WO2005022689A1

WO2005022689A1 - アンテナおよびその製造方法

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Publication number: WO2005022689A1
Application number: PCT/JP2004/012249
Authority: WO
Inventors: Tomoyasu Fujishima; Kazuyuki Sakiyama; Ushio Sangawa; Hiroshi Kanno
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2005-03-10
Also published as: US7250909B2; US20050264452A1; JP3866273B2; JPWO2005022689A1

Abstract

　本発明のアンテナは、上面および下面を有する誘電体層１０２と、誘電体層１０２の上面側に配置された信号線ストリップ１０１と、誘電体層１０２の下面側に配置された接地側導体部１０４とを備えている。接地側導体部１０４の表面は、送受信する電磁波の波長より小さい寸法を有する複数の平面領域を有しており、ある仮想的な基準平面と前記複数の平面領域との間の距離が、個々の平面領域ごとに調節されている。これにより、時々刻々と変化する電波環境に応じてアンテナの指向性、利得、および効率などのパラメータを動的かつ適応的に変化させることができるアンテナを提供する。

Description

明細書

アンテナおよびその製造方法技術分野

本発明は、マイクロ波、ミリ波などの電磁波を利用した無線通信装置に利用されるアンテナに関する。本発明は、特に、携帯電話などの移動体通信端末ゅ才フィスゆ家庭で利用される無線 L A N ( L o c a 1 A r e a N e t w o r k ; に好適に用いられる。

背景技術

マイクロ波からミリ波の周波数帯を利用した無線通信装置に利用される従来の高周波回路には、同軸線路ゆ導波管を用い回路と、平面基板を用い回路がある。一般に、同軸線路や導波管を用いた回路は低損失であるが、重厚長大なシステムとなる。一方、マイクロス卜リップ回路ゅコプレーナ回路などの平面基板に形成する回路は、伝送損失が増加する傾向があるが、扁平 · 小型 ·軽量である。また、誘電体基板へのプリントで容易に形成できる、各種半導体デバイスが面実装できるなどの優れ特徴がある。従って、携帯電話ゆ無線 L A Nなどの移動体通信端末局の無線回路には、これらの特徴を活用しアンテナが利用される。

移動体通信端末局と基地局との間には遮蔽物や反射物などの電波障害物が存在することが多い。ま、そのよな電波障害物または移動体通信端末局の位置が変化することにより、電波伝搬環境が複雑に変化する場合ち多い。更に、移動体通信端末局は、小型かつ軽量であることが求められているめ、利用可能な電力ち限られている。そのため、長時間の無線通信を実現するだめには、消費電力を可能な限り、抑えることが望ましい。

上述のような環境のちとで、無線による通信状態を適切なレベルに維持するためには、移動体通信端末局のアンテナ放射特性（利得ゆ指向性など）を状況に) じて適的に変化できることが望ましし具体的には、基地局のアンテナとの間で適切に接続できる方向ヘアンテナの指向性を動的に変化させることが好ましい。このことは、ミリ波など、特に高い周波数帯を用いる通信において特に強く求められる。

以下、囡1 了を参照しながら、従来の平面アンテナの代表例であるマイクロス卜リップアンテナを説明する。マイクロストリツプアンテナの従来例は、例えば、特開平 5— 3 4 3 9 1 5号公報に記載されている。

図 1 了は、特開平 5— 3 4 3 9 1 5号公報に記載されてし、るマイクロス卜リップアンテナを示す概略図である。図 1 了に示されているアンテナは誘電体層 7 0 1 と、誘電体層了 0 1 の上面側に配置された励振素子 7 0 2と、誘電体層了 0 1の下面側に配置された接地導体了 0 3と、励振素子了 0 2に対向する位置に設けられた非励振素子 7 0 4と、接地導体了 0 3の下方に位置する誘電体基板了 0 5 と、誘電体基板 7 0 5の下面に形成されたマイクロス卜リップ線路 7 0 6とを備えている。接地導体了 0 3にはスロット了〇 7が形成されており、このスロット了 0 7は励振素子 7〇 2とマイクロス卜リップ線路 7 0 6との間に位置している。図 1 7における励振素子了 0 2および非励振素子 7 0 4は方形形状を有しているが、円形形状を有するちのであってち良い。

図 1 7からわかるように、励振素子了 0 2とマイクロス卜リップ線路 7 0 6とは、接地導体了 0 3を挟ように配置され、スロッ卜了〇了は励振素子 7 0 2の中心に対 ¾する部分に配置されている。このため、マイクロストリップ線路了〇 6を伝搬してきたマイクロ波は、スロッ卜了〇了を介してアンテナ内部の磁界と結合し、アンテナ内部に基本モードの電磁界を励振する。図 1 8は、このよ 5な励振が生じたときの放射パターンを示している。

前述のよに、移動体通信端末局を使用して無線通信を行う場合ゆ、人が行き来する室内で無線通信を行う場合は、遮蔽ゆ反射など電波の伝搬環境の変化が次と起こるめ、良好な通信状態を維持するためには適的にアンテナ特性を制御できることが望ましい。

しかしながら、図 1 了に示すような従来のアンテナでは、指向性、利得、効率などの諸特性が固定されたアンテナ形状によって決まるだめ、電波の伝搬環境の変化に麻じてアンテナの諸特性を動的に変化させることが困難である。

また、仮に動的にアンテナ特性を変化させることが必要のない場合であって、種の環境に麻じて最適なアンテナ特性を決定するには、設計段階ではアンテナの形態を変化させながらアンテナ特性を評価できることが好ましい。

特開昭 6 2— 1 9 6 9 0 3号公報は、全面に複数のマイクロス卜リップライン導体が配列された平面アンテナを開示している。この平面アンテナでは、マイクロス卜リップライン導体のアレイが形成され面と接地側導体との距離が状況に J じて変化させられる。しかし、このよな構造を有する平面アンテナでは、接地側導体の全体を移動させることにより、上記の距離を変化させるめ、アンテナ特性に影響を与えるパラメータが少なく、アンテナ特性の変化のレンジが狭く限定されてしまうという問題がある。本発明では、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、電波の伝搬環境に麻じてアンテナの指向性、利得、および効率などのパラメータを総合的に最適化できるアンテナを提供するしとにめる。

また、本発明の他の目的は、必要なアンテナ特性を発揮することができるアンテナを容易に設計できる装置および方法を提供することにある。発明の開示

本発明のアンテナは、上面および下面を有する誘電体層と、前記誘電体層の上面側に配置され給電側導体パターンと、前記誘電体層の下面側に配置された接地側導体部とを備えたアンテナであって、前記接地側導体部の表面は、送受信する電磁波の波長より小さい寸法を有する複数の平面領域を有しており、ある仮想的な基準平面と前記複数の平面領域との間の距離が、個々の平面領域ごとに調節されている。

好ましい実施形態において、前記接地側導体部は、各が前記複数の平面領域の各を規定する複数の導体要素のアレイを含んでおり、前記複数の導体要素から選択され少なくとち 1 つの導体要素と前記基準平面との距離を変化させることができる。

好ましい実施形態において、前記複数の導体要素から選択された少なくとち 1 つの導体要素と前記基準平面との距離を変化させることができる駆動部を備えている。

好ましい実施形態において、前記駆動部は、前記複数の導体要素に含まれる個々の導体要素の位置および/または向きを独立して変化させることができる。好ましい実施形態において、前記複数の導体要素の各々は、送受信する電磁波の波長より小さい寸法を有している。

好ましい実施形態において、前記駆動部は、 M E M Sによって形成されたァクチユエ一タを有している。

好ましい実施形態において、前記複数の導体要素の各々は、前記基準平面に平行な主面を有しており、前記駆動部は、前記主面を前記基準面に対して平行な伏態を維持し ^まま、前記基準平面に垂直な方向に前後移動させることができる。

好まし ( 実施形態において、前記複数の導体要素は、行および列からなるマ卜リクス状に配列されてし、る。

好ましい実施形態において、前記複数の導体要素は、いずれも矩形の主面を有しており、各主面のサイズは略等しい。

好まし Ι 実施形態において、前記複数の導体要素から選択され少なくとち 1 つの導体要素は接地され、接地導体部を形成する。

好ましい実施形態において、前記誘電体層は空気の層である。

好ましい実施形態において、前記誘電体層は誘電体プレー卜である。

好ましい実施形態において、前記給電側導体パターンは、信号線ス卜リップを含んでいる。

本発明の他のアンテナは、上面および下面を有する誘電体層と、前記誘電体層の上面側に配置された給電側導体パターンと、前記誘電体層の下面側に配置され接地側導体部とを備えアンテナであつて、前記接地側導体部は、基板の主面に形成されており、前記基板の主面は、行および列からなるマトリクス状に配列された複数の単位領域を含み、各単位領域の寸法は、送受信する電磁波の波長より小さく、前記複数の単位領域の各の表面と基準平面との距離は、単位領域ごとに予め設定された大きさを有している。

好ましい実施形態において、前記基板は、前記導体部と前記給電側導体パターンの間に位置し、前記誘電体層として機能する。

好ましい実施形態において、前記基板の主面は、行および列からなるマ卜リクス状に配列され複数の単位領域を含み、各単位領域の表面と前記基準平面との距離は、単位領域ごとに予め設定された大きさを有している。

好ましい実施形態において、前記基板の主面は、前記基準平面からの距離が位置によって異なる複数の平面領域を含んでいる。

好ましい実施形態において、前記複数の平面領域の最小寸法は、送受信する電磁波の波長より小さい。

本発明の装置は、上記いずれかのアンテナと、前記アンテナの前記給電側導体パターンと接地側導体部に電気的に接続された回路とを備えている。

本発明の他の装置は、上記いずれかのアンテナと、前記アンテナの前記給電側導体パターンと接地側導体部に電気的に接続された回路と、前記複数の導体要素から選択された少なくとち 1 つの導体要素と前記基準平面との距離を変化させるように前記アンテナの形態を制御する制御部とを備えている。

本発明によるアンテナ制御システムは、上記のいずれかのアンテナと、前記アンテナの前記給電側導体パターンと接地側導体部に電気的に接続された回路と、前記複数の導体要素から選択された少なくとも 1 つの導体要素と前記基準平面との距離を変化させるよに前記アンテナの形態を制御するアンテナ形態制御部と、前記回路を動作させることよって前記アンテナによる電磁波の送信およびノまだは受信を行ない、前記アンテナのアンテナ特性を評価するアンテナ特性評価手段とを備え、前記アンテナ特性評価手段によって得られたアンテナ特性に基づいて、前記複数の導体要素と前記基準平面との距離を決定し、前記アンテナの形態を制御する。

本発明によるアンテナの製造方法は、上記のいずれかのアンテナを用意する工程（a) と、前記複数の導体要素から選択された少なくとち 1 つの導体要素と前記基準平面との距離を変化させるょラに前記アンテナの形態を制御する工程（b) と、前記アンテナのアンテナ特性を評価する工程（c) と、前記（b) および前記（c) を少なくとち 1 回行なことにより得られたアンテナ特性に基づいて前記複数の導体要素と前記基準平面との距離を決定する工程（d) とを含む。

本発明によるアンテナの制御方法は、上記のいずれかのアンテナを用意する工程（a) と、前記複数の導体要素から選択され少なくとも 1 つの導体要素と前記基準平面との距離を変化させるように前記アンテナの形態を制御する工程（b) と、前記アンテナのアンテナ特性を評価する工程（c) と、前記（b) および前記（c) を少なくとち 1 回行なうことにより得られたアンテナ特性に基づいて前記複数の導体要素と前記基準平面との距離を決定する工程（d) と、前記（d) で決定した距離に基づいて、前記複数の導体要素から選択された少なくとち 1 つの導体要素と前記基準平面との距離を変化させるように前記アンテナの形態を制御する工程（e) とを含

図面の簡単な説明

図 1 (a) は、本発明によるアンテナの第 1 の実施形態の斜視図であり、図 1 (b) は断面図である。図 2は、本発明の第 1の実施形態における接地側導体部の概略構成を示す平面図である。

図 3は、ネジを利用する導体要素の可動機構の概略図である。

図 4は、ソレノィドコイルを利用する導体要素の可動機構の概略図である。

図 5は、圧電素子を利用する導体要素の可動機構の概略図である _c 図 6 (a) は、本発明の第 1の実施形態の具体的な実施例 1 における接地側導体部の形態を示す図であり、図 6 (b) は、その比較例を示す図である。

図 7は、本発明の第 1の実施形態の実施例 1 に関する X z面指向性を示すグラフである。

図 8は、本発明の第 1の実施形態の実施例 1 に関する y z面指向性を示すグラフである。

図 9 (a) は、本発明の第 1 の実施形態の実施例 2における接地側導体部の導体要素の表面レベルが変位していない状態（比較例）を示す図であり、図 9 (b) および（c) は、それぞれ、特定の導体要素の表面レベルが "1. 2mmだけ変位した例を示す図である。図 1 0 ( a) は、本発明の第 1 の実施形態の実施例 2に関する X z面指向性を示すグラフであり、図 1 0 (b) は、実施例 2に関する y z面指向性を示すグラフである。

図 1 1 (a) は、本発明によるアンテナの第 2の実施形態を示す斜視図であり、図 1 1 (b) は、その断面図である。

図 1 2 (a) から図 1 2 (c) は、本発明の第 2の実施形態の製造方法を示す斜視図である。

図 1 3 (a) および図 1 3 (b) は、本発明の第 2の実施形態の具体的な実施例を示す図である。図 1 4は、本発明の第 2の実施形態の実施例に関する x z面指向性を示すグラフである。

図 1 5は、本発明の第 2の実施形態の実施例に関する y z面指向性を示すグラフである。

図 1 6は、本発明の第 1 の実施形態に係るアンテナを備えだ装置例のプロック図である。

図 1 了は、従来のマイクロス卜リップアンテナの概略図である。図 1 8は、従来のマイクロス卜リップアンテナの指向性の図である。発明を実施するだめの最良の形態以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

前述のように、従来の一般的な平面型アンテナにおける設計は、電流 ·磁流を決定するアンテナ形状の設計自由度によって制限されていた。例えばマイクロス卜りップアンテナのアンテナ特性を最適化しようとする試みは、一般に給電側導体パターンの形状を最適化することによって実行されてきた。なお、給電側の導体パターンとは、誘電体層の上面側に設けられた特定形伏の導体部（信号線および共振構造）である。通常の平面型のアンテナでは、誘電体層の上面側に給電側導体パターンが配置され、その誘電体層の下面側に接地導体部が配置される。誘電体層は、通常は誘電性を有する固体材料から形成されるが、空気などの流体であることちありえる。

このよラな平面型のアンテナを設計する場合、従来、接地導体部は、アンテナ特性を最適化するために行ラ形態設計の対象から外れてい。しかしながら、このような接地導体部にち、給電側導体パターンを流れる電流 ·磁流と共役な関係を有する電流 ·磁流が流れている。本願発明者は、この事実に着目し、接地側導体の形状変更によってち電流 ·磁流の制御が可能であり、それによつてアンテナ特性を変化させることができることを見出して、本発明を想到するに至っ。

なお、ス卜リップ線路と接地導体の距離を変化させることにより, マイクロス卜リップ線路の実効的な誘電率が変化することは公知であり、このことは、例えば前述の特開昭 6 2— 1 9 6 9 0 3号公報に開示されている。この文献に開示されている先行技術は、導波する電磁波の電気長の変化を利用しているが、本発明では接地導体の形状を変更させることによってアンテナ特性を調整している。一般に、アンテナを含有限空間を Vとするとき、べク卜ルポテンシャル、および磁気ベクトルポテンシャル A mは、電流密度 J , 磁流密度 Mとの間で以下の式 1〜2に示す関係を有している。

(式 1 )

(r) « JM(r^f)cxp(jkr - r^f)dv

— V (式 2 ) ここで、 rはアンテナから遠くはなれた点、 r ' は有限空間 V内部の点、傍線付 rは単位べク卜ル、 kは波数、 j は虚数単位を表す本発明では、接地導体の形状を調節することにより、上記の積分が有限値になるようにアンテナを設計している。上記のべク卜ルポテンシャル Aおよび磁気べク卜ルポテンシャル A mが有限の値をとるとき、遠方まで電磁界が放射される。

本発明の好ましい実施形態によれば、複数のストりップ線路を設置したり、ス卜リップ線路側に特定の形状を持たせたりする必要はなく、接地導体部の形状を任意に設計することにより、アンテナの放射特性（周波数ゆ指向性など）を制御することができる。

さらに、本発明の好ましい実施形態では、接地側導体の表面形状を動的に変化できる可動機構を接地側の導体部に付与することにより、アンテナの指向性や利得、共振周波数などの放射特性を随時変化させることができるため、電波の伝搬環境に廂じて放射特性を制御し、常に最適な特性を発揮させることが可能になる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態を説明する。

(実施形態 1 )

まず、図 1 ( a ) および（b ) を参照しながら、本発明によるァンテナの第 1 の実施形態を説明する。図 1 ( a ) は、本実施形態のアンテナを示す分解斜視図であり、図 1 ( b ) は、アンテナの断面図である。

図に示されるように、本実施形態のアンテナは、上面（給電線路側： a front side) および下面（接地導体側： a back side) を有する誘電体層 1 0 2と、誘電体層 1 0 2の上面側に配置され信号線ス卜リップ（給電側導体パターン） 1 0 1 と、誘電体層 1 〇 2の下面側に配置された接地側導体部 1 0 4と、接地側導体部 1 〇4を支持する支持部材 1 0 3とを備えている。

本実施形態における接地側導体部 1 〇4は、ある仮想的な基準平面からの距離が位置によって異なる「表面」を有している点に第 1 の特徴を有している。接地側導体部 1 〇4における、本実施形態におけるこの「表面」は、接地側導体部 1 0 4の有する全表面のち、誘電体層 1 0 2の下面に対向まは接している部分である。上記の「基準平面」は、本実施形態において誘電体層 1 0 2の上面、または、この上面に平行な平面に相当している。

本実施形態における接地側導体部 1 0 4は、四角枠状の突出部を有する支持部材 1 0 3の凹部に配列され 7£ Ν個（Νは 2以上の整数）の導体要素 1 0 4— 1〜1 0 4— Νを有している。本実施形態の導体要素 1 0 4— 1〜1 0 4— Νは、上記基準平面からの距離が変化可能なよに支持されており、接地側導体部 1 0 4の前記「表面」は、導体要素 1 0 4— 1〜1 0 4— Νの上面によって構成される。

本実施形態では、 Ν個の導体要素 1 0 4— 1〜1 〇4ー1\1を独立して上下方向に（基準平面に対して垂直な方向）に移動させることができるめ、個々の導体要素 1 0 4— 1〜1 0 4— Νの上面と基準平面との距離を調節することにより、接地側導体部 1 〇4の全体としての形態を変化させ、それによつてアンテナ特性を制御することができる。

図 1 の例では、図 1 ( b ) から明らかなように、接地側導体部 1 0 4の上面と誘電体層 1 0 2の下面との間隔は、導体要素の位置によって異なっている。簡単のため、図 1 ( b ) では、接地側導体部 1 〇 4と支持部材 1 0 3とを一体的に記載しているが、現実には、支持部材 1 0 3は、接地側導体部の一部として機能する必要はなく，絶縁体から作製されていてち良い。ま、支持部材 1 0 3のち、少なくとち誘電体層 1 0 2の下面に対向まは接触する部分には導電性を付与し、その導電性部分を接地側導体部 1 0 3の一部として機能させてもよい。図 1 ( a ) および（b ) に示す例では、誘電体層 1 02の下面のサイズと、支持部材 1 04の外形サイズとが等しく設計されているが、本発明のアンテナは、このよラな例に限定されない。例えば、支持部材 1 04の外形サイズを相対的に多く設計し、導体要素 1 04— 1〜1 04— Nの上面の合計が誘電体層 1 〇 2の下面に略等しくなるようにしてもよい。

本実施形態では、図 1 (a) に示すように導体要素 1 〇 4一 1〜 1 04— Nの各々は、正方形の上面を有しており、かつ、それらのサイズち相互に等しい。また、導体要素 1 04— 1〜1 〇4一 Nは、 n行 Xm列のマトリクス状に配列されている（N = nXm、 nおよび mは正の整数）。

各導体要素 1 04— 1〜1 04— Nの上面は、送受信する電波の波長よりも小さい寸法を有しており、例えば数 mm X数 mm程度、電波の周波数によっては 1 mmX 1 mmの以下である。ただし、各導体要素 1 04— 1〜1 04— Nの上面形伏は、正方形に限定されず、三角形または M角形（Mは 5以上の整数）であってちょい。

導体要素 1 04— 1〜1 04— Nの上面は、輪郭の一部まは全部が曲線から形成されていてもよい。さらには、 1つの接地側導体部 1 04を構成する複数の導体要素 1 04— 1〜1 04— Nの上面形状は 1種類に限定されない。すなわち、導体要素の形状や大きさが全ての要素にわたって同じである必要はなく、各が異なる形状を有する導体要素 1 04— 1〜1 04— Nの配列であってち良い。また、隣接する導体要素は、隙間無く配列されている必要はなく、導体要素が存在しない領域が支持部材 1 03上に存在してち良い。図 2は、 5行 X5列のマ卜リクス状に配列され導体要素 1 〇4 -1 -1 04— N (N = 25) を示す平面レイァゥ卜図である。図 2には、紙面に垂直な方向を z軸、信号線ス卜リップ 1 01が延びる方向を X軸とする x— y— z座標が示されている。

図 2の例では、 2 5個の導体要素 1 0 4— 1〜1 0 4— (\1の各々が z軸方向に変位することができる。導体要素 1 0 4— 1〜1 〇4 一 Nの z軸方向変位を可能にする機構には、多種多様なものがあり得る。例えば、支持部材 1 0 3に、導体要素" 1 0 4— 1〜1 0 4 - Nの各々に対^する微細な凹部の配列を形成し、各凹部に導体要素 1 0 4— 1〜1 〇 4— Nを挿入するようにしてもよし、。このとき、各導体要素 1 〇4一 1〜1 〇 4一 Nの z軸方向における位置を任意の位置で仮固定するようにしても良い。このようにする場合に、導体要素 1 0 4—1 ~ 1 0 4— Nの z軸方向位置を変化させる機構はアンテナ自身に付与されていない。したがって、導体要素 1 0 4— 1〜1 0 4— Nの z軸方向位置を変化させるには、アンテナの外部から導体要素 1 0 4— 1 ~ 1 0 4— Nのいずれかに対して、その z 軸方向位置を変化させる外力（z軸方向の力）を付加する必要がある。例えば、導体要素 1 0 4— 1〜1 0 4— Nと支持部材 1 0 3の凹部内壁面との間に生じる摩擦力によって両者の位置関係が固定される場合は、この摩擦力に抗する外力を選択された導体要素に付与することにより、その導体要素を移動させることができる。

このような方法によらず、任意の導体要素の z軸方向位置を動的かつ適麻的に変化させるには、アンテナまはアンテナモジュールが可動機構（ァクチユエータなどの駆動部）を備えていることが好ましい。小さな導体要素を高い制御で動作する駆動部は、例えば、 M E M S ( Micro-曰 ectro-Mechanical Systems) によって好適に作製され得る。

以下、図 3から図 5を参照しながら、このよな可動機構の例を説明する。まず、図 3を参照する。図 3のアンテナは、ネジ 901 — 1〜9 〇 1 一 N、ナット 9〇 2— 1〜902— N、および弾性バネ 9〇 3 -1〜903— Nを有する可動機構を備えている。ネジ 901 — 1 〜901 — Nの各は、対するァクチユエ一タを備えた制御部 9 04によって回転するよに駆動される。制御部 9〇4は、選択された任意の位置におけるァクチユエータを駆動する信号を送出する回路を含んでおり、各導体要素 1 04— 1 ~1 04— Nの Z軸方向位置を独立して変位させることができる。

図 4は、他のタイプの可動機構を備えたアンテナを示している。図 4に示される可動機構は、ソレノイドコイル 1 001 — 1〜1 0 01 — Nと、可変抵抗 1 0〇2— 1〜1 002— Nと、バネ 1 〇〇 3— 1〜1 0〇 3— Nと、スィッチ 1 004— 1〜1 004— Nとを備えている。各ソレノイドコイル 1 001 — 1〜1 O C — Nを流れる電流の大きさを制御することにより、各ソレノィドコイル 1 001 — 1〜1 〇01 一 Nに生じる磁場の大きさを制御し、それによって導体要素 1 04— 1〜1 04— Nの Z軸方向位置を独立して変位させることができる。

図 5は、更に他のタイプの可動機構を備えたアンテナを示している。図 5に示される可動機構は、導体要素を支持する支持棒 1 1 〇 1 — 1〜1 1 01 — Nと、支持棒 1 1 01 — 1〜1 1 01 _Nに結合した圧電素子 1 1 03— 1〜1 1 03— Nと、圧電素子 1 1 03 — 1〜1 1 03— Nに印加する電圧を調節する可変定電圧源 1 1 0 2- 1 -1 1 02— Nおよびスィッチ 1 1 04— 1〜1 1 04— N とを備えている。

圧電素子 1 1 03— 1〜1 1 03— Nは、圧電係数の異なる二種類の材料を張り合わせて形成され素子であり、印加電圧に麻じて曲げ角度が変化する。可変定電圧源 1 1 0 2— 1〜1 1 0 2— Nおよびスィッチ 1 1 0 4— 1〜1 1 0 4— Nを調節することにより、圧電素子 1 1 0 3— 1〜1 1 0 3— Nに印加する電圧を素子ごとに変化させることができる。その結果、支持棒 1 1 0 1— 1〜1 1 〇 1 一 Nの z軸方向位置を個別に調節することが可能になる。

上記の各可動機構によれば、各導体要素 1 0 4— 1〜1 0 4— N を支持部材 1 0 3に対して垂直方向に変位でき、また、変位した任意の位置で固定できる。なお、本発明によるアンテナは、図 3〜5 に示す可動機構以外の可動機構を備えていてもよい。例えば、静電気や形状記憶合金などを利用して個々の導体要素を変位させてちょい。

本発明のアンテナにおいて、複数の導体要素 1 0 4— 1〜1 〇4 一 Nの組み合わせによって接地側導体部 1 0 4を形成するには、それらの導体要素 1 0 4— 1〜1 0 4— Nの少なくとち一部を接地する必要がある。このよろな接地は、例えば、隣接する導体要素を直接的に相互接続することによって行なっても良い。あるいは、隣接する導体要素は電気的に分離していてち、可動機構などを介して個の導体要素を接地電極と直接的に接続してち良い。ま、行列状に配列されている導体要素のすべてが接地される必要はなく、一部の導体要素を接地せず、浮遊状態にしてちよい。

本実施形態のアンテナによれば、接地側導体部 1 0 4の表面形状を変化させることにより、アンテナ面内における電磁界の 2次元的な分布を変化させ、それによつて接地導体部を流れる電流 ·磁流パターンを変化させることができる。特に、接地側導体部 1 0 4を複数の導体要素に分割したアレイ構造を採用することにより、これらの導体要素を個別に変位させることが可能となる。また、複数の導体要素の変位を個別に調節することにより、多様な電磁界分布を実現することができる。例えば、特定の共振周波数を持つ溝構造、実効誘電率を分布させて給電する電磁波の波面を変える構造、あるいは、これらを組み合わせた構造などを実現できる。そして、それらのアンテナ形状の違いによって放射電磁波の周波数や指向性を制御でぎる。

このように、本実施形態では、電波信号の周波数ゆアンテナ周囲の電波伝搬の環境に廂じてアンテナ特性を適正な状態に変化させることが可能になる。

(実施例 1 )

以下、本発明の第 1 の実施形態に係るアンテナの実施例を説明する。

まず、図 6 ( a ) および（b ) を参照する。図 6 ( a ) は、本実施例の導体要素の変位パターンを示しており、図 6 ( b ) は、導体要素の上面（接地側導体部の表面に含まれる複数の面領域）が基準平面に対して同じ距離に位置している比較例を示している。

本実施例における各導体要素 1 0 4— 1〜1 〇 4一 Nの上面は、それぞれの一辺が 0. 6ミリメ一卜ルの正方形であり、 5行 X 5列のマトリクス状に配列されている。導体要素 1 0 4— 1〜1 0 4— Nのアレイの外側には、支持部材 1 〇 3の額縁伏の突出部が存在している。この突出部の上面には導体層が形成されており、導体要素上面と共に接地側導体部の「表面」を形成している。この接地側導体部の表面は、全体として、一辺が 1 0ミリメ一卜ルの正方形である。

図 6 ( b ) に示す比較例では、接地側導体部の表面は実質的に平坦であり、基準平面からの距離が位置によらず略一定である。これに対し、図 6 (a) に示す実施例では、接地側導体部の表面は、その位置に麻じて、基準平面からの距離が異なっている。すなわち、接地側導体部の表面は、送受信する電磁波の波長より小さい寸法を有する複数の平面領域を有しており、ある仮想的な基準平面と複数の平面領域との間の距離が、個々の平面領域ごとに調節されている具体的には、各導電体要素の上面は、図 6 (b) に示す接地側導体部の「表面」よりち、誘電体層（不図示）から遠ざかる方向に変位している。個の導体要素の上面の変位量は、 0. 00、 0. 25、 0. 5〇、〇. 75、 1. 00、および 1. 25 (単位 mm) のいずれかである。

図 6 (a) および（b) では、参考のため、誘電体層の上面に形成されているス卜リップ線路の位置を破線で示している。この図からわかるように、ストリップ線路は接地側導体部の中央を横切るように X軸方向に沿って延びている。ス卜リップ線路への給電は、 X 軸の負方向側に設けられたポー卜から行い、ス卜リップ線路の X軸正方向側のポー卜は無反射に設定している。

誘電体層は、接地側導体部に対して z軸の正方向側に配置されている。本実施例の誘電体層は、誘電率 3. 5の材料から形成された基板であり、その厚さは 0. 3mmである。

周波数 6 OGH zにおける各アンテナの X z面内の遠方界指向性および y z面内の遠方界指向性を評価した。図了は、 x z面内の遠方界指向性を示すグラフであり、図 8は、 y z面内の遠方界指向性を示すグラフである。

図 7からわかるように、導体要素を全く変位させない場合（図 6 (b) ) 、 X軸正方向（E 1 e V a t ί o η角が正）の指向性は強い傾向があるが、全般に指向性は広い方位に分布している。一方、導体要素を変位させたアンテナ（図 6 (a) ) では、 E 1 Θ V a t i 〇门角ー1 5度の指向性を示している。

また、図 8からわかるように、導体要素を変位させない場合（図 6 (b) ) 、 y z面内の指向性は E 1 e V a t i o n角 O度に対して対称である。これに対して、導体要素を変位させた場合（図 6

(a) ) 、 E l e v a t i o n角一 45度方向に向い指向性が生じている。

このように、図 6 (a) に示すアンテナによれば、図 6 (b) に示すアンテナでは得られなかった指向性を発現させることができている。この指向性は、接地側導体部の形態を変化させることにより, 接地側導体部を流れる電流 ·磁流を変化させ、それによつて生じた放射特性の変化によって得られたちのである。

導体要素 1 04— 1〜1 04— Nの変位パターンを変更すれば、アンテナの放射特性を多様に調節することができるため、電波伝搬の環境変化にじてアンテナの放射特性を動的かつ適的に最適化することが可能になる。

(実施例 2)

以下、本発明の第 1の実施形態に係るアンテナの他の実施例を説明する。

図 9 (a) から（b) は、本実施例における接地側導体要素 1 0

4一 1 〜1 〇 4一 25の変位パターンの例を示している。図 9

(b) および（c) において、斜線で八ツチングされた導体要素の位置（表面のレベル）は、基準面よりち 1. 2mmだけ低くなつている。より具体的に説明すると、図 9 (a) に示す例では、全ての導体要素 1 04— "1〜1 04— 25の表面は、基準面と同一レベルにあり、変位していない。したがって、図 9 (a) は、比較例を示している。一方、図 9 (b) および（c) に示す例では、それぞれ、 L字型に配列された 8個または 7個の導体要素の表面が基準面よりも 1. 2mm低下しているが、他の導体要素の表面は基準面と同一レベルにある。

本実施例における各導体要素 1 04— 1〜1 04— 25の上面は、それぞれの一辺が 0. 9ミリメ一卜ルの正方形であり、 5行 X5列のマ卜リクス状に配列されている。導体要素 1 〇4一 1〜1 04-

25のアレイの外側には、基準面と同一レベルの表面を有する導体領域が存在している。この接地側導体部の表面は、全体として、一辺が 1 0ミリメー卜ルの正方形である。

このように本実施例のアンテナは、周波数 3 OGH zの電磁波に対して高い感度を示すように設計されている。これに対して、前述の実施例 1のアンテナは、周波数 60GHzの電磁波に対して高い感度を示すように設計されている。

図 9 (a) から（c) では、参考のため、誘電体層の上面に形成されているス卜リップ線路の位置を破線で示している。この図からわかるように、ス卜リップ線路は接地側導体部の中央を横切るよ Ο に X軸方向に沿って延びている。ス卜リップ線路への給電は、 X軸の負方向側に設けられたポー卜から行い、ス卜リップ線路の X軸正方向側のポー卜は無反射に設定している。ス卜リップ線路の幅は〇.

3 m mでめる。

誘電体層（図 9において不図示）は、接地側導体部に対して z軸の正方向側に配置されている。本実施例の誘電体層は、誘電率 3. 5の材料から形成された基板であり、その厚さは 0. 3mmである ₍ 図 9 (a) 〜（c) に示す形態の各アンテナについて、周波数 3

OGH zにおける各アンテナの X z面内の遠方界指向性および y z 面内の遠方界指向性を評価した。図 1 0 (a) は、 x z面内の遠方界指向性を示すグラフであり、図 1 0 (b) は、 y z面内の遠方界指向性を示すグラフである。最大放射方向の指向性が〇 d Bとなるよラに規格化している。

図 1 〇（a) からわかるように、図 9 (a) に示す形態を有するアンテナによれば、 + X方向に指向性が生じている（E I Θ V a t i o n角 80度程度）。ま、図 9 (b) および（c) に示す形態を有するアンテナによれば、天頂付近で最も高い指向性が生じている。

また、図 1 0 (b) からわかるように、図 9 (a) に示す形態を有するアンテナによれば、一 90度から + 90度にかけて略一様な指向性が存在している。まだ、図 9 (b) に示す形態を有するアンテナによれば、一 40度付近に強い指向性が表れ、図 9 (lcj) に示す形態を有するアンテナによれば、 +40度付近に強し、指向性が表れている。

このように、それぞれの導体要素を個別に変位させることにより、接地側導体の表面形態を調整すると、アンテナの指向性を制御することができる。

導体要素 1 04— 1 〜1 04— 25の変位パターンを変更すれば、実施例 1 と実施例 2の比較からわかるように、放射する電磁波の周波数を変えることちでき、アンテナの放射特性を多様に調節することができる。この放射特性の柔軟な可変性は、接地導体を導体要素の 2次元的なアレイ構造とし、それらを個別に変位させる構造によつて初めて実現する特性である。従って、電波伝搬の環境変化にじてアンテナの放射特性を動的かつ適 JiSi的に最適化することが可能 Iしな ₀ (実施形態 2)

次に、本発明によるアンテナの第 2の実施形態を説明する。

まず、図 1 1 (a) および（b) を参照する。図 1 1 (a) は、本実施形態のアンテナの下面を示す斜視図であり、図 1 1 (b) は、本実施形態のアンテナの断面図である。

本実施形態における接地側導体部 501 ち、第 1 の実施形態における接地側導体部 1 04と同様に、ある仮想的な基準平面からの距離が位置によって異なる表面を有している。ただし、本実施形態のアンテナが第 1 の実施形態におけるアンテナと大きく異なっている点は、接地側導体部 501 が複数の導体要素に分かれていない点にある。

以下、図 1 2 (a) から（c) を参照しながら、図 1 1 に示すァンテナの製造方法の好ましい実施形態を説明する。

まず、図 1 2 (a) に示すように、上面に信号線ス卜リップを設けた誘電体層 1 02を用意する。この誘電体層 1 〇2は、例えばァルミナ、サファイアなどのセラミック、ガリウム砒素、シリコンなどの半導体材料、フッ素樹脂などのプラスチック材料、デュロイドなどのコンポジッ卜材料、およびエポキシなどの材料から形成された誘電体基板であり（参考文献 R. Garg et al., Microstrip Antenna Design Handbook, Artecn House, Norwood, MA, 2001) 、その厚さは、例えば 0. 1〜1. Omm程度の範囲内に設定される。この後、誘電体層 1 02の他方の面（下面）をエッチングなどの方法によって加工し、図 1 2 (b) に示す構造の誘電体層 1 02を得る。

次に、スパッタリング法などの薄膜堆積技術ゅメツキ技術により、誘電体層 1 02の加工面をメタライズして加工面上に接地側導体部 5 0 1 を作成する。接地側導体部 5 0 1 は例えば銅、銀、金、アルミなどの材料から形成され、その厚さは例えば 0. 〇 1〜〇. 1 m m程度の範囲に設定される。

なお、スパッタリング法によって堆積される接地側導体部 5 0 1 の厚さは、誘電体層 1 0 2の位置によらず略一定であるが、導体部 5 0 1 の厚さは必ずしも一様である必要はない。ま、接地側導体部 5 0 1 を形成するために堆積する膜の段差被覆性が悪い場合は、加工面の段差部分で接地側導体部 5 0 1 が極めて薄くなつだり、存在しない場合がある。このような状態でも不都合がないょラに設計が行なわれることもあり得るが、段差被覆性を高め、導体部 5 0 1 の段切れを抑制するためには、加工面の段差にテーパを与えることが好ましし、。

接地側導体部 5 0 1 は、誘電体層 1 0 2の加工面の全体を覆っている必要はなく、意図的に導体部 5 0 1が存在しないよう領域を設けてもよい。そのようにする場合は、例えば接地側導体部 5 0 1 となる導電体膜を誘電体層 1 0 2の加工面上に形成した後、その導電体膜をパターニングすればよい。

加工面を有する誘電体層 1 0 2を作製する方法は、上記のよな平板な誘電体基板をエッチングする方法に限られない。平板な誘電体基板を用意した後、その片面の選択された領域に誘電体材料を形成しても良い。具体的には、誘電体基板の片面に誘電体の膜を堆積した後、その誘電体の膜の不要部分をエッチングによって除去してち良い。この場合、最初に用意した誘電体基板はエッチングされてち、されなくてち良い。誘電体基板と誘電体膜との間にエッチングス卜ップ層を介在させても良いし、誘電体基板と誘電体膜とをエツチング選択比の高い材料から形成しても良い。種の深さを有する凹凸を加工面上に形成するには、場所にじてエッチング時間を変更すればよい。具体的には、例えば、誘電体基板の選択された領域を覆マスクパターンを形成し後、このマスクパターンで被われてない領域を所定の深さまでエッチングする処理を行なう。このエッチングは、イオンビ一厶エッチングやサンドプラス卜による物理的なエッチングであってもよいし、誘電体基板に対して反応性を有するガスや薬液を用いた化学的なエッチングであってちょい。異なる深さ/高さを有する凹凸を形成するには、マスクパターンの形成工程—エッチング工程→異なるマスクパターンの形成—エッチング工程— · · ·のシーケンスを繰り返せばよいなお、誘電体層 1 0 2として樹脂材料からなる層を用いる揚合、所望形状の加工面を有する誘電体層 1 0 2を射出成形などによって形成してちょい。ころして所望形状の加工面を有する誘電体層 1 0 2が得られた場合は、その後に信号線ス卜リップおよび接地導体部を誘電体層 1 0 2上に作製することになる。

上記プロセスにより、アンテナの接地側導体部の表面形状を柔軟に設計することができる。上記設計により、接地側導体部の 2次元的な電磁界の分布を変化させ、それによつて接地側導体部を流れる電流 ·磁流パターンを変化させることができる。このめ、送受信する電波信号の周波数やアンテナ周囲の環境に J じて、アンテナ特性を最適化することが可能になる。

上記プロセスによれば、アンテナ作製後に接地側導体部の形状を動的に変化させることはできない。しかし、各種用途ゆ使用環境に麻じて最適化したアンテナを実現することができる。また、本実施形態のアンテナにおける接地側導体部の形態は、このアンテナが使用される電波環境を想定した状況において、第 1の実施形態のアンテナを用 ( て最適化するよに決定しておくことが好ましい。

第 1の実施形態のアンテナを用いて接地側導体部の形態を最適化する場合、最終的に製造されるアンテナにおける接地側導体部の表面は、図 1に示す導体要素 1 04— 1〜1 04— Νの配列パターンの影響を受ける。すなわち、接地側導体部 501が形成される誘電体層 1 02の表面は、行および列からなるマトリクス状に配列された複数の単位領域（各単位領域の寸法は、送受信する電磁波の波長より小さし υ を含み、単位領域の各々の表面と基準平面との距離が単位領域ごとに予め設定された大きさを有するように設計される。この場合、各単位領域の表面は、典型的には、基準面に略平行である。

(実施例 3)

次に、図 1 3 (a) および（b) を参照しながら第 2の実施形態の実施例を説明する。

図 1 3 (a) および（b) は、 2種類のアンテナについて、接地側導体部の表面形態を示している。この接地側導体部は、表面に複数の溝が形成された基板と、この基板の表面に形成された導電層とから構成されている。基板の外形は一辺が 1 0ミリメートルの正方形であり、厚さは約 0. 3mmである。図 1 3 (a) および（b) には、それぞれ、 y z面に平行な断面図と X z面に平行な断面図が示されている。'

図 1 3 (a) のアンテナでは、長さ A1〜A5、幅 B、深さ Cの溝が間隔 Dで X軸方向に配列されている。各溝の中心は、ス卜リツプ線路の位置から y方向に距離 Eだけシフ卜している。一方、図 1 3 (b) のアンテナでは、長さ A、幅 B、深さ Cの溝が間隔 Dで X 軸方向に配列されている。各溝の中心は、ストリップ線路の位置から y方向に距離 Eだけシフ卜している。

誘電体層およびス卜リップ線路は、前述し実施例におけるちのと同一である。本実施例においてち、ス卜リップ線路への給電は X 軸正方向側のポー卜から行い、ス卜リップ線路の X軸負方向側ポートは無反射に設定している。

本実施例でも、実施例 1について行なったように、周波数 6〇G Hzにおける各アンテナの X z面内の遠方界指向性および y z面内の遠方界指向性を評価しだ。図 1 4は、 x z面内の遠方界指向性を示すグラフであり、図 1 5は、 y z面内の遠方界指向性を示すグラフである。なお、図 1 4および図 1 5における曲線（c) および (d) は、それぞれ、図 1 3 (a) のアンテナおよび図 1 3 (b) のアンテナについてのデータを示している。

図 1 4からわかるように、図 1 3 (b) のアンテナの場合、 E 1 e V a t i o n角一 25度で、ヌル点が見られるが、図 1 3 (a) のアンテナの場合、前方上方（已 1 6 & 1: 1 0门角がー90〜0 度）の指向性だけが残り、後方（E 1 e V a t i o n角が正）への指向性が弱くなつている。

また、図 1 5からわかるように、図 1 3 (a) のアンテナの場合，図 1 3 (b) に比べると、指向性はほぼ全方向で低下し、前方上方への放射指向性が強い。このよラに、接地側導体部の表面に溝状凹部を形成し、その形態ゆ配置関係を変化させることにより、アンテナの放射指向性を変化させることができる。

本実施形態では、図 1 3 (a) および（b) に示すように、誘電体基板の下面に溝を形成しているが、図 6に示すような凹凸パターンを誘電体基板の下面に形成しても良い。ま、逆に、実施例 1の導体要素を用いて、図 1 3 (a) および（b) に示すような接地側導体部の形態を実現することも可能である。そのよにする場合は、溝の形状ゆ配置関係を動的かつ適 ¾的に変化させることができるため、電波の伝搬環境に麻じたアンテナの放射特性を実現することがでさるよになる。

上記の各実施形態では、固体の誘電体材料から誘電体層 1 0 2を形成しているが、誘電体層 1 0 2は流体（例えば空気）の層であつてちよいし、異なる誘電体材料が層伏に積層されちのであってちよい。また、誘電体層 1 0 2は平坦である必要はなく、湾曲していてもよい。給電側導体パターンも図示されているス卜リップ伏のパターンに限定されない。支持部材 1 0 3ち、図示されている形態は一例に過ぎず、額縁上の突出部分が実質的に存在しない形状や、より複雑な形状を有するちのであってちよい。

(実施形態 3 )

以下、本発明の第 1 の実施形態に係るアンテナを用いて、接地側導体部の形態を最適化する方法を説明する。

図 1 6は、本発明によるアンテナを備えた装置の実施形態を示すプロック図である。

本実施形態の装置は、図 1 6に示すように、本発明の第 1 の実施形態に係るアンテナ 5〇と、アンテナ 5〇に接続され通信回路 6 1 と、アンテナ 5 0における接地側導体部の形態（以下、「アンテナ形態」）を制御する制御部とを備えている。

アンテナ 5 0に含まれる導電要素の z軸方向位置を変化させることができる駆動部 5 1 と、アンテナ形態を決定する設計部 5 3と、駆動部 5 1 を制御する形態設計制御部 5 4と、アンテナに関する情報を格納する記憶部 5 5を更に備えている。記憶部 5 5が格納するアンテナに関する情報は、例えば導体要素ゆ誘電体基板のサイズや接地側導体部の形態に関する初期条件などを含 ¾。

この装置は、更に、アンテナ 5 0が送受信する信号のレベルを検出するためのレベル検出部了 1 と、レベル検出部 7 1で検出された信号のレベルに基づいてアンテナ 5 0の指向性を測定するための指向性判別部 7 2と、検出され信号のレベルから利得を測定するめの利得判別部 7 3と、検出され信号のレベルからアンテナ 5 0 ゆ通信回路 6 1のインピーダンス整合性を決定するためのインピーダンス判別部了 4とを備えている。

次に、この装置の動作を説明する。

まず、形態設計部 5 3は、記憶部 5 5に格納されている情報に基づいて、初期のアンテナ形態を決定する。この形態設計部 5 3の設計結果に基づき、形態設計制御部 5 4は、アンテナ 5 0における接地側導体部の形態が設計通りの形態になるよラに駆動部 5 1 を制御する。駆動部 5 1 は、アンテナ 5 0における接地側導体部の各導体要素が所望のアンテナ形態を形成するようにァクチユエータなどを駆動する。

アンテナ 5〇は送信用としても受信用としても用いることができるので、アンテナ 5 0の形態の最適化は、アンテナを送信用として機能させ場合と、アンテナを受信用として機能させた場合との双方において独立して行なうことが望ましい。

以下、アンテナ 5 0を送信用アンテナとして用いる場合の形態の調整手順について説明する。

まず、通信回路 6 1がアンテナ 5 0に送信用の信号を送る。その信号は、レベル検出部了 1 にち入力される。本実施形態では、通信回路 6 1 とアンテナ 5 0との間の信号経路中に、高周波信号に対する方向性結合用の部材を設けている。このめ、通信回路 6 1からアンテナ 5 0に信号が流れてち、アンテナ 5 0から通信回路 6 1 に反射される信号が戻らないよに調整することができる。レベル検出部了 1 は、通信回路 6 1からアンテナ 5 0に送られる信号のレべルと、アンテナ 5 0で反射される信号のレベルの双方を検出することができる。

指向性判別部了 2は、レベル検出部 7 1が検出した高周波信号のレベルに基づき、送信時におけるアンテナ 5 0の指向性が許容範囲にあるか否かを判別する。具体的には、アンテナ 5 0の向きによつてアンテナ 5 0から反射される信号のレベルが異なる場合には、各向きにおける反射信号のレベルの差がある範囲に入っていれば指向性が許容範囲にあると判別され、ある範囲になければ指向性が許容範囲にないと判別される。これによつて、アンテナ 5 0の送信時の指向性の良否が判別される。この場合、指向性ができるだけ小さい方が望ましし、場合と、逆に指向性が高い方が望ましい場合とがあるので、良否を判定する範囲はアンテナが用いられる機器の種類や用途、受信 ·送信の別などによって変化する。

利得判別部 7 3は、通信回路 6 1から送られる送信信号のレベルと、アンテナ 5 0から反射される信号のレベルとの比が許容範囲にあるか否かなどに基づいて、アンテナ 5 0の利得の良否を判別する < 一般的には、送信信号のレベルと反射信号のレベルとの比ができるだけ大きいことが望ましいので、この比がある値以上であれば、利得が良好であると判定されることになる。

インピーダンス判別部 7 4は、通信回路 6 1から出力される信号と、アンテナ 5 0から反射されてくる信号とのレベル比が許容範囲にあるか否かなどに基づいて、通信回路 6 1 とアンテナ 5 0との間のインピーダンス整合の良否を判別する。一般的には、アンテナ 5 oへの入力信号に対する反射信号のレベル比が大きいことは、インピーダンス整合が取れていないことを意味する。したがって、このレベル比がある値以上であれば、インピーダンス整合性が良好であると判定することになる。

好ましくは、指向性、利得性、インピーダンス整合性のすべてが良好であると判定されるまで、形態設計部 5 3においてアンテナの形態の設計をやり直し、形態設計制御部 5 4および駆動部 5 1 を通じてアンテナ 5 0の形態を動的に再構成する。そして、最終的にァンテナ 5〇の指向性、利得性、入力インピーダンス整合性のすべてが良好であると判定されると、その形態に関する情報（データ）が記憶部 5 5に記憶される。

なお、指向性、利得性、インピーダンス整合性の全てが良好と判断されなくともよい場合がある。指向性を重視し、利得性を無視するモードで、アンテナ 5 0の形態を最適化する場合もある。

上記の例では、アンテナ形態の変更とアンテナ特性の評価とを繰り返しているが、前もって、電波環境にじだアンテナ形態の複数のパターンを記憶部に格納しておき、電波環境の変化を検出すると、適切なアンテナ形態を上記の複数のパターンから選択するようにしてちよい。この選択は、装置が自動的に行なってち良いし、装置のユーザが選択してもよい。

このように、導体要素の駆動部を制御する回路をアンテナと一体化したアンテナモジュールを携帯端末ゆ携帯電話などの装置に組み込めば、アンテナの特性を動的かつ適麻的に最適化できる装置が得られる。

本発明によれば、ス卜リップ線路が特定の共振周波数を有する放射構造を持たなくても、接地側導体の形状制御により、放射する電磁波の周波数を設定することができる。従って、ストリップ線路のパターンによらずに、放射する電磁波の周波数帯域や指向性を設計することが可能である。例えば、接地側導体面に端面短絡の矩形導波管型共振構造が作成できる。同様にして、共振周波数の異なる共振構造を同時に作製しり、接地側導体の形状を変えることによつた共振周波数を変えることができる。これにより放射する電磁波の周波数が変化する。

また、共振型のアンテナだけでなく、非共振型として例えば漏れ波アンテナとして設計することも可能である。上記のような共振構造と漏れ波を発生する構造を切り替えることち可能である。なお、放射のメカニズムは、導波管型共振や漏れ波によるちのに限定されなし、。

上記の導波管型共振器などの放射構造のほかに、共振周波数には大きく寄与しない部分の構造を可変することによつても指向性を変えることができる。ま放射構造と給電線路との位置関係や、基板面内の位置の設計によってち指向性や利得の変化が得られる。

更に、多数の放射構造を具備し、それらの合成として生じる電磁波の指向性制御をすることち可能である。

なお、前述のよに、接地側導体を流れる電流および磁流から、数式 1 および数式 2を用いてべク卜ルポテンシャルと磁気べク卜ルポテンシャルが決定される。べク卜ルポテンシャルと磁気べク卜ルポテンシャルが有限値をとるための形状をアンテナに付与する必要があるが、本発明の構造により、これらのポテンシャルが有限値を取り得る様の特性をアンテナに付与できる。このよに多様なァンテナ特性を持たせることが可能であるめ、周波数帯域や指向性などの各の仕様を最も満足できるような接地導体の形状を探索し, 実現して使用することができる。産業上の利用可能性

本発明のアンテナは、電波伝搬環境に^じた放射特性を発揮しうるめ、携帯電話や無線 L A Nなどの移動体通信端末のアンテナとして有用である。

Claims

請求の範囲

1 . 上面および下面を有する誘電体層と、

前記誘電体層の上面側に配置された給電側導体パターンと、前記誘電体層の下面側に配置され接地側導体部と

を備えアンテナであって、

前記接地側導体部の表面は、送受信する電磁波の波長より小さい寸法を有する複数の平面領域を有しており、

ある仮想的な基準^面と前記複数の平面領域との間の距離が、個々の平面領域ごとに調節されている、アンテナ。

2. 前記接地側導体部は、各が前記複数の平面領域の各を規定する複数の導体要素のアレイを含んでおり、

前記複数の導体要素から選択された少なくとち 1 つの導体要素と前記基準平面との距離を変化させることができる請求項 1 に記載のアンテナ。

3. 前記複数の導体要素から選択されだ少なくとち 1 つの導体要素と前記基準 ^面との距離を変化させることができる駆動部を備えている請求項 2に記載のアンテナ。

4. 前記駆動部は、前記複数の導体要素に含まれる個の導体要素の位置および/または向きを独立して変化させることができる, 請求項 3に記載のアンテナ。

5. 前記駆動部は、 M E M Sによって形成されたァクチユエ一タを有している請求項 4に記載のアンテナ。

6. 前記複数の導体要素の各は、前記基準平面に平行な主面を有しており、

前記駆動部は、前記主面を前記基準面に対して平行な状態を維持したまま、前記基準平面に垂直な方向に前後移動させることができる、請求項 4に記載のアンテナ。

7. 前記複数の導体要素は、行および列からなるマ卜リクス状に配列されている、請求項 2に記載のアンテナ。

8. 前記複数の導体要素は、いずれち矩形の主面を有しており, 各主面のサイズは略等しい、請求項 7に記載のアンテナ。

9. 前記複数の導体要素から選択されだ少なくとち 1 つの導体要素は接地され、接地導体部を形成する、請求項 2に記載のアンテナ。

1 〇. 前記誘電体層は空気の層である請求項 1 に記載のアンテナ。

1 1 . 前記誘電体層は誘電体プレー卜である請求項 1 に記載のアンテナ。 1 2. 前記給電側導体パターンは、信号線ス卜リップを含んでいる請求項 1 に記載のアンテナ。

1 3. 請求項 1 に記載のアンテナと、

前記アンテナの前記給電側導体パターンと接地側導体部に電気的に接続された回路と、

を備えている装置。

1 4. 請求項 2に記載のアンテナと、

前記複数の導体要素から選択された少なくとち 1 つの導体要素と前記基準平面との距離を変化させるように前記アンテナの形態を制御するアンテナ形態制御部と、

前記回路を動作させることよって前記アンテナによる電磁波の送信および/または受信を行なし、、前記アンテナのアンテナ特性を評価するアンテナ特性評価手段と、

を備え、

前記アンテナ特性評価手段によって得られたアンテナ特性に基づいて、前記複数の導体要素と前記基準平面との距離を決定し、前記アンテナの形態を制御する、アンテナ制御システム。

1 5. 請求項 2に記載のアンテナと、

前記複数の導体要素から選択された少なくとち 1 つの導体要素と前記基準平面との距離を変化させるように前記アンテナの形態を制御する制御部と、を備えている装置。

1 6. 請求項 2に記載のアンテナを用意する工程（a) と、前記複数の導体要素から選択された少なくとも 1 つの導体要素と前記基準平面との距離を変化させるように前記アンテナの形態を制御する工程（b) と、

前記アンテナのアンテナ特性を評価する工程（c) と、

前記（b) および前記（c) を少なくとも 1 回行なうことにより得られたアンテナ特性に基づいて前記複数の導体要素と前記基準平面との距離を決定する工程（d) と、

を含アンテナの製造方法。

1 7. 請求項 2に記載のアンテナを用意する工程（a) と、前記複数の導体要素から選択され^少なくとも 1 つの導体要素と前記基準平面との距離を変化させるように前記アンテナの形態を制御する工程（b) と、

前記アンテナのアンテナ特性を評価する工程（c) と、

前記（d) で決定しだ距離に基づいて、前記複数の導体要素から選択された少な <とち 1 つの導体要素と前記基準平面との距離を変化させるように前記アンテナの形態を制御する工程（e) と、を含アンテナの制御方法。