JP6335808B2 - アンテナ装置及びアレーアンテナ装置 - Google Patents

Description

この発明は、電気的な切り替えによって放射指向性もしくは共振周波数を変えることが可能なアンテナ装置及びアレーアンテナ装置に関するものである。

以下の特許文献１には、電気的な切り替えによって放射指向性を変えることが可能なアンテナ装置が開示されている。
このアンテナ装置では、誘電体基板の表面に給電素子と無給電素子が形成されており、この無給電素子は、誘電体基板の裏面に形成されているスイッチを介して、グランド板と接続されている。
このため、スイッチが閉じているＯＮ状態では無給電素子が接地されるが、スイッチが開いているＯＦＦ状態では無給電素子が接地されずにフロートの状態になる。
無給電素子がフロートの状態での放射指向性は、無給電素子と給電素子のうち、流れている電流の位相が遅れている側の素子の方向に傾くようになる。
このため、スイッチのオンオフを切り替えることで、アンテナ装置の放射指向性を可変することができる。

以下の特許文献２に開示されているアンテナ装置では、誘電体基板の表面に給電素子と無給電素子が形成されており、この無給電素子には、位相調整用の伝送線路と接地電極が備えられている。
給電素子を基準として、無給電素子の位相が遅れている場合には、アンテナ装置が導波器として作用し、無給電素子の位相が進んでいる場合には、アンテナ装置が反射器として作用する。
また、無給電素子に備えられている伝送線路に対して、高周波信号の通過又は遮断を選択するスイッチを設ければ、無給電素子を導波器として作用させるか、反射器として作用させるかを切り替えることができ、その結果、アンテナ装置の放射指向性を切り替えることが可能になる。

特開２００７−３７１６１号公報（段落番号［０００９］、図２） 特開２００８−２９５０６２号公報（図４）

従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、特許文献１の場合、誘電体基板の裏面に形成されているスイッチのオンオフを切り替えることで、放射指向性を可変することができる。しかし、スイッチを誘電体基板の裏面に形成すると、誘電体基板の裏面に、例えばアンテナの整合回路や送受信装置などを設置することが困難になることがあるという課題があった。
特許文献２の場合も、高周波信号の通過又は遮断を選択するスイッチを誘電体基板の裏面に形成する場合、特許文献１と同様に、誘電体基板の裏面に、例えばアンテナの整合回路や送受信装置などを設置することが困難になることがあるという課題があった。
一方、高周波信号の通過又は遮断を選択するスイッチを誘電体基板の表面に形成する場合、誘電体基板の表面において、アンテナ装置に要する面積が拡大し、装置の大型化を招いてしまうという課題があった。
なお、誘電体基板の表面にスイッチが形成されているアンテナ装置を複数個配列してアレーアンテナ装置を構成する場合、スイッチの分だけ、複数のアンテナ装置の配置可能な間隔の最小値が増加する。配置可能な間隔の最小値の増加は、グレーティングローブの発生原因となり、アンテナ利得の低下や不要な方向への電波の放射を招いてしまうことがある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、誘電体基板の裏面に対する整合回路などの設置の制限や、誘電体基板の表面における設置面積の増大を招くことなく、放射指向性もしくは共振周波数を変えることができるアンテナ装置及びアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るアンテナ装置は、裏面にグランド板が形成されている誘電体基板と、誘電体基板の表面に配置され、給電点が形成されている給電素子と、給電素子の周囲に位置するように誘電体基板の表面に配置され、一部に穴であるスロットが形成されている放射導体素子と、誘電体基板の表面のうち、放射導体素子のスロットが配置される部分の表面に形成され、そのスロットを跨ぐように放射導体素子の２点間を結んでいる短絡線に挿入されているスイッチと、一端が短絡線と接続されている第１の導体と、放射導体素子とグランド板を接続している第２の導体とを備え、制御部が、第１及び第２の導体に印加する電気信号を制御して、スイッチのオンオフを切り替えるようにしたものである。

この発明によれば、穴であるスロットを跨ぐように放射導体素子の２点間を結んでいる短絡線にスイッチを挿入するように構成したので、誘電体基板の裏面に対する整合回路などの設置の制限や、誘電体基板の表面における設置面積の増大を招くことなく、放射指向性を変えることができるアンテナ装置が得られる効果がある。

この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の表面を示す平面図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の裏面を示す平面図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の放射指向性の一例を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２によるアンテナ装置の裏面を示す平面図である。 この発明の実施の形態２によるアンテナ装置の放射指向性の一例を示す平面図である。 無給電素子２１を構成している放射導体素子２２の配置例を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３によるアンテナ装置の表面を示す平面図である。 図５のアンテナ装置が誘電体基板１に２個形成されているアレーアンテナ装置の概要を示す平面図である。 図５のアンテナ装置が誘電体基板１に２個形成されているアレーアンテナ装置の概要を示す平面図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置の表面を示す平面図であり、図２はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置の裏面を示す平面図である。
また、図３はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す断面図である。
図１から図３において、誘電体基板１は裏面にグランド板２が形成されている基板である。グランド板２は導電性板である。
給電素子１１は誘電体基板１の表面に配置され、給電素子１１は給電点１３が形成されている放射導体素子１２から構成されている。
無給電素子２１は給電素子１１の周囲に位置するように誘電体基板１の表面に配置され、無給電素子２１は中心部分（一部）にスロット２３が形成されている放射導体素子２２から構成されている。スロット２３はくり抜かれている放射導体素子２２の穴である。

接続点２４は放射導体素子２２において、短絡線２６を接続するために、スロット２３との境界付近に設けられている第１の接続点である。
接続点２５は放射導体素子２２において、短絡線２６を接続するために、スロット２３との境界付近に設けられている第２の接続点である。
図１の例では、接続点２４と接続点２５は対向する位置に設けられている。
短絡線２６は接続点２４と接続点２５を結ぶ導電線であり、スロット２３を跨ぐように配線されている。

第１のダイオードであるＰＩＮダイオード２７は誘電体基板１の表面のうち、放射導体素子２２のスロット２３が配置される部分の表面に形成され、短絡線２６に挿入されている。
即ち、ＰＩＮダイオード２７のアノード電極がスルーホール２９に接続され、カソード電極が接続点２４と接続されるように短絡線２６に挿入されている。
第２のダイオードであるＰＩＮダイオード２８は誘電体基板１の表面のうち、放射導体素子２２のスロット２３が配置される部分の表面に形成され、短絡線２６に挿入されている。
即ち、ＰＩＮダイオード２８のアノード電極がスルーホール２９に接続され、カソード電極が接続点２５と接続されるように短絡線２６に挿入されている。

スルーホール２９は放射導体素子２２が励振された際に電界が零となる位置に形成され、一端が短絡線２６と接続されている第１の導体である。
ただし、電界が零となる位置は、放射導体素子２２が励振された際に電界が完全に零となる位置を意味するものではなく、アンテナ装置として必要な性能を満足することができる程度に電界が零に近い位置を意味するものである。
なお、誘電体基板１の裏面において、スルーホール２９の近傍のグランド板２が除去されており、スルーホール２９とグランド板２の電気的な接続はない。

スルーホール３０，３１は放射導体素子２２が励振された際に電界が零となる位置に形成され、放射導体素子２２とグランド板２を接続している第２の導体である。
ただし、電界が零となる位置は、スルーホール２９と同様に、放射導体素子２２が励振された際に電界が完全に零となる位置を意味するものではなく、アンテナ装置として必要な性能を満足することができる程度に電界が零に近い位置を意味するものである。

線路３２は一端がスルーホール２９と接続され、他端が制御部３４と接続されている。
線路３３は一端がグランド板２と接続され、他端が制御部３４と接続されている。
制御部３４は線路３２，３３に印加する直流信号（電気信号）を制御して、ＰＩＮダイオード２７，２８の導通と非導通（スイッチのオンオフ）を切り替えることで、アンテナ装置の放射指向性を変更する。
ただし、ＰＩＮダイオード２７，２８の導通の意味は、ＰＩＮダイオード２７，２８が完全な導通特性（抵抗成分が零）を有していることを意味するものではなく、アンテナ装置として必要な性能を満足することができる程度の導通特性（抵抗成分が小さいが零ではない）を有していればよいことを意味している。
また、ＰＩＮダイオード２７，２８の非導通の意味についても、ＰＩＮダイオード２７，２８が完全な非導通特性（抵抗成分が無限大）を有していることを意味するものではなく、アンテナ装置として必要な性能を満足することができる程度の導通特性（抵抗成分が極めて大きいが無限大ではない）を有していればよいことを意味している。

次に動作について説明する。
図１のアンテナ装置が送信アンテナとして、無線周波数の信号を送信する場合の動作を説明する。
図４はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置の放射指向性の一例を示す斜視図であり、４１，４２がアンテナ装置の放射指向性を示している。また、４３は短絡線２６及びＰＩＮダイオード２７，２８からなるバイパス経路を示している。
アンテナ装置が無線周波数の信号を送信する場合、無線周波数の信号が給電素子１１を構成している放射導体素子１２の給電点１３に給電される。これにより、給電素子１１を構成している放射導体素子１２に電流が流れる。

制御部３４は、給電素子１１を構成している放射導体素子１２の放射指向性を所望の方向に制御するため、線路３２，３３に印加する直流信号を制御して、ＰＩＮダイオード２７，２８の導通と非導通を切り替えるようにする。
具体的には、制御部３４が、線路３２に対して正の直流信号を印加し、線路３３に対して負の直流信号を印加すると、ＰＩＮダイオード２７，２８のバイアスが順バイアスになるため、接続点２４と接続点２５が短絡線２６を介して導通する。
このとき、給電素子１１を構成している放射導体素子１２を流れている電流と電磁的に結合することで、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２にも電流が流れるが、接続点２４と接続点２５が導通している場合、接続点２４と接続点２５の間が非導通の場合（短絡線２６が途中で電気的に切断されている場合）よりも、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２の電気長が短くなるため、接続点２４と接続点２５が非導通の場合よりも、放射導体素子２２を流れる電流の位相が遅れる。

無給電素子２１を構成している放射導体素子２２を流れる電流の位相が遅れることで、例えば、放射導体素子２２を流れる電流の位相が、給電素子１１を構成している放射導体素子１２を流れている電流の位相より遅れるように、放射導体素子１２，２２の形状や寸法が設計されている場合、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２が導波器として動作する。
無給電素子２１を構成している放射導体素子２２が導波器として動作する場合、アンテナ装置の放射指向性が＋ｙ方向に傾き、図４の４１に示すような放射指向性になる。

制御部３４が、線路３２に対して負の直流信号を印加し、線路３３に対して正の直流信号を印加すると、ＰＩＮダイオード２７，２８のバイアスが逆バイアスになるため、接続点２４と接続点２５の間が非導通になる。
接続点２４と接続点２５の間が非導通の場合、接続点２４と接続点２５が導通している場合よりも、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２の電気長が長くなるため、接続点２４と接続点２５が導通している場合よりも、放射導体素子２２を流れる電流の位相が進む。

無給電素子２１を構成している放射導体素子２２を流れる電流の位相が進むことで、例えば、放射導体素子２２を流れる電流の位相が、給電素子１１を構成している放射導体素子１２を流れている電流の位相より進むように、放射導体素子１２，２２の形状や寸法が設計されている場合、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２が反射器として動作する。
無給電素子２１を構成している放射導体素子２２が反射器として動作する場合、アンテナ装置の放射指向性が−ｙ方向に傾き、図４の４２に示すような放射指向性になる。

したがって、制御部３４が、線路３２，３３に印加する直流信号を制御して、ＰＩＮダイオード２７，２８の導通と非導通を切り替えるようにすることで、放射導体素子１２の放射指向性を変えることができる。
図４の例では、アンテナ装置の放射指向性が＋ｙ方向に傾いている放射指向性４１と、アンテナ装置の放射指向性が−ｙ方向に傾いている放射指向性４２とを示しているが、接続点２４と接続点２５が導通している場合だけでなく、接続点２４と接続点２５の間が非導通の場合でも、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２を流れる電流の位相が、給電素子１１を構成している放射導体素子１２を流れている電流の位相より遅れるように、放射導体素子１２，２２の形状や寸法が設計されていれば、どちらの場合でも、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２が導波器として動作して、アンテナ装置の放射指向性が＋ｙ方向に向くようになる。
ただし、接続点２４と接続点２５の間が非導通のときに放射導体素子２２を流れる電流の位相より、接続点２４と接続点２５が導通しているときに放射導体素子２２を流れる電流の位相の方が遅れるため、接続点２４と接続点２５の間が非導通の場合の放射指向性より、接続点２４と接続点２５が導通している場合の放射指向性の方が、より大きく＋ｙ方向に向くようになる。

また、接続点２４と接続点２５の間が非導通の場合だけでなく、接続点２４と接続点２５が導通している場合でも、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２を流れる電流の位相が、給電素子１１を構成している放射導体素子１２を流れている電流の位相より進むように、放射導体素子１２，２２の形状や寸法が設計されていれば、どちらの場合でも、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２が反射器として動作して、アンテナ装置の放射指向性が−ｙ方向に向くようになる。
ただし、接続点２４と接続点２５が導通しているときに放射導体素子２２を流れる電流の位相より、接続点２４と接続点２５の間が非導通のときに放射導体素子２２を流れる電流の位相の方が進むため、接続点２４と接続点２５が導通している場合の放射指向性より、接続点２４と接続点２５の間が非導通の場合の放射指向性の方が、より大きく−ｙ方向に向くようになる。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、スロット２３を跨ぐように放射導体素子２２の接続点２４と接続点２５を結んでいる短絡線２６にスイッチであるＰＩＮダイオード２７，２８を挿入するように構成したので、誘電体基板１の裏面に対する整合回路や送受信装置などの設置の制限や、誘電体基板１の表面における設置面積の増大を招くことなく、放射指向性を変えることができるアンテナ装置が得られる効果を奏する。
即ち、誘電体基板１の裏面にスイッチを設ける必要がないため、スイッチの設置に伴う整合回路や送受信装置などの設置の制限を受けない。
また、スイッチであるＰＩＮダイオード２７，２８を、誘電体基板１の表面のうち、放射導体素子２２のスロット２３が配置される部分の表面に形成しており、放射導体素子２２の周囲などに形成しているものではないため、ＰＩＮダイオード２７，２８を誘電体基板１の表面に形成しても、給電素子１１と無給電素子２１からなるアンテナ装置の全体の面積が拡大するものではない。したがって、アンテナ装置の小型化を図ることができる。

また、この実施の形態１によれば、スルーホール２９，３０，３１を、放射導体素子２２が励振された際に電界が零となる位置に形成するように構成したので、スルーホール２９，３０，３１の形成に伴うアンテナ装置の放射特性の影響を低減することができる効果を奏する。

さらに、この実施の形態１によれば、短絡線２６に挿入しているスイッチとして、ＰＩＮダイオード２７，２８を用いるように構成したので、スイッチのオンオフを高速に切り替えることができる。したがって、アンテナ装置の放射指向性を高速に可変することができる効果を奏する。

この実施の形態１では、図１のアンテナ装置が送信アンテナとして動作する場合、アンテナ装置の放射指向性を可変するものを示したが、図１のアンテナ装置が受信アンテナとして動作する場合にも、アンテナ装置の放射指向性を可変することができる。
即ち、制御部３４が、送信アンテナとして動作する場合と同様に、線路３２，３３に印加する直流信号を制御して、ＰＩＮダイオード２７，２８の導通と非導通を切り替えることで、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２の電気長が変化して、放射導体素子２２が導波器又は反射器として動作するため、アンテナ装置の放射指向性を変えることができる。

この実施の形態１では、短絡線２６に挿入しているスイッチがＰＩＮダイオード２７，２８である例を示しているが、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、ＰＩＮダイオード２７，２８に限るものではなく、例えば、バラクタダイオードやリレースイッチなどを用いるようにしてもよい。

この実施の形態１では、給電素子１１がマイクロストリップアンテナであるものを想定しているが、給電素子１１がマイクロストリップアンテナであるものに限るものではなく、例えば、ダイポールアンテナなどでもよい。

また、この実施の形態１では、第１の導体としてスルーホール２９、第２の導体としてスルーホール３０，３１を用いているものを示しているが、第１及び第２の導体がスルーホールに限るものではない。例えば、金属製のピンを該当位置に差し込んで、そのピンの上下を接続対象（第１の導体であれば短絡線２６と線路３２、第２の導体であれば放射導体素子２２とグランド板２）とはんだ等によって接続したものであってもよい。

この実施の形態１では、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２の中心部分にスロットが形成されているものを示しているが、これは一例に過ぎず、放射導体素子２２の中央部分以外にスロットが形成されていてもよい。
したがって、放射導体素子２２の端部にスロットが形成されることで、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２の形状が、例えば、コの字形やＬ字形になっていてもよい。
また、スロットの形状は四角形であるものに限るものでなく、例えば、丸型であってもよいし、四角形以外の多角形であってもよい。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、給電素子１１の周囲に１個の無給電素子２１が配置されているものを示したが、給電素子１１の周囲に複数個の無給電素子２１が配置されているようにしてもよい。
図５はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す斜視図であり、図６はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置の裏面を示す平面図である。
また、図７はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置の放射指向性の一例を示す平面図である。
図５から図７において、図１から図４と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
この実施の形態２では、給電素子１１を構成している放射導体素子１２の上下左右に、無給電素子２１を構成する放射導体素子２２が４個配置されている例を説明する。

次に動作について説明する。
制御部３４は、誘電体基板１の表面に配置されている無給電素子２１毎に、線路３２，３３に印加する直流信号を制御して、ＰＩＮダイオード２７，２８の導通と非導通を切り替えることで、各々の無給電素子２１を構成している放射導体素子２２を導波器又は反射器として動作させることができる。

即ち、接続点２４と接続点２５が導通している場合、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２を流れる電流の位相が、給電素子１１を構成している放射導体素子１２を流れている電流の位相より遅れるように、放射導体素子１２，２２の形状や寸法が設計されており、また、接続点２４と接続点２５が非導通の場合、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２を流れる電流の位相が、給電素子１１を構成している放射導体素子１２を流れている電流の位相より進むように、放射導体素子１２，２２の形状や寸法が設計されている場合、制御部３４が、線路３３の電位を零に保持した状態で、各々の放射導体素子２２のスルーホール２９に接続されている線路３２に対して正の直流信号を印加すれば、放射導体素子２２を導波器として動作させることができる。
一方、制御部３４が、線路３３の電位を零に保持した状態で、各々の当該放射導体素子２２のスルーホール２９に接続されている線路３２に対して負の直流信号を印加すれば、放射導体素子２２を反射器として動作させることができる。

図７において、ｏｎは無給電素子２１を構成している放射導体素子２２のスイッチであるＰＩＮダイオード２７，２８が導通している状態を示し、ｏｆｆはＰＩＮダイオード２７，２８が非導通の状態を示している。
図７（ａ）の例では、図中、給電素子１１を構成している放射導体素子１２の右側に配置されている無給電素子２１の放射導体素子２２だけが導波器として動作し、他の放射導体素子２２が反射器として動作する。
このため、アンテナ装置の放射指向性は、図７（ａ）に示すように、＋ｙ方向に傾いている放射指向性５１になる。
図７（ｂ）の例では、図中、給電素子１１を構成している放射導体素子１２の上側に配置されている無給電素子２１の放射導体素子２２だけが導波器として動作し、他の放射導体素子２２が反射器として動作する。
このため、アンテナ装置の放射指向性は、図７（ｂ）に示すように、−ｘ方向に傾いている放射指向性５２になる。

図７（ｃ）の例では、図中、給電素子１１を構成している放射導体素子１２の右側及び上側に配置されている無給電素子２１の放射導体素子２２が導波器として動作し、放射導体素子１２の左側及び下側に配置されている無給電素子２１の放射導体素子２２が反射器として動作する。
このため、アンテナ装置の放射指向性は、図７（ｃ）に示すように、−ｘ＋ｙ方向に傾いている放射指向性５３になる。
図７（ｄ）の例では、図中、給電素子１１を構成している放射導体素子１２の周囲に配置されている全ての無給電素子２１の放射導体素子２２が導波器として動作する。
このため、アンテナ装置の放射指向性は、図７（ｄ）に示すように、＋ｚ方向に向いている放射指向性５４になる。
図７では、４つの放射指向性５１〜５４の例を示しているが、導波器として動作する放射導体素子２２と、反射器として動作する放射導体素子２２との組み合わせを変えることで、更に異なる放射指向性を得ることができる。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、給電素子１１を構成している放射導体素子１２の周囲に、無給電素子２１を構成する放射導体素子２２を複数個配置するように構成したので、上記実施の形態１よりも、変更可能な放射指向性を増やすことができる効果を奏する。

この実施の形態２では、給電素子１１を構成している放射導体素子１２の上下左右に、無給電素子２１を構成する放射導体素子２２を４個配置している例を示したが、放射導体素子２２の配置数は４個に限るものではない。また、放射導体素子２２の配置位置は給電素子１１を構成している放射導体素子１２の上下左右の位置に限るものではない。
図８は無給電素子２１を構成している放射導体素子２２の配置例を示す斜視図である。
図８（ａ）の例では、給電素子１１を構成している放射導体素子１２の対角の位置に、４個の放射導体素子２２が配置されている。
また、図８（ｂ）の例では、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２の上下左右の位置と放射導体素子２２の対角の位置に、合計８個の放射導体素子２２が配置されている。

なお、給電素子１１を構成している放射導体素子１２の周囲に、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２を複数個配置することで、上記実施の形態１よりも、給電素子１１と無給電素子２１からなるアンテナ装置の全体の面積が拡大するが、放射導体素子２２の周囲などにスイッチを形成している無給電素子を複数個配置する場合よりは、アンテナ装置の全体の面積の拡大が抑えられる。

実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、給電素子１１を構成している放射導体素子１２の周囲に、無給電素子２１を構成する放射導体素子２２が配置されているものを示したが、誘電体基板１の表面に給電素子１１を配置せずに、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２に給電点１３を形成することで、無給電素子２１を給電素子として使用するようにしてもよい。
図９はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置の表面を示す平面図であり、図９において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
制御部３５は、図１の制御部３４と同様に、線路３２，３３に印加する直流信号（電気信号）を制御して、ＰＩＮダイオード２７，２８の導通と非導通（スイッチのオンオフ）を切り替えるが、図１の制御部３４と異なり、ＰＩＮダイオード２７，２８の導通と非導通を切り替えることで、アンテナ装置の共振周波数を変更する。
図９の例では、放射導体素子２２に給電点１３が形成されており、図１の給電素子１１が誘電体基板１の表面に配置されていない。

次に動作について説明する。
図９のアンテナ装置が送信アンテナとして、無線周波数の信号を送信する場合の動作を説明する。
アンテナ装置が無線周波数の信号を送信する場合、無線周波数の信号が放射導体素子２２に形成されている給電点１３に給電される。

制御部３５は、アンテナ装置の共振周波数を制御するため、線路３２，３３に印加する直流信号を制御して、ＰＩＮダイオード２７，２８の導通と非導通を切り替えるようにする。
具体的には、制御部３５が、線路３２に対して正の直流信号を印加し、線路３３に対して負の直流信号を印加すると、ＰＩＮダイオード２７，２８のバイアスが順バイアスになるため、接続点２４と接続点２５が短絡線２６を介して導通する。
このように、接続点２４と接続点２５が導通する場合、接続点２４と接続点２５の間が非導通の場合よりも、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２の電気長が短くなるため、接続点２４と接続点２５が非導通の場合よりも、アンテナ装置の共振周波数が高周波側に変化する。この結果、給電点１３に対して、高周波側に変化した共振周波数と略等しい周波数の信号が給電された場合、その周波数の信号を効率よく放射することができる。

制御部３５が、線路３２に対して負の直流信号を印加し、線路３３に対して正の直流信号を印加すると、ＰＩＮダイオード２７，２８のバイアスが逆バイアスになるため、接続点２４と接続点２５の間が非導通になる。
このように、接続点２４と接続点２５の間が非導通になる場合、接続点２４と接続点２５が導通する場合よりも、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２の電気長が長くなるため、接続点２４と接続点２５が導通する場合よりも、アンテナ装置の共振周波数が低周波側に変化する。この結果、給電点１３に対して、低周波側に変化した共振周波数と略等しい周波数の信号が給電された場合、その周波数の信号を効率よく放射することができる。
したがって、制御部３５が、線路３２，３３に印加する直流信号を制御して、ＰＩＮダイオード２７，２８の導通と非導通を切り替えるようにすることで、アンテナ装置の共振周波数を制御することができる。

以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、スロット２３を跨ぐように放射導体素子２２の接続点２４と接続点２５を結んでいる短絡線２６にスイッチであるＰＩＮダイオード２７，２８を挿入するように構成したので、誘電体基板１の裏面に対する整合回路や送受信装置などの設置の制限や、誘電体基板１の表面における設置面積の増大を招くことなく、共振周波数を変えることができるアンテナ装置が得られる効果がある。
即ち、誘電体基板１の裏面にスイッチを設ける必要がないため、スイッチの設置に伴う整合回路や送受信装置などの設置の制限を受けない。
また、スイッチであるＰＩＮダイオード２７，２８を、誘電体基板１の表面のうち、放射導体素子２２のスロット２３が配置される部分の表面に形成しており、放射導体素子２２の周囲などに形成しているものではないため、ＰＩＮダイオード２７，２８を誘電体基板１の表面に形成しても、給電素子１１と無給電素子２１からなるアンテナ装置の全体の面積が増加するものではない。したがって、アンテナ装置の小型化を図ることができる。

また、この実施の形態３によれば、スルーホール２９，３０，３１を、放射導体素子２２が励振された際に電界が零となる位置に形成するように構成したので、スルーホール２９，３０，３１の形成に伴うアンテナ装置の放射特性の影響を低減することができる効果を奏する。

さらに、この実施の形態３によれば、短絡線２６に挿入しているスイッチとして、ＰＩＮダイオード２７，２８を用いるように構成したので、スイッチのオンオフを高速に切り替えることができるようになる。したがって、アンテナ装置の共振周波数を高速に可変することができる効果を奏する。

この実施の形態３では、図９のアンテナ装置が送信アンテナとして動作する場合、アンテナ装置の共振周波数を可変するものを示したが、図９のアンテナ装置が受信アンテナとして動作する場合にも、アンテナ装置の共振周波数を可変することができる。
即ち、制御部３５が、送信アンテナとして動作する場合と同様に、線路３２，３３に印加する直流信号を制御して、ＰＩＮダイオード２７，２８の導通と非導通を切り替えることで、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２の電気長が変化するため、アンテナ装置の共振周波数を変えることができ、アンテナ装置の共振周波数と略等しい周波数の電波を受信することができる。

この実施の形態３では、短絡線２６に挿入しているスイッチがＰＩＮダイオード２７，２８である例を示しているが、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、ＰＩＮダイオード２７，２８に限るものではなく、例えば、バラクタダイオードやリレースイッチなどを用いるようにしてもよい。

また、この実施の形態３では、第１の導体としてスルーホール２９、第２の導体としてスルーホール３０，３１を用いているものを示しているが、第１及び第２の導体がスルーホールに限るものではない。例えば、金属製のピンを該当位置に差し込んで、そのピンの上下を接続対象（第１の導体であれば短絡線２６と線路３２、第２の導体であれば放射導体素子２２とグランド板２）とはんだ等によって接続したものであってもよい。

この実施の形態３では、放射導体素子２２の中心部分にスロットが形成されているものを示しているが、これは一例に過ぎず、放射導体素子２２の中央部分以外にスロットが形成されていてもよい。
したがって、放射導体素子２２の端部にスロットが形成されることで、無給電素子２１を構成している放射導体素子２２の形状が、例えば、コの字形やＬ字形になっていてもよい。
また、スロットの形状は四角形であるものに限るものでなく、例えば、丸型であってもよいし、四角形以外の多角形であってもよい。

実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、１つのアンテナ装置が誘電体基板１に形成されているものを示したが、上記実施の形態１〜３のアンテナ装置を誘電体基板１に複数個形成することで、アレーアンテナ装置を構成するようにしてもよい。
図１０は図５のアンテナ装置が誘電体基板１に２個形成されているアレーアンテナ装置の概要を示す平面図である。
特に図１０（ａ）はアレーアンテナ装置の表面を示すとともに、アレーアンテナ装置の放射指向性を示している。６１，６２がアレーアンテナ装置の放射指向性を示している。図１０（ｂ）はアレーアンテナ装置の裏面を示している。
図１０において、図１から図９と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
制御部６０は図１等の制御部３４と同様に、線路３２，３３に印加する直流信号を制御して、ＰＩＮダイオード２７，２８の導通と非導通を切り替えることで、アンテナ装置の放射指向性を変更するものであるが、図１等の制御部３４と異なり、２個のアンテナ装置における各々の放射導体素子２２のＰＩＮダイオード２７，２８の導通と非導通を切り替えるものである。

図１０のアレーアンテナ装置は、放射導体素子２２の周囲などにスイッチが形成されているアンテナ装置ではなく、スロット２３が配置される部分にスイッチが形成されている小型のアンテナ装置を配置しているものであるため、２個のアンテナ装置の間隔を狭めることができる。
即ち、放射導体素子２２の周囲などにスイッチが形成されている場合、そのスイッチを設置する場所を確保する必要があるため、各々のアンテナ装置の間隔が広がってしまうが、スロット２３が配置される部分にスイッチが形成されている図５等のアンテナ装置の場合、アンテナ装置とアンテナ装置の間に、当該スイッチを設置する場所を確保する必要がないため、２個のアンテナ装置の間隔を狭めることができる。
したがって、２個のアンテナ装置の間隔が広くなることが原因でのグレーティングローブの発生を防止することができる。

図１０（ａ）において、ｏｎは無給電素子２１を構成している放射導体素子２２のスイッチであるＰＩＮダイオード２７，２８が導通している状態を示し、ｏｆｆはＰＩＮダイオード２７，２８が非導通の状態を示している。
図１０（ａ）の例では、２個のアンテナ装置において、図中、給電素子１１を構成している放射導体素子１２の右側及び上側に配置されている無給電素子２１の放射導体素子２２が導波器として動作し、放射導体素子１２の左側及び下側に配置されている無給電素子２１の放射導体素子２２が反射器として動作する。
このため、２個のアンテナ装置の放射指向性、即ち、アレーアンテナ装置の放射指向性は、図１０（ａ）に示すように、−ｘ＋ｙ方向に傾いている放射指向性６１，６２になる。

図１０の例では、４本の線路３２がそれぞれ２分岐されており、２個のアンテナ装置において、給電素子１１を構成している放射導体素子１２に対する配置位置が同じ放射導体素子２２のスルーホール２９には、分岐元が同じ線路３２の分岐線路が接続されている。
例えば、２個のアンテナ装置において、給電素子１１を構成している放射導体素子１２の上側に配置されている２個の放射導体素子２２のスルーホール２９には、図中、１番上側の線路３２の分岐線路が接続され、給電素子１１を構成している放射導体素子１２の右側に配置されている２個の放射導体素子２２のスルーホール２９には、図中、上から３番目の線路３２の分岐線路が接続されている。
このため、２個のアンテナ装置の放射指向性６１，６２は常に同じ方向になるように制御される。

これに対して、図１１のアレーアンテナ装置では、合計８個の放射導体素子２２のスルーホール２９には、別々の線路３２が接続されている。
この場合、２個のアンテナ装置の放射指向性６３，６４を同じ方向だけでなく、別の方向に制御することが可能となる。
図１１（ａ）の例では、図中、上側のアンテナ装置において、給電素子１１を構成している放射導体素子１２の右側及び上側に配置されている無給電素子２１の放射導体素子２２が導波器として動作し、放射導体素子１２の左側及び下側に配置されている無給電素子２１の放射導体素子２２が反射器として動作する。
このため、上側のアンテナ装置の放射指向性は、−ｘ＋ｙ方向に傾いている放射指向性６３になる。
また、図中、下側のアンテナ装置において、給電素子１１を構成している放射導体素子１２の右側に配置されている無給電素子２１の放射導体素子２２だけが導波器として動作し、他の放射導体素子２２が反射器として動作する。
このため、下側のアンテナ装置の放射指向性は、＋ｙ方向に傾いている放射指向性６４になる。

図１０の例では、図５のアンテナ装置が２個形成されているものを示しているが、図５のアンテナ装置が３個以上形成されているものであってもよい。また、図１のアンテナ装置や、図９のアンテナ装置が２以上形成されているものであってもよい。
ただし、図９のアンテナ装置が２個以上形成されている場合には、制御部６０が、２個のアンテナ装置における各々の放射導体素子２２のＰＩＮダイオード２７，２８の導通と非導通を切り替えることで、２個以上のアンテナ装置の共振周波数を変更する。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 誘電体基板、２ グランド板、１１ 給電素子、１２ 放射導体素子、１３ 給電点、２１ 無給電素子、２２ 放射導体素子、２３ スロット、２４ 接続点（第１の接続点）、２５ 接続点（第２の接続点）、２６ 短絡線、２７ ＰＩＮダイオード（第１のダイオード、スイッチ）、２８ ＰＩＮダイオード（第２のダイオード、スイッチ）、２９ スルーホール（第１の導体）、３０，３１ スルーホール（第２の導体）、３２，３３ 線路、３４，３５ 制御部、４１，４２ 放射指向性、４３ バイパス経路、５１〜５４ 放射指向性、６０ 制御部、６１〜６４ 放射指向性。

Claims (8)

1. 裏面にグランド板が形成されている誘電体基板と、
   前記誘電体基板の表面に配置され、給電点が形成されている給電素子と、
   前記給電素子の周囲に位置するように前記誘電体基板の表面に配置され、一部に穴であるスロットが形成されている放射導体素子と、
   前記誘電体基板の表面のうち、前記放射導体素子のスロットが配置される部分の表面に形成され、前記スロットを跨ぐように前記放射導体素子の２点間を結んでいる短絡線に挿入されているスイッチと、
   一端が前記短絡線と接続されている第１の導体と、
   前記放射導体素子と前記グランド板を接続している第２の導体と、
   前記第１及び第２の導体に印加する電気信号を制御して、前記スイッチのオンオフを切り替える制御部と
   を備えたアンテナ装置。
2. 前記給電素子の周囲に前記放射導体素子が複数個配置されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記短絡線の一端が前記放射導体素子に設けられている第１の接続点と接続され、前記短絡線の他端が前記放射導体素子に設けられている第２の接続点と接続されており、
   前記スイッチは、
   アノード電極が前記第１の導体の一端と接続され、カソード電極が前記第１の接続点と接続されている第１のダイオードと、
   アノード電極が前記第１の導体の一端と接続され、カソード電極が前記第２の接続点と接続されている第２のダイオードとから構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアンテナ装置。
4. 前記第１及び第２の導体は、前記放射導体素子が励振された際に電界が零となる位置に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
5. 裏面にグランド板が形成されている誘電体基板と、
   前記誘電体基板の表面に配置されており、一部に穴であるスロットが形成され、かつ、給電点が形成されている放射導体素子と、
   前記誘電体基板の表面のうち、前記放射導体素子のスロットが配置される部分の表面に形成され、前記スロットを跨ぐように前記放射導体素子の２点間を結んでいる短絡線に挿入されているスイッチと、
   一端が前記短絡線と接続されている第１の導体と、
   前記放射導体素子と前記グランド板を接続している第２の導体と、
   前記第１及び第２の導体に印加する電気信号を制御して、前記スイッチのオンオフを切り替える制御部と
   を備え、
   前記第１及び第２の導体は、前記放射導体素子が励振された際に電界が零となる位置に形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
6. 前記短絡線の一端が前記放射導体素子に設けられている第１の接続点と接続され、前記短絡線の他端が前記放射導体素子に設けられている第２の接続点と接続されており、
   前記スイッチは、
   アノード電極が前記第１の導体の一端と接続され、カソード電極が前記第１の接続点と接続されている第１のダイオードと、
   アノード電極が前記第１の導体の一端と接続され、カソード電極が前記第２の接続点と接続されている第２のダイオードとから構成されていることを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
7. 裏面にグランド板が形成されている誘電体基板と、
   前記誘電体基板の表面に配置され、給電点が形成されている給電素子と、
   前記給電素子の周囲に位置するように前記誘電体基板の表面に配置され、一部に穴であるスロットが形成されている放射導体素子と、
   前記誘電体基板の表面のうち、前記放射導体素子のスロットが配置される部分の表面に形成され、前記スロットを跨ぐように前記放射導体素子の２点間を結んでいる短絡線に挿入されているスイッチと、
   一端が前記短絡線と接続されている第１の導体と、
   前記放射導体素子と前記グランド板を接続している第２の導体と、
   前記第１及び第２の導体に印加する電気信号を制御して、前記スイッチのオンオフを切り替える制御部と
   を備えたアンテナ装置が複数個配置されているアレーアンテナ装置。
8. 裏面にグランド板が形成されている誘電体基板と、
   前記誘電体基板の表面に配置されており、一部に穴であるスロットが形成され、かつ、給電点が形成されている放射導体素子と、
   前記誘電体基板の表面のうち、前記放射導体素子のスロットが配置される部分の表面に形成され、前記スロットを跨ぐように前記放射導体素子の２点間を結んでいる短絡線に挿入されているスイッチと、
   一端が前記短絡線と接続されている第１の導体と、
   前記放射導体素子と前記グランド板を接続している第２の導体と、
   前記第１及び第２の導体に印加する電気信号を制御して、前記スイッチのオンオフを切り替える制御部と
   を備え、
   前記第１及び第２の導体は、前記放射導体素子が励振された際に電界が零となる位置に形成されているアンテナ装置が複数個配置されているアレーアンテナ装置。

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