JP4202944B2 - アンテナ装置及び情報端末 - Google Patents

Description

本発明は、放射素子と地板とからなる無指向性アンテナと、該無指向性アンテナに連続して設けられた同軸線路とを備えるアンテナ装置及びそのアンテナ装置を備えた情報端末に関する。そして、そのアンテナ装置は、指向性を簡単な操作で変化させることが可能であり、主として情報機器に使用される送受信用アンテナ装置である。

近年の無線通信技術の飛躍的な発展に伴い、無線技術を利用した製品が広く普及し始め、無線通信路の伝送容量拡大に大きな期待がかけられている。特に最近は、時間や空間、偏波、符号といった多次元にわたる信号の多重化によって、伝送容量の拡大を図る研究が活発に行われている。空間による多重化は、複数の無指向性アンテナとその信号をベクトル合成する回路からなるアダプティブアレイアンテナで実現されると考えられているが、アダプティブアレイアンテナは各アンテナの大きさや間隔が大きくなり、その応用先を制限する原因となっていた。

特に移動通信端末で使用するためには、アンテナ装置の大きさはできるだけ小さいことが望まれている。指向性可変のアンテナ装置は通常一組のアンテナ素子と給電回路でその指向性を変化させることができることから、アダプティブアレイアンテナよりも小さくできる可能性があり、空間による多重化を実現する小型のアンテナ装置の候補として期待されているが、指向性可変のアンテナ装置の小型化に関してはその研究例が少なく、その開発が期待されてきている。

前述の様な要望に対応可能なアンテナ装置としていくつかの従来技術が開示されている。
そのうち特許文献１には、図８に示すように、アンテナ素子１の周囲を反射素子２が機械的に周回できるので、このアンテナ装置の指向性を変化させることができる。なお、３は指向性制御手段、４は導体、５は同軸線路、６は電圧源である。このアンテナ装置の場合、反射素子２が付加されたことにより、大きさが従来のアンテナ装置に比べて格段に大きくなってしまうという問題があった。

また特許文献２には、図９に示すように、電気的に指向性を切替え可能なアンテナ装置の例が開示されている。このアンテナ装置は、円形の接地導体７上に中央駆動素子８とそれを放射状に取り囲む位置にパラスティック素子９が配置されている。パラスティック素子９の下部にはインピーダンス負荷が設けてあり、このインピーダンスを切替えることによりアンテナ装置の指向性を切替える。なお、符号１１は円形状の設置面であり、その直系は１．６λ以下である。中央駆動素子８とパラスティック素子９の間隔はλ／４程度の値となり、アンテナ装置全体では２λ以上の大きさとなる。

さらに特許文献３には、図１０に示すように、従来の指向性可変のアンテナ装置の同様な例が開示されている。このアンテナ装置では、円形の接地導体１２上に給電アンテナ素子Ａ０とそれを放射状に取り囲む位置に無給電可変リアクタンス素子Ａ１〜Ａ６が配置されている。給電アンテナ素子Ａ０とそれぞれの無給電可変リアクタンス素子Ａ１〜Ａ６との間隔ｄはλ／４程度であり、アンテナ装置全体では設置導体１２の直径がλ程度の大きさとなる。

特開平６−３５０３３４号公報 特開平１０−１５４９１１号公報 特開２００１−２４４３１号公報

しかし、上記のような従来の指向性可変なアンテナ装置は、無指向性のアンテナ装置に比べてその大きさが大きくなってしまい、用途が制限されてしまうという問題があった。特に使用波長が数ＧＨｚ以下の低波長の場合には、波長が１０ｃｍ以上となり、わずかな寸法の増大が著しく機器の利便性を妨げていた。そのため指向性可変のアンテナ装置を通信端末等で利用することができないという問題もあった。
そこで、この発明の目的は、数ＧＨｚの低波長帯でも動作可能で、無指向性のアンテナ装置と同程度の大きさの指向性可変のアンテナ装置を提供することにある。

従来の指向性可変のアンテナ装置は、放射器の周辺に無給電素子を配し、放射器と無給電素子の電磁的な相互結合を利用して指向性を制御していた。この技術は、アンテナ装置の等価的な合成開口を大きくすることになるので、利得が高くなり、アンテナ装置の指向性を制御することができるが、この動作原理上、アンテナ装置の大きさを無指向性のアンテナ装置と同等のサイズに収めることは困難であった。

本発明者らは、アンテナ装置の等価的な合成開口を大きくすることなく、指向性を変化させる技術として、無指向性のアンテナ装置の給電電界分布を片寄らせる方法を開発した。通常、無指向性のアンテナ装置の給電には同軸線路を用いるが、その給電電界分布は同軸線路内で均一となっている。

また、同軸線路の電界分布を何らかの方法により変化させても、その後同軸線路内を電流が伝播するうちに変化した電界分布はすぐに元に戻って均一になってしまう。ここで、無指向性のアンテナ装置の給電部の直前で同軸線路の電界分布を変化させれば、電界分布が均一になるまえにアンテナ装置から放射されてしまうため、無指向性のアンテナ装置の給電電界分布を偏らせることが可能となる。

ただし、この構成を実現するには、同軸線路の電界分布を変化させるための回路を、無指向性のアンテナ装置と同軸線路の境界部に設ける必要がある。しかし、同軸線路は直径数ｍｍと非常に小さいので、必要な回路をこの中に詰め込むことは実装上非常に困難である。

また、同軸線路や放射素子といった３次元構造に、電界分布を変化させるための回路を直接加工することは技術的に非常に難しく、微細加工に適した半導体プロセスを応用することができない。しかし、半導体プロセスが適用可能な誘電体フィルム上に微細な回路を形成し、この誘電体フィルムを無指向性アンテナの地板上に貼り付けて配置すれば、無指向性のアンテナ装置の特性を変化させずに無指向性のアンテナ装置と同軸線路の境界部に微細な回路を付加することが可能となる。

請求項１に記載の発明は、放射素子と地板とからなる無指向性アンテナと、該無指向性アンテナに連続して設けられた同軸線路とを備えるアンテナ装置において、
前記地板上に誘電体からなる誘電体フィルムを備え、
該誘電体フィルム上に、
前記無指向性アンテナと前記同軸線路との境界部に設けられ、前記無指向性アンテナに指向性をもたせるために前記同軸線路の電界を変化させる電界変化手段と、
該電界変化手段に接続する導電部材と、
前記電界変化手段の動作、非動作状態を切替えるためのスイッチとを備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、地板上に誘電体からなる誘電体フィルムを備え、その誘電体フィルム上に、無指向性アンテナに指向性をもたせるために同軸線路の電界を変化させる電界変化手段と、その電界変化手段に接続する導電部材と、電界変化手段の動作、非動作状態を切替えるためのスイッチとを備えるので、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさの指向性可変のアンテナ装置を、複雑な加工法を用いずに容易に実現することが可能となる。

請求項１に記載の指向性可変のアンテナ装置では、無指向性のアンテナ装置の給電部の直前で同軸線路の電界分布を変化させて、無指向性アンテナの給電電界分布を偏らせている。しかし、誘電体フィルム上の導体形状によっては、放射素子からの放射過程において偏った電界分布が戻ってしまうことが考えられる。

これを避けるために誘電体フィルム上の導体部分が、中心から放射状となるようにすればよい。この放射状の導体は、給電部では偏っている電界分布が均一な電界分布に戻ろうとする時に発生するアンテナ装置の表面の電流パスを、中心から放射方向のみに制限する効果を持っている。これにより給電部での偏った電界分布を保存したまま、放射状に電磁波を放射することが可能になる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、前記誘電体フィルム上の導電部材が前記同軸線路から放射状に形成されていることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、誘電体フィルム上の導電部材が同軸線路から放射状に形成されているので、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさで、給電部における偏った電界分布を保ったまま放射が可能な指向性可変のアンテナ装置が実現可能となる。

請求項１または２記載の指向性可変アンテナでは、同軸線路の電界分布を偏らせる技術として様々な方法を用いることができるが、アンテナの指向性の切替えを高速に行うためには、アンテナ装置の外部から同軸線路の電界分布を電気的に変化させる必要がある。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のアンテナ装置において、前記電界変化手段は前記導電部材を介して外部から電気的に操作することを特徴とする。

請求項３の発明によれば、電界変化手段は前記導電部材を介して外部から電気的に操作するので、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさで、高速に指向性の切替えが可能な、指向性可変のアンテナ装置が実現可能となる。

同軸線路の信号線と接地導体との間の一部分だけを、ＰｉｎダイオードやＭＥＭＳスイッチを利用して短絡することにより、同軸線路の電界分布を電気的に変化させることができる。この場合、同軸線路の信号線と接地導体間の断面積に対して、短絡する部分の表面積を十分に小さくすることが必要である。

この短絡する部分の表面積が同軸線路の信号線と接地導体との間の断面積に対して十分に小さくない場合には、この部分での反射が大きくなり、アンテナ装置自体の放射効率が低下してしまう。この様な反射が大きくならないように、短絡する部分の表面積を小さくすれば、短絡時に同軸線路の電界分布を変化させることができる。もちろん、短絡は電気的に制御できるので、短絡個所を高速に切替えて指向性を変化させたり、短絡部分を全て開放すれば無指向性に戻すことも容易である。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記電界変化手段は、前記同軸線路に備える信号線と前記接地導体とを短絡する短絡部材であることを特徴とする。

請求項４の発明によれば、電界変化手段は、同軸線路に備える信号線と接地導体とを短絡する短絡部材であるので、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさで、高速に指向性を切替えることができる指向性可変のアンテナ装置が実現可能となる。

同軸線路の信号線と接地導体の間に浮遊導体板を設けても、これだけでは同軸線路の電界分布が乱されることはない。しかしこの浮遊導体板の一部、好ましくは同軸線路の信号が伝播する方向の先端部分をＰｉｎダイオードやＭＥＭＳスイッチを利用して接地導体と短絡することにより、同軸線路の電界分布を電気的に変化させることができる。この場合、浮遊導体板と接地導体との短絡は電気的に制御できるので、短絡個所を高速に切替えて指向性を変化させたり、短絡部分を全て開放して無指向性に戻すことも容易である。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記信号線と接地導体との間に前記電界変化手段を備え、該電界変化手段は前記同軸線路方向に形成された金属部材であり、該金属部材は前記接地導体と電気的に接続されていることを特徴とする。

請求項５の発明によれば、信号線と接地導体との間に電界変化手段を備え、その電界変化手段は同軸線路方向に形成された金属部材であり、その金属部材は接地導体と電気的に接続されているので、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさで、高速に指向性の切替えが可能な指向性可変のアンテナ装置が実現可能となる。

同軸線路の信号線と接地導体との間に設けた浮遊導体板の一部を、接地導体と短絡して同軸線路の電界分布を変化させる方法では、浮遊導体板（金属部材）の長さに依存した特定の周波数でのみこの効果を得ることができる。したがって、異なる長さの浮遊導体板を用いることにより、異なる動作周波数とすることができる。よって、異なる長さの複数の浮遊導体板をそれぞれ独立に用いれば、各浮遊導体板の長さに応じた周波数の指向性を制御することが可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のアンテナ装置において、前記金属部材の前記同軸線路方向の長さは動作周波数に応じて決定されることを特徴とする。

請求項６の発明によれば、金属部材の同軸線路方向の長さは動作周波数に応じて決定されるので、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさで、複数の周波数に対し独立して高速に指向性を切替えることができる指向性可変のアンテナ装置が実現可能となる。

請求項５の発明に示したように、同軸線路のアンテナ接続端部に信号線と接地導体との間に位置する浮遊導体板を設け、接地導体と短絡することにより、同軸線路の電界分布を変化させることが可能となる。この電界分布の変化は、浮遊導体板の長さに応じた共振現象によるため特定の周波数においてのみ生じるが、浮遊導体板に可変リアクタンス素子を接続すれば、浮遊導体板の見かけ上の長さを変化させることができるため、同軸線路の特定の周波数帯域の電界分布を電気的に変化させることが可能となる。

請求項７に記載の発明は、請求項５に記載のアンテナ装置において、前記金属部材と前記接地導体との間に可変リアクタンス素子を備え、該可変リアクタンス素子を介してリアクタンス値を変化させることにより前記無指向性アンテナに指向性をもたせることを特徴とする。

請求項７の発明によれば、金属部材と接地導体との間に可変リアクタンス素子を備え、その可変リアクタンス素子を介してリアクタンス値を変化させることにより無指向性アンテナに指向性をもたせるので、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさで、高速に指向性を切替えることができる指向性可変のアンテナ装置が実現可能となる。

本発明による指向性の制御は、同軸線路の電界分布の変調を利用しているので、周波数による制限を受けにくいことが特徴である。換言すれば、無指向性のアンテナ装置を広帯域にするだけで広帯域な指向性可変のアンテナ装置が容易に実現可能となる。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記無指向性アンテナが進行波型であることを特徴とする。

請求項８の発明によれば、無指向性アンテナが進行波型であるので、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさで、広帯域な指向性可変のアンテナ装置が実現可能となる。

広帯域な進行波型の無指向性のアンテナ装置の中で、ディスコーンアンテナは最も簡単な構造で平坦な地板を有しており、本発明による誘電体フィルムを地板に貼付けた構造を低コストで実現するのに最適である。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のアンテナ装置において、前記無指向性アンテナがディスコーンアンテナであることを特徴とする。

請求項９の発明によれば、無指向性アンテナがディスコーンアンテナであるので、無指向性アンテナと同じ大きさで、広帯域な指向性可変のアンテナ装置が低コストで実現可能となる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載のアンテナ装置を備えたことを特徴とする情報端末である。

請求項１０の発明によれば、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさとすることが可能であり、携帯用の小型情報端末に特に有用である。

請求項１に記載の発明によれば、地板上に誘電体からなる誘電体フィルムを備え、その誘電体フィルム上に、無指向性アンテナに指向性をもたせるために同軸線路の電界を変化させる電界変化手段と、その電界変化手段に接続する導電部材と、電界変化手段の動作、非動作状態を切替えるためのスイッチとを備えるので、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさの指向性可変のアンテナ装置を、複雑な加工法を用いずに容易に実現することができる。したがって、数ＧＨｚの低波長帯でも動作可能で、無指向性のアンテナ装置と同程度の大きさの指向性可変のアンテナ装置を提供することができる。また、これにより通信端末等で指向性可変アンテナを利用することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、誘電体フィルム上の導電部材が同軸線路から放射状に形成されているので、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさで、給電部における偏った電界分布を保ったまま放射が可能な指向性可変のアンテナ装置を提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、電界変化手段は導電部材を介して外部から電気的に操作するので、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさで、高速に指向性の切替えが可能な、指向性可変のアンテナ装置を提供することができる。

請求項４に記載の発明によれば、電界変化手段は、同軸線路に備える信号線と接地導体とを短絡する短絡部材であるので、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさで、高速に指向性を切替えることができる指向性可変のアンテナ装置を提供することができる。

請求項５に記載の発明によれば、信号線と接地導体との間に電界変化手段を備え、その電界変化手段は同軸線路方向に形成された金属部材であり、その金属部材は接地導体と電気的に接続されているので、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさで、高速に指向性の切替えが可能な指向性可変のアンテナ装置を提供することができる。

請求項６に記載の発明によれば、金属部材の同軸線路方向の長さは動作周波数に応じて決定されるので、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさで、複数の周波数に対し独立して高速に指向性を切替えることができる指向性可変のアンテナ装置を提供することができる。

請求項７に記載の発明によれば、金属部材と接地導体との間に可変リアクタンス素子を備え、その可変リアクタンス素子を介してリアクタンス値を変化させることにより無指向性アンテナに指向性をもたせるので、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさで、高速に指向性を切替えることができる指向性可変のアンテナ装置を提供することができる。

請求項８に記載の発明によれば、無指向性アンテナが進行波型であるので、無指向性のアンテナ装置と同等の大きさで、広帯域な指向性可変のアンテナ装置を提供することができる。

請求項９に記載の発明によれば、無指向性アンテナがディスコーンアンテナであるので、無指向性アンテナと同じ大きさで、広帯域な指向性可変のアンテナ装置を低コストで提供することができる。

請求項１０に記載の発明によれば、請求項１ないし９のいずれかの効果を奏するアンテナ装置を備えた情報端末を提供することができる。

以下に本発明のアンテナ装置を実施例を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
図１（ａ），（ｂ）はこの発明のアンテナ装置の一例を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面図である。
本実施例のアンテナ装置２１は、同軸線路２２で給電される無指向性の放射素子としての放射器２３と円盤状の地板２４からなる無指向性アンテナとしてのモノポールアンテナを採用している。地板２４上には、バイアス線（導電部材）２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄとスイッチ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ及び短絡線２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄが形成されたドーナツ状の誘電体フィルム２８が貼付けられている。

詳しくは、バイアス線２５ａ〜２５ｄは、誘電体フィルム２８上の同軸線路２２と放射器２３との接続部２９にて、同軸線路２２から等角度で放射状に４方向に形成されている。この同軸線路２２と４本のバイアス線２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄとの間には、それぞれ対応するスイッチ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄおよび、キャパシタ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄが備えられ、そのスイッチ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄと同軸線路２２との間には短絡線（電界変化手段、短絡部材）２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄが設けられている。

なお、キャパシタ３４ａ〜３４ｄの下面は、誘電体フィルム２８に孔を開けて地板２４上に直接載置し、導電性接着剤で接着している。また、短絡線２７ａ、スイッチ２６ａ、キャパシタ３４ａ、バイアス線２５ａとはワイヤ（導線）３５にて接続されている。同様に、スイッチ２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ、キャパシタ３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ、バイアス線２５ｂ，２５ｃ，２５ｄはそれぞれワイヤ３５にて接続されている。これにより、短絡線２７ａは、キャパシタ３４ａを介して高周波的に接地される。短絡線２７ｂ〜２７ｄも同様に、それぞれキャパシタ３４ｂ〜３４ｄを介して高周波的に接地される。
さらに、誘電体フィルム２８上に形成するバイアス線２５ａ〜２５ｄ、短絡線２７ａ〜２７ｄは、好ましくは市販の誘電体フィルム基板を用いて、パターンエッチングにより形成する。

したがって、地板２４の表面にて同軸線路２２から放射状に伸びた４方向の短絡を電気的にＯＮ／ＯＦＦすることができる。
なお、同軸線路２２は、信号線３０の外側に信号線３０と同心円状に接地導体３１を備え、その信号線３０と接地導体３１との間には誘電体３２が形成され、接地導体３１の外周には、非導電材料からなる外装体３３が形成されてなる。

すなわち、アンテナ装置２１は、無指向性の放射器（放射素子）２３と、その放射器２３に連続して設けられ、放射器２３に給電する信号線３０を軸としその信号線３０の外側に同心円状に設けられた接地導体３１とからなる同軸線路２２と、その同軸線路２２と放射器２３との接続部（境界部）２９に信号線３０と同心円状に設けられた円板状の地板２４とを備える。したがって、同軸線路２２は、放射器２３と地板２４とからなる無指向性アンテナに連続して設けられる。

そして、地板２４上に誘電体からなる誘電体フィルム２８を備え、その誘電体フィルム２８上に放射器２３に指向性をもたせるために同軸線路２２の電界を変化させる短絡線（電界変化手段、短絡部材）２７ａ〜２７ｄと、その短絡線２７ａ〜２７ｄに接続するバイアス線（導電部材）２５ａ〜２５ｄと、短絡線２７ａ〜２７ｄの動作、非動作状態を切替えるためのスイッチ２６ａ〜２６ｄとを備える。

また、誘電体フィルム２８上のバイアス線２５ａ〜２５ｄが同軸線路２２から４方向に放射状に形成されている。
さらに、このアンテナ装置２１はバイアス線２５ａ〜２５ｄを介して外部から電気的に操作することができ、同軸線路２２の電界分布を変化させることができる。
加えて、電界変化手段は、同軸線路２２に備える信号線３０と接地導体３１とを短絡する短絡線（短絡部材）２７ａ〜２７ｄである。

この実施例では、スイッチ２６ａ〜２６ｄとして後述するＰＩＮダイオードを用いており、アンテナ装置２１の外部より、バイアス線２５ａ〜２５ｄを介して電気的にＯＮ／ＯＦＦを制御できる。全てのスイッチ２６ａ〜２６ｄをＯＦＦにすれば、同軸線路２２の電界分布に乱れはなく、放射器２３の放射パターンは無指向性のままとなる。

一方４つのスイッチ２６ａ〜２６ｄのうち例えば、スイッチ２６ａをＯＮにすると、バイアス線２５ａと短絡線２７ａとの間にバイアス電流が流れて、同軸線路２２内の電界分布が乱され、放射器２３の放射パターンが指向性を持つようになる。またスイッチ２６ａをＯＦＦにして例えば、スイッチ２６ｃをＯＮにすると、バイアス線２５ｃと短絡線２７ｃとの間が短絡されて、同軸線路２２内に前述の場合とは異なった電界分布が生じ、放射器２３の指向性を切りかえることができる。
このようにして、４方向のバイアス電流をスイッチ２６ａ〜２６ｄを用いてＯＮ／ＯＦＦし、同軸線路２２内の電界分布を変更することができる。

図２は、図１（ａ），（ｂ）におけるスイッチ２６ａ〜２６ｄの一例を示す図である。
この図において、Ａ，Ｂ，Ｅは端子、ＤはＰＩＮダイオード、Ｃはキャパシタ、Ｌはインダクタ、Ｒは抵抗をそれぞれ示している。端子Ａは同軸線路２２の信号線３０に、端子Ｂは同軸線路２２の接地導体３１に、端子Ｅは誘電体フィルム２８上のバイアス線２５ａ〜２５ｄにそれぞれ接続されている。

ＰＩＮダイオードＤはキャパシタＣによって高周波的に接地されている。端子Ｅに加えるＤＣバイアスの値を変化させることにより、ＰＩＮダイオードＤの抵抗値が大きく変わるため、スイッチとして動作させることができる。

図３は、この実施例における指向性可変のアンテナ装置２１の指向性を説明するためのものである。
このグラフは、地板２４から仰角４５度における放射器２３の利得を、放射器２３を中心に、ＯＮにするスイッチ（例えばスイッチ２６ａ）を基準（０度）として３６０度分表示したものである。

図中の実線は角度０度の方向のスイッチ（例えばスイッチ２６ａのみ）をＯＮにした場合、点線は全てのスイッチ２６ａ〜２６ｄをＯＦＦにした場合の利得を示している。同図から明らかなように、全てのスイッチ２６ａ〜２６ｄをＯＦＦにした場合は、どの角度に対しても一定の利得となり無指向性となる。また、例えばスイッチ２６ａを１つだけＯＮにすることにより、指向性が変化し、ＯＮにしたスイッチ２６ａと反対の方向（１８０度）の放射強度が強くなることを示している。
この実施例から明らかなように、本発明による指向性可変アンテナは通常の無指向性アンテナと同等の大きさで、指向性の切替えを行うことができる。

（実施例２）
図４（ａ），（ｂ）はこの発明のアンテナ装置の実施例２を説明するための図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面図である。なお、この実施例のアンテナ装置において、浮遊金属板以外の構成は実施例１と同様であるので説明を簡略化する。
本実施例のアンテナ装置４１は同軸線路２２に接続された無指向性の放射素子としての放射器２３と地板２４とからなる無指向性アンテナであるモノポールアンテナを採用している。地板２４上には、バイアス線（導電部材）２５ａ〜２５ｄとスイッチ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ、キャパシタ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ及び浮遊金属板（電界変化手段、金属部材）４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄとが形成された誘電体フィルム２８が貼付けられており、浮遊金属板４２ａ〜４２ｄの信号線３０側の部分は同軸線路２２内に向けて折り込められている。

すなわち、信号線３０と接地導体３１との間に浮遊金属板（電界変化手段）４２ａ〜４２ｄを備え、その浮遊金属板４２ａ〜４２ｄは同軸線路２２方向に形成された金属部材であり、その金属部材はスイッチ２６ａ〜２６ｄを介して接地導体３１と電気的に接続されている。

なお、浮遊金属板４２ａ〜４２ｄの地板２４側はスイッチ２６ａ〜２６ｄに接続されており、地板２４面内の４方向で地板２４への接地を電気的にＯＮ／ＯＦＦすることができるようになっている。この実施例においても実施例１と同様にスイッチ２６ａ〜２６ｄとしてＭＥＭＳスイッチを用い、アンテナ装置４１の外部よりバイアス線２５ａ〜２５ｄを用いて電気的にＯＮ／ＯＦＦを制御できる。

全てのスイッチ２６ａ〜２６ｄをＯＦＦにすれば同軸線路２２の電界分布に乱れはなく、放射器２３の放射パターンは無指向性のままとなる。一方、例えばスイッチ２６ａを一つだけＯＮにした場合は同軸線路２２内の電界が乱され、放射器２３の放射パターンは指向性を持つようになる。またＯＮにするスイッチを切りかえると、放射器２３の指向性を切りかえることができる。
この実施例からも明らかなように、本発明による指向性可変アンテナは通常の無指向性アンテナと同等の大きさで、指向性の切替えを行う事が可能である。

（実施例３）
図５（ａ），（ｂ）はこの発明のアンテナ装置の実施例３を説明するための図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面図である。なお、この実施例のアンテナ装置において、上部電極と浮遊金属板以外の構成は実施例１、２と同様であるので説明を簡略化する。
本実施例のアンテナ装置５１は同軸線路２２に接続された無指向性アンテナとして円錐型電極（ディスコーンアンテナ）５２と地板２４からなるディスコーンアンテナを採用している。地板２４上には、バイアス線（導電部材）５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂ、キャパシタ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄとスイッチ５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂ，５９ａ，５９ｂ，６０ａ，６０ｂ及び浮遊金属板（電界変化手段、金属部材）６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂとが形成された誘電体フィルム２８が貼付けられており、浮遊金属板６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂの信号線３０側の部分は同軸線路２２内に向けて折り込められている。

詳しくは、２種類の長さを持つ浮遊金属板６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂが各々４方向に設けられており、浮遊金属板６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａは０．８ｍｍ、浮遊金属板６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ，６４ｂは１．２ｍｍの長さを有しており、それぞれ２５ＧＨｚと１９ＧＨｚの周波数で電界分布を変化させることができるようになっている。

また、キャパシタ３４ａ〜３４ｄの上面はワイヤ３５にてそれぞれ地板２４上に接続されている。
これにより、浮遊金属板６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂは、それぞれキャパシタ３４ａ〜３４ｄを介して高周波的に接地される。

すなわち、浮遊金属板（金属部材）６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂの同軸線路２２方向の長さは動作周波数に応じて決定される。
また、無指向性の放射素子が円錐型電極（ディスコーンアンテナ）５２である。

浮遊金属板６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａの信号線３０側はスイッチ５７ａ，５８ａ，５９ａ，６０ａに接続され、浮遊金属板６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ，６４ｂの信号線３０側はスイッチ５７ｂ，５８ｂ，５９ｂ，６０ｂに接続され、地板２４面内の４方向で地板２４への接地を電気的にＯＮ／ＯＦＦすることができる。なお、スイッチ５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂ，５９ａ，５９ｂ，６０ａ，６０ｂとしては実施例１，２と同様にＭＥＭＳスイッチを用い、アンテナ装置５１の外部より、バイアス線５３ａ，５４ａ，５５ａ，５６ａ及びバイアス線５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ，５６ｂを介して電気的にＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。

全てのスイッチ５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂ，５９ａ，５９ｂ，６０ａ，６０ｂをＯＦＦにすれば同軸線路２２の電界分布に乱れはなく、円錐型電極５２の放射パターンは無指向性のままとなる。スイッチ５７ａ，５８ａ，５９ａ，６０ａのうちの一つだけ、例えばスイッチ５７ａをＯＮにした場合は２５ＧＨｚの信号において同軸線路２２内の電界が乱され、２５ＧＨｚの放射パターンは指向性を持つようになる。

一方スイッチ５７ｂ，５８ｂ，５９ｂ，６０ｂのうちの一つだけ、例えばスイッチ５７ｂをＯＮにした場合は１９ＧＨｚの信号において同軸線路２２内の電界が乱され、１９ＧＨｚの放射パターンが指向性を持つようになる。ＯＮにするスイッチを変えると、円錐型電極５２の指向性を持つ方向を切りかえることができ、２つの周波数を独立して制御することができる。
この実施例からも明らかなように、本発明による指向性可変アンテナは通常の無指向性アンテナと同等の大きさで、複数の周波数において独立して指向性の切替えを行うことができる。

（実施例４）
図６（ａ），（ｂ）はこの発明のアンテナ装置の実施例４を説明するための図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面図である。なお、この実施例のアンテナ装置において、浮遊金属板と可変容量以外の構成は実施例３と同様であるので説明を簡略化する。
本実施例のアンテナ装置７１は同軸線路２２で給電される、無指向性アンテナとしての円錐型電極５２と地板２４からなるディスコーンアンテナを採用している。

地板２４上には、スイッチ用のバイアス線（導電部材）５３ａ，５４ａ，５５ａ，５６ａ、可変容量用のバイアス線（導電部材）５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ，５６ｂ及び浮遊金属板（電界変化手段、金属部材）４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄとが形成された誘電体フィルム２８が貼付けられており、４１ａ〜４１ｄの信号線３０側の部分は同軸線路２２内に向けて折り込まれている。

すなわち、浮遊金属板４１ａ〜４１ｄ（金属部材）と接地導体３１との間に可変容量（可変リアクタンス素子）７２を備え、その可変容量７２を介してリアクタンス値を変化させることにより無指向性アンテナに指向性をもたせることができる。

また、浮遊金属板の地板２４側は、図７に示すようにバラクターダイオードなどの可変容量（可変リアクタンス素子）７２ａとスイッチ２６ａに接続されており、同様に、可変容量７２ｂとスイッチ２６ｂ、可変容量７２ｃとスイッチ２６ｃ、可変容量７２ｄとスイッチ２６ｄとが電気的に接続され、地板面内の４方向で地板への接地を電気的にＯＮ／ＯＦＦすることができる。

なお、ここで端子Ｆは可変容量用のバイアス線５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ，５６ｂにそれぞれ接続され、端子Ｇはスイッチ用のバイアス線線５３ａ，５４ａ，５５ａ，５６ａにそれぞれ接続されている。また、端子Ｈは、浮遊金属板４１ａ〜４１ｄにそれぞれ接続されている。
この実施例ではスイッチとしてＭＥＭＳスイッチ（図２）を用いており、ＭＥＭＳスイッチはアンテナ外部よりバイアス線５３ａ，５４ａ，５５ａ，５６ａを用いて電気的にＯＮ／ＯＦＦを制御できる。

一方、可変容量７２もバイアス線５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ，５６ｂを通じて、容量を変化させることができる。全てのスイッチをＯＦＦにすれば同軸線路２２の電界分布に乱れはなく、円錐型電極５２の放射パターンは無指向性のままとなる。別のスイッチをＯＮにすると、円錐型電極５２の指向性を切りかえることができる。また、容量を変えて動作周波数帯を制御することもできる。
この実施例からも明らかなように、本発明による指向性可変のアンテナ装置７１は通常の無指向性のアンテナ装置と同等の大きさで、任意の周波数において指向性の切替えを行うことができる。

なお、上述の４つの実施例のアンテナ装置の無指向性アンテナが進行波型であってもよい。また、上述の４つの実施例のアンテナ装置を情報端末に備えてもよい。
また、上記実施例に上げた形状、その他の要素との組合わせなど、ここで示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

この発明のアンテナ装置の一例の（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は縦断面図である。 図１のアンテナ装置に備えるスイッチの回路図である。 図１のアンテナ装置の効果を説明するための図である。 この発明のアンテナ装置の変形例としての（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は縦断面図である。 この発明のアンテナ装置の別の変形例としての（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は縦断面図である。 この発明のアンテナ装置のさらに別の変形例としての（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は縦断面図である。 図６におけるスイッチと可変容量との接続状況を示す回路の詳細図である。 従来のアンテナ装置の斜視図である。 従来の別のアンテナ装置の斜視図である。 従来のさらに別のアンテナ装置の斜視図である。

符号の説明

２１，４１，５１，７１ アンテナ装置
２２ 同軸線路
２３ 放射器（放射素子）
２４ 地板
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂ バイアス線（導電部材）
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂ，５９ａ，５９ｂ，６０ａ，６０ｂ スイッチ
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ 短絡線（電界変化手段、短絡部材）
２８ 誘電体フィルム
２９ 接続部（境界部）
３０ 信号線
３１ 接地導体
３２ 誘電体
３３ 外装体
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ キャパシタ
３５ ワイヤ
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂ 浮遊金属板（電界変化手段、金属部材）
５２ 円錐型電極（放射素子）
７２ 可変容量（可変リアクタンス素子）

Claims (10)

1. 放射素子と地板とからなる無指向性アンテナと、該無指向性アンテナに連続して設けられた同軸線路とを備えるアンテナ装置において、
   前記地板上に誘電体からなる誘電体フィルムを備え、
   該誘電体フィルム上に、
   前記無指向性アンテナと前記同軸線路との境界部に設けられ、前記無指向性アンテナに指向性をもたせるために前記同軸線路の電界を変化させる電界変化手段と、
   該電界変化手段に接続する導電部材と、
   前記電界変化手段の動作、非動作状態を切替えるためのスイッチとを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記誘電体フィルム上の導電部材が前記同軸線路から放射状に形成され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. 前記電界変化手段は前記導電部材を介して外部から電気的に操作することを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記電界変化手段は、前記同軸線路に備える信号線と前記接地導体とを短絡する短絡部材であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記信号線と接地導体との間に前記電界変化手段を備え、該電界変化手段は前記同軸線路方向に形成された金属部材であり、該金属部材は前記接地導体と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 前記金属部材の前記同軸線路方向の長さは動作周波数に応じて決定されることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記金属部材と前記接地導体との間に可変リアクタンス素子を備え、該可変リアクタンス素子を介してリアクタンス値を変化させることにより前記無指向性アンテナに指向性をもたせることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
8. 前記無指向性アンテナが進行波型であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のアンテナ装置。
9. 前記無指向性アンテナがディスコーンアンテナであることを特徴とする請求項８に記載のアンテナ装置。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載のアンテナ装置を備えたことを特徴とする情報端末。

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