(57)【要約】【課題】移相幅を段階的に調節可能な移相器を、簡単な構成で具現化するための技術を提供する。【解決手段】移相器は、入出力端から反対端まで伸びている第１伝送線路と、入出力端から反対端まで伸びている第２伝送線路と、一端が第２伝送線路の反対端に接続されており、他端が接地されている抵抗器と、第１伝送線路の反対端と第２伝送線路の第１位置を導通／遮断する第１スイッチと、第１伝送線路の反対端と第２伝送線路の第２位置を導通／遮断する第２スイッチを有している。【選択図】図１
2005303690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力端から反対端まで伸びている第１伝送線路と、
入出力端から反対端まで伸びている第２伝送線路と、
一端が第２伝送線路の反対端に接続されており、他端が接地されている抵抗器と、
第１伝送線路の反対端と第２伝送線路の第１位置を導通／遮断する第１スイッチと、
第１伝送線路の反対端と第２伝送線路の第２位置を導通／遮断する第２スイッチと、
を有する移相器。
【請求項２】
入出力端から反対端まで伸びている第１伝送線路と、
入出力端から反対端まで伸びている第２伝送線路と、
一端が第１伝送線路の反対端に接続されており、他端が接地されている第１抵抗器と、
一端が第２伝送線路の反対端に接続されており、他端が接地されている第２抵抗器と、
第１伝送線路の第１位置と第２伝送線路の第１位置を導通／遮断する第１スイッチと、
第１伝送線路の第２位置と第２伝送線路の第２位置を導通／遮断する第２スイッチと、
を有する移相器。
【請求項３】
第１伝送線路および／または第２伝送線路がマイクロストリップ線路であることを特徴とする請求項１または２に記載の移相器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波回路等に用いられる移相器に関し、特に、移相幅を段階的に調節可能な移相器に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波帯域等の高周波信号を取り扱う高周波回路では、所望する位相の高周波信号を得るために移相器が利用されている。図７に、移相器を利用する高周波回路の一例として、フェーズドアレイアンテナ１００の構成を模式的に示す。フェーズドアレイアンテナ１００は、高周波信号を出力する発振器１０２、第１アンテナ１０４、第２アンテナ１０６、発振器１０２と第１アンテナ１０４を結ぶ第１伝送線路１０８、発振器１０２と第２アンテナ１０６を結ぶ第２伝送線路１１０、第２伝送線路に介挿されている移相器１１２等から構成されている。
高周波信号は波長が短いので、伝送線路の長さによって位相が敏感に変化する。発振器１０２と第１アンテナ１０４を結ぶ伝送線路の長さと、発振器１０２と第２アンテナ１０６を結ぶ伝送線路の長さが相違すると、第１アンテナ１０４に入力される高周波信号の位相と第２アンテナ１０６に入力される高周波信号の位相がずれる。フェーズドアレイアンテナ回路１００に利用される移相器１１２には、冗長な伝送線路１１２ａが設けられており、第１アンテナ１０４に入力される高周波信号の位相に対して、第２アンテナ１０６に入力される高周波信号の位相が、所定の位相差だけ遅れる関係に調整する。その結果、第１アンテナ１０４と第２アンテナ１０６は互いに位相が異なる電波を発信し、全体としてフェーズドアレイアンテナ回路１００は指向性を持った電波Ｄを発信する。移相器１１２の伝送線路１１２ａの長さを調節することで、第１アンテナ１０２と第２アンテナ１０４が発信する電波の位相差を調節することができ、電波Ｄに所望する指向性を与えることができる。
【０００３】
高周波回路では、移相幅が固定式の移相器や、移相幅が調節可能な可変移相器が適宜利用されている。移相幅が調節可能な可変移相器は、伝送線路長を調節可能に構成されており、伝送線路長を連続的に調節可能な移相器や、伝送線路長を段階的に調節可能な段階可変型の移相器等が知られている。段階可変型の移相器としては、長さの異なる伝送線路を複数有し、使用する伝送線路を切換えて伝送線路長を変化させるスイッチドライン型の移相器が知られている。
図８に、従来のスイッチドライン型の移相器１２０、１４０、１５０、１６０と、それらの移相器１２０、１４０、１５０、１６０を組合せた４ビット（１６段階）型の移相器群１８０の構成を示す。従来のスイッチドライン型の移相器１２０は、高周波信号Ｘを入力する入力伝送線路１２２と、基準伝送線路１２４と、基準伝送線路１２２よりも線路長の長い遅延伝送線路１２８と、高周波信号Ｙを出力する出力伝送線路１２６と、スイッチ１３２、１３４、１３６、１３８等を有している。
移相器１２０は、スイッチ１３２、１３４をオンし、スイッチ１３６、１３８がオフして、基準伝送線路１２４を用いた伝送線路を形成する。あるいは、スイッチ１３２、１３４をオフし、スイッチ１３６、１３８をオンして、遅延伝送線路１２８を用いた伝送線路を形成する。スイッチドライン型の移相器１２０は、線路長の異なる基準伝送線路１２４と遅延伝送線路１２８を切換えて用いることにより、形成する伝送線路の線路長を変更して、入力信号Ｘと出力信号Ｙの位相差（移相幅）を変化させる。
図８に示すように、基準伝送線路１２４、１４４、１５４、１６４と遅延伝送線路１２８、１４８、１５８、１６８の線路長が異なる４つのスイッチドライン型の移相器１２０、１４０、１５０、１６０を組合せることにより、４ビット型の移相器群１８０が構成される。４ビット型の移相器群１８０は、伝送線路長を１６段階に調節することにより、移相幅を１６段階に調節することができる。
特許文献１には、伝送線路長を多段階に調節可能なスイッチドライン型の移相器が記載されている。この移相器は、複数の伝送線路群と、伝送線路群の倍の数以上のスイッチを用いて、伝送線路長を多段階に変化させようとするものである。
【特許文献１】特開平５−３３５８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のスイッチドライン型の移相器は、長さの異なる複数の伝送線路や、それらの伝送線路を回路と導通／遮断するスイッチ等を必要とし、伝送線路長を多段階に調節するためには、多数の伝送線路群と多数のスイッチ群等が必要となり、構成が複雑になってしまうという問題がある。移相幅を段階的に調節可能な移相器を、簡単な構成で具現化するための技術が必要とされている。
本発明は、この課題を解決する。本発明は、移相幅を段階的に調節可能な移相器を、簡単な構成で具現化するための技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明が提供する一つの移相器は、入出力端から反対端まで伸びている第１伝送線路と、入出力端から反対端まで伸びている第２伝送線路と、一端が第２伝送線路の反対端に接続されており、他端が接地されている抵抗器と、第１伝送線路の反対端と第２伝送線路の第１位置を導通／遮断する第１スイッチと、第１伝送線路の反対端と第２伝送線路の第２位置を導通／遮断する第２スイッチを有している。
ここでいう伝送線路とは、例えば導体線路、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプラナー線路、同軸ケーブル等のように、高周波信号をそれに沿って伝送可能なものを意図している。それぞれの伝送線路は、一つの形態の伝送線路で構成してもよいし、複数の形態の伝送線路を組み合わせて構成してもよい。
第１、第２スイッチは、それぞれを単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチによって構成してもよいし、第１、第２スイッチを一つの単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチによって構成することもできる。
【０００６】
この移相器では、第１スイッチまたは第２スイッチによって第１伝送線路と第２伝送線路を導通し、第１、第２伝送線路に亘る伝送線路を形成する。即ち、第１伝送線路の両端のうち、第１、第２スイッチが接続されていない方の端（入出力端）から高周波信号を入力すると、入力された高周波信号は第１伝送線路を進み、第１伝送線路の反対端から第１スイッチまたは第２スイッチを通って第２伝送線路へと進み、第２伝送線路の両端のうち、抵抗器が接続されていない方の端（入出力端）から高周波信号を取り出すことができる。あるいは、第２伝送線路の入出力端から高周波信号を入力すると、第１伝送線路の入出力端から高周波信号を取り出すことができる。移相器に入力している高周波信号と、移相器から出力されている高周波信号の間には、形成されている伝送線路の長さに基づいた位相差が生じる。
【０００７】
第１、第２伝送線路や、第１、第２スイッチによって形成される伝送線路の長さは、第１、第２スイッチのオン／オフの組み合わせによって決まる。第１スイッチがオンしており、第２スイッチがオフしていると、第１伝送線路の反対端（入出力端と反対側の端）と第２伝送線路の第１位置が導通して伝送線路が形成される。第１スイッチがオフしており、第２スイッチがオンしていると、第１伝送線路の反対端と第２伝送線路の第２位置が導通して伝送線路が形成される。第１、第２スイッチのオン／オフを切換えることにより、形成する伝送線路の長さを段階的に変更して、移相幅を段階的に変更することができる。
【０００８】
上記のように移相器を構成すると、第２伝送線路の一部が余長部分となって、伝送線路上に無用な分岐路が形成されてしまう。例えば第１スイッチがオンしており、第２スイッチがオフでしている場合では、第２伝送線路の第１位置から反対端（入出力端と反対側の端）までの部分が余長部分となる。第１スイッチがオフしており、第２スイッチがオンしている場合では、第２伝送線路の第２位置から反対端までの部分が余長部分となる。一般に高周波回路では、伝送線路上に無用な分岐路が存在していると、その分岐路の長さと波長の関係に基づいて伝送損失が著しく増大するという問題が知られている。従来のスイッチドライン型の移相器では、使用しない伝送線路を回路から完全に分離するために、多数のスイッチ等が配設されている。
【０００９】
本発明者は、伝送線路上に無用な分岐路が存在するときに、その分岐路の終端を抵抗器を介して接地しておくと、伝送損失が有意に低減されることを見出した。本発明者はこの知見に基づいてさらに研究を重ね、この新規で有用な移相器を具現化するに至った。即ち、この移相器では、第２伝送線路の反対端が抵抗器を介して接地されている。それにより、第１、第２伝送線路や第１、第２スイッチ等によって伝送線路を構成するときに、第２伝送線路の一部が余長部分となることが許容される。余長部分が存在していても、抵抗器が存在することによって、伝送損失が著しく増大するという現象を抑制することができる。
この移相器では、第２伝送線路を十分な長さで形成しておき、第１スイッチや第２スイッチによって、第１伝送線路の反対端を第２伝送線路上の任意の位置と導通させて、必要な伝送線路長を得ることができる。余長部分となった第２伝送線路の一部を回路から分離する必要がなく、そのためのスイッチ等を必要としない。
この移相器によれば、移相幅を段階的に調節可能な移相器を、簡単な構成で具現化することができる。
【００１０】
本発明が提供する他の移相器は、入出力端から反対端まで伸びている第１伝送線路と、入出力端から反対端まで伸びている第２伝送線路と、一端が第１伝送線路の反対端に接続されており、他端が接地されている第１抵抗器と、一端が第２伝送線路の反対端に接続されており、他端が接地されている第２抵抗器と、第１伝送線路の第１位置と第２伝送線路の第１位置を導通／遮断する第１スイッチと、第１伝送線路の第２位置と第２伝送線路の第２位置を導通／遮断する第２スイッチを有している。
【００１１】
この移相器では、第１スイッチまたは第２スイッチによって第１伝送線路と第２伝送線路を導通し、第１、第２伝送線路に亘る伝送線路を構成する。即ち、第１伝送線路の入出力端から高周波信号を入力すると、入力された高周波信号は第１伝送線路を進み、第１スイッチまたは第２スイッチを通って第２伝送線路へと進み、入出力端から高周波信号を取り出すことができる。あるいは、第２伝送線路の入出力端から高周波信号を入力すると、第１伝送線路の入出力端から高周波信号を取り出すことができる。移相器に入力している高周波信号と、移相器から出力されている高周波信号の間には、形成されている伝送線路の長さに基づいた位相差が生じる。
この移相器では、第１スイッチがオンしており、第２スイッチがオフしていると、第１伝送線路の第１位置と第２伝送線路の第１位置が導通して伝送線路が形成される。また、第１スイッチがオフしており、第２スイッチがオンしていると、第１伝送線路の第２位置と第２伝送線路の第２位置が導通して伝送線路が形成される。第１、第２スイッチのオン／オフを切換えることにより、形成する伝送線路の長さを変更して、移相幅を変更することができる。
この移相器では、第１伝送線路の反対端が第１抵抗器を介して接地されており、第２伝送線路の反対端が第２抵抗器を介して接地されているので、第１伝送線路の一部や第２伝送線路の一部が、それぞれ余長部分となることを許容する。余長部分となった第１伝送線路の一部や第２伝送線路の一部を回路から分離する必要がなく、そのためのスイッチ等を必要としない。
この移相器によれば、移相幅を段階的に調節可能な移相器を、簡単な構成で具現化することができる。
【００１２】
上記の移相器では、第１伝送線路および／または第２伝送線路をマイクロストリップ線路で構成することが好ましい。
第１伝送線路や第２伝送線路等をマイクロストリップ線路で構成することにより、移相器をより簡単な構成で具現化することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、移相幅を段階的に調節可能な移相器を、簡単な構成で具現化するための技術が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（形態１）移相器は、互いに長さの等しい第１伝送線路と第２伝送線路を有している。第１、第２伝送線路は、互いに一定の間隔を隔てて位置している。ここで、互いに一定の間隔を隔てて位置するとは、例えば平行な２直線の関係や同心円の関係等を例示することができる。
（形態２）移相器は、第１伝送線路と第２伝送線路を導通／遮断する４つの第１〜第４スイッチを有している。第１〜第４スイッチの配置間隔は略等しい。
（形態３）移相器は、第１、第２伝送線路よりも長く、互いに長さの等しい第３伝送線路と第４伝送線路を有している。第３、第４伝送線路は、互いに一定の間隔を隔てて位置している。
（形態４）移相器は、第３伝送線路と第４伝送線路を導通／遮断する４つの第５〜第８スイッチを有している。第５〜第８スイッチは互いに略等しい間隔で配置されている。第５〜第８スイッチ同士の間隔は、第１〜第４スイッチ同士の間隔の略４倍となっている。
（形態５）移相器は、第２伝送線路と第３伝送線路の両者の入出力端を接続する接続伝送線路を有している。第２伝送線路と第３伝送線路と接続伝送線路は一体化して１つの連続する伝送線路を形成している。その連続する伝送線路の両端は、それぞれ抵抗器を介して接地されている。
【実施例】
【００１５】
（実施例１）  以下、本発明を具現化した実施例の移相器について、図面を参照して説明する。図１は、本実施例の移相器１０の外観を示している。図２は、移相器１０の回路構成を示している。
図１、図２に示すように、移相器１０は、電気的に接地されている導体板６と、導体板６上に形成されている誘電体基板８を有している。また、誘電体基板８の表面８ａに形成されている第１伝送線路１２と、第２伝送線路２２と、第３伝送線路３２と、第４伝送線路４２を有している。
【００１６】
移相器１０は、第１伝送線路１２の一端１２ｂ（後記する入出力端１２ａの反対端）と導体板６を接続している第１抵抗器１６と、第２伝送線路２２の一端２２ｂ（後記する入出力端２２ａの反対端）と導体板６を接続している第２抵抗器２６と、第３伝送線路３２の一端３２ｂ（後記する入出力端３２ａの反対端）と導体板６を接続している第３抵抗器３６と、第４伝送線路４２の一端４２ｂ（後記する入出力端４２ａの反対端）と導体板６を接続している第４抵抗器４６を有している。
移相器１０は、第１伝送線路１２と第２伝送線路２２を導通／遮断する第１スイッチ５１、第２スイッチ５２、第３スイッチ５３、第４スイッチ５４を有している。また、第３伝送線路３２と第４伝送線路４２を導通／遮断する第５スイッチ５５、第６スイッチ５６、第７スイッチ５７、第８スイッチ５８を有している。
移相器１０は、誘電体基板８の表面８ａに形成されており、第１伝送線路１２の一端（入出力端）１２ａに接続している入力伝送線路６２と、第２伝送線路２２の一端（入出力端）２２ａと第３伝送線路の一端（入出力端）３２ａを接続している接続伝送線路６４と、第４伝送線路４２の一端（入出力端）４２ａに接続している出力伝送線路６６を有している。
【００１７】
導体板６は、導体で形成されている板状部材であり、例えば金属等で形成することができる。本実施例では、導体板６を銅で形成している。導体板６は電気的に接地されている。
誘電体基板８は、誘電体で形成されている板状部材であり、例えば樹脂材料やセラミック材料で形成することができる。本実施例では、誘電体基板８をテフロン（登録商標）樹脂で形成している。
第１伝送線路１２は、導体で形成された長手方向に伸びる板状部材であり、例えば金属等で形成することができる。第２伝送線路２２は、導体で形成された長手方向に伸びる板状部材であり、例えば金属等で形成することができる。本実施例では、第１、第２伝送線路１２、２２を銅（銅箔）で形成している。第１伝送線路１２と第２伝送線路２２は、同一の構成であってもよいし、異なる構成であってもよいが、同一の構成である方が好ましい。本実施例では、第１伝送線路１２と第２伝送線路２２を、同一の構成によって形成している。図１に示すように、第１伝送線路１２と第２伝送線路２２は略平行に配置されている。それにより、第１、第２伝送線路１２、２２間の最短距離は、第１、第２伝送線路１２、２２上のいずれの位置においても略同一である。第１、第２伝送線路１２、２２は、誘電体基板８を介在させて導体板６と対向している。
【００１８】
第３伝送線路３２は、導体で形成された長手方向に伸びる板状部材であり、例えば金属等で形成することができる。第４伝送線路４２は、導体で形成された長手方向に伸びる板状部材であり、例えば金属等で形成することができる。本実施例では、第３、第４伝送線路３２、４２を銅（銅箔）で形成している。第３伝送線路３２と第４伝送線路４２は、同一の構成であってもよいし、異なる構成であってもよいが、同一の構成である方が好ましい。本実施例では、第３伝送線路３２と第４伝送線路４２を、同一の構成によって形成している。図１に示すように、第３伝送線路３２と第４伝送線路４２は略平行に配置されている。それにより、第３、第４伝送線路３２、４２同士の最短距離は、第３、第４伝送線路３２、４２のいずれの位置においても略同一である。第３、第４伝送線路３２、４２は、誘電体基板８を介在させて導体板６と対向している。
第１、第２伝送線路１２、２２に比して、第３、第４伝送線路３２、４２は長手方向に長く形成されている。詳しくは、第１、第２伝送線路１２、２２の長手方向の寸法に比して、第３、第４伝送線路の長手方向の寸法は略４倍となっており、図２に示すように、第１、第２伝送線路１２、２２の長手方向の寸法を３・Ｌと表すと、第３、第４伝送線路の長手方向の寸法は、その４倍の１２・Ｌと表すことができる。
ここで、図２に示すように、第１〜第４伝送線路１２〜４２の長手方向に沿ってＰ座標軸を定めておく。Ｐ座標軸の原点位置は、第１〜第４伝送線路１２〜４２の端部１２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａの位置とする。例えば第１、第２伝送線路１２、２２は、Ｐ座標値がＰ＝０からＰ＝３・Ｌまでの区間に亘って形成されていると表現できる。また、第３、第４伝送線路３２、４２は、Ｐ座標値がＰ＝０からＰ＝１２・Ｌまでの区間に亘って形成されていると表現できる。
【００１９】
上記の説明から明らかなように、第１、第２、第３、第４伝送線路１２、２２、３２、４２（以下、第１〜第４伝送線路１２〜４２と記す）は、いわゆるマイクロストリップ線路と呼ばれる構成となっている。
図３は、図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図であり、本実施例の第１〜第４伝送線路１２〜４２の構成をよく示す図である。ここで、本実施例の第１〜第４伝送線路１２〜４２等の構成を説明する。
第１〜第４伝送線路１２〜４２の断面寸法（幅Ｗ、厚みＴ）や、誘電体基板８の比誘電率εｒは、適宜設定することができる。よく知られているように、第１〜第４伝送線路１２〜４２の寸法形状や誘電体基板８の比誘電率εｒによって、第１〜第４伝送線路１２〜４２の特性インピーダンスを調節することが可能である。所望する特性インピーダンスに応じて、第１〜第４伝送線路１２〜４２の寸法形状や誘電体基板８の比誘電率εｒを設定するとよい。
【００２０】
ここで、本実施例の具体的な構成を一例として挙げる。本実施例の移相器１０は、第１、第２伝送線路１２、２２同士の間隙Ｄが、およそ８ミリメートルに設定されている。また、第３、第４伝送線路３２、４２同士の間隙Ｄも、およそ８ミリメートルに設定されている。第１〜第４伝送線路１２〜４２の幅Ｗが、およそ２．１５ミリメートルに設定されている。第１〜第４伝送線路１２〜４２の厚みＴが、およそ０．０１６ミリメートルに設定されている。上記のように、本実施例では第１〜第４伝送線路１２〜４２の断面形状が略同一に形成されている。
誘電体基板８は、比誘電率εｒが２．５であり、誘電体基板８の厚みＨはおよそ０．７８ミリメートルに設定されている。
これらの設定により、第１〜第４伝送線路１２〜４２の特性インピーダンスは、およそ５０オームとなっている。また、第１、第２伝送線路１２、２２に対する実効比誘電率εｅは、およそ２．１となっている。
【００２１】
第１、第２、第３、第４抵抗器１６、２６、３６、４６（以下、第１〜第４抵抗器１６〜４６と記す）は、所定の抵抗値の抵抗器である。第１〜第４抵抗器１６〜４６の抵抗値は、およそ５０〜１２５オーム程度が好ましく、ネットワークアナライザ等の測定器を用いて最適値を設定するとよい。本実施例の第１〜第４抵抗器１６〜４６は、抵抗値がおよそ５０オームに設定されている。
図１に示すように、第１抵抗器１６は、第１伝送線路１２の反対端１２ｂと導体板６の間に電気的に介挿されている。また、第２抵抗器２６は、第２伝送線路２２の反対端２２ｂと導体板６の間に電気的に介挿されている。また、第３抵抗器３６は、第３伝送線路３２の反対端３２ｂと導体板６の間に電気的に介挿されている。また、第４抵抗器４６は、第４伝送線路４２の反対端４２ｂと導体板６の間に電気的に介挿されている。即ち、図２に示すように、第１抵抗器１６の一端１６ａと第１伝送線路１２の一端１２ｂは電気的に接続されており、第１抵抗器１６の他端１６ｂは電気的に接地されている。また、第２抵抗器２６の一端２６ａと第２伝送線路２２の一端２２ｂは電気的に接続されており、第２抵抗器２６の他端２６ｂは電気的に接地されている。また、第３抵抗器３６の一端３６ａと第３伝送線路３２の一端３２ｂは電気的に接続されており、第３抵抗器３６の他端３６ｂは電気的に接地されている。また、第４抵抗器４６の一端４６ａと第４伝送線路４２の一端４２ｂは電気的に接続されており、第４抵抗器４６の他端４６ｂは電気的に接地されている。即ち、第１〜第４伝送線路１２〜４２のそれぞれの一端１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、４２ｂは、それぞれ第１〜第４抵抗器１６〜４６を介して接地されている。
【００２２】
図１、図２に示すように、第１、第２、第３、第４スイッチ５１、５２、５３、５４（以下、第１〜第４スイッチ５１〜５４と記す）は、第１伝送線路１２と第２伝送線路２２の間に設けられており、第１伝送線路１２と第２伝送線路２２を導通／遮断することができる。
図２に示すように、第１スイッチ５１は座標Ｐ＝ゼロの位置に配置されており、第１伝送線路１２上の座標Ｐ＝ゼロの位置（第１位置）と、第２伝送線路２２上の座標Ｐ＝ゼロの位置（第１位置）を導通／遮断する。即ち、第１スイッチ５１は、第１伝送線路１２の入出力端１２ａと、第２伝送線路２２の入出力端２２ａを導通／遮断する。第２スイッチ５２は、座標Ｐ＝Ｌの位置に配置されており、第１伝送線路１２上の座標Ｐ＝Ｌの位置（第２位置）と、第２伝送線路２２上の座標Ｐ＝Ｌの位置（第２位置）を導通／遮断する。第３スイッチ５３は、座標Ｐ＝２・Ｌの位置に配置されており、第１伝送線路１２上の座標Ｐ＝２・Ｌの位置（第３位置）と、第２伝送線路２２上の座標Ｐ＝２・Ｌの位置（第３位置）を導通／遮断する。第４スイッチ５４は、座標Ｐ＝３・Ｌの位置に配置されており、第１伝送線路１２上の座標Ｐ＝３・Ｌの位置（第４位置）と、第２伝送線路２２上の座標Ｐ＝３・Ｌの位置（第４位置）を導通／遮断する。即ち、第４スイッチ５４は、第１伝送線路１２の反対端１２ｂと、第２伝送線路２２の反対端２２ｂを導通／遮断する。
移相器１０は、第１〜第４スイッチ５１〜５４のいずれか一つのスイッチのみをオンしているように、第１〜第４スイッチ５１〜５４の動作を制御する。それにより、座標Ｐ＝ゼロ，Ｌ，２・Ｌ，３・Ｌのいずれかの位置において、第１伝送線路１２と第２伝送線路２２は導通される。
【００２３】
図１、図２に示すように、第５、第６、第７、第８スイッチ５５、５６、５７、５８（以下、第５〜第８スイッチ５５〜５８と記す）は、第３伝送線路３２と第４伝送線路４２の間に設けられており、第３伝送線路３２と第４伝送線路４２を導通／遮断することができる。
図２に示すように、第５スイッチ５５は座標Ｐ＝ゼロの位置に配置されており、第３伝送線路３２上の座標Ｐ＝ゼロの位置（第１位置）と、第４伝送線路４２上の座標Ｐ＝ゼロの位置（第１位置）を導通／遮断する。即ち、第５スイッチ５５は、第３伝送線路３２の入出力端３２ａと、第４伝送線路４２の入出力端４２ａを導通／遮断する。第６スイッチ５６は、座標Ｐ＝４・Ｌの位置に配置されており、第３伝送線路３２上の座標Ｐ＝４・Ｌ（第２位置）の位置と、第４伝送線路４２上の座標Ｐ＝４・Ｌの位置（第２位置）を導通／遮断する。第７スイッチ５７は、座標Ｐ＝８・Ｌの位置に配置されており、第３伝送線路３２上の座標Ｐ＝８・Ｌの位置（第３位置）と、第４伝送線路４２上の座標Ｐ＝８・Ｌの位置（第３位置）を導通／遮断する。第８スイッチ５８は、座標Ｐ＝１２・Ｌの位置に配置されており、第３伝送線路３２上の座標Ｐ＝１２・Ｌの位置（第４位置）と、第４伝送線路４２上の座標Ｐ＝１２・Ｌの位置（第４位置）を導通／遮断する。
移相器１０は、第５〜第８スイッチ５５〜５８のいずれか一つのスイッチのみがオンしているように、第５〜第８スイッチ５５〜５８の動作を制御する。それにより、座標Ｐ＝ゼロ，４・Ｌ，８・Ｌ，１２・Ｌのいずれかの位置において、第３伝送線路３２と第４伝送線路４２は導通される。
第１〜第４スイッチ５１〜５４や第５〜第８スイッチ５５〜５８には、例えばＰＩＮダイオードや電解効果トランジスタ等の半導体スイッチやマイクロメカニカルスイッチ等を用いることができる。近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる半導体製造技術を利用した微小な機能素子の開発が進められており、ＭＥＭＳスイッチと呼ばれている微小な有接点スイッチ素子等を利用することもできる。
【００２４】
上記のように構成された移相器１０は、入力伝送線路６２の一端６２ａから高周波信号を入力すると、出力伝送線路６６の一端６６ａから高周波信号を出力する。出力伝送線路６６の一端６６ａから出力されている出力信号Ｙは、入力伝送線路６２の一端６２ａから入力されている入力信号Ｘに対し、入力伝送線路６２の一端６２ａから出力伝送線路６６の一端６６ａまでの伝送線路の長さに基づいて位相が遅れている。
入力伝送線路６２の一端６２ａから入力された高周波信号は、第１伝送線路１２の一端１２ａ（入出力端）から第１伝送線路に入力され、第１〜第４スイッチ５１〜５４のいずれかを通って第２伝送線路２２へと進み、第２伝送線路２２の一端２２ａ（入出力端）から接続伝送線路６４へと出力される。そして、接続伝送線路６４へと進んだ高周波信号は、第３伝送線路３２の一端３２ａ（入出力端）から第３伝送線路３２に入力され、第５〜第８スイッチ５５〜５８のいずれかを通って第４伝送線路４２に進み、第４伝送線路４２の一端４２ａ（入出力端）から出力伝送線路６６へと出力される。
移相器１０では、出力伝送線路６６の一端６６ａから高周波信号を入力し、入力伝送線路６２の一端６２ａから高周波信号を取り出すこともできる。
【００２５】
入力伝送線路６２の一端６２ａから出力伝送線路６６の一端６６ａまでの伝送線路の長さは、第１〜第４スイッチ５１〜５４と第５〜第８スイッチ５５〜５８のオン／オフ状態の組合せによって決まる。先に説明したように、移相器１０は、第１〜第４スイッチ５１〜５４のなかで一つのスイッチのみをオンし、第５〜第８スイッチ５５〜５８のなかで一つのスイッチのみをオンする。図１、図２から明らかなように、第１〜第４スイッチ５１〜５４のなかで第１スイッチをオンし、第５〜第８スイッチ５５〜５８のなかで第５スイッチをオンしたとき、入力伝送線路６２の一端６２ａから出力伝送線路６６の一端６６ａまでの伝送線路長は最短となる。このときの伝送線路長をＱ０とする。一方、第１〜第４スイッチ５１〜５４のなかで第４スイッチをオンし、第５〜第８スイッチ５５〜５８のなかで第８スイッチをオンしたとき、入力伝送線路６２の一端６２ａから出力伝送線路６６の一端６６ａまでの伝送線路長は最長となる。
図４は、第１〜第４スイッチ５１〜５４のなかでオンしているスイッチと、第５〜第８スイッチ５５〜５８のなかでオンしているスイッチの組合せと、そのときに形成される伝送線路の長さを示している。なお、図４では、第１スイッチ５１と第５スイッチ５５がオンしているときの伝送線路長Ｑ０を基準とし、基準伝送線路長Ｑ０に対する差分（増分）が示されている。図４に示すように、第１〜第４スイッチ５１〜５４と第５〜第８スイッチ５５〜５８のオン／オフ状態を切換えることにより、伝送線路長はＱ０からＱ０＋３０・Ｌまで２・Ｌずつ１６段階に変化する。このように移相器１０は、第１〜第４スイッチ５１〜５４と第５〜第８スイッチ５５〜５８のオン／オフを切換えることにより、伝送線路長を段階的に調節することができ、高周波信号を移相する移相幅を段階的に調節することができる。
【００２６】
移相器１０では、入力信号Ｘの周波数（波長）に基づいて第１〜第４スイッチ５１〜５４や第５〜第８スイッチ５５〜５８が配置されている。詳しくは、入力信号Ｘの周波数（波長）に基づいて第１〜第４スイッチ５１〜５４同士の間隔Ｌや、第５〜第８スイッチ５５〜５８同士の間隔４・Ｌが設定されて配置されている。その関係を説明する。入力信号Ｘの周波数をｆとすると、入力信号Ｘの真空中の波長λは、
λ  ＝ｃ／ｆ  ；（ｃ：真空中の光速）
となる。入力信号Ｘの第１〜第４伝送線路１２〜４２等における波長λｅは、誘電体基板８の比誘電率等に基づく実効比誘電率によって決まり、
λｅ＝λ／（εｅ）１／２  ；
となる。移相器１０で、例えば最大で１波長分の移相が得られるようにするには、第１〜第４スイッチ５１〜５４同士の間隔Ｌは、波長λｅとの関係が、
Ｌ＝（１／３２）・λｅ  ；
となるように設定される。また、第５〜第８スイッチ５５〜５８同士の間隔４・Ｌと波長λｅとの関係は、
４・Ｌ＝（１／８）・λｅ  ；
となるように設定される。それにより、移相器１０が伝送線路長を変化させるときの最小の変化幅２・Ｌは、波長λｅに対して、
２・Ｌ＝（１／１６）・λｅ  ；
となる。伝送する高周波信号の波長（λｅ）に対して、移相器１０は伝送線路長を１６分の１波長（λｅ）ずつ変化させることができる。
例えば、移相器１０に周波数ｆ＝１ＧＨｚの高周波信号を入力するときには、先に例示した具体的な数値を用いて計算すると、第１〜第４スイッチ５１〜５４同士の間隔Ｌはおよそ６．５ｍｍとなる。また、第５〜第８スイッチ５５〜５８同士の間隔４・Ｌはおよそ２６ｍｍとなる。
【００２７】
伝送線路長が１６分の１波長（伝送線路上の波長λｅ）ずつ変化することで、入力信号Ｘと出力信号Ｙの位相差は角度２２．５度ずつ変化する。先に示した図４には、第１〜第４スイッチ５１〜５４のなかでオンしているスイッチと、第５〜第８スイッチ５５〜５８のなかでオンしているスイッチの組合せと、そのときの位相差の関係が示されている（図中の各マス下段の括弧内）。なお、図４では、第１スイッチ５１と第５スイッチ５５がオンしているときの位相差Δθ０（角度）を基準とし、基準位相差Δθ０に対する差分（増分）が示されている。図４に示すように、第１〜第４スイッチ５１〜５４と第５〜第８スイッチ５５〜５８のオン／オフを切換えることにより、入力信号Ｘと出力信号Ｙの位相差をΔθ０からΔθ０＋３３７．５度まで角度２２．５度ずつ１６段階に変化させることができる。
【００２８】
第１〜第４スイッチ５１〜５４や第５〜第８スイッチ５５〜５８によって第１〜第４伝送線路１２〜４２を導通して伝送線路を形成すると、第１〜第４伝送線路１２〜４２の一部が伝送線路上に分岐路（いわゆるスタブ）を形成する。例えば図２に示すように、第７スイッチ５７がオンしており、第３、第４伝送線路３２、４２同士が座標Ｐ＝８・Ｌの位置で導通している場合、第３伝送線路３２の一部３２ｄ（座標Ｐ＝８・Ｌから反対端３２ｂまでの部分）や、第４伝送線路４２の一部４２ｄ（座標Ｐ＝８・Ｌから反対端４２ｂまでの部分）がスタブを形成する。一般に、高周波信号の伝送線路上に無用なスタブが存在すると、伝送損失が著しく大きくなったり、高周波信号が正しく伝送されなくなったりする。
本発明者は、このようなスタブが伝送線路上に存在するときに、スタブの先端を抵抗を介して接地することで、そのスタブの長さと波長の関係による伝送損失を大幅に低減させることが可能なことを見出した。
本実施例の移相器１０では、第１〜第４伝送線路１２〜４２の反対端１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、４２ｂが、それぞれ第１〜第４抵抗器１６、２６、３６、４６を介して接地されている。それにより、第１〜第４スイッチ５１〜５４や第５〜第８スイッチ５５〜５８のいずれのスイッチがオンとなって、第１〜第４伝送線路１２〜４２の反対端側の一部がスタブを形成しても、形成されるスタブの一端が抵抗器を介して接地されているので、伝送損失が有意に抑制されることとなる。
図５は、入力する高周波信号Ｘの周波数と、移相器１０の伝送損失の関係を示すものであり、横軸が入力信号Ｘの周波数ｆを示しており、縦軸が伝送損失量−ΔＥを示している。ここでは、第３スイッチ５３と第７スイッチ５７をオンさせて伝送線路を形成したとき（図２の状態）の伝送損失の様子を例示する。図５中の−（マイナス）ΔＥとの記載は、損失であることを示すための記載である。図５に示すように、周波数がおよそ数百メガヘルツから５ギガヘルツ程度まで、伝送損失量はほぼ同一となっており、実用には問題のないレベルである。発明者は、他のスイッチをオンさせた場合についても同様の測定を行い、同様の測定結果が得られることを確認している。このことから、移相器１０は、周波数が数百メガヘルツから５ギガヘルツ程度の高周波信号を扱う際に特に有用であることがわかる。
【００２９】
本実施例の移相器１０は、伝送線路長を１６段階に調節して、移相幅を１６段階に調節することができる。従来、移相幅を１６段階で調節するためには、例えば図８に示した４ビット型の移相器群１８０が用いられてきた。従来の４ビット型の移相器群１８０に比して、本実施例の移相器１０は構成が簡単化されている。例えば従来の移相器群１８０では１６個のスイッチを必要とするが、本実施例の移相器１０は８個のスイッチを用いて構成されている。従来の移相器群１８０では高周波信号が８個のスイッチを通過して伝送されるが、本実施例の移相器１０では２個のスイッチのみを通過して伝送される。従来の移相器群１８０と本実施例の移相器１０のスイッチのスイッチング頻度を最もスイッチング頻度の高いスイッチで比較すると、従来の移相器群１８０では伝送線路長を２回切換える毎にスイッチングされる計算となるが、本実施例の移相器１０では伝送線路長を４回切換える毎にスイッチングされる計算となる。
【００３０】
（実施例２）  次に、本発明を利用する実施例２の移相器を説明する。図６は、実施例２の移相器群９８の構成を示す図である。以下、本実施例の移相器群９８について説明するが、この説明は実施例１で説明した内容を前提として進め、重複する説明を避けるように努める。
【００３１】
図６に示すように、移相器群９８は、４つの移相器８０、９２、９４、９６を有している。これら４つの移相器８０、９２、９４、９６が直列的に接続されて、４ビット型の移相器群９８が構成されている。
４ビット型の移相器群９８の一部を構成している移相器８０は、第１伝送線路８２と、第２伝送線路８４と、第１スイッチ８６と、第２スイッチ８８と、抵抗器８９を有している。
第１伝送線路８２は、高周波信号を入出力する入出力端８２ａからその反対側に位置する反対端８２ｂまで伸びて形成されている。第２伝送線路８４は、高周波信号を入出力する入出力端８４ａからその反対側に位置する反対端８４ｂまで伸びて形成されている。第１伝送線路８２や第２伝送線路８４は、高周波信号を伝送可能に構成されており、例えばマイクロストリップ線路等で構成することができる。
抵抗器８９は、一端が第２伝送線路の反対端８４ｂに接続されており、他端が接地されている。それにより、第２伝送線路の反対端８４ｂは、抵抗器８９を介して接地されている。
【００３２】
第１スイッチ８６は、第１伝送線路８２の反対端８２ｂと第２伝送線路８４の第１位置８４ｃの間に挿入されており、第１伝送線路８２の反対端８２ｂと第２伝送線路８４の第１位置８４ｃとを導通／遮断する。第２スイッチ８８は、第１伝送線路８２の反対端８２ｂと第２伝送線路８４の反対端８４ｂの間に挿入されており、第１伝送線路８２の反対端８２ｂと第２伝送線路８４の反対端８４ｂを導通／遮断する。第１スイッチ８６と第２スイッチ８８は、それぞれ単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチを用いて構成してもよいし、第１スイッチ８６と第２スイッチ８８を一つの単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチを用いて構成することもできる。
第２伝送線路８４において、第１スイッチ８６が接続されている第１位置８４ｃと、第２スイッチ８８が接続されている反対端８４ｂ（第２位置）の間の伝送線路長は２・Ｌとなっている。
移相器８０は、第１スイッチ８６のみがオンしている状態と、第２スイッチ８８のみがオンしている状態とを切換えることにより、伝送線路長が２・Ｌだけ異なる２通りの伝送線路を選択的に形成する。即ち、移相器８０は、伝送線路の調節幅が２・Ｌである２進型（デジタル型）の移相器を構成している。
【００３３】
移相器群９８の他の部を構成している移相器９２、９４、９６は、移相器８０と略同一の構成をしており、それぞれが２進型の移相器を構成している。ただし、移相器９２は伝送線路の調節幅が４・Ｌとなるように構成されている。移相器９４は伝送線路の調節幅が８・Ｌとなるように構成されている。移相器９６は伝送線路の調節幅が１６・Ｌとなるように構成されている。
移相器群９８は、移相器８０、９２、９４、９６が直列に接続されていることにより、伝送線路長が２・Ｌずつ異なる１６通りの伝送線路を選択的に形成することができる。即ち、実施例１の移相器１０と同様に伝送線路長を段階的に調節することができる（図４参照）。
なお、図６に示すように、移相器９２の第１伝送線路に相当する伝送線路は、隣接している移相器８０の第２伝送線路８４によって構成されている。同様に、移相器８０、９２、９４、９６では、隣接する移相器同士が同一の伝送線路を第１伝送線路または第２伝送線路として共用している。換言すると、一つの伝送線路の一部が一つの移相器の第１伝送線路を構成しており、その伝送線路の他の一部が他の移相器の第２伝送線路を構成している。
【００３４】
上記のように形成された移相器群９８では、移相器８０の第１伝送線路８２の入出力端８２ａから高周波信号Ｘを入力すると、移相器９６の入出力端９６ｂから高周波信号Ｙを出力する。入出力端９６ｂから出力されている出力信号Ｙは、入出力端８２ａから入力されている入力信号Ｘに対し、入出力端８２ａから入出力端９６ｂまでの伝送線路の長さに基づいて位相が遅れている。移相器群９８は、２・Ｌずつ異なる１６通りの伝送線路を形成することができることから、入力信号Ｘと出力信号Ｙの位相差（移相幅）を１６段階に調節することができる。
【００３５】
移相器群９８を構成する各移相器８０、９２、９４、９６では、第１、第２スイッチのオン／オフ状態によって、伝送線路上に無用な分岐路（スタブ）が形成される。例えば移相器８０では、第１スイッチ８６のみがオンしている場合、第２伝送線路８４の第１位置８４ｃから反対端８４ｂまでの部分が無用なスタブを形成する。このとき、第２伝送線路８４の反対端８４ｂは抵抗器８９を介して接地されているので、形成されるスタブの一端は抵抗器８９を介して接地されることとなる。それにより、例えば第１スイッチのみをオンして伝送線路を形成したときでも、伝送損失が実用可能なレベルに抑制されることとなる。他の移相器９２、９４、９６についても伝送損失が同様に抑制され、移相器群９８は伝送損失を実用可能なレベルに抑制して、高周波信号を段階的に移相することができる。
【００３６】
本実施例の移相器群９８は、伝送線路長を１６段階に調節して、移相幅を１６段階に調節することができる。図８に示す従来の４ビット型の移相器群１８０に比して、本実施例の移相器群９８は構成が簡単化されている。例えば従来の移相器群１８０では１６個のスイッチを必要とするが、本実施例の移相器群９８は８個のスイッチを用いて構成されている。従来の移相器群１８０では高周波信号が８個のスイッチを通過して伝送されるが、本実施例の移相器群９８では４個のスイッチのみを通過して伝送される。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、第１〜第４スイッチ５１〜５４が、第１、第２伝送線路１２、２２の長手方向に移動できる構成としてもよい。それにより、移相幅を適宜変更できる移相器を構成とすることができる。第５〜第８スイッチ５５〜５８についても同様である。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例１の移相器の構成を示す図。
【図２】実施例１の移相器の電気構成を示す図。
【図３】移相器の第１〜第４伝送線路の構成を示す図。
【図４】第１〜第８スイッチのオン／オフ状態と伝送線路長や移相幅の関係を示す図。
【図５】移相器の伝送損失の様子を示す図。
【図６】実施例２の移相器群の構成を示す図。
【図７】移相器を利用するフェーズドアレイアンテナ回路の構成を模式的に示す図。
【図８】従来の４ビット型の移相器群の構成を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００３９】
６・・導体板
８・・誘電体基板
１０・・移相器（実施例１）
１２・・第１伝送線路
１６・・第１抵抗器
２２・・第２伝送線路
２６・・第２抵抗器
３２・・第３伝送線路
３６・・第３抵抗器
４２・・第４伝送線路
４６・・第４抵抗器
５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８・・第１〜第８スイッチ
８０、９２、９４、９６・・移相器（実施例２）
８２・・第１伝送線路（実施例２）
８４・・第２伝送線路（実施例２）
８６・・第１スイッチ（実施例２）
８８・・第２スイッチ（実施例２）
８９・・抵抗器（実施例２）
９８・・移相器群（実施例２）
１００・・フェーズドアレイアンテナ回路
１２０、１４０、１５０、１６０・・従来のスイッチドライン型の移相器
１８０・・従来の４ビット型の移相器群
【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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【図８】
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