(57)【要約】【課題】分配器を用いることなく、位相同期した多数の発振信号を供給すること。【解決手段】発振信号の位相差が９０度である４位相の同一周波数の発振信号を出力する位相同期発振器アレイである。複数の閉線路２１〜２３から成る複数のリング共振器と、閉線路の全長を１／４分割した位置に設けられた４つのポート２１ａ〜２１ｄのうち隣接する２つのポート２１ｂ、２１ｃと、この閉線路２１に隣接する閉線路２２の隣接する２つのポート２２ａ、２２ｄ間を、それぞれ、負性抵抗として、接続する差動発振器３１ａ、３１ｂと、少なくとも何れか１方の端部に配置される閉線路２１において、その閉線路の４つのポートのうち、差動発振器が接続されていない２つのポート２１ａ、２１ｄに対して、９０度の位相差を有した信号を励振する励振装置３０とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振信号の位相差が９０度である４位相の同一周波数の発振信号を出力する位相同期発振器アレイにおいて、
複数の閉線路から成る複数のリング共振器と、
前記閉線路の全長を１／４分割した位置に設けられた４つのポートのうち隣接する２つのポートと、この閉線路に隣接する閉線路の隣接する２つのポート間を、それぞれ、負性抵抗として、接続する差動発振器と、
少なくとも何れか１方の端部に配置される閉線路において、その閉線路の４つのポートのうち、前記差動発振器が接続されていない２つのポートの一方の第１ポートの位相が、他方の第２ポートの位相に対して、相対的に９０度の進み位相となるように、第１ポートと第２ポートの位相関係の向き固定する共振モード固定手段と
を有することを特徴とする位相同期発振器アレイ。
【請求項２】
前記共振モード固定手段は、９０度位相差を有する２つ信号を出力する発振器を有し、位相が進んでいる方の信号を前記第１ポートに入力させ、他方の信号を第２ポートに入力させる手段であることを特徴とする請求項１に記載の位相同期発振器アレイ。
【請求項３】
前記共振モード固定手段は、発振器と前記第１ポートとの間及び発振器と前記第２ポートの間に、それぞれ、発振器から前記第１ポート側に、及び、発振器から前記第２ポート側に、のみ信号の伝搬方向を制限する伝搬方向制限回路を有することを特徴とする請求項２に記載の位相同期発振器アレイ。
【請求項４】
前記共振モード固定手段は、負性抵抗として、前記第１ポートに接続される発振器と、前記発振器の出力信号の位相を９０度を遅らせて、前記第２ポートに出力する遅れ移相回路を有することを特徴とする請求項１に記載の位相同期発振器アレイ。
【請求項５】
前記共振モード固定手段は、負性抵抗として、前記第２ポートに接続される発振器と、前記発振器の出力信号の位相を９０度を進めて、前記第１ポートに出力する進み移相回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の位相同期発振器アレイ。
【請求項６】
前記共振モード固定手段は、前記発振器と、前記第１ポート又は前記第２ポートとの間に、発振器からそのポートに向けてのみ信号を伝搬する伝搬方向制限回路を有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の位相同期発振器アレイ。
【請求項７】
前記共振モード固定手段は、前記第１ポートと前記第２ポートとを接続する９０度位相さを発生させる移相器であることを特徴とする請求項１に記載の記載の位相同期発振器アレイ。
【請求項８】
前記共振モード固定手段は、前記第１ポートと第２ポート間の信号の伝搬方向を一方の方向に制限する伝搬方向制限回路を有することを特徴とする請求項７に記載の位相同期発振器アレイ。
【請求項９】
前記閉線路は、全周長が発振周波数の１波長のマイクロストリップ線路から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の位相同期発振器アレイ。
【請求項１０】
前記差動発振器は、前記隣接する閉線路の２つのポートのそれぞれに対して、前記差動発振器のそれぞれのトランジスタを結合したことを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の位相同期発振器アレイ。
【請求項１１】
複数の前記閉線路は、２次元配列されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の位相同期発振器アレイ。
【請求項１２】
前記隣接する閉線路の２つのポートを接続する線路に位相を推移させる移相器を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の位相同期発振器アレイ。
【請求項１３】
前記閉線路は、前記ポートが設けられる周辺線路と、閉線路の中心点と周辺線路とを、等中心角で結ぶ内部線路とから成り、前記中心点から前記発振周波数の４倍の周波数を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか１項に記載の位相同期発振器アレイ。
【請求項１４】
前記ポートの出力信号の位相を、ｎθ、ただし、ｎは自然数、だけシフトさせる移相器を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れか１項に記載の位相同期発振器アレイ。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４の何れか１項に記載の位相同期発振器アレイを用いたアレイアンテナ装置。
【請求項１６】
前記閉線路の中心点に、送信回路及びアンテナ素子が形成されたことを特徴とする請求項１５に記載のアレイアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発振器の発振信号の位相を同期させた位相同期発振器アレイ及びそれを用いたアレイアンテナ装置に関する。本発明は、指向性を可変制御できるフェーズドアレイアンテナの各アンテナへの搬送波の位相を制御するのに用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、フェーズドアレイアンテナ装置を開示している。そのフェーズドアレイアンテナ装置では、複数の送信モジュールを持ち、搬送波の増幅と位相を可変している。各アンテナに供給する搬送波は、単一の発振器で生成されて、分配器で各アンテナ系統に分配された後、各アンテナに供給されるようになっている。各アンテナに供給される搬送波の位相差を制御することにより、アンテナの指向性を変化させることができる。
【０００３】
非特許文献１は、リング共振器を用いたプッシュ発振器を開示している。この文献では、正方形状のマイクロストリップ線路から成るリング共振器には、２つの直交する共振モードが存在し、リング共振器を４つのポートで励振する４つの発振器があり、自動的に位相関係が決定されることが開示されている。また、４つの発振器からの周波数f0を励振することで、周辺伝送路の各辺の中点間を結び十字形状に交差した線路の交点から周波数4f0 の発振信号が得られることが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２は、 複数の発振器を帯域阻止フィルタで接続した回路を開示している。この技術は、帯域阻止フィルタでの反射特性を利用して、反射信号と同相、透過信号と逆位相で発振させることにより、帯域阻止フィルタで相互に連結された発振器の周波数と位相とを同期させるものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６９５６９
【特許文献２】特許第３８６１１５５
【非特許文献１】Hai Xiao, Takayuki Tanaka, Masayoshi Aikawa, "Basic Behavoir of Quadruple-Push Oscillator Using Ring Resonator." IEEE Trans. Electron.,Vol.E88-C,No.7,July 2005 。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１のフェーズドアレイアンテナ装置では、発振器が１個であり、この発振器の出力する信号をアンテナ系統の数に分配して、増幅又は移相器により位相を変化させている。信号を分配させているために、発振器は大きな電力を発生させなければならない。これは消費エネルギーを増大させるという問題だけでなく、放熱の問題も引き起こす。また、各アンテナ系統のモジュールに同相で分配するためには、搬送波を供給する伝送路の長さを、各アンテナ系統で、等しくする必要があり、実際には、これを行うことはスペース的に容易ではない。
【０００７】
また、ミリ波のような超高周波においても、SiGeICの登場によって高集積化できる可能性がでてきた。これにより、高周波回路部をワンチップに収納できる可能性がでてきた。このような状況では、各ICは発振器と増幅器や移相器を備えたICとなる可能性がある。すると、これらのICをアレー配置することで、アンテナからの出力を空間合成するなどの方法も現実的となってきた。しかし、これには、各発振器の同期を取る必要があるが、分配器を用いた分配では、上記のような問題がある。本発明はこのような用途に利用できる。
【０００８】
非特許文献１に記載の技術は、１つのリング共振器に４つの発振器を取り付けて発振させる技術である。リング共振器には、cosωt とsinωｔとの２つの直交するモードがあり、４つの発振器の発振信号の位相は、自動的に９０度ずれた位相関係になる。正方形の伝送路の各辺の中点に設けられた４つのポートでの発振信号の位相は、時計回りに９０度づつ位相が進むモードと、これとは逆に、反時計回りに９０度づつ位相が進むモードとが存在する。しかし、このモードは、何れか一方に決定することはできず、発振器の電源を投入した時の初期位相により、何れかのモードに決定される。したがって、この非特許文献に開示されているリング共振器を、アレイアンテナ装置に用いることはできない。
【０００９】
また、非特許文献１は、得られる信号は４個に限定されるために、アンテナの数が、これ以上に多くなると、この方式は用いることができない。また、非特許文献１では、正方形の伝送路の中心点から発振器の発振周波数の４倍の周波数の発振信号が得られることが開示されているが、この信号は１個だけであるから、この４倍の発振周波数の発振信号を、分配器を用いることなく、フェーズドアレイアンテナ装置に供給することはできない。したがって、この場合にも、上記のように発振器の出力を大きくする必要があり、消費電力と発熱が大きくなるという問題がある。
【００１０】
また、特許文献２の技術では、帯域阻止フィルタの透過信号と逆相で同期させている関係上、透過信号のレベルが低く、隣接する発振器間の結合が弱い。この結果、周波数と位相の同期の安定性に欠けるという問題がある。また、この技術では、単一の波形、すなわち、cosωt か、sinωt しか得られないために、送受信アレイアンテナや、指向性制御のアンテナを構成することが困難となる。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、分配器を用いることなく、９０度づつ位相が異なる４種類の信号であって、各種の信号においては、位相同期した多数の発振信号を供給することができるようにすることである。
また、アレイアンテナやフェーズドアレイアンテナに、搬送波を供給し易い構造の発振装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、発振信号の位相差が９０度である４位相の同一周波数の発振信号を出力する位相同期発振器アレイにおいて、複数の閉線路から成る複数のリング共振器と、閉線路の全長を１／４分割した位置に設けられた４つのポートのうち隣接する２つのポートと、この閉線路に隣接する閉線路の隣接する２つのポート間を、それぞれ、負性抵抗として、接続する差動発振器と、少なくとも何れか１方の端部に配置される閉線路において、その閉線路の４つのポートのうち、差動発振器が接続されていない２つのポートの一方の第１ポートの位相が、他方の第２ポートの位相に対して、相対的に９０度の進み位相となるように、第１ポートと第２ポートの位相関係の向き固定する共振モード固定手段とを有することを特徴とする位相同期発振器アレイである。
【００１３】
差動発振器を隣接する閉線路のポート間に接続する方法には、発振器を構成するトランジスタのゲート／ベースを、閉線路のポートにコンデンサを介して接続する方法や、トランジスタのドレイン／コレクタ又はソース／エミッタを、閉線路の各ポートにコンデンサやインダクタを介して接続する方法がある。その他、容量結合や誘導結合により、発振器を構成するトランジスタと、閉線路と電磁気的に結合させても良い。要するに、発振器と閉線路とが、電磁気的に結合し、発振器の回路定数と、閉線路の共振特性と回路定数とで、共振周波数、共振特性が決定されるように、結合していれば良く、その結合方法は、任意である。すなわち、隣接する閉線路のポート間に、差動発振器による負性抵抗が接続されれば良い。
【００１４】
共振モード固定手段は、複数の閉線路のうちの端に設けられる閉線路（以下、「第１閉線路」という）の４つのポートのうち、差動発振器が接続されていない２つのポートである第１ポートと第２ポートに接続される。共振モード固定手段は、第１ポートの位相が、他方の第２ポートの位相に対して、相対的に９０度の進み位相となるように、第１ポートと第２ポートの位相関係の向き固定する。位相関係の向きとは、ポート間の位相の進み又は遅れ関係を言い、その位相関係の向きを固定するとは、装置の電源のオンオフに係わらず、常に、ポート間の位相関係が、一意的に固定されるようにすることを意味する。この固定により、閉線路が共振状態となる時の各４つのポートの位相関係が一意に固定される。その結果、他の複数の閉線路の各ポートの位相関係も、一意に固定される。
【００１５】
共振モード固定手段には、以下の手段を採用することができる。
第１には、共振モード固定手段は、９０度位相差を有する２つ信号を出力する発振器を有し、位相が進んでいる方の信号を第１ポートに入力させ、他方の信号を第２ポートに入力させる手段である。閉線路の共振周波数と同一周波数で発振する発振器の出力から、９０度位相差を有する２つの信号が生成される。これには、９０度遅れ移相器、９０度遅延移相器、９０度の進み移相器などを用いることができる。もちろん、発振器の出力信号に対して、π／４だけ位相が進んだ信号と、π／４だけ位相が遅れた信号とを生成しても良い。そして、２つの信号のうち、位相が進んでいる方の信号を第１ポートに入力させ、位相が遅れている方の信号を第２ポートに入力させれば良い。この場合においても、共振モード固定手段は、第１ポートと第２ポートとに信号を供給するが、この時、閉線路を伝搬する信号が、共振モード固定手段を介して、第１ポートと第２ポート間を、バイパスすることを防止するために、発振器と第１ポート間に、発振器器から第１ポートに向けてのみ信号を伝送する伝搬方向制限回路と、発振器と第２ポート間に、発振器器から第２ポートに向けてのみ信号を伝送する伝搬方向制限回路とを設けるのが望ましい。このようにすることで、共振モード固定手段が、閉線路の共振特性に影響を与えることを防止することができ、Ｑ値を向上させることができる。伝搬方向制限回路はは、増幅器、方向性結合器、サーキュレータ、アイソレータなどで構成できる。
【００１６】
第２には、共振モード固定手段は、負性抵抗として、第１ポートに接続される発振器と、発振器の出力信号の位相を９０度を遅らせて、第２ポートに出力する遅れ移相回路とで構成することができる。
第３には、共振モード固定手段は、負性抵抗として、第２ポートに接続される発振器と、発振器の出力信号の位相を９０度を進めて、第１ポートに出力する進み移相回路とで構成することができる。
この発振器は、第１閉線路と接続された状態で、発振器の回路定数と、閉線路の共振特性とその回路定数とで、共振周波数、共振特性が決定されるように、第１閉線路に結合している。すなわち、この発振器は、第１閉線路と接続された状態で、閉線路の共振周波数で発振するように構成された発振器である。
【００１７】
また、共振モード固定手段は、発振器と、第１ポート又は第２ポートとの間に、発振器からそのポートに向けてのみ信号を伝搬する伝搬方向制限回路を有することが望ましい。負性抵抗を与える発振器は、伝搬方向制限回路が接続されていない方のポートと接続された状態で、閉線路の共振周波数で発振する。伝搬方向制限回路により、その伝搬方向制限回路が接続されているポートが、発振器に与える影響が防止されている。したがって、発振器は、一つのポートとの接続状態で、発振するので、発振モードを一つに制限できる。伝搬方向制限回路としては、増幅器、方向性結合器、サーキュレータ、アイソレータなどを用いることができる。
【００１８】
また、共振モード固定手段は、第１ポートと第２ポートとを接続する９０度位相さを発生させる移相器としても良い。この場合には、第１閉線路での共振は、それに接続されている差動発振器によって、生起される。第１ポートの電圧は、そのポートと１８０度の位置関係にあるポートの電圧の位相に対して、１８０度遅延している。また、第２ポートも、同様に、そのポートと１８０度の位置関係にあるポートの電圧の位相に対して、１８０度遅延している。この時、共振モード固定手段は、第１ポートの電圧の位相を第２ポートの電圧の位相に対して９０度進める作用をして、第１ポートの位相を、第２ポートの位相に対して、常に、９０度進み位相となるように固定する。
【００１９】
共振モード固定手段は、例えば、９０度遅延線路、９０度遅れ移相器、９０度進み移相器で、構成される。共振モード固定手段を、９０度遅延線路又は９０度遅れ移相器とした場合には、第１ポートと１８０度の位置関係にあるポートに接続されている差動発振器を、第２ポートと１８０度の位置関係にあるポートに接続されている差動発振器に対して、先に、電源を投入して、発振させる。これにより、第１ポートは、最大振幅、第２ポートは、零振幅となる励振モードが第１閉線路に励起される。そして、第１ポートの電圧信号は、共振モード固定手段により、その位相が９０度遅延されて、第２ポートに入力される。このようにして、第２ポートを第１ポートに対して、常に、９０度位相が遅れた状態で、共振させることができる。
【００２０】
逆に、共振モード固定手段を、９０度進み移相器とした場合には、第２ポートと１８０度の位置関係にあるポートに接続されている差動発振器を、第１ポートと１８０度の位置関係にあるポートに接続されている差動発振器に対して、先に、電源を投入して、発振させる。これにより、第２ポートは、最大振幅、第１ポートは、零振幅となる励振モードが第１閉線路に励起される。そして、第２ポートの電圧信号は、共振モード固定手段により、その位相が９０度進まされ、第１ポートに入力される。このようにして、第１ポートを第２ポートに対して、常に、９０度位相が進んだ状態で、閉線路を共振させることができる。
【００２１】
第１閉線路の４つのポートの位相関係は、装置の電源をオンオフさせても、常に、固定される。隣接する閉線路のポート間を接続する差動発振器の２出力端子の位相関係は、固定されているので、他の全ての閉線路の４つのポートの位相関係は、常に、固定されることになる。
【００２２】
また、共振モード固定手段は、第１ポートと第２ポート間の信号の伝搬方向を一方の方向に制限する伝搬方向制限回路を有することが望ましい。この場合に、伝搬方向制限回路は、共振モード固定手段が接続されていない場合に、第1 閉線路において、信号が励起されているポートから、信号が励起されていないポートへ向かう方向にのみ信号が伝搬するように方向を制限するものである。これにより、直交する２モードの励振を、効果的に、実現することができる。
【００２３】
また、上記の全発明において、一つの閉線路におけるポートの数は、４つであり、各ポート間の位相差は、基本発振周波数に対してπ／２である。閉線路は、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路を用いることができるが、閉線路は、全周長が発振周波数の管内１波長のマイクロストリップ線路から成ることが望ましい。
【００２４】
閉線路の数は、複数であれば、任意である。必要な発振信号の数が得られるだけ、設けることになる。例えば、アレイアンテナの数がｎ本であれば、閉線路の数もｎ本となる。差動発振器は、２つのポートを、逆相で接続するものである。隣接する閉線路の２組のポートが、２組の差動増幅器で接続されることになる。これらの２組の差動増幅器は、同一素子特性で構成されるのが望ましい。
【００２５】
また、他の端部の第２閉線路において、他の閉線路と接続されていないポートには、インピーダンス整合した終端抵抗が接続されていても、開放端であっても、また、負性抵抗として、発振器が接続されていても良い。
本発明は、複数の閉線路の対応したポートにおいて、得られる複数の発振信号において、位相は固定的に同期したものでも、位相差を変化させて、同期したものであっても良い。したがって、位相を変化させる発振信号を得る場合には、隣接する閉線路の２つのポートを接続する線路に位相を推移させる移相器を設けることが望ましい。
【００２６】
複数の閉線路は、２次元配列されていても良い。このアレイ配設から、アレイアンテナへの信号の供給が容易となる。
【００２７】
閉線路の形状は、円、楕円、正方形、菱形、長方形、平行四辺形、正三角形、正五角形、正六角形、正八角形、正多角形など任意である。多角形の場合、ポートを設ける位置は頂角でも辺でも良い。設けるポート間の線路長は、基本周波数の管内波長の１／４である。閉線路を一つの方向に一次元配列させる場合には、隣接する２つの閉線路における２つのポート間は、逆相で接続される。この逆相の接続が、隣接する閉線路において、２組存在する。また、閉線路を２次元配列させる場合には、直交する２つの方向に、それぞれ、２組づつの差動発振器で、閉線路間が、逆相で接続される。
【００２８】
また、閉線路は、ポートが設けられる周辺線路と、閉線路の中心点と周辺線路とを、等中心角で結ぶ内部線路とから成り、中心点から発振周波数の４倍の周波数を出力する構成としても良い。この場合には、発振基本周波数の４倍の周波数を中心点から出力することができる。
【００２９】
これらの場合において、１次元配列や２次元配列する場合にも、２つの閉経路の結合は、上記した構成と同一である。発振器を結合させる位置は、多角形の場合、閉線路の頂角でも辺でも良い。また、閉線路を正多角形又は円で構成する場合において、周辺線路と内部線路との交点に、差動発振器を結合させても良いし、差動発振器は、その交点以外の周辺線路上の任意の４等分点に設けても良い。一つの閉線路に４つの差動発振器が接続されている場合には、対称性から、４個の差動発振器とその交点との距離を、全て等しくする任意の点で、差動発振器を閉線路とを結合させる。これは、閉線路が正方形の場合にも、当てはまる。すなわち、正方形の角でも、各辺の中点でも、各角から距離の等しい各辺上の点で、差動発振器と閉線路とを結合させても良い。
【００３０】
また、閉線路は、一辺の長さが発振周波数の１波長の１／４の正方形から成る周辺線路と、各辺の中点と正方形の中心点とを結ぶ内部線路とで構成しても良い。この場合には、中心点から発振周波数の４倍の周波数を出力することができる。この時、差動発振器を接続するポートは、正方形の各辺の中点に設けても良いし、正方形の角に設けても良い。この構成を、一次元配列、二次元配列したものであっても良い。
【００３１】
また、上記構成の位相同期発振器アレイを用いてアレイアンテナ装置を構成することも可能である。この場合に、一つの基板に、アンテナ素子と、発振器、閉線路、その他の送信回路を形成することができる。同様に、位相同期発振器アレイを用いたアレイアンテナ装置であって、閉線路の中心点に、送信回路及びアンテナ素子が形成されたアレイアンテナ装置としても良い。
【００３２】
また、各ポートの出力信号の位相を、ｎθ、ただし、ｎは自然数、だけシフトさせる移相器を設けても良い。この場合に、アレイアンテナにおいて指向性を制御することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によると、閉線路の全長を１／４分割した位置に設けられた４つのポートのうち隣接する２つのポートと、この閉線路に隣接する閉線路の隣接する２つのポート間を、それぞれ、差動発振器を負性抵抗として接続したものである。したがって、各閉線路は、周波数と位相が同期したものとなり、各閉線路の４つのポートからは、９０度づつ位相が異なる４つの安定した発振信号を得ることができる。また、少なくとも何れか１方の端部に配置される閉線路において、その閉線路の４つのポートのうち、差動発振器が接続されていない２つのポートの一方の第１ポートの位相を、他方の第２ポートの位相に対して、９０度の進み位相に固定する共振モード固定手段か設けられているので、閉線路における発振モードは、この共振モード固定手段により決定される方向に、位相が、順次、回転するモードとなる。この結果、各閉線路の各ポートからは、装置の電源をオンオフしても、隣接するポート間の位相さが９０度で、進みと遅れの位相関係が固定された信号が得られる。
【００３４】
また、閉線路を、一次元配列、二次元配列など、複数配列させることにより、アレイアンテナへの応用が可能となる。また、閉線路を、一次元配列、二次元配列など、複数設けて、隣接する閉線路を接続する線路に、移相器を設けることで、得られる発振信号の位相を可変制御することができる。したがって、フェーズドアレイアンテナ装置の指向性制御を容易に行うことが可能となる。また、各段の閉線路の各ポートから出力される発振信号に対して、各段毎に、ｎθの位相差を設ける移相器を設けることで、フェーズドアレイアンテナ装置の指向性制御を容易に行うことが可能となる。
【００３５】
また、４本の回転対称の内部線路を設けて、その中心点から基本周波数の４倍の周波数の信号を得るようにした場合には、リング共振器の共振周波数が使用する周波数よりも低いので、使用周波数で共振させた場合に比べると、高いＱ値を得ることができるので効果的である。
【００３６】
これらの位相同期発振器アレイをフェーズドアレイアンテナを含むアレイアンテナ装置に用いた場合には、分配器を用いていないので、消費電力を節減できる。また、発熱も少ない。さらに、一つの基板上にアンテナ素子と回路とを集積化することができる。さらに、リング共振器の利得を、差動発振器の数で決定することができ、一定の出力を得るに当たり、差動発振器の容量を低減することが可能となる。また、各アンテナ系統へ信号を供給する各線路の長さが、単一の発振器を用いて分配器で分配する場合には、等しくならないので、各アンテナでの送信位相を調整することが必要となるが、本発明では、そのような線路長の不均一性による各種の弊害を排除することができる。
【００３７】
また、閉線路を複数設けているので、アレイアンテナに要求される性能により、用いる閉線路を選択することで、要求の程度に応じたアレイアンテナ装置を、同一構成で、提供することが可能となる。例えば、探索範囲を長距離にしたり、指向性の幅を狭くして、方向の分解能を高くする場合には、動作させる閉線路の数を多くし、探索範囲を短距離にしたり、指向性の幅を広くして方向の分解能を低下させる場合には、動作させる閉線路の数を減少させれば良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の具体的な実施例を図を参照しながら説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３９】
図１は、位相同期発振器アレイの平面図、図２は、その１つのリング共振器を示した断面図である。基板１０の上に、マイクロストリップ線路から成る円形をした閉線路２２と、差動発振器３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂから成るＩＣが配設されている。基板の裏面１１には、アース導体１２が配設されている。円形の閉線路の全長ａは、発振基本周波数の管内波長λである。閉線路２２の周囲の４等分点は、それぞれ、各差動発振器３１ａ、３２ａ、３２ｂ、３１ｂのゲート／ベースが、接続される４つのポート２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを構成している。
【００４０】
図３には、閉線路２１（第１閉線路）と閉線路２２とを接続する差動発振器３１ａ、３１ｂの具体的な回路が示されている。差動発振器を構成するトランジスタは、同一構成で、同一素子特性を有するトランジスタから構成されている。そして、閉線路２１のポート２１ｂと、閉線路２２のポート２２ａ間とのには、差動発振器３１ａが接続されている。すなわち、ポート２１ｂとポート２２ａには、それぞれ、差動発振器３１ａを構成する２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の、それぞれのゲート／ベースが接続されている。また、閉線路２１のポート２１ｃと、閉線路２２のポート２２ｄとの間には、差動発振器３１ｂが接続されている。すなわち、ポート２１ｃとポート２２ｄには、それぞれ、差動発振器３１ｂを構成する２つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の、それぞれのゲート／ベースが接続されている。他の閉線路２２、２３の間にも、それぞれのポート２２ｂとポート２３ａとを接続する差動発振器３２ａ、それぞれのポート２２ｃとポート２３ｄとを接続する差動発振器３２ｂが配設されている。また、他の端部の閉線路（以下、「第２閉線路」という）２３のポート２３ｂ、ポート２３ｃには、差動発振器３３ａ、３３ｂが接続されている。なお、図１では、閉線路は３つだけ記載されているが、実際には、必要な信号の数に応じて、必要な数の閉線路が差動発振器で接続されている。
【００４１】
端部の第１閉線路２１における差動発振器が接続されていないポート２１ａ、２１ｄには、共振モード固定装置３０が接続されている。共振モード固定装置３０は、発振器２７と、９０度遅延線路２９と、伝搬方向制限回路を構成する増幅器２８とを有している。ポート２１ｄは、発振器２７のトランジスタＴｒ５のゲート／ベースに、抵抗ｒを介して接続されている。ポート２１ａは、発振信号をＢ１点からＡ１点（ポート２１ｄからポート２１ａ）の方向にのみ伝搬させる増幅器２８、９０度遅延線路２９、及び抵抗ｒを介して、発振器２７のトランジスタＴｒ５のゲート／ベースに接続されている。伝搬方向制限回路は、増幅器２８の他、片方向に電磁波を伝搬させるものであれば、方向性結合器、アイソレータ、サーキュレータなどを用いることができる。Ｂ１点における励振信号がcosωt の場合、Ａ１点ででの励振信号は、その信号の位相が９０度遅れた信号sinωt となる。このようにポート２１ｄからcosωt で、ポート２１ａからsinωt で励振した場合、電界は時計回りの回転電界となり、ポート２１ｄの信号cosωt に対して、ポート２１ａ、２１ｂ、２１ｃの電圧は、それぞれ、順次、位相が９０度づつ遅れた信号となる。
【００４２】
増幅器２８は、第２ポートから、信号が発振器側に伝搬しないようにするものである。すなわち、増幅器２８は、第２ポートの特性が発振器２７に影響を与えず、発振器２７が第１ポートの特性のみによって、共振周波数で発振するようにするためのものである。
【００４３】
図１において、ポート２１ｄから励振された信号は、ポート２１ａ、２１ｃには現れず、ポート２１ｂにのみ、１８０度の位相差で、現れる。一方、ポート２１ａから励振された信号は、ポート２１ｂ、２１ｄには現れず、ポート２１ｃにのみ、１８０度の位相差で現れる。また、ポート２１ａと、ポート２１ｄからの９０度の位相差で、励振した場合には、閉線路２１において、励振位相が進んでいるポートから励振位相が遅れているポートに向けた向きに回転する回転電界が発生し、これは、基本周波数の角速度ωで回転する。  
【００４４】
隣接する閉線路のポート間は、差動発振器で接続されているので、ポート２１ｂの信号と、ポート２２ａの信号とは、位相が１８０度異なる。同様に、ポート２１ｃの信号と、ポート２２ｄの信号とは、位相が１８０度異なる。閉線路２２のポート２２ｂ、２２ｃと、閉線路２３のポート２３ａ、２３ｄのぞれぞれのポート対における信号は、１８０度位相が異なったものとなる。端部の第１閉線路２１での励振状態が決定されると、その電界の回転方向によって決定される方向に、差動発振器で結合した他の閉線路にも、回転電界が励起される。
【００４５】
このようにして、本実施例によれば、分配器を用いることなく、閉線路の数だけの位相同期した周波数ｆの発振信号を得ることができる。また、各閉線路における４つのポートからは、９０度づつ位相が異なる４つの発振信号を得ることができる。
なお、本実施例においては、差動発振器のトランジスタのゲート／ベースを閉線路に接続しているが、ドレイン／コレクタ又はソース／エミッタをコンデンサやインダクタを介して閉線路に接続しても、トランジスタの発振信号が流れる線路と、閉線路とを、容量結合、誘導結合などの電磁的な結合により、結合させても良い。また、第２閉線路において、他の閉線路と接続されていないポートには、差動発振器３３ａ、３３ｂを接続したが、このポートは、開放されていても、整合抵抗で終端されていても良い。
【００４６】
また、上記実施例において、増幅器２８と９０度遅延移相器２９との配置関係は逆であっても良い。すなわち、増幅器２８が発振器２７に近い側に、９０度遅延移相器２９が第２ポート２１ａに近い側に配設されていても良い。また、上記実施例では、増幅器２８を９０度遅延移相器２９に直列に接続しているが、図４に示すように、増幅器２８を、９０度遅延移相器２９が設けられない側の線路、すなわち、第１ポート２１ｄに接続される線路に、第１ポート側に信号を伝送する向きに設けても良い。この場合には、発振器２７は、その負性抵抗と、９０度遅延移相器２９と、第２ポート２１ａから見た閉線路の特性とによって決定される周波数で、発振する。そして、その発振器２７の発振周波数が、第１ポート２１ｄに入力される。このよにうしても、第１ポート２１ｄの電圧位相を、第２ポート２１ａの電圧位相に対して、常に、９０度だけ進んだ状態とすることができる。
【００４７】
また、図１において、第１ポート２１ｄに接続される側に、９０度進み移相器と、第１ポート２１ｄに向かう方向にのみ信号を伝搬させる増幅器とを接続し、第２ポート２１ａには、発振器２７の出力を、そのまま、入力させるようにしても良い。この場合には、発振器２７は、その負性抵抗と、第２ポート２１ａから見た閉線路の特性とで決定される周波数で発振し、その発振信号が９０度進み移相器を介して第１ポート２１ｄに入力される。これによっても、第１ポート２１ｄの電圧位相を第２ポート２１ａの電圧位相に対して、常に、９０度進んだ状態に固定することができる。図４の構成の思想と同様に、第１ポート２１ｄに接続される線路に、９０度進み移相器のみを接続して、第１ポート２１ａに接続される線路には、その向きにのみ信号伝搬させる増幅器だけを設けても良い。この場合には、発振器２７は、その負性抵抗と、９０度進み移相器と、第１ポート２１ｄから見た閉線路の特性とによって決定される周波数で、発振する。そして、その発振器２７の発振周波数が、第２ポート２１ａに入力される。このよにうしても、第１ポート２１ｄの電圧位相を、第２ポート２１ａの電圧位相に対して、常に、９０度だけ進んだ状態とすることができる。
【実施例２】
【００４８】
実施例１では、共振モード固定装置３０において、発振器２７の負性抵抗と、一つのポートから見た閉線路の特性により、発振器２７が、単ピーク特性による周波数で発振するように構成している。実施例２は、図５に示すように、独立した発振器２６を用いたものである。すなわち、第１閉線路２１の回路定数には影響されないが、閉線路の共振周波数で、発振する発振器２６を用いた。９０度遅延移相器２９を用いて、発振器２６の発振信号の位相が９０度遅延される。この場合には、閉線路２１の回路特性が、発振器２６の発振特性に影響を与えないので、伝搬方向制限回路である増幅器は用いていない。もちろん、第１ポート２１ｄに接続される線路に９０度進み移相器を設けて、第２ポート２１ａには、発振器２６の出力をそのまま入力させるようにしても良い。いずれの場合も、第１ポート２１ｄの電圧の位相を、第２ポート２１ａの電圧の位相に対して９０度進めた状態に固定することができる。
【００４９】
本実施例の場合には、発振器２６は、閉線路２１とは無関係に発振する発振器であるので、発振器２６と閉線路２１とを直接接続しても、閉線路２１の特性が発振器２６に影響を与えることがない。しかし、第１ポート２１ｄと、第２ポート２１ａ間で、９０度遅延移相器や９０度進み移相器が挿入される線路により、閉線路２１をバイパスする経路が形成される。このため、閉線路２１の共振特性に影響を与える。したがって、図６に示すように、第２ポート２１ａに接続される線路に、第２ポート２１ａの方向にのみ信号を伝搬させる増幅器２８ａを設け、第１ポート２１ｄに接続される線路に、第１ポート２１ｄの方向にのみ信号を伝搬させる増幅器２８ｂを設けても良い。これにより、共振特性を改善することができる。９０度進み移相器を用いる場合も同様に、それぞれの経路に、それぞれの増幅器を用いることかできる。
【実施例３】
【００５０】
図７に示すように、実施例３では、共振モード固定装置１３０を、第１ポート２１ｄと第２ポート２１ａ間に、コンデンサを介して接続される９０度遅延移相器２９（λ／４遅延線路）で、構成しても良い。この構成の場合においては、第１ポート２１ｄと１８０度の位置関係にあるポート２１ｂに接続されている差動発振器３１ａを、第２ポート２１ａと１８０度の位置関係にあるポート２１ｃに接続されている差動発振器３１ｂよりも先に起動して、ポート２１ｂから、閉線路２１を励振させる。ポート２１ｂからcosωt で励振した場合、第１ポート２１ｄの電圧は、励振信号に対して１８０度位相が異なる−cosωt となる。第２ポート２１ａ及びポート２１ｃには、この励振信号は現れず、それらのポートの電圧は零である。第１ポート２１ｄに現れる信号を、９０度遅延移相器２９を介して、第２ポート２１ａに入力させる。すると、第２ポート２１ａは、−sinωt で励振される。２つのポートから９０度位相差を有した励振信号で励振することにより、上述した説明により、閉線路２１の電界分布は、第１ポート２１ｄから、９０度位相遅れで励起される第２ポート２１ａに向けた方向に回転する回転電界となる。これにより、装置の電源のオンオフに係わらず、第１ポート２１ｄの電圧位相を第２ポート２１ａの電圧位相に対して、相対的に９０度進めた状態に、固定することができる。この結果、他の閉線路における各ポートでの電圧位相も、９０度づつ位相が異なる位相に固定することができる。
【００５１】
なお、第２ポート２１ａと１８０度の位置関係にあるポート２１ｃに接続されている差動発振器３１ｂを、差動発振器３１ａよりも先に起動すると、第２ポート２１ａの電圧位相が、第１ポート２１ｄの電圧位相よりも９０度進むことになり、電界の回転方向も反時計方向となる。このように、第１閉線路２１に接続されている差動発振器３１ａ、３１ｂの起動順序により、閉線路の各ポートの位相関係を一意的に固定することができる。
また、９０度遅延移相器２９に代えて、９０度進み移相器を用いても良い。この場合には、差動発振器３１ｂを差動発振器３１ａよりも先に起動させる。そのようにすることで、第１ポート２１ｄの電圧位相を第２ポート２１ａの電圧位相に対して、９０度進めた状態に固定することができる。
【００５２】
実施例３では、第１ポート２１ｄが励振される時、その信号は、閉線路２１上における第２ポート２１ａの位置には現れない。したがって、第１ポート２１ａの位置での電圧信号を抽出して、９０度遅延させて、第２ポート２１ａから閉線路２１に入力させても、互いに、他の発振モードに影響を与えない。しかしながら、第１ポート２１ｄと、第２ポート２１ａ間において、閉線路２１をバイパスする経路が形成されるので、閉線路２１の発振特性に影響を与える。そこで、図８に示すように、第１ポート２１ｄから第２ポート２１ａの向きに、９０度位相さを有する信号を伝搬させる向きにのみ伝搬方向を制限する増幅器２８を設けても良い。この場合に、第１ポート２１ｄで、９０度遅延移相器２９側に分岐される信号のレベルを低くして、増幅器２８で増幅して、第２ポート２１ａに入力させることにより、閉線路２１の発振特性を、より損なうことがない。以上の構成は、９０度遅延移相器２９に代えて、９０度進み移相器を用いても同様である。
【実施例４】
【００５３】
本実施例は、図１の実施例１の位相同期発振器アレイにおいて、各段の閉線路の発振信号の初期位相を、0 、θ、2 θとするもので、各閉線路の対応するポート信号間の位相差をθとしたものである。そして、この位相差θを可変設定できるようにしている。
【００５４】
図９に示すように、閉線路間を接続する差動発振器３１ａと閉線路２２のポート２２ａとの間に移相器５１ａを設け、差動発振器３１ｂと閉線路２２のポート２２ｄとの間に移相器５１ｂを設け、差動発振器３２ａと閉線路２３のポート２３ａとの間に移相器５２ａを設け、差動発振器３２ｂと閉線路２３のポート２３ｄの間に移相器５２ｂを設けたことが特徴である。これにより、閉線路２１からは、cosωt 、-cosωt 、sinωt 、-sinωt の４つの信号得られ、第２段の閉線路２２からは、それらの４つの信号で、位相がθだけ遅れた４つの信号が得られ、第３段の閉線路２３からは、それらの４つの信号で、位相が２θだけ遅れた４つの信号が得られる。同様に、閉線路を多数段設けることで、第ｎ段の閉線路からは、cos[ωt-(n-1)θ] 、-cos[ωt-(n-1)θ] 、sin[ωt-(n-1)θ] 、-sin[ωt-(n-1)θ] の４つの発振信号が得られる。このような構成により、本実施例の装置を、一次元方向に指向性を制御できるフェーズドアレイアンテナ装置の搬送波発生装置に用いることができる。
【００５５】
なお、図９の実施例４は、共振モード固定装置３０に、実施例１の図１の構成を用いたが、共振モード固定装置３０は、図４に示した実施例１の変形例による構成、図５に示した実施例２の独立発振器を用いた構成、図６に示した実施例２の変形例による構成、図７に示した実施例３の９０度遅延移相器又は９０度進み移相器を第１ポートと第２ポート間に接続する構成、図８に示す実施例３の変形例による構成を、採用することができる。
【実施例５】
【００５６】
本実施例は、図１０に示すように、閉線路を２次元配列したものである。すなわち、実施例１のｘ方向の一次元配列を、それに垂直なｙ方向に、繰り返し、ｙ軸方向にも、各ｘ系統の閉線路を、結合させたものである。閉線路２１と２２と２３から成るｘ方向に配列された第１系統は、実施例１と同一である。また、閉線路６１、差動発振器６１ａ、６１ｂ、閉線路６２、差動発振器６２ａ、６２ｂ、閉線路６３から成るｘ方向に配列された第２系統も、実施例１と同一構成である。第２系統の端部の第２閉線路６３の差動発振器６２ａ、６２ｂ  か接続されていないポートには、差動発振器６３ａ、６３ｂが接続されている点も、第１系統と同一である。
【００５７】
本実施例では、第１系統の閉線路２１と第２系統の閉線路６１とが、差動発振器３１ｃ、３１ｄで接続され、第１系統の閉線路２２と第２系統の閉線路６２とが、差動発振器３２ｃ、３２ｄで接続され、第１系統の閉線路２３と第２系統の閉線路６３とが、差動発振器３３ｃ、３３ｄで接続されている。各発振信号の出力は、それぞれ、同様な関係にある。このように２次元的に閉線路と差動発振器を配置させることで、信号の数を増大させることができる。
【００５８】
本実施例５においても、ｘ軸方向の各行には、実施例４の図９に示す、移相量θの移相器５１ａ，５１ｂ、５２ａ、５２２ｂを設けても良い。これにより、多数のｎθの位相さを有する正弦波、余弦波を発生させることができる。さらに、ｙ軸方向の各列には、差動発振器３１ｄ、３１ｃ、３２ｄ、３２３ｃ、３３ｄ、３３ｃと、各閉線路６１、６２、６３のポート間に、位相量φの移相器を設けても良い。このようにすることで、cos[ωt-(n-1)θ] 、-cos[ωt-(n-1)θ] 、sin[ωt-(n-1)θ] 、-sin[ωt-(n-1)θ] 、cos[ωt-(n-1)φ] 、-cos[ωt-(n-1)φ] 、sin[ωt-(n-1)φ] 、-sin[ωt-(n-1)φ] 、cos[ωt-(n-1)θ-(n-1)φ] 、-cos[ωt-(n-1)θ-(n-1)φ] 、sin[ωt-(n-1)θ-(n-1)φ] 、-sin[ωt-(n-1)θ-(n-1)φ] の信号を生成することができる。
【００５９】
本実施例においても、実施例４と同様に、共振モード固定装置３０には、第１実施例、第２実施例、第３実施例、及び、それらの変形例に用いた共振モード固定装置３０を用いることができる。
【実施例６】
【００６０】
実施例６は、発振器の周波数ｆ0 の４倍の周波数４ｆ0 を発生するようにした実施例である。図１１に示すように、図１に示す実施例１の構成において、閉線路２１、２２、２３に、十字に交差する内部線路２００を設けたことが特徴である。各閉線路の周辺線路２１０のポート間の各中点と円形の中心とを結ぶ十字形状の内部線路２００を有している。  
【００６１】
閉線路２１で説明する。４つのポート２１ａ〜２１ｄの各ポート間にある周辺線路２１０の長さが等しい。したがって、周辺線路２１０と内部線路２００との４つの交点での、周波数４ｆ0 の高調波の位相は同相となる。また、４つのポート２１ａ〜２１ｄでは、周波数４ｆ0 の高調波の位相は同相となり、発振信号はcos(4ωt)となる。ただし、ω＝２πｆ0 である。また、中心点Ｒ１１と各ポート間の距離は同一であるので、中心点Ｒ１１の信号の位相は、各ポートの信号位相に対して、同一の一定位相量だけ遅れる。よって、中心点Ｒ１１の信号は、cos(4ωt-α) となる。
【００６２】
他方、周波数ｆ0 の基本波に対しては、各ポートでの信号の位相が０、π／２、π、３π／２であり、中心点Ｒ１１では、これらの位相に、同一の位相遅れ量βを減じた値を位相とする余弦波の和となる。これは、零となる。同様に、第２高調波２ｆ0 の場合には、０、π、０、πの各ポートの位相に、内部線路による位相遅れ量γを減じた値を位相とする余弦波の和となる。この和も対称性から零となる。第３高調波３ｆ0 の場合には、０、３π／２、π、π／２の各ポートの位相に、共通に、内部線路による位相遅れηを減じた値を位相とする余弦波の和となる。この場合も、位相の対称性から、中心点Ｒ１１におけるこの第３高調波成分は０となる。結局、第４高調波成分のみが、中心点Ｒ１１に現れることになる。
【００６３】
このようにして、各閉線路２１、２２、２３の各中心点Ｒ１１からは、cos(4ωt)の発振信号が得られる。この構成を、図９に示す実施例４の構成に採用しても良い。この場合には、cos[４ωt-４(n-1)θ] の信号を得ることができる。また、ｙ方向にも、これらの構成の閉線路をｍ段設けることで、ｎ個の位相差４θを有する発振信号をｍ個づつ得ることができる。これにより、一次元方向に指向性を変更できるフェーズドアレイアンテナ装置を構成できる。
【００６４】
また、図１０の実施例５の閉線路を２次元配列した場合の構成に採用することもできる。また、図１０の構成で、ｘ方向にはθ、ｙ方向にはφだけ信号の位相を変化させる移相器を用いた構成に、本実施例の構成を採用することもできる。その場合には、cos[４ωt-４(n-1)θ] cos[４ωt-４(n-1)φ] 、cos[４ωt-４(n-1)θ-４(n-1) φ] の信号を生成することができる。
【００６５】
このように、閉線路をｍ行、ｎ列の２次元配置に構成することで、アンテナ素子もｍ行ｎ列に構成でき、放射電力を増大させることができる。本実施例では、リング共振器内の発振周波数はｆ0 として、用いる発振信号の周波数を４ｆ0 としている。したがって、共振周波数は、用いる信号よりも低周波であるので、共振のＱ値を大きくすることができる。本実施例においても、共振モード固定装置３０に関しては、実施例１、２、３やその変形例において用いた共振モード固定装置３０を採用することができる。
【実施例７】
【００６６】
本実施例は、実施例１の位相同期発振器アレイをフェーズトアレイアンテナの指向性制御に用いたアレイアンテナ装置である。
図１２に示すように、各閉線路２２、２３、２４からは、それぞれ、４つの信号、cosωt 、cos(ωt-π/2) 、cos(ωt-π) 、cos(ωt-3π/2) が出力される。図１２では、これらの信号は、それらが出力されるポートに、進み位相を正として、位相角０、９０、１８０、−９０で表記されている。第１閉線路２１には、上記した実施例の共振モード固定装置３０が接続されている。閉線路２２には、それらの信号の位相を推移させるために、ミキサー５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄが接続されている。他の閉線路２３、２４についても、同様にミキサー５３ａ〜５３ｄ、５４ａ〜５４ｄが、接続されている。符号中のａ、ｂ、ｃ、ｄの記号は、それぞれ、位相角０、−９０、１８０、９０度の信号を処理するミキサーを表している。また、閉線路２２の系統に対して、ミキサー５２ｂの出力とミキサー５２ｃの出力を加算する加算器６２ａ、ミキサー５２ｃの出力から、ミキサー５２ｂの出力を減算する減算器６２ｂ、ミキサー５２ａの出力とミキサー５２ｄの出力を加算する加算器６２ｃ、ミキサー５２ａの出力から、ミキサー５２ｄの出力を減算する減算器６２ｄが設けされている。閉線路２３の系統に対して、ミキサー５３ａの出力とミキサー５３ｄの出力を加算する加算器６３ａ、ミキサー５２ａの出力から、ミキサー５２ｂの出力を減算する減算器６３ｂ、ミキサー５３ｂの出力とミキサー５３ｃの出力を加算する加算器６３ｃ、ミキサー５３ｃの出力から、ミキサー５３ｂの出力を減算する減算器６３ｄが設けされている。閉線路２４の系統については、ミキサー５４ｂの出力とミキサー５４ｃの出力を加算する加算器６４ａ、ミキサー５４ｃの出力から、ミキサー５４ｂの出力を減算する減算器６４ｂ、ミキサー５４ａの出力とミキサー５４ｄの出力を加算する加算器６４ｃ、ミキサー５４ａの出力から、ミキサー５４ｄの出力を減算する減算器６４ｄが設けされている。
【００６７】
ミキサー５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄには、それぞれ、発振信号の位相をθ、φだけ推移させるために、cosφ、-sinθ、-cosθ、sinφが、それぞれ、入力している。ミキサー５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄには、それぞれ、発振信号の位相をθ、φだけ推移させるために、cos２θ、-sin２φ、-cos２φ、sin２θが、それぞれ、入力している。また、ミキサー５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄには、それぞれ、発振信号の位相をθ、φだけ推移させるために、cos３φ、-sin３θ、-cos３θ、sin３φが、それぞれ、入力している。その結果、閉線路２２の系統においては、加算器６２ａからは、cos(ωt+θ) 、減算器６２ｂからは、cos(ωt-θ) 、加算器６２ｃからは、cos(ωt+φ) 、減算器６２ｄからは、cos(ωt-φ) が、それぞれ、出力される。また、閉線路２３の系統においては、加算器６３ａからは、cos(ωt+２θ) 、減算器６３ｂからは、cos(ωt-２θ) 、加算器６３ｃからは、cos(ωt+２φ) 、減算器６３ｄからは、cos(ωt-２φ) が、それぞれ、出力される。また、閉線路２４の系統においては、加算器６４ａからは、cos(ωt+３θ) 、減算器６４ｂからは、cos(ωt-３θ) 、加算器６４ｃからは、cos(ωt+３φ) 、減算器６４ｄからは、cos(ωt-３φ) が、それぞれ、出力される。、
【００６８】
このように、位相がｎθ、ｎφで、減少及び増加する信号が得られるので、図１２に示すように、送受信アンテナＴ１〜Ｔ３、Ｋ１〜Ｋ３に、位相が変化する信号を供給することで、送信と受信の指向性を、θ方向とφ方向とに制御することができる。
【００６９】
なお、共振モード固定装置３０には、上記全ての実施例、及びその変形例のものを、本実施例においても用いることができる。上記の実施例１の図１において、共振モード固定装置３０の発振装置２７や２６のコンデンサの値を変化させることで、発振周波数を変化させることができ、これにより、ＦＭＣＷによる、レーダアンテナを実現することかできる。また、図１３に示すように、第１閉線路２１と、アース間に接続された逆バイアスダイオードＤ１〜Ｄ４のバイアス電圧を変化させることで、この容量を変化させて、発振周波数を変化させることができる。よって、この方式によってもＦＭＣＷ方式のレーダアンテナ装置を実現することができる。また、図１３では、図１２と異なり、φの移相系統も、θの移相系統とすることで、一つの閉線路２３から、±θ、±２θ、の４つの位相差を有した信号を出力することができる。また、一つの閉線路２４からは、±３θ、±４θ、の４つの位相差を有した信号を出力することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、指向性を制御できるフェーズドアレイアンテナ装置に用いることかできる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の具体的な実施例１に係る位相同期発振器アレイを示した回路図。
【図２】実施例１の位相同期発振器アレイの構造を示した断面図。
【図３】実施例１に係る位相同期発振器アレイ発振装置の詳細を示した回路図。
【図４】実施例１の変形に係る第１閉線路と共振モード固定装置を示した回路図。
【図５】本発明の具体的な実施例２に係る位相同期発振器アレイを示した回路図。
【図６】本発明の具体的な実施例２の変形例に係る位相同期発振器アレイを示した回路図。
【図７】本発明の具体的な実施例３に係る位相同期発振器アレイを示した回路図。
【図８】本発明の具体的な実施例３の変形例に係る位相同期発振器アレイを示した回路図。
【図９】本発明の具体的な実施例４に係る位相同期発振器アレイの一つの閉線路を示した回路図。
【図１０】本発明の具体的な実施例５に係る位相同期発振器アレイを示した回路図。
【図１１】本発明の具体的な実施例６に係る位相同期発振器アレイを示した回路図。
【図１２】本発明の具体的な実施例７に係る位相同期発振器アレイを示した回路図。
【図１３】本発明の具体的な実施例７の変形例に係る位相同期発振器アレイを示した回路図。
【符号の説明】
【００７２】
２１…第１閉線路
２３…第２閉線路
２２、６１、６２、６３…閉線路
３０…共振モード固定装置
２６、２７…発振器
２９…９０度遅延移相器
２８…増幅器
３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ…差動発振器
２１ｄ…第１ポート
２１ａ…第２ポート
２１ｂ、２１ｃ、２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３…ポート
５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ…移相器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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