JP2006262355A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ある一定の周波数に対して、配向を固定したまま指向性を動的に変化させることが可能なアンテナ装置を実現すること。
【解決手段】中央金属配線ｐの途中には、給電点ＦＬと給電点ＦＲから成る給電部Ｆが設けられており、この中央金属配線ｐの左側の一端ＣＬには、第１及び第２の金属配線ｑ１、ｑ２がそれぞれ接続されている。また、中央金属配線ｐの右側の他端ＣＲには金属配線第３及び第４の金属配線ｑ３、ｑ４がそれぞれ接続されている。金属配線ｑ１、ｑ２、ｑ３、およびｑ４は、ｘ軸方向またはｙ軸方向に平行な金属配線から構成されている。金属配線ｑ１、ｑ２、ｑ３、およびｑ４のそれぞれの途中の中央金属配線ｐに近い各部分、即ち、金属配線ｑ１、ｑ２、ｑ３、およびｑ４のｙ軸方向に伸びている各部分には、それぞれ、第１乃至第４の各可変容量素子Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４が挿入されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、略平面状に展開された金属配線から構成されるアンテナ装置に関し、特に、その金属配線上に挿入された可変リアクタンス素子の各リアクタンス成分を可変制御する手段を有するアンテナ装置に関する。
このアンテナ装置は、アンテナの指向性を動的に変化させる必要が伴う例えば移動体通信などに大いに有用なものである。

本願発明の出願人は、先行技術として先（平成１６年１月２０日）に「特願２００４−１１３２７；アンテナ及びその配設方法」を出願しているが、本願発明はその先行出願に開示したアンテナに対する改良発明に相当するものである。
この先行出願に記載したアンテナと同等のアンテナの平面図を図１０に示す。直線状の金属配線ｐの中央に、２つの給電点ＦＬ，ＦＲから成る給電部Ｆが設けられている。金属配線ｐの一端ＣＬには、互いに長さの異なる金属配線ｑ１１とｑ１２とが設けられており、他端ＣＲには、互いに長さの異なる金属配線ｑ１３とｑ１４とが設けられている。金属配線ｑ１１とｑ１３は、給電部Ｆに対して点対称の関係にある。同様に金属配線ｑ１２とｑ１４は、給電部Ｆに対して点対称の関係にある。点Ａ１１と点Ａ１２とを結ぶ金属配線ｑ１１＋ｑ１２の中点ＹＬを、金属配線ｐの一端ＣＬからＤ１０だけオフセットしている。同様に点Ａ１３と点Ａ１４とを結ぶ金属配線ｑ１３＋ｑ１４の中点ＹＲを、金属配線ｐの他端ＣＲからＤ１０だけオフセットしている。

この構成のアンテナは動作周波数により、３つの共振経路の内の何れか１つの経路の経路長が、所望の動作周波数の略半波長の長さになった時に、その経路における共振モードにて良好に動作する。このときの３つの動作周波数の関係をｆＬ＜ｆＭ＜ｆＨとする。例えば、動作周波数が相対的に小さいｆＬの時には、経路Ａ１１−ＣＬ−ＦＬ−ＦＲ−ＣＲ−Ａ１３の長さがその周波数ｆＬに対応する波長の略半分となる。また、動作周波数がｆＭのときには、経路Ａ１１−ＣＬ−Ａ１２の長さとＡ１４−ＣＲ−Ａ１３の長さがそれぞれ、その周波数ｆＭに対応する波長の略半分となる。また、動作周波数がｆＨの時には、経路Ａ１２−ＣＬ−ＦＬ−ＦＲ−ＣＲ−Ａ１４の長さがその周波数ｆＨに対応する波長の略半分となる。
そして、これらの３つの電流経路の方向は何れも互いに異なるため、各動作周波数ｆＬ、ｆＭ、ｆＨにより、アンテナの指向性も変化する。

しかしながら、上記の先行出願に記載したアンテナは、動作周波数を変化させることによりその指向性を変化させるものであって、ある一定の周波数での指向性はアンテナを構成する金属配線の寸法により一意に決まってしまう。したがって、上記のアンテナを単独で用いている限り、そのアンテナ１台だけではある一定の周波数に対して指向性を動的に変化させることはできない。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、ある一定の周波数に対して、配向を固定したまま指向性を動的に変化させることが可能なアンテナ装置を実現するすることである。

上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、略平面状に展開された金属配線から構成されるアンテナ装置において、２点の給電点からなる１組の給電部Ｆと、この給電部Ｆが途中に挿入された１本の中央金属配線ｐと、この中央金属配線ｐの一端ＣＬに一端が接続された第１金属配線ｑ１と、その一端ＣＬに一端が接続された第２金属配線ｑ２と、上記の中央金属配線ｐの他端ＣＲに一端が接続された第３金属配線ｑ３と、その他端ＣＲに一端が接続された第４金属配線ｑ４と、上記の第１金属配線ｑ１上に挿入された第１可変リアクタンス素子Ｖ１と、上記の第２金属配線ｑ２上に挿入された第２可変リアクタンス素子Ｖ２と、上記の第３金属配線ｑ３上に挿入された第３可変リアクタンス素子Ｖ３と、上記の第４金属配線ｑ４上に挿入された第４可変リアクタンス素子Ｖ４とを設け、更に、上記の第１可変リアクタンス素子Ｖ１、第２可変リアクタンス素子Ｖ２、第３可変リアクタンス素子Ｖ３、および第４可変リアクタンス素子Ｖ４がそれぞれ供する各リアクタンス成分を可変制御するリアクタンス制御手段を設けることである。

また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、上記の２点の給電点の中点に対して、第１金属配線ｑ１と第３金属配線ｑ３とを略点対称に配置し、第２金属配線ｑ２と第４金属配線ｑ４とを略点対称に配置し、第１可変リアクタンス素子Ｖ１と第３可変リアクタンス素子Ｖ３とを略点対称に配置し、第２可変リアクタンス素子Ｖ２と第４可変リアクタンス素子Ｖ４とを略点対称に配置し、第１可変リアクタンス素子Ｖ１のリアクタンス値Ｘ１と第３可変リアクタンス素子Ｖ３のリアクタンス値Ｘ３とを略一致させ、第２可変リアクタンス素子Ｖ２のリアクタンス値Ｘ２と第４可変リアクタンス素子Ｖ４のリアクタンス値Ｘ４とを略一致させ、かつ、上記のリアクタンス値Ｘ１とリアクタンス値Ｘ２とを不一致にすることである。

また、本発明の第３の手段は、上記の第１又は第２の手段において、上記の２点の給電点上を通る直線に対して、第１金属配線ｑ１と第２金属配線ｑ２とを略線対称に配置し、第３金属配線ｑ３と第４金属配線ｑ４とを略線対称に配置することである。

また、本発明の第４の手段は、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段において、上記の第１リアクタンス素子Ｖ１、第２リアクタンス素子Ｖ２、第３リアクタンス素子Ｖ３、及び第４リアクタンス素子Ｖ４をそれぞれ何れも可変容量素子で構成することである。

また、本発明の第５の手段は、上記の第１乃至第４の何れか１つの手段において、第１金属配線ｑ１の少なくとも一部分と、第２金属配線ｑ２の少なくとも一部分と、第３金属配線ｑ３の少なくとも一部分と、第４金属配線ｑ４の少なくとも一部分とをそれぞれ何れも互いに略平行に配置することである。

また、本発明の第６の手段は、上記の第５の手段において、第１金属配線ｑ１と第３金属配線ｑ３において互いに略平行に配置されている部位の間の距離Ｄ１が、所望の動作周波数ｆ０に対応する波長λ₀ に対して0.0 ５λ₀ ≦Ｄ１≦0.３λ₀ を満たすように、その距離Ｄ１を設定することである。

また、本発明の第７の手段は、上記の第１乃至第６の何れか１つの手段において、中央金属配線ｐの長さＤ２が、所望の動作周波数ｆ０に対応する波長λ₀ に対して、0.00５λ₀ ≦Ｄ２≦0.１５λ₀ を満たすように、その長さＤ２を設定することである。

また、本発明の第８の手段は、上記の第１乃至第７の何れか１つの手段において、給電部Ｆに対して給電する２本の互いに略平行な給電線路を設け、その２本の給電線路間の距離Ｄ３が、所望の動作周波数ｆ０に対応する波長λ₀ に対して、0.000 １λ₀ ≦Ｄ３≦0.０２λ₀ を満たすように、その距離Ｄ３を設定することである。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。

以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
即ち、本発明の第１の手段によれば、共振方向や指向性の相異なる複数の共振モードを１台のアンテナ上に実現することができる点は前述の先行出願と同様であるが、更に、本発明の第１の手段によれば、各金属配線ｑ１、ｑ２、ｑ３およびｑ４の途中に設けた各可変リアクタンス素子Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４の各リアクタンス値を、上記のリアクタンス制御手段によって可変制御することにより、各金属配線ｑ１、ｑ２、ｑ３およびｑ４の等価的な長さを動的に変化させることができる。このため、上記と同様の共振方向や指向性を有する各共振モードについて何れも、所定の周波数帯域内における任意の動作周波数に対して生成することが可能となる。したがって、本発明の第１の手段によれば、所定の周波数帯域内における所望の周波数において、動的にアンテナの指向性を可変制御することができる。

また、本発明の第２の手段によれば、電流経路の異なる３つの共振モードを生成することができるので、指向性を動的に変化させる範囲を広くすることができる。特に、８の字型の指向性の最大放射方向については、それをアンテナを含む面上で３６０°回転させることができる。

また、本発明の第３の手段によれば、アンテナの配線パターンが給電部Ｆに対して略点対称形状となるので、アンテナの利得を最大にすることが可能となる。

また、本発明の第４の手段によれば、既存のバラクタダイオード等の周知の一般的な可変容量素子で可変リアクタンス素子を容易かつ簡潔に構成することができるので、本発明の第４の手段によれば、アンテナの構成を簡略化することができる。

また、本発明の第５の手段によれば、アンテナの金属配線パターンが占有する設置面積を小さくすることができるので、狭く限られた設置領域へのアンテナの配設が可能または容易となる。したがって、例えば、自動車のフロントガラスの上部などの極限られた領域にアンテナを、運転者の視界を妨げることなく搭載することができる。

また、本発明の第６の手段によれば、指向性や整合特性を劣化させることなく、アンテナを小形化することが可能となる。より望ましくは、0.１λ₀ 〜0.２λ₀ 程度が良い。このＤ１の値が小さ過ぎると幅広く良好に指向性を確保したり可変制御したりすることが難しくなる。また、このＤ１の値が大き過ぎるとアンテナの小形化が難しくなる。

また、本発明の第７の手段によれば、小形のアンテナ形状を維持しつつ、指向性や整合特性をより向上させることができる。より望ましくは、0.０２λ₀ 〜0.０８λ₀ 程度が良い。このＤ２の値が小さ過ぎると幅広く良好に指向性を確保したり可変制御したりすることが難しくなる。また、このＤ２の値が大き過ぎるとアンテナの小形化が難しくなる。

また、本発明の第８の手段によれば、小形のアンテナ形状や良好な整合特性を維持しながら、平衡線路−不平衡線路変換器とアンテナとを同一面上で接続することが可能または容易となる。従って、本発明の第８の手段によれば、不平衡線路である例えば同軸線路やマイクロストリップ線路などに対して、アンテナを接続することが可能または容易となる。

なお、金属配線上の電流が大きい部分に可変リアクタンス素子を装荷すると、等価的な長さの可変制御範囲も広くなる。したがって、中央金属配線ｐの端点ＣＬまたはもう一方の端点ＣＲに近い領域に上記の各可変リアクタンス素子Ｖ１〜Ｖ４をそれぞれ設けると良い。

また、上記の可変リアクタンス素子の構成要素としてインダクタ素子を用いる場合には、そのインダクタ素子と他の可変容量素子とを並列または直列に接続することによって、その複合体を可変インダクタ素子として動作させると良い。この場合、その可変容量素子の容量値を可変制御することにより、その複合体を可変インダクタ素子として動作させることができる。

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。

本実施例１のアンテナＡＮ１の平面図を図１に示す。以下、本実施例１ではアンテナＡＮ１の長手方向（図１の左右の方向）にｘ軸をとり、このｘ軸に垂直な方向に、即ち図面の上下方向にｙ軸をとる。また、図面に垂直な方向にｚ軸をとるものとする。更に、このｘｙ平面上における角度φを、ｘ軸の正の向きから反時計回り（即ちｙ軸の正の向きに向う向き）に測った角度として定義する。

１．回路構成
本アンテナＡＮ１の中央に配置された給電部Ｆによって左右に分断された直線状の中央金属配線ｐはｘ軸方向に伸びており、この方向が本アンテナＡＮ１の長手方向となっている。即ち、長さＤ２を有する上記の中央金属配線ｐの途中には、給電点ＦＬと給電点ＦＲから成る上記の給電部Ｆが設けられており、この中央金属配線ｐの左側の一端ＣＬには、第１及び第２の金属配線ｑ１、ｑ２がそれぞれ接続されている。また、中央金属配線ｐの右側の他端ＣＲには金属配線第３及び第４の金属配線ｑ３、ｑ４がそれぞれ接続されている。以下、第１金属配線ｑ１の中央金属配線ｐに接続されていない他端を端点Ａ１と言う。また、端点Ａ２、端点Ａ３、端点Ａ４についても同様に定義する。

また、上記の第１金属配線ｑ１のことを以下では金属配線ｑ１または単にｑ１と書くことがある。また、第２乃至第４の金属配線ｑ２、ｑ３、およびｑ４についても同様である。これらの金属配線ｑ１、ｑ２、ｑ３、およびｑ４は、ｘ軸方向またはｙ軸方向に平行な金属配線から構成されている。金属配線ｑ１、ｑ２、ｑ３、およびｑ４のそれぞれの途中の中央金属配線ｐに近い各部分、即ち、金属配線ｑ１、ｑ２、ｑ３、およびｑ４のｙ軸方向に伸びている各部分には、それぞれ、第１乃至第４の各可変容量素子Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４が挿入されている。以下、この第１可変容量素子Ｖ１のことを可変容量素子Ｖ１または単にＶ１と書くことがある。また、第２乃至第４の可変容量素子Ｖ２、Ｖ３及びＶ４についても同様である。

このアンテナＡＮ１は、給電部Ｆの中心点、即ち給電点ＦＬと給電点ＦＲとの中点に対して点対称即ち２直角回転対称の形状となっている。更に、このアンテナＡＮ１では、中央金属配線ｐに対して、金属配線ｑ１と金属配線ｑ２とが線対称の関係にあり、金属配線ｑ３と金属配線ｑ４とが線対称の関係にある。また、給電部Ｆの中心点を通るｙ軸方向の中心線に対して、金属配線ｑ１と金属配線ｑ４とが線対称の関係にあり、金属配線ｑ２と金属配線ｑ３とが線対称の関係にある。
ここで、給電部Ｆからの各端点Ａ１、端点Ａ２、端点Ａ３及び端点Ａ４までの各経路長は全て等しくなっており、更に、給電部Ｆからの各可変容量素子Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４までの各経路長も全て等しくなっている。

２．基本動作
以下、このアンテナＡＮ１の動作について、図２、図３、図４及び図５を用いて説明する。図２、図３、図４は、アンテナＡＮ１上に生じる電流の分布とアンテナＡＮ１の指向性との関係を示している。アンテナＡＮ１の指向性を制御する場合、給電部Ｆに対して点対称に位置する可変容量素子の容量値を同じ値とする。即ち、可変容量素子Ｖ１とＶ３の容量値をＣ１、可変容量素子Ｖ２とＶ４の容量値をＣ２とする。

（Ｃ１＝Ｃ２の場合）
例えば、Ｃ１＝Ｃ２の場合の、アンテナＡＮ１上に生じる電流の分布と、ｘｙ面上におけるこのアンテナＡＮ１の指向性との関係を図２に例示する。この場合、１つの共振モードａＩのみが生じる。そして、この共振モードａＩでは、経路Ａ１−ＣＬ−ＦＬ−ＦＲ−ＣＲ−Ａ３、Ａ１−ＣＬ−ＦＬ−ＦＲ−ＣＲ−Ａ４、Ａ２−ＣＬ−ＦＬ−ＦＲ−ＣＲ−Ａ３、およびＡ２−ＣＬ−ＦＬ−ＦＲ−ＣＲ−Ａ４の各長さは、等価的に全て等しくなり、この共振モードにおいては、経路の等価的な長さが動作周波数ｆ０に対応する波長λ₀ の略半分の長さとなる。

そして、上記の共振モードａＩでは、ｙ方向に流れる電流は図示する各電流が互いに各放射作用を打ち消し合う様に流れ、ｘ方向に流れる電流は同時に同じ向きに流れる。従って、ｘ方向の電流のみが放射に寄与し、ｘｙ面上における指向性はｙ軸方向に最大放射方向をもつ８の字形の指向性となる。

（Ｃ１＜Ｃ２の場合）
また、Ｃ１＜Ｃ２の場合のアンテナＡＮ１上の電流分布とそのｘｙ面上における指向性のグラフを図３に例示する。一般に、可変容量の容量値を小さくすると、その可変容量素子が挿入された金属配線の長さが等価的に短くなる。従って、Ｃ１＜Ｃ２と設定した場合には、図３に示すように、金属配線ｑ１とｑ３は、金属配線ｑ２とｑ４よりも等価的に短くなる。また、容量値Ｃ１とＣ２の選び方により、電流経路の異なる3 つの共振モードｂＩ、ｂII、およびｂIII が生じる。

（１）例えば、共振モードｂＩでは、経路Ａ２−ＣＬ−ＦＬ−ＦＲ−ＣＲ−Ａ４が等価的に略0.５λ₀ の長さとなる。このとき、ｘｙ面上におけるアンテナの指向性は、第１象限（０°＜φ＜９０°）と、その反対側に位置する第３象限（−１８０°＜φ＜−９０°）にそれぞれ最大放射方向をもつ８の字形の指向性となる。
（２）また、共振モードｂIIでは、経路Ａ１−ＣＬ−Ａ２と経路Ａ４−ＣＬ−Ａ３が等価的に略0.５λ₀ の長さとなる。このとき、ｘｙ面上における指向性はｘ軸方向に最大放射方向をもつ８の字形の指向性となる。
（３）更に、共振モードｂIII では、経路Ａ１−ＣＬ−ＦＬ−ＦＲ−ＣＲ−Ａ３が等価的に略0.５λ₀ の長さとなる。このとき、ｘｙ面指向性は、第２象限（９０°＜φ＜１８０°）と、その反対側に位置する第４象限（−９０°＜φ＜０°）にそれぞれ最大放射方向をもつ８の字形の指向性となる。

（Ｃ１＞Ｃ２の場合）
また、同様にＣ１＞Ｃ２の場合の電流分布とｘｙ面指向性の概念図を図４に示す。Ｃ１＞Ｃ２では、図４に示すように、金属配線ｑ２とｑ４は、金属配線ｑ１とｑ３よりも等価的に短くなる。また、容量値Ｃ１とＣ２の選び方により、電流経路の異なる3 つの共振モードｃＩ、ｃII、およびｃIII が生じる。

（１）例えば、共振モードｃＩでは、経路Ａ１−ＣＬ−ＦＬ−ＦＲ−ＣＲ−Ａ３が等価的に略0.５λ₀ の長さとなる。このとき、ｘｙ面指向性は、第４象限（−９０°＜φ＜０°）と第２象限（９０°＜φ＜１８０°）にそれぞれ最大放射方向をもつ８の字形の指向性となる。
（２）また、共振モードｃIIでは、経路Ａ２−ＣＬ−Ａ１と経路Ａ３−ＣＬ−Ａ４が等価的に略0.５λ₀ の長さとなる。このとき、ｘｙ面指向性はｘ軸方向に最大放射方向をもつ８の字形の指向性となる。
（３）更に、共振モードｃIII では、経路Ａ２−ＣＬ−ＦＬ−ＦＲ−ＣＲ−Ａ４が等価的に略0.５λ₀ の長さとなる。このとき、ｘｙ面指向性は、第３象限（−１８０°＜φ＜−９０°）と第１象限（０°＜φ＜９０°）にそれぞれ最大放射方向をもつ８の字形の指向性となる。

３．最大放射方向の設定方法
上述のように容量値Ｃ１とＣ２の選び方により、ｘｙ面における８の字形の指向性の最大放射方向を任意の方向に選ぶことができる。
（１）例えば、８の字形の指向性の最大放射方向をｙ軸方向にするには、Ｃ１＝Ｃ２として共振モードａＩを励振させればよい。一方、８の字形の指向性の最大放射方向をｘ軸方向にするには、例えば、Ｃ１＜Ｃ２として共振モードｂIIを励振させればよい。また、Ｃ１＞Ｃ２として共振モードｃIIを励振させてもよい。
（２）また、８の字形の指向性の最大放射方向を第３象限（−１８０°＜φ＜−９０°）と第１象限（０°＜φ＜９０°）に配置するには、例えば、上記の容量値をＣ１＜Ｃ２として共振モードｂＩを励振させればよい。また、Ｃ１＞Ｃ２として共振モードｃIII を励振させてもよい。
（３）また、同様に、８の字形の指向性の最大放射方向を第４象限（−９０°＜φ＜０°）と第２象限（９０°＜φ＜１８０°）に配置するには、例えば、Ｃ１＞Ｃ２として共振モードｃＩを励振させればよい。あるいは、Ｃ１＜Ｃ２として共振モードｂIII を励振させてもよい。

４．具体的な容量値と指向性との関係
可変リアクタンス素子の容量値Ｃ１とＣ２を変化させたときの、動作周波数ｆ０におけるアンテナＡＮ１のｘｙ面上における各指向性のグラフ（典型例）を図５−Ａ〜Ｆに例示する。これらのグラフから、最大放射方向が時計回りに回っている様子がわかる。

（１）例えば、Ｃ１＝Ｃ２＝１ｐＦのときは、共振モードａＩが励振され、図５−Ａに示されるように、ｙ軸方向に最大放射方向をもつ８の字形の指向性となる。
（２）また、Ｃ１＝１ｐＦ、Ｃ２＝２ｐＦのとき、およびＣ１＝１ｐＦ、Ｃ２＝５ｐＦのときは、共振モードｂＩが励振され、図５−Ｂ、および図５−Ｃに示されるように、第３象限（−１８０°＜φ＜−９０°）と第１象限（０°＜φ＜９０°）に最大放射方向をもつ８の字形の指向性となる。図５−Ａの最大放射方向を基準としたときの角度変化量に関しては、図５−Ｂの角度変化量より図５−Ｃの角度変化量のほうが大きい。
（３）更に、Ｃ１＝１ｐＦ、Ｃ２＝８ｐＦのときは、共振モードｂIIが励振され、図５−Ｄに示されるように、ｘ軸方向に最大放射方向をもつ８の字形の指向性となる。

なお、図５−Ｅ、および図５−Ｆに示される指向性はそれぞれ、図５−Ｃおよび図５−Ｂに示される指向性をｘ軸、またはｙ軸に対して線対称に変換したものである。即ち、Ｃ１とＣ２の値をそれぞれ入れ換えた場合の指向性である。Ｃ１＝５ｐＦ、Ｃ２＝１ｐＦのとき、およびＣ１＝２ｐＦ、Ｃ２＝１ｐＦのときは、共振モードｃＩが励振され、図５−Ｅ、および図５−Ｆに示されるように、第４象限（−９０°＜φ＜０°）と第２象限（９０°＜φ＜１８０°）に最大放射方向をもつ８の字形の指向性となる。

５．本実施例１における効果
以上の構成に従えば、上記の容量値Ｃ１，Ｃ２を適当に可変制御すれば、この制御によって、アンテナＡＮ１の指向性を動的に任意に可変制御することができる。
また、部分的に互いに平行な金属配線ｑ１と金属配線ｑ２の平行部分の距離Ｄ１は、所望の動作周波数ｆ０に対応する波長λ₀ に対して、0.0 ５λ₀ ≦Ｄ１≦0.3 λ₀ を満たすように、その距離Ｄ１が設定することによって、このアンテナＡＮ１では、指向性、および整合特性を劣化させることなく、アンテナを小形に形成することができた。
また、中央金属配線ｐの長さＤ２が、その動作周波数ｆ０に対応する波長λ₀ に対して、０．00５λ₀ ≦Ｄ２≦0.１５λ₀ を満たすように、その長さＤ２を設定することによって、指向性、および整合特性を最適に設定することができた。

６．リアクタンス制御手段
（１）リアクタンス制御手段の回路構成
図６に、上記のアンテナＡＮ１の各容量値Ｃ１，Ｃ２を可変制御するリアクタンス制御手段の回路図を例示する。
給電線路ｒ１はバランＢＬ（平衡線路−不平衡線路接続器）と給電点ＦＬとを接続する線路である。また、給電線路ｒ２はバランＢＬ（平衡線路−不平衡線路接続器）と給電点ＦＲとを接続する線路である。この回路（アンテナＡＮ１）のバランＢＬと直流カット用の容量素子Ｃａ０とを除いた部分については、少なくとも論理的には、左右対称に形成されている。また、２つの給電点ＦＬ，ＦＲよりもバランＢＬ寄りの部位を除けば、それらの部分については、少なくとも論理的には、上下対称に形成されている。ただし、ここで、ｘ軸方向が左右の方向であり、ｙ軸方向が上下の方向である。

ワイヤーｗ１は、バラクターから成る第１可変容量素子Ｖ１の容量値（Ｃ１）を可変制御するための配線であり、この容量Ｃ１は点ｃの直流電位を可変制御することによって可変制御される。同様に、ワイヤーｗ２は、バラクターから成る第２可変容量素子Ｖ２の容量値（Ｃ２）を可変制御するための配線であり、この容量Ｃ２は点ｂの直流電位を可変制御することによって可変制御される。

図７−Ａ，−Ｂ，−Ｃに、図６の部分的な拡大図を示す。図７−Ａは容量素子Ｃａ１の構成詳細及び接続形態を示すものである。容量素子Ｃａ１は容量素子Ｃａ１ａと容量素子Ｃａ１ｂとを図示する様に直列に接続したものであり、これらの容量素子は前述の動作周波数ｆ０を効率よく透過させる容量に設定されている。容量素子Ｃａ１ａと容量素子Ｃａ１ｂとの接続点Ｐ６には給電線路ｒ１が接続されており、容量素子Ｃａ１ａの他端にはワイヤーｗ１が、容量素子Ｃａ１ｂの他端Ｐ１にはワイヤーｗ２が、それぞれ接続されている。

また、図７−Ｂは容量素子Ｃａ２の構成詳細及び接続形態を示すものである。容量素子Ｃａ２は容量素子Ｃａ２ａと容量素子Ｃａ２ｂとを図示する様に直列に接続したものであり、これらの容量素子は前述の動作周波数ｆ０を効率よく透過させる容量に設定されている。容量素子Ｃａ２ａと容量素子Ｃａ２ｂとの接続点Ｐ５には中央金属配線ｐが接続されており、容量素子Ｃａ２ｂの他端にはワイヤーｗ１が、容量素子Ｃａ２ａの他端Ｐ２にはワイヤーｗ２が、それぞれ接続されている。

また、図７−Ｃは容量素子Ｃａ３の接続形態を示すものである。この容量素子Ｃａ３は前述の第２金属配線ｑ２の途中に、即ち接続点Ｐ３と接続点Ｐ４の間に挿入されており、前述の動作周波数ｆ０を効率よく透過させる容量に設定されている。この右側の接続点Ｐ３には、上記のワイヤーｗ２の端部が接続されている。また、左側の接続点Ｐ４は、インダクタ素子ＣＬ２の一端が接続されている。インダクタ素子ＣＬ２は、チョークコイルとして作用して、動作周波数ｆ０の交流がここを透過するのを阻止している。このインダクタ素子ＣＬ２の他端は、第２可変容量素子Ｖ２の一端と接続されており、その接続点は、直流カット用の容量素子Ｃａ４と第２金属配線ｑ２を通して、端点Ａ２に接続されている。

なお、容量素子Ｃａ２が具備されていれば、容量素子Ｃａ１，容量素子Ｃａ３は、必ずしも必要ではないが、高周波に対する抵抗や励振動作の安定性の観点から容量素子Ｃａ１や容量素子Ｃａ３は容量素子Ｃａ２とともに図示する様に配設することが望ましい。また、給電線路ｒ１または中央金属配線ｐのワイヤーｗ２に対する間隔や立体的な対峙面積などを最適化することによって、これらの配線間に容量を持たせることも可能であり、そのように形成した容量を上記の容量素子Ｃａ１，Ｃａ２，Ｃａ３の代りに、または、上記の容量素子Ｃａ１，Ｃａ２，Ｃａ３の補足として用いることもできる。

（２）リアクタンス制御手段の回路動作
これらの回路によって、上記の第２可変容量素子Ｖ２の容量値（Ｃ２）を可変制御することができる。例えば、点ｂの直流電位を高くすると、直流電流が以下の経路を通って、アースにまで落ちる。即ち、その電流は、点ｂからｗ２上のインダクタ素子ＣＬ０ｂ、図７−Ａのワイヤーｗ２上の端点Ｐ１、図７−Ｂの端点Ｐ２、図７−Ｃの端点Ｐ３を通って第２金属配線ｑ２に移り、第２可変容量素子Ｖ２、インダクタ素子ＣＬ２、図７−Ｃの端点Ｐ４、第２金属配線ｑ２、端点ＣＬ、中央金属配線ｐ上の接続点Ｐ５（図７−Ｂ）、給電点ＦＬ、給電線路ｒ１上の接続点Ｐ６（図７−Ａ）、及びインダクタ素子ＣＬ０Ｌを順次通ってアースにまで落ちる。
したがって、この直流電流の電流経路を用いた場合、上記の点ｂの電位を可変制御すれば、第２可変容量素子Ｖ２の端子間の電位差を所望の値に可変制御することができるので、これによって、第２可変容量素子Ｖ２の容量値（Ｃ２）を動的に所望の値に可変制御することができる。

また、その他の変容量素子Ｖｍ（ｍ＝１，３，４）の各容量値（Ｃ１またはＣ２）についても、図６の回路の上下左右の対称性に基づいて、上記と略同様に可変制御することができる。したがって、以上の構成に従えば、アンテナＡＮ１が有する上記の各容量値（Ｃ１，Ｃ２）を動的に可変制御することにより、図１のアンテナＡＮ１の指向性を動的に任意に可変制御することができる。

本実施例２のアンテナＡＮ２の平面図を図８に示す。アンテナＡＮ２は、金属配線ｑ１、ｑ２、ｑ３、およびｑ４を図示する様に部分的にメアンダ形状とした点が、図１に示すアンテナＡＮ１とは異なっている。メアンダ形状の金属配線は、ｘ軸方向に平行な金属配線とｙ軸方向に平行な金属配線からなり、ｘ軸方向の金属配線の各１辺がｙ軸方向の金属配線の各１辺より長くなっている。そして、この構成によれば、実施例１のアンテナＡＮ１よりもアンテナをさらに小型化することが可能となる。

なお、本実施例２のアンテナＡＮ２においては、給電部Ｆを構成する２点ＦＬとＦＲに対して給電する２本の略平行な給電線路ｒ１とｒ２が、アンテナＡＮ２の各金属配線と同一平面上に設けられているが、この構成によれば、アンテナＡＮ２とバランＢＬ（平衡線路−不平衡線路変換器）とを、給電線路ｒ１とｒ２を介して同一平面上で接続することができる。
従って、不平衡型のアンテナＡＮ２から受信電力を取り出す場合、または送信電力を送る場合、不平衡線路である同軸線路やマイクロストリップ線路を平衡線路−不平衡線路変換器（バランＢＬ）に接続可能となる。このとき、２本の給電線路ｒ１とｒ２の距離Ｄ３が、動作周波数ｆ０に対応する波長λ₀ に対して、0.0001λ₀ ≦Ｄ３≦0.02λ₀ を満たすように設定されていれば、良好な整合特性を確保することができる。

本実施例３のアンテナＡＮ３の平面図を図９に示す。図８に示すアンテナＡＮ２のメアンダ形状を構成する金属配線ｑ１，ｑ２，ｑ３及びｑ４では、ｘ軸方向の金属配線の個々の辺がｙ軸方向の金属配線の各１辺より長くなっていたが、本図９に図示するこのアンテナＡＮ３のように、ｙ軸方向の金属配線の各１辺をｘ軸方向の金属配線の各１辺よりも長くしてもよい。この様な構成によっても、実施例１のアンテナＡＮ１よりもアンテナをさらに小型化することが可能となる。

本発明のアンテナ装置は、アンテナの指向性を動的に変化させる必要が伴う例えば移動体通信などに大いに有用なものである。また、本発明のアンテナ装置は、平面化や小形化や細線化などが容易であるので、特に、視界の確保や美観の維持が要求される車両の窓ガラスなどに搭載するのに好適である。

第１実施例のアンテナＡＮ１の平面図 アンテナＡＮ１における電流分布と指向性との関係を例示するグラフ アンテナＡＮ１における電流分布と指向性との関係を例示するグラフ アンテナＡＮ１における電流分布と指向性との関係を例示するグラフ アンテナＡＮ１における指向性を例示するグラフ アンテナＡＮ１における指向性を例示するグラフ アンテナＡＮ１における指向性を例示するグラフ アンテナＡＮ１における指向性を例示するグラフ アンテナＡＮ１における指向性を例示するグラフ アンテナＡＮ１における指向性を例示するグラフ 第１実施例のアンテナＡＮ１のリアクタンス制御手段の回路図 図６の部分的な拡大図 図６の部分的な拡大図 図６の部分的な拡大図 第２実施例のアンテナＡＮ２の平面図 第３実施例のアンテナＡＮ３の平面図 先行出願のアンテナＡＮ１０の平面図

符号の説明

ＡＮ１、ＡＮ２、ＡＮ３ ： アンテナ
Ｆ ： 給電部
ｐ、ｑ１、ｑ２、ｑ３、ｑ４ ： 金属配線
ｒ１、ｒ２ ： 給電線路
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４ ： 可変容量素子
Ｃ１、Ｃ２ ： 可変容量素子の容量値
Ｄ１ ： 金属配線ｑ１と金属配線ｑ２の距離
Ｄ２ ： 中央金属配線ｐの長さ
Ｄ３ ： 略平行な２本の給電線路ｒ１とｒ２の距離

Claims (8)

1. 略平面状に展開された金属配線から構成されるアンテナ装置であって、
   ２点の給電点からなる１組の給電部Ｆと、
   前記給電部Ｆが途中に挿入された１本の中央金属配線ｐと、
   前記中央金属配線ｐの一端ＣＬに一端が接続された第１金属配線ｑ１と、
   前記一端ＣＬに一端が接続された第２金属配線ｑ２と、
   前記中央金属配線ｐの他端ＣＲに一端が接続された第３金属配線ｑ３と、
   前記他端ＣＲに一端が接続された第４金属配線ｑ４と、
   前記第１金属配線ｑ１上に挿入された第１可変リアクタンス素子Ｖ１と、
   前記第２金属配線ｑ２上に挿入された第２可変リアクタンス素子Ｖ２と、
   前記第３金属配線ｑ３上に挿入された第３可変リアクタンス素子Ｖ３と、
   前記第４金属配線ｑ４上に挿入された第４可変リアクタンス素子Ｖ４と、
   前記第１可変リアクタンス素子Ｖ１、前記第２可変リアクタンス素子Ｖ２、前記第３可変リアクタンス素子Ｖ３、および前記第４可変リアクタンス素子Ｖ４がそれぞれ供する各リアクタンス成分を可変制御するリアクタンス制御手段と
   を有する
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記２点の給電点の中点に対して、
   前記第１金属配線ｑ１と前記第３金属配線ｑ３とが略点対称に配置され、
   前記第２金属配線ｑ２と前記第４金属配線ｑ４とが略点対称に配置され、
   前記第１可変リアクタンス素子Ｖ１と前記第３可変リアクタンス素子Ｖ３とが略点対称に配置され、
   前記第２可変リアクタンス素子Ｖ２と前記第４可変リアクタンス素子Ｖ４とが略点対称に配置され、
   前記第１可変リアクタンス素子Ｖ１のリアクタンス値Ｘ１と、前記第３可変リアクタンス素子Ｖ３のリアクタンス値Ｘ３とが略一致し、
   前記第２可変リアクタンス素子Ｖ２のリアクタンス値Ｘ２と、前記第４可変リアクタンス素子Ｖ４のリアクタンス値Ｘ４とが略一致し、
   前記リアクタンス値Ｘ１と前記リアクタンス値Ｘ２とが一致していない
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記２点の給電点上を通る直線に対して、
   前記第１金属配線ｑ１と前記第２金属配線ｑ２とが略線対称に配置されており、
   前記第３金属配線ｑ３と前記第４金属配線ｑ４とが略線対称に配置されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第１リアクタンス素子Ｖ１、前記第２リアクタンス素子Ｖ２、前記第３リアクタンス素子Ｖ３、及び前記第４リアクタンス素子Ｖ４は、
   それぞれ何れも可変容量素子である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記第１金属配線ｑ１の少なくとも一部分と、
   前記第２金属配線ｑ２の少なくとも一部分と、
   前記第３金属配線ｑ３の少なくとも一部分と、
   前記第４金属配線ｑ４の少なくとも一部分とが、
   それぞれ何れも互いに略平行に配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記第１金属配線ｑ１と前記第３金属配線ｑ３において互いに略平行に配置されている部位の間の距離Ｄ１は、
   所望の動作周波数ｆ₀ に対応する波長λ₀ に対して、
   0.05λ₀ ≦Ｄ１≦0.３λ₀
   を満たすように設定されている
   ことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記中央金属配線ｐの長さＤ２は、
   所望の動作周波数ｆ₀ に対応する波長λ₀ に対して、
   0.00５λ₀ ≦Ｄ２≦0.１５λ₀
   を満たすように設定されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のアンテナ装置。
8. 前記給電部Ｆに対して給電する２本の互いに略平行な給電線路を有し、
   ２本の前記給電線路間の距離Ｄ３は、
   所望の動作周波数ｆ₀ に対応する波長λ₀ に対して、
   0.0001λ₀ ≦Ｄ３≦0.０２λ₀
   を満たすように設定されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のアンテナ装置。