JP5933871B1 - アンテナ装置およびアレーアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

指向特性制御のための構成を簡素化できるアンテナ装置、および、配列される単位アンテナの数が増加しても制御のための構成の複雑化を抑制可能なアレーアンテナ装置を得る。励振素子１、第１及び第２の導電部１１ａ及び１１ｂを有する第１の非励振素子１１、第３及び第４の導電部２１ａ及び２１ｂを有する第２の非励振素子２１、第１の導電部と第２の導電部の間の導通を制御する第１のスイッチ１２、および第３の導電部と第４の導電部の間の導通を制御する第２のスイッチ２２、を含む素子部１００と、第１及び第２のスイッチの導通を制御する電気信号を出力する制御部２００と、を備え、制御部は第１及び第２のスイッチに対し同一の直流信号を出力し、第１及び第２のスイッチは、一方のスイッチが導通となる場合、他方のスイッチが非導通となるよう構成する。

Description

本発明は、一般的には、無線通信用のアンテナ装置に関し、特には、指向特性を制御可能なアンテナ装置に関する。

従来の指向特性を可変とするアンテナ装置の例として、３素子からなる八木宇田アンテナに適用する技術が知られている。（特許文献１）。

特許文献１では、無線周波数の信号が給電される１つの励振素子（特許文献１の図中、Driven elementと記載。）と、励振素子を挟んで両側に配置され給電されない２つの非励振素子（特許文献１の図中、Passive elementと記載。）と、を備えている。また、２つの非励振素子の両端部の途中に、光によって導通特性を制御するスイッチ（特許文献１の図中、Optoelectronic switchと記載。）を接続し、２つの非励振素子の各々に対し、個別のレーザ光源から、光を制御信号としてスイッチに与えるようにしている。

スイッチが開（特許文献１中、Openと記載。）の場合は、そのスイッチが配置された非励振素子の中央部分と端部部分との間が非導通となることでアンテナが導波器として、スイッチが閉（特許文献１中、Closedと記載。）の場合は、そのスイッチが配置された非励振素子の中央部分と端部部分との間が導通することで反射器として、機能する。

そして、個々のレーザ光源からの光の有無を制御することで、２つの非励振素子のスイッチの導通と非導通を逆にし、アンテナ装置としての指向特性を変更可能な構成としている。

また、上記のような指向特性を制御可能なアンテナを単位アンテナとして複数個配列し、アレーアンテナ装置を構成する技術が知られている。（非特許文献１）
非特許文献１では、直流電気信号により、各単位内の各非励振素子（非特許文献１中、Parasitic stripと記載。）のスイッチを、全て同じように制御するよう構成している。

なお、上記背景技術及び下記の本発明の説明において、「導通」および「非導通」の語は、完全な導通特性および非導通特性である必要はなく、アンテナ装置として必要な性能を満足する程度において導通性および非導通特性を有していればよい。

米国特許５２９３１７２号

Yan-Ying Bai, et. al. "Wide-Angle Scanning Phased Array With Pattern Reconfigurable Elements" IEEE Trans on AP, vol.59, no.11, Nov. 2011. pp.4071-4076

特許文献１のアンテナ装置は、光学系であるレーザ光源および光ファイバが必要であり、指向特性の制御のための構成が高価になるという課題がある。

また、非励振素子毎に制御線となるレーザ光源および光ファイバを配置し、各々の非励振素子を個別に制御する必要があるので、指向特性の制御のための構成が複雑になるという課題がある。

非特許文献１のアレーアンテナ装置は、電気信号によるスイッチ制御を行うように構成されているが、配列する単位アンテナの数が増加すると制御線の数も比例して増加するという課題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、指向特性を可変とする制御のための構成を簡素化できるアンテナ装置、および、配列される単位アンテナの数が増加しても、指向特性の制御のための構成の複雑化が抑制可能なアレーアンテナ装置、を提供することを目的としている。

本発明に係るアンテナ装置は、無線周波数の信号の給電点を有する励振素子、励振素子と離れた位置に配置され、第１および第２の導電部を有する第１の非励振素子、励振素子および第１の非励振素子と離れた位置に配置され、第３および第４の導電部を有する第２の非励振素子、導通および非導通の２つの動作状態を有し、第１の導電部と第２の導電部との間の導通と非導通を切替える第１のスイッチ、導通および非導通の２つの動作状態を有し、第３の導電部と第４の導電部との間の導通と非導通を切替える第２のスイッチ、第１の非励振素子と平行に延在し、第２の導電部に接続された第１の線路、第２の非励振素子と平行に延在し、第４の導電部に接続された第２の線路、第１の導電部と第３の導電部とを接続する第３の線路、および第１の線路と第２の線路とを接続する第４の線路、を含む素子部と、第１および第２のスイッチの導通および非導通を制御するための電気信号を出力する制御部と、第１の誘電体基板と、第１の誘電体基板と固定的な配置関係を有する第２の誘電体基板と、を備え、励振素子は、第１の誘電体基板の１主面上に配置され、第１および第２の非励振素子、第１および第２のスイッチ、および第３の線路、は第２の誘電体基板の一方の主面上に配置され、第１、第２および第４の線路は、第２の誘電体基板の他方の主面上に配置されており、制御部は、第３および第４の線路の間に直流信号を印加することにより、第１および第２のスイッチに対し電気信号として同一の直流信号を出力し、第１及び第２のスイッチは、制御部から同一の直流信号が出力された場合において、第１及び第２のスイッチのうち一方のスイッチが導通の場合、他方のスイッチが非導通となるようにしている。

本発明のアンテナ装置によれば、指向特性を可変とする制御のための構成を簡素化されたアンテナ装置を提供することができる。

また、配列される単位アンテナの数が増加しても、制御のための構成の複雑化が抑制可能なアレーアンテナ装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における、アンテナ装置の概要を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における、スイッチの状態と、指向特性におけるメインローブを示す図である。 本発明の実施の形態１における、スイッチの状態と、指向特性におけるメインローブを示す図である。 本発明の実施の形態２における、アンテナ装置の概要を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３における、アンテナ装置の概要を透視的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態３における、断面構造（一部）を示す図である。 本発明の実施の形態３における、指向特性におけるメインローブを示す図である。 本発明の実施の形態４における、アレーアンテナ装置の概要を透視的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態４における、スイッチの状態と、指向特性におけるメインローブを示す図である。 本発明の実施の形態４における、スイッチの状態と、指向特性におけるメインローブを示す図である。 本発明の実施の形態４における、アレーアンテナ装置の変形例の概要を透視的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態５における、制御部の内部構成の概要を示す図である。 本発明の実施の形態６における、アンテナ装置の概要を透視的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態６における、断面構造（一部）を示す図である。 本発明の実施の形態６における、直流に関する等価回路を示す図である。 本発明の実施の形態７における、アンテナ装置の概要を透視的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態７における、断面構造（一部）を示す図である。 本発明の実施の形態７の変形例における、アンテナ装置の概要を透視的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態７の変形例における、アンテナ装置の上方から見た平面構造（一部）を示す図である。 本発明の実施の形態８における、アンテナ装置の概要を透視的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態８における、断面構造（一部）を示す図である。 本発明の実施の形態８における、直流に関する等価回路を示す図である。 本発明の実施の形態８の変形例における、アンテナ装置の概要を透視的に示す斜視図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図を用いて説明する。

なお、以下の各実施の形態の図においては、同一または同様な構成要素については同一または同様の番号を付け、各実施の形態の説明においてその記載および説明を省略する場合がある。また、以下の説明において、１つの構成要素の内部の各部を区別する場合に符号中にａまたはｂが付加されて用いられるが、１つの構成要素を総体的に示す場合にはａおよびｂの記載がない符号を用いて説明する場合がある。

また、図の各要素は、本発明を説明するために便宜的に分割したものであり、その実装形態は図の構成、分割、名称等に限定されない。また、分割の仕方自体および分割部分の相互関係も図に示した分割に限定されない。

また、以下の説明において、「・・・部」との呼称の一部または全部は、装置の実装に応じて別の呼称、例えば「・・手段」、「・・デバイス」、「・・処理装置」、「・・機能単位」、「・・・回路」、と置き換えてもよく、その呼称に限定されない。

実施の形態１.

以下に、本発明の各実施の形態１について図１ないし図３を用いて説明する。

本実施の形態においては、一般性を失わずに説明をわかりやすくするため、３素子の八木宇田アンテナに適用した場合の例となっている。ただし、素子数は３に限定されない。また、対称的に配置された構成要素は同一の特性を有する場合の例となっているが、アンテナ装置として必要な特性であればよく厳密な対称配置および同一の特性に限定されない。

図１は、本発明の実施の形態１における、アンテナ装置の概要を示す斜視図である。

図において、１（１ａおよび１ｂ）は励振素子、２は給電点、１１（１１ａおよび１１ｂ）は第１の非励振素子、１１ａは第１の導電部、１１ｂは第２の導電部、１２（１２ａおよび１２ｂ）は第１のスイッチ（またはＰＩＮダイオード）、１３（１３ａおよび１３ｂ）は第１の遮断部（またはインダクタ）、１４は第１の線路、２１（２１ａおよび２１ｂ）は第２の非励振素子、２１ａは第３の導電部、２１ｂは第４の導電部、２２（２２ａおよび２２ｂ）は第２のスイッチ（またはＰＩＮダイオード）、２３（２３ａおよび２３ｂ）は第２の遮断部（またはインダクタ）、２４は第２の線路、３１は制御回路、３２は第３の線路、３３は第４の線路、３５および３６は線路対、１００は制御部、２００は素子部、４００はアンテナ装置、ｘ、ｙ、ｚは便宜的な座標軸を示す。

なお、アンテナ装置４００の実装においては、図示しない構成要素を含む広義のアンテナ装置を各種定義することも可能であり、例えば（１）無線周波数信号源、（２）給電線、（３）無線送信（または受信）制御回路、（４）各種情報処理回路、（５）フィルタなどの各種アナログ素子、（６）電源、（７）筐体、（８）表示用などの各種インターフェース、を含むことが可能である。

制御部１００は、指向特性を制御するための制御回路３１を含む。制御回路３１については後述する。

素子部２００は、励振素子１、第１の非励振素子１１、第２の非励振素子２１、第１のスイッチ１２、第２のスイッチ２２、第１の遮断部１３、第２の遮断部２３、第１の線路１４、第２の線路２４、第３の線路３２、および第４の線路３３を含む。

制御部１００（制御回路３１）と素子部２００との間は、線路対３５および３６により電気的に接続される。

本実施の形態は、励振素子１（１ａおよび１ｂ）は、ダイポールアンテナの場合の例となっている。また、励振素子１は、無線周波数の信号の送受信のための給電点２を有する。

なお、給電点とは、アンテナの素子と高周波電力を供給するための給電線との接続点であり、励振素子１の形状等によっては特定の点ではなく面的な広がりを持つ場合もある。また、励振素子１は、給電素子（Feed element）と呼ばれる場合がある。

また、励振素子１は、アンテナ装置の動作において、いわゆる輻射器として機能する。

第１の非励振素子１１は、励振素子１と離れた位置に配置される。また、非励振素子１１と励振素子１との間隔は、第１の非励振素子１１が導波器または反射器として機能するよう規定される。

本実施の形態は、第１の非励振素子１１および第２の非励振素子２１は同一面上に配置され、励振素子１は、上記面と離れて配置され、上記面と励振素子１との間隔は無線周波数の信号の波長より小さい場合の例となっている。

また、本実施の形態では、励振素子１は、第３の線路３２および第４の線路３３と離れて配置されており、第３の線路３２および第４の線路３３とは導通しないよう配置される。

また、第１の非励振素子１１は、第１の導電部１１ａおよび１１ｂを含む。第１の導電部１１ａと第２の導電部１１ｂとは分離して配置される。

なお、本発明の説明において、「導通」および「非導通」の語は、例えば第１の非励振素子のように２つの構成要素の間の導通および非導通という意味で用いる場合と、例えば第１のスイッチ１２のように１つの構成要素の取りうる状態としての導通および非導通（すなわちスイッチにおいては端子間の導通および非導通。）として用いる場合がある。また、本発明の説明において、完全な導通および非導通のみを意味する必要はなく、アンテナ装置に必要な性能を満足する程度において、必要な特性を有していればよい。

第１の非励振素子１１は、給電点を有さないことから無給電素子（Passive element）と呼ばれる場合がある。

第１のスイッチ１２（１２ａおよび１２ｂ）は、第１の導電部１１ａと第２の導電部１１ｂとに接続される。また、第１のスイッチ１２は、スイッチの動作状態である導通および非導通を切替えることにより、無線周波数における第１の導電部１１ａと第２の導電部１１ｂとの間の導通および非導通を切替える。

本実施の形態は、第１および第２のスイッチとしてＰＩＮダイオードを用いた場合の例となっている。すなわち、第１の非励振素子１１は、その途中にスイッチとして機能するＰＩＮダイオード１２が設けられている。

また、ＰＩＮダイオード１２ａおよび１２ｂは、アノードが第１の導電部１１ａに、カソードが第２の導電部１１ｂに接続される。

第１の遮断部１３（１３ａおよび１３ｂ）は、想定する無線周波数（または無線周波数帯域）において遮断特性を有する。本実施の形態は、遮断部としてインダクタを用いた場合の例となっている。

また、図においては、ＰＩＮダイオード１２ａおよび１２ｂは逆方向に向いている。

第１の線路１４は、導電性の線路であり、第１の非励振素子１１と平行に延在し、第１の遮断部１３を介して第２の導電部１１ｂに接続される。なお、「平行」という場合は、完全な平行である必要はなく、本発明のアンテナ装置としての要求性能を満足する程度、または本発明の実施に問題とならない程度であればよい。

本実施の形態は、第１の線路１４と第１の非励振素子との間隔が、無線周波数の信号の波長より小さい場合の例となっている

また、第１の線路１４は、第１の遮断部１３を介して第２の導電部１１ｂと接続される。

第２の非励振素子２１は、励振素子１および第１の非励振素子１１と離れた位置に配置される。また、第２の非励振素子２１は、第３の導電部２１ａおよび第４の導電部２１ｂを含み、第３の導電部２１ａおよび第４の導電部２１ｂは分離して配置される。

本実施の形態は、たとえば図の上方（ｚ方向）から平面的に見た場合に、励振素子１を挟んで両側に非励振素子が配置された場合の例となっている。

第２の非励振素子２１については、上記第１の非励振素子１１と同様であるので、その説明を省略する。

第２のスイッチ２２（２２ａおよび２２ｂ）は、第３の導電部２１ａと第４の導電部２１ｂとに接続される。また、第２のスイッチ２２は、スイッチの動作として導通および非導通を切替えることにより、無線周波数における、第３の導電部２１ａと第４の導電部２１ｂとの間の導通および非導通を切替える。

第２のスイッチ２２（２２ａおよび２２ｂ）については、上記第１のスイッチ１２と同様であるので、その説明を省略する。

ただし、スイッチとして機能するＰＩＮダイオード２２ａおよび２２ｂは、アノードが第４の導電部２１ｂに、カソードが第３の導電部２１ａに接続される。

したがって、図におけるダイオード２２ａおよび２２ｂの向きは、第１のスイッチとして機能するＰＩＮダイオード１２ａおよび１２ｂとは、逆向きに配置および接続される。

第２の遮断部２３（２３ａおよび２３ｂ）については、上記第１の遮断部１３と同様であるのでその説明を省略する。

第２の線路２４は、上記第１の線路１４と同様であるのでその説明を省略する。

第１の非励振素子１１と第１の線路１４との間隔、および第２の非励振素子２１と第２の線路２４との間隔については、第２の実施の形態において説明する。

制御回路３１は、第１のスイッチ１２（１２ａおよび１２ｂ）および第２のスイッチ２２（２２ａおよび２２ｂ）の、無線周波数における導通および非導通を制御するための制御信号を出力する。

本実施の形態では、制御信号として、線路３５と３６との間に印加される直流電気信号を用いる。ただし、スイッチの切替えが高速な場合に、実質的に交流信号と見做せる場合がある。

第３の線路３２は、導電性の線路であり、第１の導電部１１ａと第３の導電部２１ａとを接続するとともに、線路３５と接続される。

第４の線路３３は、導電性の線路であり、第１の線路１４と第２の線路２４とを接続するとともに、線路３６と接続される。

以上のようにして、本実施の形態は、図の上方から素子部２００を平面的に見た場合に、第１および第３の導電部１１ａ、２１ａと第３の線路３２との接続点を結ぶ直線を挟んで、全体として両側に対称的に配置および接続がされている場合の例となっている。

次に、本実施の形態のアンテナ装置４００の動作について説明する。

以下の説明では、アンテナ装置４００から無線周波数の信号を送信、すなわち無線周波数の信号をアンテナから電波として放射、する場合を例に説明する。ただし、アンテナ装置４００としては電波の受信においても同様に用いることができる。

励振素子１には、給電点２を介して無線周波数の信号が給電される。

制御部１００の制御回路は、線路３５と線路３６との間に、スイッチ１２および２２の導通および非導通を切替えるための電気信号として、直流信号を印加する。

線路３５は、線路３２、第１の導電部１１ａおよび第３の導電部２１ａを介して各ＰＩＮダイオードに接続され、また、線路３６は、第４の線路３３、第１の線路１４および第２の線路２４を介して各ＰＩＮダイオードに接続されている。制御部１００（制御回路３１）により線路３５と３６との間に印加された直流信号は、分岐されて各ＰＩＮダイオードの直流バイアスとなる。なお、バイアスの制御形態としては、電圧を制御する方法でも電流を制御する方法でもよい。

各遮断部（インダクタ）１３および２３は、無線周波数における遮断特性を有するが、制御部１００（制御回路３１）からの制御信号である直流バイアスを通過させる。

ＰＩＮダイオード１２および２２は、順バイアスが印加された場合に無線周波数の信号を導通できるようになり、例えば第１のスイッチ１２（１２ａおよび１２ｂ）においては第１の導電部１１ａと第２の導電部１１ｂとの間が導通する。この導通により、第１の非励振素子１１としての電気長は励振素子１より長くなり、反射器として機能する。第２のスイッチ２２（２２ａおよび２２ｂ）のＰＩＮダイオードも同様に機能する。

一方、ＰＩＮダイオード１２および２２に逆バイアスが印加された場合にはスイッチが非導通となり、例えば第１のスイッチ１２（１２ａおよび１２ｂ）においては第１の導電部１１ａと第２の導電部１１ｂとの間は非導通となる。この非導通により、第２の導電部１１ｂは無線周波数において実効的にアンテナ動作に寄与しなくなり、したがって第１の非励振素子１１としての電気長は励振素子１より短くなり、第１の導電部１１ａが導波器として機能する。第２の非励振素子２１も同様に機能する。

制御部１００から素子部２００に印加される直流信号が、第１の非励振素子１１と第２の非励振素子２１の両方に分岐されて印加されるが、第１の非励振素子１１と第２の非励振素子２１のＰＩＮダイオードは逆向きに接続されているので、第１のスイッチ１２および第２のスイッチ２２のうち一方のスイッチが導通となる場合、他方のスイッチが非導通となる。

したがって、制御信号としての同一の直流信号によってＰＩＮダイオードの直流バイアスが印加されても、一方の非励振素子が反射器として機能する場合、他方の非励振素子が導波器として機能するので、アンテナとしての指向特性が切替わる。

図２および図３は、本発明の実施の形態１における、スイッチの状態と、指向特性におけるメインローブを示す図である。

図２は、第１のスイッチ１２が導通、第２のスイッチ２２が非導通の場合であり、このときのｘ−ｙ平面と放射されるメインローブの例を示している。

図においては、第１の非励振素子１１は反射器として、第２の非励振素子２１は導波器として機能するので、メインローブはｙ方向（図の右側。）に向いている。

図３は、第１のスイッチ１２が非導通状態、第２のスイッチ２２が導通の場合であり、このときのｘ−ｙ平面と放射されるメインローブの例を示している。

図においては、第１の非励振素子１１は導波器として、第２の非励振素子２１は反射器として機能するので、メインローブは−ｙ方向（図の左側。）に向いている。

以上のことから、本実施の形態のアンテナ装置では、２種類の指向特性が得られ、放射パターンを可変とすることができることがわかる。

以上のように、本実施の形態のアンテナ装置によれば、第１のスイッチとしてのＰＩＮダイオード１２の極性と第２のスイッチとしてのＰＩＮダイオード２２の極性とを逆向きにし、かつ、両者を素子部２００において共通の制御線（線路３２および線路３３）により制御することで、制御部１００（制御回路３１）および制御信号を１つにまとめることができ、非励振素子の制御構造を簡素化できていることができる。

従って、指向特性を可変とする制御のための構成を簡素化されたアンテナ装置を提供することができる。

また、本実施の形態では、スイッチとしてＰＩＮダイオードを用いているので、スイッチ動作として導通と非導通の切替を高速化でき、したがってアンテナ装置の指向特性の切替を高速に行うことができる。

また、第１の線路１４は第１の非励振素子１１と平行に延在し、第２の線路２４は第２の非励振素子２１と平行に延在し、それぞれが無線周波数の波長に比べて小さい間隔で配置されている。

これにより、第１の線路１４は、第１の導電部１１ａに対し干渉等の実質的な影響を及ぼさないか、第１の導電部と実質的に一体的に機能することになり、アンテナ性能への悪影響を低減することができる。第２の線路２４についても同様である。

また、本実施の形態では、第２の非励振素子２１は第１の非励振素子１１と同一面上に配置され、励振素子１は、上記面と離れて配置されている。

これにより、第１の導電部１１と第３の導電部２１とを接続する第３の線路３２、および第１の線路１４と第２の線路２４とを接続する第４の線路３３、を最短で接続することができアンテナ装置の大きさの増加を抑制できる。

また、本実施の形態では、素子部２００の構造として、上記説明した各構成要素を対称的に配置および接続し、また線路３２、３３、３５および３６が対称軸に沿って配置されているので、線路３２および３３への無線周波数の信号による干渉が低減され、無線周波数の遮断のために線路上に遮断部をさらに配置するといった対策の必要性が低減し、アンテナ装置の製作費用の増加を抑制することができる。

また、第１および第２の非励振素子１１および２１が同一面上に配置され、また励振素子１は、非励振素子を配置した面と離れて配置されている。非励振素子を配置した面と励振素子１との間隔は無線周波数の信号の波長より小さいので、同一面上に配置した場合の特性との特性差を小さくできる。

また、無線周波数において遮断特性を有する遮断部１３および２３を設け、第１の線路１４は第１の遮断部１３を介して第２の導電部１１と接続され、第２の線路２４は第２の遮断部２３を介して第４の導電部２１ｂと接続されている。

これにより、スイッチの導通（および非導通）と無関係に無線周波数の信号が第２の導電部１１ｂおよび第４の導電部２１ｂに伝わってしまい非励振素子が導波器として機能しなくなる可能性、を抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、スイッチ１２および２２としてＰＩＮダイオードを用いた場合について説明したが、制御信号として直流の電気信号を用い、無線周波数の信号に対するスイッチとして機能するものであれば各種スイッチが適用可能であり、例えば、（１）バラクタダイオード、（２）リレースイッチを適用してもよい。

この場合、本実施の形態と同様に、スイッチの導通および非導通のための端子と、制御用信号を印加するための端子とが共用可能であることが望ましい。

例えばスイッチとしてバラクタダイオードを用いる場合、スイッチの切替え動作としてはＰＩＮダイオードの場合と同様であるが、ＰＩＮダイオードと比較して「導通」状態と「非導通」状態の間の遷移がゆっくり変わるので、アンテナ装置４００の用途に応じてスイッチの選択の範囲を広げることができ、またスイッチ以外を共用することができる。

また、本実施の形態においては、第１および第２のスイッチに対し制御部１００から直流信号が印加された場合、スイッチ全体の状態として、第１のスイッチ１２が導通で第２のスイッチ２２が非導通、または、第１のスイッチ１２が非導通で第２のスイッチ２２が導通、の２つの状態をとるものとして説明したが、直流信号が印加されない場合を含めて３状態を取るように構成してもよい。

すなわち、直流信号を印加しない場合は、（１）第１および第２のスイッチ１２、２２は共に非導通の状態をとる、または、（２）第１および第２のスイッチ１２、２２は共に導通の状態をとるように構成してもよい。

（１）の場合、スイッチであるＰＩＮダイオード１２および２２は共にバイアスなし（またはゼロバイアス）となり、無線周波数の信号は導通せず、非励振素子１１および２１は共に導波器として機能する。また、（２）の場合、ＰＩＮダイオード１２および２２は共に無線周波数の信号は導通するので、非励振素子１１および２１は共に反射器として機能する。

実施の形態２．

以下に、本発明の各実施の形態２について、図４を用いて説明する。

なお、上記実施の形態１と同様の構成要素および動作については、その説明を省略する場合がある。

図４は、本発明の実施の形態２における、アンテナ装置の概要を示す斜視図である。

本実施の形態が上記実施の形態２と異なる点は、励振素子の方式として、パッチアンテナ方式を用いている点である。

図において、３は誘電体基板、４はパッチを示す。その他の構成用は上記実施の形態１と同様である。

パッチアンテナでは、誘電体基板３の１主面上に導電性のパッチ４が形成されて構成される。パッチは例えば金属などの導電性材料で形成することができる。

なお、図のパッチアンテナの構造は１例であり、また、パッチの形状および給電点の位置はパッチアンテナの構造及び性能に応じて異なるため、給電点は図示していない。

例えば、誘電体基板の裏面側からスルーホールを介して、パッチ４の誘電体基板側の面（図においては下側の面。）に給電点を設けることができる。

また、誘電体基板３を挟んでパッチ４の配置された主面と対抗する主面（図では下側の面。）に接地面となる導電層（図示せず）が形成される。

また、実施の形態１と同様に、励振素子であるパッチアンテナは、非励振素子１１および２１が配置される面とは離れて配置され、面と前記励振素子との間隔は無線周波数の信号の波長より小さいように構成する。

その他の構成要素およびその動作は実施の形態１と同様であるので省略する。

本実施の形態においては、誘電体基板３の主面上に導電層（図示せず）が形成されアンテナ装置４００における反射板として機能するため、アンテナ装置４００から放射される電波は＋ｚ方向（図の上方）の半空間に放射される。したがって、メインローブは、非励振素子のスイッチの制御にかかわらず＋ｚ方向側に向くとともに、制御に応じて＋ｙ方向またはーｙ方向を向くことになる。（例えば、後述する実施の形態３の図７を参照。）
このように、励振素子１のアンテナ方式が変更された場合にも本発明の非励振素子に対する制御が適用可能である。

以上のように、本実施の形態のアンテナ装置によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。

また、励振素子として上記実施の形態１に記載のダイポールアンテナ方式に限定されないので、異なる励振素子のアンテナ装置に適用することができる。

実施の形態３.

以下に、本発明の各実施の形態３について、図５ないし図７を用いて説明する。

なお、上記各実施の形態１の構成要素と同一または同様な構成要素およびその動作については、その説明を省略する場合がある。

図５は、本発明の実施の形態３における、アンテナ装置の概要を透視的に示す斜視図である。

本実施の形態が上記実施の形態１と異なる主な点は、励振素子１と非励振素子１１および２２が異なる基板に配置され、また、反射板が形成されている点である。

すなわち、反射板付き３素子八木宇田アンテナの場合の例となっている。

図において、５は給電線、６は第１の誘電体基板、１５は第２の誘電体基板、３０は無線周波数信号源を、３４は反射板を示す。その他の構成要素は上記実施の形態１と同様である。

給電線５は、無線周波数信号源３０と励振素子１とを接続し、給電点２を介して、無線周波数信号源３０からの信号を励振素子１に給電する。

給電線５の実装としては、各種形態が適用可能であり、例えば（１）電線、（２）同軸ケーブル、（３）ストリップ線路、（４）導波管が適用可能である。

なお、図に示したダイポールアンテナ１と給電線５とを併せて励振素子１として機能するように形成してもよく、その場合は、図においては、給電線５と無線周波数信号源３０との接続点が給電点となる。

第１の誘電体基板６は、１主面上に、励振素子であるダイポールアンテナ１が配置される。

第２の誘電体基板１５は、一方の主面（図では基板の下面。）上に非励振素子１１、スイッチであるＰＩＮダイオード１２および２２、および第３の線路３２が配置される。また、第１の遮断部１３および第２の遮断部２３であるインダクタ、第１の線路１４、第２の線路２４、および第４の線路３３は、第２の誘電体基板１５の他方の主面（図では基板の上面。）上に配置される。

また、第１の誘電体基板６および第２の誘電体基板１５は、ダイポールアンテナ１が励振素子として機能するとともに、第１から第４の導電部１１および２１が非励振素子として機能するよう、固定的な配置関係を有して配置される。なお、両者は別々に形成しても、一体的に形成してもよい。

本実施の形態には、第１の誘電体基板６と第２の誘電体基板１５とが直角に固定されている場合の例となっている。

反射板３４は、導電性材料、例えば金属材料、により形成される。

本実施の形態においては、反射板３４は、第２の誘電体基板１５と平行に配置され、誘電体基板６と固定的な配置関係を有して配置される。なお、反射板として機能すれば全体が導電性である必要はなく、例えば図の上側を導電性にして下側は非導電性としてもよい。

また、本実施の形態は、第１の誘電体基板６と反射板３４とが垂直に固定されている場合の例となっている。したがって、第２の誘電体基板１５と反射板とが並行に配置されている。

無線周波数信号源３０は、アンテナ装置４００から放射する電波のもととなる、無線周波数の信号を発生する。

本実施の形態は、給電線５、線路３５および線路３６は、反射板３４を貫通し、誘電体基板６が固定されていない反射板３４の主面に配置された無線周波数信号源３０、制御回路３１と接続された場合の例となっている。

なお、線路３５および線路３６の、第２の誘電体基板１５と反射板３４との間の部分の実装は、各種形態が適用可能であり、例えば（１）電線、（２）誘電体基板（図示しない）に形成したストリップ線路、が適用可能である。

図６は、本発明の実施の形態３における、素子部の断面構造（一部）を示す図である。

図の（ａ）は、ｙ方向の位置が第１の非励振素子１１の位置、における、第２の誘電体基板１５のｘ−ｚ面の、第２のスイッチ１２ｂ周辺の断面を示している。

なお、他のスイッチの周辺の断面についても同様に考えることができる。

図において、１６はスルーホール、ｄ１は第１の線路１４と第１の非励振素子１１との間のｚ方向における間隔である。

スルーホール１６は、導電性材料、例えば金属材料、により形成される。

第１の遮断部であるインダクタ１３ａと、第２の導電部１１ｂおよび第１のスイッチであるＰＩＮダイオード１２ｂとが、スルーホール１６により接続される。

なお、上記実施の形態１で説明したように、第１の線路１４と第１の非励振素子１１とは平行に配置され、その間隔ｄ１は無線周波数における波長より小さくすることで、アンテナ性能への悪影響を低減または実質的に無視することができる。

図の（ｂ）は、励振素子１と非励振素子１１との、ｚ方向に関する位置関係を示している。

図において、ｄ２は励振素子１と第１の非励振素子１１との間のｚ方向における間隔である。なお、励振素子１と第１の非励振素子１１とは、ｙ方向における位置が異なる。また、他のスイッチを中心とする断面についても同様に考えることができる。

上記、実施の形態１において説明したように、励振素子１は、非励振素子１１および２１が配置された平面（本実施の形態においては第２の誘電体基板１５の１主面。）と離れて配置されているが、間隔ｄ２は前記無線周波数の信号の波長より小さくすることで、同一平面上に配置した場合に比べてアンテナ性能への悪影響を低減または実質的に無視することができる。

上記以外の構成要素および動作については上記実施の形態１と同様であるので省略する。

図７は、本発明の実施の形態３における、指向特性におけるメインローブを示す図である。ただし、スイッチの制御により切り替わるメインローブ３００ａおよび３００ｂを同じ図中に記載している。また、図を見やすくするため一部の符号の記載を省略している。

本実施の形態においては、反射板３４が存在するため、アンテナ装置４００から放射される電波は図の＋ｚ方向（図の上方）の半空間に放射され、メインローブは非励振素子の制御にかかわらず＋ｚ方向側に向くとともに、制御に応じて図の＋ｙ方向またはーｙ方向を向くことになる。

以上のように、本実施の形態のアンテナ装置によれば、上記実施の形態１と同様な効果を奏する。

また、励振素子１を配置する誘電体基板と、非励振素子等を配置する誘電体基板と、を異なる誘電体基板に配置するにより、別々に作製できるので、アンテナ装置の作製が容易になる。

また、反射板３４を備えているので、誘電体基板６および１５と反射板３４とによって支持構造が形成され、アンテナ装置４００の構造を強固にすることができる。

さらに、線路３５および３６を別の誘電体基板（図示しない）上に形成し、誘電体基板５と同様に固定する場合は、さらにアンテナ装置４００の構造を強固にすることができる。

なお、上記各実施の形態と同様な構成および動作については、上記各実施の形態の変形と同様な各種変形が可能である。

実施の形態４.

以下に、本発明の各実施の形態４について図８ないし図１１を用いて説明する。

なお、上記各実施の形態の構成要素と同一または同様な構成要素については、その説明を省略する場合がある。

図８は、本発明の実施の形態４における、アレーアンテナ装置の概要を透視的に示す斜視図である。

図において５００はアレーアンテナ装置を示す。

なお、図を見やすくするため一部の構成要素の符号のみ記載しているが、上記各実施の形態と同様である。

本実施の形態が上記実施の形態３と異なる主な点は、（１）１つの装置内において、同一の誘電体基板上に素子部２００が複数個配列されている点、（２）複数の素子部２００の第３の線路３２同士が接続され、第４の線路３３同士も接続され、したがって共通の制御回路３１により制御される点、（３）各素子部２００に、無線周波数信号源３０が配置されている点である。

個々の素子部２００の動作は、上記実施の形態３と同様であるので説明を省略する。

図９および図１０は、本発明の実施の形態４における、スイッチの状態と、指向特性におけるメインローブを示す図である。

図において、ＯＮが、スイッチが導通している状態を、ＯＦＦが、スイッチが非導通の状態を示す。

なお、本実施の形態は、素子部２００同士が等間隔に配置されている場合の例となっている。

図９と図１０の違いは、各素子部２００の２つの非励振素子のスイッチの動作状態が逆になっている点である。

各素子部２００のスイッチ１２および２２が同一の制御信号により制御されるので、各素子部２００から放射される電波のメインローブは同様な方向を示すことがわかる。

ただし、実際には、素子部２００同士の間隔と相互干渉の程度とに応じて、各々の素子部２００の指向特性が異なる場合が多い。

以上のように、本実施の形態のアンテナ装置によれば、各素子部において、上記実施の形態３と同様な効果を奏する。

また、１つのアンテナ装置において素子部２００を複数配列するようにしても、指向特性の制御のための構成の複雑化が抑制可能な、アレーアンテナ装置を提供することができる。

なお、上記各実施の形態と同様な構成および動作については、上記各実施の形態と同様に、各種変形が可能であり、変形されたアンテナ装置を構成することができる。

また、本実施の形態においては、素子部２００が４つ配列された場合を例に説明したが、４つに限定されず他の個数にしてもよい。

さらに、本実施の形態においては、図においてｙ方向に配列したが、図８の構成をさらにｘ方向に配列してもよい。

図１１は、本発明の実施の形態４における、アレーアンテナ装置の変形例の概要を透視的に示す斜視図である。図をみやすくするため構成要素の符号の記載を省略しているが、上記各実施の形態と同様である。

なお、この場合、複数の制御回路３１は、連動して同じ制御動作をしてもよいし、それぞれ独立に動作してもよい。

また、アレーアンテナ装置５００として素子部２００の個数が異なるものを配列してもよいし、上記実施の形態１ないし３におけるアンテナ装置と本実施の形態のアレーアンテナ装置とを組み合わせて新たなアレーアンテナ装置としてもよい。

また、本実施の形態においては、素子部２００同士が等間隔に配置されている場合を説明したが、例えば非特許文献１のように素子部２００の間隔が複数種類あるようにアレーアンテナ装置５００を構成してもよい。

実施の形態５．

以下に、本発明の各実施の形態５について図１２を用いて説明する。

なお、上記各実施の形態と同一または同様な動作については、その説明を省略する場合がある。

図１２は、本発明の実施の形態５における、制御部１００の内部構成の概要を示す図である。なお、上記各実施の形態の説明との関係では、制御回路３１と見做すこともできる。

図において、１０１は制御用インターフェース（Control Interface）、１０２はＣＰＵ（Central Processing Unit）、１０３はＲＡＭ（Random Access Memory）、１０４はＲＯＭ（Read Only Memory）、１０５は可変直流電源、１０６はバス（Bus）を示す。

なお、図に示した一部の構成要素を含まない、狭義の制御部１００を定義することが可能である。または、図示しないその他の構成要素、例えば（１）表示装置、（２）スイッチ制御以外用の制御部、を含む広義の制御部１００を定義することも可能である。

制御用インターフェース１０１は、アンテナ装置４００またはアレーアンテナ装置５００の外部と、制御情報、例えば１または０、をやり取りする。

ＣＰＵ１０２は、各種処理、例えばスイッチ１２および２２の制御に必要な処理、を行なう。

ＲＡＭ１０３およびＲＯＭ１０４は、各種情報、例えばスイッチ１２および２２に対する制御を行うためのプログラム、を記憶する。

可変直流電源１０５は、制御入力部（図示しない）を有し、例えば制御用インターフェース１０１からの制御情報に応じて、線路３５と３６の間に、直流信号を印加する、または印加しない、ように制御する。

例えば、制御情報として１または０が入力されると、直流信号として正の電圧または負の電圧を印加する。

また、可変直流電源１０５は、印加する場合の直流信号の極性及び大きさを制御する。

バス１０６は、図の構成要素間を接続し、各種信号および各種情報を伝達する。

本実施の形態においては、上記各実施の形態のいずれかまたは全部の制御部１００（または制御回路３１）の制御動作を行う。

例えば、制御信号を手動で印加するようアンテナ装置４００（またはアレーアンテナ装置５００）を構成する場合には、制御用インターフェース１０１および可変直流電源１０５を制御回路３１に対応させることができる。また例えば、プログラムにより自動制御するよう構成する場合は、ＣＰＵ１０２、ＲＡＭ１０３およびＲＯＭ１０４および可変直流電源１０５を制御回路３１に対応させることができる。

制御部１００（または制御回路３１）の動作の概要については、上記各実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

以上のように、本実施の形態のアンテナ装置によれば、上記各実施の形態に対応して、上記各実施の形態と同様な効果を奏する。

なお、本実施の形態の図１２のＣＰＵ１０２は、上記説明では単にＣＰＵとしているが、演算等に代表される処理機能を実現可能であればよく、例えば、（１）マイクロプロセッサ（Microprocessor）、（２）ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、（３）ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、（４）ＤＳＰ（Digital
Signal Processor）であってもよい。

また、処理は、（１）アナログ処理、（２）デジタル処理、（３）両者の混在処理、のいずれであってもよい。さらに、（１）ハードウェアによる実装、（２）ソフトウェア（プログラム）による実装、（３）両者の混在による実装、などが可能である。

また、本実施の形態のＲＡＭ１０３は、上記説明では単にＲＡＭとしているが、データを揮発的に記憶保持可能なものであればよく、例えば、（１）ＳＲＡＭ（Static RAM）、（２）ＤＲＡＭ（Dynamic RAM）、（３）ＳＤＲＡＭ（Synchronous DRAM）、（４）ＤＤＲ−ＳＤＲＡＭ（Double Data Rate SDRAM）であってもよい。

また、制御動作の実装は、（１）ハードウェアによる実装、（２）ソフトウェアによる実装、（３）両者の混在による実装、などが可能である。

また、本実施の形態のＲＯＭ１０４は、上記説明では単にＲＯＭとしているが、データを記憶保持可能なものであればよく、例えば、（１）ＥＰＲＯＭ（Electrical Programmable ROM）、（２）ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）、であってもよい。また、ハードウェアによる実装、ソフトウェアによる実装、両者の混在による実装、などが可能である。

また、図の各部の間を結ぶバス１０６によって運ばれる信号および情報の内容は、アンテナ装置４００およびアレーアンテナ装置５００の内部構成の分割の仕方によって変わることがあり、その場合、信号および情報が、（１）明示的に実装されるか否か、また（２）明示的に規定される情報か否か、といった情報の属性が異なってもよい。

また、指向特性の制御における各種処理または動作は、（１）実質的に等価（または相当する）処理（または動作）に変形して実装する、（２）実質的に等価な複数の処理に分割して実装する、（３）複数のブロックに共通する処理はそれらを含むブロックの処理として実装する、（４）あるブロックがまとめて実装する、など本発明の課題及び効果の範囲で各種変形が可能である。

実施の形態６．

以下に、本発明の実施の形態６について図１３から図１５を用いて説明する。

なお、上記各実施の形態の構成要素と同一または同様な構成要素およびその動作については、その説明を省略する場合がある。

図１３は、本発明の実施の形態６における、アンテナ装置の概要を透視的に示す斜視図である。 図の見方は、上記実施の形態３の図５と同様である。

図１４は、本発明の実施の形態６における、断面構造（一部）を示す図である。

図においては、第１のスイッチ１２ａを含むｘ−ｚ面の断面を主に示している。 図の見方は、上記実施の形態３の図６（ａ）と同様である。

図において、１７（１７ａおよび１７ｂ）は第１の抵抗部、２７（２７ａおよび２７ｂ）は第２の抵抗部を示す。その他の構成要素は上記実施の形態３と同様である。

本実施の形態が上記実施の形態３と異なる主な点は、第１の抵抗部１７および第２の抵抗部２７が追加されている点である。

第１の抵抗部１７は、直流において抵抗特性を有する。 第１の抵抗部１７の実装形態としては、例えば単独の回路素子としての抵抗素子を用いることができる。 また、第１の抵抗部１７と第１の遮断部１３とは直列接続の関係にある。

図３および図４の構成において、第１の線路１４は、第１の遮断部１３に直列接続された第１の抵抗部１７、をさらに介して第２の導電部１１ｂと接続されている。 したがって、第４の線路３３についても同様に、第１の抵抗部１７および第１の遮断部１３を介して第２の導電部１１ｂと接続されている。

なお、図１３および図１４においては、第１の抵抗部１７と第１の遮断部１３との間に線路が形成されているが、第１の抵抗部１７と第１の遮断部１３との間の線路がない構成、即ち遮断部と抵抗部とが直接接続される構成、としてもよく図の構成に限定されない。

第２の抵抗部２７については、上記第１の抵抗部１７と同様であるので、その説明を省略する。

次に、本実施の形態におけるアンテナ装置の動作原理を、上記実施の形態３との比較により説明する。

図１５は、本発明の実施の形態６における、直流に関する等価回路を示す図である。

図において、ＯＮはスイッチ（ＰＩＮダイオード）が導通している状態、ＯＦＦは非導通の状態を示す。 また、図中の＋および−は、制御回路３１から出力される直流信号の極性を示す。

アンテナ装置としての基本的な動作は、上記実施の形態３と同様である。

上記実施の形態３においては、制御回路３１から線路対３５および３６に直流信号が出力されると、一方の非励振素子のＰＩＮダイオード（図中では１２）には順バイアスが印加され導通（即ちＯＮ状態）となり、他方の非励振素子のＰＩＮダイオード（図中では２２）には逆バイアスが印加され非導通（以下、ＯＦＦ状態）となる。 そして、制御回路３１から出力される直流信号の極性を切替ることによりアンテナとしての指向特性が切替わる。

例えば制御回路３１から出力される直流電圧の極性が図１５に示した極性である場合を考えると、ＰＩＮダイオード１２ａおよび１２ｂは導通（ＯＮ状態）となり、ＰＩＮダイオード２２ａおよび２２ｂは非導通（ＯＦＦ状態）となる。

第１および第２の遮断部であるインダクタ１３（１３ａ、１３ｂ）および２３（２３ａ、２３ｂ）は、直流に対しては、原理的には抵抗がゼロとして考えることができる。

したがって、上記実施の形態３は、各ＰＩＮダイオードにバイアス電圧が印加された場合、導通（ＯＮ）となったＰＩＮダイオードおよび非導通（ＯＦＦ状態）となったＰＩＮダイオードに対し、同一の大きさのバイアス電圧が印加される。

順バイアス電流を増加してＰＩＮダイオードを導通（ＯＮ状態）にする場合、バイアス電流＝０（したがってバイアス電圧＝０）ではＰＩＮダイオードは導通（ＯＮ状態）とはならない。 そして、バイアス電流が増加することによりＰＩＮダイオードが導通（ＯＮ状態）となり、そのＰＩＮダイオードに接続された非励振素子がアンテナ装置４００の反射器として動作する。

一方、逆バイアス電圧を増加してＰＩＮダイオードを非導通（ＯＦＦ状態）にする場合、バイアス電圧＝０でも原理的には非導通（ＯＦＦ）となるが、バイアス電圧の変動に対しダイオードの等価回路のリアクタンスが変化するため、アンテナ装置としての動作が安定しない可能性がある。

上記を考慮し、ＰＩＮダイオードに対する適切なバイアス条件として、導通（ＯＮ）と非導通（ＯＦＦ）とで異ならせることが望ましい。 この場合の例として、（１）導通（ＯＮ）の場合には、数１０ｍＡ程度のバイアス電流（あるいはその電流となるバイアス電圧として例えば１Ｖ程度。）、（２）非導通（ＯＦＦ）の場合には、−数Ｖ程度のバイアス電圧（すなわちバイアス電流が実用的に０とみなせるバイアス電圧）、とする場合を考えることができる。（ただし前記の具体的な値の例に限定または固定する必要はなく、アンテナ装置の実装形態によって上記値が異なってよい。）

上記実施の形態３においては同じ大きさのバイアス電圧が全てのＰＩＮダイオードに印加されるので、（１）制御回路３１から出力される直流電圧の絶対値を導通（ＯＮ状態）に適した条件、例えば上記のように１Ｖ程度、に合わせてアンテナ装置４００を作製した場合、非導通（ＯＦＦ状態）のＰＩＮダイオードでは逆バイアス電圧が十分ではなく、（２）制御回路３１から出力される直流電圧の絶対値を非導通（ＯＦＦ）に適した条件、例えば上記のように−数Ｖ程度、に合わせてアンテナ装置４００を作製した場合、導通（ＯＮ）状態のＰＩＮダイオードはバイアスが過剰となる、という可能性があることがわかる。

一方、本実施の形態においては、図１５に示すように、第１の抵抗部１７および第２の抵抗部２７が、直流信号の経路に追加されている。

この場合、非導通（ＯＦＦ状態）となったＰＩＮダイオード２２ａおよび２２ｂは原理的には直流信号が流れない状態（いわゆる解放状態、即ち抵抗が無限大の状態。）と見做すことができる。
したがって第２の抵抗部２７における電圧降下が生じないため、ＰＩＮダイオード２２の両端に印加される電圧（バイアス電圧）は、上記実施の形態３の場合と同じとなる。 すなわち、原理的には、第２の抵抗部２７ａおよび２７ｂの抵抗値に関係なく、制御回路３１から出力された直流電圧がそのまま印加されることになる。

導通（ＯＮ）となったＰＩＮダイオード１２ａおよび１２ｂには、直流電流が流れるので、第１の抵抗部１７により電圧降下が生じ、ＰＩＮダイオードの両端に印加される電圧（すなわちＰＩＮダイオードのバイアス電圧）は、上記実施の形態３の場合に比べて低い電圧となることがわかる。

したがって、本実施の形態においては、導通（ＯＮ状態）時と非導通（ＯＦＦ状態）時とで、ＰＩＮダイオードに対し異なるバイアス条件を与えることができることが分かる。
すなわち、順バイア時と逆バイアス時とでＰＩＮダイオードに対し異なるバイアス条件を与えることができる。

制御回路３１の出力電圧の大きさ及び上記抵抗部の抵抗値の決定方法としては、例えば、（１）非導通（ＯＦＦ状態）時のＰＩＮダイオードの逆バイアス電圧が適正な電圧値となるよう制御回路３１を構成し、（２）導通（ＯＮ状態）時のＰＩＮダイオードの順バイアス電流が適正となるように第１の抵抗部１７（１７ａおよび１７ｂ）の抵抗値を決定する、という方法を用いることができる。

同様にして、アンテナ装置４００の指向特性を切替えるために制御回路３１の出力電圧の極性を反転する場合に対し、上記と同様にして、第２の抵抗部２７（２７ａおよび２７ｂ）を適正な値を決定することができる。

なお、全てのダイオード特性が同じ場合などにおいては、第１の抵抗部１７と第２の抵抗部２７を同じ抵抗値となるようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態のアンテナ装置によれば、上記実施の形態３と同様な効果を奏する。

また、ＰＩＮダイオードのバイアス条件（電圧あるいは電流）を、導通（ＯＮ）時と非導通（ＯＦＦ側）時とで異なる条件を設定することができる。

ＰＩＮダイオードに適切な順バイアス電流（またはその電流が流れる順バイアス電圧）を印加することで、確実にアンテナ装置の放射パターンを切替えることができる。

また、ＰＩＮダイオードに適切な逆バイアス電圧（またはＰＩＮダイオードの電流が実用的にゼロと見做せる逆バイアス電圧）を印加することで、アンテナ装置４００の動作時に無線周波数信号の電力が高い場合において、一部の電力が非導通（ＯＦＦ側）側のＰＩＮダイオードを通過してしまうことにより放射パターンの切替えが十分でなくなること、を抑制できる。

さらに、ＰＩＮダイオードのバイアス条件（電圧あるいは電流）を、導通（ＯＮ）時と非導通（ＯＦＦ側）時とで異なる条件を設定することにより、適切な逆バイアス電圧を印加することでバイアス電圧の変動に対するアンテナ特性の変化が少なくなることができる。 これにより、アンテナ装置の動作および性能を安定化させることができる。

なお、本実施の形態の図に示した構成は、上記実施の形態３の図１５と同様に、第１の誘電体基板６、第２の誘電体基板１５および反射板３４等を有する構成に適用した場合の例となっているが、上記した他の実施の形態１、２、４、５に示した図の構成に適用して新たな実施の形態とすることができ、本実施の形態と同様な効果を奏する。

また、制御回路３１の構成については上記実施の形態４１から４と同様に、上記実施の形態５に示した制御回路の構成を適用することができる。

実施の形態７．

以下に、本発明の実施の形態７について図１６から図１９を用いて説明する。

なお、上記各実施の形態６の構成要素と同一または同様な構成要素およびその動作については、その説明を省略する場合がある。

図１６は、本発明の実施の形態７における、アンテナ装置の概要を透視的に示す斜視図である。 図の見方は、上記実施の形態６の図１３と同様である。

図１７は、本発明の実施の形態７における、断面構造（一部）を示す図である。

図においては、主に第１のスイッチ１２ａを含むｘ−ｚ面の断面を示している。 図の見方は、上記実施の形態６の図１４と同様である。

図において、１８（１８ａおよび１８ｂ）は第３の遮断部、２８（２８ａおよび２８ｂ）は第４の遮断部を示す。その他の構成要素は上記実施の形態６と同様である。

本実施の形態が上記実施の形態６と異なる主な点は、第３の遮断部１８および第４の遮断部２８が追加されている点である。

第３の遮断部１８は、想定する無線周波数（または無線周波数帯）における遮断特性を有するが、制御部１００（制御回路３１）からの制御信号である直流バイアスを通過させる。 第３の遮断部１８の実装形態としては、例えば第１および第２の遮断部と同様な回路素子（インダクタ）を用いることができる。ただし、第１から第４の遮断部が全て同じ特性の回路素子である場合に限定されない。

また、第３の遮断部１８は、第１の遮断部１３および第１の抵抗部１７と直列接続の関係にあり、かつ第１の遮断部１３とともに第１の抵抗部１７を挟むように接続される。

図の構成において、第１の線路１４は、第１の抵抗部１７に直列接続された第３の遮断部１８、をさらに介して第２の導電部１１と接続されている。 したがって、第４の線路３３についても同様に、第３の遮断部１８、第１の抵抗部１７および第１の遮断部１３を介して、第２の導電部１１と接続されている。

なお、図に１７おいては第１の抵抗部１７と第３の遮断部１８との間に線路が形成されているが、第１の抵抗部１７と第３の遮断部１８との間の線路がない構成、即ち両者が直接接続される構成としてもよく、図の構成に限れない。

また、図１７においては上記第６の実施の形態と同様に、第１の抵抗部１７と第１の遮断部１３との間に線路が形成されているが、第１の抵抗部１７と第１の遮断部１３との間の線路がない構成、即ち遮断部と抵抗部とが直接接続される構成、としてもよく図の構成に限れない。

第４の遮断部２８については、第３の遮断部１８と同様であるので、その説明を省略する。

次に、本実施の形態におけるアンテナ装置の動作原理を、上記実施の形態６との比較により説明する。

第３および第４の遮断部１８、２８は、直流においては第１および第２の遮断部１３、２３と同様であるので、アンテナ装置としての基本的な動作は、上記実施の形態６と同様である。

上記実施の形態６および本実施の形態においては、第１の抵抗部１７（１７ａ、１７ｂ）および第２の抵抗部２７（２７ａ、２７ｂ）を有している。 この場合、抵抗部において無線周波数の信号に対しては損失を生じさせる場合がある。

これは、想定する無線周波数信号（または無線周波数帯信号）の波長に対し抵抗部１７の大きさが無視できない場合に、抵抗部１７が等価的に分布定数回路となることによる。
このために、抵抗部１７に無線周波数信号が流れ、損失を生じさせる。

本実施の形態では、第１の抵抗部１７ａを挟むように第１の遮断部（インダクタ）１３ａと第３の遮断部１８ａが接続されている。
第１の抵抗部１７ｂ、第２の抵抗部２７ａおよび２７ｂについては、第１の抵抗部１７ａと同様であるので、その説明を省略する。

図に示した各抵抗部について、抵抗部を２つの遮断部で挟むことで、無線周波数の電流の経路をより遮断することができる。

以上のように、本実施の形態のアンテナ装置によれば、上記実施の形態３と同様な効果を奏する。

また、上記実施の形態６と同様に抵抗部を有するので、上記実施の形態６と同様に、ＰＩＮダイオードのバイアス条件（電圧あるいは電流）を導通（ＯＮ）時と非導通（ＯＦＦ側）時とに対し異なる条件を設定することができる。

このため、適切な順バイアス電流（またはその電流が流れる順バイアス電圧。）を印加することで確実にアンテナ装置の放射パターンを切替えることができる。

さらに、ＰＩＮダイオードのバイアス条件（電圧あるいは電流）を、導通（ＯＮ）側と非導通（ＯＦＦ側）とで異なる条件を設定することにより、適切な逆バイアス電圧を印加することで電圧変動に対するアンテナ特性の変化が少なくなることができる。 これにより、アンテナ装置の動作および性能を安定化させることができる。

また、抵抗部を２つの遮断部で挟むことで、抵抗部における無線周波数信号の損失を抑制でき、したがってアンテナ装置４００の出力としての無線周波数信号の出力を増加させることができる。

なお、上記構成においては、直流信号の経路において抵抗部と直列に遮断部を接続した場合の構成について説明したが、たとえば以下に示すように、抵抗部における無線周波数信号の損失を抑制するための、別の回路素子および接続関係を用いてもよい。

図１８は、本発明の実施の形態７の変形例における、アンテナ装置の概要を透視的に示す斜視図である。

図１９は、本発明の実施の形態７の変形例における、アンテナ装置の上方から見た平面構造（一部）を示す図である。 図においては、主に誘電体基板１５の上面の平面図を示している。

図において、１９（１９ａおよび１９ｂ）は第１の通過部、２９（１９ａおよび２９ｂ）は第２の通過部を示す。 図の構成においては、第１の通過部１９および第２の通過部２９としてキャパシタを用いた場合の例となっている。

図１８が図１６と異なる主な点は、第３の遮断部１８の代わりに第１の通過部１９が、第４の遮断部２８の代わりに第２の通過部２９が、配置されている点である。

第１の通過部１９（１９ａおよび１９ｂ）は、想定する無線周波数（または無線周波数帯域）において通過特性を有する。 なお、想定する無線周波数（または無線周波数帯域）における通過特性としてはアンテナ装置の性能を満足する程度に通過特性を有していればよく、理想的な通過特性である必要はない。

また、第１の抵抗部１７と第１の通過部１９とが並列接続の関係にある。 したがって、図の構成において、第１の線路１４は、第１の遮断部１３と、並列接続された第１の抵抗部１７および第１の通過部１９と、を介して第２の導電部１１と接続されている。したがって、第４の線路３３についても同様に、第１の遮断部１３と、並列接続された第１の抵抗部１７および第１の通過部１９と、を介して第２の導電部１１と接続されている。

第２の通過部２９については、第１の通過部１９と同様であるので、その説明を省略す。

次に、本実施の形態におけるアンテナ装置の動作原理を説明する。

基本的な動作は上記実施の形態３および上記実施の形態６と同様である。

無線周波数における第１の通過部１９および第２の通過部２９のインピーダンスが、第１の抵抗部１７および第２の抵抗部２７より小さくなるように素子の回路定数を選択する。 これにより、各抵抗部において流れる無線周波数信号を抑制でき、したがって無線周波数信号の損失を抑制することができる。

なお、本実施の形態の図に示した構成は、上記実施の形態３および上記実施の形態６と同様に、第１の誘電体基板６、第２の誘電体基板１５および反射板３４等を有する構成に適用した場合の例となっているが、上記した他の実施の形態１、２、４、５に示した図の構成に適用して新たな実施の形態とすることができ、本実施の形態と同様な効果を奏する。

また、上記図１８に示した抵抗部１７（２７）と通過部１９（２９）の並列接続回路は、直流および無線周波数における等価回路が同様な特性を有する回路を用いてもよい。

また、制御回路３１の構成については上記実施の形態４１から４と同様に、上記実施の形態５に示した制御回路の構成を適用することができる。

実施の形態８．

以下に、本発明の実施の形態８について図２０から図２３を用いて説明する。

なお、上記各実施の形態の構成要素と同一または同様な構成要素およびその動作については、その説明を省略する場合がある。

図２０は、本発明の実施の形態８における、アンテナ装置の概要を透視的に示す斜視図である。

図２１は、本発明の実施の形態６における、断面構造（一部）を示す図である。

図２２は、本発明の実施の形態８における、直流に関する等価回路を示す図である。

図２０から図２２において、１７ｃは第３の抵抗部、２７ｃは第４の抵抗部、４１はスルーホールを示す。その他の構成要素は上記実施の形態３と同様である。

図２１においては、第１のスイッチ１２ａを含むｘ−ｚ面の断面を主に示している。

図２１の見方は、上記実施の形態３の図６（ａ）と同様である。 ただし、第３の抵抗部１７ｃおよびスルーホール４１は、第１のスイッチ１２ａよりも−ｙ方向に配置されている。

本実施の形態が上記実施の形態３と異なる主な点は、（１）第３の抵抗部１７ｃおよび第４の抵抗部２７ｃが追加されている点、および、（２）第１の線路１４と第４の線路３３とが第３の抵抗部１７ｃを介して接続されるとともに、第２の線路２４と第４の線路３３とが第４の抵抗部２７ｃを介して接続されている点である。

第３の抵抗部１７ｃは、直流において抵抗特性を有する。 第１の抵抗部１７の実装形態としては、例えば単独の回路素子としての抵抗素子を用いることができる。

第４の線路３３は、誘電体基板１５の内部に形成されている。 なお、第４の線路３３は、誘電体基板１５の主面上に形成された第１の線路１４および第２の線路２４と、直接には接続されていない。

したがって図の構成において、第１の線路１４は、スルーホール４１および第３の抵抗部１７ｃを介して、第４の線路３３と接続されている。

第４の抵抗部２７ｃについては、第３の抵抗部１７ｃと同様であり、第２の線路２４については、第１の線路１４と同様であるので、その説明を省略する。

次に、本実施の形態におけるアンテナ装置の動作原理を、上記実施の形態３との比較により説明する。

基本的な動作は、実施の形態３および実施の形態６と同様である。

直流動作については、（１）上記実施の形態６の図１５における第１の抵抗部１７ａおよび第２の抵抗部１７ｂを、第３の抵抗部１７ｃとして共用化し、（２）第２の抵抗部２７ａおよび２７ｂを、第４の抵抗部２７ｃとして共用化したもの、として理解することができる。

したがって、ＰＩＮダイオードのバイアス条件を導通（ＯＮ状態）時と非導通（ＯＦＦ状態）時とで異なるようにした場合の動作は、上記実施の形態６と同様にして考えることができるので、その説明を省略する。

以上のように、本実施の形態のアンテナ装置によれば、上記実施の形態３と同様な効果を奏する。

また、上記実施の形態６および実施の形態７と同様に、抵抗部を有することにより、ＰＩＮダイオードのバイアス条件（電圧あるいは電流）として導通（ＯＮ）時と非導通（ＯＦＦ側）時とで異なる条件に設定とすることができる。

このため、適切な順バイアス電流（またはその電流が流れる順バイアス電圧。）を印加することで確実にアンテナ装置の放射パターンを切替えることができる。

さらに、上記実施の形態６と同様に、ＰＩＮダイオードのバイアス条件（電圧あるいは電流）を、導通（ＯＮ）側と非導通（ＯＦＦ側）とで異なる条件を設定することにより、適切な逆バイアス電圧を印加することで電圧変動に対するアンテナ特性の変化が少なくなることができる。 これにより、アンテナ装置の動作および性能を安定化させることができる。

また、第３の抵抗部１７ｃおよび第４の抵抗部２７ｃは、アンテナの対称軸上に存在するため、原理的には無線周波数の電流は抵抗部に流れず、したがって上記実施の形態６および７の場合と比べて、無線周波数信号の損失を抑制することができる。 したがってアンテナ装置４００の出力としての無線周波数信号の出力を増加させることができる。

なお、制御回路３１の構成については上記実施の形態４１から４と同様に、上記実施の形態５に示した制御回路の構成を適用することができる。

また、上記構成の説明においては、直流信号の経路においてスルーホールを用いる場合の構成について説明したが、たとえば以下に示すように別の回路素子および接続関係を用いてもよい。

図２４は、本発明の実施の形態８の変形例における、アンテナ装置の概要を透視的に示す斜視図である。 図の見方は、図２０と同様である。

図において、３７は第１の迂回線路、３８は第２の迂回線路を示す。

第１の迂回線路３７および第２の迂回線路３８は、直流において導体として機能する。
本実施の形態では、第１の迂回線路３７および第２の迂回線路３８の実装形態として、円弧状の導体線を用いた場合の例となっている。

また、第１の線路１４、第２の線路２４および第４の線路３３は、誘電体基板の同一主面上に形成されている。

第１の迂回線路３７は、第４の線路３３が第１の線路１４を迂回するよう配置されたものと考えることができる。 したがって、第１の迂回線路３７は、第４の線路３３の一部として考えることもできる。

第１の線路１４と第４の線路３３とが、第３の抵抗部１７ｃを介して接続され、また、第２の線路２４と第４の線路３３とが、第４の抵抗部２７ｃを介して接続されている。 したがって、直流における電気的な接続関係は上記実施の形態７の図２２と同様であるので、その説明を省略する。

第２の迂回線路３８については、第１の迂回線路３７と同様であるので、その説明を省略する。

図２３の動作は、上記図２０から図２２の説明と同様であるので、その効果も図２０から図２２についての上記説明と同様である。

なお、上記各実施の形態において、図示した構成要素の一部を含まない狭義のアンテナ装置４００およびアレーアンテナ装置５００を定義することも可能であり、例えば制御部１００と線路３５および３６を含まないように構成してもよい。また例えば、狭義の素子部２００として、図示した構成要素のうち対称的な配置の中心に配置された要素と、対称的な配置の片側の範囲の要素（および要素の一部）とを備え、他の片側の要素（および要素の一部）を含まないように構成してもよい。

また、上記各実施の形態における装置の構成、機能および処理の分割のしかたは一例であり、装置の実装においては、等価な機能を実現できればよく各本実施の形態に限定されない。また、アレーアンテナ装置５００を単にアンテナ装置と呼んでもよい。

１（１ａおよび１ｂ） 励振素子、２ 給電点、３ 誘電体基板、４ パッチ、１２（１２ａおよび１２ｂ） 第１のスイッチ（ＰＩＮダイオード）、５ 給電線、６ 誘電体基板、１１ 第１の非励振素子、１１ａ 第１の導電部、１１ｂ 第２の導電部、１３（１３ａおよび１３ｂ） 第１の遮断部、１４ 第１の線路、１５ 誘電体基板、１６ スルーホール、１７ａおよび１７ｂ 第１の抵抗部、１７ｃ 第３の抵抗部、１８（１８ａおよび１８ｂ） 第３の遮断部、１９（１９ａおよび１９ｂ） 第１の通過部、２１ 第２の非励振素子、２１ａ 第３の導電部、２１ｂ 第４の導電部、２２（２２ａおよび２２ｂ） 第２のスイッチ（ＰＩＮダイオード）、２３（２３ａおよび２３ｂ） 第２の遮断部、２４ 第２の線路、２７ａおよび２７ｂ 第２の抵抗部、２７ｃ 第４の抵抗部、２８（２８ａおよび２８ｂ） 第４の遮断部、２９（２９ａおよび２９ｂ） 第２の通過部、３０ 無線周波数信号源、３１ 制御回路、３２ 第３の線路、３３ 第４の線路、３４ 反射板、３５、３６ 線路、３７ 第１の迂回線路、３８ 第２の迂回線路、４１
スルーホール、１００ 制御部、２００ 素子部、１０１ 制御用インターフェース １０２ プロセッサ、１０３ ＲＡＭ、１０４ ＲＯＭ、１０５ 可変直流電源、１０６
バス、３００ メインローブ、４００ アンテナ装置、５００ アレーアンテナ装置

Claims (10)

1. 無線周波数の信号の給電点を有する励振素子、
   前記励振素子と離れた位置に配置され、第１および第２の導電部を有する第１の非励振素子、
   前記励振素子および前記第１の非励振素子と離れた位置に配置され、第３および第４の導電部を有する第２の非励振素子、
   導通および非導通の２つの動作状態を有し、前記第１の導電部と前記第２の導電部との間の導通と非導通を切替える第１のスイッチ、
   導通および非導通の２つの動作状態を有し、前記第３の導電部と前記第４の導電部との間の導通と非導通を切替える第２のスイッチ、
   前記第１の非励振素子と平行に延在し、前記第２の導電部に接続された第１の線路、
   前記第２の非励振素子と平行に延在し、前記第４の導電部に接続された第２の線路、
   前記第１の導電部と前記第３の導電部とを接続する第３の線路、
   および前記第１の線路と前記第２の線路とを接続する第４の線路、
   を含む素子部と、
   前記第１および第２のスイッチの前記導通および前記非導通を制御するための電気信号を出力する制御部と、
   第１の誘電体基板と、
   前記第１の誘電体基板と固定的な配置関係を有する第２の誘電体基板と、
   を備え、
   前記励振素子は、前記第１の誘電体基板の１主面上に配置され、
   前記第１および前記第２の非励振素子、前記第１および前記第２のスイッチ、および前記第３の線路、は前記第２の誘電体基板の一方の主面上に配置され、
   前記第１、前記第２および前記第４の線路は、前記第２の誘電体基板の他方の主面上に配置されており、
   前記制御部は、前記第３および前記第４の線路の間に直流信号を印加することにより、前記第１および前記第２のスイッチに対し前記電気信号として同一の直流信号を出力し、
   前記第１及び第２のスイッチは、前記制御部から前記同一の直流信号が出力された場合において、前記第１及び第２のスイッチのうち一方のスイッチが導通の場合、他方のスイッチが非導通となる、
   アンテナ装置。
2. 前記素子部は、
   前記無線周波数において遮断特性を有する第１及び第２の遮断部をさらに備え、
   前記第１の線路は、前記第１の遮断部を介して前記第２の導電部と接続され、
   前記第２の線路は、前記第２の遮断部を介して前記第４の導電部と接続された、
   請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記素子部は、
   直流において抵抗特性を有する第１および第２の抵抗部をさらに備え、
   前記第１の線路は、
   前記第１の遮断部に直列接続された前記第１の抵抗部、をさらに介して前記第２の導電部と接続され、
   前記第２の線路は、
   前記第２の遮断部に直列接続された前記第２の抵抗部、をさらに介して前記第４の導電部と接続された、
   請求項２記載のアンテナ装置。
4. 前記素子部は、
   前記無線周波数において通過特性を有する第１および第２の通過部をさらに備え、
   前記第１の通過部は、前記第１の抵抗部と並列接続され、
   前記第２の通過部は、前記第２の抵抗部と並列接続された、
   請求項３記載のアンテナ装置。
5. 前記素子部は、
   第３および第４の抵抗部をさらに備え、
   前記第１の線路は、前記第３の抵抗部を介して前記第４の線路と接続され、
   前記第２の線路は、前記第４の抵抗部を介して前記第４の線路と接続された、
   請求項２記載のアンテナ装置。
6. 前記励振素子は、ダイポールアンテナ、反射板付きダイポールアンテナまたはパッチアンテナである、
   請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 前記第１および第２のスイッチは、ＰＩＮダイオード、バラクタダイオード、またはリレースイッチの１ずれか１つである、
   請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
8. 前記第１および第２のスイッチは、ＰＩＮダイオードであり、
   前記第１のスイッチの前記ＰＩＮダイオードは、前記第１の導電部にアノードが接続され、前記第２の導電部にカソードが接続され、
   前記第２のスイッチの前記ＰＩＮダイオードは、前記第３の導電部にカソードが接続され、前記第４の導電部にアノードが接続されている、
   請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
9. 前記素子部を複数個備え、
   前記複数個の前記素子部の、前記第３の線路同士が接続され、前記第４の線路同士が接続された、
   請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のアンテナ装置を複数個備えた、
    アレーアンテナ装置。

Images