(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路と、該マイクロストリップ線路の上面の一部を覆い、該基板上を自在に移動できるよう配置した誘電体を有する可変型誘電体移相器において、該マイクロストリップ線路は伝送方向に対し線路特性に連続的もしくは段階的に変化を付けたマイクロストリップ線路であることを特徴とする可変型誘電体移相器。
【請求項２】
請求項１記載の可変型誘電体移相器であって、該マイクロストリップ線路は、伝送方向に対し線路幅に連続的もしくは段階的に変化を付けたマイクロストリップ線路であることを特徴とする可変型誘電体移相器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の可変型誘電体移相器であって、該マイクロストリップ線路は、２つ以上の並行する線路よりなるマイクロストリップ線路であることを特徴とする可変型誘電体移相器。
【請求項４】
請求項１又は２記載の可変型誘電体移相器であって、該マイクロストリップ線路は、２つ以上の伝送線路であり、隣接する２つの線路の中心間距離が伝送方向に対してなめらかに変化するマイクロストリップ線路であることを特徴とする可変型誘電体移相器。
【請求項５】
請求項１、２又は３記載の可変型誘電体移相器であって、該マイクロストリップ線路は、該線路をメアンダ線路とし、伝送方向に対し蛇行のピッチもしくは蛇行幅に連続的もしくは段階的に変化を付けたマイクロストリップ線路であることを特徴とする可変型誘電体移相器。
【請求項６】
請求項１、２又は３記載の可変型誘電体移相器であって、該マイクロストリップ線路は、複数の伝送線路であり、各伝送線路の入力端の線路幅が順に段階的に狭くなり、各伝送線路の出力端の線路幅が順に段階的に広くなるテーパ形状のマイクロストリップ線路であることを特徴とする可変型誘電体移相器。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の可変型誘電体移相器であって、該誘電体は、誘電体の厚みが端部に向かって薄くなるテーパ状の形状の誘電体であることを特徴とする可変型誘電体移相器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波可変移相器に関し、特に平面回路上に構成するフェーズドアレーアンテナ用の誘電体を用いた簡易な可変型誘電体移相器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
平面回路に用いられる移相器は、シフト量が固定のものとシフト量を制御できる可変型移相器がある。シフト量固定の移相器は、所望の遅延を与える平面回路にプリントされる線路に冗長な部分を備え、その冗長部の線路長に応じた伝送遅延を与えることができる。
【０００３】
一方、可変型移相器は数多くあるが、第一の例としてＰＩＮダイオード移相器がある。これは重量、寸法も小さく安価である。第二の例として、伝送線路に電圧制御可能な誘電体を回路を構成する基板として用いる方法があり（特開平７−７３０３号公報）、誘電体基板に液晶を用いて同様の効果を得るという報告（九鬼，藤掛，會田，野本，「液晶を用いたマイクロ波可変遅延線」，９９年信学ソサイエティ大会，Ｃ−２−６３，ｐ９２．参照）もなされている。第三の例として、「本間、丸山、堀、“誘電体移相器を用いた指向性オフセット型アンテナの提案”」，２０００年信学会総合大会，Ｂ−１−１４１，ｐｐ．１４１がある。これは複数の線路上に誘電体を配した可変型移相器で、誘電体基板上に構成された平行な線路の上に三角形状の誘電体板を取り付けて線路に位相差を与える誘電体移相器を実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
平面回路に予め位相差を組み込んだシフト量固定の移相器では、位相を変化させるためには新しく回路を構成することが必要になる。シフト量を制御できる可変型移相器の第一の例として挙げたＰＩＮダイオード移相器は、挿入損失が大きいため、増幅器を付加する必要があり、回路は複雑になる。可変型移相器の第二の例として挙げた電圧制御可能な誘電体を回路基板として用いる方法では、伝送線路を電圧制御可能な特殊な基板上に構成する必要があり、構造は複雑になる。第三の例として挙げた可変型移相器では、位相調整のためには、主に誘電体の着脱や交換が必要となり、調整のためには多くの形状の誘電体を予め用意する必要があった。
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、フェーズドアレーアンテナの複数の給電線路に同時に適切な位相差を与え、位相制御の操作に部品の着脱や交換の作業を省いた簡易・低損失な誘電体移相器を実現する可変型誘電体移相器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の可変型誘電体移相器は、誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路と、該マイクロストリップ線路の上面の一部を覆い、該基板上を自在に移動できるよう配置した誘電体を有する可変型誘電体移相器において、該マイクロストリップ線路は伝送方向に対し線路特性に連続的もしくは段階的に変化を付けたマイクロストリップ線路であることを特徴とするものである。
【０００７】
すなわち、誘電体をマイクロストリップ線路の伝送方向にスライドさせることによって、誘電体の位置によって線路特性が異なることから、誘電体の影響が位置によって異なることを利用して、マイクロストリップ線路の実効長を変化させる。それによって、誘電体の移動により位相シフト量を制御することが可能となる。その結果、簡易な可変型誘電体移相器が実現される。
【０００８】
また本発明は、前記可変型誘電体移相器であって、該マイクロストリップ線路は、伝送方向に対し線路幅に連続的もしくは段階的に変化を付けたマイクロストリップ線路であることを特徴とするものである。
【０００９】
すなわち、誘電体をマイクロストリップ線路の伝送方向にスライドさせることによって、誘電体の影響が位置によって異なることを利用して、マイクロストリップ線路の実効長を変化させる。それによって、誘電体の移動により位相シフト量を制御することが可能となる。その結果、簡易な可変型誘電体移相器が実現される。
【００１０】
また本発明は、前記可変型誘電体移相器であって、該マイクロストリップ線路は、２つ以上の並行する線路よりなるマイクロストリップ線路であることを特徴とするものである。
【００１１】
すなわち、誘電体を線路の伝送方向にスライドさせることによって、誘電体の影響が位置によって異なることを利用して、マイクロストリップ線路の実効長を変化させる。マイクロストリップ線路毎に特性が異なるものを用意しているため、実効長はマイクロストリップ線路毎に変化を付けることができる。それによって、誘電体の移動によりマイクロストリップ線路間の位相差を制御することが可能となる。その結果、複数のマイクロストリップ線路の位相を同一の構造で制御可能な簡易な可変型誘電体移相器が実現される。
【００１２】
また本発明は、前記可変型誘電体移相器であって、該マイクロストリップ線路は、２つ以上の伝送線路であり、隣接する２つの線路の中心間距離が伝送方向に対してなめらかに変化するマイクロストリップ線路であることを特徴とするものである。
【００１３】
すなわち、誘電体をスライドさせることによって、誘電体との交差長が誘電体の位置によって変化することを利用して、マイクロストリップ線路の実効長を変化させる。マイクロストリップ線路毎に形状が異なるものを用意しているため、実効長はマイクロストリップ線路毎に変化を付けることができる。それによって、誘電体の移動によりマイクロストリップ線路間の位相差を制御することが可能となる。その結果、複数のマイクロストリップ線路の位相を同一の構造で制御可能な簡易な可変型誘電体移相器が実現される。
【００１４】
また本発明は、前記可変型誘電体移相器であって、該マイクロストリップ線路は、該線路をメアンダ線路とし、伝送方向に対し蛇行のピッチもしくは蛇行幅に連続的もしくは段階的に変化を付けたマイクロストリップ線路であることを特徴とするものである。
【００１５】
すなわち、誘電体をスライドさせることによって、誘電体との交差長が位置によって異なることを利用して、マイクロストリップ線路の実効長を変化させる。マイクロストリップ線路毎にメアンダパターンが異なるものを用意しているため、実効長の変化はマイクロストリップ線路毎に変化を付けることができる。それによって、誘電体の移動によりマイクロストリップ線路間の位相差を制御することが可能となる。その結果、複数のマイクロストリップ線路の位相を同一の構造で制御可能な簡易な可変型誘電体移相器が実現される。
【００１６】
また本発明は、前記可変型誘電体移相器であって、該マイクロストリップ線路は、複数の伝送線路であり、各伝送線路の入力端の線路幅が順に段階的に狭くなり、各伝送線路の出力端の線路幅が順に段階的に広くなるテーパ形状のマイクロストリップ線路であることを特徴とするものである。
【００１７】
すなわち、誘電体をマイクロストリップ線路の伝送方向にスライドさせることによって、誘電体の影響が位置によって異なることを利用して、マイクロストリップ線路の実効長を変化させる。それによって、隣接するマイクロストリップ線路で位相差を生じさせ、出力端の位相面の制御が容易であることから、出力端にアンテナ素子を取り付けることによりフェーズドアレーアンテナを構成することが可能となる。その結果、位相面を一つの構造で制御することが可能な可変型誘電体移相器が実現される。
【００１８】
また本発明は、前記可変型誘電体移相器であって、該誘電体は、誘電体の厚みが端部に向かって薄くなるテーパ状の形状の誘電体である事を特徴とするものである。
【００１９】
これによって、誘電体板縁にて生ずる反射を抑制することが可能となる。従って誘電率が高く厚みの厚い誘電体の採用が可能となるため、単位長さ当りの位相シフト量を高めることができるようになり、線路長も短くすることができるようになる。その結果、小型低損失な可変型誘電体移相器が実現される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態例を詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の第１の実施形態例を示す斜視図であって、１は地板付き誘電体基板、２は誘電体基板１上に構成された幅に連続的な変化をつけたマイクロストリップ線路、３はマイクロストリップ線路２上に置かれた誘電体板、４はマイクロストリップ線路２の入力端子、５はマイクロストリップ線路２の出力端子である。マイクロストリップ線路２は伝送方向に対して幅にテーパ状の連続的な変化をつけてある。誘電体板３はマイクロストリップ線路２に密着させてあり、伝送方向に対してスライドさせることが可能となっている。誘電体板３を図１の左側（入力端子４側）の線路幅の広い方向にスライドさせると、線路に対する誘電体板３の影響が弱まり、移相シフト量が低下する。一方、図１の右側（出力端子５側）の線路幅の狭い方向にスライドさせると、誘電体板３の影響が強まり、移相シフト量が増加する。よって、誘電体板３の伝送方向へスライドするという構成により、可変型誘電体移相器が実現される。
【００２２】
図２は本発明の第２の実施形態例を示す斜視図であって、１は地板付き誘電体基板、２０１は誘電体基板１上に構成された、幅に段階的な変化をつけたマイクロストリップ線路、３はマイクロストリップ線路２０１上に置かれた誘電体板、４はマイクロストリップ線路２０１の入力端子、５はマイクロストリップ線路２０１の出力端子である。マイクロストリップ線路２０１は途中に線路幅が段階的に変化する不連続な個所を設けてある。誘電体板３はマイクロストリップ線路２０１に密着させてあり、伝送方向に対してスライドさせることが可能となっている。誘電体板３を図２の左側（入力端子４側）にスライドさせると、誘電体板３の影響が弱い線路幅の広い部分と誘電体板３の交差長が長くなり、誘電体板３の影響の強い部分との交差長が短くなるため、移相シフト量が低下する。一方、図２の右側（出力端子５側）にスライドさせると、誘電体板３の影響が強い線路幅の狭い部分と誘電体板３の交差長が長くなるため、移相シフト量が増加する。よって、誘電体板３の伝送方向へスライドするという構成により、可変型誘電体移相器が実現される。
【００２３】
図３は本発明の第３の実施形態例を示す斜視図であって、１は地板付き誘電体基板、２０２は誘電体基板１上に構成された幅に連統的な変化をつけたマイクロストリップ線路、２０３はマイクロストリップ線路２０２と線路の幅の変化を逆にしたマイクロストリップ線路、３０１は複数のマイクロストリップ線路２０２，２０３の一部を同時に覆うことができる長方形型誘電体板、４０１はマイクロストリップ線路２０２の入力端子、４０２はマイクロストリップ線路２０３の入力端子、５０１はマイクロストリップ線路２０２の出力端子、５０２はマイクロストリップ線路２０３の出力端子である。マイクロストリップ線路２０２，２０３ともテーパ形状は、誘電体板３０１の移動量に合わせて線形的に位相がシフトするように調整してある。誘電体板３０１は２つのマイクロストリップ線路２０２，２０３に密着させてあり同じ長さを覆うようになっており、伝送方向に対してスライドさせることが可能となっている。誘電体板３０１を図３の左側（入力端子４０１，４０２側）にスライドさせると、マイクロストリップ線路２０２は誘電体の影響の弱い幅の広い部分に誘電体板３０１が置かれるため、移相シフト量が低下し、マイクロストリップ線路２０３は誘電体の影響の大きい幅の狭い部分に誘電体板３０１が置かれるため、移相シフト量が増加し移相シフト量が増加する。このようにして、２つのまったく逆の特性を示す移相器を同時に一つの構成で実現する、可変型誘電体移相器が実現される。
【００２４】
図４（ａ）は図３の可変型誘電体移相器の特性を検証するために、数値的に位相シフト量を計算した結果である。図４（ｂ）に可変型誘電体移相器の上面図を示す。図４（ｂ）において、誘電体基板１は、全長は５０ｍｍ、厚さ０．２５４ｍｍ、比誘電率２．２で、上に乗せる誘電体板３０１は全長２５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、比誘電率は１０．０である。また、マイクロストリップ線路２０２は、入力端子４０１の幅２ｍｍ、出力端子５０１の幅０．２ｍｍの台形状であり、マイクロストリップ線路２０３は、入力端子４０２の幅０．２ｍｍ、出力端子５０２の幅２ｍｍの台形状である。図４（ａ）中の横軸ｘは、誘電体板３０１の左端と、誘電体基板１の左端との距離であり、誘電体板３０１の位置を示す。また、図４（ａ）中の縦軸は、位相遅延量であり、出力端子５０１と５０２における位相シフト量を示している。図から、可変型誘電体移相器の誘電体板３０１を左端（入力端子４０１，４０２側）から右端（出力端子５０１，５０２側）まで移動するに従って、両者の位相が対称的に変化してゆくことが分かり、２出力端子５０１，５０２とも逆の位相シフト特性を示すことが分かり、本構成の有効性が確認できる。
【００２５】
図５は本発明の第４の実施形態例を示す斜視図であって、１は地板付き誘電体基板、２０４は誘電体基板１上に構成された直線状のマイクロストリップ線路、２０５は誘電体基板１上に構成された線路方向に連続的な変化をつけたマイクロストリップ線路、３０１は複数の線路の一部を同時に覆うことができる長方形型誘電体板、４０３はマイクロストリップ線路２０４の入力端子、４０４はマイクロストリップ線路２０５の入力端子、５０３はマイクロストリップ線路２０４の出力端子、５０４はマイクロストリップ線路２０５の出力端子である。誘電体板３０１は２つのマイクロストリップ線路２０４，２０５に密着させてあり、伝送方向に対してスライドさせることが可能となっている。誘電体板３０１を図５の左側（入力端子４０３，４０４側）方向にスライドさせると、マイクロストリップ線路２０５は誘電体板３０１との交差長が長くなるためマイクロストリップ線路２０４に対して移相シフト量が増加し、右側（出力端子５０３，５０４側）方向にスライドさせると、マイクロストリップ線路２０５の誘電体交差長がマイクロストリップ線路２０４と近くなるため、位相シフト量が減少し両者の位相差が少なくなる。このようにして、２つの線路間の位相差を容易に調整可能な、可変型誘電体移相器が実現される。
【００２６】
図６は本発明の第５の実施形態例を示す斜視図であって、１は地板付き誘電体基板、２０２は誘電体基板１上に構成された幅に連続的な変化をつけたマイクロストリップ線路、２０３はマイクロストリップ線路２０２と線路の幅の変化を逆にしたマイクロストリップ線路、３０２は複数のマイクロストリップ線路２０２，２０３の一部を同時に覆うことができ、厚みが両端部に向って薄くなるテーパ状の形状をした長方形型誘電体板、４０１はマイクロストリップ線路２０２の入力端子、４０２はマイクロストリップ線路２０３の入力端子、５０１はマイクロストリップ線路２０２の出力端子、５０２はマイクロストリップ線路２０３の出力端子である。マイクロストリップ線路２０２は伝送方向に対して幅にテーパ状の連続的な変化をつけてあり、マイクロストリップ線路２０３は図６においてマイクロストリップ線路２０２と左右逆の線路幅の変化をつけてある。マイクロストリップ線路２０２，２０３ともテーパ形状は、誘電体板３０２の移動量に合わせて線形的に位相がシフトするように調整してある。図３に示す第３の実施形態例と動作原理は同じであるが、誘電体板３０２のマイクロストリップ線路２０２，２０３と直交する辺の厚みにテーパをつけることによって、誘電体板３０２の境界において生じるマイクロストリップ線路２０２，２０３の反射を抑制することが可能となる。よって、第３の実施形態例よりもより低損失な、可変型誘電体移相器が実現される。
【００２７】
図７は本発明の第６の実施形態例を示す上面図であって、１は地板付き誘電体基板、２０６は誘電体基板１上に構成された蛇行幅に変化をつけたメアンダ線路よりなるマイクロストリップ線路、２０７はマイクロストリップ線路２０６とメアンダ線路の蛇行幅の変化を逆にしたメアンダ線路よりなるマイクロストリップ線路、３０１は複数のマイクロストリップ線路２０６，２０７の一部を同時に覆うことができる長方形型誘電体板、４０５はマイクロストリップ線路２０６の入力端子、４０６はマイクロストリップ線路２０７の入力端子、５０５はマイクロストリップ線路２０６の出力端子、５０６はマイクロストリップ線路２０７の出力端子である。マイクロストリップ線路２０６のメアンダ線路は伝送方向に対して蛇行幅が徐々に狭くなるような変化をつけてあり、マイクロストリップ線路２０７のメアンダ線路は図７においてマイクロストリップ線路２０６のメアンダ線路と左右逆の蛇行幅の変化をつけてある。誘電体板３０１は２つのマイクロストリップ線路２０６，２０７のメアンダ線路に密着させてあり、伝送方向に対して前後にスライドさせることが可能となっている。誘電体板３０１を図７の左側（入力端子４０５，４０６側）にスライドさせると、マイクロストリップ線路２０６のメアンダ線路は蛇行幅の大きい部分に誘電体板３０１が置かれるため、誘電体板３０１とマイクロストリップ線路２０６の交差長が増加するため移相シフト量が増加する。逆に、マイクロストリップ線路２０７のメアンダ線路は蛇行幅の狭い部分に誘電体板３０１が置かれるため、交差長が短くなるために移相シフト量が減少する。このようにして、２つのまったく逆の特性を示す移相器を同時に一つの構成で実現することによって、マイクロストリップ線路２０６と２０７間の位相差を容易に制御可能な可変型誘電体移相器が実現される。
【００２８】
尚、マイクロストリップ線路のメアンダ線路は、伝送方向に対し蛇行ピッチもしくは蛇行幅に連続的もしくは段階的に変化を付けることができる。
【００２９】
図８は本発明の第７の実施形態例を示す上面図であって、１は地板付き誘電体基板、２１１〜２１４は誘電体基板１上に構成された幅に連続的な変化をつけたマイクロストリップ線路、３０１は複数のマイクロストリップ線路２１１〜２１４の一部を同時に覆うことができる長方形型誘電体板、４１１〜４１４はそれぞれマイクロストリップ線路２１１〜２１４の入力端子、５１１〜５１４はそれぞれマイクロストリップ線路２１１〜２１４の出力端子、マイクロストリップ線路２１１〜２１４はそれぞれテーパ形状が異なり、マイクロストリップ線路２１１は入力端子４１１の線路幅が最も幅が広く、出力端子５１１の線路幅が最も狭い形状、マイクロストリップ線路２１４はマイクロストリップ線路２１１と左右対称で入力端子４１４が最も狭く、出力端子５１４が最も広い線路である。マイクロストリップ線路２１２と２１３はマイクロストリップ線路２１１と２１４の中間の形状をしており、入力端子４１１〜４１４は入力端子４１１から４１４の順で線路幅が段階的に狭くなり、出力端子５１１〜５１４は出力端子５１１から５１４の順で線路幅が段階的に広くなる。誘電体板３０１を誘電体基板１の左端（入力端子４１１〜４１４側）に置くと入力端子４１１〜４１４に同位相で給電した場合、マイクロストリップ線路２１１〜２１４に隣接する線路間で等しい位相差が生じ、出力端子５１１〜５１４の位相面を傾ける事が可能となる。一方、右端（出力端子５１１〜５１４側）に誘電体板３０１をスライドさせると、逆の傾きを持った位相面が形成され、中央に誘電体板３０１をスライドさせると位相差が消滅し、全出力端子５１１〜５１４の位相面は等位相となる。位相面の制御が容易であることから、本可変型誘電体移相器の出力端子５１１〜５１４にアンテナ素子を取り付けることによりフェーズドアレーアンテナを構成する事が可能となる。このようにして、位相面を一つの構造で制御することが可能な、可変型誘電体移相器が実現される。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、線路個別に位相制御をする必要の無い、簡易に線路間の位相差を制御する事が可能な可変型誘電体移相器を提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態例を示す斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施形態例を示す斜視図である。
【図３】本発明の第３の実施形態例を示す斜視図である。
【図４】本発明の第３の実施形態例に係る位相シフト特性を示す説明図である。
【図５】本発明の第４の実施形態例を示す斜視図である。
【図６】本発明の第５の実施形態例を示す斜視図である。
【図７】本発明の第６の実施形態例を示す上面図である。
【図８】本発明の第７の実施形態例を示す上面図である。
【符号の説明】
１    地板付き誘電体基板
２    マイクロストリップ線路
３    誘電体板
４    入力端子
５    出力端子
【図１】
0003600801.tif 000002
【図２】
0003600801.tif 000003
【図３】
0003600801.tif 000004
【図４】
0003600801.tif 000005
【図５】
0003600801.tif 000006
【図６】
0003600801.tif 000007
【図７】
0003600801.tif 000008
【図８】
0003600801.tif 000009