JP2024036033A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易的に電波の指向性を切り替えるアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置１は、アンテナ素子１０ａを配置したアンテナ基板１０と、アンテナ基板１０に対して非接触でかつ平行に配置された反射板１１と、アンテナ基板１０と反射板１１との各々の重心を通る軸ＡＸを回転中心として反射板１１を回転させる回転機構１２とを備える。アンテナ基板１０及び反射板１１の各々の平面形状は、いずれかの方向を長手方向とする形状に設定される。反射板１１は、複数の金属部１１ａと、各々の金属部１１ａをアンテナ基板１０と対向する表面に配置する非金属部１１ｂとで構成される。複数の金属部１１ａは、それぞれ反射板１１の長手方向に沿って延伸する直線状であり、かつ、１／４波長以下の所定の間隔Ｄで並ぶ。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

近年、従来のマイクロ波帯よりも高周波帯の準ミリ波・ミリ波を利用した移動体通信規格が普及しつつあり、一方では、マイクロ波を利用した無線給電技術の開発なども進んでいる。これらいずれの技術においても、通信対象は移動体に限られるものではなく、Ｍ２Ｍ（Machine to Machine）のように複数の特定の固定された通信先に対して通信を行う場合もあり得る。

通信先が固定されている場合、放射電波の指向性を連続的に変化させるのではなく、特定の放射パターンに適宜切り替えることができるような構成が望ましい。特許文献１は、給電素子の周囲に配された複数の無給電素子の各々をスイッチング素子により反射器又は導波器として動作するように切り替えて指向性を制御するアンテナに関する技術を開示している。複数の無給電素子のうちの一部は、給電素子を中心として回転する。

特開２００３－１９８２４６号公報

特許文献１に開示されているアンテナでは、指向性を切り替えるに際してスイッチング素子が用いられるため、スイッチング素子自体及び当該スイッチング素子を駆動させるための制御回路を要することから、コスト又は設計工数の増加が懸念される。

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、簡易的に電波の指向性を切り替えるアンテナ装置を提供することにある。

本発明の態様に係るアンテナ装置は、アンテナ素子を配置したアンテナ基板と、アンテナ基板に対して非接触でかつ平行に配置された反射板と、アンテナ基板と反射板との各々の重心を通る軸を回転中心として反射板を回転させる回転機構と、を備え、アンテナ基板及び反射板の各々の平面形状は、いずれかの方向を長手方向とする形状に設定され、反射板は、複数の金属部と、各々の金属部をアンテナ基板と対向する表面に配置する非金属部とで構成され、複数の金属部は、それぞれ反射板の長手方向に沿って延伸する直線状であり、かつ、１／４波長以下の所定の間隔で並ぶ。

本発明によれば、簡易的に電波の指向性を切り替えるアンテナ装置を提供することができる。

反射板が第１状態での第１実施形態に係るアンテナ装置の図である。 反射板が第２状態での第１実施形態に係るアンテナ装置の図である。 図１Ａの拡大部IIに対応した、反射板の一部拡大図である。 第１比較例での反射板が第１状態にある場合を説明する概念図である。 第１比較例での反射板が第２状態にある場合を説明する概念図である。 図３Ａと図３Ｂとの場合で比較した指向性を示す図である。 第１実施形態での反射板が第１状態にある場合を説明する概念図である。 第１実施形態での反射板が第２状態にある場合を説明する概念図である。 図５Ａと図５Ｂとの場合で比較した指向性を示す図である。 図１Ａと図１Ｂとの場合で比較した指向性を示す図である。 各反射板が第１状態での第２実施形態に係るアンテナ装置の図である。 第２反射板が第２状態での第２実施形態に係るアンテナ装置の図である。 第１反射板が第２状態での第２実施形態に係るアンテナ装置の図である。 比較例での各反射板が第１状態にある場合を説明する概念図である。 比較例での第２反射板が第１状態にある場合を説明する概念図である。 比較例での第１反射板が第１状態にある場合を説明する概念図である。 図９Ａ～図９Ｃの場合で比較した指向性を示す図である。 第１及び第２反射板が第１状態にある場合を説明する概念図である。 第２反射板が第１状態にある場合を説明する概念図である。 第１反射板が第１状態にある場合を説明する概念図である。 図１１Ａ～図１１Ｃの場合で比較した指向性を示す図である。 図８Ａ～図８Ｃの場合で比較した指向性を示す図である。

以下、図面を用いて各実施形態に係るアンテナ装置について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。

（第１実施形態）
図１Ａ及び図１Ｂは、第１実施形態に係るアンテナ装置１を示す斜視図である。図１Ａは、反射板１１が第１状態にある場合のアンテナ装置１の図である。図１Ｂは、反射板１１が第２状態にある場合のアンテナ装置１の図である。

アンテナ装置１は、基地局アンテナ又は中継局アンテナ、室内アンテナ、又は、車載アンテナなど、様々な用途で用いられ得る。例えば、アンテナ装置１は、第５世代移動体通信規格（５Ｇ）に採用される準ミリ波・ミリ波等の高周波帯の電波、又は、無線給電技術に採用されるマイクロ波の電波に対応する。このように、アンテナ装置１は、通信対象を特に限定するものではなく、特定の固定された通信先に対して通信を行う場合にも適用され得るし、移動体通信にも適用され得る。

アンテナ装置１は、アンテナ基板１０と、反射板１１と、回転機構１２と、制御部１３とを備える。ここで、以下の説明では、一例として、アンテナ基板１０と反射板１１とが対向する方向をＺ方向とし、Ｚ方向に対して垂直となる平面をＸＹ平面とする。なお、Ｚ方向は、鉛直方向に沿った方向であってもよい。

アンテナ基板１０は、本実施形態では、誘電体基板に複数のアンテナ素子１０ａを長手方向に沿って配置した長板状の平面アンテナである。具体的には、アンテナ基板１０は、アンテナ素子１０ａをダイポールアンテナとした、水平偏波を主偏波とする平面ダイポールアンテナである。更に、アンテナ基板１０は、５Ｇ用途としての必要性に合わせて、４つのアンテナ素子１０ａを長手方向に沿って配置した４素子アレーアンテナである。また、アンテナ基板１０は、全体としてＸＹ平面に対して平行となる姿勢で設置されるものとする。以下、アンテナ基板１０の長辺側の端部を長端部１０ｃと表記し、短辺側の端部を短端部１０ｄと表記する。

なお、アンテナ基板１０は、上記例示に限定されるものではなく、アンテナの種別又は素子数などは、適宜設定されてよい。また、図１Ａ及び図１Ｂでは、アンテナ基板１０に接続される配線類は、不図示である。

反射板１１は、アンテナ基板１０に対して非接触でかつ平行に配置される。反射板１１の平面サイズは、アンテナ基板１０の平面サイズ以上が望ましい。本実施形態では、一例として、反射板１１の平面形状は、アンテナ基板１０の平面形状と同等である。以下、反射板１１の長辺側の端部を長端部１１ｃと表記し、短辺側の端部を短端部１１ｄと表記する。なお、アンテナ基板１０及び反射板１１の各々の平面形状は、いずれかの方向を長手方向とする形状に設定されればよく、本実施形態のような矩形状に限定されない。また、本実施形態では、アンテナ基板１０と反射板１１との間の距離Ｌは、λ／４（１／４波長）に設定される。

図２は、図１Ａ中に示す拡大部IIに対応した、反射板１１の一部拡大図である。反射板１１は、複数の金属部１１ａと、非金属部１１ｂとで構成される。

非金属部１１ｂは、反射板１１の全体としての平面サイズに合わせた平板状である。非金属部１１ｂの材質は、非金属であれば特に限定されるものではない。以下で例示するように、反射板１１がプリント基板から製造される場合には、非金属部１１ｂは、紙基材又はガラス布に各種樹脂を含浸させたものなどであってもよい。又は、非金属部１１ｂは、単なる樹脂材で構成されてもよい。

複数の金属部１１ａは、非金属部１１ｂの表面のうちアンテナ基板１０と対向する表面に配置される。各々の金属部１１ａは、それぞれ、反射板１１の長手方向に沿って延伸する直線状である。また、各々の金属部１１ａは、λ／４（１／４波長）以下の所定の間隔Ｄで並ぶ。つまり、複数の金属部１１ａは、反射板１１の全体としては、ストライプ状となる。金属部１１ａの材質は、利得の低下を抑えるために、金、銅又はアルミ等、一般に電気伝導度が高い金属であることが望ましい。また、互いに隣り合う金属部１１ａ同士の所定の間隔Ｄは、図２に示すように、各々の金属部１１ａの中心間距離に相当する。

このような構成を有する反射板１１は、例えば、プリント基板に対してエッチング加工を施すことによって製造されてもよい。なお、反射板１１は、必ずしも本実施形態のような長板状のものに限られない。例えば、反射板１１に代わる反射板は、レドーム又はアンテナケース等の既存の部材を非金属部として、直接、非金属部上に金属メッキ又は金属をプリントすることによって金属部が形成されてもよい。

ここで、１つの金属部１１ａについて、反射板１１の短端部１１ｄと平行に切断した場合の金属部１１ａの断面である横断面の形状は、おおよそ矩形である。このうち、金属部１１ａの幅Ｗは、特に限定されるものではないが、反射板１１の全体として見た場合、幅Ｗがより小さい方が、交差偏波抑制効果が大きい。この点、製造上の制約を考慮すると、上記例示のように反射板１１がエッチング加工により製造される場合には、幅Ｗが０．２[ｍｍ]程度であることが望ましい。また、金属部１１ａの厚みＴは、使用する電波の周波数によって規定される表皮深さよりも厚い方が望ましい。

また、図１Ａに示すように、アンテナ基板１０の長手方向に対して反射板１１の長手方向が一致するときの反射板１１の状態を「第１状態」と定義する。図１Ａの例示では、アンテナ基板１０及び反射板１１の各々の長手方向は、Ｙ方向に沿っている。

回転機構１２は、アンテナ基板１０と反射板１１との各々の重心を通る軸ＡＸを回転中心として反射板１１を回転させる。本実施形態における例示では、軸ＡＸは、Ｚ方向に沿って延伸し、反射板１１は、ＸＹ平面内で回転することになる。回転機構１２は、例えばモーターである。回転機構１２の回転軸１２ａは、軸ＡＸと同軸に配置され、回転軸１２ａの先端は、反射板１１に接続されている。回転機構１２が駆動すると、反射板１１は、軸ＡＸを回転中心として回転し、第１状態から回転角θ分、位置を変化させる。ここで、図１Ｂに示すように、回転角θが９０°となる位置まで反射板１１が回転したときの反射板１１の状態を「第２状態」と定義する。図１Ｂの例示では、反射板１１が第２状態にあるとき、反射板１１の長手方向は、Ｘ方向に沿っている。なお、図１Ａに示すように、反射板１１が第１状態にあるときは、回転角θは０°である。

制御部１３は、指定された指向性に合わせて回転機構１２の動作を制御する。つまり、制御部１３は、特定のアルゴリズムに従って回転機構１２を動作させることにより反射板１１の回転角θを調整させることで、電波の指向性を制御することができる。ここで、特定のアルゴリズムとは、特定の通信規格に限定されるものではなく、適用される通信規格の必要要件を満たすものであればよい。なお、制御部１３には、必要に応じて、パイロット信号等を受信する受信回路が備わっていてもよい。

次に、アンテナ装置１の作用及び効果について説明する。

アンテナ装置１は、アンテナ素子１０ａを配置したアンテナ基板１０と、アンテナ基板１０に対して非接触でかつ平行に配置された反射板１１とを備える。また、アンテナ装置１は、アンテナ基板１０と反射板１１との各々の重心を通る軸ＡＸを回転中心として反射板１１を回転させる回転機構１２を備える。アンテナ基板１０及び反射板１１の各々の平面形状は、いずれかの方向を長手方向とする形状に設定される。反射板１１は、複数の金属部１１ａと、各々の金属部１１ａをアンテナ基板１０と対向する表面に配置する非金属部１１ｂとで構成される。複数の金属部１１ａは、それぞれ反射板１１の長手方向に沿って延伸する直線状であり、かつ、１／４波長以下の所定の間隔Ｄで並ぶ。

このアンテナ装置１によれば、反射板１１を構成する各部のうち、複数の金属部１１ａで構成される金属部分は、いわゆるストライプ状となる。そのため、反射板１１は、長手方向と同一方向に振動する偏波に対しては、実質的に反射板として機能するが、長手方向と直角に振動する偏波に対しては、実質的には反射板として機能しない。

ここで、上記のような反射板１１を備えるアンテナ装置１の有効性を示すためのシミュレーション結果について説明する。

図３Ａ及び図３Ｂは、シミュレーションに用いられた比較例としてのアンテナ装置モデル（以下「第１比較モデル」と表記する）を示す概念図である。第１比較モデルでは、本実施形態におけるアンテナ基板１０とみなし得るアンテナ基板１００と、本実施形態における反射板１１の代わりとなる反射板とみなし得る反射板２１０とが設定される。

アンテナ基板１００は、アンテナ基板１０に合わせて、誘電体基板に複数のアンテナ素子１００ａを長手方向に沿って配置した長板状の平面アンテナである。以下、アンテナ基板１００の長辺側の端部を長端部１００ｃと表記し、短辺側の端部を短端部１００ｄと表記する。また、長端部１００ｃの長さを第１長辺長さＬ１１と表記し、短端部１００ｄの長さを第１短辺長さＬ１２と表記する。

反射板２１０は、反射板１１とは異なり、単に金属板で構成されている。なお、反射板２１０を構成する金属板の材質は、反射板１１の金属部１１ａの材質と同一である。以下、反射板２１０の長辺側の端部を長端部２１０ｃと表記し、短辺側の端部を短端部２１０ｄと表記する。また、長端部２１０ｃの長さを第２長辺長さＬ２１と表記し、短端部２１０ｄの長さを第２短辺長さＬ２２と表記する。

なお、シミュレーションでは、より簡易的なモデルとするために、第１長辺長さＬ１１の値が第１短辺長さＬ１２の値に近くなるように、かつ、第２長辺長さＬ２１の値が第２短辺長さＬ２２の値に近くなるように、各々設定されている。

そして、図３Ａでは、反射板２１０が本実施形態でいう第１状態にあるときの第１比較モデルが示されている。図３Ｂでは、反射板２１０が本実施形態でいう第２状態にあるときの第１比較モデルが示されている。

図４は、第１比較モデルにおいて、図３Ａに示す場合と図３Ｂに示す場合とで比較した指向性を示す図である。図４に示される指向性は、アンテナ基板１００のＹ方向に沿った長手方向の中心位置における、ＸＺ平面と平行な断面を観測面として得られたものである。また、図４中、実線で示される範囲が、反射板２１０が第１状態にあるときの放射パターンである。図４中、破線で示される範囲が、反射板２１０が第２状態にあるときの放射パターンである。

図４に示すように、反射板２１０が単に金属板で構成される場合、反射板２１０が第１状態にあるときと第２状態にあるときとでは、各々の放射パターンに大きな変化はない。

図５Ａ及び図５Ｂは、シミュレーションに用いられた本実施形態に係るアンテナ装置１に対応したアンテナ装置モデル（以下「第１モデル」と表記する）を示す概念図である。第１モデルでは、第１比較モデルで採用されたものと同一のアンテナ基板１００と、本実施形態における反射板１１とみなし得る反射板１１０とが設定される。

反射板１１０は、反射板１１に合わせて、複数の金属部１１０ａと、各々の金属部１１０ａをアンテナ基板１００と対向する表面に配置する非金属部１１０ｂとで構成される。以下、反射板１１０の長辺側の端部を長端部１１０ｃと表記し、短辺側の端部を短端部１１０ｄと表記する。なお、第１比較モデルとの結果の比較のために、長端部１１０ｃの長さは、図３Ａに示す第２長辺長さＬ２１と同一であり、短端部１１０ｄの長さは、図３Ａに示す第２短辺長さＬ２２と同一である。

そして、図５Ａでは、反射板１１０が本実施形態でいう第１状態にあるときの第１モデルが示されている。図５Ｂでは、反射板１１０が本実施形態でいう第２状態にあるときの第１モデルが示されている。

図６は、第１モデルにおいて、図５Ａに示す場合と図５Ｂに示す場合とで比較した指向性を示す図である。図６に示される指向性は、アンテナ基板１００のＹ方向に沿った長手方向の中心位置における、ＸＺ平面と平行な断面を観測面として得られたものである。また、図６中、実線で示される範囲が、反射板１１０が第１状態にあるときの放射パターンである。図６中、破線で示される範囲が、反射板１１０が第２状態にあるときの放射パターンである。

図６に示すように、反射板１１０がストライプ状の金属部分を有する場合、反射板１１０が第１状態にあるときには、主偏波の水平偏波に対して実質的に反射板として機能するため、おおよそ仰角４５度方向を指向する放射パターンが得られる。このとき、反射板１１０は、交差偏波の垂直偏波に対しては、実質的には反射板として機能しない。

これに対して、反射板１１０が第１状態から回転角θ＝９０°まで回転されて第２状態になると、主偏波の水平偏波が反射板１１０の長手方向と直角になることで、実質的に反射板として機能しなくなる。つまり、反射板１１０が第１状態にあるときの放射パターンとは異なり、アンテナ基板１００固有の方向を指向する放射パターンが得られる。

このように、第１モデルの場合、第１比較モデルの場合とは異なり、ストライプ状の金属部分を有する反射板１１０を９０°回転させてアンテナ基板１００に対する位置を変更させることで、放射パターンを大きく切り替えることができることがわかる。

図７は、本実施形態において、図１Ａに示す場合と図１Ｂに示す場合とで比較した指向性を示す図である。図７に示される指向性は、アンテナ基板１０のＹ方向に沿った長手方向の中心位置における、ＸＺ平面と平行な断面を観測面として得られたものである。また、図７中、実線で示される範囲が、反射板１１が第１状態にあるときの放射パターンである。図７中、破線で示される範囲が、反射板１１が第２状態にあるときの放射パターンである。

回転機構１２が反射板１１を回転角θ＝０°から回転角θ＝９０°となるように回転させると、上記原理に基づいて、図７に示すように、仰角４５度方向の放射パターンから仰角０度方向の放射パターンに切り替わる。つまり、アンテナ装置１によれば、電波の指向性をスイッチのように制御することができる。そして、アンテナ装置１によれば、反射板１１を回転させる回転機構１２のみで電波の指向性を制御することができるので、装置全体としての設計難易度を低下させ、スイッチング素子等の別部品を要することもないため、低コストとなり得る。特に、アンテナ装置１において、アンテナ基板１０の他に必要となる設計工数は、反射板１１の設計に関する部分のみであるため、設計工数を抑えることができる。

以上のように、本実施形態によれば、簡易的に電波の指向性を切り替えるアンテナ装置１を提供することができる。

なお、上記説明では、反射板１１を回転させるに際しての回転角θの例として、反射板１１が第２状態となる回転角θ＝９０°を示した。これに対して、所望の放射パターンが得られるならば、回転角θ＝０°から回転した後、すなわち放射パターンが切り替わった後の回転角θは、第２状態となる回転角θ＝９０°に代えて、例えば回転角θ＝８５°等の異なる角度に設定されてもよい。

また、アンテナ装置１は、指定された指向性に合わせて回転機構１２の動作を制御する制御部１３を備えてもよい。

このアンテナ装置１によれば、例えば、５Ｇ用途に合わせたアルゴリズムに従って電波の指向性を自動で制御させることができる。

また、アンテナ装置１では、制御部１３は、反射板１１の状態が、反射板１１の回転角θが０°となる第１状態と、回転角θが９０°となる第２状態とのいずれかとなるように、回転機構１２に回転角θを切り替えさせてもよい。

このアンテナ装置１によれば、アンテナ基板１０の主偏波及び交差偏波の特性に合わせて反射板１１の長手方向の位置が規定されるので、反射板１１を実質的に反射板として機能させるか又は機能させないかの作用がより効率的に発揮され得る。また、制御部１３による回転角θの切り替え制御をより簡易的なものとすることができる。

更に、アンテナ装置１では、アンテナ基板１０は、複数のアンテナ素子１０ａを長手方向に沿って配置した長板状の平面アンテナであってもよい。

このアンテナ装置１によれば、例えば、準ミリ波・ミリ波の高周波帯の電波が適用される５Ｇ用途に採用されるに際して、簡易かつ小型とするのに有利となり得る。

（第２実施形態）
第１実施形態に係るアンテナ装置１では、１つの反射板１１を回転させることで電波の指向性を切り替える。これに対して、第２実施形態に係るアンテナ装置２では、アンテナ基板１０を挟んで対峙する２つの反射板のうちのいずれかを回転させることで電波の指向性を切り替える。

図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃは、アンテナ装置２を示す斜視図である。図８Ａは、第１反射板１１及び第２反射板３１の双方が第１状態にある場合のアンテナ装置２の図である。図８Ｂは、第２反射板３１のみが第２状態にある場合のアンテナ装置２の図である。図８Ｃは、第１反射板１１のみが第２状態にある場合のアンテナ装置２の図である。以下、アンテナ装置２において、第１実施形態に係るアンテナ装置１における構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。

アンテナ装置２は、第１反射板１１と、第２反射板３１とを備える。

第１反射板１１は、アンテナ基板１０の第１主平面１０ｅと対向する反射板であり、アンテナ装置１における反射板１１と同一である。そこで、本実施形態では、第１反射板１１の符号は、アンテナ装置１における反射板１１の符号と同一とする。

第２反射板３１は、アンテナ基板１０の第２主平面１０ｆと対向する反射板である。第２主平面１０ｆは、アンテナ基板１０において第１主平面１０ｅの反対側にある。第２反射板３１は、第１反射板１１と同様に、アンテナ基板１０に対して非接触でかつ平行に配置される。また、本実施形態では、第２反射板３１の平面サイズは、第１反射板１１の平面サイズと同一である。以下、第２反射板３１の長辺側の端部を長端部３１ｃと表記し、短辺側の端部を短端部３１ｄと表記する。

また、第２反射板３１は、第１反射板１１と同様に、複数の金属部３１ａと、非金属部３１ｂとで構成される。金属部３１ａは、第１反射板１１の金属部１１ａに対応する。なお、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃでは、各々の金属部３１ａは、第２反射板３１の裏面側に位置し、直接的には視認されないため、便宜上破線で示されている。非金属部３１ｂは、第１反射板１１の非金属部１１ｂに対応する。第２反射板３１においても、複数の金属部３１ａは、非金属部３１ｂの表面のうちアンテナ基板１０と対向する表面に配置される。

更に、図８Ａに示すように、アンテナ基板１０の長手方向に対して第２反射板３１の長手方向が一致するときの第２反射板３１の状態も「第１状態」と定義する。図８Ａの例示では、第２反射板３１の各々の長手方向は、Ｙ方向に沿っている。

また、本実施形態では、アンテナ基板１０と第１反射板１１との間の距離Ｌ１、及び、アンテナ基板１０と第２反射板３１との間の距離Ｌ２の双方とも、λ／４（１／４波長）に設定される。

アンテナ装置２は、第１回転機構１２と、第２回転機構２２とを備える。

第１回転機構１２は、第１反射板１１を回転させる回転機構であり、アンテナ装置１における回転機構１２と同一である。そこで、本実施形態では、第１回転機構１２の符号は、アンテナ装置１における回転機構１２の符号と同一とする。

第２回転機構２２は、第２反射板３１を回転させる回転機構である。第２回転機構２２は、アンテナ基板１０と第２反射板３１との各々の重心を通る軸ＡＸを回転中心として第２反射板３１を回転させる。本実施形態における例示でも、軸ＡＸは、Ｚ方向に沿って延伸し、第２反射板３１がＸＹ平面内で回転することになる。第２回転機構２２の回転軸２２ａは、軸ＡＸと同軸に配置され、回転軸２２ａの先端は、第２反射板３１に接続されている。第２回転機構２２が駆動すると、第２反射板３１は、軸ＡＸを回転中心として回転し、第１状態から回転角θ分、位置を変化させる。ここで、図８Ｂに示すように、回転角θが９０°となる位置まで第２反射板３１が回転したときの第２反射板３１の状態も「第２状態」と定義する。図８Ｂの例示では、第２反射板３１が第２状態にあるとき、第２反射板３１の長手方向は、Ｘ方向に沿っている。なお、図８Ａに示すように、第２反射板３１が第１状態にあるときは、回転角θは０°である。

また、本実施形態では、制御部１３は、特定のアルゴリズムに従って第２回転機構２２を動作させることにより第２反射板３１の回転角θを調整させることで、電波の指向性を制御することができる。

次に、アンテナ装置２の作用及び効果について説明する。

アンテナ装置２では、反射板は、アンテナ基板１０の第１主平面１０ｅと対向する第１反射板１１と、アンテナ基板１０の第１主平面１０ｅとは反対側の第２主平面１０ｆと対向する第２反射板３１とであってもよい。回転機構は、第１反射板１１を回転させる第１回転機構１２と、第２反射板３１を回転させる第２回転機構２２とであってもよい。

このアンテナ装置２によれば、第１反射板１１及び第２反射板３１ともに、複数の金属部１１ａ又は複数の金属部３１ａで構成される金属部分は、ストライプ状となる。そのため、第１反射板１１及び第２反射板３１ともに、長手方向と同一方向に振動する偏波に対しては、実質的に反射板として機能するが、長手方向と直角に振動する偏波に対しては、実質的には反射板として機能しない。

ここで、上記のような第１反射板１１及び第２反射板３１を備えるアンテナ装置２の有効性を示すためのシミュレーション結果について説明する。

図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｂは、シミュレーションに用いられた比較例としてのアンテナ装置モデル（以下「第２比較モデル」と表記する）を示す概念図である。以下、第２比較モデルにおいて、第１実施形態において例示した第１比較モデルにおける構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。つまり、第２比較モデルでは、アンテナ基板１００の他に、本実施形態における第１反射板１１の代わりとなる反射板とみなし得る第１反射板２１０と、本実施形態における第２反射板３１の代わりとなる反射板とみなし得る第２反射板２２０とが設定される。第２反射板２２０の形状、大きさ及び材質等は、第１反射板２１０のそれらと同一である。以下、第２反射板２２０の長辺側の端部を長端部２２０ｃと表記し、短辺側の端部を短端部２２０ｄと表記する。

そして、図９Ａでは、第１反射板２１０及び第２反射板２２０の双方が本実施形態でいう第１状態にあるときの第２比較モデルが示されている。図９Ｂでは、第２反射板２２０のみが本実施形態でいう第２状態にあるときの第２比較モデルが示されている。図９Ｃでは、第１反射板２１０のみが本実施形態でいう第２状態にあるときの第２比較モデルが示されている。

図１０は、第２比較モデルにおいて、図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃのそれぞれに示す場合で比較した指向性を示す図である。図１０に示される指向性は、アンテナ基板１００のＹ方向に沿った長手方向の中心位置における、ＸＺ平面と平行な断面を観測面として得られたものである。また、図１０中、実線で示される範囲が、第１反射板２１０及び第２反射板２２０の双方が第１状態にあるときの放射パターンである。図１０中、破線で示される範囲が、第２反射板２２０のみが第２状態にあるときの放射パターンである。図１０中、一点鎖線で示される範囲が、第１反射板２１０のみが第２状態にあるときの放射パターンである。

図１０に示すように、第１反射板２１０及び第２反射板２２０が単に金属板で構成される場合、第１反射板２１０及び第２反射板２２０のいずれも第１状態にあるときと第２状態にあるときとでは、各々の放射パターンに大きな変化はない。

図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、シミュレーションに用いられた本実施形態に係るアンテナ装置２に対応したアンテナ装置モデル（以下「第２モデル」と表記する）を示す概念図である。第２モデルでは、第２比較モデルで採用されたものと同一のアンテナ基板１００と、本実施形態における第１反射板１１とみなし得る第１反射板１１０と、本実施形態における第２反射板３１とみなし得る第２反射板１２０とが設定される。第２反射板１２０の構造、形状、大きさ及び材質等は、第１反射板１１０のそれらと同一である。以下、第２反射板１２０の長辺側の端部を長端部１２０ｃと表記し、短辺側の端部を短端部１２０ｄと表記する。

そして、図１１Ａでは、第１反射板１１０及び第２反射板１２０の双方が本実施形態でいう第１状態にあるときの第２モデルが示されている。図１１Ｂでは、第２反射板１２０のみが本実施形態でいう第２状態にあるときの第２モデルが示されている。図１１Ｃでは、第１反射板１１０のみが本実施形態でいう第２状態にあるときの第２モデルが示されている。

図１２は、第２モデルにおいて、図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃのそれぞれの場合で比較した指向性を示す図である。図１２に示される指向性は、アンテナ基板１００のＹ方向に沿った長手方向の中心位置における、ＸＺ平面と平行な断面を観測面として得られたものである。また、図１２中、実線で示される範囲が、第１反射板１１０及び第２反射板１２０の双方が第１状態にあるときの放射パターンである。図１２中、破線で示される範囲が、第２反射板１２０のみが第２状態にあるときの放射パターンである。図１２中、一点鎖線で示される範囲が、第１反射板１１０のみが第２状態にあるときの放射パターンである。

図１２に示すように、第１反射板１１０及び第２反射板１２０の双方がストライプ状の金属部分を有する場合、第１反射板１１０及び第２反射板１２０の双方が第１状態にあるときには、主偏波の水平偏波に対して実質的に反射板として機能する。そのため、おおよそ仰角０度方向を指向する放射パターンが得られる。このとき、第１反射板１１０及び第２反射板１２０は、それぞれ、交差偏波の垂直偏波に対しては、実質的には反射板として機能しない。

これに対して、第１反射板１１０のみが第１状態から回転角θ＝９０°まで回転されて第２状態になると、主偏波の水平偏波が第１反射板１１０の長手方向と直角になることで、実質的に反射板として機能しなくなる。同様に、第２反射板１２０のみが第１状態から回転角θ＝９０°まで回転されて第２状態になっても、主偏波の水平偏波が第２反射板１２０の長手方向と直角になることで、実質的に反射板として機能しなくなる。つまり、第１反射板１１０及び第２反射板１２０の双方が第１状態にあるときの放射パターンとは異なり、各々異なる方向を指向する放射パターンが得られる。

このように、第２モデルの場合、第２比較モデルの場合とは異なり、ストライプ状の金属部分を有する第１反射板１１０を９０°回転させてアンテナ基板１００に対する位置を変更させることで、放射パターンを大きく切り替えることができることがわかる。また、第１反射板１１０に代えて、同じくストライプ状の金属部分を有する第２反射板１２０を９０°回転させてアンテナ基板１００に対する位置を変更させることで、放射パターンを大きく切り替えることができることもわかる。

図１３は、本実施形態において、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃのそれぞれの場合で比較した指向性を示す図である。図１３に示される指向性は、アンテナ基板１０のＹ方向に沿った長手方向の中心位置における、ＸＺ平面と平行な断面を観測面として得られたものである。また、図１３中、実線で示される範囲が、第１反射板１１及び第２反射板３１の双方が第１状態にあるときの放射パターンである。図１３中、破線で示される範囲が、第２反射板３１のみが第２状態にあるときの放射パターンである。図１３中、一点鎖線で示される範囲が、第１反射板１１のみが第２状態にあるときの放射パターンである。

まず、第１回転機構１２が第１反射板１１を回転角θ＝０°から回転角θ＝９０°となるように回転させると、上記原理に基づいて、図１３に示すように、仰角０度方向の放射パターンから仰角－４５度方向の放射パターンに切り替わる。一方、第２回転機構２２が第２反射板３１を回転角θ＝０°から回転角θ＝９０°となるように回転させると、上記原理に基づいて、図１３に示すように、仰角０度方向の放射パターンから仰角４５度方向の放射パターンに切り替わる。つまり、アンテナ装置２によっても、電波の指向性をスイッチのように制御することができる。そして、アンテナ装置２によれば、アンテナ基板１０を挟んで第１反射板１１と第２反射板３１との２つの反射板を配置することで、電波の指向性の選択範囲をより拡大させることができる。

なお、上記説明では、アンテナ基板１０に対して反射板１１等の反射板が回転する構成を例示した。これに対して、アンテナ基板１０に関して、例えば、給電のための配線の取り回しに影響を及ぼさない範囲において、アンテナ基板１０自体も反射板１１等と同様に回転する構成もあり得る。

以上、各実施形態を説明したが、実施形態はこれらに限定されるものではなく、各実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

１，２ アンテナ装置
１０ アンテナ基板
１０ａ アンテナ素子
１０ｅ 第１主平面
１０ｆ 第２主平面
１１ 反射板（第１反射板）
１１ａ,３１ａ 金属部
１１ｂ,３１ｂ 非金属部
１２ 回転機構（第１回転機構）
１３ 制御部
２２ 第２回転機構
３１ 第２反射板
ＡＸ 回転中心となる軸
Ｄ 金属部同士の間隔
θ 回転角

Claims (5)

1. アンテナ素子を配置したアンテナ基板と、
   前記アンテナ基板に対して非接触でかつ平行に配置された反射板と、
   前記アンテナ基板と前記反射板との各々の重心を通る軸を回転中心として前記反射板を回転させる回転機構と、を備え、
   前記アンテナ基板及び前記反射板の各々の平面形状は、いずれかの方向を長手方向とする形状に設定され、
   前記反射板は、複数の金属部と、各々の前記金属部を前記アンテナ基板と対向する表面に配置する非金属部とで構成され、
   複数の前記金属部は、それぞれ前記反射板の前記長手方向に沿って延伸する直線状であり、かつ、１／４波長以下の所定の間隔で並ぶ、アンテナ装置。
2. 指定された指向性に合わせて前記回転機構の動作を制御する制御部を備える、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記制御部は、前記反射板の状態が、前記反射板の回転角が０°となる第１状態と、前記回転角が９０°となる第２状態とのいずれかとなるように、前記回転機構に前記回転角を切り替えさせる、請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記反射板は、
   前記アンテナ基板の第１主平面と対向する第１反射板と、
   前記アンテナ基板の前記第１主平面とは反対側の第２主平面と対向する第２反射板と、であり、
   前記回転機構は、
   前記第１反射板を回転させる第１回転機構と、
   前記第２反射板を回転させる第２回転機構と、である、請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
5. 前記アンテナ基板は、複数の前記アンテナ素子を前記長手方向に沿って配置した長板状の平面アンテナである、請求項１又は２に記載のアンテナ装置。

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