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：
：本發明涉及一種在微波和毫米波帶的無線通信中，通過切換圓偏振波的旋轉方向以及發射指向性的最大增益方向而進行通信從而進行高品質無線通信的天線。
背景技術：
：近幾年，以室內無線LAN等為代表的在室內等密閉空間中的高速大容量通信的需要日益增強。在室內這樣的密閉空間中，除了天線間的可視距離(Lineofsight)的直接波之外，還存在因墻壁或天花板等的反射而產生的延遲波，于是就變成多路徑傳播的環境。該多路徑傳播就是導致通信質量劣化的主要原因。為了在多路徑傳播環境下抑制因延遲波導致的通信質量劣化，有一種方法是使用能夠切換發射指向性的最大增益方向的天線。它是一種通過切換天線的最大增益方向，選擇最佳狀態來收發信號，從而提高通信質量的方法。另一方面，為了在多路徑傳播環境下抑制因延遲波導致的通信質量的劣化，有一種方法是使用圓偏振波天線。圓偏振波是指，隨著時間的改變電場矢量的方向旋轉并前行的電磁波，在固定場所觀察其前行方向時，將電場矢量向右旋轉的圓偏振波稱為右旋圓偏振波，將向左旋轉的圓偏振波稱之為左旋圓偏振波。通常情況下，很難產生完全的圓偏振波，與反旋轉的偏振波成分合成而變成橢圓偏振波。該橢圓的長軸和短軸之比稱作軸比，是表示圓偏振波特性的指標。能夠說軸比越小圓偏振波特性越好。在使用通常的圓偏振波天線的情況下，軸比為3dB以下的值。以收發右旋圓偏振波的方式設計的天線不能收發左旋圓偏振波。同樣，以收發左旋圓偏振波的方式設計的天線不能收發右旋圓偏振波。一般情況下，向墻壁等障礙物入射的圓偏振波變成反旋轉的圓偏振波4并反射。即，如果右旋圓偏振波反射一次，就變成左旋圓偏振波，進一步再反射一次就變成右旋圓偏振波。因此，在室內通信中通過使用圓偏振波，能夠抑制一次反射所產生的多路徑成分。作為能夠收發圓偏振波的平面天線，例如已知有非專利文獻1所記載的方式。圖17(a)是表示一般的直線偏振波天線的結構的概略圖，圖17(b)(c)是表示非專利文獻1所記載的一般的圓偏振波天線的結構的概略圖。為了產生圓偏振波，需要具有正交的偏振波面，并且相位偏移90。的兩個直線偏振波成分，但是，在通常使用的圖17(a)那樣的、在以通過發射導體板的重心32和供電點的直線呈線對稱形狀的發射導體板31中，在上述直線的方向上僅產生電流振動的共振，并且變成在振動方向上具有偏振面的直線偏振波。為了從上述呈線對稱形狀的發射導體板31產生圓偏振波，必須將上述共振分離成兩個正交的共振。為了分離上述共振，如圖17(b)(c)所示，只要破壞發射導體板31的結構的對稱性即可。此時，根據破壞對稱性的位置，在圖17(b)中左旋圓偏振波被激勵，在圖17(c)中右旋圓偏振波被激勵。但是，作為便攜式電腦(laptop)的內置天線和移動設備用的天線，圖17(b)(c)所示的圓偏振波天線并不適合。在上述這樣的移動設備的終端中，由于終端位置和方向變化較大，因此，如果使用旋轉方向固定的圓偏振波天線，那么，在反轉方向等的時候就無法收發信號。因此，作為能夠實現移動設備終端的高品質、高效率的通信的天線，需要一種能控制圓偏振波的旋轉方向的天線。另外，如果能夠同時實現對上述兩個多路徑消除有效的功能，即"發射指向性的最大增益方向的切換功能"和"圓偏振波的旋轉方向的切換功能"，那么就能進行更高品質、高效率的通信。現在，作為能夠同時實現上述兩種功能即"圓偏振波的旋轉方向的切換功能"和"發射指向性的最大增益方向的切換功能"的天線，有將能夠切換圓偏振波的天線作為陣列元件，從而實現相控陣天線的情況(參照專利文獻1)。圖18(a)是表示前述專利文獻1中所記載的現有的圓偏振波切換式相控陣天線的一個單元的結構的框圖。圖18(b)是表示圓偏振波切換式相控陣天線的整體結構的框圖。如圖18(a)所示，在現有的圓偏振波切換式相控陣天線中，在滅線的每l個單元中，通過控制外部信號s41、s42來切換圓偏振波的旋轉方向，另外，通過控制外部信號s43、s44、s45來切換天線的發射相位。如圖18(b)所示，將該一個單元多元件化，使用外部控制裝置來控制所有的外部信號，由此，同時實現了整個相控陣天線的圓偏振波的旋轉方向和發射指向性的最大增益方向的切換。專利文獻1:日本專利特開2000-223927號公報專利文獻2:日本專利特開平9-307350號公報專利文獻3:日本專利特開2004-304226號公報非專禾U文獻1:RamashGarg等著"MicrostripAntennaDesignHandbook"，ArtechHouse第493-515頁
發明內容但是，在前述現有構造的天線中，因為需要多個移相器所以結構、控制復雜，以及因為需要切換多個饋電線所以元件的插入損失大，由于有這樣的問題，所以具有不適合用作小型儀器或終端的天線這樣的問題。本發明用來解決前述現有的課題，其目的在于，提供一種天線，它在一個移相器也不使用并且饋電線單一而不需要進行切換的結構中，同時實現天線的發射指向性的最大增益方向的切換，和在最大增益方向上具有軸比在3dB以下的良好特性的圓偏振波的旋轉方向的切換。解決上述問題的本發明是一種偏振波切換-指向性可變天線，它具有具有相對的兩個面的電介質基板11;在前述電介質基板的一個面上形成的發射導體板12;設置在前述發射導體板上的供電點；在前述電介質基板的另一面上形成的接地導體板14;在前述電介質基板的前述接地導體板一側設置的至少一個指向性切換元件15;和在前述電介質基板的前述接地導體板一側設置的至少兩個偏振波切換元件16。前述發射導體板相對于通過前述發射導體板的重心與前述供電點13的直線呈線對稱的形狀，前述至少一個指向性切換元件15具有對前述接地導體板14進行環狀除去而形成的第一縫隙20a、以及在被前述第一縫隙20a包圍的內部導體19和包圍前述第-縫隙20a的前述接地導體板14之間連接的至少兩個指向性切換開關17。前述第一縫隙20a在與前述發射導體板12的共振頻率大概相等的頻率下共振，前述第一縫隙20a—周的長度在動作頻率下與一個有效波長對應。通過使前述至少兩個指向性切換開關17全部導通，在高頻條件下將前述第一縫隙20a分割成多個縫隙時，在以前述至少兩個指向性切換開關17作為兩端而被分割的縫隙的長度不足半個有效波長、或者比半個有效波長大但不足一個有效波長的位置，設置有前述各個指向性切換開關17。前述至少兩個偏振波切換元件16分別具有對前述接地導體板14進行環狀除去而形成的第二縫隙20b、20c，以及在被前述第二縫隙20b、20c包圍的內部導體19和包圍前述第二縫隙20b的前述接地導體板14之間連接的至少一個偏振波切換開關18。前述各個第二縫隙20b、20c的一部分設置在與前述發射導體板12重合的位置，當令被一個前述第二縫隙20b、20c包圍的區域和前述發射導體板12重合的部分的面積為As，前述發射導體板12的面積為s，前述發射導體板12的無負載Q為Q0時，圓偏振波指標QOAs/s為0.8以上、1.6以下的值。當令通過前述發射導體板12的重心24和前述供電點的直線、與通過前述發射導體板的重心24和前述第二縫隙的重心25的直線之間的角度為5時，前述至少兩個偏振波切換元件中的一個的第二縫隙20b設置在5比0。大、比90°小的范圍或者比18(T大、比270°小的范圍中的任意一個，前述至少兩個偏振波切換元件中的另一個的第二縫隙20c設置在S比90。大、比180°小的范圍或者比270°大、比360°小的范圍中的任意一個。通過采用上述這種結構，就能夠同時實現最大增益方向的切換、和在最大增益方向上的圓偏振波的旋轉方向的切換。前述圓偏振波指標優選為1.1以上、1.3以下。根據上述條件，能夠獲得更好的圓偏振波特性。構成前述偏振波切換元件的第二縫隙20b、20c兼作構成前述指向性切換元件的第一縫隙20a，并且前述偏振波切換開關18和前述指向性切換開關17兩方均設置在前述第二縫隙20b、20c中，由此，前述偏振波切換元件16也可具有偏振波切換功能和指向性切換功能這兩種功能。根據本結構，不僅能夠實現一種兼用指向性切換元件和偏振波切換元件的元件，而且能夠更有效地向多個方向切換最大增益方向。發明的效果根據本發明的偏振波切換-指向性可變天線，采用完全不使用移相器的簡單構造，并且在饋電線單一、能夠避免為了切換多個饋電線而需要的切換元件的插入損失的結構中，能夠同時實現發射指向性的最大增益方向的切換、以及在最大增益方向上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)是沿著基板A1-A2線的截面圖。圖2是本發明的實施方式1的偏振波切換-指向性可變天線的立體圖。圖3是本發明的實施方式1的偏振波切換-指向性可變天線的縫隙部的放大圖。圖4是表示本發明的實施方式1的偏振波切換-指向性可變天線的圓偏振波指標與軸比的關系的示意圖。圖5(a)(c)是表示本發明的實施方式1的偏振波切換-指向性可變天線的指向性切換開關的不好的配置例的圖。圖6是表示本發明的實施方式1的偏振波切換-指向性可變天線的發射指向性變化的圖。圖7(a)(c)是表示本發明的實施方式1的偏振波切換-指向性可變天線的其它實施例的圖。圖8(a)(d)是表示本發明的實施例1的偏振波切換-指向性可變天線的開關的控制的一個示例的圖。圖9(a)(d)是表示本發明的實施例1的偏振波切換-指向性可變天線的發射指向性的變化的圖。圖10(a)和(b)是表示本發明的實施方式1的偏振波切換-指向性可變天線的開關的控制的一個示例以及發射指向性變化的圖。圖11(a)和(b)是表示本發明的實施例1的偏振波切換-指向性可變天線的開關的控制的一個示例的圖。圖12(a)和(b)是表示本發明的實施例1的偏振波切換-指向性可變天線的發射指向性和圓偏振波旋轉方向的切換的圖。圖13是本發明的實施方式2的偏振波切換-指向性可變天線的概略圖。圖14(a)和(b)是表示本發明的實施方式2的偏振波切換-指向性可變天線的其它的實施例的圖。圖15是本發明的實施例2的偏振波切換-指向性可變天線的放大圖。圖16(a)(c)是表示本發明的實施例2的偏振波切換-指向性可變天線的發射指向性和偏振波成分的變化的圖。圖17(a)(c)是表示一般的直線天線和圓偏振波天線的結構的圖。圖18(a)和(b)是現有的圓偏振波切換式相控陣天線(PhasedArrayAntenna)的概略圖。符號說明11電介質基板12發射導體板13供電點14接地導體板15指向性切換元件16偏振波切換元件17指向性切換開關18a、18b偏振波切換開關19內部導體20a、20b縫隙21a、21b、21c、21d縫隙922a、22b、22c、22d指向性切換開關23a、23b、23c、23d偏振波切換開關24發射導體板的重心25縫隙的重心31發射導體板32供電點具體實施方式以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。(實施方式l)首先，參照表示本發明的實施方式1的圖1(a)至圖1(c)。圖1(a)是電介質基板11的第一面的透視圖，圖1(b)是與電介質基板11的第一面相對的第二面的透視圖。圖1(c)是圖1(a)的A1-A2線截面圖。在實施方式1中，偏振波切換元件16具有偏振波切換功能和指向性切換功能這兩種功能。即，偏振波切換元件16兼作指向性轉換元件15。如圖1所示，本實施方式的天線在電介質基板11的第一面上具有發射導體板12,在相對的第二面上具有接地導體板14。在第二面的接地導體板14內設置有縫隙21a21d。縫隙21a21d中分別設置有至少兩個指向性切換開關22a22d和至少一個偏振波切換開關23a23d。通過控制指向性切換開關22a22d能夠實現最大增益方向的切換，通過控制偏振波切換開關23a23d能夠實現圓偏振波的旋轉方向的切換。由于本實施方式的結構是完全不使用移相器的簡單結構，并且通過單一的饋電線就能夠動作，因此，能夠避免為了切換多個饋電線而需要的切換元件的插入損失。圖2表示本發明的實施方式1的天線的基板第1面的立體圖。在本實施方式l的天線中，如圖2所示定義0軸和G軸。以下，在本說明書中根據該坐標系表示發射指向性。在此，詳細說明本實施方式1的偏振波切換-指向性可變天線的圓偏振波切換與發射指向性的最大增益切換的原理。(圓偏振波切換)首先，對圓偏振波的切換的原理進行闡述。圓偏振波的切換通過偏振波切換元件來進行。以下，對偏振波切換元件進行闡述。偏振波切換元件在接地導體板14內至少形成有兩個，并且分別由環狀的縫隙2la21d和至少一個偏振波切換開關23a23d構成。在本實施方式1中，將縫隙21a21d設置在與發射導體板12重合的位置，通過控制偏振波切換開關23a23d的導通與切斷，來破壞發射導體板12的對稱性，并分離共振。圖3表示本發明的實施方式1的縫隙部的放大圖。縫隙21a21d通過對接地導體板14進行環狀除去而形成。當令通過發射導體板的重心24和供電點的直線與通過發射導體板的重心24和縫隙的重心25的直線之間的角度為^時，縫隙21a21d設置在5比0°大、比90°小的范圍或者比180。大、比270°小的范圍中的任意一個，或者設置在5比90°大、比180°小的范圍或者比270。大、比360°小的范圍中的任意一個。當縫隙21a21d設置在；為0。、90°、180°、270°的位置時，發射導體板12的對稱性未被破壞，不能獲得產生圓偏振波的效果。因此，必須將縫隙21a21d設置在5為0°、90°、180°、270°以外的位置。并且，上述5優選為45。、135°、225°、315°。另外，當所有的縫隙21a21d僅設置在5比0°大、比90°小的范圍和比180°大、比270°小的兩個相對的范圍內時，即使切換偏振波切換開關23a23d，旋轉方向也變為相同的方向，不能得到偏振波的切換效果。因此，為了獲得偏振波切換的功能，縫隙21a21d中的至少一個必須設置在5比0。大、比90°小的范圍或者比180。大、比270°小的范圍中的任意一個范圍，至少另一個必須設置在〖比90°大、比180°小的范圍或者比270°大、比360°小的范圍中的任意一個范圍。另外，在圖1中，很明顯，對于縫隙21，在5比0。大、比90°小的范圍，在《比90°大、比180°小的范圍，在5比180°大、比270°小的范圍，在^比27(T大、比360°小的范圍分別各設置有一個。其中，發射導體板12在不以通過反射導體板的重心24和供電點的直線呈線對稱的情況下，即使不設置偏振波切換元件，反射導體板的對稱性也已經破壞。在這種情況下，已經變為某一個旋轉方向的圓偏振波(橢圓偏振波)，很難通過設置偏振波切換元件來切換旋轉方向。因此，發射導體板12必須以通過發射導體板的重心24和供電點的直線呈線對稱。偏振波切換開關23a23d、以穿過縫隙21a21d的方式連接在被縫隙21a21d包圍的內部導體19與包圍縫隙21a21d的接地導體板14之間。通過使該偏振波切換開關23a23d中的至少一個導通，能夠發生圓偏振波。這時，通過切換使之導通的偏振波切換開關23a23d的位置，能夠實現圓偏振波的旋轉方向的切換。表1表示，在圖1的天線中，切換偏振波切換開關23a23d時的本實施方式1的各個動作狀態下的圓偏振波的旋轉方向。(表1)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>如表1所示，選擇偏振波切換開關23a23d中的任意一個并使其導通，由此就能夠切換圓偏振波的旋轉方向。同樣，選擇偏振波切換開關23a23d中的位于對角線上的兩個開關(23a和23c、或者23b和23d)的任意一組并使其導通，也能切換圓偏振波的旋轉方向。而且，選擇偏振波切換開關23a23d中的三個并使其導通，也能切換圓偏振波的旋轉方向。其中，在僅導通相鄰的兩個開關(例如23a和23b)的情況下，以及在將偏振波切換開關全部導通或者全部開放的情況下，能過從天線獲得直線偏振波。圓偏振波激振條件QO(As/s)(圖4)在本實施方式1的天線中，利用設置在基板第二面的接地導體板14內的縫隙21a21d產生圓偏振波。此時，如果令由發射導體板2的面積s，與發射導體板12和被縫隙2a21d圍成的區域重合的部分的面積As(圖3的斜線部分)這兩個參數所決定的擾動量(摂動量)為As/s、發射導體板12的無負載Q為QO，發射導體板2的圓偏振波的軸比就依存于由擾動量與無負載Q的積所定義的"圓偏振波指標"，即QO(As/s)。QO是由電介質基板11的厚度、介電常數等所決定的值，對于QO，以使As變為最佳值的方式配置縫隙21a21d，就能夠實現具有良好軸比的圓偏振波天線。圖4表示在本實施方式1的天線中，改變發射導體板12的QO時圓偏振波的軸比與圓偏振波指標的依存關系。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。此處，令電介質基板11的介電常數為2.08保持一定，通過改變電介質基板ll的厚度，使發射導體板的Q0變化為29.8、22.8、18.3。由圖4可知，在本實施方式1的天線中，如果以使圓偏振波指標變為0.8以上、1.6以下的范圍的方式進行設計，那么，在三個條件下軸比均能達到3dB以下。另外，通過以使圓偏振波指標變為1.1以上、1.3以下的范圍的方式進行設計，軸比變為ldB以下，能夠獲得具有更好軸比特性的圓偏振波。并且，在縫隙21a21d的各個縫隙中，即使在As相異的情況下，只要各個As的值在上述范圍之內就能夠毫無問題地使用。(發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通過指向性切換元件而進行。指向性切換元件由環狀的縫隙21a21d和指向性切換元件開關22a22d組成。環狀的縫隙21a21d在與發射導體板12的共振頻率大概相等的頻率下共振，其周長相當于一個有效波長。此時，縫隙21a21d作為無源的天線元件(以下稱為無源元件)而發揮作用。通常，已知，在無源元件的共振頻率比有源的天線元件(以下稱有源元件)的共振頻率高的情況下，無源元件作為波導器發揮作用，天線全體的指向性增13益向設置有無源元件的方向傾斜，而在無源元件的共振頻率比有源元件的共振頻率低的情況下，無源元件作為反射器發揮作用，天線全體的指向性增益向與設置有無源元件的方向相反的方向傾斜。在本實施方式1中，在作為有源元件的發射導體板12的周圍作為無源元件配置縫隙21a21d，使天線的最大增益方向改變。指向性切換開關22a22d在被縫隙21a21d所包圍的內部導體19與包圍縫隙21a21d的接地導體板14之間，以穿過縫隙2la21d的方式至少連接有兩個。在指向性切換開關22a22d開放的情況下，縫隙21a21d顯示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22a22d導通，縫隙21a21d被分割成兩個以上的縫隙，上述波導器或者反射器的功能消失。因此，如果對指向性切換開關22a22d的導通與開放進行控制，就能夠實現切換最大增益方向的功能。但是，對于指向性切換開關22a22d，在使指向性切換開關22a22d導通的情況下，必須被配置在縫隙21a21d不共振的位置。當使指向性切換開關22a22d導通時，在以導向性切換開關22a22d作為兩端而被分割的縫隙作為共振器發揮作用的情況下，該縫隙共振器也顯示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17導通而分割縫隙21a21d，也無法消除波導器或者反射器的效果。圖5是表示在本實施方式1的天線中，指向性切換開關22a22d的不好的配置例的圖。如圖5所示，當指向性切換開關22a22d導通時，在以指向性切換開關22a22d為兩端而被分割的縫隙的長度為一半有效波長的情況下，以指向性切換開關22a22d為兩端而被分割的縫隙變成一半有效波長的共振器，不能通過控制指向性切換開關22a22d來切換最大增益方向。因此，當指向性切換開關22a22d導通時，將指向性切換開關22a22d設置在、以指向性切換開關22a22d為兩端而被分割的縫隙的長度不足一半有效波長或者比一半有效波長大且不足一個有效波長的位置，由此，必須消除在使指向性切換開關22a22d導通的情況下的，以指向性切換開關22a22d為兩端而被分割的縫隙的不好的共振效果。圖6表示當切換指向性切換丌關22a22d時，本實施方式1的天線的發射指向性變化的一個例子。圖6表示控制指向性切換開關22a時，在巾=45°的面上的天線的指向性增益與e的依存關系。在圖6中，令指向性切換開關22a導通時為(1)，開放的狀態為(2)。如圖6所示，(1)的情況下，最大增益方向大體朝向正上方(9=0°)，與此相反，(2)的情況下，縫隙21a變為波導器，最大增益方向變化為設置有縫隙21a的方向(0=90°的方向)。此時，變化的角度約為30。。如上所述，通過指向性切換開關22a22d的控制，能夠切換最大增益方向。通常，即使在能夠收發圓偏振波的發射導體板12中，只要是與發射導體板12共振的無源元件，無論形狀、大小如何，均能改變天線的最大增益方向，但是，在最大增益方向發生了變化的狀態下，難以獲得良好的軸比特性。這是因為，來自無源元件的發射電磁波降低了從發射導體板12發射的圓偏振波的軸比特性。在本實施方式1中，作為無源元件使用具有一個有效波長長度的環狀縫隙21a21d，以此來避免該軸比特性變壞。在作為無源元件而使用一個有效波長的環狀縫隙的情況下，在發射導體板12中激勵圓偏振波，同時，在環狀縫隙中也能激勵具有相同旋轉方向的圓偏振波。如上所述，通過在有源元件和無源元件這兩方上激勵具有相同旋轉方向的圓偏振波，能夠保持良好的軸比，同時能夠進行最大增益方向的切換。另外，當切換發射導體板12的圓偏振波的旋轉方向時，在環狀的縫隙21a21d中激勵的圓偏振波的旋轉方向也同時被切換。如上所述，有源元件與無源元件的旋轉方向同時被切換，于是，在最大增益方向上保持良好的軸比特性，同時，能夠切換圓偏振波的旋轉方向。在本實施方式1中，構成上述的偏振波元件的縫隙兼作構成上述指向性切換元件的縫隙，具有偏振波切換開關23a23d和指向性切換開關22a22d，因此，偏振波切換元件具有偏振波切換元件和指向性切換元件這兩方的功能。于是，采用簡單的構造，就能實現一種同時進行向多個方向的最大增益方向的切換和圓偏振波的旋轉方向的切換的天線。以下，對其它的構成元件進行簡單的說明。作為本實施方式1中的電介質基板11，能夠使用在通常的高頻電路中所使用的基板。例如，有氧化鋁陶瓷等無機材料、聚四氟乙烯(注冊商標)、環氧樹脂、聚酰亞胺等樹脂材判.。這些材料，只要根據所使用的頻率、用途、基板的厚度以及大小等適當選擇即可。另外，發射導體板12、接地導體板14是導電性良好的金屬圖形，例如，能夠使用銅或鋁等。對于發射導體板12的Q0，如果考慮發射導體板12的發射效率與Q0成反比，那么，它通常在1030左右的范圍加以使用。在選擇上述材料的情況下，如果適當選擇電介質基板U的厚度，就能夠在上述范圍內使用Q0。在本實施方式1中，作為供電電路使用了同軸供電，但是，如果是微帶(micro-strip)供電或縫隙供電等通常的向發射導體板供電的方法，也能夠使用。在本實施方式1中，作為指向性切換開關22a22d和偏振波切換開關23a23d，也可以使用通常在高頻領域中所使用的PIN二極管或FET(FieldEffectTransistor:場效應晶體管)、MEMS(MicroElectro-MechanicalSystem:微型機電系統)開關等。再者，在本實施方式l中，作為發射導體板12使用正方形的導體板、作為縫隙2〗a21d使用正方形的縫隙，如圖7所示，使用其它形狀的發射導體板、縫隙也能獲得同樣的效果。在本實施方式l中，在四個方向配置有縫隙21a21d，但是，在使用正N邊形的發射導體板的情況下，能夠配置N個縫隙，因此，能夠在N個方向上切換最大增益方向。此時，N根據需要切換的方向的數量適當選擇即可。(實施例1)下面，對本發明的實施例1加以說明。本實施例1的天線具有圖1(a)(c)所示的結構，圖3表示縫隙部的放大圖。表2表示本實施例1的各個構成元件。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>此時，在25.4GHz條件下，發射導體板是在TM模式進行共振的大小。此時，通過計算可知發射導體板〗2的Q0為22.8，圓偏振波指標為1.00。并且，在本實施例1中，使指向性切換元件作為波導器發揮作用。圖8(a)、(b)、(c)、(d)是表示在改變最大增益方向的情況下的、指向性切換開關22a22d和偏振波切換開關23a23d的控制的一個示例的圖。在圖8(a)(d)中，被涂黑的開關為導通的狀態，未被涂黑的開關表示開放的狀態。即，在圖8(a)中，圖1中的指向性切換開關22a、22c、22d與偏振波切換開關23c表示導通，剩余的所有開關表示開放。當如圖8(a)(d)所示的方式控制指向性切換開關22a22d、偏振波切換開關23a23d時，圖9(a)(d)分別表示本實施例2的天線的發射指向性。圖9(a)、(b)與圖8(a)、(b)對應，表示在^=-135°的面上指向性增益與e的依存關系。另外，圖9(c)、(d)與圖8(c)、(d)對應，表示在小=-45°的面上指向性增益與6的依存關系。如圖9(a)、(b)中〈A〉所示，通過按照圖8(a)禾D(b)所示那樣對指向性切換開關22a22d、偏振波切換開關23a23d進行控制，在*=-135°的面上，能夠將天線的左旋圓偏振波成分的最大增益方向切換為(a)中的+30°的方向，(b)中的-30°的方向。同樣，如圖9(c)、(d)中〈A〉所示，通過按照圖8(c)和(d)所示那樣對指向性切換開關22a22d、偏振波切換開關23a23d進行控制，在4)=-45°的面上，能夠將最大增益方向切換為(c)中的+30°的方向，(d)中的-30°的方向。此時，如圖9(a)(d)中〈B〉所示，在最大增益方向上，在所有的條件下軸比均能夠達到3dB以下。另外，圖10(a)表示導通全部指向性切換開關22a22d時的開關的狀態，圖10(b)分別表示在圖10(a)的狀態下，天線在<1>=-135°的面上指向性增益與9的依存關系。如圖10(b)中所示，在使所有的指向性切換開關22a22d導通的情況下，天線的最大增益方向變為0°。并且，此時，在0=0°的條件下，軸比能夠達到3dB以下。圖11(a)、(b)表示偏振波切換開關23a23d的控制的一個示例。圖12(a)、(b)分別表示圖11(a)、(b)所示的天線在》=-135°的面上的指向性增益與e的依存關系。如圖12(a)、(b)所示，通過切換偏振波切換開關23a23d，能夠將圓偏振波的旋轉方向從左旋切換至右旋。表3是當切換本實施例1的指向性切換開關22a22d和偏振波切換開關23a23d時，圓偏振波的旋轉方向和最大增益方向的一覽表。(表3)<table>tableseeoriginaldocumentpage159</column></row><table>如表3所示，通過對指向性切換開關22a22d、偏振波切換開關23a23d進行控制，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。因此，通過采用上述構造，能夠實現一種不僅能向多個方向切換最大增益方向，同時能夠在最大增益方向上切換圓偏振波的旋轉方向的天線。(實施方式2)接著，參照本發明的第2實施方式的偏振波切換-指向性可變天線。圖13是本發明的實施方式2中的基板第一面的透視圖。虛線部分表示在基板第二面形成的狀態。另外，對于與實施方式1相同的部分，省略其詳細的說明。在實施方式l中，偏振波切換元件16具有偏振波切換功能和指向性切換功能這兩種功能，而在本實施方式2中，分別以獨立的方式形成。在本實施方式2中，偏振波切換元件16由環形的縫隙20b與偏振波切換開關18a、18b構成。偏振波切換元件16應滿足的條件與實施方式1中所述的相同。與實施方式1相同，通過對偏振波切換開關18a、18b進行控制，就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由環形的縫隙20a與指向性切換開關17組成。指向性切換元件15應滿足的條件與實施方式1中所述的相同。與實施方式l相同，通過對指向性切換開關17進行控制，就能夠將最大增益方向切換向指向性切換元件15存在的方向。在本實施方式2的天線中，通過使指向性切換元件與偏振波切換元件獨立，能夠采用比實施方式1更簡單的結構，實現偏振波的旋轉方向的切換和在一個軸上的最大增益方向的切換。另外，如圖14(a)(b)所示，即使在改變指向性切換元件15位置的情況下，也顯示與實施方式2同樣的效果。另外，與實施方式1同樣，作為指向性切換元件15和偏振波切換元件16，也能夠采用使用正方形以外的其它形狀的縫隙的構成。另外，在本實施方式2中，表示了一個軸上的最大增益方向的切換，如果按照想使其變化的方向的數量，增加指向性切換元件的數量為N個，就能夠進行N種最大增益方向的切換。(實施例2)以下，表示本發明的實施例2。圖13表示本實施例2的天線的基板第1面的透視圖，圖15表示發射導體板12和縫隙20a、20b的放大圖。關于電介質基板11和發射導體板12，與實施例1同樣。縫隙20a的一邊的長sl為2.9mm，寬wl為0.2mm，與發射導體板12的距離z為0.2mm。另夕卜，縫隙20b的一邊的長s2為2.9mm，寬w2為0.2翻，As的一邊的長d為1.15mm。此時，圓偏振波指標是1.10。與實施例l同樣，使指向性切換元件作為波導器發揮作用。圖16表示本實施例2的天線的發射指向性。圖16(a)表示，在導通圖13的指向性切換開關17，開放偏振波切換開關18a，導通18b時，4>=0°的面上的指向性增益與6的依存關系。另外，圖16(b)、圖16(c)分別表示，開放指向性切換開關17，開放偏振波切換開關18a，導通18b時、以及開放指向性切換開關17，導通偏振波切換開關18a，開放18b時，(J)-0。的面上的指向性增益與Q的依存關系。如圖16(a)和圖16(b)中〈C〉所示，通過切換指向性切換開關17，能夠不改變圓偏振波的旋轉方向(右旋)，而切換天線的最大增益方向。另外，如圖16(b)和圖16(c)中〈C〉所示，通過切換偏振波切換開關18a、18b，在將最大增益方向固定的狀態下，能夠切換圓偏振波的旋轉方向。表4是當切換本實施例2中的指向性切換開關17和偏振波切換開關18a、18b時，在各個動作狀態下的圓偏振波的旋轉方向和最大增益方向的一覽表。(表4)<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>因此，通過采用上述構造，能夠實現一種基于指向性切換開關17的控制的、在一個軸上的最大增益方向的切換，以及通過控制偏振波切換開關18a、18b來切換圓偏振波的旋轉方向的天線。產業上的可利用性本發明的偏振波切換-指向性可變天線具有結構簡單，并且能夠同時實現圓偏振波的旋轉方向的切換與發射指向性的最大增益方向的切換的特征，它可用作室內移動終端等的天線。另外，還可以用作現在使用圓偏振波來收發信號的衛星轉播用的小型接收天線、ETC用的車載天線。而且，也可用作無線電力傳輸中所使用的天線。權利要求1.一種偏振波切換-指向性可變天線，其特征在于，包括具有相對的兩個面的電介質基板；在所述電介質基板的一個面上形成的發射導體板；設置在所述發射導體板上的供電點；在所述電介質基板的另一個面上形成的接地導體板；在所述電介質基板的所述接地導體板一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一側設置的至少兩個偏振波切換元件，其中所述發射導體板相對于通過所述發射導體板的重心和所述供電機構與所述發射導體板相接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進行環狀除去而形成的第一縫隙；和在被所述第一縫隙包圍的內部導體與包圍所述第一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，所述第一縫隙在與所述發射導體板的共振頻率大致相等的頻率下共振，所述第一縫隙一周的長度在動作頻率下與一個有效波長對應，通過使所述至少兩個指向性切換開關均導通，在高頻條件下將所述第一縫隙分割成多個縫隙時，在以所述至少兩個指向性切換開關為兩端而被分割的縫隙的長度不足半個有效波長、或者比半個有效波長大但不足一個有效波長的位置，設置有所述各個指向性切換開關，所述至少兩個偏振波切換元件分別具有對所述接地導體板進行環狀除去而形成的第二縫隙；和在被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一個偏振波切換開關，所述各個第二縫隙的一部分設置在與所述發射導體板重合的位置，當令被一個所述第二縫隙包圍的區域與所述發射導體板重合的部分的面積為Δs，所述發射導體板的面積為s，所述發射導體板的無負載Q為Q0時，圓偏振波指標Q0(Δs/s)為0.8以上、1.6以下的值，當令通過所述發射導體板的重心和所述供電點的直線、與通過所述發射導體板的重心和所述第二縫隙的重心的直線之間的角度為ξ時，所述至少兩個偏振波切換元件中的一個的第二縫隙設置在ξ比0°大、比90°小的范圍，或者比180°大、比270°小的范圍中的任意一個，所述至少兩個偏振波切換元件中的另一個的第二縫隙設置在ξ比90°大、比180°小的范圍，或者比270°大、比360°小的范圍中的任意一個。2.如權利要求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為1.1以上、1.3以下。3.如權利要求1所述的偏振波切換-指向性可變天線，其特征在于構成所述偏振波切換元件的第二縫隙(20b、20c)兼作構成所述指向性切換元件的第一縫隙，所述偏振波切換開關和所述指向性切換開關兩者設置在所述第二縫隙(20b、20c)，由此，所述偏振波切換元件具有偏振波切換功能和指向性切換功能兩種功能。全文摘要本發明涉及一種偏振波切換-指向性可變天線。該天線在電介質基板(11)的表面具有發射導體板(12)，在背面具有接地導體板(14)。在背面的接地導體板(14)內至少設置有一個指向性切換元件和至少兩個偏振波切換元件。指向性切換元件具有對接地導體板(14)進行環狀除去而形成的第一縫隙、和至少兩個指向性切換開關(22a～22d)。偏振波切換元件具有對接地導體板(14)進行環狀除去而形成的第一縫隙、和至少一個偏振波切換開關(23a～23d)。通過指向性切換開關(22a～22d)的控制能夠實現天線的發射指向性的最大增益方向的切換，通過偏振波開關(23a～23d)的控制能夠實現天線發射的圓偏振波的旋轉方向的切換。文檔編號H01Q21/24GK101331648SQ20078000065公開日2008年12月24日申請日期2007年3月8日優先權日2006年4月14日發明者松下明生,藤島丈泰申請人:松下電器產業株式會社