(57)【要約】 【課題】低損失かつ単純な構成で位相を可変することができる位相可変装置、この位相可変装置を用いて好適なアンテナ装置、ダイプレクサ及びマルチプレクサを提供する。  【解決手段】複数の共振器は、少なくとも３つ以上設けられる。複数の結合線路は、前記複数の共振器をシリアルに結合する。バイパス結合線路は、前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合する。結合切換手段は、前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする。入力端子は、前記複数の共振器の初段の入力端に接続される。出力端子は、前記複数の共振器の際集団の出力端に接続される。  【選択図】図１
2014239349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子と
を具備する位相可変装置。
【請求項２】
前記結合切換手段のオンオフを制御する制御手段をさらに具備する請求項１記載の位相可変装置。
【請求項３】
前記結合切換手段は、ダイオードスイッチ、ＭＥＭＳスイッチ、ＦＥＴスイッチ可変容量ダイオード及び強誘電体セラミックスのいずれかである請求項１記載の位相可変装置。
【請求項４】
前記複数の共振器、複数の結合線路及びバイパス結合線路は、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項１記載の位相可変装置。
【請求項５】
前記複数の共振器の前段または後段に設けられ、入力した信号の所望の周波数帯域成分を通過させる帯域通過フィルタをさらに具備する請求項１記載の位相可変装置。
【請求項６】
前記帯域通過フィルタは、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項５記載の位相可変装置。
【請求項７】
アンテナにより受信される受信信号を信号処理する受信部を備えるアンテナ装置において、
前記受信部は、
前記受信信号から、所望の周波数帯域成分を通過させる受信フィルタと、
前記受信フィルタを通過した受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器と、
前記受信フィルタ及び低雑音増幅器の受信処理経路にて前記受信信号に所望の位相制御を施す受信用位相可変装置とを具備し、
前記受信用位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子と
を備えるアンテナ装置。
【請求項８】
前記結合切換手段のオンオフを制御する制御手段をさらに具備する請求項７記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記複数の共振器、複数の結合線路及びバイパス結合線路は、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項７記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
アンテナにより受信される受信信号を信号処理する受信部を備えるアンテナ装置において、
前記受信部は、
前記受信信号に所望の位相制御を施す受信用位相可変装置と、
前記受信用位相可変装置を通過した受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器とを具備し、
前記受信用位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備え、
前記複数の共振器の前段または後段に設けられ、前記受信信号の所望の周波数帯域成分を通過させる受信用帯域通過フィルタをさらに備えるアンテナ装置。
【請求項１１】
前記結合切換手段のオンオフを制御する制御手段をさらに具備する請求項１０記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
前記複数の共振器、複数の結合線路、バイパス結合線路及び受信用帯域通過フィルタは、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項１０記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
前記アンテナは複数のアンテナ素子を備えるアレイアンテナであり、
前記受信部は前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して備える請求項７乃至１２のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
アンテナから空間へ放射する送信信号を出力する送信部を備えるアンテナ装置において、
前記送信部は、
前記送信信号を入力し、入力した送信信号を所望の利得で電力増幅する送信アンプと、
前記送信アンプにより増幅された送信信号から、所望の周波数帯域成分を通過させる送信フィルタと、
前記送信アンプ及び送信フィルタの送信処理経路にて前記送信信号に所望の位相制御を施す送信用位相可変装置とを具備し、
前記送信用位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子と
を備えるアンテナ装置。
【請求項１５】
前記結合切換手段のオンオフを制御する制御手段をさらに具備する請求項１４記載のアンテナ装置。
【請求項１６】
前記複数の共振器、複数の結合線路及びバイパス結合線路は、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項１４記載のアンテナ装置。
【請求項１７】
アンテナから空間へ放射する送信信号を出力する送信部を備えるアンテナ装置において、
前記送信部は、
前記送信信号を所望の利得で電力増幅する送信アンプと、
前記送信アンプにより増幅した送信信号を入力し、入力した送信信号に所望の位相制御を施す送信用位相可変装置とを具備し、
前記送信用位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備え、
前記複数の共振器の前段または後段に設けられ、前記送信信号の所望の周波数帯域成分を通過させる送信用帯域通過フィルタをさらに備えるアンテナ装置。
【請求項１８】
前記結合切換手段のオンオフを制御する制御手段をさらに具備する請求項１７記載のアンテナ装置。
【請求項１９】
前記複数の共振器、複数の結合線路、バイパス結合線路及び送信用帯域通過フィルタは、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項１７記載のアンテナ装置。
【請求項２０】
前記アンテナは複数のアンテナ素子を備えるアレイアンテナであり、
前記送信部は前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して備える請求項１４乃至１９のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項２１】
アンテナから空間へ放射する送信信号を出力する送信部と、前記アンテナにより受信される受信信号を信号処理する受信部と、送信及び受信の切換指示に応じて前記送信部及び受信部を前記アンテナに切換接続する送受切換装置とを備えるアンテナ装置において、
前記送信部は、
前記送信信号を入力し、入力した送信信号に所望の位相制御を施す送信用移相器と、
前記送信用移相器により位相制御された送信信号を入力し、入力した送信信号を所望の利得で電力増幅する送信アンプと、
前記送信アンプにより増幅された送信信号から、所望の周波数帯域成分を通過させる送信フィルタとを具備し、
前記受信部は、
前記受信信号から、所望の周波数帯域成分を通過させる受信フィルタと、
前記受信フィルタを通過した受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器と、
前記受信フィルタ及び低雑音増幅器の受信処理経路にて受信信号に所望の位相制御を施す受信用位相可変装置とを具備し、
前記受信用位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備えるアンテナ装置。
【請求項２２】
前記結合切換手段のオンオフを制御する制御手段をさらに具備する請求項２１記載のアンテナ装置。
【請求項２３】
前記複数の共振器、複数の結合線路及びバイパス結合線路は、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項２１記載のアンテナ装置。
【請求項２４】
アンテナから空間へ放射する送信信号を出力する送信部と、前記アンテナにより受信される受信信号を信号処理する受信部と、送信及び受信の切換指示に応じて前記送信部及び受信部を前記アンテナに切換接続する送受切換装置とを備えるアンテナ装置において、
前記送信部は、
前記送信信号を入力し、入力した送信信号に所望の位相制御を施す送信用移相器と、
前記送信用移相器により位相制御された送信信号を入力し、入力した送信信号を所望の利得で電力増幅する送信アンプと、
前記送信アンプにより増幅された送信信号から、所望の周波数帯域成分を通過させる送信フィルタとを具備し、
前記受信部は、
前記受信信号に所望の位相制御を施す受信用位相可変装置と、
前記受信用位相可変装置により位相制御された受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器とを具備し、
前記受信用位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備え、
前記複数の共振器の前段または後段に設けられ、前記受信信号の所望の周波数帯域成分を通過させる受信用帯域通過フィルタをさらに備えるアンテナ装置。
【請求項２５】
前記結合切換手段のオンオフを制御する制御手段をさらに具備する請求項２４記載のアンテナ装置。
【請求項２６】
前記複数の共振器、複数の結合線路、バイパス結合線路及び受信用帯域通過フィルタは、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項２４記載のアンテナ装置。
【請求項２７】
前記アンテナは複数のアンテナ素子を備えるアレイアンテナであり、
前記受信部は前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して備える請求項２１乃至２６のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項２８】
アンテナから空間へ放射する送信信号を出力する送信部と、前記アンテナにより受信される受信信号を信号処理する受信部と、送信及び受信の切換指示に応じて前記送信部及び受信部を前記アンテナに切換接続する送受切換装置とを備えるアンテナ装置において、
前記送信部は、
前記送信信号を入力し、入力した送信信号を所望の利得で電力増幅する送信アンプと、
前記送信アンプにより増幅された送信信号から、所望の周波数帯域成分を通過させる送信フィルタと、
前記送信アンプ及び送信フィルタの送信処理経路にて前記送信信号に所望の位相制御を施す送信用位相可変装置とを具備し、
前記受信部は、
前記受信信号から、所望の周波数帯域成分を通過させる受信フィルタと、
前記受信フィルタを通過した受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器と、
前記低雑音増幅器により増幅された受信信号に所望の位相制御を施す受信用移相器とを具備し、
前記送信用位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備えるアンテナ装置。
【請求項２９】
前記結合切換手段のオンオフを制御する制御手段をさらに具備する請求項２８記載のアンテナ装置。
【請求項３０】
前記複数の共振器、複数の結合線路及びバイパス結合線路は、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項２８記載のアンテナ装置。
【請求項３１】
アンテナから空間へ放射する送信信号を出力する送信部と、前記アンテナにより受信される受信信号を信号処理する受信部と、送信及び受信の切換指示に応じて前記送信部及び受信部を前記アンテナに切換接続する送受切換装置とを備えるアンテナ装置において、
前記送信部は、
前記送信信号を所望の利得で電力増幅する送信アンプと、
前記送信アンプにより増幅された送信信号を入力し、入力した送信信号に所望の位相制御を施す送信用位相可変装置とを具備し、
前記受信部は、
前記受信信号から、所望の周波数帯域成分を通過させる受信フィルタと、
前記受信フィルタを通過した受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器と、
前記低雑音増幅器により増幅された受信信号に所望の位相制御を施す受信用移相器とを具備し、
前記送信用位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備え、
前記複数の共振器の前段または後段に設けられ、前記送信信号の所望の周波数帯域成分を通過させる送信用帯域通過フィルタをさらに備えるアンテナ装置。
【請求項３２】
前記結合切換手段のオンオフを制御する制御手段をさらに具備する請求項３１記載のアンテナ装置。
【請求項３３】
前記複数の共振器、複数の結合線路、バイパス結合線路及び送信用帯域通過フィルタは、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項３１記載のアンテナ装置。
【請求項３４】
アンテナから空間へ放射する送信信号を出力する送信部と、前記アンテナにより受信される受信信号を信号処理する受信部と、送信及び受信の切換指示に応じて前記送信部及び受信部を前記アンテナに切換接続する送受切換装置とを具備するアンテナ装置において、
前記送信部は、
前記送信信号を入力し、入力した送信信号を所望の利得で電力増幅する送信アンプと、
前記送信アンプにより増幅された送信信号に所望の位相制御を施す送信用位相可変装置とを具備し、
前記受信部は、
前記受信信号から、所望の周波数帯域成分を通過させる受信フィルタと、
前記受信フィルタを通過した受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器と、
前記受信フィルタ及び低雑音増幅器の受信処理経路にて前記受信信号に所望の位相制御を施す受信用位相可変装置を具備し、
前記送信用位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備え、
前記複数の共振器の前段または後段に設けられ、前記送信信号の所望の周波数帯域成分を通過させる送信用帯域通過フィルタをさらに備え、
前記受信用位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備えるアンテナ装置。
【請求項３５】
前記結合切換手段のオンオフを制御する制御手段をさらに具備する請求項３４記載のアンテナ装置。
【請求項３６】
前記複数の共振器、複数の結合線路、バイパス結合線路、及び送信用帯域通過フィルタは、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項３４記載のアンテナ装置。
【請求項３７】
アンテナから空間へ放射する送信信号を出力する送信部と、前記アンテナにより受信される受信信号を信号処理する受信部と、送信及び受信の切換指示に応じて前記送信部及び受信部を前記アンテナに切換接続する送受切換装置とを備えるアンテナ装置において、
前記送信部は、
前記送信信号を入力し、入力した送信信号を所望の利得で電力増幅する送信アンプと、
前記送信アンプにより増幅された送信信号から、所望の周波数帯域成分を通過させる送信フィルタと、
前記送信アンプ及び送信フィルタの送信処理経路にて前記送信信号に所望の位相制御を施す送信用位相可変装置とを具備し、
前記受信部は、
前記受信信号に所望の位相制御を施す受信用位相可変装置と、
前記受信用位相可変装置により位相制御された受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器とを具備し、
前記送信用位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備え、
前記受信用位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備え、
前記複数の共振器の前段または後段に設けられ、前記受信信号の所望の周波数帯域成分を通過させる受信用帯域通過フィルタをさらに備えるアンテナ装置。
【請求項３８】
前記結合切換手段のオンオフを制御する制御手段をさらに具備する請求項３７記載のアンテナ装置。
【請求項３９】
前記複数の共振器、複数の結合線路、バイパス結合線路及び受信用帯域通過フィルタは、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項３７記載のアンテナ装置。
【請求項４０】
アンテナから空間へ放射する送信信号を出力する送信部と、前記アンテナにより受信される受信信号を信号処理する受信部と、送信及び受信の切換指示に応じて前記送信部及び受信部を前記アンテナに切換接続する送受切換装置とを備えるアンテナ装置において、
前記送信部は、
前記送信信号を入力し、入力した送信信号を所望の利得で電力増幅する送信アンプと、
前記送信アンプにより増幅された送信信号から、所望の周波数帯域成分を通過させる送信フィルタと、
前記送信アンプ及び送信フィルタの送信処理経路にて前記送信信号に所望の位相制御を施す送信用位相可変装置とを具備し、
前記受信部は、
前記受信信号から、所望の周波数帯域成分を通過させる受信フィルタと、
前記受信フィルタを通過した受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器と、
前記受信フィルタ及び低雑音増幅器の受信処理経路にて前記受信信号に所望の位相制御を施す受信用位相可変装置を具備し、
前記送信用位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備え、
前記受信用位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備えるアンテナ装置。
【請求項４１】
前記結合切換手段のオンオフを制御する制御手段をさらに具備する請求項４０記載のアンテナ装置。
【請求項４２】
前記複数の共振器、複数の結合線路及びバイパス結合線路は、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項４０記載のアンテナ装置。
【請求項４３】
アンテナから空間へ放射する送信信号を出力する送信部と、前記アンテナにより受信される受信信号を信号処理する受信部と、送信及び受信の切換指示に応じて前記送信部及び受信部を前記アンテナに切換接続する送受切換装置とを備えるアンテナ装置において、
前記送信部は、
前記送信信号を入力し、入力した送信信号に所望の位相制御を施す送信用位相可変装置と、
前記送信用位相可変装置により位相制御された送信信号を所望の利得で電力増幅する送信アンプとを具備し、
前記受信部は、
前記受信信号に所望の位相制御を施す受信用位相可変装置と、
前記受信用位相可変装置により位相制御された受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器とを具備し、
前記送信用位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備え、
前記複数の共振器の前段または後段に設けられ、前記送信信号の所望の周波数帯域成分を通過させる送信用帯域通過フィルタをさらに備え、
前記受信用位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備え、
前記複数の共振器の前段または後段に設けられ、前記受信信号の所望の周波数帯域成分を通過させる受信用帯域通過フィルタをさらに備えるアンテナ装置。
【請求項４４】
前記結合切換手段のオンオフを制御する制御手段をさらに具備する請求項４３記載のアンテナ装置。
【請求項４５】
前記複数の共振器、複数の結合線路、バイパス結合線路、送信用帯域通過フィルタ及び受信用帯域通過フィルタは、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項４３記載のアンテナ装置。
【請求項４６】
アンテナから空間へ放射する送信信号を出力する送信部と、前記アンテナにより受信される受信信号を信号処理する受信部と、送信及び受信の切換指示に応じて前記送信部及び受信部を前記アンテナに切換接続する送受切換装置とを備えるアンテナ装置において、
前記送信部は、前記送信信号を所望の利得で電力増幅する送信アンプを具備し、
前記受信部は、前記受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器を具備し、
前記送信部から出力される送信信号を入力し、入力した送信信号に所望の位相制御を施し、前記アンテナにより受信される受信信号を入力し、入力した受信信号に所望の位相制御を施す位相可変装置をさらに具備し、
前記位相可変装置は、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備え、
前記複数の共振器の前段または後段に設けられ、前記送信信号及び受信信号の所望の周波数帯域成分を通過させる帯域通過フィルタをさらに備えるアンテナ装置。
【請求項４７】
前記結合切換手段の切り換えを制御する制御手段をさらに具備する請求項４６記載のアンテナ装置。
【請求項４８】
前記複数の共振器、複数の結合線路、バイパス結合線路及び帯域通過フィルタは、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項４６記載のアンテナ装置。
【請求項４９】
前記アンテナは複数のアンテナ素子を備えるアレイアンテナであり、
前記送信部及び受信部は前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して備える請求項２８乃至４８のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項５０】
アンテナから空間へ放射する送信信号を出力する送信部と、前記アンテナにより受信される受信信号を信号処理する受信部とを備えるアンテナ装置に用いられ、送信時及び受信時で周波数帯域の異なる信号でアンテナを共用するダイプレクサにおいて、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備え、
前記複数の共振器の前段または後段に設けられ、前記送信信号の所望の周波数帯域成分を通過させる送信用帯域通過フィルタをさらに備える送信用位相可変装置と、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備え、
前記複数の共振器の前段または後段に設けられ、前記受信信号の所望の周波数帯域成分を通過させる受信用帯域通過フィルタをさらに備える受信用位相可変装置を具備するダイプレクサ。
【請求項５１】
前記結合切換手段のオンオフを制御する制御手段をさらに具備する請求項５０記載のダイプレクサ。
【請求項５２】
前記複数の共振器、複数の結合線路、バイパス結合線路、送信用帯域通過フィルタ及び受信用帯域通過フィルタは、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項５０記載のダイプレクサ。
【請求項５３】
アンテナにより受信される受信信号を信号処理する受信部とを備えるアンテナ装置に用いられ、前記受信信号を分波し、分波したそれぞれの受信信号から異なる周波数帯域成分を抽出する複数の受信部にてアンテナを共用するマルチプレクサにおいて、
少なくとも３つ以上設けられる複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに結合する複数の結合線路と、
前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合するバイパス結合線路と、
前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする結合切換手段と、
前記複数の共振器の初段の入力端に接続される入力端子と、
前記複数の共振器の最終段の出力端に接続される出力端子とを備え、
前記複数の共振器の前段または後段に設けられ、前記受信信号の所望の周波数帯域成分を通過させる受信用帯域通過フィルタをさらに備える複数の受信用位相可変装置を具備するマルチプレクサ。
【請求項５４】
前記結合切換手段のオンオフを制御する制御手段をさらに具備する請求項５３記載のマルチプレクサ。
【請求項５５】
前記複数の共振器、複数の結合線路、バイパス結合線路及び受信用帯域通過フィルタは、超伝導材で構築され、超伝導状態となる極低温に冷却される環境下に配置される請求項５３記載のマルチプレクサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えばレーダや通信システムにおける送受信信号の位相制御に用いられる位相可変装置、この位相可変装置を用いて好適なアンテナ装置、ダイプレクサ及びマルチプレクサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーダや通信システム等の送受信に用いられ、入力された信号の位相を制御する移相器には、様々な構成の移相器がある。
【０００３】
例えば、信号を入力する線路の長さを物理的に変えることにより位相を可変する機械式移相器が知られている。機械式移相器として信号を入力する線路と同軸に、長さを調整可能な同軸線路を備えるトロンボーン形状の移相器がある。この移相器は、同軸線路により物理的に線路の長さを変え、信号に位相遅延を生じさせることにより、信号の位相を可変する。
【０００４】
また、長さの異なる複数の線路を備え、スイッチを用いて信号を入力する線路を切り換える移相器がある。この移相器は、電気的に各スイッチのオンオフを高速で切り換えて、長さの異なる複数の線路を切り換え、切り換えた線路の長さに応じた位相遅延を信号に生じさせることにより、信号の位相を可変する。
【０００５】
また、トランジスタ等の能動素子を用いる振幅変動の少ない移相器や、入力信号から所定の周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分の位相特性を任意に設定するための伝達関数を変更可能なフィルタにフィードバック回路を設けて、フィルタの伝達関数を変えることにより位相を可変する移相器等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１３７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の物理的に線路の長さを変える移相器やスイッチにより長さの異なる複数の線路を切り換える移相器は、位相変化させるために、一定の長さの伝送線路や複数のスイッチを設ける必要がある。このため、移相器は、設けられた伝送線路やスイッチによる損失により挿入損失が大きくなってしまい、設定する位相により振幅が変動してしまう問題がある。また、大きく位相を変える場合、従来の移相器は、大きく位相を可変するための伝送線路が必要となり、回路が大型化する問題がある。一方、フィルタの伝達関数を変えることにより信号の位相を変える移相器は、複数の加算器が必要となり、高周波回路で実現する場合、移相器の回路構成が複雑となる問題がある。
【０００８】
そこで、目的は、低損失かつ単純な構成で位相を可変することができる位相可変装置、この位相可変装置を用いて好適なアンテナ装置、ダイプレクサ及びマルチプレクサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態によれば、位相可変装置は、複数の共振器、複数の結合線路、バイパス結合線路、結合切換手段、入力端子、及び出力端子を備える。複数の共振器は、少なくとも３つ以上設けられる。複数の結合線路は、前記複数の共振器をシリアルに結合する。バイパス結合線路は、前記複数の結合線路によりシリアルに結合される複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで前記共振器同士をバイパス結合する。結合切換手段は、前記バイパス結合線路に設けられ、前記バイパス結合を選択的にオンオフする。入力端子は、前記複数の共振器の初段の入力端に接続される。出力端子は、前記複数の共振器の際集団の出力端に接続される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る位相可変装置の構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態に係る位相可変装置の構成を示すブロック図。
【図３】第１の実施形態に係る位相可変装置における振幅特性及び位相特性を示す図。
【図４】図２に示す位相可変装置の構成例１を示すブロック図。
【図５】図２に示す位相可変装置の構成例２を示すブロック図。
【図６】図２に示す位相可変装置の構成例３を示すブロック図。
【図７】第２の実施形態に係る位相可変装置の構成を示すブロック図。
【図８】図７に示す位相可変装置の構成例１を示すブロック図。
【図９】図７に示す位相可変装置の構成例２を示すブロック図。
【図１０】図７に示す位相可変装置の構成例３を示すブロック図。
【図１１】第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図。
【図１２】第４の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図。
【図１３】第５の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図。
【図１４】第６の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図。
【図１５】第７の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図。
【図１６】第８の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図。
【図１７】第９の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図。
【図１８】第１０の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図。
【図１９】第１１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図。
【図２０】第１２の実施形態に係るダイプレクサの構成を示すブロック図。
【図２１】第１３の実施形態に係るマルチプレクサの構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、実施形態に係る位相可変装置の構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１に示す位相可変装置は、複数の共振器１−１〜１−３、複数の結合線路ｋ１２，ｋ２３、バイパス結合線路ｋ１３、入力線路Ｑｅ１、入力端子Ｉｎ、出力線路Ｑｅ２、出力端子Ｏｕｔ、結合切換部２及び切換制御部３を有する。
【００１４】
複数の共振器１−１〜１−３は、所定の周波数において共振状態となる回路である。複数の共振器１−１〜１−３は、少なくとも３つ以上設けられ、結合線路ｋ１２，ｋ２３によりシリアルに結合される。また、共振器１−１は、入力線路Ｑｅ１により入力端子Ｉｎと接続される。また、共振器１−３は、出力線路Ｑｅ２により出力端子Ｏｕｔと接続される。
【００１５】
バイパス結合線路ｋ１３は、複数の結合線路ｋ１２，ｋ２３によりシリアルに結合される複数の共振器１−１〜１−３のうち、少なくとも１つの共振器を間に挟んで共振器同士をバイパス結合する。実施形態では、上記共振器１−１及び共振器１−３をバイパス結合する。バイパス結合線路ｋ１３は、上記結合線路ｋ１２，ｋ２３を通過する信号とバイパス結合線路ｋ１３を通過する信号とが同位相になるように結合する。
【００１６】
また、バイパス結合線路ｋ１３は、共振器１−１及び共振器１−３の結合を選択的にオンオフする結合切換部２を有する。結合切換部２をオンする場合、入力端子Ｉｎに入力される信号は、共振器１−１で分岐し、結合線路ｋ１２，ｋ２３及びバイパス結合線路ｋ１３を通過して、共振器１−３で合流した後、出力端子Ｏｕｔへ出力される。但し、バイパス結合線路ｋ１３の結合は、結合線路ｋ１２，ｋ２３による結合線路の結合よりも弱いため、結合線路ｋ１２，ｋ２３に多くの信号が伝送される。また、結合切換部２をオフする場合、入力端子Ｉｎに入力される信号は、結合線路ｋ１２，ｋ２３を介して、出力端子Ｏｕｔへ出力される。すなわち、結合切換部２をオフする場合の信号は、すべて結合線路ｋ１２，ｋ２３を通過するため、結合切換部２をオンする場合の信号と比較して位相に遅延が生じる。
【００１７】
ここで、実施形態では、上記結合切換部２として、例えば、ダイオードスイッチ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スイッチ及びＦＥＴ（Field Effect Transistor）スイッチ等のスイッチ手段や、可変容量ダイオード及び強誘電体セラミックス等の結合制御手段を用いる。
【００１８】
また、上記結合切換部２のオンオフは、切換制御部３により制御する。
【００１９】
上記構成によれば、実施形態に係る位相可変装置は、切換制御部３で結合切換部２のオンオフを制御することで、バイパス結合線路ｋ１３の結合を可変し、信号の伝送線路を変化させる。これにより、回路を通過する信号には、結合切換部２のオン時及びオフ時で位相差が生じる。このため、位相可変装置は、回路を通過する信号の位相を可変することが可能である。
【００２０】
（第１の実施形態）  
図２は、第１の実施形態に係る位相可変装置の構成を示すブロック図である。第１の実施形態では、４つの共振器１−１〜１−４を複数の結合線路ｋ１２，ｋ２３，ｋ３４によりシリアルに結合する。また、共振器１−１及び１−４は、スイッチ２−１により結合される。
【００２１】
図３は、第１の実施形態に係る位相可変装置における振幅特性及び位相特性を示す図である。図３（ａ）及び（ｂ）は、フィルタ回路を通過する信号の振幅特性及び位相特性をそれぞれ示す。また、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す位相特性の拡大図である。
【００２２】
図３に示すように、結合切換部２をオフすると、結合切換部２をオンする場合と比較して、フィルタの挿入損失や周波数帯域幅は変えず、入力信号の位相を１０度程度可変することが可能である。
【００２３】
ここで、バイパス結合線路ｋ１３の結合は、結合線路ｋ１２，ｋ２３，ｋ３４による結合線路の結合よりも弱いため、バイパス結合線路ｋ１３に流れる電流は小さく、スイッチ２−１のロスの影響を受けてもフィルタの通過損失に与える影響が小さい。すなわち、位相可変装置は、図２に示すスイッチ２−１を用いてもフィルタの損失に大きな影響を与えずに位相を可変することが可能となる。
【００２４】
さらに、第１の実施形態に係る位相可変装置は、フィルタの形になっているため、帯域制限を同時にかけることが可能となる。これにより、フィルタ及び移相器が必要となる回路では、部品点数を削減することが可能となる。
【００２５】
ここで、位相可変装置は、少なくとも３つの共振器１−１〜１−３を必要とするため、より段数が増えるに従い、損失が増大する問題がある。そこで、位相可変装置は、複数の共振器１−１〜１−４、複数の結合線路ｋ１２，ｋ２３，ｋ３４、バイパス結合線路ｋ１３、入力線路Ｑｅ１及び出力線路Ｑｅ２として超伝導材を用い、冷却装置等により、超伝導状態となるまで極低温に冷却する。これにより、位相可変装置は、超伝導材の低損失性を利用して、多段化による損失増大を抑えることが可能となる。このため、位相可変装置は、大きな位相変化を実現しつつ、低損失な位相可変装置を実現することが可能となる。
【００２６】
なお、上記超伝導材で構築されたフィルタはマイクロストリップ線路の他に、ストリップ線路、コプレーナ線路といった多様な構造とすることができる。更に、上記に限らず、誘電体共振器や空洞共振器などさまざまな共振器を用いることができる。また、平面フィルタとする場合、誘電体基板としての絶縁基板の上に形成された導電性材料でつくることができる。絶縁基板は、片面に地導体を有し、反対面に線路導体を有する。導電性材料は、銅や金といた金属、ニオブまたはニオブすずといった超電導体、およびＹ系銅酸化物高温超伝電導を含む。基板は、酸化マグネシウム、サファイアまたはアルミン酸ランタンといった、多様の適した材料である。
【００２７】
また、第１の実施形態では、結合切換部２として、スイッチ２−１を使用する場合を例に説明したが、これに限定されない。結合切換部２は、図４及び図５に示すように、ダイオードスイッチ２−２及び可変容量２−３等を使用しても構わない。図４に示すように、ダイオードスイッチ２−２を用いる場合、位相可変装置は、オンオフによる位相変化により１ｂｉｔの移相器として動作する。また、位相可変装置は、ダイオードスイッチ２−２を用いる回路を２つ用いる場合、２ｂｉｔ動作させることが可能となる。
【００２８】
一方、図５に示すように、可変容量２−３を用いる場合、位相可変装置は、結合量自体を可変することが可能となる。このため、位相可変装置は、結合の変化に対して連続的に位相を変えることが可能となる。これにより、位相可変装置は、細かい位相の調整を行うことが可能となる。
【００２９】
また、第１の実施形態に係る位相可変装置は、共振器１−１及び１−４をバイパス結合線路ｋ１４及び結合切換部２により結合しているが、これに限定されない。図６に示すように、共振器１−１及び１−３をバイパス結合線路ｋ１３で結合し、切換制御部５で結合切換部２，４のオンオフを制御しても構わない。これにより、位相可変装置は、結合切換部２，４のオンオフに応じた複数の位相可変を実現することが可能となる。
【００３０】
（第２の実施形態）  
図７は、第２の実施形態に係る位相可変装置の構成を示すブロック図である。
【００３１】
図７に示す位相可変装置は、上記第１の実施形態に示す位相可変装置と同様に、複数の共振器１−１〜１−３、複数の結合線路ｋ１２，ｋ２３，ｋ３４、バイパス結合線路ｋ１３、入力線路Ｑｅ１、入力端子Ｉｎ、出力線路Ｑｅ２、出力端子Ｏｕｔ、結合切換部２及び切換制御部３を有する。
【００３２】
帯域通過フィルタ６は、複数の共振器１−１〜１−４の前段または後段に設けられる。帯域通過フィルタ６は、周波数帯域より狭い周波数帯域を持ち、入力した信号から所望の周波数帯域成分を通過させる。
【００３３】
図７に示す位相可変装置は、上記回路を用いて、入力信号の位相を可変する。さらに、位相可変装置は、上記帯域通過フィルタ６を用いて、必要な信号の周波数帯域成分を通過させる。これにより、回路を通過した信号の位相を可変させ、帯域通過フィルタ６により帯域制限をすることが可能となる。
【００３４】
以上のように、第２の実施形態に係る位相可変装置は、狭帯域フィルタの特性と位相可変との効果を、同一装置の上で実現することが可能となる。
【００３５】
ここで、第２の実施形態に係る位相可変装置で用いられる位相可変用の回路及び帯域制限用の帯域通過フィルタ６を超伝導材で構築される超伝導フィルタとし、冷却装置等により、超伝導状態となるまで極低温に冷却する。これにより、第２の実施形態に係る位相可変装置は、超伝導フィルタにて実現可能な急峻なフィルタ特性と、低損失な移相器の特性を合わせた位相可変装置を実現することが可能となる。
【００３６】
なお、第２の実施形態では、結合切換部２として、スイッチ２−１を使用する場合を例に説明したが、これに限定されない。結合切換部２は、図８及び図９に示すように、ダイオードスイッチ２−２及び可変容量２−３等を使用しても構わない。図８に示すように、ダイオードスイッチ２−２を用いる場合、位相可変装置は、オンオフによる位相変化により１ｂｉｔの移相器として動作する。また、位相可変装置は、ダイオードスイッチ２−２を用いるフィルタ回路を２つ用いる場合、２ｂｉｔ動作させることが可能となる。
【００３７】
一方、図９に示すように、可変容量２−３を用いる場合、位相可変装置は、結合量自体を可変することが可能となる。このため、位相可変装置は、結合の変化に対して連続的に位相を変えることが可能となる。これにより、位相可変装置は、細かい位相の調整を行うことが可能となる。
【００３８】
また、第１の実施形態に係る位相可変装置は、共振器１−１及び１−４をバイパス結合線路ｋ１４及び結合切換部２により結合しているが、これに限定されない。図１０に示すように、共振器１−１及び１−３をバイパス結合線路ｋ１３で結合し、切換制御部５で結合切換部２，４のオンオフを制御しても構わない。これにより、位相可変装置は、結合切換部２，４のオンオフに応じた複数の位相可変を実現することが可能となる。
【００３９】
（第３の実施形態）  
図１１は、第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図７に示すアンテナ装置は、第１の実施形態に係る位相可変装置を受信部に用いるアンテナ装置である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。
【００４０】
図１１に示すアンテナ装置は、送受信共用のアンテナ１０−１〜１０−ｎ（ｎは、自然数）、送受切換装置１１−１〜１１−ｎ、送信部、受信部及び冷却装置を備える。
【００４１】
送受切換装置１１−１〜１１−ｎは、送信部及び受信部をアンテナ１０−１〜１０−ｎへそれぞれ切換接続するためのものである。送受切換装置１１−１〜１１−ｎは、例えば、送受切換装置１１−１〜１１−ｎは、サーキュレータや同軸スイッチ等を用いる。
【００４２】
送信部は、アンテナ１０−１〜１０−ｎから空間へ放射する送信信号を出力する経路であり、分配器１２、送信用移相器１３−１〜１３−ｎ、送信アンプ１４−１〜１４−ｎ及び送信用帯域通過フィルタ１５−１〜１５−ｎ（以降、送信フィルタ１５−１〜１５−ｎと総称）を備える。
【００４３】
分配器１２は、送信信号生成器（図示せず）で生成された送信信号を入力し、入力した送信信号を複数の経路に分配する。
【００４４】
送信用移相器１３−１〜１３−ｎは、分配器１２で分配された送信信号を入力し、入力した送信信号に対して所望の位相制御を施す。
【００４５】
送信アンプ１４−１〜１４−ｎは、送信用移相器１３−１〜１３−ｎから出力される送信信号を入力し、入力した送信信号を所望の利得で電力増幅する。
【００４６】
送信フィルタ１５−１〜１５−ｎは、送信アンプ１４−１〜１４−ｎから出力される送信信号を入力し、入力した送信信号から所望の送信周波数帯域成分を通過させる。
【００４７】
受信部は、アンテナ１０−１〜１０−ｎで受信されるアンテナ受信信号を入力する経路であり、リミッタ１６−１〜１６−ｎ、受信用帯域通過フィルタ１７−１〜１７−ｎ（以降、受信フィルタ１７−１〜１７−ｎと総称）、低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）１８−１〜１８−ｎ、受信用位相可変装置１９−１〜１９−ｎ及び合成器２０を備える。
【００４８】
リミッタ１６−１〜１６−ｎは、アンテナ受信信号を入力し、入力したアンテナ受信信号の信号レベルを制限し、後段の回路への過入力保護を行う。
【００４９】
受信フィルタ１７−１〜１７−ｎは、リミッタ１６−１〜１６−ｎから出力される受信信号を入力し、入力した受信信号から所望の受信周波数帯域成分を通過させる。この受信フィルタ１７−１〜１７−ｎは、超伝導材で構築される。
【００５０】
低雑音増幅器１８−１〜１８−ｎは、受信フィルタ１７−１〜１７−ｎから出力される受信信号を入力し、入力した受信信号を低雑音で増幅する。
【００５１】
受信用位相可変装置１９−１〜１９−ｎは、低雑音増幅器１８−１〜１８−ｎから出力される受信信号を入力し、入力した受信信号に対して所望の位相制御を施す。第３の実施形態において、位相変化による振幅変動の小さい受信用位相可変装置１９−１〜１９−ｎを用いることで、各系統の中で位相を設定するときに発生する信号レベル差が小さくできるため、合成時の信号調整が容易となる。この受信用位相可変装置１９−１〜１９−ｎに備えられる回路は、超伝導材で構築される。
【００５２】
合成器２０は、受信用位相可変装置１９−１〜１９−ｎからそれぞれ出力される受信信号を合成し、受信ビームとして出力する。
【００５３】
冷却装置は、真空容器２１−１及び冷却部２１−２を備える。
【００５４】
真空容器２１−１は、内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う。この真空容器２１−１は、極低温の効率的な維持を目的として超伝導材を配置した周囲を真空状態として断熱するための容器である。このため、少なくとも超伝導材を配置した周囲は気密構造とする。
【００５５】
冷却部２１−２は、真空容器２１−１に収容されるものを極低温に冷却する。
【００５６】
冷却装置は、真空容器２１−１内に受信部を収容し、冷却部２１−２により極低温に冷却する。これにより、アンテナ装置は、受信時の損失を低減することが可能となる。
【００５７】
上記アンテナ装置の構成において、以下にその処理動作を説明する。
【００５８】
まず、送信時は、送受切換装置１１−１〜１１−ｎを送信側に切り換える。これにより、送信信号生成器で生成された送信信号は、送信用移相器１３−１〜１３−ｎで送信ビームの励振分布に応じた位相制御が施され、送信アンプ１４−１〜１４−ｎで信号増幅された後、送信フィルタ１５−１〜１５−ｎによって不要波成分が抑圧され、送受切換装置１１−１〜１１−ｎを介してアンテナ１０−１〜１０−ｎへ出力される。
【００５９】
また、受信時は、送受切換装置１１−１〜１１−ｎを受信側に切り換える。これにより、アンテナ１０−１〜１０−ｎにより受信されたアンテナ受信信号は、送受切換装置１１−１〜１１−ｎを介して受信部に入力され、リミッタ１６−１〜１６−ｎによって振幅制限され、受信フィルタ１７−１〜１７−ｎによって不要波成分が抑圧され、低雑音増幅器１８−１〜１８−ｎによって低雑音増幅され、受信用位相可変装置１９−１〜１９−ｎで受信ビームの指向特性に応じた位相制御が施されて出力され、合成器２０で合成され、受信ビームとして出力される。
【００６０】
（第４の実施形態）  
図１２は、第４の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図１２に示すアンテナ装置は、第２の実施形態に係る位相可変装置を受信部に用いるアンテナ装置である。
【００６１】
第４の実施形態において、アンテナ装置は、受信部に第２の実施形態に係る位相変化による振幅変動の小さい受信用位相可変装置２２−１〜２２−ｎを用いることで、各系統の中で位相を設定するときに発生する信号レベル差が小さくできるため、合成時の信号調整が容易となる。
【００６２】
また、アンテナ装置は、受信フィルタ１７−１〜１７−ｎ及び受信用位相可変装置１９−１〜１９−ｎを受信用位相可変装置２２−１〜２２−ｎで共用化する。これにより、アンテナ装置は、受信部の回路構成を簡略化することが可能となる。
【００６３】
また、受信用位相可変装置２２−１〜２２−ｎに備えられるフィルタ回路及び帯域通過フィルタは、超伝導材で構築される超伝導フィルタとし、冷却装置は、真空容器２１−１内に受信部を収容し、冷却部２１−２により極低温に冷却する。これにより、アンテナ装置は、受信時の損失を低減することが可能となる。
【００６４】
（第５の実施形態）  
図１３は、第５の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図１３に示すアンテナ装置は、第１の実施形態に係る位相可変装置を送信部に用いるアンテナ装置である。
【００６５】
第５の実施形態において、アンテナ装置は、送信部に第１の実施形態に係る位相変化による振幅変動の小さい送信用位相可変装置２３−１〜２３−ｎを用いることで、各系統の中で位相を設定するときに発生する信号レベル差が小さくできるため、分配時の信号調整が容易となる。
【００６６】
また、送信フィルタ１５−１〜１５−ｎ及び送信用位相可変装置２３−１〜２３−ｎに備えられるフィルタ回路は、超伝導材で構築される超伝導フィルタを用い、冷却装置は、真空容器２１−１内に送信フィルタ１５−１〜１５−ｎ、送信用位相可変装置２３−１〜２３−ｎ及び受信部を収容し、冷却部２１−２により極低温に冷却する。これにより、アンテナ装置は、送信時及び受信時の損失を低減することが可能となる。
【００６７】
（第６の実施形態）  
図１４は、第５の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図１４に示すアンテナ装置は、第２の実施形態に係る位相可変装置を送信部に用いるアンテナ装置である。
【００６８】
第６の実施形態において、アンテナ装置は、送信部に第２の実施形態に係る位相変化による振幅変動の小さい送信用位相可変装置２５−１〜２５−ｎを用いることで、各系統の中で位相を設定するときに発生する信号レベル差が小さくできるため、分配時の信号調整が容易となる。
【００６９】
また、アンテナ装置は、送信フィルタ１５−１〜１５−ｎ及び送信用位相可変装置２３−１〜２３−ｎを位相可変装置２５−１〜２５−ｎで共用化する。一般に、電力増幅器の後段に送信用移相器１３−１〜１３−ｎを設けると移相器１３−１〜１３−ｎ自身に耐電力性が要求される。このため、電力増幅器の前段に移相器を設ける構成となっているが、第６の実施形態に係る送信用位相可変装置２５−１〜２５−ｎを用いる場合、耐電力の必要な送信フィルタ部分に位相調整機能を持たせることが可能なため、送信部の回路構成を簡略化することが可能となる。
【００７０】
また、送信用位相可変装置２５−１〜２５−ｎに備えられるフィルタ回路及び帯域通過フィルタは、超伝導材で構築される超伝導フィルタを用い、冷却装置は、真空容器２１−１内に送信用位相可変装置２５−１〜２５−ｎ及び受信部を収容し、冷却部２１−２により極低温に冷却する。これにより、アンテナ装置は、送信時及び受信時の損失を低減することが可能となる。
【００７１】
（第７の実施形態）  
図１５は、第７の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図１５に示すアンテナ装置は、第１の実施形態に係る位相可変装置を受信部に用い、第２の実施形態に係る位相可変装置を送信部に用いるアンテナ装置である。
【００７２】
第７の実施形態において、アンテナ装置は、受信部及び送信部にそれぞれ位相変化による振幅変動の小さい受信用位相可変装置１９−１〜１９−ｎ及び送信用位相可変装置２５−１〜２５−ｎを用いることで、各系統の中で位相を設定するときに発生する信号レベル差が小さくできるため、合成時及び分配時の信号調整が容易となる。
【００７３】
また、アンテナ装置は、送信フィルタ１５−１〜１５−ｎ及び送信用位相可変装置２３−１〜２３−ｎを送信用位相可変装置２５−１〜２５−ｎで共用化する。一般に、電力増幅器の後段に送信用移相器１３−１〜１３−ｎを設けると移相器１３−１〜１３−ｎ自身に耐電力性が要求される。このため、電力増幅器の前段に移相器を設ける構成となっているが、第６の実施形態に係る送信用位相可変装置２５−１〜２５−ｎを用いる場合、耐電力の必要な送信フィルタ部分に位相調整機能を持たせることが可能なため、送信部の回路構成を簡略化することが可能となる。
【００７４】
また、受信フィルタ１７−１〜１７−ｎ、受信用位相可変装置１９−１〜１９−ｎに備えられるフィルタ回路、送信用位相可変装置２５−１〜２５−ｎに備えられるフィルタ回路及び帯域通過フィルタは、超伝導材で構築される超伝導フィルタを用い、冷却装置は、真空容器２１−１内に送信用位相可変装置２５−１〜２５−ｎ及び受信部を収容し、冷却部２１−２により極低温に冷却する。これにより、アンテナ装置は、送信時及び受信時の損失を低減することが可能となる。
【００７５】
（第８の実施形態）  
図１６は、第８の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図１６に示すアンテナ装置は、第２の実施形態に係る位相可変装置を受信部に用い、第１の実施形態に係る位相可変装置を送信部に用いるアンテナ装置である。
【００７６】
第８の実施形態において、アンテナ装置は、受信部及び送信部にそれぞれ位相変化による振幅変動の小さい受信用位相可変装置２２−１〜２２−ｎ及び送信用位相可変装置２３−１〜２３−ｎを用いることで、各系統の中で位相を設定するときに発生する信号レベル差が小さくできるため、合成時及び分配時の信号調整が容易となる。
【００７７】
また、アンテナ装置は、受信フィルタ１７−１〜１７−ｎ及び受信用位相可変装置１９−１〜１９−ｎを受信用位相可変装置２２−１〜２２−ｎで共用化する。これにより、アンテナ装置は、受信部の回路構成を簡略化することが可能となる。
【００７８】
また、送信フィルタ１５−１〜１５−ｎ、送信用位相可変装置２３−１〜２３−ｎに備えられるフィルタ回路、受信フィルタ１７−１〜１７−ｎ及び受信用位相可変装置２２−１〜２２−ｎに備えられるフィルタ回路は、超伝導材で構築される超伝導フィルタを用い、冷却装置は、真空容器２１−１内に送信フィルタ１５−１〜１５−ｎ、送信用位相可変装置２３−１〜２３−ｎ及び受信部を収容し、冷却部２１−２により極低温に冷却する。これにより、アンテナ装置は、送信時及び受信時の損失を低減することが可能となる。
【００７９】
（第９の実施形態）  
図１７は、第９の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図１７に示すアンテナ装置は、第１の実施形態に係る位相可変装置を受信部及び送信部に用いるアンテナ装置である。
【００８０】
第９の実施形態において、アンテナ装置は、受信部及び送信部にそれぞれ位相変化による振幅変動の小さい受信用位相可変装置１９−１〜１９−ｎ及び送信用位相可変装置２３−１〜２３−ｎを用いることで、各系統の中で位相を設定するときに発生する信号レベル差が小さくできるため、合成時及び分配時の信号調整が容易となる。
【００８１】
また、送信フィルタ１５−１〜１５−ｎ、送信用位相可変装置２３−１〜２３−ｎに備えられるフィルタ回路、受信フィルタ１７−１〜１７−ｎ及び受信用位相可変装置１９−１〜１９−ｎに備えられるフィルタ回路は、超伝導材で構築される超伝導フィルタを用い、冷却装置は、真空容器２１−１内に送信フィルタ１５−１〜１５−ｎ、送信用位相可変装置２３−１〜２３−ｎ及び受信部を収容し、冷却部２１−２により極低温に冷却する。これにより、アンテナ装置は、送信時及び受信時の損失を低減することが可能となる。
【００８２】
（第１０の実施形態）  
図１８は、第１０の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図１８に示すアンテナ装置は、第２の実施形態に係る位相可変装置を受信部及び送信部に用いるアンテナ装置である。
【００８３】
第１０の実施形態において、アンテナ装置は、受信部及び送信部にそれぞれ位相変化による振幅変動の小さい受信用位相可変装置２２−１〜２２−ｎ及び送信用位相可変装置２５−１〜２５−ｎを用いる。これにより、アンテナ装置は、各系統の中で位相を設定するときに発生する信号レベル差が小さくできるため、合成時及び分配時の信号調整が容易となる。
【００８４】
また、アンテナ装置は、受信フィルタ１７−１〜１７−ｎ及び受信用位相可変装置１９−１〜１９−ｎを受信用位相可変装置２２−１〜２２−ｎで共用化する。これにより、アンテナ装置は、受信部の回路構成を簡略化することが可能となる。また、アンテナ装置は、送信フィルタ１５−１〜１５−ｎ及び送信用位相可変装置２３−１〜２３−ｎを送信用位相可変装置２５−１〜２５−ｎで共用化する。一般に、電力増幅器の後段に送信用移相器１３−１〜１３−ｎを設けると移相器１３−１〜１３−ｎ自身に耐電力性が要求される。このため、電力増幅器の前段に移相器を設ける構成となっているが、送信用位相可変装置２５−１〜２５−ｎを用いる場合、耐電力の必要な送信フィルタ部分に位相調整機能を持たせることが可能なため、送信部の回路構成を簡略化することが可能となる。
【００８５】
また、アンテナ装置は、受信用位相可変装置１９−１〜１９−ｎに備えられるフィルタ回路及び帯域通過フィルタと、送信用位相可変装置２３−１〜２３−ｎに備えられるフィルタ回路及び帯域通過フィルタとは、超伝導材で構築される超伝導フィルタを用い、冷却装置は、真空容器２１−１内に送信用位相可変装置２５−１〜２５−ｎ及び受信部を収容し、冷却部２１−２により極低温に冷却する。これにより、アンテナ装置は、送信時及び受信時の損失を低減することが可能となる。
【００８６】
（第１１の実施形態）  
図１９は、第１１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図１９に示すアンテナ装置は、第２の実施形態に係る位相可変装置を受信部及び送信部に用いるアンテナ装置である。
【００８７】
第１０の実施形態において、送受信用移相器と送受信用フィルタを位相可変装置２６−１〜２６−ｎで共用化し、さらに、位相可変装置２６−１〜２６−ｎをアンテナ１０−１〜１０−ｎと送受切換装置１１−１〜１１−ｎとの間に設置する。これにより、アンテナ装置は、送信部及び受信部の回路構成をさらに簡略化することが可能となる。
【００８８】
また、アンテナ装置は、位相変化による振幅変動の小さい位相可変装置２６−１〜２６−ｎを用いる。これにより、アンテナ装置は、各系統の中で位相を設定するときに発生する信号レベル差が小さくできるため、合成時及び分配時の信号調整が容易となる。
【００８９】
また、アンテナ装置は、位相可変装置２６−１〜２６−ｎに備えられるフィルタ回路及び帯域通過フィルタは、超伝導材で構築される超伝導フィルタを用い、冷却装置は、真空容器２１−１内に位相可変装置２６−１〜２６−ｎ及び受信部を収容し、冷却部２１−２により極低温に冷却する。これにより、アンテナ装置は、送信時及び受信時の損失を低減することが可能となる。
【００９０】
なお、上記第３の実施形態〜第１１の実施形態では、アンテナ装置について記載しているが、ｎ＝１（アンテナが１構成となっている場合）として、分配器１２及び合成器２０を含まない構成のアンテナ装置にも適用可能である。また、送信部及び受信部毎にアンテナを設けて、送信アンテナ及び受信アンテナを構成してもよい。
【００９１】
（第１２の実施形態）  
図２０は、第１２の実施形態に係るダイプレクサ２７の構成を示すブロック図である。図２０に示すダイプレクサ２７は、送信時及び受信時に異なる周波数帯域成分を用いる際、アンテナ１０−１を共用する場合に用いられる。このダイプレクサ２７は、送信部及び受信部に第２の実施形態に係る位相可変装置を用いるダイプレクサである。
【００９２】
図１６に示すダイプレクサ２７は、送信部２８−１で送信信号を生成し、生成した送信信号を送信アンプ１４−１へ入力し、入力した送信信号を電力増幅する。ダイプレクサ２７は、中心周波数ｆ１の送信用位相可変装置２５−１に増幅した送信信号を入力し、入力した送信信号の位相を可変し、位相を可変した送信信号から所望の周波数帯域成分を通過させる。ダイプレクサ２７は、送信用位相可変装置２５−１から出力した送信信号をアンテナ１０−１から空間へ放射する。
【００９３】
また、ダイプレクサ２７は、アンテナ１０−１で受信された受信信号を中心周波数ｆ２の受信用位相可変装置２２−１へ入力し、入力した受信信号の位相を可変し、位相を可変した受信信号から所望の周波数帯域成分を通過させる。ダイプレクサ２７は、受信用位相可変装置２２−１から出力した受信信号を低雑音増幅器１８−１で低雑音増幅した後、受信部２９−１にて受信信号を処理する。ダイプレクサ２９では、送信時に送信側のフィルタはマッチングするが、受信側のフィルタは反射して影響しないように調整する必要がある。そこで、送信側または受信側の一方、または両方に位相を調整する伝送線路や位相可変装置を設けることで位相を調整し、マッチングを取る。
【００９４】
以上のように、ダイプレクサ２７は、送信用位相可変装置２５−１及び受信用位相可変装置２２−１を用いることで、所望の信号の通過帯域制限及び信号の位相を可変するためのフィルタと伝送線路とを共用化し、回路構成を簡略化することが可能となる。
【００９５】
（第１３の実施形態）  
図２１は、第１３の実施形態に係るマルチプレクサ３０の構成を示すブロック図である。図２１に示すマルチプレクサ３０は、通過させる周波数帯域成分の異なる複数の受信部２９−１〜２９−ｎにてアンテナを共用する場合に用いられる。図１７に示すマルチプレクサ３０は、各受信部２９−１〜２９−ｎに、第２の実施形態に係る位相可変装置を用いるマルチプレクサである。
【００９６】
図１７に示すマルチプレクサ３０は、アンテナ１０−１で受信された受信信号を分波し、分波した受信信号を中心周波数ｆ１〜ｆｎの異なる複数の受信用位相可変装置２２−１〜２２−ｎへ入力し、入力した受信信号の位相を可変し、位相を可変した受信信号から所望の周波数帯域成分を通過させる。マルチプレクサ３０は、通過させた受信信号をそれぞれ低雑音増幅器１８−１〜１８−ｎで低雑音増幅した後、受信部２９−１〜２９−ｎにて受信信号を処理する。
【００９７】
マルチプレクサ３０では、複数のフィルタのマッチングを各周波数帯域の受信部にて調整する必要があるため、伝送線路等によるマッチング回路が複雑となる。そこで、マルチプレクサ３０は、複数の受信用位相可変装置２２−１〜２２−ｎを用いる。これにより、マルチプレクサ３０は、所望の信号の通過帯域制限及び信号の位相を可変するためのフィルタと伝送線路とを共用化し、さらに設置後の各周波数調整も簡単となる。このため、マルチプレクサ３０は、回路構成を簡略化することが可能となる。
【００９８】
上記構成によれば、位相可変装置は、フィルタ回路を備え、切換制御部３で結合切換部２のオンオフを制御することで、バイパス結合線路ｋ１３の結合を可変し、信号の伝送線路を変化させる。これにより、フィルタ回路を通過する信号には、結合切換部２のオン時及びオフ時で位相差が生じる。このため、位相可変装置は、フィルタ回路を通過する信号の位相を可変することが可能である。
【００９９】
したがって、位相可変装置は、低損失かつ単純な構成で位相を可変することができる。また、この位相可変装置を用いて好適なアンテナ装置、ダイプレクサ及びマルチプレクサを提供することができる。
【０１００】
なお、上記アンテナ装置は、移相器をアンテナ素子ごとやサブアレイごとに有するフェーズドアレイアンテナの何れにも適用可能である。また、パッシブアレイ、アクティブアレイの何れにも適用可能である。
【０１０１】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１０２】
１…共振器、２，４…結合切換部、３，５…切換制御部、ｋ１２，ｋ２３…結合線路、ｋ１３…バイパス結合線路、Ｑｅ１…入力線路、Ｉｎ…入力端子、Ｑｅ２…出力線路、Ｏｕｔ…出力端子、６…帯域通過フィルタ、１０−１〜１０−ｎ…アンテナ、１１−１〜１１−ｎ…送受切換装置、１２…分配器、１３−１〜１３−ｎ…送信用移相器、１４−１〜１４−ｎ…送信アンプ、１５−１〜１５−ｎ…送信用帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）、１６−１〜１６−ｎ…リミッタ、１７−１〜１７−ｎ…受信用帯域通過フィルタ、１８−１〜１８−ｎ…低雑音増幅器（ＬＮＡ）、１９−１〜１９−ｎ、２２−１〜２２−ｎ…受信用位相可変装置、２０…合成器、２１−１…真空容器、２１−２…冷却部、２３−１〜２３−ｎ、２５−１〜２５−ｎ…送信用位相可変装置、２４−１〜２４−ｎ…受信用移相器、２６−１〜２６−ｎ…位相可変装置、２７…ダイプレクサ、２８−１…送信部、２９−１〜２９−ｎ…受信部、３０…マルチプレクサ。
【図１】
2014239349.tif 000003
【図２】
2014239349.tif 000004
【図３】
2014239349.tif 000005
【図４】
2014239349.tif 000006
【図５】
2014239349.tif 000007
【図６】
2014239349.tif 000008
【図７】
2014239349.tif 000009
【図８】
2014239349.tif 000010
【図９】
2014239349.tif 000011
【図１０】
2014239349.tif 000012
【図１１】
2014239349.tif 000013
【図１２】
2014239349.tif 000014
【図１３】
2014239349.tif 000015
【図１４】
2014239349.tif 000016
【図１５】
2014239349.tif 000017
【図１６】
2014239349.tif 000018
【図１７】
2014239349.tif 000019
【図１８】
2014239349.tif 000020
【図１９】
2014239349.tif 000021
【図２０】
2014239349.tif 000022
【図２１】
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