JP2004194350A - アレーアンテナ装置を備えた無線機 - Google Patents

Abstract

【課題】アレーアンテナ装置を備えた無線機を小型・軽量化する。
【解決手段】アレーアンテナ装置は、無線信号が給電される放射素子Ａ０と、放射素子から所定の間隔だけ離れて設けられ、無線信号が給電されない複数の非励振素子Ａ１−Ａ６とを含む複数のアンテナ素子と、各非励振素子Ａ１−Ａ６に接続された可変リアクタンス素子２５とを備える。ここで、可変リアクタンス素子２５のリアクタンス値を変化させることにより、アレーアンテナ装置の指向特性を変化させることができる。そして、複数のアンテナ素子を誘電体５０中に埋設するように形成され、アレーアンテナ装置を携帯電話機４０に設ける。
【選択図】図７

Description

本発明は、複数のアンテナ素子からなる指向特性を変化させることができるアレーアンテナ装置を備えた無線機に関し、特に、例えば、電子制御導波器アレーアンテナ装置であるアレーアンテナ装置を備えた、例えば携帯電話機、移動体通信端末などの無線機に関する。

昨今、電子ビームを操向可能な様々なアレーアンテナ装置が開発されている。その中で特に、図９に図示されるアレーアンテナ（以下、従来例という。）は、無線信号が給電される放射素子と、上記放射素子から所定の間隔だけ離れて設けられ、無線信号が給電されない少なくとも１個の非励振素子と、上記非励振素子に接続された可変リアクタンス素子とを備えたアレーアンテナ装置であって、上記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより、上記アレーアンテナ装置の指向特性を変化させるものである。

この従来例のアレーアンテナは、単一の信号源の接続に単一ポートのみを要し、かつ同一の周波数で多数の方向にビームを生成することができる。この従来例のアレーアンテナは、例えば、非特許文献１や特許文献１において提案されている。

このアレーアンテナ装置は、スマートで、或いはアダプティブなアンテナ機能を有する携帯通信又は移動体通信及びモバイルコンピューティングに適している。無線通信やモバイルコンピューティングシステムにおいては、電子的に制御されたビームを使用して、スペクトル効率及びバッテリパワー効率を拡大すると同時にマルチパス伝搬及び同一チャンネル干渉に付随する問題を低減させることが有利だからである。上記アレーアンテナ装置は、例えば、移動体通信端末用のアンテナとしてノートパソコンやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）のような電子機器へ装着が容易であり、また、水平面のどの方向へ主ビームを走査した場合でも、すべての無給電アンテナ素子が導波器又は反射器として有効に機能し、水平面指向特性の制御もきわめて容易である。

特開２００１-０２４４３１号公報。 T. Ohira et al., "Electronically steerable passive array radiator antennas for low-cost analog adaptive beamforming", 2000 IEEE International Conference on Phased Array Systems & Technology pp. 101-106, Dana point, California, May 21-25, 2000。

しかしながら、携帯ユニット及び移動ユニットにおいて使用するために、可搬性が重要な要件となる場合には、さらに上記アレーアンテナ装置のサイズの縮小が考慮されなければならない。上記アレーアンテナを携帯電話機等の移動通信端末に適用しようとすると、一般にそれらの機器に割り当てられた２．４ＧＨｚ等の電波を送受信するためのアレーアンテナは、携帯電話機に装着又は内蔵するには大きすぎてしまう。従って、極超短波の帯域の電波を送受信でき、携帯電話機等の移動通信端末に装着又は内蔵することができるアレーアンテナを開発することが必要になる。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来例のアレーアンテナに比較して小型・軽量化することができる、アレーアンテナ装置を備えた無線機を提供することにある。

本発明に係る、アレーアンテナ装置を備えた無線機は、無線信号が給電される放射素子と、上記放射素子から所定の間隔だけ離れて上記放射素子を中心として円形形状で配置され、無線信号が給電されない少なくとも１つの非励振素子とを含む複数のアンテナ素子と、
上記各非励振素子に接続された可変容量ダイオードとを備え、上記可変容量ダイオードに印加される逆バイアス電圧を変化して上記可変容量ダイオードの容量値を変化させることにより、上記アレーアンテナ装置の指向特性を変化させるアレーアンテナ装置を備えた無線機であって、
上記アレーアンテナ装置は、上記複数のアンテナ素子を上記無線機に設けられた誘電体中に埋設してなる誘電体埋設型アレーアンテナ装置であり、
上記無線信号が自由空間を伝搬するときの波長をλとしかつ上記無線信号が上記誘電体中を伝搬するときの波長をλ_ｒとしたときに、上記放射素子と上記各アンテナ素子との間隔は、λ／４よりも短いλ_ｒ／４に設定されたことを特徴とする。

上記アレーアンテナ装置を備えた無線機において、上記誘電体は円柱形状を有し、上記放射素子は上記誘電体の軸中心の位置に設けられ、上記誘電体の半径はλ_ｒ／２に設定されたことを特徴とする。

また、上記アレーアンテナ装置を備えた無線機において、上記誘電体の高さはλ_ｒ／４、又はλ_ｒ／４からλ_ｒ／３までの範囲に設定されたことを特徴とする。

さらに、上記アレーアンテナ装置を備えた無線機において、上記誘電体埋設型アレーアンテナ装置は、上記無線機の上底面上である外側に設けられたことを特徴とする。とって代わって、上記アレーアンテナ装置を備えた無線機において、上記誘電体埋設型アレーアンテナ装置は、上記無線機の上底面の内側に設けられたことを特徴とする。

また、上記アレーアンテナ装置を備えた無線機において、上記誘電体の円柱の縁端部を面取りしたことを特徴とする。

さらに、上記アレーアンテナ装置を備えた無線機において、上記誘電体を、上記誘電体の誘電率よりも低い誘電率を有する誘電体により包囲したことを特徴とする。

またさらに、上記アレーアンテナ装置を備えた無線機において、上記無線機は、携帯電話機であることを特徴とする。とって代わって、上記アレーアンテナ装置を備えた無線機において、上記無線機は、移動体通信端末であることを特徴とする。

従って、本発明に係るアレーアンテナ装置によれば、従来例のアレーアンテナ装置において、複数のアンテナ素子を誘電体中に埋設するように形成したので、所望波の波長に関係して要求されるアンテナ長と複数のアンテナ素子間の距離とを縮小することができ、これにより、アレーアンテナ装置を従来例に比較して小型・軽量化することができる。また、アレーアンテナ装置を例えば携帯電話機などの無線機に搭載することにより、無線機本体を小型・軽量化できる。また、バッテリパワー効率を拡大できる。

また、円柱形状の誘電体の縁端部を面取りすることによって、又は円柱形状の誘電体をそれよりも比誘電率の低い別の誘電体で包囲し、さらに、好ましくは、別の誘電体と外気との境界面が滑らかな曲面の形状になるように包囲することによって、誘電体の表面における所望波の反射を少なくすることができ、送信電力又は受信電力の伝送損失を低減できる。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。

図１は、本発明に係る第１の実施形態である誘電体埋設型アレーアンテナ１の構成を示す斜視図である。本実施形態においては、図１に示されるように、誘電体基板１０上の接地導体１１の上に、接地導体１１とは電気的に絶縁された状態で形成された給電アンテナ素子Ａ０及び無給電アンテナ素子Ａ１−Ａ６を誘電体５０中に埋設するように形成されたことを特徴としている。ここで、複数の無給電アンテナ素子Ａ１−Ａ６は、給電アンテナ素子Ａ０を中心として円形形状に配置され、誘電体５０は円柱形状を有する。本実施形態においては、給電アンテナ素子Ａ０及び無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６の長さは自由空間における長さよりも短いアンテナ長（λ_r／４）を有し、給電アンテナ素子Ａ０と、各無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６はそれぞれモノポール素子であって、かつ互いの間隔は自由空間における長さよりも短い間隔（λ_r／４）を有する。ここで、λ_rは、所望波が誘電体５０中を伝搬するときの波長である。

まず、本発明に係るアレーアンテナ装置のサイズ縮小の基本概念について説明する。誘電体５０中に埋設されたアレーアンテナ装置は、誘電体材料が、その中を進行する電磁波の波長を低減するという概念に基づいて設計される。電磁波が、比誘電率ε_r及び比透磁率μ_rを有する無限に延長された誘電体５０の材料媒質を進行する場合、波長は以下のような係数Ｆ_iに基づいて低減される。

［数１］
Ｆ_i＝√（ε_rμ_r）

すなわち、誘電体５０の材料媒質内で低減される波長λ_rは次式によって計算することができる。

［数２］
λ_r＝λ₀／√（ε_rμ_r）

ここで、λ₀は所望波の自由空間における波長である。アレーアンテナ装置の物理的サイズは、誘電体５０の材料媒質の中の波長に直接的に関連するため、数２より、当該アンテナ装置が自由空間環境における類似のアンテナよりも小さい寸法で共振することは明白である。各アンテナ素子Ａ０−Ａ６が高誘電性媒質（非磁性体）の誘電体５０内に埋め込まれた場合、数２は次式のように書きかえることができる。

［数３］
λ_r＝λ₀／√ε_r

また、各アンテナ素子Ａ０−Ａ６の高さの縮小係数Ｆ_rは、次のようになる。

［数４］
Ｆ_r≦√ε_r

本実施形態で用いられた誘電体５０の比誘電率は、好ましくは、次式の範囲に含まれる。

［数５］
２＜ε_r＜１０

しかしながら、最良の性能を発揮する範囲は、より好ましくは、次式の範囲である。

［数６］
３＜ε_r＜９

本実施形態においては、誘電体５０の材料として、比誘電率ε_r＝４．５の誘電体材料を用いた。そのような誘電体材料として、例えばナイロン、ファイバーガラスなどを使用することができる。

アレーアンテナ装置の総容量及び総重量を低減するためには、誘電体５０を被覆する被覆の厚さが無限大にならないように、誘電体５０の半径（すなわち、円柱座標系において、給電アンテナ素子Ａ０を中心として、誘電体５０と外気との境界面までの半径である。）は誘電体５０の高さ（誘電体５０の高さは、図１に示すようにλ_r／４であるか、もしくは、好ましくは、λ_r／４乃至λ_r／３の範囲にある。）の２倍か、これより小さいものでなければならない。直観的には、実際の高さ縮小係数Ｆ_rはＦ_iほどには大きくならないことが予測される。明らかに、Ｆ_r係数は、誘電体５０を被覆する被覆及び誘電体５０の形状、サイズ及び電気的特性の関数である。Ｆ_r係数が大きいときは、被覆は可能な限り厚くする必要がある。重量及びサイズの実際的考察から明らかなように、被覆の厚さには限界があるため、こうした状況において達成可能な高さの低減が問題となる。

次いで、図１を参照して、誘電体埋設型アレーアンテナ１の構造について詳細に説明する。図１において、半径λ_r／２及び厚さ１．５ｍｍを有する誘電体基板１０の上面の全面上に接地導体１１が形成され、接地導体１１とは電気的に絶縁されるように、給電アンテナ素子Ａ０及び６本の無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６がそれらの長手方向が接地導体１１の平面に対して垂直となるように形成される。ここで、給電アンテナ素子Ａ０及び６本の無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６は長さλ_r／４を有し、それぞれモノポール素子を構成している。さらに、接地導体１１の上面の全面上に、各アンテナ素子Ａ０−Ａ６を埋設するように、給電アンテナ素子Ａ０を中心とする円形形状の誘電体５０が充填配置される。

図２の平面図を参照すれば、無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６は、給電アンテナ素子Ａ０の位置を中心とする半径ｄ＝λ_r／４の円形形状の位置に互いに同一の６０度の間隔で配置されるように設けられる。誘電体５０の輪郭は給電アンテナ素子Ａ０の位置を中心とする半径λ_r／２かつ高さλ_r／４乃至λ_r／３の円柱形状に成形されている。

図１のＢ−Ｂ’線に沿った図３の縦断面図を参照すれば、図１の誘電体埋設型アレーアンテナ１において、例えばポリカーボネートにてなる誘電体基板１０上に接地導体１１が形成され、さらに、接地導体１１上に誘電体５０が設けられる。給電アンテナ素子Ａ０は、接地導体１１とは電気的に絶縁され、かつ誘電体５０に埋設された円柱形状の放射素子６を備える。無線機（図示せず。）から給電される無線信号を伝送する同軸ケーブル２０の中心導体２１は放射素子６の一端に接続され、その外部導体２２は接地導体１１に接続される。これにより、無線機から無線信号が同軸ケーブル２０を介して給電アンテナ素子Ａ０に給電されて放射される。但し、同軸ケーブル２０の中心導体２１と外部導体２２とは絶縁体２３によって絶縁され、外部導体２２の外側は外部被覆２４によって被覆されている。

さらに、図３において、各無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６はそれぞれ、接地導体１１とは電気的に絶縁され誘電体５０に埋設された円柱形状の非励振素子７を備えて構成され、その一端は、リアクタンス値Ｘｎ（ｎ＝１，２，…，６）を有する可変リアクタンス素子２５及びスルーホール導体１４とを介して接地導体１１に対して高周波的に接地される。放射素子６と非励振素子７の長手方向の長さは実質的に同一であるが、例えば、可変リアクタンス素子２５がインダクタンス性（Ｌ性）を有するときは、可変リアクタンス素子２５は延長コイルとなり、無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６の電気長が給電アンテナ素子Ａ０に比較して長くなり、反射器として働く。一方、例えば、可変リアクタンス素子２５がキャパシタンス性（Ｃ性）を有するときは、可変リアクタンス素子２５は短縮コンデンサとなり、無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６の電気長が給電アンテナ素子Ａ０に比較して短くなり、導波器として働く。

図４は、図１の誘電体埋設型アレーアンテナ１の無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６の詳細な構成を示す断面図であり、図４の好ましい実施形態では、可変リアクタンス素子２５として可変容量ダイオードＤを用いている。

図４において、非励振素子７は接地導体１１から電気的に絶縁されつつ、誘電体基板１０及び誘電体５０を鉛直方向に貫通して支持される。ここで、非励振素子７の一端は可変容量ダイオードＤ及び、誘電体基板１０を鉛直方向に貫通して充填形成されてなるスルーホール導体１２を介して接地導体１１に高周波的に接地されるとともに、抵抗Ｒを介して端子Ｔに接続される。また、端子Ｔは高周波バイパス用キャパシタＣ及び、誘電体基板１０を鉛直方向に貫通して充填形成されてなるスルーホール導体１３を介して接地導体１１に高周波的に接地される。

端子Ｔには、本実施形態の誘電体埋設型アレーアンテナ１の制御装置（図示せず。）により電圧制御される可変電圧直流電源Ｖｂが接続され、これにより、可変容量ダイオードＤに印加する逆バイアス電圧を変化させることにより、可変容量ダイオードＤにおける静電容量値を変化させる。これにより、非励振素子７を備えた無給電アンテナ素子Ａ１の電気長を、給電アンテナ素子Ａ０に比較して変化させ、当該アレーアンテナの水平面指向特性を変化させることができる。さらに、他の非励振素子７を備えた無給電アンテナ素子Ａ２乃至Ａ６も同様に構成されて同様の作用を有する。

図１の誘電体埋設型アレーアンテナ１において、非励振素子をその一端で接続する可変リアクタンス素子２５のリアクタンス値を調整することにより、アレーアンテナの全体の水平面指向特性は異なる形状に形成される。各可変リアクタンス素子２５のリアクタンス値は、当該非励振素子７から放射素子６へ反射される入射信号の位相を決定する。こうして、給電アンテナ素子Ａ０及び各無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６は、反射される様々な信号を加算してアレーアンテナ装置の出力信号を形成する。このアレーアンテナ１は、コンパクトな構造、低い輪郭及び単一給電の使用といった幾つかの特有の効果を有する。

以上説明したように、例えば数３において比誘電率ε_r＝４．５として評価すると、図９の従来技術のアレーアンテナと比較して５０％を越えるサイズの縮小及び８０％を越える容量の縮小を達成することができる。例えば可変容量ダイオードＤを用いれば、直流電圧で水平面指向特性を電子的に制御可能なアレーアンテナ装置を実現できる。当該アレーアンテナ装置は、例えば、移動体通信端末用のアンテナとしてノートパソコンやＰＤＡのような電子機器へ装着が容易であり、また、水平面のどの方向へ主ビームを走査した場合でも、すべての無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６が導波器又は反射器として有効に機能し、水平面指向特性の制御もきわめて容易である。誘電体５０に埋設された電子ビームを操向可能なアレーアンテナ装置は、無線通信及びモバイルコンピューティングシステムにおいて望ましい、小型のサイズ及び構造のコンパクトさを含む、携帯端末及び移動端末にとって特有の効果を有する。

以上の実施形態においては、送信用の誘電体埋設型アレーアンテナ１について説明したが、当該装置は非可逆回路を含まない可逆回路であるので、図９の従来技術の装置と同様に受信用のアンテナにも用いることができる。

さらに、誘電体５０と外気との境界面における反射という重要な要素についても考慮する必要がある。この種のアンテナ設計に際しては、誘電体５０と外気との間の境界面における最小の反射及び最小の重量及びサイズを維持するための最適設計が必要である。

上記の問題を解決するために、２つの変形例が図５及び図６に図示されている。この２つの変形例においては、給電アンテナ素子Ａ０及び各無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６に電気的に接続された回路は図示されていないが、図３と同様に給電アンテナ素子Ａ０には同軸ケーブル２０が、及び各無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６にはそれぞれ可変リアクタンス素子２５が接続される。さらに、給電アンテナ素子Ａ０及び各無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６の配置は、図１及び図２に図示された実施形態と同様である。

図５に、本発明に係る第１の変形例である誘電体埋設型アレーアンテナが図示されている。本変形例では複数のアンテナ素子Ａ０−Ａ６を、給電アンテナ素子Ａ０の位置を中心とする半径λ_r／２の円柱形状の誘電体５０に埋設し、さらに、給電アンテナ素子Ａ０の位置を中心とする半径（３／８）λ_rの円周から外側に向かって、円柱形状の誘電体５０の上底面の縁端部を面取りして成形した。誘電体５０の中心部分の鉛直方向の高さは各アンテナ素子Ａ０−Ａ６と同一のλ_r／４（図１）であるが、例えば２．４ＧＨｚの動作周波数に対して、誘電体５０の側面の高さは１１ｍｍである。本変形例では、誘電体５０の縁端部を例えば角度α＝２０°で面取りをすることによって、斜め方向から入射する到来波の外気と誘電体５０との境界面における反射を少なくすることができ、送信電力又は受信電力の伝送損失を低減できる。

図６に、本発明に係る第２の変形例である誘電体埋設型アレーアンテナが図示されている。ここでは、アンテナアレーが埋設された第１の誘電体５１を、それよりも比誘電率の低い第２の誘電体５２によって包囲する。例えば、比誘電率ε_r1＝４．５を有する誘電体材料にてなる第１の誘電体５１を用い、比誘電率ε_r2＝２乃至３を有する誘電体材料にてなる第２の誘電体５２を用いる。各アンテナ素子Ａ０−Ａ６を包囲する第１の誘電体５１は、給電アンテナ素子Ａ０の位置を中心とする半径（３／８）λ_rかつ高さλ_r／４乃至λ_r／３の円柱形状を有する。また、第２の誘電体５２は、第１の誘電体５１の上面及び側面と隙間無く第１の誘電体５１を包囲し、かつ給電アンテナ素子Ａ０の位置を中心とする半径λ_r／２の接地導体１１の円周端部上に形成され、さらに第２の誘電体５２の円筒底面の縁端部及び側面と、外気との境界面が滑らかな曲面形状を有するように成形される。任意の方向からの到来波に対して同一の感度を有するように、第２の誘電体５２と外気との境界面が給電アンテナ素子Ａ０を中心として回転対称性を有する必要があることは明らかである。動作周波数として２．４ＧＨｚを用いたとき、第１の誘電体５１の上部に重ねられた第２の誘電体５２の厚さｈは、例えば例えば２ｍｍとする。このような形態を取ることによって、電波が入射する際の外気と誘電体５２との境界面における反射を少なくすることができる。

以上の種々の実施形態においては、６本の無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６を用いているが、その本数は少なくとも１本あれば、当該アレーアンテナ装置の水平面指向特性を電子的に制御することができる。また、無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６の配置形状も上記の実施形態に限定されず、給電アンテナ素子Ａ０から所定の距離だけ離れていればよい。すなわち、各無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６に対する間隔ｄは一定でなくてもよい。

さらに、可変リアクタンス素子２５は可変容量ダイオードＤに限定されず、リアクタンス値を制御可能な素子であればよい。可変容量ダイオードＤは一般に容量性の回路素子なので、リアクタンス値は常に負の値となる。上記可変リアクタンス素子２５のリアクタンス値は、正から負の値までの範囲の値をとってもよく、このためには、例えば可変容量ダイオードＤに直列に固定のインダクタを挿入するか、又は非励振素子７の長さをより長くすることにより、正から負の値までにわたってリアクタンス値を変化させることができる。

以上の実施形態において、誘電体５０の鉛直方向の高さは給電アンテナ素子Ａ０及び各無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６と同じくλ_r／４、又はλ_r／４乃至λ_r／３としたが、これよりも高くしてもよい。

図７及び図８において、本実施形態に係る誘電体埋設型アレーアンテナ１を携帯電話機４０，４１に適用した実施例が図示されている。なお、図７及び図８は、携帯電話機４０，４１の上部に位置する一部を図示しており、スピーカ部４２近傍にアレーアンテナ１が設けられている。ここで、図７を参照すると、携帯電話機４０の上底面上である外側に、誘電体埋設型アレーアンテナ１が設けられている。一方、図８を参照すると、携帯電話機４０の上底面の内側に、誘電体埋設型アレーアンテナ１が設けられている。なお、第２の実施例においては、設計の際に携帯電話機４１の筐体（例えば、比誘電率２．０のプラスチック等の材料を用いた）の比誘電率を考慮する必要があることは当業者には明らかである。以上のように、携帯電話機４０，４１に誘電体埋設型アレーアンテナ１を設けることにより、携帯電話機４０，４１のアンテナ装置を小型・軽量化することができ、これにより、携帯電話機４０，４１を小型・軽量化できる。

本実施形態に係る誘電体埋設型アレーアンテナ１を用いてアンテナの指向性を制御することの利点としては、例えば指向性を制御することができない従来のホイップアンテナを備えた携帯電話機においては、送信される電波がすべての方向に放射され、そのうちある程度の量が人体に吸収されるために出力された電波のすべてが所望する基地局に有効に到達しないが、本実施形態に係る誘電体埋設型アレーアンテナ１を用いて送信する電波の指向性を制御すれば、人体に吸収されることによる損失なしに、電波の大部分を所望する方向に送ることができる。

さらに、本実施形態に係るアレーアンテナ装置は、例えば移動体通信端末用のアンテナとしてノートパソコンやＰＤＡのような電子機器への装着が容易であり、スペクトル効率及びバッテリパワー効率を拡大すると同時に、水平面のどの方向へ主ビームを走査した場合でも、すべての無給電アンテナ素子Ａ１乃至Ａ６が導波器又は反射器として有効に機能し、水平面指向特性の制御もきわめて容易であり、マルチパス伝搬及び同一チャンネル干渉に付随する問題を低減させることができる。

以上詳述したように、本発明に係るアレーアンテナ装置によれば、従来例のアレーアンテナ装置において、複数のアンテナ素子を誘電体中に埋設するように形成したので、所望波の波長に関係して要求されるアンテナ長と複数のアンテナ素子間の距離とを縮小することができ、これにより、アレーアンテナ装置を従来例に比較して小型・軽量化することができる。また、アレーアンテナ装置を例えば携帯電話機などの無線機に搭載することにより、無線機本体を小型・軽量化できる。さらに、バッテリパワー効率を拡大できる。

また、円柱形状の誘電体の縁端部を面取りすることによって、又は円柱形状の誘電体をそれよりも比誘電率の低い別の誘電体で包囲し、さらに、好ましくは、別の誘電体と外気との境界面が滑らかな曲面の形状になるように包囲することによって、誘電体の表面における所望波の反射を少なくすることができ、送信電力又は受信電力の伝送損失を低減できる。

本発明に係る第１の実施形態である誘電体埋設型アレーアンテナ１の構成を表す斜視図である。 図１の誘電体埋設型アレーアンテナ１を上から見た平面図である。 図１の誘電体埋設型アレーアンテナ１のＢ−Ｂ’に沿った縦断面図である。 上記無給電アンテナ素子Ａ１〜Ａ６の構造を詳細に説明する縦断面図、及び関連する周辺回路の回路図である。 本発明に係る第１の変形例である誘電体埋設型アレーアンテナの構成を表す縦断面図である。 本発明に係る第２の変形例である誘電体埋設型アレーアンテナの構成を表す縦断面図である。 本発明に係る第１の実施例である、誘電体埋設型アレーアンテナ１を携帯電話機４０の外部に設けた構造を示す斜視図である。 本発明に係る第２の実施例である、誘電体埋設型アレーアンテナを携帯電話機４１の内部に設けた構造を示す斜視図である。 従来例のアレーアンテナの概略斜視図である。

符号の説明

Ａ０…給電アンテナ素子、
Ａ１乃至Ａ６…無給電アンテナ素子、
Ｃ…キャパシタ、
Ｄ…可変容量ダイオード、
Ｒ…抵抗、
Ｔ…端子、
Ｖｂ…可変電圧直流電源、
１…誘電体埋設型アレーアンテナ、
６…放射素子、
７…非励振素子、
１０…誘電体基板、
１１…接地導体、
１２，１３，１４…スルーホール導体、
２０…給電用同軸ケーブル、
２１…中心導体、
２２…外部導体、
２３…絶縁体、
２４…外部被覆、
２５…可変リアクタンス素子、
４０，４１…携帯電話機、
４２…スピーカ部、
５０，５１，５２…誘電体。

Claims (9)

1. 無線信号が給電される放射素子と、上記放射素子から所定の間隔だけ離れて上記放射素子を中心として円形形状で配置され、無線信号が給電されない少なくとも１つの非励振素子とを含む複数のアンテナ素子と、
   上記各非励振素子に接続された可変容量ダイオードとを備え、上記可変容量ダイオードに印加される逆バイアス電圧を変化して上記可変容量ダイオードの容量値を変化させることにより、上記アレーアンテナ装置の指向特性を変化させるアレーアンテナ装置を備えた無線機であって、
   上記アレーアンテナ装置は、上記複数のアンテナ素子を上記無線機に設けられた誘電体中に埋設してなる誘電体埋設型アレーアンテナ装置であり、
   上記無線信号が自由空間を伝搬するときの波長をλとしかつ上記無線信号が上記誘電体中を伝搬するときの波長をλ_ｒとしたときに、上記放射素子と上記各アンテナ素子との間隔は、λ／４よりも短いλ_ｒ／４に設定されたことを特徴とする、アレーアンテナ装置を備えた無線機。
2. 上記誘電体は円柱形状を有し、上記放射素子は上記誘電体の軸中心の位置に設けられ、上記誘電体の半径はλ_ｒ／２に設定されたことを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置を備えた無線機。
3. 上記誘電体の高さはλ_ｒ／４、又はλ_ｒ／４からλ_ｒ／３までの範囲に設定されたことを特徴とする請求項１又は２記載のアレーアンテナ装置を備えた無線機。
4. 上記誘電体埋設型アレーアンテナ装置は、上記無線機の上底面上である外側に設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載のアレーアンテナ装置を備えた無線機。
5. 上記誘電体埋設型アレーアンテナ装置は、上記無線機の上底面の内側に設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載のアレーアンテナ装置を備えた無線機。
6. 上記誘電体の円柱の縁端部を面取りしたことを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか１つに記載のアレーアンテナ装置を備えた無線機。
7. 上記誘電体を、上記誘電体の誘電率よりも低い誘電率を有する誘電体により包囲したことを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか１つに記載のアレーアンテナ装置を備えた無線機。
8. 上記無線機は、携帯電話機であることを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか１つに記載のアレーアンテナ装置を備えた無線機。
9. 上記無線機は、移動体通信端末であることを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか１つに記載のアレーアンテナ装置を備えた無線機。
   

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