JP2006340246A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】選択的に受信されるべき電波の偏波の方向の動的な変化に対する適応制御が可能な平面構造の指向性制御アンテナ装置を提供すること。
【解決手段】給電素子Ａ１１、無給電素子Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂ、Ｐ１１ｃ、Ｐ１１ｄはそれぞれ、線路長（実効長）が所定の１波長λである円形状の金属線からなるループ配線である。上記の各無給電素子は何れも平面Σ₁ 上に形成されている。給電素子Ａ１１上の給電部Ｆ０とは反対側の位置には可変リアクタンス素子Ｘ１が配設されている。また、各無給電素子においてはそれぞれ、各ループ配線のループの中心点を有しかつ無給電素子Ｐ１１ａのループの中心軸Ｃ₀ を縁とする半平面（σ_a ，σ_b ，σ_c ，σ_d ）上に各可変リアクタンス素子Ｘ２〜Ｘ９を１つずつ配置した。給電素子Ａ１１のループ配線の中心軸Ｃ₀ と他の各ループ配線の中心軸との間の各距離はそれぞれλ／４である。
【選択図】図１

Description

本発明は、給電部を備えた１つの主のループ配線と、この主のループ配線と平行または同一平面上に配置された、給電点を備えない複数の従のループ配線とを有するアンテナ装置に関する。
本発明のアンテナ装置は、容易または的確な指向性制御、周波数制御、偏波方向制御等が望まれる移動体通信などに用いる、リアクタンスダイバーシチを適用する略平面構造のアンテナ装置として大いに有用なものである。

アンテナを給電素子と無給電素子から構成し、無給電素子に装荷された可変リアクタンス値を変化させることによって、そのアンテナの指向性を制御することができる。この様な制御に有用な簡易型の指向性制御アンテナとしては、例えば、特許文献１や非特許文献１などに開示されているエスパアンテナ(Electronically steerable passive array radiator antenna; ESPAR antenna)等が公知である。図１２に、従来のエスパアンテナの概観図を例示する。

このアンテナ装置では、無給電素子を給電素子に対して、導波器または反射器として有効に動作させることによって、指向性の制御が容易になっている。そして、このアンテナ装置の制御方式は、一般のアレーアンテナの制御方式として定式化されているので、この装置を用いれば、到来波の方位や位相などを精度よく推定する高度な適応制御を実行することができる。

また、受信すべき電波の偏波の方向を適応的に可変制御することができる指向性制御アンテナ装置としては、例えば、特許文献２や非特許文献２等に開示されているエスパアンテナ等が公知である。
また、簡易な平面構造を有する指向性制御アンテナとしては、例えば、ループ配線中に可変リアクタンス素子を装荷したエスパアンテナや、パッチアンテナなどが公知であり、それらの従来のアンテナ装置は、例えば下記の非特許文献３や非特許文献４などにも開示されている。

更に、給電素子や無給電素子を形成する複数のループ配線を互いにオーバーラップさせて複層構造に配置するアンテナとしては、下記の特許文献３（本願の図１３）に記載されているものが公知である。
特開２００１−０２４４３１ 特開２００４−２６０３９８ 特開２００５−１１０２３１ 大平、飯草、「電子走査導波器アレーアンテナ」、電子情報通信学会論文誌（Ｃ；超高周波アナログ可変機能デバイス回路技術論文特集−招待論文）、Vol.J87-C No.1 pp.12-31 ，２００４年１月． 飯草、大平、小宮山、"可変リアクタ装荷ダイポールの電気的透明化とリコンフィギュラビルアンテナへの応用"信学論（Ｂ）、vol ． J88 B, no ． 4, pp． 771 784, April． 2005 ． 飯草、山元、澤谷、加藤、太郎丸、大平、"逆直列バラクタのDC制御線を兼ねた周波数制御リングアンテナの提案と基本検討"信学技法,A・P2004-210. Ｒ.J.Dinger,"Reactively steered adaptive array using microstrip patch at 4GHz",IEEE Trans.Antennas & Propag,vol.AP 32, no.8, pp.848 856,Aug.1984.

例えば車載用のアンテナを構成する場合などには、その搭載位置や意匠などの観点より、アンテナの物理的な構造は平面構造であることが望ましいが、しかし、ダイポール素子から構成される従来の平面構造のエスパアンテナでは、無給電素子の数を３本以上にすると、給電素子と無給電素子と間における結合が急激に弱まってしまうなどの理由から、自由度の高い指向性を得ることは容易ではない。

また、特許文献３に記載されている上記のアンテナ（本願の図１３）においては、ループ配線から成る各無給電素子が各々１つずつしか可変リアクタンス素子を備えていないなどの理由から、良好な指向性制御を実現するための制御理論の定式化が容易ではなく、このため、周知のアレーアンテナの制御理論をこのアンテナに流用したり応用したりすることが困難であると言う問題があった。即ち、特許文献３に記載されている従来のアンテナ（本願の図１３）では、大きな自由度をもたらす指向性を得ることは容易ではない。
また、更に、この特許文献３には、受信すべき電波の偏波の方向の動的な変化に適応するための技術に関する何の開示もなく、特段の示唆もない。

しかしながら、一般の移動体通信では複数の到来波を同時に受信することがあり、また、それらの到来波の偏波の方向は時々刻々と変化することがあるため、この様な動的な変動要因に対しても適応的な制御を実施することが望ましい。即ち、平面構造でありながらも、電波の偏波の方向の変化に対して適応することができる指向性制御アンテナの実現が期待される。

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、受信すべき電波の偏波の方向の動的な変化に対する適応制御が可能な平面構造の指向性制御アンテナ装置を提供することである。
また、本発明の更なる目的は、指向性制御または周波数制御が容易な、略平面構造のアンテナを実現することである。また、本発明の他の目的は、アレーアンテナの分解能を高めることである。

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、２点１組の給電点から成る給電部を備えて１つの基準平面上に配置された１つの主のループ配線と、この基準平面上またはこの基準平面に平行な平面上に配置された、給電点を備えない複数の従のループ配線とを有するアンテナ装置において、それぞれ互いに交点及び接点を持たない様に上記の各ループ配線を配置し、各従のループ配線に囲まれた平面領域をそれぞれ、上記の基準平面の法線方向から見た際に、主のループ配線に囲まれた平面領域と互いに部分的に重なる様に配置し、各従のループ配線上において、該ループ配線のループの中心点を含みかつ主のループ配線のループの中心軸を縁とする半平面上に可変リアクタンス素子をそれぞれ設け、主のループ配線上において、給電部の中心軸を挟んだ反対側の位置または少なくとも１つの半平面上に可変リアクタンス素子を設け、同一平面上には位置していない２面１組の上記の半平面を少なくとも１組以上設けることである。

ただし、上記のループ配線を何れも同一平面上に配置する場合には、それらの間に交点や接点が形成されない様にブリッジを設けるものとする。また、各ループ配線を配置する面は、必ずしも完全な平面である必要はなく、若干の曲率を有していても何ら差し支えない。また、個々のループ配線を配置する面を互いに平行に設定する際には、必ずしもそれらを完全に平行にする必要はない。この制約は、専ら略平面構造のアンテナを得るためのものであって、本発明のアンテナの動作原理にはむしろ、上記の様にして部分的に重なった共通領域を貫く磁束の量の大小が直接かつ本質的に係わる。

また、ループ配線を備えたこれらの配置面は、３層以上の多層構造にしても良い。
また、上記の各ループ配線のループ形状は任意でよく、例えば円形、楕円形、正方形、長方形、正多角形、台形、平行多辺形、または適当な多角形などの、閉じた任意のループ形状を用いることができる。ただし、上記の給電部においては若干ループが開いていなくてはならないことは言うまでもない。

また、これらのループ形状は、互いに合同でなくても、また互いに相似でなくても良く、大きさや形状を任意に組み合わせることができる。ただし、制御の容易性の観点からすれば、各ループ配線の物理的なループ長はそれぞれ互いに一致していることが望ましい。主のループ配線の実効長が取り扱う電磁波の波長となる。また、これらのループ配線は、少なくとも上記の半平面の極近傍においては、上記の半平面に対して略直交していることが望ましい。

また、あるループを貫く磁束が、その他の２つまたは３つ以上のループをも同時に貫く様に、各ループ配線を配置しても良い。
また、上記の従のループ配線の数は、３ループまたは４ループ以上であることが望ましいが、しかし、従のループ配線を２ループだけ形成した場合においても、後述の本発明の作用・効果を得ることができる。
また、上記の各可変リアクタンス素子は、何れも上記の半平面上に正確に配置されることが望ましいが、厳密には必ずしも正確にこの半平面上に配置しなくても良く、若干上記の半平面から外れていても特段差し支えない。

また、例えば、ループ配線上にリアクタンス値が可変の集中定数素子を挿入することによって、上記のリアクタンス素子のリアクタンス値を可変制御すれば、各ループ配線のループの実効長も同時に自在に可変制御できるので、各ループ配線の物理的なループ長は、必ずしもそれぞれ互いに一致させる必要はない。
以下、本発明のより望ましい実施要件について説明する。

例えば、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、上記の主のループ配線の線路長および上記の従のループ配線の線路長を取り扱う電磁波の波長に一致させることである。
ただし、これらの線路長は、取り扱う電磁波の波長に対して厳密に一致させる必要はなく、それらは実質的に略一致していれば十分である。また、上記の各線路長はそのループの実効長で計るものとする。

また、本発明の第３の手段は、上記の第１または第２の手段において、上記の可変リアクタンス素子をループ配線上に励振される定在波の腹の位置に配設することである。

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、上記の各従のループ配線の各中心点をそれぞれ、主のループ配線の中心軸から等距離に配置し、これらの各中心点を含む上記の各半平面によって、この中心軸の周りの１／ｎ回転操作に対する回転対称形を構成することである。
ただし、ここで、ｎは２以上の適当な自然数である。例えばｎ＝４の場合には、直角の整数倍の回転操作に対して対称な回転対称形を構成する。

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、上記の可変リアクタンス素子を集中定数素子で構成することである。

また、本発明の第６の手段は、上記の第１乃至第５の何れか１つの手段において、上記の主のループ配線及び従のループ配線をそれぞれプリント基板上に形成することである。勿論、このプリント基板は、その表裏両面を任意に用いて良い。また、多層構造にしても良い。

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、上記の主のループ配線及び従のループ配線をそれぞれ透明フィルム上に形成することである。勿論、この透明フィルムは、その表裏両面を任意に用いて良い。また、多層構造にしても良い。
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、ループ配線によって囲まれた面積を貫く磁束を隣り合うループ配線間で互いに部分的に共有することができ、これによって、隣り合う各ループ配線の間に高い結合（カップリング）を生成する事ができる。また、同時に、上記の第１の手段を採用すると、上記の各半平面上に並ぶ各可変リアクタンス素子を、同一方向の偏波面を有する放射源が１列に整列しているものと見なすことができる。

したがって、本発明の第１の手段によれば、平面構造でありながら、パターン形成能力や制御能力の高い指向性アンテナ装置を実現することができ、同時に、装荷する可変リアクタンス素子の各リアクタンスの値をそれぞれ動的に可変制御することによって、電波の偏波の方向の変化に対しても適応が可能な適応制御を実現することができる。

また、本発明の第２の手段によれば、各ループ配線上において上記の半平面の近傍に対となる同方向の強い電流分布があらわれ、かつ、これら（即ち、電流の極大点）は何れもそれぞれ近似的に放射源とみなすことができる。このことは、この第２の手段によって、互いに平行なダイポール状の放射源を各半平面に対応する略半直線上に並べたアンテナ構成が得られることを意味している。したがって、本発明の第２の手段によれば、周知のアレーアンテナの制御理論を応用することによって、制御や解析の容易な指向性アンテナ装置を実現することができる。

また、本発明の第３の手段によれば、ループ配線上において電流の極大点が各可変リアクタンス素子の設置点となるため、可変リアクタンス素子の可変制御によって、上記の各設置点における上記の各電流に対する位相制御の効果を大きく確保することができる。このため、本発明の第３の手段によれば、指向性と偏波に関する所望の適応制御を効果的に実施することができる。

第４の手段によれば、前記給電点を備えないループ配線が、前記給電点を備えるループ配線の周りに対称的に配置されるため、定式化および制御が容易なアンテナ装置を構成することができる。

また、本発明の第５の手段によれば、安価なループ配線とチップ素子を用いてアンテナを構成することができるので、さらに低コストに所望のアンテナ装置を実現することが可能となる。

また、本発明の第６の手段によれば、安価なプリント基板上に本発明の指向性アンテナ装置を構成することができる。即ち、本発明の第６の手段によれば、ループ配線を導体パターンで具現した、数ＧＨｚ帯で指向性制御が可能なアレーアンテナをも小型に構成することができる。

また、本発明の第７の手段によれば、透明フィルム上に本発明のアンテナ装置を構成することができるので、車載時に視野を妨げることなく、例えば車両のフロントガラス上などに所望の指向性アンテナ装置を構成することができる。

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のアンテナの平面図を図１に示す。本実施例１においては、図１に示すように、給電素子Ａ１１、無給電素子Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂ、Ｐ１１ｃ、Ｐ１１ｄはそれぞれ、線路長（実効長）が所定の１波長λである円形状の金属線からなるループ配線である。この給電素子Ａ１１は、本発明の主のループ配線に相当するものであり、また、上記の各無給電素子Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂ、Ｐ１１ｃ、Ｐ１１ｄが、それぞれ本発明の従のループ配線に相当している。
このアンテナ１００では、無給電素子Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂ、Ｐ１１ｃ、Ｐ１１ｄは、何れも平面Σ₁ 上に形成されており、これらの各ループ配線の中心軸と給電素子Ａ１１のループ配線の中心軸Ｃ₀ との間の各距離はそれぞれλ／４である。また、基準平面Σ₀ とこれに平行な上記の平面Σ₁ との距離ｄは0.0064λに設定した。

給電素子Ａ１１上においては、給電部Ｆ０が設けられており、それと反対側の位置には可変リアクタンス素子Ｘ１が配設されている。また、各無給電素子Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂ、Ｐ１１ｃ、Ｐ１１ｄにおいてはそれぞれ、各ループ配線のループの中心点を有しかつ無給電素子Ｐ１１ａのループの中心軸Ｃ₀ を縁とする半平面（σ_a ，σ_b ，σ_c ，σ_d ）上に各可変リアクタンス素子Ｘ２〜Ｘ９を１つずつ配置した。

これらの構成により、各ループ配線における各リアクタンスの作用をも加味した各ループの実効長は、各リアクタンス素子Ｘ１〜Ｘ９の各リアクタンス値（Ｚ１〜Ｚ９）の可変制御に基づいて、何れも本アンテナ１００が取り扱う目的の電磁波の１波長に一致する様に可変制御することができる。

なお、可変リアクタンス素子Ｘ１〜Ｘ９はバリキャップダイオード、チップコンデンサ、チップインダクタ、チップ抵抗などのチップ部品から構成されており、バリキャップダイオードに直流電圧を加えることでリアクタンス値を変化させている。ここでは、可変リアクタンス素子Ｘ１〜Ｘ９の可変範囲をそれぞれ−１００Ωから＋１００Ωとした。

例えば以上の様な構成に従えば、給電ループ素子の複数の点および無給電ループ素子（Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂ、Ｐ１１ｃ、Ｐ１１ｄ）の可変リアクタンス素子装荷部分に、励振電流の向きが同一ではない強い放射波源があらわれる。例えば、可変リアクタンス素子Ｘ２の位置と可変リアクタンス素子Ｘ４の位置とでは、励振される電流の方向が直交するなどして、それらの向きは同一にはならない。
従って、上記のリアクタンス値の可変制御に基づいて、これらの放射源の位相を制御することによって、そのアンテナの指向性と、適応的に受信すべき電波の偏波方向とを同時に可変制御することが可能となる。

また、給電部Ｆ０と各可変リアクタンス素子Ｘ１〜Ｘ９を近似的に微小ダイポール（ダイポールの中心近傍）とみなすことによって、該アンテナの指向性をアレーファクタと等価ウェイとベクトルの積で表現し、定式化することができる。そして、例えばこの様な定式化により、従来のエスパアンテナにおけるリアクタンスドメインアルゴリズムを容易に応用することができるので、本発明のアンテナ装置を用いれば、到来波の方位や位相などを精度よく推定する高度な適応制御を実行することができる。

上記のアンテナ１００を用いることによって、水平面内での偏波方向と指向性とを同時に可変制御できることを確認するために、モーメント法を使ったシミュレーションを実施した。図１のアンテナ１００に装荷されたリアクタンス素子Ｘ₁ 〜Ｘ₉ の各リアクタンスＺ₁ 〜Ｚ₉ の値を変化させた時に現われる、垂直偏波が支配的となった状態（放射パターンの出力結果）を図２に例示する。また、水平偏波が支配的となった状態（放射パターンの出力結果）を図３に例示する。

ただし、ここでは、図１におけるｙ軸方向の正の向きを鉛直上向きとした。また、これらのグラフ（図２、図３）には、検出される到来波の垂直偏波成分（ｙ軸方向の偏波成分）をＥＶと記し、水平偏波成分（ｚ軸方向の偏波成分）をＥＨと記す。これらの放射パターンを求める各シミュレーションに使用したパラメータの値（リアクタンス素子Ｘ₁ 〜Ｘ₉ の各リアクタンスＺ₁ 〜Ｚ₉ ）をそれぞれ次式（１），（２）に示す。

（図２のシミュレーションの実施条件）
Ｚ₁ ＝Ｚ₂ ＝Ｚ₃ ＝Ｚ₄ ＝Ｚ₅ ＝Ｚ₇ ＝Ｚ₉ ＝０［ｊΩ］，
Ｚ₆ ＝Ｚ₈ ＝１００［ｊΩ］ …（１）
（図３のシミュレーションの実施条件）
Ｚ₁ ＝Ｚ₂ ＝Ｚ₃ ＝Ｚ₅ ＝Ｚ₇ ＝Ｚ₈ ＝Ｚ₉ ＝０［ｊΩ］，
Ｚ₄ ＝Ｚ₆ ＝１００［ｊΩ］ …（２）

これらのシミュレーションの結果から、上記のアンテナ１００を用いれば、アンテナの指向性と、適応的に受信すべき電波の偏波方向を、上記のリアクタンス値の可変制御に基づいて自由に可変制御できることが分かる。

なお、上記の実施例１では、中心軸Ｃ₀ からその他の軸までの距離をλ／４に設定したが、この軸間の距離は、λ／２未満の適当な長さに設定してもよい。また、上記の実施例１では、基準平面Σ₀ と平面Σ₁ との間の距離ｄを0 ．0064λとしたが、この平面間の距離は0 ．02λ以下の適当な長さに設定してもよい。また、この２平面（Σ₀ ，Σ₁ ）のｘ軸方向における前後関係（即ち、ｘ軸切片座標の大小関係）も任意で良い。

また、上記の実施例１においては給電素子Ａ１１、無給電素子Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂ、Ｐ１１ｃ、Ｐ１１ｄを多層構造としたが、これらの物理的な配置関係や立体構造は、各素子（ループ配線）が互いに交点を持たない様に構成すれば任意で良い。したがって、例えば、図１中の平面図中における５つの各ループ配線の配置関係は維持したまま、各ループ配線を同一平面上に配置し直して、ブリッジを使って各ループ配線が交点を持たないように構成してもよい。

また、アンテナ１００の各従のループ配線（無給電素子Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂ、Ｐ１１ｃ、Ｐ１１ｄ）の各半径は、主のループ配線（給電素子Ａ１１）の半径よりも大きくしても良い。各ループ配線の長さ（実効長）は各ループ配線が備える各リアクタンス素子のリアクタンス値によって、動的にも静的にも最適化（可変制御）することができる。
上記の構成によれば、従のループ配線で囲まれた平面領域を貫く磁束の量を効果的に増大させることができる。また、この様な設定によって、目的とする受信帯域を広帯域化できる場合がある。

図４に、本実施例２のアンテナ２００の平面図を示す。このアンテナ２００は、上記の実施例１のアンテナ１００を変形したものであり、以下の点がアンテナ１００とは異なっている。
（相違点１）アンテナ２００の主のループ配線である給電素子Ａ１１において、その中心軸Ｃ₀ を挟んだ給電部Ｆ０の反対側には、可変リアクタンス素子が配設されていない。
（相違点２）アンテナ２００の給電素子Ａ１１においては、中心軸Ｃ₀ を縁とする各半平面（σ_a ，σ_b ，σ_c ，σ_d ）上にそれぞれ可変リアクタンス素子（Ｘ１ａ，Ｘ１ｂ，Ｘ１ｃ，Ｘ１ｄ）が、図１の可変リアクタンス素子Ｘ１の代わりに配設されている。

ただし、以上のアンテナ２００の構成に加えて、図１のアンテナ１００の可変リアクタンス素子Ｘ１の位置に、更に同様の可変リアクタンス素子を追加しても良い。
例えばこれらの様な構成によっても上記の実施例１と略同様にして、本発明の手段に基づいて、本発明の作用・効果を得ることができる。

図５に本実施例３のアンテナ３００の平面図を示す。このアンテナ３００においても、主従何れのループ配線も各円周の長さは所定の１波長λに設定されている。図１のアンテナ１００の従のループ配線に関する構成は、中心軸Ｃ₀ を回転軸とする±９０°の回転操作に対する回転対称形をしていたが、中心軸Ｃ₀ の方向から見下ろしたこれらのアンテナの平面形状は、任意の整数ｎに対する１／ｎ回転の回転操作に関する回転対称形にしても良い。例えばこの様な構成によっても上記の実施例１と略同様にして、本発明の手段に基づいて、本発明の作用・効果を得ることができる。

例えば、図１のアンテナ１００は、上記のｎ＝４の場合に相当しているが、本実施例３のアンテナ３００（図５）は、上記のｎ＝８の場合に相当している。ただし、これは図５の様な平面図の上での関係であって、実際には各無給電素子Ｐ１１ｅ、Ｐ１１ｆ、Ｐ１１ｇ、Ｐ１１ｈは、無給電素子Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂ、Ｐ１１ｃ、Ｐ１１ｄが配置された平面とは別の、これに平行な他の平面上に配置されているので、立体的に厳密に見れば、本実施例３のアンテナ３００も実施例１のアンテナ１００と同様に、中心軸Ｃ₀ を回転軸とする±９０°の回転操作に対する回転対称形をしている。即ち、本実施例３のアンテナ３００も立体的に厳密に見れば、上記のｎ＝４の場合に相当している。

図６に、本実施例４のアンテナ４００の平面図を示す。このアンテナの従のループ配線（無給電素子Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂ、Ｐ１１ｃ）は、主のループ配線（給電素子Ａ１１）の中心軸Ｃ₀ 周りの、±１２０°回転の回転操作に対して、回転対称形をしている。即ち、中心軸Ｃ₀ の方向から見下ろした時のこのアンテナ４００の平面形状は、中心軸Ｃ₀ の周りの±１／３回転の回転操作に関する回転対称形をしている。ただし、給電部Ｆ０は１箇所にしかないので、この構成については回転対称形でないことは言うまでもない。このことは、その他の各実施例についても勿論同様である。

図７に本実施例５のアンテナ５００の平面図を示す。このアンテナ５００においても、主従何れのループ配線も各円周の長さは所定の１波長λに設定されている。このアンテナ５００の主のループ配線は、給電素子Ａ１１から構成されており、無給電素子Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂがそれぞれ従のループ配線に相当している。また、このアンテナ５００は、その他にも無給電素子Ｐ１１ａａ、Ｐ１１ｂｂを備えている。これらの５つのループ配線は何れも円形をしており、各半径も同長である。また、これらの５つのループ配線は何れもそれぞれｙｚ平面に平行な平面上に配置されている。即ち、給電素子Ａ１１と無給電素子Ｐ１１ａａ、Ｐ１１ｂｂとはｙｚ平面に平行な同一平面上に配置されており、無給電素子Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂは、ｙｚ平面に平行なその他の同一平面上に配置されている。

図中の半平面σ_a は、給電素子Ａ１１のループ配線に囲まれた円形の平面領域に対して垂直で、給電素子Ａ１１のループ配線の中心軸Ｃ₀ を縁とし、かつ無給電素子Ｐ１１ａのループ配線の中心点Ｃ_a を含んでいる。無給電素子Ｐ１１ａａを構成するループ配線の中心点Ｃ_aaもこの半平面σ_a 上にあり、中心軸Ｃ₀ 方向から見下ろした際の平面図である本図７においては、無給電素子Ｐ１１ａａに囲まれた円形領域と無給電素子Ｐ１１ａに囲まれた円形領域とは重なって見えている。給電素子Ａ１１、無給電素子Ｐ１１ａ、Ｐ１１ａａは、何れも半平面σ_a との交点上に可変リアクタンス素子を備えている。

図中の平面Σ₂ は、ｚｘ平面に平行で中心軸Ｃ₀ を含んだ平面であり、本アンテナ５００は、この平面Σ₂ に対して面対称形に構成されている。平面Σ₂ と給電素子Ａ１１のループ配線との交点は２点あり、その一方には給電部Ｆ０が具備されており、中心軸Ｃ₀ を挟んだ反対側のもう一方には可変リアクタンス素子Ｘ１が具備されている。
この様な構成によっても、本発明の手段に基づいて、本発明の作用・効果を得ることができる。

図８に本実施例６のアンテナ６００の平面図を示す。このアンテナ６００においても、主従何れのループ配線も各円周の長さは所定の１波長λに設定されている。このアンテナ６００の主のループ配線は、円形のループ配線を有する給電素子Ａ１１から構成されており、台形の互いに合同のループ配線を有する各無給電素子Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂ、Ｐ１１ｃ、Ｐ１１ｄ、Ｐ１１ｅ、Ｐ１１ｆがそれぞれ従のループ配線に相当している。このアンテナ６００は、給電素子Ａ１１のループ配線の中心軸Ｃ₀ の周りの６０°の整数倍の回転操作に対して回転対称形をしている。例えばこの様に、従のループ配線の形状に台形を用いると、無給電素子を多数用いる場合にも、各従のループ配線同士が互いに重ならない様に配置することが容易となる。このため、無給電素子を多数用いる場合にも、各従のループ配線間のカップリングが弱くなるので各従のループ配線間の独立性を高めることが容易となる。

〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。

（変形例１）
例えば、アンテナ１００、アンテナ２００、アンテナ３００、アンテナ４００、アンテナ６００などの平面図形は、回転対称形を採用することによって略等方的に展開されているが、必ずしもその必要はなく、例えば矩形領域内に過不足なく配設することが容易な形状に各ループ配線の形状を設計しても良い。図９に本変形例１のアンテナ７００の平面図を示す。このアンテナ７００では、実施例６のアンテナ６００と略同様に台形のループ配線を従のループ配線に利用しているが、このアンテナ７００は、ｙ軸方向に長い矩形領域にちょうど納まる様に構成されている。

（変形例２）
また、上記の各実施例では、各ループ配線はそれぞれ対応する半平面に対して直交する様に配線されているが、必ずしもその必要はなく、例えば図１０のアンテナ８００の様に各半平面σ_a ，σ_b ，σ_c ，σ_d に対して斜めに交差する様に、各ループ配線を配置しても良い。
また、この様な配線の展開によっても、ｙ軸方向に長い矩形領域にちょうど納まる様に所望のアンテナを構成することができる。

（変形例３）
また、上記の各実施例では、主のループ配線（給電素子Ａ１１）のループ長を１波長λに設定しているが、必ずしもその必要はなく、例えば図１１のアンテナ９００の様に、給電素子Ａ１１のループ長を３波長（３λ）に設定しても良い。このアンテナ９００の各従のループ配線のループ長はそれぞれ１波長λに設定されている。この様な設定においても、主のループ配線（給電素子Ａ１１）の平行な２辺に流れる電流は、定在波が励振された時には同じ向きになる。
また、このアンテナ９００の可変リアクタンス素子Ｘ１ｂ，Ｘ１ｄの位置に、これらの可変リアクタンス素子Ｘ１ｂ，Ｘ１ｄの代りにそれぞれ給電部を設けて、給電部を合計３箇所にしても良い。また、この様な可変リアクタンス素子と給電部との置換をそれぞれ独立に又は選択的に動的に実施する様にしても良い。

本発明のアンテナ装置は、容易かつ的確な指向性制御や周波数制御が望まれる移動体通信などに用いられる略平面構造のアンテナに大いに有用なものであり、例えば車両のフロントガラスやリヤガラスなどに配設して利用するのに好適なものである。その様な適用形態においては、本発明に基づく小形のアンテナによって、例えば地上波デジタルＴＶ放送の受信時に、到来波の偏波の方向の変動に適応した受信を実現することが可能となる。
また、本発明のアンテナは、その他の部位やその他の移動体に用いても良いし、移動体と交信する固定局などに用いても良い。

実施例１のアンテナ１００の平面図と側面図。 アンテナ１００のｚｘ平面における指向性（垂直偏波）を示すグラフ。 アンテナ１００のｚｘ平面における指向性（水平偏波）を示すグラフ。 実施例２のアンテナ２００の平面図。 実施例３のアンテナ３００の平面図。 実施例４のアンテナ４００の平面図。 実施例５のアンテナ５００の平面図。 実施例６のアンテナ６００の平面図。 変形例１のアンテナ７００の平面図。 変形例２のアンテナ８００の平面図。 変形例３のアンテナ９００の平面図。 従来のエスパアンテナを例示する概観図。 従来の指向性制御アンテナを例示する平面図。

符号の説明

１００ ： アンテナ
Ｆ０ ： 給電部
Ａ１１ ： 給電部Ｆ０を有するループ配線
Ｃ₀ ： ループ配線Ａ１１の中心軸
Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂ、Ｐ１１ｃ、Ｐ１１ｄ ： 無給電ループ配線
σａ、σｂ、σｃ、σｄ ： 無給電ループ配線の中心点を含む半平面
Ｘｎ ： 可変リアクタンス素子（ｎは素子番号）
Ｚｎ ： リアクタンスの値（ｎは素子番号）
Σ₀ ： 基準平面
Σ₁ ： 基準平面Σ₀ に平行な平面
λ ： 取り扱う電磁波の波長

Claims (7)

1. ２点１組の給電点から成る給電部を備えて１つの基準平面上に配置された１つの主のループ配線と、前記基準平面上、または前記基準平面に平行な平面上に配置された、給電点を備えない複数の従のループ配線とを有するアンテナ装置であって、
   各前記ループ配線は、
   それぞれ互いに交点及び接点を持たず、
   各前記従のループ配線に囲まれた平面領域はそれぞれ、
   前記基準平面の法線方向から見た際に、前記主のループ配線に囲まれた平面領域と互いに部分的に重なっており、
   各前記従のループ配線はそれぞれ、該ループ配線上において、
   該ループ配線のループの中心点を含みかつ前記主のループ配線のループの中心軸を縁とする半平面上に可変リアクタンス素子をそれぞれ有し、
   前記主のループ配線は、前記主のループ配線上において、
   前記給電部の前記中心軸を挟んだ反対側の位置、または少なくとも１つの前記半平面上に可変リアクタンス素子を有し、
   同一平面上には位置していない２面１組の前記半平面が少なくとも１組以上ある
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記主のループ配線の線路長および前記従のループ配線の線路長は、
   取り扱う電磁波の波長に一致している
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記可変リアクタンス素子は、
   前記ループ配線上に励振される定在波の腹の位置に配設されている
   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. 各前記中心点はそれぞれ、
   前記中心軸から等距離に配置されており、
   前記半平面は、２以上の適当な自然数ｎに対して、
   前記中心軸の周りの１／ｎ回転操作に対する回転対称形を構成している
   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. 前記可変リアクタンス素子は、
   集中定数素子で構成されている
   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. 前記主のループ配線及び前記従のループ配線は、
   それぞれプリント基板上に形成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のアンテナ装置。
7. 前記主のループ配線及び前記従のループ配線は、
   それぞれ透明フィルム上に形成されている
   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。

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