JP2006109372A - 指向性制御マイクロストリップアンテナ - Google Patents
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Abstract
【課題】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。
【解決手段】誘電体の上面に中心に給電点１２を有する放射素子１０と前記誘電体の下面に地板を備え、かつ前記放射素子１０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１３、１４を、前記給電点１２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おいて、前記放射素子１０の長さをＬ、前記接続ピン１３、１４と前記放射素子１０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一方の接続ピンを前記地板と短絡した場合、他方の接続ピンを開放にする。
【選択図】図１
【解決手段】誘電体の上面に中心に給電点１２を有する放射素子１０と前記誘電体の下面に地板を備え、かつ前記放射素子１０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１３、１４を、前記給電点１２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おいて、前記放射素子１０の長さをＬ、前記接続ピン１３、１４と前記放射素子１０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一方の接続ピンを前記地板と短絡した場合、他方の接続ピンを開放にする。
【選択図】図１
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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おいて、前記放射素子の長さを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一方の接続ピンを前記地板と短絡した場合、他方の接続ピンを開放するようにしたことを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記スイッチによって線対称をなす片側の前記接続ピンを前記地板と短絡した場合、線対称をなす他方の側の接続ピンを開放するようにしたことを特徴とする。
また、請求項３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。
また、請求項２に記載の発明は、前記スイッチによって線対称をなす片側の前記接続ピンを前記地板と短絡した場合、線対称をなす他方の側の接続ピンを開放するようにしたことを特徴とする。
また、請求項３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。
また、請求項４に記載の発明は、誘電体の上面に中心に給電点を持つ円形の放射素子と前記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、前記放射素子の直径を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。
また、請求項５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ないし４項のいずれか一項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６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７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６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８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６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、前記給電点に整合回路を接続した請求項１ないし４項のいずれか一項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６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７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６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８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６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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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ｎ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。
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ｎ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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (8)
- 誘電体の上面に中心に給電点を有する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おいて、前記放射素子の長さを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一方の接続ピンを前記地板と短絡した場合、他方の接続ピンを開放するようにしたことを特徴とする指向性制御マイクロストリップアンテナ。
- 前記スイッチによって線対称をなす片側の前記接続ピンを前記地板と短絡した場合、線対称をなす他方の側の接続ピンを開放するようにしたことを特徴とする請求項１記載の指向性制御マイクロストリップアンテナ。
- 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指向性制御マイクロストリップアンテナ。
- 誘電体の上面に中心に給電点を持つ円形の放射素子と前記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、前記放射素子の直径を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指向性制御マイクロストリップアンテナ。
- 前記給電点に整合回路を接続したことを特徴とする請求項１ないし４項のいずれか一項記載の指向性制御マイクロストリップアンテナ。
- 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請求項１ないし５のいずれか一項記載の指向性制御マイクロストリップアンテナ。
- 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ことを特徴とする請求項６記載の指向性制御マイクロストリップアンテナ。
- 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ことを特徴とする請求項６記載の指向性制御マイクロストリップアンテナ。
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