JP4542866B2

JP4542866B2 - Directional control microstrip antenna

Info

Publication number: JP4542866B2
Application number: JP2004296810A
Authority: JP
Inventors: 明繁村上
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2024-10-08
Also published as: JP2006109372A

Description

本発明は、誘電体の上面に中心に給電点を持つ放射素子と誘電体の下面に地板を有し、かつ放射素子内部にスイッチによって地板と短絡ないし開放となる接続ピンを、給電点を中心に対称に配置した指向性制御マイクロストリップアンテナに関するものである。 The present invention has a radiating element having a feeding point on the upper surface of a dielectric and a ground plane on the lower surface of the dielectric, and connecting pins that are short-circuited or opened to the ground plane by a switch inside the radiating element. It is related with the directivity control microstrip antenna arrange | positioned symmetrically.

従来の無線通信では無指向性アンテナが用いられる場合が多かった。しかしながら多くの無線通信が同時に使われるようになると、他の無線による電波は所望波にとってノイズ源となるため、Ｓ／Ｎが低下して伝送誤り率を増加させる原因となり、また、通信品質を保つためにはより高出力の送信が必要となり、消費電力を増加さる一因にもなることが知られている。（例えば、特許文献１ないし８参照）。
近年電波も有限な資源と見なす電波エコロジが提唱され、電波の周波数や電力を効率良く使用するため指向性制御アンテナが注目されている。また、通常の伝搬環境はマルチパスフェージング環境であるため、フェージングを抑制するためダイバシティ受信が行われる場合があるが、マルチパスフェージングの根本的な解決法はマルチパスを最小にすることであり、その点からも指向性制御アンテナは重要性を増している。
また指向性アンテナとしては八木・宇田アンテナが知られている。八木・宇田アンテナとはダイポールアンテナの前後にダイポールアンテナよりも電気長の短い導波器と、ダイポールアンテナよりも電気長の長い反射器を置いて指向性を付与するものである。
図１５は八木・宇田アンテナの原理を２次元の指向性制御に用いた例として示す概略図である。図１５には特許文献１の開示を示している。この特許文献１では給電素子１の回りに複数の無給電素子２を配置し、これらの無給電素子２にキャパシタンス５と地板３とを導通するスイッチ４を並列に設け、スイッチ４を導通ないし遮断することによって無給電素子２を導波器ないし反射器として作用させて指向性を制御している。
特許文献１では導波器や反射器を共通化できるためアンテナの占有面積を小さくできるが、この特許文献１を含め八木・宇田アンテナを用いる指向性制御アンテナは本質的に導波器、放射素子、反射器を構成する３つのアンテナを必要とし、無指向性アンテナの約３倍の面積を占有する。そのためアンテナの小型化には限界があった。 In conventional wireless communication, an omnidirectional antenna is often used. However, when many wireless communications are used at the same time, radio waves from other radios become noise sources for the desired wave, causing a decrease in S / N and increasing the transmission error rate, and maintaining communication quality. In order to achieve this, it is known that transmission with higher output is required, which also contributes to an increase in power consumption. (For example, see Patent Documents 1 to 8.)
In recent years, a radio wave ecology where radio waves are regarded as a finite resource has been proposed, and a directivity control antenna has attracted attention in order to efficiently use the frequency and power of radio waves. Also, since the normal propagation environment is a multipath fading environment, diversity reception may be performed to suppress fading, but the fundamental solution for multipath fading is to minimize multipath, From this point of view, the directivity control antenna is becoming more important.
Yagi / Uda antennas are known as directional antennas. The Yagi / Uda antenna is designed to provide directivity by placing a director with a shorter electrical length than the dipole antenna and a reflector with a longer electrical length than the dipole antenna before and after the dipole antenna.
FIG. 15 is a schematic diagram showing an example in which the principle of the Yagi / Uda antenna is used for two-dimensional directivity control. FIG. 15 shows the disclosure of Patent Document 1. In this Patent Document 1, a plurality of parasitic elements 2 are arranged around the feeding element 1, and a switch 4 for conducting the capacitance 5 and the ground plane 3 is provided in parallel to these parasitic elements 2, and the switch 4 is turned on or off. By doing so, the parasitic element 2 is made to act as a director or a reflector to control the directivity.
In Patent Document 1, the area occupied by the antenna can be reduced because the director and the reflector can be shared. However, including this Patent Document 1, the directivity control antenna using the Yagi-Uda antenna is essentially a waveguide, a radiating element. The three antennas constituting the reflector are required and occupy about three times the area of the omnidirectional antenna. Therefore, there is a limit to the miniaturization of the antenna.

図１６は指向性を制御する他の方法を示す概略斜視図である。指向性を制御する他の方法としては特許文献２がある。この特許文献２を図１６に示している。図１７は図１６による第１の放射パターンを示す図である。図１８は図１６による第２の放射パターンを示す図である。
特許文献２では誘電体６裏面に地板３を設け、誘電体６表面には外周部が地板３と短絡した円環放射導体７を設け、さらに円環状放射導体７の内部には地板３と短絡するダイオード８を配置している。
ダイオードのオン、オフにより２つの励振モードを選択でき、ＴＭ１１０モードとＴＭ２１０モードを同じ周波数にすると、図１７および図１８に示す２つの放射パターン、すなわち、第１および第２の放射パターンの切り換えが可能となる。
しかしながら、特許文献２では選択できる放射パターンは２つに限定され、よりきめ細かい指向性制御は不可能であり、指向性制御アンテナとしては限定的な用途にしか使えないのが現状である。
またフェーズドアレイアンテナやアダプティブアレイアンテナのように複数のアンテナからの放射パターンを合成して指向性を制御する方法もある。これらの方法は信号をベクトル加算することで指向性を制御するが、信号を合成する回路が複雑であり、また複数のＲＦ回路やアンテナが必要になることから基地局に用いられる程度であった。
しかしながら、アダプティブアレイアンテナにおいて空間ビーム形成によって信号を合成するエスパアンテナが提唱され、回路が簡略化できることから大きな期待を集めている。
エスパアンテナの例としては特許文献３および４が開示されている。特許文献３および４ではモノポールアンテナからなる給電素子の回りに複数の無給電素子を配置し、無給電素子のインピーダンスをスイッチによって切り換えることで指向性を制御している。
特開２００１−３６３３７公報特開平６−１１２７２７号公報特開平１０−１５４９１１号公報特開２００２−３２５０１２公報特開平１０−１３１４１号公報特開平１０−１３１４３号公報特開平１０−１７３４３２号公報特開平１１−１６３６２６号公報 FIG. 16 is a schematic perspective view showing another method for controlling directivity. As another method for controlling directivity, there is Patent Document 2. This patent document 2 is shown in FIG. FIG. 17 shows the first radiation pattern according to FIG. FIG. 18 shows a second radiation pattern according to FIG.
In Patent Document 2, a ground plate 3 is provided on the back surface of the dielectric 6, an annular radiating conductor 7 whose outer peripheral portion is short-circuited with the ground plate 3 is provided on the surface of the dielectric 6. A diode 8 is disposed.
Two excitation modes can be selected by turning on and off the diode. When the TM110 mode and the TM210 mode are set to the same frequency, the two radiation patterns shown in FIGS. 17 and 18, that is, switching between the first and second radiation patterns can be performed. It becomes possible.
However, in Patent Document 2, the number of radiation patterns that can be selected is limited to two. Finer directivity control is impossible, and the directivity control antenna can be used only for limited purposes.
There is also a method of controlling directivity by combining radiation patterns from a plurality of antennas, such as a phased array antenna and an adaptive array antenna. These methods control the directivity by vector addition of signals, but the circuit for synthesizing the signals is complex, and multiple RF circuits and antennas are required, so that they were only used for base stations. .
However, an ESPAR antenna that synthesizes signals by forming spatial beams in an adaptive array antenna has been proposed, and the circuit can be simplified.
Patent Documents 3 and 4 are disclosed as examples of ESPAR antennas. In Patent Documents 3 and 4, a plurality of parasitic elements are arranged around a feeding element composed of a monopole antenna, and the directivity is controlled by switching the impedance of the parasitic element with a switch.
JP 2001-36337 A JP-A-6-112727 Japanese Patent Laid-Open No. 10-154911 JP 2002-325012 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-13141 Japanese Patent Laid-Open No. 10-13143 Japanese Patent Laid-Open No. 10-173432 JP 11-163626 A

しかしながら、特許文献３および４では給電素子の回りに多くの無給電素子を配置する必要があり、アンテナの小型化には限界がある。またエスパアンテナでは指向性を制御するアルゴリズムが複雑であると言われており、ベクトル加算の回路の簡略化にもある程度限界があると思われる。
さらに、特許文献５ないし８にはテーパードスロットアンテナに関して技術が開示されている。テーパードスロットアンテナは指向性の高い円形の放射パターンを得ることができるが、アンテナ単体では指向性を制御することはできない。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、放射パターンの最大放射角度を１次元または２次元で制御でき、アンテナでの反射を抑制し、指向性をさらに高める小型なマイクロストリップアンテナを提供することにある。 However, in Patent Documents 3 and 4, it is necessary to arrange many parasitic elements around the feeding elements, and there is a limit to downsizing the antenna. The ESPAR antenna is said to have a complicated algorithm for controlling directivity, and it seems that there is a certain limit to the simplification of the vector addition circuit.
Further, Patent Documents 5 to 8 disclose techniques related to tapered slot antennas. A tapered slot antenna can obtain a circular radiation pattern with high directivity, but directivity cannot be controlled by the antenna alone.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a small microstrip antenna that can control the maximum radiation angle of a radiation pattern in one or two dimensions in consideration of the above-described situation, suppress reflection at the antenna, and further enhance directivity. Is to provide.

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、誘電体の上面に中心に給電点を有する正２ｎ角形状（ｎは２以上の正の整数）の放射素子と前記誘電体の下面に地板を備え、かつ前記放射素子の内部にスイッチによって前記地板と短絡ないし開放となる接続ピンを、前記給電点を中心に前記放射素子を縮小した正２ｎ角形状（ｎは２以上の正の整数）状で配置したマイクロストリップアンテナにおいて、前記接続ピンは、前記放射素子を縮小した正２ｎ角形状の各辺に対してそれぞれ複数個配置されており、前記放射素子の対辺の間隔をＬ、前記接続ピンと前記放射素子の端部との距離をＬｄとするとＬｄ＜Ｌ−Ｌｄであり、かつ前記スイッチによって前記正２ｎ角形状の１辺にある前記接続ピンを前記地板と短絡した場合、向かい合う辺にある接続ピンを開放にし、さらに他の辺にある接続ピンを開放するようにしたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a positive 2n square shape radiation element (n is a positive integer of 2 or more) having a feeding point at the center on the top surface of the dielectric, and the dielectric. And a connecting pin that is short-circuited or opened to the ground plane by a switch inside the radiating element, and the radiating element is reduced around the feeding point (n is 2 or more). In the microstrip antenna arranged in the form of a positive integer), a plurality of the connection pins are arranged for each side of the positive 2n square shape obtained by reducing the radiating element, and the distance between the opposite sides of the radiating element is set. L, Ld <L−Ld, where Ld is the distance between the connection pin and the end of the radiating element, and the connection pin on one side of the regular 2n square shape is short-circuited to the ground plane by the switch ,opposite The connection pin in the cormorants sides to open, characterized by being adapted to release the connection pin in the still other sides.

また、請求項２に記載の発明は、前記給電点に整合回路を接続した請求項１に記載の指向性制御マイクロストリップアンテナを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記放射素子に近接してリアクタンススイッチを介して電気長を変化させるリアクタンスが接続されている無給電素子を配置し、前記無給電素子の前記リアクタンススイッチを導通あるいは遮断することで前記無給電素子を導波器または反射器とし作用させことを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記リアクタンスがキャパシタンスであり、前記無給電素子の長さをＬｐとするとＬｐ＜２×Ｌｄとなっており、前記リアクタンススイッチを遮断した場合に、前記無給電素子が導波器となり、前記リアクタンススイッチを導通した場合に前記無給電素子に前記キャパシタンスが装荷されて反射器となる請求項３に記載の指向性制御マイクロストリップアンテナを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記リアクタンスがインダクタンスであり、前記無給電素子の長さをＬｐとするとＬｐ＞２×（Ｌ−Ｌｄ）となっており、前記リアクタンススイッチを遮断した場合に前記無給電素子が反射器となり、前記リアクタンススイッチを導通した場合に前記無給電素子に前記インダクタンスが装荷されて導波器となる請求項３に記載の指向性制御マイクロストリップアンテナを特徴とする。

According to a second aspect of the present invention, there is provided a directivity control microstrip antenna according to the first aspect in which a matching circuit is connected to the feeding point.
According to a third aspect of the present invention, a parasitic element to which a reactance that changes an electrical length is connected via a reactance switch is disposed in the vicinity of the radiating element, and the reactance switch of the parasitic element is disposed. The parasitic element is made to act as a waveguide or a reflector by conducting or blocking.
According to a fourth aspect of the present invention, the reactance is a capacitance, and when the length of the parasitic element is Lp, Lp <2 × Ld. When the reactance switch is cut off, The directivity control microstrip antenna according to claim 3, wherein when the feed element is a director and the reactance switch is turned on, the parasitic element is loaded with the capacitance and becomes a reflector.
According to a fifth aspect of the present invention, when the reactance is an inductance and the length of the parasitic element is Lp, Lp> 2 × (L−Ld), and the reactance switch is cut off. 4. The directivity control microstrip antenna according to claim 3 , wherein the parasitic element becomes a reflector, and when the reactance switch is turned on, the parasitic element is loaded with the inductance to become a waveguide. .

本発明によれば、給電点を中心に対称に配置された接続ピンをスイッチによって地板と短絡状態ないし開放状態に切り換えることで、放射パターンの最大角度を１次元の方向で切り換えることができる。
また、上記の構造ではＬ−Ｌｄでほぼλ／４の定在波が立ち、Ｌｄ＜Ｌ−Ｌｄの関係があることから、放射素子の長さＬはλ／２よりも短くなる。よって通常のλ／２マイクロストリップアンテナよりも小さい面積で指向性制御アンテナを実現できる。 According to the present invention, the maximum angle of the radiation pattern can be switched in a one-dimensional direction by switching the connection pins arranged symmetrically about the feeding point to the short circuit state or the open state with the ground plane by the switch.
In the above structure, since a standing wave of approximately λ / 4 is generated at L-Ld and there is a relationship of Ld <L-Ld, the length L of the radiating element is shorter than λ / 2. Therefore, a directivity control antenna can be realized with an area smaller than that of a normal λ / 2 microstrip antenna.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による指向性制御マイクロストリップアンテナの第１の実施の形態を示す上面図である。図２は図１の第１の実施の形態を示す断面図である。
本発明の指向性制御アンテナは比誘電率３．９の石英基板からなる誘電体６の上面に銅箔パターンからなる正方形の放射素子１０と、誘電体６の下面には銅箔パターンからなる地板３が形成されている。給電点１２は放射素子１０の中心に設けられており、石英の裏面から同軸線からなる給電線９によって放射素子１０においてＲＦ信号が供給される構造となっている。
また、放射素子１０内部には石英基板（誘電体）６を貫通した１組の接続ピン（第１および第２の接続ピン）１３、１４が給電点１２を中心に対称に配置しされている。
第１および第２の接続ピン１３、１４の一端はＭＥＭＳからなる第１および第２のスイッチ１５、１１に接続され、これらの第１および第２のＭＥＭＳスイッチ１５、１１のオン（導通）、オフ（遮断）によって地板３と短絡状態ないし開放状態となる。
ここで、放射素子１０の長さをＬ、第１および第２の接続ピン１３、１４と放射素子１０の端部との距離をＬｄとすると、Ｌｄ＜Ｌ−Ｌｄとなっている。
本発明の指向性制御アンテナではスイッチによって一方の接続ピンが地板３と短絡した場合、他方の接続ピンは開放になる。つまり第１のＭＥＭＳスイッチ１５をオン（導通）した場合、放射素子１０は第１の接続ピン１３で地板３と短絡する。一方第２のＭＥＭＳスイッチ１１はオフ（遮断）となり、第２の接続ピン１４は地板３と開放状態になる。
ここで、正方形の放射素子１０の辺のうち第１の接続ピン１３に近い辺を辺Ａ、第２の接続ピン１４に近い辺を辺Ｂとすると、辺Ｂと第１の接続ピン１３の間の領域は第１の接続ピン１３で短絡した放射部となる。
そこで、Ｌ−Ｌｄをほぼλ／４とする定在波が生じ、辺Ｂ近傍の磁流から電波を放射する。一方辺Ａと第１の接続ピン１３の間の領域は、第１の接続ピン１３で短絡した放射部に接して、一端が短絡した無給電素子があると見なすことができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a top view showing a first embodiment of a directivity control microstrip antenna according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the first embodiment of FIG.
The directivity control antenna of the present invention includes a square radiating element 10 made of a copper foil pattern on the upper surface of a dielectric 6 made of a quartz substrate having a relative dielectric constant of 3.9, and a ground plane made of a copper foil pattern on the lower surface of the dielectric 6. 3 is formed. The feeding point 12 is provided at the center of the radiating element 10 and has a structure in which an RF signal is supplied to the radiating element 10 by a feeding line 9 made of a coaxial line from the back surface of quartz.
In addition, a set of connection pins (first and second connection pins) 13 and 14 penetrating the quartz substrate (dielectric material) 6 are arranged symmetrically around the feeding point 12 inside the radiation element 10. .
One end of each of the first and second connection pins 13 and 14 is connected to the first and second switches 15 and 11 made of MEMS, and the first and second MEMS switches 15 and 11 are turned on (conducted). The ground plate 3 is short-circuited or opened by being turned off (blocked).
Here, when the length of the radiating element 10 is L and the distance between the first and second connection pins 13 and 14 and the end of the radiating element 10 is Ld, Ld <L−Ld.
In the directivity control antenna of the present invention, when one connection pin is short-circuited to the ground plane 3 by the switch, the other connection pin is opened. That is, when the first MEMS switch 15 is turned on (conductive), the radiating element 10 is short-circuited to the ground plane 3 by the first connection pin 13. On the other hand, the second MEMS switch 11 is turned off (shut off), and the second connection pin 14 is in an open state with the main plate 3.
Here, of the sides of the square radiating element 10, when the side close to the first connection pin 13 is side A and the side close to the second connection pin 14 is side B, the side B and the first connection pin 13 The area in between is a radiation portion short-circuited by the first connection pin 13.
Therefore, a standing wave having L-Ld of approximately λ / 4 is generated, and radio waves are radiated from the magnetic current in the vicinity of the side B. On the other hand, the region between the side A and the first connection pin 13 is in contact with the radiation portion short-circuited by the first connection pin 13 and can be regarded as a parasitic element whose one end is short-circuited.

ここで、第１の接続ピン１３で短絡した放射部の電気長はＬ−Ｌｄ、一端が短絡した無給電素子の電気長はＬｄであり、本発明ではＬｄ＜Ｌ−Ｌｄの関係があることから、一端が短絡した無給電素子の電気長は第１の接続ピン１３で短絡した放射部の電気長よりも短くなり、導波器として作用する。その結果辺Ｂ近傍の磁流による電波の最大放射角度を天頂方向から辺Ａの方向へ傾かせる。
放射パターンを天頂方向から辺Ｂの方向へ傾かせるためには前記と逆の操作を行えば良い。つまり、第２のＭＥＭＳスイッチ１１をオン（導通）して放射素子１０を第２の接続ピン１４で地板３と短絡し、一方第１のＭＥＭＳスイッチ１５はオフ（遮断）にして第１の接続ピン１３は地板３と開放状態にする。
その結果辺Ａと第２の接続ピン１４の間の領域は第２の接続ピン１４で短絡した放射部となり、Ｌ−Ｌｄをほぼλ／４とする定在波が生じて、辺Ａ近傍の磁流から電波を放射する。
一方、辺Ｂと第２の接続ピン１４の間の領域はＬｄ＜Ｌ−Ｌｄの関係があるため導波器として作用し、辺Ａ近傍の磁流による電波の放射パターンを天頂方向から辺Ｂの方向へ傾かせることができる。
以上のように本発明の構造を採用すると、接続ピン１３、１４に接続されたＭＥＭＳスイッチ１５、１１のオン、オフによって放射パターンを１次元の方向で切り換えることが可能となる。 Here, the electrical length of the radiation portion short-circuited by the first connection pin 13 is L-Ld, and the electrical length of the parasitic element whose one end is short-circuited is Ld. In the present invention, Ld <L-Ld. Thus, the electrical length of the parasitic element whose one end is short-circuited is shorter than the electrical length of the radiation portion short-circuited by the first connection pin 13 and acts as a waveguide. As a result, the maximum radiation angle of the radio wave due to the magnetic current in the vicinity of the side B is inclined from the zenith direction to the side A.
In order to tilt the radiation pattern from the zenith direction to the direction of side B, an operation reverse to the above may be performed. That is, the second MEMS switch 11 is turned on (conductive), and the radiating element 10 is short-circuited to the ground plane 3 by the second connection pin 14, while the first MEMS switch 15 is turned off (cut off) to make the first connection. The pin 13 is in an open state with the main plate 3.
As a result, the region between the side A and the second connection pin 14 becomes a radiating portion short-circuited by the second connection pin 14, and a standing wave having L-Ld of approximately λ / 4 is generated. Radio waves are radiated from a magnetic current.
On the other hand, since the region between the side B and the second connection pin 14 has a relationship of Ld <L−Ld, it acts as a waveguide, and the radiation pattern of the radio wave due to the magnetic current near the side A is changed from the zenith direction to the side B. Can be tilted in the direction of
When the structure of the present invention is employed as described above, the radiation pattern can be switched in a one-dimensional direction by turning on and off the MEMS switches 15 and 11 connected to the connection pins 13 and 14.

また、本発明の指向性制御マイクロストリップアンテナは、λ／４≒Ｌ−Ｌｄ、Ｌｄ＜Ｌ−Ｌｄの関係があるため、放射素子１０の長さＬはλ／２よりも短くなる。そのため通常のλ／２マイクロストリップアンテナよりも小さい面積で本発明の指向性制御アンテナを形成でき、従来よりも小型な指向性制御アンテナを実現できる。
なお、本実施の形態では正方形の放射素子を例にとって説明したが、放射素子の形状は正方形に限定される必要はなく、円形、楕円、長方形等の給電点１２に対して対称な形状であれば何ら構わない。
また、本実施の形態では、スイッチとしてＭＥＭＳスイッチを採用したが、本発明に使用できるスイッチはアンテナに入力されるＲＦ信号を遮断できるものであれば何ら制限は無く、周波数によってはリレースイッチ、ＰＩＮダイオード、ＦＥＴ等も使用できる。
ＭＥＭＳスイッチ、ＰＩＮダイオード、リレースイッチは誘電体基板裏面にザグリを設け、表面マウンティングによって固定し、スイッチの一端を接続ピンと接続した後、スイッチの他端を地板と接続すれば良い。
また、ＧａＡｓ基板等の高抵抗半導体基板を誘電体として用いる場合は、半導体プロセスを用いてＭＥＭＳスイッチやＦＥＴを基板内部に作り込み、ビアホール等で地板と接続しても良い。このような場合は半導体基板を貫通し、メタルで埋め込んだビアホールを接続ピンとして用いても良い。 In addition, since the directivity control microstrip antenna of the present invention has a relationship of λ / 4≈L−Ld and Ld <L−Ld, the length L of the radiating element 10 is shorter than λ / 2. Therefore, the directivity control antenna of the present invention can be formed with a smaller area than a normal λ / 2 microstrip antenna, and a directivity control antenna that is smaller than the conventional one can be realized.
In the present embodiment, a square radiating element has been described as an example. However, the shape of the radiating element is not necessarily limited to a square, and may be a symmetric shape with respect to the feeding point 12 such as a circle, an ellipse, or a rectangle. It does n’t matter.
In this embodiment, a MEMS switch is used as a switch. However, a switch that can be used in the present invention is not limited as long as it can cut off an RF signal input to an antenna. Diodes, FETs, etc. can also be used.
The MEMS switch, PIN diode, and relay switch may be provided with counterbore on the back surface of the dielectric substrate, fixed by surface mounting, one end of the switch connected to the connection pin, and the other end of the switch connected to the ground plane.
When a high-resistance semiconductor substrate such as a GaAs substrate is used as a dielectric, a MEMS switch or FET may be formed inside the substrate using a semiconductor process and connected to the ground plane by a via hole or the like. In such a case, a via hole penetrating the semiconductor substrate and filled with metal may be used as a connection pin.

図３は本発明の指向性制御マイクロストリップアンテナの第２の実施の形態を示す上面図である。図４は図３の第２の実施の形態を示す断面図である。この第２の実施の形態の指向性制御アンテナは比誘電率４．２のＥＲ４基板（ガラスエポキシ基板の１種）からなる誘電体６を備えている。
この誘電体６の上面にアルミニウムに金メッキをした正方形の放射素子１０と、誘電体６の下面には銅箔パターンからなる地板３が形成されている。給電点１２は放射素子１０の中心に設けられており、ＥＲ４基板の裏面から同軸線からなる給電線９によって放射素子１０においてＲＦ信号が供給される構造となっている。
また、放射素子１０内部にはＥＲ４基板を貫通した１組の接続ピン１３、１４を、給電点１２を通る中心線（図中に点線で中心線を表示）を対称軸にして３組配置した。
３個の第１の接続ピン１３はその一端が各々別のＰＩＮダイオード１６からなるスイッチに接続され、ＰＩＮダイオード１６のオン（導通）、オフ（遮断）によって地板３と短絡状態ないし開放状態となる。
また、３個の第２の接続ピン１４も同様にその一端が各々別のＰＩＮダイオード１７からなるスイッチに接続され、ＰＩＮダイオード１７のオン（導通）、オフ（遮断）によって地板３と短絡状態ないし開放状態となる
ここで、放射素子１０の長さをＬ、接続ピン１３、１４、と放射素子１０の端部との距離をＬｄとするとＬｄ＜Ｌ−Ｌｄとなっている。
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、ＰＩＮダイオード１６をオン（導通）した場合、放射素子１０は３個の第１の接続ピン１３で地板３と短絡し、ＰＩＮダイオード１７はオフ（遮断）となって３個の第２の接続ピン１４は地板３と開放状態になる。
ここで、正方形の放射素子１０の辺のうち第１の接続ピン１３に近い辺を辺Ａ、第２の接続ピン１４に近い辺を辺Ｂとすると、辺Ｂと３個の第１の接続ピン１３の間の領域は３個の第１の接続ピン１３で短絡した放射部となり、Ｌ−Ｌｄをほぼλ／４とする定在波が生じ、辺Ｂ近傍の磁流から電波を放射する。 FIG. 3 is a top view showing a second embodiment of the directivity control microstrip antenna of the present invention. FIG. 4 is a sectional view showing the second embodiment of FIG. The directivity control antenna according to the second embodiment includes a dielectric 6 made of an ER4 substrate (a kind of glass epoxy substrate) having a relative dielectric constant of 4.2.
A square radiating element 10 in which gold is plated on aluminum is formed on the upper surface of the dielectric 6, and a ground plane 3 made of a copper foil pattern is formed on the lower surface of the dielectric 6. The feeding point 12 is provided at the center of the radiating element 10 and has a structure in which an RF signal is supplied from the back surface of the ER4 substrate to the radiating element 10 by a feeding line 9 made of a coaxial line.
In addition, three sets of connection pins 13 and 14 penetrating the ER4 substrate are arranged inside the radiating element 10 with a center line passing through the feeding point 12 (a center line is indicated by a dotted line in the figure) as an axis of symmetry. .
One end of each of the three first connection pins 13 is connected to a switch composed of another PIN diode 16, and the grounding plate 3 is short-circuited or opened by turning on (conducting) or off (blocking) the PIN diode 16. .
Similarly, one end of each of the three second connection pins 14 is connected to a switch made up of another PIN diode 17, and the grounding plate 3 is short-circuited or not when the PIN diode 17 is turned on (conductive) or turned off (cut off). Here, when the length of the radiating element 10 is L and the distance between the connection pins 13 and 14 and the end of the radiating element 10 is Ld, Ld <L−Ld.
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, when the PIN diode 16 is turned on (conductive), the radiating element 10 is short-circuited to the ground plane 3 by the three first connection pins 13, and the PIN diode 17 is turned off (blocked), and the three second connection pins 14 are in an open state with the main plate 3.
Here, of the sides of the square radiating element 10, when the side near the first connection pin 13 is the side A and the side near the second connection pin 14 is the side B, the side B and the three first connections A region between the pins 13 is a radiation portion short-circuited by the three first connection pins 13, a standing wave having L-Ld of approximately λ / 4 is generated, and a radio wave is radiated from a magnetic current in the vicinity of the side B. .

一方、辺Ａと３個の第１の接続ピン１３の間の領域は、第１の接続ピン１３で短絡した放射部に接して、一端が短絡した無給電素子があると見なすことができる。
よって、第１の実施の形態と同様に本構造においても、辺Ｂ近傍の磁流による電波の最大放射角度を天頂方向から辺Ａの方向へ傾かせることができる。また、ＰＩＮダイオード１６をオフ（遮断）、ＰＩＮダイオード１７をオン（導通）すると、辺Ａ近傍の磁流による電波の放射パターンを天頂方向から辺Ｂの方向へ傾かせることができ、第１の実施の形態と同様に１次元で指向性を切り換えることができる。
とくに本実施の形態の構造を採用すると、地板３と短絡する接続ピン１３、１４を一方向について複数個設けることができるため接地面積が広くなる。その結果、第１の実施の形態よりも放射部と無給電素子の境界を明確に分離することができ、放射パターンの指向性が向上する。
なお、本実施の形態では接続ピン１３、１４を、給電点１２を含む中心線を対称軸にして３個ずつ配置したが、本発明は前記の数に限定されず、給電点１２を含む中心線を対称軸にして複数組配置してあれば良い。
また、本実施の形態では６個の接続ピンは全て異なるＰＩＮダイオードに接続されているが、対称軸の片側にある３個の第１の接続ピン１３を１個のＰＩＮダイオード１６に接続し、３個の第２の接続ピン１４を別の１個のＰＩＮダイオード１７に接続し、２個のＰＩＮダイオード１６、１７のオン、オフによって対称軸の片側にある３個ずつの接続ピン１３、１４を地板３に短絡ないし開放の状態にしても良い。 On the other hand, the region between the side A and the three first connection pins 13 is in contact with the radiation part short-circuited by the first connection pin 13 and can be regarded as a parasitic element whose one end is short-circuited.
Therefore, similarly to the first embodiment, also in this structure, the maximum radiation angle of the radio wave due to the magnetic current in the vicinity of the side B can be inclined from the zenith direction to the side A. When the PIN diode 16 is turned off (cut off) and the PIN diode 17 is turned on (conductive), the radiation pattern of the radio wave due to the magnetic current in the vicinity of the side A can be tilted from the zenith direction to the side B. Similar to the embodiment, the directivity can be switched in one dimension.
In particular, when the structure of the present embodiment is employed, a plurality of connection pins 13 and 14 that are short-circuited to the ground plane 3 can be provided in one direction, so that the ground contact area is widened. As a result, the boundary between the radiation part and the parasitic element can be clearly separated as compared with the first embodiment, and the directivity of the radiation pattern is improved.
In the present embodiment, the connection pins 13 and 14 are arranged three by three with the center line including the feeding point 12 as the axis of symmetry. However, the present invention is not limited to the above number, and the center including the feeding point 12 is included. It suffices if a plurality of sets are arranged with the line as a symmetry axis.
In the present embodiment, all of the six connection pins are connected to different PIN diodes, but the three first connection pins 13 on one side of the symmetry axis are connected to one PIN diode 16, Three second connection pins 14 are connected to another one PIN diode 17, and three connection pins 13, 14 on one side of the symmetry axis are turned on by turning on / off the two PIN diodes 16, 17. May be short-circuited or opened to the main plate 3.

図５は本発明による指向性制御マイクロストリップアンテナの第３の実施の形態を示す上面図である。図６は図５の第３の実施の形態を示す断面図である。本実施の形態の指向性制御アンテナは比誘電率３．９の石英基板からなる誘電体６の上面に銅箔パターンに金メッキをした正方形の放射素子１０と、誘電体６の下面の銅箔パターンからなる地板３が形成されている。
給電点１２は放射素子１０の中心に設けられており、石英の裏面から同軸線からなる給電線９によって放射素子１０においてＲＦ信号が供給される構造となっている。
また、放射素子１０内部には石英基板を貫通した接続ピン１３、１４、１８、１９が給電点１２を中心に放射素子１０を縮小した正方形状に配置されている（図中に点線で正方形形状を表示）。
正方形状の各辺には各々３組ずつ接続ピンがあるので、放射素子１０には計１２個の接続ピンが配置されている。接続ピン１３、１４、１８、１９の一端は各々別のＰＩＮダイオード１６、１７からなるスイッチに接続され、ＰＩＮダイオード１６、１７のオン（導通）、オフ（遮断）によって地板３と短絡状態ないし開放状態となる。
ここで、放射素子１０の対辺の間隔をＬ、接続ピン１３、１４、１８、１９と放射素子１０の端部との距離をＬｄとすると、Ｌｄ＜Ｌ−Ｌｄとなっている。 FIG. 5 is a top view showing a third embodiment of a directivity control microstrip antenna according to the present invention. FIG. 6 is a sectional view showing the third embodiment of FIG. The directivity control antenna of the present embodiment includes a square radiating element 10 in which a copper foil pattern is gold-plated on the upper surface of a dielectric 6 made of a quartz substrate having a relative dielectric constant of 3.9, and a copper foil pattern on the lower surface of the dielectric 6. A base plate 3 made of is formed.
The feeding point 12 is provided at the center of the radiating element 10 and has a structure in which an RF signal is supplied to the radiating element 10 by a feeding line 9 made of a coaxial line from the back surface of quartz.
Further, in the radiating element 10, connection pins 13, 14, 18, 19 penetrating the quartz substrate are arranged in a square shape in which the radiating element 10 is reduced with the feeding point 12 as the center (in the figure, a square shape is indicated by a dotted line) Show).
Since there are three sets of connection pins on each side of the square shape, a total of twelve connection pins are arranged on the radiating element 10. One end of each of the connection pins 13, 14, 18, 19 is connected to a switch composed of another PIN diode 16, 17, and is short-circuited or opened with the ground plane 3 by turning on (conducting) or off (cutting off) the PIN diodes 16, 17 It becomes a state.
Here, when the distance between the opposite sides of the radiating element 10 is L and the distance between the connection pins 13, 14, 18, 19 and the end of the radiating element 10 is Ld, Ld <L−Ld.

本実施の形態では、スイッチ１６、１７のいずれかによって正方形状の１辺にある接続ピン１３、１４、１８、１９のいずれかを地板３と短絡した場合、向かい合う辺にある接続ピンを開放にし、さらに他の辺にある接続ピンを開放にする。
つまり、正方形状の１辺にある接続ピン１３はＰＩＮダイオード１６がオン（導通）になって、放射素子１０が３個の接続ピン１３で地板３と短絡し、正方形状の１辺と向かい合う辺にある接続ピン１４はＰＩＮダイオード１７がオフ（遮断）となり、地板３と開放状態となる。
さらに、正方形状のその他の辺にある接続ピン１８、１９も図示されていないＰＩＮダイオードがオフ（遮断）となり、地板３と開放状態となる。その結果、第２の実施の形態と同様に正方形の放射素子１０の辺のうち第１の接続ピン１３に近い辺を辺Ａ、第２の接続ピン１４に近い辺を辺Ｂとすると、辺Ｂと３個の接続ピンＡの間の領域は３個の第１の接続ピン１３で短絡した放射部となり、Ｌ−Ｌｄをほぼλ／４とする定在波が生じ、辺Ｂ近傍の磁流から電波を放射する。
一方、辺Ａと３個の第１の接続ピン１３の間の領域は、第１の接続ピン１３で短絡した放射部に接して、一端が短絡した無給電素子からなる導波器と見なすことができ、辺Ｂ近傍の磁流による電波の最大放射角度を天頂方向から辺Ａの方向へ傾かせることができる。
以上のように本実施の形態の構造を採用すると、スイッチによって正方形状の１辺にある接続ピンを地板３と短絡した場合、向かい合う辺にある接続ピンを開放にし、さらに他の辺にある短絡ピンを開放にすることによって、放射パターンの最大強度をＸ、Ｙの４方向に渡って可変することができる。つまり、本実施の形態は第２の実施の形態の構造をＸ、Ｙの２方向で実現できる構造となっている。
なお、本実施の形態では正方形の放射素子を例にとって説明したが、正六角形の放射素子を用いた場合は給電点１２を中心に正六角形状に接続ピンを配置し、スイッチによって正六角形状の１辺にある接続ピンを地板３と短絡した場合、向かい合う辺にある接続ピンを開放にし、さらに他の辺にある接続ピンを開放にすることによって、放射パターンの最大放射角度を６方向に渡って可変することができる。
以上のように本実施の形態の構造を採用すると、正２ｎ角形（ｎ＝２，３，４・・・・）の辺を増やすことによって指向性をより細かく制御できる。 In this embodiment, when one of the connection pins 13, 14, 18, 19 on one side of the square is short-circuited to the ground plane 3 by any one of the switches 16, 17, the connection pin on the opposite side is opened. Open the connection pins on the other side.
That is, the connection pin 13 on one side of the square shape has the PIN diode 16 turned on (conductive), and the radiating element 10 is short-circuited to the ground plane 3 by the three connection pins 13, and the side facing the one side of the square shape. In the connection pin 14, the PIN diode 17 is turned off (cut off), and the ground plate 3 is opened.
Further, the PIN pins (not shown) on the connection pins 18 and 19 on the other sides of the square shape are turned off (blocked), and the ground plate 3 is opened. As a result, when the side close to the first connection pin 13 is the side A and the side close to the second connection pin 14 is the side B among the sides of the square radiating element 10 as in the second embodiment, the side A region between B and the three connection pins A becomes a radiation portion short-circuited by the three first connection pins 13, a standing wave having L-Ld of approximately λ / 4 is generated, and a magnetic field in the vicinity of the side B is generated. Radiates radio waves from the stream.
On the other hand, the region between the side A and the three first connection pins 13 is regarded as a waveguide made of a parasitic element whose one end is short-circuited in contact with the radiation portion short-circuited by the first connection pins 13. The maximum radiation angle of the radio wave due to the magnetic current near the side B can be inclined from the zenith direction to the side A.
As described above, when the structure of the present embodiment is adopted, when the connection pin on one side of the square shape is short-circuited with the ground plane 3 by the switch, the connection pin on the opposite side is opened, and further the short-circuit on the other side. By opening the pin, the maximum intensity of the radiation pattern can be varied in the four directions of X and Y. That is, this embodiment has a structure that can realize the structure of the second embodiment in two directions of X and Y.
In the present embodiment, a square radiating element has been described as an example. However, when a regular hexagonal radiating element is used, connection pins are arranged in a regular hexagonal shape around the feeding point 12, and a regular hexagonal shape is formed by a switch. When the connection pin on one side is short-circuited with the ground plane 3, the connection pin on the opposite side is opened, and the connection pin on the other side is opened, so that the maximum radiation angle of the radiation pattern extends in 6 directions. Variable.
As described above, when the structure of the present embodiment is employed, the directivity can be controlled more finely by increasing the sides of the regular 2n square (n = 2, 3, 4,...).

図７は本発明の指向性制御マイクロストリップアンテナの第４の実施の形態を示す上面図である。図８は図７の第４の実施の形態を示す断面図である。本実施の形態の指向性制御アンテナは比誘電率２．９のＰＣＢ基板からなる誘電体６を備えている。
この誘電体６の上面にアルミニウムに金メッキをした円形の放射素子１０と、誘電体６の下面の銅箔パターンからなる地板３が形成されている。給電点１２は放射素子１０の中心に設けられており、ＰＣＢの裏面から同軸線からなる給電線９によって放射素子１０においてＲＦ信号が供給される構造となっている。
また、放射素子１０内部にはＰＣＢ基板を貫通した接続ピン１３、１４、１８、１９が給電点１２を中心に正方形状に配置されている（図中に点線で正方形状を表示）。
正方形状の各辺には各々３組ずつ接続ピンがあるので、放射素子１０には計１２個の接続ピンが配置されている。接続ピン１３、１４、１８、１９の一端は各々別のＭＥＭＳスイッチ１５、１１に接続され、これらのＭＥＭＳスイッチ１５、１１のオン（導通）、オフ（遮断）によって地板と短絡状態ないし開放状態となる。
ここで、放射素子１０の直径をＬ、接続ピン１３、１４、１８、１９と放射素子１０の端部との距離をＬｄとすると、Ｌｄ＜Ｌ−Ｌｄとなっている。
本実施の形態においても正方形状の１辺にある第１の接続ピン１３はＭＥＭＳスイッチ１５がオン（導通）になって、放射素子１０が３個の第１の接続ピン１３で地板３と短絡した場合、正方形状の１辺と向かい合う辺にある第２の接続ピン１４はＭＥＭＳスイッチ１１がオフ（遮断）となり、地板３と開放状態となる。
さらに正方形状のその他の辺にある接続ピン１８、１９も図示されていないＭＥＭＳスイッチがオフ（遮断）となり、地板と開放状態となる。その結果、給電点１２を含み第１の接続ピン１３と放射素子１０外周で囲まれた領域は第１の接続ピン１３で短絡した放射部となり、第２の接続ピン１４に近い放射素子１０の端部で磁流が起こり電波を放射する。
一方、給電点１２を含まず第１の接続ピン１３と放射素子１０外周で囲まれた領域はＬｄ＜Ｌ−Ｌｄの関係があるため、前記の放射部に対して導波器となり、磁流による電波の最大放射角度を天頂方向から第１の接続ピン１３の方向へ傾かせることができる。
以上のように本実施の形態の構造を採用すると、円形の放射素子を用いた場合でも第３の実施の形態と同様にスイッチによって正方形状の１辺にある接続ピンを地板３と短絡した場合、向かい合う辺にある接続ピンを開放にし、さらに他の辺にある接続ピンを開放にすることによって、放射パターンの最大放射角度をＸ、Ｙの４方向に渡って可変することができる。
なお、接続ピンの配置は正方形状に限定されるわけではなく、正２ｎ角形状（ｎ＝２，３，４・・・・）に配置することで指向性を２ｎ方向で制御でき、ｎを増やすことでより細かい指向性制御が可能になる。 FIG. 7 is a top view showing a fourth embodiment of the directivity control microstrip antenna of the present invention. FIG. 8 is a sectional view showing the fourth embodiment of FIG. The directivity control antenna according to the present embodiment includes a dielectric 6 made of a PCB substrate having a relative dielectric constant of 2.9.
A circular radiating element 10 in which aluminum is plated with gold is formed on the upper surface of the dielectric 6, and a ground plane 3 made of a copper foil pattern on the lower surface of the dielectric 6 is formed. The feeding point 12 is provided at the center of the radiating element 10 and has a structure in which an RF signal is supplied to the radiating element 10 from the back surface of the PCB by a feeding line 9 formed of a coaxial line.
Further, in the radiating element 10, connection pins 13, 14, 18, 19 penetrating the PCB substrate are arranged in a square shape with the feeding point 12 as the center (indicated by a dotted line in the drawing).
Since there are three sets of connection pins on each side of the square shape, a total of twelve connection pins are arranged on the radiating element 10. One end of each of the connection pins 13, 14, 18, 19 is connected to another MEMS switch 15, 11, and the MEMS switch 15, 11 is turned on (conducted) and turned off (cut off), so that the ground plane is short-circuited or opened. Become.
Here, if the diameter of the radiating element 10 is L, and the distance between the connection pins 13, 14, 18, 19 and the end of the radiating element 10 is Ld, Ld <L−Ld.
Also in this embodiment, the first connection pin 13 on one side of the square shape has the MEMS switch 15 turned on (conductive), and the radiating element 10 is short-circuited to the ground plane 3 by the three first connection pins 13. In this case, the MEMS switch 11 is turned off (blocked) in the second connection pin 14 on the side facing the one side of the square shape, and the ground plate 3 is opened.
Further, the connection pins 18 and 19 on the other sides of the square shape are also turned off (shut off), and the ground plate and the ground plate are opened. As a result, a region including the feeding point 12 and surrounded by the first connection pin 13 and the outer periphery of the radiating element 10 becomes a radiating portion short-circuited by the first connecting pin 13, and the radiating element 10 close to the second connecting pin 14. A magnetic current is generated at the end to emit radio waves.
On the other hand, the region surrounded by the first connection pin 13 and the outer periphery of the radiating element 10 not including the feeding point 12 has a relationship of Ld <L−Ld, and thus becomes a waveguide with respect to the radiating portion, and the magnetic current The maximum radiation angle of the radio wave can be inclined from the zenith direction toward the first connection pin 13.
As described above, when the structure of the present embodiment is adopted, even when a circular radiating element is used, the connection pin on one side of the square shape is short-circuited to the ground plane 3 by the switch as in the third embodiment. The maximum radiation angle of the radiation pattern can be varied in the X and Y directions by opening the connection pins on the opposite sides and opening the connection pins on the other sides.
In addition, the arrangement of the connection pins is not limited to a square shape, and the directivity can be controlled in the 2n direction by arranging the connection pins in a regular 2n square shape (n = 2, 3, 4,...). By increasing it, finer directivity control becomes possible.

図９は本発明の指向性制御マイクロストリップアンテナの第５の実施の形態を示す上面図である。図１０は図９の第５の実施の形態を示す断面図である。本実施の形態は第３の実施の形態の指向性制御マイクロストリップアンテナの給電点１２に整合回路２０を接続した例である。
第３の実施の形態の指向性制御マイクロストリップアンテナは放射素子１０の中心に給電点１２があるため、アンテナの入力インピーダンスは給電線９の特性インピーダンス（通常は５０Ωを使用）に一致しないことが多い。
しかし、第３の実施の形態の構造を見ると、１個の指向性制御マイクロストリップアンテナにおいてＰＩＮダイオード１６、１７のオン、オフ状態から構成される４つのアンテナ形状は給電点１２を中心として９０°ずつ回転した形である。よって給電点１２から見ると、指向性を制御している４つのアンテナ形状は入力インピーダンスが等しいと考えられる。
よって給電点１２に１個の整合回路２０を設けることで、指向性を制御している４つのアンテナ形状の入力インピーダンスを給電線９の特性インピーダンスに整合できる。 FIG. 9 is a top view showing a fifth embodiment of the directivity control microstrip antenna of the present invention. FIG. 10 is a sectional view showing the fifth embodiment of FIG. The present embodiment is an example in which a matching circuit 20 is connected to the feeding point 12 of the directivity control microstrip antenna of the third embodiment.
Since the directivity control microstrip antenna of the third embodiment has the feeding point 12 at the center of the radiating element 10, the input impedance of the antenna may not match the characteristic impedance of the feeding line 9 (usually using 50Ω). Many.
However, looking at the structure of the third embodiment, in one directivity control microstrip antenna, the four antenna shapes constituted by the on and off states of the PIN diodes 16 and 17 are 90 around the feeding point 12. The shape is rotated by °. Therefore, when viewed from the feeding point 12, the four antenna shapes controlling the directivity are considered to have the same input impedance.
Therefore, by providing one matching circuit 20 at the feeding point 12, the input impedances of the four antenna shapes whose directivities are controlled can be matched with the characteristic impedance of the feeding line 9.

一般的に給電線に使われるマイクロストリップ線、トリプレート線路、同軸線は特性インピーダンスが５０Ωである場合が多いので、アンテナの入力インピーダンスを５０Ωにほぼ整合できる整合回路２０が望ましい。
整合回路の構成としては、アンテナの共振周波数が比較的小さい場合はキャパシタンスやインダクタンスの集中定数素子をＬ型、π型、Ｔ型に構成した回路を用いれば良い。
アンテナの共振周波数が高い場合はスタブ等の分布定数回路をＬ型、π型、Ｔ型に構成した回路を用いることができる。またλ／４変成器によって抵抗を変換しても良く、一般的に知られている整合回路をアンテナの共振周波数に合わせて使い分ければ良い。
なお、本実施の形態は第３の実施の形態の指向性制御マイクロストリップアンテナに整合回路２０を設けたものであるが、第１、第２および第４の実施例についてもスイッチ２１のオン、オフ状態から構成される指向性を制御するアンテナ形状は全て給電点１２を中心に回転した形状である。
このことから、スイッチ２１のオン、オフで作られ、指向性を制御しているアンテナ形状の入力インピーダンスは等しい。よって本発明の１個の指向性制御マイクロストリップアンテナは１個の整合回路２０で給電線９と整合を取ることが可能である。
以上のように本実施の形態の構造を採用すると、指向性制御アンテナの入力インピーダンスは整合回路２０によって給電線９の特性インピーダンスとほぼ一致させることが可能となるため、アンテナでの反射が小さくなり、より効率的に電波を放射できる。
また、本発明の指向性制御マイクロストリップアンテナではスイッチ２１のオン、オフの状態で指向性を制御しているアンテナ形状が全て給電点１２を中心に回転した形状になっているため、同じ入力インピーダンスと考えられ、そのため１個の整合回路２０によってスイッチ２１のオン、オフによる指向性を制御している全てのアンテナ形状と整合できる。 Generally, the characteristic impedance of the microstrip line, triplate line, and coaxial line used for the feeder line is often 50Ω, so the matching circuit 20 that can substantially match the input impedance of the antenna to 50Ω is desirable.
As a configuration of the matching circuit, when the resonance frequency of the antenna is relatively small, a circuit in which lumped constant elements of capacitance and inductance are configured in an L type, a π type, and a T type may be used.
When the resonant frequency of the antenna is high, a circuit in which a distributed constant circuit such as a stub is configured in an L type, a π type, or a T type can be used. Further, the resistance may be converted by a λ / 4 transformer, and a generally known matching circuit may be properly used in accordance with the resonance frequency of the antenna.
In this embodiment, the matching circuit 20 is provided in the directivity control microstrip antenna of the third embodiment. However, in the first, second, and fourth examples, the switch 21 is turned on. The antenna shape for controlling the directivity configured from the off state is a shape rotated around the feeding point 12.
From this, the input impedance of the antenna shape which is made by turning on and off the switch 21 and which controls the directivity is equal. Therefore, one directivity control microstrip antenna of the present invention can be matched with the feeder 9 by one matching circuit 20.
As described above, when the structure of the present embodiment is adopted, the input impedance of the directivity control antenna can be substantially matched with the characteristic impedance of the feeder 9 by the matching circuit 20, so that reflection at the antenna is reduced. Can radiate radio waves more efficiently.
Further, in the directivity control microstrip antenna of the present invention, since the antenna shape whose directivity is controlled with the switch 21 on and off is all rotated around the feeding point 12, the same input impedance. Therefore, a single matching circuit 20 can be matched with all antenna shapes that control the directivity by turning on and off the switch 21.

図１１は本発明の指向性制御マイクロストリップアンテナの第６の実施の形態を示す上面図である。図１２は図１１の第６の実施の形態を示す断面図である。本実施の形態は第２の実施の形態の指向性制御マイクロストリップアンテナの辺Ａに近接してリアクタンススイッチ２２を配置している。
このリアクタンススイッチ２２を介して電気長を変化させるリアクタンスとしてキャパシタンス２４が接続されている無給電素子２３を配置している。無給電素子２３はアルミニウムに金メッキをした長方形のパターンからなり、長さはＬｐである。
ＰＩＮダイオード１６をオン（導通）して第１の接続ピン１３を地板３に短絡させ、ＰＩＮダイオード１７をオフ（遮断）して第２接続ピン１４を地板３から開放状態にすると、辺Ｂ近傍の磁流から放射される電波は最大放射角度が辺Ａの方向に傾く。
ここで、無給電素子２３のリアクタンススイッチを遮断すると、無給電素子２３はキャパシタンス２４から切断される。よって無給電素子２３の電気長はＬｐとなり、Ｌｐ＜２×ＬｄとなるようにＬｐを選択しておけば、無給電素子２３は第１の接続ピン１３で短絡した放射部に対して導波器として作用し、辺Ｂ近傍の磁流から放射される電波は最大放射角度を辺Ａの方向に傾かせながら指向性を高めることができる。
一方、ＰＩＮダイオード１７をオン（導通）して第２の接続ピン１４を地板３に短絡させ、ＰＩＮダイオード１６をオフ（遮断）して第１接続ピン１３を地板３から開放状態にすると、辺Ａ近傍の磁流から放射される電波は最大放射角度が辺Ｂの方向に傾く。この場合は無給電素子２３のリアクタンススイッチ２２を導通し、無給電素子２３にキャパシタンス２４を接続して電気長をＬｐよりも長くする。
ここで、キャパシタンス２４が接続された場合の寄生素子の電気長をＬｐｘとすると、Ｌｐｘ＞２×（Ｌ−Ｌｄ）となるようにキャパシタンスを選んでおくと、キャパシタンス２４が接続された無給電素子２３は反射器として作用し、辺Ａ近傍の磁流から放射される電波は最大放射角度が辺Ｂの方向に傾かせながら指向性を高めることができる。
同様にリアクタンススイッチを介して電気長を変化させるリアクタンスがインダクタンス（図示せず）である場合は、ＰＩＮダイオード１６をオン（導通）して第１の接続ピン１３を地板３に短絡させ、ＰＩＮダイオード１７をオフ（遮断）して第２の接続ピン１４を地板３から開放状態にすると、辺Ｂ近傍の磁流から放射される電波は最大放射角度が辺Ａの方向に傾く。
ここで、無給電素子２３のリアクタンススイッチを導通すると、無給電素子２３にはインダクタンスが接続されて電気長はＬｐよりも短くなる。ここでインダクタンスが接続された時の無給電素子２３の電気長をＬｐｘとすると、Ｌｐｘ＜２×Ｌｄとなるようにインダクタンスを選択しておけば、無給電素子２３は第１の接続ピン１３で短絡した放射部に対して導波器として作用し、辺Ｂ近傍の磁流から放射される電波は最大放射角度を辺Ａの方向に傾かせながら指向性を高めることができる。 FIG. 11 is a top view showing a sixth embodiment of the directivity control microstrip antenna of the present invention. FIG. 12 is a sectional view showing the sixth embodiment of FIG. In the present embodiment, the reactance switch 22 is disposed in the vicinity of the side A of the directivity control microstrip antenna of the second embodiment.
A parasitic element 23 to which a capacitance 24 is connected is provided as a reactance for changing the electrical length via the reactance switch 22. The parasitic element 23 has a rectangular pattern in which aluminum is plated with gold and has a length Lp.
When the PIN diode 16 is turned on (conductive), the first connection pin 13 is short-circuited to the ground plane 3, the PIN diode 17 is turned off (blocked), and the second connection pin 14 is opened from the ground plane 3, the vicinity of the side B The maximum radiation angle of the radio wave radiated from the magnetic current is inclined toward the side A.
Here, when the reactance switch of the parasitic element 23 is cut off, the parasitic element 23 is disconnected from the capacitance 24. Accordingly, the parasitic element 23 has an electrical length Lp, and if Lp is selected so that Lp <2 × Ld, the parasitic element 23 is guided to the radiation portion short-circuited by the first connection pin 13. The radio wave radiated from the magnetic current in the vicinity of the side B can increase the directivity while tilting the maximum radiation angle in the direction of the side A.
On the other hand, when the PIN diode 17 is turned on (conductive), the second connection pin 14 is short-circuited to the ground plane 3, the PIN diode 16 is turned off (blocked), and the first connection pin 13 is opened from the ground plane 3, The radio wave radiated from the magnetic current in the vicinity of A has a maximum radiation angle inclined toward the side B. In this case, the reactance switch 22 of the parasitic element 23 is turned on, and the capacitance 24 is connected to the parasitic element 23 to make the electrical length longer than Lp.
Here, when the capacitance is selected so that Lpx> 2 × (L−Ld), where Lpx is the electrical length of the parasitic element when the capacitance 24 is connected, the parasitic element to which the capacitance 24 is connected. Reference numeral 23 acts as a reflector, and the radio wave radiated from the magnetic current in the vicinity of the side A can enhance the directivity while the maximum radiation angle is inclined in the direction of the side B.
Similarly, when the reactance that changes the electrical length via the reactance switch is an inductance (not shown), the PIN diode 16 is turned on (conducted), and the first connection pin 13 is short-circuited to the ground plane 3, and the PIN diode When 17 is turned off (blocked) and the second connection pin 14 is opened from the ground plane 3, the maximum radiation angle of the radio wave radiated from the magnetic current in the vicinity of the side B is inclined in the direction of the side A.
Here, when the reactance switch of the parasitic element 23 is turned on, an inductance is connected to the parasitic element 23 and the electrical length becomes shorter than Lp. Here, when the electrical length of the parasitic element 23 when the inductance is connected is Lpx, the parasitic element 23 is connected to the first connection pin 13 if the inductance is selected so that Lpx <2 × Ld. The radio wave radiated from the magnetic current in the vicinity of the side B can act as a director with respect to the short-circuited radiation part, and the directivity can be enhanced while the maximum radiation angle is inclined in the direction of the side A.

一方、ＰＩＮダイオード１７をオン（導通）して第２の接続ピン１４を地板３に短絡させ、ＰＩＮダイオード１６をオフ（遮断）して第１の接続ピン１３を地板３から開放状態にすると、辺Ａ近傍の磁流から放射される電波は最大放射角度が辺Ｂの方向に傾く。
この場合は無給電素子２３のリアクタンススイッチを遮断すると無給電素子２３はインダクタンスと切断され、無給電素子２３の電気長はＬｐとなる。ここでＬｐ＞２×（Ｌ−Ｌｄ）となるように無給電素子２３の長さを選んでおくと、インダクタンスと切断された無給電素子２３は反射器として作用し、辺Ａ近傍の磁流から放射される電波は最大放射角度が辺Ｂの方向に傾かせながら指向性を高めることができる。
なお、本実施の形態に使用できるリアクタンススイッチは第１ないし第５の実施の形態で述べたスイッチと同様にＲＦ信号が遮断できるスイッチであれば良く、リレースイッチ、ＭＥＭＳスイッチ、ＰＩＮダイオード、ＦＥＴ等が使われる。
以上のように放射素子１０に近接してリアクタンススイッチを介して電気長を変化させるリアクタンスが接続されている無給電素子２３を配置すると、無給電素子２３のリアクタンススイッチ２２を導通あるいは遮断することで無給電素子２３は導波器または反射器となるため、放射素子１０からの放射パターンの最大放射角度を希望の方向へ向かせたまま指向性を高めることができる。
図１３は本発明の指向性制御マイクロストリップアンテナの第７の実施の形態を示す上面図である。本実施の形態は第３の実施の形態の指向性制御マイクロストリップアンテナの放射素子１０に近接してリアクタンススイッチ３３、３４、３５、３６を介して電気長を変化させるリアクタンスとしてキャパシタンス２５、２６、２７、２８が接続された無給電素子２９、３０、３１、３２を４個に配置した例である。
なお、無給電素子２９、３０、３１、３２は銅箔パターンに金メッキをした長方形のパターンからなり、無給電素子２９、３０、３１、３２の長さをＬｐとすると、Ｌｐ＜２×Ｌｄとなっている。 On the other hand, when the PIN diode 17 is turned on (conductive), the second connection pin 14 is short-circuited to the ground plane 3, the PIN diode 16 is turned off (blocked), and the first connection pin 13 is opened from the ground plane 3, The radio wave radiated from the magnetic current in the vicinity of the side A is inclined in the direction of the side B at the maximum radiation angle.
In this case, when the reactance switch of the parasitic element 23 is cut off, the parasitic element 23 is disconnected from the inductance, and the electrical length of the parasitic element 23 is Lp. Here, if the length of the parasitic element 23 is selected so that Lp> 2 × (L−Ld), the parasitic element 23 disconnected from the inductance acts as a reflector, and the magnetic current in the vicinity of the side A The directivity of the radio wave radiated from can be enhanced while the maximum radiation angle is inclined in the direction of side B.
The reactance switch that can be used in this embodiment may be any switch that can cut off the RF signal, like the switches described in the first to fifth embodiments, such as a relay switch, a MEMS switch, a PIN diode, and an FET. Is used.
As described above, when the parasitic element 23 to which the reactance that changes the electrical length is connected via the reactance switch in the vicinity of the radiating element 10 is arranged, the reactance switch 22 of the parasitic element 23 is turned on or off. Since the parasitic element 23 becomes a waveguide or a reflector, the directivity can be improved while the maximum radiation angle of the radiation pattern from the radiation element 10 is kept in the desired direction.
FIG. 13 is a top view showing a seventh embodiment of the directivity control microstrip antenna of the present invention. In the present embodiment, capacitances 25, 26, and 26 are used as reactances that change the electrical length via reactance switches 33, 34, 35, and 36 near the radiating element 10 of the directivity control microstrip antenna of the third embodiment. In this example, four parasitic elements 29, 30, 31, and 32 to which 27 and 28 are connected are arranged.
The parasitic elements 29, 30, 31, and 32 are made of a rectangular pattern in which a copper foil pattern is gold-plated. If the length of the parasitic elements 29, 30, 31, and 32 is Lp, Lp <2 × Ld It has become.

本実施の形態においても辺Ａの方向に放射パターンを傾かせる場合を考える。
正方形状の１辺にある第１の接続ピン１３は図示されていないＰＩＮダイオードがオン（導通）になると、放射素子１０は３個の第１の接続ピン１３で地板３と短絡する。
その場合正方形状の１辺と向かい合う辺にある第２の接続ピン１４は図示されていないＰＩＮダイオードがオフ（遮断）となり、地板３と開放状態となる。さらに正方形状のその他の辺にある接続ピン１８、１９も図示されていないＰＩＮダイオードＣ、Ｄがオフ（遮断）となって地板３と開放状態となる。
その結果、辺Ｂ近傍の磁流によって発生する電波は最大放射角度を天頂方向から辺Ａの方向へ傾かせることができる。ここで、辺Ａと近接した無給電素子２９ではリアクタンススイッチ３３がオフになり、無給電素子２９とキャパシタンス２５は切断される。
よって辺Ａに近接した無給電素子２９の電気長はＬｐとなる。ここで、Ｌｐ＜２×Ｌｄの関係があるので、無給電素子２９は第１の接続ピン１３で短絡した放射部に対して導波器として作用する。 Also consider the case where the radiation pattern is inclined in the direction of side A in the present embodiment.
When a PIN diode (not shown) is turned on (conductive), the radiating element 10 is short-circuited to the ground plane 3 by the three first connection pins 13 in the first connection pin 13 on one side of the square shape.
In this case, the PIN diode (not shown) is turned off (cut off) in the second connection pin 14 on the side facing one side of the square shape, and the ground plate 3 is opened. Further, the connection pins 18 and 19 on the other sides of the square shape are also turned off (cut off) from the PIN diodes C and D (not shown) so that the ground plate 3 is opened.
As a result, the radio wave generated by the magnetic current in the vicinity of the side B can tilt the maximum radiation angle from the zenith direction to the side A. Here, the reactance switch 33 is turned off at the parasitic element 29 close to the side A, and the parasitic element 29 and the capacitance 25 are disconnected.
Therefore, the electrical length of the parasitic element 29 close to the side A is Lp. Here, since there is a relationship of Lp <2 × Ld, the parasitic element 29 acts as a waveguide for the radiation part short-circuited by the first connection pin 13.

一方、辺Ｂに近接する無給電素子３０について見ると、リアクタンススイッチ２６がオンとなって無給電素子３０とキャパシタンス２６が接続される。ここでキャパシタンス２６が接続されたときの無給電素子３０の電気長をＬｐｘとすると、Ｌｐｘ＞２×（Ｌ−Ｌｄ）となるようにキャパシタンス２６を選んでおけば、無給電素子３０は第１の接続ピン１３で短絡した放射部に対して反射器として作用する。
よって第１の接続ピン１３で短絡した放射部に対して最大放射角度が辺Ａの方向に傾いた場合は、辺Ａに近接して導波器があり、辺Ｂに近接して反射器がある構造となるため、第３の実施の形態と比較して辺Ｂの近傍の磁流から放射される電波は最大放射角度を辺Ａの方向に傾かせながらさらに指向性を高めることができる。
なお、第１の接続ピン１３を短絡、接続ピン１４〜１９を地板３から開放状態にして放射部からの最大放射角度を辺Ａの方向に傾けた場合、無給電素子３１、３２は導波器、反射器とはならないが、アンテナの共振周波数をシフトさせる働きがあるので、リアクタンススイッチ３５、３６はオン、オフのどちらかの状態であれば良い。
第３の実施の形態の指向性制御マイクロストリップアンテナはＰＩＮダイオードのオン、オフにより接続ピン１３〜１９を地板３と短絡あるいは開放させて４方向で指向性を制御できる。
このことから、上記のように放射パターンが傾いた方向の無給電素子に接続された、リアクタンススイッチをオンあるいはオフすることで、無給電素子にキャパシタンスを接続あるいは切断して、無給電素子を反射器あるいは導波器にすることができるので、本実施の形態の構造では４方向で指向性を制御しながら指向性をさらに改善できる。
図１４は本発明の指向性制御マイクロストリップアンテナの第８の実施の形態を示す上面図である。本実施の形態は第３の実施の形態の指向性制御マイクロストリップアンテナの放射素子に近接してリアクタンススイッチ３７、３８、３９、４０を介して電気長を変化させるリアクタンスとしてインダクタンス４１、４２、４３、４４が接続された無給電素子４５、４６、４７、４８を４個に配置した例である。
なお、無給電素子４５、４６、４７、４８は銅箔パターンに金メッキをした長方形のパターンからなり、無給電素子４５、４６、４７、４８の長さをＬｐとすると、Ｌｐ＞２×（Ｌ−Ｌｄ）となっている。 On the other hand, when the parasitic element 30 close to the side B is viewed, the reactance switch 26 is turned on and the parasitic element 30 and the capacitance 26 are connected. If the electrical length of the parasitic element 30 when the capacitance 26 is connected is Lpx, the parasitic element 30 is the first element if the capacitance 26 is selected so that Lpx> 2 × (L−Ld). It acts as a reflector for the radiation part short-circuited by the connection pin 13.
Therefore, when the maximum radiation angle is inclined in the direction of side A with respect to the radiation part short-circuited by the first connection pin 13, there is a waveguide close to side A, and there is a reflector close to side B. Since it has a certain structure, the directivity of the radio wave radiated from the magnetic current in the vicinity of the side B can be further increased while the maximum radiation angle is inclined in the direction of the side A as compared with the third embodiment.
When the first connection pin 13 is short-circuited and the connection pins 14 to 19 are opened from the ground plane 3 and the maximum radiation angle from the radiating portion is inclined in the direction of the side A, the parasitic elements 31 and 32 are guided. Although it does not serve as a reflector or reflector, it has a function of shifting the resonance frequency of the antenna.
The directivity control microstrip antenna of the third embodiment can control the directivity in four directions by short-circuiting or opening the connection pins 13 to 19 with the ground plate 3 by turning on or off the PIN diode.
Therefore, by turning on or off the reactance switch connected to the parasitic element in the direction in which the radiation pattern is inclined as described above, the capacitance is connected to or disconnected from the parasitic element, and the parasitic element is reflected. Therefore, the directivity can be further improved while controlling the directivity in four directions in the structure of the present embodiment.
FIG. 14 is a top view showing an eighth embodiment of the directivity control microstrip antenna of the present invention. In the present embodiment, inductances 41, 42, and 43 are provided as reactances that change the electrical length via reactance switches 37, 38, 39, and 40 in proximity to the radiation element of the directivity control microstrip antenna of the third embodiment. , 44 are arranged in four parasitic elements 45, 46, 47, 48 connected to each other.
The parasitic elements 45, 46, 47, and 48 are made of a rectangular pattern in which a copper foil pattern is gold-plated. If the length of the parasitic elements 45, 46, 47, and 48 is Lp, Lp> 2 × (L -Ld).

本実施の形態においても辺Ａの方向に放射パターンを傾かせる場合を考える。
正方形状の１辺にある第１の接続ピン１３は図示されていないＰＩＮダイオードがオン（導通）になると、放射素子１０は３個の第１の接続ピン１３で地板（図示せず）と短絡する。
その場合、正方形状の１辺と向かい合う辺にある第２の接続ピン１４は図示されていないＰＩＮダイオードがオフ（遮断）となり、地板と開放状態となる。さらに正方形状のその他の辺にある接続ピン１８、１９も図示されていないＰＩＮダイオードがオフ（遮断）となって地板と開放状態となる。
その結果、辺Ｂ近傍の磁流によって発生する電波は最大放射角度を天頂方向から辺Ａの方向へ傾かせることができる。ここで、辺Ｂと近接した無給電素子４６ではリアクタンススイッチ３８がオフとなり、無給電素子４６とインダクタンス４２は切断される。
よって辺Ｂに近接した無給電素子４６の電気長はＬｐとなる。ここで、Ｌｐ＞２×（Ｌ−Ｌｄ）の関係があるので、無給電素子４６は第１の接続ピン１３で短絡した放射部に対して反射器として作用する。
一方、辺Ａに近接する無給電子素子４５について見ると、リアクタンススイッチ３７がオンとなって無給電素子４５とインダクタンス４１が接続される。ここで、インダクタンス４１が接続されたときの無給電素子４５の電気長をＬｐｘとすると、Ｌｐｘ＜２×Ｌｄとなるようにインダクタンス４１を選んでおけば、無給電素子４５は第１の接続ピン１３で短絡した放射部に対して導波器として作用する。
よって、第７の実施の形態と同様に第１の接続ピン１３で短絡した放射部に対して最大放射角度が辺Ａの方向に傾いた場合は、辺Ａに近接して導波器があり、辺Ｂに近接して反射器がある構造となるため、第３の実施の形態と比較して辺Ｂの近傍の磁流から放射される電波は最大放射角度を辺Ａの方向に傾かせながらさらに指向性を高めることができる。 Also consider the case where the radiation pattern is inclined in the direction of side A in the present embodiment.
When a PIN diode (not shown) is turned on (conductive), the radiating element 10 is short-circuited to the ground plane (not shown) by the three first connection pins 13. To do.
In that case, the PIN diode (not shown) is turned off (blocked) in the second connection pin 14 on the side facing the one side of the square shape, and the ground plate is opened. Further, the connection pins 18 and 19 on the other sides of the square shape are also turned off (cut off) so that the PIN diodes (not shown) are opened.
As a result, the radio wave generated by the magnetic current in the vicinity of the side B can tilt the maximum radiation angle from the zenith direction to the side A. Here, in the parasitic element 46 close to the side B, the reactance switch 38 is turned off, and the parasitic element 46 and the inductance 42 are disconnected.
Therefore, the electrical length of the parasitic element 46 close to the side B is Lp. Here, since there is a relationship of Lp> 2 × (L−Ld), the parasitic element 46 acts as a reflector for the radiation part short-circuited by the first connection pin 13.
On the other hand, when looking at the non-powered electronic element 45 close to the side A, the reactance switch 37 is turned on and the parasitic element 45 and the inductance 41 are connected. Here, when the electrical length of the parasitic element 45 when the inductance 41 is connected is Lpx, if the inductance 41 is selected so that Lpx <2 × Ld, the parasitic element 45 becomes the first connection pin. It acts as a director for the radiation part short-circuited at 13.
Therefore, when the maximum radiation angle is inclined in the direction of the side A with respect to the radiation part short-circuited by the first connection pin 13 as in the seventh embodiment, there is a waveguide close to the side A. Since the reflector is located close to side B, the maximum radiation angle of the radio wave radiated from the magnetic current in the vicinity of side B is inclined in the direction of side A as compared with the third embodiment. However, the directivity can be further increased.

なお、第１の接続ピン１３を短絡、接続ピン１４〜１９を地板（図示せず）から開放状態にして放射部からの最大放射角度を辺Ａの方向に傾けた場合、無給電素子４７、４８は導波器、反射器とはならないが、共振周波数をシフトさせる働きがあるので、リアクタンススイッチ３９、４０はオン、オフのどちらかの状態であれば良い。
本実施の形態においても、第７の実施の形態と同様に、ＰＩＮダイオード（図示せず）のオン、オフにより接続ピン１３〜１９を地板と短絡ないし開放させて４方向で指向性を制御できる。
このことから、上記のように放射パターンが傾いた方向の無給電素子に接続されたリアクタンススイッチをオンあるいはオフすることで、無給電素子にインダクタンスを接続あるいは切断して、無給電素子を導波器あるいは反射器にすることができるので、４方向で指向性を制御しながら指向性をさらに改善できる。
本発明によれば、地板３と短絡する接続ピンを一方向について複数設けることができ、より接地面積が広くなる。その結果、放射部と無給電素子の境界を明確に分離することができ、放射パターンの指向性を向上できる。
本発明によれば、第１の接続ピン１３で短絡した放射部の電気長はＬ−Ｌｄ、一端が短絡した無給電素子の電気長はＬｄであり、Ｌｄ＜Ｌ−Ｌｄの関係があることから、一端が短絡した無給電素子の電気長は第１の接続ピン１３で短絡した放射部の電気長よりも短くなり、導波器と見なすことができ、前記の磁流による電波の最大放射角度を天頂方向から短絡した第１の接続ピン１３の方向へ傾かせることができる。
同様な操作により放射パターンの最大放射角度をＸＹの２次元において２ｎ方向で可変することができる。また、この構造でもＬ−Ｌｄでほぼλ／４の定在波が立ち、Ｌｄ＜Ｌ−Ｌｄの関係があることから、放射素子１０の長さＬはλ／２よりも短くなる。よって通常のλ／２マイクロストリップアンテナよりも小さい面積で指向性制御アンテナを実現できる。 When the first connection pin 13 is short-circuited, the connection pins 14 to 19 are opened from the ground plane (not shown), and the maximum radiation angle from the radiation portion is inclined in the direction of the side A, the parasitic element 47, Although 48 does not serve as a director or a reflector, it has a function of shifting the resonance frequency, so that the reactance switches 39 and 40 may be in either the on state or the off state.
Also in the present embodiment, as in the seventh embodiment, the directivity can be controlled in four directions by short-circuiting or opening the connection pins 13 to 19 with the ground plane by turning on and off the PIN diode (not shown). .
Therefore, by turning on or off the reactance switch connected to the parasitic element in the direction in which the radiation pattern is inclined as described above, the inductance is connected to or disconnected from the parasitic element, and the parasitic element is guided. Since the directivity can be controlled in four directions, the directivity can be further improved.
According to the present invention, a plurality of connection pins that are short-circuited to the ground plane 3 can be provided in one direction, and the ground contact area is further increased. As a result, the boundary between the radiating portion and the parasitic element can be clearly separated, and the directivity of the radiation pattern can be improved.
According to the present invention, the electrical length of the radiation part short-circuited by the first connection pin 13 is L-Ld, the electrical length of the parasitic element whose one end is short-circuited is Ld, and there is a relationship of Ld <L-Ld. Therefore, the electrical length of the parasitic element whose one end is short-circuited is shorter than the electrical length of the radiating portion short-circuited by the first connection pin 13 and can be regarded as a director. The angle can be inclined in the direction of the first connection pin 13 short-circuited from the zenith direction.
By the same operation, the maximum radiation angle of the radiation pattern can be varied in the 2n direction in two dimensions of XY. Also in this structure, a standing wave of approximately λ / 4 is generated at L-Ld and there is a relationship of Ld <L-Ld. Therefore, the length L of the radiating element 10 is shorter than λ / 2. Therefore, a directivity control antenna can be realized with an area smaller than that of a normal λ / 2 microstrip antenna.

本発明によれば、給電点１２に１個の整合回路２０を設けることで、指向性を制御している全てのアンテナ形状についてインピーダンス整合が可能となる。その結果指向性を制御している全てのアンテナ形状について反射を抑制でき、効率的に電波を放射できる。
本発明によれば、放射素子１０に近接してリアクタンススイッチを介して電気長を変化させるリアクタンスが接続されている無給電素子が配置され、無給電素子のリアクタンススイッチを導通あるいは遮断することで無給電素子は導波器または反射器とし作用する。そのため放射素子からの放射パターンの最大放射角度を１次元ないし２次元で可変しながら放射パターンの指向性を高めることができる。
本発明によれば、キャパシタンスが接続されたときの無給電素子の電気長をＬｐｘとすると、Ｌｐｘ＞２×（Ｌ−Ｌｄ）となるようにキャパシタンスを選んでおけば、無給電素子は放射部に対して反射器として作用する。
よって放射部からの放射パターンの最大放射強度が傾いた方向に導波器があり、他方には反射器がある構造を実現でき、磁流から放射される電波は最大放射角度を２次元で制御しながらさらに指向性を高めることが可能となる。
本発明によれば、インダクタンが接続されたときの無給電素子の電気長をＬｐｘとすると、Ｌｐｘ＜２×Ｌｄとなるようにインダクタンスを選んでおけば、無給電素子は放射部に対して導波器として作用する。
よって放射部からの放射パターンの最大放射強度が傾いた方向に導波器があり、他方には反射器がある構造を実現でき、磁流から放射される電波は最大放射角度２次元で制御しながらさらに指向性を高めることが可能となる。 According to the present invention, by providing one matching circuit 20 at the feeding point 12, impedance matching can be performed for all antenna shapes whose directivities are controlled. As a result, reflection can be suppressed for all antenna shapes whose directivity is controlled, and radio waves can be radiated efficiently.
According to the present invention, a parasitic element to which a reactance that changes an electrical length is connected via a reactance switch in the vicinity of the radiating element 10 is disposed, and the reactance switch of the parasitic element is turned on or off by no connection. The feed element acts as a director or reflector. Therefore, the directivity of the radiation pattern can be enhanced while changing the maximum radiation angle of the radiation pattern from the radiation element in one or two dimensions.
According to the present invention, if the capacitance is selected so that Lpx> 2 × (L−Ld), where Lpx is the electrical length of the parasitic element when the capacitance is connected, the parasitic element is the radiating portion. Acts as a reflector.
Therefore, it is possible to realize a structure in which there is a director in the direction in which the maximum radiation intensity of the radiation pattern from the radiation part is tilted, and there is a reflector on the other side. However, it becomes possible to further improve the directivity.
According to the present invention, when the inductance is selected so that Lpx <2 × Ld, where Lpx is the electrical length of the parasitic element when the inductance is connected, the parasitic element is Acts as a director.
Therefore, it is possible to realize a structure in which there is a director in the direction in which the maximum radiation intensity of the radiation pattern from the radiation part is tilted, and there is a reflector on the other side. However, the directivity can be further increased.

本発明による指向性制御マイクロストリップアンテナの第１の実施の形態を示す上面図。The top view which shows 1st Embodiment of the directivity control microstrip antenna by this invention. 図１の第１の実施の形態を示す断面図。Sectional drawing which shows 1st Embodiment of FIG. 本発明の指向性制御マイクロストリップアンテナの第２の実施の形態を示す上面図。The top view which shows 2nd Embodiment of the directivity control microstrip antenna of this invention. 図３の第２の実施の形態を示す断面図。Sectional drawing which shows 2nd Embodiment of FIG. 本発明による指向性制御マイクロストリップアンテナの第３の実施の形態を示す上面図。The top view which shows 3rd Embodiment of the directivity control microstrip antenna by this invention. 図５の第３の実施の形態を示す断面図。Sectional drawing which shows 3rd Embodiment of FIG. 本発明の指向性制御マイクロストリップアンテナの第４の実施の形態を示す上面図。The top view which shows 4th Embodiment of the directivity control microstrip antenna of this invention. 図７の第４の実施の形態を示す断面図。Sectional drawing which shows 4th Embodiment of FIG. 本発明の指向性制御マイクロストリップアンテナの第５の実施の形態を示す上面図。The top view which shows 5th Embodiment of the directivity control microstrip antenna of this invention. 図９の第５の実施の形態を示す断面図。Sectional drawing which shows 5th Embodiment of FIG. 本発明の指向性制御マイクロストリップアンテナの第６の実施の形態を示す上面図。The top view which shows 6th Embodiment of the directivity control microstrip antenna of this invention. 図１１の第６の実施の形態を示す断面図。Sectional drawing which shows 6th Embodiment of FIG. 本発明の指向性制御マイクロストリップアンテナの第７の実施の形態を示す上面図。The top view which shows 7th Embodiment of the directivity control microstrip antenna of this invention. 本発明の指向性制御マイクロストリップアンテナの第８の実施の形態を示す上面図。The top view which shows 8th Embodiment of the directivity control microstrip antenna of this invention. 八木・宇田アンテナの原理を２次元の指向性制御に用いた例として示す概略図。Schematic which shows the principle of a Yagi and Uda antenna as an example used for two-dimensional directivity control. 指向性を制御する他の方法を示す概略斜視図。The schematic perspective view which shows the other method of controlling directivity. 図１６による第１の放射パターンを示す図。The figure which shows the 1st radiation pattern by FIG. 図１６による第２の放射パターンを示す図。The figure which shows the 2nd radiation pattern by FIG.

Explanation of symbols

３地板
６誘電体
１０放射素子
１１スイッチ（ＭＥＭＳスイッチ）
１２給電点
１３接続ピン（第１の接続ピン）
１４接続ピン（第２の接続ピン）
１５スイッチ（ＭＥＭＳスイッチ）
１６スイッチ（ＰＩＮダイオード）
１７スイッチ（ＰＩＮダイオード）
１８接続ピン
１９接続ピン
２０整合回路
２１スイッチ
２２リアクタンススイッチ
２３無給電素子
２４キャパシタンス
２５キャパシタンス
２６キャパシタンス
２９無給電素子
３０無給電素子
３３リアクタンススイッチ
３４リアクタンススイッチ
３７リアクタンススイッチ
３８リアクタンススイッチ
４１インダクタンス
４２インダクタンス
４５無給電素子
４６無給電素子
3 Ground plane 6 Dielectric 10 Radiating element 11 Switch (MEMS switch)
12 Feeding point 13 Connection pin (first connection pin)
14 Connection pin (second connection pin)
15 switch (MEMS switch)
16 switch (PIN diode)
17 Switch (PIN diode)
18 Connection Pin 19 Connection Pin 20 Matching Circuit 21 Switch 22 Reactance Switch 23 Parasitic Element 24 Capacitance 25 Capacitance 26 Capacitance 29 Parasitic Element 30 Parasitic Element 33 Reactance Switch 34 Reactance Switch 37 Reactance Switch 38 Reactance Switch 41 Inductance 42 Inductance 45 No Feeding element 46 Parasitic element

Claims

A radiating element having a positive 2n square shape (n is a positive integer equal to or greater than 2) having a feeding point at the center on the upper surface of the dielectric, and a ground plane on the lower surface of the dielectric, and the ground plane by a switch inside the radiating element In a microstrip antenna in which connection pins that are short-circuited or opened are arranged in a positive 2n square shape (n is a positive integer of 2 or more) in which the radiating element is reduced around the feeding point,
A plurality of the connecting pins are arranged for each side of the regular 2n square shape obtained by reducing the radiation element,
When the distance between the opposite sides of the radiating element is L, and the distance between the connection pin and the end of the radiating element is Ld, Ld <L−Ld, and the connection is on one side of the regular 2n square shape by the switch. A directivity control microstrip antenna characterized in that when a pin is short-circuited to the ground plane, a connection pin on an opposite side is opened, and a connection pin on another side is opened.

The directivity control microstrip antenna according to claim 1 , wherein a matching circuit is connected to the feeding point.

A parasitic element to which a reactance that changes an electrical length is connected via a reactance switch is disposed in proximity to the radiating element, and the parasitic element is turned on or off by turning on or off the reactance switch of the parasitic element. 3. The directivity control microstrip antenna according to claim 1 , wherein the directivity control microstrip antenna acts as a director or a reflector.

The reactance is a capacitance, and when the length of the parasitic element is Lp, Lp <2 × Ld. When the reactance switch is cut off, the parasitic element becomes a waveguide, and the reactance switch 4. The directivity-controlled microstrip antenna according to claim 3, wherein the parasitic element is loaded with the capacitance to form a reflector.

The reactance is an inductance, and when the length of the parasitic element is Lp, Lp> 2 × (L−Ld), and when the reactance switch is cut off, the parasitic element becomes a reflector, 4. The directivity-controlled microstrip antenna according to claim 3, wherein when the reactance switch is turned on, the parasitic element is loaded with the inductance to form a waveguide.