マルチビームアンテナ
【課題】 複数の方向に指向性を切り替えることができマルチビームアンテナの小型化及び薄型化を図る。
【解決手段】 １素子の給電素子１１と、この給電素子１１の前後に配置されたＮ素子（Ｎ：自然数）の無給電素子１２，１３からなるアンテナ素子列を具備し、上記Ｎ素子の無給電素子１２，１３の少なくとも１素子の電気長を切替素子２０により可変可能としたことを特徴とする。
【解決手段】 １素子の給電素子１１と、この給電素子１１の前後に配置されたＮ素子（Ｎ：自然数）の無給電素子１２，１３からなるアンテナ素子列を具備し、上記Ｎ素子の無給電素子１２，１３の少なくとも１素子の電気長を切替素子２０により可変可能としたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報通信機能やストレージ機能等を搭載し、パーソナルコンピュータ、携帯電話機或いはオーディオ機器等の各種電子機器に装着して用いられる超小型通信モジュールに用いて好適な複数の方向に指向性を切り替えることができるマルチビームアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、音楽、音声或いは各種データや画像等の情報は、近年データのデジタル化に伴ってパーソナルコンピュータやモバイル機器等によっても手軽に扱えるようになっている。また、これらの情報は、音声コーディック技術や画像コーディック技術により帯域圧縮が図られて、デジタル通信やデジタル放送により各種の通信端末機器に対して容易かつ効率的に配信される環境が整いつつある。例えば、オーディオ・ビデオデータ（ＡＶデータ）は、携帯電話機によっても受信が可能となっている。
【０００３】
一方、データ等の送受信システムは、小規模な地域内においても適用可能な簡易な無線ネットワークシステムの提案によって、家庭を始めとして様々な場において活用されるようになっている。無線ネットワークシステムとしては、例えばIEEE802.1aで提案されている５ＧＨｚ帯域の狭域無線通信システムやIEEE802.1bで提案されている２．４５ＧＨｚ帯域の無線ＬＡＮシステム或いはBluetoothと称される近距離無線通信システム等の次世代無線通信システムが注目されている。
【０００４】
ところで、特性方向に指向性を持たないアンテナを使用した場合、多くの電波が存在する多重波伝搬環境においては、建物壁などに反射によって生じた干渉波によって、通信品質が劣化するという問題がある。
【０００５】
そこで、指向性を特定方向に向けるアンテナが注目されている。
【０００６】
その中に、複数の位相器を使用したフェーズアレーアンテナや複数の送受信系を使用して適応信号処理を用いるアダプティブアレーアンテナが提案されている。
【０００７】
また、指向性アンテナとして、テレビ受信などに使用される八木宇田アンテナがある。八木宇田アンテナ１００では、図２０に示すように、電波の放射する放射器１１１の他に、放射器１１１よりもわずかに長い反射器１１２、放射器１１１よりも短い導波器１１３を前後に配置することによって、図２１に示すような指向性を呈する（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、この八木宇田アンテナを複数並べて切り替えることにより、指向性を特性方向に向ける（指向性制御アンテナ）が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１２３１４２号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、アダプティブアレーアンテナは、複数の系統が必要であるため、システムが複雑かつ高価になり、民生用に向いていると言い難い。
【００１１】
また、特許文献１に示されたアンテナ装置では、八木宇田アンテナを複数並べた構造をしているため、反射器と複数個の導波器が必要であるため小型化ができないという問題があった。さらに、このアンテナ装置では、グランド板から、モノポールアンテナが基板の垂直方向に突起してしまい。薄型化ができないという問題があった。また、このアンテナ装置の構造をモノポールアンテナからダイポールアンテナに変更したプリント板に形成した場合、グランド板を近傍に配置することは難しいので、切替スイッチ等を実装するのが難しいという問題があった。
【００１２】
さらに、特許文献２に示されたマルチビームアンテナでは、導波器と反射器のスペースの共用化を図り、給電の位置を切り替えることによってマルチビーム化を行っているが、
小型化には限界がある。さらに、これらのアンテナでは、複数の方向にビーム向けるために、そのビーム毎に、送受信系の間に切替スイッチが必要という問題がある。これらのアンテナは、送受信系が一つという基本であるため、そのスイッチは1対複数の切替が必要であり、無線通信の利用周波数帯での製造は難しいという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、複数の方向に指向性を切り替えることができるマルチビームアンテナの小型化及び薄型化を図ることにある。
【００１４】
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るマルチビームアンテナは、少なくとも１素子の給電素子と、Ｎ素子（Ｎ：自然数）の無給電素子からなるアンテナ素子列を具備し、上記Ｎ素子の無給電素子の少なくとも１素子の電気長を可変としたことを特徴とする。
【００１６】
このマルチビームアンテナでは、例えば、上記Ｎ素子の無給電素子の少なくとも１素子にインピーダンス変換器を設けることにより電気長を可変とすることができる。
【００１７】
また、このマルチビームアンテナでは、例えば、上記Ｎ素子の無給電素子の少なくとも１素子にリアクタンス可変素子を設けることにより電気長を可変とすることができる。
【００１８】
また、このマルチビームアンテナにおいて、上記給電素子とＮ素子の無給電素子は、例えば、スロットアンテナからなるものとすることができる。
【００１９】
さらに、このマルチビームアンテナは、上記アンテナ素子列を複数具備するものとすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るマルチビームアンテナでは、無給電素子を導波器と反射器として共用することができ、小型化を図ることができる。また、指向性制御する際に必要なスイッチが、基本的には、無給電素子に実装されるため、放射素子と給電回路の間に入ったスイッチ数を削減することができ、アンテナ素子としての効率を損なうことがない。また、上記給電素子とＮ素子の無給電素子にスロットアンテナを採用した場合は、さらに、薄型化を図ることができる。さらに、誘電体基板を使用した場合は、波長短縮効果により小型化を図ることができる。また、グランド板を備えるため切替えのためのスイッチ等を実装し易いという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、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。
【００２２】
本発明に係るマルチビームアンテナの基本構造を図１に示す。
【００２３】
このマルチビームアンテナ１０は、図１の（Ａ）に示すように、八木宇田アンテナをスロット構造にしたもので、１素子の給電素子１１と、２素子の無給電素子１２，１３からなるアンテナ素子列を具備し、図１の（Ｂ），（Ｃ）に示すように、上記無給電素子１２，１３の各電気長を切り替える切替素子２０を設けることにより、上記無給電素子１２，１３の各電気長を可変とすることにより、指向性を２方向に切り替え可能としたものである。
【００２４】
ここで、スロットアンテナは、導体（グランド面）上に約１／２波長のスリットを開けることによって形成される。
【００２５】
図１の（Ａ）に示すように、両面プリント基板１５のグランド面１５Ａに形成されたスロットアンテナは、上記グランド面１５Ａと対応する面に形成されたマイクロストリップ線路１４によって電磁結合給電され、電波を放射する放射スロットすなわち上記給電素子１１として機能する。
【００２６】
ここで、スロットアンテナすなわち上記給電素子１１は、プリント基板１５の基材の誘電率によりその共振周波数が変化する。その放射スロットすなわち上記給電素子１１より、約１／４波長（０．２５λ０）離して、給電しないスロットすなわち無給電素子１２，１３を配置し、その長さＬ１，Ｌ２を、放射スロットの長さＬ０（約１／２波長（０．５λｇ））と比べて、短くすると導波器として機能し、上記放射スロットの長さＬ０（約１／２波長（０．５λｇ））より長くすると反射器として機能し、一般的な八木宇田アンテナ同等に機能することができる。したがって、反射器と導波器を上記給電素子１１の前後に配置することによって、指向性を特定方向に持たせることができる。
【００２７】
このような構造のスロット八木宇田アンテナにおいて、プリント基板１５のパターンによって、導波器と反射器の長さを変更した場合の特性を図２〜図５に示す。
【００２８】
プリント基板には、大きさ４０ｍｍ角、厚さ１ｍｍのＦＲ−４基板を用い、図２の（Ａ）に示すように、スロットの幅は２ｍｍ、長さは、導波器（無給電素子１２）、放射器（給電素子１１）、反射器（無給電素子１３）の順に、Ｌ１＝１８ｍｍ、Ｌ０＝１７ｍｍ、Ｌ２＝２０．５ｍｍとしたスロット八木宇田アンテナでは、図２の（Ｂ）に示すような入力特性を呈し、放射器（給電素子１１）の長さが管内波長λｇの約１/２波長で共振していることがわかる。また、このスロット八木宇田アンテナの指向性特性を図３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。
【００２９】
また、図４の（Ａ）に示すように、導波器と反射器を反対にしたスロット八木宇田アンテナでは、図４の（Ｂ）に示すような入力特性を呈し、図５の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すような指向性特性を呈する。
【００３０】
図３の（Ｃ）及び図５（Ｃ）に示すＹＺ面の特性より、導波器と反射器によって指向性が制御できていることが確認できる。
【００３１】
なお、図３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び図５の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、上記スロットの長手方向をＸ方向、各スロットの配列方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向をＺ方向として、ＸＹ面、ＸＺ面及びＹＺ面における利得の解析値及び実測値を示した各指向性特性を示している。
【００３２】
このように、スロット八木宇田アンテナでは、導波器スロットと反射器スロットを配置すれば、指向性を持たせることができることから、導波器スロットと反射器スロットの位置を交換することによって、対称な指向性を得ることができる。したがって、プリントスロットアンテナにおいて、輻射スロットの前後に無給電スロットを配置しその長さを切り替えることによって、導波器スロットと反射器スロットとして動作させることができ、指向性を切り替えることができる。
【００３３】
例えば図６の（Ａ），（Ｂ）に示すように、スロット長ＬＳが１７ｍｍの輻射スロット（給電素子１１）の前後に、反射器として動作するスロット長（ＬＰ１＋ＬＰ２＋ＧＰ＝２０．５ｍｍ）の無給電スロット（無給電素子１２，１３）を配置し、一方の無給電スロットの導波器として動作するスロット長（ＬＰ１＝１８．５ｍｍ）の位置に、ショートＰＩＮ３０を配置すれば、この無給電スロットは導波器として動作し、スロット八木宇田アンテナとして動作する。無給電スロットの一方にショートＰＩＮ３０を配置した場合のＹＺ平面の指向性の解析値を図７に示す。この図７において、指向特性（ａ）は、無給電スロット＃１すなわち無給電素子１２にショートＰＩＮ３０を配置した場合、指向特性（ｂ）は、無給電スロット＃２すなわち無給電素子１３にショートＰＩＮ３０を配置した場合を示している。この図７により指向性が切り替わっていることが確認できる。
【００３４】
ここで、上述のスロット八木宇田アンテナでは、プリント基板１５に形成した無給電素子１２，１３のパターンによって、導波器と反射器の長さを変更していたが、例えば、無給電スロットにリアクタンス素子を配設することによって導波器と反射器の機能を切り替えることができる。すなわち、上記ショートＰＩＮ３０に代えて、無給電スロットのスロット長をＬＰ１とＬＰ２に分離する位置にリアクタンス素子を配置することにより、スロット八木宇田アンテナの指向性を切り替えることができる。
【００３５】
具体的には、例えば図８の（Ａ），（Ｂ）に示すように、あらかじめ反射器と同等の長さのスロットによって無給電素子１２，１３を形成し、導波器長のところに、上記切替素子２０として例えばリアクタンス素子２１を配置することによって、導波器と反射器の機能を切り替えることができる。
【００３６】
無給電スロット（無給電素子１２，１３）のスロット長をＬＰ１（Ｌ１’，Ｌ２’）とＬＰ２に分離する位置に、上記切替素子２０としてリアクタンス素子２１を設けた場合のＸＺ平面の指向性の変化の解析結果を図９の（Ａ），Ｂ）に示す。上記リアクタンス素子２１としてキャパシタを用いた場合の最大放射方向の変化を図９の（Ａ）に示し、また、上記リアクタンス素子２１としてインダクタを用いた場合の最大放射方向の変化を図９の（Ｂ）に示す。図９の（Ａ），（Ｂ）に示される定数によって、指向性が変化していることがわかる。
【００３７】
いずれの部品に場合おいても、設計周波数において低インピーダンスの定数の部品を配置した場合は、無給電スロットに励振される磁流が妨げられることがなく、スロットが開放されているのと等価となり反射器として動作する。一方、高インピーダンスの定数の素子を配置した場合は、無給電スロットの磁流の経路がその位置で切断され、スロットが部品によって短絡されているのと等価となり、ＬＰ２側に磁流が分布しなくなり導波器として動作する。いずれも場合も、設計周波数において、低インピーダンスの時は、反射器として働き、高インピーダンスの場合は、導波器として働くことがわかる。
【００３８】
無給電スロットのスロット長をＬＰ１（Ｌ１’，Ｌ２’）とＬＰ２に分離する位置に、リアクタンス素子を用いた場合のＹＺ平面の指向性の一例を図１０に示す。このように、定数を適切に選ぶことにより、無給電スロットを導波器および反射器として動作させ、スロット八木宇田アンテナを構成することができる。この図１０において、指向特性（ａ）は、無給電スロット＃１すなわち無給電素子１２に０．５ｐＦのキャパシタを配置し、無給電スロット＃２すなわち無給電素子１３に１８ｐＦのキャパシタを配置した場合を示し、また、指向特性（ｂ）は、無給電スロット＃１すなわち無給電素子１２に１８ｐＦのキャパシタを配置し、無給電スロット＃２すなわち無給電素子１３に０．５ｐＦのキャパシタを配置した場合を示している。この図１０により指向性が切り替わっていることが確認できる。
【００３９】
さらに、ディスクリート部品の代わりに、バリキャップやＭＥＭＳスイッチを配置した場合も、その電圧によるインピーダンスの可変によって、無給電スロットを導波器および反射器としての動作を切り替えることが可能である。つまり、指向性を切り替えることが可能である。このことによって、導波器と反射器を完全に共用することができ、小型化を図ることができる。
【００４０】
また、本発明に係るスロット八木宇田アンテナでは、図１１の（Ａ），（Ｂ）に示すように、無給電スロット（無給電素子１２，１３）のスロット長をＬＰ１（Ｌ１’，Ｌ２’）とＬＰ２に分離する位置に、上記リアクタンス素子２１に代えて例えばインピーダンス変換器２２を設けるようにしても、無給電スロット（無給電素子１２，１３）を導波器および反射器としての動作を切り替えることが可能である。
【００４１】
インピーダンス変換器２２として、例えばＭＭＩＣ(MMIC:monolithic microwave integrated circuits) ＳＰＤＴ(SPDT:single pole double throw switch）スイッチ（以下単にＭＭＩＣスイッチという）を実装する。
【００４２】
ここで、ＭＭＩＣスイッチの場合は、内部のＦＥＴ以外にリアクタンス素子が含まれており、単純に切り替えスイッチとして動作することができない。スロット八木宇田アンテナの場合、無給電スロット（無給電素子１２，１３）のリアクタンス成分が容量性の場合は、導波器として動作し、誘導性の場合は、反射器として動作する。したがって、スロットとＭＭＩＣスイッチの合成リアクタンス成分が、容量性か誘導性かによって、導波器と反射器の動作を切り替えることができる。
【００４３】
無給電素子１２，１３にＭＭＩＣスイッチを実装する場合、スイッチの＃Ａポートは、スロット線路に短絡させ、＃Ｂポートは開放させる。ここで、ＭＭＩＣスイッチ付き無給電スロット（無給電素子１２，１３）のインピーダンスは以下の（１）式〜（５）式のように表すことができる。
【００４４】
【数１】
【００４５】
【数２】
【００４６】
【数３】
【００４７】
【数４】
【００４８】
【数５】
【００４９】
ここで、
ＺＰ：無給電スロットインピーダンス
ＺＬＰｎ：無給電スロットインピーダンス（長さ：ｎ）
ＺＳＷ：ＭＭＩＣスイッチインピーダンス
ＺＳＷＬＰ２：合成インピーダンス（ＳＷ＋ＬＰ２）
である。
【００５０】
ＭＭＩＣスイッチのインピーダンスの切り替え（オープンおよびショート）により、（４）式及び（５）式の条件を満たすようにＬＰ１（Ｌ１’，Ｌ２’）及びＬＰ２の長さを決定すれば、無給電素子１２，１３による導波器と反射器の動作を切り替えることができる。
【００５１】
二つの無給電スロット（無給電素子１２，１３）に上記切替素子２０としてＭＭＩＣスイッチ（ＮＥＣ ｕＰＧ２０２２ＴＢ，Ｏｐｅｎ：１０−ｊ１００Ω，Ｓｈｏｒｔ：４７＋５ｊΩ）を実装した場合のＹＺ平面指向性の測定値を図１２に示す。この図１２において、指向特性（ａ）は、無給電スロット＃１すなわち無給電素子１２に設けたスイッチを開放し、無給電スロット＃２すなわち無給電素子１３に設けたスイッチを短絡した場合を示し、指向特性（ｂ）は、無給電スロット＃１すなわち無給電素子１２に設けたスイッチを短絡し、無給電スロット＃２すなわち無給電素子１３に設けたスイッチを開放した場合を示している。この図１２からＭＭＩＣスイッチのインピーダンスの切り替えによって、指向性が切り替わっていることがわかる。つまり、ＭＭＩＣスイッチにより導波器と反射器の機能を切り替え、無給電スロット（無給電素子１２，１３）を共有することでき、小型化を図ることができる。また、放射スロット（給電素子１１）には、スイッチが入っておらず、また、フェイズドアレーアンテナのような移相器が装加されていないため、放射素子としての機能は損なうことがない。さらに、給電素子１１や無給電素子１２，１３は、グランド面１５Ａに形成されているため、素子自体の厚みがプリント基板１５の厚みそのものになり薄型化を図ることができ、切り替えのためのもアンテナ素子への影響も小さく実装し易いという利点がある。
【００５２】
上述のスロット八木宇田アンテナは、前後方向のみに指向性を向けることができる指向性を２方向に切り替え可能としたマルチビームアンテナ１０を構成したものであるが、図１３に示すように、図１の（Ａ）に示したアンテナ素子列を互いに直交するように配置することによって、指向性を４方向に切り替え可能としたマルチビームアンテナ１１０を構成することができる。
【００５３】
この図１３に示すマルチビームアンテナ１１０は、１素子の給電素子１１Ａと２素子の無給電素子１２Ａ，１３Ａからなるアンテナ素子列１０Ａと、このアンテナ素子列１０Ａに直交するように配置された１素子の給電素子１１Ｂと２素子の無給電素子１２Ｂ，１３Ｂからなるアンテナ素子列１０Ｂとを備え、上記給電素子１１Ａ，１１Ｂとして機能する放射スロットをクロススロットにより形成し、マイクロストリップ線路１４によるクロススロットすなわち給電素子１１Ａ，１１Ｂへの給電をスイッチによって切り替えることによって、放射方向すなわち指向性を前後（＃１，＃２）、左右（＃３，＃４）に切り替えるようにしたクロススロット八木宇田アンテナを構成したものである。
【００５４】
このマルチビームアンテナ１１０において、各無給電素子１２Ａ，１３Ａ，１２Ｂ，１３Ｂの電気長さをリアクタンス素子２１によって切り替え、導波器と反射器として機能させるようにした場合の入力特性を図１４に示すとともに、各方向＃１，＃２，＃３，＃４の指向性特性を図１５の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示す。
【００５５】
図１４に示す入力特性から明らかなように、このマルチビームアンテナ１１０の比帯域は約5％程となっている。また、図１５に示す指向性特性から明らかなように、このマルチビームアンテナ１１０では、４方向に指向性が制御できる。
【００５６】
なお、このマルチビームアンテナ１１０の平均利得を表１に示す。放射方向以外の方向より少なくても3dB以上に平均利得差があることから、受信検波した場合の最大利得が放射方向となり、その放射方向に送信することによって、不要波を抑制することができる。
【００５７】
【表１】
【００５８】
また、上記図１３に示すマルチビームアンテナ１１０において、各無給電素子１２Ａ，１３Ａ，１２Ｂ，１３Ｂの電気長さをインピーダンス変換器（ＭＭＩＣスイッチ）２２によって切り替え、導波器と反射器として機能させるようにした場合の入力特性を図１６に示すとともに、指向性特性を図１７の（Ａ），（Ｂ）に示す。
【００５９】
無給電スロットにＭＭＩＣスイッチを実装したクロススロットアンテナ八木宇田アンテナでは、ＭＭＩＣスイッチを切り替えることにより、導波器および反射器を構成し、指向性を変化させることができ、例えば、方向＃１（＋Ｙ方向）に指向性を傾けたい場合は、無給電素子１２Ａを導波器、それ以外の無給電素子１３Ａ１２Ｂ，１３Ｂを反射器となるようにＭＭＩＣスイッチを設定する。
【００６０】
このクロススロット八木宇田アンテナでは、入力特性を図１６に示すように、周波数帯域は約２００ＭＨｚ（５．１〜５．３ＧＨｚ）となっており、ＭＭＩＣスイッチを実装していない場合とほぼ同じ傾向を示している。
【００６１】
また、このクロススロット八木宇田アンテナの指向性を図１７の（Ａ），（Ｂ）に示すように、いずれの方向においても導波器側に傾いており、八木宇田アンテナとして動作していることがわかる。図１７の（Ａ）において、指向特性（ａ）は、無給電素子１２Ａを導波器として機能させ、の無給電素子１３Ａ，１２Ｂ，１３Ｂを反射器として機能させた場合を示し、また、指向特性（ｂ）は、無給電素子１３Ａを導波器として機能させ、の無給電素子１２Ａ，１２Ｂ，１３Ｂを反射器として機能させた場合を示している。図１７の（Ｂ）において、指向特性（ａ）は、無給電素子１２Ｂを導波器として機能させ、の無給電素子１３Ｂ，１２Ａ，１３Ａを反射器として機能させた場合を示し、また、指向特性（ｂ）は、無給電素子１３Ｂを導波器として機能させ、の無給電素子１２Ｂ，１２Ａ，１３Ａを反射器として機能させた場合を示している。
【００６２】
さらに、このクロススロット八木宇田アンテナのアンテナ利得を表２に示す。ＭＭＩＣスイッチの実装によって若干利得が低下しているが、所望方向の平均利得は、他方向より約６ｄＢ以上向上しているおり、ビームスイッチアンテナとして十分動作していることが確認できる。以上より、４方向においてビームスイッチアンテナが実現することができた。
【００６３】
【表２】
【００６４】
このような構成のマルチビームアンテナ１１０は、図１８の（Ａ）に示すように、無線ＬＡＮの基地局１３１、図１８の（Ｂ）に示すようにノートＰＣ（情報端末）１３２、図１８の（Ｃ）に示すようにワイヤレスＴＶ（ＡＶ機器）１３３などに実装することにより、壁等に反射して生じた干渉波を、送受信系統を増やすことなく抑制することができる。
【００６５】
なお、本発明はスロットアンテナ以外にも適用することができ、例えば、図１９に示すマルチビームアンテナ２１０ように、放射素子１１に線状アンテナを用いた場合も、同様に、無給電素子１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂと切替素子２０を組み合わせることによって、線状アンテナにおいても同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係るマルチビームアンテナの基本構成を示す模式的な平面図である。
【図２】プリント基板のパターンによって、導波器と反射器の長さを変更したスロット八木宇田アンテナを示す模式的な平面図（Ａ）、及び、その入力特性を示す特性図（Ｂ）である。
【図３】図２に示したスロット八木宇田アンテナの指向特性を示す特性図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。
【図４】導波器と反射器の逆に配置したスロット八木宇田アンテナを示す模式的な平面図（Ａ）、及び、その入力特性示す特性図（Ｂ）である。
【図５】図４に示したスロット八木宇田アンテナの指向特性を示す特性図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。
【図６】無給電スロットにショートＰＩＮを設けたスロット八木宇田アンテナの構成を示す模式的な平面図（Ａ）、及び、その無給電スロット部分の拡大図（Ｂ）である。
【図７】図６に示したスロット八木宇田アンテナの指向特性を示す特性図である。
【図８】無給電スロットにリアクタンス素子を配設することによって導波器と反射器の機能を切り替えるようにしたマルチビームアンテナの構成を示す模式的な平面図（Ａ）、及び、その無給電スロット部分の拡大図（Ｂ）である。
【図９】図８に示したマルチビームアンテナにおけるＸＺ平面の指向性の変化の解析結果をしめす特性図であり、上記リアクタンス素子としてキャパシタを用いた場合の最大放射方向の変化を（Ａ）に示し、また、上記リアクタンス素子としてインダクタを用いた場合の最大放射方向の変化を（Ｂ）に示す。
【図１０】上記リアクタンス素子としてキャパシタを用いたマルチビームアンテナの指向特性を示す特性図である。
【図１１】無給電スロットにインピーダンス変換器を配設することによって導波器と反射器の機能を切り替えるようにしたマルチビームアンテナの構成を示す模式的な平面図（Ａ）、及び、その無給電スロット部分の拡大図（Ｂ）である。
【図１２】図１１に示したマルチビームアンテナの指向特性を示す特性図である。
【図１３】指向性を４方向に切り替え可能としたマルチビームアンテナの構成を示す模式的な平面図である。
【図１４】図１３に示したマルチビームアンテナにおいて、各無給電素子の電気長さをリアクタンス素子によって切り替え、導波器と反射器として機能させるようにした場合の入力特性を示す特性図である。
【図１５】各無給電素子の電気長さをリアクタンス素子によって切り替え、導波器と反射器として機能させるようにしたマルチビームアンテナにおける４方向の指向特性を示す特性図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）である。
【図１６】図１３に示したマルチビームアンテナにおいて、各無給電素子の電気長さをインピーダンス変換器によって切り替え、導波器と反射器として機能させるようにした場合の入力特性を示す特性図である。
【図１７】各無給電素子の電気長さをインピーダンス変換器によって切り替え、導波器と反射器として機能させるようにしたマルチビームアンテナにおける指向特性を示す特性図（Ａ），（Ｂ）である。
【図１８】本発明に係るマルチビームアンテナの実装例を模式的に示す図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。
【図１９】本発明に係るマルチビームアンテナの他の構成例を模式的に示す斜視図である。
【図２０】指向性アンテナとして、テレビ受信などに使用される八木宇田アンテナの構成を示す模式的な斜視図である。
【図２１】上記八木宇田アンテナの指向性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０，１１０，２１０ マルチビームアンテナ、１１，１１Ａ，１１Ｂ 給電素子、１２，１３，１２Ａ，１３Ａ，１２Ｂ，１３Ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ 無給電素子、１４ マイクロストリップ線路、１５ 両面プリント基板、１５Ａ グランド面、２０ 切替素子、２１ リアクタンス素子、２２ インピーダンス変換器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報通信機能やストレージ機能等を搭載し、パーソナルコンピュータ、携帯電話機或いはオーディオ機器等の各種電子機器に装着して用いられる超小型通信モジュールに用いて好適な複数の方向に指向性を切り替えることができるマルチビームアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、音楽、音声或いは各種データや画像等の情報は、近年データのデジタル化に伴ってパーソナルコンピュータやモバイル機器等によっても手軽に扱えるようになっている。また、これらの情報は、音声コーディック技術や画像コーディック技術により帯域圧縮が図られて、デジタル通信やデジタル放送により各種の通信端末機器に対して容易かつ効率的に配信される環境が整いつつある。例えば、オーディオ・ビデオデータ（ＡＶデータ）は、携帯電話機によっても受信が可能となっている。
【０００３】
一方、データ等の送受信システムは、小規模な地域内においても適用可能な簡易な無線ネットワークシステムの提案によって、家庭を始めとして様々な場において活用されるようになっている。無線ネットワークシステムとしては、例えばIEEE802.1aで提案されている５ＧＨｚ帯域の狭域無線通信システムやIEEE802.1bで提案されている２．４５ＧＨｚ帯域の無線ＬＡＮシステム或いはBluetoothと称される近距離無線通信システム等の次世代無線通信システムが注目されている。
【０００４】
ところで、特性方向に指向性を持たないアンテナを使用した場合、多くの電波が存在する多重波伝搬環境においては、建物壁などに反射によって生じた干渉波によって、通信品質が劣化するという問題がある。
【０００５】
そこで、指向性を特定方向に向けるアンテナが注目されている。
【０００６】
その中に、複数の位相器を使用したフェーズアレーアンテナや複数の送受信系を使用して適応信号処理を用いるアダプティブアレーアンテナが提案されている。
【０００７】
また、指向性アンテナとして、テレビ受信などに使用される八木宇田アンテナがある。八木宇田アンテナ１００では、図２０に示すように、電波の放射する放射器１１１の他に、放射器１１１よりもわずかに長い反射器１１２、放射器１１１よりも短い導波器１１３を前後に配置することによって、図２１に示すような指向性を呈する（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、この八木宇田アンテナを複数並べて切り替えることにより、指向性を特性方向に向ける（指向性制御アンテナ）が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１２３１４２号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、アダプティブアレーアンテナは、複数の系統が必要であるため、システムが複雑かつ高価になり、民生用に向いていると言い難い。
【００１１】
また、特許文献１に示されたアンテナ装置では、八木宇田アンテナを複数並べた構造をしているため、反射器と複数個の導波器が必要であるため小型化ができないという問題があった。さらに、このアンテナ装置では、グランド板から、モノポールアンテナが基板の垂直方向に突起してしまい。薄型化ができないという問題があった。また、このアンテナ装置の構造をモノポールアンテナからダイポールアンテナに変更したプリント板に形成した場合、グランド板を近傍に配置することは難しいので、切替スイッチ等を実装するのが難しいという問題があった。
【００１２】
さらに、特許文献２に示されたマルチビームアンテナでは、導波器と反射器のスペースの共用化を図り、給電の位置を切り替えることによってマルチビーム化を行っているが、
小型化には限界がある。さらに、これらのアンテナでは、複数の方向にビーム向けるために、そのビーム毎に、送受信系の間に切替スイッチが必要という問題がある。これらのアンテナは、送受信系が一つという基本であるため、そのスイッチは1対複数の切替が必要であり、無線通信の利用周波数帯での製造は難しいという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、複数の方向に指向性を切り替えることができるマルチビームアンテナの小型化及び薄型化を図ることにある。
【００１４】
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るマルチビームアンテナは、少なくとも１素子の給電素子と、Ｎ素子（Ｎ：自然数）の無給電素子からなるアンテナ素子列を具備し、上記Ｎ素子の無給電素子の少なくとも１素子の電気長を可変としたことを特徴とする。
【００１６】
このマルチビームアンテナでは、例えば、上記Ｎ素子の無給電素子の少なくとも１素子にインピーダンス変換器を設けることにより電気長を可変とすることができる。
【００１７】
また、このマルチビームアンテナでは、例えば、上記Ｎ素子の無給電素子の少なくとも１素子にリアクタンス可変素子を設けることにより電気長を可変とすることができる。
【００１８】
また、このマルチビームアンテナにおいて、上記給電素子とＮ素子の無給電素子は、例えば、スロットアンテナからなるものとすることができる。
【００１９】
さらに、このマルチビームアンテナは、上記アンテナ素子列を複数具備するものとすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るマルチビームアンテナでは、無給電素子を導波器と反射器として共用することができ、小型化を図ることができる。また、指向性制御する際に必要なスイッチが、基本的には、無給電素子に実装されるため、放射素子と給電回路の間に入ったスイッチ数を削減することができ、アンテナ素子としての効率を損なうことがない。また、上記給電素子とＮ素子の無給電素子にスロットアンテナを採用した場合は、さらに、薄型化を図ることができる。さらに、誘電体基板を使用した場合は、波長短縮効果により小型化を図ることができる。また、グランド板を備えるため切替えのためのスイッチ等を実装し易いという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、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。
【００２２】
本発明に係るマルチビームアンテナの基本構造を図１に示す。
【００２３】
このマルチビームアンテナ１０は、図１の（Ａ）に示すように、八木宇田アンテナをスロット構造にしたもので、１素子の給電素子１１と、２素子の無給電素子１２，１３からなるアンテナ素子列を具備し、図１の（Ｂ），（Ｃ）に示すように、上記無給電素子１２，１３の各電気長を切り替える切替素子２０を設けることにより、上記無給電素子１２，１３の各電気長を可変とすることにより、指向性を２方向に切り替え可能としたものである。
【００２４】
ここで、スロットアンテナは、導体（グランド面）上に約１／２波長のスリットを開けることによって形成される。
【００２５】
図１の（Ａ）に示すように、両面プリント基板１５のグランド面１５Ａに形成されたスロットアンテナは、上記グランド面１５Ａと対応する面に形成されたマイクロストリップ線路１４によって電磁結合給電され、電波を放射する放射スロットすなわち上記給電素子１１として機能する。
【００２６】
ここで、スロットアンテナすなわち上記給電素子１１は、プリント基板１５の基材の誘電率によりその共振周波数が変化する。その放射スロットすなわち上記給電素子１１より、約１／４波長（０．２５λ０）離して、給電しないスロットすなわち無給電素子１２，１３を配置し、その長さＬ１，Ｌ２を、放射スロットの長さＬ０（約１／２波長（０．５λｇ））と比べて、短くすると導波器として機能し、上記放射スロットの長さＬ０（約１／２波長（０．５λｇ））より長くすると反射器として機能し、一般的な八木宇田アンテナ同等に機能することができる。したがって、反射器と導波器を上記給電素子１１の前後に配置することによって、指向性を特定方向に持たせることができる。
【００２７】
このような構造のスロット八木宇田アンテナにおいて、プリント基板１５のパターンによって、導波器と反射器の長さを変更した場合の特性を図２〜図５に示す。
【００２８】
プリント基板には、大きさ４０ｍｍ角、厚さ１ｍｍのＦＲ−４基板を用い、図２の（Ａ）に示すように、スロットの幅は２ｍｍ、長さは、導波器（無給電素子１２）、放射器（給電素子１１）、反射器（無給電素子１３）の順に、Ｌ１＝１８ｍｍ、Ｌ０＝１７ｍｍ、Ｌ２＝２０．５ｍｍとしたスロット八木宇田アンテナでは、図２の（Ｂ）に示すような入力特性を呈し、放射器（給電素子１１）の長さが管内波長λｇの約１/２波長で共振していることがわかる。また、このスロット八木宇田アンテナの指向性特性を図３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。
【００２９】
また、図４の（Ａ）に示すように、導波器と反射器を反対にしたスロット八木宇田アンテナでは、図４の（Ｂ）に示すような入力特性を呈し、図５の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すような指向性特性を呈する。
【００３０】
図３の（Ｃ）及び図５（Ｃ）に示すＹＺ面の特性より、導波器と反射器によって指向性が制御できていることが確認できる。
【００３１】
なお、図３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び図５の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、上記スロットの長手方向をＸ方向、各スロットの配列方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向をＺ方向として、ＸＹ面、ＸＺ面及びＹＺ面における利得の解析値及び実測値を示した各指向性特性を示している。
【００３２】
このように、スロット八木宇田アンテナでは、導波器スロットと反射器スロットを配置すれば、指向性を持たせることができることから、導波器スロットと反射器スロットの位置を交換することによって、対称な指向性を得ることができる。したがって、プリントスロットアンテナにおいて、輻射スロットの前後に無給電スロットを配置しその長さを切り替えることによって、導波器スロットと反射器スロットとして動作させることができ、指向性を切り替えることができる。
【００３３】
例えば図６の（Ａ），（Ｂ）に示すように、スロット長ＬＳが１７ｍｍの輻射スロット（給電素子１１）の前後に、反射器として動作するスロット長（ＬＰ１＋ＬＰ２＋ＧＰ＝２０．５ｍｍ）の無給電スロット（無給電素子１２，１３）を配置し、一方の無給電スロットの導波器として動作するスロット長（ＬＰ１＝１８．５ｍｍ）の位置に、ショートＰＩＮ３０を配置すれば、この無給電スロットは導波器として動作し、スロット八木宇田アンテナとして動作する。無給電スロットの一方にショートＰＩＮ３０を配置した場合のＹＺ平面の指向性の解析値を図７に示す。この図７において、指向特性（ａ）は、無給電スロット＃１すなわち無給電素子１２にショートＰＩＮ３０を配置した場合、指向特性（ｂ）は、無給電スロット＃２すなわち無給電素子１３にショートＰＩＮ３０を配置した場合を示している。この図７により指向性が切り替わっていることが確認できる。
【００３４】
ここで、上述のスロット八木宇田アンテナでは、プリント基板１５に形成した無給電素子１２，１３のパターンによって、導波器と反射器の長さを変更していたが、例えば、無給電スロットにリアクタンス素子を配設することによって導波器と反射器の機能を切り替えることができる。すなわち、上記ショートＰＩＮ３０に代えて、無給電スロットのスロット長をＬＰ１とＬＰ２に分離する位置にリアクタンス素子を配置することにより、スロット八木宇田アンテナの指向性を切り替えることができる。
【００３５】
具体的には、例えば図８の（Ａ），（Ｂ）に示すように、あらかじめ反射器と同等の長さのスロットによって無給電素子１２，１３を形成し、導波器長のところに、上記切替素子２０として例えばリアクタンス素子２１を配置することによって、導波器と反射器の機能を切り替えることができる。
【００３６】
無給電スロット（無給電素子１２，１３）のスロット長をＬＰ１（Ｌ１’，Ｌ２’）とＬＰ２に分離する位置に、上記切替素子２０としてリアクタンス素子２１を設けた場合のＸＺ平面の指向性の変化の解析結果を図９の（Ａ），Ｂ）に示す。上記リアクタンス素子２１としてキャパシタを用いた場合の最大放射方向の変化を図９の（Ａ）に示し、また、上記リアクタンス素子２１としてインダクタを用いた場合の最大放射方向の変化を図９の（Ｂ）に示す。図９の（Ａ），（Ｂ）に示される定数によって、指向性が変化していることがわかる。
【００３７】
いずれの部品に場合おいても、設計周波数において低インピーダンスの定数の部品を配置した場合は、無給電スロットに励振される磁流が妨げられることがなく、スロットが開放されているのと等価となり反射器として動作する。一方、高インピーダンスの定数の素子を配置した場合は、無給電スロットの磁流の経路がその位置で切断され、スロットが部品によって短絡されているのと等価となり、ＬＰ２側に磁流が分布しなくなり導波器として動作する。いずれも場合も、設計周波数において、低インピーダンスの時は、反射器として働き、高インピーダンスの場合は、導波器として働くことがわかる。
【００３８】
無給電スロットのスロット長をＬＰ１（Ｌ１’，Ｌ２’）とＬＰ２に分離する位置に、リアクタンス素子を用いた場合のＹＺ平面の指向性の一例を図１０に示す。このように、定数を適切に選ぶことにより、無給電スロットを導波器および反射器として動作させ、スロット八木宇田アンテナを構成することができる。この図１０において、指向特性（ａ）は、無給電スロット＃１すなわち無給電素子１２に０．５ｐＦのキャパシタを配置し、無給電スロット＃２すなわち無給電素子１３に１８ｐＦのキャパシタを配置した場合を示し、また、指向特性（ｂ）は、無給電スロット＃１すなわち無給電素子１２に１８ｐＦのキャパシタを配置し、無給電スロット＃２すなわち無給電素子１３に０．５ｐＦのキャパシタを配置した場合を示している。この図１０により指向性が切り替わっていることが確認できる。
【００３９】
さらに、ディスクリート部品の代わりに、バリキャップやＭＥＭＳスイッチを配置した場合も、その電圧によるインピーダンスの可変によって、無給電スロットを導波器および反射器としての動作を切り替えることが可能である。つまり、指向性を切り替えることが可能である。このことによって、導波器と反射器を完全に共用することができ、小型化を図ることができる。
【００４０】
また、本発明に係るスロット八木宇田アンテナでは、図１１の（Ａ），（Ｂ）に示すように、無給電スロット（無給電素子１２，１３）のスロット長をＬＰ１（Ｌ１’，Ｌ２’）とＬＰ２に分離する位置に、上記リアクタンス素子２１に代えて例えばインピーダンス変換器２２を設けるようにしても、無給電スロット（無給電素子１２，１３）を導波器および反射器としての動作を切り替えることが可能である。
【００４１】
インピーダンス変換器２２として、例えばＭＭＩＣ(MMIC:monolithic microwave integrated circuits) ＳＰＤＴ(SPDT:single pole double throw switch）スイッチ（以下単にＭＭＩＣスイッチという）を実装する。
【００４２】
ここで、ＭＭＩＣスイッチの場合は、内部のＦＥＴ以外にリアクタンス素子が含まれており、単純に切り替えスイッチとして動作することができない。スロット八木宇田アンテナの場合、無給電スロット（無給電素子１２，１３）のリアクタンス成分が容量性の場合は、導波器として動作し、誘導性の場合は、反射器として動作する。したがって、スロットとＭＭＩＣスイッチの合成リアクタンス成分が、容量性か誘導性かによって、導波器と反射器の動作を切り替えることができる。
【００４３】
無給電素子１２，１３にＭＭＩＣスイッチを実装する場合、スイッチの＃Ａポートは、スロット線路に短絡させ、＃Ｂポートは開放させる。ここで、ＭＭＩＣスイッチ付き無給電スロット（無給電素子１２，１３）のインピーダンスは以下の（１）式〜（５）式のように表すことができる。
【００４４】
【数１】
【００４５】
【数２】
【００４６】
【数３】
【００４７】
【数４】
【００４８】
【数５】
【００４９】
ここで、
ＺＰ：無給電スロットインピーダンス
ＺＬＰｎ：無給電スロットインピーダンス（長さ：ｎ）
ＺＳＷ：ＭＭＩＣスイッチインピーダンス
ＺＳＷＬＰ２：合成インピーダンス（ＳＷ＋ＬＰ２）
である。
【００５０】
ＭＭＩＣスイッチのインピーダンスの切り替え（オープンおよびショート）により、（４）式及び（５）式の条件を満たすようにＬＰ１（Ｌ１’，Ｌ２’）及びＬＰ２の長さを決定すれば、無給電素子１２，１３による導波器と反射器の動作を切り替えることができる。
【００５１】
二つの無給電スロット（無給電素子１２，１３）に上記切替素子２０としてＭＭＩＣスイッチ（ＮＥＣ ｕＰＧ２０２２ＴＢ，Ｏｐｅｎ：１０−ｊ１００Ω，Ｓｈｏｒｔ：４７＋５ｊΩ）を実装した場合のＹＺ平面指向性の測定値を図１２に示す。この図１２において、指向特性（ａ）は、無給電スロット＃１すなわち無給電素子１２に設けたスイッチを開放し、無給電スロット＃２すなわち無給電素子１３に設けたスイッチを短絡した場合を示し、指向特性（ｂ）は、無給電スロット＃１すなわち無給電素子１２に設けたスイッチを短絡し、無給電スロット＃２すなわち無給電素子１３に設けたスイッチを開放した場合を示している。この図１２からＭＭＩＣスイッチのインピーダンスの切り替えによって、指向性が切り替わっていることがわかる。つまり、ＭＭＩＣスイッチにより導波器と反射器の機能を切り替え、無給電スロット（無給電素子１２，１３）を共有することでき、小型化を図ることができる。また、放射スロット（給電素子１１）には、スイッチが入っておらず、また、フェイズドアレーアンテナのような移相器が装加されていないため、放射素子としての機能は損なうことがない。さらに、給電素子１１や無給電素子１２，１３は、グランド面１５Ａに形成されているため、素子自体の厚みがプリント基板１５の厚みそのものになり薄型化を図ることができ、切り替えのためのもアンテナ素子への影響も小さく実装し易いという利点がある。
【００５２】
上述のスロット八木宇田アンテナは、前後方向のみに指向性を向けることができる指向性を２方向に切り替え可能としたマルチビームアンテナ１０を構成したものであるが、図１３に示すように、図１の（Ａ）に示したアンテナ素子列を互いに直交するように配置することによって、指向性を４方向に切り替え可能としたマルチビームアンテナ１１０を構成することができる。
【００５３】
この図１３に示すマルチビームアンテナ１１０は、１素子の給電素子１１Ａと２素子の無給電素子１２Ａ，１３Ａからなるアンテナ素子列１０Ａと、このアンテナ素子列１０Ａに直交するように配置された１素子の給電素子１１Ｂと２素子の無給電素子１２Ｂ，１３Ｂからなるアンテナ素子列１０Ｂとを備え、上記給電素子１１Ａ，１１Ｂとして機能する放射スロットをクロススロットにより形成し、マイクロストリップ線路１４によるクロススロットすなわち給電素子１１Ａ，１１Ｂへの給電をスイッチによって切り替えることによって、放射方向すなわち指向性を前後（＃１，＃２）、左右（＃３，＃４）に切り替えるようにしたクロススロット八木宇田アンテナを構成したものである。
【００５４】
このマルチビームアンテナ１１０において、各無給電素子１２Ａ，１３Ａ，１２Ｂ，１３Ｂの電気長さをリアクタンス素子２１によって切り替え、導波器と反射器として機能させるようにした場合の入力特性を図１４に示すとともに、各方向＃１，＃２，＃３，＃４の指向性特性を図１５の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示す。
【００５５】
図１４に示す入力特性から明らかなように、このマルチビームアンテナ１１０の比帯域は約5％程となっている。また、図１５に示す指向性特性から明らかなように、このマルチビームアンテナ１１０では、４方向に指向性が制御できる。
【００５６】
なお、このマルチビームアンテナ１１０の平均利得を表１に示す。放射方向以外の方向より少なくても3dB以上に平均利得差があることから、受信検波した場合の最大利得が放射方向となり、その放射方向に送信することによって、不要波を抑制することができる。
【００５７】
【表１】
【００５８】
また、上記図１３に示すマルチビームアンテナ１１０において、各無給電素子１２Ａ，１３Ａ，１２Ｂ，１３Ｂの電気長さをインピーダンス変換器（ＭＭＩＣスイッチ）２２によって切り替え、導波器と反射器として機能させるようにした場合の入力特性を図１６に示すとともに、指向性特性を図１７の（Ａ），（Ｂ）に示す。
【００５９】
無給電スロットにＭＭＩＣスイッチを実装したクロススロットアンテナ八木宇田アンテナでは、ＭＭＩＣスイッチを切り替えることにより、導波器および反射器を構成し、指向性を変化させることができ、例えば、方向＃１（＋Ｙ方向）に指向性を傾けたい場合は、無給電素子１２Ａを導波器、それ以外の無給電素子１３Ａ１２Ｂ，１３Ｂを反射器となるようにＭＭＩＣスイッチを設定する。
【００６０】
このクロススロット八木宇田アンテナでは、入力特性を図１６に示すように、周波数帯域は約２００ＭＨｚ（５．１〜５．３ＧＨｚ）となっており、ＭＭＩＣスイッチを実装していない場合とほぼ同じ傾向を示している。
【００６１】
また、このクロススロット八木宇田アンテナの指向性を図１７の（Ａ），（Ｂ）に示すように、いずれの方向においても導波器側に傾いており、八木宇田アンテナとして動作していることがわかる。図１７の（Ａ）において、指向特性（ａ）は、無給電素子１２Ａを導波器として機能させ、の無給電素子１３Ａ，１２Ｂ，１３Ｂを反射器として機能させた場合を示し、また、指向特性（ｂ）は、無給電素子１３Ａを導波器として機能させ、の無給電素子１２Ａ，１２Ｂ，１３Ｂを反射器として機能させた場合を示している。図１７の（Ｂ）において、指向特性（ａ）は、無給電素子１２Ｂを導波器として機能させ、の無給電素子１３Ｂ，１２Ａ，１３Ａを反射器として機能させた場合を示し、また、指向特性（ｂ）は、無給電素子１３Ｂを導波器として機能させ、の無給電素子１２Ｂ，１２Ａ，１３Ａを反射器として機能させた場合を示している。
【００６２】
さらに、このクロススロット八木宇田アンテナのアンテナ利得を表２に示す。ＭＭＩＣスイッチの実装によって若干利得が低下しているが、所望方向の平均利得は、他方向より約６ｄＢ以上向上しているおり、ビームスイッチアンテナとして十分動作していることが確認できる。以上より、４方向においてビームスイッチアンテナが実現することができた。
【００６３】
【表２】
【００６４】
このような構成のマルチビームアンテナ１１０は、図１８の（Ａ）に示すように、無線ＬＡＮの基地局１３１、図１８の（Ｂ）に示すようにノートＰＣ（情報端末）１３２、図１８の（Ｃ）に示すようにワイヤレスＴＶ（ＡＶ機器）１３３などに実装することにより、壁等に反射して生じた干渉波を、送受信系統を増やすことなく抑制することができる。
【００６５】
なお、本発明はスロットアンテナ以外にも適用することができ、例えば、図１９に示すマルチビームアンテナ２１０ように、放射素子１１に線状アンテナを用いた場合も、同様に、無給電素子１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂと切替素子２０を組み合わせることによって、線状アンテナにおいても同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係るマルチビームアンテナの基本構成を示す模式的な平面図である。
【図２】プリント基板のパターンによって、導波器と反射器の長さを変更したスロット八木宇田アンテナを示す模式的な平面図（Ａ）、及び、その入力特性を示す特性図（Ｂ）である。
【図３】図２に示したスロット八木宇田アンテナの指向特性を示す特性図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。
【図４】導波器と反射器の逆に配置したスロット八木宇田アンテナを示す模式的な平面図（Ａ）、及び、その入力特性示す特性図（Ｂ）である。
【図５】図４に示したスロット八木宇田アンテナの指向特性を示す特性図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。
【図６】無給電スロットにショートＰＩＮを設けたスロット八木宇田アンテナの構成を示す模式的な平面図（Ａ）、及び、その無給電スロット部分の拡大図（Ｂ）である。
【図７】図６に示したスロット八木宇田アンテナの指向特性を示す特性図である。
【図８】無給電スロットにリアクタンス素子を配設することによって導波器と反射器の機能を切り替えるようにしたマルチビームアンテナの構成を示す模式的な平面図（Ａ）、及び、その無給電スロット部分の拡大図（Ｂ）である。
【図９】図８に示したマルチビームアンテナにおけるＸＺ平面の指向性の変化の解析結果をしめす特性図であり、上記リアクタンス素子としてキャパシタを用いた場合の最大放射方向の変化を（Ａ）に示し、また、上記リアクタンス素子としてインダクタを用いた場合の最大放射方向の変化を（Ｂ）に示す。
【図１０】上記リアクタンス素子としてキャパシタを用いたマルチビームアンテナの指向特性を示す特性図である。
【図１１】無給電スロットにインピーダンス変換器を配設することによって導波器と反射器の機能を切り替えるようにしたマルチビームアンテナの構成を示す模式的な平面図（Ａ）、及び、その無給電スロット部分の拡大図（Ｂ）である。
【図１２】図１１に示したマルチビームアンテナの指向特性を示す特性図である。
【図１３】指向性を４方向に切り替え可能としたマルチビームアンテナの構成を示す模式的な平面図である。
【図１４】図１３に示したマルチビームアンテナにおいて、各無給電素子の電気長さをリアクタンス素子によって切り替え、導波器と反射器として機能させるようにした場合の入力特性を示す特性図である。
【図１５】各無給電素子の電気長さをリアクタンス素子によって切り替え、導波器と反射器として機能させるようにしたマルチビームアンテナにおける４方向の指向特性を示す特性図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）である。
【図１６】図１３に示したマルチビームアンテナにおいて、各無給電素子の電気長さをインピーダンス変換器によって切り替え、導波器と反射器として機能させるようにした場合の入力特性を示す特性図である。
【図１７】各無給電素子の電気長さをインピーダンス変換器によって切り替え、導波器と反射器として機能させるようにしたマルチビームアンテナにおける指向特性を示す特性図（Ａ），（Ｂ）である。
【図１８】本発明に係るマルチビームアンテナの実装例を模式的に示す図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。
【図１９】本発明に係るマルチビームアンテナの他の構成例を模式的に示す斜視図である。
【図２０】指向性アンテナとして、テレビ受信などに使用される八木宇田アンテナの構成を示す模式的な斜視図である。
【図２１】上記八木宇田アンテナの指向性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０，１１０，２１０ マルチビームアンテナ、１１，１１Ａ，１１Ｂ 給電素子、１２，１３，１２Ａ，１３Ａ，１２Ｂ，１３Ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ 無給電素子、１４ マイクロストリップ線路、１５ 両面プリント基板、１５Ａ グランド面、２０ 切替素子、２１ リアクタンス素子、２２ インピーダンス変換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１素子の給電素子と、Ｎ素子（Ｎ：自然数）の無給電素子からなるアンテナ素子列を具備し、
上記Ｎ素子の無給電素子の少なくとも１素子の電気長を可変としたことを特徴とするマルチビームアンテナ。
【請求項２】
上記Ｎ素子の無給電素子の少なくとも１素子にインピーダンス変換器を設けることにより電気長を可変としたことを特徴とする請求項１記載のマルチビームアンテナ。
【請求項３】
上記Ｎ素子の無給電素子の少なくとも１素子にリアクタンス可変素子を設けることにより電気長を可変としたことを特徴とする請求項１記載のマルチビームアンテナ。
【請求項４】
上記給電素子とＮ素子の無給電素子は、スロットアンテナからなることを特徴とする請求項１記載のマルチビームアンテナ。
【請求項５】
上記アンテナ素子列を複数具備することを特徴とする請求項１記載のマルチビームアンテナ。
【請求項１】
少なくとも１素子の給電素子と、Ｎ素子（Ｎ：自然数）の無給電素子からなるアンテナ素子列を具備し、
上記Ｎ素子の無給電素子の少なくとも１素子の電気長を可変としたことを特徴とするマルチビームアンテナ。
【請求項２】
上記Ｎ素子の無給電素子の少なくとも１素子にインピーダンス変換器を設けることにより電気長を可変としたことを特徴とする請求項１記載のマルチビームアンテナ。
【請求項３】
上記Ｎ素子の無給電素子の少なくとも１素子にリアクタンス可変素子を設けることにより電気長を可変としたことを特徴とする請求項１記載のマルチビームアンテナ。
【請求項４】
上記給電素子とＮ素子の無給電素子は、スロットアンテナからなることを特徴とする請求項１記載のマルチビームアンテナ。
【請求項５】
上記アンテナ素子列を複数具備することを特徴とする請求項１記載のマルチビームアンテナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００６−６６９９３（Ｐ２００６−６６９９３Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４４０４７（Ｐ２００４−２４４０４７）
【出願日】平成１６年８月２４日（２００４．８．２４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２４日（２００４．８．２４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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