JP4169709B2

JP4169709B2 - アレーアンテナ装置

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Publication number: JP4169709B2
Application number: JP2004038178A
Authority: JP
Inventors: 恭一飯草; 孝大平; 啓貴田中; 琢磨澤谷; 眞太郎丸
Original assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Current assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2024-02-16
Also published as: KR101074903B1; KR20060041951A; US20050179605A1; JP2005229487A; US7129897B2

Description

この発明は、電気的に指向性を切換え可能なアレーアンテナ装置に関するものである。

非特許文献１は、電気的に指向性を切換え可能なアレーアンテナ装置を開示する。このアレーアンテナ装置は、例えば、図１１に示す平面構造からなる。この従来のアレーアンテナ装置１００は、誘電体基板１１０と、この誘電体基板１１０の一主面に配置された給電素子１１１および無給電素子１１２，１１３とを備える。

誘電体基板１１０は、略四角形の平面形状を有し、給電素子１１１および無給電素子１１２，１１３は、四角形の１辺に平行に配置される。

より詳細には、無給電素子１１２は、給電素子１１１を中心にして無給電素子１１３と対称に配置される。そして、給電素子１１１と無給電素子１１２との間隔および給電素子１１１と無給電素子１１３との間隔ｄは、アレーアンテナ装置１００が送受信する電波の波長をλとした場合、λ／４またはλ／１０に設定される。

無給電素子１１２，１１３は、それぞれ、可変容量素子であるバラクタダイオード１１４，１１５が装荷される。そして、バラクタダイオード１１４，１１５に供給する電圧を制御することによって、アレーアンテナ装置１００は、インピーダンス整合を保持しながらその指向性が切換えられる。より具体的には、バラクタダイオード１１４，１１５に供給する電圧をそれぞれＶ１，Ｖ２とし、電圧Ｖ１，Ｖ２は、Ｖａ，Ｖｂの値をとり得るものとした場合、電圧Ｖ１，Ｖ２を［Ｖ１＝Ｖａ，Ｖ２＝Ｖｂ］と［Ｖ１＝Ｖｂ，Ｖ２＝Ｖａ］との間で切換えることによって、無給電素子１１２，１１３にそれぞれ装荷されるリアクタンス値Ｘａ，Ｘｂが切換えられ、アレーアンテナ装置１００は、インピーダンス整合を保持しながらその指向性が切換えられる。

図１２は、間隔ｄがλ／４である場合のアンテナを含む平面、すなわち、φ面内の指向性利得パターンである。また、図１３は、間隔ｄがλ／１０である場合のφ面内指向性利得パターンである。間隔ｄがλ／４である場合において、リアクタンス値Ｘａ，Ｘｂのセットが［Ｘａ＝４５５Ω，Ｘｂ＝３７Ω］である場合、アレーアンテナ装置１００は、指向性利得パターンＰＴ１を示し、φ＝２７０度の方向の利得が高い。また、リアクタンス値Ｘａ，Ｘｂのセットが［Ｘａ＝３７Ω，Ｘｂ＝４５５Ω］である場合、アレーアンテナ装置１００は、指向性利得パターンＰＴ２を示し、φ＝９０度の方向の利得が高い。

間隔ｄがλ／１０である場合において、リアクタンス値Ｘａ，Ｘｂのセットが［Ｘａ＝４５５Ω，Ｘｂ＝３７Ω］である場合、アレーアンテナ装置１００は、指向性利得パターンＰＴ３を示し、φ＝２７０度の方向の利得が高い。また、リアクタンス値Ｘａ，Ｘｂのセットが［Ｘａ＝３７Ω，Ｘｂ＝４５５Ω］である場合、アレーアンテナ装置１００は、指向性利得パターンＰＴ４を示し、φ＝９０度の方向の利得が高い。

したがって、間隔ｄがλ／４およびλ／１０のいずれにおいても、リアクタンス値Ｘａ，Ｘｂのセットを［Ｘａ＝４５５Ω，Ｘｂ＝３７Ω］と［Ｘａ＝３７Ω，Ｘｂ＝４５５Ω］との間で切換えることによって、アレーアンテナ装置１００は、その指向性を９０度の方向と２７０度の方向との間で切換えられる。そして、この９０度の方向および２７０度の方向は、図１１においては、方向ＤＲ１に相当する。
"リアクタンスダイバシティのための２素子エスパアンテナの基本理論"，大平、飯草、太郎丸，信学技報，ＡＰ２００２−９３，ｐｐ．１３−１８

しかし、従来のアレーアンテナ装置においては、０度の方向および１８０度の方向は、ヌル（Ｎｕｌｌ）の方向であり、利得が零である。この０度および１８０度の方向は、図１１において方向ＤＲ２に相当する。したがって、従来のアレーアンテナ装置は、給電素子および無給電素子が配置された方向に指向性を有さないという問題がある。すなわち、従来のアレーアンテナ装置は、インピーダンス整合を保持しながらリアクタンス値を切換えても指向性がない方向が存在するという問題がある。また、φ面に平行な偏波には感度を有するが、平行でない偏波には感度がないという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、指向性を切換可能であり、利得が零である方向が無い、即ち、全方位に指向性を持たせることができるアレーアンテナ装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、φ面に平行でない偏波に対しても感度を有するアレーアンテナ装置を提供することである。

さらに、この発明の別の目的は、指向性を切換えることによって利得の低い方向が切換わるアレーアンテナ装置を提供することである。

この発明によれば、アレーアンテナ装置は、給電素子と、少なくとも１つの無給電素子と、指向性制御部とを備える。少なくとも１つの無給電素子は、可変容量素子が装荷される。指向性制御部は、少なくとも１つの無給電素子に装荷された可変容量素子の少なくとも１つの容量を変え、指向性を制御する。そして、少なくとも１つの無給電素子の各々と給電素子との距離は、送受信される電波の半波長以下に設定される。また、少なくとも１つの無給電素子および給電素子を１つの平面に投影したとき、少なくとも１つの無給電素子は、その長手方向が給電素子の長手方向と所定の角度を成すように配置される。

好ましくは、給電素子および少なくとも１つの無給電素子は、各素子の一部で相互に交差する。

好ましくは、少なくとも１つの無給電素子は、２つ以上の無給電素子からなる。１つの無給電素子の一方端は、他の無給電素子の一方端と交差する。

好ましくは、２つ以上の無給電素子は、給電素子を中心として対称に配置される。

好ましくは、少なくとも１つの無給電素子は、略四角形に配置された第１から第４の無給電素子からなる。給電素子は、四角形の対角線に沿って配置される。

この発明によるアレーアンテナ装置においては、各無給電素子と給電素子との距離は、電波の半波長以下に設定される。また、無給電素子は、給電素子と所定の角度を成して配置される。そして、このような配置において、少なくとも１つの無給電素子に装荷される可変容量素子の少なくとも１つの容量が変えられ、指向性が制御される。

したがって、この発明によれば、指向性を切換えることができ、かつ、全方位に指向性を持たせることができる。また、φ面に平行でない偏波に対しても感度を有する。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置の第１の平面図である。アレーアンテナ装置１０は、円形の誘電体基板１と、給電素子２と、無給電素子３，４と、指向性制御部８とを備える。

給電素子２および無給電素子３，４は、全て同じ長さを有する。そして、給電素子２および無給電素子３，４は、給電素子２の給電部５および無給電素子３，４の略中央部で交差し、かつ、無給電素子３，４が給電素子２を中心として対称になるように配置される。この場合、給電素子２は、誘電体基板１の一主面（例えば、表面）に形成され、無給電素子３，４は、誘電体基板１の一主面（表面）と反対側（裏面）に形成される。そして、給電素子２と無給電素子３，４との距離（給電素子２の中心と無給電素子３，４の中心との距離）は、アレーアンテナ装置１０が送受信する電波の波長λの２分の１（＝λ／２）以下である。なお、アレーアンテナ装置１０においては、給電素子２および無給電素子３，４は、相互に交差するので、重複を避けるために給電素子２と無給電素子３，４とは、誘電体基板１の異なる面に形成される。

無給電素子３，４は、それぞれ、可変容量素子であるバラクタダイオード６，７が装荷される。指向性制御部８は、制御電圧ＣＶ１，ＣＶ２をそれぞれバラクタダイオード６，７へ供給する。この場合、制御電圧ＣＶ１，ＣＶ２は、Ｖａ，Ｖｂの値をとり得る。したがって、指向性制御部８は、［ＣＶ１＝Ｖａ，ＣＶ２＝Ｖｂ］または［ＣＶ１＝Ｖｂ，ＣＶ２＝Ｖａ］をバラクタダイオード６，７へ供給する。これによって、無給電素子３，４のリアクタンス値Ｘａ，Ｘｂの組合せが変化する。つまり、指向性制御部８は、無給電素子３，４のリアクタンス値Ｘａ，Ｘｂ（容量）を変化させ、アレーアンテナ装置１０の指向性を制御する。

図２は、この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置の第２の平面図である。アレーアンテナ装置１０Ａは、誘電体基板１１と、給電素子１２と、無給電素子１３，１４と、指向性制御部８とを備える。

誘電体基板１１は、略四角形の平面形状を有する。給電素子１２および無給電素子１３，１４は、全て同じ長さを有する。そして、給電素子１２および無給電素子１３，１４は、直角二等辺三角形を形成するように配置される。この場合、給電素子１２は、直角二等辺三角形の底辺に相当する位置に配置され、２つの無給電素子１３，１４は、直角を形成するように配置される。そして、無給電素子１３は、無給電素子１４と交差し、給電素子１２は、無給電素子１３，１４と交差しないので、給電素子１２および無給電素子１３は、誘電体基板１１の一主面（例えば、表面）に形成され、無給電素子１４は、誘電体基板１１の一主面（表面）と反対側（裏面）に形成される。

また、無給電素子１３，１４は、無給電素子１３と無給電素子１４との交差部１８と、給電素子１２の給電部１５とを結ぶ線ＬＮ１を中心にして対称になるように配置される。すなわち、無給電素子１３，１４は、給電素子１２を中心にして対称になるように配置される。そして、給電素子１２と無給電素子１３，１４との距離は、λ／２以下に設定される。

無給電素子１３，１４は、それぞれ、可変容量素子であるバラクタダイオード１６，１７が装荷される。指向性制御部８は、制御電圧ＣＶ１，ＣＶ２をそれぞれバラクタダイオード１６，１７へ供給して無給電素子１３，１４のリアクタンス値Ｘａ，Ｘｂ（容量）の組合わせを変化させ、アレーアンテナ装置１０Ａの指向性を制御する。

図３は、この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置の第３の平面図である。アレーアンテナ装置１０Ｂは、誘電体基板２１と、給電素子２２と、無給電素子２３，２４と、指向性制御部８とを備える。

誘電体基板２１は、略四角形の平面形状を有する。給電素子２２および無給電素子２３，２４は、全て同じ長さを有する。そして、給電素子２２および無給電素子２３，２４は、矢印形を形成するように配置される。この場合、給電素子２２は、矢印形の軸に相当する位置に配置され、２つの無給電素子１３，１４は、矢先を形成するように配置される。そして、無給電素子２３は、無給電素子２４と直交し、給電素子２２は、無給電素子２３，２４と交差しないので、給電素子２２および無給電素子２３は、誘電体基板２１の一主面（例えば、表面）に形成され、無給電素子２４は、誘電体基板２１の一主面（表面）と反対側（裏面）に形成される。

また、無給電素子２３，２４は、給電素子２２を中心にして対称になるように配置される。そして、給電素子２２と無給電素子２３，２４との距離は、λ／２以下に設定される。

無給電素子２３，２４は、それぞれ、可変容量素子であるバラクタダイオード２５，２６が装荷される。指向性制御部８は、制御電圧ＣＶ１，ＣＶ２をそれぞれバラクタダイオード２５，２６へ供給して無給電素子２３，２４のリアクタンス値Ｘａ，Ｘｂ（容量）の組合せを変化させ、アレーアンテナ装置１０Ｂの指向性を制御する。

図４は、この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置の第４の平面図である。アレーアンテナ装置１０Ｃは、誘電体基板３１と、給電素子３２と、無給電素子３３，３４と、指向性制御部８とを備える。

誘電体基板３１は、略四角形の平面形状を有する。給電素子３２および無給電素子３３，３４は、全て同じ長さを有する。そして、給電素子３２および無給電素子３３，３４は、略Ｚ字形状を形成するように配置される。この場合、給電素子２２は、Ｚ字の斜め部に相当する位置に配置され、２つの無給電素子３３，３４は、Ｚ字の２つの平坦部に相当する位置に配置される。そして、給電素子３２および無給電素子３３，３４は、相互に交差しないので、給電素子３２および無給電素子３３，３４は、誘電体基板３１の一主面（例えば、表面）に形成される。

また、無給電素子３３，３４は、給電素子３２の給電部３５を通る線ＬＮ２を中心にして対称になるように配置される。すなわち、無給電素子３３，３４は、給電素子３２を中心にして対称になるように配置される。そして、給電素子３２と無給電素子３３，３４との距離は、λ／２以下に設定される。

無給電素子３３，３４は、それぞれ、可変容量素子であるバラクタダイオード３６，３７が装荷される。指向性制御部８は、制御電圧ＣＶ１，ＣＶ２をそれぞれバラクタダイオード３６，３７へ供給して無給電素子３３，３４のリアクタンス値Ｘａ，Ｘｂ（容量）の組合せを変化させ、アレーアンテナ装置１０Ｃの指向性を制御する。

図５は、この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置の第５の平面図である。アレーアンテナ装置１０Ｄは、誘電体基板４１と、給電素子４２と、無給電素子４３〜４６と、指向性制御部５２とを備える。

誘電体基板４１は、略四角形の平面形状を有する。給電素子４２および無給電素子４３〜４６は、全て同じ長さを有する。そして、無給電素子４３〜４６は、略正方形を形成するように配置され、給電素子４２は、無給電素子４３〜４６によって形成された正方形の対角線に沿って配置される。また、給電素子４２および無給電素子４３，４４は、相互に交差せず、無給電素子４３，４４は、無給電素子４５，４６と交差するので、給電素子４２および無給電素子４３，４４は、誘電体基板４１の一主面（例えば、表面）に形成され、無給電素子４５，４６は、誘電体基板４１の一主面（表面）と反対側（裏面）に形成される。

また、無給電素子４３，４４は、給電素子４２の給電部４７を通る線ＬＮ３を中心にして対称になるように配置され、無給電素子４５，４６は、給電部４７を通る線ＬＮ４を中心にして対称になるように配置される。すなわち、無給電素子４３〜４６は、給電素子４２を中心にして対称になるように配置される。そして、給電素子４２と無給電素子４３〜４６との距離は、λ／２以下に設定される。

無給電素子４３〜４６は、それぞれ、可変容量素子であるバラクタダイオード４８〜５１が装荷される。指向性制御部５２は、次の２つの方法のいずれかによって無給電素子４３〜４６のリアクタンス値（容量）の組合せを変化させ、アレーアンテナ装置１０Ｄの指向性を制御する。この場合、無給電素子４３〜４６のリアクタンス値をそれぞれＸ１〜Ｘ４とする。

（ＭＴＨＤ１）リアクタンス値Ｘ１〜Ｘ４のうちの１個のリアクタンス値（Ｘ
１〜Ｘ４のいずれか）を変える、またはリアクタンス値Ｘ１〜Ｘ４のうち
の３個のリアクタンス値を同時に変える。

（ＭＴＨＤ２）リアクタンス値Ｘ１〜Ｘ４を２つのリアクタンス値の組（例え
ば、［Ｘ１，Ｘ３］と［Ｘ２，Ｘ４］との組み）に分けて切換える。

図６は、図１に示すアレーアンテナ装置１０の指向性利得パターンである。なお、図６においては、給電素子２の長さ方向が０度の方向である。無給電素子２，３に装荷されるリアクタンス値をそれぞれＸａ１，Ｘｂ１とすると、リアクタンス値の組［Ｘａ１，Ｘｂ１］は、［Ｘａ１＝４５５Ω，Ｘｂ１＝３７Ω］と［Ｘａ１＝３７Ω，Ｘｂ１＝４５５Ω］との間で切換えられた。そして、図６において、パターンＰＴＭ１は、リアクタンス値の組［Ｘａ１，Ｘｂ１］が［Ｘａ＝４５５Ω，Ｘｂ＝３７Ω］である場合の指向性利得パターンであり、パターンＰＴＭ２は、リアクタンス値の組［Ｘａ１，Ｘｂ１］が［Ｘａ＝３７Ω，Ｘｂ＝４５５Ω］である場合の指向性利得パターンである。

リアクタンス値の組［Ｘａ１，Ｘｂ１］が［Ｘａ１＝４５５Ω，Ｘｂ１＝３７Ω］である場合（パターンＰＴＭ１）、深いヌルが無くなり、利得は、１２０度および３００度の方向において最も高く、６０度および２４０度の方向において最も低い。

また、リアクタンス値の組［Ｘａ１，Ｘｂ１］が［Ｘａ１＝３７Ω，Ｘｂ１＝４５５Ω］である場合（パターンＰＴＭ２）も、深いヌルが無くなり、利得は、６０度および２４０度の方向において最も高く、１２０度および３００度の方向において最も低い。

したがって、アレーアンテナ装置１０は、全方位に指向性を持ち、指向性を切換えることによって利得の低い方向が６０度および２４０度の方向から１２０度および３００度の方向へ切換わる。

その結果、アレーアンテナ装置１０において、インピーダンス整合を保持しながら指向性を切換えることができ、かつ、利得が零である方向を無くすことができる。また、インピーダンス整合を保持しながら指向性を切換えることによって、利得が低い方向を切換えることができる。

図７は、図２に示すアレーアンテナ装置１０Ａの指向性利得パターンである。なお、図７においては、給電素子１２の長さ方向が０度の方向である。無給電素子１３，１４に装荷されるリアクタンス値をそれぞれＸａ２，Ｘｂ２とすると、リアクタンス値の組［Ｘａ２，Ｘｂ２］は、［Ｘａ２＝４５５Ω，Ｘｂ２＝３７Ω］と［Ｘａ２＝３７Ω，Ｘｂ２＝４５５Ω］との間で切換えられた。そして、図７において、パターンＰＴＭ３は、リアクタンス値の組［Ｘａ２，Ｘｂ２］が［Ｘａ２＝４５５Ω，Ｘｂ２＝３７Ω］である場合の指向性利得パターンであり、パターンＰＴＭ４は、リアクタンス値の組［Ｘａ２，Ｘｂ２］が［Ｘａ２＝３７Ω，Ｘｂ２＝４５５Ω］である場合の指向性利得パターンである。

リアクタンス値の組［Ｘａ２，Ｘｂ２］が［Ｘａ２＝４５５Ω，Ｘｂ２＝３７Ω］である場合（パターンＰＴＭ３）、深いヌルが無くなり、利得は、約２００度の方向において最も高く、約２８０度の方向において最も低い。

また、リアクタンス値の組［Ｘａ２，Ｘｂ２］が［Ｘａ２＝３７Ω，Ｘｂ２＝４５５Ω］である場合（パターンＰＴＭ４）、深いヌルが無くなり、利得は、約１６０度の方向において最も高く、約８０度の方向において最も低い。

したがって、アレーアンテナ装置１０Ａは、利得が零である方向を有さず、指向性を切換えることによって利得の低い方向が約２８０度の方向から約８０度の方向へ切換わる。

その結果、アレーアンテナ装置１０Ａにおいて、インピーダンス整合を保持しながら指向性を切換えることができ、かつ、利得が零である方向を無くすことができる。また、インピーダンス整合を保持しながら指向性を切換えることによって、利得が低い方向を切換えることができる。

図８は、図３に示すアレーアンテナ装置１０Ｂの指向性利得パターンである。なお、図８においては、給電素子２２の長さ方向が０度の方向である。無給電素子２３，２４に装荷されるリアクタンス値をそれぞれＸａ３，Ｘｂ３とすると、リアクタンス値の組［Ｘａ３，Ｘｂ３］は、［Ｘａ３＝４５５Ω，Ｘｂ３＝３７Ω］と［Ｘａ３＝３７Ω，Ｘｂ３＝４５５Ω］との間で切換えられた。そして、図８において、パターンＰＴＭ５は、リアクタンス値の組［Ｘａ３，Ｘｂ３］が［Ｘａ３＝４５５Ω，Ｘｂ３＝３７Ω］である場合の指向性利得パターンであり、パターンＰＴＭ６は、リアクタンス値の組［Ｘａ３，Ｘｂ３］が［Ｘａ３＝３７Ω，Ｘｂ３＝４５５Ω］である場合の指向性利得パターンである。

リアクタンス値の組［Ｘａ３，Ｘｂ３］が［Ｘａ３＝４５５Ω，Ｘｂ３＝３７Ω］である場合（パターンＰＴＭ５）、約４０度および約１６０度の方向において深いヌルが存在するが、それ以外の方向において深いヌルが無くなり、利得は、約２６０度の方向において最も高い。

また、リアクタンス値の組［Ｘａ３，Ｘｂ３］が［Ｘａ３＝３７Ω，Ｘｂ３＝４５５Ω］である場合（パターンＰＴＭ６）、約２００度および約３２０度の方向において深いヌルが存在するが、それ以外の方向において深いヌルが無くなり、利得は、約１００度の方向において最も高い。

そして、指向性を切換えることによってヌルが存在する方向が約４０度および約１６０度の方向と約２００度および約３２０度の方向との間で変わるので、アレーアンテナ装置１０Ｂは、全ての方向に利得を有する。

したがって、アレーアンテナ装置１０Ｂは、利得が零である方向を有さず、指向性を切換えることによってヌルの方向が約４０度および約１６０度の方向から約２００度および約３２０度の方向へ切換わる。

その結果、アレーアンテナ装置１０Ｂにおいて、インピーダンス整合を保持しながら指向性を切換えることができ、かつ、利得が零である方向を無くすことができる。また、インピーダンス整合を保持しながら指向性を切換えることによって、利得が低い方向を切換えることができる。

図９は、図４に示すアレーアンテナ装置１０Ｃの指向性利得パターンである。なお、図９においては、給電素子３２の長さ方向が０度の方向である。無給電素子３３，３４に装荷されるリアクタンス値をそれぞれＸａ４，Ｘｂ４とすると、リアクタンス値の組［Ｘａ４，Ｘｂ４］は、［Ｘａ４＝４５５Ω，Ｘｂ４＝３７Ω］と［Ｘａ４＝３７Ω，Ｘｂ４＝４５５Ω］との間で切換えられた。そして、図９において、パターンＰＴＭ７は、リアクタンス値の組［Ｘａ４，Ｘｂ４］が［Ｘａ４＝４５５Ω，Ｘｂ４＝３７Ω］である場合の指向性利得パターンであり、パターンＰＴＭ８は、リアクタンス値の組［Ｘａ４，Ｘｂ４］が［Ｘａ４＝３７Ω，Ｘｂ４＝４５５Ω］である場合の指向性利得パターンである。

リアクタンス値の組［Ｘａ４，Ｘｂ４］が［Ｘａ４＝４５５Ω，Ｘｂ４＝３７Ω］である場合（パターンＰＴＭ７）、深いヌルが無くなり、利得は、約２８０度の方向において最も高く、約３６０度（０度）の方向において最も低い。

また、リアクタンス値の組［Ｘａ４，Ｘｂ４］が［Ｘａ４＝３７Ω，Ｘｂ４＝４５５Ω］である場合（パターンＰＴＭ８）、深いヌルが無くなり、利得は、約１００度の方向において最も高く、約１８０度の方向において最も低い。

したがって、アレーアンテナ装置１０Ｃは、利得が零である方向を有さず、指向性を切換えることによって利得の低い方向が約３６０度（０度）の方向から約１８０度の方向へ切換わる。

その結果、アレーアンテナ装置１０Ｃにおいて、インピーダンス整合を保持しながら指向性を切換えることができ、かつ、利得が零である方向を無くすことができる。また、インピーダンス整合を保持しながら指向性を切換えることによって、利得が低い方向を切換えることができる。

図１０は、アンテナの利得と方向との関係図である。図１０の（ａ）において、曲線ｋ１，ｋ２は、図１に示すアレーアンテナ装置１０における利得と方向との関係を示し、曲線ｋ３，ｋ４は、図２に示すアレーアンテナ装置１０Ａにおける利得と方向との関係を示す。そして、曲線ｋ１，ｋ３は、リアクタンス値の組［Ｘａ１，Ｘｂ１］，［Ｘａ２，Ｘｂ２］＝［４５５Ω，３７Ω］の場合を示し、曲線ｋ２，ｋ４は、リアクタンス値の組［Ｘａ１，Ｘｂ１］，［Ｘａ２，Ｘｂ２］＝［３７Ω，４５５Ω］の場合を示す。

また、図１０の（ｂ）において、曲線ｋ５，ｋ６は、図３に示すアレーアンテナ装置１０Ｂにおける利得と方向との関係を示し、曲線ｋ７，ｋ８は、図４に示すアレーアンテナ装置１０Ｃにおける利得と方向との関係を示す。そして、曲線ｋ５，ｋ７は、リアクタンス値の組［Ｘａ３，Ｘｂ３］，［Ｘａ４，Ｘｂ４］＝［４５５Ω，３７Ω］の場合を示し、曲線ｋ６，ｋ８は、リアクタンス値の組［Ｘａ３，Ｘｂ３］，［Ｘａ４，Ｘｂ４］＝［３７Ω，４５５Ω］の場合を示す。

さらに、図１０の（ｃ）において、曲線ｋ９，ｋ１０は、図１１に示す素子間隔ｄがλ／４であるアレーアンテナ装置１００における利得と方向との関係を示し、曲線ｋ１１，ｋ１２は、図１２に示す素子間隔ｄがλ／１０であるアレーアンテナ装置１００における利得と方向との関係を示す。そして、曲線ｋ９，ｋ１１は、リアクタンス値の組が［４５５Ω，３７Ω］の場合を示し、曲線ｋ１０，ｋ１２は、リアクタンス値の組が［３７Ω，４５５Ω］の場合を示す。

従来のアレーアンテナ装置１００においては、曲線ｋ９〜ｋ１２に示すように、素子間隔ｄに関係なく、０度および１８０度の方向において利得が零であり、リアクタンス値の組を切換えても、利得が零である方向は変化しない。

これに対し、図１から図４に示すアレーアンテナ装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいては、曲線ｋ１〜ｋ８に示すように、リアクタンス値の組を切換えることによって、利得が最低である方向またはヌルの方向が切換わるので、全ての方向に対して利得を有する。また、１本の給電素子と２本の無給電素子とを図３および図４に示すように矢印形およびＺ字形に配置することによって、利得の最大値と最小値との差が大きくなり、送受信する電波の指向性が強くなる。

このように、図１から図４に示すアレーアンテナ装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいては、利得が零である方向を無くし、インピーダンス整合を保持しながら指向性を切換えることができる。

なお、上記においては、給電素子と無給電素子とが交差するアレーアンテナ装置および給電素子と無給電素子とが交差しないアレーアンテナ装置について説明したが、この発明によるアレーアンテナ装置においては、無給電素子を延長した線または無給電素子は、給電素子を延長した線または給電素子に交差していればよい。

また、上記においては、給電素子および無給電素子は、誘電体基板の表面に形成される、すなわち、平面的に形成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、給電素子および無給電素子は、上述した態様によって立体的に形成されていてもよい。

さらに、給電素子および無給電素子は、同じ長さ、同じ幅（太さ）でなくてもよい。

さらに、給電素子および無給電素子は、各素子の中央部に限らず、一部で交差していればよい。

さらに、この発明によるアレーアンテナ装置は、給電素子と、少なくとも１つの無給電素子とを備え、少なくとも１つの無給電素子の各々と給電素子との距離は、送受信される電波の半波長以下に設定され、無給電素子および給電素子を１つの平面に投影したとき、無給電素子は、その長手方向が給電素子の長手方向と所定の角度を成すように配置され、少なくとも１つの無給電素子に装荷された少なくとも１つの可変容量素子の少なくとも１つの容量を変えることによって、指向性が制御されるものであればよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、指向性を切換可能であり、利得が零である方向が無いアレーアンテナ装置に適用される。また、この発明は、指向性を切換えることによって利得の低い方向が切換わるアレーアンテナ装置に適用される。

この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置の第１の平面図である。この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置の第２の平面図である。この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置の第３の平面図である。この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置の第４の平面図である。この発明の実施の形態によるアレーアンテナ装置の第５の平面図である。図１に示すアレーアンテナ装置の指向性利得パターンである。図２に示すアレーアンテナ装置の指向性利得パターンである。図３に示すアレーアンテナ装置の指向性利得パターンである。図４に示すアレーアンテナ装置の指向性利得パターンである。アンテナの利得と方向との関係図である。従来のアレーアンテナ装置の平面図である。間隔ｄがλ／４である場合のφ面内指向性利得パターンである。間隔ｄがλ／１０である場合のφ面内指向性利得パターンである。

符号の説明

１，１１，２１，３１，４１誘電体基板、２，１２，２２，３２，４２，１１１給電素子、３，４，１３，１４，２３，２４，３３，３４，４３〜４６，１１２，１１３無給電素子、５，１５，３５，４７給電部、６，７，１６，１７，２５，２６，３６，３７，４８〜５１，１１４，１１５バラクタダイオード、８，５２指向性制御部１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、１０Ｄ，１００アレーアンテナ装置。

Claims

誘電体基板と、
給電素子と、
可変容量素子が装荷された少なくとも１つの無給電素子と、
前記少なくとも１つの無給電素子に装荷された可変容量素子の少なくとも１つの容量を変え、指向性を制御する指向性制御部とを備え、
前記少なくとも１つの無給電素子の各々と前記給電素子との距離は、送受信される電波の半波長以下に設定され、
前記少なくとも１つの無給電素子および前記給電素子を１つの平面に投影したとき、前記給電素子および前記少なくとも１つの無給電素子は、各素子の略中央部で相互に交差し、
前記給電素子は、前記誘電体基板の一方の面に配置され、
前記少なくとも１つの無給電素子は、前記誘電体基板の他方の面に配置される、アレーアンテナ装置。
前記少なくとも１つの無給電素子は、２以上の無給電素子からなり、
前記２以上の無給電素子は、前記給電素子を中心にして対称に配置される、請求項１に記載のアレーアンテナ装置。
誘電体基板と、
給電素子と、
可変容量素子が装荷された２以上の無給電素子と、
前記２以上の無給電素子に装荷された可変容量素子の少なくとも１つの容量を変え、指向性を制御する指向性制御部とを備え、
前記２以上の無給電素子の各々と前記給電素子との距離は、送受信される電波の半波長以下に設定され、
前記２以上の無給電素子および前記給電素子を１つの平面に投影したとき、前記２以上の無給電素子のうちの隣接する２個の無給電素子は、各素子の一部で相互に交差し、
前記隣接する２個の無給電素子のうちの一方の無給電素子は、前記誘電体基板の一方の面に配置され、
前記隣接する２個の無給電素子のうちの他方の無給電素子は、前記誘電体基板の他方の面に配置される、アレーアンテナ装置。
前記２以上の無給電素子は、前記給電素子を中心にして対称に配置され、
前記一方の無給電素子の一方端は、前記他方の無給電素子の一方端と交差する、請求項３に記載のアレーアンテナ装置。
前記２以上の無給電素子は、略四角形に配置された第１から第４の無給電素子からなり、
前記給電素子は、前記四角形の対角線に沿って配置される、請求項４に記載のアレーアンテナ装置。