JP2006157176A - アレーアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 制御線の数が少なく、指向性を電気的に切換え可能なアレーアンテナ装置を提供する。
【解決手段】 スロット４，５は、スロット３を中心にして対称に配置される。可変容量素子６，７は、それぞれ、スロット４，５に装荷される。直流電源１８は、同軸ケーブル１７の芯導体１７１と被覆導体１７３との間に極性が異なる直流電圧を選択的に印加し、交流電源１９は、芯導体１７１と被覆導体１７３との間に交流電圧を印加する。導線１１は、被覆導体１７３を抵抗体１５を介して可変容量素子６のノードＮ１に接続し、導線１２は、被覆導体１７３をコンデンサ８を介して給電端子３Ａに接続する。導線１４は、芯導体１７１を抵抗体１６を介して可変容量素子７のノードＮ２に接続し、導線１３は、芯導体１７１をコンデンサ９を介して給電端子３Ｂに接続する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、指向性を電気的に切換え可能なアレーアンテナ装置に関するものである。

従来、ノート型ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）またはＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等に搭載可能なアンテナとして、スロットからなるＨ型スロットアンテナが知られている（非特許文献１）。このＨ型スロットアンテナは、Ｈ型に形成されたスロットからなり、２．４ＧＨｚ帯および５．２ＧＨｚ帯の両方において使用可能である。そして、Ｈ型スロットアンテナは、ノート型ＰＣの表面に設置される。
板倉 晃、岡野 好伸、安部 實，「２周波共用Ｈ型スロットアンテナの検討」，電子情報通信学会論文誌，Ｂ Ｖｏｌ．Ｊ８６−Ｂ Ｎｏ．１２，ｐｐ．２５３３−２５４２，２００３年１２月．

しかし、従来のスロットアンテナは、ほぼ全方向に対して感度を有し、指向性がないという問題がある。この問題を解決するためにスロットからなる給電素子に追加してスロットからなる無給電素子を設け、その無給電素子に可変容量素子を装荷して可変容量素子の容量を制御することにより指向性を制御することが想定される。

しかし、このような構成のアンテナにおいては、給電素子に給電する給電線と、無給電素子の可変容量素子を制御するための制御線とが必要になり、配線が多くなるという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、制御線の数が少なく、指向性を電気的に切換え可能なアレーアンテナ装置を提供することである。

この発明によれば、アレーアンテナ装置は、給電素子、２ｎ（ｎは正の整数）個の無給電素子と、２ｎ個の可変容量素子と、ケーブルと、アンテナ制御部とを備える。給電素子は、誘電体基板の一主面に形成された第１のスロットからなる。２ｎ個の無給電素子は、誘電体基板の一主面に第１のスロットを中心にして対称に配置された２ｎ個の第２のスロットからなる。２ｎ個の可変容量素子は、２ｎ個の無給電素子に装荷される。ケーブルは、略平行な第１および第２の導体線からなる。アンテナ制御部は、ケーブルを介して、給電素子に給電するとともに２ｎ個の可変容量素子の容量を制御して指向性を制御する。

好ましくは、アンテナ制御部は、直流電源と、交流電源と、第１および第２の給電線とを含む。直流電源は、第１の導体線と第２の導体線との間に極性が異なる２つの直流電圧を選択的に印加する。交流電源は、第１の導体線と第２の導体線との間に交流電圧を印加する。第１の給電線は、第１の導体線に印加され、かつ、給電素子の一方側に配置された第１のｎ個の可変容量素子の容量を制御するための第１の直流電圧を第１のｎ個の可変容量素子に供給するとともに、第１の導体線に印加された交流電圧を給電素子に供給する。第２の給電線は、第２の導体線に印加され、かつ、給電素子の他方側に配置された第２のｎ個の可変容量素子の容量を制御するための第２の直流電圧を第２のｎ個の可変容量素子に供給するとともに、第２の導体線に印加された交流電圧を給電素子に供給する。

好ましくは、第１の給電線は、ｎ個の第１の導線と、第１の交流配線とを含む。ｎ個の第１の導線は、第１の導体線の一方端を第１のｎ個の可変容量素子の容量を制御するためのｎ個の中間ノードに第１の抵抗体を介して接続する。第１の交流配線は、第１の導体線の一方端を給電素子の第１の給電端子に第１の容量素子を介して接続する。第２の給電線は、ｎ個の第２の導線と、第２の交流配線とを含む。ｎ個の第２の導線は、第２の導体線の一方端を第２のｎ個の可変容量素子の容量を制御するためのｎ個の中間ノードに第２の抵抗体を介して接続する。第２の交流配線は、第２の導体線の一方端を給電素子の第２の給電端子に第２の容量素子を介して接続する。

好ましくは、２ｎ個の可変容量素子の各々は、第２のスロットの両側に位置する導体間に逆直列に接続された２つのバラクタダイオードからなる。そして、中間ノードは、２つのバラクタダイオード間に位置する。

この発明によるアレーアンテナ装置においては、ケーブルを介して、給電素子に給電されるとともに、２ｎ個の可変容量素子の容量が制御され、アレーアンテナ装置の指向性が制御される。

従って、この発明によれば、制御線を少なくでき、指向性を電気的に切換えることができる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置の平面図である。また、図２は、図１に示す線ＩＩ−ＩＩ間におけるアレーアンテナ装置の断面図である。この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置１０は、誘電体基板１と、導体２と、スロット３〜５と、可変容量素子６，７と、コンデンサ８，９と、導線１１〜１４と、抵抗体１５，１６と、同軸ケーブル１７と、直流電源１８と、交流電源１９とを備える。

誘電体基板１は、略四角形の平板形状を有し、例えば、プリント基板からなる。この誘電体基板１の一主面１Ａの全面に導体２が貼着されており、この導体２の所定の箇所を削除してスロット３〜５が形成される。この場合、スロット３〜５は、全て同じ長さＬおよび同じ幅Ｗを有し、四角形の１辺に略平行に設けられる。そして、スロット４は、スロット３を中心にしてスロット５に対称に配置される。この場合、スロット３とスロット４，５との間隔ｄは、例えば、このアンテナで用いる電波の波長λの４分の１に設定される。

可変容量素子６は、スロット４の両側の導体間に接続される。また、可変容量素子７は、スロット５の両側の導体間に接続される。その結果、スロット４，５には、可変容量素子６，７がそれぞれ装荷される。

従って、アレーアンテナ装置１０においては、スロット３が給電素子であり、スロット４，５は、無給電素子である。

同軸ケーブル１７は、芯導体１７１と、絶縁体１７２と、被覆導体１７３とを含む。絶縁体１７２は、芯導体１７１と被覆導体１７３との間に設けられ、芯導体１７１を覆う。被覆導体１７３は、絶縁体１７２を覆う。

導線１１は、同軸ケーブル１７の被覆導体１７３の一方端を抵抗体１５を介して２つのバラクタダイオード６１，６２間のノードＮ１に接続する。導線１２は、同軸ケーブル１７の被覆導体１７３の一方端をコンデンサ８を介してスロット３の給電端子３Ａに接続する。

導線１３は、同軸ケーブル１７の芯導体１７１の一方端をコンデンサ９を介してスロット３の給電端子３Ｂに接続する。導線１４は、同軸ケーブル１７の芯導体１７１の一方端を抵抗体１６を介して２つのバラクタダイオード７１，７２間のノードＮ２に接続する。

抵抗体１５は、ノードＮ１と被覆導体１７３の一方端との間に接続される。抵抗体１６は、ノードＮ２と芯導体１７１の一方端との間に接続される。

同軸ケーブル１７は、直流電圧をノードＮ１，Ｎ２に印加するとともに、交流電圧を給電端子３Ａ，３Ｂに供給する。

直流電源１８は、同軸ケーブル１７の芯導体１７１と被覆導体１７３との間に接続される。そして、直流電源１８は、芯導体１７１と被覆導体１７３との間に極性が異なる２つの直流電圧を選択的に印加する。

交流電源１９は、同軸ケーブル１７の芯導体１７１と被覆導体１７３との間に接続される。そして、交流電源１９は、芯導体１７１と被覆導体１７３との間に交流電圧を印加する。

コンデンサ８は、同軸ケーブル１７の被覆導体１７３に印加された直流電圧を遮断するとともに、被覆導体１７３に印加された交流電圧を給電端子３Ａに供給する。コンデンサ９は、同軸ケーブル１７の芯導体１７１に印加された直流電圧を遮断するとともに、芯導体１７１に印加された交流電圧を給電端子３Ｂに供給する。

なお、コンデンサ８，９の容量は、例えば、０．０１ｐＦである。

抵抗体１５は、同軸ケーブル１７の被覆導体１７３に印加された交流電圧を遮断するとともに、被覆導体１７３に印加された直流電圧をノードＮ１に供給する。抵抗体１６は、同軸ケーブル１７の芯導体１７１に印加された交流電圧を遮断するとともに、芯導体１７１に印加された直流電圧をノードＮ２に供給する。

なお、抵抗体１５，１６の抵抗値は、例えば、１０ｋΩである。

同軸ケーブル１７は、直流電圧ＤＣＶ１を被覆導体１７３から導線１１，１２に供給し、直流電圧ＤＣＶ２を芯導体１７１から導線１３，１４に供給するとともに、交流電圧ＲＦＶを芯導体１７１および被覆導体１７３から導線１１〜１４に供給する。つまり、同軸ケーブル１７は、直流電圧ＤＣＶ１に交流電圧ＲＦＶを重畳して被覆導体１７３から導線１１，１２に供給し、直流電圧ＤＣＶ２に交流電圧ＲＦＶを重畳して芯導体１７１から導線１３，１４に供給する。

図３は、図１および図２に示す可変容量素子６の接続方法を詳細に説明するための図である。可変容量素子６は、２つのバラクタダイオード６１，６２からなる。そして、バラクタダイオード６１，６２は、スロット４の両側に存在する導体２Ａ，２Ｂ間に逆直列に接続される。そして、導線１１が２つのバラクタダイオード６１，６２間のノードＮ１に接続され、導線１２が給電端子３Ａに接続される結果、バラクタダイオード６１は、バラクタダイオード６１，６２間のノードＮ１と導体２Ａとの間に直流電圧ＤＣＶ１を受ける。この場合、直流電圧ＤＣＶ１は、ノードＮ１側が正になるように印加される。そして、導体２Ａは、導体２Ｂと直流的に短絡されているため、直流電圧ＤＣＶ１は、ノードＮ１側が正になるようにバラクタダイオード６２にも印加される。

従って、スロット４の両側に配置された導体２Ａ，２Ｂ間に２つのバラクタダイオード６１，６２を逆直列に接続することによって、２つのバラクタダイオード６１，６２へ直流電圧ＤＣＶ１を印加することが可能となる。

可変容量素子７は、２つのバラクタダイオード７１，７２からなり、バラクタダイオード７１，７２の接続方法は、バラクタダイオード６１，６２の接続方法と同じである。そして、２つのバラクタダイオード７１，７２間のノードＮ２には、ノードＮ２が正になるように直流電圧ＤＣＶ２が印加される。

なお、バラクタダイオード６１，６２の各々を、図３において左右に反転し、バラクタダイオード６１，６２を逆直列に接続すると同時に、バラクタダイオード７１，７２の各々も、バラクタダイオード６１，６２の各々と同じように左右に反転し、バラクタダイオード７１，７２を逆直列に接続してもよい。この場合、ノードＮ１は、負にバイアスされる。

アレーアンテナ装置１０における指向性の制御について説明する。図４は、図１に示すアレーアンテナ装置１０が放射するビームパターンの概念図である。

交流電源１９は、芯導体１７１と被覆導体１７３との間に交流電圧ＲＦＶを印加すると、交流電圧ＲＦＶは、導線１２，１３およびコンデンサ８，９を介して給電端子３Ａ，３Ｂに供給され、スロット３からなる給電素子に給電される。

また、直流電源１８が直流電圧ＤＣＶ１＝２０Ｖを被覆導体１７３から導線１１，１２に供給し、直流電圧ＤＣＶ２＝０Ｖを芯導体１７１から導線１３，１４に供給すると、直流電圧ＤＣＶ１＝２０Ｖは、抵抗体１５を介してノードＮ１に印加され、直流電圧ＤＣＶ２＝０Ｖは、抵抗体１６を介してノードＮ２に印加される。そして、導線１２に供給された直流電圧ＤＣＶ１＝２０Ｖは、コンデンサ８により遮断され、給電端子３Ａの電圧は、０Ｖになる。その結果、０Ｖの直流電圧が、導体２を介して２つのバラクタダイオード６１，６２のアノードに印加される。

そうすると、２つのバラクタダイオード６１，６２の各々には、２０Ｖの逆バイアスが印加され、可変容量素子６の容量は、小さくなる。その結果、スロット４からなる無給電素子は、ほぼ開放された状態になり、よく励振する。

また、２つのバラクタダイオード７１，７２の各々には、０Ｖの直流電圧が印加され、可変容量素子７の容量は、大きくなる。その結果、スロット５からなる無給電素子は、ほぼ短絡された状態になり、あまり励振しない。

そうすると、アレーアンテナ装置１０は、例えば、図４に示すようにスロット３からスロット４の方向へ傾いた指向性ＤＩＲ１を有するビームパターンＢＰＭ１を放射する。

一方、直流電源１８が直流電圧ＤＣＶ１＝０Ｖを被覆導体１７３から導線１１，１２へ供給し、直流電圧ＤＣＶ２＝２０Ｖを芯導体１７１から導線１３，１４へ供給すると、直流電圧ＤＣＶ１＝０Ｖは、抵抗体１５を介してノードＮ１に印加され、直流電圧ＤＣＶ２＝２０Ｖは、抵抗体１６を介してノードＮ２に印加される。そして、導線１３に供給された直流電圧ＤＣＶ２＝２０Ｖは、コンデンサ９により遮断され、給電端子３Ｂの電圧は、０Ｖになる。その結果、０Ｖの直流電圧が、導体２を介して２つのバラクタダイオード７１，７２のアノードに印加される。

そうすると、２つのバラクタダイオード６１，６２の各々には、０Ｖの直流電圧が印加され、可変容量素子６の容量は大きくなる。その結果、スロット４からなる無給電素子は、ほぼ短絡された状態になり、あまり励振しない。

また、２つのバラクタダイオード７１，７２の各々には、２０Ｖの逆バイアスが印加され、可変容量素子７の容量は小さくなる。その結果、スロット５からなる無給電素子は、ほぼ開放された状態になり、よく励振する。

そうすると、アレーアンテナ装置１０は、例えば、図４に示すようにスロット３からスロット５の方向へ傾いた指向性ＤＩＲ２を有するビームパターンＢＰＭ２を放射する。

このように、直流電圧［ＤＣＶ１，ＤＣＶ２］を［２０Ｖ，０Ｖ］に設定すれば、アレーアンテナ装置１０は、指向性ＤＩＲ１を有するビームパターンＢＰＭ１を放射し、直流電圧［ＤＣＶ１，ＤＣＶ２］を［０Ｖ，２０Ｖ］に設定すれば、アレーアンテナ装置１０は、指向性ＤＩＲ２を有するビームパターンＢＰＭ２を放射する。

そして、被覆導体１７３が正になるように直流電源１８が被覆導体１７３と芯導体１７１との間に２０Ｖの直流電圧を印加すれば、直流電圧［ＤＣＶ１，ＤＣＶ２］＝［２０Ｖ，０Ｖ］がそれぞれ導線１１，１２および導線１３，１４に供給され、芯導体１７１が正になるように直流電源１８が芯導体１７１と被覆導体１７３との間に２０Ｖの直流電圧を印加すれば、直流電圧［ＤＣＶ１，ＤＣＶ２］＝［０Ｖ，２０Ｖ］がそれぞれ導線１１，１２および導線１３，１４に供給される。

従って、直流電源１８は、芯導体１７１と被覆導体１７３との間に印加する直流電圧の極性を切換えることによってアレーアンテナ装置１０の指向性を指向性ＤＩＲ１と指向性ＤＩＲ２との間で切換えることができる。

また、交流電源１９は、芯導体１７１と被覆導体１７３との間に直流電圧に重畳して交流電圧を印加するので、１つの同軸ケーブル１７を介してスロット３からなる給電素子に給電できるとともに、可変容量素子６，７の容量を制御できる。その結果、１つの同軸ケーブル１７を介してアレーアンテナ装置１０のアンテナ特性を制御できる。

図５は、図１に示すアレーアンテナ装置が放射するビームパターンの他の概念図である。スロット３〜５の各々の面積を面積Ｓ１と面積Ｓ２（＞Ｓ１）との間で変えたときのビーム形状について説明する。

スロット３〜５の各々の面積が面積Ｓ１であるとき、アレーアンテナ装置１０は、ビームパターンＢＰＭ３を放射し、スロット３〜５の各々の面積が面積Ｓ２であるとき、アレーアンテナ装置１０は、ビームパターンＢＰＭ４を放射する。

このように、スロット３〜５の面積により、ビーム幅およびビーム方向を変えることができる。

スロット３〜５の各々の面積は、長さＬおよび幅Ｗの積によって決定されるので、長さＬおよび幅Ｗを変えて各スロットの励振振幅と位相とを設計することによって、所望のビーム幅または所望のビーム方向を有するビームを放射するアレーアンテナ装置１０を作製できる。

図６は、アレーアンテナ装置１０の他の平面図である。アレーアンテナ装置１０においては、スロット４，５は、スロット３と略平行に配置されていなくてもよく、図６に示すように、スロット３と所定の角度を成すように配置されてもよい。即ち、この発明においては、無給電素子を構成するスロット４，５は、給電素子を構成するスロット３と非平行に配置されてもよい。但し、スロット４，５は、スロット３を中心にして線対称または点対称に配置される。

このように、スロット４，５をスロット３と非平行に配置することによって、アレーアンテナ装置１０は、スロット３の長手方向ＤＲ１に感度を有する。

図７は、この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置の更に他の平面図である。この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置２０は、図１に示すアレーアンテナ装置１０に可変容量素子２１，２２、スロット４１，５１、導線２３，２４および抵抗体２５，２６を追加したものであり、その他は、アレーアンテナ装置１０と同じである。

スロット４１，５１は、スロット３〜５と同じ長さＬおよび同じ幅Ｗを有する。なお、スロット４１，５１は、スロット３〜５と同じ長さＬおよび同じ幅Ｗを有さなくてもよい。そして、スロット４１は、スロット４を基準にしてスロット３と反対側に配置され、スロット５１は、スロット５を基準にしてスロット３と反対側に配置される。

その結果、スロット４，４１，５，５１は、スロット３を中心にして対称に配置される。

可変容量素子２１は、スロット４１の両側の導体間に接続され、２つのバラクタダイオード２１１，２１２からなる。また、可変容量素子２２は、スロット５１の両側の導体間に接続され、２つのバラクタダイオード２２１，２２２からなる。

そして、２つのバラクタダイオード２１１，２１２および２２１，２２２は、図３に示すバラクタダイオード６１，６２と同じようにそれぞれスロット４１，５１の両側の導体間に逆直列に接続される。

導線２３は、同軸ケーブル１７の被覆導体１７３の一方端を抵抗体２５を介して２つのバラクタダイオード２１１，２１２間のノードＮ３に接続する。導線２４は、同軸ケーブル１７の芯導体１７１の一方端を抵抗体２６を介して２つのバラクタダイオード２２１，２２２間のノードＮ４に接続する。

抵抗体２５，２６は、抵抗体１５，１６と同じ抵抗値を有する。そして、抵抗体２５は、被覆導体１７３に印加された交流電圧ＲＦＶを遮断し、被覆導体１７３に印加された直流電圧ＤＣＶ１をノードＮ３に供給する。また、抵抗体２６は、芯導体１７１に印加された交流電圧ＲＦＶを遮断し、芯導体１７１に印加された直流電圧ＤＣＶ２をノードＮ４に供給する。

アレーアンテナ装置２０における指向性の制御について説明する。図８は、図７に示すアレーアンテナ装置２０が放射するビームパターンの概念図である。

交流電源１９は、芯導体１７１と被覆導体１７３との間に交流電圧ＲＦＶを印加すると、交流電圧ＲＦＶは、導線１２，１３およびコンデンサ８，９を介して給電端子３Ａ，３Ｂに供給され、スロット３からなる給電素子に給電される。

また、直流電源１８が直流電圧ＤＣＶ１＝２０Ｖを被覆導体１７３から導線１１，１２，２３に供給し、直流電圧ＤＣＶ２＝０Ｖを芯導体１７１から導線１３，１４，２４に供給すると、直流電圧ＤＣＶ１＝２０Ｖは、それぞれ、抵抗体１５，２５を介してノードＮ１，Ｎ３に印加され、直流電圧ＤＣＶ２＝０Ｖは、それぞれ、抵抗体１６，２６を介してノードＮ２，Ｎ４に印加される。そして、導線１２に供給された直流電圧ＤＣＶ１＝２０Ｖは、コンデンサ８により遮断され、給電端子３Ａの電圧は、０Ｖになる。その結果、０Ｖの直流電圧が、導体２を介して２つのバラクタダイオード６１，６２のアノードおよび２つのバラクタダイオード２１１，２１２のアノードに印加される。

そうすると、バラクタダイオード６１，６２，２１１，２１２の各々には、２０Ｖの逆バイアスが印加され、可変容量素子６，２１の容量は、小さくなる。その結果、スロット４からなる無給電素子およびスロット４１からなる無給電素子は、ほぼ開放された状態になり、よく励振する。

また、２つのバラクタダイオード７１，７２および２つのバラクタダイオード２２１，２２２の各々には、０Ｖの直流電圧が印加され、可変容量素子７，２２の容量は、大きくなる。その結果、スロット５からなる無給電素子およびスロット５１からなる無給電素子は、ほぼ短絡された状態になり、あまり励振しない。

そうすると、アレーアンテナ装置２０は、例えば、図８に示すようにスロット３からスロット４，４１の方向へ傾いた指向性ＤＩＲ３を有するビームパターンＢＰＭ５を放射する。

一方、直流電源１８が直流電圧ＤＣＶ１＝０Ｖを被覆導体１７３から導線１１，１２，２３へ供給し、直流電圧ＤＣＶ２＝２０Ｖを芯導体１７１から導線１３，１４，２４へ供給すると、直流電圧ＤＣＶ１＝０Ｖは、それぞれ、抵抗体１５，２５を介してノードＮ１，Ｎ３に印加され、直流電圧ＤＣＶ２＝２０Ｖは、それぞれ、抵抗体１６，２６を介してノードＮ２，Ｎ４に印加される。そして、導線１３に供給された直流電圧ＤＣＶ２＝２０Ｖは、コンデンサ９により遮断され、給電端子３Ｂの電圧は、０Ｖになる。その結果、０Ｖの直流電圧が、導体２を介して２つのバラクタダイオード７１，７２のアノードおよび２つのバラクタダイオード２２１，２２２のアノードに印加される。

そうすると、バラクタダイオード６１，６２，２１１，２１２の各々には、０Ｖの直流電圧が印加され、可変容量素子６，２１の容量は大きくなる。その結果、スロット４，４１からなる無給電素子は、ほぼ短絡された状態になり、あまり励振しない。

また、バラクタダイオード７１，７２，２２１，２２２の各々には、２０Ｖの逆バイアスが印加され、可変容量素子７，２２の容量は小さくなる。その結果、スロット５からなる無給電素子およびスロット５１からなる無給電素子は、ほぼ開放された状態になり、よく励振する。

そうすると、アレーアンテナ装置２０は、例えば、図８に示すようにスロット３からスロット５，５１の方向へ傾いた指向性ＤＩＲ４を有するビームパターンＢＰＭ６を放射する。

このように、直流電圧［ＤＣＶ１，ＤＣＶ２］を［２０Ｖ，０Ｖ］に設定すれば、アレーアンテナ装置２０は、指向性ＤＩＲ３を有するビームパターンＢＰＭ５を放射し、直流電圧［ＤＣＶ１，ＤＣＶ２］を［０Ｖ，２０Ｖ］に設定すれば、アレーアンテナ装置２０は、指向性ＤＩＲ４を有するビームパターンＢＰＭ６を放射する。

そして、被覆導体１７３が正になるように直流電源１８が被覆導体１７３と芯導体１７１との間に２０Ｖの直流電圧を印加すれば、直流電圧［ＤＣＶ１，ＤＣＶ２］＝［２０Ｖ，０Ｖ］がそれぞれ導線１１，１２，２３および導線１３，１４，２４に供給され、芯導体１７１が正になるように直流電源１８が芯導体１７１と被覆導体１７３との間に２０Ｖの直流電圧を印加すれば、直流電圧［ＤＣＶ１，ＤＣＶ２］＝［０Ｖ，２０Ｖ］がそれぞれ導線１１，１２，２３および導線１３，１４，２４に供給される。

従って、直流電源１８は、芯導体１７１と被覆導体１７３との間に印加する直流電圧の極性を切換えることによってアレーアンテナ装置２０の指向性を指向性ＤＩＲ３と指向性ＤＩＲ４との間で切換えることができる。

また、交流電源１９は、芯導体１７１と被覆導体１７３との間に直流電圧に重畳して交流電圧を印加するので、１つの同軸ケーブル１７を介してスロット３からなる給電素子に給電できるとともに、可変容量素子６，７，２１，２２の容量を制御できる。その結果、１つの同軸ケーブル１７を介してアレーアンテナ装置２０のアンテナ特性を制御できる。

上記においては、直流電源１８は、２０Ｖの直流電圧を極性を切換えて同軸ケーブル１７の芯導体１７１と被覆導体１７３との間に印加すると説明したが、この発明においては、直流電源１８は、２０Ｖ以外の所定の直流電圧を極性を切換えて同軸ケーブル１７の芯導体１７１と被覆導体１７３との間に印加するようにしてもよい。この場合、芯導体１７１と被覆導体１７３との間に印加する直流電圧の大きさに応じて、アレーアンテナ装置１０，２０から放射されるビームの指向性を各種変えることができる。

また、この発明においては、直流電源１８が芯導体１７１と被覆導体１７３との間に印加する直流電圧の電圧値を随時変えるようにしてもよい。これにより、アレーアンテナ装置１０，２０から放射されるビームの指向性を随時変えることができる。

更に、上記においては、スロットからなる無給電素子は、２個または４個であると説明したが、この発明においては、これに限らず、一般的に、スロットからなる無給電素子は、２ｎ（ｎは、偶数）個であればよい。

更に、上記においては、芯導体１７１と、被覆導体１７３とを含む同軸ケーブル１７を介して交流電圧ＲＦＶおよび直流電圧ＤＣＶ１，ＤＣＶ２が導線１１〜１４（または導線１１〜１４，２３，２４）に供給されると説明したが、この発明においては、これに限らず、略平行な２つの導体線からなるケーブルを介して交流電圧ＲＦＶおよび直流電圧ＤＣＶ１，ＤＣＶ２が導線１１〜１４（または導線１１〜１４，２３，２４）に供給されてもよい。この場合、２つの導体線は、略平行になっているが、これは、インピーダンス整合を取るためである。

同軸ケーブル１７の芯導体１７１は、絶縁体１７２を介して被覆導体１７３によって覆われているため、芯導体１７１および被覆導体１７３は、相互に略平行になっており、同軸ケーブル１７を介して交流電圧ＲＦＶを供給することによりインピーダンス整合が取れる。従って、同軸ケーブル１７は、略平行な２つの導体線からなるケーブルに含まれる。

そして、この発明においては、交流電圧ＲＦＶおよび直流電圧ＤＣＶ１，ＤＣＶ２は、一般的に、交流電圧ＲＦＶを供給するときのインピーダンス整合が取れる２つの導体線からなるケーブルを介して供給されればよい。

なお、コンデンサ８，９、導線１１〜１４、抵抗体１５，１６、直流電源１８および交流電源１９は、同軸ケーブル１７を介して、スロット３からなる給電素子に給電するとともに２ｎ個の可変容量素子６，７（偶数の可変容量素子）の容量を制御して指向性を制御する「アンテナ制御部」を構成する。

また、コンデンサ８，９、導線１１〜１４，２３，２４、抵抗体１５，１６，２５，２６、直流電源１８および交流電源１９は、同軸ケーブル１７を介して、スロット３からなる給電素子に給電するとともに２ｎ個の可変容量素子６，７，２１，２２（偶数の可変容量素子）の容量を制御して指向性を制御する「アンテナ制御部」を構成する。

更に、導線１３，１４は、芯導体１７１に印加され、かつ、スロット３からなる給電素子の一方側に配置されたｎ個の可変容量素子７の容量を制御するための直流電圧ＤＣＶ２をｎ個の可変容量素子７に供給するとともに、芯導体１７１に印加された交流電圧ＲＦＶをスロット３からなる給電素子に供給する「第１の給電線」を構成する。

更に、導線１１，１２は、被覆導体１７３に印加され、かつ、スロット３からなる給電素子の他方側に配置されたｎ個の可変容量素子６の容量を制御するための直流電圧ＤＣＶ１をｎ個の可変容量素子６に供給するとともに、被覆導体１７３に印加された交流電圧ＲＦＶをスロット３からなる給電素子に供給する「第２の給電線」を構成する。

更に、導線１３，１４，２４は、芯導体１７１に印加され、かつ、スロット３からなる給電素子の一方側に配置されたｎ個の可変容量素子７，２２の容量を制御するための直流電圧ＤＣＶ２をｎ個の可変容量素子７，２２に供給するとともに、芯導体１７１に印加された交流電圧ＲＦＶをスロット３からなる給電素子に供給する「第１の給電線」を構成する。

更に、導線１１，１２，２３は、被覆導体１７３に印加され、かつ、スロット３からなる給電素子の他方側に配置されたｎ個の可変容量素子６，２１の容量を制御するための直流電圧ＤＣＶ１をｎ個の可変容量素子６，２１に供給するとともに、被覆導体１７３に印加された交流電圧ＲＦＶをスロット３からなる給電素子に供給する「第２の給電線」を構成する。

更に、導線１４は、芯導体１７１の一方端をｎ個の可変容量素子７の容量を制御するためのｎ個のノードＮ２に抵抗体１６を介して接続する「ｎ個の第１の導線」を構成する。

更に、導線１３は、芯導体１７１の一方端をスロット３からなる給電素子の給電端子３Ｂにコンデンサ９を介して接続する「第１の交流配線」を構成する。

更に、導線１１は、被覆導体１７３の一方端をｎ個の可変容量素子６の容量を制御するためのｎ個のノードＮ１に抵抗体１５を介して接続する「ｎ個の第２の導線」を構成する。

更に、導線１２は、被覆導体１７３の一方端をスロット３からなる給電素子の給電端子３Ａにコンデンサ８を介して接続する「第２の交流配線」を構成する。

更に、導線１４，２４は、芯導体１７１の一方端をｎ個の可変容量素子７，２２の容量を制御するためのｎ個のノードＮ２，Ｎ４に抵抗体１６，２６を介して接続する「ｎ個の第１の導線」を構成する。

更に、導線１１，２３は、被覆導体１７３の一方端をｎ個の可変容量素子６，２１の容量を制御するためのｎ個のノードＮ１，Ｎ３に抵抗体１５，２５を介して接続する「ｎ個の第２の導線」を構成する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、制御線の数が少なく、指向性を電気的に切換え可能なアレーアンテナ装置に適用される。

この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置の平面図である。 図１に示す線ＩＩ−ＩＩ間におけるアレーアンテナ装置の断面図である。 図１および図２に示す可変容量素子の接続方法を詳細に説明するための図である。 図１に示すアレーアンテナ装置が放射するビームパターンの概念図である。 図１に示すアレーアンテナ装置が放射するビームパターンの他の概念図である。 アレーアンテナ装置の他の平面図である。 この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置の更に他の平面図である。 図７に示すアレーアンテナ装置が放射するビームパターンの概念図である。

符号の説明

１ 誘電体基板、１Ａ 一主面、２，２Ａ，２Ｂ 導体、３〜５，４１，５１ スロット、３Ａ，３Ｂ 給電端子、６，７，２１，２２ 可変容量素子、８，９ コンデンサ、１０，２０ アレーアンテナ装置、１１〜１４，２３，２４ 導線、１５，１６，２５，２６ 抵抗体、１７ 同軸ケーブル、１８ 直流電源、１９ 交流電源、６１，６２，７１，７２，２１１，２１２，２２１，２２２ バラクタダイオード、１７１ 芯導体、１７２ 絶縁体、１７３ 被覆導体。

Claims (4)

1. 誘電体基板の一主面に形成された第１のスロットからなる給電素子と、
   前記誘電体基板の一主面に前記第１のスロットを中心にして対称に配置された２ｎ（ｎは正の整数）個の第２のスロットからなる２ｎ個の無給電素子と、
   前記２ｎ個の無給電素子に装荷された２ｎ個の可変容量素子と、
   略平行な第１および第２の導体線からなるケーブルと、
   前記ケーブルを介して、前記給電素子に給電するとともに前記２ｎ個の可変容量素子の容量を制御して指向性を制御するアンテナ制御部とを備えるアレーアンテナ装置。
2. 前記アンテナ制御部は、
   前記第１の導体線と前記第２の導体線との間に極性が異なる２つの直流電圧を選択的に印加する直流電源と、
   前記第１の導体線と前記第２の導体線との間に交流電圧を印加する交流電源と、
   前記第１の導体線に印加され、かつ、前記給電素子の一方側に配置された第１のｎ個の可変容量素子の容量を制御するための第１の直流電圧を前記第１のｎ個の可変容量素子に供給するとともに、前記第１の導体線に印加された交流電圧を前記給電素子に供給する第１の給電線と、
   前記第２の導体線に印加され、かつ、前記給電素子の他方側に配置された第２のｎ個の可変容量素子の容量を制御するための第２の直流電圧を前記第２のｎ個の可変容量素子に供給するとともに、前記第２の導体線に印加された交流電圧を前記給電素子に供給する第２の給電線とを含む、請求項１に記載のアレーアンテナ装置。
3. 前記第１の給電線は、
   前記第１の導体線の一方端を前記第１のｎ個の可変容量素子の容量を制御するためのｎ個の中間ノードに第１の抵抗体を介して接続するｎ個の第１の導線と、
   前記第１の導体線の一方端を前記給電素子の第１の給電端子に第１の容量素子を介して接続する第１の交流配線とを含み、
   前記第２の給電線は、
   前記第２の導体線の一方端を前記第２のｎ個の可変容量素子の容量を制御するためのｎ個の中間ノードに第２の抵抗体を介して接続するｎ個の第２の導線と、
   前記第２の導体線の一方端を前記給電素子の第２の給電端子に第２の容量素子を介して接続する第２の交流配線とを含む、請求項２に記載のアレーアンテナ装置。
4. 前記２ｎ個の可変容量素子の各々は、前記第２のスロットの両側に位置する導体間に逆直列に接続された２つのバラクタダイオードからなり、
   前記中間ノードは、前記２つのバラクタダイオード間に位置する、請求項３に記載のアレーアンテナ装置。

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