JP2007243661A - アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】広角度にわたり高利得を実現できるアンテナを提供する。
【解決手段】ダイポールアンテナ３と接地導体７とで構成される第１のアンテナにおいては、ダイポールアンテナ３に対して接地導体７と反対側の方向の利得が高くなる。ダイポールアンテナ４と接地導体７とで構成される第２のアンテナにおいては、ダイポールアンテナ４に対して接地導体７と反対側の方向の利得が高くなる。つまり第１のアンテナと第２のアンテナとでは、水平面内において利得が高い方向が互いに異なる。切換回路８がダイポールアンテナ３への給電とダイポールアンテナ４への給電とを繰返して切換えることでアンテナ１は広範囲にわたり高利得を得ることが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明はアンテナに関し、特に、広角度にわたり高利得を実現できるアンテナに関する。

近年、無線ＬＡＮ（Local Area Network）が広く普及している。無線ＬＡＮには２．４ＧＨｚ帯および５．２ＧＨｚ帯の電波が利用される。普及率の高い２．４ＧＨｚ帯に対応した無線ＬＡＮ用の製品だけでなく、５．２ＧＨｚ帯に対応した無線ＬＡＮ用の製品も市場に投入されている。よって無線ＬＡＮに使用されるアンテナも２．４ＧＨｚ帯および５．２ＧＨｚ帯の一方または両方の周波数帯に対応して送信または受信可能であることが要求される。

無線ＬＡＮに用いられるアンテナは広角度で電波の送信または受信を行なう必要がある。このため無線ＬＡＮに用いられるアンテナは一般的に水平面方向に無指向性を有する。しかし、一般的に無指向性のアンテナは水平面内のどの方向に対しても利得が小さくなる。つまり、無指向性のアンテナを受信アンテナに用いた場合には水平面内のどの方向に対しても受信感度が小さくなるという問題が生じる。そこでこのような問題を解決して、広角度にわたり高利得を実現するためのアンテナが従来から提案されている。

たとえば、特開２００５−２２３４０４号公報（特許文献１）には、多周波数アンテナが開示される。この多周波数アンテナは、１つの基板上に第１および第２周波数用ダイポールアンテナが形成される。この多周波数アンテナには長方形の基板が用いられる。長方形の長手方向に沿って第１および第２周波数用ダイポールアンテナが配置される。

また、特開２００２−２７１１３５号公報（特許文献２）には、コリニアアンテナが開示される。このコリニアアンテナは、誘電体基板の表面および裏面にそれぞれ形成される２つの導線からなるレッヘル線路と、誘電体基板の表面および裏面のそれぞれに、レッヘル線路と平行に形成されたエレメントからなるダイポールアンテナとを備える。このコリニアアンテナではダイポールアンテナはレッヘル線路に沿って複数段縦列配置される。

これらのアンテナでは無指向性のアンテナユニットが鉛直方向に複数並べられている。これによりアンテナ全体の利得が高くなるので広角度にわたり高利得を実現できる。
特開２００５−２２３４０４号公報 特開２００２−２７１１３５号公報

上述したアンテナではアンテナユニットと受信装置（または送信装置）との伝送距離が長くなりやすい。アンテナユニットと受信装置（または送信装置）との距離が長くなるほど伝送経路の途中で電力の損失が生じやすくなる。よって上述のアンテナではアンテナユニットを多数配置しても実際のアンテナの利得が予想される利得よりも小さくなる可能性がある。

さらに無線ＬＡＮ用のアンテナは部屋の隅等の様々な場所に設置される可能性がある。このため無線ＬＡＮ用のアンテナはできる限り小型であることが好ましい。しかし上述のアンテナでは特定の方向の寸法が他の方向の寸法に比較して長くなる。よって上述のアンテナは容易に小型化できないことが想定される。

本発明の目的は、広角度にわたり高利得を実現できるアンテナを提供することである。

本発明は要約すればアンテナであって、誘電体と、接地導体と、第１および第２のダイポールアンテナとを備える。誘電体は、所定の方向に垂直な第１および第２の主表面を有する。接地導体は、第１の主表面に設けられ、一方向に延在する。第１および第２のダイポールアンテナは、第１の放射素子と、第２の放射素子とを各々有する。第１の放射素子は、第１の主表面に設けられ、接地導体に沿って延在する。第２の放射素子は、第２の主表面に設けられ、所定の方向から見た場合に第１の放射素子と同一直線上に配置される。第１および第２のダイポールアンテナは、所定の方向から見た場合に接地導体を挟むように配置される。

好ましくは、アンテナは切換回路をさらに備える。切換回路は、第１のダイポールアンテナへの給電と第２のダイポールアンテナへの給電との切換えを繰返す。

より好ましくは、切換回路は、繰返して送られる指示に応じて、第１のダイポールアンテナへの給電と、第２のダイポールアンテナへの給電とを切換える。

より好ましくは、切換回路は、ダイバーシティ回路である。
より好ましくは、切換回路は、第２の主表面に搭載される。

さらに好ましくは、接地導体は、所定の方向から見た場合に、切換回路に重なるように設けられる。

好ましくは、上述のいずれかのアンテナは、第１の主表面に対向して設けられる反射器をさらに備える。

より好ましくは、反射器において第１の主表面に対向する部分の面積は、第１の主表面の面積の８０％以上に設定される。

本発明のアンテナによれば、広角度にわたり高利得を実現できる。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１のアンテナをアンテナの前方から見た平面図である。図２は、実施の形態１のアンテナをアンテナの後方から見た平面図である。

図１および図２を参照して、アンテナ１は、たとえば無線ＬＡＮに用いられるアンテナである。アンテナ１に適した周波数帯は２．４ＧＨｚ帯、５．２ＧＨｚ帯のいずれでもよい。なお、アンテナ１に適した周波数帯は上述の周波数帯に限定されず、たとえばＵＨＦ（Ultrahigh Frequency）帯であってもよい。さらにアンテナ１は送信アンテナおよび受信アンテナの両方に使用可能である。

アンテナ１は所定の方向に垂直な表面２Ａおよび裏面２Ｂを有する誘電体基板２を備える。「所定の方向」とは図１において紙面に垂直な方向であり、アンテナ１を設置した際におけるアンテナの前後方向に対応する。裏面２Ｂと表面２Ａとは、本発明における「第１の主表面」と「第２の主表面」とにそれぞれ対応する。なお図１の誘電体基板２以外にたとえば樹脂等により形成された誘電体フィルムが本発明のアンテナに適用可能である。

アンテナ１は、さらに、放射素子３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂと、線路５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂと、接地導体７とを備える。

接地導体７は誘電体基板２の裏面２Ｂに設けられ、一方向に延在する。なお接地導体７の延在方向はたとえばアンテナ１を設置した際に鉛直方向に等しくなるよう設定される。

放射素子３Ｂ，４Ｂは誘電体基板２の裏面２Ｂに設けられ、接地導体７に沿って延在する。放射素子３Ａ，４Ａは誘電体基板２の表面２Ａに設けられる。放射素子３Ａは紙面に垂直な方向から見た場合に放射素子３Ｂと同一直線上に配置される。放射素子４Ａは紙面に垂直な方向から見た場合に放射素子３Ｂと同一直線上に配置される。放射素子３Ｂ，４Ｂの各々は本発明のアンテナにおける「第１の放射素子」に対応する。放射素子３Ａ，４Ａの各々は本発明のアンテナにおける「第２の放射素子」に対応する。

放射素子３Ａ，３Ｂはダイポールアンテナ３を構成する。放射素子４Ａ，４Ｂはダイポールアンテナ４を構成する。ダイポールアンテナ３，４は本発明のアンテナにおける第１および第２のダイポールアンテナにそれぞれ対応する。

線路５Ａ，６Ａは表面２Ａに設けられる。線路５Ｂ，６Ｂは裏面２Ｂに設けられる。線路５Ａは紙面に垂直な方向から見た場合に線路５Ｂと重なるように形成される。線路６Ａは紙面に垂直な方向から見た場合に線路６Ｂと重なるように形成される。線路５Ａ，５Ｂはダイポールアンテナ３の給電線路として機能する。線路６Ａ，６Ｂはダイポールアンテナ４の給電線路として機能する。

線路５Ａの一方端は放射素子３Ａに接続されて他方端は切換回路８に接続される。線路６Ａの一方端は放射素子４Ａに接続されて他方端は切換回路８に接続される。線路５Ｂの一方端は放射素子３Ｂに接続されて他方端は接地導体７に接続される。線路６Ｂの一方端は放射素子４Ｂに接続されて他方端は接地導体７に接続される。

放射素子３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂの各々の長さは、互いに等しく、アンテナ１が送信または受信を行なう電波帯の中心波長λの約１／４の長さに設定される。周波数帯が２．４ＧＨｚ帯の場合にはλ／４は約３０ｍｍとなる。

なお、放射素子と給電線路とのインピーダンス整合を行なう際に誘電体基板２の誘電率の影響を考慮する必要がある。インピーダンス整合を良好に行なうために各放射素子の長さはλ／４よりもわずか（たとえば数％程度）に短く設定される。

アンテナ１は、さらに、ダイポールアンテナ３への給電とダイポールアンテナ４への給電との切換を繰返す切換回路８を備える。ここで「給電」とはアンテナ１と受信装置（または送信装置）との間での高周波電力の伝送を意味する。本実施の形態では切換回路８はアンテナ１の外部から繰返して送られる指示に応じて、ダイポールアンテナ３への給電と、ダイポールアンテナ４への給電とを切換える。なおアンテナ１を送信アンテナとして使用する場合には、切換回路８はアンテナ１の外部から繰返して送られる指示に応じて、ダイポールアンテナ３による電波の送信と、ダイポールアンテナ４による電波の送信とを切換える。アンテナ１を受信アンテナとして使用する場合には、切換回路８はアンテナ１の外部から繰返して送られる指示に応じて、ダイポールアンテナ３による電波の受信と、ダイポールアンテナ４による電波の受信とを切換える。たとえば切換回路８は所定の時間間隔（たとえば数百分の１秒間隔）で切換わる外部からの指示に応じてダイポールアンテナ３による電波の受信と、ダイポールアンテナ４による電波の受信とを切換える。

切換回路８は表面２Ａに搭載される。これによりアンテナ１の全体の大きさを小型化することが可能になる。なお、切換回路８は誘電体基板２上に設けられていなくてもよい。また、アンテナ１に接続される送信機または受信機が切換回路８の機能を実現してもよい。この場合にはアンテナ１において切換回路８は不要になる。

接地導体７は紙面に垂直な方向から見た場合に切換回路８と重なるように設けられる。接地導体７は実質的に切換回路８におけるアースパターンの役割を果たす。よって、接地導体７の面積が大きいほど切換回路８の動作を安定させることが可能になる。接地導体７の幅ＬＡは切換回路８の幅に応じて適切に定められる。たとえば幅ＬＡは約１０ｍｍに設定される。

アンテナ１は、さらに誘電体基板２の表面２Ａ上に設けられる線路９を備える。線路９は切換回路８に接続される。アンテナ１には、たとえば同軸ケーブルである給電ケーブル１０が接続される。同軸ケーブルの外部導体は接地導体７に接続される。同軸ケーブルの芯線（内部導体）は線路９に接続される。

放射素子３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂと線路５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂ，９と、接地導体７とは、たとえば表面および裏面に設けられた金属箔に対してマスキングおよびエッチングが行なわれることで作製可能である。

ダイポールアンテナ３の中心軸から接地導体７の外縁までの長さと、ダイポールアンテナ４の中心軸から接地導体７の外縁までの長さは等しい。これらの長さＬは約λ／４である。よって接地導体７はダイポールアンテナ３の反射器として機能するとともに、ダイポールアンテナ４の反射器として機能する。よってダイポールアンテナ３および接地導体７は指向性アンテナを構成する。同様にダイポールアンテナ４と接地導体７とは指向性アンテナを構成する。なお、以下ではダイポールアンテナ３と接地導体７で構成されるアンテナを「第１のアンテナ」とも称し、ダイポールアンテナ４と接地導体７で構成されるアンテナを「第２のアンテナ」とも称する。

第１のアンテナにおいては、ダイポールアンテナ３に対して接地導体７と反対側の方向の利得が高くなる。第２のアンテナにおいては、ダイポールアンテナ４に対して接地導体７と反対側の方向の利得が高くなる。つまり第１のアンテナと第２のアンテナとでは、水平面内において利得が高い方向が互いに異なる。切換回路８がダイポールアンテナ３への給電とダイポールアンテナ４への給電とを繰返して切換えることでアンテナ１は広範囲にわたり高利得を得ることが可能になる。

また、線路５Ａ，６Ａは一直線上に設けられる。同様に線路５Ｂ，６Ｂは一直線上に設けられる。よって接地導体７の延在方向が鉛直方向に等しくなるようにアンテナ１を設置した際に、ダイポールアンテナ３，４の高さは互いに等しくなる。これによりアンテナ１のサイズを大きくすることなく、アンテナ１の利得を高めることができる。

なおアンテナ１において切換回路８を設けずにダイポールアンテナ３，４の両方から同時に電波を受信した場合（あるいは電波を送信した場合）には利得が低下する等の現象が発生する。切換回路８がダイポールアンテナ３への給電とダイポールアンテナ４への給電とを切換えることでアンテナ１は広範囲にわたり高利得を得ることができる。

図３は、図１に示す切換回路８の構成例を示す回路図である。なお切換回路８は図３に示す構成とは異なる構成を有していてもよい。

図３を参照して、切換回路８は、端子Ｔ１〜Ｔ３と、インピーダンス整合部１１〜１４と、コンデンサＣ１〜Ｃ４と、ダイオードＤ１〜Ｄ３と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、コイルＬ１とを含む。

端子Ｔ１，Ｔ２はダイポールアンテナ３，４にそれぞれ接続される。インピーダンス整合部１１〜１４は伝送線路の一部であり、インピーダンス整合が良好に行なわれるように幅および長さが設定される。インピーダンス整合部１１は端子Ｔ１とコンデンサＣ１の一方端とを接する。インピーダンス整合部１２は端子Ｔ２とコンデンサＣ４の一方端とを接続する。

コンデンサＣ１の他方端にはコイルＬ１の一方端が接続される。コイルＬ１の他方端と接地ノードとの間にはコンデンサＣ２および抵抗Ｒ１が並列に接続される。

コンデンサＣ１の他方端には、さらにダイオードＤ１のカソードが接続される。ダイオードＤ１のアノードとインピーダンス整合部１３の一方端との間には抵抗Ｒ２とコンデンサＣ３とが並列に接続される。また、ダイオードＤ１のアノードと端子Ｔ３との間にはインピーダンス整合部１４が接続される。端子Ｔ３は図１の線路９に接続される。

インピーダンス整合部１３の他方端にはダイオードＤ２のアノードと、ダイオードＤ３のアノードと、コンデンサＣ４の他方端とが接続される。ダイオードＤ２のカソードと、ダイオードＤ３のカソードとは接地ノードに接続される。

切換回路８における選択動作を概略的に説明する。端子Ｔ３には、たとえば受信機（図示せず）から切換信号ＳＷが入力される。なお、切換信号ＳＷの電圧は３Ｖと０Ｖとの間で繰返し切換わる。これにより端子Ｔ３から出力される信号をダイポールアンテナ３から出力される信号とダイポールアンテナ４から出力される信号との間で繰返し切換えることができる。

ダイポールアンテナ３から出力される信号を端子Ｔ３から取り出す際には切換信号ＳＷの電圧は３Ｖに設定される。これによりダイオードＤ１が導通するのでダイポールアンテナ３からの信号はノードＮ１に達する。ノードＮ１に達した信号は２つに分割される。２つの信号の一方は端子Ｔ３に到達し、他方はダイオードＤ２のアノードおよびダイオードＤ３のアノードに達する。

また、端子Ｔ３に３Ｖの直流電圧が印加されているので、ダイオードＤ２，Ｄ３が導通する。ダイオードＤ２，Ｄ３のアノード電圧はほぼ接地電圧レベルに等しくなる。ノードＮ１からダイオードＤ２のアノードまでの伝送距離はλ／４に設定される。ダイオードＤ２のアノードに達した信号はダイオードＤ２を通り接地ノードに流れる。これによりダイポールアンテナ４側からは信号が出力されていない状態となる。

一方、ダイポールアンテナ４から出力される信号を端子Ｔ３から取り出す際には切換信号ＳＷの電圧が０Ｖに設定される。このときにはダイオードＤ１〜Ｄ３は非導通となるためダイポールアンテナ４が受信した信号が端子Ｔ３から出力される。

なお、ダイポールアンテナ３，４が電波を送信する場合、切換回路８は端子Ｔ３を介して送信機（図示せず）から切換信号ＳＷを受ける。上述の動作と同様に、切換信号ＳＷの電圧が３Ｖの場合には送信機から送られた信号はダイポールアンテナ３から送信される。切換信号ＳＷの電圧が０Ｖの場合には送信機から送られた信号はダイポールアンテナ４から送信される。

図４は、図１および図２のアンテナ１における第１のアンテナと第２のアンテナの水平面指向性を示す図である。水平面とは図１および図２のアンテナ１において接地導体７の延在方向が鉛直方向に等しくなるときに接地導体７に直交する平面を指す。

図４を参照して、曲線Ｐ１は第１のアンテナ（ダイポールアンテナ３と接地導体７とで構成されるアンテナ）の指向性を示す曲線であり、曲線Ｐ２は第２のアンテナ（ダイポールアンテナ４と接地導体７とで構成されるアンテナ）の指向性を示す曲線である。

なお図４に示される０度の方向は図１および図２のアンテナ１において、裏面２Ｂから上述の「所定の方向」に沿って表面２Ａに向かう方向を意味する。図４に示される−１８０度の方向とは図１および図２のアンテナ１において、表面２Ａから上述の「所定の方向」に沿って裏面２Ｂに向かう方向を意味する。図４に示される９０度の方向とは図１および図２のアンテナ１において、線路５Ａに沿って接地導体７からダイポールアンテナ３に向かう方向である。図４に示される−９０度の方向とは図１および図２のアンテナ１において、線路６Ａに沿って接地導体７からダイポールアンテナ４に向かう方向である。

曲線Ｐ１，Ｐ２から第１のアンテナと第２のアンテナとでは指向性が強くなる方向がそれぞれ＋９０°方向と−９０°方向であることが分かる。つまり第１のアンテナと第２のアンテナとでは互いに反対方向に強い指向性を有する。

また、曲線Ｐ１，Ｐ２から、切換回路８により第１のアンテナへの給電と第２のアンテナへの給電とを切換えた場合のレベルの偏差は約−２．５ｄＢ程度であることが分かる。つまり図４からアンテナ１を無指向性アンテナとして用いることが可能であることが分かる。

図５は、第１および第２のアンテナの利得を示す図である。
図５を参照して、曲線Ｇ１，Ｇ２は周波数に対する第１および第２のアンテナの最大利得の変化をそれぞれ示す。図５のグラフにおいて周波数の範囲は２．３５〜２．５５ＧＨｚである。この周波数の範囲は２．４ＧＨｚ帯の範囲に含まれる。曲線Ｇ１，Ｇ２から分かるように、第１および第２のアンテナの最大利得はともに２．３５〜２．５５ＧＨｚの範囲にわたり、ほぼ４ｄＢｉとなる。

なおこの利得の値は無指向性アンテナを鉛直方向に２段並べて構成されるコリニアアンテナから得られる利得の値にほぼ匹敵する。つまり、アンテナ１はコリニアアンテナの半分の高さを有しながらコリニアアンテナと同等の性能を有する。このようにアンテナ１は従来のアンテナと同等の性能を有しながら、従来のアンテナよりも小型である。

図６は、第１および第２のアンテナにおけるＶＳＷＲ（電圧定在波比）を示す図である。なおアンテナと受信機（または送信機）との間のインピーダンス整合が良好であるほどＶＳＷＲの値は低くなる。

図６を参照して、曲線Ｖ１，Ｖ２は周波数に対する第１および第２のアンテナのＶＳＷＲの変化をそれぞれ示す。図６のグラフにおいて周波数の範囲は２．３５〜２．５５ＧＨｚである。

曲線Ｖ１，Ｖ２から分かるように、第１および第２のアンテナのＶＳＷＲの値はともに２．３５〜２．５５ＧＨｚの範囲にわたりほぼ１．４以下であり、実用の際に支障が生じないレベルである。

このように実施の形態１のアンテナは、異なる方向に強い指向性を有する第１および第２のアンテナと、第１のアンテナへの給電と第２のアンテナへの給電との切換えを繰返す切換回路とを備える。よって実施の形態１のアンテナを受信アンテナとして用いる場合には様々な方向から電波が到来しても高感度でその電波を受信できる。また、実施の形態１のアンテナを送信アンテナとして用いる場合には様々な方向に強く電波を放射することができる。つまり、実施の形態１のアンテナは広角度にわたり高利得を実現できる。

また、実施の形態１のアンテナは、従来のアンテナに比べて鉛直方向の高さを小さくすることが可能になる。

［実施の形態２］
図７は、実施の形態２のアンテナの構成を示す図である。

図７および図１を参照して、アンテナ１Ａは切換回路８に代えてダイバーシティ回路８Ａを備える点でアンテナ１と異なる。なおアンテナ１Ａにおいてダイバーシティ回路８Ａ以外の部分の構成はアンテナ１の対応する部分の構成と同様である。また、アンテナ１Ａにおいて誘電体基板２の裏面２Ｂ側の構成は図２に示すアンテナ１の構成と同様である。よって以下ではダイバーシティ回路８Ａについて説明し、アンテナ１Ａの他の部分については説明を繰返さない。

アンテナ１Ａが受信アンテナの場合、ダイバーシティ回路８Ａはダイポールアンテナ３が受信した電波とダイポールアンテナ４が受信した電波とのうちの強度が高いほうの電波を選択する動作を繰返す。これによりアンテナ１Ａは様々な方向から到来する電波を高感度で受信することができる。

図８は、図７のダイバーシティ回路８Ａの構成例を示す回路図である。なおダイバーシティ回路８Ａは図７に示す構成とは異なる構成を有していてもよい。

図８を参照して、ダイバーシティ回路８Ａは、スイッチ２１と、分岐器２２と、検波器２３と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２４と、コンデンサ２５と、チョークコイル２６と、電源部２７とを含む。

ＣＰＵ２４はスイッチ２１を制御する。これによりダイポールアンテナ３の出力とダイポールアンテナ４の出力とのうちのいずれか一方の出力がスイッチ２１から出力される。

ＣＰＵ２４は動作開始時にはダイポールアンテナ３，４の受信レベルを比較して、受信レベルの高いほうのダイポールアンテナを選択する。ＣＰＵ２４は選択結果に基づいてスイッチ２１を制御する。このとき、たとえば図８に示すようにダイポールアンテナ４からの出力が取り出されるようにスイッチ２１が設定されたとする。

次にＣＰＵ２４は分岐器２２および検波器２３を介してダイポールアンテナ４の受信レベルを常時（たとえば一定の間隔で繰返して）監視する。たとえばＣＰＵ２４はダイポールアンテナ４の受信レベル（ダイポールアンテナ４が受信した電波の強度）の値をしきい値とを比較する。このしきい値は、たとえば受信機（図示せず）で信号処理を可能にするための受信機の入力レベルの値である。

ダイポールアンテナ４の受信レベルの値がしきい値以上である場合には、ＣＰＵ２４はスイッチ２１の状態を変化させない。一方、ダイポールアンテナ４の受信レベルの値がしきい値を下回る場合には、ＣＰＵ２４はダイポールアンテナ３の受信レベルの値を取得するためスイッチ２１を切換える。ＣＰＵ２４は分岐器２２および検波器２３を介して得たダイポールアンテナ３の受信レベルの値を上述のしきい値と比較する。

ダイポールアンテナ３の受信レベルの値がしきい値以上である場合にはＣＰＵ２４はスイッチの状態をそのままに保つ。これによりダイポールアンテナ３からの出力が受信機に送られる。しかし、ダイポールアンテナ３の受信レベルの値がしきい値を下回る場合には、ＣＰＵ２４は再びスイッチを切換えて、ダイポールアンテナ４の受信レベルとしきい値とを比較する。ＣＰＵ２１は、ダイポールアンテナ３，４のいずれかのアンテナの受信レベルがしきい値以上になるまでスイッチ２１を繰返して切換える。

コンデンサ２５およびチョークコイル２６は電源部２７に対して電源電圧を供給するために設けられる。たとえば図示しない電源挿入器（パワーインサータ）から線路９を介して電源部２７に電源電圧が供給される。たとえば電源部２７には１５Ｖの直流電圧が供給される。たとえば電源部２７は１５Ｖの直流電圧を３．３Ｖの直流電圧に変換してＣＰＵ２４に供給する。

なお、ＣＰＵ２４への電源供給方法は他の方法であってもよい。たとえばＣＰＵ２４はダイバーシティ回路８Ａに設けられた電源端子（図示せず）を介して外部の電源装置（図示せず）から電源電圧を受けてもよい。

また、アンテナ１Ａが送信アンテナの場合にはダイバーシティ回路８Ａにおいて分岐器２２と、検波器２３とは不要になる。この場合にはＣＰＵ２４は所定の時間間隔（たとえば数百分の１秒間隔）でスイッチ２１の切換えを行ない、ダイポールアンテナ３からの信号の送信とダイポールアンテナ４からの信号の送信とを切換える。

このように実施の形態２のアンテナは互いに異なる指向性を有する第１および第２のアンテナと、ダイバーシティ回路とを備える。ダイバーシティ回路は第１のアンテナへの給電と第２のアンテナへの給電とを選択する動作を自動的に繰返す。これにより実施の形態２のアンテナを受信アンテナとして用いる場合には様々な方向から電波が到来しても高感度でその電波を受信できる。また、実施の形態２のアンテナを送信アンテナとして用いる場合には様々な方向に強く電波を放射することができる。つまり、実施の形態２のアンテナは広角度にわたり高利得を実現できる。

［実施の形態３］
図９は、実施の形態３のアンテナの構成を示す図である。

図９を参照して、アンテナ１Ｂは、誘電体基板２の裏面２Ｂに対向して設けられる反射器３１をさらに備える点で実施の形態１のアンテナ（図１および図２のアンテナ１）と異なる。

アンテナ１Ｂにおいて誘電体基板２の表面２Ａ側の構成は図１に示すアンテナ１の構成と同様である。また、アンテナ１Ｂにおいて誘電体基板２の裏面２Ｂ側の構成は図２に示すアンテナ１の構成と同様である。つまりアンテナ１Ｂにおいて反射器３１以外の部分の構成はアンテナ１と同様である。よってアンテナ１Ｂにおける反射器３１以外の部分の構成の説明は以後繰返さない。

反射器３１はたとえば金属板により構成される。反射器３１において誘電体基板２の裏面２Ｂに対向する部分の面積を調整したり、誘電体基板２の裏面２Ｂを基準とした反射器３１までの高さＨを調整したりすることでアンテナ１Ｂの指向性を調整することが可能になる。

以下、実施の形態３のアンテナの特性を説明する。なお以下の図１０〜図１２の各図に示される特性は、アンテナ１Ｂにおける高さＨを約λ／４（約３０ｍｍ）に設定し、かつ、反射器３１において誘電体基板２の裏面２Ｂに対向する部分の面積を裏面２Ｂの面積の約８０％に設定したときに得られる特性である。

図１０は、図９のアンテナ１Ｂにおける第１のアンテナと第２のアンテナの水平面指向性を示す図である。なお、アンテナ１Ｂにおける第１のアンテナはアンテナ１における第１のアンテナと同様の構成を有し、ダイポールアンテナ３と接地導体７とからなる。アンテナ１Ｂにおける第２のアンテナはアンテナ１における第２のアンテナと同様であり、ダイポールアンテナ４と接地導体７とからなる。

図１０を参照して、曲線Ｐ１Ｂは第１のアンテナ（ダイポールアンテナ３と接地導体７とで構成されるアンテナ）の指向性を示す曲線であり、曲線Ｐ２Ｂは第２のアンテナ（ダイポールアンテナ４と接地導体７とで構成されるアンテナ）の指向性を示す曲線である。なお図１０に示される方向（０度方向等）は図４に示す方向と同一方向である。

曲線Ｐ１Ｂ，Ｐ２Ｂから第１のアンテナと第２のアンテナとでは指向性が強くなる方向がそれぞれ＋４５°方向と−４５°方向であることが分かる。

図１１は、第１および第２のアンテナの利得を示す図である。
図１１を参照して、曲線Ｇ１Ｂ，Ｇ２Ｂは周波数に対する第１および第２のアンテナの最大利得の変化をそれぞれ示す。図１１のグラフにおいて周波数の範囲は２．３５〜２．５５ＧＨｚである。

曲線Ｇ１Ｂ，Ｇ２Ｂから分かるように、第１および第２のアンテナの最大利得はともに２．３５〜２．５５ＧＨｚの範囲にわたり、ほぼ６ｄＢｉとなる。なお図１１に示される利得の値は図５に示される利得の値（約４ｄＢｉ）よりも高い。図１０および図１１かアンテナ１Ｂは反射器３１を備えることでアンテナ１Ｂの前方の利得を高めることができることが分かる。

なお、一般的に反射器の面積が大きくなるほどアンテナの前方（アンテナに対して反射器と反対側の方向）の指向性を強めることが可能になる。よって図９の反射器３１の面積は大きい程好ましい。図１１に示すように、反射器３１の面積は、好ましくは誘電体基板２の面積の８０％以上である。より好ましくは反射器３１が誘電体基板２の裏面２Ｂを覆うように、反射器３１の面積は誘電体基板２の裏面２Ｂの面積の１００％以上に設定される。

図１２は、第１および第２のアンテナにおけるＶＳＷＲを示す図である。
図１２を参照して、曲線Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ｂは周波数に対する第１および第２のアンテナのＶＳＷＲの変化をそれぞれ示す。図１２のグラフにおいて周波数の範囲は２．３５〜２．５５ＧＨｚである。

曲線Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ｂから分かるように、第１および第２のアンテナのＶＳＷＲの値はともに２．３５〜２．５５ＧＨｚの範囲にわたりほぼ１．５以下である。図１２と図６とから実施の形態３のアンテナと実施の形態１のアンテナとではＶＳＷＲの値はほぼ同じ程度であることが分かる。すなわち実施の形態３のアンテナにおいてもインピーダンス整合は良好である。

なお、図９に示すアンテナ１Ｂにおいて、切換回路８に代えて図８に示すダイバーシティ回路８Ａが設けられてもよい。この場合、アンテナ１Ｂは反射器３１が設けられる点で図７のアンテナ１Ａと異なるが、アンテナ１Ｂの他の部分の構成については、アンテナ１Ａの対応する部分の構成と同様となる。よってダイバーシティ回路８Ａを備えるアンテナ１Ｂに関する以後の説明は繰返さない。

以上のように実施の形態３のアンテナは実施の形態１のアンテナあるいは実施の形態２のアンテナに反射器をさらに追加した構成を有する。実施の形態３のアンテナは反射器の面積、あるいはアンテナ本体から反射器までの距離を調整することで指向性を調整することが可能になる。

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説明ではなく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。

実施の形態１のアンテナをアンテナの前方から見た平面図である。 実施の形態１のアンテナをアンテナの後方から見た平面図である。 図１に示す切換回路８の構成例を示す回路図である。 図１および図２のアンテナ１における第１のアンテナと第２のアンテナの水平面指向性を示す図である。 第１および第２のアンテナの利得を示す図である。 第１および第２のアンテナにおけるＶＳＷＲ（電圧定在波比）を示す図である。 実施の形態２のアンテナの構成を示す図である。 図７のダイバーシティ回路８Ａの構成例を示す回路図である。 実施の形態３のアンテナの構成を示す図である。 図９のアンテナ１Ｂにおける第１のアンテナと第２のアンテナの水平面指向性を示す図である。 第１および第２のアンテナの利得を示す図である。 第１および第２のアンテナにおけるＶＳＷＲを示す図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ アンテナ、２ 誘電体基板、２Ａ 表面、２Ｂ 裏面、３，４ ダイポールアンテナ、３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ 放射素子、５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂ，９ 線路、７ 接地導体、８ 切換回路、８Ａ ダイバーシティ回路、１０ 給電ケーブル、１１〜１４ インピーダンス整合部、２１ スイッチ、２２ 分岐器、２３ 検波器、２６ チョークコイル、２７ 電源部、３１ 反射器、２５，Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ３ ダイオード、Ｌ１ コイル、Ｎ１ ノード、Ｒ１，Ｒ２ 抵抗、Ｔ１〜Ｔ３ 端子。

Claims (8)

1. 所定の方向に垂直な第１および第２の主表面を有する誘電体と、
   前記第１の主表面に設けられ、一方向に延在する接地導体と、
   前記第１の主表面に設けられ、前記接地導体に沿って延在する第１の放射素子と、前記第２の主表面に設けられ、前記所定の方向から見た場合に前記第１の放射素子と同一直線上に配置される第２の放射素子とを各々有し、前記所定の方向から見た場合に前記接地導体を挟むように配置される第１および第２のダイポールアンテナとを備える、アンテナ。
2. 前記第１のダイポールアンテナへの給電と前記第２のダイポールアンテナへの給電との切換えを繰返す切換回路をさらに備える、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記切換回路は、繰返して送られる指示に応じて、前記第１のダイポールアンテナへの給電と、前記第２のダイポールアンテナへの給電とを切換える、請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記切換回路は、ダイバーシティ回路である、請求項２に記載のアンテナ。
5. 前記切換回路は、前記第２の主表面に搭載される、請求項２に記載のアンテナ。
6. 前記接地導体は、前記所定の方向から見た場合に、前記切換回路に重なるように設けられる、請求項５に記載のアンテナ。
7. 前記第１の主表面に対向して設けられる反射器をさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載のアンテナ。
8. 前記反射器において前記第１の主表面に対向する部分の面積は、前記第１の主表面の面積の８０％以上に設定される、請求項７に記載のアンテナ。

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