专利名称：：偏振波切换、指向性可变天线的制作方法
技术领域：
：本发明涉及适于在微波、毫米波段的无线通信中，对圆偏振波的旋转方向、和发射指向性的最大增益方向进行切换而进行通信，由此进行高品质的无线通信的天线。
背景技术：
：近年来，以室内无线LAN等为代表的室内等封闭空间中的高速大容量通信的需要正在高涨。在室内那样的封闭空间中，除了天线之间的视距(Line-of-Sight)的直接波以外，还存在由墙壁、天花板等的反射产生的延迟波，成为多径传播的环境。该多径传播成为使通信的品质恶化的主要原因。在抑制多径传播环境下的由延迟波引起的通信品质的恶化方面，有使用发射指向性的最大增益方向能够切换的天线的方法。这是切换天线的最大增益方向，选择最佳的状态进行发送接收，由此提高通信品质的方法。另一方面，在抑制多径传播环境下的由延迟波引起的通信品质的恶化方面，有使用圆偏振波天线的方法。所谓圆偏振波，是电场矢量的方向随时间旋转而行进的电磁波，在将位置固定而观看行进方向时，电场矢量向右旋转的圆偏振波称为右旋圆偏振波，电场矢量向左旋转的圆偏振波称为左旋圆偏振波。通常，难以产生完全的圆偏振波，与相反旋转的偏振波成分合成，成为椭圆偏振波。该椭圆的长轴与短轴之比称为轴比，其为表示圆偏振波的特性的指标。可以说，轴比越小，圆偏振波特性越良好。通常的圆偏振波天线的情况下，轴比取3dB以下的值。设计成要发送接收右旋圆偏振波的天线，不能发送接收左旋圆偏振波。同样，设计成要发送接收左旋圆偏振波的天线，不能发送接收右旋圆偏振波。一般，入射到墙壁等障碍物的圆偏振波成为相反旋转的圆偏振波后反射。即，右旋圆偏振波如果反射一次，则成为左旋圆偏振波，进而如果再反射一次，则成为右旋圆偏振波。因此，通过在室内通信中使用圆偏振波，能够抑制由一次反射引起的多径成分。作为能够发送接收圆偏振波的平面天线，例如己知有非专利文献1中记载的天线。图15(a)是表示一般的线偏振波的天线的概略图，图15(b)、(c)是表示非专利文献1中记载的一般的圆偏振波天线的构造的概略图。为了产生圆偏振波，需要具有正交的偏振面并且相位错开90°的两个线偏振波成分，但在通常使用的图15(a)所示那样的、相对于通过发射导体板的重心32和供电点的直线呈线对称形状的发射导体板31中，仅产生电流在上述直线的方向上振动的共振，成为在该振动方向上具有偏振面的线偏振波。为了由上述的线对称形状的发射导体板31产生圆偏振波，需要将上述的共振分离成两个正交的共振。为了分离上述的共振，例如，可以如图15(b)、(c)那样破坏发射导体板31的构造的对称性。此时，根据破坏对称性的位置的不同，在图15(b)中激励左旋圆偏振波，在图15(c)中激励右旋圆偏振波。然而，作为膝上型计算机的内置天线和移动设备用的天线，图15(b)、(c)那样的圆偏振波天线是不适宜的。在上述那样的移动体的终端中，终端的位置和方向变化很大，因此，旋转方向已被固定的圆偏振波天线，当将方向反转时等不能进行发送接收。为此，作为移动体终端中的能够进行高品质、高效率的通信的天线，要求能够实现圆偏振波的旋转方向的控制的天线。另外，如果同时实现上述两个对多径除去有效的功能、即"切换发射指向性的最大增益方向的功能"和"切换圆偏振波的旋转方向的功能"，则能够进行更高品质、高效率的通信。以往，作为同时实现上述的"切换圆偏振波的旋转方向"和"切换发射指向性的最大增益方向"这两个功能的天线，有将能够进行圆偏振波的切换的天线作为阵列元件、实现相控阵天线的方法(参照专利文献1)。图16(a)是表示在上述专利文献1中记载的以往的圆偏振波切换型、相控阵天线的1个单元的结构的框图，图16(b)是表示圆偏振波切换型、相控阵天线的整体结构的框图。如图16(a)所示，以往的圆偏振波切换型、相控阵天线，在天线的每1个单元中，通过外部信号s41、s42的控制，进行圆偏振波的旋转方向的切换，另夕卜，通过外部信号s43、s44、s45的控制，进行天线的发射相位的切换。将该1个单元如图16(b)那样多元件化，并使用外部控制装置控制所有的外部信号，由此，同时实现作为相控阵天线整体的圆偏振波的旋转方向和发射指向性的最大增益方向的切换。专利文献1:特开2000—223927号公报专利文献2:特开平9一307350号公报非专禾U文献1:RamashGarg等著，"MicrostripAntennaDesignHandbook",ArtechHouse出版，p.493—51
发明内容然而，上述以往的结构的天线，因为需要多个移相器，结构和控制复杂，需要切换多条供电线，切换元件的插入损失大等问题，所以具有不适宜用作为小型的设备和终端的天线的问题。本发明用于解决上述以往的问题，其目的是提供在一个移相器都不使用而且供电线单一、不需要切换的结构中，同时实现天线的发射指向性的最大增益方向的切换、和在最大增益方向中具有良好的轴比特性的圆偏振波的旋转方向的切换的天线。解决上述问题的本发明是一种偏振波切换、指向性可变天线，其特征在于具有电介质基板ll;在上述电介质基板11的一个面上形成的接地导体板12;在上述接地导体板内设置的至少一个发射元件13;向上述发射元件进行供电的供电部14;在上述电介质基板11的上述接地导体板侧设置的至少一个指向性切换元件15;和在上述电介质基板11的上述接地导体板侧设置的至少两个偏振波切换元件16，上述至少一个发射元件13具有对上述接地导体板呈环状进行除去而形成的第一缝隙17a，上述第一缝隙17a，其一周的长度在动作频率下与一个有效波长对应，相对于通过由上述第一缝隙17a包围的内部导体的重心21和作为上述供电部14与上述发射元件13连接的点的供电点22的直线，具有线对称的形状，上述至少一个指向性切换元件15具有对上述接地导体板呈环状进行除去而形成的第二缝隙17b;和在由上述第二缝隙17b包围的内部导体20与包围上述第二缝隙的上述接地导体板之间连接的至少两个指向性切换开关18，上述第二缝隙17b在与上述第一缝隙17a的共振频率大致相等的频率共振，上述第二缝隙17b的一周的长度在动作频率下与一个有效波长对应，在通过使上述至少两个指向性切换开关18均导通而将上述第二缝隙高频地分割成多个缝隙时，以上述至少两个指向性切换开关18作为两端的被分割而得到的缝隙的长度小于半个有效波长、或者大于半个有效波长并小于一个有效波长的位置，设置有上述各指向性切换开关18，上述至少两个偏振波切换元件16分别具有对包围上述第一缝隙17a的接地导体板以与上述第一缝隙连续的方式呈线状进行除去而形成的第三缝隙17C;和以横断上述第三缝隙17c的方式与包围上述第三缝隙17c的上述接地导体板连接的至少一个偏振波切换开关19a19d，在断开上述偏振波切换开关19a19d时，当将与上述第一缝隙17a结合的上述第三缝隙17c的面积的合计设为As、将上述第一缝隙的缝隙部的面积设为s、将上述第一缝隙的空载Q设为QO时，圆偏振波指标QO(As/s)取得2.2以上4.0以下的值，当将通过上述第一缝隙的重心和上述供电点的直线、与通过上述第一缝隙的重心和上述第三缝隙从上述第一缝隙分支的点的直线之间的角度设为《时，在上述至少两个偏振波切换元件中，一个第三缝隙被设置成《在大于0°小于90°的范围、或大于180°小于270°的范围，在上述至少两个偏振波切换元件中，其它第三缝隙被设置成《在大于90°小于180°的范围、或大于270°小于36(T的范围，上述第二缝隙通过第三缝隙与第一缝隙连续。根据上述结构，能够同时实现最大增益方向的切换、和在最大增益方向中圆偏振波的旋转方向的切换。另外，进一步优选上述圆偏振波指标Q0为2.7以上3.2以下。根据上述条件，能够得到更良好的圆偏振波特性。另外，上述指向性切换元件具有的第二缝隙可以与上述至少两个偏振波切换元件具有的所有的第三缝隙连续。根据本结构，能够使发射指向性的最大增益方向变化为多个方向。发明效果根据本发明的偏振波切换、指向性可变天线，虽然是完全不使用移相器的简易结构，但能够实现发射指向性的最大增益方向的切换、和在最大增益方向中具有良好的轴比特性的圆偏振波的旋转方向的切换。图1是本发明的实施方式1的偏振波切换、指向性可变天线的概略图，(a)是基板第一面的透视图，(b)是基板第二面的透视图，(c)是基板A1—A2的剖面图。图2是本发明的实施方式1的偏振波切换、指向性可变天线的立体图。图3是本发明的实施方式1的偏振波切换、指向性可变天线的发射元件和偏振波切换元件的放大图。图4是表示本发明的实施方式1的偏振波切换、指向性可变天线的圆偏振波指标的轴比依赖性的图。图5(a)(c)是表示对本发明的实施例1的偏振波切换、指向性可变天线中的无供电元件的圆偏振波激励的情形的图。图6是表示本发明的实施方式1的偏振波切换、指向性可变天线的另一个实施例的图。图7(a)(c)是表示本发明的实施例1的偏振波切换、指向性可变天线的开关的控制的一个例子的图。图8(a)(c)是表示本发明的实施例1的偏振波切换、指向性可变天线的发射指向性的变化的图。图9是表示本发明的实施例1的偏振波切换、指向性可变天线的圆偏振波的轴比的频率依赖性的图。图10是本发明的实施方式2的偏振波切换、指向性可变天线的概略图。图11(a)(d)是表示本发明的实施例2的偏振波切换、指向性可变天线的开关的控制的一个例子的图。图12(a)(d)是表示本发明的实施例2的偏振波切换、指向性可变天线的发射指向性的变化的图。图13(a)和(b)是表示本发明的实施例2的偏振波切换、指向性可变天线的开关的控制的一个例子的图。图14(a)和(b)是表示本发明的实施例2的偏振波切换、指向性可变天线的发射指向性的变化的图。图15(a)(c)是表示一般的直线天线和圆偏振波天线的构造的图。图16(a)和(b)是以往的圆偏振波切换型、相控阵天线装置的概略图。符号说明11电介质基板12接地导体板13发射元件14供电部15指向性切换元件16偏振波切换元件17a第一缝隙17b第二缝隙17c第三缝隙18指向性切换开关19a、19b、19c、19d偏振波切换开关20内部导体21内部导体的重心22供电点23分支点24a、24b、24c、24d第二缝隙25a、25b、25c、25d指向性切换开关26a、26b、26c、26d第二偏振波切换开关31发射导体板32供电点具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。(实施方式1)首先，参照表示本发明的实施方式1的图1(a)图1(c)。图1(a)是电介质基板11的第一面(以下，称为表面)的透视图，图1(b)是电介质基板11中的与第一面相对的第二面(以下，称为背面)的透视图。图l(c)是图l(a)的A1—A2线剖面图。如图1所示，本实施方式的天线，在电介质基板11的表面上具有接地导体板12。在接地导体板12内，设置有环状的第一缝隙17a、环状的第二缝隙17b、和线状的第三缝隙17c。缝隙17b上设置有至少两个指向性切换开关18，缝隙17c上设置有至少一个偏振波切换开关19a19d。在电介质基板11的背面设置有供电部14。通过指向性切换开关18的控制，能够实现最大增益方向的切换，通过偏振波切换开关19a19d的控制，能够实现圆偏振波的旋转方向的切换。本实施方式的结构是完全不使用移相器的简易的结构，另外，能够通过单一的供电线进行动作，因此，能够避免为了切换多条供电线所需要的切换元件的插入损失。图2表示本发明的实施方式1的天线的基板第一面的立体图。在本实施方式i的天线中，如图2所示，定义^轴和e轴。以下，在本说明书中，根据该坐标系表示发射指向性。在此，详细说明本发明的本实施方式1的偏振波切换、指向性可变天线的圆偏振波的切换和发射指向性的最大增益的切换的原理。(圆偏振波切换)首先，对圆偏振波的切换的原理进行说明。圆偏振波的切换由偏振波切换元件16进行。以下，对偏振波切换元件进行说明。偏振波切换元件16在接地导体板12内形成有至少两个，分别由线状的第三缝隙17c和偏振波切换开关19a19d构成。第三缝隙17c通过从环状的第一缝隙17a分支而形成，通过控制偏振波切换开关19a19d的导通和断开，破坏形成发射元件13的第一缝隙17a的对称性，将共振分离。图3表示本发明的实施方式1的发射元件13和偏振波切换元件16的放大图。第三缝隙17c，通过以与环状的第一缝隙17a(图3的斜线部)连续的方式对接地导体板12呈线状进行除去而形成。此时，在平面透视图中，当将通过第一缝隙17a的内部导体的重心21和作为供电部14与发射元件13连接的点的供电点22这两个点的直线、与通过内部导体的重心21和第三缝隙17c从第一缝隙17a分支的分支点23这两个点的直线之间的角度设为纟时，在至少两个偏振波切换元件16中，一个第三缝隙17c被设置成纟在大于0°小于90°的范围、或者大于180°小于270°的范围，在至少两个偏振波切换元件16中，其它第三缝隙被设置成《在大于90°小于180°的范围、或者大于270°小于360°的范围。在第三缝隙17c被设置在g为0。、90°、180°、270°的位置的情况下，发射元件13的对称性未被破坏，得不到产生圆偏振波的效果。从而，第三缝隙17c必须被设置在《为0。、90°、180°、270°以外的位置。上述《优选为45。、135°、225°、315°。另外，当在至少两个偏振波切换元件16中，所有的第三缝隙17c仅设置在《大于0。小于90°和大于180°小于270°的相对的两个范围内的情况下，即使切换偏振波切换开关19，旋转方向也为相同的方向，得不到偏振波的切换效果。因而，为了得到偏振波切换的功能，在至少两个偏振波切换元件16中，一个第三缝隙17c必须被设置成《在大于0。小于90°的范围、或者大于180。小于270°的范围，另外，在至少两个偏振波切换元件16中，其它第三缝隙17c必须被设置《在大于90°小于180°的范围、或者大于270。小于360°的范围。此外，在形成发射元件13的第一缝隙17a相对于通过第一缝隙的内部导体的重心21和供电点22的直线不是线对称的情况下，即使不设置偏振波切换元件16，发射元件13的对称性也已经被破坏。在该情况下，已经成为某一个旋转方向的圆偏振波(椭圆偏振波)，难以通过设置偏振波切换元件16来切换旋转方向。因此，需要第一缝隙17a相对于通过内部导体的重心21和供电点22的直线是线对称的。偏振波切换开关19a19d以横断第三缝隙17c的方式，将包围第三缝隙17c的接地导体板12之间连接。通过使该偏振波切换开关19a19d中的至少一个断开，能够产生圆偏振波。此时，通过对断开的偏振波切换开关19a19d的位置进行切换，能够实现圆偏振波的旋转方向的切换。表1表示当在图1的天线中切换偏振波切换开关19a19d时的本实施方式1的各动作状态下的圆偏振波的旋转方向。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>如表1所示，通过选择偏振波切换开关19a19d中的任一个并使其导通，能够切换圆偏振波的旋转方向。同样，在选择偏振波切换开关19a19d中的对角线上的两个开关(19a和19c、或者19b和19d)的任一组并使其导通的情况下，也能够切换圆偏振波的旋转方向。另外，在选择偏振波切换开关19a19d中的3个并使其导通的情况下，也能够切换圆偏振波的旋转方向。此外，在仅使相邻的两个开关(例如19a和19b)导通的情况下、以及在使偏振波切换开关全部导通或者全部断开的情况下，能够从天线得到线偏振波。在本实施方式1的天线中，由设置在接地导体板12内的第三缝隙17c产生圆偏振波。此时，如果设由第一缝隙17a的缝隙部的面积s(图3的斜线部)、和当将偏振波切换开关19a19d断开时与第一缝隙17a结合的第三缝隙17c的面积As(图3的竖线部)这两个参数决定的摄动量为As/s，设发射元件13的空载Q为Q0，则发射元件13的圆偏振波的轴比依赖于用摄动量与空载Q的积定义的圆偏振波指标QO(△s/s)。QO是由电介质基板11的介电常数、发射元件13的第一缝隙17a的宽度等决定的值，对于QO，以使As成为最佳值的方式决定第三缝隙17c的长度和宽度，由此能够实现具有良好的轴比的圆偏振波天线。表2是将在本实施方式1的天线中，当使发射元件13的QO为4.58、5.55、7.62时的相对于圆偏振波指标的圆偏振波的轴比的值汇总的表。[表2]<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>在表2中，通过使电介质基板ll的介电常数一定、并改变发射元件13的第一缝隙17a的宽度，使发射元件13的QO变化为4.58、5.55、7.62。另外，图4是将表2的发射元件13的QO为4.58、5.55、7.62时的相对于圆偏振波指标的圆偏振波的轴比的值汇总的图。在图4中，横轴表示圆偏振波指标的值，纵轴表示本实施方式1的天线的圆偏振波的轴比。根据表2和图4，在本实施方式l的天线中，如果设计成圆偏振波指标为2.2以上4.0以下的范围，则在3个条件下都能够实现轴比为3dB以下。另外，通过将圆偏振波指标设计为2.7以上3.2以下的范围，轴比成为ldB以下，可得到具有更良好的轴比特性的圆偏振波。此外，即使在至少两个偏振波切换元件的第三缝隙17c的各缝隙的面积As不同的情况下，如果各个As的值为上述的范围，则能够没有问题地使用。(发射指向性的最大增益方向的切换)接着，对本实施方式1的天线的最大增益方向的切换原理进行说明。最大增益方向的切换由指向性切换元件15进行。指向性切换元件15由环状的第二缝隙17b和指向性切换开关18构成。第二缝隙17b在与发射元件13的第一缝隙17a的共振频率大致相等的频率共振，一周的长度相当于一个有效波长。此时，第二缝隙17b作为无供电的天线元件(以下，称为无供电元件)起作用。已知通常，无供电元件在无供电元件的共振频率比被供电的天线元件(以下，称为供电元件)的共振频率高的情况下，作为波导器起作用，天线整体的指向性增益倾向于设置有无供电元件的方向，另外，在无供电元件的共振频率比供电元件的共振频率低的情况下，作为反射器起作用，天线整体的指向性增益倾向于与设置有无供电元件的方向相反的方向。在本实施方式1中，在作为供电元件的第一缝隙17a的旁边，配置第二缝隙17b作为无供电元件，使天线的最大增益方向变化。指向性切换开关18以横断第二缝隙17b的方式在由第二缝隙17b包围的内部导体20与包围第二缝隙17b的接地导体板12之间连接有至少两个。在指向性切换开关18断开的情况下，第二缝隙17b显示出上述的波导器或者反射器的功能。但是，通过使指向性切换开关18导通，第二缝隙17b被分割为两个以上的缝隙，上述的波导器或者反射器的功能消失。从而，如果控制指向性切换开关18的导通和断开，则能够实现切换最大增益方向的功能。但是，指向性切换开关18必须被配置在当使指向性切换开关18导通时、第二缝隙17b不与第一缝隙17a共振的位置。当使指向性切换开关18导通时，以指向性切换开关18作为两端、被分割而得到的缝隙作为共振器起作用的情况下，该缝隙共振器也显示出与上述的波导器或者反射器同样的效果。因此，即使使指向性切换开关18导通、将第二缝隙17b分割，也不能消除波导器或者反射器的效果。例如，当使指向性切换开关18导通时，以指向性切换开关18作为两端的被分割而得到的缝隙的长度为半个有效波长的情况下，即使将缝隙分割，被分割而得到的缝隙成为半个有效波长的共振器，不能得到通过指向性切换开关18的控制而进行的指向性切换的效果。从而，指向性切换开关18必须被设置在，当指向性切换开关18导通时，以邻接的两个指向性切换开关18作为两端的被分割而得到的第二缝隙17b的长度小于半个有效波长、或者大于半个有效波长并小于一个有效波长的位置。由此，能够消除使指向性切换开关18导通时的、以指向性切换开关18作为两端的被分割而得到的缝隙的不优选的共振效果。通常，在能发送接收圆偏振波的发射元件13中，只要是与发射元件13共振的无供电元件，则无论什么样的形状和大小，都能使天线的最大增益方向变化，而在最大增益方向变化的状态下，难以得到良好的轴比特性。这是因为来自无供电元件的发射电磁波使从发射元件13发射的圆偏振波的轴比特性恶化。在本实施方式1中，作为无供电元件，使用具有一个有效波长的长度的环状缝隙(第二缝隙17b)。通过使用一个有效波长的环状缝隙作为无供电元件，即使在该无供电元件的缝隙中，也能激励圆偏振波。然而，在如图5(a)、(b)那样，作为无供电元件的第二缝隙17b与偏振波切换元件的第三缝隙17c不连续的情况下，当在作为供电元件的第一缝隙17a中激励有圆偏振波时，在包围第一缝隙和第二缝隙的接地导体板12中，如图中的虚线那样流过电流。由于该电流，在第二缝隙中激励具有与第一缝隙相反方向的旋转方向的圆偏振波。在该状态下，天线整体的圆偏振波的轴比特性恶化。在本实施方式1中，如图5(c)那样，第二缝隙17b必须与第三缝隙17c连续。在本结构中，在包围缝隙的接地导体板中，如图中的虚线那样流过电流，能在第二缝隙17b中激励具有与第一缝隙17a相同旋转方向的圆偏振波。这样，在作为供电元件的第一缝隙17a和作为无供电元件的第二缝隙17b两者中，激励具有相同旋转方向的圆偏振波，由此，能够在保持良好的轴比的状态下，进行最大增益方向的切换。另外，当切换了在第一缝隙17a中激励的圆偏振波的旋转方向时，在第二缝隙17b中激励的圆偏振波的旋转方向也同时切换。如上所述，供电元件和无供电元件的旋转方向同时切换，由此，能够在最大增益方向中保持良好的轴比特性的状态下，进行圆偏振波的旋转方向的切换。在本实施方式1中，发射元件13具有的第一缝隙17a和指向性切换元件16具有的第二缝隙17b,为一周的长度与一个有效波长对应的环状缝隙。通常，环状缝隙，一周的长度与N个有效波长(N为整数)对应而共振，但在一个有效波长时，发射指向性的最大增益方向仅朝向0=0°的方向，而在一个以外的N个有效波长的情况下，发射指向性的最大增益方向朝向多个方向。这样，在最大增益方向预先朝向多个方向的状态下，即使使用无供电元件，也难以使指向性向所希望的方向变化。从而，在本实施方式l中，作为发射元件13具有的第一缝隙17a和指向性切换元件16具有的第二缝隙17b，使用一周的长度与一个有效波长对应的环状缝隙。(其它)以下，简单地说明其它的结构要素。作为本实施方式1中的电介质基板11，能够使用通常在高频电路中使用的基板。例如，可以考虑氧化铝陶瓷等无机材料、特富龙(Teflon)(注册商标)、环氧树脂、聚酰亚胺等树脂类材料。这些材料可以根据使用的频率、用途、基板的厚度、大小等而适当选择。另外，接地导体板12是良导电性的金属的图案，作为其材料，例如能够举出铜、铝等。在本实施方式l中，接地导体板12的大小没有特别规定，但在接地导体板12的端部接近指向性切换元件15的第二缝隙17b的情况下，在包围第二缝隙17b的接地导体板中难以流过电流，从而难以得到指向性切换的效果。为了防止这一点，可以将第二缝隙17b与接地导体板12的端部之间的距离分开到与缝隙宽度相同的程度或其以上。在本实施方式1的图1中，作为供电部14使用微带供电，但只要是同轴供电等向缝隙供电的通常方法，就能够使用。作为本实施方式1中的指向性切换开关18和偏振波切换开关19a19d，可以使用通常在高频区域中使用的PIN二极管或FET(FieldEffectTransistor:场效应晶体管)、MEMS(MicroElectro-MechanicalSystem:微电子机械系统)开关等。此外，在本实施方式l中，作为发射元件13的第一缝隙17a使用正方形的缝隙，作为第二缝隙17b使用正方形的缝隙，但如图6所示，只要是环状，则即使是除此以外的形状的缝隙也可得到同样的效果。另外，在本实施方式1中，表示了在一个轴上的最大增益方向的切换，但如果根据要改变的方向的数量，将指向性切换元件的数量增加到N个(N为自然数)，则能够进行N个最大增益方向的切换。(实施例1)以下，表示本发明的实施例1。本实施例1的天线具有图1(a)(c)所示的结构，将第一缝隙部的放大图示于图3。表3表示本实施例1的各结构要素。[表3]电介质基板11介电常数2.08、大小130.0X130.0X3.2mm第一缝隙17a正方形、一边的长度L1:25.0mm、缝隙的宽度wl:2.0mm第二缝隙17b正方形、一边的长度L2:22.0mm、缝隙的宽度w2:3.0mm第三缝隙17c一边的长度L3:10.0mm、缝隙的宽度w3:4.0mm此时，发射元件13的Q0通过计算求出为5.55，圆偏振波指标成为大约3.1。另外，在本实施例l中，使指向性切换元件作为波导器起作用。图7(a)、(b)、(c)是表示对最大增益方向和圆偏振波的旋转方向进行切换时的、指向性切换开关18和偏振波切换开关19a19d的控制的一个例子的图。在图7(a)、(b)、(c)中，涂黑的开关表示导通的状态，没有涂黑的开关表示断开的状态。即，图7(a)表示，图1中的指向性切换开关18和偏振波切换开关19b、19c、19d导通，偏振波切换开关19a断开。图8(a)、(b)、(c)分别表示当控制指向性切换开关18和偏振波切换开关19a19d时的、本实施例1的天线在频率2.5GHz下的发射指向性。图8(a)、(b)、(c)分别与图7(a)、(b)、(c)对应，表示0=—135°面中的指向性增益的e依赖性。另外，图中的〈A〉表示发射指向性的最大增益方向。如在图8(a)、(b)中用〈A〉表示的那样，在偏振波切换开关19a断开、19b、19c、19d导通的状态下，通过控制指向性切换开关18，在0=—135°面中，在将天线的圆偏振波的旋转方向保持为右旋圆偏振波的状态下，能够将发射指向性的最大增益方向在(a)中切换为0°的方向、在(b)中切换为+20°的方向。另外，如在图8(b)、(c)中用〈A〉表示的那样，通过将指向性切换开关18固定、并如图7(b)和(c)那样控制偏振波切换开关19a19d，在使最大增益方向倾斜为+20°的状态下，能够将圆偏振波的旋转方向切换为(b)右旋、(c)左旋。此时，在图8(a)、(b)、(c)的所有条件下，能够达到最大增益方向下的轴比为3dB以下。图9表示控制指向性切换开关18时的、本实施方式1的天线的、发射指向性的最大增益方向的圆偏振波的轴比的频率依赖性。另外，表4是将图9的发射指向性的最大增益方向的圆偏振波的轴比的频率依赖性汇总的表。频率[GHz]2.352,402.442.462.482.502.522.542.562,58轴比(a)[dB]3.801.780.320.691.442.212.993.784.565.35轴比(b)[dB]4.122.861,721.120.560.430.991.682.403.17表4的轴比(a)、轴比(b)以及图9中的(a)、(b)分别与图7的(a)、(b)的状态相对应。根据图9和表4，当在圆偏振波中切换发射指向性的最大增益方向时，能够在频率2.402.52GHz、相对频带宽度4.88%的非常宽的频带宽度内达到轴比3dB以下。表5是将切换本实施例1中的指向性切换开关18和偏振波切换开关19a19d时的圆偏振波的旋转方向和最大增益方向汇总的表。<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>如表5所示，通过控制指向性切换开关18和偏振波切换开关19a19d，能够同时进行圆偏振波的旋转方向的切换、和最大增益方向向多个方向的切换。从而，通过采用以上那样的结构，能够实现能够切换最大增益方向、和在最大增益方向下切换圆偏振波的旋转方向的天线。(实施方式2)以下，参照附图对本发明的实施方式2的偏振波切换、指向性可变天线进行说明。图10是本发明的实施方式2的基板第一面(表面)的透视图。用虚线描绘的部分表示形成在基板第二面(背面)。此外，关于与实施方式l相同的部分，省略详细的说明。在本实施方式2的偏振波切换、指向性可变天线中，在偏振波切换元件16的所有的第三缝隙17c的不与第一缝隙17a连续的端部，连接有指向性切换元件15的第二缝隙24a24d。另外，以横断第三缝隙17c的方式，在与第二缝隙24a24d邻接的位置，连接有第二偏振波切换开关26a26d。在本实施方式2中，发射元件13和偏振波切换元件16应该满足的条件，与在实施方式1中叙述的条件相同。此时，与实施方式1同样，通过控制偏振波切换开关19a19d，能够切换圆偏振波的旋转方向。在本实施方式2中，指向性切换元件15由环状的第二缝隙24a24d和指向性切换开关25a25d构成。指向性切换元件15的第二缝隙24a24d和指向性切换开关25a25d应该满足的条件，与在实施方式l中叙述的条件相同。与实施方式l同样，通过指向性切换开关25a25d的控制，能够将最大增益方向向指向性切换元件15存在的方向切换。在本实施方式2的天线中，在横断第三缝隙17c并与第二缝隙24a24d邻接的位置，连接有第二偏振波切换开关26a26d。通过设置上述第二偏振波切换开关26a26d，能够将偏振波切换元件16和指向性切换元件15分离，能够使偏振波切换元件16和指向性切换元件15的效果更明确。但是，如在实施方式1的图5(b)中表示的那样，在指向性切换开关25a25d断开的状态下，当第二偏振波切换开关26a26d被切断时，在第一缝隙17a和第二缝隙24a24d中激励具有相反的旋转方向的圆偏振波，使本实施例2的天线整体的轴比恶化。从而，如图5(c)那样，在指向性切换元件15的指向性切换开关25a25d断开的状态下，第二偏振波切换开关26a26d也必须断开。此外，与实施方式l同样，作为指向性切换元件15和偏振波切换元件16，也能采用使用正方形以外的形状的缝隙的结构。另外，在本实施方式2中，在四个方向配置有第二缝隙24a24d，但如果偏振波切换元件16的第三缝隙17c在《为0。、90°、180°、270°以外的位置，则能够配置多条。从而，只要能够不重复地设置第二缝隙24a24d，就能够将最大增益方向切换为任何方向。(实施例2)以下，表示本发明的实施例2。图10表示本实施例2的天线的基板第一面的透视图。电介质基板11和接地导体板12与实施例1同样。第一缝隙17a的一边的长度Ll是23.0mm，宽度wl是2.0mm。另夕卜，第二缝隙24a24d的一边的长度L2是23.0mm，宽度w2是2.0mm，另外，第三缝隙17c的长度L3是10.0mm，宽度w3是2.0mm。此时，圆偏振波指标是3.4。另外，与实施例l同样，使指向性切换元件作为波导器起作用。图11(a)、(b)、(c)、(d)是表示使最大增益方向变化时的指向性切换开关25a25d、偏振波切换开关19a19d以及第二偏振波切换开关26a26d的控制的一个例子的图。与实施例1同样，在图ll(a)(d)中，涂黑的开关表示导通，没有涂黑的开关表示断开。图12(a)、(b)、(c)、(d)表示本实施例2的天线的发射指向性。图12(a)、(b)、(c)、(d)分别与图11(a)、(b)、(c)、(d)的状态对应。另外，图12(a)、(b)表示0=—135°面中的指向性增益的e依赖性，图12(c)、(d)表示0=—45°面中的指向性增益的e依赖性。如在图12(a)、(b)中用〈B〉表示的那样，通过如图11(a)和(b)那样控制指向性切换开关25a25d、偏振波切换开关19a19d以及第二偏振波切换开关26a26d，在0=—135°的面中，能够将天线的左旋圆偏振波成分的最大增益方向在(a)中切换为0=+20°、在(b)中切换为0=—20°。同样，如在图12(c)、(d)中用〈B〉表示的那样，通过如图11(c)和(d)那样控制指向性切换开关25a25d、偏振波切换开关19a19d以及第二偏振波切换开关26a26d，在0=—45°面中，能够将最大增益方向在(c)中切换为0=+20°、在(d)中切换为0=—20°。此时，在图12(a)、(b)、(c)、(d)的所有状态下，能够实现最大增益方向的轴比为3dB以下。图13(a)、(b)表示偏振波切换开关19a19d的控制的一个例子。图14(a)、(b)分别表示图13(a)、(b)所示的天线在0=—135°面中的指向性增益的0依赖性。如在图14(a)、(b)中用<0表示的那样，通过切换偏振波切换开关19a19d的导通和断开，能够不改变发射指向性的最大增益方向，而将圆偏振波的旋转方向从左旋切换成右旋。表6是将切换本实施例2中的指向性切换开关25a25d和偏振波切换开关19a19d时的各动作状态下的圆偏振波的旋转方向和最大增益方向汇总的表。<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>如表6所示，通过控制指向性切换幵关25a25d、偏振波切换开关19a19d，能够进行圆偏振波的旋转方向的切换、和最大增益方向向多个方向的切换。从而，通过采用以上那样的结构，能够实现能够将最大增益方向向多个方向切换、同时在最大增益方向中切换圆偏振波的旋转方向的天线。产业上的可利用性本发明的偏振波切换、指向性可变天线，虽然是不需要多个移相器和供电线的切换的简易结构，但具有能够同时实现圆偏振波的旋转方向的切换和发射指向性的最大增益方向切换的特征，作为在移动体终端等中使用的天线是有用的。另外，作为当前以圆偏振波进行发送接收的卫星广播用的小型接收天线、ETC用的车载天线、需要应对圆偏振波和线偏振波两种偏振波的SDARS(SatelliteDigitalAudioRadioSystem:卫星数字音频无线系统)的天线也是有用的。另外，作为无线电力传输使用的天线也是有用的。权利要求1.一种偏振波切换、指向性可变天线，其特征在于具有电介质基板；在所述电介质基板的一个面上形成的接地导体板；在所述接地导体板内设置的至少一个发射元件；向所述发射元件进行供电的供电部；在所述电介质基板的所述接地导体板侧设置的至少一个指向性切换元件；和在所述电介质基板的所述接地导体板侧设置的至少两个偏振波切换元件，所述至少一个发射元件具有对所述接地导体板呈环状进行除去而形成的第一缝隙，所述第一缝隙，其一周的长度在动作频率下与一个有效波长对应，相对于通过由所述第一缝隙包围的内部导体的重心和作为所述供电部与所述发射元件连接的点的供电点的直线，具有线对称的形状，所述至少一个指向性切换元件具有对所述接地导体板呈环状进行除去而形成的第二缝隙；和在由所述第二缝隙包围的内部导体与包围所述第二缝隙的所述接地导体板之间连接的至少两个指向性切换开关，所述第二缝隙在与所述第一缝隙的共振频率大致相等的频率共振，所述第二缝隙的一周的长度在动作频率下与一个有效波长对应，在通过使所述至少两个指向性切换开关均导通而将所述第二缝隙高频地分割成多个缝隙时，以所述至少两个指向性切换开关作为两端的被分割而得到的缝隙的长度小于半个有效波长、或者大于半个有效波长并小于一个有效波长的位置，设置有所述各指向性切换开关，所述至少两个偏振波切换元件分别具有对包围所述第一缝隙的接地导体板以与所述第一缝隙连续的方式呈线状进行除去而形成的第三缝隙；和以横断所述第三缝隙的方式连接在包围所述第三缝隙的所述接地导体板之间的至少一个偏振波切换开关，在断开所述偏振波切换开关时，当将与所述第一缝隙结合的所述第三缝隙的面积的合计设为Δs、将所述第一缝隙的缝隙部的面积设为s、将所述第一缝隙的空载Q设为Q0时，圆偏振波指标Q0(Δs/s)取得2.2以上4.0以下的值，当将通过所述第一缝隙的内部导体的重心和所述供电点的直线、与通过所述第一缝隙的内部导体的重心和所述第三缝隙从所述第一缝隙分支的分支点的直线之间的角度设为ξ时，在所述至少两个偏振波切换元件中，一个第三缝隙被设置成ξ在大于0°小于90°的范围、或大于180°小于270°的范围，在所述至少两个偏振波切换元件中，其它第三缝隙被设置成ξ在大于90°小于180°的范围、或大于270°小于360°的范围，所述第二缝隙通过第三缝隙与第一缝隙连续。2.根据权利要求1所述的偏振波切换、指向性可变天线，其特征在于所述圆偏振波指标Q0为2.7以上3.2以下。3.根据权利要求1所述的偏振波切换、指向性可变天线，其特征在于所述指向性切换元件具有的第二缝隙与所述至少两个偏振波切换元件具有的所有的第三缝隙连续。全文摘要本发明提供一种偏振波切换、指向性可变天线。在电介质基板(11)的面上具有接地导体板(12)，在电介质基板(11)的接地导体板(12)侧设置有发射元件(13)、指向性切换元件(15)和偏振波切换元件(16)，发射元件(13)是对接地导体板(12)呈环状进行除去而形成的第一缝隙(17a)，指向性切换元件(15)具有对接地导体板(12)呈环状进行除去而形成的第二缝隙(17b)和指向性切换开关(18)，偏振波切换元件(16)具有对接地导体板(12)呈线状进行除去而形成的第三缝隙(17c)和偏振波切换开关(19a～19d)，通过指向性切换开关(18)的控制，能够实现天线的发射指向性的最大增益方向的切换，通过偏振波切换开关(19a～19d)的控制，能够实现从天线发射的圆偏振波的旋转方向的切换。文档编号H01Q3/24GK101356686SQ20078000128公开日2009年1月28日申请日期2007年10月10日优先权日2006年11月10日发明者松下明生,藤岛丈泰申请人:松下电器产业株式会社