JP5212949B2

JP5212949B2 - 小型可変ビームマイクロ波アンテナ

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Publication number: JP5212949B2
Application number: JP2009203147A
Authority: JP
Inventors: 由隆青木; 昭斉藤; 和彦本城
Original assignee: THE UNIVERSITY OF ELECTRO-COMUNICATINS; Casio Computer Co Ltd
Current assignee: THE UNIVERSITY OF ELECTRO-COMUNICATINS; Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2029-09-02
Also published as: JP2011055306A; US20110212697A1; WO2011027582A1; US8717253B2

Description

本発明は、指向性を調整可能な小型可変ビームマイクロ波アンテナに関する。

高速伝送技術としてＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）技術が注目されている。ＭＩＭＯでは、複数のアンテナがそれぞれ異なった空間伝搬路を確保することにより通信チャネル容量を拡大する。このため、それぞれのアンテナが別の方向に指向性を有することが求められている。

ＭＩＭＯ用に、異なる指向性を有する複数のアンテナを備えるアンテナ装置の一例が特許文献１に開示されている。このアンテナ装置は、アレーアンテナを、アダクティブアレーアンテナビームフォーミングすることによって指向性を制御する小型可変ビームマイクロ波アンテナから構成されている。この例のように、通常、ＭＩＭＯ用のアンテナ装置は、個別に構成されたアンテナを複数並べて構成されている。

特開２００５−０８６５１８号公報

複数のアンテナを並べて配置する場合、アンテナを近づけすぎると、干渉が起こるがその悪影響を避けることができず、所望の特性を得ることができなくなる。このため、従来のＭＩＭＯシステム用のアンテナ装置では、複数のアンテナが比較的大きな間隔を置いて配置されており、大型であった。このため、アンテナ装置を含むＭＩＭＯシステム全体も大きかった。

本発明によれば、複数のアンテナ導体を近接して起こる干渉を制御することで、放射パターンが制御できる小型可変ビームマイクロ波アンテナを提供することができる。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る小型可変ビームマイクロ波アンテナは、
アンテナ導体と、
前記アンテナ導体が放出する電波を遮断・反射するエレクトロマグネティック・バンド・ギャップ導体と、
前記エレクトロマグネティック・バンド・ギャップ導体と基準電位部とを接続する可変リアクタンス素子と、
前記可変リアクタンス素子のリアクタンスを調整する調整回路と、
を備え、
前記アンテナ導体は複数個配置されており、隣り合った２つの前記アンテナ導体の間に、前記エレクトロマグネティック・バンド・ギャップ導体が配置されている、
ことを特徴とする。

例えば、前記エレクトロマグネティック・バンド・ギャップ導体は、前記アンテナ導体の電波の主伝搬方向に配置されてもよい。

例えば、前記アンテナ導体は、長方形の平板状である。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る小型可変ビームマイクロ波アンテナは、
アンテナ導体と、
前記アンテナ導体が放出する電波を遮断・反射するエレクトロマグネティック・バンド・ギャップ導体と、
前記エレクトロマグネティック・バンド・ギャップ導体と基準電位部とを接続する可変リアクタンス素子と、
前記可変リアクタンス素子のリアクタンスを調整する調整回路と、
第１の誘電体板と、
を備え、
前記アンテナ導体と前記エレクトロマグネティック・バンド・ギャップ導体は、前記第１の誘電体板上に形成される、
ことを特徴とする。

例えば、第２の誘電体板をさらに備え、
前記調整回路は前記第２の誘電体板の一方の面に形成されてもよい。

例えば、入力されたアナログ信号を高周波電圧に重畳させて前記アンテナ導体に印加し、前記アンテナ導体が受信した電波からアナログ信号を検波する高周波回路を、前記第２の誘電体板の一方の面に、更に備えてもよい。

例えば、前記高周波回路は、スロット結合または誘導結合によって、前記アンテナ導体と接続されている。

例えば、前記高周波回路から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力し、入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換する変換回路を、前記第２の誘電体板の一方の面に、更に備えてもよい。

例えば、前記第１の誘電体板の他方の面と、前記第２の誘電体板の一方の面と、を接続する、絶縁体からなる絶縁層と、
前記絶縁層を貫通する配線導体によって前記変換回路と接続され、前記第１の誘電体板の一方の面に配置される外部端子と、
を更に備えてもよい。

例えば、前記第１の誘電体板は一方の面に、絶縁体からなる保護層を配置し、
前記外部端子は、前記保護層を貫通し、一端部が前記変換回路と接続され、他端部が表面実装用の端子に接続されてもよい。

例えば、前記アンテナ導体の面方向に導電体が配置されないようにしてもよい。

本発明によれば、複数のアンテナ導体が近接して配置された、小型可変ビームマイクロ波アンテナを提供することができる。

本発明の実施形態に係る小型可変ビームマイクロ波アンテナの構成を示す図である。図１の小型可変ビームマイクロ波アンテナの指向性の角度を説明する図である。図１の小型可変ビームマイクロ波アンテナの指向性の角度を説明する図である。図１の小型可変ビームマイクロ波アンテナの５．０ＧＨｚの電波の指向性を示す図である。図１の小型可変ビームマイクロ波アンテナを実装した例を示す図である。図５の小型可変ビームマイクロ波アンテナの５．０ＧＨｚの電波の指向性を示す図である。図５の小型可変ビームマイクロ波アンテナの電波送信処理を示すフローチャートである。図５の小型可変ビームマイクロ波アンテナの、バラクタダイオードの印加電圧と指向性との関係の例を示す図である。図５の小型可変ビームマイクロ波アンテナの電波受信処理を示すフローチャートである。図５の小型可変ビームマイクロ波アンテナの実装例を示す図である。図２の小型可変ビームマイクロ波アンテナの応用例を示す図である。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１に係る小型可変ビームマイクロ波アンテナ１を説明する。

小型可変ビームマイクロ波アンテナ１は、図１に示すように、アンテナ導体１００ａ，１００ｂと、接続パッド１１０ａ，１１０ｂと、ＥＢＧ（ＥＢＧ：Electromagnetic Band Gap）導体１２０と、可変リアクタンス素子１３０と、調整部１５０と、接地部１６０と、基板１７０と、から構成されている。

アンテナ導体１００ａとアンテナ導体１００ｂとは長方形の導体平板から構成されている。アンテナ導体１００ａとアンテナ導体１００ｂとは、同一平面（即ち、基板１７０の一主面）に、長手方向に平行にして配置されている。
なお、アンテナ導体１００ａ，１００ｂは、特に５ＧＨｚで利得がピークとなるようにサイズ及び形状が調整されている。

接続パッド１１０ａと接続パッド１１０ｂとは、基板１７０の一面に、外部回路に接続可能に形成されている。アンテナ導体１００ａ，１００ｂの一端部は、給電点１０５ａ，１０５ｂとして動作する。アンテナ導体１００ａの給電点１０５ａは、給電線により、接続パッド１１０ａに接続されている。また、アンテナ導体１００ｂの給電点１０５ｂは、給電線により、接続パッド１１０ｂに接続されている。アンテナ導体１００ａ，１００ｂは、接続パッド１１０ａ，１１０ｂ及び給電線を介して給電点１０５ａ，１０５ｂに供給された送信信号を電波として空間に放射し、また、受信した電波を電気信号に変換して給電点１０５ａ，１０５ｂから給電線を介して接続パッド１１０ａ，１１０ｂに伝送する。

ＥＢＧ導体１２０は、基板１７０の一面に、アンテナ導体１００ａ，１００ｂの間、その軸がアンテナ導体１００ａ，１００ｂが位置する面と同一面上に位置するように配置されている。また、アンテナ導体１００ａと１００ｂ及びＥＢＧ導体１２０の長手方向とは互いに平行に設定されている。
ＥＢＧ導体１２０は、細い部分と太い部分が周期的に繰り返される導体平板で、インダクタンスとキャパシタンスとから構成されるフィルタが直列に接続される等価回路で表現できる。ここで、アンテナ導体１００ａ，１００ｂの送受信する電磁波でＥＢＧ導体１２０には電流が誘起され、その電流により放射される電磁波とアンテナ導体１００ａ，１００ｂの送受信する電磁波が干渉して、伝播の方向により強めあったり弱めあったりすることにより、アンテナ導体１００ａ，１００ｂの指向性を変化させる。

なお、アンテナ導体１００ａ，１００ｂの指向性は、ＥＢＧ導体１２０に関して対称に配置されているため、左右が反転したパターンとなる。したがって、アンテナ導体１００ａとＥＢＧ導体１２０の干渉パターンは、アンテナ導体１００ａ側（図２の左側）のみに強く放射し、アンテナ導体１００ｂとＥＢＧ導体１２０の干渉パターンは、アンテナ導体１００ｂ側（図２の右側）のみに強く放射するようになるため、２つのアンテナが強く放射する方向が異なった方向となる。

また、ＥＢＧ導体１２０は、アンテナ導体１００ａの放射する電波に関して、アンテナ導体１００ｂ側への放射を抑制するため、アンテナ導体１００ａとアンテナ導体１００ｂへの干渉は抑止され、アンテナ導体１００ａ，１００ｂはＥＢＧ導体１２０を挟んで近接することができる。

可変リアクタンス素子１３０は、調整部１５０の制御によって自身のリアクタンスが変化する素子であり、一端がＥＢＧ導体１２０の一端部に接続され、他端部は接地部１６０に接地されている。可変リアクタンス素子１３０は、例えば、バラクタダイオードやオペアンプ回路を含むリアクタンス回路から構成される。

可変リアクタンス素子１３０のリアクタンスが変化することにより、ＥＢＧ導体１２０と可変リアクタンス素子１３０との直列回路のリアクタンス、即ち、ＥＢＧ導体１２０の見かけのリアクタンスが変化する。

調整部１５０は、例えば、ユーザの操作に従って、可変リアクタンス素子１３０に加える制御電圧を制御することにより、可変リアクタンス素子１３０のリアクタンスを調整する。

接地部１６０は、導体板から構成され、接地されている。

基板１７０は、誘電体板から構成された絶縁性基板から構成される。

次に、上記構成を有する小型可変ビームマイクロ波アンテナ１の動作を説明する。
小型可変ビームマイクロ波アンテナ１を送信用アンテナとして使用する場合、異なる送信対象信号を所望の周波数の搬送波にそれぞれ重畳させて、接続パッド１１０ａ，１１０ｂを介してアンテナ導体１００ａ，１００ｂの給電点１０５ａ，１０５ｂに供給する。これにより、アンテナ導体１００ａ，１００ｂの両方から、所望の周波数帯の異なる送信対象信号がそれぞれ異なる指向性を有する方向に放射される。このように送信される信号はそれぞれ異なった伝播路を通るので相関が小さくなる。

一方、小型可変ビームマイクロ波アンテナ１を受信用アンテナとして使用する場合、アンテナ導体１００ａは、２つの異なる信号が混ざり合った信号を受信し給電点１０５ａを介して接続パッド１１０ａに供給し、また、アンテナ導体１００ｂは、２つの異なる信号が別の形で混ざり合った信号を、給電点１０５ｂを介して接続パッド１１０ｂに供給する。一般に、入射する方向が異なるのは、伝播路の途中の散乱が異なることに相当し、方向が異なる電波は異なった伝播経路を有しており異なった伝達係数を有する。ここで２つのアンテナは強く受信する方向が異なるので、２つの異なる信号の混ざり合い方は大きく異なる。このように混ざり合い方が異なる信号は分離することができるため、２つの異なるデータは混信なく復元される。この場合も入射する信号が強い方向を選んだ方が有利であるため、強く受信する方向が異なることに加え、各々の方向で信号強度が強い方向に方向を微調整できるとさらに有効となる。

また、可変リアクタンス素子１３０は、調整部１５０によって調整されたリアクタンスを有する。このとき、アンテナ導体１００ａ，１００ｂの特性自体は変化しないが、小型可変ビームマイクロ波アンテナ１の特性、特に、指向性は、ＥＢＧ導体１２０のリアクタンスと可変リアクタンス素子１３０のリアクタンスとの合成リアクタンスに対応する指向性を有する。調整部１５０によって可変リアクタンス素子１３０のリアクタンスが変化すると、合成リアクタンスが変化し、小型可変ビームマイクロ波アンテナ１の指向性も変化する。

次に、小型可変ビームマイクロ波アンテナ１の指向性を図２〜図４を参照して説明する。

ここで、図２に示すように、小型可変ビームマイクロ波アンテナ１に、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標を設定した。図３はそのＹ方向から見たＸ−Ｚ平面上における、角度θ１，θ２（°）についての説明図である。
また、小型可変ビームマイクロ波アンテナ１のＸ−Ｚ平面上での、小型可変ビームマイクロ波アンテナ１のアレイファクタを図４に示す。

図４は、小型可変ビームマイクロ波アンテナ１における５．０ＧＨｚのアレイファクタの例を示した図である。横軸は角度θ１，θ２（°）で、縦軸はアレイファクタである。可変リアクタンス素子１３０のリアクタンスが、３ｎＨ，０ｐＦ，０．２ｐＦ，０．４ｐＦ，１ｐＦ，３ｐＦの場合についてそれぞれ示されている。

なお、角度θ１は、図２及び図３に示すように、ＥＢＧ導体１２０からアンテナ導体１００ａに向かう方向を０時の方向としたときの、０時の方向からＥＢＧ導体１２０を中心とした時計回り方向の角度である。また、角度θ２は、図２及び図３に示すように、ＥＢＧ導体１２０からアンテナ導体１００ｂに向かう方向を０時の方向としたときの、０時の方向からＥＢＧ導体１２０を中心とした時計回り方向の角度である。
図４から明らかなように、可変リアクタンス素子１３０のリアクタンスの変化に伴って、アレイファクタがピークを示す角度θ１，θ２が変化する。即ち、指向性が変化している。このように、小型可変ビームマイクロ波アンテナ１は、指向性を制御することが可能であり、所望の方向に指向性が得られるように、調整部１５０は、可変リアクタンス素子１３０のリアクタンスを設定する。

（実施形態２）
上記構成を有する小型可変ビームマイクロ波アンテナ１は、例えば、半導体チップとともに実装され、パッケージ化が可能である。

以下、パッケージ化された小型可変ビームマイクロ波アンテナに係る実施形態２を説明する。

実施形態２に係る小型可変ビームマイクロ波アンテナ２は、図５に示すように、第１保護層１１と、封止樹脂層１２と、基板２１と、第２保護層２２と、アンテナ導体１００ａ，１００ｂと、ＥＢＧ導体１２０と、ビア２２０と、バラクタダイオード１３１と、アンテナエリア２４０と、ポスト２００と、ＢＧＡ２１０（ＢＧＡ：Ball Grid Array）と、デジタル回路３００と、接続部３５０と、高周波回路４００と、から構成される。

第１保護層１１は、ポリイミド等の絶縁膜から構成され、アンテナ導体１００ａ，１００ｂと、ＥＧＢ導体１２０と、ポスト２００と、が配置され、封止樹脂層１２によって覆われている。なお、アンテナ導体１００ａ，１００ｂは５ＧＨｚで利得が得られるようにサイズが調整されている。
第１保護層１１は、基板２１上の各素子を電気的に外部と遮断し、また、封止樹脂層１２は素子を覆うことによって素子を保護している。

基板２１は、半導体基板から構成され、デジタル回路３００と、高周波回路４００と、可変リアクタンス素子として機能するバラクタダイオード１３１と、が配置され、第２保護層２２によって保護されている。
第２保護層２２は、シリコンナイトライド等の絶縁膜から構成されており、素子を電気的に外部と遮断し、機械的応力や不純物の侵入から素子を保護している。

基板２１のアンテナ導体１００ａ，１００ｂと対向する部分は、アンテナエリア２４０を構成する。アンテナエリア２４０には、素子や回路、配線等が配置されていない。素子や回路、配線等を配置しないことによって、アンテナ導体１００ａ，１００ｂの送受信する電波が回路や配線を構成する導電性のものに吸収・反射されることを防止する。

ビア２２０は、第１保護層１１と第２保護層２２を貫通して形成されており、ビア２２０内部には、一端部がＥＢＧ導体１２０に、他端部がバラクタダイオード１３１に接続された導体が充填されている。

バラクタダイオード１３１は、一端部がビア２２０に接続されており、ビア２２０によってＥＢＧ導体１２０と電気的に接続されている。

ポスト２００は、第１保護層１１上に配置されており、封止樹脂層１２を貫通するように形成されている。各ポスト２００は、それぞれ一端部にＢＧＡ２１０が接続され、他端部に接続された図示しない引き回し配線によってデジタル回路３００に接続されている。
ポスト２００は、ＢＧＡ２１０を介して入力された信号を、引き回し配線を介してデジタル回路３００に供給し、デジタル回路３００から出力された信号を、ＢＧＡ２１０を介して、外部に出力する。

ＢＧＡ２１０は、球状のはんだボール等から構成され、ポスト２００に接続されている。ＢＧＡ２１０は、このモジュール化された小型可変ビームマイクロ波アンテナ２を、回路基板に固定する固定部材として機能すると共に、小型可変ビームマイクロ波アンテナ２の端子として機能し、小型可変ビームマイクロ波アンテナ２に入出力される信号は、ＢＧＡ２１０を介して入出力される。

デジタル回路３００は、基板２１上に配置され、接続部３５０を介して高周波回路４００と、接続されている。デジタル回路３００は、ポスト２００と接続部３５０を介して信号を入出力する。デジタル回路３００は、ポスト２００を介してデジタル情報を受信すると、後述の電波送信処理を行う。また、デジタル回路３００は、接続部３５０を介してアナログ情報を受信すると、後述の電波受信処理を行う。
これら、デジタル回路３００の処理する電波送信処理と電波受信処理によって、小型可変ビームマイクロ波アンテナ２は、情報信号の送受信を行う。

接続部３５０は、基板２１上に配置されたコネクタで、デジタル回路３００と高周波回路４００とを接続する。

高周波回路４００は、接続部３５０を介してデジタル回路３００と接続され、接続用導体４１０ａ，４１０ｂを介してアンテナ導体１００ａ，１００ｂの接続用導体１０１ａ、１０１ｂと接続されている。また、高周波回路４００は、バラクタダイオード１３１と接続されている。高周波回路４００は、デジタル回路３００から送信信号と搬送する電波の指定情報を入力されると、入力された送信信号と搬送波が重畳された高周波電圧を、接続用導体４１０ａ，４１０ｂを介してアンテナ導体１００ａ，１００ｂに印加する。

また、高周波回路４００は、アンテナ導体１００ａ，１００ｂが電波を受信し、受信された電波による高周波電圧が高周波回路４００に入力されると、受信信号を検波し、検波信号をデジタル回路３００に出力する。

アンテナ導体１００ａ，１００ｂと高周波回路４００とは、接続用導体１０１ａ，１０１ｂと接続用導体４１０ａ，４１０ｂとによって誘導結合によって電気的に接続する。接続用導体１０１ａ，１０１ｂは第１保護層１１上に配置され、アンテナ導体１００ａ，１００ｂと接続される。接続用導体４１０ａ，４１０ｂは基板２１上に配置され、高周波回路４００の入出力端子に接続される。接続用導体１０１ａと接続用導体４１０ａとが、接続用導体１０１ｂと接続用導体４１０ｂが、それぞれ誘導結合によって電気的に接続される。

上記構成の小型可変ビームマイクロ波アンテナ２の送信動作と受信動作は、基本的に、実施形態１の小型可変ビームマイクロ波アンテナ１と同一である。

図６に、小型可変ビームマイクロ波アンテナ２の指向性の例を示す。

図６は、バラクタダイオード１３１のリアクタンスを１．４ｐＦ，０．５ｐＦに調整した時の、図２及び図３中の角度θ１，θ２（°）に対する５ＧＨｚのアレイファクタを示した図である。

図６から明らかなように、小型可変ビームマイクロ波アンテナ２の指向性は、ＥＢＧ導体１２０に接続された可変リアクタンスを調整することによって、調整することができる。

次に、デジタル回路３００が実行する電波送信処理及び電波受信処理について説明する。

まず、電波送信処理について、図７のフロ−チャートを参照して説明する。

デジタル回路３００は、ＢＧＡ２１０，ポスト２００を介して送信装置からデジタル信号が入力されると（ステップＳ１０１）、入力された信号をデコードする（ステップＳ１０２）。

デジタル回路３００は、デコードした信号から、送信する対象情報と、搬送周波数と、電波を送信する角度（方向）と、を読み取る（ステップＳ１０３）。

デジタル回路３００の内部メモリには、図８に示すように、アンテナ導体１００ａ，１００ｂについて、電波の主送信方向（指向性）θ１，θ２（°）と、バラクタダイオードの印加電圧との関係が予め記憶されている。

デジタル回路３００は、搬送周波数と送信角度（方向）とを読み取ると、内部のメモリを参照して、アンテナ導体１００ａ，１００ｂを使用して、指示された主送信方向に指向性を有するように、バラクタダイオード１３１に電圧を印加して送信電波の指向性を適した状態に調整する（ステップＳ１０４）。

また、デジタル信号である読み取った送信情報をＤ／Ａ変換してアナログ信号であるベースバンド信号を生成し（ステップＳ１０５）、搬送周波数を指示する命令と共に、高周波回路４００に送信する（ステップＳ１０６）。

高周波回路４００は、指示された周波数の搬送波をベースバンド信号で変調し、変調信号を、使用するアンテナ導体１００ａ又は１００ｂに供給し、放射する。
こうして、小型可変ビームマイクロ波アンテナ２は、所望の送信対象信号を、所望の搬送周波数で、且つ、所望の方向に指向性を有して、放射することができる。

次に、図９のフローチャートを参照して、電波受信処理を説明する。

アンテナ導体１００ａと１００ｂとは、それぞれ、バラクタタダイオード１３１に印加された電圧に対応する指向性を有し、所望の周波帯の電波を受信する。アンテナ導体１００ａと１００ｂとは、受信した信号を高周波回路４００に供給する。
高周波回路４００は、アンテナ導体１００ａと１００ｂで受信した信号を復調して、ベースバンド信号を再生し、デジタル回路３００に入力する。

デジタル回路３００は、高周波回路４００からベースバンド信号が入力される（ステップＳ２０１：“ＹＥＳ”）と、入力されたベースバンド信号が復号可能か否かを判別する（ステップＳ２０２）。
デジタル回路３００は、入力されたベースバンド信号が復号可能ならば（ステップＳ２０２：“ＹＥＳ”）、受信した信号をＡ／Ｄ変換し（ステップＳ２０３）、これを適宜処理し、処理したデジタル信号を、ポスト２００を介して外部に出力する（ステップＳ２０４）。

入力されたベースバンド信号が復号可能でなければ（ステップＳ２０２：“ＮＯ”）、バラクタダイオード１３１に印加する電圧を、例えば、ΔＶだけ変化させて、アンテナの指向性を調整し（ステップＳ２０５）、ベースバンド信号を受信するなら（ステップＳ２０１：“ＹＥＳ”）、再び、入力されたベースバンド信号が復号可能か否かを判別する（ステップＳ２０２）。その後、電波を受信しなくなりベースバンド信号を受信しない（ステップＳ２０１：“ＮＯ”）もしくは入力されたベースバンド信号が復号可能になる（ステップＳ２０２：“ＹＥＳ”）まで、一連の動作を継続する。

このようにして、任意の方向からの微弱電波を、アンテナの指向性を自動的に調整することにより、適切に受信し、元の信号を再生することが可能となる、

以上説明したように、実施形態２の小型可変ビームマイクロ波アンテナ２は、電波の送受信に最適な指向性を自動的に保つことができる。

このような構成の小型可変ビームマイクロ波アンテナ２は、例えば、図１０に示すように、回路基板１７１の一辺部に配置された複数の接続パッド１７２にＢＧＡ２１０をはんだ付けすることにより、固定及び電気的に接続されて、使用される。この際、電波の遮断や反射を防止するため、アンテナ部分を回路基板１７１の外部に突出させて接続することが望ましい。或いは、アンテナエリア２４０に導体が重ならないように回路配置を工夫することが望ましい。

本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。

例えば、上記構成例では、アンテナ導体１００ａ，１００ｂを、５ＧＨｚの周波数帯に高い利得が得られるサイズ・形状として説明した。この発明は、これに限定されない。
アンテナ導体１００ａ，１００ｂをそれぞれ目的の周波数に適したサイズと形状とすることで、任意の周波数帯に対して利得を調整することが可能である。

また、例えば、上記実施形態では、アンテナ導体を２つ配置し、その間にＥＢＧを配置したが、アンテナ導体の数やＥＢＧ導体の数はこれらに限定されない。例えば、図１１に例示するように、３つのアンテナ導体１００ａ，１００ｂ，１００ｃを配置し、隣り合う２つのアンテナ導体の間にＥＢＧ導体１２０，１２１を配置した構成としてもよい。
この場合、目的の周波数に対応するアンテナ導体の指向性を、目的の特性にするように、バラクタダイオード１３１，１３２のキャパシタンスを調整すればよい。
この構成によれば、より細かく指向性を調整して通信できる。

また、例えば、本発明の小型可変ビームマイクロ波アンテナ２の構成は、外部との接続にＢＧＡ２１０を用いたが、電気的に外部と情報をやりとりできるならば、ＢＧＡである必要はなく、ＬＧＡ(Land grid array)等の構成でもよい。

また、例えば、小型可変ビームマイクロ波アンテナ２の構成は、１つの基板を用いたが、アンテナ導体１００ａ，１００ｂとＥＢＧ導体１２０が同一平面中にあれば基板の数は１つでなくともよい。
例えば、素子をそれぞれ違う基板に配置してもよい。

また、接続用導体１０１ａ，１０１ｂと接続用導体４１０ａ，４１０ｂとは、誘導結合によって電気的に接続されている、として説明したが、電気的に信号をやりとりできれば、誘導結合で接続されている必要はない。
例えば、導電体が充填されたビアによって接続されていてもよいし、スロット結合によって接続されていてもよい。
ただし、スロット結合や誘導結合など、磁気を用いて電気的に接続する方法を用いれば、製造・原料コストを抑えることができる。

また、アンテナ導体の形状に限定はなく、アンテナ導体の電波を遮断・反射するならばアンテナ導体とＥＢＧ導体の位置関係に限定はない、例えば、菱形や三角形や扇形の複数のアンテナ導体が、ＥＢＧ導体を囲むように配置されていてもよい。
ただし、上記実施例のように、アンテナ導体が長方形の平板状をし、平行に並んだ２つのアンテナ導体の間にＥＢＧ導体を配置したものが、指向性の制御性がより良くなる。

１，２・・・小型可変ビームマイクロ波アンテナ、１１・・・第１保護層、１２・・・封止樹脂層、２１・・・基板、２２・・・第２保護層、１００ａ，１００ｂ，１００ｃ・・・アンテナ導体（アンテナ素子）、１０１ａ，１０１ｂ，４１０ａ，４１０ｂ・・・接続用導体、１０５ａ，１０５ｂ・・・給電点、１１０ａ，１１０ｂ，１７２・・・接続パッド、１２０，１２１・・・ＥＢＧ導体、１３０・・・可変リアクタンス素子、１３１，１３２・・・バラクタダイオード、１５０・・・調整部、１６０・・・接地部、１７０・・・基板、１７１・・・回路基板、２００・・・ポスト、２１０・・・ＢＧＡ、２２０・・・ビア、２４０・・・アンテナエリア、３００・・・デジタル回路、３５０・・・接続部、４００・・・高周波回路

Claims

アンテナ導体と、
前記アンテナ導体が放出する電波を遮断・反射するエレクトロマグネティック・バンド・ギャップ導体と、
前記エレクトロマグネティック・バンド・ギャップ導体と基準電位部とを接続する可変リアクタンス素子と、
前記可変リアクタンス素子のリアクタンスを調整する調整回路と、
を備え、
前記アンテナ導体は複数個配置されており、隣り合った２つの前記アンテナ導体の間に、前記エレクトロマグネティック・バンド・ギャップ導体が配置されている、
ことを特徴とする小型可変ビームマイクロ波アンテナ。
前記エレクトロマグネティック・バンド・ギャップ導体は、前記アンテナ導体の電波の主伝搬方向に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の小型可変ビームマイクロ波アンテナ。
前記アンテナ導体は、長方形の平板状である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の小型可変ビームマイクロ波アンテナ。
アンテナ導体と、
前記アンテナ導体が放出する電波を遮断・反射するエレクトロマグネティック・バンド・ギャップ導体と、
前記エレクトロマグネティック・バンド・ギャップ導体と基準電位部とを接続する可変リアクタンス素子と、
前記可変リアクタンス素子のリアクタンスを調整する調整回路と、
第１の誘電体板と、
を備え、
前記アンテナ導体と前記エレクトロマグネティック・バンド・ギャップ導体は、前記第１の誘電体板上に形成される、
ことを特徴とする小型可変ビームマイクロ波アンテナ。
第２の誘電体板をさらに備え、
前記調整回路は前記第２の誘電体板の一方の面に形成される、
ことを特徴とする請求項４に記載の小型可変ビームマイクロ波アンテナ。
入力されたアナログ信号を高周波電圧に重畳させて前記アンテナ導体に印加し、前記アンテナ導体が受信した電波からアナログ信号を検波する高周波回路を、前記第２の誘電体板の一方の面に、更に備える、
ことを特徴とする請求項５に記載の小型可変ビームマイクロ波アンテナ。
前記高周波回路は、スロット結合または誘導結合によって、前記アンテナ導体と接続される、
ことを特徴とする請求項６に記載の小型可変ビームマイクロ波アンテナ。
前記高周波回路から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力し、入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換する変換回路を、前記第２の誘電体板の一方の面に、更に備える、
ことを特徴とする請求項６または７に記載の小型可変ビームマイクロ波アンテナ。
前記第１の誘電体板の他方の面と、前記第２の誘電体板の一方の面と、を接続する、絶縁体からなる絶縁層と、
前記絶縁層を貫通する配線導体によって前記変換回路と接続され、前記第１の誘電体板の一方の面に配置される外部端子と、
を更に備えることを特徴とする請求項８に記載の小型可変ビームマイクロ波アンテナ。
前記第１の誘電体板は一方の面に、絶縁体からなる保護層を配置し、
前記外部端子は、前記保護層を貫通し、一端部が前記変換回路と接続され、他端部が表面実装用の端子に接続される、
ことを特徴とする請求項９に記載の小型可変ビームマイクロ波アンテナ。
前記アンテナ導体の面方向に導電体が配置されていない、
ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の小型可変ビームマイクロ波アンテナ。