(57)【要約】【課題】  小型化を図れかつＩＭが発生しない可変移相器を提供する。【解決手段】  平行するマイクロストリップ線路１７−１，１７−２と、マイクロストリップ線路１７−１，１７−２に対し、スライド可能かつ電磁結合可能に配設されたラットレース型のハイブリッド回路１５とを備え、マイクロストリップ線路１７−１，１７−２に入出力ポート２３-１〜２３−３を設けている。【選択図】    図２
2005064915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行するマイクロストリップ線路と、
前記マイクロストリップ線路に対し、スライド可能かつ電磁結合可能に配設されたラットレース型のハイブリッド回路と、
を備え、前記マイクロストリップ線路に入出力ポートを設けたことを特徴とする可変移相器。
【請求項２】
前記マイクロストリップ線路と前記ハイブリッド回路との間にシート状絶縁体を介在させ、該ハイブリッド回路を前記シート状絶縁体上でスライドさせるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の可変移相器。
【請求項３】
前記ハイブリッド回路をスライドさせるための電動スライド手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の可変移相器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動通信用の基地局アンテナなどのように、狭い空間において位相を変化させることが要求されるアンテナに用いて好適な可変移相器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、円運動型の可変移相器の従来例を示している。この可変移相器１００は、誘電体基板１０１と、その表面に形成した入力側ストリップ線路１０２および出力側ストリップ線路１０３と、これらの線路１０２，１０３を結合する結合導体１０４とを備えている。
【０００３】
結合導体１０４の基端部は、入力側ストリップ線路１０２の端部に容量結合した状態で誘電体基板１０１に回動可能に支持されている。また、結合導体１０４の先端部は、出力側ストリップ線路１０３の円弧状部と容量結合するように、電気絶縁体を介して該円弧状部上に位置されている。なお、誘電体基板１０１は、その裏面全域に図示していない接地導体が形成されている。（例えば、特許文献１）
【０００４】
上記入力側ストリップ線路１０２の入力端に高周波信号が入力されると、この信号は、結合導体１０４および出力側ストリップ線路１０３を介して該ストリップ線路１０３の両端に分配供給される。
結合導体１０４を回転させると、出力側ストリップ線路１０３に対するこの結合導体１０４の結合位置が変化するので、つまり、その結合位置から出力側ストリップ線路１０３の両端に至る距離が相対的に変化するので、この出力側ストリップ線路１０３の一端および他端に現れる高周波信号相互に位相差が生じることになる。
【０００５】
上記可変移相器１００は、例えば、図６に示すアンテナブロック２００−１，２００−２，２００−３および２００−４を有するアレーアンテナのビームをチルトする手段として使用される。
この図６に示す可変移相器１００−１，１００−２の回転スライド距離（出力側ストリップ線路１０３の長さ）は、アンテナブロック２００−１，２００−２，２００−３および２００−４が等間隔で配列している場合、通常、３：１に設定される。
【０００６】
可変移相器１００−１，１００−２には、分配器２０５を介して高周波信号が入力される。この例では、可変移相器１００−１は、それぞれ−３Ｌおよび＋３Ｌだけ位相が変化された高周波信号をアンテナブロック２００−１および２００−４に供給し、また、可変移相器１００−２は、それぞれ−Ｌおよび＋Ｌだけ位相が変化された高周波信号をアンテナブロック２００−２および２００−３に供給する。
この結果、上記アレーアンテナを構成する各アンテナブロック２００−１，２００−２，２００−３および２００−４の放射中心を示すラインが角度θだけチルトされて、矢視するようにビームの方向が変化される。
【０００７】
一方、可変移相器として図７に示すようなトロンボーン型のものも実用されている。このトロンボーン型移相器３００は、Ｕ字形の同軸導体３０１の一端部および他端部をそれぞれ同軸導体３０２および３０３に摺動可能に挿入し、Ｕ字形同軸導体３００の摺動に伴う入出力間の物理的絶対長の変化によって位相を変化させるものである。（例えば、非特許文献１）
【特許文献１】特開２００１−２１１０２５号公報
【非特許文献１】社団法人  電子通信学会「アンテナ工学ハンドブック」（株）オーム社発行、昭和５５年１０月３０日、ｐ．２５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記円運動型の可変移相器１００は、出力側ストリップ線路１０３が円弧状に形成されているので、形状が大型化し、このため、狭い空間での使用に適さないという欠点がある。
一方、上記トロンボーン型移相器３００は、Ｕ字形の同軸導体３０１の内外導体要素が同軸導体３０１および３０２の内外導体要素に機械的に接触するので、ＩＭが発生するという欠点を有する。
【０００９】
本発明の目的は、このような状況に鑑み、小型化を図れかつＩＭが発生しない可変移相器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、かかる目的を達成するため、平行するマイクロストリップ線路と、このマイクロストリップ線路に対し、スライド可能かつ電磁結合可能に配設されたラットレース型のハイブリッド回路とを備え、前記マイクロストリップ線路に入出力ポートを設けた構成を有する。
この構成によれば、ハイブリッド回路の直線運動によって出力ポートにおける信号の位相が変化される。
【００１１】
実施の形態では、前記マイクロストリップ線路と前記ハイブリッド回路との間にシート状絶縁体を介在させ、該ハイブリッド回路を前記シート状絶縁体上でスライドさせるようにしている。
前記ハイブリッド回路をスライドさせるために、電動スライド手段を設けてもよい。この電動スライド手段を設ければ、移相量を遠隔的に変化させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る可変移相器によれば、ハイブリッド回路を直線運動させて位相を変化させることから、コンパクトかつスリムに構成することができる。したがって、特に直線方向にアレイ化したアンテナの内部に収納する移相器として好適である。また、平行するマイクロストリップ線路とハイブリッド回路間における信号の伝送が電磁結合を介して行われるので、ＩＭが発生しないという利点も持つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、従来から可変移相器、電力分配器、可変減衰器等の構成要素として使用されているラットレース型のハイブリッド回路１を示している。このハイブリッド回路１は、誘電体基板３上の金属箔からなるストリップライン５ａ〜５ｄによって形成されている。
【００１４】
ストリップライン５ａ〜５ｄは、正方形状のリングを構成するように接続されている。このストリップライン５ａ〜５ｄは、例えば、ハイブリッド回路１の出力ポート７−２，７−３から位相差が９０°で振幅比が１：１の電力をそれぞれ出力させる場合、次のように形成される。
【００１５】
すなわち、入力ポート７−１のインピーダンスをＺとすると、この入力ポート７−１から延びるストリップライン５ａとこれに平行するストリップライン５ｃは、それぞれインピーダンスが約Ｚ／√２で長さがλ／４（λは設計周波数の波長）となるように形成される。また、ストリップライン５ａ，５ｃ間に介在するストリップライン５ｂ，５ｄは、インピーダンスが約Ｚで長さがλ／４となるようにそれぞれ形成される。
なお、このハイブリッド回路５におけるアイソレーションポート７−４からはほとんど電力が出力されない。
【００１６】
図２は、本発明に係る可変移相器の実施形態を示した平面図、図３は図２のＡ−Ａ線による断面図である。
この可変移相器１０は、可動カプラとしてのハイブリッド回路１５と、互いに平行する一対のマイクロストリップ線路１７−１，１７−２とを備えている。
ハイブリッド回路１５は、図１に示すハイブリッド回路５に準じる構成を有している。すなわち、ハイブリッド回路１５は、誘電体基板１３上に前記ストリップライン５ａ〜５ｄに対応するストリップライン１５ａ〜１５ｄを形成することによって構成されている。
【００１７】
ここで、この可変移相器１０の電力分配比を１：１とし、マイクロストリップ線路１７−１，１７−２の入力インピーダンスをＺＸとした場合、ストリップライン１５ａ，１５ｃは、インピーダンスが約ＺＸ／√２で長さがλ１／４（λ１は設計周波数の波長）となるようにそれぞれ形成され、ストリップライン１５ｂ，１５ｄは、インピーダンスが約ＺＸで長さがλ１／４となるようにそれぞれ形成される。
【００１８】
マイクロストリップ線路１７−１，１７−２は、互いの間隔がλ１／４になるように誘電体基板１９上に形成されている。なお、誘電体基板１９は、その下面全域に接地導体１９ａが設けられている。
誘電体基板１３は、ハイブリッド回路１５のストリップライン１５ｂ，１５ｄがシート状絶縁体２１を介してマイクロストリップ線路１７−１，１７−２に当接するように位置決めされ、かつ、該線路１７−１，１７−２に沿って移動し得るように図示していない支持手段によって支持されている。
したがって、ハイブリッド回路１５は、マイクロストリップ線路１７−１，１７−２と電磁的に結合した状態で該線路１７−１，１７−２上を移動することができる。
【００１９】
このような構成を有する可変移相器１０において、例えば、マイクロストリップ線路１７−１の一端を入力ポート２３−１とすると、他方のマイクロストリップ線路１７−２の一端および他端がそれぞれ出力ポート２３−２および２３−３になり、マイクロストリップ線路１７−１の他端がアイソレーションポート２３−４になる。
【００２０】
すなわち、上記入力ポート２３-１に波長λ１の高周波信号が入力されると、出力ポート２３−２からは、マイクロストリップ線路１７−１→ライン１５ａ→マイクロストリップ線路１７−２というパスを通る信号と、マイクロストリップ線路１７−１→ライン１５ｄ→ライン１５ｃ→ライン１５ｂ→マイクロストリップ線路１７−２というパスを通る信号とが合成されて出力される。
【００２１】
また、出力ポート２３−３からは、マイクロストリップ線路１７−１→ライン１５ａ→ライン１５ｂ→マイクロストリップ線路１７−２というパスを通る信号と、マイクロストリップ線路１７−１→ライン１５ｄ→ライン１５ｃ→マイクロストリップ線路１７−２というパスを通る信号とが合成されて出力される。
【００２２】
上記ハイブリッド回路１５をスライド移動操作した場合、出力ポート２３−２に現れる高周波信号の位相は変化するものの、出力ポート２３−２に現れる高周波信号の位相は固定される。以下、その理由について述べる。
例えば、ハイブリッド回路１５を図示の位置から右方にスライドさせると、ポート２３-１，２３−２からハイブリッド回路１５に至る距離がそれぞれ増大するので、入力ポート２３-１から出力ポート２３-２に至る線路の長さが増大することになる。したがって、上記ハイブリッド回路１５のスライド操作は、出力ポート２３−２に現れる高周波信号の位相を変化させることになる。
【００２３】
一方、上記のようにハイブリッド回路１５を右方にスライドさせた場合、入力ポート２３-１からハイブリッド回路１５に至る距離が増大するものの、その増大量だけ出力ポート２３-３からハイブリッド回路１５に至る距離が減少するので、入力ポート２３-１から出力ポート２３-２に至る線路の長さは変化しないことになる。したがって、上記ハイブリッド回路１５のスライド操作は、出力ポート２３−３に現れる高周波信号の位相に影響を与えない。
【００２４】
かくして、この実施の形態に係る可変移相器１０においては、出力ポート２３−２からハイブリッド回路１５のスライド量に対応する量だけ位相が変化された高周波信号が分配出力されるとともに、出力ポート２３−２からは位相変化のない高周波信号が分配出力され、また、アイソレーションポート２３−４には高周波信号がほとんど現れないことになる。
なお、上記出力ポート２３−２および２３-３から出力される高周波信号の振幅は、ストリップライン１５ａ，１５ｃのインピーダンスを変えることによって調整することができる。
【００２５】
上記実施の形態に係る可変移相器１０は、ハイブリッド回路１５を直線運動させて位相を変化する構成を有するので、形状をスリムにすることができる。したがって、直線方向にアレイ化したアンテナの内部に収納する移相器として好適である。また、マイクロストリップ線路１７−１，１７−２とハイブリッド回路１５とを電磁結合させてあるので、ＩＭが発生しないという利点を持つ。
【００２６】
上記ハイブリッド回路１５は、手動操作でスライドさせても良い。しかし、上記可変移相器１０を複数配設して、それらによる移相量を同時にかつ遠隔的に調整する場合には、ハイブリッド回路１５をスライドさせるための適宜な電動アクチュエータを設けることが望ましい。そこで、この実施の形態に係る可変移相器１０では、モータを用いた図示していないスライド機構を併設するようにしている。
【００２７】
ところで、上記可変移相器１０は、例えば図４に示すアンテナブロック３０−１，３０−２，３０−３および３０−４を有した４ブロック構成のアレーアンテナのビームをチルトさせる手段として使用される。
この図４において、可変移相器１０−１の入力ポート２３−１から入力される波長λ１の高周波信号は、該移相器１０−１の出力ポート２３-２，２３−３に分配される。出力ポート２３−２に分配される信号は、この移相器１０−１のハイブリッド回路１５をスライド操作することによってその位相を変化させることができる信号（可変位相信号）であり、また、出力ポート２３−３に分配される信号は、ハイブリッド回路１５のスライド位置には関係のない固定位相を有する。
【００２８】
移相器１０−１の出力ポート２３-３から出力される固定位相信号は、可変移相器１０−２の入力ポート２３−１に入力された後、この移相器１０−２の出力ポート２３-２および２３−３にそれぞれ可変位相信号および固定位相信号として分配される。
同様に、移相器１０−１の出力ポート２３-２から出力される可変位相信号は、可変移相器１０−３の入力ポート２３−１に入力された後、この移相器１０−３の出力ポート２３-２および２３−３にそれぞれ可変位相信号および固定位相信号として分配される。
【００２９】
可変移相器１０−１におけるハイブリッド回路１５のスライド距離は２Ｌに設定され、可変移相器１０−２および１０−３における同距離はそれぞれＬに設定されている。したがって、可変移相器１０−１は、その出力ポート２３−２から４Ｌに相当する量だけ位相が変化した信号を取り出すことができ、また、可変移相器１０−２および１０−３は、その出力ポート２３−２から２Ｌに相当する量だけ位相が変化した信号を取り出すことができる。なお、可変移相器１０−１，１０−２および１０−３のアイソレーションポート２３−４には、終端抵抗Ｒが接続されている。
【００３０】
アンテナブロック３０−１および３０−２は、それぞれ移相器１０−２の出力ポート２３−３および２３−２に接続され、また、アンテナブロック３０−３および３０−４は、それぞれ移相器１０−３の出力ポート２３−３および２３−２に接続されている。
したがって、アンテナブロック３０−１には、位相変化のない高周波信号が供給され、またアンテナブロック３０−１には、移相器１０−２によって２Ｌに相当する量だけ位相が変化された高周波信号が供給される。そして、アンテナブロック３０−３には、移相器１０−１によって４Ｌに相当する量だけ位相が変化された後、移相器１０−３を位相変化なしに通過した高周波信号が供給され、さらに、アンテナブロック３０−４には、移相器１０−１によって４Ｌに相当する量だけ位相が変化された後、移相器１０−３によって更に２Ｌに相当する量だけ位相が変化された、つまり、合計６Ｌに相当する量だけ位相が変化された高周波信号が供給されることになる。
【００３１】
この結果、アレーアンテナを構成する各アンテナブロック３０−１，３０−２，３０−３および３０−４の放射中心を示すラインが角度θ１だけチルトされて、矢視するようにビームの方向が変化される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ラットレース型のハイブリッド回路の構成を示す平面図である。
【図２】本発明に係る可変移相器の実施の形態を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線による断面図である。
【図４】本発明に係る可変移相器を複数用いてアレーアンテナのチルト角を変更させる場合の各可変移相器の接続図である。
【図５】円運動型の可変移相器を示す平面図である。
【図６】円運動型の可変移相器を複数用いてアレーアンテナのチルト角を変更させる場合の各可変移相器の接続図である。
【図７】トロンボーン型の可変移相器を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１３  誘電体基板
１５  ハイブリッド回路
１５ａ〜１５ｄ  ストリップライン
１７−１，１７−２  マイクロストリップ線路
１９  誘電体基板
２１  シート状絶縁体
２３-１入力ポート
２３−２，２３−３  出力ポート
２３−４  アイソレーションポート
３０−１〜３０−４  アンテナブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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