(57)【要約】【課題】信号減衰量を変化させることなく入力信号の位相をシフトする。【解決手段】増幅器１０１からセクション１１１に“０”が供給されると、伝送線路１１、１４は“Ｌｏ”レベルにバイアスされて入力信号Ｐinは伝送線路１２を経由する。セクション１１１に“１”が供給されると、伝送線路１１、１４は“Ｈｉ”レベルにバイアスされて、入力信号Ｐinは伝送線路１３を経由する。伝送線路１２、１３の形状が凹状となって対応している。このため、入力信号Ｐinが伝送線路１３を経由しても伝送線路１２を経由した場合と比較して、信号減衰量は変化せず、位相シフトしても入力信号Ｐinの振幅を一定とすることができる。【選択図】図２
2007174264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相をシフトする対象のシフト対象信号が供給されて前記シフト対象信号を伝送する第１の伝送線路と、
前記第１の伝送線路から供給された前記シフト対象信号を伝送する第２の伝送線路と、
前記第２の伝送線路とは異なる線路長を有して前記第１の伝送線路から供給された前記シフト対象信号を伝送する第３の伝送線路と、
前記第１の伝送線路から供給された前記シフト対象信号を伝送する伝送線路として、制御信号に応じて前記第２の伝送線路及び前記第３の伝送線路のいずれか一方を選択する伝送線路選択部と、
前記伝送線路選択部が選択した伝送線路から前記シフト対象信号が供給されて、前記シフト対象信号の位相をシフトした信号を出力する第４の伝送線路と、を備え、
前記第２の伝送線路と前記第３の伝送線路とは、形状が互いに対応するように形成された、
ことを特徴とする位相シフタ。
【請求項２】
前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路、前記第３の伝送線路及び前記第４の伝送線路は、マイクロストリップラインによって形成された、
ことを特徴とする請求項１に記載の位相シフタ。
【請求項３】
前記制御信号は、デジタルデータによって構成され、
前記第１の伝送線路乃至前記第４の伝送線路を有するブロックを１セクションとして、前記制御信号のデジタルデータの各ビットに対応して重み付け係数が設定された複数のセクションを有し、
各セクションの前記第２の伝送線路と前記第３の伝送線路との線路長の差が、前記シフト対象信号の波長と前記各セクションの重み付け係数とに基づいて設定されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位相シフタ。
【請求項４】
前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路との間、前記第２の伝送線路と前記第４の伝送線路との間、前記第１の伝送線路と前記第３の伝送線路との間、及び前記第３の伝送線路と前記第４の伝送線路との間に、それぞれ、ダイオードが介挿され、
前記第２の伝送線路は、第１のバイアス用抵抗を介して第１の電圧が印加され、
前記第３の伝送線路は、第２のバイアス用抵抗を介して第２の電圧が印加され、
前記第１の伝送線路と前記第４の伝送線路とは、インダクタンス成分を介して前記伝送線路選択部に接続され、
前記伝送線路選択部は、前記制御信号に基づいて前記インダクタンス成分を介して前記第１の伝送線路と前記第４の伝送線路とをバイアスする、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位相シフタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相シフタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、複数のアンテナ素子を備えたフェーズドアレイアンテナがある。このフェーズドアレイアンテナは、各アンテナ素子の位相をシフトすることにより指向性を設定するようにしている。かかるフェーズドアレイアンテナには、指向性を設定するため、各アンテナ素子の位相をシフトするための位相シフタが備えられている。
【０００３】
かかる位相シフタとして、マイクロストリップラインを用いたデジタルの位相シフタがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この位相シフタは、位相のシフト量を設定するための制御信号として、デジタルデータの各ビットに対応した複数のセクションを備えている。各セクションは、図６に示すように、伝送線路５１〜５４と、ダイオードＤ５１〜Ｄ５４と、抵抗Ｒ５１、Ｒ５２と、インダクタンス成分Ｌ５１、Ｌ５２と、増幅器５５と、を備える。
【０００５】
この位相シフタにおいて、増幅器５５から、制御信号Ｓ５０のビットデータとして“１”が供給されると、伝送線路５１、５４が“Ｈｉ”レベルにバイアスされて、位相をシフトする対象の入力信号Ｐinは、伝送線路５３を経由して伝送線路５４へと伝送される。
【０００６】
また、増幅器５５から、ビットデータとして“０”が供給されると、伝送線路５１、５４は、“Ｌｏ”レベルにバイアスされて、入力信号Ｐinは、伝送線路５２を経由して伝送線路５４へと伝送される。
【０００７】
伝送線路５３の線路長は、伝送線路５２の線路長よりも長くなっており、入力信号Ｐinは、伝送線路５３を経由することにより、位相シフトされる。
【特許文献１】特開２００１−８５９０２号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の位相シフタでは、伝送線路５２、５３のコーナーの数、形状が異なっており、入力信号Ｐinの信号減衰量は、伝送線路５２を経由する場合と伝送線路５３を経由する場合とで異なってくる。このため、位相シフト量によって入力信号の振幅が変わってしまう。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、信号減衰量を変化させることなくシフト対象信号の位相をシフトすることが可能な位相シフタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る位相シフタは、
位相をシフトする対象のシフト対象信号が供給されて前記シフト対象信号を伝送する第１の伝送線路と、
前記第１の伝送線路から供給された前記シフト対象信号を伝送する第２の伝送線路と、
前記第２の伝送線路とは異なる線路長を有して前記第１の伝送線路から供給された前記シフト対象信号を伝送する第３の伝送線路と、
前記第１の伝送線路から供給された前記シフト対象信号を伝送する伝送線路として、制御信号に応じて前記第２の伝送線路及び前記第３の伝送線路のいずれか一方を選択する伝送線路選択部と、
前記伝送線路選択部が選択した伝送線路から前記シフト対象信号が供給されて、前記シフト対象信号の位相をシフトした信号を出力する第４の伝送線路と、を備え、
前記第２の伝送線路と前記第３の伝送線路とは、形状が互いに対応するように形成されたことを特徴とする。
【００１１】
前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路、前記第３の伝送線路及び前記第４の伝送線路は、マイクロストリップラインによって形成されたものであってもよい。
【００１２】
前記制御信号は、デジタルデータによって構成され、
前記第１の伝送線路乃至前記第４の伝送線路を有するブロックを１セクションとして、前記制御信号のデジタルデータの各ビットに対応して重み付け係数が設定された複数のセクションを有し、
各セクションの前記第２の伝送線路と前記第３の伝送線路との線路長の差が、前記シフト対象信号の波長と前記各セクションの重み付け係数とに基づいて設定されるようにしてもよい。
【００１３】
前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路との間、前記第２の伝送線路と前記第４の伝送線路との間、前記第１の伝送線路と前記第３の伝送線路との間、及び前記第３の伝送線路と前記第４の伝送線路との間に、それぞれ、ダイオードが介挿され、
前記第２の伝送線路は、第１のバイアス用抵抗を介して第１の電圧が印加され、
前記第３の伝送線路は、第２のバイアス用抵抗を介して第２の電圧が印加され、
前記第１の伝送線路と前記第４の伝送線路とは、インダクタンス成分を介して前記伝送線路選択部に接続され、
前記伝送線路選択部は、前記制御信号に基づいて前記インダクタンス成分を介して前記第１の伝送線路と前記第４の伝送線路とをバイアスするようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、信号減衰量を変化させることなくシフト対象信号の位相をシフトすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る位相シフタを図面を参照して説明する。尚、本実施形態では、４ビットの位相シフタとして説明する。
【００１６】
本実施形態に係る位相シフタの構成を図１に示す。
本実施形態に係る位相シフタ１は、増幅器１０１〜１０４と、セクション１１１〜１１４と、からなる。この位相シフタ１は、例えば、複数のアンテナ素子を備えたフェーズドアレーアンテナ装置に用いられる。
【００１７】
この位相シフタ１には、制御信号Ｓ０が供給される。この制御信号は、入力信号Ｐinを、位相をシフトする対象のシフト対象信号として、この入力信号Ｐinの位相シフト量を設定するために供給される信号であり、４ビットで構成される。
【００１８】
増幅器１０１〜１０４は、それぞれ、制御信号Ｓ０の各ビットに対応するように設けられたものであり、増幅器１０１は、制御信号Ｓ０の４ビットのうちの第１ビット（ＬＳＢ；Least Significant Bit）のデータを増幅してセクション１１１に供給する。
【００１９】
増幅器１０２は、制御信号Ｓ０の４ビットのうちの第２ビットのデータを増幅してセクション１１２に供給する。増幅器１０３は、制御信号Ｓ０の４ビットのうちの第３ビットのデータを増幅してセクション１１３に供給する。
【００２０】
増幅器１０４は、制御信号Ｓ０の４ビットのうちの第４ビット（Most Significant Bit）のデータを増幅してセクション１１４に供給する。
【００２１】
セクション１１１〜１１４は、それぞれ、この制御信号Ｓ０の各ビットに対応して、入力信号Ｐin、信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の位相をシフトするものである。各セクション１１１〜１１４には、電圧Ｖccが印加される。
【００２２】
セクション１１１には、入力信号Ｐinが供給される。セクション１１１は、図２に示すように、伝送線路１１〜１４と、接続部１５、１６と、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２と、インダクタンス成分Ｌ１１、Ｌ１２と、を備える。
【００２３】
この位相シフタ１は、マイクロストリップラインを利用したものであり、セクション１１１〜１１４は、それぞれ、断面図である図３に示すように、金属等からなるグランド層２１の上に誘電体層２２が積層されている。そして、伝送線路１１〜１４は、マイクロストリップラインとして、誘電体層２２上に形成される。各伝送線路１１〜１４の厚さはほぼ同一である。
【００２４】
各伝送線路１１〜１４のそれぞれの先端部１１ａ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａの形状は、図２に示すように、頂点がほぼ９０°で、伝送線路の幅方向を底辺とする二等辺三角形状となっている。このような先端部の形状によって各伝送線路間で信号はいずれも４５°曲げられて送られる。例えば、伝送線路１１と伝送線路１２との間で信号は４５°曲げられて送られ、伝送線路１１と伝送線路１３との間でも信号は４５°曲げられて送られる。
【００２５】
伝送線路１２、１３は、図２に示すように、伝送線路１１側の両端部１２ａ、１３ａが対向し、伝送線路１４側の両端部１２ｂ、１３ｂが対向し、ともに凹状に形成されて両形状が互いに対応している。
【００２６】
また、伝送線路１２、１３のコーナーの数も同一であり、伝送線路１２は、外コーナー１２ｃ、１２ｄと内コーナー１２ｅ、１２ｆとを有し、伝送線路１３も、外コーナー１３ｃ、１３ｄと内コーナー１３ｅ、１３ｆとを有する。
【００２７】
そして、伝送線路１２の外コーナー１２ｃ、１２ｄは、供給された入力信号Ｐinがこの外コーナー１２ｃ、１２ｄで反射して伝送されるように、４５°の角度で切り取られている。また、伝送線路１３の外コーナー１３ｃ、１３ｄも、同様に、４５°の角度で切りとられている。
【００２８】
このようにして、外コーナー１２ｃと外コーナー１３ｃとの形状は対応し、外コーナー１２ｄと外コーナー１３ｄとの形状は対応している。また、内コーナー１２ｅと内コーナー１３ｅとの形状が対応し、内コーナー１２ｆと内コーナー１３ｆとの形状が対応しており、入力信号Ｐinが伝送線路１２又は伝送線路１３に供給されても、信号減衰量は変わらないようになっている。
【００２９】
接続部１５は、ダイオードＤ１１、Ｄ１２からなる。ダイオードＤ１１のカソードは、伝送線路１１の一端に接続され、アノードは、伝送線路１２の一端に接続される。ダイオードＤ１２のアノードは、伝送線路１１の一端に接続され、カソードは、伝送線路１３の一端に接続される。
【００３０】
接続部１６は、ダイオードＤ１３、Ｄ１４からなる。ダイオードＤ１３のアノードは、伝送線路１２の他端に接続され、カソードは、伝送線路１４の一端に接続される。ダイオードＤ１４のカソードは、伝送線路１３の他端に接続され、アノードは、伝送線路１４の一端に接続される。
【００３１】
インダクタンス成分Ｌ１１、Ｌ１２は、周波数の高い信号の伝送線路１１、１３、増幅器１１１間における入出力を阻止するためのものであり、インダクタンス成分Ｌ１１の一端は、伝送線路１１の側端部に接続される。インダクタンス成分Ｌ１２の一端は、伝送線路１３の側端部に接続される。
【００３２】
そして、インダクタンス成分Ｌ１１の他端とインダクタンス成分Ｌ１２の他端とは接続され、増幅器１１１の出力端は、インダクタンス成分Ｌ１１、Ｌ１２の接続点に接続される。
【００３３】
抵抗Ｒ１１、Ｒ１２は、伝送線路１２、１３のバイアス用抵抗であり、抵抗Ｒ１１の一端は、電圧Ｖccの電源に接続され、他端は、伝送線路１２の側端部に接続される。また、抵抗Ｒ１２の一端は、伝送線路１３の側端部に接続され、他端は接地される。
【００３４】
前述の増幅器１１１は、制御信号Ｓ０の第１ビット（ＬＳＢ）のデータに基づいて、入力信号Ｐinを伝送する伝送線路として、伝送線路１２及び伝送線路１３のうちのいずれか一方を選択する。
【００３５】
即ち、増幅器１１１は、制御信号Ｓ０の第１ビットのデータとして“１”が供給されると、伝送線路１１、１４を“Ｈｉ”レベルにバイアスする。
【００３６】
伝送線路１１、１４が“Ｈｉ”レベルにバイアスされると、入力信号Ｐinの伝送線路として、伝送線路１３が選択される。入力信号Ｐinは、伝送線路１１から、ダイオードＤ１２、伝送線路１３、ダイオードＤ１４を経由して伝送線路１４へと伝送される。
【００３７】
また、増幅器１１１は、制御信号Ｓ０の第１ビットのデータとして“０”が供給されると、伝送線路１１、１４を“Ｌｏ”レベルにバイアスする。
【００３８】
伝送線路１１、１４が“Ｌｏ”レベルにバイアスされると、入力信号Ｐinの伝送線路として、伝送線路１２が選択される。入力信号Ｐinは、伝送線路１１から、ダイオードＤ１２、伝送線路１２、ダイオードＤ１３を経由して伝送線路１４へと伝送される。
【００３９】
尚、セクション１１２〜１１４も、線路長を除き、セクション１１１と同様に構成されている。
ここで、４ビットの位相シフタ１の場合、伝送線路１２の線路長をＬx12、伝送線路１４の線路長をＬx13として、線路長Ｌx12、Ｌx13は、次の数式（１）に従って設定される。
Ｌx12−Ｌx13＝ｋ×（λ／１６）    ・・・・・・・・・・・・・・（１）
但し、λ：入力信号Ｐinの波長
ｋ：重み付け係数
各セクション１１１、１１２、１１３、１１４の重み付け係数ｋは、図１に示すように、それぞれ、“１”、“２”、“４”、“８”とされる。
【００４０】
次に本実施形態に係る位相シフタ１の動作を説明する。
例えば、入力信号Ｐinの位相を２×λ／１６だけシフトする場合、位相シフタ１には、“００１０”の制御信号Ｓ０が供給される。
【００４１】
増幅器１０１は、この制御信号Ｓ０の第１ビット（ＬＳＢ）のデータである“０”を供給する。セクション１１１の伝送線路１１、１４は、“Ｌｏ”レベルにバイアスされる。
【００４２】
セクション１１１の伝送線路１１、１４が“Ｌｏ”レベルにバイアスされると、入力信号Ｐinは、伝送線路１１から、ダイオードＤ１１を経由して伝送線路１２に供給される。入力信号Ｐinは、外コーナー１２ｃで反射して、外コーナー１２ｄ方向に伝送され、外コーナー１２ｄで反射して、先端部１２ｂ方向に伝送される。入力信号Ｐinは、先端部１２ｂからダイオードＤ１３を経由して伝送線路１４へと伝送される。
【００４３】
入力信号Ｐinが伝送線路１２を経由するため、セクション１１１は、入力信号Ｐinの位相をシフトせずに、この信号をセクション１１２の入力信号Ｐ１としてセクション１１２に供給する。
【００４４】
増幅器１０２は、制御信号Ｓ０の第２ビットのデータである“１”をセクション１１２に供給する。セクション１１２の伝送線路１１、１４は、“Ｈｉ”レベルにバイアスされる。
【００４５】
セクション１１２の入力信号Ｐ１は、伝送線路１１から、ダイオードＤ１２を経由して伝送線路１３に供給される。
【００４６】
入力信号Ｐ１は、伝送線路１３の外コーナー１３ｃで反射して外コーナー１３ｄ方向に伝送され、外コーナー１３ｄで反射して先端部１３ｂ方向に伝送される。
【００４７】
そして、入力信号Ｐ１は、先端部１３ｂからダイオードＤ１４を経由して伝送線路１４へと伝送される。入力信号Ｐ１が伝送線路１３を経由するため、入力信号Ｐ１は位相シフトされる。
【００４８】
セクション１１２の重み付け係数ｋ＝２であるため、信号Ｐ１は、数式（１）に従い、２×λ／１６だけ位相シフトされる。セクション１１２は、２×λ／１６だけ位相シフトした信号をセクション１１３に、入力信号Ｐ２として供給する。
【００４９】
増幅器１０３は、制御信号Ｓ０の第３ビットのデータである“０”を供給する。セクション１１３は、増幅器１０３から供給されたデータが“０”であるため、入力信号Ｐ２を位相シフトせずに、この信号をセクション１１４の入力信号Ｐ３としてセクション１１４に供給する。
【００５０】
増幅器１０４は、制御信号Ｓ０の第４ビットのデータである“０”を供給する。セクション１１４は、増幅器１０４から供給されたデータが“０”であるため、入力信号Ｐ３を位相シフトせずに、この信号を位相シフタ１の出力信号Ｐoutとして出力する。従って、位相シフタ１は、入力信号Ｐinを２×λ／１６だけ位相シフトした出力信号Ｐoutを出力する。
【００５１】
次に、入力信号Ｐinの位相をλ／１６だけシフトする場合、位相シフタ１には、“０００１”の制御信号Ｓ０が供給される。
【００５２】
増幅器１０１は、この制御信号Ｓ０の第１ビットのデータである“１”を供給する。セクション１１１の伝送線路１１、１４は、“Ｈｉ”レベルにバイアスされる。
【００５３】
セクション１１１の伝送線路１１、１４が“Ｈｉ”レベルにバイアスされると、入力信号Ｐinは、伝送線路１１から、ダイオードＤ１２を経由して伝送線路１３に供給される。入力信号Ｐinは、外コーナー１３ｃで反射して、外コーナー１３ｄ方向に伝送され、外コーナー１３ｄで反射して、先端部１３ｂ方向に伝送される。入力信号Ｐinは、先端部１３ｂからダイオードＤ１４を経由して伝送線路１４へと伝送される。
【００５４】
入力信号Ｐinが伝送線路１３を経由するため、セクション１１１は、入力信号Ｐinの位相をシフトする。セクション１１１の重み付け係数ｋ＝１であるため、入力信号Ｐinは、数式（１）に従い、伝送線路１２を経由する場合と比較してλ／１６だけ位相シフトされる。
【００５５】
この場合、伝送線路１２、１３の形状が凹状であって互いに対応しているため、入力信号Ｐinが伝送線路１３を経由しても、伝送線路１２を経由する場合と比較して、信号減衰量は変わらない。セクション１１１は、λ／１６だけ位相シフトした信号を、セクション１１２の入力信号Ｐ１としてセクション１１２に供給する。
【００５６】
増幅器１０２は、制御信号Ｓ０の第２ビットのデータである“０”をセクション１１２に供給する。セクション１１２は、増幅器１０２から供給されたデータが“０”であるため、入力信号Ｐ１を位相シフトせずに、この信号をセクション１１３の入力信号Ｐ２としてセクション１１３に供給する。
【００５７】
増幅器１０３は、制御信号Ｓ０の第３ビットのデータである“０”をセクション１１３に供給する。セクション１１３は、増幅器１０３から供給されたデータが“０”であるため、入力信号Ｐ３を位相シフトせずに、この信号をセクション１１４の入力信号Ｐ３としてセクション１１４に供給する。
【００５８】
増幅器１０４は、制御信号Ｓ０の第４ビットのデータである“０”をセクション１１４に供給する。セクション１１４は、増幅器１０４から供給されたデータが“０”であるため、入力信号Ｐ３を位相シフトせずに、この信号を位相シフタ１の出力信号Ｐoutとして出力する。従って、位相シフタ１は、入力信号Ｐinをλ／１６だけ位相シフトした出力信号Ｐoutを出力する。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送線路１２、１３の両先端部１２ａ、１３ａが対向し、両先端部１２ｂ、１３ｂが対向し、伝送線路１２、１３が凹状となって線路幅、コーナーの数及び形状が互いに対応するように形成されている。
【００６０】
従って、各セクション１１１〜１１４の入力信号の信号減衰量を変化させることなく位相シフトすることができ、位相シフトしたとしても、入力信号Ｐinの振幅を一定にすることができる。
【００６１】
尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施の形態に限られるものではない。
例えば、伝送線路１２、１３の形状は、対応している限り、図２に示すような形状に限られるものではない。
【００６２】
例えば、図４に示すように、伝送線路１２の外コーナー１２ｃ、１２ｄ、内コーナー１２ｅ、１２ｆ、伝送線路１３の外コーナー１３ｃ、１３ｄ、内コーナー１３ｅ、１３ｆの形状は、円弧状であってもよい。
【００６３】
また、図５に示すように、伝送線路１２の外コーナー１２ｃ、１２ｄ、内コーナー１２ｅ、１２ｆ、伝送線路１３の外コーナー１３ｃ、１３ｄ、内コーナー１３ｅ、１３ｆの形状は、角張った形状であってもよい。
【００６４】
さらに、伝送線路１２の外コーナー１２ｃ、伝送線路１３の外コーナー１３ｃの形状を図４に示すような円弧状にして、伝送線路１２の外コーナー１２ｄ、伝送線路１３の外コーナー１３ｄの形状を図２に示すような４５°に切り取ったような形状にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施形態に係る４ビットの位相シフタの構成を示す図である。
【図２】図１に示す各セクションの構成を示す図である。
【図３】図２に示すセクションの断面図である。
【図４】位相シフタの応用例（１）を示す図である。
【図５】位相シフタの応用例（２）を示す図である。
【図６】従来の位相シフタの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  位相シフタ
１１〜１４  伝送線路
１１１〜１１４  セクション
１０１〜１０４  増幅器
【図１】
2007174264.tif 000003
【図２】
2007174264.tif 000004
【図３】
2007174264.tif 000005
【図４】
2007174264.tif 000006
【図５】
2007174264.tif 000007
【図６】
2007174264.tif 000008