專利名稱：：偏振波切換、指向性可變天線的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及適于在微波、毫米波段的無線通信中，對圓偏振波的旋轉方向、和發(fā)射指向性的最大增益方向進行切換而進行通信，由此進行高品質的無線通信的天線。
背景技術：
：近年來，以室內無線LAN等為代表的室內等封閉空間中的高速大容量通信的需要正在高漲。在室內那樣的封閉空間中，除了天線之間的視距(Line-of-Sight)的直接波以外，還存在由墻壁、天花板等的反射產生的延遲波，成為多徑傳播的環(huán)境。該多徑傳播成為使通信的品質惡化的主要原因。在抑制多徑傳播環(huán)境下的由延遲波引起的通信品質的惡化方面，有使用發(fā)射指向性的最大增益方向能夠切換的天線的方法。這是切換天線的最大增益方向，選擇最佳的狀態(tài)進行發(fā)送接收，由此提高通信品質的方法。另一方面，在抑制多徑傳播環(huán)境下的由延遲波引起的通信品質的惡化方面，有使用圓偏振波天線的方法。所謂圓偏振波，是電場矢量的方向隨時間旋轉而行進的電磁波，在將位置固定而觀看行進方向時，電場矢量向右旋轉的圓偏振波稱為右旋圓偏振波，電場矢量向左旋轉的圓偏振波稱為左旋圓偏振波。通常，難以產生完全的圓偏振波，與相反旋轉的偏振波成分合成，成為橢圓偏振波。該橢圓的長軸與短軸之比稱為軸比，其為表示圓偏振波的特性的指標。可以說，軸比越小，圓偏振波特性越良好。通常的圓偏振波天線的情況下，軸比取3dB以下的值。設計成要發(fā)送接收右旋圓偏振波的天線，不能發(fā)送接收左旋圓偏振波。同樣，設計成要發(fā)送接收左旋圓偏振波的天線，不能發(fā)送接收右旋圓偏振波。一般，入射到墻壁等障礙物的圓偏振波成為相反旋轉的圓偏振波后反射。即，右旋圓偏振波如果反射一次，則成為左旋圓偏振波，進而如果再反射一次，則成為右旋圓偏振波。因此，通過在室內通信中使用圓偏振波，能夠抑制由一次反射引起的多徑成分。作為能夠發(fā)送接收圓偏振波的平面天線，例如己知有非專利文獻1中記載的天線。圖15(a)是表示一般的線偏振波的天線的概略圖，圖15(b)、(c)是表示非專利文獻1中記載的一般的圓偏振波天線的構造的概略圖。為了產生圓偏振波，需要具有正交的偏振面并且相位錯開90°的兩個線偏振波成分，但在通常使用的圖15(a)所示那樣的、相對于通過發(fā)射導體板的重心32和供電點的直線呈線對稱形狀的發(fā)射導體板31中，僅產生電流在上述直線的方向上振動的共振，成為在該振動方向上具有偏振面的線偏振波。為了由上述的線對稱形狀的發(fā)射導體板31產生圓偏振波，需要將上述的共振分離成兩個正交的共振。為了分離上述的共振，例如，可以如圖15(b)、(c)那樣破壞發(fā)射導體板31的構造的對稱性。此時，根據(jù)破壞對稱性的位置的不同，在圖15(b)中激勵左旋圓偏振波，在圖15(c)中激勵右旋圓偏振波。然而，作為膝上型計算機的內置天線和移動設備用的天線，圖15(b)、(c)那樣的圓偏振波天線是不適宜的。在上述那樣的移動體的終端中，終端的位置和方向變化很大，因此，旋轉方向已被固定的圓偏振波天線，當將方向反轉時等不能進行發(fā)送接收。為此，作為移動體終端中的能夠進行高品質、高效率的通信的天線，要求能夠實現(xiàn)圓偏振波的旋轉方向的控制的天線。另外，如果同時實現(xiàn)上述兩個對多徑除去有效的功能、即"切換發(fā)射指向性的最大增益方向的功能"和"切換圓偏振波的旋轉方向的功能"，則能夠進行更高品質、高效率的通信。以往，作為同時實現(xiàn)上述的"切換圓偏振波的旋轉方向"和"切換發(fā)射指向性的最大增益方向"這兩個功能的天線，有將能夠進行圓偏振波的切換的天線作為陣列元件、實現(xiàn)相控陣天線的方法(參照專利文獻1)。圖16(a)是表示在上述專利文獻1中記載的以往的圓偏振波切換型、相控陣天線的1個單元的結構的框圖，圖16(b)是表示圓偏振波切換型、相控陣天線的整體結構的框圖。如圖16(a)所示，以往的圓偏振波切換型、相控陣天線，在天線的每1個單元中，通過外部信號s41、s42的控制，進行圓偏振波的旋轉方向的切換，另夕卜，通過外部信號s43、s44、s45的控制，進行天線的發(fā)射相位的切換。將該1個單元如圖16(b)那樣多元件化，并使用外部控制裝置控制所有的外部信號，由此，同時實現(xiàn)作為相控陣天線整體的圓偏振波的旋轉方向和發(fā)射指向性的最大增益方向的切換。專利文獻1:特開2000—223927號公報專利文獻2:特開平9一307350號公報非專禾U文獻1:RamashGarg等著，"MicrostripAntennaDesignHandbook",ArtechHouse出版，p.493—51
發(fā)明內容然而，上述以往的結構的天線，因為需要多個移相器，結構和控制復雜，需要切換多條供電線，切換元件的插入損失大等問題，所以具有不適宜用作為小型的設備和終端的天線的問題。本發(fā)明用于解決上述以往的問題，其目的是提供在一個移相器都不使用而且供電線單一、不需要切換的結構中，同時實現(xiàn)天線的發(fā)射指向性的最大增益方向的切換、和在最大增益方向中具有良好的軸比特性的圓偏振波的旋轉方向的切換的天線。解決上述問題的本發(fā)明是一種偏振波切換、指向性可變天線，其特征在于具有電介質基板ll;在上述電介質基板11的一個面上形成的接地導體板12;在上述接地導體板內設置的至少一個發(fā)射元件13;向上述發(fā)射元件進行供電的供電部14;在上述電介質基板11的上述接地導體板側設置的至少一個指向性切換元件15;和在上述電介質基板11的上述接地導體板側設置的至少兩個偏振波切換元件16，上述至少一個發(fā)射元件13具有對上述接地導體板呈環(huán)狀進行除去而形成的第一縫隙17a，上述第一縫隙17a，其一周的長度在動作頻率下與一個有效波長對應，相對于通過由上述第一縫隙17a包圍的內部導體的重心21和作為上述供電部14與上述發(fā)射元件13連接的點的供電點22的直線，具有線對稱的形狀，上述至少一個指向性切換元件15具有對上述接地導體板呈環(huán)狀進行除去而形成的第二縫隙17b;和在由上述第二縫隙17b包圍的內部導體20與包圍上述第二縫隙的上述接地導體板之間連接的至少兩個指向性切換開關18，上述第二縫隙17b在與上述第一縫隙17a的共振頻率大致相等的頻率共振，上述第二縫隙17b的一周的長度在動作頻率下與一個有效波長對應，在通過使上述至少兩個指向性切換開關18均導通而將上述第二縫隙高頻地分割成多個縫隙時，以上述至少兩個指向性切換開關18作為兩端的被分割而得到的縫隙的長度小于半個有效波長、或者大于半個有效波長并小于一個有效波長的位置，設置有上述各指向性切換開關18，上述至少兩個偏振波切換元件16分別具有對包圍上述第一縫隙17a的接地導體板以與上述第一縫隙連續(xù)的方式呈線狀進行除去而形成的第三縫隙17C;和以橫斷上述第三縫隙17c的方式與包圍上述第三縫隙17c的上述接地導體板連接的至少一個偏振波切換開關19a19d，在斷開上述偏振波切換開關19a19d時，當將與上述第一縫隙17a結合的上述第三縫隙17c的面積的合計設為As、將上述第一縫隙的縫隙部的面積設為s、將上述第一縫隙的空載Q設為QO時，圓偏振波指標QO(As/s)取得2.2以上4.0以下的值，當將通過上述第一縫隙的重心和上述供電點的直線、與通過上述第一縫隙的重心和上述第三縫隙從上述第一縫隙分支的點的直線之間的角度設為《時，在上述至少兩個偏振波切換元件中，一個第三縫隙被設置成《在大于0°小于90°的范圍、或大于180°小于270°的范圍，在上述至少兩個偏振波切換元件中，其它第三縫隙被設置成《在大于90°小于180°的范圍、或大于270°小于36(T的范圍，上述第二縫隙通過第三縫隙與第一縫隙連續(xù)。根據(jù)上述結構，能夠同時實現(xiàn)最大增益方向的切換、和在最大增益方向中圓偏振波的旋轉方向的切換。另外，進一步優(yōu)選上述圓偏振波指標Q0為2.7以上3.2以下。根據(jù)上述條件，能夠得到更良好的圓偏振波特性。另外，上述指向性切換元件具有的第二縫隙可以與上述至少兩個偏振波切換元件具有的所有的第三縫隙連續(xù)。根據(jù)本結構，能夠使發(fā)射指向性的最大增益方向變化為多個方向。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的偏振波切換、指向性可變天線，雖然是完全不使用移相器的簡易結構，但能夠實現(xiàn)發(fā)射指向性的最大增益方向的切換、和在最大增益方向中具有良好的軸比特性的圓偏振波的旋轉方向的切換。圖1是本發(fā)明的實施方式1的偏振波切換、指向性可變天線的概略圖，(a)是基板第一面的透視圖，(b)是基板第二面的透視圖，(c)是基板A1—A2的剖面圖。圖2是本發(fā)明的實施方式1的偏振波切換、指向性可變天線的立體圖。圖3是本發(fā)明的實施方式1的偏振波切換、指向性可變天線的發(fā)射元件和偏振波切換元件的放大圖。圖4是表示本發(fā)明的實施方式1的偏振波切換、指向性可變天線的圓偏振波指標的軸比依賴性的圖。圖5(a)(c)是表示對本發(fā)明的實施例1的偏振波切換、指向性可變天線中的無供電元件的圓偏振波激勵的情形的圖。圖6是表示本發(fā)明的實施方式1的偏振波切換、指向性可變天線的另一個實施例的圖。圖7(a)(c)是表示本發(fā)明的實施例1的偏振波切換、指向性可變天線的開關的控制的一個例子的圖。圖8(a)(c)是表示本發(fā)明的實施例1的偏振波切換、指向性可變天線的發(fā)射指向性的變化的圖。圖9是表示本發(fā)明的實施例1的偏振波切換、指向性可變天線的圓偏振波的軸比的頻率依賴性的圖。圖10是本發(fā)明的實施方式2的偏振波切換、指向性可變天線的概略圖。圖11(a)(d)是表示本發(fā)明的實施例2的偏振波切換、指向性可變天線的開關的控制的一個例子的圖。圖12(a)(d)是表示本發(fā)明的實施例2的偏振波切換、指向性可變天線的發(fā)射指向性的變化的圖。圖13(a)和(b)是表示本發(fā)明的實施例2的偏振波切換、指向性可變天線的開關的控制的一個例子的圖。圖14(a)和(b)是表示本發(fā)明的實施例2的偏振波切換、指向性可變天線的發(fā)射指向性的變化的圖。圖15(a)(c)是表示一般的直線天線和圓偏振波天線的構造的圖。圖16(a)和(b)是以往的圓偏振波切換型、相控陣天線裝置的概略圖。符號說明11電介質基板12接地導體板13發(fā)射元件14供電部15指向性切換元件16偏振波切換元件17a第一縫隙17b第二縫隙17c第三縫隙18指向性切換開關19a、19b、19c、19d偏振波切換開關20內部導體21內部導體的重心22供電點23分支點24a、24b、24c、24d第二縫隙25a、25b、25c、25d指向性切換開關26a、26b、26c、26d第二偏振波切換開關31發(fā)射導體板32供電點具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。(實施方式1)首先，參照表示本發(fā)明的實施方式1的圖1(a)圖1(c)。圖1(a)是電介質基板11的第一面(以下，稱為表面)的透視圖，圖1(b)是電介質基板11中的與第一面相對的第二面(以下，稱為背面)的透視圖。圖l(c)是圖l(a)的A1—A2線剖面圖。如圖1所示，本實施方式的天線，在電介質基板11的表面上具有接地導體板12。在接地導體板12內，設置有環(huán)狀的第一縫隙17a、環(huán)狀的第二縫隙17b、和線狀的第三縫隙17c?？p隙17b上設置有至少兩個指向性切換開關18，縫隙17c上設置有至少一個偏振波切換開關19a19d。在電介質基板11的背面設置有供電部14。通過指向性切換開關18的控制，能夠實現(xiàn)最大增益方向的切換，通過偏振波切換開關19a19d的控制，能夠實現(xiàn)圓偏振波的旋轉方向的切換。本實施方式的結構是完全不使用移相器的簡易的結構，另外，能夠通過單一的供電線進行動作，因此，能夠避免為了切換多條供電線所需要的切換元件的插入損失。圖2表示本發(fā)明的實施方式1的天線的基板第一面的立體圖。在本實施方式i的天線中，如圖2所示，定義^軸和e軸。以下，在本說明書中，根據(jù)該坐標系表示發(fā)射指向性。在此，詳細說明本發(fā)明的本實施方式1的偏振波切換、指向性可變天線的圓偏振波的切換和發(fā)射指向性的最大增益的切換的原理。(圓偏振波切換)首先，對圓偏振波的切換的原理進行說明。圓偏振波的切換由偏振波切換元件16進行。以下，對偏振波切換元件進行說明。偏振波切換元件16在接地導體板12內形成有至少兩個，分別由線狀的第三縫隙17c和偏振波切換開關19a19d構成。第三縫隙17c通過從環(huán)狀的第一縫隙17a分支而形成，通過控制偏振波切換開關19a19d的導通和斷開，破壞形成發(fā)射元件13的第一縫隙17a的對稱性，將共振分離。圖3表示本發(fā)明的實施方式1的發(fā)射元件13和偏振波切換元件16的放大圖。第三縫隙17c，通過以與環(huán)狀的第一縫隙17a(圖3的斜線部)連續(xù)的方式對接地導體板12呈線狀進行除去而形成。此時，在平面透視圖中，當將通過第一縫隙17a的內部導體的重心21和作為供電部14與發(fā)射元件13連接的點的供電點22這兩個點的直線、與通過內部導體的重心21和第三縫隙17c從第一縫隙17a分支的分支點23這兩個點的直線之間的角度設為纟時，在至少兩個偏振波切換元件16中，一個第三縫隙17c被設置成纟在大于0°小于90°的范圍、或者大于180°小于270°的范圍，在至少兩個偏振波切換元件16中，其它第三縫隙被設置成《在大于90°小于180°的范圍、或者大于270°小于360°的范圍。在第三縫隙17c被設置在g為0。、90°、180°、270°的位置的情況下，發(fā)射元件13的對稱性未被破壞，得不到產生圓偏振波的效果。從而，第三縫隙17c必須被設置在《為0。、90°、180°、270°以外的位置。上述《優(yōu)選為45。、135°、225°、315°。另外，當在至少兩個偏振波切換元件16中，所有的第三縫隙17c僅設置在《大于0。小于90°和大于180°小于270°的相對的兩個范圍內的情況下，即使切換偏振波切換開關19，旋轉方向也為相同的方向，得不到偏振波的切換效果。因而，為了得到偏振波切換的功能，在至少兩個偏振波切換元件16中，一個第三縫隙17c必須被設置成《在大于0。小于90°的范圍、或者大于180。小于270°的范圍，另外，在至少兩個偏振波切換元件16中，其它第三縫隙17c必須被設置《在大于90°小于180°的范圍、或者大于270。小于360°的范圍。此外，在形成發(fā)射元件13的第一縫隙17a相對于通過第一縫隙的內部導體的重心21和供電點22的直線不是線對稱的情況下，即使不設置偏振波切換元件16，發(fā)射元件13的對稱性也已經被破壞。在該情況下，已經成為某一個旋轉方向的圓偏振波(橢圓偏振波)，難以通過設置偏振波切換元件16來切換旋轉方向。因此，需要第一縫隙17a相對于通過內部導體的重心21和供電點22的直線是線對稱的。偏振波切換開關19a19d以橫斷第三縫隙17c的方式，將包圍第三縫隙17c的接地導體板12之間連接。通過使該偏振波切換開關19a19d中的至少一個斷開，能夠產生圓偏振波。此時，通過對斷開的偏振波切換開關19a19d的位置進行切換，能夠實現(xiàn)圓偏振波的旋轉方向的切換。表1表示當在圖1的天線中切換偏振波切換開關19a19d時的本實施方式1的各動作狀態(tài)下的圓偏振波的旋轉方向。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>如表1所示，通過選擇偏振波切換開關19a19d中的任一個并使其導通，能夠切換圓偏振波的旋轉方向。同樣，在選擇偏振波切換開關19a19d中的對角線上的兩個開關(19a和19c、或者19b和19d)的任一組并使其導通的情況下，也能夠切換圓偏振波的旋轉方向。另外，在選擇偏振波切換開關19a19d中的3個并使其導通的情況下，也能夠切換圓偏振波的旋轉方向。此外，在僅使相鄰的兩個開關(例如19a和19b)導通的情況下、以及在使偏振波切換開關全部導通或者全部斷開的情況下，能夠從天線得到線偏振波。在本實施方式1的天線中，由設置在接地導體板12內的第三縫隙17c產生圓偏振波。此時，如果設由第一縫隙17a的縫隙部的面積s(圖3的斜線部)、和當將偏振波切換開關19a19d斷開時與第一縫隙17a結合的第三縫隙17c的面積As(圖3的豎線部)這兩個參數(shù)決定的攝動量為As/s，設發(fā)射元件13的空載Q為Q0，則發(fā)射元件13的圓偏振波的軸比依賴于用攝動量與空載Q的積定義的圓偏振波指標QO(△s/s)。QO是由電介質基板11的介電常數(shù)、發(fā)射元件13的第一縫隙17a的寬度等決定的值，對于QO，以使As成為最佳值的方式決定第三縫隙17c的長度和寬度，由此能夠實現(xiàn)具有良好的軸比的圓偏振波天線。表2是將在本實施方式1的天線中，當使發(fā)射元件13的QO為4.58、5.55、7.62時的相對于圓偏振波指標的圓偏振波的軸比的值匯總的表。[表2]<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>在表2中，通過使電介質基板ll的介電常數(shù)一定、并改變發(fā)射元件13的第一縫隙17a的寬度，使發(fā)射元件13的QO變化為4.58、5.55、7.62。另外，圖4是將表2的發(fā)射元件13的QO為4.58、5.55、7.62時的相對于圓偏振波指標的圓偏振波的軸比的值匯總的圖。在圖4中，橫軸表示圓偏振波指標的值，縱軸表示本實施方式1的天線的圓偏振波的軸比。根據(jù)表2和圖4，在本實施方式l的天線中，如果設計成圓偏振波指標為2.2以上4.0以下的范圍，則在3個條件下都能夠實現(xiàn)軸比為3dB以下。另外，通過將圓偏振波指標設計為2.7以上3.2以下的范圍，軸比成為ldB以下，可得到具有更良好的軸比特性的圓偏振波。此外，即使在至少兩個偏振波切換元件的第三縫隙17c的各縫隙的面積As不同的情況下，如果各個As的值為上述的范圍，則能夠沒有問題地使用。(發(fā)射指向性的最大增益方向的切換)接著，對本實施方式1的天線的最大增益方向的切換原理進行說明。最大增益方向的切換由指向性切換元件15進行。指向性切換元件15由環(huán)狀的第二縫隙17b和指向性切換開關18構成。第二縫隙17b在與發(fā)射元件13的第一縫隙17a的共振頻率大致相等的頻率共振，一周的長度相當于一個有效波長。此時，第二縫隙17b作為無供電的天線元件(以下，稱為無供電元件)起作用。已知通常，無供電元件在無供電元件的共振頻率比被供電的天線元件(以下，稱為供電元件)的共振頻率高的情況下，作為波導器起作用，天線整體的指向性增益傾向于設置有無供電元件的方向，另外，在無供電元件的共振頻率比供電元件的共振頻率低的情況下，作為反射器起作用，天線整體的指向性增益傾向于與設置有無供電元件的方向相反的方向。在本實施方式1中，在作為供電元件的第一縫隙17a的旁邊，配置第二縫隙17b作為無供電元件，使天線的最大增益方向變化。指向性切換開關18以橫斷第二縫隙17b的方式在由第二縫隙17b包圍的內部導體20與包圍第二縫隙17b的接地導體板12之間連接有至少兩個。在指向性切換開關18斷開的情況下，第二縫隙17b顯示出上述的波導器或者反射器的功能。但是，通過使指向性切換開關18導通，第二縫隙17b被分割為兩個以上的縫隙，上述的波導器或者反射器的功能消失。從而，如果控制指向性切換開關18的導通和斷開，則能夠實現(xiàn)切換最大增益方向的功能。但是，指向性切換開關18必須被配置在當使指向性切換開關18導通時、第二縫隙17b不與第一縫隙17a共振的位置。當使指向性切換開關18導通時，以指向性切換開關18作為兩端、被分割而得到的縫隙作為共振器起作用的情況下，該縫隙共振器也顯示出與上述的波導器或者反射器同樣的效果。因此，即使使指向性切換開關18導通、將第二縫隙17b分割，也不能消除波導器或者反射器的效果。例如，當使指向性切換開關18導通時，以指向性切換開關18作為兩端的被分割而得到的縫隙的長度為半個有效波長的情況下，即使將縫隙分割，被分割而得到的縫隙成為半個有效波長的共振器，不能得到通過指向性切換開關18的控制而進行的指向性切換的效果。從而，指向性切換開關18必須被設置在，當指向性切換開關18導通時，以鄰接的兩個指向性切換開關18作為兩端的被分割而得到的第二縫隙17b的長度小于半個有效波長、或者大于半個有效波長并小于一個有效波長的位置。由此，能夠消除使指向性切換開關18導通時的、以指向性切換開關18作為兩端的被分割而得到的縫隙的不優(yōu)選的共振效果。通常，在能發(fā)送接收圓偏振波的發(fā)射元件13中，只要是與發(fā)射元件13共振的無供電元件，則無論什么樣的形狀和大小，都能使天線的最大增益方向變化，而在最大增益方向變化的狀態(tài)下，難以得到良好的軸比特性。這是因為來自無供電元件的發(fā)射電磁波使從發(fā)射元件13發(fā)射的圓偏振波的軸比特性惡化。在本實施方式1中，作為無供電元件，使用具有一個有效波長的長度的環(huán)狀縫隙(第二縫隙17b)。通過使用一個有效波長的環(huán)狀縫隙作為無供電元件，即使在該無供電元件的縫隙中，也能激勵圓偏振波。然而，在如圖5(a)、(b)那樣，作為無供電元件的第二縫隙17b與偏振波切換元件的第三縫隙17c不連續(xù)的情況下，當在作為供電元件的第一縫隙17a中激勵有圓偏振波時，在包圍第一縫隙和第二縫隙的接地導體板12中，如圖中的虛線那樣流過電流。由于該電流，在第二縫隙中激勵具有與第一縫隙相反方向的旋轉方向的圓偏振波。在該狀態(tài)下，天線整體的圓偏振波的軸比特性惡化。在本實施方式1中，如圖5(c)那樣，第二縫隙17b必須與第三縫隙17c連續(xù)。在本結構中，在包圍縫隙的接地導體板中，如圖中的虛線那樣流過電流，能在第二縫隙17b中激勵具有與第一縫隙17a相同旋轉方向的圓偏振波。這樣，在作為供電元件的第一縫隙17a和作為無供電元件的第二縫隙17b兩者中，激勵具有相同旋轉方向的圓偏振波，由此，能夠在保持良好的軸比的狀態(tài)下，進行最大增益方向的切換。另外，當切換了在第一縫隙17a中激勵的圓偏振波的旋轉方向時，在第二縫隙17b中激勵的圓偏振波的旋轉方向也同時切換。如上所述，供電元件和無供電元件的旋轉方向同時切換，由此，能夠在最大增益方向中保持良好的軸比特性的狀態(tài)下，進行圓偏振波的旋轉方向的切換。在本實施方式1中，發(fā)射元件13具有的第一縫隙17a和指向性切換元件16具有的第二縫隙17b,為一周的長度與一個有效波長對應的環(huán)狀縫隙。通常，環(huán)狀縫隙，一周的長度與N個有效波長(N為整數(shù))對應而共振，但在一個有效波長時，發(fā)射指向性的最大增益方向僅朝向0=0°的方向，而在一個以外的N個有效波長的情況下，發(fā)射指向性的最大增益方向朝向多個方向。這樣，在最大增益方向預先朝向多個方向的狀態(tài)下，即使使用無供電元件，也難以使指向性向所希望的方向變化。從而，在本實施方式l中，作為發(fā)射元件13具有的第一縫隙17a和指向性切換元件16具有的第二縫隙17b，使用一周的長度與一個有效波長對應的環(huán)狀縫隙。(其它)以下，簡單地說明其它的結構要素。作為本實施方式1中的電介質基板11，能夠使用通常在高頻電路中使用的基板。例如，可以考慮氧化鋁陶瓷等無機材料、特富龍(Teflon)(注冊商標)、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺等樹脂類材料。這些材料可以根據(jù)使用的頻率、用途、基板的厚度、大小等而適當選擇。另外，接地導體板12是良導電性的金屬的圖案，作為其材料，例如能夠舉出銅、鋁等。在本實施方式l中，接地導體板12的大小沒有特別規(guī)定，但在接地導體板12的端部接近指向性切換元件15的第二縫隙17b的情況下，在包圍第二縫隙17b的接地導體板中難以流過電流，從而難以得到指向性切換的效果。為了防止這一點，可以將第二縫隙17b與接地導體板12的端部之間的距離分開到與縫隙寬度相同的程度或其以上。在本實施方式1的圖1中，作為供電部14使用微帶供電，但只要是同軸供電等向縫隙供電的通常方法，就能夠使用。作為本實施方式1中的指向性切換開關18和偏振波切換開關19a19d，可以使用通常在高頻區(qū)域中使用的PIN二極管或FET(FieldEffectTransistor:場效應晶體管)、MEMS(MicroElectro-MechanicalSystem:微電子機械系統(tǒng))開關等。此外，在本實施方式l中，作為發(fā)射元件13的第一縫隙17a使用正方形的縫隙，作為第二縫隙17b使用正方形的縫隙，但如圖6所示，只要是環(huán)狀，則即使是除此以外的形狀的縫隙也可得到同樣的效果。另外，在本實施方式1中，表示了在一個軸上的最大增益方向的切換，但如果根據(jù)要改變的方向的數(shù)量，將指向性切換元件的數(shù)量增加到N個(N為自然數(shù))，則能夠進行N個最大增益方向的切換。(實施例1)以下，表示本發(fā)明的實施例1。本實施例1的天線具有圖1(a)(c)所示的結構，將第一縫隙部的放大圖示于圖3。表3表示本實施例1的各結構要素。[表3]電介質基板11介電常數(shù)2.08、大小130.0X130.0X3.2mm第一縫隙17a正方形、一邊的長度L1:25.0mm、縫隙的寬度wl:2.0mm第二縫隙17b正方形、一邊的長度L2:22.0mm、縫隙的寬度w2:3.0mm第三縫隙17c一邊的長度L3:10.0mm、縫隙的寬度w3:4.0mm此時，發(fā)射元件13的Q0通過計算求出為5.55，圓偏振波指標成為大約3.1。另外，在本實施例l中，使指向性切換元件作為波導器起作用。圖7(a)、(b)、(c)是表示對最大增益方向和圓偏振波的旋轉方向進行切換時的、指向性切換開關18和偏振波切換開關19a19d的控制的一個例子的圖。在圖7(a)、(b)、(c)中，涂黑的開關表示導通的狀態(tài)，沒有涂黑的開關表示斷開的狀態(tài)。即，圖7(a)表示，圖1中的指向性切換開關18和偏振波切換開關19b、19c、19d導通，偏振波切換開關19a斷開。圖8(a)、(b)、(c)分別表示當控制指向性切換開關18和偏振波切換開關19a19d時的、本實施例1的天線在頻率2.5GHz下的發(fā)射指向性。圖8(a)、(b)、(c)分別與圖7(a)、(b)、(c)對應，表示0=—135°面中的指向性增益的e依賴性。另外，圖中的〈A〉表示發(fā)射指向性的最大增益方向。如在圖8(a)、(b)中用〈A〉表示的那樣，在偏振波切換開關19a斷開、19b、19c、19d導通的狀態(tài)下，通過控制指向性切換開關18，在0=—135°面中，在將天線的圓偏振波的旋轉方向保持為右旋圓偏振波的狀態(tài)下，能夠將發(fā)射指向性的最大增益方向在(a)中切換為0°的方向、在(b)中切換為+20°的方向。另外，如在圖8(b)、(c)中用〈A〉表示的那樣，通過將指向性切換開關18固定、并如圖7(b)和(c)那樣控制偏振波切換開關19a19d，在使最大增益方向傾斜為+20°的狀態(tài)下，能夠將圓偏振波的旋轉方向切換為(b)右旋、(c)左旋。此時，在圖8(a)、(b)、(c)的所有條件下，能夠達到最大增益方向下的軸比為3dB以下。圖9表示控制指向性切換開關18時的、本實施方式1的天線的、發(fā)射指向性的最大增益方向的圓偏振波的軸比的頻率依賴性。另外，表4是將圖9的發(fā)射指向性的最大增益方向的圓偏振波的軸比的頻率依賴性匯總的表。頻率[GHz]2.352,402.442.462.482.502.522.542.562,58軸比(a)[dB]3.801.780.320.691.442.212.993.784.565.35軸比(b)[dB]4.122.861,721.120.560.430.991.682.403.17表4的軸比(a)、軸比(b)以及圖9中的(a)、(b)分別與圖7的(a)、(b)的狀態(tài)相對應。根據(jù)圖9和表4，當在圓偏振波中切換發(fā)射指向性的最大增益方向時，能夠在頻率2.402.52GHz、相對頻帶寬度4.88%的非常寬的頻帶寬度內達到軸比3dB以下。表5是將切換本實施例1中的指向性切換開關18和偏振波切換開關19a19d時的圓偏振波的旋轉方向和最大增益方向匯總的表。<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>如表5所示，通過控制指向性切換開關18和偏振波切換開關19a19d，能夠同時進行圓偏振波的旋轉方向的切換、和最大增益方向向多個方向的切換。從而，通過采用以上那樣的結構，能夠實現(xiàn)能夠切換最大增益方向、和在最大增益方向下切換圓偏振波的旋轉方向的天線。(實施方式2)以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式2的偏振波切換、指向性可變天線進行說明。圖10是本發(fā)明的實施方式2的基板第一面(表面)的透視圖。用虛線描繪的部分表示形成在基板第二面(背面)。此外，關于與實施方式l相同的部分，省略詳細的說明。在本實施方式2的偏振波切換、指向性可變天線中，在偏振波切換元件16的所有的第三縫隙17c的不與第一縫隙17a連續(xù)的端部，連接有指向性切換元件15的第二縫隙24a24d。另外，以橫斷第三縫隙17c的方式，在與第二縫隙24a24d鄰接的位置，連接有第二偏振波切換開關26a26d。在本實施方式2中，發(fā)射元件13和偏振波切換元件16應該滿足的條件，與在實施方式1中敘述的條件相同。此時，與實施方式1同樣，通過控制偏振波切換開關19a19d，能夠切換圓偏振波的旋轉方向。在本實施方式2中，指向性切換元件15由環(huán)狀的第二縫隙24a24d和指向性切換開關25a25d構成。指向性切換元件15的第二縫隙24a24d和指向性切換開關25a25d應該滿足的條件，與在實施方式l中敘述的條件相同。與實施方式l同樣，通過指向性切換開關25a25d的控制，能夠將最大增益方向向指向性切換元件15存在的方向切換。在本實施方式2的天線中，在橫斷第三縫隙17c并與第二縫隙24a24d鄰接的位置，連接有第二偏振波切換開關26a26d。通過設置上述第二偏振波切換開關26a26d，能夠將偏振波切換元件16和指向性切換元件15分離，能夠使偏振波切換元件16和指向性切換元件15的效果更明確。但是，如在實施方式1的圖5(b)中表示的那樣，在指向性切換開關25a25d斷開的狀態(tài)下，當?shù)诙癫ㄇ袚Q開關26a26d被切斷時，在第一縫隙17a和第二縫隙24a24d中激勵具有相反的旋轉方向的圓偏振波，使本實施例2的天線整體的軸比惡化。從而，如圖5(c)那樣，在指向性切換元件15的指向性切換開關25a25d斷開的狀態(tài)下，第二偏振波切換開關26a26d也必須斷開。此外，與實施方式l同樣，作為指向性切換元件15和偏振波切換元件16，也能采用使用正方形以外的形狀的縫隙的結構。另外，在本實施方式2中，在四個方向配置有第二縫隙24a24d，但如果偏振波切換元件16的第三縫隙17c在《為0。、90°、180°、270°以外的位置，則能夠配置多條。從而，只要能夠不重復地設置第二縫隙24a24d，就能夠將最大增益方向切換為任何方向。(實施例2)以下，表示本發(fā)明的實施例2。圖10表示本實施例2的天線的基板第一面的透視圖。電介質基板11和接地導體板12與實施例1同樣。第一縫隙17a的一邊的長度Ll是23.0mm，寬度wl是2.0mm。另夕卜，第二縫隙24a24d的一邊的長度L2是23.0mm，寬度w2是2.0mm，另外，第三縫隙17c的長度L3是10.0mm，寬度w3是2.0mm。此時，圓偏振波指標是3.4。另外，與實施例l同樣，使指向性切換元件作為波導器起作用。圖11(a)、(b)、(c)、(d)是表示使最大增益方向變化時的指向性切換開關25a25d、偏振波切換開關19a19d以及第二偏振波切換開關26a26d的控制的一個例子的圖。與實施例1同樣，在圖ll(a)(d)中，涂黑的開關表示導通，沒有涂黑的開關表示斷開。圖12(a)、(b)、(c)、(d)表示本實施例2的天線的發(fā)射指向性。圖12(a)、(b)、(c)、(d)分別與圖11(a)、(b)、(c)、(d)的狀態(tài)對應。另外，圖12(a)、(b)表示0=—135°面中的指向性增益的e依賴性，圖12(c)、(d)表示0=—45°面中的指向性增益的e依賴性。如在圖12(a)、(b)中用〈B〉表示的那樣，通過如圖11(a)和(b)那樣控制指向性切換開關25a25d、偏振波切換開關19a19d以及第二偏振波切換開關26a26d，在0=—135°的面中，能夠將天線的左旋圓偏振波成分的最大增益方向在(a)中切換為0=+20°、在(b)中切換為0=—20°。同樣，如在圖12(c)、(d)中用〈B〉表示的那樣，通過如圖11(c)和(d)那樣控制指向性切換開關25a25d、偏振波切換開關19a19d以及第二偏振波切換開關26a26d，在0=—45°面中，能夠將最大增益方向在(c)中切換為0=+20°、在(d)中切換為0=—20°。此時，在圖12(a)、(b)、(c)、(d)的所有狀態(tài)下，能夠實現(xiàn)最大增益方向的軸比為3dB以下。圖13(a)、(b)表示偏振波切換開關19a19d的控制的一個例子。圖14(a)、(b)分別表示圖13(a)、(b)所示的天線在0=—135°面中的指向性增益的0依賴性。如在圖14(a)、(b)中用<0表示的那樣，通過切換偏振波切換開關19a19d的導通和斷開，能夠不改變發(fā)射指向性的最大增益方向，而將圓偏振波的旋轉方向從左旋切換成右旋。表6是將切換本實施例2中的指向性切換開關25a25d和偏振波切換開關19a19d時的各動作狀態(tài)下的圓偏振波的旋轉方向和最大增益方向匯總的表。<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>如表6所示，通過控制指向性切換幵關25a25d、偏振波切換開關19a19d，能夠進行圓偏振波的旋轉方向的切換、和最大增益方向向多個方向的切換。從而，通過采用以上那樣的結構，能夠實現(xiàn)能夠將最大增益方向向多個方向切換、同時在最大增益方向中切換圓偏振波的旋轉方向的天線。產業(yè)上的可利用性本發(fā)明的偏振波切換、指向性可變天線，雖然是不需要多個移相器和供電線的切換的簡易結構，但具有能夠同時實現(xiàn)圓偏振波的旋轉方向的切換和發(fā)射指向性的最大增益方向切換的特征，作為在移動體終端等中使用的天線是有用的。另外，作為當前以圓偏振波進行發(fā)送接收的衛(wèi)星廣播用的小型接收天線、ETC用的車載天線、需要應對圓偏振波和線偏振波兩種偏振波的SDARS(SatelliteDigitalAudioRadioSystem:衛(wèi)星數(shù)字音頻無線系統(tǒng))的天線也是有用的。另外，作為無線電力傳輸使用的天線也是有用的。權利要求1.一種偏振波切換、指向性可變天線，其特征在于具有電介質基板；在所述電介質基板的一個面上形成的接地導體板；在所述接地導體板內設置的至少一個發(fā)射元件；向所述發(fā)射元件進行供電的供電部；在所述電介質基板的所述接地導體板側設置的至少一個指向性切換元件；和在所述電介質基板的所述接地導體板側設置的至少兩個偏振波切換元件，所述至少一個發(fā)射元件具有對所述接地導體板呈環(huán)狀進行除去而形成的第一縫隙，所述第一縫隙，其一周的長度在動作頻率下與一個有效波長對應，相對于通過由所述第一縫隙包圍的內部導體的重心和作為所述供電部與所述發(fā)射元件連接的點的供電點的直線，具有線對稱的形狀，所述至少一個指向性切換元件具有對所述接地導體板呈環(huán)狀進行除去而形成的第二縫隙；和在由所述第二縫隙包圍的內部導體與包圍所述第二縫隙的所述接地導體板之間連接的至少兩個指向性切換開關，所述第二縫隙在與所述第一縫隙的共振頻率大致相等的頻率共振，所述第二縫隙的一周的長度在動作頻率下與一個有效波長對應，在通過使所述至少兩個指向性切換開關均導通而將所述第二縫隙高頻地分割成多個縫隙時，以所述至少兩個指向性切換開關作為兩端的被分割而得到的縫隙的長度小于半個有效波長、或者大于半個有效波長并小于一個有效波長的位置，設置有所述各指向性切換開關，所述至少兩個偏振波切換元件分別具有對包圍所述第一縫隙的接地導體板以與所述第一縫隙連續(xù)的方式呈線狀進行除去而形成的第三縫隙；和以橫斷所述第三縫隙的方式連接在包圍所述第三縫隙的所述接地導體板之間的至少一個偏振波切換開關，在斷開所述偏振波切換開關時，當將與所述第一縫隙結合的所述第三縫隙的面積的合計設為Δs、將所述第一縫隙的縫隙部的面積設為s、將所述第一縫隙的空載Q設為Q0時，圓偏振波指標Q0(Δs/s)取得2.2以上4.0以下的值，當將通過所述第一縫隙的內部導體的重心和所述供電點的直線、與通過所述第一縫隙的內部導體的重心和所述第三縫隙從所述第一縫隙分支的分支點的直線之間的角度設為ξ時，在所述至少兩個偏振波切換元件中，一個第三縫隙被設置成ξ在大于0°小于90°的范圍、或大于180°小于270°的范圍，在所述至少兩個偏振波切換元件中，其它第三縫隙被設置成ξ在大于90°小于180°的范圍、或大于270°小于360°的范圍，所述第二縫隙通過第三縫隙與第一縫隙連續(xù)。2.根據(jù)權利要求1所述的偏振波切換、指向性可變天線，其特征在于所述圓偏振波指標Q0為2.7以上3.2以下。3.根據(jù)權利要求1所述的偏振波切換、指向性可變天線，其特征在于所述指向性切換元件具有的第二縫隙與所述至少兩個偏振波切換元件具有的所有的第三縫隙連續(xù)。全文摘要本發(fā)明提供一種偏振波切換、指向性可變天線。在電介質基板(11)的面上具有接地導體板(12)，在電介質基板(11)的接地導體板(12)側設置有發(fā)射元件(13)、指向性切換元件(15)和偏振波切換元件(16)，發(fā)射元件(13)是對接地導體板(12)呈環(huán)狀進行除去而形成的第一縫隙(17a)，指向性切換元件(15)具有對接地導體板(12)呈環(huán)狀進行除去而形成的第二縫隙(17b)和指向性切換開關(18)，偏振波切換元件(16)具有對接地導體板(12)呈線狀進行除去而形成的第三縫隙(17c)和偏振波切換開關(19a～19d)，通過指向性切換開關(18)的控制，能夠實現(xiàn)天線的發(fā)射指向性的最大增益方向的切換，通過偏振波切換開關(19a～19d)的控制，能夠實現(xiàn)從天線發(fā)射的圓偏振波的旋轉方向的切換。文檔編號H01Q3/24GK101356686SQ20078000128公開日2009年1月28日申請日期2007年10月10日優(yōu)先權日2006年11月10日發(fā)明者松下明生,藤島丈泰申請人:松下電器產業(yè)株式會社