JP4372156B2 - アンテナ装置およびそのアンテナ装置を用いた無線端末 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置及びそのアンテナ装置を内蔵した無線端末に関し、特に、指向特性を電気的に可変とする機能を有するアンテナ装置を内蔵した無線端末に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の無線端末において、音声通話機能以外にデータ通信機能の需要が高まっており、音声通話機能とデータ通信機能の双方を備えた無線端末も普及してきている。音声通話とデータ通信の双方の機能を備えた無線端末において、音声通話する場合とデータ通信する場合とでは、無線端末とその無線端末を使用するユーザとの位置関係が異なってくる。
例えば、音声通話の場合、図１０に示す音声通話時における無線端末とユーザとの位置関係の一例に示すように、ユーザは無線端末をユーザの耳に押し当てるようにして使用するため、無線端末をユーザの頭部側面に配置して使用するが、データ通信の場合、図１１に示すデータ通信時における無線端末とユーザとの位置関係の一例に示すように、ユーザは無線端末のディスプレイに表示された情報を確認するため、無線端末をユーザの頭部正面から、距離をとった位置に配置して使用することになる。
【０００３】
このように、音声通話時とデータ通信時において、無線端末とその無線端末を使用するユーザとの位置関係が異なると、無線端末に内蔵されたアンテナ装置の指向性を、その位置関係それぞれに応じた、適したものに変更することが求められる。具体的には、図１２の音声通話時、データ通信時それぞれにおけるアンテナの放射指向性の一例に示す。
例えば、音声通話時のように無線端末を頭部側面に配置する場合には、アンテナの最大放射方向を無線端末の背面方向とし、データ通信時のように無線端末をユーザの頭部正面から距離をとった位置に配置する場合には、アンテナの最大放射方向を無線端末の天頂方向とするように指向性を切替可能な単指向性アンテナを構成とすることが求められる。つまり、無線端末に内蔵されるアンテナ装置は、単指向性で、かつ、音声通話時とデータ通信時のそれぞれの使用形態におけるアンテナの最大放射方向が、無線端末の天頂方向から背面方向に向かって切り替え可能な構成を有することが望まれる。
【０００４】
このようなアンテナ装置の構成により、放射電磁界がアンテナ装置から人体へ向けられることを抑制するためＳＡＲ（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）を改善することができ、また、不要な方向への電磁放射を抑制して単指向性化するため、アンテナ利得の向上も図ることができる。
【０００５】
これまでアンテナの指向性を切替可能なアンテナ構成としては、例えば、制御素子を用いて無給電素子の長さを制御し、八木アンテナの指向性を前後に切り替えるアンテナ構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図４６は、特許文献１に記載された従来の指向性切替アンテナの概略構成図である。図４６において、１０１は無給電素子、１０２は給電素子、１０３は補助素子、１０４は制御素子である。
【０００７】
以下、特許文献１に記載された、従来の指向性切替アンテナの動作を説明する。従来の指向性切替アンテナは、給電素子１０２の前後に一定の間隔を置いて無給電素子１０１が配置される。無給電素子１０１は、その先端に電気的に絶縁して付加された補助素子１０３を、制御素子１０４によって接続できるように構成されている。ここで、制御素子１０４は、ダイオードスイッチ等で構成され、どちらか一方の無給電素子１０１とその両端にある補助素子１０３とを導通するように取り付けられている。
よって、無給電素子１０１に、導線を介して正の電圧を印加したときは、一方の無給電素子１０１がその両端の補助素子１０３と導通して反射器として動作し、他方の無給電素子１０１は補助素子１０３が導通せず導波器として動作する。このため、特許文献１のアンテナは、補助素子１０３が導通していない、無給電素子１０１の方向に指向性を持つ。また、無給電素子１０１に、導線を介して負の電圧を印加したときは、反射器、導波器として動作する無給電素子１０１の位置関係が逆転するため、指向性も逆転することになる。
【０００８】
以上のような構成とすることによって、無給電素子１０１に印加する電圧の極性を切り替えるという簡易な制御によって、指向性を１８０度反転可能な八木アンテナを構成することができる。
【０００９】
また、地板上にアンテナ素子を垂直に配置して、その周囲に無給電素子を配置し、それらを導波器か反射器で切り替えることにより、指向性を切り替えるアンテナ構成が提案されている。（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
図４７は、特許文献２に記載された従来の指向性切替アンテナの概略構成図である。図４７において、１１１は地板、１１２は放射素子、１１３〜１１６は無給電素子、１１７〜１２０は誘電体基板である。
【００１１】
以下、特許文献２に記載された従来の指向性切替アンテナの動作を説明する。誘電体基板１１７〜１２０で実現された地板１１１上に、放射器として作用する放射素子１１２を配置し、反射器または導波器として作用する無給電素子１１３〜１１６を、誘電体基板１１７〜１２０上に実装し、誘電体基板１１７〜１２０を地板１１１に垂直に立てるように構成されている。
ここで、地板１１１上には、無給電素子１１３〜１１６を反射器として作用させるか、導波器として作用させるかを、切り替えるスイッチ回路が実装されており、スイッチ回路の１つを短絡させ、その他のスイッチ回路を開放させることによって、アンテナに指向性を持たせることができる。例えば、無給電素子１１３を導波器とし、その他の無給電素子１１４〜１１６を反射器とするようにスイッチ回路を選択することによって、アンテナの指向性を無給電素子１１３方向に向けることができ、同様にして、無給電素子１１４〜１１６のいずれか１つのスイッチ回路を短絡させることで、指向性を９０度ずつ４方向に切り替えることができる。
【００１２】
以上のような構成とすることによって、スイッチ回路の短絡、開放の簡単な制御により、指向性を９０度ずつ切替可能なアンテナを構成することができる。さらに、無給電素子１１３〜１１６を誘電体基板１１７〜１２０上に形成しているため、例えば誘電体基板１１７〜１２０の誘電率を高くすることによって、波長の短縮効果により、無給電素子１１３〜１１６の長さを短縮して、低姿勢化を図ることができる。
【００１３】
また、アンテナの指向性を切替可能なアンテナ装置の別の構成としては、例えば、アース金属導体を２つに分け、スイッチによりアース金属導体全体の電気的長さを変えることで指向性を切り替えるアンテナ構成が提案されている（例えば、特許文献３参照）
【００１４】
図４８は、特許文献３に記載された従来の指向性切替アンテナ装置の概略構成図である。図４８において、指向性切替アンテナ装置は、アンテナエレメント３０１、アンテナエレメント３０１と受信回路３０３との整合を行うマッチング回路３０２、受信回路３０３から送られた信号の強度を比較する受信電界強度比較器３０４、高周波スイッチ３０８をオン、オフさせるための制御回路３０５、アンテナエレメント３０１に直列に接続され、アンテナ装置のアース導体に相当する２つの部分に分けられたアース金属導体３０６、３０７、２つの高周波スイッチ３０８を含む構成である。
【００１５】
以下、特許文献３に記載された従来の指向性切替アンテナの動作を説明する。アンテナエレメント３０１で受信された電磁波は、マッチング回路３０２を通って受信回路３０３に送られる。また制御回路３０５は、高周波スイッチ３０８を任意の時間間隔でオン、オフを繰り返すように制御している。高周波スイッチ３０８がオンの時は、図４９（ａ）に示すように、アンテナエレメント３０１に対して、ほぼ垂直の放射指向性を有するが、高周波スイッチ３０８がオフの時は、図４９（ｂ）に示すように、高周波スイッチ３０８がオンの時に比べて、約−３０度方向の放射指向性を有するような指向特性となる。
【００１６】
以上のような構成とすることによって、アンテナエレメント３０１に対して、直列に接続されたアース金属導体３０６、３０７の長さを、高周波スイッチ３０８により電気的に変化させることで、２種類のアンテナ指向特性を得ることができる。
【００１７】
さらに、アンテナエレメントの後部左右にアンテナリフレクタを配置して、アンテナリフレクタの接地インピーダンスを制御して、指向性を切り替えるアンテナ構成が提案されている。（例えば、特許文献４参照）。
【００１８】
図５０は、特許文献４に記載された従来の指向性切替アンテナの概略構成図である。図５０において、指向性切替アンテナは、アンテナ３１１、アンテナエレメント３１２、アンテナエレメント３１２の左右に位置し、略三角形の形状の導体板でなるアンテナリフレクタ３１３、３１４、アンテナ３１１をカバーするモールド３１５を含む構成である。
【００１９】
以下、特許文献４に記載された従来の指向性切替アンテナの動作を説明する。アンテナリフレクタ３１３、３１４は、アンテナエレメント３１２の下部左右に位置し、無線部等の基板上に配置されたインピーダンス可変用の接地インピーダンス回路と接続されている。図５１は、アンテナリフレクタ３１３、３１４を切り替えた場合におけるアンテナの特性の変化を示す特性図である。アンテナリフレクタ３１３、３１４との切り替えは、その何れかを接地することにより行う。
更に、アンテナエレメント３１２から放射された電磁波を、インピーダンスを介して接地されたアンテナリフレクタ３１３、３１４により指向性を切り替え、ダイバーシチ機能を実現する。アンテナリフレクタ３１３、３１４とを切り替え、接地側としてアンテナリフレクタ３１４を選択した場合には、アンテナエレメント３１２の指向性は、図５１（ａ）に示すようにアンテナリフレクタ３１４と干渉して、右よりの指向性を持つ。逆にアンテナリフレクタ３１３を選択した場合には、アンテナエレメント３１２の指向性は、図５１（ｂ）に示すようにアンテナリフレクタ３１３と干渉して、左よりの指向性を持つ。
【００２０】
以上のような構成とすることによって、アンテナリフレクタ３１３、３１４に接続された接地インピーダンス回路を制御して、どちらか一方のアンテナリフレクタを接地するという簡単な方法により、指向性をアンテナエレメント３１２に対して左右１８０度方向に切り替えることができる。
【００２１】
【特許文献１】
特開平６−６９７２３号公報
【特許文献２】
特開２００１−３４５６３３号公報
【特許文献３】
特開平５−４８５０６号公報
【特許文献４】
特開２００１−２９２０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、特許文献１のような構成を用いることによって、例えば誘電体基板上１１７〜１２０での導体パターンによる形成が可能であるため、無線端末への内蔵化には適しているが、指向性が前後１８０度方向にしか切り替えることができないため、音声通話時やデータ通信時の無線端末の使用形態に適したアンテナ装置の指向性を実現することができないという課題があった。
【００２３】
また、特許文献２のような構成を用いることによって、スイッチの切り替えにより、アンテナの指向性を９０度ずつ切り替えることが可能であるが、無線端末の天頂方向と背面方向での切り替えを可能とするためには、無線端末内の誘電体基板１１７〜１２０とは垂直に地板１１１を設ける必要があるため、無線端末の厚さ方向に対して薄型化が困難であった。
【００２４】
また、特許文献３のような構成を用いることによって、例えば、筐体や誘電体基板上に導体パターンによってアース金属導体を形成することで、容易にアース金属導体の電気的な長さを変更して指向性を変更することができるが、アース金属導体をアンテナエレメントに対して直列に接続する必要があるため、モノポール形状のアンテナエレメントにしか対応できず、ダイポールアンテナ平衡給電系のアンテナエレメントに対しては適用できないという課題があった。
【００２５】
また、特許文献４のような構成を用いることによって、アンテナ筐体内にアンテナリフレクタを形成することで、無線端末への内蔵化が可能であり、また、アンテナエレメントとしてダイポールのような平衡給電系のアンテナエレメントにも適応可能だが、指向性が左右方向に１８０度の切り替えしかできないため、音声通話時やデータ通信時の無線端末の使用形態に適したアンテナ装置の指向性を実現することができないという課題があった。
【００２６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、音声通話時とデータ通信時のような複数の無線端末の使用形態に適した指向特性に切り替えることができるアンテナ装置およびそのアンテナ装置を用いた無線端末を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明のアンテナ装置は、第１の面に配置された線状の放射素子と、前記放射素子と平行に、前記第１の平面に配置された第１の無給電素子と、第１の面に配置された第１の接地導体と、前記第１の無給電素子の両端それぞれと前記第１の接地導体とを接続する第１のスイッチと、前記第１の面に対向する第２の面に配置された第２の接地導体と、を備えるアンテナ装置であって、前記第１の接地導体の一部は、前記放射素子を挟んで前記第１の無給電素子の反対側に、前記放射素子と平行に配置され、前記第２の接地導体は、前記放射素子に対向するように配置され、前記第２の接地導体の端部は、前記放射素子と前記第１の無給電素子によって挟まれる領域に対向しているものである。
【００２８】
本発明のアンテナ装置は、第１の面に配置された線状の放射素子と、前記放射素子と平行に、前記第１の面に配置された線状の第１の無給電素子と、前記第１の無給電素子の長手方向延長線上の両側に配置された線状の補助素子と、前記第１の面に配置された第１の接地導体と、前記第１の無給電素子の両端と前記補助素子とをそれぞれ接続する第１のスイッチと、前記第１の面に対向する第２の面に配置された第２の接地導体と、を備えるアンテナ装置であって、前記第１の接地導体は、前記放射素子を挟んで前記第１の無給電素子の反対側に、前記放射素子と平行に配置され、前記第２の接地導体は、前記放射素子に対向するように配置され、前記第２の接地導体の端部は、前記放射素子と前記第１の無給電素子によって挟まれる領域に対向しているものである。
【００２９】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１の接地導体が、前記放射素子よりも長い線状導体であるものを含む。
【００３０】
本発明のアンテナ装置は、第１の面に配置された線状の放射素子と、前記放射素子と平行に、前記第１の面に配置された線状の第１の無給電素子と、前記放射素子を挟んで前記第１の無給電素子の反対側の前記第１の面に、前記放射素子と平行に配置された線状の第２の無給電素子と、前記第１、第２の無給電素子の長手方向延長線上の両側に配置された線状の補助素子と、前記第１、第２の無給電素子の両端と、前記第１、第２の無給電素子それぞれの両端に配置された前記補助素子とを、それぞれ接続する第１、第２のスイッチと、前記第１の面に対向する第２の面に配置された第２の接地導体と、を備えるアンテナ装置であって、前記第２の接地導体は、前記放射素子に対向するように配置され、前記第２の接地導体の一端部は、前記放射素子と前記第１の無給電素子によって挟まれる領域に対向し、前記第２の接地導体の別の端部は、前記放射素子と前記第２の無給電素子によって挟まれる領域に対向しているものである。
【００３１】
また、本発明のアンテナ装置は、一面に前記放射素子、前記第１、第２の無給電素子、前記第１の接地導体および前記第１、第２のスイッチが配置され、他面に前記第２の接地導体が配置される第１の基板を備えるものを含む。
【００３２】
また、本発明のアンテナ装置は、前記スイッチの短絡／開放を制御する制御手段を備えるものを含む。
【００３３】
従来のアンテナ装置では、音声通話とデータ通信のように無線端末の使用形態が異なる場合に、その使用形態に応じて、所望の方向にアンテナの最大放射方向を切り替えることができず、無線端末におけるアンテナ構成として適当でなかった。これらの構成によれば、スイッチ短絡時には無給電素子が接地導体として動作することで放射素子の周囲を接地導体で覆った構成とし、スイッチ開放時には無給電素子が接地導体から切り離されるため、スイッチの短絡／開放によってアンテナの指向性を所望の方向に切り替えることができる。
【００３４】
また、本発明のアンテナ装置は、前記無給電素子は、前記スイッチを開放する場合に、前記放射素子に対する導波器になるよう構成しているものを含む。
【００３５】
この構成によれば、無給電素子を導波器として作用させることができるため、スイッチ開放状態において放射素子と無給電素子で八木アンテナ構成とすることができ、スイッチ短絡状態に対して指向性を約９０度切り替えることができる。
【００３６】
また、本発明のアンテナ装置は、前記無給電素子と前記補助素子は、前記スイッチを短絡した場合、前記放射素子に対する反射器になるよう構成しているものを含む。
【００３７】
この構成によれば、スイッチの短絡／開放によって無給電素子を導波器と反射器で切り替えることができるため、スイッチ短絡状態において、無給電素子を接地導体と接続することなく指向性を約９０度切り替えることができる。
【００３８】
また、本発明のアンテナ装置は、前記無給電素子は、リアクタンスが可変であるものを含む。
【００３９】
また、本発明のアンテナ装置は、前記無給電素子は、複数の導体片を接続するスイッチで構成されるものを含む。
【００４０】
また、本発明のアンテナ装置は、前記無給電素子は、可変容量素子を有するものを含む。
【００４１】
これらの構成によれば、無給電素子の電気長を可変することができるため、スイッチ開放時におけるアンテナ指向性を可変することができると共に、アンテナの入力インピーダンス特性も調整することが可能となる。
【００４２】
また、本発明のアンテナ装置は、前記基板が誘電体材料で構成されているものを含む。
【００４３】
この構成によれば、誘電体基板の誘電率による波長短縮効果で、放射素子の電気長を短くすることができるため、アンテナの小型化が図れる。
【００４４】
また、本発明のアンテナ装置は、前記基板が発泡材で構成されているものを含む。
【００４５】
この構成によれば、放射素子、無給電素子等を板金可能により製作し、発泡材上に固定することで非常に安価に指向性切替アンテナを製作することができる。
【００４６】
また、本発明のアンテナ装置は、前記放射素子は、前記第１の基板に対して水平方向に折り返された折り返し構造であるものを含む。
【００４７】
この構成によれば、放射素子の入力インピーダンスを高くすることができるため、放射素子の極近傍に接地導体が配置されて入力インピーダンスが低くなった状態においても、給電部との整合をとり易くすることができる。
【００４８】
また、本発明のアンテナ装置は、前記放射素子は、前記第１の基板上の導体パターンにより形成されているものを含む。
【００４９】
この構成によれば、放射素子を基板と一体的に製作することができるため、安価に製作することができ、さらに特性の安定化も図ることができる。
【００５０】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第２の接地導体は、前記第１の基板上の導体パターンにより形成されているものを含む。
【００５１】
この構成によれば、第２の接地導体を基板と一体的に製作することができるため、第２の接地導体の先端部を正確に配置することができ、特性を安定化させることができる。
【００５２】
また、本発明のアンテナ装置は、前記放射素子と前記第２の接地導体は、前記放射素子と前記第２の接地導体の間隔が前記第１の基板の厚さよりも大きくなるよう配置されたものを含む。
【００５３】
この構成によれば、放射素子と第２の接地導体の距離を確保できるため、放射素子の入力インピーダンスの低下を防ぐことができ、給電部との整合をとり易くすることができる。
【００５４】
また、本発明のアンテナ装置は、前記放射素子は、前記基板に対して垂直方向に折り返し構造を有するダイポール構成であって、前記第１の基板上に配置された下部導体と、前記下部導体の両端部それぞれから第１の基板に対して垂直方向に配置された折り返し部と、前記折り返し部の端部間を接続するよう配置された上部導体と、を含んで構成されるものを含む。
【００５５】
この構成によれば、放射素子を３次元に折りたたむようにして配置できるため、アンテナの設計の自由度が増すと共に、アンテナの実装面積を小型化することができる。
【００５６】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１の基板の上部に第２の基板を備え、前記下部導体は、前記第１、第２の基板間に狭設され、前記折り返し部は、前記第２の基板を貫通して配置され、前記上部導体は、前記第２の基板上に配置されたものを含む。
【００５７】
この構成によれば、基板を多層化することで、折り返し構造を有する放射素子を形成することができるため、安価に製作でき、さらに特性を安定させることができる。
【００５８】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１の基板の上部に誘電体ブロックを備え、前記下部導体、前記折り返し部および前記上部導体は、誘電体ブロックの表面上及び／または内部に配置されたものを含む。
【００５９】
また、本発明のアンテナ装置は、前記無給電素子、スイッチおよび第１の接地導体の一部は、前記誘電体ブロックの表面上及び／または内部に配置されたものを含む。
【００６０】
この構成によれば、高誘電率材料の誘電体ブロック中に放射素子及び／または無給電素子を３次元に折りたたむようにして配置できるため、アンテナの設計の自由度が増すと共に、アンテナの実装面積を非常に小型化することができ、さらに指向性切替機能を有する誘電体アンテナを製作することができる。
【００６１】
また、本発明のアンテナ装置は、前記放射素子は、直線状ダイポールであるものを含む。
【００６２】
この構成によれば、放射素子を非常に簡易に製作することができ、また、無給電素子とあわせて八木アンテナ構成とすることができるため、指向性の９０度切替を実現できる。
【００６３】
また、本発明のアンテナ装置は、前記放射素子は、メアンダライン状ダイポールであるものを含む。
【００６４】
この構成によれば、放射素子を非常に小型化することができる。
【００６３】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１、第２のスイッチは、ダイオードスイッチで構成されるものを含む。
【００６３】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１、第２のスイッチは、ＦＥＴスイッチで構成されるものを含む。
【００６３】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１、第２のスイッチは、ＭＥＭＳスイッチで構成されるものを含む。
【００６３】
これらの構成によれば、スイッチを非常に簡易な構成で実現できると共に、ＭＥＭＳ技術を用いることにより、スイッチを非常に小型化できるため、アンテナ自体の小型化も測ることができる。
【００６３】
本発明のアンテナ装置は、第１の面に配置された線状の放射素子と、前記第１の面に対向する第２の面に配置された接地導体と、前記放射素子と平行に、前記第２の平面上に前記接地導体と電気的に絶縁して配置された第１の導体と、前記接地導体と前記導体とを接続する第１のスイッチと、を備えるアンテナ装置であって、前記接地導体と前記導体の一方が、前記放射素子に対向して配置されるものである。
【００７１】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１の導体と前記接地導体に対して対称な位置に配置された第２の導体と、前記接地導体と前記第２の導体とを接続する第２のスイッチと、を、更に、備えるアンテナ装置であって、前記接地導体が、前記放射素子に対向して配置されるものを含む。
【００７２】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１の平面と前記第２の平面とが配置される第１の基板を備えるものを含む。
【００７３】
また、本発明のアンテナ装置は、前記接地導体が、前記放射素子に対向して配置されるものを含む。
【００７４】
また、本発明のアンテナ装置は、前記導体が、前記放射素子に対する導波器になるものを含む。
【００７５】
また、本発明のアンテナ装置は、前記導体が、前記放射素子に対向して配置されるものを含む。
【００７６】
また、本発明のアンテナ装置は、前記導体が、前記放射素子よりも長いものを含む。
【００７７】
従来のアンテナ装置では、音声通話とデータ通信のように無線端末の使用形態が異なる場合に、その使用形態に応じて、所望の方向にアンテナの最大放射方向を９０度切り替えることができず、無線端末におけるアンテナ構成として適当でなかった。これらの構成によれば、スイッチ短絡時には第一の金属導体が接地導体として動作し、スイッチ開放時には第一の金属導体が接地導体から切り離されるため、スイッチの短絡／開放によってアンテナの指向性を所望の方向に切り替えることができる。
【００７８】
また、本発明のアンテナ装置は、前記導体が、リアクタンスが可変であるものを含む。
【００７９】
また、本発明のアンテナ装置は、前記導体が、可変容量素子を有するものを含む。
【００８０】
また、本発明のアンテナ装置は、前記導体が、前記導体の長さ方向に分割された複数の導体片と、前記複数の導体片を接続する第３のスイッチと、を含んで構成されるものを含む。
【００８１】
これらの構成によれば、第一の金属導体の電気長を可変することができるため、スイッチ開放時におけるアンテナ指向性を調整することができると共に、アンテナの入力インピーダンス特性も調整することが可能となる。
【００８２】
また、本発明のアンテナ装置は、前記導体が、前記導体の幅方向に分割された複数の導体片と、前記複数の導体片を接続する第３のスイッチと、を含んで構成されるものを含む。
【００８３】
この構成によれば、第一の金属導体の幅方向の電気的長さを可変することができるため、スイッチ開放時におけるアンテナ指向性を調整することができる。
【００８４】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１の基板が、誘電体材料で構成されているものを含む。
【００８５】
この構成によれば、誘電体基板の誘電率による波長短縮効果で、放射素子の電気長を短くすることができるため、アンテナの小型化が図れる。
【００８６】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１の基板が、発泡材で構成されているものを含む。
【００８７】
この構成によれば、放射素子、第一の金属導体等を板金可能により製作し、発泡材上に固定することで非常に安価に指向性切替アンテナを製作することができる。
【００８８】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１のスイッチが、前記接地導体と前記第一の金属導体とを複数箇所で接続する複数のスイッチで構成されるものを含む。
【００８９】
また、本発明のアンテナ装置は、前記複数の第３のスイッチが、前記放射素子の給電点を含む前記放射素子に垂直な平面に対して、対称に配置されているものを含む。
【００９０】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第３のスイッチが、前記放射素子の給電点を含む前記放射素子に垂直な平面に対して、非対称に配置されているものを含む。
【００９１】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第３のスイッチが、前記放射素子上の電圧最大位置付近に対向する位置にある、前記接地導体と前記第一の金属導体とを接続するものを含む。
【００９２】
これらの構成によれば、接地導体と第一の金属導体の間を全面に渡って接続する必要がなく、必要最小限のスイッチを用いて指向性を切り替えることが可能となり、さらに、放射素子の長さ方向に対して非対称な位置をスイッチで短絡することで、３次元での指向性切替が可能となる。
【００９３】
また、本発明のアンテナ装置は、前記放射素子が、前記第１の基板上の導体パターンにより形成されているものを含む。
【００９４】
この構成によれば、放射素子を基板と一体的に製作することができるため、安価に製作することができ、さらに特性の安定化も図ることができる。
【００９５】
また、本発明のアンテナ装置は、前記接地導体が、前記第１の基板上の導体パターンにより形成されているものを含む。
【００９６】
この構成によれば、接地導体を基板と一体的に製作することができるため、接地導体の先端部を正確に配置することができ、特性を安定化させることができる。
【００９７】
また、本発明のアンテナ装置は、前記放射素子と前記接地導体が、前記放射素子と前記第２の接地導体の間隔が前記第１の基板の厚さよりも大きくなるよう配置されたものを含む。
【００９８】
この構成によれば、放射素子と接地導体の距離を確保できるため、放射素子の入力インピーダンスの低下を防ぐことができ、給電部との整合をとり易くすることができる。
【００９９】
また、本発明のアンテナ装置は、前記放射素子が、前記第１の基板に対して水平方向に折り返された折り返し構造であるものを含む。
【０１００】
この構成によれば、放射素子の入力インピーダンスを高くすることができるため、放射素子の極近傍に接地導体が配置されて入力インピーダンスが低くなった状態においても、給電部との整合をとり易くすることができる。
【０１０１】
また、本発明のアンテナ装置は、前記放射素子が、前記基板に対して垂直方向に折り返し構造を有するダイポール構成であって、前記第１の基板上に配置された下部導体と、前記下部導体の両端部それぞれから第１の基板に対して垂直方向に配置された折り返し部と、前記折り返し部の端部間を接続するよう配置された上部導体と、を含んで構成されるものを含む。
【０１０２】
この構成によれば、放射素子を３次元に折りたたむようにして配置できるため、アンテナの設計の自由度が増すと共に、アンテナの実装面積を小型化することができる。
【０１０３】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１の基板の上部に第２の基板を備え、前記下部導体は、前記第１、第２の基板間に狭設され、前記折り返し部は、前記第２の基板を貫通して配置され、前記上部導体は、前記第２の基板上に配置されたものを含む。
【０１０４】
この構成によれば、基板を多層化することで、折り返し構造を有する放射素子を形成することができるため、安価に製作でき、さらに特性を安定させることができる。
【０１０５】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１の基板の上部に誘電体ブロックを備え、前記下部導体、前記折り返し部および前記上部導体が、誘電体ブロックの表面上及び／または内部に配置されたものを含む。
【０１０６】
この構成によれば、高誘電率材料の誘電体ブロック中に放射素子及び／または無給電素子を３次元に折りたたむようにして配置できるため、アンテナの設計の自由度が増すと共に、アンテナの実装面積を非常に小型化することができる。
【０１０７】
また、本発明のアンテナ装置は、前記放射素子が、直線状ダイポールで構成されるものを含む。
【０１０８】
この構成によれば、放射素子を非常に簡易に製作することができる。
【０１０９】
また、本発明のアンテナ装置は、前記放射素子が、メアンダライン状ダイポールで構成されるものを含む。
【０１１０】
この構成によれば、放射素子を非常に小型化することができる。
【０１１１】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１、第２のスイッチが、ダイオードスイッチで構成されるものを含む。
【０１１２】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１、第２のスイッチが、ＦＥＴスイッチで構成されるものを含む。
【０１１３】
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１、第２のスイッチが、ＭＥＭＳスイッチで構成されるものを含む。
【０１１４】
これらの構成によれば、スイッチを非常に簡易な構成で実現できると共に、ＭＥＭＳ技術を用いることにより、スイッチを非常に小型化できるため、アンテナ自体の小型化も測ることができる。
【０１１５】
本発明の無線端末は、本発明のアンテナ装置と、前記アンテナ装置により電波を送受信する送受信部と、前記アンテナ装置の指向性を切り替えるアンテナ指向性切替部と、各部の制御を行う制御部と、を備える無線端末であって、前記制御部は、前記アンテナ指向性切替部に前記アンテナ装置の指向性を切り替えさせて、前記送受信部に電波を受信させ、検出した電波の強度に基づいて、より良い受信感度と判定した指向性状態の前記アンテナ装置により、送受信させるよう前記アンテナ指向性切替部と前記送受信部とを制御するものである。
【０１１６】
また、本発明の無線端末は、前記制御部は、受信状態では前記アンテナ装置にダイバーシチ受信させ、送信状態では受信状態に使用した指向性状態で前記アンテナ装置から送信させるよう制御するものを含む。
【０１１７】
この構成によれば、マルチパス環境下においても、１つのアンテナの指向性を切り替えることでダイバーシチ受信することができるため、高品質な通信を行うことができる。
【０１１８】
また、本発明の無線端末は、前記制御部は、受信状態では前記アンテナ装置にダイバーシチ受信させ、送信状態では前記アンテナ装置の最大放射方向が、当該無線端末から当該無線端末使用者に向かう方向と反対方向となる指向性状態で、前記アンテナ装置から送信させるよう制御するものを含む。
【０１１９】
この構成によれば、マルチパス環境下においても、１つのアンテナの指向性を切り替えることでダイバーシチ受信することができ、高品質な通信を行うことができると同時に、送信時には無線端末を使用するユーザの方向にアンテナ指向性を向けないため、ＳＡＲを改善することができる。
【発明の効果】
【０１２０】
本発明のアンテナ装置およびそのアンテナ装置を用いた無線端末によれば、スイッチの短絡／開放によってアンテナの指向性を背面方向／天頂方向に切り替えることができ、音声通話時とデータ通信時のように無線端末の使用形態が異なる場合でも、その使用形態に適したアンテナの指向性に変化させて、高品質な通信を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１２１】
以下、本発明の実施形態のアンテナ装置およびそのアンテナ装置を用いた無線端末について図面を用いて詳細に説明する。
【０１２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナ装置の概略構成図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。
指向性切替アンテナ装置１は、厚さｔの誘電体基板２と、誘電体基板２上に配置された線状導体より成る長さＬの放射素子３と、給電点４と、誘電体基板２上に放射素子３と同一平面上に配置された第１の接地導体５と、誘電体基板上に放射素子３と同一平面上に配置された、放射素子３と略平行な長さＬｄ（＜Ｌ）の無給電素子６と、第１の接地導体５と無給電素子６との間に配置されたスイッチ７と、誘電体基板２上でかつ放射素子３とは反対側の面に配置された第２の接地導体８と、第２の接地導体８の先端部９と、スイッチ７の短絡、開放を制御する制御回路１０と、を含む構成である。
【０１２３】
ここで、放射素子３、第１の接地導体５、無給電素子６、第２の接地導体８は、いずれも誘電体基板２上に導体パターンにより形成されているものとして説明する。誘電体基板２上に形成することで、誘電率による波長の短縮効果の影響でアンテナ装置を小型化することが可能になり、また安価で、大量生産し易く、アンテナ特性も安定するという利点がある。
【０１２４】
以下、本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナ装置の動作を説明する。給電点４より給電された高周波信号は、放射素子３より空間中に放射される。ここで、本実施形態では、放射素子３をダイポール構成として説明する。図２は、本発明の指向性の切替動作の原理を示す。図２（ａ）の（１）のように、放射素子３の周囲に接地導体がなければ、アンテナの指向性は図２（ｂ）が示す（１）のように、ＸＺ面内において無指向性となる。
【０１２５】
第１の接地導体５および無給電素子６を放射素子３と同一面上に配置して、制御回路１０からの制御信号によりスイッチ７を短絡させて、第１の接地導体５と無給電素子６を導通させた状態、すなわち、図２（ａ）の（２）のように放射素子３の周囲を接地導体で覆った状態とすることによって、アンテナの指向性は図２（ｂ）が示す（２）のように、±Ｚ方向に最大放射方向を持つ指向性となる。さらに、制御回路１０からの制御信号によりスイッチ７を開放させた状態、すなわち、図２（ａ）の（３）のように放射素子３の周囲の一部が接地導体から切り離され、無給電素子６が導波器として作用する状態においては、アンテナの指向性は図２（ｂ）が示す（３）のように、＋Ｘ方向に最大放射方向を持つ単指向性となる。すなわち、スイッチ７を短絡または開放させることによって、アンテナの指向性を約９０度切り替えることが可能となる。
【０１２６】
しかしながら、上記構成では、図２（ａ）の（２）のように、スイッチ７を短絡した状態において±Ｚ方向に最大放射方向を持つ双指向性となるため、無線端末の誘電体基板２上に（２）の導体パターンのみを搭載すると、−Ｚ方向の人体方向（背面方向の反対方向）にも放射電磁界が発生し、ＳＡＲの劣化を招いてしまう。そこで、図１に示すように、誘電体基板２上で放射素子３とは反対側の面に、第２の接地導体８を設けることによって、スイッチ７を短絡した状態において−Ｚ方向の人体方向への放射電磁界を遮断し、＋Ｚ方向の単指向性化を実現することができる。ここで、第２の接地導体８の配置位置が、アンテナの指向性の切り替えに与える影響について詳細に説明する。
【０１２７】
図１（ｂ）において、放射素子３と無給電素子６とのＸ軸方向における間隔をＤとし、放射素子３から第２の接地導体８の先端部９へのＸ軸方向における間隔をＧとする。このとき、図３（ａ）に示す本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナにおけるＧ＝Ｄのときの断面構成図のように、間隔Ｇを間隔Ｄと同等若しくはそれよりも長くした場合、スイッチ７を短絡または開放させた状態でほぼ同等の指向性となる。
図３（ｂ）に、本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、Ｇ＝Ｄのときのスイッチ切替時の指向性を示す。図３（ｂ）より、スイッチ７の切り替え動作によって、アンテナの指向性の切り替えがなされていないことが確認される。これは、無給電素子６の下部にも第２の接地導体８が配置されることで、無給電素子６が導波器として動作していないことを示している。
【０１２８】
一方、図４（ａ）に示す本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナ装置におけるＧ≦０のときの断面構成図のように、間隔Ｇが負の値をとるような場合は、放射素子３の下部に第２の接地導体８が存在しないため、スイッチ７を短絡させた状態において、−Ｚ方向にも電磁波が強く放射されてしまう。図４（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナ装置における、Ｇ≦０のときのスイッチ短絡時の指向性を示しており、間隔Ｇが−２ｍｍ、−１ｍｍ、０ｍｍときにおいて、それぞれスイッチ７短絡時の指向性を示す図である。図４（ｂ）より、間隔Ｇが−２ｍｍ、−１ｍｍのときは、−Ｚ方向にも、＋Ｚ方向とほぼ同等の強度の電磁波が放射されていることがわかる。それに対して間隔Ｇが０ｍｍのときは−Ｚ方向の放射電磁界が＋Ｚ方向と比べて５ｄＢ程度抑圧されていることがわかる。
【０１２９】
図５（ａ）に示す本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナ装置における、Ｇ＝Ｄ／４のときの断面構成図のように、第２の接地導体８の先端部９がＸ軸方向における放射素子３と無給電素子６の間になるように配置することによって、すなわち、間隔Ｇが０≦Ｇ＜Ｄなる関係式を満たすことによって、スイッチ７を切り替えることにより所望の指向性切替動作を実現することができる。一例として、周波数Ｆにおいて、誘電率３．８、基板厚ｔ＝０．０３λの誘電体基板２上に長さＬ＝０．７λの放射素子３を配置し、放射素子３から距離Ｄ＝０．１３λ離れた位置に長さＬｄ＝０．６λの無給電素子６を配置し、さらに放射素子３と第２の接地導体８の先端部９とのＸ軸方向における間隔Ｇが、Ｇ＝Ｄ／４となる位置のときのスイッチ７の短絡／開放時のそれぞれの指向性を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）より、スイッチ７の切り替え動作によって指向性が約９０度切り替えられていることがわかる。
【０１３０】
無給電素子６を導波器として動作させるためには、放射素子３と無給電素子６の間隔Ｄは０．２５λ程度離すことが本来望ましいが、間隔Ｄを離すとアンテナサイズが大きくなるため、本実施形態のように、間隔Ｄを０．２５λ程度離さなくても指向性の切り替えは可能である。また、無給電素子６はスイッチ７が開放状態において導波器として作用するように長さが調整されているが、例えば、無給電素子６の長さを可変できる構成としておくことによって、導波器の持つリアクタンス成分を調整して、指向性を可変させることも可能である。無給電素子６の長さを可変する方法としては、無給電素子６を複数の導体片に分割して、それぞれの間にスイッチ７を配置し、スイッチ７の短絡／開放によって長さを可変しても良いし、無給電素子６にバラクタダイオードなどの可変容量素子を付加し、制御電圧に応じて電気的に長さを調節するようにしても良い。
【０１３１】
図５（ｂ）では、間隔ＧがＧ＝Ｄ／４となるときの、スイッチ切替時の指向性を示したが、間隔Ｇが０≦Ｇ＜Ｄなる関係式を満たす別の場合の例を、図６から図８に示す。図６に、（ａ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナ装置における、Ｇ＝Ｄ／２のときの断面構成図、及び（ｂ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナ装置における、Ｇ＝Ｄ／２のときのスイッチ切替時の指向性を示す。図７に、（ａ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナ装置における、Ｇ＝３／４×Ｄのときの断面構成図、及び（ｂ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナ装置における、Ｇ＝３／４×Ｄのときのスイッチ切替時の指向性を示す。図８に、（ａ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナ装置における、Ｇ＝１９／２０×Ｄのときの断面構成図、及び（ｂ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナ装置における、Ｇ＝１９／２０×Ｄのときのスイッチ切替時の指向性を示す。図６から図８の間隔Ｇ以外の数値は、図５（ａ）で用いた数値と共通している。図６（ｂ）、図７（ｂ）及び図８（ｂ）より、スイッチ７の切り替え動作によって指向性が約９０度切り替えられていることを確認できる。
【０１３２】
また、図９には、本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナ装置における、−Ｄ／２＜Ｇ＜Ｄのときのスイッチ切替時の指向性切替角度を示す。横軸にはＧ／Ｄ比を、縦軸にはスイッチ切替時における最大放射方向の切替角度を表す指向性切替角度を、それぞれ示す。図９は、図５から図８が示しているように、Ｇ／Ｄが０から１の間、指向性切替角度が約９０度付近にあることから、Ｇ／Ｄが０から１の間であれば指向性を切り替えることができることを示している。一方、Ｇ／Ｄが１に近づくにつれて、スイッチ７の切り替え動作をしても、アンテナの指向性の切替がなされていないことが確認される。これは、無給電素子６の下部に第２の接地導体８が接近して配置されるほど、無給電素子６が導波器として動作しなくなってしまうことを示している。さらに、Ｇ／Ｄが０付近であっても、指向性切替角度は９０度付近にあるが、このときには、図４（ｂ）のＧ＝０ｍｍのときのスイッチ短絡時の指向性が示すように、＋Ｚ方向の放射電磁界と比べると抑圧されてはいるものの、−Ｚ方向にも電磁界が放射されてしまう。このため、間隔Ｇは、０またはＤとなる付近を除く、０＜Ｇ＜Ｄの範囲で設定することが好ましいが、―Ｚ方向への放射を考慮しない場合には、−Ｄ／４＜Ｇ＜Ｄの範囲で設定することで、指向性切り替えが可能であることを示している。
【０１３３】
ここで、音声通話およびデータ通信を行う際のユーザと無線端末の位置関係について詳細に説明する。図１０に、音声通話時における無線端末とユーザとの位置関係の一例を、図１１に、データ通信時における無線端末とユーザとの位置関係の一例示す。一般に、音声通話を行う際には、ユーザ１１と無線端末１２の間には図１０に示すような位置関係が想定され、データ通信を行う際には、ユーザ１１と無線端末１２の間には図１１に示すような位置関係が想定される。
すなわち、音声通話時にはユーザ１１は無線端末１２を頭部側面に隣接させて使用し、データ通信時にはユーザ１１は無線端末１２の表示部１３の表示内容を確認しながら操作部１４を用いて操作するのが一般的である。そのため、無線端末１２に備わるアンテナ装置の有する指向性としては、図１２に示すように、音声通話時にはアンテナ指向性の最大放射方向が無線端末１２の背面方向（表示部１３の表示面に対して反対方向）となり、データ通信時にはアンテナ指向性の最大放射方向が無線端末１２の天頂方向（表示部１３の表示面に対して水平方向で、かつ表示内容に対して上方向）となるよう切り替えられることが望ましい。
【０１３４】
このような指向性切替機能を無線端末１２が有することで、アンテナからの放射電磁界がユーザ１１の方向を向かないため、ＳＡＲの改善にもつながり、またアンテナ利得の向上も期待できる。よって、図１２における天頂方向がＸ方向、背面方向がＺ方向に対応するように、無線端末１２内に指向性切替アンテナ装置１を配置することによって、音声通話時とデータ通信時でそれぞれ所望の指向性を得ることが可能となる。
【０１３５】
以上のように、誘電体基板２上に配置された放射素子３と同一平面上の周囲に第１の接地導体５および無給電素子６を配置し、第１の接地導体５と無給電素子６の間にスイッチ７を配置し、さらに誘電体基板２を挟んで放射素子３の下部に第２の接地導体８を設けた構成において、第２の接地導体８の先端部９が放射素子３と無給電素子６の間になるように配置され、さらに制御回路１０を用いてスイッチ７を切り替えることによって、アンテナの指向性を約９０度切り替えることができるため、無線端末の使用形態によって指向性を切り替えるアンテナ装置を実現することが可能になるという作用を有する。
【０１３６】
さらに、本実施形態で示した指向性切替アンテナ装置を用いて無線端末を構成することで、無線端末の使用形態に応じてアンテナの指向性を切り替えて無線端末としての性能を向上させることができ、信頼性の高い無線通信システムを提供することが可能となる。
【０１３７】
なお、本実施形態では、放射素子３を導体パターンにより誘電体基板２上に形成しているとして説明したが、ワイヤ等の線状導体や板金加工により放射素子３を構成しても良い。
【０１３８】
また、本実施形態では、放射素子３を直線状のダイポール構成として説明しているが、その限りではなく、例えば、メアンダライン状に構成しても良い。
【０１３９】
また、本実施形態では、誘電体基板２上に放射素子３、第１の接地導体５、無給電素子６、第２の接地導体８が形成されているとしたが、誘電体基板を必ずしも使用する必要はない。例えば放射素子３、無給電素子６、接地導体５、８等を板金加工により製作し、発泡材等を使用して各構成要素を発泡材等に固定していっても良い。
【０１４０】
また、本実施形態では、第２の接地導体８を、誘電体基板２上でかつ放射素子３と反対側の面に導体パターンにより形成しているが、例えば、誘電体基板２上ではなく、誘電体基板２から一定の距離を離れた無線端末１２の筐体上に第２の接地導体を配置しても良い。このような構成とすることで、放射素子３と第２の接地導体８の間隔を広く取ることができ、アンテナの整合を合わせ易くなるという利点がある。
また、本実施形態では、スイッチ７の構成について特に触れていないが、ダイオードスイッチやＦＥＴスイッチ、ＭＥＭＳスイッチ等を使用することが可能である。
【０１４１】
（第２実施形態）
図１３は、本発明の第２実施形態に係る指向性切替アンテナ装置の概略構成図であり、図１３（ａ）は斜視図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。図１３において、補助素子１５を含む構成である。その他の構成は、第１実施形態と同じであるため説明を省略する。
【０１４２】
以下、本発明の第２実施形態に係る指向性切替アンテナ装置の動作を説明する。基本動作は第１実施形態で説明したとおりであるため省略するが、無給電素子６の両端部に補助素子１５を配置して、スイッチ７を無給電素子６と補助素子１５の間に配置した構成とする。ここで、補助素子１５は、スイッチ７を短絡させたときに無給電素子６と補助素子１５を合わせた長さが、放射素子３に対して反射器として作用するように長さを設定する。このような構成とすることで、スイッチ７を開放させたときは、無給電素子６が導波器として作用して指向性が＋Ｘ方向となり、スイッチ７を短絡させたときは、無給電素子６が反射器として作用して指向性が＋Ｚ方向となるため、放射素子３の周囲を接地導体で覆った状態と同等の効果が得られる。
【０１４３】
以上のように、無給電素子６の両端に補助素子１５を設け、制御回路１０を用いてスイッチ７を切り替えて無給電素子６を導波器と反射器で切り替えることにより、アンテナの指向性を約９０度切り替えることができるため、使用形態によって指向性を切り替えるアンテナ装置を実現することが可能になるという作用を有する。
【０１４４】
さらに、本実施形態で示した指向性切替アンテナ装置を用いて無線端末を構成することで、使用形態に応じてアンテナの指向性を切り替えて無線端末としての性能を向上させることができ、信頼性の高い無線通信システムを提供することが可能となる。
【０１４５】
なお、本実施形態では、放射素子３を導体パターンにより誘電体基板２上に形成しているとして説明したが、その限りではなく、ワイヤ等の線状導体や板金加工により放射素子３を構成しても良い。
【０１４６】
また、本実施形態では、放射素子３を直線状のダイポール構成として説明しているが、その限りではなく、例えば、メアンダライン状に構成しても良い。
【０１４７】
なお、本実施形態では放射素子３の−Ｘ方向には第１の接地導体５が配置されている構成として説明したが、図１４に示すように、第１の接地導体５の代わりに反射器１６を用いても同様の効果が得られる。
【０１４８】
また、本実施形態では、誘電体基板２上に放射素子３、第１の接地導体５、無給電素子６、第２の接地導体８、補助素子１５が形成されているとしたが、誘電体基板を必ずしも使用する必要はない。例えば放射素子３、無給電素子６、接地導体５、８、補助素子１５等を板金加工により製作し、発泡材等を使用して各構成要素を発泡材等に固定していっても良い。
【０１４９】
また、本実施形態では、第２の接地導体８を、誘電体基板２上でかつ放射素子３と反対側の面に導体パターンにより形成しているが、例えば、誘電体基板２上ではなく、誘電体基板２から一定の距離を離れた無線端末１２の筐体上に、第２の接地導体を配置しても良い。このような構成とすることで、放射素子３と第２の接地導体８の間隔を広く取ることができ、アンテナの整合を合わせ易くなるという利点がある。
また、本実施形態では、スイッチ７の構成について特に触れていないが、ダイオードスイッチやＦＥＴスイッチ、ＭＥＭＳスイッチ等を使用することが可能である。
【０１５０】
（第３実施形態）
図１５は、本発明の第３実施形態に係る指向性切替アンテナ装置の概略構成図であり、図１５（ａ）は斜視図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。図１５において、指向性切替アンテナ装置１は、補助素子１５、無給電素子１７、スイッチ１８、第２の接地導体８の無給電素子１７側の先端部１９を含む構成である。その他の構成は第１実施形態と同じであるため説明を省略する。
【０１５１】
以下、本発明の第３実施形態に係る指向性切替アンテナ装置１の動作を説明する。基本動作は第１実施形態で説明したとおりであるため省略するが、無給電素子６の両端部に補助素子１５を配置して、スイッチ７を無給電素子６と補助素子１５の間に配置した構成とする。ここで、補助素子１５は、スイッチ７を短絡させたときに、無給電素子６と補助素子１５を合わせた長さが、放射素子３に対して反射器として作用するように長さを設定する。
また、第１の接地導体５の代わりに、無給電素子６と同じ長さの無給電素子１７を設け、その両端部にも補助素子１５を配置し、スイッチ１８を無給電素子１７と補助素子１５の間に配置した構成とする。また、放射素子３と無給電素子１７の間隔を、放射素子３と無給電素子６の間隔Ｄと等しくし、さらに第２の接地導体８の無給電素子１７側先端部１９と放射素子３の＋Ｘ軸方向における間隔Ｇも、第２の接地導体８の無給電素子６側先端部９と放射素子３の＋Ｘ軸方向における間隔Ｇと等しくする。すなわち、放射素子３を含むＹＺ面において対称な構造となるように配置する。
【０１５２】
このとき、制御回路１０を用いてスイッチ７、スイッチ１８を制御して指向性切替を行うが、この点について詳細に説明する。図１６にスイッチ７、１８の短絡／開放動作とアンテナ指向性との関係を示す。スイッチ７、１８を両方短絡させた場合は、無給電素子６、１７が共に反射器として動作するため、アンテナの指向性は図１１における＋Ｚ方向となる。
次にスイッチ７を短絡させ、スイッチ１８を開放させると、無給電素子６は反射器、無給電素子１７は導波器として動作するため、アンテナの指向性は図１５における−Ｘ方向となる。次にスイッチ７を開放させ、スイッチ１８を短絡させると、無給電素子６は導波器、無給電素子１７は反射器として動作するため、アンテナの指向性は図１５における＋Ｘ方向となる。また、スイッチ７、１８を両方開放させた場合は、無給電素子６、１７が共に導波器として動作するため、アンテナの指向性としては、最大放射方向は＋Ｚ方向だが、ほぼ無指向性の特性が得られる。
【０１５３】
以上のように、無給電素子６、１７の両端に補助素子１５を設け、さらに制御回路１０を用いて無給電素子６、１７をスイッチ７、１８の切り替え動作により導波器と反射器で切り替えるように制御することによって、アンテナの指向性を±Ｘ方向と＋Ｚ方向に９０度ずつ切り替えることができるため、無線端末の使用形態によって、例えばデータ通信時に、放射方向がユーザに向かうように無線端末が配置されていても、ユーザに向かう方向とは逆の±Ｘ方向を選択して、指向性を切り替えるアンテナ装置を実現することが可能になるという作用を有する。
【０１５４】
さらに、本実施形態で示した指向性切替アンテナ装置を用いて無線端末を構成することで、使用形態に応じてアンテナの指向性を切り替えて無線端末としての性能を向上させることができ、信頼性の高い無線通信システムを提供することが可能となる。
【０１５５】
なお、本実施形態では、放射素子３を導体パターンにより誘電体基板２上に形成しているとして説明したが、その限りではなく、ワイヤ等の線状導体や板金加工により放射素子３を構成しても良い。
【０１５６】
また、本実施形態では、放射素子３を直線状のダイポール構成として説明しているが、その限りではなく、例えば、メアンダライン状に構成しても良い。
【０１５７】
また、本実施形態では、誘電体基板２上に放射素子３、無給電素子６、１７、第２の接地導体８、補助素子１５が形成されているとしたが、誘電体基板を必ずしも使用する必要はない。例えば放射素子３、無給電素子６、１７、接地導体８、補助素子１９等を板金加工により製作し、発泡材等を使用して各構成要素を発泡材等に固定していっても良い。
【０１５８】
また、本実施形態では、第２の接地導体８を誘電体基板２上でかつ放射素子３と反対側の面に導体パターンにより形成しているが、例えば、誘電体基板２上ではなく、誘電体基板２から一定の距離はなれた無線端末１２の筐体上に第２の接地導体を配置しても良い。このような構成とすることで、放射素子３と第２の接地導体８の間隔を広く取ることができ、アンテナの整合を合わせ易くなるという利点がある。
また、本実施形態では、スイッチ７の構成について特に触れていないが、ダイオードスイッチやＦＥＴスイッチ、ＭＥＭＳスイッチ等を使用することが可能である。
【０１５９】
（第４実施形態）
図１７は、本発明の第４実施形態に係る指向性切替アンテナ装置の概略構成図であり、図１７（ａ）は斜視図、図１７（ｂ）は図１７（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。図１７において、指向性切替アンテナ装置１は、折り返し構造を有する放射素子２０を含む構成である。その他の構成は第１実施形態と同じであるため説明を省略する。
【０１６０】
以下、本発明の第４実施形態に係る指向性切替アンテナ装置の動作を説明する。例えば、図１において、放射素子３と第２の接地導体８は、誘電体基板２の厚さｔ＝０．００８λ離して配置されている。このように、放射素子３の極近傍に接地導体８を配置すると、放射素子３の入力インピーダンスが、接地導体８がない状態と比較して極端に小さくなってしまう。
【０１６１】
一方、放射素子３を放射素子２０のような折り返し構成にすると、放射素子の入力インピーダンスを高くすることができる。例えば、図１８（ｂ）の２重折り返しダイポールの入力インピーダンスは、図１８（ａ）に示す一般的なダイポールアンテナの入力インピーダンスの４倍となり、図１８（ｃ）のような３重折り返しダイポールの入力インピーダンスは、一般的なダイポールアンテナの入力インピーダンスの８倍となる。そこで、図１７のように折り返し構造の放射素子２０を用いることで、給電点４でのアンテナの入力インピーダンスを高くすることができ、５０Ω系のマイクロストリップ線路や同軸線路との整合をとり易くなる。
【０１６２】
以上のように、放射素子２０を折り返し構造とし、さらに制御回路１０を用いてスイッチ７を切り替えることによって、アンテナの指向性を約９０度切り替えながら、アンテナの入力インピーダンスを高くして整合をとり易くすることができ、無線端末の使用形態によって指向性を切り替えるアンテナ装置を実現することが可能になるという作用を有する。
【０１６３】
さらに、本実施形態で示した指向性切替アンテナ装置を用いて無線端末を構成することで、使用形態に応じてアンテナの指向性を切り替えて無線端末としての性能を向上させることができ、信頼性の高い無線通信システムを提供することが可能となる。
【０１６４】
なお、本実施形態では、放射素子２０を導体パターンにより誘電体基板２上に形成しているが、その限りではなく、ワイヤ等の線状導体や板金加工により放射素子３を構成しても良い。
【０１６５】
また、本実施形態では、放射素子３を直線状のダイポール構成として説明しているが、その限りではなく、例えば、メアンダライン状に構成しても良い。
【０１６６】
また、本実施形態では、誘電体基板２上に放射素子２０、第１の接地導体５、無給電素子６、第２の接地導体８が形成されているとしたが、誘電体基板を必ずしも使用する必要はない。例えば放射素子２０、無給電素子６、接地導体５、８等を板金加工により製作し、発泡材等を使用して各構成要素を発泡材等に固定していっても良い。
【０１６７】
また、本実施形態では、第２の接地導体８を誘電体基板２上でかつ放射素子２０と反対側の面に導体パターンにより形成しているが、例えば、誘電体基板２上ではなく、誘電体基板２から一定の距離はなれた無線端末１２の筐体上に第２の接地導体を配置しても良い。このような構成とすることで、放射素子３と第２の接地導体８の間隔を広く取ることができ、アンテナの整合を合わせ易くなるという利点がある。
【０１６８】
また、本実施形態では、放射素子３、２０をＸＹ面上の２次元構造としているが、その限りではなく、例えば図１９（ａ）、（ｂ）のように放射素子３、２０の端部を折り返した構成としても良い。このような折り返し構成とすることで、アンテナ長を短くすることができ、アンテナの小型化が可能となる。
【０１６９】
ここで、図１９（ａ）、（ｂ）のようなＹＺ面上に折り返されたアンテナの製作法について説明する。最も簡易に製作する方法としては、図２０に示すように、板金加工により製作できる。ここで、放射素子を構成する下部導体２１、折り返し部２２、上部導体２３のすべてを、一体的に板金加工により製作しても良いし、下部導体２１は誘電体基板２上に導体パターンにより形成しておき、折り返し部２２、上部導体２３のみを板金加工により製作しても良い。
また、板金加工以外にも、例えば図２１に示すように、誘電体基板２上に新たに誘電体基板２４を設け、下部導体２１は誘電体基板２、２４に挟まれた面状に導体パターンにより形成し、上部導体２３は誘電体基板２４上でかつ誘電体基板２と反対側の面に導体パターンにより形成し、折り返し部２２を、誘電体基板２４を貫通するスルーホール等で形成して、下部導体２１と上部導体２３を電気的に接続するような構成としても良い。
【０１７０】
このような構成とすることで、多層基板を用いて指向性切替アンテナ装置を製作することができる。また、図２２に示すように、セラミック等の高誘電体材料で形成された誘電体ブロック２５上に、下部導体２１、折り返し部２２、上部導体２３をそれぞれパターンにより形成した構成としても良い。このような構成とすることで、アンテナ装置を非常に小型化することができる。さらに、誘電体ブロック２５上に無給電素子６、接地導体５もパターンにより形成することで、指向性切替機能を有する誘電体アンテナを製作することができる。
【０１７１】
（第５実施形態）
図２３に、本発明の実施形態の無線端末の概略構成図を示す。図２３において、無線端末１２は、データ通信および音声通話を行う周波数帯に設定された送受信部２６、制御部２７、アンテナ指向性切替部２８を含む構成である。
【０１７２】
以下、本発明の実施形態の無線端末の動作を説明する。例えば、屋内で無線端末を使用する際には、壁などの障害物によりマルチパス環境が発生することが想定される。このような状況下では、ダイバーシチ受信することによってマルチパス環境にも対応することができる。一般的なダイバーシチ受信としては、複数のアンテナを空間的に離して配置することで構成されるが、複数のアンテナを用いるとアンテナの実装面積が大きくなるばかりでなく、複数のアンテナを選択するためのアンテナスイッチを使用するため、アンテナスイッチの実装面積も必要となる。
【０１７３】
そこで、第１実施形態から第４実施形態で説明した指向性切替アンテナ装置１を用いることで、アンテナの実装面積は単体アンテナ相当に保ちながら、指向性ダイバーシチを行うことができる。この点について詳細に説明する。
【０１７４】
図２３において、無線端末１２は、指向性切替アンテナ１、送受信部２６、制御部２７、アンテナ指向性切替部２８で構成される。このような構成において、受信時には、指向性切替アンテナ１で受信された高周波信号は、送受信部２６にて周波数変換、復調され、制御部２７に伝送される。このとき、制御部２７では、指向性切替アンテナ１の指向性を切り替えた、それぞれの場合における受信電力をモニタし、受信電力のより大きいアンテナ指向性となるように、制御信号２９をアンテナ指向性切替部２８に送信する。アンテナ指向性切替部２８では制御部２７からの制御信号２９に基づいて、どちらの指向性のときに受信感度が良いか判定し、より受信感度の良い指向性となるように、指向性切替アンテナ１の指向性を切り替えるように制御信号３０を送信する。指向性切替アンテナ１は、制御信号３０によって所望の指向性となるように切り替えられる。一方、送信時には、制御部２７から伝送された信号を、送受信部２６にて、変調、周波数変換して、指向性切替アンテナ１から送信する。このとき、指向性切替アンテナ１の指向性は受信時に選択した指向性を使用する。
【０１７５】
以上のように、指向性切替アンテナ１、送受信部２６、制御部２７、アンテナ指向性切替部２８を用いて無線端末を構成することで、アンテナ１つでダイバーシチ受信を可能とするため、小型で高性能な無線端末を実現することが可能になるという作用を有する。
【０１７６】
なお、本実施形態では、送信時には指向性切替アンテナ１を受信時と同じ指向性で使用するとして説明したが、その限りではなく、受信時には指向性切替アンテナ１を用いてダイバーシチ受信を行い、送信時には指向性切替アンテナからの放射電磁界が、無線端末１２を使用するユーザ１１の方向を向かないように設定するようにしても良い。例えば、音声通話時には、送信時に指向性切替アンテナ１の指向性最大放射方向が、無線端末１２の背面方向に固定され、データ通信時には、送信時に指向性切替アンテナ１の指向性最大放射方向が、無線端末１２の天頂方向に固定されるような構成としても良い。
【０１７７】
また、本実施形態では、第１実施形態から第４実施形態で説明した指向性切替アンテナ装置１を用いた無線端末１２について説明したが、その限りではなく、アンテナの指向性を無線端末１２に対して天頂方向（表示部１３の表示面に対して水平方向で、かつ表示内容に対して上方向）と背面方向（表示部１３の表示面に対して反対方向）で約９０度切り替えることができれば、どのような構成のアンテナ装置を用いても良い。
【０１７８】
（第６実施形態）
図２４は、本発明の第６実施形態に係る指向性切替アンテナ装置の概略構成図であり、図２４（ａ）は斜視図、図２４（ｂ）はＡ−Ａ’における断面図である。図２４において、指向性切替アンテナ装置は、指向性切替アンテナ２０１、厚さｔの誘電体基板２０２、誘電体基板２０２上に配置された線状導体より成る長さＬの放射素子２０３、給電点２０４、誘電体基板２０２上でかつ放射素子２０３とは反対側の面に配置された接地導体２０５、誘電体基板２０２上の接地導体２０５と同一面上に配置され、放射素子２０３と平行でかつ接地導体２０５と電気的に絶縁して配置された長さＬｍ、幅Ｗｍの第１の金属導体２０６、は接地導体２０５と第１の金属導体２０６の間に配置されたスイッチ２０７ａ、接地導体２０５の第１の金属導体２０６側の先端部２０８、スイッチ２０７ａの短絡、開放を制御する制御回路２０９を含む構成である。
ここで、放射素子２０３、接地導体２０５、第１の金属導体２０６は、いずれも誘電体基板２０２上に、導体パターンにより形成されているものとして説明する。誘電体基板２０２上に形成することで、誘電率による波長の短縮効果の影響でアンテナを小型化することが可能になり、また安価で大量生産し易く、アンテナ特性も安定するという利点が得られる。
【０１７９】
以下、本発明の第６実施形態に係る指向性切替アンテナ装置の動作を説明する。給電点２０４より給電された高周波信号は、放射素子２０３より空間中に放射される。ここで、本実施形態では、放射素子２０３をダイポールアンテナ構成として説明する。図２５は、本発明の指向性の切替動作の原理を示す。
図２５（ａ）の（１）のように、放射素子２０３の下部に接地導体２０５が存在する場合、アンテナの指向性は、図２５（ｂ）の（１）のように、＋Ｚ方向に最大放射方向を持つ単指向性となる。次に図２５（ａ）の（２）のように、接地導体２０５が放射素子２０３に対して＋Ｘ方向の領域に存在しない場合、アンテナの指向性は、図２５（ｂ）の（２）のように、＋Ｘ方向に最大放射方向を持つ単指向性となる。さらに図２５（ａ）の（３）のように、第１の金属導体２０６が、接地導体２０５から電気的に絶縁した状態で、放射素子２０３に対して＋Ｘ方向に配置した場合も、第１の金属導体２０６の長さＬｍ、Ｗｍを適切に調整することで、アンテナの指向性は、図２５（ｂ）の（２）とほぼ同様で、＋Ｘ方向に最大放射方向を持つ単指向性となる。
よって、接地導体２０５と第１の金属導体２０６をスイッチ２０７ａで接続し、スイッチ２０７ａを短絡すれば、第１の金属導体２０６は接地導体２０５として動作して、図２５（ｂ）の（１）のように＋Ｚ方向に最大放射方向を持つ指向性となる。また、スイッチ２０７ａを開放すれば、第１の金属導体２０６は放射素子２０３に対する導波器として動作して、図２５（ｂ）の（３）のように＋Ｘ方向に最大放射方向を持つ指向性となる。このため、スイッチ２０７ａの切替によりアンテナの指向性を約９０度切り替えることができる。ここで、アンテナの指向性を切り替えるには、接地導体２０５、第１の金属導体２０６のサイズ、さらに放射素子２０３と接地導体２０５、第１の金属導体２０６の相対的な位置関係が重要となるが、この点について詳細に説明する。
【０１８０】
図２６の本発明の第６実施形態に係る指向性切替アンテナの構成の一例に示すように、放射素子２０３の長さをＬ、第１の金属導体２０６のＹ方向の長さをＬｍ、Ｘ方向の幅をＷｍ、放射素子２０３と接地導体２０５の第１の金属導体２０６側の先端部２０８とのＸ方向の間隔をＤ（＋Ｘ方向を正とする）、接地導体２０５と第１の金属導体２０６の間隔をｓｗとする。このとき、放射素子２０３から接地導体２０５の第１の金属導体２０６側の先端部２０８へのＸ方向の間隔Ｄが正の場合と、負の場合とではアンテナ装置の動作が異なるので、それぞれについて説明する。
【０１８１】
まず、間隔Ｄが正の場合について考える。図２６に示すように、放射素子２０３の下部には接地導体２０５が存在するため、スイッチ２０７ａを短絡させ第１の金属導体２０６を接地導体として動作させた場合は、そのまま＋Ｚ方向に最大放射方向を持つ単指向性となる。一方、スイッチ２０７ａを開放し第１の金属導体２０６を接地導体から切り離した場合に、アンテナの最大放射方向が＋Ｘ方向とするには、第１の金属導体２０６が放射素子２０３に対して導波器として動作するように、Ｌｍを設定することで実現できる。
【０１８２】
図２７は、本発明の第６実施形態に係る指向性切替アンテナにおける指向性である。図２７（ａ）は、誘電率３．８、厚さｔ＝０．５ｍｍ（０．０２λ）の誘電体基板２０２上に長さＬ＝１６．５ｍｍ（０．５４λ）の放射素子２０３を配置した状態で、間隔Ｄ＝２ｍｍ（０．０６λ）、第１の金属導体２０６の長さＬｍ＝１９ｍｍ（０．６２λ）、幅Ｗｍ＝２ｍｍ（０．０６λ）、接地導体２０５と第１の金属導体２０６の間隔ｓｗ＝１ｍｍ（０．０３λ）の場合において、スイッチ２０７ａ切り替え時の指向性を示す図である。
また、図２７（ｂ）は上記パラメータのうち、第１の金属導体２０６の長さＬｍをそれぞれ１３ｍｍ（０．４２λ）、２１ｍｍ（０．６８λ）としたときのスイッチ２０７ａ開放時の指向性を示す図である。図２７（ａ）より、第１の金属導体２０６の長さＬｍ＝１９ｍｍのときは、スイッチ２０７ａの切り替え動作によってアンテナの指向性が約９０度切り替えられており、導波器として動作するような長さに設定された第１の金属導体２０６によって、指向性切り替えが可能であることがわかる。一方、図２７（ｂ）より第１の金属導体２０６の長さＬｍを１３ｍｍ、２１ｍｍとしたときは、スイッチ２０７ａの開放時において、アンテナの最大放射方向が＋Ｘ方向を向いていないことが確認できる。
すなわち、第１の金属導体２０６の長さＬｍが１３ｍｍでは導波器として十分な動作をするには短すぎ、逆に第１の金属導体２０６の長さＬｍが２１ｍｍでは第１の金属導体２０６が反射器として動作してしまい、＋Ｘ方向への放射を抑圧していることがわかる。これは、第１の金属導体２０６を導波器として使用する際には、約０．４２λから０．６８λの範囲に設定する必要があることを示している。
【０１８３】
次に、間隔Ｄが負の場合について考える。図２８の本発明の第６実施形態に係る指向性切替アンテナの構成の一例に示すように、放射素子２０３の下部には接地導体２０５が存在しないため、スイッチ２０７ａを短絡したときに最大放射方向を＋Ｚ方向とするためには、第１の金属導体２０６が放射素子２０３の下部に存在するような構成とする必要がある。すなわち、接地導体２０５と第１の金属導体２０６の間隔ｓｗと第１の金属導体２０６の幅Ｗｍの和を、間隔Ｄよりも大きくすることで、放射素子２０３の下部に第１の金属導体２０６を配置することができる。
【０１８４】
図２９は、本発明の第６実施形態に係る指向性切替アンテナにおける指向性である。図２９（ａ）は誘電率３．８、厚さｔ＝０．５ｍｍ（０．０２λ）の誘電体基板２０２上に、長さＬ＝１６．５ｍｍ（０．５４λ）の放射素子２０３を配置した状態で、間隔Ｄ＝−２ｍｍ（−０．０６λ）、第１の金属導体２０６の長さＬｍ＝１９ｍｍ（０．６２λ）、幅Ｗｍ＝４ｍｍ（０．１２λ）、接地導体２０５と第１の金属導体２０６の間隔ｓｗ＝１ｍｍ（０．０３λ）の場合において、スイッチ２０７ａ切り替え時の指向性を示す図である。また、図２９（ｂ）は上記パラメータのうち、第１の金属導体２０６の長さＬｍを、放射素子２０３の長さＬより短い１０ｍｍ（０．３２λ）としたときのスイッチ短絡時の指向性を示す図である。
図２９（ａ）より、第１の金属導体２０６の長さＬｍが１９ｍｍのときは、スイッチ２０７ａの切り替え動作によって、アンテナの指向性が約９０度切り替えられていることがわかる。一方、図２９（ｂ）より第１の金属導体２０６の長さＬｍが放射素子２０３より短い１０ｍｍのときは、スイッチ２０７ａの短絡時において、アンテナの最大放射方向が＋Ｚ方向を向いていないことが確認できる。すなわち、第１の金属導体２０６の長さＬｍが放射素子２０３の長さＬに対して短いと、スイッチ２０７ａの短絡時に、第１の金属導体２０６が接地導体として十分に動作していないことがわかる。よって、第１の金属導体２０６の長さＬｍは、放射素子２０３の長さＬよりも長くすることが望ましい。
【０１８５】
ここで、音声通話およびデータ通信を行う際のユーザと無線端末の位置関係について詳細に説明する。図３０に、音声通話時における無線端末とユーザとの位置関係の一例を、図３１に、データ通信時における無線端末とユーザとの位置関係の一例示す。一般に、音声通話を行う際には、ユーザ２１０と無線端末１１の間には図３０に示すような位置関係が想定され、データ通信を行う際には、ユーザ２１０と無線端末２１１の間には図３１に示すような位置関係が想定される。
すなわち、音声通話時にはユーザ２１０は無線端末２１１を頭部側面に隣接させて使用し、データ通信時にはユーザ２１０は無線端末２１１の表示部２１２の表示内容を確認しながら操作部２１３を用いて操作するのが一般的である。そのため、無線端末２１１に備わるアンテナ装置の有する指向性としては、図３２に示すように、音声通話時にはアンテナ指向性の最大放射方向が無線端末２１１の背面方向（表示部２１２の表示面に対して反対方向）となり、データ通信時にはアンテナ指向性の最大放射方向が無線端末２１１の天頂方向（表示部２１２の表示面に対して水平方向で、かつ表示内容に対して上方向）となるよう切り替えられることが望ましい。
【０１８６】
このような指向性切替機能を無線端末２１１が有することで、アンテナからの放射電磁界がユーザ２１０の方向を向かないため、ＳＡＲの改善にもつながり、またアンテナ利得の向上も期待できる。よって、図３２における天頂方向がＸ方向、背面方向がＺ方向に対応するように、無線端末２１２内に指向性切替アンテナ２０１を配置することによって、音声通話時とデータ通信時でそれぞれ所望の指向性を得ることが可能となる。
【０１８７】
以上のように、誘電体基板２０２上に配置された放射素子２０３と、誘電体基板２０２上でかつ放射素子２０３とは反対側の面に配置された接地導体２０５と、誘電体基板２０２上の接地導体２０５と同一面上に配置され、放射素子２０３と平行でかつ接地導体２０５と電気的に絶縁して配置された第１の金属導体と、接地導体２０５と第１の金属導体２０６の間に配置されたスイッチ２０７ａとで構成され、さらに制御回路２１０を用いてスイッチ２０７ａの短絡、開放を切り替えることによって、アンテナの指向性を約９０度切り替えることができるため、無線端末の使用形態によって指向性を切り替えるアンテナを実現することが可能になるという作用を有する。
【０１８８】
さらに、本実施形態で示した指向性切替アンテナを用いて無線端末を構成することで、無線端末の使用形態に応じてアンテナの指向性を、切り替えて無線端末としての性能を向上させることができ、信頼性の高い無線通信システムを提供することが可能となる。
【０１８９】
なお、本実施形態では、放射素子２０３を導体パターンにより誘電体基板２０２上に形成しているとして説明したが、ワイヤ等の線状導体や板金加工により放射素子２０３を構成しても良い。
【０１９０】
また、本実施形態では、放射素子２０３を直線状のダイポール構成として説明しているが、その限りではなく、例えば、メアンダライン状に構成しても良い。
【０１９１】
また、本実施形態では、誘電体基板２０２上に放射素子２０３、接地導体２０５、第１の金属導体２０６が形成されているとしたが、誘電体基板２０２を必ずしも使用する必要はない。例えば、放射素子２０３、接地導体２０５、第１の金属導体２０６を板金加工により製作し、発泡材等を使用して書く構成要素を発泡材等に固定していっても良い。
【０１９２】
また、第１の金属導体２０６が、スイッチ２０７ａが開放状態において、導波器として作用するように長さが設定されているが、例えば、第１の金属導体２０６の長さを可変できる構成としておくことによって、導波器の持つリアクタンス成分を調整して、指向性を可変させることも可能である。
第１の金属導体２０６の長さを可変する方法としては、第１の金属導体２０６を長さ方向に対して複数の導体片に分割して、それぞれの間にスイッチ２０７ａを配置し、スイッチ２０７ａの短絡／開放によって長さを可変しても良いし、第１の金属導体２０６にバラクタダイオードなどの可変容量素子を付加し、制御電圧に応じて電気的に長さを調整するようにしても良い。
【０１９３】
また、本実施形態では、接地導体２０５、および第１の金属導体２０６を、誘電体基板２０２上でかつ放射素子２０３と反対側の面に導体パターンにより形成されているが、例えば、誘電体基板２０２上ではなく、誘電体基板２０２から一定の距離離れた無線端末２１１の筐体上に配置しても良い。このような構成とすることで、放射素子２０３と接地導体２０５の間隔を広く取ることができ、接地導体２０５が放射素子２０３の下部に存在する場合にアンテナの整合を合わせ易くなるという利点がある。
【０１９４】
また、第１の金属導体２０６の幅Ｗｍを変えることによって、スイッチ２０７ａ短絡時の指向性が変化することを利用して、スイッチ２０７ａを短絡、開放で切り替えたときのアンテナの指向性切替角度を調整することができる。例えば図３３の本発明の第６実施形態に係る指向性切替アンテナの構成を一例に示すように、第１の金属導体２０６をＸ軸方向に対して複数の導体片２１４に分割し、それぞれの導体片をスイッチ２０７ａで接続するような構成としても良い。
【０１９５】
（第７実施形態）
図３４は、本発明の第７実施形態に係る指向性切替アンテナの概略構成図である。図３４において、指向性切替アンテナは、ダイオードスイッチ２１５を含む構成である。その他の構成は、第６実施形態と同じであるため説明を省略する。
【０１９６】
以下、本発明の第７実施形態に係る指向性切替アンテナの動作を説明する。基本動作は第６実施形態で説明したとおりであるため説明を省略するが、図３４に示すように、接地導体２０５と第１の金属導体２０６との間を、ダイオードスイッチ２１５で複数箇所接続した構成とする。
このような構成とすることで、ダイオードスイッチ２１５を短絡させたときは、第１の金属導体２０６は接地導体２０５として動作して指向性が＋Ｚ方向となり、ダイオードスイッチ２１５を開放させたときは、第１の金属導体２０６は放射素子２０３に対する導波器として動作して、指向性が＋Ｘ方向となり、ダイオードスイッチ２１５の切替によりアンテナの指向性を約９０度切り替えることができる。しかし、このとき、ダイオードスイッチ２１５の実装位置によって指向特性に影響が出るため、この点について詳細に説明する。
【０１９７】
２個のダイオードスイッチ２１５を、給電点２０４から±Ｙ方向それぞれにｄ１、ｄ２だけずらして実装した場合について考える。図３５は、誘電率３．８、厚さｔ＝０．５ｍｍ（０．０２λ）の誘電体基板２０２上に、長さＬ＝１６．５ｍｍ（０．５４λ）の放射素子２０３を配置した状態で、第１の金属導体２０６の長さＬｍ＝１９ｍｍ（０．６２λ）、幅Ｗｍ＝４ｍｍ（０．１２λ）、接地導体２０５と第１の金属導体２０６の間隔ｓｗ＝１ｍｍ（０．０３λ）の場合において、ダイオードスイッチ２１５の実装位置をｄ１＝ｄ２＝ｄとして、ｄを変更したときのそれぞれのダイオードスイッチ２１５を短絡させた状態の指向性を示す図である。
図３５において、ｒｅｆは接地導体２０５と第１の金属導体２０６を理想的に全面電気的に接続した状態である。ｄ＝２ｍｍのときは、指向性が＋Ｚ方向を向いておらず、ダイオードスイッチ２１５を短絡させても、第１の金属導体２０６が接地導体２０５として動作していないことがわかる。しかし、ｄを大きくしてダイオードスイッチ２１５の実装位置がほぼ放射素子２０３の両端部の下部に相当するｄ＝７ｍｍとすると、指向性はｒｅｆとほぼ同等の特性となり、＋Ｚ方向に最大放射方向を持つ単指向性が得られていることが確認できる。
放射素子２０３の両端部は最も電位の高い場所であり、この位置付近で接地導体２０５と第１の金属導体２０６を電気的に接続することにより、理想的に全面電気的に接続した状態とほぼ等価となることから、ダイオードスイッチ２１５の実装位置を放射素子２０３の高電位箇所の下部にすることが望ましい。
【０１９８】
以上のように、接地導体２０５と第１の金属導体２０６の間にダイオードスイッチ２１５を２個配置し、さらにダイオードスイッチ２１５の実装位置を放射素子２０３の高電位付近に設定することで、スイッチの短絡、開放によりアンテナの指向性を約９０度切り替えることができるため、無線端末の仕様形態によって指向性を切り替えるアンテナを実現することが可能になるという作用を有する。
【０１９９】
さらに、本実施形態で示した指向性切替アンテナを用いて無線端末を構成することで、無線端末の使用形態に応じてアンテナの指向性を切り替えて、無線端末としての性能を向上させることができ、信頼性の高い無線通信システムを提供することが可能となる。
【０２００】
なお、本実施形態では、放射素子２０３を、導体パターンにより誘電体基板２０２上に形成しているとして説明したが、その限りではなく、ワイヤ等の線状導体や板金加工により放射素子２０３を構成しても良い。
【０２０１】
また、本実施形態では、放射素子２０３を直線状のダイポール構成として説明しているが、その限りではなく、例えば、メアンダライン状に構成しても良い。
【０２０２】
また、本実施形態では、誘電体基板２０２上に放射素子２０３、接地導体２０５、第１の金属導体２０６が形成されているとしたが、誘電体基板を必ずしも使用する必要はない。例えば放射素子２０３、接地導体２０５、第１の金属導体２０６を板金加工により製作し、発泡材等を使用して各構成要素を発泡材等に固定していっても良い。
【０２０３】
また、本実施形態では、接地導体２０５を、誘電体基板２０２上でかつ放射素子２０３と反対側の面に導体パターンにより形成しているが、例えば、誘電体基板２０２上ではなく、誘電体基板２０２から一定の距離を離れた無線端末２１１の筐体上に接地導体２０５を配置しても良い。このような構成とすることで、放射素子２０３と接地導体２０５の間隔を広く取ることができ、接地導体２０５が放射素子２０３の下部に存在する場合にアンテナの整合を合わせ易くなるという利点がある。
【０２０４】
また、本実施形態では、ダイオードスイッチ２１５をスイッチング素子として使用しているが、その限りではなく、ＦＥＴスイッチやＭＥＭＳ技術を用いたスイッチ等、その他のスイッチ回路を用いても良い。
【０２０５】
また、本実施形態では、２個のダイオードスイッチ２１５を放射素子２０３の長さ方向に対して対称となるように配置した場合について説明したが、ｄ１とｄ２をそれぞれ異なる長さで配置しても良い。図３６（ａ）に、ｄ１＝２ｍｍの状態において、ｄ２を２ｍｍ、７ｍｍとしたときの、それぞれのＸＹ面における指向性を示す。
図３６（ａ）からわかるように、ｄ１とｄ２の距離を変えることで、ＸＹ面における指向性を調整することができる。さらに、ダイオードスイッチ２１５の片方を短絡、もう一方を開放状態とすることによっても、ＸＹ面における指向性を調整することができる。図３６（ｂ）は、図３４において、ｄ１＝ｄ２＝７ｍｍとし、片方のダイオードスイッチ２１５を短絡し、もう一方を開放状態とした場合のＸＹ面内の指向性を示す図である。図３６（ｂ）より、片側のダイオードスイッチ２１５を開放とすることで、放射素子２０３の長さ方向に対して、電磁界が非対称となり、指向性の最大放射方向がＸＹ面内においてＸ軸方向からずれていることがわかる。これを利用して、指向性を３次元に調整することが可能となる。
【０２０６】
また、本実施形態では、ダイオードスイッチ２１５を２個用いた場合について説明したが、２個に限る必要はなく、２個以上の複数個を接地導体２０５と第１の金属導体２０６の間に配置する構成としても良いことは言うまでもない。スイッチの数を増すことで、ＸＹ面内における指向性の制御をより高精度に制御することが可能となる。
【０２０７】
また、第１の金属導体２０６の幅Ｗｍを変えることで、ダイオードスイッチ２１５を短絡、開放で切り替えたときのアンテナの指向性切替角度を調整することができる。例えば、第１の金属導体２０６をＸ軸方向に対して複数の導体片２１４に分割し、それぞれの導体片をスイッチ２０７ａで接続するような構成としても良い。
【０２０８】
（第８実施形態）
図３７は、第８実施形態に係る指向性切替アンテナの概略構成図であり、図３７（ａ）は斜視図、図３７（ｂ）は図３７（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。図３７において、第２の金属導体１２７は誘電体基板２０２上の接地導体２０５と同一面上に配置され、放射素子２０３と平行でかつ第１の金属導体２０６とＹ軸に対して対称となるように接地導体２０５と電気的に絶縁して配置された長さＬｍ、幅Ｗｍの第２の金属導体１２７、接地導体２０５の第２の金属導体１２７側の先端部１２８、接地導体２０５と第２の金属導体１２７の間に配置されたスイッチ２０７ｂを含む構成である。その他の構成は第６実施形態と同じであるため省略する。
【０２０９】
以下、本発明の第８実施形態に係る指向性切替アンテナ装置の動作を説明する。基本動作は第１実施形態で説明したとおりであるため省略するが、第２の金属導体１２７を接地導体２０５に対して、第１の金属導体とＹ軸対称となるように配置した構成とする。
【０２１０】
このとき、制御回路２０９を用いてスイッチ２０７ａ、２０７ｂを制御して指向性切替を行うが、この点について詳細に説明する。
図３８にスイッチ２０７ａ、２０７ｂの短絡／開放動作とアンテナ指向性との関係を示す。スイッチ２０７ａ、２０７ｂを両方短絡させた場合は、第１の金属導体２０６、第２の金属導体１２７は共に接地導体２０５の一部となるため、アンテナの指向性は図３７における＋Ｚ方向となる。次にスイッチ２０７ｂを短絡させ、スイッチ２０７ａを開放させると、第１の金属導体２０６は導波器、第２の金属導体１２７は接地導体２０５の一部として動作するため、アンテナの指向性は図３７における＋Ｘ方向となる。
次にスイッチ２０７ａを短絡させ、スイッチ２０７ｂを開放させると、第１の金属導体２０６は接地導体２０５の一部、第２の金属導体１２７は導波器として動作するため、アンテナの指向性は図３７における−Ｘ方向となる。また、スイッチ２０７ａ、２０７ｂを両方開放させた場合は、金属導体２０６、１２７が共に導波器として動作するが、アンテナの指向性としては、ほぼ無指向性の特性が得られる。
【０２１１】
以上のように、第１の金属導体２０６とＹ軸に対して対称となるように第２の金属導体１２７を設け、さらに制御回路２０９を用いて第１の金属導体２０６、第２の金属導体１２７を、スイッチ２０７ａ、２０７ｂの切り替え動作により、導波器と接地導体とで切り替えるように制御することによって、アンテナの指向性を±Ｘ方向と＋Ｚ方向に９０度ずつ切り替えることができるため、無線端末の使用形態によって、例えばデータ通信時に放射方向がユーザに向かうように無線端末が配置されていても、ユーザに向かう方向とは逆の±Ｘ方向を選択して、指向性を切り替えるアンテナ装置を実現することが可能になるという作用を有する。
【０２１２】
さらに、このような構成のアンテナを車に搭載することによって、例えば車の向きが変化しても、指向性を前後に切り替えることができるため、地上波デジタル放送などを受信することが可能になるという作用を有する。
【０２１３】
さらに、本実施形態で示した指向性切替アンテナを用いて無線端末を構成することで、無線端末の使用形態に応じてアンテナの指向性を切り替えて無線端末としての性能を向上させることができ、信頼性の高い無線通信システムを提供することが可能となる。
【０２１４】
なお、本実施形態では、放射素子２０３を導体パターンにより誘電体基板２０２上に形成しているとして説明したが、その限りではなく、ワイヤ等の線状導体や板金加工により放射素子２０３を構成しても良い。
【０２１５】
また、本実施形態では、放射素子２０３を直線状のダイポール構成として説明しているが、その限りではなく、例えば、メアンダライン状に構成しても良い。
【０２１６】
また、本実施形態では、誘電体基板２０２上に放射素子２０３、接地導体２０５、第１の金属導体２０６、第２の金属導体１２７が形成されているとしたが、誘電体基板を必ずしも使用する必要はない。例えば放射素子２０３、接地導体２０５、第１の金属導体２０６、第２の金属導体１２７を板金加工により製作し、発泡材等を使用して各構成要素を発泡材等に固定していっても良い。
【０２１７】
また、本実施形態では、接地導体２０５を誘電体基板２０２上でかつ放射素子２０３と反対側の面に導体パターンにより形成しているが、例えば、誘電体基板２０２上ではなく、誘電体基板２０２から一定の距離はなれた無線端末２１１の筐体上に接地導体２０５を配置しても良い。このような構成とすることで、放射素子２０３と接地導体２０５の間隔を広く取ることができ、接地導体２０５が放射素子２０３の下部に存在する場合に、アンテナの整合を合わせ易くなるという利点がある。
【０２１８】
また、本実施形態では、ダイオードスイッチ２１５をスイッチング素子として使用しているが、その限りではなく、ＦＥＴスイッチやＭＥＭＳ技術を用いたスイッチ等、その他のスイッチ回路を用いても良い。
【０２１９】
また、第１の金属導体２０６、第２の金属導体１２７は、スイッチ２０７ａ、２０７ｂが開放状態において導波器として作用するように長さが設定されているが、例えば、第１の金属導体２０６、第２の金属導体１２７の長さを可変できる構成としておくことによって、導波器の持つリアクタンス成分を調整して、指向性を可変させることも可能である。
第１の金属導体２０６、第２の金属導体１２７の長さを可変する方法としては、第１の金属導体２０６、第２の金属導体１２７を長さ方向に対して複数の導体片に分割して、それぞれの間にスイッチ２０７ａ、２０７ｂを配置し、スイッチ２０７ａ、２０７ｂの短絡／開放によって長さを可変しても良いし、第１の金属導体２０６、第２の金属導体１２７にバラクタダイオードなどの可変容量素子を付加し、制御電圧に応じて電気的に長さを調整するようにしても良い。
【０２２０】
また、第１の金属導体２０６、第２の金属導体１２７の幅Ｗｍを変えることによってスイッチ２０７ａ、２０７ｂ短絡時の指向性が変化することを利用して、スイッチ２０７ａ、２０７ｂを短絡、開放で切り替えたときのアンテナの指向性切替角度を調整することができる。
【０２２１】
（第９実施形態）
図３９は、第８実施形態に係る指向性切替アンテナの概略構成図であり、図３９（ａ）は斜視図、図３９（ｂ）は図３９（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。図３９において、指向性切替アンテナは、折り返し構造を有する放射素子２１６を含む構成である。その他の構成は第６実施形態と同じであるため省略する。
【０２２２】
以下、第９実施形態に係る指向性切替アンテナの動作を説明する。例えば、図２４において、放射素子２０３と接地導体２０５は、誘電体基板２０２の厚さｔ＝０．０１６λ離して配置されている。このように、放射素子２０３の極近傍に接地導体２０５を配置すると、放射素子２０３の入力インピーダンスが、接地導体２０５がない状態と比較して極端に小さくなってしまう。
【０２２３】
一方、放射素子２０３を放射素子２１６のような折り返し構成にすると、放射素子の入力インピーダンスを高くすることができる。例えば、図４０（ｂ）の２重折り返しダイポールの入力インピーダンスは、図４０（ａ）に示す一般的なダイポールアンテナの入力インピーダンスの４倍となり、図４０（ｃ）のような３重折り返しダイポールの入力インピーダンスは、一般的なダイポールアンテナの入力インピーダンスの８倍となる。そこで、図３９のように折り返し構造の放射素子２１６を用いることで給電点２０４でのアンテナの入力インピーダンスを高くすることができ、５０Ω系のマイクロストリップ線路や同軸線路との整合をとり易くなる。
【０２２４】
以上のように、放射素子２１６を折り返し構造とし、さらに制御回路２０９を用いてスイッチ２０７ａを切り替えることによって、アンテナの指向性を約９０度切り替えながら、アンテナの入力インピーダンスを高くして整合をとり易くすることができ、無線端末の使用形態によって指向性を切り替えるアンテナを実現することが可能になるという作用を有する。
【０２２５】
さらに、本実施形態で示した指向性切替アンテナを用いて無線端末を構成することで、無線端末の使用形態に応じてアンテナの指向性を切り替えて無線端末としての性能を向上させることができ、信頼性の高い無線通信システムを提供することが可能となる。
【０２２６】
なお、本実施形態では、放射素子２１６を導体パターンにより誘電体基板２０２上に形成しているが、その限りではなく、ワイヤ等の線状導体や板金加工により放射素子２０３を構成しても良い。
【０２２７】
また、本実施形態では、放射素子２１６を直線状のダイポール構成として説明しているが、その限りではなく、例えば、メアンダライン状に構成しても良い。
【０２２８】
また、本実施形態では、誘電体基板２０２上に放射素子２１６、接地導体２０５、第１の金属導体２０６が形成されているとしたが、誘電体基板を必ずしも使用する必要はない。例えば放射素子２１６、接地導体２０５、第１の金属導体２０６を板金加工により製作し、発泡材等を使用して各構成要素を発泡材等に固定していっても良い。
【０２２９】
また、本実施形態では、接地導体２０５を誘電体基板２０２上でかつ放射素子２１６と反対側の面に導体パターンにより形成しているが、例えば、誘電体基板２０２上ではなく、誘電体基板２０２から一定の距離はなれた無線端末２１１の筐体上に接地導体２０５を配置しても良い。このような構成とすることで、放射素子２１６と接地導体２０５の間隔を広く取ることができ、アンテナの整合を合わせ易くなるという利点がある。
【０２３０】
また、本実施形態では、放射素子２０３、２１６をＸＹ面上の２次元構造としているが、その限りではなく、例えば図４１（ａ）、（ｂ）のように、放射素子２０３、２１６の端部を折り返した構成としても良い。このような折り返し構成とすることで、アンテナ長を短くすることができ、アンテナの小型化が可能となる。
ここで、図４１（ａ）、（ｂ）のようなＹＺ面上に折り返されたアンテナの製作法について説明する。最も簡易に製作する方法としては、図４２に示すように、板金加工により製作できるが、このとき放射素子を構成する下部導体２１７、折り返し部２１８、上部導体２１９のすべてを一体的に板金加工により製作しても良いし、下部導体２１７は誘電体基板２０２上に導体パターンにより形成しておき、折り返し部２１８、上部導体２１９のみを板金加工により製作しても良い。
また、板金加工以外にも、例えば図４３に示すように、誘電体基板２０２上に第２の誘電体基板２２０を設け、下部導体２１７を誘電体基板２０２、２２０に挟まれた面状に導体パターンにより形成し、上部導体２１９を第２の誘電体基板２２０上でかつ誘電体基板２０２と反対側の面に導体パターンにより形成し、折り返し部２１８を、第２の誘電体基板２２０を貫通するスルーホール等で形成して、下部導体２１７と上部導体２１９を、電気的に接続するような構成としても良い。
このような構成とすることで、多層基板を用いて指向性切替アンテナを製作することができる。また、図４４に示すように、セラミック等の高誘電体材料で形成された誘電体ブロック２２１上に、下部導体２１７、折り返し部２１８、上部導体２１９をそれぞれパターンにより形成した構成としても良い。このような構成とすることで、アンテナを非常に小型化することができる。
【０２３１】
（第１０実施形態）
図４５は、本発明の実施形態の無線端末の概略構成図である。図４５において、無線端末は、データ通信および音声通話を行う周波数帯に設定された送受信部２２２、制御部２２３、アンテナ指向性切替部２２４を含む構成である。
【０２３２】
以下、本発明の第１０実施形態の無線端末の動作を説明する。例えば、屋内で無線端末を使用する際には、壁などの障害物によりマルチパス環境が発生することが想定される。このような状況下では、ダイバーシチ受信することによってマルチパス環境にも対応することができる。一般的なダイバーシチ受信としては、複数のアンテナを空間的に離して配置することで構成されるが、複数のアンテナを用いるとアンテナの実装面積が大きくなるばかりでなく、複数のアンテナを選択するためのアンテナスイッチを使用するため、アンテナスイッチの実装面積も増すこととなる。
【０２３３】
そこで、第６実施形態から第９実施形態で説明した指向性切替アンテナを用いることで、アンテナの実装面積は単体アンテナ相当に保ちながら、指向性ダイバーシチを行うことができる。この点について詳細に説明する。
【０２３４】
図４５において、無線端末２１１は、指向性切替アンテナ２０１、送受信部２２２、制御部２２３、アンテナ指向性切替部２２４で構成される。このような構成において、受信時には、指向性切替アンテナ２０１で受信された高周波信号は、送受信部２２２にて周波数変換、復調され、制御部２２３に伝送される。このとき、制御部２２３では、指向性切替アンテナ２０１の指向性を切り替えたそれぞれの場合における受信電力をモニタし、受信電力のより大きいアンテナ指向性となるように制御信号２２５をアンテナ指向性切替部２２４に送信する。
アンテナ指向性切替部２２４では制御部２２３からの制御信号２２５に基づいて、どちらの指向性のときに受信感度が良いか判定し、より受信感度の良い指向性となるように、指向性切替アンテナ２０１の指向性を切り替えるように制御信号２２６を送信する。指向性切替アンテナ２０１は、制御信号２２６によって所望の指向性となるように切り替えられる。一方、送信時には、制御部２２３から伝送された信号を送受信部２２２にて変調、周波数変換して、指向性切替アンテナ２０１から送信する。このとき、指向性切替アンテナ２０１の指向性は受信時に選択した指向性を使用する。
【０２３５】
以上のように、指向性切替アンテナ２０１、送受信部２２２、制御部２２３、アンテナ指向性切替部２２４を用いて無線端末を構成することで、アンテナ１つでダイバーシチ受信を可能とするため、小型で高性能な無線端末を実現することが可能になるという作用を有する。
【０２３６】
なお、本実施形態では、送信時には指向性切替アンテナ２０１を受信時と同じ指向性で使用するとして説明したが、その限りではなく、受信時には指向性切替アンテナ２０１を用いてダイバーシチ受信を行い、送信時には指向性切替アンテナからの放射電磁界が、無線端末２１１を使用するユーザ２１０の方向を向かないように設定するようにしても良い。例えば、音声通話時には、送信時に指向性切替アンテナ２０１の指向性最大放射方向が、無線端末２１１の背面方向に固定され、データ通信時には、送信時に指向性切替アンテナ２０１の指向性最大放射方向が、無線端末２１１の天頂方向に固定されるような構成としても良い。
【０２３７】
また、本実施形態では、第６実施形態から第９実施形態で説明した指向性切替アンテナ２０１を用いた無線端末２１１について説明したが、その限りではなく、アンテナの指向性を無線端末２１１に対して天頂方向（表示部２１２の表示面に対して水平方向で、かつ表示内容に対して上方向）と背面方向（表示部２１２の表示面に対して反対方向）で約９０度切り替えることができれば、どのような構成のアンテナを用いても良い。
【０２３８】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2004年10月1日出願の日本特許出願（特願2004−290063）、2004年10月1日出願の日本特許出願（特願2004−290143）、に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２３９】
本発明のアンテナ装置およびそのアンテナ装置を用いた無線端末によれば、スイッチの短絡／開放によってアンテナの指向性を背面方向／天頂方向に切り替えることができるという効果を有し、音声通話やデータ通信など、様々な使用形態が想定される無線端末に適用して高品質な通信を行うことができるアンテナとして有用である。また、ダイバーシチ受信が必要な無線端末やＰＣ等の情報端末にも有用である。
【０２４０】
また、本発明のアンテナ装置およびそのアンテナ装置を用いた端末によれば、スイッチの短絡／開放によってアンテナの指向性を３方向に切り替えることができるという効果を有し、車載用地上波デジタル放送受信などに対しても高品質な通信を行うことができるアンテナとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【０２４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナの概略構成図
【図２】本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナの指向性切替動作の原理
【図３】（ａ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナにおけるＧ＝Ｄのときの断面構成図 （ｂ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、Ｇ＝Ｄのときのスイッチ切替時の指向性
【図４】（ａ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、Ｇ≦０のときの断面構成図 （ｂ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、Ｇ≦０のときのスイッチ短絡時の指向性
【図５】（ａ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、Ｇ＝Ｄ／４のときの断面構成図 （ｂ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、Ｇ＝Ｄ／４のときのスイッチ切替時の指向性
【図６】（ａ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、Ｇ＝Ｄ／２のときの断面構成図 （ｂ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、Ｇ＝Ｄ／２のときのスイッチ切替時の指向性
【図７】（ａ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、Ｇ＝３／４×Ｄのときの断面構成図 （ｂ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、Ｇ＝３／４×Ｄのときのスイッチ切替時の指向性
【図８】（ａ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、Ｇ＝１９／２０×Ｄのときの断面構成図 （ｂ）本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、Ｇ＝１９／２０×Ｄのときのスイッチ切替時の指向性
【図９】本発明の第１実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、０≦Ｇ＜Ｄのときのスイッチ切替時の最大放射方向切替角度
【図１０】音声通話時における無線端末とユーザとの位置関係の一例を示す図
【図１１】データ通信時における無線端末とユーザとの位置関係の一例を示す図
【図１２】音声通話時、データ通信時それぞれにおけるアンテナの放射指向性の一例を示す図
【図１３】本発明の第２実施形態に係る指向性切替アンテナの概略構成図
【図１４】本発明の第２実施形態に係る指向性切替アンテナの概略構成図
【図１５】本発明の第３実施形態に係る指向性切替アンテナの概略構成図
【図１６】本発明の第３実施形態に係るスイッチの切り替え動作とアンテナ指向性の関係を示す図
【図１７】本発明の第４実施形態に係る指向性切替アンテナの概略構成図
【図１８】本発明の第４実施形態に係るＸＹ面に折り返し構造を有する放射素子の構成例を示す図
【図１９】本発明の第４実施形態に係るＹＺ面に折り返し構造を有する放射素子の構成例を示す図
【図２０】本発明の第４実施形態に係る折り返し構造を有する放射素子を用いた指向性切替アンテナの概略構成図
【図２１】本発明の第４実施形態に係る多層構造の誘電体基板を用いた指向性切替アンテナの概略構成図
【図２２】本発明の第４実施形態に係る誘電体ブロックを用いた指向性切替アンテナの概略構成図
【図２３】本発明の第５実施形態に係る無線端末の概略構成図
【図２４】本発明の第６実施形態に係る指向性切替アンテナの概略構成図
【図２５】本発明の第６実施形態に係る指向性切替アンテナの指向性切替動作の原理
【図２６】本発明の第６実施形態に係る指向性切替アンテナの構成の一例を示す図
【図２７】（ａ）本発明の第６実施形態に係る指向性切替アンテナにおけるスイッチ切替時の指向性 （ｂ）本発明の第６実施形態に係る指向性切替アンテナにおける第１の金属導体の長さを変えたときの指向性の一例を示す図
【図２８】本発明の第６実施形態に係る指向性切替アンテナの構成の一例を示す図
【図２９】（ａ）本発明の第６実施形態に係る指向性切替アンテナにおけるスイッチ切替時の指向性 （ｂ）本発明の第６実施形態に係る指向性切替アンテナにおける第１の金属導体の長さを変えたときの指向性の一例を示す図
【図３０】音声通話時における無線端末とユーザとの位置関係の一例を示す図
【図３１】データ通信時における無線端末とユーザとの位置関係の一例を示す図
【図３２】データ通信時、音声通話時のそれぞれにおけるアンテナの放射指向性の一例を示す図
【図３３】本発明の第６実施形態に係る指向性切替アンテナの構成の一例を示す図
【図３４】本発明の第７実施形態に係る指向性切替アンテナの概略構成図
【図３５】本発明の第７実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、放射素子の長さ方向に対称に配置したスイッチの指向性
【図３６】本発明の第７実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、放射素子の長さ方向に非対称に配置したスイッチの指向性
【図３７】本発明の第８実施形態に係る指向性切替アンテナの概略構成図
【図３８】本発明の第８実施形態に係るスイッチの切替動作とアンテナ指向性の関係を示す図
【図３９】本発明の第９実施形態に係る指向性切替アンテナの概略構成図
【図４０】本発明の第９実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、ＸＹ面に折り返し構造を有する放射素子の構成例を示す図
【図４１】本発明の第９実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、ＹＺ面に折り返し構造を有する放射素子の構成例を示す図
【図４２】本発明の第９実施形態に係る指向性切替アンテナにおける、ＹＺ面に折り返し構造を有する放射素子を用いた指向性切替アンテナの概略構成図
【図４３】本発明の第９実施形態に係る多層構造の誘電体基板を用いた指向性切替アンテナの概略構成図
【図４４】本発明の第９実施形態に係る誘電体ブロックを用いた指向性切替アンテナの概略構成図
【図４５】本発明の第１０実施形態に係る無線端末の概略構成図
【図４６】特許文献１の従来の指向性切替アンテナの概略構成図
【図４７】特許文献２の従来の指向性切替アンテナの概略構成図
【図４８】特許文献３の従来の指向性切替アンテナの概略構成図
【図４９】特許文献３の従来の指向性切替アンテナの指向性
【図５０】特許文献４の従来の指向性切替アンテナの概略構成図
【図５１】特許文献４の従来の指向性切替アンテナの指向性
【符号の説明】
【０２４２】
１ 指向性切替アンテナ
２ 誘電体基板
３ 放射素子
４ 給電点
５ 第１の接地導体
６ 無給電素子
７ スイッチ
８ 第２の接地導体
９ 先端部
１０ 制御回路
１１ ユーザ
１２ 無線端末
１３ 表示部
１４ 操作部
１５ 補助素子
１６ 反射器
１７ 無給電素子
１８ スイッチ
１９ 先端部
２０ 放射素子
２１ 下部導体
２２ 折り返し部
２３ 上部導体
２４ 誘電体基板
２５ 誘電体ブロック
２６ 送受信部
２７ 制御部
２８ アンテナ指向性切替部
２９、３０ 制御信号
１０１ 無給電素子
１０２ 給電素子
１０３ 補助素子
１０４ 制御素子
１１１ 地板
１１２ アンテナ素子
１１３〜１１６ 無給電素子
１１７〜１２０ 誘電体基板
２０１ 指向性切替アンテナ
２０２ 誘電体基板
２０３ 放射素子
２０４ 給電点
２０５ 接地導体
２０６ 第一の金属導体
２０７ａ、ｂ スイッチ
２０８ 先端部
２０９ 制御回路
２１０ ユーザ
２１１ 無線端末
２１２ 表示部
２１３ 操作部
２１４ 導体片
２１５ ダイオードスイッチ
２１６ 放射素子
２１７ 下部導体
２１８ 折り返し部
２１９ 上部導体
２２０ 誘電体基板
２２１ 誘電体ブロック
２２２ 送受信部
２２３ 制御部
２２４ アンテナ指向性切替部
２２５、２２６ 制御信号
２２７ 第二の金属導体
３０１ アンテナエレメント
３０２ マッチング回路
３０３ 受信回路
３０４ 受信電界強度比較器
３０５ 制御回路
３０６、３０７ アース金属導体
３０８ 高周波スイッチ
３１１ アンテナ
３１２ アンテナエレメント
３１３、３１４ アンテナリフレクタ
３１５ モールド

Claims (20)

1. 第１の面に配置された線状の放射素子と、
   前記放射素子と平行に、前記第１の面に配置された第１の無給電素子と、
   第１の面に配置された第１の接地導体と、
   前記第１の無給電素子の両端それぞれと前記第１の接地導体とを接続する第１のスイッチと、
   前記第１の面に対向する第２の面に配置された第２の接地導体と、
   前記スイッチの短絡／開放を制御する制御手段と、を備えるアンテナ装置であって、
   前記第１の接地導体の一部は、前記放射素子を挟んで前記第１の無給電素子の反対側に、前記放射素子と平行に配置され、
   前記第２の接地導体は、前記放射素子に対向するように配置され、前記第２の接地導体の端部は、前記放射素子と前記第１の無給電素子によって挟まれる領域に対向しているアンテナ装置。
2. 第１の面に配置された線状の放射素子と、
   前記放射素子と平行に、前記第１の面に配置された線状の第１の無給電素子と、
   前記第１の無給電素子の長手方向延長線上の両側に配置された線状の補助素子と、
   前記第１の面に配置された第１の接地導体と、
   前記第１の無給電素子の両端と前記補助素子とをそれぞれ接続する第１のスイッチと、
   前記第１の面に対向する第２の面に配置された第２の接地導体と、
   前記スイッチの短絡／開放を制御する制御手段と、を備えるアンテナ装置であって、
   前記第１の接地導体は、前記放射素子を挟んで前記第１の無給電素子の反対側に、前記放射素子と平行に配置され、
   前記第２の接地導体は、前記放射素子に対向するように配置され、前記第２の接地導体の端部は、前記放射素子と前記第１の無給電素子によって挟まれる領域に対向しているアンテナ装置。
3. 第１の面に配置された線状の放射素子と、
   前記放射素子と平行に、前記第１の面に配置された線状の第１の無給電素子と、
   前記放射素子を挟んで前記第１の無給電素子の反対側の前記第１の面に、前記放射素子と平行に配置された線状の第２の無給電素子と、
   前記第１、第２の無給電素子の長手方向延長線上の両側に配置された線状の補助素子と、
   前記第１、第２の無給電素子の両端と、前記第１、第２の無給電素子それぞれの両端に配置された前記補助素子とを、それぞれ接続する第１、第２のスイッチと、
   前記第１の面に対向する第２の面に配置された第２の接地導体と、
   前記スイッチの短絡／開放を制御する制御手段と、を備えるアンテナ装置であって、
   前記第２の接地導体は、前記放射素子に対向するように配置され、前記第２の接地導体の一端部は、前記放射素子と前記第１の無給電素子によって挟まれる領域に対向し、前記第２の接地導体の別の端部は、前記放射素子と前記第２の無給電素子によって挟まれる領域に対向しているアンテナ装置。
4. 請求項１から３いずれかに記載のアンテナ装置であって、
   前記第１の平面と前記第２の平面とが配置される第１の基板を備えるアンテナ装置
5. 請求項１から４いずれかに記載のアンテナ装置であって、
   前記無給電素子は、前記スイッチを開放する場合に、前記放射素子に対する導波器になるアンテナ装置。
6. 請求項２から５いずれかに記載のアンテナ装置であって、
   前記無給電素子と前記補助素子は、前記スイッチを短絡する場合に、前記放射素子に対する反射器になるアンテナ装置。
7. 請求項１から６いずれかに記載のアンテナ装置であって、
   前記無給電素子は、リアクタンスが可変であるアンテナ装置。
8. 請求項４から７いずれかに記載のアンテナ装置であって、
   前記放射素子と前記第２の接地導体は、前記放射素子と前記第２の接地導体の間隔が前記第１の基板の厚さよりも大きくなるよう配置されたアンテナ装置。
9. 第１の基板と、
   前記第１の基板の一方の面である第１の面に配置された線状の放射素子と、
   前記第１の基板のもう一方の面である第２の面に配置された接地導体と、
   前記放射素子と平行に、前記第２の面上に前記接地導体と電気的に絶縁して配置された第１の導体と、
   前記接地導体と前記導体とを接続する第１のスイッチと、
   前記スイッチの短絡／開放を制御する制御手段と、
   を備えるアンテナ装置であって、
   前記接地導体と前記導体の一方は、前記放射素子に対向して配置されるアンテナ装置。
10. 請求項９記載のアンテナ装置であって、
    前記第１の導体と前記接地導体に対して対称な位置に配置された第２の導体と、
    前記接地導体と前記第２の導体とを接続する第２のスイッチと、
    を、更に、備えるアンテナ装置であって、
    前記接地導体が、前記放射素子に対向して配置されるアンテナ装置。
11. 請求項９から１０いずれかに記載のアンテナ装置であって、
    前記導体は、リアクタンスが可変であるアンテナ装置。
12. 請求項９から１０いずれかに記載のアンテナ装置であって、
    前記導体は、前記導体の幅方向に分割された複数の導体片と、前記複数の導体片を接続する第３のスイッチと、を含んで構成されるアンテナ装置。
13. 請求項９から１２いずれかに記載のアンテナ装置であって、
    前記第１のスイッチは、前記接地導体と前記金属導体とを複数箇所で接続する複数のスイッチで構成されるアンテナ装置。
14. 請求項１３に記載のアンテナ装置であって、
    前記第３のスイッチは、前記放射素子上の電圧最大位置付近に対向する位置にある、前記接地導体と前記金属導体とを接続するアンテナ装置。
15. 請求項４から１４いずれかに記載のアンテナ装置であって、
    前記放射素子は、前記基板に対して垂直方向に折り返し構造を有するダイポール構成であって、前記第１の基板上に配置された下部導体と、前記下部導体の両端部それぞれから第１の基板に対して垂直方向に配置された折り返し部と、前記折り返し部の端部間を接続するよう配置された上部導体と、を含んで構成されるアンテナ装置。
16. 請求項１５記載のアンテナ装置であって、
    前記第１の基板の上部に第２の基板を備え、
    前記下部導体は、前記第１、第２の基板間に狭設され、前記折り返し部は、前記第２の基板を貫通して配置され、前記上部導体は、前記第２の基板上に配置されたアンテナ装置。
17. 請求項１５記載のアンテナ装置であって、
    前記第１の基板の上部に誘電体ブロックを備え、
    前記下部導体、前記折り返し部および前記上部導体は、誘電体ブロックの表面上及び／または内部に配置されたアンテナ装置。
18. 請求項１から１７いずれかに記載のアンテナ装置と、前記アンテナ装置により電波を送受信する送受信部と、前記アンテナ装置の指向性を切り替えるアンテナ指向性切替部と、各部の制御を行う制御部と、を備える無線端末であって、
    前記制御部は、前記アンテナ指向性切替部に前記アンテナ装置の指向性を切り替えさせて、前記送受信部に電波を受信させ、検出した電波の強度に基づいて、より良い受信感度と判定した指向性状態の前記アンテナ装置により、送受信させるよう前記アンテナ指向性切替部と前記送受信部とを制御する無線端末。
19. 請求項１８記載の無線端末であって、
    前記制御部は、受信状態では前記アンテナ装置にダイバーシチ受信させ、送信状態では受信状態に使用した指向性状態で前記アンテナ装置から送信させるよう制御する無線端末。
20. 請求項１８記載の無線端末であって、
    前記制御部は、受信状態では前記アンテナ装置にダイバーシチ受信させ、送信状態では前記アンテナ装置の最大放射方向が、当該無線端末から当該無線端末使用者に向かう方向と反対方向となる指向性状態で、前記アンテナ装置から送信させるよう制御する無線端末。

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