(57)【要約】【課題】製造工数が少なく、先鋭なビームと大きなビームチルト量を有するアンテナ制御装置、及びそれを用いたフェイズドアレイアンテナを提供する。【解決手段】移相器は、常誘電体伝送線路層１０２と強誘電体伝送線路層１０５とを接地導体１０７を介して積層し、両層の伝送線路は前記接地導体１０７を貫通するスルーホール１０８により接続する。さらに全アンテナ端子から入力端子までの伝送損失が等しくなるように、損失素子もしくは移相器を配置する。【選択図】　　　図１
2004023228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ素子を接続する複数のアンテナ端子と、高周波電力を印加する給電端子と、前記各アンテナ端子と前記給電端子から分岐した給電線で接続され、該各アンテナ端子と前記給電端子間を通過する高周波信号の移相を電気的に変化させる、前記各給電線の一部に配置された移相器と、を有するアンテナ制御装置において、
前記移相器は、
常誘電体を基材に用いた常誘電体伝送線路層にハイブリッドカプラを設け、
強誘電体材料を基材に用いた強誘電体伝送線路層にスタブを設け、
前記常誘電体伝送線路層と前記強誘電体伝送線路層とを、接地導体を介して積層し、前記ハイブリッドカプラと前記スタブとを、前記接地導体を貫通するスルーホールにて接続し、
前記常誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離に比べて、前記強誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離を大きく構成した、
ことを特徴とするアンテナ制御装置。
【請求項２】
アンテナ素子を接続する複数のアンテナ端子と、高周波電力を印加する給電端子と、前記各アンテナ端子と前記給電端子から分岐した給電線で接続され、該各アンテナ端子と前記給電端子間を通過する高周波信号の移相を電気的に変化させる、前記各給電線の一部に配置された移相器と、を有するアンテナ制御装置において、
前記移相器は、
常誘電体を基材に用いた常誘電体伝送線路層にハイブリッドカプラを設け、
強誘電体材料を基材に用いた強誘電体伝送線路層にスタブを設け、
前記常誘電体伝送線路層と前記強誘電体伝送線路層とを、接地導体を介して積層し、前記ハイブリッドカプラと前記スタブとを、前記接地導体に空けた結合窓を介して電磁気的に接続し、
前記常誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離に比べて、前記強誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離を大きく構成した、
ことを特徴とするアンテナ制御装置。
【請求項３】
誘電体基板上に、複数のアンテナ素子と、高周波電力を印加する給電端子、及び前記各アンテナ素子と前記給電端子から分岐した給電線で接続され、該各アンテナ素子と前記給電端子間を通過する高周波信号の移相を電気的に変化させる、前記各給電線の一部に配置された移相器を有するアンテナ制御装置と、を備えたフェイズドアレイアンテナにおいて、
前記移相器は、
常誘電体を基材に用いた常誘電体伝送線路層にハイブリッドカプラを設け、
強誘電体材料を基材に用いた強誘電体伝送線路層にスタブを設け、
前記常誘電体伝送線路層と前記強誘電体伝送線路層とを、接地導体を介して積層し、前記ハイブリッドカプラと前記スタブとを、前記接地導体を貫通するスルーホールにて接続し、
前記常誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離に比べて、前記強誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離を大きく構成した、
ことを特徴とするフェイズドアレイアンテナ。
【請求項４】
誘電体基板上に、複数のアンテナ素子と、高周波電力を印加する給電端子、及び前記各アンテナ素子と前記給電端子から分岐した給電線で接続され、該各アンテナ素子と前記給電端子間を通過する高周波信号の移相を電気的に変化させる、前記各給電線の一部に配置された移相器を有するアンテナ制御装置と、を備えたフェイズドアレイアンテナにおいて、
前記移相器は、
常誘電体を基材に用いた常誘電体伝送線路層にハイブリッドカプラを設け、
強誘電体材料を基材に用いた強誘電体伝送線路層にスタブを設け、
前記常誘電体伝送線路層と前記強誘電体伝送線路層とを、接地導体を介して積層し、前記ハイブリッドカプラと前記スタブとを、前記接地導体に空けた結合窓を介して電磁気的に接続し、
前記常誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離に比べて、前記強誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離を大きく構成した、
ことを特徴とするフェイズドアレイアンテナ。
【請求項５】
高周波電力を印加する１個の給電端子と、
ｍ＝２＾ｋ（２のｋ乗）（ｍ，ｋは整数）とするときに、前記給電端子から第ｋ段の分岐でｍ本に分岐される給電線と、
前記ｍ本の各給電線の終端に設けられた、第１、第２、・・・、第ｍの順で列状に配置された、アンテナ素子を接続するｍ個のアンテナ端子と、
前記給電線上を通過する高周波信号の移相を電気的に変化させる、全て同一特性であるＭｋ個（Ｍｋ＝Ｍ（ｋ−１）×２＋２＾（ｋ−１），但し、ｋ≧１，Ｍ１＝１）の移相器と、
前記移相器の伝送損失量と同じ伝送損失量を有する、損失素子と、を備え、
前記移相器は、第ｎ＋１（ｎは１からｍ−１までの整数）のアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る移相器の数が、第ｎのアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る移相器の数より１個だけ多くなるよう、前記ｍ本に分岐される給電線の一部に配置し、
前記損失素子は、第ｎのアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る伝送損失量が、第ｎ＋１のアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る伝送損失量より前記移相器１個分と同じ伝送損失量だけ増えるよう、前記ｍ本に分岐される給電線の一部に配置する、
ことを特徴とするアンテナ制御装置。
【請求項６】
高周波電力を印加する１個の給電端子と、
ｍ＝２＾ｋ（２のｋ乗）（ｍ，ｋは整数）とするときに、前記給電端子から第ｋ段の分岐でｍ本に分岐される給電線と、
前記ｍ本の各給電線の終端に設けられた、第１、第２、・・・、第ｍの順で列状に配置された、アンテナ素子を接続するｍ個のアンテナ端子と、
前記給電線上を通過する高周波信号の移相を、電気的に正方向に変化させる、全て同一特性である、Ｍｋ個（Ｍｋ＝Ｍ（ｋ−１）×２＋２＾（ｋ−１），但し、ｋ≧１，Ｍ１＝１）の正方向ビームチルト用移相器と、
前記給電線上を通過する高周波信号の移相を、電気的に負方向に変化させる、全て同一特性である、Ｍｋ個の負方向ビームチルト用移相器と、を備え、
前記正方向ビームチルト用移相器は、第ｎ＋１（ｎは１からｍ−１までの整数）のアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る前記正方向ビームチルト用移相器の数が、第ｎのアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る前記正方向ビームチルト用移相器の数より１個だけ多くなるよう、前記ｍ本に分岐される給電線の一部に配置し、
前記負方向ビームチルト用移相器は、第ｎのアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る前記負方向ビームチルト用移相器の数が、第ｎ＋１のアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る前記負方向ビームチルト用移相器の数より１個だけ多くなるよう、前記ｍ本に分岐される給電線の一部に配置する、
ことを特徴とするアンテナ制御装置。
【請求項７】
ｍ＝ｍ１（ｍ１は整数）個のアンテナ端子を備えた請求項５に記載のアンテナ制御装置を行方向のアンテナ制御装置とし、
ｍ＝ｍ２（ｍ２は整数）個のアンテナ端子を備えた請求項５に記載のアンテナ制御装置を列方向のアンテナ制御装置とし、
前記行方向のアンテナ制御装置ｍ２個と、前記列方向のアンテナ制御装置１個と、を備えたアンテナ制御装置であって、
ｍ２個の前記行方向のアンテナ制御装置の各給電端子を、前記列方向のアンテナ制御装置の前記ｍ２個のアンテナ端子にそれぞれ接続して構成する、
ことを特徴とする２次元アンテナ制御装置。
【請求項８】
ｍ＝ｍ１（ｍ１は整数）個のアンテナ端子を備えた請求項６に記載のアンテナ制御装置を行方向のアンテナ制御装置とし、
ｍ＝ｍ２（ｍ２は整数）個のアンテナ端子を備えた請求項６に記載のアンテナ制御装置を列方向のアンテナ制御装置とし、
前記行方向のアンテナ制御装置ｍ２個と、前記列方向のアンテナ制御装置１個と、を備えたアンテナ制御装置であって、
ｍ２個の前記行方向のアンテナ制御装置の各給電端子を、前記列方向のアンテナ制御装置の前記ｍ２個のアンテナ端子にそれぞれ接続して構成する、
ことを特徴とする２次元アンテナ制御装置。
【請求項９】
請求項３に記載のフェイズドアレイアンテナにおいて、
前記アンテナ制御装置は、請求項５または請求項６に記載のアンテナ制御装置である、ことを特徴とするフェイズドアレイアンテナ。
【請求項１０】
請求項３に記載のフェイズドアレイアンテナにおいて、
前記アンテナ制御装置は、請求項７または請求項８に記載の２次元アンテナ制御装置である、ことを特徴とするフェイズドアレイアンテナ。
【請求項１１】
請求項４に記載のフェイズドアレイアンテナにおいて、
前記アンテナ制御装置は、請求項５または請求項６に記載のアンテナ制御装置である、ことを特徴とするフェイズドアレイアンテナ。
【請求項１２】
請求項４に記載のフェイズドアレイアンテナにおいて、
前記アンテナ制御装置は、請求項７または請求項８に記載の２次元アンテナ制御装置である、ことを特徴とするフェイズドアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強誘電体を移相器として使用するアンテナ制御装置及びそれを用いたフェイズドアレイアンテナに関するものであり、特に移動体識別用無線機や自動車の衝突防止レーダー等のアンテナ制御装置及びそれを用いたフェイズドアレイアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の強誘電体を移相器として使用するフェイズドアレイアンテナとして、特開２０００−２３６２０７「アクティブフェイズドアレイアンテナ及びアンテナ制御装置」等の方式が提案されている。
【０００３】
図９は、従来のフェイズドアレイアンテナで提案されている移相器を示す図であり、図９（ａ）は前記移相器の構造を示す図であり、図９（ｂ）は強誘電体の誘電率変化特性を示す図である。また、図１０は、従来のフェイズドアレイアンテナの構成及びその動作原理を示す図（図（ａ））、及びビーム方向を示す図（図（ｂ））である。
【０００４】
以下、図９及び図１０を用いて、従来のフェイズドアレイアンテナを説明する。
まず、図９を用いて、従来の移相器の動作原理を説明する。
【０００５】
この移相器７００は、常誘電体基材７０１を用いたマイクロストリップハイブリッドカプラ７０３と、強誘電体基材７０２を用い、前記マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３と接して形成されたマイクロストリップスタブ７０４と、を備えている。そして、前記マイクロストリップスタブ７０４に印加する直流の制御電圧により、前記マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３を通過する高周波電力の移相量が変化するよう構成されている。
【０００６】
つまり、前記移相器７００の基材は、常誘電体基材７０１と、強誘電体基材７０２と、から構成されており、そして、前記常誘電体基材７０１上には、矩形状の環状導体層７０３ａが配置されており、この環状導体層７０３ａと常誘電体基材７０１とにより、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３が構成されている。
【０００７】
また、前記強誘電体基材７０２上には、前記矩形状の環状導体層７０３ａの対向する２つの直線部分７０３ａ１，７０３ａ２の延長上に位置し、かつ該２つの直線部分７０３ａ１，７０３ａ２の一端にそれぞれつながるよう、２つの直線状導体層７０４ａ１，７０４ａ２が配置されており、該２つの直線状導体層７０４ａ１，７０４ａ２と強誘電体基材７０２とにより、マイクロストリップスタブ７０４が構成されている。
【０００８】
さらに、前記常誘電体基材７０１上には、前記２つの直線部分７０３ａ１，７０３ａ２の延長上に位置し、かつ該２つの直線部分７０３ａ１，７０３ａ２の他端にそれぞれつながるよう、導体層７１５ａ，７２０ａが配置されている。
そして、この導体層７１５ａと常誘電体基材７０１とにより入力線路７１５が構成され、前記導体層７２０ａと常誘電体基材７０１とにより出力線路７２０が構成されている。
【０００９】
なお、前記環状導体層７０３ａの直線部分７０３ａ１の一端側、及び他端側がマイクロストリップハイブリッドカプラ７０３のポート２，ポート１となっており、前記環状導体層７０３ａの直線部分７０３ａ２の一端側、及び他端側がマイクロストリップハイブリッドカプラ７０３のポート３，ポート４となっている。
【００１０】
つまり、前記移相器７００は、マイクロストリップスタブ７０４に直流の制御電圧を加えることにより、通過する高周波電力の移相量が変化する構成となっている。以下詳述すると、正しく設計されたマイクロストリップハイブリッドカプラ７０３の隣合う２つのポート（ポート２およびポート３）に、同一の反射素子（マイクロストリップスタブ７０４）を接続した構成の移相器７００では、入力ポート（ポート１）から入った高周波電力は、この入力ポート１からは出力されず、反射素子、つまり、マイクロストリップスタブ７０４での反射電力を反映した高周波電力が出力ポート（ポート４）からのみ出力される。ここで、前記反射素子であるマイクロストリップスタブ７０４での反射は、図９（ａ）に示すように制御電圧が作るバイアス電界７０５が、前記マイクロストリップスタブ７０４を伝播する高周波電力の作る電界と同一方向にあるため、図９（ｂ）に示すように、制御電圧を変化させると、高周波電力に対するマイクロストリップスタブ７０４の実効誘電率も変化する。これにより、高周波電力に対するマイクロストリップスタブ７０４の等価電気長が変化して、該マイクロストリップスタブ７０４での移相が変化する。
【００１１】
なお、前記マイクロストリップスタブ７０４の実効誘電率を変化させるのに要するバイアス電圧７０５は、一般の強誘電体基材においては数キロボルト／ミリメートルから１０数キロボルト／ミリメートルであるので、マイクロストリップスタブ７０４上を伝搬する高周波電力が作る電界により実効誘電率が影響を受けて、高周波が発生することはない。
【００１２】
次に、図１０を用いて、従来のフェイズドアレイアンテナの構成とその動作原理を説明する。
図１０（ａ）は、従来のフェイズドアレイアンテナの構成を示す図であり、図１０（ｂ）は、前記従来のフェイズドアレイアンテナの指向性を示す図である。
【００１３】
従来のフェイズドアレイアンテナ８３０は、誘電体基板上に等間隔で列状に配置された複数のアンテナ素子８０６ａ〜８０６ｄと、アンテナ制御装置８００と、ビームチルト電圧８２０と、から構成されている。そして、前記アンテナ制御装置８００は、高周波電力が印加される入力端子（給電端子）８０８と、高周波阻止素子８０９と、複数の位相器８０７ａ１〜８０７ａ４と、から構成されている。
【００１４】
また、前記従来のフェイズドアレイアンテナ８３０において、アンテナ素子８０６ａは入力端子８０８に、アンテナ素子８０６ｂは１つの移相器８０７ａ１を介して入力端子８０８に、アンテナ素子８０６ｃは２つの移相器８０７ａ３，８０７ａ４を介して入力端子８０８に、アンテナ素子８０６ｄは３つの移相器８０７ａ２，８０７ａ３，８０７ａ４を介して入力端子８０８に接続されており、ビームチルト電圧８２０は、高周波阻止素子８０９を介して入力端子８０８に接続されている。
【００１５】
なお、前記移相器８０７ａ１〜８０７ａ４の構成は、図９を用いて上述した通りのものであり、各移相器８０７ａ１〜８０７ａ４は、同一の特性を有しているものとする。
【００１６】
このような構成のフェイズドアレイアンテナ８３０では、各アンテナ素子８１０と入力端子８０８との間に位置する移相器８０７の数が、隣接するアンテナ素子８０６と入力端子８０８との間に位置する移相器８０７の数より順次１個ずつ増加しているとともに、該移相器８０７を全て同一特性を有するものとしているため、図１０（ｂ）に示されるように、アンテナの指向性の制御（ビームチルト）が１つのビームチルト電圧８２０により行われることとなる。この指向性の制御について具体的に説明すると、例えば、移相器８０７ａ１〜８０７ａ４を、それぞれ通過する高周波電力の位相を移相量Φだけ遅らせるものとし、各移相器８０７の配置間隔を距離ｄとすると、図１０（ａ）に示すように、アンテナ素子８０６ａに入射された高周波電力は、位相の変化なく入力端子８０８に供給される。これに対し、アンテナ素子８０６ｂに入射された高周波電力は、移相器８０７ａ１によりその位相が移相量Φだけ遅らされて入力端子８０８に供給され、アンテナ素子８０６ｃに入射された高周波電力は、移相器８０７ａ３，８０７ａ４によりその位相が移相量２Φだけ遅らされて入力端子８０８に供給され、さらに、アンテナ素子８０６ｄに入射された高周波電力は、移相器８０７ａ２，８０７ａ３，８０７ａ４によりその位相が移相量３Φだけ遅らされて入力端子８０８に供給されることとなる。
【００１７】
言い換えると、アンテナ素子８０６ａ〜８０６ｄの列方向に対して、所定の角度Θ（Θ＝ｃｏｓ−１（Φ／ｄ））をなす方向Ｄが、前記アンテナ素子８０６ａ〜８０６ｄによる受信電波の最大感度方向となる。なお、図１０（ａ）中のｗ１〜ｗ３は、同一位相の受信電波の波面を示しているものとする。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記のような構成を有する従来のフェイズドアレイアンテナ８３０では、各アンテナ素子８０６から入力端子８０８との間に入る移相器８０７の数が異なること、さらに、各移相器８０７には伝送損失が存在することから、各アンテナ素子８０６ａ〜８０６ｄからの電力合成効果が低下し、先鋭なビーム（大きな指向性利得）を得ることが困難であると共に、ビームチルト量が低下してしまうという問題点があった。
【００１９】
さらに、前記従来のフェイズドアレイアンテナ８３０に用いる各移相器８０７は、図９（ａ）を用いて説明したように、移相器７００を構成する強誘電体基材７０２を、常誘電体基材７０１と同一平面内のエリアを区切って一体成形しているので、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｎと、マイクロストリップッスタブ７０４の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｆとが大きく異なってしまい、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３と、マイクロストリップスタブ７０４との接続部で、高周波の電力反射が生じて、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３からマイクロストリップッスタブ７０４に効率良く電力がはいらず、結果として、十分な移相変化量が得られない、という問題があった。
【００２０】
つまり、線路インピーダンスＺは、一般に、線路の単位長当たりの分布インダクタンスＬ、線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣにより、Ｚ＾２（Ｚの２乗）＝Ｌ／Ｃと表わされ、さらに、線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣは、電界が全て基材内にのみ存在するとし、また電界が全て直線状で且つ接地導体に垂直であると近似すると、線路幅Ｗ、基材厚Ｈ、基材の誘電率εにより、Ｃ＝εＷ／Ｈと表わされる。そして、このとき、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｎと、マイクロストリップスタブ７０４の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｆとを比較した場合、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３の基材である常誘電体基材７０１の誘電率をεｎ、マイクロストリップスタブ７０４の基材である強誘電体基材７０２の誘電率をεｆとすると、一般的にεｎ＜＜εｆであり、また図９（ａ）に示すように、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３、及びマイクロストリップスタブ７０４の各線路幅Ｗ、及び各導体間の距離Ｈは同じであることから、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｎと、マイクロストリップスタブ７０４との単位長当たりの分布キャパシタンスＣｆの値とが大きく異なり、この結果、上述したように、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３からマイクロストリップッスタブ７０４に、効率良く電力がはいらず、結果として、十分な移相変化量が得られなかった。
【００２１】
しかし、これに対する解決策としては、マイクロストリップスタブ７０４に近接して磁性体を設け、マイクロストリップスタブ７０４の線路単位長当たりの分布インダクタンスＬを増加させて、その線路インピーダンスＺを高くする方法等が、前記特開２０００−２３６２０７に開示され、その構成についても提案されている。
【００２２】
しかしながら、上述したように、前記両線路部７０３，７０４の線路インピーダンスＺの整合度の悪化を少なく抑えて、より大きい移相変化量を得るために、移相器７００のマイクロストリップスタブ７０４に近接させて磁性体を設ける等することは、例えば、その移相器７００を焼成にて製作する場合に、より多くの工程を必要とし、その製造コストが高くなる、というさらなる問題が生ずる。
【００２３】
本発明は、前記問題を解決するためになされたもので、より少ない製造工程で製造でき（低コスト）、且つ先鋭なビーム（大きな指向性利得）を有するとともに、ビームチルト量が大きいフェイズドアレイアンテナ、及びアンテナ制御装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１にかかるアンテナ制御装置は、アンテナ素子を接続する複数のアンテナ端子と、高周波電力を印加する給電端子と、前記各アンテナ端子と前記給電端子から分岐した給電線で接続され、該各アンテナ端子と前記給電端子間を通過する高周波信号の移相を電気的に変化させる、前記各給電線の一部に配置された移相器と、を有するアンテナ制御装置において、前記移相器は、常誘電体を基材に用いた常誘電体伝送線路層にハイブリッドカプラを設け、強誘電体材料を基材に用いた強誘電体伝送線路層にスタブを設け、前記常誘電体伝送線路層と前記強誘電体伝送線路層とを、接地導体を介して積層し、前記ハイブリッドカプラと前記スタブとを、前記接地導体を貫通するスルーホールにて接続し、前記常誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離に比べて、前記強誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離を大きく構成したものである。
【００２５】
また、本発明の請求項２にかかるアンテナ制御装置は、アンテナ素子を接続する複数のアンテナ端子と、高周波電力を印加する給電端子と、前記各アンテナ端子と前記給電端子から分岐した給電線で接続され、該各アンテナ端子と前記給電端子間を通過する高周波信号の移相を電気的に変化させる、前記各給電線の一部に配置された移相器と、を有するアンテナ制御装置において、前記移相器は、常誘電体を基材に用いた常誘電体伝送線路層にハイブリッドカプラを設け、強誘電体材料を基材に用いた強誘電体伝送線路層にスタブを設け、前記常誘電体伝送線路層と前記強誘電体伝送線路層とを、接地導体を介して積層し、前記ハイブリッドカプラと前記スタブとを、前記接地導体に空けた結合窓を介して電磁気的に接続し、前記常誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離に比べて、前記強誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離を大きく構成したものである。
【００２６】
また、本発明の請求項３にかかるフェイズドアレイアンテナは、誘電体基板上に、複数のアンテナ素子と、高周波電力を印加する給電端子、及び前記各アンテナ素子と前記給電端子から分岐した給電線で接続され、該各アンテナ素子と前記給電端子間を通過する高周波信号の移相を電気的に変化させる、上記給電線の一部を構成する移相器を有するアンテナ制御装置と、を備えたフェイズドアレイアンテナにおいて、前記移相器は、常誘電体を基材に用いた常誘電体伝送線路層にハイブリッドカプラを設け、強誘電体材料を基材に用いた強誘電体伝送線路層にスタブを設け、前記常誘電体伝送線路層と前記強誘電体伝送線路層とを、接地導体を介して積層し、前記ハイブリッドカプラと前記スタブとを、前記接地導体を貫通するスルーホールにて接続し、前記常誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離に比べて、前記強誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離を大きく構成したものである。
【００２７】
また、本発明の請求項４にかかるフェイズドアレイアンテナは、誘電体基板上に、複数のアンテナ素子と、高周波電力を印加する給電端子、及び前記各アンテナ素子と前記給電端子から分岐した給電線で接続され、該各アンテナ素子と前記給電端子間を通過する高周波信号の移相を電気的に変化させる、上記給電線の一部を構成する移相器を有するアンテナ制御装置と、を備えたフェイズドアレイアンテナにおいて、前記移相器は、常誘電体を基材に用いた常誘電体伝送線路層にハイブリッドカプラを設け、強誘電体材料を基材に用いた強誘電体伝送線路層にスタブを設け、前記常誘電体伝送線路層と前記強誘電体伝送線路層とを、接地導体を介して積層し、前記ハイブリッドカプラと前記スタブとを、前記接地導体に空けた結合窓を介して電磁気的に接続し、前記常誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離に比べて、前記強誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離を大きく構成したものである。
【００２８】
また、本発明の請求項５にかかるアンテナ制御装置は、高周波電力を印加する１個の給電端子と、ｍ＝２＾ｋ（２のｋ乗）（ｍ，ｋは整数）とするときに、前記給電端子から第ｋ段の分岐でｍ本に分岐される給電線と、前記ｍ本の各給電線の終端に設けられた、第１、第２、・・・、第ｍの順で列状に配置された、アンテナ素子を接続するｍ個のアンテナ端子と、前記給電線上を通過する高周波信号の移相を電気的に変化させる、全て同一特性であるＭｋ個（Ｍｋ＝Ｍ（ｋ−１）×２＋２＾（ｋ−１），但し、ｋ≧１，Ｍ１＝１）の移相器と、前記移相器の伝送損失量と同じ伝送損失量を有する、損失素子と、を備え、前記移相器は、第ｎ＋１（ｎは１からｍ−１までの整数）のアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る移相器の数が、第ｎのアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る移相器の数より１個だけ多くなるよう、前記ｍ本に分岐される給電線の一部に配置し、前記損失素子は、第ｎのアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る伝送損失量が、第ｎ＋１のアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る伝送損失量より前記移相器１個分と同じ伝送損失量だけ増えるよう、前記ｍ本に分岐される給電線の一部に配置するものである。
【００２９】
また、本発明の請求項６にかかるアンテナ制御装置は、高周波電力を印加する１個の給電端子と、ｍ＝２＾ｋ（２のｋ乗）（ｍ，ｋは整数）とするときに、前記給電端子から第ｋ段の分岐でｍ本に分岐される給電線と、前記ｍ本の各給電線の終端に設けられた、第１、第２、・・・、第ｍの順で列状に配置された、アンテナ素子を接続するｍ個のアンテナ端子と、前記給電線上を通過する高周波信号の移相を、電気的に正方向に変化させる、全て同一特性である、Ｍｋ個（Ｍｋ＝Ｍ（ｋ−１）×２＋２＾（ｋ−１），但し、ｋ≧１，Ｍ１＝１）の正方向ビームチルト用移相器と、前記給電線上を通過する高周波信号の移相を、電気的に負方向に変化させる、全て同一特性である、Ｍｋ個の負方向ビームチルト用移相器と、を備え、前記正方向ビームチルト用移相器は、第ｎ＋１（ｎは１からｍ−１までの整数）のアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る前記正方向ビームチルト用移相器の数が、第ｎのアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る前記正方向ビームチルト用移相器の数より１個だけ多くなるよう、前記ｍ本に分岐される給電線の一部に配置し、前記負方向ビームチルト用移相器は、第ｎのアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る前記負方向ビームチルト用移相器の数が、第ｎ＋１のアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る前記負方向ビームチルト用移相器の数より１個だけ多くなるよう、前記ｍ本に分岐される給電線の一部に配置するものである。
【００３０】
また、本発明の請求項７にかかる２次元アンテナ制御装置は、ｍ＝ｍ１（ｍ１は整数）個のアンテナ端子を備えた請求項５に記載のアンテナ制御装置を行方向のアンテナ制御装置とし、ｍ＝ｍ２（ｍ２は整数）個のアンテナ端子を備えた請求項５に記載のアンテナ制御装置を列方向のアンテナ制御装置とし、前記行方向のアンテナ制御装置ｍ２個と、前記列方向のアンテナ制御装置１個と、を備えたアンテナ制御装置であって、ｍ２個の前記行方向のアンテナ制御装置の各給電端子を、前記列方向のアンテナ制御装置の前記ｍ２個のアンテナ端子にそれぞれ接続して構成するものである。
【００３１】
また、本発明の請求項８にかかる２次元アンテナ制御装置は、ｍ＝ｍ１（ｍ１は整数）個のアンテナ端子を備えた請求項６に記載のアンテナ制御装置を行方向のアンテナ制御装置とし、ｍ＝ｍ２（ｍ２は整数）個のアンテナ端子を備えた請求項６に記載のアンテナ制御装置を列方向のアンテナ制御装置とし、前記行方向のアンテナ制御装置ｍ２個と、前記列方向のアンテナ制御装置１個と、を備えたアンテナ制御装置であって、ｍ２個の前記行方向のアンテナ制御装置の各給電端子を、前記列方向のアンテナ制御装置の前記ｍ２個のアンテナ端子にそれぞれ接続して構成するものである。
【００３２】
また、本発明の請求項９にかかるフェイズドアレイアンテナは、請求項３に記載のフェイズドアレイアンテナにおいて、前記アンテナ制御装置は、請求項５または請求項６に記載のアンテナ制御装置であるものである。
【００３３】
また、本発明の請求項１０にかかるフェイズドアレイアンテナは、請求項３に記載のフェイズドアレイアンテナにおいて、前記アンテナ制御装置は、請求項７または請求項８に記載の２次元アンテナ制御装置であるものである。
【００３４】
また、本発明の請求項１１にかかるフェイズドアレイアンテナは、請求項４に記載のフェイズドアレイアンテナにおいて、前記アンテナ制御装置は、請求項５または請求項６に記載のアンテナ制御装置であるものである。
【００３５】
また、本発明の請求項１２に記載のフェイズドアレイアンテナは、請求項４に記載のフェイズドアレイアンテナにおいて、前記アンテナ制御装置は、請求項７または請求項８に記載の２次元アンテナ制御装置であるものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本実施の形態１について、図１を用いて説明する。
本実施の形態１においては、本発明のフェイズドアレイアンテナに用いる移相器について説明する。
図１は、本発明のフェイズドアレイアンテナに用いる、本実施の形態１に係る移相器の構成を示す斜視図（図（ａ））、及びその断面図（図（ｂ））である。
【００３７】
図１において、１００は移相器、１０１は常誘電体基材、１０２は常誘電体伝送線路層、１０３はマイクロストリップハイブリッドカプラ、１０４は強誘電体基材、１０５は強誘電体伝送線路層、１０６はマイクロストリップスタブ、１０７は接地導体、１０８はマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３とマイクロストリップスタブ１０６とを接地導体１０７を貫通して接続するスルーホールである。
【００３８】
まず、実施の形態１にかかる移相器１００が、従来の移相器７００に比べて優れている点について、詳細に説明する。
上述したように、図９に示す従来の移相器７００において、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｎと、マイクロストリップスタブ７０４の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｆとが大きく異なることによって、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３からマイクロストリップスタブ７０４に電力が効率よく入らず、移相変化量が十分に得られない問題を解決するために、前記従来の移相器７００のマイクロストリップスタブ７０４に磁性体を付加して線路の単位長当たりの分布インダクタンスＬを増加させる等することは、前記従来の移相器７００の強誘電体基材７０２と常誘電体基材７０１とを同一平面内にエリアを区切って一体成形する構成において、さらに多くの工程を必要とし、製造コストが高くなってしまうという問題が生じる。
【００３９】
そこで、本実施の形態１における移相器１００においては、図１に示すように、常誘電体材料を基材１０１に用いた常誘電体伝送線路層１０２にマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３を設け、強誘電体材料を基材１０４に用いた強誘電体伝送線路層１０５にマイクロストリップスタブ１０６を設け、前記２つの伝送線路層１０２，１０５を接地導体１０７を介して積層して、前記マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と前記マイクロストリップスタブ１０６とを、前記接地動体１０７を貫通するスルーホール１０８にて接続し、また、前記常誘電体伝送線路層１０２の伝送線路を構成する導体間の距離Ｈｎに比べて、前記強誘電体伝送線路層１０３の伝送線路を構成する導体間の距離Ｈｆを大きく構成するようにした。これにより、前記マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と前記マイクロストリップスタブ１０６との線路インピーダンスＺを整合することができ、より簡単な製造工程で、有効な移相変化量を有する本移相器１００を製造することができる。
【００４０】
つまり、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３の基材である常誘電体基材１０１の誘電率をεｎ、マイクロストリップスタブ１０６の基材である強誘電体基材１０４の誘電率をεｆとすると、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｎは、Ｃｎ＝εｎ・Ｗ／Ｈｎと表せ、マイクロストリップスタブ１０６の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｆは、Ｃｆ＝εｆ・Ｗ／Ｈｆと表せる。そして、前記ＣｎとＣｆとを比較した場合、εｎ＜＜εｆではあるが、本実施の形態１においては図１（ａ）に示すように、Ｈｎ＞Ｈｆであるから、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｎと、マイクロストリップスタブ１０６との単位長当たりの分布キャパシタンスＣｆとの差が少なくなり、この結果、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３とマイクロストリップッスタブ１０６との線路インピーダンスＺの整合度の悪化を防げ、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３からマイクロストリップッスタブ１０６に、効率良く電力が入り、十分な移相変化量が得ることができる。
【００４１】
以下、本実施の形態１にかかる移相器の動作原理について説明する。
本移相器１００は、常誘電体基材１０１を用いたマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と、接地導体１０７と、強誘電体基材１０４を用いたマイクロストリップスタブ１０６と、を積層し、前記マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と、前記マイクロストリップスタブ１０６とを、前記接地導体１０７を貫通するスルーホール１０８により接続する。そして、前記マイクロストリップスタブ１０６に印加する直流の制御電圧により、前記マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３を通過する高周波電力の移相量が変化するよう構成されている。
【００４２】
つまり、本移相器１００の基材は、常誘電体基材１０１と、接地導体１０７と、強誘電体基材１０４と、から構成されており、そして、前記常誘電体基材１０１上には、矩形状の環状導体層１０３ａが配置されており、この環状導体層１０３ａと常誘電体基材１０１とにより、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３が構成されている。
【００４３】
また、前記強誘電体基材１０４の下には、前記矩形状の環状導体層１０３ａの対向する２つの直線部分１０３ａ１，１０３ａ２の一端に、スルーホール１０８でそれぞれつながるよう、２つの直線状導体層１０６ａ１，１０６ａ２が配置されており、該２つの直線状導体層１０６ａ１，１０６ａ２と強誘電体基材１０４とにより、マイクロストリップスタブ１０６が構成されている。
【００４４】
さらに、前記常誘電体基材１０１上には、前記２つの直線部分１０３ａ１，１０３ａ２の延長上に位置し、かつ該２つの直線部分１０３ａ１，１０３ａ２の他端にそれぞれつながるよう、導体層１１５ａ，１２０ａが配置されている。
【００４５】
そして、この導体層１１５ａと常誘電体基材１０１とにより入力線路１１５が構成され、前記導体層１２０ａと常誘電体基材１０１とにより出力線路１２０が構成されている。なお、前記環状導体層１０３ａの直線部分１０３ａ１の一端側、及び他端側がマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３のポート２，ポート１となっており、前記環状導体層１０３ａの直線部分１０３ａ２の一端側、及び他端側がマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３のポート３，ポート４となっている。
【００４６】
つまり、本移相器１００は、マイクロストリップスタブ１０６に直流の制御電圧を加えることにより、通過する高周波電力の移相量が変化する構成となっている。詳述すると、正しく設計されたマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３の隣合う２つのポート（ポート２およびポート３）に、スルーホール１０８を介して同一の反射素子（マイクロストリップスタブ１０４）を接続した構成の移相器１００では、入力ポート（ポート１）から入った高周波電力は、この入力ポート１からは出力されず、反射素子、つまり、マイクロストリップスタブ１０６での反射電力を反映した高周波電力が出力ポート（ポート４）からのみ出力される。そして、マイクロストリップスタブ１０６に制御電圧が印加されると、バイアス電界が発生し、前記制御電圧を変化させると、高周波電力に対するマイクロストリップスタブ１０６の実効誘電率も変化する。そして、これにより、高周波電力に対するマイクロストリップスタブ１０６の等価電気長が変化し、該等価電気長の変化により、該マイクロストリップスタブ１０６での移相が変化し、出力ポート（ポート４）から出力される高周波電力の移相が変化するものである。
【００４７】
以上のように、本実施の形態１によれば、常誘電体基材１０１、接地導体１０７、及び強誘電体基材１０４である平面シート状の材料を積層し、該接地導体１０７を貫通するスルーホール１０８を設けることで、常誘電体伝送線路層１０２に設けたマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と、強誘電体伝送線路層１０５に設けたマイクロストリップスタブ１０６とを接続し、マイクロストリップスタブ１０６を設けた強誘電体伝送線路層１０５の基材厚Ｈｆを、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３を設けた常誘電体伝送線路層１０２の基材厚Ｈｎに比べて厚くして本移相器１００を構成するようにしたので、従来の移相器７００のように各基材をエリアを区切って配置する方法に比べて、より少ない工程で移相器を製作することができ、また、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３とマイクロストリップスタブ１０６との線路インピーダンスの整合度の悪化を防いで、有効な移相変化量を有する移相器を得ることができる。
【００４８】
さらに、本移相器１００をフェイズドアレイアンテナに用いれば、フェイズドアレイアンテナをより少ない工程で製作することができ、製造コストを削減することができる、という効果もある。
【００４９】
（実施の形態２）
次に、本実施の形態２について、図２を用いて説明する。
本実施の形態２においては、本発明のフェイズドアレイアンテナに用いる移相器について説明する。
図２は、本発明のフェイズドアレイアンテナに用いる、本発明の実施の形態２に係る移相器の構成を示す斜視図（図（ａ））、及びその断面図（図（ｂ））である。
【００５０】
図２において、２００は移相器、２０１は常誘電体基材、２０２は常誘電体伝送線路層、２０３はマイクロストリップハイブリッドカプラ、２０４は強誘電体基材、２０５は強誘電体伝送線路層、２０６はマイクロストリップスタブ、２０７は接地導体、２０８はマイクロストリップハイブリッドカプラ２０３とマイクロストリップスタブ２０６とを電磁気的に接続する、接地導体２０７に空けた結合窓である。
【００５１】
まず、実施の形態２にかかる移相器２００が、従来の移相器７００に比べて優れている点について、詳細に説明する。
前記実施の形態１において説明したように、図９に示す従来の移相器７００において、移相変化量が十分に得られない問題を解決するために、前記従来の移相器７００のマイクロストリップスタブ７０４に磁性体を付加して線路の単位長当たりの分布インダクタンスＬを増加させる等することは、前記従来の移相器７００の強誘電体基材７０２と常誘電体基材７０１とを、同一平面内にエリアを区切って一体成形する構成において、さらに多くの工程を必要とし、製造コストが高くなってしまうという問題が生じる。
【００５２】
そこで、本実施の形態２における移相器２００においては、図２に示すように、常誘電体材料を基材２０１に用いた常誘電体伝送線路層２０２にマイクロストリップハイブリッドカプラ２０３を設け、強誘電体材料を基材２０４に用いた強誘電体伝送線路層２０５にマイクロストリップスタブ２０６を設け、前記２つの伝送線路層２０２，２０５は、接地導体２０７を介して積層し、前記マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３とマイクロストリップスタブ２０６とを、前記接地導体２０７に空けた結合窓２０８を介して電磁気的に接続して、前記常誘電体伝送線路層２０２の伝送線路を構成する導体間の距離Ｈｎに比べて前記強誘電体伝送線路層２０５の伝送線路を構成する導体間の距離Ｈｆを大きく構成するようにした。これにより、前記マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３とマイクロストリップスタブ２０６との線路インピーダンスＺを整合することができ、より簡単な製造工程で、有効な移相変化量を有する本移相器２００を製造することができる。
【００５３】
つまり、マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３の基材である常誘電体基材２０１の誘電率をεｎ、マイクロストリップスタブ２０６の基材である強誘電体基材２０４の誘電率をεｆとすると、マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｎは、Ｃｎ＝εｎ・Ｗ／Ｈｎと表せ、マイクロストリップスタブ２０６の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｆは、Ｃｆ＝εｆ・Ｗ／Ｈｆと表せる。そして、前記ＣｎとＣｆとを比較した場合、εｎ＜＜εｆではあるが、本実施の形態２においては図２（ａ）に示すように、Ｈｎ＞Ｈｆであるから、マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｎと、マイクロストリップスタブ２０６との単位長当たりの分布キャパシタンスＣｆとの差が少なくなり、この結果、マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３とマイクロストリップッスタブ２０６との線路インピーダンスＺの整合度の悪化を防げ、マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３からマイクロストリップッスタブ２０６に、効率良く電力が入り、十分な移相変化量が得ることができる。
【００５４】
以下、本実施の形態２にかかる移相器の動作原理について説明する。
本移相器２００は、常誘電体基材２０１を用いたマイクロストリップハイブリッドカプラ２０３と、接地導体２０７と、強誘電体基材２０４を用いたマイクロストリップスタブ２０６と、を積層し、前記マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３と、前記マイクロストリップスタブ２０６とを、前記接地導体２０７に設けられた結合窓２０８により、電磁気的に接続する。そして、前記マイクロストリップスタブ２０６に印加する直流の制御電圧により、前記マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３を通過する高周波電力の移相量が変化するよう構成されている。
【００５５】
つまり、前記移相器２００の基材は、常誘電体基材２０１と、接地導体２０７と、強誘電体基材２０４と、から構成されており、そして、前記常誘電体基材２０１上には、矩形状の環状導体層２０３ａが配置されており、この環状導体２０３ａと常誘電体基材２０１とにより、マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３が構成されている。
【００５６】
また、前記強誘電体基材２０４の下には、前記矩形状の環状導体層２０３ａの対向する２つの直線部分２０３ａ１，２０３ａ２の一端に、結合窓２０８によりそれぞれ接続されるよう、２つの直線状導体層２０６ａ１，２０６ａ２が配置されており、該２つの直線状導体層２０６ａ１，２０６ａ２と強誘電体基材２０４とにより、マイクロストリップスタブ２０６が構成されている。
【００５７】
さらに、前記常誘電体基材２０１上には、前記２つの直線部分２０３ａ１，２０３ａ２の延長上に位置し、かつ該２つの直線部分２０３ａ１，２０３ａ２の他端にそれぞれつながるよう、導体層２１５ａ，２２０ａが配置されている。
【００５８】
そして、この導体層２１５ａと常誘電体基材２０１とにより入力線路２１５が構成され、前記導体層２２０ａと常誘電体基材２０１とにより出力線路２２０が構成されている。なお、前記環状導体層２０３ａの直線部分２０３ａ１の一端側、及び他端側がマイクロストリップハイブリッドカプラ２０３のポート２，ポート１となっており、前記環状導体層２０３ａの直線部分２０３ａ２の一端側、及び他端側がマイクロストリップハイブリッドカプラ２０３のポート３，ポート４となっている。
【００５９】
つまり、本移相器２００は、マイクロストリップスタブ２０６に直流の制御電圧を加えることにより、通過する高周波電力の移相量が変化する構成となっている。詳述すると、正しく設計されたマイクロストリップハイブリッドカプラ２０３の隣合う２つのポート（ポート２およびポート３）に、結合窓２０８を介して同一の反射素子（マイクロストリップスタブ２０４）を電磁気的に接続した構成の移相器２００では、入力ポート（ポート１）から入った高周波電力は、この入力ポート１からは出力されず、反射素子、つまり、マイクロストリップスタブ２０６での反射電力を反映した高周波電力が出力ポート（ポート４）からのみ出力される。そして、マイクロストリップスタブ２０６に制御電圧が印加されると、バイアス電界が発生し、前記制御電圧を変化させると、高周波電力に対するマイクロストリップスタブ２０６の実効誘電率も変化する。そして、これにより、高周波電力に対するマイクロストリップスタブ２０６の等価電気長が変化し、該等価電気長の変化により、該マイクロストリップスタブ２０６での移相が変化し、出力ポート（ポート４）から出力される高周波電力の移相が変化するものである。
【００６０】
以上のように、本実施の形態２の移相器２００によれば、常誘電体基材２０１、結合窓２０８を設けた接地導体２０７、及び強誘電体基材２０４である平面シート状の材料を積層し、また、マイクロストリップスタブ２０６を設けた強誘電体伝送線路層２０５の基材厚Ｈｆを、マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３を設けた常誘電体伝送線路層２０２の基材厚Ｈｎに比べて厚くして本移相器２００を構成するようにしたので、従来の移相器７００のように各基材をエリアを区切って配置する方法に比べて、より少ない工程で移相器を製作することができ、また、マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３とマイクロストリップスタブ２０６との線路インピーダンスの整合度の悪化を防いで、有効な移相変化量を有する移相器を得ることができる。
【００６１】
さらに、本移相器２００をフェイズドアレイアンテナに用いれば、フェイズドアレイアンテナをより少ない工程で製作することができ、製造コストを削減することができる、という効果もある。
【００６２】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について、図３を用いて説明する。
本実施の形態３においては、フェイズドアレイアンテナのアンテナ制御装置について詳細に説明する。
図３（ａ）は、本発明の実施の形態３に係る、フェイズドアレイアンテナの構成を示す図であり、図３（ｂ）は、本実施の形態３にかかるフェイズドアレイアンテナの指向性を示す図である。
【００６３】
図３（ａ）において、本実施の形態３にかかるフェイズドアレイアンテナ３３０は、アンテナ制御装置３００と、図３（ｂ）に示すように指向性の制御（ビームチルト）を行うビームチルト電圧３２０と、４個のアンテナ素子３１０ａ〜３１０ｄとからなり、前記アンテナ制御装置３００は、入力端子（給電端子）３０１と、４つのアンテナ端子３０７ａ〜３０７ｄと、４つの移相器３０８ａ１〜３０８ａ４と、４つの損失素子３０９ａ１〜３０９ａ４と、高周波阻止素子３１１と、直流阻止素子３１２と、前記入力端子３０１からの伝送線路（給電線）３０２、第１の分岐３０３で分岐した２本の伝送線路３０４ａと３０４ｂ、前記伝送線路３０４ａと３０４ｂとが第２の分岐３０５ａ，３０５ｂでさらに分岐した４本の伝送線路３０６ａ〜３０６ｄと、からなる。
【００６４】
以下、本実施の形態３に係るフェイズドアレイアンテナ３３０を構成するアンテナ制御装置３００の構成について、詳細に説明する。
本実施の形態３におけるアンテナ制御装置３００は、１つの入力端子３０１を備え、前記入力端子３０１からの伝送線路３０２が、第１の分岐３０３で２本の伝送線路３０４ａと３０４ｂとに分岐し、また前記第１の分岐３０３で分岐した２本の伝送線路３０４ａと３０４ｂとが、第２の分岐３０５ａ，３０５ｂでそれぞれ２本の伝送線路３０６ａ〜３０６ｄに分岐する。
【００６５】
また、前記入力端子３０１は、前記直流阻止素子３１２を介して、前記第１の分岐３０３と接続され、前記ビームチルト電圧３２０は、前記高周波阻止素子３１１を介して、前記第１の分岐３０３と接続されている。
また、前記４本の伝送線路３０６ａ〜３０６ｄは、４個のアンテナ素子３１０ａ〜３１０ｄを接続できるように、４個のアンテナ端子３０７ａ〜３０７ｄを備える。
【００６６】
そして、前記４個のアンテナ端子３０７ａ〜３０７ｄが、第１、第２、第３、第４の順で列状に配置され、ｎを０＜ｎ＜４の整数とするとき、第（ｎ＋１）のアンテナ端子３０７から、入力端子３０１までの間に入る移相器３０８ａの数が、第ｎのアンテナ端子３０７から入力端子３０１までの間に入る移相器３０８ａの数より１個だけ多くなるように、各移相器３０８ａ１〜３０８ａ４を配置している。なお、配置されている各移相器３０８ａ１〜３０８ａ４は、すべて同一特性を有するものである。
【００６７】
さらに、本実施の形態３におけるアンテナ制御装置３００は、第ｎのアンテナ端子３０７から入力端子３０１までの間に入る伝送損失量が、第（ｎ＋１）のアンテナ端子３０７から入力端子３０１までの間に入る伝送損失量より、前記移相器３０８ａの１個分の伝送損失量と同じ伝送損失量だけ増えるように損失素子３０９が配置されているため、全てのアンテナ端子３０７ａ〜３０７ｄから入力端子３０１までの伝送損失量が同じ値になる。
【００６８】
ここで一般に、フェイズドアレイアンテナにおいては、各アンテナ素子３１０ａ〜３１０ｄから、電力合成点である入力端子３０１までの伝送損失量が異なると、電力合成効果が低下してしまい、先鋭なビーム（大きな指向性利得）を得ることが困難であると共に、ビームチルト量が低下し、フェイズドアレイアンテナのアンテナビームの形状の崩れと、ビームチルト量の低下が生じる、という問題点があった。
【００６９】
しかし、本実施の形態３におけるアンテナ制御装置３００においては、ｎを０＜ｎ＜４の整数とするとき、第ｎのアンテナ端子３０７から入力端子３０１までの間に入る伝送損失量が、第（ｎ＋１）のアンテナ端子３０７から入力端子３０１までの間に入る伝送損失量より、前記移相器３０８ａの１個分と同じ伝送損失量だけ多くなるように損失素子３０９を配置するようにしたので、全てのアンテナ素子３１０ａ〜３１０ｄから、入力端子３０１までの伝送損失量を同じにすることができ、これにより、先鋭なビームを有し、さらにビームチルト量が良好なフェイズドアレイアンテナを実現することができる。
【００７０】
以上のように、本実施の形態３によれば、ｎを０＜ｎ＜４の整数とするとき、第（ｎ＋１）のアンテナ端子３０７から入力端子３０１までの間に入る移相器３０８ａの数が、第ｎのアンテナ端子３０７から入力端子３０１までの間に入る移相器３０８ａの数より１個だけ多くなるように移相器３０８ａを配置し、また、第ｎのアンテナ端子３０７から入力端子３０１までの間に入る伝送損失量が、第（ｎ＋１）のアンテナ端子３０７から入力端子３０１までの間に入る伝送損失量より、前記移相器３０８ａの１個分の伝送損失量と同じ伝送損失量だけ増えるように損失素子３０９を配置するようにしたので、各移相器３０８ａ１〜３０８ａ４での通過損失があっても、各アンテナ素子３１０ａ〜３１０ｄへの電力分配量が異ならず、ビーム形状の崩れや、ビーム方向の変化量の減少がないアンテナ制御装置３００を提供でき、また、そのアンテナ制御装置３００をフェイズドアレイアンテナに用いることにより、全アンテナ素子３１０ａ〜３１０ｄから入力端子３０１までの伝送損失量を同じにすることができるので、先鋭なビームを有し、さらにビームチルト量が良好なフェイズドアレイアンテナを実現することができる。
【００７１】
さらに、本実施の形態３におけるフェイズドアレイアンテナに、前記実施の形態１あるいは実施の形態２において説明した移相器を用いれば、フェイズドアレイアンテナにかかる製造コストをより削減することができる、という効果もある。
【００７２】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について、図４を用いて説明する。
本実施の形態４においては、フェイズドアレイアンテナの、前記実施の形態３とは別の構成を有するアンテナ制御装置について詳細に説明する。
図４（ａ）は、本発明の実施の形態４に係るフェイズドアレイアンテナの構成を示す図であり、図４（ｂ）は、本実施の形態４に係るフェイズドアレイアンテナの指向性を示す図である。
【００７３】
図４（ａ）において、本実施の形態４にかかるフェイズドアレイアンテナ４３０は、アンテナ制御装置４００と、図４（ｂ）に示すように、負方向、及び正方向の各方向への指向性の制御（ビームチルト）を行う負方向ビームチルト電圧４２１、及び正方向ビームチルト電圧４２２と、４個のアンテナ素子４１０ａ〜４１０ｄと、からなり、前記アンテナ制御装置４００は、入力端子４０１と、４つのアンテナ端子４０７ａ〜４０７ｄと、４つの正方向ビームチルト用移相器４０８ａ１〜４０８ａ４と、４つの負方向ビームチルト用移相器４０８ｂ１〜４０８ｂ４と、高周波阻止素子４１１ａ〜４１１ｆと、直流阻止素子４１２ａ〜４１２ｆと、前記入力端子４０１からの伝送線路４０２、第１の分岐４０３で分岐した２本の伝送線路４０４ａと４０４ｂ、前記伝送線路４０４ａと４０４ｂとが第２の分岐４０５ａ，４０５ｂでさらに分岐した４本の伝送線路４０６ａ〜４０６ｄと、からなる。
【００７４】
以下、本実施の形態４に係るフェイズドアレイアンテナ４３０を構成するアンテナ制御装置４００について詳細に説明する。
本実施の形態４におけるアンテナ制御装置４００は、１つの入力端子４０１を備え、前記入力端子４０１からの伝送線路４０２が、第１の分岐４０３で２本の伝送線路４０４ａと４０４ｂとに分岐し、また前記分岐した２本の伝送線路４０４ａと４０４ｂとが、第２の分岐４０５ａ，４０５ｂでそれぞれ２本の伝送線路４０６ａ〜４０６ｄに分岐する。
【００７５】
直流阻止素子４１２は、第１の分岐４０３において分岐された２本の伝送線路４０４ａ，４０４ｂに、各々１つずつ設けられ、さらに第２の分岐４０５ａ，４０５ｂ各々において分岐された４本の伝送線路４０６ａ〜４０４ｄに、それぞれ１つずつ設けられており、高周波阻止素子４１１は、負方向ビームチルト用移相器４０８ｂ１，４０８ｂ４，４０８ｂ２の一端、及び正方向ビームチルト用移相器４０８ａ１，４０８ａ４，４０８ａ２の一端に設けられている。
【００７６】
また、前記４本の伝送線路４０６ａ〜４０６ｄは、４個のアンテナ素子４１０ａ〜４１０ｄを接続できるように、４個のアンテナ端子４０７ａ〜４０７ｄを備える。
【００７７】
そして、前記４個のアンテナ端子４０７ａ〜４０７ｄは、第１、第２、第３、第４の順で列状に配置され、ｎを０＜ｎ＜４の整数とするとき、第（ｎ＋１）のアンテナ端子４０７から、入力端子４０１までの間に入る移相器の数が、第ｎのアンテナ端子４０７から入力端子４０１までの間に入る移相器の数より１個だけ多くなるように、正方向ビームチルト用移相器４０８ａ１〜４０８ａ４を配置している。
【００７８】
さらに第ｎのアンテナ端子４０７から入力端子４０１までの間に入る移相器４０８の数が第ｎ＋１のアンテナ端子４０７から入力端子４０１までの間に入る移相器４０８の数より１個だけ多くなるように、負方向ビームチルト用移相器４０８ｂ１〜４０８ｂを配置している。
【００７９】
なお、配置されている各正方向ビームチルト用移相器４０８ａ１〜４０８ａ４、及び負方向ビームチルト用移相器４０８ｂ１〜４０８ｂ４は、すべて同一特性（同じ伝送損失量）を有するものである。
従って、前記構成を有するアンテナ制御装置４００においては、全てのアンテナ端子４０７ａ〜４０７ｄから入力端子４０１までの伝送損失量は同じ値になる。
【００８０】
ここで一般に、フェイズドアレイアンテナにおいては、各アンテナ素子４１０ａ〜４１０ｄから、電力合成点である入力端子４０１までの伝送損失量が異なると、電力合成効果が低下してしまい、先鋭なビーム（大きな指向性利得）を得ることが困難であると共に、ビームチルト量が低下し、フェイズドアレイアンテナのアンテナビームの形状の崩れと、ビームチルト量の低下が生じる、という問題点があった。
【００８１】
さらに、強誘電体を移相器４０８に用いたフェイズドアレイアンテナにおいては、強誘電体の誘電率変化率が少ない場合、１つの移相器４０８で実現できる移相量が少なく、ビームチルト量の多いフェイズドアレイアンテナが実現できにくい、という問題点もあった。
【００８２】
しかし、本実施の形態４におけるアンテナ制御装置４００においては、全アンテナ素子４１０ａ〜４１０ｄから、入力端子４０１までの伝送損失量が同じになるとともに、正方向ビームチルト用移相器４０８ａと負方向ビームチルト用移相器４０８ｂとを設けたことにより、各移相器４０８が受け持つ移相量が少なくて済むので、先鋭なビームを有し、さらにビームチルト量が多いフェイズドアレイアンテナが実現できる。
【００８３】
以上のように、本実施の形態４によれば、ｎを０＜ｎ＜４の整数とするとき、第（ｎ＋１）のアンテナ端子４０７から入力端子４０１までの間に入る正方向ビームチルト用移相器４０８ａの数が、第ｎのアンテナ端子４０７から入力端子４０１までの間に入る正方向ビームチルト用移相器４０８ａの数より１個だけ多くなるように、正方向ビームチルト用移相器４０８ａ１〜４０８ａ４を配置し、また、第ｎのアンテナ端子４０７から入力端子４０１までの間に入る負方向ビームチルト用移相器４０８ｂの数が、第（ｎ＋１）のアンテナ端子４０７から入力端子４０１までの間に入る負方向ビームチルト用移相器４０８ｂより、１個だけ多くなるように、負方向ビームチルト用移相器４０８ｂ１〜４０８ｂ４を配置するようにしたので、各移相器４０８が受け持つ移相量が少なくて済み、その結果、各移相器４０８の強誘電体の誘電率変化率が少ない場合であっても、ビームチルト量が減少しないアンテナ制御装置４００を提供でき、また、該アンテナ制御装置４００を用いることにより、全アンテナ素子４１０ａ〜４１０ｄから、入力端子４０１までの伝送損失量を同じすることができるので、先鋭なビームを有し、さらにビームチルト量が多いフェイズドアレイアンテナを実現することができる。
【００８４】
さらに、本実施の形態４におけるフェイズドアレイアンテナに、前記実施の形態１あるいは実施の形態２において説明した移相器を用いれば、フェイズドアレイアンテナにかかる製造コストをより削減することができる、という効果もある。
【００８５】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について、図５を用いて説明する。
本実施の形態５では、前記実施の形態３で説明したアンテナ制御装置を複数組み合わせ、Ｘ軸及びＹ軸方向に指向性を制御可能な２次元アンテナ制御装置を有するフェイズドアレイアンテナについて説明する。
図５は、本発明の実施の形態５に係るフェイズドアレイアンテナの構成を示す図である。
【００８６】
図５において、本実施の形態５にかかるフェイズドアレイアンテナ５３０は、アンテナ素子５１０ａ〜５１０ｄと、Ｘ軸方向の指向性の制御（ビームチルト）を行うＸ軸方向のアンテナ制御装置５００ａ１〜５００ａ４と、Ｙ軸方向の指向性の制御を行うＹ軸方向のアンテナ制御装置５００ｂと、Ｘ軸方向ビームチルト電圧５２０ａと、Ｙ軸方向ビームチルト電圧５２０ｂとを備え、前記各Ｘ軸方向のアンテナ制御装置５００ａは、アンテナ端子５０７ａ〜５０７ｄと、入力端子５０１ａとを備え、前記Ｙ軸方向のアンテナ制御装置５００ｂは、アンテナ端子５０７ａ〜５０７ｄと、入力端子５０１ｂとを備えるものである。なお、前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向のアンテナ制御装置５００ａ１〜５００ａ４，５００ｂそれぞれは、前記実施の形態３で詳細に説明したアンテナ制御装置３００と同様の構成を有するものとする。
【００８７】
以下、本発明のフェイズドアレイアンテナ５３０について、詳細に説明する。
Ｘ軸方向のアンテナ制御装置５００ａ１〜５００ａ４の入力端子５０１ａ１〜５０１ａ４は、それぞれＹ軸方向のアンテナ制御装置５００ｂのアンテナ端子５０７ａ〜５０７ｄに接続される。また、ここでは図示していないが、Ｘ軸方向のアンテナ制御装置５００ａ１〜５００ａ４、及びＹ軸方向のアンテナ制御装置５００ｂ内には、伝送損失量が同じ値である、前記実施の形態３に記載した移相器３０８、及び損失素子３０９が、各々４つずつ図３に示すように配置されている。
【００８８】
従って、本実施の形態５におけるフェイズドアレイアンテナ５３０は、Ｘ軸方向のアンテナ制御装置５００ａ１〜５００ａ４において、全てのアンテナ端子５０７ａ〜５０７ｄから、入力端子５０１ａまでの伝送損失量が同じ値になり、またＹ軸方向のアンテナ制御装置５００ｂにおいても、全てのアンテナ端子５０７ａ〜５０７ｄから、入力端子５０１ｂまでの伝送損失量が同じ値になるので、先鋭なビーム（大きな指向性利得）を有し、且つビームチルト量が良好で、さらにＸ軸方向とＹ軸方向の指向性の制御が可能なフェイズドアレイアンテナを実現することができる。
【００８９】
以上のように、本実施の形態５によれば、Ｘ軸方向の指向性を制御するＸ軸方向のアンテナ制御装置５００ａ１〜５００ａ４と、Ｙ軸方向の指向性を制御するＹ軸方向のアンテナ制御装置５００ｂとを備え、該Ｘ軸方向及びＹ軸方向のアンテナ制御装置５００として、前記実施の形態３で説明した、各移相器で通過損失があっても、各アンテナ素子への電力分配量が異ならず、、ビーム形状の崩れや、ビームチルトの変化量の減少がないアンテナ制御装置を使用するようにしたので、先鋭なビーム（大きな指向性利得）を有し、且つビームチルト量が良好な、Ｘ軸方向とＹ軸方向の指向性の制御が可能なフェイズドアレイアンテナを実現することができる。
【００９０】
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６について、図６を用いて説明する。
前記実施の形態４で説明したアンテナ制御装置を複数組み合わせ、Ｘ軸及びＹ軸方向に指向性を制御可能な２次元アンテナ制御装置を有するフェイズドアレイアンテナについて説明する。
図６は、本発明の実施の形態６にかかるフェイズドアレイアンテナの構成を示す図である。
【００９１】
図６において、本実施の形態６にかかるフェイズドアレイアンテナ６３０は、アンテナ素子６１０ａ〜６１０ｄと、Ｘ軸方向の指向性の制御（ビームチルト）を行うＸ軸方向のアンテナ制御装置６００ａ１〜６００ａ４と、Ｙ軸方向の指向性の制御を行うＹ軸方向のアンテナ制御装置６００ｂと、Ｘ軸負方向ビームチルト電圧６２１ａと、Ｘ軸正方向ビームチルト電圧６２２ａと、Ｙ軸負方向ビームチルト電圧６２１ｂと、Ｙ軸正方向ビームチルト電圧６２２ｂと、を備え、さらに、前記各Ｘ軸方向のアンテナ制御装置６００ａは、アンテナ端子６０７ａ〜６０７ｄと、入力端子６０１ａとを備え、前記Ｙ軸方向のアンテナ制御装置６００ｂは、アンテナ端子６０７ａ〜６０７ｄと、入力端子６０１ｂとを備えるものである。なお、前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向のアンテナ制御装置６００ａ１〜６００ａ４，６００ｂそれぞれは、前記実施の形態４で詳細に説明したアンテナ制御装置４００と同様の構成を有するものとする。
【００９２】
以下、本発明のフェイズドアレイアンテナ６３０について、詳細に説明する。
Ｘ軸方向のアンテナ制御装置６００ａ１〜６００ａ４の入力端子６０１ａ１〜６０１ａ４は、それぞれＹ軸方向のアンテナ制御装置６００ｂのアンテナ端子６０７ａ〜６０７ｄに接続される。また、ここでは図示されていないが、Ｘ軸方向のアンテナ制御装置６００ａ１〜６００ａ４、及びＹ軸方向のアンテナ制御装置６００ｂ内には、前記実施の形態４に記載したような正方向ビームチルト用移相器４０８ａ、及び負方向ビームチルト用移相器４０８ｂが、各々４つずつ図４に示すように配置されている。
【００９３】
従って、本実施の形態６におけるフェイズドアレイアンテナ６３０は、Ｘ軸方向のアンテナ制御装置６００ａ１〜６００ａ４、及びＹ軸方向のアンテナ制御装置６００ｂそれぞれにおいて、全てのアンテナ端子６０７ａ〜６０７ｄから、入力端子６０１までの伝送損失量が同じ値になるとともに、各移相器の受け持つ移相変化量が少なくて済むので、先鋭なビームを有し、さらにビームチルト量が多いＸ方向とＹ方向のビームチルトが可能なフェイズドアレイアンテナが実現できる。
【００９４】
以上のように、本実施の形態６によれば、Ｘ軸方向の指向性を制御するＸ軸方向のアンテナ制御装置６００ａ１〜６００ａ４と、Ｙ軸方向の指向性を制御するＹ軸方向のアンテナ制御装置６００ｂとを備え、また、該Ｘ軸方向及びＹ軸方向のアンテナ制御装置６００としては、前記実施の形態４で説明した、各移相器４０８の強誘電体の誘電率変化率が少ない場合であっても、ビームチルト量が減少せず、また、各移相器で通過損失があっても、各アンテナ素子への電力分配量が異ならず、、ビーム形状の崩れや、ビーム方向の変化量の減少がないアンテナ制御装置を使用するようにしたので、先鋭なビームを有し、さらにビームチルト量が多い、Ｘ軸方向とＹ軸方向の指向性の制御が可能なフェイズドアレイアンテナを実現することができる。
【００９５】
さらに、本実施の形態６のフェイズドアレイアンテナを構成する各アンテナ制御装置において、Ｘ軸正方向ビームチルト用移相器と、Ｘ軸負方向ビームチルト用移相器と、Ｙ軸正方向ビームチルト用移相器と、Ｙ軸負方向ビームチルト用移相器とを、異なる層に構成するようにすれば、本発明の効果に加え、さらに高密度で小型のアンテナ制御装置が実現できる。
【００９６】
尚、前記各実施の形態の説明では、移相器において、マイクロストリップハイブリッドカプラとマイクロストリップスタブとを構成する伝送線路として、マイクロストリップ線路型の例を示したが、それ以外の、ストリップ線路型やＨライン誘電体導波路やＮＲＤ誘電体導波路等の各種誘電体導波路型であっても、本発明と同様の効果が得られる。
【００９７】
さらに、前記各実施の形態においては、アンテナ素子が４つである場合を例に挙げて説明したが、高周波電力を印加する入力端子からｋ段の分岐でｍ（ｍ＝２＾ｋ（２のｋ乗）（ｋは整数））本に給電線が分岐される場合、アンテナ素子の数はｍ個あればよく、また、その際必要となる移相器の数Ｍｋは、Ｍｋ＝Ｍ（ｋ−１）×２＋２＾（ｋ−１）（但し、ｋ≧１，Ｍ１＝１）であればよい。
【００９８】
図７は、本実施の形態の、アンテナ制御装置あるいは、フェイズドアレイアンテナにおける、分岐段数ｋと、アンテナ素子数ｍと、移相器数Ｍｋとの関係を示す表であり、また、図８は、図７における、ｋ＝１，ｍ＝２の場合（図（ａ））、ｋ＝２，ｍ＝４の場合（図（ｂ））、ｋ＝３，ｍ＝８の場合（図（ｃ））における、移相器の配置を示す図である。
【００９９】
例えば、分岐段数ｋ＝３である場合、図７に示すように、アンテナ素子の数ｍは、ｍ＝２＾３＝８となり、移相器の数Ｍ３は、Ｍ３＝Ｍ２×２＋２＾２＝１２となる。そして、この場合の移相器の配置としては、図８（ｃ）に示すように、第（ｎ＋１）（０＜ｎ＜８）のアンテナ端子から入力端子までの間に入る移相器の数が、第ｎのアンテナ端子から入力端子までの間に入る移相器の数より１個だけ多くなるように配置される。なお、図８には、説明を簡略化するため、Ｍｋ個の移相器のみを図示しているが、前記実施の形態３で説明したアンテナ制御装置３００、及びそれを用いたフェイズドアレイアンテナ３３０の構成では、さらにＭｋ個の損失素子等が前述したように配置され、また、前記実施の形態４で説明したアンテナ制御装置４００、及びそれを用いたフェイズドアレイアンテナ４３０の場合には、図示されているＭｋ個の移相器が正方向ビームチルト用移相器である場合には、さらにＭｋ個の正方向ビームチルト用移相器等が、前述したように配置される。
【０１００】
【発明の効果】
以上のことにより、本発明の請求項１に記載のアンテナ制御装置によれば、アンテナ素子を接続する複数のアンテナ端子と、高周波電力を印加する給電端子と、前記各アンテナ端子と前記給電端子から分岐した給電線で接続され、該各アンテナ端子と前記給電端子間を通過する高周波信号の移相を電気的に変化させる、前記各給電線の一部に配置された移相器と、を有するアンテナ制御装置において、前記移相器は、常誘電体を基材に用いた常誘電体伝送線路層にハイブリッドカプラを設け、強誘電体材料を基材に用いた強誘電体伝送線路層にスタブを設け、前記常誘電体伝送線路層と前記強誘電体伝送線路層とを、接地導体を介して積層し、前記ハイブリッドカプラと前記スタブとを、前記接地導体を貫通するスルーホールにて接続し、前記常誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離に比べて、前記強誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離を大きく構成したので、より少ない工程でアンテナ制御装置を製造でき、アンテナ制御装置の製造コストを削減することが可能となる。
【０１０１】
また、本発明の請求項２に記載のアンテナ制御装置によれば、アンテナ素子を接続する複数のアンテナ端子と、高周波電力を印加する給電端子と、前記各アンテナ端子と前記給電端子から分岐した給電線で接続され、該各アンテナ端子と前記給電端子間を通過する高周波信号の移相を電気的に変化させる、前記各給電線の一部に配置された移相器と、を有するアンテナ制御装置において、前記移相器は、常誘電体を基材に用いた常誘電体伝送線路層にハイブリッドカプラを設け、強誘電体材料を基材に用いた強誘電体伝送線路層にスタブを設け、前記常誘電体伝送線路層と前記強誘電体伝送線路層とを、接地導体を介して積層し、前記ハイブリッドカプラと前記スタブとを、前記接地導体に空けた結合窓を介して電磁気的に接続し、前記常誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離に比べて、前記強誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離を大きく構成したので、より少ない工程でアンテナ制御装置を製造でき、アンテナ制御装置の製造コストを削減することが可能となる。
【０１０２】
また、本発明の請求項３に記載のフェイズドアレイアンテナにおいては、誘電体基板上に、複数のアンテナ素子と、高周波電力を印加する給電端子、及び前記各アンテナ素子と前記給電端子から分岐した給電線で接続され、該各アンテナ素子と前記給電端子間を通過する高周波信号の移相を電気的に変化させる、前記各給電線の一部に配置された移相器を有するアンテナ制御装置と、を備えたフェイズドアレイアンテナにおいて、前記移相器は、常誘電体を基材に用いた常誘電体伝送線路層にハイブリッドカプラを設け、強誘電体材料を基材に用いた強誘電体伝送線路層にスタブを設け、前記常誘電体伝送線路層と前記強誘電体伝送線路層とを、接地導体を介して積層し、前記ハイブリッドカプラと前記スタブとを、前記接地導体を貫通するスルーホールにて接続し、前記常誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離に比べて、前記強誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離を大きく構成したので、より少ない工程でフェイズドアレイアンテナを製造でき、フェイズドアレイアンテナの製造コストを削減することが可能となる。
【０１０３】
また、本発明の請求項４に記載のフェイズドアレイアンテナにおいては、誘電体基板上に、複数のアンテナ素子と、高周波電力を印加する給電端子、及び前記各アンテナ素子と前記給電端子から分岐した給電線で接続され、該各アンテナ素子と前記給電端子間を通過する高周波信号の移相を電気的に変化させる、前記各給電線の一部に配置された移相器を有するアンテナ制御装置と、を備えたフェイズドアレイアンテナにおいて、前記移相器は、常誘電体を基材に用いた常誘電体伝送線路層にハイブリッドカプラを設け、強誘電体材料を基材に用いた強誘電体伝送線路層にスタブを設け、前記常誘電体伝送線路層と前記強誘電体伝送線路層とを、接地導体を介して積層し、前記ハイブリッドカプラと前記スタブとを、前記接地導体に空けた結合窓を介して電磁気的に接続し、前記常誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離に比べて、前記強誘電体伝送線路層の伝送線路を構成する導体間の距離を大きく構成したので、より少ない工程でフェイズドアレイアンテナを製造でき、フェイズドアレイアンテナの製造コストを削減することが可能となる。
【０１０４】
また、本発明の請求項５に記載のアンテナ制御装置によれば、高周波電力を印加する１個の給電端子と、ｍ＝２＾ｋ（２のｋ乗）（ｍ，ｋは整数）とするときに、前記給電端子から第ｋ段の分岐でｍ本に分岐される給電線と、前記ｍ本の各給電線の終端に設けられた、第１、第２、・・・、第ｍの順で列状に配置された、アンテナ素子を接続するｍ個のアンテナ端子と、前記給電線上を通過する高周波信号の移相を電気的に変化させる、全て同一特性であるＭｋ個（Ｍｋ＝Ｍ（ｋ−１）×２＋２＾（ｋ−１），但し、ｋ≧１，Ｍ１＝１）の移相器と、前記移相器の伝送損失量と同じ伝送損失量を有する、損失素子と、を備え、前記移相器は、第ｎ＋１（ｎは１からｍ−１までの整数）のアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る移相器の数が、第ｎのアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る移相器の数より１個だけ多くなるよう、前記ｍ本に分岐される給電線の一部に配置し、前記損失素子は、第ｎのアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る伝送損失量が、第ｎ＋１のアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る伝送損失量より前記移相器１個分と同じ伝送損失量だけ増えるよう、前記ｍ本に分岐される給電線の一部に配置するようにしたので、先鋭なビームを有するアンテナ制御装置を実現することが可能となる。
【０１０５】
また、本発明の請求項６に記載のアンテナ制御装置によれば、高周波電力を印加する１個の給電端子と、ｍ＝２＾ｋ（２のｋ乗）（ｍ，ｋは整数）とするときに、前記給電端子から第ｋ段の分岐でｍ本に分岐される給電線と、前記ｍ本の各給電線の終端に設けられた、第１、第２、・・・、第ｍの順で列状に配置された、アンテナ素子を接続するｍ個のアンテナ端子と、前記給電線上を通過する高周波信号の移相を、電気的に正方向に変化させる、全て同一特性である、Ｍｋ個（Ｍｋ＝Ｍ（ｋ−１）×２＋２＾（ｋ−１），但し、ｋ≧１，Ｍ１＝１）の正方向ビームチルト用移相器と、前記給電線上を通過する高周波信号の移相を、電気的に負方向に変化させる、全て同一特性である、Ｍｋ個の負方向ビームチルト用移相器と、を備え、前記正方向ビームチルト用移相器は、第ｎ＋１（ｎは１からｍ−１までの整数）のアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る前記正方向ビームチルト用移相器の数が、第ｎのアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る前記正方向ビームチルト用移相器の数より１個だけ多くなるよう、前記ｍ本に分岐される給電線の一部に配置し、前記負方向ビームチルト用移相器は、第ｎのアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る前記負方向ビームチルト用移相器の数が、第ｎ＋１のアンテナ端子から前記給電端子までの間に入る前記負方向ビームチルト用移相器の数より１個だけ多くなるよう、前記ｍ本に分岐される給電線の一部に配置するようにしたので、ビームチルト量の大きなアンテナ制御装置を実現することが可能となる。
【０１０６】
また、本発明の請求項７に記載の２次元アンテナ制御装置によれば、ｍ＝ｍ１（ｍ１は整数）個のアンテナ端子を備えた請求項５に記載のアンテナ制御装置を行方向のアンテナ制御装置とし、ｍ＝ｍ２（ｍ２は整数）個のアンテナ端子を備えた請求項５に記載のアンテナ制御装置を列方向のアンテナ制御装置とし、前記行方向のアンテナ制御装置ｍ２個と、前記列方向のアンテナ制御装置１個と、を備えたアンテナ制御装置であって、ｍ２個の前記行方向のアンテナ制御装置の各給電端子を、前記列方向のアンテナ制御装置の前記ｍ２個のアンテナ端子にそれぞれ接続して構成するようにしたので、ビームチルト量が大きく、且つＸ軸及びＹ軸方向のビームチルトが可能な２次元アンテナ制御装置を実現することが可能となる。
【０１０７】
また、本発明の請求項８に記載の２次元アンテナ制御装置によれば、ｍ＝ｍ１（ｍ１は整数）個のアンテナ端子を備えた請求項６に記載のアンテナ制御装置を行方向のアンテナ制御装置とし、ｍ＝ｍ２（ｍ２は整数）個のアンテナ端子を備えた請求項６に記載のアンテナ制御装置を列方向のアンテナ制御装置とし、前記行方向のアンテナ制御装置ｍ２個と、前記列方向のアンテナ制御装置１個と、を備えたアンテナ制御装置であって、ｍ２個の前記行方向のアンテナ制御装置の各給電端子を、前記列方向のアンテナ制御装置の前記ｍ２個のアンテナ端子にそれぞれ接続して構成するようにしたので、先鋭なビームを有するとともに、Ｘ軸及びＹ軸方向のビームチルトが可能な２次元アンテナ制御装置を実現することが可能となる。
【０１０８】
また、本発明の請求項９に記載のフェイズドアレイアンテナによれば、請求項３に記載のフェイズドアレイアンテナにおいて、前記アンテナ制御装置は、請求項５または請求項６に記載のアンテナ制御装置であるようにしたので、先鋭なビームを有するフェイズドアレイアンテナ、あるいはビームチルト量の大きなフェイズドアレイアンテナを、より少ない工程で製造することが可能となる。
【０１０９】
また、本発明の請求項１０に記載のフェイズドアレイアンテナによれば、請求項３に記載のフェイズドアレイアンテナにおいて、前記アンテナ制御装置は、請求項７または請求項８に記載の２次元アンテナ制御装置であるようにしたので、先鋭なビームを有する、あるいはビームチルト量の大きな、Ｘ軸及びＹ軸方向のビームチルトが可能なフェイズドアレイアンテナを、より少ない工程で製造することが可能となる。
【０１１０】
また、本発明の請求項１１に記載のフェイズドアレイアンテナによれば、請求項４に記載のフェイズドアレイアンテナにおいて、前記アンテナ制御装置は、請求項５または請求項６に記載のアンテナ制御装置であるようにしたので、先鋭なビームを有するフェイズドアレイアンテナ、あるいはビームチルト量の大きなフェイズドアレイアンテナを、より少ない工程で製造することが可能となる。
【０１１１】
また、本発明の請求項１２に記載のフェイズドアレイアンテナによれば、請求項４に記載のフェイズドアレイアンテナにおいて、前記アンテナ制御装置は、請求項７または請求項８に記載の２次元アンテナ制御装置であるようにしたので、先鋭なビームを有する、あるいはビームチルト量の大きな、Ｘ軸及びＹ軸方向のビームチルトが可能なフェイズドアレイアンテナを、より少ない工程で製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる、フェイズドアレイアンテナに用いる移相器の構成を示す斜視図（図（ａ））、及びその断面図（図（ｂ））である。
【図２】本発明の実施の形態２にかかる、フェイズドアレイアンテナに用いる移相器の構成を示す斜視図（図（ａ））、及びその断面図（図（ｂ））である。
【図３】本発明の実施の形態３にかかる、フェイズドアレイアンテナ制御装置の構成を示す図（図（ａ））、及び該フェイズドアレイアンテナの指向性を示す図（図（ｂ））である。
【図４】本発明の実施の形態４にかかる、フェイズドアレイアンテナの構成を示す図（図（ａ））、及び該フェイズドアレイアンテナの指向性を示す図（図（ｂ））である。
【図５】本発明の実施の形態５にかかる、フェイズドアレイアンテナの構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態６にかかる、フェイズドアレイアンテナの構成を示す図である。
【図７】本実施の形態の、アンテナ制御装置あるいは、フェイズドアレイアンテナにおける、分岐段数ｋと、アンテナ素子数ｍと、移相器数Ｍｋとの関係を示す表である。
【図８】ｋ＝１，ｍ＝２の場合（図（ａ））、ｋ＝２，ｍ＝４の場合（図（ｂ））、ｋ＝３，ｍ＝８の場合（図（ｃ））における、移相器の配置を示す図である。
【図９】従来のフェイズドアレイアンテナに用いる移相器の構成を示す図（図（ａ））、及び強誘電体の誘電率変化特性（図（ｂ））を示す図である。
【図１０】従来のフェイズドアレイアンテナの構成と動作原理を示す図（図（ａ））、及び従来のフェイズドアレイアンテナの指向性を示す図（図（ｂ））である。
【符号の説明】
１００，２００，３０８，７００，８０７　移相器
１０１，２０１，７０１　常誘電体基材
１０２，２０２　常誘電体伝送線路層
１０３，２０３，７０３　マイクロストリップハイブリッドカプラ
１０４，２０４，７０２　強誘電体基材
１０５，２０５　強誘電体伝送線路層
１０６，２０６，７０４　マイクロストリップスタブ
１０７，２０７　接地導体
１０８　スルーホール
２０８　結合窓
３００，４００，５００，８００　アンテナ制御装置
３０１，４０１，５０１，８０８　入力端子
３０２，４０２　伝送線路
３０３，４０３　第１の分岐
３０４，４０４　分岐した２本の伝送線路
３０５，４０５　第２の分岐
３０６，４０６　分岐した４本の伝送線路
３０７，４０７，５０７，６０７　アンテナ端子
３０９　損失素子
３１０，４１０，５１０，６１０，８０６　アンテナ素子
３１１，４１１，８０９　高周波阻止素子
３１２，４１２　直流阻止素子
３２０，８２０　ビームチルト用移相器
３３０，４３０，５３０，６３０，８３０　フェイズドアレイアンテナ
４０８ａ　正方向ビームチルト用移相器
４０８ｂ　負方向ビームチルト用移相器
４２１　負方向ビームチルト電圧
４２２　正方向ビームチルト電圧
５００ａ，６００ａ　Ｘ軸方向のアンテナ制御装置
５００ｂ，６００ｂ　Ｙ軸方向のアンテナ制御装置
５２０ａ　Ｘ軸方向ビームチルト電圧
５２０ｂ　Ｙ軸方向ビームチルト電圧
６２１ａ　Ｘ軸負方向ビームチルト電圧
６２１ｂ　Ｙ軸負方向ビームチルト電圧
６２２ａ　Ｘ軸正方向ビームチルト電圧
６２２ｂ　Ｙ軸正方向ビームチルト電圧
７０５　バイアス電界
【図１】
2004023228.tif 000003
【図２】
2004023228.tif 000004
【図３】
2004023228.tif 000005
【図４】
2004023228.tif 000006
【図５】
2004023228.tif 000007
【図６】
2004023228.tif 000008
【図７】
2004023228.tif 000009
【図８】
2004023228.tif 000010
【図９】
2004023228.tif 000011
【図１０】
2004023228.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月13日(2003.6.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
以下、図９及び図１０を用いて、従来のフェイズドアレイアンテナを説明する。
まず、図９を用いて、従来の移相器の動作原理を説明する。図９は、従来のフェイズドアレイアンテナで提案されている移相器を示す図であり、図９（ａ）は前記移相器の構造を示す図であり、図９（ｂ）は強誘電体の誘電率変化特性を示す図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
なお、前記マイクロストリップスタブ７０４の実効誘電率を変化させるのに要するバイアス電圧７０５は、一般の強誘電体基材においては数キロボルト／ミリメートルから１０数キロボルト／ミリメートルであるので、マイクロストリップスタブ７０４上を伝播する高周波電力が作る電界により実効誘電率が影響を受けて、高周波が発生することはない。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
従来のフェイズドアレイアンテナ８３０は、誘電体基板上に等間隔で列状に配置された複数のアンテナ素子８０６ａ〜８０６ｄと、アンテナ制御装置８００と、ビームチルト電圧８２０と、から構成されている。そして、前記アンテナ制御装置８００は、高周波電力が印加される入力端子（給電端子）８０８と、高周波阻止素子８０９と、複数の移相器８０７ａ１〜８０７ａ４と、から構成されている。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
このような構成を有するフェイズドアレイアンテナ８３０では、各アンテナ素子８０６ａ〜８０６ｄと入力端子８０８との間に位置する移相器８０７の数が、隣接するアンテナ素子８０６と入力端子８０８との間に位置する移相器８０７の数より順次１個ずつ増加しているとともに、該移相器８０７が全て同一特性を有するものとしているため、図１０（ｂ）に示されるように、アンテナの指向性の制御（ビームチルト）が１つのビームチルト電圧８２０により行われることとなる。
このアンテナの指向性の制御について具体的に説明すると、例えば、移相器８０７ａ１〜８０７ａ４を、該各移相器を通過する高周波電力の位相を移相量Φだけ遅らせるものとし、また、該各移相器８０７の配置間隔を距離ｄとすると、図１０（ａ）に示すように、アンテナ素子８０６ａに入射された高周波電力は、位相の変化なく入力端子８０８に供給される。これに対し、アンテナ素子８０６ｂに入射された高周波電力は、移相器８０７ａ１によりその位相が移相量Φだけ遅らされて入力端子８０８に供給され、アンテナ素子８０６ｃに入射された高周波電力は、移相器８０７ａ３，８０７ａ４によりその位相が移相量２Φだけ遅らされて入力端子８０８に供給され、さらに、アンテナ素子８０６ｄに入射された高周波電力は、移相器８０７ａ２，８０７ａ３，８０７ａ４によりその位相が移相量３Φだけ遅らされて入力端子８０８に供給されることとなる。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
さらに、前記従来のフェイズドアレイアンテナ８３０に用いる各移相器８０７は、図９（ａ）を用いて説明したように、移相器７００を構成する強誘電体基材７０２と、常誘電体基材７０１とを、同一平面内のエリアを区切って一体成形しているので、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｎと、マイクロストリップスタブ７０４の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｆとが大きく異なってしまい、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３と、マイクロストリップスタブ７０４との接続部で、高周波の電力反射が生じて、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３からマイクロストリップスタブ７０４に効率良く電力がはいらず、結果として、十分な移相変化量が得られない、という問題があった。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
以下詳述すると、例えば、線路インピーダンスＺは、一般に、線路の単位長当たりの分布インダクタンスＬ、線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣにより、Ｚ＾２（Ｚの２乗）＝Ｌ／Ｃと表わされ、さらに、該線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣは、電界が全て基材内にのみ存在するものとし、また電界が全て直線状で且つ接地導体に垂直であると近似すると、線路幅Ｗ、基材厚Ｈ、基材の誘電率εにより、Ｃ＝εＷ／Ｈと表わされる。そして、前述した式を利用して、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｎと、マイクロストリップスタブ７０４の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｆとを比較した場合、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３の基材である常誘電体基材７０１の誘電率をεｎ、マイクロストリップスタブ７０４の基材である強誘電体基材７０２の誘電率をεｆとすると、一般的にεｎ＜＜εｆであり、また図９（ａ）に示すように、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３、及びマイクロストリップスタブ７０４の各線路幅Ｗ、及び各導体間の距離Ｈは同じであることから、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３の線路単位長当たりの分布キャパシタンスＣｎ（＝εｎＷ／Ｈ）の値と、マイクロストリップスタブ７０４の線路単位長当たりの分布キャパシタンスＣｆ（＝εｆＷ／Ｈ）の値とが大きく異なり、この結果、上述したように、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３からマイクロストリップスタブ７０４に効率良く電力がはいらず、結果として、十分な移相変化量が得られないものであった。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
まず、実施の形態１にかかる移相器１００が、従来の移相器７００に比べて優れている点について、詳細に説明する。
前述したように、図９（ａ）に示す従来の移相器７００の、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３の線路単位長当たりの分布キャパシタンスＣｎと、マイクロストリップスタブ７０４の線路単位長当たりの分布キャパシタンスＣｆとが大きく異なることによって、マイクロストリップハイブリッドカプラ７０３からマイクロストリップスタブ７０４に電力が効率よく入らず、移相変化量が十分に得られない問題を解決するために、前記従来の移相器７００のマイクロストリップスタブ７０４に磁性体を付加して、その線路単位長当たりの分布インダクタンスＬを増加させる等することは、強誘電体基材７０２と常誘電体基材７０１とを同一平面内にエリアを区切って一体成形する従来の移相器７００の構成において、さらに多くの工程を必要とし、製造コストが高くなってしまうという問題が生じる。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
以下詳述すると、例えば、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３の基材である常誘電体基材１０１の誘電率をεｎ、マイクロストリップスタブ１０６の基材である強誘電体基材１０４の誘電率をεｆとすると、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３の線路単位長当たりの分布キャパシタンスＣｎは、Ｃｎ＝εｎ・Ｗ／Ｈｎと表せ、マイクロストリップスタブ１０６の線路単位長当たりの分布キャパシタンスＣｆは、Ｃｆ＝εｆ・Ｗ／Ｈｆと表せる。そして、ＣｎとＣｆとを比較した場合、前述したようにεｎ＜＜εｆではあるが、本実施の形態１においては図１（ｂ）に示すように、Ｈｎ＜Ｈｆであるから、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３の線路単位長当たりの分布キャパシタンスＣｎと、マイクロストリップスタブ１０６の線路単位長当たりの分布キャパシタンスＣｆとの差が少なくなり、この結果、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３とマイクロストリップスタブ１０６との線路インピーダンスＺの整合度の悪化を防げ、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３からマイクロストリップスタブ１０６に、効率良く電力が入り、十分な移相変化量が得ることができる。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
そして、前記構成を有する本移相器１００は、前記マイクロストリップスタブ１０６に直流の制御電圧を加えることにより、通過する高周波電力の移相量が変化する構成となっている。
以下詳述すると、正しく設計されたマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３の隣合う２つのポート（ポート２及びポート３）に、スルーホール１０８を介して同一の反射素子（マイクロストリップスタブ１０６）を接続した構成の移相器１００では、入力ポート（ポート１）から入った高周波電力は、この入力ポート１からは出力されず、反射素子、つまり、マイクロストリップスタブ１０６での反射電力が反映された高周波電力が、出力ポート（ポート４）へのみ出力される。そして、マイクロストリップスタブ１０６に制御電圧が印加されると、バイアス電界が発生し、前記制御電圧を変化させると、高周波電力に対するマイクロストリップスタブ１０６の実効誘電率が変化する。そして、これにより、高周波電力に対するマイクロストリップスタブ１０６の等価電気長が変化し、該等価電気長の変化により、該マイクロストリップスタブ１０６での移相が変化し、出力ポート（ポート４）から出力される高周波電力の移相が変化するものである。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
まず、実施の形態２にかかる移相器２００が、従来の移相器７００に比べて優れている点について、詳細に説明する。
前記実施の形態１において説明したように、図９（ａ）に示す従来の移相器７００の移相変化量が十分に得られない問題を解決するために、前記従来の移相器７００のマイクロストリップスタブ７０４に磁性体を付加して、その線路単位長当たりの分布インダクタンスＬを増加させる等することは、強誘電体基材７０２と常誘電体基材７０１とを同一平面内にエリアを区切って一体成形する従来の移相器７００の構成において、さらに多くの工程を必要とし、製造コストが高くなってしまうという問題が生じる。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
以下詳述すると、例えば、マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３の基材である常誘電体基材２０１の誘電率をεｎ、マイクロストリップスタブ２０６の基材である強誘電体基材２０４の誘電率をεｆとすると、マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３の線路単位長当たりの分布キャパシタンスＣｎは、Ｃｎ＝εｎ・Ｗ／Ｈｎと表せ、マイクロストリップスタブ２０６の線路の単位長当たりの分布キャパシタンスＣｆは、Ｃｆ＝εｆ・Ｗ／Ｈｆと表せる。そして、ＣｎとＣｆとを比較した場合、εｎ＜＜εｆではあるが、本実施の形態２においては図２（ｂ）に示すように、Ｈｎ＜Ｈｆであるから、マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３の線路単位長当たりの分布キャパシタンスＣｎと、マイクロストリップスタブ２０６の線路単位長当たりの分布キャパシタンスＣｆとの差が少なくなり、この結果、マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３とマイクロストリップスタブ２０６との線路インピーダンスＺの整合度の悪化を防げ、マイクロストリップハイブリッドカプラ２０３からマイクロストリップスタブ２０６に、効率良く電力が入り、十分な移相変化量が得ることができる。


【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
そして、前記構成を有する本移相器２００は、前記マイクロストリップスタブ２０６に直流の制御電圧を加えることにより、通過する高周波電力の移相量が変化する構成となっている。
以下詳述すると、正しく設計されたマイクロストリップハイブリッドカプラ２０３の隣合う２つのポート（ポート２及びポート３）に、結合窓２０８を介して同一の反射素子（マイクロストリップスタブ２０６）を電磁気的に接続した構成の移相器２００では、入力ポート（ポート１）から入った高周波電力は、この入力ポート１からは出力されず、反射素子、つまり、マイクロストリップスタブ２０６での反射電力が反映された高周波電力が出力ポート（ポート４）へのみ出力される。そして、マイクロストリップスタブ２０６に制御電圧が印加されると、バイアス電界が発生し、前記制御電圧を変化させると、高周波電力に対するマイクロストリップスタブ２０６の実効誘電率が変化する。そして、これにより、高周波電力に対するマイクロストリップスタブ２０６の等価電気長が変化し、該等価電気長の変化により、該マイクロストリップスタブ２０６での移相が変化し、出力ポート（ポート４）から出力される高周波電力の移相が変化するものである。


【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
以下、本実施の形態３に係るフェイズドアレイアンテナ３３０を構成するアンテナ制御装置３００の構成について、詳細に説明する。
本実施の形態３におけるアンテナ制御装置３００は、１つの入力端子３０１を備え、前記入力端子３０１からの伝送線路３０２が、第１の分岐３０３で２本の伝送線路３０４ａ，３０４ｂに分岐し、また前記第１の分岐３０３で分岐した２本の伝送線路３０４ａ，３０４ｂが、第２の分岐３０５ａ，３０５ｂでそれぞれ２本の伝送線路に分岐して、４本の伝送線路３０６ａ〜３０６ｄに分岐する。


【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
しかし、本実施の形態３におけるアンテナ制御装置３００においては、ｎを０＜ｎ＜４の整数とするとき、第ｎのアンテナ端子３０７から入力端子３０１までの間に入る伝送損失量が、第（ｎ＋１）のアンテナ端子３０７から入力端子３０１までの間に入る伝送損失量より、前記移相器３０８ａの１個分と同じ伝送損失量だけ多くなるように損失素子３０９ａを配置するようにしたので、全てのアンテナ素子３１０ａ〜３１０ｄから、入力端子３０１までの伝送損失量を同じにすることができ、これにより、先鋭なビームを有し、さらにビームチルト量が良好なフェイズドアレイアンテナを実現することができる。


【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
以上のように、本実施の形態３によれば、ｎを０＜ｎ＜４の整数とするとき、第（ｎ＋１）のアンテナ端子３０７から入力端子３０１までの間に入る移相器３０８ａの数が、第ｎのアンテナ端子３０７から入力端子３０１までの間に入る移相器３０８ａの数より１個だけ多くなるように移相器３０８ａを配置し、また、第ｎのアンテナ端子３０７から入力端子３０１までの間に入る伝送損失量が、第（ｎ＋１）のアンテナ端子３０７から入力端子３０１までの間に入る伝送損失量より、前記移相器３０８ａの１個分の伝送損失量と同じ伝送損失量だけ増えるように損失素子３０９ａを配置するようにしたので、各移相器３０８ａ１〜３０８ａ４において通過損失があっても、各アンテナ素子３１０ａ〜３１０ｄへの電力分配量が異ならず、この結果、ビーム形状の崩れや、ビーム方向の変化量の減少がないアンテナ制御装置３００を提供することができる。また、前記アンテナ制御装置３００をフェイズドアレイアンテナに用いることにより、全アンテナ素子３１０ａ〜３１０ｄから入力端子３０１までの伝送損失量を同じにすることができるので、先鋭なビームを有し、さらにビームチルト量が良好なフェイズドアレイアンテナを実現することができる。


【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
以下、本実施の形態４に係るフェイズドアレイアンテナ４３０を構成するアンテナ制御装置４００について詳細に説明する。
本実施の形態４におけるアンテナ制御装置４００は、１つの入力端子４０１を備え、前記入力端子４０１からの伝送線路４０２が、第１の分岐４０３で２本の伝送線路４０４ａ，４０４ｂに分岐し、また前記第１の分岐４０３で分岐した２本の伝送線路４０４ａ，４０４ｂが、第２の分岐４０５ａ，４０５ｂでそれぞれ２本の伝送線路に分岐して、４本の伝送線路４０６ａ〜４０６ｄに分岐する。


【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
直流阻止素子４１２は、第１の分岐４０３において分岐された２本の伝送線路４０４ａ，４０４ｂに、各々１つずつ設けられ、さらに第２の分岐４０５ａ，４０５ｂ各々において分岐された４本の伝送線路４０６ａ〜４０６ｄに、それぞれ１つずつ設けられており、高周波阻止素子４１１は、負方向ビームチルト用移相器４０８ｂ１，４０８ｂ４，４０８ｂ２の一端、及び正方向ビームチルト用移相器４０８ａ１，４０８ａ４，４０８ａ２の一端に設けられている。


【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
さらに第ｎのアンテナ端子４０７から入力端子４０１までの間に入る移相器４０８の数が第（ｎ＋１）のアンテナ端子４０７から入力端子４０１までの間に入る移相器４０８の数より１個だけ多くなるように、負方向ビームチルト用移相器４０８ｂ１〜４０８ｂ４を配置している。


【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
以下、本発明のフェイズドアレイアンテナ５３０について、詳細に説明する。
Ｘ軸方向のアンテナ制御装置５００ａ１〜５００ａ４の入力端子５０１ａ１〜５０１ａ４は、それぞれＹ軸方向のアンテナ制御装置５００ｂのアンテナ端子５０７ａ〜５０７ｄに接続される。また、ここでは図示していないが、Ｘ軸方向のアンテナ制御装置５００ａ１〜５００ａ４、及びＹ軸方向のアンテナ制御装置５００ｂ内には、前記実施の形態３に記載したように、伝送損失量が同じ値である移相器３０８ａ、及び損失素子３０９ａが、各々４つずつ図３に示すように配置されている。


【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６について、図６を用いて説明する。
本実施の形態６では、前記実施の形態４で説明したアンテナ制御装置を複数組み合わせ、Ｘ軸及びＹ軸方向に指向性を制御可能な２次元アンテナ制御装置を有するフェイズドアレイアンテナについて説明する。
図６は、本発明の実施の形態６に係るフェイズドアレイアンテナの構成を示す図である。


【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
従って、本実施の形態６におけるフェイズドアレイアンテナ６３０は、Ｘ軸方向のアンテナ制御装置６００ａ１〜６００ａ４、及びＹ軸方向のアンテナ制御装置６００ｂそれぞれにおいて、全てのアンテナ端子６０７ａ〜６０７ｄから入力端子６０１までの伝送損失量が同じ値になるとともに、各移相器の受け持つ移相変化量が少なくて済み、これにより、先鋭なビームを有し、さらにビームチルト量が多いＸ軸方向とＹ軸方向の指向性の制御が可能なフェイズドアレイアンテナが実現できる。


【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
例えば、分岐段数ｋ＝３である場合、図７に示すように、アンテナ素子の数ｍは、ｍ＝２＾３＝８となり、移相器の数Ｍ３は、Ｍ３＝Ｍ２×２＋２＾２＝１２となる。そして、この場合の移相器の配置としては、図８（ｃ）に示すように、第（ｎ＋１）（０＜ｎ＜８）のアンテナ端子から入力端子までの間に入る移相器の数が、第ｎのアンテナ端子から入力端子までの間に入る移相器の数より１個だけ多くなるように配置される。なお、図８には、説明を簡略化するため、Ｍｋ個の移相器のみを図示しているが、前記実施の形態３で説明したアンテナ制御装置３００、及びそれを用いたフェイズドアレイアンテナ３３０の構成では、さらに前記移相器と同数のＭｋ個の損失素子等が図３に示されるように配置され、また、前記実施の形態４で説明したアンテナ制御装置４００、及びそれを用いたフェイズドアレイアンテナ４３０の場合には、図示されているＭｋ個の移相器が正方向ビームチルト用移相器である場合には、さらにＭｋ個の負方向ビームチルト用移相器等が図４に示されるように配置される。


【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる、フェイズドアレイアンテナに用いる移相器の構成を示す斜視図（図（ａ））、及びその断面図（図（ｂ））である。
【図２】本発明の実施の形態２にかかる、フェイズドアレイアンテナに用いる移相器の構成を示す斜視図（図（ａ））、及びその断面図（図（ｂ））である。
【図３】本発明の実施の形態３にかかる、フェイズドアレイアンテナの構成を示す図（図（ａ））、及び該フェイズドアレイアンテナの指向性を示す図（図（ｂ））である。
【図４】本発明の実施の形態４にかかる、フェイズドアレイアンテナの構成を示す図（図（ａ））、及び該フェイズドアレイアンテナの指向性を示す図（図（ｂ））である。
【図５】本発明の実施の形態５にかかる、フェイズドアレイアンテナの構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態６にかかる、フェイズドアレイアンテナの構成を示す図である。
【図７】本実施の形態の、アンテナ制御装置あるいは、フェイズドアレイアンテナにおける、分岐段数ｋと、アンテナ素子数ｍと、移相器数Ｍｋとの関係を示す表である。
【図８】ｋ＝１，ｍ＝２の場合（図（ａ））、ｋ＝２，ｍ＝４の場合（図（ｂ））、ｋ＝３，ｍ＝８の場合（図（ｃ））における、移相器の配置を示す図である。
【図９】従来のフェイズドアレイアンテナに用いる移相器の構成を示す図（図（ａ））、及び強誘電体の誘電率変化特性（図（ｂ））を示す図である。
【図１０】
従来のフェイズドアレイアンテナの構成と動作原理を示す図（図（ａ））、及び従来のフェイズドアレイアンテナの指向性を示す図（図（ｂ））である。
【符号の説明】
１００，２００，３０８，７００，８０７　移相器
１０１，２０１，７０１　常誘電体基材
１０２，２０２　常誘電体伝送線路層
１０３，２０３，７０３　マイクロストリップハイブリッドカプラ
１０４，２０４，７０２　強誘電体基材
１０５，２０５　強誘電体伝送線路層
１０６，２０６，７０４　マイクロストリップスタブ
１０７，２０７　接地導体
１０８　スルーホール
２０８　結合窓
３００，４００，５００，８００　アンテナ制御装置
３０１，４０１，５０１，８０８　入力端子
３０２，４０２　伝送線路
３０３，４０３　第１の分岐
３０４，４０４　分岐した２本の伝送線路
３０５，４０５　第２の分岐
３０６，４０６　分岐した４本の伝送線路
３０７，４０７，５０７，６０７　アンテナ端子
３０９　損失素子
３１０，４１０，５１０，６１０，８０６　アンテナ素子
３１１，４１１，８０９　高周波阻止素子
３１２，４１２　直流阻止素子
３２０，８２０　ビームチルト用移相器
３３０，４３０，５３０，６３０，８３０　フェイズドアレイアンテナ
４０８ａ　正方向ビームチルト用移相器
４０８ｂ　負方向ビームチルト用移相器
４２１　負方向ビームチルト電圧
４２２　正方向ビームチルト電圧
５００ａ，６００ａ　Ｘ軸方向のアンテナ制御装置
５００ｂ，６００ｂ　Ｙ軸方向のアンテナ制御装置
５２０ａ　Ｘ軸方向ビームチルト電圧
５２０ｂ　Ｙ軸方向ビームチルト電圧
６２１ａ　Ｘ軸負方向ビームチルト電圧
６２１ｂ　Ｙ軸負方向ビームチルト電圧
６２２ａ　Ｘ軸正方向ビームチルト電圧
６２２ｂ　Ｙ軸正方向ビームチルト電圧
７０５　バイアス電界


【手続補正２５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004023228.tif 000013
【手続補正２６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2004023228.tif 000014
【手続補正２７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2004023228.tif 000015
【手続補正２８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2004023228.tif 000016
【手続補正２９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2004023228.tif 000017