Z轴平行的线状导体构成的供电元件(11、12)，和

无供电元件(2)，

所述无供电元件(2)具有与所述Z轴平行的n根线状无供电元件主体(21a、21b、21c、21d)，其中，n为3以上的自然数，

所述无供电元件主体(21a、21b、21c、21d)以包围所述供电元件(11、12)的周围的方式配置，

所述无供电元件主体(21a、21b、21c、21d)分别包括：

与所述Z轴平行排列的多个元件片(211a～211h、212a～212h、213a～213h、214a～214h)，和

能够使所述元件片(211a～211h、212a～212h、213a～213h、214a～214h)之间导通的至少一个第一开关元件(51、52、53、54)，

所述无供电元件(2)还具有将所述n根无供电元件主体(21a、21b、21c、21d)中邻近的两个在导通时电连接，在断开时电绝缘的至少一个第二开关元件(55、56、57、58)，

通过切换所述至少一个第一开关元件(51、52、53、54)和所述至少一个第二开关元件(55、56、57、58)的导通、断开，使得指向性发生变化，

所述第一开关元件(51、52、53、54)在多块第一平面基板(31)上形成，

所述第二开关元件(55、56、57、58)在多块第二平面基板(41)上形成，

在各第一平面基板(31)与各第二平面基板(41)之间，夹有所述多个元件片(211a～211h、212a～212h、213a～213h、214a～214h)，

所述供电元件(11、12)贯通分别设置在所述多块第一平面基板(31)的中央的贯通孔(310)和分别设置在所述多块第二平面基板(41)的中央的贯通孔(410)。

2.如权利要求1所述的指向性可变天线，其特征在于：

所述无供电元件主体(21a、21b、21c、21d)和所述供电元件(11、12)之间的距离为辐射的电磁波的波长的1/4以下。

3.如权利要求1所述的指向性可变天线，其特征在于：

所述无供电元件主体(21a、21b、21c、21d)分别比供电元件(10)的长度短。

4.如权利要求1所述的指向性可变天线(1)，其特征在于：

所述无供电元件(2)还具备有安装有所述第一开关元件(51、52、53、54)的第一平面基板(31)和安装有所述第二开关元件(55、56、57、58)的第二平面基板(41)，

所述第一平面基板(31)和所述第二平面基板(41)的位置由所述供电元件(11、21)保持。

5.如权利要求1所述的指向性可变天线(1)，其特征在于，还包括：

设置有与所述供电元件(11、21)电连接的供电线路(62、63)的供电用平面基板(31c)。

6.如权利要求5所述的指向性可变天线(1)，其特征在于：

所述供电线路(62、63)与发送接收机(61)电连接。

7.如权利要求5所述的指向性可变天线(1)，其特征在于：

在所述供电用平面基板(31c)上形成有所述第一开关元件(51、52、53、54)。

8.如权利要求5所述的指向性可变天线(1)，其特征在于：

在所述供电用平面基板(31c)上形成有所述第二开关元件(55、56、57、58)。

9.如权利要求5所述的指向性可变天线(1)，其特征在于：

在所述供电线路(62、63)上形成有短截线(621)。

10.如权利要求5所述的指向性可变天线(1)，其特征在于：

在所述供电用平面基板(31c)上没有设置所述供电元件(11、12)贯通的贯通孔。

11.如权利要求5所述的指向性可变天线(1)，其特征在于：

所述供电元件(11、12)从多块第一平面基板(31)和多块第二平面基板(41)中距离所述供电用平面基板(31c)最远的平面基板(31a、31e)所具有的贯通孔(310)突出。

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