特許 7504183 アンテナ装置及び基地局

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-13

(45)【発行日】2024-06-21

(54)【発明の名称】アンテナ装置及び基地局

(51)【国際特許分類】

   H01Q 3/20 20060101AFI20240614BHJP

   H01Q 19/12 20060101ALI20240614BHJP

【ＦＩ】

H01Q3/20

H01Q19/12

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022183105

(22)【出願日】2022-11-16

(65)【公開番号】P2024072362

(43)【公開日】2024-05-28

【審査請求日】2023-02-07

(73)【特許権者】

【識別番号】501440684

【氏名又は名称】ソフトバンク株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098626

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 壽

(74)【代理人】

【識別番号】100128691

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 弘通

(72)【発明者】

【氏名】矢吹 歩

(72)【発明者】

【氏名】山口 良

【審査官】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６４－０３０３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０２７７１６０５（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０３４５３６２１（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開平０４－２３０１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１９４３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０４８００３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ ３／２０

Ｈ０１Ｑ １９／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロ波、ミリ波又はテラヘルツ波の電磁波に使用されるアンテナ装置であって、
ビーム状の指向性を有するアンテナと、
前記アンテナの指向性の主ビームの形成領域に配置され、入射してくる電磁波を目標出射方向へ出射させるように偏向する偏向部と、
前記偏向部との間の電磁波の経路とビームフォーミングの対象との間の電磁波の経路とが交差する領域に固定配置され、曲面状又は多面状の反射面を有する固定反射部と、
前記偏向部の前記目標出射方向を制御する制御部と、を有し、
前記偏向部は、１軸又は２軸の周りに回転駆動制御可能なＭＥＭＳミラー又はボイスコイルミラーである、
ことを特徴とするアンテナ装置。

【請求項2】

マイクロ波、ミリ波又はテラヘルツ波の電磁波に使用されるアンテナ装置であって、
ビーム状の指向性を有するアンテナと、
前記アンテナの指向性の主ビームの形成領域に配置され、入射してくる電磁波を目標出射方向へ出射させるように偏向する偏向部と、
前記偏向部との間の電磁波の経路とビームフォーミングの対象との間の電磁波の経路とが交差する領域に固定配置され、曲面状又は多面状の反射面を有する固定反射部と、
前記偏向部の前記目標出射方向を制御する制御部と、を有し、
前記偏向部は、回転制御可能な回転レンズである、
ことを特徴とするアンテナ装置。

【請求項3】

テラヘルツ波の電磁波に使用されるアンテナ装置であって、
前記テラヘルツ波についてビーム状の指向性を有するアンテナと、
前記アンテナの指向性の主ビームの形成領域に配置され、入射してくる前記テラヘルツ波の電磁波を目標出射方向へ出射させるように偏向する偏向部と、
前記偏向部との間の前記テラヘルツ波の電磁波の経路とビームフォーミングの対象との間の前記テラヘルツ波の電磁波の経路とが交差する領域に固定配置され、曲面状又は多面状の反射面を有する固定反射部と、
前記偏向部の前記目標出射方向を制御する制御部と、を有する、
ことを特徴とするアンテナ装置。

【請求項4】

請求項３のアンテナ装置において、
前記偏向部は、前記アンテナから送信された電磁波を、前記固定反射部の前記反射面に向けて出射するように偏向し、
前記固定反射部の前記反射面は、前記偏向部によって偏向されて入射してくる前記電磁波の入射箇所の違いによって該電磁波の出射方向が異なるように形成され、
前記制御部は、前記アンテナから送信された前記電磁波の前記固定反射部への入射箇所が変化するように、前記偏向部の前記目標出射方向を制御し、
前記固定反射部の前記反射面は、電磁波の入射箇所の違いによって前記偏向部に向けて出射される前記電磁波の当該固定反射部への入射方向が異なるように形成され、
前記偏向部は、前記固定反射部から出射された前記電磁波を、前記アンテナに向けて出射するように偏向し、
前記制御部は、前記アンテナで受信される前記電磁波の前記固定反射部への入射箇所が変化するように、前記偏向部の前記目標出射方向を制御し、
前記固定反射部の前記反射面は、前記偏向部における前記偏向の角度範囲よりも、前記出射方向又は前記入射方向の変化角度範囲が大きくなるように、且つ、前記出射方向又は前記入射方向が、水平面で異なるように、構成されている、
ことを特徴とするアンテナ装置。

【請求項5】

請求項１、２、３又は４に記載のアンテナ装置において、
前記固定反射部は、低誘電率材料で形成された支持部材によって、ケーシングに固定されていることを特徴とするアンテナ装置。

【請求項6】

請求項１、２、３又は４に記載のアンテナ装置において、
前記固定反射部には、前記電磁波の出射方向又は前記電磁波の入射方向が水平面上で互いに反対側となる２つの入射箇所が存在し、
前記制御部は、前記２つの入射箇所の両方に電磁波がまたがり、かつ、その一方に電磁波が偏るように、前記偏向部の前記目標出射方向を制御することを特徴とするアンテナ装置。

【請求項7】

端末装置と無線通信を行う基地局であって、
請求項１、２、３又は４に記載のアンテナ装置を有することを特徴とする基地局。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンテナ装置、基地局及び通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、マイクロ波、ミリ波、及びテラヘルツ波を用いたアンテナについて記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１９８３４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

マイクロ波、ミリ波又はテラヘルツ波の電磁波に使用されるアンテナ装置は、高い指向性を有する場合が多く、ビームフォーミング可能な範囲の広域化が困難である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様に係るアンテナ装置は、マイクロ波、ミリ波又はテラヘルツ波の電磁波に使用されるアンテナ装置である。このアンテナ装置は、ビーム状の指向性を有するアンテナと、前記アンテナの指向性の主ビームの形成領域に配置され、入射してくる電磁波を目標出射方向へ出射させるように偏向する偏向部と、前記偏向部との間の電磁波の経路とビームフォーミングの対象との間の電磁波の経路とが交差する領域に固定配置され、曲面状又は多面状の反射面を有する固定反射部と、前記偏向部の前記目標出射方向を制御する制御部と、を有する。

【0006】

前記アンテナ装置において、前記偏向部は、前記アンテナから送信された電磁波を、前記固定反射部の前記反射面に向けて出射するように偏向してもよく、前記固定反射部の前記反射面は、前記偏向部によって偏向されて入射してくる前記電磁波の入射箇所の違いによって該電磁波の出射方向が異なるように形成されてもよく、前記制御部は、前記アンテナから送信された前記電磁波の前記固定反射部への入射箇所が変化するように、前記偏向部の前記目標出射方向を制御してもよい。

【0007】

また、前記アンテナ装置において、前記固定反射部の前記反射面は、電磁波の入射箇所の違いによって前記偏向部に向けて出射される前記電磁波の当該固定反射部への入射方向が異なるように形成されてもよく、前記偏向部は、前記固定反射部から出射された前記電磁波を、前記アンテナに向けて出射するように偏向してもよく、前記制御部は、前記アンテナで受信される前記電磁波の前記固定反射部への入射箇所が変化するように、前記偏向部の前記目標出射方向を制御してもよい。

【0008】

また、前記アンテナ装置において、前記固定反射部の前記反射面は、前記偏向部における前記偏向の角度範囲よりも、前記出射方向又は前記入射方向の変化角度範囲が大きくなるように、構成されていてもよい。

【0009】

また、前記アンテナ装置において、前記固定反射部の前記反射面は、前記出射方向又は前記入射方向が、水平面で異なるように若しくは鉛直面で異なるように、又は、水平面及び鉛直面で異なるように、構成されていてもよい。

【0010】

また、前記アンテナ装置において、前記固定反射部の前記反射面は、前記出射方向又は前記入射方向の変化角度範囲が水平面上で３６０°となるように、構成されていてもよい。

【0011】

また、前記アンテナ装置において、前記固定反射部の前記反射面は、該固定反射部から前記偏向部に向かって延びる仮想軸の回りの回転対称形状を有してもよい。

【0012】

また、前記アンテナ装置において、前記偏向部は、１軸又は２軸の周りに回転駆動制御可能なＭＥＭＳミラー又はボイスコイルミラーであってもよい。

【0013】

また、前記アンテナ装置において、前記偏向部は、回転制御可能な回転レンズであってもよい。

【0014】

また、前記アンテナ装置において、前記電磁波は、テラヘルツ帯の電磁波であってもよい。

【0015】

また、前記アンテナ装置において、前記固定反射部は、低誘電率材料で形成された支持部材によって、ケーシングに固定されていてもよい。

【0016】

また、前記アンテナ装置において、前記固定反射部には、前記出射方向又は前記入射方向が水平面上で互いに反対側となる２つの入射箇所が存在してもよく、前記制御部は、前記２つの入射箇所の両方に電磁波がまたがり、かつ、その一方に電磁波が偏るように、前記偏向部の前記目標出射方向を制御してもよい。

【0017】

本発明の更に他の態様に係る通信システムは、端末装置と無線通信を行う基地局を有する通信システムである。この通信システムは、前記基地局のアンテナ装置として、上述のアンテナ装置を用いる。

【0018】

本発明の更に他の態様に係る基地局は、端末装置と無線通信を行う基地局である。この基地局は、上述のアンテナ装置を有する。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、マイクロ波、ミリ波又はテラヘルツ波の電磁波に使用されるアンテナ装置においてビームフォーミング可能な範囲の広域化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施形態に係る通信システムの概略構成の一例を示す説明図。

【図2】同通信システムの基地局に備わっているアンテナ装置の概略構成を示す説明図。

【図3】（ａ）は、同アンテナ装置のＭＥＭＳミラーの一例を模式的に示す斜視図。（ｂ）は、同ＭＥＭＳミラーの平面図。

【図4】変形例１のアンテナ装置の概略構成を示す説明図。

【図5】変形例２のアンテナ装置の概略構成を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本書に記載された実施形態に係る通信システムは、マイクロ波、ミリ波又はテラヘルツ波の電磁波を送受信するアンテナ装置を用いた基地局と端末装置との間で無線通信を行う通信システムである。なお、アンテナ装置は、電磁波を送信する機能のみ又は電磁波を受信する機能のみを有するものであってもよい。特に、本実施形態の通信システムにおいて、テラヘルツ帯の電磁波（テラヘルツ波）の送受信に用いる場合、伝搬損失が大きいなどの理由から、アンテナの利得を高めて信号の送信レベルを高くすることが求められる。また、送信側の送信出力を大きくすることが困難である場合が多く、その場合には、アンテナの利得を高めて信号の受信レベルを高くすることが求められる。しかしながら、アンテナの利得を高めると、アンテナの指向性が強くなるため、端末装置に対してビームフォーミング可能な範囲の広域化が困難となり、基地局用途ではデメリットになる。

【0022】

一方、電磁波を偏向する偏向器を利用して電磁波の向き（ビームの指向性の向き）を変化させれば、端末装置に対してビームフォーミング可能な範囲の広域化が可能である。しかしながら、この偏向器には高速な偏向動作が求められるところ、そのような高速動作が可能な偏向器は、偏向可能な角度範囲が狭いものが多い。例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーからなる偏向器は、基地局と端末装置との間のビームフォーミングによる通信に必要な高速動作が可能であるが、電磁波のビームの向きを変化させることのできる角度範囲（電磁波を偏向できる角度範囲）が狭い。

【0023】

また、回転ミラーを回転駆動して回転ミラーの反射面の向きを例えば３６０°の範囲で変化させる偏向器を利用することによっても、端末装置に対してビームフォーミング可能な範囲の広域化が可能である。しかしながら、基地局と端末装置との間の通信に必要なビームフォーミングの高速動作を実現するには、回転ミラーを高速で回転駆動させる必要があるため、回転駆動による大きな振動が問題となる。また、回転ミラーを高速で回転駆動させるための回転駆動機構は大型化するため、アンテナ装置の大型化を招くという問題もある。

【0024】

本実施形態は、回転ミラーからなる偏向器を用いる場合の問題を生じさせることなく、マイクロ波、ミリ波又はテラヘルツ波の電磁波に使用される場合に、ビームフォーミング可能な範囲の広域化を実現できるアンテナ装置を提供するものである。なお、本実施形態のアンテナ装置は、移動通信システムにおける基地局のアンテナ装置に適用した例であるが、無線ＬＡＮのアクセスポイント装置のアンテナ装置など、各種の無線通信機器のアンテナ装置に広く適用することが可能であり、特にテラヘルツ波の電磁波を用いるアンテナ装置として好適である。

【0025】

図１は、本実施形態に係る通信システムの概略構成の一例を示す説明図である。
本実施形態に係る通信システムは、テラヘルツ帯の電磁波を用いる移動通信網の基地局１０を備える。テラヘルツ帯は、１００ＧＨｚ～１０ＴＨｚの周波数範囲であり、無線接続の無線媒体の電磁波の周波数としては、例えば１００ＧＨｚ～４００ＧＨｚの周波数範囲が好適である。基地局１０は、テラヘルツ帯の電磁波を用いて端末装置である通信端末２０と無線通信することができる。

【0026】

基地局１０は、セル１００を形成し、通信端末２０（１），２０（２），２０（３）がセル１００に在圏するときに通信端末２０（１），２０（２），２０（３）と無線通信することができる。基地局１０は、例えば、第６世代、第７世代等の次世代の移動通信システムの標準規格に準拠する基地局であってもよい。本実施形態の基地局１０は、テラヘルツ帯の電磁波を用いた指向性の強いビームをビームフォーミングによりビーム方向を変更することで、セル１００内の各通信端末２０（１），２０（２），２０（３）との間で、ビーム１０Ｂ（１），１０Ｂ（２），１０Ｂ（３）ごとに無線通信することができる。

【0027】

通信端末２０（１），２０（２），２０（３）はそれぞれ、ユーザ装置（ＵＥ）、移動局、移動機、端末装置、ＩｏＴ装置などと呼ばれ、基地局１０とのテラヘルツ帯の無線通信機能を有する。例えば、通信端末２０（１），２０（２），２０（３）はそれぞれ、内蔵の記憶媒体又は着脱可能な記憶媒体（例えばＳＩＭ又はＵＳＩＭ）に記憶されている加入者情報等に基づいて、基地局１０を介して移動通信網のコアネットワーク５０に接続してモバイル通信（移動通信）を開始することができる。

【0028】

図２は、本実施形態の基地局１０に備わっているアンテナ装置３０の概略構成を示す説明図である。
本実施形態のアンテナ装置３０は、アンテナ３１と、偏向部としてのＭＥＭＳミラー３２と、固定反射部としての固定反射鏡３３と、制御部３４とを備える。

【0029】

本実施形態のアンテナ装置３０では、図２に示すように、アンテナ３１及びＭＥＭＳミラー３２がケーシング３５内に配置されている。送信時には、アンテナ３１から放射される電磁波がＭＥＭＳミラー３２で反射して、ケーシング３５の上面に設けられるレンズ３６を通じて、略鉛直方向に沿ってケーシング３５の上方へ放射される。

【0030】

ケーシング３５の上方には、テラヘルツ帯の電磁波を高効率で透過可能な支持部材３７によって支持された固定反射鏡３３が固定配置されている。支持部材３７は、低誘電率材料で形成されたものであるのが好ましい。ＭＥＭＳミラー３２で反射してケーシング３５の上方へ放射された電磁波は、固定反射鏡３３に入射し、固定反射鏡３３で反射することで、水平方向又は水平方向に対して傾斜する方向へ放射され、ビーム１０Ｂ（１），１０Ｂ（２），１０Ｂ（３）を形成する。

【0031】

一方、受信時には、各ビーム１０Ｂ（１），１０Ｂ（２），１０Ｂ（３）の方向から到来する電磁波が固定反射鏡３３に入射し、固定反射鏡３３でＭＥＭＳミラー３２に向けて鉛直方向下方へ反射する。ＭＥＭＳミラー３２に入射した電磁波は、ＭＥＭＳミラー３２で反射してアンテナ３１に受信される。

【0032】

アンテナ３１は、送信時には電磁波を放射する一次放射器としての送信アンテナとして機能し、受信時には到来する電磁波を受信する受信アンテナとして機能する。アンテナ３１は、例えばホーンアンテナを用いることができるが、ＤＣＡ（Dielectric Cuboid Antenna）などの小型アンテナを用いてもよい。このような小型アンテナを用いることで、アンテナ装置３０の小型化を図ることができる。

【0033】

偏向部は、電磁波を偏向する電気的制御が可能な偏向器で構成され、本実施形態では偏向器としてＭＥＭＳミラー３２を用いている。ＭＥＭＳミラー３２は、ｋＨｚ単位の高速な偏向動作が可能で、かつ、小型であるというメリットがある。ＭＥＭＳミラー３２には、いくつかの方式が存在するが、例えば、図３（ａ）及び（ｂ）に示すような電磁方式のものを採用することができる。なお、ＭＥＭＳミラー３２の方式は、電磁方式に限らず、圧電方式などの他の方式であってもよい。

【0034】

図３（ａ）及び（ｂ）に例示するＭＥＭＳミラー３２は、２本のトーションバー３２ｃによって反射ミラー３２ａを支持し、反射ミラー３２ａの下方に永久磁石３２ｄを設置した構成となっている。また、反射ミラー３２ａの周囲にはコイル３２ｂが配置されている。コイル３２ｂに電流を流すことでコイル３２ｂにローレンツ力が作用し、コイル３２ｂと一体の反射ミラー３２ａをトーションバー３２ｃの軸回りで回動させ、反射ミラー３２ａを振って傾きを生じさせることができる。反射ミラー３２ａの反射面の向きは、反射ミラー３２ａの回動角度（光学的振れ角）によって制御することができる。

【0035】

本実施形態のＭＥＭＳミラー３２は、例えばＭＥＭＳ加工により形成された２つのバネの組み合わせにより、反射ミラー３２ａを２軸で回動させる構成となっている。ただし、１軸で回動させる構成であってもよい。本実施形態によれば、電磁波を１方向だけでなく２方向に偏向することができるので、電磁波を２次元方向に偏向させることが可能となる。

【0036】

ここで、ＭＥＭＳミラー３２は、反射ミラー３２ａの光学的振れ角が小さいため（例えば３０°程度）、電磁波を偏向できる角度範囲が狭い。そのため、ＭＥＭＳミラー３２だけでは、広範囲にわたって電磁波のビーム１０Ｂ（１），１０Ｂ（２），１０Ｂ（３）を偏向することができず、広範囲をカバーする通信を実現することができない。そこで、本実施形態のアンテナ装置３０では、ＭＥＭＳミラー３２に加えて、固定反射鏡３３を備えている。

【0037】

固定反射鏡３３には、送信時において、アンテナ３１から放射され、ＭＥＭＳミラー３２の反射ミラー３２ａで反射した電磁波が入射する。固定反射鏡３３に入射される電磁波は、ＭＥＭＳミラー３２による２次元方向の偏向動作（反射ミラー３２ａの２軸回動動作）によって、固定反射鏡３３への入射箇所が変わる。本実施形態の固定反射鏡３３は、ＭＥＭＳミラー３２から入射される電磁波の入射箇所の違いによって、電磁波の反射方向すなわちアンテナ装置３０から出射される電磁波のビーム１０Ｂ（１），１０Ｂ（２），１０Ｂ（３）の方向が異なるように構成されている。

【0038】

同様に、受信時において、固定反射鏡３３には、互いに異なる方向から到来する電磁波のビーム１０Ｂ（１），１０Ｂ（２），１０Ｂ（３）が入射する。本実施形態の固定反射鏡３３によりＭＥＭＳミラー３２に向けて反射されることになる電磁波の入射方向すなわち電磁波の到来方向は、その電磁波の固定反射鏡３３への入射箇所の違いによって異なるように構成されている。すなわち、本実施形態において、各方向から到来する電磁波は、固定反射鏡３３のそれぞれ対応する入射箇所に入射することで、ＭＥＭＳミラー３２に向けて反射される。そして、固定反射鏡３３の各入射箇所からＭＥＭＳミラー３２に向けて反射された各電磁波は、ＭＥＭＳミラー３２による２次元方向の偏向動作（反射ミラー３２ａの２軸回動動作）によりそれぞれ対応する傾きに制御された反射ミラー３２ａで反射することで、アンテナ３１に向けて反射され、アンテナ３１で受信される。

【0039】

固定反射鏡３３の形状は、ＭＥＭＳミラー３２によって偏向される電磁波の範囲と、ビーム１０Ｂ（１），１０Ｂ（２），１０Ｂ（３）の形成範囲（セル１００の範囲）との関係で、適宜設定されるものであり、特に限定されるものではない。

【0040】

本実施形態の固定反射鏡３３は、図２に示すように、当該固定反射鏡３３からＭＥＭＳミラー３２に向かって延びる軸（鉛直方向軸）回りの回転対称形状を有する。このような回転対称形状であることで、簡易な構成で、水平方向全域（３６０°）にわたってビーム１０Ｂ（１），１０Ｂ（２），１０Ｂ（３）を形成することが可能となる。具体的な形状としては、側面を反射面とした多角錐形状あるいは円錐形状であるのが好ましい。

【0041】

本実施形態の固定反射鏡３３は、図２に示すように、円錐形状を基本形状とし、その側面が固定反射鏡３３の軸に沿った断面において内側に凸となる曲線をなすものとなっている。このような側面形状であれば、ビーム１０Ｂ（１），１０Ｂ（２），１０Ｂ（３）の形状をより狭いものとすることができ、更にアンテナ利得を向上させることができる。また、側面が固定反射鏡３３の軸に沿った断面において曲線（内側に凸でも外側に凸でもよい）をなす形状であれば、電磁波の入射位置の変化による鉛直面における出射方向の変化割合が小さくなるので、鉛直面におけるビーム方向の変更範囲を調整することができる。

【0042】

なお、送信時にアンテナ装置３０から放射される電磁波の固定反射鏡３３からの出射方向を変更できる角度範囲、あるいは、受信時にアンテナ装置３０で受信される電磁波の固定反射鏡３３への入射方向を変更できる角度範囲は、水平面上での角度のみであってもよいし、鉛直面上での角度のみであってもよい。

【0043】

制御部３４は、ＭＥＭＳミラー３２の偏向動作を制御する。具体的には、ＭＥＭＳミラー３２のコイル３２ｂに流す電流を制御することで、ＭＥＭＳミラー３２の反射ミラー３２ａの２軸方向の傾きを制御する。

【0044】

制御部３４は、ＭＥＭＳミラー３２の偏向動作を制御することで、送信時には、アンテナ３１から放射された電磁波の固定反射鏡３３への入射箇所を変化させることができる。したがって、制御部３４は、ＭＥＭＳミラー３２の偏向動作を制御することにより、固定反射鏡３３への入射箇所に対応する電磁波の出射方向、すなわち、アンテナ装置３０から出射されるビーム１０Ｂ（１），１０Ｂ（２），１０Ｂ（３）の方向を制御することができる。

【0045】

また、受信時においては、制御部３４は、ＭＥＭＳミラー３２の偏向動作を制御することで、アンテナ３１に受信させる電磁波の固定反射鏡３３への入射箇所（すなわち、アンテナ３１に受信させる電磁波の固定反射鏡３３での反射箇所）を変化させることができる。したがって、制御部３４は、ＭＥＭＳミラー３２の偏向動作を制御することにより、どの方向から到来するビーム１０Ｂ（１），１０Ｂ（２），１０Ｂ（３）の電磁波をアンテナ３１に受信させるかを制御することができる。

【0046】

制御部３４は、例えば、基地局１０の送信制御部又は受信制御部からの指示に従い、ＭＥＭＳミラー３２の反射ミラー３２ａが指示された方向に傾くように、ＭＥＭＳミラー３２の偏向動作を制御してもよい。この場合、基地局１０の送信制御部又は受信制御部からの指示に従った方向へ電磁波のビーム１０Ｂ（１），１０Ｂ（２），１０Ｂ（３）を向けることができ、基地局１０は各通信端末２０（１），２０（２），２０（３）との間で送信及び受信を行うことができる。

【0047】

また、制御部３４は、所定の周期でＭＥＭＳミラー３２の反射ミラー３２ａの向きを規定の順路で変化させるように、ＭＥＭＳミラー３２の偏向動作を制御してもよい。この場合、このＭＥＭＳミラー３２の偏向動作と同期したタイミングで、基地局１０の送信制御部が送信動作を行い又は基地局１０の受信制御部が受信動作を行うことで、基地局１０は各通信端末２０（１），２０（２），２０（３）との間で送信及び受信を行うことができる。

【0048】

以上のように、本実施形態では、基地局１０のアンテナ装置３０として、ＭＥＭＳミラー３２からなる偏向部と固定反射鏡３３からなる固定反射部とを組み合わせた構成を採用している。これにより、電磁波のビーム方向を変更できる角度範囲、すなわち、送信時であればアンテナ装置３０から放射される電磁波の固定反射鏡３３からの出射方向を変更できる角度範囲、受信時であればアンテナ装置３０で受信される電磁波の固定反射鏡３３への入射方向を変更できる角度範囲を、当該偏向部の偏向可能な角度範囲よりも拡げることができる。その結果、指向性の強いアンテナ（例えばテラヘルツ帯の電磁波を用いるアンテナ）を用いる通信でも、カバーできる通信範囲を拡げることができるので、偏向角度範囲は狭いが通信に必要な高速動作が可能な偏向器、例えばＭＥＭＳミラー３２を採用することができる。よって、本実施形態によれば、指向性の強いアンテナを用いる通信においてカバー範囲の広い通信を実現できるアンテナ装置を提供することができる。しかも、本実施形態では、偏向器として回転ミラーを用いる構成で生じ得る振動の問題や大型化の問題が生じない。なお、本実施形態においては、偏向部がＭＥＭＳミラーである例で説明したが、偏向部はボイスコイルミラーなどを用いたものであってもよい。

【0049】

〔変形例１〕
次に、本実施形態の一変形例（以下、本変形例を「変形例１」という。）について説明する。
本変形例１は、アンテナ装置３０の偏向部として、ＭＥＭＳミラー３２ではなく、回転レンズを用いた例である。なお、本変形例１では、上述した実施形態と同じ構成部分については、説明を適宜省略する。

【0050】

図４は、本変形例１のアンテナ装置３０の概略構成を示す説明図である。
本変形例１のアンテナ装置３０は、アンテナ３１と、偏向部としての回転レンズ３８と、固定反射部としての固定反射鏡３３と、制御部３４とを備える。

【0051】

本変形例１のアンテナ装置３０は、偏向器として、上述した実施形態のＭＥＭＳミラー３２を回転レンズ３８に置き換えたものである。本変形例１のアンテナ装置３０は、図４に示すように、アンテナ３１及び回転レンズ３８がケーシング３５内に配置されている。

【0052】

送信時には、アンテナ３１から放射される電磁波が回転レンズ３８を通過し、ケーシング３５の上面に設けられるレンズ３６を通じて、略鉛直方向に沿ってケーシング３５の上方へ放射される。ケーシング３５の上方には、上述した実施形態と同様の固定反射鏡３３が固定配置されている。回転レンズ３８と通過してケーシング３５の上方へ放射された電磁波は、固定反射鏡３３に入射し、固定反射鏡３３で反射することで、略水平方向へ放射され、ビーム１０Ｂ（１），１０Ｂ（２）を形成する。

【0053】

一方、受信時には、各ビーム１０Ｂ（１），１０Ｂ（２）の方向から到来する電磁波が固定反射鏡３３に入射し、固定反射鏡３３で回転レンズ３８に向けて鉛直方向下方へ反射する。固定反射鏡３３で反射した電波は、回転レンズ３８を通過し、回転レンズ３８の下方に配置されているアンテナ３１に受信される。

【0054】

回転レンズ３８は、入射方向に対する出射方向が回転角度によって変化するものであり、レンズ部３８ａとアクチュータ部３８ｂとから構成される。

【0055】

レンズ部３８ａは、例えば、図４に示すように、アンテナ３１側の下面（送信時の入射面、受信時の出射面）が回転軸に対して直角をなしており、その反対側の上面（送信時の出射面、受信時の入射面）が回転軸に対して傾斜している。このような構成により、送信時にはアンテナ３１からの電磁波がレンズ部３８ａの下面に直角方向（鉛直方向）から入射し、レンズ部３８ａの上面の傾斜方向に応じた角度（鉛直方向に対する傾斜角度）で、レンズ部３８ａの上面から斜め上方へ出射する。

【0056】

また、受信時には固定反射鏡３３からの電磁波がレンズ部３８ａの上面に斜め上方から入射する。そして、レンズ部３８ａの上面の傾斜方向に応じた角度（鉛直方向に対する傾斜角度）からレンズ部３８ａの上面に入射した電磁波だけが、レンズ部３８ａの下面から鉛直方向下方へ出射し、アンテナ３１に受信される。

【0057】

アクチュータ部３８ｂは、レンズ部３８ａの光軸中心の軸回りでレンズ部３８ａを回転駆動させるレンズ駆動部である。上述したように偏向器には高速な偏向動作が求められるため、アクチュータ部３８ｂによりレンズ部３８ａを高速で回転駆動させる必要がある。ただし、アンテナ３１は指向性が強いことから、レンズ部３８ａとしては小型のレンズを採用することができ、軽量のレンズを採用することができる。よって、このような小型で軽量のレンズ部３８ａをアクチュータ部３８ｂにより高速で回転駆動させても振動の問題は抑えられる。また、小型で軽量のレンズ部３８ａを駆動するアクチュータ部３８ｂは小型のものを用いることができる。

【0058】

制御部３４は、回転レンズ３８による偏向動作を制御する。具体的には、回転レンズ３８のアクチュータ部３８ｂの回転動作（回転角度）を制御することで、回転レンズ３８のレンズ部３８ａの上面の向きを制御する。

【0059】

制御部３４は、回転レンズ３８の回転動作（回転角度）を制御することで、送信時には、アンテナ３１から放射された電磁波の固定反射鏡３３への入射箇所を変化させることができる。したがって、制御部３４は、回転レンズ３８の回転動作（回転角度）を制御することにより、固定反射鏡３３への入射箇所に対応する電磁波の出射方向、すなわち、アンテナ装置３０から出射されるビーム１０Ｂ（１），１０Ｂ（２）の方向を制御することができる。

【0060】

また、受信時においては、制御部３４は、回転レンズ３８の回転動作（回転角度）を制御することで、アンテナ３１に受信させる電磁波の固定反射鏡３３への入射箇所（すなわち、アンテナ３１に受信させる電磁波の固定反射鏡３３での反射箇所）を変化させることができる。したがって、制御部３４は、回転レンズ３８の回転動作（回転角度）を制御することにより、どの方向から到来するビーム１０Ｂ（１），１０Ｂ（２）の電磁波をアンテナ３１に受信させるかを制御することができる。

【0061】

以上のように、本変形例１では、基地局１０のアンテナ装置３０として、回転レンズ３８からなる偏向部と固定反射鏡３３からなる固定反射部とを組み合わせた構成を採用している。これにより、電磁波のビーム方向を変更できる角度範囲、すなわち、送信時であればアンテナ装置３０から放射される電磁波の固定反射鏡３３からの出射方向を変更できる角度範囲、受信時であればアンテナ装置３０で受信される電磁波の固定反射鏡３３への入射方向を変更できる角度範囲を、当該偏向部の偏向可能な角度範囲よりも拡げることができる。よって、上述した実施形態と同様、指向性の強いアンテナを用いる通信においてカバー範囲の広い通信を実現できるアンテナ装置を提供することができる。しかも、本変形例１でも、偏向器として回転ミラーを用いる構成で生じ得る振動の問題や大型化の問題が抑制される。

【0062】

〔変形例２〕
次に、本実施形態の他の変形例（以下、本変形例を「変形例２」という。）について説明する。
本変形例２は、アンテナ装置３０の構成は、上述した実施形態と同様であるが、送信時にアンテナ３１からの電磁波を固定反射鏡３３に入射させる入射箇所、及び、受信時にアンテナ３１に受信させる電磁波が固定反射鏡３３に入射する入射箇所が、上述した実施形態とは異なっている。具体的には、送信時であれば、アンテナ装置３０から放射される電磁波の固定反射鏡３３からの出射方向が水平面上で互いに反対側となる固定反射鏡３３上の２つの入射箇所の両方をまたがるように、かつ、その一方に偏るようにする。受信時であれば、アンテナ装置３０で受信される電磁波の固定反射鏡３３への入射方向が水平面上で互いに反対側となる固定反射鏡３３上の２つの入射箇所の両方をまたがるように、かつ、その一方に偏るようにする。

【0063】

図５は、本変形例２のアンテナ装置３０の概略構成を示す説明図である。
本変形例２では、図５に示すように、アンテナ３１から放射される電磁波のビーム幅及びアンテナ３１に受信される電磁波のビーム幅が、上述した実施形態の場合よりも広くなるように調整されている。送信時であれば、アンテナ３１から放射される電磁波をＭＥＭＳミラー３２により固定反射鏡３３の目標入射箇所３３Ａに入射させたとき、その電磁波の一部が固定反射鏡３３の他の入射箇所３３Ｂ（固定反射鏡３３の軸に対して目標入射箇所３３Ａの反対側）にも入射されるようになっている。また、受信時であれば、アンテナ３１に受信される電磁波をＭＥＭＳミラー３２により固定反射鏡３３の目標入射箇所３３Ａに入射した電磁波とするとき、固定反射鏡３３の他の入射箇所３３Ｂ（固定反射鏡３３の軸に対して目標入射箇所３３Ａの反対側）に入射した電磁波も含まれるようになっている。

【0064】

一般に、基地局１０のアンテナ装置３０のビーム１０Ｂ（１）が通信端末２０（１）から外れると、通信端末２０（１）が基地局１０を見失ってしまい、通信端末２０（１）が圏外判定になって、基地局１０と通信端末２０（１）との通信が切れてしまうおそれがある。本変形例２によれば、アンテナ装置３０のビームは、主方向のビーム１０Ｂ（１）－１のほか、その反対側の方向のビーム１０Ｂ（１）－２にも形成される。特に、本変形例２では、主方向のビーム１０Ｂ（１）－１とその反対側の方向のビーム１０Ｂ（１）－２のほか、その主方向とは異なる方向全域（約３６０°）にわたってビーム１０Ｂ（１）－２と同様のビームにも形成される。

【0065】

このように、本変形例２では、主方向に向いたビーム１０Ｂ（１）－１よりも弱いビーム１０Ｂ（１）－２が水平面上の全方向に形成されるため、通信端末２０（１）が基地局１０を見失わず、基地局１０と通信端末２０（１）との通信が切れる事態を抑制することができる。

【0066】

なお、本変形例２では、偏向器としてＭＥＭＳミラー３２を用いた例で説明したが、上述した変形例１のように偏向器として回転レンズ３８を用いた例など、他の例であってよい。

【0067】

また、本発明は、マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波などの短波長の電磁波に使用されるアンテナ装置において広範囲の通信を実現するため、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標９「産業と技術革新の基盤をつくろう」の達成に貢献できる。

【0068】

なお、本明細書で説明された処理工程並びに基地局、アンテナ装置、通信端末及び通信システムの構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。

【0069】

ハードウェア実装については、実体（例えば、各種無線通信装置、Ｎｏｄｅ Ｂ、端末、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。

【0070】

また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、上記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。

【0071】

また、前記媒体は非一時的な記録媒体であってもよい。また、前記プログラムのコードは、コンピュータ、プロセッサ、又は他のデバイス若しくは装置機械で読み込んで実行可能であればよく、その形式は特定の形式に限定されない。例えば、前記プログラムのコードは、ソースコード、オブジェクトコード及びバイナリコードのいずれでもよく、また、それらのコードの２以上が混在したものであってもよい。

【0072】

また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。

【符号の説明】

【0073】

１０ ：基地局
１０Ｂ ：ビーム
２０ ：通信端末
３０ ：アンテナ装置
３１ ：アンテナ
３２ ：ＭＥＭＳミラー
３２ａ ：反射ミラー
３２ｂ ：コイル
３２ｃ ：トーションバー
３２ｄ ：永久磁石
３３ ：固定反射鏡
３４ ：制御部
３５ ：ケーシング
３６ ：レンズ
３７ ：支持部材
３８ ：回転レンズ
３８ａ ：レンズ部
３８ｂ ：アクチュータ部
５０ ：コアネットワーク
１００ ：セル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】