JP2006211637A - アレーアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 広帯域化が可能なアレーアンテナ装置を提供する。
【解決手段】 アレーアンテナ装置１０は、基板１と、給電素子２と、無給電素子３，４と、バラクタダイオード６〜９と、容量変化手段１１とを備える。基板１は、プリント基板からなる。給電素子２および無給電素子３，４は、基板１上に略平行に配置される。無給電素子３，４は、給電素子２を中心にして対称に配置される。無給電素子３，４の長さＬ２は、給電素子２の長さＬ１よりも長い。バラクタダイオード６，７は、無給電素子３に装荷され、バラクタダイオード８，９は、無給電素子４に装荷される。容量変化手段１１は、制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ４をそれぞれバラクタダイオード６〜９へ供給し、バラクタダイオード６〜９の容量を変える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、アレーアンテナ装置に関し、特に、広帯域化が可能なアレーアンテナ装置に関するものである。

非特許文献１は、電気的に指向性を切換可能なアレーアンテナを開示する。このアレーアンテナは、１本の給電素子と、６本の無給電素子とからなり、６本の無給電素子は、給電素子の回りに正六角形に配列される。そして、６本の無給電素子には、可変容量素子であるバラクタダイオードが装荷されており、バラクタダイオードのリアクタンスを変えることによってアレーアンテナの指向性が切換えられる。
Takashi OHIRA and Koichi GYODA, "Hand-Held Microwave Direction-of-Arrival Finder Based on Varacter-Tuned Analog Aerial Beamforming"，Proceedings of APMC 2001, Taipei, Taiwan, R.O.C., 2001, IEEE, p585-588．

しかし、非特許文献１に記載されたアレーアンテナにおいては、１本の無給電素子には、１個のバラクタダイオードが装荷されるため、周波数帯域が相対的に狭いという問題がある。

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、広帯域化が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、給電素子と、ｎ（ｎは正の整数）個の無給電素子と、ｍ（ｍは２以上の整数）個の可変容量素子と、容量変化手段とを備える。ｎ個の無給電素子は、各々が給電素子の長さと異なる長さを有する。ｍ個の可変容量素子は、１つの無給電素子に複数の可変容量素子が装荷されることによりｎ個の無給電素子の少なくとも１つに装荷される。容量変化手段は、ｍ個の可変容量素子の容量を変化させる。

好ましくは、ｎ個の無給電素子は、給電素子よりも長い。

好ましくは、１つの無給電素子に装荷された複数の可変容量素子は、相互に所定の間隔を隔てて前記無給電素子に装荷される。

好ましくは、ｎ個の無給電素子の各々は、給電素子の長さ方向において給電素子の両側に長くなるように配置される。

好ましくは、１個の無給電素子に２個以上の可変容量素子が装荷される場合、無給電素子の長さに対する隣接する２個の可変容量素子の間隔の比は、約０．０５〜約０．４０の範囲に設定される。

好ましくは、１個の無給電素子に２個以上の可変容量素子が装荷される場合、給電素子の長さに対する隣接する２個の可変容量素子の間隔の比は、約０．０８〜約０．６０の範囲に設定される。

好ましくは、アレーアンテナ装置は、地板を更に備える。地板は、接地電位を有する。そして、給電素子の一方端およびｎ個の無給電素子の各々の一方端は、地板に連結される。また、給電素子は、モノポール素子からなる。

好ましくは、１個の無給電素子に２個以上の可変容量素子が装荷される場合、無給電素子の長さに対する隣接する２個の可変容量素子の間隔の比は、約０．１０〜約０．３０の範囲に設定される。

好ましくは、１個の無給電素子に２個以上の可変容量素子が装荷される場合、給電素子の長さに対する隣接する２個の可変容量素子の間隔の比は、約０．２０〜約０．５０の範囲に設定される。

好ましくは、１つの無給電素子に装荷された複数の可変容量素子は、直列に接続されて無給電素子の１箇所に装荷される。

好ましくは、当該アレーアンテナ装置の周波数帯域を相対的に広くする場合、相対的に多くの可変容量素子が１つの無給電素子に装荷される。

好ましくは、容量変化手段は、１つの無給電素子に装荷された複数の可変容量素子の複数の容量が同じになるようにｍ個の可変容量素子の容量を変化させる。

この発明によるアレーアンテナ装置においては、少なくとも１本の無給電素子に２個以上のバラクタダイオードが装荷され、２個以上のバラクタダイオードの容量が変えられる。また、無給電素子は、給電素子と異なる長さを有する。その結果、無給電素子の電気長が変化し、給電素子に交流電流が流れることに起因して無給電素子に流れる交流電流の周波数が無給電素子の電気長に応じて変化する。そして、無給電素子の電気長が変化する範囲は、バラクタダイオードが１個であり、給電素子および無給電素子が同じ長さを有する場合よりも広くなる。

従って、この発明によれば、アレーアンテナの周波数帯域を広くできる。

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。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置の平面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置１０は、基板１と、給電素子２と、無給電素子３，４と、バラクタダイオード６〜９と、容量変化手段１１とを備える。

基板１は、例えば、プリント基板からなる。給電素子２および無給電素子３，４は、基板１上に略平行に配置される。そして、無給電素子３，４は、給電素子２を中心にして対称に配置される。

給電素子２は、ダイポール素子からなり、２３０ｍｍの長さＬ１を有する。無給電素子３，４は、３３０ｍｍの長さＬ２を有する。また、給電素子２および無給電素子３，４の各々は、１０ｍｍの幅Ｗを有する。

このように、アレーアンテナ装置１０においては、無給電素子３，４は、給電素子２よりも長い。そして、無給電素子３，４は、給電素子２の長さ方向において給電素子２の両側に長くなるように配置される。

給電素子２と無給電素子３，４との間隔ｄは、３０ｍｍであり、この３０ｍｍは、アレーアンテナ装置１０が送受信する電波の波長をλとした場合、０．０５λに相当する。

バラクタダイオード６，７は、無給電素子３に装荷される。そして、バラクタダイオード６は、無給電素子３の一方端３ＡからＬ４＝１１５ｍｍの位置に装荷され、バラクタダイオード７は、無給電素子３の他方端３ＢからＬ５＝１１５ｍｍの位置に装荷される。その結果、バラクタダイオード６，７間の間隔Ｌ３は、１００ｍｍとなる。

バラクタダイオード８，９は、無給電素子４に装荷される。そして、バラクタダイオード８，９の無給電素子４への装荷位置およびバラクタダイオード８，９間の間隔は、バラクタダイオード６，７の場合と同じである。

このように、アレーアンテナ装置１０においては、無給電素子３，４の各々に２個のバラクタダイオード６，７；８，９が装荷される。

容量変化手段１１は、制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ４をそれぞれバラクタダイオード６〜９へ供給し、バラクタダイオード６〜９の容量を変化させる。この場合、容量変化手段１１は、無給電素子３に装荷された２個のバラクタダイオード６，７の容量が同じになるように制御電圧ＣＶ１，ＣＶ２をそれぞれバラクタダイオード６，７へ供給し、無給電素子４に装荷された２個のバラクタダイオード８，９の容量が同じになるように制御電圧ＣＶ３，ＣＶ４をそれぞれバラクタダイオード８，９へ供給する。

より具体的には、容量変化手段１１は、バラクタダイオード６〜９の容量を相対的に小さくする場合、相対的に高い制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ４をそれぞれバラクタダイオード６〜９へ供給し、バラクタダイオード６〜９の容量を相対的に大きくする場合、相対的に低い制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ４をそれぞれバラクタダイオード６〜９へ供給する。

例えば、容量変化手段１１は、バラクタダイオード６〜９の容量を０．８ｐＦに設定する場合、約２０Ｖからなる制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ４をそれぞれバラクタダイオード６〜９へ供給し、バラクタダイオード６〜９の容量を８．０ｐＦに設定する場合、約０Ｖからなる制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ４をそれぞれバラクタダイオード６〜９へ供給する。

図２は、図１に示す無給電素子３および２個のバラクタダイオード６，７の詳細を示す平面図である。無給電素子３は、導体３１〜３３からなる。バラクタダイオード６は、導体３１と導体３２との間に接続される。また、バラクタダイオード７は、導体３２と導体３３との間に接続される。

そして、制御電圧ＣＶ１は、バラクタダイオード６に逆バイアスが印加されるようにノードＮ１，Ｎ２間に印加され、制御電圧ＣＶ２は、バラクタダイオード７に逆バイアスが印加されるようにノードＮ３，Ｎ４間に印加される。

即ち、制御電圧ＣＶ１は、バラクタダイオード６のカソード側のノードＮ１が正になり、バラクタダイオード６のアノード側のノードＮ２が負になるようにノードＮ１，Ｎ２間に印加され、制御電圧ＣＶ２は、バラクタダイオード７のカソード側のノードＮ３が正になり、バラクタダイオード７のアノード側のノードＮ４が負になるようにノードＮ３，Ｎ４間に印加される。

バラクタダイオード６，７は、図２に示す接続方向と逆向きにそれぞれ導体３１，３２間および導体３２，３３間に接続されてもよい。この場合、制御電圧ＣＶ１は、ノードＮ１が負になり、ノードＮ２が正になるようにノードＮ１，Ｎ２間に印加され、制御電圧ＣＶ２は、ノードＮ３が負になり、ノードＮ４が正になるようにノードＮ３，Ｎ４間に印加される。

無給電素子４は、無給電素子３と同じ構成からなり、バラクタダイオード８，９の無給電素子４への装荷方法は、バラクタダイオード６，７の無給電素子３への装荷方法と同じである。

図３は、図１に示すアレーアンテナ装置１０における（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す図である。図３において、縦軸は、（反射電力／入力電力）^１／２を表し、横軸は、周波数を表す。（反射電力／入力電力）^１／２は、給電素子２に電力を供給したときの入力電力に対する反射電力の比を表す。

図３に示す（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係は、無給電素子４に装荷されたバラクタダイオード８，９の容量を８．０ｐＦに設定し、無給電素子３に装荷されたバラクタダイオード６，７の両方の容量を０．８ｐＦ，０，９ｐＦ，１．０ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．５ｐＦ，２．０ｐＦ，２．５ｐＦ，４．０ｐＦ，８．０ｐＦと変化させたときの（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示すシミュレーション結果である。

曲線ｋ１〜ｋ９は、それぞれ、バラクタダイオード６，７の両方の容量が８．０ｐＦ，４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦである場合の（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す。

バラクタダイオード６，７の容量が変化した場合、（反射電力／入力電力）^１／２は、約４４０ＭＨｚ〜約６８０ＭＨｚの範囲で低下する。（反射電力／入力電力）^１／２が低下することは、給電素子２の給電部５から反射する電力が減少し、約４４０ＭＨｚ〜約６８０ＭＨｚの範囲の周波数を有する交流電流が給電素子２に流れることを意味する。

従って、アレーアンテナ装置１０は、約４４０ＭＨｚ〜約６８０ＭＨｚの範囲の電波を送受信できる。つまり、アレーアンテナ装置１０は、約４４０ＭＨｚ〜約６８０ＭＨｚの範囲の周波数帯域を有する。

そして、図３から明らかなように、バラクタダイオード６，７の両方の容量を８．０ｐＦから０．８ｐＦへ小さくすることにより、アレーアンテナ装置１０の周波数帯域が広くなる。

これは、バラクタダイオード６，７の両方の容量を変化させることにより、給電素子２の給電部５に給電されることに起因して励振する無給電素子３の電気長が変化し、無給電素子３，４は、給電素子２よりも長いので、給電素子２に流れる交流電流の周期、即ち、周波数がより多くの周波数に変化するからである。

このように、バラクタダイオード８，９の容量を一定に保持しながら、バラクタダイオード６，７の両方の容量を変化させることにより、アレーアンテナ装置１０の周波数帯域を制御できる。

なお、バラクタダイオード６，７の容量を８．０ｐＦに設定し、バラクタダイオード８，９の容量を８．０ｐＦ〜０．８ｐＦの範囲で変化させても、図３に示す（反射電力／入力出力）^１／２と周波数との関係が得られる。

図４は、従来のアレーアンテナ装置の平面図である。アレーアンテナ装置２０は、基板２１と、給電素子２２と、無給電素子２３，２４と、バラクタダイオード２６，２７とを備える。基板２１、給電素子２２および無給電素子２３，２４は、図１に示すアレーアンテナ装置１０の基板１、給電素子２および無給電素子３，４とそれぞれ同じである。

給電素子２２は、給電部２５を有する。バラクタダイオード２６は、無給電素子２３の略中央に装荷され、バラクタダイオード２７は、無給電素子２４の略中央に装荷される。

このように、アレーアンテナ装置２０においては、１本の無給電素子には、１個のバラクタダイオードが装荷される。

図５は、図４に示すアレーアンテナ装置２０における（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す図である。図５において、縦軸は、（反射電力／入力電力）^１／２を表し、横軸は、周波数を表す。

図５に示す（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係は、無給電素子２４に装荷されたバラクタダイオード２７の容量を８．０ｐＦに設定し、無給電素子２３に装荷され
たバラクタダイオード２６の容量を０．８ｐＦ，０，９ｐＦ，１．０ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．５ｐＦ，２．０ｐＦ，２．５ｐＦ，４．０ｐＦ，８．０ｐＦと変化させたときの（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示すシミュレーション結果である。

曲線ｋ１０〜ｋ１８は、それぞれ、バラクタダイオード２６の容量が８．０ｐＦ，４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦである場合の（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す。

（反射電力／入力電力）^１／２は、約４２０ＭＨｚ〜約６８０ＭＨｚの範囲で低下しており、アレーアンテナ装置２０は、約４２０ＭＨｚ〜約６８０ＭＨｚの範囲に周波数帯域を有する。そして、バラクタダイオード２６の容量を８．０ｐＦから０．８ｐＦへ小さくすることにより、アレーアンテナ装置２０の周波数帯域が広くなる。

このように、従来のアレーアンテナ装置２０においても、無給電素子２３に装荷されたバラクタダイオード２６の容量を変えることによりアレーアンテナ装置２０の周波数帯域を広くできる。

しかし、図３に示すように、アレーアンテナ装置１０においてバラクタダイオード６，７の両方の容量を８．０ｐＦから０．８ｐＦへ小さくすることによる周波数帯域の広がりは、アレーアンテナ装置２０においてバラクタダイオード２６の容量を８．０ｐＦから０．８ｐＦへ小さくすることによる周波数帯域の広がりよりも大きい。

従って、１本の無給電素子に２個のバラクタダイオードを装荷することにより、ほぼ同じ周波数帯域において従来のアレーアンテナ装置２０の周波数帯域を広くできる。

図６は、この発明の実施の形態１による他のアレーアンテナ装置の平面図である。アレーアンテナ装置１０Ａは、図１に示すアレーアンテナ装置１０のバラクタダイオード６，７をバラクタダイオード６Ａに代え、バラクタダイオード８，９をバラクタダイオード７Ａに代えたものであり、その他は、アレーアンテナ装置１０と同じである。なお、図６においては、容量変化手段１１は、省略されている。

バラクタダイオード６Ａは、無給電素子３の略中央に装荷され、バラクタダイオード７Ａは、無給電素子４の略中央に装荷される。

図７は、図６に示すバラクタダイオード６Ａ，７Ａの構成図である。バラクタダイオード６Ａは、２個のバラクタダイオード６，７を直列に接続した構成からなる（図７の（ａ）参照）。また、バラクタダイオード７Ａは、２個のバラクタダイオード８，９を直列に接続した構成からなる（図７の（ｂ）参照）。

従って、制御電圧ＣＶ１は、ノードＮ１とノードＮ２，Ｎ３との間に印加され、制御電圧ＣＶ２は、ノードＮ２，Ｎ３とノードＮ４との間に印加される。また、制御電圧ＣＶ３は、ノードＮ５とノードＮ６，Ｎ７との間に印加され、制御電圧ＣＶ４は、ノードＮ６，Ｎ７とノードＮ８との間に印加される。

このように、アレーアンテナ装置１０Ａは、アレーアンテナ装置１０の２つのバラクタダイオード６，７；８，９を直列に接続して一箇所に装荷したアレーアンテナ装置である。

なお、バラクタダイオード６Ａは、２個のバラクタダイオード６，７が逆直列に接続された構成からなり、バラクタダイオード７Ａは、２個のバラクタダイオード８，９が逆直列に接続された構成からなっていてもよい。

図８は、図６に示すアレーアンテナ装置１０Ａにおける（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す図である。図８において、縦軸は、（反射電力／入力電力）^１／２を表し、横軸は、周波数を表す。

図８に示す（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係は、無給電素子４に装荷されたバラクタダイオード７Ａの容量を８．０ｐＦに設定し、無給電素子３に装荷されたバラクタダイオード６Ａの容量を０．８ｐＦ，０，９ｐＦ，１．０ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．５ｐＦ，２．０ｐＦ，２．５ｐＦ，４．０ｐＦ，８．０ｐＦと変化させたときの（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示すシミュレーション結果である。

曲線ｋ１９〜ｋ２７は、それぞれ、バラクタダイオード６Ａ（＝バラクタダイオード６，７）の容量が８．０ｐＦ，４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦである場合の（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す。

（反射電力／入力電力）^１／２は、約４４０ＭＨｚ〜約６４０ＭＨｚの範囲で低下しており、アレーアンテナ装置１０Ａは、約４４０ＭＨｚ〜約６４０ＭＨｚの範囲に周波数帯域を有する。そして、バラクタダイオード６Ａ（＝バラクタダイオード６，７）の容量を８．０ｐＦから０．８ｐＦへ小さくすることにより、アレーアンテナ装置１０Ａの周波数帯域が広くなる。従って、バラクタダイオード７Ａ（＝バラクタダイオード８，９）の容量を一定に保持しながら、バラクタダイオード６Ａ（＝バラクタダイオード６，７）の容量を変化させることにより、アレーアンテナ装置１０Ａの周波数帯域を制御できる。

そして、アレーアンテナ装置１０Ａにおいてバラクタダイオード６Ａ（＝バラクタダイオード６，７）の容量を８．０ｐＦから０．８ｐＦへ小さくすることによる周波数帯域の広がりは、アレーアンテナ装置２０においてバラクタダイオード２６の容量を８．０ｐＦから０．８ｐＦへ小さくすることによる周波数帯域の広がりよりも大きい（図５および図８参照）。

従って、２つのバラクタダイオード６，７；８，９を直列に接続して一箇所に装荷しても、従来のアレーアンテナ装置２０よりも周波数帯域を広くできる。

なお、バラクタダイオード６Ａ（＝バラクタダイオード６，７）の容量を８．０ｐＦに設定し、バラクタダイオード７Ａ（＝バラクタダイオード８，９）の容量を８．０ｐＦ〜０．８ｐＦの範囲で変化させても、図８に示す（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係が得られる。

図９は、図１に示す２つのバラクタダイオード６，７；８，９の間隔を変えたときの（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す図である。図９において、縦軸は、（反射電力／入力電力）^１／２を表し、横軸は、周波数を表す。また、曲線ｋ２８〜ｋ３３は、それぞれ、２つのバラクタダイオード６，７；８，９の間隔が１６０ｍｍ，１３０ｍｍ，１００ｍｍ，７０ｍｍ，４０ｍｍおよび２０ｍｍである場合の（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す。

この場合、バラクタダイオード６，７の容量は、０．８ｐＦであり、バラクタダイオード８，９の容量は、８．０ｐＦである。

（反射電力／入力電力）^１／２は、約４４０ＭＨｚ〜約７００ＭＨｚの範囲で低下しており、バラクタダイオード６，７；８，９の間隔を変えた場合、アレーアンテナ装置１０は、約４４０ＭＨｚ〜約７００ＭＨｚの範囲に周波数帯域を有する。そして、２つのバラクタダイオード６，７；８，９の間隔を１６０ｍｍから２０ｍｍへ変えることによってアレーアンテナ装置１０の周波数帯域が広くなる（図３および図９参照）。

従って、２つのバラクタダイオード６，７；８，９の間隔を変えることにより、アレーアンテナ装置１０の周波数帯域を広くすることができる。

そして、この発明においては、２つのバラクタダイオード６，７；８，９の間隔を変える場合、無給電素子３，４の長さに対する２つのバラクタダイオード６，７；８，９の間隔の比が約０．０５〜約０．４０の範囲に設定されるように２つのバラクタダイオード６，７；８，９の間隔を変える。

また、給電素子２の長さに対する２つのバラクタダイオード６，７；８，９の間隔の比が約０．０８〜約０．６０の範囲に設定されるように２つのバラクタダイオード６，７；８，９の間隔を変える。

図１０は、図１に示す給電素子２の長さに対する無給電素子３，４の長さを変えたときの（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す図である。図１０において、縦軸は、（反射電力／入力電力）^１／２を表し、横軸は、周波数を表す。また、曲線ｋ３４〜ｋ３７は、それぞれ、給電素子２の長さに対する無給電素子３，４の長さが−３０ｍｍ，０ｍｍ，＋５０ｍｍ，＋８０ｍｍおよび＋１１０ｍｍである場合の（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す。

図１０に示す結果から、給電素子２の長さに対する無給電素子３，４の長さがマイナスになっても、プラスになっても、アレーアンテナ装置１０の周波数帯域は広くなっている。

即ち、給電素子２の長さと無給電素子３，４の長さとを異なるようにすることにより、アレーアンテナ装置１０の周波数帯域を広くできる。

そして、給電素子２の長さに対する無給電素子３，４の長さが＋５０ｍｍである場合、アレーアンテナ装置１０の周波数帯域は、最も広くなる。

図１１は、この発明の実施の形態１による更に他のアレーアンテナ装置の平面図である。この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置１０Ｂは、図１に示すアレーアンテナ装置１０のバラクタダイオード６〜９をバラクタダイオード１２〜１７に代えたものであり、その他は、アレーアンテナ装置１０と同じでる。

バラクタダイオード１２〜１４は、無給電素子３に装荷され、バラクタダイオード１５〜１７は、無給電素子４に装荷される。従って、アレーアンテナ装置１０は、１本の無給電素子に３個のバラクタダイオードが装荷されたアレーアンテナ装置である。

バラクタダイオード１２は、無給電素子３の一方端３ＡからＬ６＝１３０ｍｍの位置に装荷され、バラクタダイオード１３は、無給電素子３の略中央に装荷され、バラクタダイオード１４は、無給電素子３の他方端３ＢからＬ７＝１３０ｍｍの位置に装荷される。その結果、バラクタダイオード１２，１４間の間隔Ｌ８は、７０ｍｍになり、バラクタダイオード１２，１３間およびバラクタダイオード１３，１４間の間隔は、３５ｍｍになる。

バラクタダイオード１５〜１７は、バラクタダイオード１２〜１４と同じように無給電素子４に装荷される。

また、バラクタダイオード１２〜１７の無給電素子３，４への装荷方法は、図２に示す装荷方法と同じである。

なお、アレーアンテナ装置１０Ｂにおいては、容量変化手段１１は、制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ６をそれぞれバラクタダイオード１２〜１７へ供給する。

図１２は、図１１に示すアレーアンテナ装置１０Ｂにおける（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す図である。図１２において、縦軸は、（反射電力／入力電力）^１／２を表し、横軸は、周波数を表す。

図１２に示す（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係は、無給電素子４に装荷されたバラクタダイオード１５〜１７の容量を８．０ｐＦに設定し、無給電素子３に装荷されたバラクタダイオード１２〜１４の容量を０．８ｐＦ，０，９ｐＦ，１．０ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．５ｐＦ，２．０ｐＦ，２．５ｐＦ，４．０ｐＦ，８．０ｐＦと変化させたときの（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示すシミュレーション結果である。

曲線ｋ３９〜ｋ４７は、それぞれ、バラクタダイオードバラクタダイオード１２〜１４の容量が８．０ｐＦ，４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦである場合の（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す。

（反射電力／入力電力）^１／２は、約４６０ＭＨｚ〜約７６０ＭＨｚの範囲で低下しており、アレーアンテナ装置１０Ｂは、約４６０ＭＨｚ〜約７６０ＭＨｚの範囲に周波数帯域を有する。

そして、バラクタダイオード１２〜１４の全ての容量を８．０ｐＦから０．８ｐＦへ小さくすることにより、アレーアンテナ装置１０Ｂの周波数帯域が広くなる。また、バラクタダイオード１２〜１４の容量を８．０ｐＦから０．８ｐＦまで変化させることによりアレーアンテナ装置１０Ｂの周波数帯域は、上述したように約４６０ＭＨｚ〜約７６０ＭＨｚの範囲になり、アレーアンテナ装置１０の周波数帯域よりも広くなる（図３および図１２参照）。

このように、各無給電素子３，４に装荷されるバラクタダイオードの個数を２個から３個に増加させることにより、アレーアンテナ装置１０の周波数帯域を広くできる。従って、アレーアンテナ装置１０の周波数帯域を相対的に広くする場合、相対的に多くのバラクタダイオードが１つの無給電素子に装荷される。

なお、バラクタダイオード１２〜１４の容量を８．０ｐＦに設定し、バラクタダイオード１５〜１７の容量を８．０ｐＦ〜０．８ｐＦの範囲で変化させた場合も、図１２に示す（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係が得られる。

また、アレーアンテナ装置１０Ｂにおいて、バラクタダイオード１２〜１４；１５〜１７の相互の間隔を変えても良いし、給電素子２の長さに対する無給電素子３，４の長さを変えてもよい。

［実施の形態２］
図１３は、実施の形態２によるアレーアンテナ装置の平面図である。図１３を参照して、実施の形態２によるアレーアンテナ装置１００は、基板１０１と、地板１０２と、給電素子１０３と、無給電素子１０４，１０５と、バラクタダイオード１０７〜１１２と、容量変化手段１１３とを備える。

基板１０１は、例えば、プリント基板からなる。地板１０２は、略四角形の形状を有し、基板１０１の端部の近傍に配置される。給電素子１０３および無給電素子１０４，１０５は、基板１０１上に略平行に配置される。そして、給電素子１０３は、その一方端が給電部１０６を介して地板１０２に連結され、無給電素子１０４，１０５の各々は、その一方端が地板１０２に連結される。また、無給電素子１０４，１０５は、給電素子１０３を中心にして対称に配置される。

地板１０２は、７０ｍｍの幅Ｗ１と、４５ｍｍの長さＬ９とを有する。給電素子１０３は、モノポール素子からなり、１２５ｍｍの長さＬ１０を有する。無給電素子１０４，１０５の各々は、１８５ｍｍの長さＬ１１を有する。その結果、長さＬ１２は、２３０ｍｍになる。また、給電素子１０３および無給電素子１０４，１０５の各々は、１０ｍｍの幅Ｗを有する。

このように、アレーアンテナ装置１００においては、無給電素子１０４，１０５は、給電素子１０３よりも長い。そして、無給電素子１０４，１０５は、給電素子１０３の長さ方向において給電素子１０３の一方側に長くなるように配置される。

給電素子１０３と無給電素子１０４，１０５との間隔ｄは、３０ｍｍであり、この３０ｍｍは、アレーアンテナ装置１００が送受信する電波の波長をλとした場合、０．０５λに相当する。

バラクタダイオード１０７〜１０９は、無給電素子１０４に装荷される。そして、バラクタダイオード１０７は、無給電素子１０４の一方端１０４ＡからＬ１３＝１１７．５ｍｍの位置に装荷され、バラクタダイオード１０９は、地板１０２からＬ１４＝７．５ｍｍの位置に装荷され、バラクタダイオード１０８は、バラクタダイオード１０７，１０９間の中央に配置される。その結果、バラクタダイオード１０７，１０８間の間隔Ｌ１５およびバラクタダイオード１０８，１０９間の間隔Ｌ１６の各々は、３０ｍｍとなる。

バラクタダイオード１１０〜１１２は、無給電素子１０５に装荷される。そして、バラクタダイオード１１０〜１１２の無給電素子１０５への装荷位置およびバラクタダイオード１１０〜１１２の相互の間隔は、バラクタダイオード１０７〜１０９の場合と同じである。

このように、アレーアンテナ装置１００においては、給電素子１０３は、モノポール素子からなり、無給電素子１０４，１０５の各々に３個のバラクタダイオード１０７〜１０９；１１０〜１１２が装荷される。

容量変化手段１１３は、制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ６をそれぞれバラクタダイオード１０７〜１１２へ供給し、バラクタダイオード１０７〜１１２の容量を変化させる。この場合、容量変化手段１１３は、無給電素子１０４に装荷された３個のバラクタダイオード１０７〜１０９の容量が同じになるように制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ３をそれぞれバラクタダイオード１０７〜１０９へ供給し、無給電素子１０５に装荷された３個のバラクタダイオード１１０〜１１２の容量が同じになるように制御電圧ＣＶ４〜ＣＶ６をそれぞれバラクタダイオード１１０〜１１２へ供給する。

容量変化手段１１３がバラクタダイオード１０７〜１１２へそれぞれ制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ６を供給する具体的な方法は、実施の形態１における容量変化手段１１がバラクタダイオード６〜９へそれぞれ制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ４を供給する具体的な方法と同じである。

バラクタダイオード１０７〜１０９の無給電素子１０４への装荷方法およびバラクタダイオード１１０〜１１２の無給電素子１０５への装荷方法は、図２に示すバラクタダイオード６，７の無給電素子３への装荷方法と同じである。

そして、容量変化手段１１３は、バラクタダイオード１０７〜１１２に逆バイアスが印加されるように制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ６をそれぞれバラクタダイオード１０７〜１１２へ供給する。

図１４は、図１３に示す給電部１０６の詳細を示す平面図である。図１４を参照して、給電部１０６は、同軸ケーブル１０６１と、リード線１０６４，１０６５とからなる。同軸ケーブル１０６１は、芯導体１０６２と、被覆導体１０６３とからなる。被覆導体１０６３は、接地電位に接続され、芯導体１０６２を覆う。

穴１０１１は、基板１０１を貫通するように設けられる。そして、同軸ケーブル１０６１は、基板１０１の裏面側から穴１０１１に挿入される。同軸ケーブル１０６１の芯導体１０６２は、リード線１０６４によって給電素子１０３に接続され、同軸ケーブル１０６１の被覆導体１０６３は、リード線１０６５によって地板１０２に接続される。従って、地板１０２は、接地電位に接続され、給電素子１０３は、同軸ケーブル１０６１の芯導体１０６２およびリード線１０６４を介して交流電力が給電される。

図１５は、図１３に示すアレーアンテナ装置１００における（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す図である。図１５において、縦軸は、（反射電力／入力電力）^１／２を表し、横軸は、周波数を表す。

図１５に示す（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係は、無給電素子１０５に装荷されたバラクタダイオード１１０〜１１２の容量を８．０ｐＦに設定し、無給電素子１０４に装荷されたバラクタダイオード１０７〜１０９の容量を０．８ｐＦ，０，９ｐＦ，１．０ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．５ｐＦ，２．０ｐＦ，２．５ｐＦ，４．０ｐＦ，８．０ｐＦと変化させたときの（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示すシミュレーション結果である。

曲線ｋ４８〜ｋ５６は、それぞれ、バラクタダイオードバラクタダイオード１０７〜１０９の容量が８．０ｐＦ，４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦである場合の（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す。

（反射電力／入力電力）^１／２は、約４４０ＭＨｚ〜約９００ＭＨｚの範囲で低下しており、アレーアンテナ装置１００は、約４４０ＭＨｚ〜約９００ＭＨｚの範囲に周波数帯域を有する。

そして、バラクタダイオード１０７〜１０９の全ての容量を８．０ｐＦから０．８ｐＦへ小さくすることにより、アレーアンテナ装置１００の周波数帯域が広くなる。この場合、バラクタダイオード１０７〜１０９の容量が４．０ｐＦ（曲線ｋ４９参照）から２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦへ順次小さくなるに従って（曲線ｋ５０〜ｋ５６参照）、（反射電力／入力電力）^１／２が低下する領域は、高周波数側へ広くなる。従って、バラクタダイオード１０７〜１０９の容量を小さくすることに従って、（反射電力／入力電力）^１／２が低下する領域が高周波数側へ広くなることによって、アレーアンテナ装置１００の周波数帯域が広くなる。

また、バラクタダイオード１０７〜１０９の容量を８．０ｐＦから０．８ｐＦまで変化させることによりアレーアンテナ装置１００の周波数帯域は、上述したように約４４０ＭＨｚ〜約９００ＭＨｚの範囲になり、アレーアンテナ装置１０Ｂの周波数帯域よりも広くなる（図１２および図１５参照）。

このように、モノポール素子からなる給電素子１０３を用いることによって、ダイポール素子からなる給電素子２を用いた場合よりも周波数帯域を広くできる。

なお、バラクタダイオード１０７〜１０９の容量を８．０ｐＦに設定し、バラクタダイオード１１０〜１１２の容量を８．０ｐＦ〜０．８ｐＦの範囲で変化させた場合も、図１５に示す（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係が得られる。

図１６は、実施の形態２による他のアレーアンテナ装置の平面図である。アレーアンテナ装置１００Ａは、図１３に示すアレーアンテナ装置１００のバラクタダイオード１０７〜１０９をバラクタダイオード１０７Ａに代え、バラクタダイオード１１０〜１１２をバラクタダイオード１１０Ａに代えたものであり、その他は、アレーアンテナ装置１００と同じである。なお、図１６においては、容量変化手段１１３は、省略されている。

バラクタダイオード１０７Ａは、無給電素子１０４の一方端１０４Ａから距離Ｌ１７＝１４８．５ｍｍの位置に装荷され、バラクタダイオード１１０Ａは、無給電素子１０５の一方端１０５Ａから距離Ｌ１７＝１４８．５ｍｍの位置に装荷される。その結果、バラクタダイオード１０７Ａ，１１０Ａは、地板１０２から距離Ｌ１８＝３７．５ｍｍの位置に装荷される。

そして、バラクタダイオード１０７Ａは、３個のバラクタダイオード１０７〜１０９を図７に示す態様で直列に接続した構成からなり、バラクタダイオード１１０Ａは、３個のバラクタダイオード１１０〜１１２を図７に示す態様で直列に接続した構成からなる。

従って、アレーアンテナ装置１００Ａは、アレーアンテナ装置１００において、３個のバラクタダイオード１０７〜１０９を無給電素子１０４の一箇所に装荷し、３個のバラクタダイオード１１０〜１１２を無給電素子１０５の一箇所に装荷したものに相当する。

そして、アレーアンテナ装置１００Ａにおいても、バラクタダイオード１０７Ａ，１１０Ａのいずれか一方の容量を８．０ｐＦに設定し、他方の容量を８．０ｐＦから０．８ｐＦへ小さくすることにより、アレーアンテナ装置１００Ａの周波数帯域は、広くなる。

なお、実施の形態２においては、各無給電素子１０４，１０５に装荷されるバラクタダイオードの個数を３個から２個に減少させてもよい。各無給電素子１０４，１０５に装荷されるバラクタダイオードの個数を３個から２個に減少させた場合、アレーアンテナ装置１００，１００Ａの周波数帯域は、無給電素子１０４に装荷された２個のバラクタダイオードの容量を８．０ｐＦから０．８ｐＦへ順次小さくするに従って広くなる。そして、各無給電素子１０４，１０５に装荷されるバラクタダイオードの個数を３個から２個に減少させた場合のアレーアンテナ装置１００，１００Ａの周波数帯域は、それぞれ、図３に示すアレーアンテナ装置１０の周波数帯域および図８に示すアレーアンテナ装置１０Ａの周波数帯域よりも広く、図１５に示す周波数帯域（約４４０ＭＨｚ〜約９００ＭＨｚの帯域）よりも狭い。

従って、各無給電素子１０４，１０５に装荷されるバラクタダイオードの個数を３個から２個に減少させた場合も、モノポール素子からなる給電素子１０３を用いることにより、ダイポール素子からなる給電素子２を用いたアレーアンテナ装置１０よりも周波数帯域を広くできる。

また、アレーアンテナ装置１００，１００Ａにおいても、周波数帯域を相対的に広くする場合、相対的に多くのバラクタダイオードが１つの無給電素子に装荷される。

更に、アレーアンテナ装置１００においては、バラクタダイオード１０７〜１０９；１１０〜１１２の相互の間隔を変えても良いし、給電素子１０３の長さに対する無給電素子１０４，１０５の長さを変えてもよい。

バラクタダイオード１０７〜１０９；１１０〜１１２の相互の間隔を変える場合、バラクタダイオード１０７〜１０９；１１０〜１１２の相互の間隔は、アレーアンテナ装置１００が送受信する電波の波長をλとすると、λ／２５〜λ／１０の範囲で変えられる。

即ち、アレーアンテナ装置１００の給電素子１０３の長さＬ１０に対するバラクタダイオード１０７〜１０９；１１０〜１１２の相互の間隔の比は、約０．２０〜約０．５０の範囲に設定され、アレーアンテナ装置１００の無給電素子１０４，１０５の長さＬ１１に対するバラクタダイオード１０７〜１０９；１１０〜１１２の相互の間隔の比は、約０．１０〜約０．３０の範囲に設定される。

そして、バラクタダイオード１０７〜１０９；１１０〜１１２の相互の間隔をλ／２５〜λ／１０の範囲で広くした場合、アレーアンテナ装置１００の周波数帯域は、アレーアンテナ装置１０における図８に示す周波数特性から図９に示す周波数特性への変化と同じように、図１５に示す周波数帯域から更に広くなる。

また、給電素子１０３の長さに対する無給電素子１０４，１０５の長さを変える場合、給電素子１０３の長さＬ１０を１１５ｍｍに設定し、無給電素子１０４，１０５の長さ１１を１４５ｍｍに設定する。図１３に示すアレーアンテナ装置１００において、給電素子１０３の長さＬ１０に対する無給電素子１０４，１０５の長さＬ１１の比は、１８５ｍｍ／１２５ｍｍ＝１．４８であり、変更後の、給電素子１０３の長さＬ１０に対する無給電素子１０４，１０５の長さＬ１１の比は、１４５ｍｍ／１１５ｍｍ＝１．２６である。

図１７は、給電素子１０３の長さＬ１０に対する無給電素子１０４，１０５の長さＬ１１の比が１．２６である場合のアレーアンテナ装置１００における（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す図である。

図１７において、縦軸は、（反射電力／入力電力）^１／２を表し、横軸は、周波数を表す。そして、図１７に示す（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係は、無給電素子１０４に装荷されたバラクタダイオード１０７〜１０９の容量を２．５ｐＦに設定し、無給電素子１０５に装荷されたバラクタダイオード１１０〜１１２の容量を２５．０ｐＦに設定した場合の（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す。

（反射電力／入力電力）^１／２は、約４４０ＭＨｚ〜約７６０ＭＨｚの範囲で低下しており、給電素子１０３の長さＬ１０に対する無給電素子１０４，１０５の長さＬ１１の比を変えた場合にも、アレーアンテナ装置１００の周波数帯域は、広くなる。

更に、アレーアンテナ装置１００においては、無給電素子１０４，１０５の長さＬ１１を給電素子１０３の長さＬ１０よりも短くしてもよい。

上記の実施の形態１，２においては、２本の無給電素子が使用されると説明したが、この発明においては、これに限らず、少なくとも１本の無給電素子が設けられていればよい。

また、上記の実施の形態１，２においては、２本の無給電素子３，４（または２本の無給電素子１０４，１０５）の各々に２個または３個のバラクタダイオードが装荷されると説明したが、この発明においては、これに限られず、２本の無給電素子３，４（または２本の無給電素子１０４，１０５）のうち、一方の無給電素子には、２個または３個のバラクタダイオードが装荷され、他方の無給電素子には、バラクタダイオードが装荷されないようにしてもよい。

更に、上記の実施の形態１，２においては、１本の無給電素子に２個または３個のバラクタダイオードが装荷されると説明したが、この発明においては、これに限られず、１本の無給電素子には、４個以上のバラクタダイオードが装荷されてもよく、一般的には、１本の無給電素子には、２個以上のバラクタダイオードが装荷されていればよい。

［実施の形態３］
図１８は、実施の形態３によるアレーアンテナ装置の概略図である。図１８を参照して、実施の形態３によるアレーアンテナ装置２００は、給電素子２０１と、無給電素子２０２〜２０７と、支持板２１０と、バラクタダイオード２１２〜２２３と、容量変化手段２３０とを備える。

給電素子２０１は、ダイポール素子からなり、図１に示す給電素子２と同じ長さＬ１と、給電素子２の幅Ｗと同じ直径とを有する。無給電素子２０２〜２０７は、図１に示す無給電素子３，４と同じ長さＬ２と、無給電素子３，４の幅Ｗと同じ直径とを有する。このように、給電素子２０１および無給電素子２０２〜２０７は、円柱形状からなる。

バラクタダイオード２１２，２１３は、無給電素子２０２に装荷され、バラクタダイオード２１４，２１５は、無給電素子２０３に装荷され、バラクタダイオード２１６，２１７は、無給電素子２０４に装荷され、バラクタダイオード２１８，２１９は、無給電素子２０５に装荷され、バラクタダイオード２２０，２２１は、無給電素子２０６に装荷され、バラクタダイオード２２２，２２３は、無給電素子２０７に装荷される。

この場合、バラクタダイオード２１２，２１４，２１６，２１８，２２０，２２２は、それぞれ、無給電素子２０２〜２０７の一方端から距離Ｌ４の位置に装荷され、バラクタダイオード２１３，２１５，２１７，２１９，２２１，２２３は、それぞれ、無給電素子２０２〜２０７の他方端から距離Ｌ５の位置に装荷される。その結果、バラクタダイオード２１２，２１３間、バラクタダイオード２１４，２１５間、バラクタダイオード２１６，２１７間、バラクタダイオード２１８，２１９間、バラクタダイオード２２０，２２１間、およびバラクタダイオード２２２，２２３間の距離は、距離Ｌ３に設定される。

そして、バラクタダイオード２１２，２１３の無給電素子２０２への装荷方法、バラクタダイオード２１４，２１５の無給電素子２０３への装荷方法、バラクタダイオード２１６，２１７の無給電素子２０４への装荷方法、バラクタダイオード２１８，２１９の無給電素子２０５への装荷方法、バラクタダイオード２２０，２２１の無給電素子２０６への装荷方法およびバラクタダイオード２２２，２２３の無給電素子２０７への装荷方法は、図２に示すバラクタダイオード６，７の無給電素子３への装荷方法と同じである。

給電素子２０１および無給電素子２０２〜２０７は、略円形形状の支持板２１０に略垂直に固定される。この場合、給電素子２０１の給電部２１１が支持板２１０に固定され、無給電素子２０２〜２０７の略中央部が支持板２１０に固定される。そして、無給電素子２０２〜２０７は、給電素子２０１を中心にして略円形に配置され、給電素子２０１と無給電素子２０２〜２０７との距離は、約λ／２である。

容量変化手段２３０は、制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ１２をそれぞれバラクタダイオード２１２〜２２３へ供給する。この場合、容量変化手段２３０は、同じ電圧値からなる制御電圧ＣＶ１，ＣＶ２をそれぞれバラクタダイオード２１２，２１３へ供給し、同じ電圧値からなる制御電圧ＣＶ３，ＣＶ４をそれぞれバラクタダイオード２１４，２１５へ供給し、同じ電圧値からなる制御電圧ＣＶ５，ＣＶ６をそれぞれバラクタダイオード２１６，２１７へ供給し、同じ電圧値からなる制御電圧ＣＶ７，ＣＶ８をそれぞれバラクタダイオード２１８，２１９へ供給し、同じ電圧値からなる制御電圧ＣＶ９，ＣＶ１０をそれぞれバラクタダイオード２２０，２２１へ供給し、同じ電圧値からなる制御電圧ＣＶ１１，ＣＶ１２をそれぞれバラクタダイオード２２２，２２３へ供給する。

このように、容量変化手段２３０は、各無給電素子２０２〜２０７に装荷された２個のバラクタダイオードが同じ容量に設定されるように、制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ１２をそれぞれバラクタダイオード２１２〜２２３へ供給する。

この場合、容量変化手段２３０がバラクタダイオード２１２〜２２３へそれぞれ制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ１２を供給する具体的な方法は、実施の形態１における容量変化手段１１がバラクタダイオード６〜９へそれぞれ制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ４を供給する具体的な方法と同じである。

そして、容量変化手段２３０は、バラクタダイオード２１２〜２２３に逆バイアスが印加されるように制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ１２をそれぞれバラクタダイオード２１２〜２２３へ供給する。

アレーアンテナ装置２００においては、６個の無給電素子２０２〜２０７のうちの５本の無給電素子に装荷されたバラクタダイオードの容量を８．０ｐＦに保持し、残りの１本の無給電素子に装荷された２個のバラクタダイオードの容量を８．０ｐＦから４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦへと順次小さくする。

これにより、アレーアンテナ装置２００は、ビームパターンをオムニパターンに近いビームパターンから指向性のビームパターンに切換えるとともに、周波数帯域を広くする。

図１９は、図１８に示すアレーアンテナ装置２００の平面図である。無給電素子２０３〜２０７に装荷されたバラクタダイオード２１４〜２２３の容量を８．０ｐＦに保持し、無給電素子２０２に装荷されたバラクタダイオード２１２，２１３の容量を８．０ｐＦから４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦへと順次小さくする。

そうすると、アレーアンテナ装置２００は、最初、オムニパターンに近いビームパターンＢＰＭ０を放射する。そして、アレーアンテナ装置２００は、バラクタダイオード２１２，２１３の容量が小さくなるに従って、給電素子２０１から無給電素子２０２の方向へ指向性を強めたビームパターンＢＰＭ１を放射するとともに、周波数帯域を広くする。

また、無給電素子２０２，２０４〜２０７に装荷されたバラクタダイオード２１２，２１３，２１６〜２２３の容量を８．０ｐＦに保持し、無給電素子２０３に装荷されたバラクタダイオード２１４，２１５の容量を８．０ｐＦから４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦへと順次小さくする。

そうすると、アレーアンテナ装置２００は、最初、オムニパターンに近いビームパターンＢＰＭ０を放射する。そして、アレーアンテナ装置２００は、バラクタダイオード２１４，２１５の容量が小さくなるに従って、給電素子２０１から無給電素子２０３の方向へ指向性を強めたビームパターンＢＰＭ２を放射するとともに、周波数帯域を広くする。

更に、無給電素子２０２，２０３，２０５〜２０７に装荷されたバラクタダイオード２１２〜２１５，２１８〜２２３の容量を８．０ｐＦに保持し、無給電素子２０４に装荷されたバラクタダイオード２１６，２１７の容量を８．０ｐＦから４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦへと順次小さくする。

そうすると、アレーアンテナ装置２００は、最初、オムニパターンに近いビームパターンＢＰＭ０を放射する。そして、アレーアンテナ装置２００は、バラクタダイオード２１６，２１７の容量が小さくなるに従って、給電素子２０１から無給電素子２０４の方向へ指向性を強めたビームパターンＢＰＭ３を放射するとともに、周波数帯域を広くする。

更に、無給電素子２０２〜２０４，２０６，２０７に装荷されたバラクタダイオード２１２〜２１７，２２０〜２２３の容量を８．０ｐＦに保持し、無給電素子２０５に装荷されたバラクタダイオード２１８，２１９の容量を８．０ｐＦから４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦへと順次小さくする。

そうすると、アレーアンテナ装置２００は、最初、オムニパターンに近いビームパターンＢＰＭ０を放射する。そして、アレーアンテナ装置２００は、バラクタダイオード２１８，２１９の容量が小さくなるに従って、給電素子２０１から無給電素子２０５の方向へ指向性を強めたビームパターンＢＰＭ４を放射するとともに、周波数帯域を広くする。

更に、無給電素子２０２〜２０５，２０７に装荷されたバラクタダイオード２１２〜２１９，２２２，２２３の容量を８．０ｐＦに保持し、無給電素子２０６に装荷されたバラクタダイオード２２０，２２１の容量を８．０ｐＦから４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦへと順次小さくする。

そうすると、アレーアンテナ装置２００は、最初、オムニパターンに近いビームパターンＢＰＭ０を放射する。そして、アレーアンテナ装置２００は、バラクタダイオード２２０，２２１の容量が小さくなるに従って、給電素子２０１から無給電素子２０６の方向へ指向性を強めたビームパターンＢＰＭ５を放射するとともに、周波数帯域を広くする。

更に、無給電素子２０２〜２０６に装荷されたバラクタダイオード２１２〜２２１の容量を８．０ｐＦに保持し、無給電素子２０７に装荷されたバラクタダイオード２２２，２２３の容量を８．０ｐＦから４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦへと順次小さくする。

そうすると、アレーアンテナ装置２００は、最初、オムニパターンに近いビームパターンＢＰＭ０を放射する。そして、アレーアンテナ装置２００は、バラクタダイオード２２２，２２３の容量が小さくなるに従って、給電素子２０１から無給電素子２０７の方向へ指向性を強めたビームパターンＢＰＭ６を放射するとともに、周波数帯域を広くする。

このように、アレーアンテナ装置２００においては、オムニパターンに近いビームパターンＢＰＭ０から指向性の強いビームパターンＢＰＭ１〜ＢＰＭ６に切換えながら、周波数帯域を広くできる。

図２０は、実施の形態３によるアレーアンテナ装置の他の概略図である。図２０を参照して、実施の形態３によるアレーアンテナ装置３００は、給電素子３０１と、無給電素子３０２〜３０７と、地板３１０と、バラクタダイオード３１２〜３２９と、容量変化手段３３０とを備える。

給電素子３０１は、モノポール素子からなり、図１３に示す給電素子１０３と同じ長さＬ１０と、給電素子１０３の幅Ｗと同じ直径とを有する。無給電素子３０２〜３０７は、図１３に示す無給電素子１０４，１０５と同じ長さＬ１１と、無給電素子１０４，１０５の幅Ｗと同じ直径とを有する。

バラクタダイオード３１２〜３１４は、無給電素子３０２に装荷され、バラクタダイオード３１５〜３１７は、無給電素子３０３に装荷され、バラクタダイオード３１８〜３２０は、無給電素子３０４に装荷され、バラクタダイオード３２１〜３２３は、無給電素子３０５に装荷され、バラクタダイオード３２４〜３２６は、無給電素子３０６に装荷され、バラクタダイオード３２７〜２２９は、無給電素子３０７に装荷される。

この場合、バラクタダイオード３１２，３１５，３１８，３２１，３２４，３２７は、それぞれ、無給電素子３０２〜３０７の一方端から距離Ｌ１３の位置に装荷され、バラクタダイオード３１４，３１７，３２０，３２３，３２６，３２９は、それぞれ、無給電素子３０２〜３０７の他方端（＝地板３１０）から距離Ｌ１４の位置に装荷され、バラクタダイオード３１３，３１６，３１９，３２２，３２５，３２８は、それぞれ、バラクタダイオード３１２，３１４間、バラクタダイオード３１５，３１７間、バラクタダイオード３１８，３２０間、バラクタダイオード３２１，３２３間、バラクタダイオード３２４，３２６間、およびバラクタダイオード３２７，３２９間の中央部に装荷される。

その結果、バラクタダイオード３１２，３１３間、バラクタダイオード３１５，３１６間、バラクタダイオード３１８，３１９間、バラクタダイオード３２１，３２２間、バラクタダイオード３２４，３２５間、およびバラクタダイオード３２７，３２８間の距離は、距離Ｌ１５に設定され、バラクタダイオード３１３，３１４間、バラクタダイオード３１６，３１７間、バラクタダイオード３１９，３２０間、バラクタダイオード３２２，３２３間、バラクタダイオード３２５，３２６間、およびバラクタダイオード３２８，３２９間の距離は、距離Ｌ１６に設定される。

そして、バラクタダイオード３１２〜３１４の無給電素子３０２への装荷方法、バラクタダイオード３１５〜３１７の無給電素子３０３への装荷方法、バラクタダイオード３１８〜３２０の無給電素子３０４への装荷方法、バラクタダイオード３２１〜３２３の無給電素子３０５への装荷方法、バラクタダイオード３２４〜３２６の無給電素子３０６への装荷方法およびバラクタダイオード３２７〜３２９の無給電素子３０７への装荷方法は、図２に示すバラクタダイオード６，７の無給電素子３への装荷方法と同じである。

給電素子３０１は、その一方端が給電部３１１を介して地板３１０に固定され、無給電素子３０２〜３０７は、その一方端が略円形形状の地板３１０に略垂直に固定される。そして、無給電素子３０２〜３０７は、給電素子３０１を中心にして略円形に配置され、給電素子３０１と無給電素子３０２〜３０７との距離は、約λ／２である。給電部３１１は、図１４に示す給電部１０６と同じ構成からなる。従って、地板３１０は、接地電位に接続される。

容量変化手段３３０は、制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ１８をそれぞれバラクタダイオード３１２〜３２９へ供給する。この場合、容量変化手段３３０は、同じ電圧値からなる制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ３をそれぞれバラクタダイオード３１２〜３１４へ供給し、同じ電圧値からなる制御電圧ＣＶ４〜ＣＶ６をそれぞれバラクタダイオード３１５〜３１７へ供給し、同じ電圧値からなる制御電圧ＣＶ７〜ＣＶ９をそれぞれバラクタダイオード３１８〜３２０へ供給し、同じ電圧値からなる制御電圧ＣＶ１０〜ＣＶ１２をそれぞれバラクタダイオード３２１〜３２３へ供給し、同じ電圧値からなる制御電圧ＣＶ１３〜ＣＶ１５をそれぞれバラクタダイオード３２４〜３２６へ供給し、同じ電圧値からなる制御電圧ＣＶ１６〜ＣＶ１８をそれぞれバラクタダイオード３２７〜３２９へ供給する。

このように、容量変化手段３３０は、各無給電素子３０２〜３０７に装荷された３個のバラクタダイオードが同じ容量に設定されるように、制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ１８をそれぞれバラクタダイオード３１２〜３２９へ供給する。

この場合、容量変化手段３３０がバラクタダイオード３１２〜３２９へそれぞれ制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ１８を供給する具体的な方法は、実施の形態１における容量変化手段１１がバラクタダイオード６〜９へそれぞれ制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ４を供給する具体的な方法と同じである。

そして、容量変化手段３３０は、バラクタダイオード３１２〜３２９に逆バイアスが印加されるように制御電圧ＣＶ１〜ＣＶ１８をそれぞれバラクタダイオード３１２〜３２９へ供給する。

アレーアンテナ装置３００においては、６個の無給電素子３０２〜３０７のうちの５本の無給電素子に装荷されたバラクタダイオードの容量を８．０ｐＦに保持し、残りの１本の無給電素子に装荷された３個のバラクタダイオードの容量を８．０ｐＦから４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦへと順次小さくする。

これにより、アレーアンテナ装置３００は、ビームパターンをオムニパターンに近いビームパターンから指向性のビームパターンに切換えるとともに、周波数帯域を広くする。

即ち、無給電素子３０３〜３０７に装荷されたバラクタダイオード３１５〜３２９の容量を８．０ｐＦに保持し、無給電素子３０２に装荷されたバラクタダイオード３１２〜３１４の容量を８．０ｐＦから４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦへと順次小さくする。

そうすると、アレーアンテナ装置３００は、最初、オムニパターンに近いビームパターンＢＰＭ０（図１９参照）を放射する。そして、アレーアンテナ装置３００は、バラクタダイオード３１２〜３１４の容量が小さくなるに従って、給電素子３０１から無給電素子３０２の方向へ指向性を強めたビームパターンＢＰＭ１（図１９参照）を放射するとともに、周波数帯域を広くする。

また、無給電素子３０２，３０４〜３０７に装荷されたバラクタダイオード３１２〜３１４，３１８〜３２９の容量を８．０ｐＦに保持し、無給電素子３０３に装荷されたバラクタダイオード３１５〜３１７の容量を８．０ｐＦから４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦへと順次小さくする。

そうすると、アレーアンテナ装置３００は、最初、オムニパターンに近いビームパターンＢＰＭ０（図１９参照）を放射する。そして、アレーアンテナ装置３００は、バラクタダイオード３１５〜３１７の容量が小さくなるに従って、給電素子３０１から無給電素子３０３の方向へ指向性を強めたビームパターンＢＰＭ２（図１９参照）を放射するとともに、周波数帯域を広くする。

更に、無給電素子３０２，３０３，３０５〜３０７に装荷されたバラクタダイオード３１２〜２１７，３２１〜３２９の容量を８．０ｐＦに保持し、無給電素子３０４に装荷されたバラクタダイオード３１８〜３２０の容量を８．０ｐＦから４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦへと順次小さくする。

そうすると、アレーアンテナ装置３００は、最初、オムニパターンに近いビームパターンＢＰＭ０（図１９参照）を放射する。そして、アレーアンテナ装置３００は、バラクタダイオード３１８〜３２０の容量が小さくなるに従って、給電素子３０１から無給電素子３０４の方向へ指向性を強めたビームパターンＢＰＭ３（図１９参照）を放射するとともに、周波数帯域を広くする。

更に、無給電素子３０２〜３０４，３０６，３０７に装荷されたバラクタダイオード３１２〜３２０，３２４〜３２９の容量を８．０ｐＦに保持し、無給電素子３０５に装荷されたバラクタダイオード３２１〜３２３の容量を８．０ｐＦから４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦへと順次小さくする。

そうすると、アレーアンテナ装置３００は、最初、オムニパターンに近いビームパターンＢＰＭ０（図１９参照）を放射する。そして、アレーアンテナ装置３００は、バラクタダイオード３２１〜３２３の容量が小さくなるに従って、給電素子３０１から無給電素子３０５の方向へ指向性を強めたビームパターンＢＰＭ４（図１９参照）を放射するとともに、周波数帯域を広くする。

更に、無給電素子３０２〜３０５，３０７に装荷されたバラクタダイオード３１２〜３２３，３２７〜３２９の容量を８．０ｐＦに保持し、無給電素子３０６に装荷されたバラクタダイオード３２４〜３２６の容量を８．０ｐＦから４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦへと順次小さくする。

そうすると、アレーアンテナ装置３００は、最初、オムニパターンに近いビームパターンＢＰＭ０（図１９参照）を放射する。そして、アレーアンテナ装置３００は、バラクタダイオード３２４〜３２６の容量が小さくなるに従って、給電素子３０１から無給電素子３０６の方向へ指向性を強めたビームパターンＢＰＭ５（図１９参照）を放射するとともに、周波数帯域を広くする。

更に、無給電素子３０２〜３０６に装荷されたバラクタダイオード３１２〜３２６の容量を８．０ｐＦに保持し、無給電素子３０７に装荷されたバラクタダイオード３２７〜３２９の容量を８．０ｐＦから４．０ｐＦ，２．５ｐＦ，２．０ｐＦ，１．５ｐＦ，１．２５ｐＦ，１．０ｐＦ，０．９ｐＦ，０．８ｐＦへと順次小さくする。

そうすると、アレーアンテナ装置３００は、最初、オムニパターンに近いビームパターンＢＰＭ０（図１９参照）を放射する。そして、アレーアンテナ装置３００は、バラクタダイオード３２７〜３２９の容量が小さくなるに従って、給電素子３０１から無給電素子３０７の方向へ指向性を強めたビームパターンＢＰＭ６（図１９参照）を放射するとともに、周波数帯域を広くする。

このように、アレーアンテナ装置３００においては、オムニパターンに近いビームパターンＢＰＭ０から指向性の強いビームパターンＢＰＭ１〜ＢＰＭ６に切換えながら、周波数帯域を広くできる。

そして、モノポール素子からなる給電素子３０１を有するアレーアンテナ装置３００は、ダイポール素子からなる給電素子２０１を有するアレーアンテナ装置２００よりも広い周波数帯域を有する。

なお、アレーアンテナ装置２００，３００においては、各無給電素子２０２〜２０７，３０２〜３０７に装荷されるバラクタダイオードは、一箇所に装荷されてもよい。

また、アレーアンテナ装置２００においては、各無給電素子２０２〜２０７に装荷されるバラクタダイオードは、３個以上であってもよく、アレーアンテナ装置３００においては、各無給電素子３０２〜３０７に装荷されるバラクタダイオードは、２個または４個以上であってもよい。

更に、アレーアンテナ装置２００，３００においては、各無給電素子２０２〜２０７，３０２〜３０７に装荷された複数のバラクタダイオードの間隔を変えてもよい。

更に、アレーアンテナ装置２００，３００においては、給電素子２０１，３０１の長さに対する無給電素子２０２〜２０７，３０２〜３０７の長さの比を変えてもよい。

更に、アレーアンテナ装置２００，３００においては、周波数帯域を相対的に広くする場合、１本の無給電素子には、相対的に多くのバラクタダイオードが装荷される。

更に、実施の形態１から実施の形態３においては、１本の無給電素子に装荷された複数のバラクタダイオードは、同じ容量になるように制御されると説明したが、この発明においては、これに限らず、１本の無給電素子に装荷された複数のバラクタダイオードは、相互に異なる容量になるように制御されてもよい。

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、広帯域化が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１によるアレーアンテナ装置の平面図である。 図１に示す無給電素子および２個のバラクタダイオードの詳細を示す平面図である。 図１に示すアレーアンテナ装置における（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す図である。 従来のアレーアンテナ装置の平面図である。 図４に示すアレーアンテナ装置における（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す図である。 この発明の実施の形態１による他のアレーアンテナ装置の平面図である。 図６に示すバラクタダイオードの構成図である。 図６に示すアレーアンテナ装置における（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す図である。 図１に示す２つのバラクタダイオードの間隔を変えたときの（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す図である。 図１に示す給電素子の長さに対する無給電素子の長さを変えたときの（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す図である。 この発明の実施の形態１による更に他のアレーアンテナ装置の平面図である。 図１１に示すアレーアンテナ装置における（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す図である。 実施の形態２によるアレーアンテナ装置の平面図である。 図１３に示す給電部の詳細を示す平面図である。 図１３に示すアレーアンテナ装置における（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す図である。 実施の形態２による他のアレーアンテナ装置の平面図である。 給電素子の長さに対する無給電素子の長さの比が１．２６である場合のアレーアンテナ装置における（反射電力／入力電力）^１／２と周波数との関係を示す図である。 実施の形態３によるアレーアンテナ装置の概略図である。 図１８に示すアレーアンテナ装置の平面図である。 実施の形態３によるアレーアンテナ装置の他の概略図である。

符号の説明

１，１０１ 基板、２，２２，１０３，２０１，３０１ 給電素子、３，４，２３，２４，１０４，１０５，２０２〜２０７，３０２〜３０７ 無給電素子、５，２５，１０６ 給電部、６〜９，６Ａ，７Ａ，１２〜１７，２６，２７，１０７〜１１２，１０７Ａ，１１０Ａ，２１２〜２２３，３１２〜３２９ バラクタダイオード、１０，１０Ａ，１０Ｂ，２０，１００，１００Ａ，２００，３００ アレーアンテナ装置、１１，１１３，２３０，３３０ 容量変更手段、３１〜３３ 導体、１０２，３１０ 地板、２１０ 支持板、１０１１ 穴、１０６１ 同軸ケーブル、１０６２ 芯導体、１０６３ 被覆導体、１０６４，１０６５ リード線、Ｎ１〜Ｎ８ ノード。

Claims (12)

1. 給電素子と、
   各々が前記給電素子の長さと異なる長さを有するｎ（ｎは正の整数）個の無給電素子と、
   １つの無給電素子に複数の可変容量素子が装荷されることにより前記ｎ個の無給電素子の少なくとも１つに装荷されたｍ（ｍは２以上の整数）個の可変容量素子と、
   前記ｍ個の可変容量素子の容量を変化させる容量変化手段とを備えるアレーアンテナ装置。
2. 前記ｎ個の無給電素子は、前記給電素子よりも長い、請求項１に記載のアレーアンテナ装置。
3. １つの無給電素子に装荷された複数の可変容量素子は、相互に所定の間隔を隔てて前記無給電素子に装荷される、請求項１または請求項２に記載のアレーアンテナ装置。
4. 前記ｎ個の無給電素子の各々は、前記給電素子の長さ方向において前記給電素子の両側に長くなるように配置される、請求項３に記載のアレーアンテナ装置。
5. １個の無給電素子に２個以上の可変容量素子が装荷される場合、
   前記無給電素子の長さに対する隣接する２個の可変容量素子の間隔の比は、約０．０５〜約０．４０の範囲に設定される、請求項４に記載のアレーアンテナ装置。
6. １個の無給電素子に２個以上の可変容量素子が装荷される場合、
   前記給電素子の長さに対する隣接する２個の可変容量素子の間隔の比は、約０．０８〜約０．６０の範囲に設定される、請求項４に記載のアレーアンテナ装置。
7. 接地電位を有する地板を更に備え、
   前記給電素子の一方端および前記ｎ個の無給電素子の各々の一方端は、前記地板に連結され、
   前記給電素子は、モノポール素子からなる、請求項３に記載のアレーアンテナ装置。
8. １個の無給電素子に２個以上の可変容量素子が装荷される場合、
   前記無給電素子の長さに対する隣接する２個の可変容量素子の間隔の比は、約０．１０〜約０．３０の範囲に設定される、請求項７に記載のアレーアンテナ装置。
9. １個の無給電素子に２個以上の可変容量素子が装荷される場合、
   前記給電素子の長さに対する隣接する２個の可変容量素子の間隔の比は、約０．２０〜約０．５０の範囲に設定される、請求項７に記載のアレーアンテナ装置。
10. １つの無給電素子に装荷された複数の可変容量素子は、直列に接続されて前記無給電素子の１箇所に装荷される、請求項１または請求項２に記載のアレーアンテナ装置。
11. 当該アレーアンテナ装置の周波数帯域を相対的に広くする場合、相対的に多くの可変容量素子が前記１つの無給電素子に装荷される、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
12. 前記容量変化手段は、１つの無給電素子に装荷された複数の可変容量素子の複数の容量が同じになるように前記ｍ個の可変容量素子の容量を変化させる、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。

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