JP2007228353A - ビーム放射方向可変アンテナ - Google Patents
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Abstract
【課題】低姿勢で、かつ、簡単にビームの放射方向を可変することが可能なビーム放射方向可変アンテナを提供する。
【解決手段】反射板と、前記反射板と所定の間隔をおいて配置される矩形形状の放射素子と、前記反射板と前記所定の間隔をおいて、前記矩形形状の放射素子の周囲に配置される矩形形状のリング状導体と、前記矩形形状のリング状導体の４つの隅の外側に配置される４個のビーム方向可変素子とを有し、前記各ビーム方向可変素子は、前記矩形形状のリング状導体の各隅を挟んで隣接する２片に沿って形成される第１および第２の導体と、前記第１の導体と前記第２の導体との接続点を、前記反射板に電気的に接続する手段とを有し、前記４個のビーム方向可変素子の中のいずれか１個、または、いずれか２個、あるいは、いずれか３個のビーム方向可変素子の、前記第１の導体と前記第２の導体との接続点を前記反射板に電気的に接続することにより、ビームの放射方向を可変する。
【選択図】図１−１
【解決手段】反射板と、前記反射板と所定の間隔をおいて配置される矩形形状の放射素子と、前記反射板と前記所定の間隔をおいて、前記矩形形状の放射素子の周囲に配置される矩形形状のリング状導体と、前記矩形形状のリング状導体の４つの隅の外側に配置される４個のビーム方向可変素子とを有し、前記各ビーム方向可変素子は、前記矩形形状のリング状導体の各隅を挟んで隣接する２片に沿って形成される第１および第２の導体と、前記第１の導体と前記第２の導体との接続点を、前記反射板に電気的に接続する手段とを有し、前記４個のビーム方向可変素子の中のいずれか１個、または、いずれか２個、あるいは、いずれか３個のビーム方向可変素子の、前記第１の導体と前記第２の導体との接続点を前記反射板に電気的に接続することにより、ビームの放射方向を可変する。
【選択図】図１−１
Description
本発明は、ビーム放射方向可変アンテナに係り、特に、設置場所に適した指向性が要求される室内アンテナや、絶えず通信方向が変化する移動機用アンテナに最適なビーム放射方向可変アンテナに関する。
図７は、従来のビーム放射方向可変アンテナの概略構成を示す図である。
同図に示すビーム放射方向可変アンテナは、中心にモノポールアンテナ１０を配置し、このモノポールアンテナ１０を中心に同心円状に、基部にリアクタンス装荷したモノポール素子（１１ａ〜１１ｆ）を配置した、所謂、エスパアンテナである。（下記、非特許文献２参照）
このエスパアンテナでは、基部にリアクタンス装荷したモノポール素子（１１ａ〜１１ｆ）のリアクタンス量を可変させることにより、図７に示すＸ−Ｙ面内のビームの放射方向を調整することが可能である。
同図に示すビーム放射方向可変アンテナは、中心にモノポールアンテナ１０を配置し、このモノポールアンテナ１０を中心に同心円状に、基部にリアクタンス装荷したモノポール素子（１１ａ〜１１ｆ）を配置した、所謂、エスパアンテナである。（下記、非特許文献２参照）
このエスパアンテナでは、基部にリアクタンス装荷したモノポール素子（１１ａ〜１１ｆ）のリアクタンス量を可変させることにより、図７に示すＸ−Ｙ面内のビームの放射方向を調整することが可能である。
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
ＡＣＲ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｒｅｓｕｌｔ ２００３ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｃｒ．ａｔｒ．ｃｏ．ｊｐ／ａｃｒ／ｇｅｎｅｒａｌ／ｒｅｐｏｒｔ／ｄｅｐｔ３／ＥＳＰＡＲ２００２／ＥＳＰＡＲ．ｈｔｍｌ
ＡＣＲ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｒｅｓｕｌｔ ２００３ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｃｒ．ａｔｒ．ｃｏ．ｊｐ／ａｃｒ／ｇｅｎｅｒａｌ／ｒｅｐｏｒｔ／ｄｅｐｔ３／ＥＳＰＡＲ２００２／ＥＳＰＡＲ．ｈｔｍｌ
しかしながら、前述したエスパアンテナは、複数のリアクタンスを制御することが困難であったり、相互結合によりＶＳＷＲが変化すると言う欠点や、低姿勢化することが難しいと言う問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、低姿勢で、かつ、簡単にビームの放射方向を可変することが可能なビーム放射方向可変アンテナを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、低姿勢で、かつ、簡単にビームの放射方向を可変することが可能なビーム放射方向可変アンテナを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
前述の目的を達成するために、本発明は、反射板と、前記反射板と所定の間隔をおいて配置される放射素子と、前記反射板と前記所定の間隔をおいて、前記放射素子の周囲に配置されるリング状導体と、前記放射素子の中心を通り互いに直交する線を、それぞれ第１および第２の直線とするとき、前記リング状導体における前記第１および第２の直線により分割される部分の外側に配置される４個のビーム方向可変素子とを有し、前記各ビーム方向可変素子は、前記リング状導体の外側に沿って形成される第１および第２の導体と、前記第１の導体と前記第２の導体との接続点を、前記反射板に電気的に接続する手段とを有し、前記ビーム方向可変素子の前記第１の導体と前記第２の導体との接続点を前記反射板に電気的に接続した状態をビーム方向可変素子のオン状態、前記ビーム方向可変素子の前記第１の導体と前記第２の導体との接続点を前記反射板に電気的に接続しない状態をビーム方向可変素子のオフ状態というとき、前記４個のビーム方向可変素子の中のいずれか１個、または、いずれか２個、あるいは、いずれか３個のビーム方向可変素子をオン状態、残りのビーム方向可変素子をオフ状態にして、ビームの放射方向を可変することを特徴とする。
前述の目的を達成するために、本発明は、反射板と、前記反射板と所定の間隔をおいて配置される放射素子と、前記反射板と前記所定の間隔をおいて、前記放射素子の周囲に配置されるリング状導体と、前記放射素子の中心を通り互いに直交する線を、それぞれ第１および第２の直線とするとき、前記リング状導体における前記第１および第２の直線により分割される部分の外側に配置される４個のビーム方向可変素子とを有し、前記各ビーム方向可変素子は、前記リング状導体の外側に沿って形成される第１および第２の導体と、前記第１の導体と前記第２の導体との接続点を、前記反射板に電気的に接続する手段とを有し、前記ビーム方向可変素子の前記第１の導体と前記第２の導体との接続点を前記反射板に電気的に接続した状態をビーム方向可変素子のオン状態、前記ビーム方向可変素子の前記第１の導体と前記第２の導体との接続点を前記反射板に電気的に接続しない状態をビーム方向可変素子のオフ状態というとき、前記４個のビーム方向可変素子の中のいずれか１個、または、いずれか２個、あるいは、いずれか３個のビーム方向可変素子をオン状態、残りのビーム方向可変素子をオフ状態にして、ビームの放射方向を可変することを特徴とする。
また、本発明では、前記反射板と、前記放射素子および前記リング状導体との間に配置される４個の直線状導体を有し、前記放射素子の中心から、前記各ビーム方向可変素子の前記第１の導体と前記第２の導体との接続点とを結ぶ線を、それぞれ第１１乃至第１４の直線とするとき、前記各直線状導体は、前記放射素子の中心点から、前記放射素子および前記リング状導体における、前記第１１ないし第１４の直線により分割される部分を横切るように設けられ、前記放射素子の中心点側の一端は、前記反射板に電気的に接続される。
また、本発明では、前記放射素子は、矩形形状の放射素子であり、前記リング状導体は、矩形形状のリング状導体であり、前記各ビーム方向可変素子は、前記矩形形状のリング状導体の４つの隅の外側に配置され、前記各ビーム方向可変素子の第１および第２の導体は、前記矩形形状のリング状導体の各隅を挟んで隣接する２片に沿って形成される。
また、本発明では、前記放射素子は、円形状の放射素子であり、前記リング状導体は、円形状のリング状導体である。
また、本発明では、前記放射素子は、矩形形状の放射素子であり、前記リング状導体は、矩形形状のリング状導体であり、前記各ビーム方向可変素子は、前記矩形形状のリング状導体の４つの隅の外側に配置され、前記各ビーム方向可変素子の第１および第２の導体は、前記矩形形状のリング状導体の各隅を挟んで隣接する２片に沿って形成される。
また、本発明では、前記放射素子は、円形状の放射素子であり、前記リング状導体は、円形状のリング状導体である。
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、低姿勢で、かつ、簡単にビームの放射方向を可変することが可能なビーム放射方向可変アンテナを提供することが可能となる。
本発明によれば、低姿勢で、かつ、簡単にビームの放射方向を可変することが可能なビーム放射方向可変アンテナを提供することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施例１］
図１−１は、本発明の実施例１のビーム放射方向可変アンテナの概略構成を示す斜視図であり、図１−２は、本発明の実施例１のビーム放射方向可変アンテナを上から見た上平面図である。
図１−１，図１−２において、１は反射板、２は、反射板１と所定の間隔をおいて配置される矩形形状のパッチ素子（本願発明の放射素子）、３は、反射板１と所定の間隔をおいて、矩形形状のパッチ素子の周囲に配置される矩形形状のリング状導体、５ａ〜５ｄは、矩形形状のリング状導体３の４つの隅の外側に配置される４個のビーム方向可変素子である。なお、図１−２において、反射板１の図示は省略している。
矩形形状のパッチ素子２は、給電導体（あるいは、モノポール素子）７の先端に取り付けられ、矩形形状のパッチ素子２の中心点に励振電力が供給される。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施例１］
図１−１は、本発明の実施例１のビーム放射方向可変アンテナの概略構成を示す斜視図であり、図１−２は、本発明の実施例１のビーム放射方向可変アンテナを上から見た上平面図である。
図１−１，図１−２において、１は反射板、２は、反射板１と所定の間隔をおいて配置される矩形形状のパッチ素子（本願発明の放射素子）、３は、反射板１と所定の間隔をおいて、矩形形状のパッチ素子の周囲に配置される矩形形状のリング状導体、５ａ〜５ｄは、矩形形状のリング状導体３の４つの隅の外側に配置される４個のビーム方向可変素子である。なお、図１−２において、反射板１の図示は省略している。
矩形形状のパッチ素子２は、給電導体（あるいは、モノポール素子）７の先端に取り付けられ、矩形形状のパッチ素子２の中心点に励振電力が供給される。
図２は、図１−１、図１−２に示すビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）を説明するための図である。
図２に示すように、ビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）は、矩形形状のリング状導体３の各隅を挟んで隣接する２片に沿って形成される第１の導体５１および第２の導体５２と、第１の導体５１と第２の導体５２との接続点（図２のＰ点）と、反射板１との間に形成される第３の導体５３とを有する。
本実施例では、矩形形状のパッチ素子２の周囲に、矩形形状のリング状導体３を配置し、さらに、矩形形状のリング状導体３の４つの隅の外側に４個のビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）を配置し、４個のビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）の中のいずれか１個、または、いずれか２個、あるいは、いずれか３個のビーム方向可変素子の第１の導体５１と第２の導体５２との接続点を、反射板１に電気的に接続し、残りのビーム方向可変素子の第１の導体５１と第２の導体５２との接続点を、反射板１に電気的に接続しないようにして、ビームの放射方向を可変することを特徴とする。
図２に示すように、ビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）は、矩形形状のリング状導体３の各隅を挟んで隣接する２片に沿って形成される第１の導体５１および第２の導体５２と、第１の導体５１と第２の導体５２との接続点（図２のＰ点）と、反射板１との間に形成される第３の導体５３とを有する。
本実施例では、矩形形状のパッチ素子２の周囲に、矩形形状のリング状導体３を配置し、さらに、矩形形状のリング状導体３の４つの隅の外側に４個のビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）を配置し、４個のビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）の中のいずれか１個、または、いずれか２個、あるいは、いずれか３個のビーム方向可変素子の第１の導体５１と第２の導体５２との接続点を、反射板１に電気的に接続し、残りのビーム方向可変素子の第１の導体５１と第２の導体５２との接続点を、反射板１に電気的に接続しないようにして、ビームの放射方向を可変することを特徴とする。
ここで、ビーム方向可変素子の第１の導体５１と第２の導体５２との接続点を、反射板１に電気的に接続する手段としては、第３の導体５３を反射板３に機械的に接続する方法、あるいは、第３の導体５３を反射板３との間に高周波スイッチ回路を挿入し、この高周波スイッチ回路をオンするようにしてもよい。なお、高周波スイッチ回路は、例えば、ＰＩＮダイオードのように、順方向電流によって高周波抵抗が変化するものが使用可能である。
ビーム方向可変素子の第１の導体５１と第２の導体５２との接続点を反射板１に電気的に接続すると、矩形形状のリング状導体３における、第１の導体５１と第２の導体５２との接続点が反射板１に接続されたビーム方向可変素子を外側に有する隅のインピーダンスが低下し電界が集中する。
しかし、集中した電界の位相を変化させなければ、指向性を効果的に変化させることができないが、矩形形状のリング状導体３とビーム方向可変素子との間隔、あるいは、ビーム方向可変素子の第１の導体５１および第２の導体５２の長さを変化させることで、リアクタンス変化し、発生する電界の位相を調整でき、ビームの放射方向を可変することができる。
ビーム方向可変素子の第１の導体５１と第２の導体５２との接続点を反射板１に電気的に接続すると、矩形形状のリング状導体３における、第１の導体５１と第２の導体５２との接続点が反射板１に接続されたビーム方向可変素子を外側に有する隅のインピーダンスが低下し電界が集中する。
しかし、集中した電界の位相を変化させなければ、指向性を効果的に変化させることができないが、矩形形状のリング状導体３とビーム方向可変素子との間隔、あるいは、ビーム方向可変素子の第１の導体５１および第２の導体５２の長さを変化させることで、リアクタンス変化し、発生する電界の位相を調整でき、ビームの放射方向を可変することができる。
図３−１〜図３−１１は、本実施例のビーム放射方向可変アンテナの一例の指向特性を示すグラフである。
この図３−１〜図３−１１のグラフは、使用中心周波数を２．４ＧＨｚ（λｏ＝１２５ｍｍ）とし、下記（イ）〜（ヘ）の条件下で、図１−１、図１−２に示すビーム放射方向可変アンテナを、ＦＤＴＤ法で解析した結果を示すグラフである。
（イ）矩形形状のパッチ素子２の一辺の長さ（Ｓｐｔｃｈ）が、０．０６λｏ（Ｓｐｔｃｈ＝０．０６λｏ）
（ロ）矩形形状のリング状導体３の内周の一辺の長さ（Ｓｉｎ）が、０．１２λｏ（Ｓｉｎ＝０．１２λｏ）
（ハ）矩形形状のリング状導体３の外周の一辺の長さ（Ｓｏｕｔ）が、０．２４λｏ（Ｃｏｕｔ＝０．２４λｏ）
（ニ）矩形形状のリング状導体３の幅（Ｗ）が、０．０６λｏ（Ｗ＝０．０６λｏ）
（ホ）矩形形状のパッチ素子２と矩形形状のリング状導体３との間隔（ｄ）が、０．０３λｏ（ｄ＝０．０３λｏ）
（ヘ）ビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）が配置される矩形形状の一辺の長さ（ＳＴ）が、０．２８λｏ（ＳＴ＝０．２８λｏ）
（ト）ビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）の第１の導体５１および第２の導体５２の長さ（ＬＴ）が、０．０９λｏ（ＬＴ＝０．０９λｏ）
したがって、ビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）の第１の導体５１および第２の導体５２と、矩形形状のリング状導体３の外周との間隔は、０．０２λｏ
（チ）矩形形状のパッチ素子２および矩形形状のリング状導体３と、反射板１との間の間隔（ｈ）が、０．０８λｏ（ｈ＝０．０８λｏ）
この図３−１〜図３−１１のグラフは、使用中心周波数を２．４ＧＨｚ（λｏ＝１２５ｍｍ）とし、下記（イ）〜（ヘ）の条件下で、図１−１、図１−２に示すビーム放射方向可変アンテナを、ＦＤＴＤ法で解析した結果を示すグラフである。
（イ）矩形形状のパッチ素子２の一辺の長さ（Ｓｐｔｃｈ）が、０．０６λｏ（Ｓｐｔｃｈ＝０．０６λｏ）
（ロ）矩形形状のリング状導体３の内周の一辺の長さ（Ｓｉｎ）が、０．１２λｏ（Ｓｉｎ＝０．１２λｏ）
（ハ）矩形形状のリング状導体３の外周の一辺の長さ（Ｓｏｕｔ）が、０．２４λｏ（Ｃｏｕｔ＝０．２４λｏ）
（ニ）矩形形状のリング状導体３の幅（Ｗ）が、０．０６λｏ（Ｗ＝０．０６λｏ）
（ホ）矩形形状のパッチ素子２と矩形形状のリング状導体３との間隔（ｄ）が、０．０３λｏ（ｄ＝０．０３λｏ）
（ヘ）ビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）が配置される矩形形状の一辺の長さ（ＳＴ）が、０．２８λｏ（ＳＴ＝０．２８λｏ）
（ト）ビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）の第１の導体５１および第２の導体５２の長さ（ＬＴ）が、０．０９λｏ（ＬＴ＝０．０９λｏ）
したがって、ビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）の第１の導体５１および第２の導体５２と、矩形形状のリング状導体３の外周との間隔は、０．０２λｏ
（チ）矩形形状のパッチ素子２および矩形形状のリング状導体３と、反射板１との間の間隔（ｈ）が、０．０８λｏ（ｈ＝０．０８λｏ）
また、図３−１〜図３−１１のグラフは、下記表１に示す条件下での、図１に示すＸ−Ｙ面内の指向特性を示すグラフである。
なお、表１中の５ａ〜５ｄは、図１の５ａ〜５ｄに示すビーム方向可変素子を表し、また、「０」は、ビーム方向可変素子の第１の導体５１と第２の導体５２との接続点を反射板１に電気的に接続していない状態（以下、ビーム方向可変素子のオフ態という）、「Ｓ」は、ビーム方向可変素子の第１の導体５１と第２の導体５２との接続点を反射板１に電気的に接続した状態（以下、ビーム方向可変素子のオン態という）を表す。
なお、表１中の５ａ〜５ｄは、図１の５ａ〜５ｄに示すビーム方向可変素子を表し、また、「０」は、ビーム方向可変素子の第１の導体５１と第２の導体５２との接続点を反射板１に電気的に接続していない状態（以下、ビーム方向可変素子のオフ態という）、「Ｓ」は、ビーム方向可変素子の第１の導体５１と第２の導体５２との接続点を反射板１に電気的に接続した状態（以下、ビーム方向可変素子のオン態という）を表す。
図３−１は、表１のｃａｓｅ０の場合で、ビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）が全てオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ０の場合は、無指向性特性となっているのが分かる。なお、図示は省略するが、ビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）が全てオン状態でも、ｃａｓｅ０の場合のような無指向性特性が得られる。
図３−２は、表１のｃａｓｅ１の場合で、ビーム方向可変素子（５ａ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ｂ〜５ｄ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ１では、ビームの放射方向が２２５°となっている。
図３−３は、表１のｃａｓｅ２の場合で、ビーム方向可変素子（５ｂ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ａ，５ｃ，５ｄ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ２では、ビームの放射方向が３１５°となっている。
図３−４は、表１のｃａｓｅ３の場合で、ビーム方向可変素子（５ｃ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ａ，５ｂ，５ｄ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ３では、ビームの放射方向が４５°となっている。
図３−５は、表１のｃａｓｅ４の場合で、ビーム方向可変素子（５ｄ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ａ〜５ｃ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ４では、ビームの放射方向が１３５°となっている。
図３−２は、表１のｃａｓｅ１の場合で、ビーム方向可変素子（５ａ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ｂ〜５ｄ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ１では、ビームの放射方向が２２５°となっている。
図３−３は、表１のｃａｓｅ２の場合で、ビーム方向可変素子（５ｂ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ａ，５ｃ，５ｄ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ２では、ビームの放射方向が３１５°となっている。
図３−４は、表１のｃａｓｅ３の場合で、ビーム方向可変素子（５ｃ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ａ，５ｂ，５ｄ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ３では、ビームの放射方向が４５°となっている。
図３−５は、表１のｃａｓｅ４の場合で、ビーム方向可変素子（５ｄ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ａ〜５ｃ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ４では、ビームの放射方向が１３５°となっている。
図３−６は、表１のｃａｓｅ５の場合で、ビーム方向可変素子（５ａ，５ｂ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ｃ，５ｄ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ５では、ｃａｓｅ１とｃａｓｅ２の指向特性が合成され、ビームの放射方向が２７０°となっている。
図３−７は、表１のｃａｓｅ６の場合で、ビーム方向可変素子（５ａ，５ｄ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ｂ，５ｃ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ６では、ｃａｓｅ１とｃａｓｅ４の指向特性が合成され、ビームの放射方向が１８０°となっている。
図３−８は、表１のｃａｓｅ７の場合で、ビーム方向可変素子（５ｂ，５ｃ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ａ，５ｄ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ７では、ｃａｓｅ２とｃａｓｅ３の指向特性が合成され、ビームの放射方向が０°となっている。
図３−９は、表１のｃａｓｅ８の場合で、ビーム方向可変素子（５ｃ，５ｄ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ａ，５ｂ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ８では、ｃａｓｅ３とｃａｓｅ４の指向特性が合成され、ビームの放射方向が９０°となっている。
図３−７は、表１のｃａｓｅ６の場合で、ビーム方向可変素子（５ａ，５ｄ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ｂ，５ｃ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ６では、ｃａｓｅ１とｃａｓｅ４の指向特性が合成され、ビームの放射方向が１８０°となっている。
図３−８は、表１のｃａｓｅ７の場合で、ビーム方向可変素子（５ｂ，５ｃ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ａ，５ｄ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ７では、ｃａｓｅ２とｃａｓｅ３の指向特性が合成され、ビームの放射方向が０°となっている。
図３−９は、表１のｃａｓｅ８の場合で、ビーム方向可変素子（５ｃ，５ｄ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ａ，５ｂ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ８では、ｃａｓｅ３とｃａｓｅ４の指向特性が合成され、ビームの放射方向が９０°となっている。
図３−１０は、表１のｃａｓｅ９の場合で、ビーム方向可変素子（５ｂ，５ｄ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ａ，５ｃ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ９では、ｃａｓｅ２とｃａｓｅ４の指向特性が合成され、ビームの放射方向が３１５°と、１３５°の２つの方向となっている。
図３−１１は、表１のｃａｓｅ１０の場合で、ビーム方向可変素子（５ｂ，５ｃ，５ｄ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ａ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ１０では、ｃａｓｅ９の場合と同様の指向性が得られる。
このように、４個のビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）の中のいずれか１個、または、いずれか２個、あるいは、いずれか３個のビーム方向可変素子をオン、即ち、ビーム方向可変素子の第１の導体５１と第２の導体５２との接続点を反射板１に電気的に接続し、残りのビーム方向可変素子をオフとすることにより、Ｘ−Ｙ面内におけるビームの放射方向を、０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°の方向に可変することが可能である。
図３−１１は、表１のｃａｓｅ１０の場合で、ビーム方向可変素子（５ｂ，５ｃ，５ｄ）がオン、残りのビーム方向可変素子（５ａ）がオフ状態の時の指向特性を示す。このｃａｓｅ１０では、ｃａｓｅ９の場合と同様の指向性が得られる。
このように、４個のビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）の中のいずれか１個、または、いずれか２個、あるいは、いずれか３個のビーム方向可変素子をオン、即ち、ビーム方向可変素子の第１の導体５１と第２の導体５２との接続点を反射板１に電気的に接続し、残りのビーム方向可変素子をオフとすることにより、Ｘ−Ｙ面内におけるビームの放射方向を、０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°の方向に可変することが可能である。
以上説明したように、本実施例のビーム放射方向可変アンテナは、低姿勢でありながら、簡単にビームの放射方向を可変することができる。
なお、本実施例のビーム放射方向可変アンテナにおいて、矩形形状のパッチ素子２と、矩形形状のリング状導体３は、スペーサ（図示せず）により反射板１に固定してもよく、さらに、矩形形状のパッチ素子２と、矩形形状のリング状導体３とを、誘電体基板の一面（あるいは、両面）に形成することも可能であり、この場合には、安価に量産することが可能となる。
なお、前述の（イ）〜（チ）に記載した各部の寸法は一例であって、それ以外の寸法であっても構わない。
例えば、矩形形状のパッチ素子２の一辺の長さ（Ｓｐｔｃｈ）は、０．８×０．０６λｏ≦Ｓｐｔｃｈ≦１．２×０．０６λｏが好ましい。
同様に、矩形形状のリング状導体３の内周の一辺の長さ（Ｓｉｎ）は、０．８×０．１２λｏ≦Ｓｉｎ≦１．２×０．１２λｏが好ましく、矩形形状のリング状導体３の外周の一辺の長さ（Ｓｏｕｔ）は、０．８×０．２４λｏ≦Ｃｏｕｔ≦１．２×０．２４λｏが好ましい。）
また、間隔（ｄ）は、０．８×０．０３λｏ≦ｄ≦１．２×０．０３λｏが好ましい。
また、ビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）が配置される矩形形状の一辺の長さ（ＳＴ）は、０．８×０．２８λｏ≦ＳＴ≦１．２×０．２８λｏが好ましい。
また、第１の導体５１および第２の導体５２の長さ（ＬＴ）は、０．８×０．０９λｏ≦ＬＴ≦１．２×０．０９λｏが好ましい。
さらに、間隔（ｈ）は、０．８×０．０８λｏ≦ｈ≦１．２×０．０８λｏが好ましい。
なお、本実施例のビーム放射方向可変アンテナにおいて、矩形形状のパッチ素子２と、矩形形状のリング状導体３は、スペーサ（図示せず）により反射板１に固定してもよく、さらに、矩形形状のパッチ素子２と、矩形形状のリング状導体３とを、誘電体基板の一面（あるいは、両面）に形成することも可能であり、この場合には、安価に量産することが可能となる。
なお、前述の（イ）〜（チ）に記載した各部の寸法は一例であって、それ以外の寸法であっても構わない。
例えば、矩形形状のパッチ素子２の一辺の長さ（Ｓｐｔｃｈ）は、０．８×０．０６λｏ≦Ｓｐｔｃｈ≦１．２×０．０６λｏが好ましい。
同様に、矩形形状のリング状導体３の内周の一辺の長さ（Ｓｉｎ）は、０．８×０．１２λｏ≦Ｓｉｎ≦１．２×０．１２λｏが好ましく、矩形形状のリング状導体３の外周の一辺の長さ（Ｓｏｕｔ）は、０．８×０．２４λｏ≦Ｃｏｕｔ≦１．２×０．２４λｏが好ましい。）
また、間隔（ｄ）は、０．８×０．０３λｏ≦ｄ≦１．２×０．０３λｏが好ましい。
また、ビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）が配置される矩形形状の一辺の長さ（ＳＴ）は、０．８×０．２８λｏ≦ＳＴ≦１．２×０．２８λｏが好ましい。
また、第１の導体５１および第２の導体５２の長さ（ＬＴ）は、０．８×０．０９λｏ≦ＬＴ≦１．２×０．０９λｏが好ましい。
さらに、間隔（ｈ）は、０．８×０．０８λｏ≦ｈ≦１．２×０．０８λｏが好ましい。
［実施例２］
図４−１は、本発明の実施例２のビーム放射方向可変アンテナの概略構成を示す図である。図４−１に示すように、本実施例では、反射板１と、矩形形状のパッチ素子２および矩形形状のリング状導体３との間に、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）を配置したことを特徴とする。
図４−２は、図４−１に示す直線状導体を説明するための図である。図４−１、図４−２に示すように、各直線状導体（６ａ〜６ｄ）は、矩形形状のパッチ素子２の中心点から、矩形形状のパッチ素子２および矩形形状のリング状導体３の各辺を横切るように、放射状に設けられ、さらに、矩形形状のパッチ素子２の中心点側の一端は、反射板１に電気的に接続されている。
前述の実施例１のビーム放射方向可変アンテナにおいて、矩形形状のリング状導体３の周辺の電界分布を変化させると、結果的に、矩形形状のパッチ素子２の入力インピーダンスも影響を受ける。
そこで、本実施例では、反射板１と、矩形形状のパッチ素子２および矩形形状のリング状導体３との間に、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）を配置し、矩形形状のパッチ素子２の中心点側の一端を反射板１と電気的に接続することで、矩形形状のパッチ素子２の入力インピーダンスの変化を抑えるようにしたものである。
図４−１は、本発明の実施例２のビーム放射方向可変アンテナの概略構成を示す図である。図４−１に示すように、本実施例では、反射板１と、矩形形状のパッチ素子２および矩形形状のリング状導体３との間に、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）を配置したことを特徴とする。
図４−２は、図４−１に示す直線状導体を説明するための図である。図４−１、図４−２に示すように、各直線状導体（６ａ〜６ｄ）は、矩形形状のパッチ素子２の中心点から、矩形形状のパッチ素子２および矩形形状のリング状導体３の各辺を横切るように、放射状に設けられ、さらに、矩形形状のパッチ素子２の中心点側の一端は、反射板１に電気的に接続されている。
前述の実施例１のビーム放射方向可変アンテナにおいて、矩形形状のリング状導体３の周辺の電界分布を変化させると、結果的に、矩形形状のパッチ素子２の入力インピーダンスも影響を受ける。
そこで、本実施例では、反射板１と、矩形形状のパッチ素子２および矩形形状のリング状導体３との間に、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）を配置し、矩形形状のパッチ素子２の中心点側の一端を反射板１と電気的に接続することで、矩形形状のパッチ素子２の入力インピーダンスの変化を抑えるようにしたものである。
図５−１は、本発明の実施例２のビーム放射方向可変アンテナの一例のＶＳＷＲを示すグラフである。
この図５−１は、使用中心周波数を２．４ＧＨｚ（λｏ＝１２５ｍｍ）とし、下記（ワ）〜（ヘ）の条件下で、図４に示すビーム放射方向可変アンテナを、ＦＤＴＤ法で解析した結果を示すグラフである。
（ワ）直線状導体（６ａ〜６ｄ）の長さ（ＬＨ）が、０．１２λｏ（ＬＨ＝０．１２λｏ）
（カ）直線状導体（６ａ〜６ｄ）の、反射板１に接続される一端と、矩形形状のパッチ素子２の中心点との間隔（ｄＬ）が、０．０２λｏ（ｄＬ＝０．０２λｏ）
（ヨ）直線状導体（６ａ〜６ｄ）と反射板１との間の間隔（ＬＶ１）が、０．０４λｏ（ＬＶ１＝０．０４λｏ）
また、図５−１のグラフは、下記表２に示す条件下でのＶＳＷＲを示す図である。
なお、図５−１において、●は４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）がない場合のＶＳＷＲ、▲は４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）がある場合のＶＳＷＲを示す図である。
また、表２には、表２中のｃａｓｅ１１〜ｃａｓｅ１８と対応する表１のｃａｓｅ番号を合わせて図示している。
図５−１のグラフから、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）を配置することにより、ＶＳＷＲを２以下にできることが分かる。
この図５−１は、使用中心周波数を２．４ＧＨｚ（λｏ＝１２５ｍｍ）とし、下記（ワ）〜（ヘ）の条件下で、図４に示すビーム放射方向可変アンテナを、ＦＤＴＤ法で解析した結果を示すグラフである。
（ワ）直線状導体（６ａ〜６ｄ）の長さ（ＬＨ）が、０．１２λｏ（ＬＨ＝０．１２λｏ）
（カ）直線状導体（６ａ〜６ｄ）の、反射板１に接続される一端と、矩形形状のパッチ素子２の中心点との間隔（ｄＬ）が、０．０２λｏ（ｄＬ＝０．０２λｏ）
（ヨ）直線状導体（６ａ〜６ｄ）と反射板１との間の間隔（ＬＶ１）が、０．０４λｏ（ＬＶ１＝０．０４λｏ）
また、図５−１のグラフは、下記表２に示す条件下でのＶＳＷＲを示す図である。
なお、図５−１において、●は４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）がない場合のＶＳＷＲ、▲は４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）がある場合のＶＳＷＲを示す図である。
また、表２には、表２中のｃａｓｅ１１〜ｃａｓｅ１８と対応する表１のｃａｓｅ番号を合わせて図示している。
図５−１のグラフから、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）を配置することにより、ＶＳＷＲを２以下にできることが分かる。
図５−２、図５−３は、本実施例のビーム放射方向可変アンテナの一例の周波数特性を示すグラフである。
この図５−２、図５−３も、前述の（ワ）〜（ヘ）の条件下で、図４に示すビーム放射方向可変アンテナを、ＦＤＴＤ法で解析した結果を示すグラフである。なお、図５−２、図５−３において、Ａは、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）がある場合、Ｂは４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）がない場合の周波数特性を示す
図５−２は、表２のｃａｓｅ１１の場合の周波数特性を示す図であり、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）がない場合には、ＶＳＷＲが２．０以下となる比帯域幅は０であるが、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）を設けることにより、ＶＳＷＲが２．０以下となる比帯域幅は１８％と、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）がない場合に比して広帯域化されていることが分かる。
同様に、図５−３は、表２のｃａｓｅ１２の場合の周波数特性を示す図であり、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）がない場合には、ＶＳＷＲが２．０以下となる比帯域幅は０であるが、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）を設けることにより、ＶＳＷＲが２．０以下となる比帯域幅は１８％と、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）がない場合に比して広帯域化されていることが分かる。
なお、前述の（ワ）〜（ヨ）に記載した各部の寸法は一例であって、それ以外の寸法であっても構わない。例えば、直線状導体（６ａ〜６ｄ）の長さ（ＬＨ）は、０．８×０．１２λｏ≦ＬＨ≦１．２×０．１２λｏが好ましい。
同様に、間隔（ｄＬ）は、０．８×０．０２λｏ≦ｄＬ≦１．２×０．０２λｏが好ましい。さらに、間隔（ＬＶ１）は、０．８×０．０４λｏ≦ＬＶ１≦１．２×０．０４λｏが好ましい。
この図５−２、図５−３も、前述の（ワ）〜（ヘ）の条件下で、図４に示すビーム放射方向可変アンテナを、ＦＤＴＤ法で解析した結果を示すグラフである。なお、図５−２、図５−３において、Ａは、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）がある場合、Ｂは４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）がない場合の周波数特性を示す
図５−２は、表２のｃａｓｅ１１の場合の周波数特性を示す図であり、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）がない場合には、ＶＳＷＲが２．０以下となる比帯域幅は０であるが、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）を設けることにより、ＶＳＷＲが２．０以下となる比帯域幅は１８％と、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）がない場合に比して広帯域化されていることが分かる。
同様に、図５−３は、表２のｃａｓｅ１２の場合の周波数特性を示す図であり、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）がない場合には、ＶＳＷＲが２．０以下となる比帯域幅は０であるが、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）を設けることにより、ＶＳＷＲが２．０以下となる比帯域幅は１８％と、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）がない場合に比して広帯域化されていることが分かる。
なお、前述の（ワ）〜（ヨ）に記載した各部の寸法は一例であって、それ以外の寸法であっても構わない。例えば、直線状導体（６ａ〜６ｄ）の長さ（ＬＨ）は、０．８×０．１２λｏ≦ＬＨ≦１．２×０．１２λｏが好ましい。
同様に、間隔（ｄＬ）は、０．８×０．０２λｏ≦ｄＬ≦１．２×０．０２λｏが好ましい。さらに、間隔（ＬＶ１）は、０．８×０．０４λｏ≦ＬＶ１≦１．２×０．０４λｏが好ましい。
なお、前述の説明では、放射素子として矩形形状のパッチ素子２を、また、リング状導体として矩形形状のリング状導体３を使用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図７に示すように、放射素子として、円形状あるいは多角形形状のパッチ素子を、また、リング状導体として、円形状あるいは多角形形状のリング状導体を使用することも可能である。
図７は、本実施例のビーム放射方向可変アンテナの変形例を示す図であり、放射素子として円形状のパッチ素子２を、また、リング状導体として円形状のリング状導体３を使用したものである。
図７に示すビーム放射方向可変アンテナでは、円形状の放射素子２の中心を通り互いに直交する線を、それぞれ第１の直線（Ａ）および第２の直線（Ｂ）とするとき、４個のビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）は、円形状のリング状導体３における、第１の直線（Ａ）および第２の直線（Ｂ）により分割される部分の外側に配置される。
そして、ビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）の第１の導体５１と第２の導体５２は、円形状のリング状導体３の外側に沿って円弧状に形成される。
図７は、本実施例のビーム放射方向可変アンテナの変形例を示す図であり、放射素子として円形状のパッチ素子２を、また、リング状導体として円形状のリング状導体３を使用したものである。
図７に示すビーム放射方向可変アンテナでは、円形状の放射素子２の中心を通り互いに直交する線を、それぞれ第１の直線（Ａ）および第２の直線（Ｂ）とするとき、４個のビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）は、円形状のリング状導体３における、第１の直線（Ａ）および第２の直線（Ｂ）により分割される部分の外側に配置される。
そして、ビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）の第１の導体５１と第２の導体５２は、円形状のリング状導体３の外側に沿って円弧状に形成される。
また、図７に示すビーム放射方向可変アンテナにおいて、前述の実施例２のように、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）を形成することも可能である。
この場合には、円形状の放射素子２の中心点から、各ビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）の第１の導体５１と第２の導体５２の接続点とを結ぶ線を、それぞれ第１１乃至第１４の直線（ＯＰ１〜ＯＰ４）とするとき、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）は、円形状の放射素子２の中心点から、円形状の放射素子２および円形状のリング状導体３における、第１１乃至第１４の直線（ＯＰ１〜ＯＰ４）により分割される部分を横切るように設けられる。
以上説明したように、本実施例のビーム放射方向可変アンテナは、低姿勢でありながら、簡単にビームの放射方向を可変することができ、さらに、矩形形状のパッチ素子２の入力インピーダンスの変化を抑えることが可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
この場合には、円形状の放射素子２の中心点から、各ビーム方向可変素子（５ａ〜５ｄ）の第１の導体５１と第２の導体５２の接続点とを結ぶ線を、それぞれ第１１乃至第１４の直線（ＯＰ１〜ＯＰ４）とするとき、４個の直線状導体（６ａ〜６ｄ）は、円形状の放射素子２の中心点から、円形状の放射素子２および円形状のリング状導体３における、第１１乃至第１４の直線（ＯＰ１〜ＯＰ４）により分割される部分を横切るように設けられる。
以上説明したように、本実施例のビーム放射方向可変アンテナは、低姿勢でありながら、簡単にビームの放射方向を可変することができ、さらに、矩形形状のパッチ素子２の入力インピーダンスの変化を抑えることが可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
１ 反射板
２ パッチ素子
３ リング状導体
５ａ〜５ｄ ビーム方向可変素子
６ａ〜６ｄ 直線状導体
７ 給電導体
１０ モノポールアンテナ
１１ａ〜１１ｆ モノポール素子
５１ 第１の導体
５２ 第２の導体
５３ 第３の導体
２ パッチ素子
３ リング状導体
５ａ〜５ｄ ビーム方向可変素子
６ａ〜６ｄ 直線状導体
７ 給電導体
１０ モノポールアンテナ
１１ａ〜１１ｆ モノポール素子
５１ 第１の導体
５２ 第２の導体
５３ 第３の導体
Claims (4)
- 反射板と、
前記反射板と所定の間隔をおいて配置される放射素子と、
前記反射板と前記所定の間隔をおいて、前記放射素子の周囲に配置されるリング状導体と、
前記放射素子の中心を通り互いに直交する線を、それぞれ第１および第２の直線とするとき、前記リング状導体における前記第１および第２の直線により分割される部分の外側に配置される４個のビーム方向可変素子とを有し、
前記各ビーム方向可変素子は、前記リング状導体の外側に沿って形成される第１および第２の導体と、
前記第１の導体と前記第２の導体との接続点を、前記反射板に電気的に接続する手段とを有し、
前記ビーム方向可変素子の前記第１の導体と前記第２の導体との接続点を前記反射板に電気的に接続した状態をビーム方向可変素子のオン状態、前記ビーム方向可変素子の前記第１の導体と前記第２の導体との接続点を前記反射板に電気的に接続しない状態をビーム方向可変素子のオフ状態というとき、前記４個のビーム方向可変素子の中のいずれか１個、または、いずれか２個、あるいは、いずれか３個のビーム方向可変素子をオン状態、残りのビーム方向可変素子をオフ状態にして、ビームの放射方向を可変することを特徴とするビーム放射方向可変アンテナ。 - 前記反射板と、前記放射素子および前記リング状導体との間に配置される４個の直線状導体を有し、
前記放射素子の中心から、前記各ビーム方向可変素子の前記第１の導体と前記第２の導体との接続点とを結ぶ線を、それぞれ第１１乃至第１４の直線とするとき、前記各直線状導体は、前記放射素子の中心点から、前記放射素子および前記リング状導体における、前記第１１ないし第１４の直線により分割される部分を横切るように設けられ、
前記放射素子の中心点側の一端は、前記反射板に電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載のビーム放射方向可変アンテナ。 - 前記放射素子は、矩形形状の放射素子であり、
前記リング状導体は、矩形形状のリング状導体であり、
前記各ビーム方向可変素子は、前記矩形形状のリング状導体の４つの隅の外側に配置され、
前記各ビーム方向可変素子の第１および第２の導体は、前記矩形形状のリング状導体の各隅を挟んで隣接する２片に沿って形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のビーム放射方向可変アンテナ。 - 前記放射素子は、円形状の放射素子であり、
前記リング状導体は、円形状のリング状導体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のビーム放射方向可変アンテナ。
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| JP2011044997A (ja) * | 2009-08-24 | 2011-03-03 | Nippon Dengyo Kosaku Co Ltd | アンテナ |
| JP2011101235A (ja) * | 2009-11-06 | 2011-05-19 | Hitachi Cable Fine Tech Ltd | 電磁結合器及びそれを用いた情報通信機器 |
-
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