JP2019102823A - 指向性可変アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でアンテナの指向性を切り替える技術を提供する。【解決手段】指向性可変アンテナ１において、アンテナ部４は、導電性を有する平板状の地板３に対向して配置される。特性制御部５は、アンテナ部４が形成されるアンテナ形成面と地板３との間に配置され、アンテナ部４にて送受信される連続波の継続時間であるパルス幅Ｗｉに応じて、連続波に対する特性が変化するメタサーフェスを有する。パルス幅Ｗｉを切り替えて、特性制御部５に対向配置された対象アンテナ４１，４３の動作効率を変化させることによって、アンテナ部４の指向性が変化する。【選択図】図１

Description

本開示は、アンテナの指向性を切り替える技術に関する。

下記特許文献１には、複数の単位アンテナを有するアレーアンテナにおいて、全ての単位アンテナを動作させることで狭角な指向性を実現し、アレーアンテナの開口幅が狭くなるように一部の単位アンテナを動作させることで広角な指向性を実現する技術が提案されている。

特開２００３−２４８０５５号公報

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、上述の従来技術では、アレーアンテナの動作状態を切り替えるために高周波スイッチを用いているため、回路構成が複雑になるという課題が見出された。

本開示の１つの局面は、簡易な構成でアンテナの指向性を切り替える技術を提供することにある。

本開示の一態様による指向性可変アンテナは、地板（３）と、アンテナ部（４，４ａ，４ｂ）と、特性制御部（５，６１〜６４）と、を備える。
地板は、導電性を有し平板状に形成される。アンテナ部は、地板に対向して配置される。特性制御部は、アンテナ部が形成されるアンテナ形成面と地板との間に配置され、アンテナ部にて送受信される連続波の継続時間であるパルス幅に応じて、連続波に対する特性が変化するメタサーフェスを有する。

このような構成によれば、アンテナ部が送受信する連続波のパルス幅によって、メタサーフェスの特性が変化するため、アンテナ部の指向性を変化させることができる。
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

第１実施形態の指向性可変アンテナの構成を示す平面図である。 図１に示す指向性可変アンテナのＩＩ−ＩＩ断面図である。 特性制御部の構成及び時定数回路の回路図を示す説明図である。 指向性可変アンテナが適用される車載ミリ波レーダにおいて要求される指向性を示す説明図である。 車載ミリ波レーダにて使用する送信信号に関する説明図である。 送信信号の波形とパルス幅との関係を示す説明図である。 図３に示す時定数回路を使用した対象アンテナの特性を示すグラフである。 第２実施形態の指向性可変アンテナの構成を示す平面図である。 時定数回路の回路図である。 図９に示す時定数回路を使用した対象アンテナの特性を示すグラフである。 対象アンテナの特性設計のバリエーションと実現される指向性との関係を示す説明図である。 第３実施形態の指向性可変アンテナの構成を示す平面図である。 図１２に示す指向性可変アンテナのＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。 無給電パターンの特性と使用信号のパルス幅との関係を示すグラフである。 使用信号のパルス幅と実現される指向性との関係を示す説明図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
指向性可変アンテナ１は、例えば、車両に搭載され、車両の周辺に存在する様々な物標を検出するためのミリ波レーダに適用される。

指向性可変アンテナ１は、図１および図２に示すように、長方形状の誘電体基板２を有する。以下では、誘電体基板２の一方の面を基板表面２ａ、他方の面を基板裏面２ｂという。また、誘電体基板２の第１の辺に沿った方向をｘ軸方向、ｘ軸方向に直行する第２の辺に沿った方向をｙ軸方向、基板表面２ａの法線方向をｚ軸方向という。

基板裏面２ｂには、接地面として機能する地板３が設けられる。地板３は、基板裏面２ｂの全面を覆う平板状の銅パターンである。基板表面２ａには、そのｘ軸方向の中央付近にアンテナ部４が設けられる。また、アンテナ形成面である基板表面２ａと地板３が形成された基板裏面２ｂとの間には、特性制御部５が設けられる。つまり、特性制御部５は、誘電体基板２に埋設される。

アンテナ部４は、アレーアンテナを形成する３つの単位アンテナ４１〜４３を備える。これらの単位アンテナ４１〜４３は、ｘ軸方向に沿って配列される。各単位アンテナ４１〜４３は、いずれも、ｙ軸方向に沿って配置された複数のパッチアンテナＰと、各パッチアンテナＰへの給電を行う給電線Ｌ１〜Ｌ３とを備える。パッチアンテナＰは、長方形の銅パターンであり、各辺がｘ軸及びｙ軸に沿うように配置される。各給電線Ｌ１〜Ｌ３は、それぞれ同一の単位アンテナに属する全てのパッチアンテナＰに対し、アンテナ部４が送受信する信号の周波数帯（以下、使用周波数帯）において、同位相での給電が行われるように配線される。また、給電線Ｌ１〜Ｌ３は、各単位アンテナ４１〜４３に対し、使用周波数帯において、同位相での給電が行われるように配線される。また、給電線Ｌ１〜Ｌ３は、アンテナ部４を介して送受信される信号を処理する回路である送受信部８に接続される。送受信部８は、誘電体基板２上に設けられていてもよいし、誘電体基板２とは別体に設けられていてもよい。

ここでは、アンテナ部４が３つの単位アンテナ４１〜４３を有する場合について示すが、これに限定されるものではなく、単位アンテナの数は２つ又は４つ以上であってもよい。
特性制御部５は、アンテナ部４の中央に位置する単位アンテナ４２に対向する部位を挟んで両側に位置する部位５１，５２に、地板３と対向するように誘電体基板２の全面に渡って設けられる。但し、特性制御部５が設けられる部位５１，５２は、これに限定されるものではなく、アンテナ部４のｘ軸方向の両端に位置する単位アンテナ４１，４３と対向する部位に、少なくとも設けられていればよい。

以下、特性制御部５の部位５１，５２と対向する位置に存在する単位アンテナのそれぞれを対象アンテナ４１，４３、対象アンテナ４１，４３以外の単位アンテナを非対象アンテナ４２という。また、対象アンテナ及び非対象アンテナの数は、これらに限定されるものではなく、非対象アンテナが複数設けられていてもよい。また、非対象アンテナの両側にそれぞれ複数の対象アンテナが設けられていてもよい。更に、非対象アンテナの一方の側だけに対象アンテナが設けられていてもよい。なお、一つ以上の対象アンテナを総称して対象アンテナ群という。また、一つ以上の非対象アンテナを総称して非対象アンテナ群という。

特性制御部５は、図１及び図３に示すように、ｘ軸方向及びｙ軸方向に沿って格子状に整列するように配置された複数の電極パターン５０１を有する。電極パターン５０１は、矩形状に形成された各辺の長さは、使用周波数帯の信号における波長より短く設定され、いわゆるメタサーフィスを形成する。また、ｙ軸方向に整列する電極パターン５０１同士は、時定数回路５０２を介して接続される。

時定数回路５０２は、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４と、キャパシタＣと、抵抗ＲＣと、を備える。ここで、時定数回路５０２を介して接続される二つの電極パターン５０１をＰＴ１，ＰＴ２とする。

ダイオードＤ１は、アノードが電極パターンＰＴ１に接続される。ダイオードＤ２は、カソードが電極パターンＰＴ１に接続される。ダイオードＤ３は、アノードが電極パターンＰＴ２に接続される。ダイオードＤ４は、カソードが電極パターンＰＴ２に接続される。ダイオードＤ１とダイオードＤ３とは、カソードが共通に接続される。ダイオードＤ２とダイオードＤ４とは、アノードが共通に接続される。そして、キャパシタＣ及び抵抗ＲＣは、ダイオードＤ１及びＤ３のカソードと、ダイオードＤ２及びＤ４のアノードとの間に並列接続される。

［１−２．設計］
指向性可変アンテナ１は、例えば、図４に示すように、遠距離かつ狭角度範囲となる第１指向性での検出と、近距離かつ広角度範囲となる第２指向性での検出とをいずれも実施するミリ波レーダに適用される。

指向性可変アンテナ１が適用されるミリ波レーダは、図５に示すように、第１指向性での検出時にはＦＭＣＷレーダとして動作し、第２指向性での検出時にはＣＷ波を用いたパルスレーダとして動作する。以下では、第１指向性を有するＦＭＣＷレーダとしての動作時に使用する送信信号を信号ＴＸ１、第２指向性を有するパルスレーダとしての動作時に使用する送信信号を信号ＴＸ２と表記する。信号ＴＸ１は、周波数が直線的に増加する上り変調期間及び周波数が直線的に減少する下り変調期間を１セットとして、１セット以上繰り返すように設定される。この信号ＴＸ１の継続時間を（以下、パルス幅）をＷ１とする。信号ＴＸ２は、パルス幅Ｗ１より十分に狭く設定されたパルス幅Ｗ２を有する一定周波数の信号が複数回繰り返し出力されるように設定される。図６は、信号ＴＸｉの信号波形とパルス幅Ｗｉとの関係を示す説明図である。但し、ｉ＝１，２である。図６には信号ＴＸ２の場合を示すが、信号ＴＸ１の場合も信号波形が一部異なるだけで同様である。

以下、特性制御部５の特性とパルス幅Ｗ１，Ｗ２との関係について説明する。
時定数回路５０２は、使用周波数帯の信号ＴＸｉに対して、パルス幅Ｗｉが短いほど透過率が減少し、パルス幅Ｗｉが長いほど透過率が増大する特性を有する。透過率の減少は、信号の吸収及び信号の反射によって生じる。なお、このような時定数回路５０２については、例えば、特表２０１６−１３４６６号公報に詳述されているため、ここでの説明は省略する。

このような時定数回路５０２の特性により、特性制御部５に対向配置される対象アンテナ４１，４３は、図７に示すように、パルス幅Ｗｉが短いほど動作効率が低く、パルス幅Ｗｉが長いほど動作効率が高い特性を有する。なお、対象アンテナの動作効率とは、対象アンテナ４１，４３に供給される送信信号ＴＸｉの強度に対する対象アンテナ４１，４３から放射される電波の強度の割合である。

そして、信号ＴＸ１のパルス幅Ｗ１は、対象アンテナ４１，４３の動作効率が予め設定された有効閾値ＴＨ１より大きくなるように設定される。また、信号ＴＸ２のパルス幅Ｗ２は、対象アンテナ４１，４３の動作効率が予め設定された無効閾値ＴＨ２より小さくなるように設定される。有効閾値ＴＨ１と無効閾値ＴＨ２は、ＴＨ１＞ＴＨ２を満たすように設定される。また、パルス幅Ｗ１，Ｗ２は、動作効率の差が十分に大きくなるように設定されていればよく、非対象アンテナ４２の動作効率を１として０〜１の値に正規化した場合、例えば、パルス幅Ｗ１での動作効率が０．８以上、パルス幅Ｗ２での動作効率が０．２以下となるように設定することが考えられる。

［１−３．動作］
このように構成された指向性可変アンテナ１では、信号ＴＸ１がアンテナ部４に供給された場合、対象アンテナ４１，４３は、動作効率が動作閾値ＴＨ１以上となるため、アンテナ部４に属する全ての単位アンテナ４１〜４３が動作状態となる。その結果、アンテナ部４のアンテナ配列方向における開口幅が広くなり、図４に示した、第１指向性が実現される。一方、信号ＴＸ２がアンテナ部４に供給された場合、対象アンテナ４１，４３は、動作効率が停止閾値ＴＨ２以下となるため、非対象アンテナ４２のみが動作状態となる。その結果、アンテナ部４のアンテナ配列方向における開口幅が狭くなり、図４に示した、第２指向性が実現される。

［１−４．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）指向性可変アンテナ１では、信号ＴＸｉのパルス幅Ｗｉを切り替えて対象アンテナ４１，４３の動作効率を変化させることによって、アンテナ部４の指向性を変化させている。つまり、指向性可変アンテナ１によれば、高周波スイッチを用いることなく、信号Ｔｘｉのパルス幅Ｗｉを切り替えるだけの簡易な制御によって、指向性の切替を実現することができる。

（１ｂ）指向性可変アンテナ１では、アンテナ部４に属する全ての単位アンテナ４１〜４３が同相で給電される。このため、信号ＴＸ１を用いた場合には、アンテナ部４の開口幅が広くなり、遠距離かつ狭角度範囲の第１指向性を実現することができる。また、送信信号ＴＸ２を用いた場合には、アンテナ部４の開口幅が狭くなり、近距離かつ広角度範囲の第２指向性を実現することができる。

［２．第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

本実施形態では、アンテナ部４ａの構成、及び特性制御部５の特性が部位５１，５２毎に異なる点が、第１実施形態と相違する。
図８に示すように、指向性可変アンテナ１ａは、誘電体基板２と、地板３と、アンテナ部４ａと、特性制御部５とを備える。指向性可変アンテナ１ａは、更に、送受信部８を備えていてもよい。

アンテナ部４ａは、第１実施形態と同様に単位アンテナ４１〜４３を有する。但し、単位アンテナ４１，４３への給電線Ｌ１，Ｌ３が、単位アンテナ４２への給電線Ｌ２に対して、遅延した位相で給電を行うように配線されている。ここでの位相遅延量は４５°であるが、これに限定されるものではない。

特性制御部５は、第１実施形態と同様に、非対象アンテナ４２と対向する部位以外の全体に渡って形成される。但し、対象アンテナ４１に対向する部位である第１部位５１と、対象アンテナ４３に対向する部位である第２部位５２とでは、異なる時定数回路が用いられる。即ち、第１部位５１では、第１実施形態と同様の時定数回路５０２が用いられ、第２部位５２では、図９に示す時定数回路５０２ａが用いられる。なお、部位５１，５２と時定数回路５０２，５０２ａとの対応関係は、上記とは反対に、第１部位５１に時定数回路５０２ａが用いられ、第２部位５２に時定数回路５０２が用いられてもよい。

時定数回路５０２ａは、図９に示すように、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４と、インダクタＬと、抵抗ＲＬと、を備える。ここで、時定数回路５０２ａを介して接続される二つの電極パターン５０１をＰＴ１，ＰＴ２とする。インダクタＬ及び抵抗ＲＬは、時定数回路５０２におけるキャパシタＣ及び抵抗ＲＣの代わりに、ダイオードＤ１及びＤ３のカソードと、ダイオードＤ２及びＤ４のアノードとの間に直列接続される。

［２−２．動作］
時定数回路５０２ａは、時定数回路５０２とは逆に、使用周波数帯の信号ＴＸｉに対して、パルス幅Ｗｉが短いほど透過率が減少し、パルス幅Ｗｉが長いほど透過率が増大する特性を有する。なお、このような時定数回路５０２ａについては、例えば、特表２０１６−１３４６６号公報に詳述されているため、ここでの説明は省略する。

時定数回路５０２を有する第１部位５１に対向配置される対象アンテナ（以下、第１対象アンテナ）４１は、第１実施形態と同様、図７に示すように、パルス幅Ｗｉが短いほど動作効率が低く、パルス幅Ｗｉが長いほど動作効率が高い特性を有する。

時定数回路５０２ａを有する第２部位５２に対向配置される対象アンテナ（以下、第２対象アンテナ）４３は、第１対象アンテナ４１とは逆に、図１０に示すように、パルス幅Ｗｉが短いほど動作効率が高く、パルス幅Ｗｉが長いほど動作効率が低い特性を有する。

＜特性例１＞
図１１の特性例１に示すように、第１対象アンテナ４１と第２対象アンテナ４３とで、動作効率が有効閾値ＴＨ１以上となるパルス幅の範囲が互いに異なり、且つ無効閾値ＴＨ２以下となるパルス幅の範囲も互いに異なるように、特性制御部５を設計してもよい。

この場合、第１対象アンテナ４１の動作効率が無効閾値ＴＨ２以下、第２対象アンテナ４３の動作効率が有効閾値ＴＨ２以上となるパルス幅Ｗａでは、第１対象アンテナ４１が非動作状態、第２対象アンテナ４３と非対象アンテナ４２が動作状態となる。そして、第２対象アンテナ４３は、非対象アンテナ４２より給電位相が４５°遅延するため、第２対象アンテナ４３及び非対象アンテナ４２によって形成される指向性ビームＢ１ａは、右方向に傾斜する。

第１対象アンテナ４１の動作効率が有効閾値ＴＨ１以上、第２対象アンテナ４３の動作効率が無効閾値ＴＨ２以下となるパルス幅Ｗｃでは、第２対象アンテナ４３が非動作状態、第１対象アンテナ４１と非対象アンテナ４２が動作状態となる。そして、第１対象アンテナ４１は、非対象アンテナ４２より給電位相が４５°遅延するため、第１対象アンテナ４１及び非対象アンテナ４２によって形成される指向性ビームＢ１ｃは、左方向に傾斜する。

第１対象アンテナ４１及び第２対象アンテナ４３の動作効率がいずれも無効閾値ＴＨ２より大きく、有効閾値ＴＨ１より小さくなるパルス幅Ｗｂでは、第１対象アンテナ４１及び第２対象アンテナ４３は、いずれも最大時の半分程度の動作効率αで動作する。第１対象アンテナ４１及び第２対象アンテナ４３は、いずれも非対象アンテナ４２より給電位相が４５°遅延するが、互いに打ち消しあうことで、両アンテナ４１，４３を合成した指向性は、非対象アンテナ４２と同様に正面方向を向く。従って、対象アンテナ４１，４３及び非対象アンテナ４２によって形成される指向性ビームＢ１ｂは、正面方向を向く。

つまり、特性例１では、使用するパルス幅Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃを切り替えることで、互いにビーム方向の異なる３つの指向性を実現できる。
＜特性例２＞
図１１の特性例２に示すように、第１対象アンテナ４１と第２対象アンテナ４３とで、動作効率が有効閾値ＴＨ１以上となるパルス幅の範囲が互いに異なり、且つ無効閾値ＴＨ２以下となるパルス幅の範囲の一部が重複するように、特性制御部５を設計してもよい。

この場合、第１対象アンテナ４１の動作効率が無効閾値ＴＨ２以下、第２対象アンテナ４３の動作効率が有効閾値ＴＨ２以上となるパルス幅Ｗａでは、特性例１の場合と同様に、第２対象アンテナ４３及び非対象アンテナ４２によって、右方向に傾斜した指向性ビームＢ２ａが得られる。

第１対象アンテナ４１の動作効率が有効閾値ＴＨ１以上、第２対象アンテナ４３の動作効率が無効閾値ＴＨ２以下となるパルス幅Ｗｃでは、特性例１の場合と同様に、第１対象アンテナ４１及び非対象アンテナ４２によって、左方向に傾斜した指向性ビームＢ２ｃが得られる。

第１対象アンテナ４１及び第２対象アンテナ４３の動作効率がいずれも無効閾値ＴＨ２以下となるパルス幅Ｗｂでは、第１対象アンテナ４１及び第２対象アンテナ４３は、いずれも非動作状態となる。つまり、非対象アンテナ４２のみが動作状態となるため、形成される指向性ビームＢ２ｂは、正面方向を向き、しかも、指向性ビームＢ２ａ，Ｂ２ｃと比較して、短距離かつ広角度範囲となる。

つまり、特性例２では、使用するパルス幅Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃを切り替えることで、互いにビーム方向の異なる３つの指向性を実現できるだけでなく、指向性ビームの向きによってビーム幅を変化させることができる。

＜特性例３＞
図１１の特性例３に示すように、第１対象アンテナ４１と第２対象アンテナ４３とで、動作効率が有効閾値ＴＨ１以上となるパルス幅の範囲が一部重複し、且つ無効閾値ＴＨ２以下となるパルス幅の範囲が互いに異なるように、特性制御部５を設計してもよい。

この場合、第１対象アンテナ４１の動作効率が無効閾値ＴＨ２以下、第２対象アンテナ４３の動作効率が有効閾値ＴＨ２以上となるパルス幅Ｗａでは、特性例１及び特性例２の場合と同様に、第２対象アンテナ４３及び非対象アンテナ４２によって、右方向に傾斜した指向性ビームＢ３ａが得られる。

第１対象アンテナ４１の動作効率が有効閾値ＴＨ１以上、第２対象アンテナ４３の動作効率が無効閾値ＴＨ２以下となるパルス幅Ｗｃでは、特性例１及び特性例２の場合と同様に、第１対象アンテナ４１及び非対象アンテナ４２によって、左方向に傾斜した指向性ビームＢ３ｃが得られる。

第１対象アンテナ４１及び第２対象アンテナ４３の動作効率がいずれも有効閾値ＴＨ１以下となるパルス幅Ｗｂでは、第１対象アンテナ４１、第２対象アンテナ４３、及び非対象アンテナ４２の全てが動作状態となる。このため、指向性ビームＢ３ｂは、正面方向を向き、しかも、指向性ビームＢ１ａ，Ｂ１ｃと比較して、長距離かつ狭角度範囲となる。

つまり、特性例３では、特性例２と同様に、使用するパルス幅Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃを切り替えることで、互いにビーム方向の異なる３つの指向性を実現できるだけでなく、指向性ビームの向きによってビーム幅を変化させることができる。

［２−３．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（２ａ）指向性可変アンテナ１ａでは、対象アンテナ４１，４３が、非対象アンテナ４２とは給電位相が異なるように配線され、しかも、パルス幅Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃによって対象アンテナ４１，４３の何れか一方又は両方を動作させることができるように特性制御部５が設計されている。このため、指向性可変アンテナ１ａによれば、パルス幅Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃを切り替えることによって、指向性ビームの範囲だけでなく、指向性ビームの向きも変化させることができる。

［３．第３実施形態］
［３−１．第１実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１及び第２実施形態では、特性制御部５を、単位アンテナ４１，４３に対向配置させている。これに対し、第３実施形態では、特性制御部６１〜６４を、無給電パターン７１〜７４に対向配置させている点で、第１実施形態と相違する。

図１２及び図１３に示すように、本実施形態の指向性可変アンテナ１ｂは、誘電体基板２と、地板３と、アンテナ部４ｂと、特性制御部６１〜６４と、無給電パターン７１〜７４とを備える。

アンテナ部４ｂは、誘電体基板２の基板表面２ａに形成された円形の銅パターンである。アンテナ部４ｂは、地板３側から給電されるように給電線が設けられている。
無給電パターン７１〜７４は、矩形状の銅パターンであり、アンテナ部４ｂの周囲を囲むように、アンテナ部４ｂの中心から見て９０°ずつ異なる方向のそれぞれに配置される。図１２において、無給電パターン７１は、アンテナ部４ｂの左側に設けられ、無給電パターン７２は、アンテナ部４ｂの上側に設けられ、無給電パターン７３は、アンテナ部４ｂの右側に設けられ、無給電パターン７４は、アンテナ部４ｂの下側に設けられている。また、無給電パターン７１〜７４は、アンテナ部４ｂに対して導波器として作用する位置及び大きさに形成される。

特性制御部６１〜６４は、無給電パターン７１〜７４のそれぞれに対向する位置に設けられる。以下、無給電パターン７１〜７４に対向する特性制御部６１〜６４を、左部位６１、上部位６２、右部位６３、下部位６４ともいう。

特性制御部の各部位６１〜６４に用いられる時定数回路は、それぞれ時定数回路５０２，５０２ａを組み合わせた回路構成を有する。つまり、特定のパルス幅帯で透過率が増大し、それ以外では透過率が減少する特性を有する。しかも、透過率が増大するパルス幅帯が、各部位６１〜６４毎に異なるように設定される。ここでは、図１４に示すように、無給電パターン７１〜７４のそれぞれの透過率が高くなるパルス幅をＷａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄとする。つまり、使用するパルス幅Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄを切り替えることによって、無給電パターン７１〜７４のいずれかが短絡された状態となり、その短絡された状態の無給電パターンが、アンテナ部４ｂに対して導波器として作用する。また、その他の無給電パターンは、開放された状態となり反射器として作用する。

［３−２．動作］
このように構成された指向性可変アンテナ１ｂでは、図１５に示すように、パルス幅Ｗａの信号を送受信する場合、指向性は、導波器として作用する無給電パターン７１が形成された左方向に偏る。パルス幅Ｗｂの信号を送受信する場合、指向性は、導波器として作用する無給電パターン７２が形成された上方向に偏る。パルス幅Ｗｃの信号を送受信する場合、指向性は、導波器として作用する無給電パターン７３が形成された右方向に偏る。パルス幅Ｗｄの信号を送受信する場合、指向性は、導波器として作用する無給電パターン７４が形成された下方向に偏る。

［３−３．効果］
以上詳述した第３実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（３ａ）指向性可変アンテナ１ｂでは、使用する信号のパルス幅Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄに応じて、アンテナ部４ｂの周囲に形成された無給電パターン７１〜７４のいずれかを、アンテナ部４ｂに対する導波器として作用させることによって、アンテナ部４ｂの指向性を変化させている。従って、指向性可変アンテナ１ｂによれば、高周波スイッチを用いることなく、使用する信号のパルス幅Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄを切り替えるだけの簡易な制御によって、指向性の切替を実現することができる。

本実施形態では、パルス幅によって、無給電パターン７１〜７４のいずれか一つが導波器として作用するように設定されているが、複数の無給電パターンを同時に導波器として作用するように設定してもよい。また、使用する無給電パターンの数は、４個に限らず、１〜３個或いは５個以上であってもよい。また、本実施形態では、無給電パターンがアンテナ部４ｂに対する導波器として作用するように構成したが、アンテナ部４ｂに対する反射器として作用するように構成してもよい。

［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（４ａ）上記実施形態では、指向性可変アンテナを、車載用のミリ波レーダに適用した例を示したが、これに限定されるものではなく、電波の指向性を切り替える機能を必要とする任意の装置に適用することができる。

（４ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（４ｃ）上述した指向性可変アンテナの他、当該指向性可変アンテナを構成要素とするシステム、アンテナ指向性の切替方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１，１ａ，１ｂ…指向性可変アンテナ、２…誘電体基板、３…地板、４，４ｂ…アンテナ部、５，６１〜６４…特性制御部、８…送受信部、４１〜４３…単位アンテナ、７１〜７４…無給電パターン、５０１…電極パターン、５０２，５０２ａ…時定数回路。

Claims (13)

1. 導電性を有する地板（３）と、
   前記地板に対向して配置されたアンテナ部（４，４ａ，４ｂ）と、
   前記アンテナ部が形成されるアンテナ形成面と前記地板との間に配置され、前記アンテナ部にて送受信される連続波の継続時間であるパルス幅に応じて該連続波に対する特性が変化するメタサーフェスを有した特性制御部（５，６１〜６４）と、
   を備える指向性可変アンテナ。
2. 請求項１に記載の指向性可変アンテナであって、
   前記アンテナ部は、アレーアンテナを形成する複数の単位アンテナ（４１〜４３）を有し、
   前記複数の単位アンテナのうち、前記特性制御部と対向する位置に設けられた一つ以上の前記単位アンテナを対象アンテナ群（４１，４３）、該対象アンテナ群以外の一つ以上の前記単位アンテナを非対象アンテナ群（４２）とし、前記複数の単位アンテナの配列方向をアンテナ配列方向として、
   前記特性制御部は、前記非対象アンテナ群における前記アンテナ配列方向の開口幅の方が、前記アレーアンテナにおける前記アンテナ配列方向の開口幅より狭くなるように設けられた
   指向性可変アンテナ。
3. 請求項２に記載の指向性可変アンテナであって、
   前記アレーアンテナは、前記対象アンテナ群と前記非対象アンテナ群とで、前記連続波の給電位相が同相となるように構成された
   指向性可変アンテナ。
4. 請求項２に記載の指向性可変アンテナであって、
   前記対象アンテナ群は、それぞれが１又は複数の前記単位アンテナを有する複数の部分アンテナ群を有し、
   前記複数の部分アンテナ群は、それぞれ、前記連続波の給電位相が、前記非対象アンテナとは異なるように構成された
   指向性可変アンテナ。
5. 請求項４に記載の指向性可変アンテナであって、
   前記複数の部分アンテナ群は、それぞれ、前記パルス幅が広いほど動作効率が増大する特性を有する前記対象アンテナである第１対象アンテナ又は前記パルス幅が広いほど動作効率が低下する特性を有する前記対象アンテナである第２対象アンテナのうちいずれか一方で構成された
   指向性可変アンテナ。
6. 請求項５に記載の指向性可変アンテナであって、
   前記特性制御部は、前記第１対象アンテナと前記第２対象アンテナとで、前記動作効率が予め設定された有効閾値以上となる前記パルス幅の範囲が異なり、且つ前記有効閾値より小さい値に設定された無効閾値以下となる前記パルス幅の範囲が異なるように構成された
   指向性可変アンテナ。
7. 請求項５に記載の指向性可変アンテナであって、
   前記特性制御部は、前記第１対象アンテナと前記第２対象アンテナとで、前記動作効率が予め設定された無効閾値以下となる前記パルス幅の範囲の一部が重複するように構成された
   指向性可変アンテナ。
8. 請求項５に記載の指向性可変アンテナであって、
   前記特性制御部は、前記第１対象アンテナと前記第２対象アンテナとで、前記動作効率が予め設定された有効閾値以上となる前記パルス幅の範囲の一部が重複するように構成された
   指向性可変アンテナ。
9. 請求項１に記載の指向性可変アンテナであって、
   前記アンテナ形成面に形成され、前記アンテナ部の周囲に位置する一つ以上の無給電パターン（７１〜７４）を更に備え、
   前記特性制御部（６１〜６４）は、前記無給電パターンと対向する位置に配置される
   指向性可変アンテナ。
10. 請求項９に記載の指向性可変アンテナであって、
    前記無給電パターンを複数備え、
    前記特性制御部は、前記無給電パターン毎に、前記連続波に対する透過率が最大となる前記パルス幅の範囲が異なるように構成された、
    指向性可変アンテナ。
11. 請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の指向性可変アンテナであって、
    前記メタサーフェスは、
    前記連続波の波長より短い間隔で周期的に配置された複数の導体パターン（５０１）と、
    前記導体パターン間を接続する時定数回路（５０２，５０２ａ）と、
    を備える
    指向性可変アンテナ。
12. 請求項３に記載の指向性可変アンテナであって、
    前記アレーアンテナに供給する送信信号を生成する生成部（８）を更に備え、
    前記特性制御部は、前記パルス幅が広いほど前記対象アンテナの動作効率を増大させる特性を有するように構成され、
    前記生成部は、前記送信信号として、前記対象アンテナの動作効率が予め設定された有効閾値以上となるパルス幅を有する第１信号と、前記対象アンテナの動作効率が前記有効閾値より小さい値に設定された無効閾値以下となるパルス幅を有する第２信号とを生成するように構成された、
    指向性可変アンテナ。
13. 請求項１２に記載の指向性可変アンテナであって、
    前記生成部は、前記第１信号として、前記連続波を周波数変調したＦＭＣＷ波を生成し、前記第２信号として無変調の前記連続波を生成するように構成された、
    指向性可変アンテナ。

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