JP5557853B2 - 可変指向性アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、１本の給電素子と、少なくとも１本の無給電素子とを備えた可変指向性アンテナ装置に関する。

情報端末どうしを相互に接続するネットワーク形態の中で、無線通信を用いたネットワークは、有線通信を用いたネットワークに比較して、情報端末の可搬性及び配置の自由度の点で優れていること及び情報端末間の接続のための有線ケーブルを省くことにより情報端末を軽量化できることなどの利点を有する。これにより、無線通信装置は、従来のパーソナルコンピュータ間でのデータ伝送に利用されるのみならず、現在では、多くの家電製品にも搭載され、当該家電製品間での映像音声データの伝送のために利用されるようになってきた。

しかしながら、無線通信装置は上記のような利点を有する反面、空間に電磁波を放射して通信を行うので、多数の反射物が設置されているような空間に設置される場合、物体に反射して到来する遅延波によって引き起こされるフェージングの影響によって伝送特性の劣化が起きて、データ伝送を正常に行えないことがあった。例えば、大型テレビジョン放送受信装置やブルーレイディスク記録再生装置及びＤＶＤレコーダなどの、固定して設置される家電機器を用いてインターネット・ビデオ・オン・デマンド（ＶｏＤ；Ｖｉｄｅｏ ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ）技術を利用する場合、各家電機器に無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）への接続機能を搭載し、さらにインターネット回線に接続するための無線ＬＡＮアクセスポイントを設ける必要がある。この場合には、主に、テレビジョン放送受信装置やＤＶＤレコーダの周囲にいる人間、扉の開閉などの動きに起因するフェージングが発生する。また、ワンセグ・テレビジョン放送受信装置などの小型のテレビジョン放送受信装置又はポータブルＤＶＤプレーヤなどの持ち運びが可能なポータブル機器に搭載された無線通信装置と無線アクセスポイントとの間で通信を行う場合には、主に、機器そのものを動かすことによりフェージングが発生する。

従来、このようなフェージングに対する対策として、送受信アンテナの指向性制御及び様々なダイバーシチ処理などの制御方法が提案されている。電波伝搬環境の時間変化に応じて無線信号を受信する従来技術に係る無線通信装置は、例えば特許文献１〜特許文献３に記載されている。

また、上記送受信アンテナの指向性制御のために、以下の可変指向性アンテナ装置が特許文献４において提案されている。当該可変指向性アンテナ装置は、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子とを備え、各無給電アンテナ素子には一対のＰＩＮダイオードが設けられる。ＰＩＮダイオードをコントローラに接続する各制御線には、他の可変指向性アンテナと電磁的に結合した部分に所定間隔で設けられたインダクタが設けられる。インダクタを設ける間隔は、制御線におけるインダクタ間の区間が可変指向性アンテナの動作周波数において実質的に共振しない長さに設定される。

特開２０００−１３４０２３号公報。 特開２００５−１４２８６６号公報。 特開平８−１７２４２３号公報。 国際出願公開第２００９／０５０８８３号。

一般的に無線通信装置において、アンテナ及び送受信機器用モジュールを、個別設計、及び評価した後、組み合わせ評価を行うため、無線機器として最適なアンテナ設計が行われているかは疑問点が多い。近年のＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）技術は、従来のＳＩＳＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）技術と比較し、アンテナと変復調、それぞれの技術が密接な関係にある上、複数のアンテナを使用するため、アンテナ間の配置やアイソレーションに課題が多く存在する。

ここで、例えば２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯との両方を用いるデュアルバンド無線ＬＡＮのためにアンテナ装置を構成した場合に、特に、５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮで使用する帯域が約８００ＭＨｚと比較的広いために、当該広帯域にわたって所定値以上のアンテナ利得を確保しかつ可変指向性アンテナ装置でのフロント・バック比（以下、ＦＢ比という。）を所定値以上確保することが非常にむずかしいという問題点があった。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、２つの周波数帯で動作可能なデュアルバンド用可変指向性アンテナ装置において、高い方の周波数帯において広帯域にわたって、従来技術に比較して比較的高いアンテナ利得を確保しかつ従来技術に比較して比較的大きなＦＢ比を確保することができる可変指向性アンテナ装置を提供することにある。

本発明に係る可変指向性アンテナ装置は、１本の給電素子と、上記給電素子を挟設するように並置されるとともに、上記給電素子と電磁的に結合するように近接して並置され、一端がダイオードを介して接地される２本の無給電素子とを備え、上記ダイオードをオン・オフすることにより指向特性を変更可能な可変指向性アンテナ装置において、上記給電素子は、第１の幅を有する第１のアンテナ素子と、上記第１の幅よりも広い第２の幅を有する第２のアンテナ素子と、上記第１のアンテナ素子と上記第２のアンテナ素子の間に直列に接続されるデュアルバンド形成用インダクタとを有し、かつ上記デュアルバンド形成用インダクタは、上記第１のアンテナ素子との接続部分における第１の幅と同一の素子幅から、上記第２のアンテナ素子に向かって素子幅が広くなるように形成された素子幅を有する台形の包絡線外形形状であり、上記２本の無給電素子のそれぞれは、上記デュアルバンド形成用インダクタに対向する先端角部に矩形形状の切欠部を有する構成としたことを特徴とする。

上記可変指向性アンテナ装置において、上記第２のアンテナ素子の第２の幅は、上記第２のアンテナ素子の長手方向の長さよりも大きくなるように形成されたことを特徴とする。

本発明に係る可変指向性アンテナ装置によれば、無給電素子は、デュアルバンド形成用インダクタに対向する先端角部に矩形形状の切欠部を有する構成としたので、デュアルバンド用可変指向性アンテナ装置において、高い方の周波数帯において広帯域にわたって、従来技術に比較して比較的高いアンテナ利得を確保しかつ従来技術に比較して比較的大きなＦＢ比を確保することができる可変指向性アンテナ装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るタイプＡ０に係る可変指向性アンテナ装置１を備えた無線通信装置３００の外観を示す斜視図である。 図１の無線通信装置３００の平面図である。 図１の無線通信装置３００の内部構成を示すブロック図である。 図１のアンテナ装置基板４０１の平面図である。 図１のアンテナ装置基板４０２の平面図である。 図１の無給電素子１ａ，１ｂがオフされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。 図１の無給電素子１ｂのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。 図１の無給電素子１ａ，１ｂがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。 図１の無給電素子１ａのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。 図１及び図２に図示されたタイプＡ０に係る可変指向性アンテナ装置１の試作装置の実験結果であって、図１の無給電素子１ａ，１ｂがオフされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフである。 図１及び図２に図示されたタイプＡ０に係る可変指向性アンテナ装置１の試作装置の実験結果であって、図１の無給電素子１ｂのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフである。 図１及び図２に図示されたタイプＡ０に係る可変指向性アンテナ装置１の試作装置の実験結果であって、図１の無給電素子１ａのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。 図１及び図２に図示されたタイプＡ０に係る可変指向性アンテナ装置１の試作装置の実験結果であって、図１の無給電素子１ａ，１ｂがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。 本発明の第１の変形例に係るタイプＡ１の可変指向性アンテナ装置１のアンテナ装置基板４０１のおもて面の導体パターンを示す平面図である。 図８Ａのアンテナ装置基板４０１の裏面の導体パターンを示す透視平面図である。 本発明の第２の変形例に係るタイプＢ１の可変指向性アンテナ装置１のアンテナ装置基板４０１のおもて面の導体パターンを示す平面図である。 図９Ａのアンテナ装置基板４０１の裏面の導体パターンを示す透視平面図である。 本発明の第３の変形例に係るタイプＡ２の可変指向性アンテナ装置１のアンテナ装置基板４０１のおもて面の導体パターンを示す平面図である。 図１０Ａのアンテナ装置基板４０１の裏面の導体パターンを示す透視平面図である。 本発明の第４の変形例に係るタイプＢ２の可変指向性アンテナ装置１のアンテナ装置基板４０１のおもて面の導体パターンを示す平面図である。 図１１Ａのアンテナ装置基板４０１の裏面の導体パターンを示す透視平面図である。 図８Ａ及び図８Ｂに図示されたタイプＡ１に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図８Ａの無給電素子１ａ，１ｂがオフされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフである。 図８Ａ及び図８Ｂに図示されたタイプＡ１に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図８Ａの無給電素子１ｂのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフである。 図８Ａ及び図８Ｂに図示されたタイプＡ１に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図８Ａの無給電素子１ａのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。 図８Ａ及び図８Ｂに図示されたタイプＡ１に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図８Ａの無給電素子１ａ，１ｂがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。 図９Ａ及び図９Ｂに図示されたタイプＢ１に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図９Ａの無給電素子１ａ，１ｂがオフされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフである。 図９Ａ及び図９Ｂに図示されたタイプＢ１に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図９Ａの無給電素子１ｂのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフである。 図９Ａ及び図９Ｂに図示されたタイプＢ１に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図９Ａの無給電素子１ａのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。 図９Ａ及び図９Ｂに図示されたタイプＢ１に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図９Ａの無給電素子１ａ，１ｂがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。 図１０Ａ及び図１０Ｂに図示されたタイプＡ２に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図１０Ａの無給電素子１ａ，１ｂがオフされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフである。 図１０Ａ及び図１０Ｂに図示されたタイプＡ２に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図１０Ａの無給電素子１ｂのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフである。 図１０Ａ及び図１０Ｂに図示されたタイプＡ２に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図１０Ａの無給電素子１ａのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。 図１０Ａ及び図１０Ｂに図示されたタイプＡ２に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図１０Ａの無給電素子１ａ，１ｂがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。 図１１Ａ及び図１１Ｂに図示されたタイプＢ２に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図１１Ａの無給電素子１ａ，１ｂがオフされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフである。 図１１Ａ及び図１１Ｂに図示されたタイプＢ２に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図１１Ａの無給電素子１ｂのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフである。 図１１Ａ及び図１１Ｂに図示されたタイプＢ２に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図１１Ａの無給電素子１ａのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。 図１１Ａ及び図１１Ｂに図示されたタイプＢ２に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図１１Ａの無給電素子１ａ，１ｂがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

図１は本発明の一実施形態に係るタイプＡ０に係る可変指向性アンテナ装置１を備えた無線通信装置３００の外観を示す斜視図であり、図２は図１の無線通信装置３００の平面図であり、図３は図１の無線通信装置３００の内部構成を示すブロック図である。

図１〜図３において、無線通信装置３００は、例えば無線ＬＡＮの通信規格ＩＥＥＥ８０２．１１ｎに準拠した２×２のＭＩＭＯ伝送方式の無線通信装置であって、図３に示すように、可変指向性アンテナ装置１，２と、装置全体の動作を制御する装置コントローラ１０と、可変指向性アンテナ装置１，２の放射パターンを制御する放射パターンコントローラ１１と、無線送信信号を可変指向性アンテナ装置１，２を介して送信し又は無線受信信号を可変指向性アンテナ装置１，２を介して受信する無線送受信回路を含む無線通信回路１２と、外部装置から電源を受電しかつ信号を送受信するＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）インターフェース１３と、当該ＵＳＢインターフェース１３に接続されたＵＳＢコネクタ３０７とを備えて構成される。

図１〜図３において、可変指向性アンテナ装置１は、アンテナ装置基板４０１上において、給電素子１ｃと、当該給電素子１ｃと互いに平行となり、かつ給電素子１ｃと電磁的に結合するように近接して、給電素子１ｃを動作波長の１／４の間隔で挟設するように並置されてなる無給電素子１ａ，１ｂとを備えて構成される。無給電素子１ａはＰＩＮダイオード５０１を介して接地されるとともに、高周波阻止用インダクタ５１１を介して放射パターンコントローラ１１に接続される。また、無給電素子１ｂはＰＩＮダイオード５０２を介して接地されるとともに、高周波阻止用インダクタ５１２を介して放射パターンコントローラ１１に接続される。さらに、給電素子１ｃはトップローディング型アンテナ素子１ｆとデュアルバンド形成用インダクタ１ｅとアンテナ素子１ｄとが直列に接続されて構成され、アンテナ素子１ｄの一端である給電点Ｑ１は給電ケーブル５２１を介して無線通信回路１２に接続される。ここで、放射パターンコントローラ１１は所定の制御電圧をＰＩＮダイオード５０１，５０２に印加し又は印加しないことによりＰＩＮダイオード５０１，５０２をオン・オフさせて可変指向性アンテナ装置１の指向性を変化させることにより、図６を参照して詳細後述するように、例えばＰＩＮダイオード５０１，５０２がオンされた無給電素子１ａ，１ｂが例えば反射器として動作する。本実施形態において、ＰＩＮダイオード５０１，５０２がオンされた無給電素子１ａ，１ｂについては、無給電素子１ａ，１ｂがオンされたといい、ＰＩＮダイオード５０１，５０２がオフされた無給電素子１ａ，１ｂについては、無給電素子１ａ，１ｂがオフされたという。

図１〜図３において、可変指向性アンテナ装置２は、アンテナ装置基板４０２上において、可変指向性アンテナ装置１と同様に、給電素子２ｃと、当該給電素子２ｃと互いに平行となりかつ給電素子２ｃを動作波長の１／４の間隔で挟設するように並置されてなる無給電素子２ａ，２ｂとを備えて構成される。無給電素子２ａはＰＩＮダイオード５０３を介して接地されるとともに、高周波阻止用インダクタ５１３を介して放射パターンコントローラ１１に接続される。また、無給電素子２ｂはＰＩＮダイオード５０４を介して接地されるとともに、高周波阻止用インダクタ５１４を介して放射パターンコントローラ１１に接続される。さらに、給電素子２ｃはトップローディング型アンテナ素子２ｆとデュアルバンド形成用インダクタ２ｅとアンテナ素子２ｄとが直列に接続されて構成され、アンテナ素子２ｄの一端である給電点Ｑ２は給電ケーブル５２２を介して無線通信回路１２に接続される。ここで、放射パターンコントローラ１１は所定の制御電圧をＰＩＮダイオード５０３，５０４に印加し又は印加しないことによりＰＩＮダイオード５０３，５０４をオン・オフさせて可変指向性アンテナ装置２の指向性を変化させることにより、図６を参照して詳細後述するように、例えばＰＩＮダイオード５０３，５０４がオンされた無給電素子２ａ，２ｂが例えば反射器として動作する。本実施形態において、ＰＩＮダイオード５０３，５０４がオンされた無給電素子２ａ，２ｂについては、無給電素子２ａ，２ｂがオンされたといい、ＰＩＮダイオード５０３，５０４がオフされた無給電素子２ａ，２ｂについては、無給電素子２ａ，２ｂがオフされたという。

図１及び図２において、アンテナ装置基板４０１及び４０２はそれぞれ、アンテナ装置基板４０３の対向する２つの辺に連結されかつ、アンテナ装置基板４０３に対して６０度の角度をなすように固定されている。また、ＵＳＢコネクタ３０７はアンテナ装置基板４０３の別の一辺に固定されている。また、アンテナ装置基板４０３の裏面には接地導体４０６が形成されている。

図４は図１のアンテナ装置基板４０１の平面図であり、図５は図１のアンテナ装置基板４０２の平面図である。図４及び図５においては、当該実施の形態に係る実験例の試作装置を図示している。

図６Ａは図１の無給電素子１ａ，１ｂがオフされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフであり、図６Ｂは図１の無給電素子１ｂのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフであり、図６Ｃは図１の無給電素子１ａ，１ｂがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフであり、図６Ｄは図１の無給電素子１ａのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。

図６Ａに示すように、無給電素子１ａ及び１ｂがオフされているときには、無給電素子１ａ及び１ｂは給電素子１ｃの放射パターンに影響を及ぼさず、可変指向性アンテナ装置１の放射パターンは給電素子１ｃの放射パターンと同一であってほぼ無指向性となる。さらに、無給電素子１ａ及び１ｂのうちの少なくとも一方をオンすることにより、可変指向性アンテナ装置１の放射パターンは図６Ｂ〜図６Ｄに示すように変化する。このように、可変指向性アンテナ装置１は図６Ａ〜図６Ｄに示す４つの放射パターンを有する。

図７Ａ〜図７Ｄは図１及び図２に図示されたタイプＡ０に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図７Ａは図１の無給電素子１ａ，１ｂがオフされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフであり、図７Ｂは図１の無給電素子１ｂのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフであり、図７Ｃは図１の無給電素子１ａのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフであり、図７Ｄは図１の無給電素子１ａ，１ｂがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。図７Ａ〜図７Ｄから明らかなように、図６Ａ〜図６Ｄの概略放射パターンと同様の指向性を得ることができることがわかる。

以下の図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ及び図１１Ｂにおいては、上述の実施の形態からアンテナの電気的特性を改善した変形例について説明する。ここで、各変形例では、具体的には、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯との両方を用いるデュアルバンド無線ＬＡＮのために可変指向性アンテナ装置について説明する。

図８Ａは本発明の第１の変形例に係るタイプＡ１の可変指向性アンテナ装置１のアンテナ装置基板４０１のおもて面の導体パターンを示す平面図であり、図８Ｂは図８Ａのアンテナ装置基板４０１の裏面の導体パターンを示す透視平面図である。なお、図８Ｂについて平面図で図示すべきであるが、図示の便宜上、おもて面から見た透視平面図（可視できない部分については点線ではなく実線で図示した）で示し、図９Ｂ、図１０Ｂ及び図１１Ｂにおいても同様である。

図８Ａにおいて、アンテナ装置基板４０１のおもて面上に、その下側に略矩形形状の接地導体４０４が形成される一方、その上側に、ストリップ形状の無給電素子１ａと、給電素子１ｃと、ストリップ形状の無給電素子１ｂとが動作波長の１／４の間隔で並置されるように形成される。給電素子１ｃは、矩形形状のトップローディング型アンテナ素子１ｆと、デュアルバンド形成用インダクタ１ｅと、ストリップ形状のアンテナ素子１ｄとが直列に接続されて構成される。アンテナ素子１ｄの幅Ｗ１ｄは無給電素子１ａ，１ｂの幅Ｗ１ａ，Ｗ１ｂよりも広く、アンテナ素子１ｆの幅Ｗ１ｆはアンテナ素子１ｄの幅Ｗ１ｄよりも広くなるように形成されており、ここで、アンテナ装置１ｆの幅Ｗ１ｆはその長手方向の長さＬ１ｆよりも大きいように形成されている。

また、図８Ｂにおいて、アンテナ装置基板４０１の裏面上に、接地導体４０４にアンテナ装置基板４０１を挟んで対向するように接地導体４０４ｇが形成され、無給電素子１ａ，１ｂにそれぞれアンテナ装置基板４０１を挟んで対向するように無給電素子１ａｈ，１ｂｈが形成されかつこれら対向する各１対の無給電素子（１ａと１ａｈ；１ｂと１ｂｈ）はアンテナ装置基板４０１を厚さ方向に貫通する１本又は複数のスルーホール導体（図示せず。）を介して接続されて一体化して動作する。また、アンテナ素子１ｄにアンテナ装置基板４０１を挟んで対向するようにアンテナ素子１ｄｈが形成されかつこれら対向する１対のアンテナ素子（１ｄと１ｄｈ）はアンテナ装置基板４０１を厚さ方向に貫通する１本又は複数のスルーホール導体（図示せず。）を介して接続されて一体化して動作する。なお、これらのおもて面の素子と裏面の素子との一体化は、導体厚さを大きくして耐電力を高めるためである。

図８Ａにおいて、特に、デュアルバンド形成用インダクタ１ｅはメアンダ形状を有し、アンテナ素子１ｄとの接続部分におけるアンテナ素子１ｄの幅Ｗ１ｄと同一の素子幅（メアンダ形状の包絡線幅をいう。）から、上側のアンテナ素子１ｆに向かって素子幅が広くなるように形成された素子幅を有し、台形の包絡線外形形状を有するメアンダ形状で形成されている。これにより、詳細後述するように、無給電素子１ａ又は１ｂをオンしたときのアンテナ装置の指向性パターンにおけるＦＢ比を図１〜図５及び図６Ａ〜図６Ｄの実施の形態に比較して大きくすることができる。

図９Ａは本発明の第２の変形例に係るタイプＢ１の可変指向性アンテナ装置１のアンテナ装置基板４０１のおもて面の導体パターンを示す平面図であり、図９Ｂは図９Ａのアンテナ装置基板４０１の裏面の導体パターンを示す透視平面図である。

第２の変形例は、図８Ａ及び図８Ｂの第１の変形例に比較して、以下の点が異なる。
（１）無給電素子１ａにおいて、デュアルバンド形成用インダクタ１ｅに横方向で対向する右上の先端角部（ＰＩＮダイオード５０１が接続された一端とは異なる他端の角部）に矩形形状の切欠部１ａｃを形成したこと、すなわち、無給電素子１ａの右上の先端角部を階段形状に形成したこと、
（２）無給電素子１ｂにおいて、デュアルバンド形成用インダクタ１ｅに横方向で対向する左上の先端角部（ＰＩＮダイオード５０２が接続された一端とは異なる他端の角部）に矩形形状の切欠部１ｂｃを形成したこと、すなわち、無給電素子１ｂの左上の先端角部を階段形状に形成したこと、
（３）無給電素子１ａｈにおいて、無給電素子１ａの切欠部１ａｃと対向する位置（右上の先端角部）に矩形形状の切欠部１ａｈｃを形成したこと、すなわち、無給電素子１ａｈの右上の先端角部を階段形状に形成したこと、及び
（４）無給電素子１ｂｈにおいて、無給電素子１ｂの切欠部１ｂｃと対向する位置（左上の先端角部）に矩形形状の切欠部１ｂｈｃを形成したこと、すなわち、無給電素子１ｂｈの左上の先端角部を階段形状に形成したこと。

第２の変形例では、第１の変形例に比較して、無給電素子１ａ，１ｂ，１ａｈ，１ｂｈにそれぞれ切欠部１ａｃ，１ｂｃ，１ａｈｃ，１ｂｈｃを形成することにより、詳細後述するように、無給電素子１ａ又は１ｂをオンしたときのアンテナ装置の指向性パターンにおけるＦＢ比を図１〜図５、図６Ａ〜図６Ｄの実施の形態に比較して大きくしかつアンテナ装置の利得を第１の変形例に比較して大きくすることができる。

図１０Ａは本発明の第３の変形例に係るタイプＡ２の可変指向性アンテナ装置１のアンテナ装置基板４０１のおもて面の導体パターンを示す平面図であり、図１０Ｂは図１０Ａのアンテナ装置基板４０１の裏面の導体パターンを示す透視平面図である。第３の変形例は、第１の変形例に比較して、以下の点が異なる。
（１）アンテナ素子１ｆを矩形形状に代えて、上辺が下辺よりも広い台形形状で形成したこと、及び
（２）デュアルバンド形成用インダクタ１ｅを、台形の包絡線外形形状を有するメアンダ形状に代えて、矩形の包絡線外形形状を有するメアンダ形状で形成したこと。

図１１Ａは本発明の第４の変形例に係るタイプＢ２の可変指向性アンテナ装置１のアンテナ装置基板４０１のおもて面の導体パターンを示す平面図であり、図１１Ｂは図１１Ａのアンテナ装置基板４０１の裏面の導体パターンを示す透視平面図である。第４の変形例は、第３の変形例に比較して、無給電素子１ａ，１ｂ，１ａｈ，１ｂｈにそれぞれ切欠部１ａｃ，１ｂｃ，１ａｈｃ，１ｂｈｃを形成したことが異なる。

次いで、第１〜第４の変形例に係る可変指向性アンテナ装置１の試作装置の実験結果について以下に説明する。

図１２Ａ〜図１２Ｄは図８Ａ及び図８Ｂに図示されたタイプＡ１に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図１２Ａは図８Ａの無給電素子１ａ，１ｂがオフされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフであり、図１２Ｂは図８Ａの無給電素子１ｂのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフであり、図１２Ｃは図８Ａの無給電素子１ａのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフであり、図１２Ｄは図８Ａの無給電素子１ａ，１ｂがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。また、図１３Ａ〜図１３Ｄは図９Ａ及び図９Ｂに図示されたタイプＢ１に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図１３Ａは図９Ａの無給電素子１ａ，１ｂがオフされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフであり、図１３Ｂは図９Ａの無給電素子１ｂのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフであり、図１３Ｃは図９Ａの無給電素子１ａのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフであり、図１３Ｄは図９Ａの無給電素子１ａ，１ｂがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。さらに、図１４Ａ〜図１４Ｄは図１０Ａ及び図１０Ｂに図示されたタイプＡ２に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図１４Ａは図１０Ａの無給電素子１ａ，１ｂがオフされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフであり、図１４Ｂは図１０Ａの無給電素子１ｂのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフであり、図１４Ｃは図１０Ａの無給電素子１ａのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフであり、図１４Ｄは図１０Ａの無給電素子１ａ，１ｂがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。またさらに、図１５Ａ〜図１５Ｄは図１１Ａ及び図１１Ｂに図示されたタイプＢ２に係る可変指向性アンテナ装置の試作装置の実験結果であって、図１５Ａは図１１Ａの無給電素子１ａ，１ｂがオフされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフであり、図１５Ｂは図１１Ａの無給電素子１ｂのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の放射パターンを示すグラフであり、図１５Ｃは図１１Ａの無給電素子１ａのみがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフであり、図１５Ｄは図１１Ａの無給電素子１ａ，１ｂがオンされているときの可変指向性アンテナ装置１の概略放射パターンを示すグラフである。以下、図１２Ａ〜図１５Ｄの実験結果について考察する。

説明の簡単化のために例えば、図１２Ｃ、図１３Ｃ、図１４Ｃ及び図１５Ｃの無給電素子１ａのみをオンした場合について考えると、まず、図１５ＣのタイプＢ２において、デュアルバンド形成用インダクタ１ｅを台形の包絡線外形形状を有するメアンダ形状した場合、図１２ＣのタイプＡ１の５ＧＨｚ帯において、横方向の不要放射が減少してＦＢ比が大幅に大きくなっているが、アンテナ装置の利得が減少していることがわかる。これを改善するために、無給電素子１ａ，１ｂ等に切欠部１ａｃ，１ｂｃ等を形成した場合、図１３ＣのタイプＢ１の５ＧＨｚ帯において、横方向の不要放射が減少してＦＢ比が大きい値を保持しつつ５ＧＨｚ帯の広い帯域でアンテナ装置の利得を増大させることができる。

以上説明したように、５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮシステムでは約８００ＭＨｚと使用帯域が広いためすべての帯域で指向性を切り替えることが難しいが、図９Ａ及び図９ＢのタイプＢ１に示すように、無給電素子１ａ，１ｂ等の先端部の形状を階段形状で形成するように切欠部１ａｃ，１ｂｃを形成することにより、アンテナ装置の周波数特性の改善を図ることができる。この形状により、各チャネルにおいて良好に指向性が切り替え可能な広帯域可変指向性アンテナとして作用する。また、指向性切り替えを切り替えることで、ヌルポイントを避け、設置箇所を選ばない安定した通信が可能である。

また、５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮシステムでは約８００ＭＨｚと使用帯域が広いため、すべての帯域で指向性を切り替えることは難しいが、図８Ａ及び図８ＢのタイプＡ１及び図９Ａ及び図９ＢのタイプＢ１に示すように、２．４ＧＨｚと５ＧＨｚ帯の周波数分離のために使用する給電素子１ｃのインダクタ１ｅを徐々に広がる形状にすることで、使用周波数帯域が広い５ＧＨｚ帯すべての帯域で指向性が可変となる。また、指向性切り替えを切り替えることで、ヌルポイントを避け、設置箇所を選ばない安定した通信が可能である。

以上の実施形態及び変形例において、無線通信装置３００は、無線ＬＡＮの通信規格ＩＥＥＥ８０２．１１ｎに準拠した２×２のＭＩＭＯ伝送方式の無線通信装置であったが、本発明はこれに限られず、携帯電話機などの他の無線通信規格に準拠した無線通信装置であってもよい。

以上の実施形態及び変形例において、ＰＩＮダイオード５０１〜５０４を用いているが、本発明はこれに限らず、その他の高周波用ダイオードを用いてもよい。

以上詳述したように、本発明に係る可変指向性アンテナ装置によれば、上記無給電素子の他端角部に、矩形形状の切欠部を形成したので、デュアルバンド用可変指向性アンテナ装置において、高い方の周波数帯において広帯域にわたって、従来技術に比較して比較的高いアンテナ利得を確保しかつ従来技術に比較して比較的大きなＦＢ比を確保することができる可変指向性アンテナ装置を提供することができる。

１…可変指向性アンテナ装置、
１ａ，１ｂ，１ａｈ，１ｂｈ…無給電素子、
１ａｈｃ，１ｂｈｃ…切欠部、
１ｃ…給電素子、
１ｄ，１ｆ，１ｄｈ…アンテナ素子、
１ｅ…デュアルバンド形成用インダクタ、
１０…装置コントローラ、
１１…放射パターンコントローラ、
１２…無線通信回路、
１３…ＵＳＢインターフェース、
４０１…アンテナ装置基板、
４０４，４０４ｇ…接地導体、
５０１，５０２…ＰＩＮダイオード、
５１１，５１２…高周波阻止用インダクタ。

Claims (2)

1. １本の給電素子と、上記給電素子を挟設するように並置されるとともに、上記給電素子と電磁的に結合するように近接して並置され、一端がダイオードを介して接地される２本の無給電素子とを備え、上記ダイオードをオン・オフすることにより指向特性を変更可能な可変指向性アンテナ装置において、
   上記給電素子は、第１の幅を有する第１のアンテナ素子と、上記第１の幅よりも広い第２の幅を有する第２のアンテナ素子と、上記第１のアンテナ素子と上記第２のアンテナ素子の間に直列に接続されるデュアルバンド形成用インダクタとを有し、かつ上記デュアルバンド形成用インダクタは、上記第１のアンテナ素子との接続部分における第１の幅と同一の素子幅から、上記第２のアンテナ素子に向かって素子幅が広くなるように形成された素子幅を有する台形の包絡線外形形状であり、
   上記２本の無給電素子のそれぞれは、上記デュアルバンド形成用インダクタに対向する先端角部に矩形形状の切欠部を有する構成としたことを特徴とする可変指向性アンテナ装置。
2. 上記第２のアンテナ素子の第２の幅は、上記第２のアンテナ素子の長手方向の長さよりも大きくなるように形成されたことを特徴とする請求項１記載の可変指向性アンテナ装置。

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