(57)【要約】【課題】簡易且つ小型の構成により伝送特性又は放射特性を大きく変化可能な高周波デバイス。【解決手段】高周波デバイス１００は、誘電体基板１０、誘電体基板１０の裏面に設けられた導体から成る接地板２０、誘電体基板１０の表面に設けられたＣＲＬＨ線路２１−１、円柱状の誘電体から成る回転誘電体３０−１、モータ４０、モータの回転を回転誘電体３０−１に伝達する駆動軸４１、回転誘電体３０−１と共に回転する駆動軸４２、軸受け４３から構成されている。ＣＲＬＨ線路２１−１の伝送方向はｘ軸方向である。円柱状の回転誘電体３０−１は、半径が２．６λ0の円柱状であって、その中心軸ＣDと平行に距離０．０２６λ0離れた位置に回転軸ＣRを有している。モータ４０により回転軸ＣRを中心に回転誘電体３０−１を回転制御することで、ＣＲＬＨ線路２１−１の伝送位相を制御し、高周波デバイス１００を可変移相器とすることができる。【選択図】図１．Ａ
2011049920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の帯域において設計された高周波デバイスであって、
誘電体基板と、
導体から成る同一または類似の単位パターンを前記誘電体基板の表側に所定の方向に複数配列することによって形成されたストリップ線路と、
前記誘電体基板の裏面に形成された導体から成る接地板と、
前記ストリップ線路の近傍に配設され、回転軸を有する所定形状の回転誘電体と、
前記所定形状の回転誘電体を前記回転軸を中心に所定の回転角を与える回転手段とを有し、
前記ストリップ線路の前記単位パターンは、伝送線路と、前記伝送線路を途中で分断するギャップと、前記伝送線路から枝分かれするスタブとを有し、
前記回転手段により前記回転誘電体を回転させることで、前記ストリップ線路の近傍の実効誘電率を変化させて、前記ストリップ線路の伝送特性を制御可能としたことを特徴とする高周波デバイス。
【請求項２】
前記ストリップ線路は右手／左手系複合線路であることを特徴とする請求項１に記載の高周波デバイス。
【請求項３】
前記回転誘電体の前記回転軸が、前記誘電体基板面と前記ストリップ線路の伝送方向とに垂直な面内にあり、
前記ストリップ線路を伝搬する高周波の移相器として作用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波デバイス。
【請求項４】
互いに伝送方向が平行となるような複数個の前記ストリップ線路を有し、
前記回転誘導体の回転角に対する、前記複数個の前記ストリップ線路の各々の近傍の実効比誘電率が異なる関数となるようにし、
前記回転誘電体の回転により、当該複数個の前記ストリップ線路の伝送特性を同時に、且つ別個に制御可能としたことを特徴とする請求項３に記載の高周波デバイス。
【請求項５】
前記回転誘電体の前記回転軸が、前記誘電体基板面に垂直で前記ストリップ線路の伝送方向を含む面内にあり、
前記ストリップ線路を伝搬する高周波の漏れ波アンテナとして作用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波デバイス。
【請求項６】
前記回転誘電体は円柱状であって、前記回転軸は前記回転誘電体の中心軸と平行で且つ一致しないことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の高周波デバイス。
【請求項７】
前記回転誘電体の前記ストリップ線路に相対する領域の少なくとも一部は、半径の異なる２つの円板状部の交互積層構造であって、
半径の一致する円板状部の各々の組においては、中心軸が一致しており、
前記回転軸は、一方の円板状部の組の中心軸と平行で且つ一致せず、他方の円板状部の組の中心軸と一致していることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の高周波デバイス。
【請求項８】
前記回転誘電体は円柱状であって、前記回転軸は前記回転誘電体の中心軸と平行でないことを特徴とする請求項４に記載の高周波デバイス。
【請求項９】
前記回転誘電体の前記ストリップ線路に相対する領域の少なくとも一部は、半径の異なる２つの円板状部の交互積層構造であって、
半径の一致する円板状部の組の一方においては、中心軸が一致しており、前記回転軸は、中心軸が一致している一方の円板状部の組の当該中心軸と一致しており、
他方の円板状部の組においては、当該円板状部の全ての中心軸が前記回転軸と平行で且つ同一の平面上に等間隔に順に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の高周波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体基板の表面に設けられたストリップ導体と、当該誘電体基板の裏面に設けられた接地板とにより構成される高周波伝送線路を有し、その伝送特性を可変とした高周波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
右手／左手系複合線路（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｒｉｇｈｔ  ａｎｄ  Ｌｅｆｔ  Ｈａｎｄｅｄ／ＣＲＬＨ線路）と呼ばれる誘電体基板上に作成された伝送線路について説明する。図１７の高周波デバイス９００は、誘電体基板１０上にＣＲＬＨ線路を備えたものであり、入力される高周波の周波数により漏れ波アンテナ又は移相器として作用する。
この図１７の高周波デバイス９００は、伝送線路２１（ｘ軸方向の主線路）を周期的に分断するギャップＧと、その分断された伝送線路２１から枝分かれしたスタブ２４が具備されている。この高周波デバイス９００は、ギャップＧが供するキャパシタンスや、スタブ２４が供するインダクタンスの作用により、ある周波数帯において、伝送される電磁波の群速度の向きと位相速度の向きを相互に反対の向きとすることができる。即ち、左手系を実現できる。これにより、伝送される電磁波の周波数を変化させることにより、主線路上で電磁波が伝播する向きとは反対向きである、図１７中のｚ軸の正の向きからｘ軸の負の向きの方に傾斜したθ＜０なる角度領域に対しても電磁波を放射することができる。その結果、放射ビームの方向を変化させる場合には、その放射ビームの走査範囲を広くとることができる。
また、高周波デバイス９００を移相器として用いる場合には、やはりギャップＧが供するキャパシタンスや、スタブ２４が供するインダクタンスを調整することにより、単位長さ当りの位相変化量を制御できるため、従来の移相器に比べ、飛躍的に小形化が可能であるという特徴を有する。
【０００３】
図１８に、ＣＲＬＨ線路の分散特性の一例を示す。図１８は、ＲＨとＬＨとして示した２つの分散曲線と、Ａｉｒ  ｌｉｎｅとして示したω＝βｃ0の曲線から成る。ここでｃ0は真空中の光速度である。図１８の横軸は位相定数βの、ＣＲＬＨ線路の繰り返し単位長から決まる波数ｋ0に対する比である。図１８の縦軸は、角周波数ωではなく、周波数で示した。
図１８に示すように、ＣＲＬＨ線路は、分散曲線がＡｉｒ  ｌｉｎｅより左側にある周波数、即ち、ＣＲＬＨ線路の位相定数βが、ω／ｃ0より大きい範囲においては漏れ波アンテナとして動作する。一方、ＣＲＬＨ線路の位相定数βが、ω／ｃ0より小さい範囲においては放射が起きないため、移相器として使うことができる。
図１８の特性を示すＣＲＬＨ線路においては、約７４．０ＧＨｚから７５．３ＧＨｚと、８２．１ＧＨｚから９０ＧＨｚ程度迄において移相器として使用することができる。その間の、７５．３ＧＨｚから７７．２ＧＨｚにおいては、図１７のθ＜０側への漏れ波アンテナ（左手系）として、７７．２ＧＨｚから８２．１ＧＨｚにおいては、図１７のθ＞０側への漏れ波アンテナ（右手系）として使用することができる。
この様な、位相速度と群速度の向きが反対となる原理については、例えば下記の非特許文献１乃至３に詳しい開示がある。
【０００４】
或いは、非特許文献４や特許文献１のように、誘電体基板の比誘電率を電圧によって制御して伝搬定数βを変化させる技術が報告されている。これらは、比誘電率を制御できる材料として液晶や強誘電体を用い、これをＣＲＬＨ線路に適用した移相器又は漏れ波アンテナである。
さらに、非特許文献５のように、ギャップおよびスタブにバラクタダイオードを装荷し、電圧をかけることでその容量を変化させ、周波数を固定したまま電子的にビームを走査したり、ビーム幅を可変する方法も考案されている。
【０００５】
特許文献２においては、図１９に示すように、ＣＲＬＨ構造を有するアンテナの誘電体基板１５の上に誘電体１ａ〜１ｋを置き、誘電体基板１５と誘電体１ａ〜１ｋの高さ方向の間隙を圧電アクチュエータ２ａ〜２ｋで１００μｍ程度変えることで、放射されるビームの向きや形（ビーム幅やヌルの位置）可変するアンテナ９５０或いは、伝播位相を可変とする伝送線路が報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２１１３２８号公報
【特許文献２】特開２００７−２０１５７１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】M. A. Antoniades, G. V. Eleftheriades, IEEE Antennas and wireless Prop. Lett., vol. 2, pp. 103-106, 2003
【非特許文献２】C. Caloz, T Itoh, IEEE MTTS-Symposium 2003, vol. 1, pp. 195-198
【非特許文献３】信学技報Ｖｏｌ．１０６，Ｎｏ．４８，ＭＷ２００６−２４，ｐｐ．６９−７２
【非特許文献４】D. Kuylenstierna, E. Ash, A. Vorobiev, T. Itoh, S. Gevorgian, EuMC 2006, pp. 847-850
【非特許文献５】S. Lim, C. Caloz, T Itoh, IEEE Trans. MTT, vol. 53, no. 1, pp. 161-173, 2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非特許文献５のようなバラクタダイオードを用いたアンテナの技術では、次の問題がある。バラクタダイオードは、周波数が数ＧＨｚ以下では可変容量として動作するが、それ以上の周波数では接合容量が大きく、可変容量素子としては動作しない。したがって、非特許文献５の技術は、数ＧＨｚ以上のシステムには適用できない問題がある。更に、可変できる容量は小さいため、アンテナのビームを走査できる範囲は大きくとれない。
非特許文献４及び特許文献１のような、誘電体材料の比誘電率を変化させる技術は、液晶、強誘電体、フェライトなどの比誘電率が変化する材料は、電磁波の損失が大きく、アンテナの利得が小さくなり、移相器として用いる場合に伝送損失が大きくなる。更に、温度により比誘電率が変化してしまう等の問題がある。
特許文献２のような、誘電体との距離を圧電アクチュエータで変化させる技術での課題は、例えばアンテナで±３０度以上のビーム走査をしようとした場合、当該誘電体との距離は１００μｍ程度の制御幅が必要があり、そのような変位を実現するためには圧電材料を積層する必要があり、５ｃｍ以上と非常に大きくなるという課題があった。
【０００９】
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、簡易且つ小型の構成により伝送特性又は放射特性を大きく変化可能な高周波デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、所定の帯域において設計された高周波デバイスであって、誘電体基板と、導体から成る同一または類似の単位パターンを誘電体基板の表側に所定の方向に複数配列することによって形成されたストリップ線路と、誘電体基板の裏面に形成された導体から成る接地板と、ストリップ線路の近傍に配設され、回転軸を有する所定形状の回転誘電体と、所定形状の回転誘電体を回転軸を中心に所定の回転角を与える回転手段とを有し、ストリップ線路の単位パターンは、伝送線路と、伝送線路を途中で分断するギャップと、伝送線路から枝分かれするスタブとを有し、回転手段により回転誘電体を回転させることで、ストリップ線路近傍の実効誘電率を変化させて、ストリップ線路の伝送特性を制御可能としたことを特徴とする高周波デバイスである。
本発明においては、回転誘電体の回転軸の向きは、ストリップ線路の伝送方向と垂直でも水平でも良い。また本発明の高周波デバイスは、周波数によって、移相器として動作し、或いは漏れ波アンテナとして動作する。
請求項２に係る発明は、ストリップ線路は右手／左手系複合線路（ＣＲＬＨ線路）であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、回転誘電体の回転軸が、誘電体基板面とストリップ線路の伝送方向とに垂直な面内にあり、ストリップ線路を伝搬する高周波の移相器として作用することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、互いに伝送方向が平行となるような複数個のストリップ線路を有し、回転誘導体の回転角に対する、複数個のストリップ線路の各々の近傍の実効比誘電率が異なる関数となるようにし回転誘電体の回転により、当該複数個のストリップ線路の伝送特性を同時に、且つ別個に制御可能としたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、回転誘電体の回転軸が、誘電体基板面に垂直でストリップ線路の伝送方向を含む面内にあり、ストリップ線路を伝搬する高周波の漏れ波アンテナとして作用することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、回転誘電体は円柱状であって、回転軸は回転誘電体の中心軸と平行で且つ一致しないことを特徴とする。
請求項７に係る発明は、回転誘電体のストリップ線路に相対する領域の少なくとも一部は、半径の異なる２つの円板状部の交互積層構造であって、半径の一致する円板状部の各々の組においては、中心軸が一致しており、回転軸は、一方の円板状部の組の中心軸と平行で且つ一致せず、他方の円板状部の組の中心軸と一致していることを特徴とする。
【００１４】
請求項８に係る発明は、回転誘電体は円柱状であって、回転軸は回転誘電体の中心軸と平行でないことを特徴とする。
請求項９に係る発明は、回転誘電体のストリップ線路に相対する領域の少なくとも一部は、半径の異なる２つの円板状部の交互積層構造であって、半径の一致する円板状部の組の一方においては、中心軸が一致しており、回転軸は、中心軸が一致している一方の円板状部の組の当該中心軸と一致しており、他方の円板状部の組においては、当該円板状部の全ての中心軸が回転軸と平行で且つ同一の平面上に等間隔に順に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
ギャップ部により実現される直列のキャパシタ、スタブにより実現される並列のインダクタで構成されるストリップ線路は、小形で大きな位相変化を実現できる移相器、或いは小形で大きくビーム方向を変化させるアンテナとすることができる。特にＣＲＬＨ線路とすることで、位相定数βの分散特性により、その設計が容易となる。
本発明においては、そのようなストリップ線路に回転誘電体を組み合わせて、例えば機械的に回すことにより、ギャップ部、およびスタブ近傍の実効的な比誘電率やその電気長を変化させることで、ギャップ部のキャパシタンスとスタブのインダクタンス量を変化させ、周期構造体を通過する電磁波の位相を制御することができる。これにより、移相器として用いることが可能であり、且つ漏れ波アンテナとして用いる場合にはビーム方向を変化させることができる。
また、特許文献２のような平板状の誘電体をピエゾ駆動素子を用いて機械的に動かす場合に比べ、簡易な構造で変位量を大きく取れるという特徴を有する。さらに、アレーアンテナにおいてそれぞれのアンテナ素子に異なる位相差を与えてビーム走査をする場合にも、一つのモータで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１．Ａ】本発明の具体的な第１の実施例に係る高周波デバイス１００の構成を示す斜視図。
【図１．Ｂ】高周波デバイス１００のｙｚ平面に平行な断面図。
【図１．Ｃ】高周波デバイス１００のｚｘ平面に平行な断面図。
【図１．Ｄ】高周波デバイス１００のＣＲＬＨ線路２１−１の平面図。
【図２】ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１を構成するユニットＵの拡大平面図。
【図３】高周波デバイス１００の回転誘電体３０−１の回転の様子を示す３つの断面図。
【図４】高周波デバイス１００のシミュレーション結果を示すグラフ図。
【図５．Ａ】本発明の具体的な第２の実施例に係る高周波デバイス２００の構成を示す斜視図。
【図５．Ｂ】高周波デバイス２００のｙｚ平面に平行な断面図。
【図５．Ｃ】回転誘電体３０−２を構成する第１の円板状部３１のｚｘ平面に平行な断面図。
【図５．Ｄ】回転誘電体３０−２を構成する第２の円板状部３２のｚｘ平面に平行な断面図。
【図６】高周波デバイス２００の回転誘電体３０−２の回転の様子を示す３つの断面図。
【図７．Ａ】本発明の具体的な第３の実施例に係る高周波デバイス３００の構成を示す斜視図。
【図７．Ｂ】高周波デバイス３００のｙｚ平面に平行な断面図。
【図７．Ｃ】高周波デバイス３００のＣＲＬＨ線路２１−１、２１−２及び２１−３の配列を示した平面図。
【図８】高周波デバイス３００の回転誘電体３０−３の回転の様子を示す３つの断面図。
【図９．Ａ】本発明の具体的な第４の実施例に係る高周波デバイス４００の構成を示す斜視図。
【図９．Ｂ】高周波デバイス４００のｙｚ平面に平行な断面図。
【図９．Ｃ】回転誘電体３０−４を構成する第１の円板状部３１のｚｘ平面に平行な断面図。
【図９．Ｄ】回転誘電体３０−４を構成する第２の円板状部３３−ａのｚｘ平面に平行な断面図。
【図９．Ｅ】回転誘電体３０−４を構成する第２の円板状部３３−ｄのｚｘ平面に平行な断面図。
【図９．Ｆ】回転誘電体３０−４を構成する第２の円板状部３３−ｇのｚｘ平面に平行な断面図。
【図１０】高周波デバイス４００の回転誘電体３０−４の回転の様子を示す３つの断面図。
【図１１．Ａ】本発明の具体的な第５の実施例に係る高周波デバイス５００の構成を示す斜視図。
【図１１．Ｂ】高周波デバイス５００のｚｘ平面に平行な断面図。
【図１１．Ｃ】高周波デバイス５００のＣＲＬＨ線路２１−５の平面図。
【図１２】高周波デバイス５００の回転誘電体３０−５の回転の様子を示す３つの断面図。
【図１３】高周波デバイス５００のシミュレーション結果を示すグラフ図。
【図１４．Ａ】本発明の具体的な第６の実施例に係る高周波デバイス６００の構成を示す斜視図。
【図１４．Ｂ】高周波デバイス６００のｙｚ平面に平行な断面図。
【図１４．Ｃ】回転誘電体３０−６を構成する第１の円板状部３６のｚｘ平面に平行な断面図。
【図１４．Ｄ】回転誘電体３０−６を構成する第２の円板状部３７のｚｘ平面に平行な断面図。
【図１５】高周波デバイス６００の回転誘電体３０−６の回転の様子を示す３つの断面図。
【図１６】変形例に係るＣＲＬＨ線路の構成を示す２つの平面図。
【図１７】ＣＲＬＨ線路を用いた従来の漏れ波アンテナ９００の構成を示す斜視図。
【図１８】非特許文献３に記載された、ＣＲＬＨ線路の分散特性の一例を示すグラフ図。
【図１９】特許文献２に記載された、従来のアンテナ９５０の構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
回転誘電体の形状は、全くの任意である。ストリップ線路又はＣＲＬＨ線路近傍以外や、回転によってはそれらストリップ線路又はＣＲＬＨ線路の近傍に接近しない部分の形状は何ら限定されない。しかし、製作上の容易さから、以下に示す円柱状や楕円柱状が好ましい。或いは円柱状の誘電体に溝を形成して、回転誘電体を所望の形状に作成しても良い。
【００１８】
回転誘電体の回転手段は、公知の任意の技術により実現可能である。例えば市販の電動モータを使用すれば良い。
【００１９】
ストリップ線路の構成要素となる上記の単位パターンは、同一のパターンを用いてそれらを周期的に配列することが、例えば設計の容易性などの面でより望ましいが、必ずしも同一のパターンだけを用いる必要はなく、また、必ずしも周期的に配列する必要もない。したがって、例えば、ストリップ線路の構成要素となる上記の単位パターンは、伝送線路やスタブなどの各部の太さや長さなどの寸法が、揃っていなくとも良く、また、ギャップなどの間隔なども不揃いでも良い。また、誘電体基板としては、例えばフッ素樹脂などの比誘電率の小さな材料が望ましい。スタブと伝送線路との成す角度は、９０度でなくとも良い。スタブは伝送線路の片側のみに設けられていても両側に設けられていても良く、両側に交互に設けられていても良い。
ストリップ線路の材質としては、印刷可能な銅を好適に用いることができる。
【００２０】
以下、図を参照しながら本発明の具体例について説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
以下の各実施例においては、高周波デバイスは空気中その他の、比誘電率がほぼ１と見なせる雰囲気中で使用されるものとする。
更に以下の各実施例においては、ストリップ線路は十分に薄い導体膜で形成されるものとし、ストリップ線路と回転誘電体との最短距離は、ストリップ線路が形成された誘電体基板表面と回転誘電体との最短距離に等しいものとして説明する。
また、周波数７６．５ＧＨｚにおける自由空間波長をλ0（＝３．９ｍｍ）とし、各図において、このλ0を単位として各部の大きさを表記することとする。
【実施例１】
【００２１】
図１．Ａ〜図１．Ｄは本発明の具体的な一実施例に係る高周波デバイス１００の構成を示す４つの図である。図１．Ａは高周波デバイス１００の斜視図、図１．Ｂは高周波デバイス１００のｙｚ平面に平行な断面図、図１．Ｃは高周波デバイス１００のｚｘ平面に平行な断面図、図１．Ｄは高周波デバイス１００のＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の概略図（平面図）である。
【００２２】
図１．Ａ及び図１．Ｂに示すように、高周波デバイス１００は、誘電体基板１０、誘電体基板１０の裏面に設けられた導体から成る接地板２０、誘電体基板１０の表面に設けられたＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、円柱状の誘電体から成る回転誘電体３０−１、モータ４０、モータの回転を回転誘電体３０−１に伝達する駆動軸４１、回転誘電体３０−１と共に回転する駆動軸４２、軸受け４３から構成されている。
【００２３】
図１．Ａ及び図１．Ｂに示すように、誘電体基板１０の表面はｘｙ平面（水平面）に平行となっており、そこに設けられたＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の伝送方向はｘ軸方向である。
モータ４０により回転する駆動軸４１の長手方向及び軸受け４３で受けられている駆動軸４２の長手方向は、ｙ軸方向に一致している。
【００２４】
図１．Ｃに円柱状の回転誘電体３０−１の中心軸ＣDと、回転軸ＣRの位置関係を示す。円柱状の回転誘電体３０−１は、半径が２．６λ0の円柱状であって、その中心軸ＣDと平行に距離０．０２６λ0離れた位置に回転軸ＣRを有している。図１．Ｃの断面図における回転軸ＣRは、図１．Ａ及び図１．Ｂの駆動軸４１及び４２の中心軸であり、モータ４０の回転軸と一致するものである。図１．Ｃの断面図においては、円柱状の回転誘電体３０−１の中心軸ＣDが、回転軸ＣRのｚ軸方向、０．０２６λ0上側に位置している回転状態を示している。回転軸ＣRと誘電体基板１０の表面との距離は２．６３４λ0である。また、回転誘電体３０−１表面と誘電体基板１０の表面との最短距離は０．０６λ0である。
回転誘電体３０−１の直径５．２λ0は、以下で説明するＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の１１個のユニットＵの全長約２．６λ0の２倍程度となるようにした。
【００２５】
図１．Ｄのように、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１は、伝送方向であるｘ軸方向に対してギャップＧを有し、当該部分が直列キャパシタを構成する。一方、伝送方向に垂直なｙ軸方向に延びたスタブ２４とスタブ端のパッチＰを有し、当該部分が並列インダクタを構成する。
図２は、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１を構成するユニットＵの拡大平面図である。ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１を構成するユニットＵは、伝送方向とその垂直方向を各々対称軸とする対称な平面図となっている。
図２では、周波数７６．５ＧＨｚにおける自由空間波長をλ0（＝３．９ｍｍ）を単位として、例えば長さ０．２６λ0を、単に０．２６として示している。
ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１を構成するユニットＵは、０．２６λ0ピッチで配置されており、隣合うユニットとの間隔であるギャップＧは０．０３λ0である。ｙ軸方向の幅が０．０３λ0、ｘ軸方向の長さ０．２３λ0の伝送線路部ＴＬを形成している。一方、ギャップＧ形成部のｙ軸方向の幅を０．１２λ0とするために４つの延設部Ｅを有している。延設部Ｅのｘ軸方向の幅は０．０３λ0である。
また、伝送線路部ＴＬの上辺中央部から上方向（ｙ軸の正方向）に、また、下辺中央部から下方向（ｙ軸の負方向）に、ｘ軸方向の幅０．０３λ0、ｙ軸方向の長さ０．０８λ0のスタブ２４と、更にその先（スタブ２４端）に、ｘ軸方向の幅０．０８λ0、ｙ軸方向の長さ０．１２λ0のパッチＰを有している。
図１．Ｃに示した通り、図２のユニットＵを１１個、ｘ軸方向に並べて設け、更にその両端のギャップＧをキャパシタとして、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１が構成されている。
【００２６】
図３．Ａ乃至図３．Ｃにより、実施例１の高周波デバイス１００の回転誘電体３０−１の回転の様子を示す。図３．Ａ乃至図３．Ｃは、図１．Ｂと同じ位置での高周波デバイス１００の断面図であって、各々所定の回転角θでの様子を示したものである。本構造は周波数によって、移相器として動作し、或いは漏れ波アンテナとして動作するが、ここでは移相器として動作させた場合について説明する。
図３．Ａは、図１．Ｃに対応し、円柱状の回転誘電体３０−１の中心軸ＣDが、回転軸ＣRのｚ軸方向、０．０２６λ0上側に位置している回転状態を示している。この場合、図１．Ｃで示した通り、回転誘電体３０−１と誘電体基板１０の表面との最短距離は０．０６λ0である。
図３．Ｂは、モータ４０により図３．Ａからθ＝９０度の回転が生じた場合を示している。この時、円柱状の回転誘電体３０−１の中心軸ＣDは、回転軸ＣRからｘ軸方向へ０．０２６λ0に位置している。この場合、容易に理解できる通り、回転誘電体３０−１と誘電体基板１０の表面との最短距離は０．０３４λ0である。
図３．Ｃは、モータ４０により図３．Ｂから更に９０度回転させ、θ＝１８０度の回転が生じた場合を示している。この時、円柱状の回転誘電体３０−１の中心軸ＣDが、回転軸ＣRのｚ軸方向と逆側（下側）の０．０２６λ0に位置している。この場合、容易に理解できる通り、回転誘電体３０−１と誘電体基板１０の表面との最短距離は０．００８λ0である。
そこで、図３．ＢにおけるＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の伝送位相を基準とすると、図３．Ａにおける伝送位相を＋φ、図３．Ｃにおける伝送位相を−φとおけるものと期待できる。これは、比誘電率が１である雰囲気中で、比誘電率が例えば３以上の回転誘電体３０−１表面と誘電体基板１０の表面との最短距離、即ち回転誘電体３０−１と、誘電体基板１０の表面に設けられたＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１との最短距離が変化することで、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１近傍の実効比誘電率が変化し、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１内部の電気長を変化させることで、キャパシタンスとインダクタンス量を変化させ、周期構造体であるユニットＵを通過する電磁波の位相を制御することができるからである。
即ち、図１の高周波デバイス１００は、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の伝送位相が図３．Ａにおける伝送位相＋φから図３．Ｃにおける伝送位相−φまで連続的に滑らかに制御できることが期待できる。
【００２７】
上記をシミュレーションにより確かめた。結果を図４に示す。
回転誘電体３０−１の比誘電率を３．４とし、駆動軸４１及び４２は回転誘電体３０−１内部には存在しないものとして、その影響を無視した。周波数８３．５ＧＨｚにおいて、２φ＝１８５度の位相変化を確認できた。即ち、図１の高周波デバイス１００は、回転誘電体３０−１を図３．Ａの状態から図３．Ｃの状態までの１８０度回転させることで、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の伝送位相を図３．Ａにおける伝送位相から図３．Ｃにおける伝送位相までの幅１８５度、連続的且つ滑らかに制御できることが確認できた。即ち図１の高周波デバイス１００は、移相器として使用可能である。
また、回転誘導体３０−１は、回転軸ＣRにおける回転により、ｚ軸方向の上下動が、最大０．０５２λ0であるので、図１の高周波デバイス１００は、移相器として作動させる際のスペースに大きな余裕を確保する必要が無い。
【００２８】
上記の移相量については、回転誘電体３０−１の比誘電率や、その位置、軸のオフセット量により制御することが可能である。なお、別の構成例として、円柱状の誘電体棒の軸をオフセットせずに、その代わりに楕円柱状の誘電体棒を用いて同様の効果を得る方法も考えられる。例えば回転誘電体を楕円柱とし、長手方向の垂直断面である楕円の２つの焦点の中点を回転軸とすれば、断面の楕円の短軸方向から長軸方向までの最小９０度の回転で上記と同様な効果を導くことができる。
【実施例２】
【００２９】
図５．Ａ〜図５．Ｄは、本発明の具体的な第２の実施例に係る高周波デバイス２００の構成を示す４つの図である。図５．Ａは高周波デバイス２００の斜視図、図５．Ｂは高周波デバイス２００のｙｚ平面に平行な断面図、図５．Ｃは回転誘電体３０−２を構成する第１の円板状部３１（３１−ａ乃至ｈ）のｚｘ平面に平行な断面図、図５．Ｄは回転誘電体３０−２を構成する第２の円板状部３２（３２−ａ乃至ｇ）のｚｘ平面に平行な断面図である。
【００３０】
図５．Ａ及び図５．Ｂの高周波デバイス２００は、図１の高周波デバイス１００の回転誘電体３０−１を、半径の異なる２つの円板状部３１及び３２の交互積層構造から成る回転誘電体３０−２に置き換えたものであり、他の構成は同一である。
【００３１】
図５．Ａ及び図５．Ｂの高周波デバイス２００の回転誘電体３０−２は、８個の第１の円板状部３１（３１−ａ乃至ｈ）と７個の第２の円板状部３２（３２−ａ乃至ｇ）とを交互に積層した構造を有する。
図５．Ｃに示す通り、第１の円板状部３１は、半径が２．６λ0であり、図示しない厚さが０．１λ0である。第１の円板状部３１の中心軸ＣD1は、回転軸ＣRと一致している。
図５．Ｄに示す通り、第２の円板状部３２は、半径が２．４９５λ0であり、図示しない厚さが０．１λ0である。第２の円板状部３２の中心軸ＣD2は、回転軸ＣRと平行であるが一致しておらず、その距離は０．０９５λ0である。
図５．Ｄでは、破線で、図５．Ｃの第１の円板状部３１の外周を重ねて示した。この際、回転軸ＣRを一致させるようにした。第１の円板状部３１と第２の円板状部３２とは、回転軸ＣRから各々の外周までの距離の差異が０．０１λ0から０．２λ0まで連続的に変化することがわかる。
図５．Ｂの高周波デバイス２００の回転誘電体３０−２は、例えば円柱状の誘電体に７箇所の溝、但しその深さが連続的に変化する溝を形成することで製造することができる。
【００３２】
図５．Ａ及び図５．Ｂの高周波デバイス２００について、回転誘電体３０−２を回転させた状態を図６．Ａ乃至図６．Ｃに示す。尚、８個の第１の円板状部３１の中心軸ＣD1は、回転軸ＣRと常に一致する。このため、回転誘電体３０−２を回転させても、誘電体基板１０の表面と８個の第１の円板状部３１の外周との最短距離は変化しない。
図６．Ａは、７個の第２の円板状部３２の中心軸ＣD2が、回転軸ＣRのｚ軸方向上側０．０９５λ0の位置にある場合である。この場合、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の近傍にある第１の円板状部３１−ｄ及びｅと第２の円板状部３２−ｄにより形成される実効比誘電率を考えると、例えば第２の円板状部３２が全て第１の円板状部３１に置き換わった、円柱状の回転誘電体の場合と比較して、実効比誘電率が小さくなることは明らかである。
図６．Ｂは、７個の第２の円板状部３２の中心軸ＣD2が、回転軸ＣRのｘ軸方向０．０９５λ0の位置にある場合である。この場合、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の近傍にある第１の円板状部３１−ｄ及びｅと第２の円板状部３２−ｄにより形成される実効比誘電率は、図６．Ａの場合の実効比誘電率よりも大きくなる。
図６．Ｃは図６．Ａとは全く逆の場合で、７個の第２の円板状部３２の中心軸ＣD2が、回転軸ＣRのｚ軸方向下側０．０９５λ0の位置にある場合である。この場合、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の近傍にある第１の円板状部３１−ｄ及びｅと第２の円板状部３２−ｄにより形成される実効比誘電率は、図６．Ｂの場合の実効比誘電率よりも大きくなる。
そこで、図６．ＢにおけるＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の伝送位相を基準とすると、図６．Ａにおける伝送位相を＋φ、図６．Ｃにおける伝送位相を−φとおける。即ち、図６の高周波デバイス２００は、図１の高周波デバイス１００と同様に、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の伝送位相が図６．Ａにおける伝送位相＋φから図６．Ｃにおける伝送位相−φまで連続的に滑らかに制御できることが理解できる。
実施例２では、半径の異なる２つの円板状部の厚さをいずれも０．１λ0とし、第２の円板状部３２−ｄの影響のみを考えたが、図２のようにｙ軸方向に延びた、インダクタを形成するスタブ２４やパッチＰ、或いはキャパシタを形成する延設部Ｅへの例えば第１の円板状部３１−ｄ及びｅ或いはその外側の第２の円板状部３２−ｃ及びｅの影響は、最終的には位相量として決定されるので、上記議論に影響しない。
【実施例３】
【００３３】
図７．Ａ〜図７．Ｃは、本発明の具体的な第３の実施例に係る高周波デバイス３００の構成を示す３つの図である。図７．Ａは高周波デバイス３００の斜視図、図７．Ｂは高周波デバイス３００のｙｚ平面に平行な断面図、図７．Ｃは、誘電体基板１０の表面に形成された３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、２１−２及び２１−３の配列を示した平面図である。
【００３４】
図７．Ａ及び図７．Ｂの高周波デバイス３００は、誘電体基板１０の表面に形成されたＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）が３つあることと、円柱状の回転誘電体３０−３の回転軸ＣRの位置に大きな特徴が有る。
まず、図７．Ｃに示す通り、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、２１−２及び２１−３は、図１の高周波デバイス１００のＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１と同様に、ｘ軸方向に給電されて各々例えばアンテナに接続される。この際、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１及び２１−２の間隔、並びに２１−２及び２１−３の間隔は等しい。
【００３５】
また、図７．Ｂに示す通り、円柱状の回転誘電体３０−３は、その中心軸ＣDと、回転軸ＣRが、円柱状の回転誘電体３０−３の重心３Ｇで交わっている。また、その重心３Ｇ直下に、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−２が配置されている。円柱状の回転誘電体３０−３の中心軸ＣDと、回転軸ＣRとの成す角は１度以下であるとする。図７．Ｂにおいて、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、２１−２及び２１−３のそれぞれのｘ軸に平行な対称軸から円柱状の回転誘電体３０−３の表面へのｚ軸に平行な距離を、ｈ1、ｈ2、ｈ3とおくと、ｈ1＞ｈ2＞ｈ3、且つｈ1−ｈ2＝ｈ2−ｈ3と見なせる。
【００３６】
図８．Ａ乃至図８．Ｃにより、回転誘電体３０−３の回転の様子を示す。図８．Ａ乃至図８．Ｃは、図７．Ｂと同じ位置での高周波デバイス３００の断面図であって、各々所定の回転角θでの様子を示したものである。
図８．Ａは、図７．Ｂに対応し、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、２１−２及び２１−３のそれぞれのｘ軸に平行な対称軸から円柱状の回転誘電体３０−３の表面へのｚ軸に平行な距離が、ｈ1、ｈ2、ｈ3である場合である。図２で検討した図１．Ａの高周波デバイス１００と同様に、回転誘電体３０−３へのｚ軸に平行な距離が最も長いＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の伝送位相を＋φ、回転誘電体３０−３へのｚ軸に平行な距離が最も短いＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３の伝送位相を−φ、ｚ軸に平行な距離がそれらの中央値であるＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−２の伝送位相を０とおくことができる。
図８．Ｂは、図８．Ａから回転誘電体３０−３を回転軸ＣRにおいて９０度回転させた場合である。円柱状の回転誘電体３０−３の中心軸ＣDは、回転軸ＣRを含むｘｙ平面に平行な平面上に位置する。中心軸ＣDと回転軸ＣRの成す角は１度以下であるので、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、２１−２及び２１−３のそれぞれのｘ軸に平行な対称軸と円柱状の回転誘電体３０−３の表面へのｚ軸に平行な距離はｈ2に等しくなる。この際、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、２１−２及び２１−３の伝送位相を全て０とおくことができる。
図８．Ｃは、図８．Ｂから回転誘電体３０−３を回転軸ＣRにおいて更に９０度回転させた場合である。図８．Ｃにおいて、円柱状の回転誘電体３０−３の中心軸ＣDは、回転軸ＣRと成す角が図８．Ａとは正負逆転する。回転誘電体３０−３へのｚ軸に平行な距離が最も長いｈ1であるＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３の伝送位相が＋φ、回転誘電体３０−３へのｚ軸に平行な距離が最も短いｈ3であるＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の伝送位相を−φ、ｚ軸に平行な距離がそれらの中央値であるＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−２の伝送位相を０とおくことができる。
【００３７】
このように、図３の高周波デバイス３００は、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、２１−２及び２１−３の伝送位相を、同時に且つ異なる位相として滑らかに制御することができる。この場合、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−２の伝送位相を変化させず、かつそれを基準として、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１及び２１−３の伝送位相を逆位相とできる。
この移相器により３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、２１−２及び２１−３の伝送位相を制御すれば、接続される各アンテナの出力位相を制御できるので、垂直方向からビームを走査する方法として用いることができる。即ち、位相差φと各ＣＲＬＨ線路の伝送路長により求まる角度だけ、３つのアンテナにより形成されるビームをチルトすることができる。
【実施例４】
【００３８】
半径の異なる２つの円板状部の交互積層構造により、実施例３と同様の効果を奏する高周波デバイスを提供できる。これを図９．Ａ〜図９．Ｆに示す。
図９．Ａ〜図９．Ｆは、本発明の具体的な第４の実施例に係る高周波デバイス４００の構成を示す６つの図である。図９．Ａは高周波デバイス４００の斜視図、図９．Ｂは高周波デバイス４００のｙｚ平面に平行な断面図、図９．Ｃは回転誘電体３０−４を構成する第１の円板状部３１のｚｘ平面に平行な断面図、図９．Ｄは回転誘電体３０−４を構成する第２の円板状部３３−ａのｚｘ平面に平行な断面図、図９．Ｅは回転誘電体３０−４を構成する第２の円板状部３３−ｄのｚｘ平面に平行な断面図、図９．Ｆは回転誘電体３０−４を構成する第２の円板状部３３−ｇのｚｘ平面に平行な断面図である。
【００３９】
図９．Ａ及び図９．Ｂの高周波デバイス４００は、図７の高周波デバイス３００の回転誘電体３０−３を、半径の異なる２つの円板状部３１及び３３の交互積層構造から成る回転誘電体３０−４に置き換えたものであり、他の構成は同一である。
【００４０】
図９．Ａ及び図９．Ｂの高周波デバイス４００の回転誘電体３０−４は、８個の第１の円板状部３１（３１−ａ乃至ｈ）と７個の第２の円板状部３３（３３−ａ乃至ｇ）とを交互に積層した構造を有する。
図９．Ｃに示す第１の円板状部３１は、図５．Ｃに示した第１の円板状部３１と類似の構成である。即ち、半径がｒ1であり、図示しない厚さがｓである。第１の円板状部３１の中心軸ＣD1は、回転軸ＣRと一致している。
７個の第２の円板状部３３は、図５．Ｄに示した第２の円板状部３２と類似の円板状部であるが、７個の第２の円板状部３３の回転軸ＣRの位置が、全て互いに異なる点が異なる。７個の第２の円板状部３３−ａ乃至３３−ｇのうち、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３、２１−２及び２１−１に最も近い、３つの第２の円板状部３３−ａ、３３−ｄ及び３３−ｇについて、図９．Ｄ乃至図９．Ｆに示す。
【００４１】
図９．Ｄに示す通り、第２の円板状部３３−ａは、半径がｒ2であり、図示しない厚さが第１の円板状部３１と同じｓである。第２の円板状部３３−ａの中心軸ＣDaは、回転軸ＣRと平行であるが一致しておらず、その距離は３ｐである。図９．Ｄに、破線で第１の円板状部３１を回転軸ＣRが一致するように重ねて示すと、第１の円板状部３１と第２の円板状部３３−ａは、回転軸ＣRから各々の外周までの距離の差異が、最大ｄ1、最小ｄ2で滑らかに変化していることがわかる。ここで、ｄ1＝ｒ1−ｒ2＋３ｐ、ｄ2＝ｒ1−ｒ2−３ｐであり、ｒ1−ｒ2＝（ｄ1＋ｄ2）／２である。
図９．Ｅに示す通り、第２の円板状部３３−ｄは、半径がｒ2であり、図示しない厚さがｓである。第２の円板状部３３−ａの中心軸ＣDdは回転軸ＣRと一致している。図９．Ｅに、破線で第１の円板状部３１を回転軸ＣRが一致するように重ねて示すと、第１の円板状部３１と第２の円板状部３３−ｄは、回転軸ＣRから各々の外周までの距離の差異がｒ1−ｒ2で一定であることがわかる。
図９．Ｆに示す通り、第２の円板状部３３−ｇは、半径がｒ2であり、図示しない厚さが第１の円板状部３１と同じｓである。第２の円板状部３３−ｇの中心軸ＣDgは、回転軸ＣRと平行であるが一致しておらず、その距離は３ｐである。図９．Ｆに、破線で第１の円板状部３１を回転軸ＣRが一致するように重ねて示すと、第１の円板状部３１と第２の円板状部３３−ｇは、回転軸ＣRから各々の外周までの距離の差異が、図９．Ｄの第２の円板状部３３−ａの場合と同様に最大ｄ1、最小ｄ2で滑らかに変化していることがわかる。
【００４２】
図示しなかった第２の円板状部３３−ｂ、ｃ、ｅ及びｆも全て半径がｒ2であり、厚さがｓである。各々の中心軸ＣDb、ＣDc、ＣDe及びＣDfは、回転軸ＣRと平行であるが一致しておらず、その距離は各々、２ｐ、ｐ、ｐ、２ｐである。
【００４３】
このような８個の第１の円板状部３１−ａ乃至ｈと、７個の第２の円板状部３３−ａ乃至ｇを交互に積層した回転誘電体３０−４は図９．Ｂのような構成である。
即ち、８個の第１の円板状部３１−ａ乃至ｈは、その中心軸ＣD1が回転軸ＣRと一致している。７個の第２の円板状部３３−ａ乃至ｇは、その中心軸ＣDa乃至ＣDgが回転軸ＣRと距離３ｐ、２ｐ、ｐ、０、ｐ、２ｐ、３ｐ離れているので、７個の第２の円板状部３３−ａ乃至ｇを、その中心軸ＣDa乃至ＣDgをこの順に、間隔ｐずつで同一平面上に配置させるように回転誘電体３０−４は形作られている。
図９．Ｂのように、第１の円板状部３１−ａ乃至ｈの表面と誘電体基板１０の最短距離をｈとおく。
図９．Ｂの高周波デバイス４００の回転誘電体３０−４は、例えば円柱状の誘電体に７箇所の溝、但しその深さが連続的に変化する溝を形成することで製造することができる。
【００４４】
図９．Ａ及び図９．Ｂの高周波デバイス４００について、回転誘電体３０−４を回転させた状態を図１０．Ａ乃至図１０．Ｃに示す。尚、８個の第１の円板状部３１（３１−ａ乃至ｈ）の中心軸ＣD1は、回転軸ＣRと常に一致する。このため、回転誘電体３０−４を回転させても、誘電体基板１０の表面と８個の第１の円板状部３１（３１−ａ乃至ｈ）の外周との最短距離ｈは変化しない。
図１０．Ａは、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３、２１−２及び２１−１に最も近い、３つの第２の円板状部３３−ａ、３３−ｄ及び３３−ｇの配置が、各々ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３、２１−２及び２１−１との最短距離がｈ＋ｄ2、ｈ＋ｒ1−ｒ2＝ｈ＋（ｄ1＋ｄ2）／２、ｈ＋ｄ1である場合を示している。この場合は、２つの第２の円板状部３３−ａ及び３３−ｇの各々の中心軸ＣDa、ＣDgが、各々回転軸ＣRのｚ軸方向下側３ｐ及び上側３ｐに位置している場合である。
今までの議論と同様に、各ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）の近傍の実効比誘電率を考慮すれば、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−２の位相を基準０として、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１及び２１−３の位相を＋φ及び−φとおくことができる。
図１０．Ｂは、図１０．Ａから回転誘電体３０−４を９０度回転させた図であり、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３、２１−２及び２１−１に最も近い、３つの第２の円板状部３３−ａ、３３−ｄ及び３３−ｇの配置が、各々ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３、２１−２及び２１−１との最短距離が全てｈ＋ｒ1−ｒ2＝ｈ＋（ｄ1＋ｄ2）／２である場合を示している。この場合は、２つの第２の円板状部３３−ａ及び３３−ｇの各々の中心軸ＣDa、ＣDgが、各々回転軸ＣRと同じ水平面に位置している場合である。
今までの議論と同様に、各ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）の近傍の実効比誘電率を考慮すれば、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−２の位相を基準０として、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１及び２１−３の位相は共に０となる。
図１０．Ｃは、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３、２１−２及び２１−１に最も近い、３つの第２の円板状部３３−ａ、３３−ｄ及び３３−ｇの配置が、各々ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３、２１−２及び２１−１との最短距離がｈ＋ｄ1、ｈ＋ｒ1−ｒ2＝ｈ＋（ｄ1＋ｄ2）／２、ｈ＋ｄ2である場合を示している。この場合は、２つの第２の円板状部３３−ａ及び３３−ｇの各々の中心軸ＣDa、ＣDgが、各々回転軸ＣRのｚ軸方向上側３ｐ及び下側３ｐに位置している場合である。
今までの議論と同様に、各ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）の近傍の実効比誘電率を考慮すれば、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−２の位相を基準０として、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１及び２１−３の位相は−φ及び＋φとなる。
【００４５】
実施例４の高周波デバイス４００も、実施例３の高周波デバイス３００同様に、３つのアンテナからの出力により形成されるビームの傾斜角度を制御できることがわかる。
【実施例５】
【００４６】
次に、ビーム角度を傾斜させる漏れ波アンテナとしての本発明の実施例を示す。
図１１．Ａ〜図１１．Ｃは、本発明の具体的な第５の実施例に係る高周波デバイス５００の構成を示す３つの図である。図１１．Ａは高周波デバイス５００の斜視図、図１１．Ｂは高周波デバイス１００のｚｘ平面に平行な断面図、図１１．Ｃは高周波デバイス１００のＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５の概略図（平面図）である。
【００４７】
図１１．Ａ及び図１１．Ｂに示すように、高周波デバイス５００は、誘電体基板１０、誘電体基板１０の裏面に設けられた導体から成る接地板２０、誘電体基板１０の表面に設けられたＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５、円柱状の誘電体から成る回転誘電体３０−５、モータ４０、モータの回転を回転誘電体３０−５に伝達する駆動軸４１、回転誘電体３０−５と共に回転する駆動軸４２、軸受け４３から構成されている。このうち、誘電体基板１０の表面に設けられたＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５は、図１１．Ａでは簡略して単に矩形形状で示した。
【００４８】
図１１．Ａ及び図１１．Ｂに示すように、誘電体基板１０の表面はｘｙ平面（水平面）に平行となっており、そこに設けられたＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５の伝送方向はｙ軸の負方向である。
モータ４０により回転する駆動軸４１の長手方向及び軸受け４３で受けられている駆動軸４２の長手方向は、ｙ軸方向に一致している。
【００４９】
図１１．Ｂに円柱状の回転誘電体３０−５の中心軸ＣDと、回転軸ＣRの位置関係を示す。円柱状の回転誘電体３０−５は、半径が０．３８λ0の円柱状であって、その中心軸ＣDと平行で距離０．０２６λ0離れた位置に回転軸ＣRを有している。図１．Ｃの断面図における回転軸ＣRは、図１１．Ａの駆動軸４１及び４２の中心軸であり、モータ４０の回転軸と一致するものである。図１１．Ｂの断面図においては、円柱状の回転誘電体３０−５の中心軸ＣDが、回転軸ＣRのｚ軸方向、０．０２６λ0上側に位置している回転状態を示している。回転軸ＣRと誘電体基板１０の表面との距離は０．４１４λ0である。また、回転誘電体３０−５と誘電体基板１０の表面との最短距離は０．０６λ0である。
回転誘電体３０−５の直径０．７６λ0は、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５がほぼ隠れる程度の太さとして決定した。尚、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５は図２と同様のユニットを１１ユニットの周期構造で構成したものであるが、伝送方向は上述の通りｙ軸の負方向である。
【００５０】
図１２．Ａ乃至図１２．Ｃにより、回転誘電体３０−５の回転の様子を示す。図１２．Ａ乃至図１２．Ｃは、図１１．Ｂと同じ位置での高周波デバイス５００の断面図であって、各々所定の回転角θでの様子を示したものである。
図１２．Ａは、図１１．Ｂに対応し、円柱状の回転誘電体の中心軸ＣDが、回転軸ＣRのｚ軸方向、０．０２６λ0上側に位置している回転状態を示している。この場合、図１１．Ｂで示した通り、回転誘電体３０−５と誘電体基板１０の表面との最短距離は０．０６λ0である。
図１２．Ｂは、モータ４０により図１２．Ａからθ＝９０度の回転が生じた場合を示している。この時、円柱状の回転誘電体３０−５の中心軸ＣDが、回転軸ＣRのｘ軸方向に０．０２６λ0の距離に位置している。この場合、容易に理解できる通り、回転誘電体３０−５と誘電体基板１０の表面との最短距離は０．０３４λ0である。
図１２．Ｃは、モータ４０により図１２．Ｂから更に９０度回転させ、θ＝１８０度の回転が生じた場合を示している。この時、円柱状の回転誘電体３０−５の中心軸ＣDが、回転軸ＣRのｚ軸方向と逆側（下側）の０．０２６λ0に位置している。この場合、容易に理解できる通り、回転誘電体３０−５と誘電体基板１０の表面との最短距離は０．００８λ0である。
そこで、図１２．Ｂの状態での漏れ波アンテナとして動作している高周波デバイス５００からのビームを基準とすると、図１２．Ａの状態での漏れ波アンテナである高周波デバイス５００からのビームと、図１２．Ｃの状態での漏れ波アンテナである高周波デバイス５００からのビームが、各々逆側に傾斜することが期待できる。即ち、図１１の漏れ波アンテナである高周波デバイス５００は、図１２．Ａにおけるビーム傾斜角から図１２．Ｃにおけるビーム傾斜角まで連続的に滑らかに制御できることが期待できる。
【００５１】
上記をシミュレーションにより確かめた。結果を図１３に示す。
回転誘電体３０−５の比誘電率を３．４とし、駆動軸４１及び４２は回転誘電体３０−５内部には存在しないものとして、その影響を無視した。周波数７６．５ＧＨｚにおいて、図１２．Ｂの状態での漏れ波アンテナのビームをｚ方向（角度０）とし、図１２．Ａにおけるビーム傾斜角３０度、図１２．Ｃにおけるビーム傾斜角−３０度を実現できた。ここで、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５の伝送方向はｙ軸の負方向であるので、ｙ軸の正方向に傾く図１２．Ａの＋３０度は、Ｂａｃｋｗａｒｄ方向であって、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５の左手系の動作をしたものと言える。また、ｙ軸の負方向に傾く図１２．Ｃの−３０度は、Ｆｏｒｗａｒｄ方向であって、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５の右手系の動作をしたものと言える。
即ち、図１１の高周波デバイス５００は、回転誘電体３０−５を図１２．Ａの状態から図１２．Ｃの状態までの１８０度回転させることで、ビームの傾斜角が図１２．ＡにおけるＢａｃｋｗａｒｄ方向３０度から図１２．ＣにおけるＦｏｒｗａｒｄ方向３０度まで、連続的且つ滑らかに制御できることが確認できた。角度範囲は正確には５７度である。
また、回転誘導体３０−５は、回転軸ＣRにおける回転により、ｚ軸方向の上下動が、最大０．０５２λ0であるので、図５の高周波デバイス５００は、指向性アンテナとして作動させる際のスペースに大きな余裕を確保する必要がない。
【００５２】
上記のビームの傾斜角については、回転誘電体３０−５の比誘電率や、その位置、軸のオフセット量により制御することが可能である。なお、別の構成例として、円柱状の誘電体棒の軸をオフセットせずに、その代わりに楕円柱状の誘電体棒を用いて同様の効果を得る方法も考えられる。例えば回転誘電体を楕円柱とし、長手方向の垂直断面である楕円の２つの焦点の中点を回転軸とすれば、断面の楕円の短軸方向から長軸方向までの最小９０度の回転で上記と同様な効果を導くことができる。
【００５３】
上記実施例では、回転誘電体３０−５と誘電体基板１０の距離がｙ軸方向に変化しない場合を述べたが、この距離が軸方向で変化するような回転誘電体を用いても良い。これにより、ＣＲＬＨ線路上の電流分布を細かく制御することができ、ビームの方向に加えて、ビーム幅やヌルの角度を制御することも可能となる。
【実施例６】
【００５４】
実施例５の円柱状の回転誘電体３０−５を、半径の異なる２つの円板状部３６及び３７の交互積層構造から成る回転誘電体３０−６に置き換えた実施例を次に示す。
図１４．Ａ〜図１４．Ｄは、本発明の具体的な第６の実施例に係る高周波デバイス６００の構成を示す４つの図である。図１４．Ａは高周波デバイス６００の斜視図、図１４．Ｂは高周波デバイス６００のｙｚ平面に平行な断面図、図１４．Ｃは回転誘電体３０−６を構成する第１の円板状部３６（３６−ａ乃至ｐ）のｚｘ平面に平行な断面図、図１４．Ｄは回転誘電体３０−６を構成する第２の円板状部３７（３７−ａ乃至ｏ）のｚｘ平面に平行な断面図である。
【００５５】
図１４．Ａ及び図１４．Ｂの高周波デバイス２００は、図１１の高周波デバイス５００の回転誘電体３０−５を、半径の異なる２つの円板状部３６及び３７の交互積層構造から成る回転誘電体３０−６に置き換えたものであり、他の構成は同一である。
【００５６】
図１４．Ａ及び図１４．Ｂの高周波デバイス６００の回転誘電体３０−６は、１６個の第１の円板状部３６（３６−ａ乃至ｐ）と１５個の第２の円板状部３７（３７−ａ乃至ｏ）とを交互に積層した構造を有する。
図１４．Ｃに示す通り、第１の円板状部３６は、半径が０．２６λ0であり、図１４．Ｂに示すとおり厚さが０．１λ0である。第１の円板状部３６の中心軸ＣD1は、回転軸ＣRと一致している。
図１４．Ｄに示す通り、第２の円板状部３７は、半径が０．１５５λ0であり、図１４．Ｂに示すとおり厚さが０．１λ0である。第２の円板状部３７の中心軸ＣD7は、回転軸ＣRと平行であるが一致しておらず、その距離は０．０９５λ0である。
図１４．Ｄでは、破線で、図１４．Ｃの第１の円板状部３６の外周を重ねて示した。この際、回転軸ＣRを一致させるようにした。第１の円板状部３６と第２の円板状部３７とは、回転軸ＣRから各々の外周までの距離の差異が０．０１λ0から０．２λ0まで連続的に変化することがわかる。
図１４．Ｂの高周波デバイス６００の回転誘電体３０−６は、例えば円柱状の誘電体に１５箇所の溝、但しその深さが連続的に変化する溝を形成することで製造することができる。
【００５７】
図１４．Ａ及び図１４．Ｂの高周波デバイス６００について、回転誘電体３０−６を回転させた状態を図１５．Ａ乃至図１５．Ｃに示す。尚、１６個の第１の円板状部３６の中心軸ＣD1は、回転軸ＣRと常に一致する。このため、回転誘電体３０−６を回転させても、誘電体基板１０の表面と１６個の第１の円板状部３６の外周との最短距離は変化しない。
図１５．Ａは、１５個の第２の円板状部３７の中心軸ＣD7が、回転軸ＣRのｚ軸方向上側０．０９５λ0の位置にある場合である。この場合、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５の近傍にある第１の円板状部３６−ａ乃至ｐと第２の円板状部３７−ａ乃至ｏにより形成される実効比誘電率を考えると、例えば第２の円板状部３６が全て第１の円板状部３７に置き換わった、円柱状の回転誘電体の場合と比較して、実効比誘電率が小さくなることは明らかである。
図１５．Ｂは、１５個の第２の円板状部３７の中心軸ＣD7が、回転軸ＣRのｘ軸方向０．０９５λ0の位置にある場合である。この場合、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５の近傍にある第１の円板状部３６−ａ乃至ｐと第２の円板状部３７−ａ乃至ｏにより形成される実効比誘電率は、図１５．Ａの場合の実効比誘電率よりも大きくなる。
図１５．Ｃは図１５．Ａとは全く逆の場合で、１５個の第２の円板状部３７の中心軸ＣD7が、回転軸ＣRのｚ軸方向下側０．０９５λ0の位置にある場合である。この場合、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５の近傍にある第１の円板状部３６−ａ乃至ｐと第２の円板状部３７−ａ乃至ｏにより形成される実効比誘電率は、図１５．Ｂの場合の実効比誘電率よりも大きくなる。
そこで、図１５．Ｂの状態での漏れ波アンテナである高周波デバイス６００からのビームを基準とすると、図１５．Ａの状態での漏れ波アンテナである高周波デバイス６００からのビームと、図１５．Ｃの状態での漏れ波アンテナである高周波デバイス６００からのビームが、各々逆側に傾斜することが期待できる。即ち、図１４の漏れ波アンテナである高周波デバイス６００は、図１５．Ａにおけるビーム傾斜角から図１５．Ｃにおけるビーム傾斜角まで連続的に滑らかに制御できることがわかるきる。
【００５８】
実施例６の構成で、回転軸ＣRを、更に１６個の第１の円板状部３６の中心軸ＣD1からもずらした場合、実効比誘電率の変化量を大きくすることができ、ビームの操作角度範囲を更に拡大することができる。
【００５９】
実施例２、４及び６では回転誘電体を構成する各円板状部の厚さを、規格化波長λ0に対して１／１０、即ち０．１λ0としたが、各円板状部の厚さは０．２λ0以下であれば良い。好ましくは０．１λ0以下である。
回転誘電体を回転させた場合に、伝送線路との最小距離は、０．０４λ0以下とする必要がある。より好ましくは０．０１λ0以下である。但し、０．００１λ0未満とすることは実際のデバイスの組立を困難とするので好ましくない。
半径の異なる円板状部を用いる場合、中心軸が回転軸と一致しない円板状部と、中心軸が回転軸と一致する円板状部の、外周部における距離、即ち例えば図９．Ｄ及び図９．Ｆにおけるｄ1及びｄ2については、中心軸が回転軸と一致する円板状部の半径ｒ1との比において設計する。ｄ1を大きくしｄ2を小さくするほど、実施例４においてはストリップ線路（ＣＲＬＨ線路）２１−１、２１−２、２１−３の最大位相差を大きくできる。中心軸が回転軸と一致する円板状部の半径ｒ1は、適用する高周波の回転誘電体における管内波長の０．４倍以上とすると必要がある。また、ｄ1は中心軸が回転軸と一致する円板状部半径ｒ1の０．８倍以上が好ましい。また、ｄ2は半径ｒ1の０．０５倍以下が好ましく、０でもかまわない。
【００６０】
キャパシタとインダクタで構成されるＣＲＬＨの変形例としては、図１６．Ａのようにインダクタ（スタブ２４）の終端部に幅を広げたパッチ構造のないものや、図１６．Ｂのようにキャパシタとして、インターデジタルキャパシタｉｇ−Ｃを用いるものも使用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
高周波小型アンテナとして、或いはフェーズドアレーアンテナの移相器として用いることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０：誘電体基板
２０：誘電体基板１０の裏面に形成された導体からなる接地板
２１−１、２１−２、、２１−３、２１−５：ストリップ線路（ＣＲＬＨ線路）
２４：ＣＲＬＨ線路を構成するスタブ
Ｐ：ＣＲＬＨ線路を構成するスタブ端のパッチ
Ｇ：ＣＲＬＨ線路を構成するギャップ
３０−１、３０−２、３０−３、３０−４、３０−５、３０−６：回転誘電体
３１、３６：回転誘電体を構成する第１の円板状部
３２、３３、３７：回転誘電体を構成する第２の円板状部
４０：モータ（回転手段）
４１、４２：回転軸たる駆動軸
４３：軸受け
ＣD：回転誘電体の中心軸
ＣD1、ＣD2、ＣD7：回転誘電体を構成する円板状部の中心軸
ＣR：回転誘電体の回転軸
【図１．Ａ】
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【図１．Ｂ】
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【図１．Ｃ】
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【図１．Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５．Ａ】
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【図５．Ｂ】
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【図５．Ｃ】
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【図５．Ｄ】
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【図６】
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【図７．Ａ】
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【図７．Ｂ】
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【図７．Ｃ】
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【図８】
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【図９．Ａ】
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【図９．Ｂ】
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【図９．Ｃ】
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【図９．Ｄ】
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【図９．Ｅ】
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【図９．Ｆ】
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【図１０】
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【図１１．Ａ】
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【図１１．Ｂ】
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【図１１．Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４．Ａ】
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【図１４．Ｂ】
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【図１４．Ｃ】
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【図１４．Ｄ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【図１７】
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