(57)【要約】スロットライン導波路８を画定する基板を備える移相器装置が記載され、スロットライン導波路は、第１の端および第２の端を有し、マイクロストリップ導波路１２および短絡パッチ２６に動作可能に結合される。マイクロストリップ導波路および短絡パッチは、マイクロストリップ導波路と短絡パッチとの間を実質的に一定の間隔に維持しながら、スロットラインの第１の端とスロットライン導波路およびマイクロストリップ導波路の交差部との間の距離を変更できるように、スロットライン導波路に沿って移動可能である。装置により伝送される放射の実効波長の１／４に等しい、マイクロストリップ導波路と短絡パッチとの間隔が述べられる。装置は、様々なフェーズドアレイアンテナシステムにおいて使用されることが述べられる。
2006520150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットライン導波路を画定する基板を備える移相器装置であって、前記スロットライン導波路が、第１の端および第２の端を有し、かつマイクロストリップ導波路および短絡パッチに動作可能に結合され、マイクロストリップ導波路および短絡パッチが、マイクロストリップ導波路と短絡パッチとの間を実質的に一定の間隔に維持しながら、スロットライン導波路の第１の端とスロットライン導波路およびマイクロストリップ導波路の交差部との間の距離を変更するように、スロットライン導波路に沿って移動することができる、移相器装置。
【請求項２】
マイクロストリップ導波路と短絡パッチとの実質的に一定の間隔が、装置により伝送される放射の実効波長の１／４に実質的に等しい、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１のアーム部分が、マイクロストリップ導波路を保持し、前記第１のアーム部分が、基板に移動可能に取り付けられる、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
第１のアーム部分が、上にマイクロストリップ導波路が保持される誘電体材料の層を備える、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
誘電体材料の層が、基板とマイクロストリップ導波路との間に配置される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
短絡パッチが、基板に移動可能に取り付けられる第２のアーム部分上に保持される、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
短絡パッチを保持する第２のアーム部分が、誘電体材料の層を備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
誘電体材料の層が、短絡パッチと基板との間に配置される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
第１および第２のアーム部分が、基板に回転可能に取り付けられる、請求項３に従属するときの請求項６から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
第１および第２のアーム部分が、基板に単一の旋回軸まわりに取り付けられる、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
第１のアーム部分が、基板の第１の側に配置され、第２のアーム部分が、基板の第２の側に配置される、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
スロットライン導波路が、実質的に一定な半径の円弧として形成される、請求項９から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
スロットライン導波路が、らせん形状を有する、請求項９から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
機械的回転手段が、第１のアーム部分および第２のアーム部分を回転するために設けられる、請求項９から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
機械的回転手段が、電気モータを備える、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
短絡パッチが、金属の層を備える、請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
短絡パッチを形成する金属の層が、銅を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
基板が、誘電体材料の層を含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
基板が、金属の層を含む、請求項１から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
スロットライン導波路が、誘電体基板上に印刷された銅層で形成される、請求項１から１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
追加のマイクロストリップ導波路が、基板上に形成され、かつスロットライン導波路の第１の端に動作可能に結合されている、請求項１から２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
位相制御手段が設けられ、マイクロストリップ導波路および短絡パッチの移動を制御し、それによって、装置により与えられる移相を制御する、請求項１から２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
請求項１から２２のいずれか一項に記載の装置を複数備える、移相アレイ。
【請求項２４】
請求項２３に記載の移相アレイを備える、フェーズドアレイアンテナ装置。
【請求項２５】
移相装置であって、
第１の放射給電点に接続されたスロットライン導波路を備える基板と、
マイクロストリップ導波路を備える第１のアーム部分とを備え、前記マイクロストリップ導波路が、第２の放射給電点に接続され、さらに第１のスロットライン交差点において前記スロットライン導波路と交差するように配置され、前記移相装置がさらに、
第２のスロットライン交差点で前記スロットラインを短絡するように配置された短絡パッチを保持する第２のアーム部分を備え、第１のスロットライン交差点が、第１の放射給電点と第２のスロットライン交差点との間のスロットライン導波路に配置され、第２のスロットライン交差点が、第１のスロットライン交差点から、装置により伝送される放射波長の１／４に実質的に等しいスロットライン導波路の距離だけ分離され、
第１および第２のアーム部分が、第１および第２のスロットライン交差点の間に実質的に一定の相対間隔を維持しながら、第１および第２のスロットライン交差点の位置を変化させることができるように、基板に対して移動可能に取り付けられ、それによって、第１の放射給電点と第２の放射給電点との間の経路長を変更する、移相装置。
【請求項２６】
図１から図４を参照して実質的に本明細書に記載された、移相器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波または無線周波数で使用する移相器装置に関し、さらに詳細には、複数のこのような移相器装置を組み込んでいるフェーズドアレイアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレイアンテナは、良く知られている。このような装置において、送信される合成放射パターン（送信ビーム）または受信される放射パターン（受信ビーム）は、フェーズドアレイを形成する各アンテナ素子で送信または受信される信号の相対位相の変化により制御される。この方法においては、アンテナを機械的に移動することなく、送信および受信ビームを電気的に操縦できる。
【０００３】
フェーズドアレイ動作に必要な位相差は、様々な方法で導入できる。最も簡単な技術の１つは、異なる長さの同軸ケーブルを用いて、各アンテナ素子を共通給電点に接続することである。しかし、これは、アンテナ素子間の相対的な移相を固定し、位相調整が必要とされる特定用途においては望ましくない。さらに、フェーズドアレイレーダシステムで使用される種類のデジタル電気移相器装置を用いて、多素子フェーズドアレイアンテナにおける高速で正確な位相制御を達成できる。このような方法は、レーダ用途に最適であるが、電子回路の複雑性およびコストが、低コストの量販市場の用途にはきわめて高くなる。
【０００４】
高速な位相制御を必要としないが、固定された相対位相差を提供することが不十分である事例においては、複雑性が低く調整可能な移相器が開発されている。この移相器は、例えば技術者がシステムを設定することによって、比較的少数の素子を有するフェーズドアレイアンテナの指向性を制御することが可能になる。米国特許出願公開第２００２／０００３４５８号および特開昭６３−２６５０１号公報は、このような移相器を記載している。
【０００５】
米国特許出願公開第２００２／０００３４５８号では、記載された移相器は、多数の歯を有する誘電体素子が、平坦な誘電体回路基板上に形成された導電トラックのパターンに移動可能に取り付けられる。誘電体素子の移動は、導電トラックを通る伝播速度を変化させ、これにより、必要な移相を与える。これにより、移相を送信器素子のセット（一般に２つまたは３つ）間に導入させることを可能にして、携帯電話の基地局トランシーバの送信および受信ビームの下方偏向を可能にする。米国特許出願公開第２００２／０００３４５８号の装置の欠点は、誘電体素子の効果の予測が困難であるため、移動可能な誘電体素子の線形移動が、信号に加えられる移相における対応する線形変化を提供しないことである。これは、信号に加えられる移相量の制御を困難にすることがある。
【０００６】
特開昭６３−２６５０１号は、異なる半径の一対の円弧状スロットラインを備える基板を有する、可変移相器を記載している。出力端子は、各スロットラインの各端に接続される。回転アームは、入力放射を円弧状スロットラインのそれぞれに分配し、この入力放射は、さらに４つのスロットライン出力端子のそれぞれに分配される。アームの回転は、入力放射と４つの出力端子のそれぞれとの間の相対経路長さを変化させ、これにより、各出力端子における放射の位相を変化させる。特開昭６３−２６５０１号の装置の欠点は、組み合わせた信号スプリッタおよび移相器として、装置を作動させることだけが可能な点である。さらに、４つの出力信号のそれぞれに加えられる移相の独立制御ができず、装置の幾何形状が、回転アームの所定の方向について、４つの出力信号のそれぞれに与えられる移相を課す。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、移相器装置は、スロットライン導波路を画定する基板を備え、該スロットライン導波路は、第１の端および第２の端を有し、かつマイクロストリップ導波路および短絡パッチに動作可能に結合され、マイクロストリップ導波路および短絡パッチは、マイクロストリップ導波路と短絡パッチとの間をほぼ一定の間隔に維持しながら、スロットライン導波路の第１の端とスロットライン導波路およびマイクロストリップ導波路の交差部との間の距離を変更するように、スロットライン導波路に沿って移動可能である。
【０００８】
このように本発明は、低損失で作動することができ、比較的安価で簡単に製造される、調整可能な移相器を生成する好都合な方法を提供する。詳細には、マイクロストリップ導波路と組み合わせた移動可能な短絡パッチを備えることにより、スロットライン導波路とマイクロストリップ導波路との間の放射伝達を最大にする移行（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）を実現する。この構成により、信号に含まれる全パワーに対して制御可能な移相を与えることができ、したがって、特開昭６３−２６５０１号に記載された多重経路の信号分割移相器に限定されない。さらに、米国特許第２００２／０００３４５８号に記載される長い曲線状トラックの必要性がなくなる。
【０００９】
本発明の装置は、無線周波数（ＲＦ）またはマイクロ波放射で作動することができる。例えば、１ＧＨｚから１００ＧＨｚの範囲の放射を利用できる。詳細には、本装置は、１２ＧＨｚ付近の放射を利用する直接放送衛星（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ、ＤＢＳ）用途、２ＧＨｚから５ＧＨｚ帯域で作動する無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）、または１７ＧＨｚ付近で作動する超小型地上局（Ｖｅｒｙ  Ｓｍａｌｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ、ＶＳＡＴ）システムに用いることができる。なお放射の波長が異なると、それに応じて装置の物理的寸法を選択する必要が生じることは理解される。装置の寸法は、基板の材料（すなわち、スロットライン導波路内の波長）と、信号に加えられる移相量とに応じる。
【００１０】
好ましくは、マイクロストリップ導波路および短絡パッチとの間の実質的に一定の間隔は、装置により伝送される放射の実効波長の１／４に実質的に等しい。
【００１１】
本明細書での「実効波長」の用語は、スロットライン導波路内の放射の波長、すなわち自由空間波長を、スロットライン導波路を画定する構造体の実効比誘電率の平方根で割った値を意味する。短絡パッチとマイクロストリップとの間の間隔を、装置により伝送される放射の実効波長の１／４近くに選択することにより、スロットライン導波路とマイクロストリップ導波路との交差部における放射の最大結合効率を保証する。これに関しては、当業者は、装置により伝送される放射の実効波長の１／４に「実質的に」等しいことは、間隔が、最適な１／４波長の間隔の５０％以内、またはより好ましくは２５％以内、またはさらに好ましくは１０％以内であることを意味すると認識するであろう。
【００１２】
基板に移動可能に取り付けられる可動の第１のアーム部分を設けることにより、マイクロストリップ導波路を保持する有利な手段を提供できる。さらに、特に誘電体材料が、基板とマイクロストリップ導波路との間に配置されるときは、誘電体材料で形成されるアーム部分は有利である。これにより、スロットライン導波路とマイクロストリップ導波路との一定の間隔を保証する。
【００１３】
有利には、短絡パッチは、基板に移動可能に取り付けられる第２のアーム部分上に保持される。特に誘電体材料の層が、短絡パッチと基板との間に配置されるときは、アーム部分を誘電体材料で形成することが好ましい。この構成により、短絡パッチとスロットライン導波路との金属と金属との接触を防止し、これにより、断続的な金属と金属との接触に一般に関連するノイズレベルを低減する。
【００１４】
基板に第１および／または第２のアーム部分を回転可能に取り付けることは、必要な移動可能な動きを提供するのに好都合な方法である。好ましくは、第１および第２のアーム部分は、基板に単一の旋回軸まわりに取り付けられ、第１のアーム部分は、基板の第１の側に配置され、第２のアーム部分は、基板の第２の側に配置される。このようにすると、２つのアーム部分が回転することにより、マイクロストリップ導波路および短絡パッチがスロットライン導波路に沿って同時に移動する。
【００１５】
好都合には、スロットライン導波路は、実質的に一定の半径の円弧状に形成される。したがって、旋回点が、円弧の中心点に置かれると、第１および第２のアーム部分の回転は、スロットライン導波路の第１の端とスロットライン導波路およびマイクロストリップ導波路の交差部との間の間隔における線形変化を発生させる。
【００１６】
あるいは、スロットラインは、らせん形状を有してもよい。本明細書において、用語「らせん」は、スロットラインが、旋回点から一定の径方向距離に置かれていないことを意味するとみなされる。円形でなくらせん形のスロットラインを用いることにより、所定の回転に対して与えられる移相を変化させる。言い換えると、経路長さの変化は、基板に関するアーム部分の回転量に対して線形でない。らせん状スロットラインの正確な形状を選択して、アーム部分の線形回転に対して所望の移相プロファイルを与えることができる。詳細には、フェーズドアレイレーダの分野における特に有効な構成は、装置により与えられる位相が、アーム部分の回転角に対して正弦曲線状に変化するスロットラインを設けることである。
【００１７】
有利には、電気モータなどの機械的回転手段を設けて、第１のアーム部分および第２のアーム部分を回転させる。あるいは、または追加して、第１および第２のアーム部分を手動で回転させてもよい。
【００１８】
好都合には、短絡パッチは、好ましくは銅の金属層を備える。
【００１９】
好ましくは、基板は、誘電体材料層および／または金属の層を備える。スロットライン導波路は、有利には誘電体基板上に印刷された銅の層で形成されることができる。金属印刷技術（特に銅金属を利用する印刷技術）を用いて、低コストの広帯域導波路を提供する。このような技術は、本発明の装置の製造に最適である。
【００２０】
好都合には、追加のマイクロストリップ導波路が、基板上に形成され、スロットラインン導波路の第１の端に動作可能に接続される。追加のマイクロストリップ導波路は、スロットライン導波路に対して基板の反対側に形成され、知られている移行によりスロットライン導波路に動作可能に結合されることができる。例えば、追加のマイクロストリップ導波路の両端およびスロットラインは、波長の約１／４の距離で相互に重なるように配置されることができる。あるいは、短絡ピンを使用して、スロットライン導波路とマイクロストリップ導波路との間に導電経路を提供できる。追加のマイクロストリップは、スロットライン導波路から、またはスロットライン導波路へ放射を結合する経路を提供する。
【００２１】
有利には、位相制御手段はさらに、マイクロストリップ導波路および短絡パッチの移動の制御を提供し、それにより装置によって与えられる移相を制御できる。例えば、位相制御手段は、フィードバックループ制御を実行して、一定品質の信号受信を維持する。
【００２２】
本発明の第２の態様によれば、移相アレイは、本発明の第１の態様による複数の装置を備える。このような移相器アレイを構成することにより、独立に制御可能な移相を、フェーズドアレイのアンテナ素子に加えることができる。
【００２３】
本発明の第３の態様によれば、フェーズドアレイアンテナ装置は、本発明の第２の態様による移相アレイを備える。
【００２４】
本発明の第４の態様によれば、移相器装置は、第１の放射給電点に接続されたスロットライン導波路を備える基板と、マイクロストリップ導波路を備える第１のアーム部分とを備え、該マイクロストリップ導波路は、第２の放射給電点に接続され、さらに第１のスロットライン交差点において前記スロットライン導波路と交差するように配置され、前記移相器装置はさらに、第２のスロットライン交差点で前記スロットラインを短絡するように配置された短絡パッチを保持する第２のアーム部分を備え、第１のスロットライン交差点は、第１の放射給電点および第２のスロットライン交差点との間のスロットライン導波路に配置され、第２のスロットライン交差点は、第１のスロットライン交差点から、装置により伝送される放射波長の１／４に実質的に等しいスロットライン導波路の距離だけ分離され、第１および第２のアーム部分が、第１および第２のスロットライン交差点の間に実質的に一定の相対間隔を維持しながら、第１および第２のスロットライン交差点の位置を変化させることができるように、基板に対して移動可能に取り付けられ、それによって、第１の放射給電点と第２の放射給電点との間の経路長を変更する。
【００２５】
次に、本発明を単に例示として添付図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１および図２を参照すると、本発明による移相器の概略図が示される。移相器は、基板２を備え、基板２は、その第１の表面に配置された印刷金属層６を有する誘電体層４から形成される。切り取られた円形スロットライン導波路８が、金属層６に形成される。出力マイクロストリップ導波路１０（図２には示していない）が、スロットライン導波路８の第１の端で誘電体層４の第２の表面に設けられる。スロットラインに対する知られているマイクロストリップの移行は、スロットライン導波路８から入力マイクロストリップ導波路１０への放射の結合を提供する。移行は、スロットライン境界面または短絡ピンに対するマイクロストリップを含む。
【００２７】
第１のアーム部分１２が設けられ、この第１のアーム部分１２は、誘電体材料の薄層１６に取り付けられたマイクロストリップ導波路１４を備える。誘電体材料の層は、マイクロストリップ導波路１４と基板２との間に配置される。第１のアーム部分１２は、その近位端を基板２の対応するスロット２０に旋回可能に取り付けられることができる突出部１８を備える。旋回取付け部は、さらにマイクロストリップ導波路１４に結合されたピン２２を備えることにより、導波路１４を同軸ケーブル（図示せず）などの外部導波路入力に結合できる。第１のアーム部分に保持されるマイクロストリップ導波路１４の遠位端は、スロットラインを過ぎて波長の１／４の距離だけ径方向に延在するように配置される。
【００２８】
さらに、第２のアーム部分２４が設けられ、第２のアーム部分２４は、基板において第１のアーム部分１２と反対側に配置される。第２のアーム部分２４は、誘電体材料２８の層に取り付けられた短絡パッチ２６を備える。誘電体材料の層２８は、短絡パッチ２６と基板２との間に配置される。第２アーム部分２４はさらに、その近位端に、第１のアーム部分の対応する突出部１８に結合するための凹部３０を備える。このようにして、第２のアーム部分２４も、第１のアーム部分と同一の旋回点まわりに、旋回可能に基板２に取り付けられる。
【００２９】
第１および第２のアーム部分は、個別に基板の両側に配置されていると説明したが、移相器装置は、基板の第１のアーム部分と同一側に配置される第２のアーム部分を用いても実現できることに留意されたい。これにより、一体化した第１および第２のアーム部分を設けることもできる。このような構成においては、基板の誘電体層４は、短絡パッチ２６に対して十分薄くして、スロットラインを効率的に短絡し、それによってスロットライン導波路とマイクロストリップ導波路１４との間の結合効率を最大にする必要がある。
【００３０】
マイクロストリップ１０および１４、印刷された金属層６、および短絡パッチ２６は、当業者には知られている印刷技術を用いて、誘電体材料の層に印刷された銅で形成される。銅金属は低コスト装置には好都合であるが、任意の導電材料（例えば、金または銀などの他の金属）を、代わりに用いることも可能である。
【００３１】
本発明の装置の様々な部分の誘電体材料は、当業者には知られている多数の誘電体材料の任意の材料を含む。好ましくは、このような材料の比誘電率は、２より大きく、１０未満の大きさである。例えば、ポリエステル（εｒ≒２）、ガラス繊維布（εｒ≒４）、またはアルミニウム（εｒ≒１０）を使用できる。
【００３２】
使用中、ＲＦ信号は、ピン２２を介して第１のアーム部分のマイクロストリップ導波路１４に供給される。第１のアーム部分のマイクロストリップ導波路１４は、スロットライン導波路８と交差するように構成され、スロットライン導波路８に放射を伝送する。次に、スロットライン導波路８により伝送される放射は、出力マイクロストリップ導波路１０を介して装置から出力される。第１のアーム部分の回転により、マイクロストリップ導波路１４とスロットライン導波路８との交差する点の移動を生じ、これにより、装置を通る放射のパッチ長さを変化させる。要求される移相を提供するのは、経路長さのこの変化である。なお、装置は逆にも作用することに留意されたい。すなわち、第１のアーム部分のピン２２は、出力として作用でき、放射は、マイクロストリップ導波路１０を介して装置に供給されることができる。
【００３３】
マイクロストリップ導波路１４とスロットライン導波路８との間の最適結合効率を保証するために、短絡パッチ２６とマイクロストリップ導波路１４との間の間隔は、放射波長の約１／４であるように構成される。マイクロストリップからのこの距離においてスロットラインを短絡することにより、マイクロストリップへのスロットラインの移行の効率を最大化する。さらに、第２のアーム部分２４の短絡パッチ２６は、第１のアーム部分１２に連動して移動するように構成される。すなわち、短絡パッチ２６とマイクロストリップ導波路１４との間の間隔は、第１および第２のアーム部分が回転するときに、一定に維持される。
【００３４】
このように、基板に対する第１および第２のアーム部分の回転が、スロットラインへの移動可能なマイクロストリップの移行を提供する。移行は高効率の結合を有するため、装置の損失は最小となる。さらに、金属と金属との接触が存在しないため（すなわち、金属部分が誘電体層により分離されている）、このような接触に一般に関連するノイズが回避される。このように、本発明の移相器は、信号損失の少ない広帯域作動を提供し、さらに低コストで製造できる。回転アーム部分を使用することはさらに、手動または電気モータなどの回転駆動手段を用いて、回転運動を与えることにより位相を変化させる簡単な手段を提供する。
【００３５】
このような低損失の移行を実現することは、信号に含まれる全でのパワーの均一な位相制御を実現するので、特に有効である。これは、特開昭６３−２６５０１号に記載される種類の装置とは対照的であり、単一の回転アームは、２つ以上の信号出力接続間でパワーを分配するのに役立つ。特開昭６３−２６５０１号に記載される種類の装置は、信号全体を移相できない。すなわち単一の入力信号から分割された出力信号のそれぞれに与えられる移相は、本質的に相補的である。
【００３６】
本発明の装置は、さらに、米国特許出願公開第２００２／０００３４５８号に記載される装置に比べてより制御可能であり、潜在的に極めて物理的に小さい。米国特許出願公開第２００２／０００３４５８号の装置は、誘電体材料を、信号が伝播する長い曲線状トラックの近傍に移動することにより作動する。誘電体材料ののこぎり歯状の層を導入することは、トラックの実効誘電率を変化させ、これにより、移相を実現する。これは本発明とは対照的であり、マイクロストリップへのスロットラインの移行の運動により、経路長さが物理的に変化する。本発明により経路長さを制御することにより、特定の移相を与える、より予測可能で信頼性の高い方法が可能になる。すなわち、経路長さの特定の変化による移相は、トラックの近傍に誘電体材料を導入する効果に比べて予測が容易である。さらに、米国特許出願公開第２００２／０００３４５８号に記載される種類の装置で有効な移相を得るには、長いトラックを必要とする。米国特許出願公開第２００２／０００３４５８号には曲線状のトラックが記載されているが、本発明の装置では、より短いトラック長さが必要とされ、これにより、全体サイズおよび製造コストが低減される。
【００３７】
図３を参照すると、図１および図２を参照して説明した装置の変形形態を示しており、共通の特徴は、同様の参照符号で示している。
【００３８】
図３に示す装置は、図１を参照して説明した装置と同様に、基板２の第１の表面に置かれた金属層６に形成されるスロットライン導波路８を備える。第１のアーム部分１２および第２のアーム部分２４も設けられる。さらに装置は、基板の金属層６に形成される第２のスロットライン導波路１０８、および第２のマイクロストリップ出力導波路１１０を備える。
【００３９】
第１のアーム部分１２に加えて、第１のアーム部分１２と類似する構造の第３のアーム部分１１２が設けられる。第３のアーム部分１１２は、同様にピン２２に結合されるマイクロストリップ導波路（図示せず）を備える。さらに、第２のアーム部分２８と類似する構造で、第２の短絡パッチ１２６を保持する第４のアーム部分１２８が設けられる。第２および第４のアーム部分の短絡パッチは、装置が作用する放射の波長の約１／４の距離において、結合されるスロットライン導波路を短絡する（すなわち、パッチ２６ではスロットライン導波路８、短絡パッチ１２６ではスロットライン１０８）ように構成される。第１、第２、第３、および第４のアーム部分は、それらの近位端で基板に旋回可能に取り付けられ、ピン２２により画定される共通旋回点まわりに一緒に回転するように構成される。
【００４０】
使用中、装置は、第１のアーム部分１２のマイクロストリップ導波路と、第３のアーム部分１１２のマイクロストリップ導波路との間のピン２２を介して、受信された放射を分割する。放射分割の比率は、必要に応じて制御できる。アーム部分の各マイクロストリップ導波路の放射は、次に、それぞれスロットライン導波路８および１０８に結合される。４つのアーム部分の回転は、スロットライン８と第１のアーム部分１２の交差する点、ならびにスロットライン１０８と第３のアーム部分１１２の交差する点を変化させる。第２および第４アーム部分により保持される短絡パッチは、第１および第２のアーム部分と連動して移動するように構成され、これにより、放射をそれぞれのマイクロストリップに効率的に結合することを保証する。このようにして、移相が、出力マイクロストリップ１０および１１０により出力される信号に与えられる。
【００４１】
分割信号に与えられる移相は、実質的に同一にするように構成されることができ、または２つの出力信号間に特定の位相オフセットを与えることができる。４つのアーム部分はすべて、前述のとおり連動して回転できるが、第１および第２のアーム部分が、第３および第４のアーム部分と独立に回転するように装置を構成することも可能である。これにより、２つの出力信号のそれぞれに与えられる移相の完全に独立な制御を可能にする。したがって、本発明の装置は、前述の従来技術に比べて柔軟性の大きい位相制御を提供すると見ることができる。
【００４２】
なお、当業者には、本発明による構成の様々な代替構成が、どのように実現されることができるかは明らかであることを理解されたい。例えば、複数の同心スロットラインを、２つの短絡パッチ（各スロットラインについて１つの短絡パッチ）を有するアーム部分と組み合わせて設けることができる。また、２つ以上のスロットラインを設ける場合、一方のスロットラインを他方のスロットラインに対して基板の異なる側に配置し、それにより関連するアーム部分を、基板に対して反対側に配置できる。さらに、入力マイクロストリップ１０、１１０の位置を変化させ、異なる経路長さを提供することにより、位相オフセットを与えることができる。
【００４３】
図４を参照すると、本発明の別の移相器が示されており、図１および図２で示した素子と同様の素子は、同一参照符号が割り当てられている。移相器は、基板２の近傍に配置された、図１および図２を参照して先に説明した構成と同一構成の第１のアーム部分１２および第２のアーム部分２６を備える。しかしながら、らせん状スロットライン２０８は、基板に保持される金属層に形成される。「らせん状」の用語は、本明細書においては、スロットラインが、旋回点から一定の径方向距離に配置されていないことを意味するとみとめられる。
【００４４】
円形でなくらせん形を用いることにより、スロットラインは、所定の回転に対して与えられる移相を変化させる。言い換えると、経路長さの変化は、もはや基板に対するアーム部分の回転量に対して線形な対応を有さない。このように、らせん状スロットラインの正確な形状を選択して、アーム部分の線形回転に対して所望の移相プロファイルを与えることができる。詳細にはフェーズドアレイレーダの分野における特に有効な構成は、装置により与えられる位相が、アーム部分の回転角に対して正弦曲線状に変化する、スロットラインを設けることである。
【００４５】
当業者は、多くの代替スロットライン構成を容易に設計して、様々な位相変化特性を実現できる。このようにして、本発明の装置は、より柔軟性であり、前述の従来技術の移相器装置に比べて優れた位相制御を提供することが分かる。
【００４６】
なお、本発明の装置は誘電体層を備えるとして上述されているが、移相器は、空隙で分離された金属部分を使用して製造することもできることに留意されたい。言い換えると、空気（εｒ≒１を有する）を誘電体材料として使用して、金属部品を分離できる。当業者は、このような構成の利点、例えば金属ベース（例えば、錫メッキ鋼）部品の製造に関連する製造コストの低減を認識するであろう。
【００４７】
図５を参照すると、先の図１および図２を参照して述べた種類の移相器のアレイが示されている。第１の移相器２５０、第２の移相器２５２、および第３の移相器２５４が、共通シャフト２５６まわりに配置されている。共通シャフト２５６は、各第１、第２、および第３の移相器の第１および第２のアーム部分に機械的に結合され、３つの移相器装置の入力ピンを、共通の放射入力ライン２５８に結合する作用を果たす。
【００４８】
使用中、各移相器に供給された放射は、関連する移相器により任意の移相を加えられた後に、出力ライン２６０、２６２、および２６４を経由して出力される。共通シャフト２５６の回転により、各移相器により加えられる移相が変化する。シャフト２５６の回転は、各移相器の同一量のアーム回転を発生させるが、各出力信号に加えられる移相は必ずしも同じではない。例えば、各移相器のオフセットを選択後、移相器をシャフトに結合することができる。
【００４９】
さらに、各移相器の構成を異ならせて、ある一定のシャフト回転が、各移相器により加えられる位相の異なる変化を提供するようにできる。例えば、スロットラインの半径は、各移相器装置で異なるようにできる。あるいは、各移相器にらせん状スロットラインを設けて、アーム部分の回転に応じて所望の位相変化を提供する。
【００５０】
シャフト２５６は、手動で回転でき、または電気モータなどの機械的回転手段を用いて、必要な回転を与えることができる。機械的回転手段はさらに、別の機能を提供することもできる。例えば、機械的回転手段を用いて、フェーズドアレイアンテナを機械的に回転させることができる。機械的回転手段をプロセッサ（例えば、コンピュータ）で制御して、特定の予めプログラムされた基準に応じて、またはフィードバック制御ループにおいて必要な移相を提供できる。例えば、フィードバック制御ループは、常に移相を変化させて、受信信号の品質または強度を最大にするか、または信号品質の周期的チェック（例えば、５分から１０分ごと）を実行し、必要に応じて調整を実施する。
【００５１】
図５のアレイは共通回転制御を示すが、各移相器について個別の回転手段を設けることができることに留意されたい。これにより、アレイの各移相器について完全に独立な位相制御調整手段を可能にする。このような独立の位相制御は、受信または送信ビームにおける望ましくないサイドローブを発生し得る、素子間の結合効果を補償するのに特に有利である。
【００５２】
図６を参照すると、３つの素子のフェーズドアレイアンテナが示されている。アンテナは、３つのトランシーバアンテナ素子２８０ａから２８０ｃと、前記トランシーバアンテナ素子に給電する結合されるライン２８２ａから２８２ｃとを備える。図５に示す種類の移相器アレイを用いて、３つのトランシーバアンテナ素子に給電できる。移相器アレイにより適正な移相を適用することにより、送信および／または受信ビームの上向きまたは下向き傾斜が可能である。
【００５３】
移相器は、個別のパッケージで提供されることができるか、またはアンテナパネル内に一体化して組み込まれることができる。例えば、フェーズドアレイアンテナを、無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）で使用するか、またはデジタルブロードキャストシステム（ＤＢＳ）受信機として使用できる。一般に、このような通信システムは、１２ＧＨｚ領域近くで作動する。
【００５４】
これまで、回転可能な移相器装置を説明し、移動の好都合な手段を提供してきたが、本発明の装置は異なる構成であってもよい。例えば、スライドまたはトラッキング機構を備えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の移相器の平面図である。
【図２】図１に示す移相器を形成する３つの素子の分解組立側面図である。
【図３】２つの出力信号を提供するように構成された、本発明による移相器を示す図である。
【図４】内部に形成されたらせん状スロットライン導波路を有する、本発明による移相器を示す図である。
【図５】本発明による３つの移相器のスタックを示す図である。
【図６】本発明の移相器を組み込んでいる、３つの素子のフェーズドアレイアンテナを示す図である。
【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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【国際調査報告】
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