(57)【要約】【課題】  印加電界により誘電率が変化する可変誘電率誘電体を用いて構成された可変移相器を有するフェーズドアレイアンテナにおいて、可変移相器を右側チルト用，左側チルト用のグループに分けて独立に移相量を制御する構成とした場合に、不整合の要因となる直流阻止素子を不要とし、ビームチルト時にビーム形状の崩れが少ないアンテナを実現する。【解決手段】  少なくとも接地導体層１１７、絶縁体層１１８、主導体層１１９、可変誘電率誘電体層１２０、副導体層１２１をこの順に積層して形成した積層構造を有する給電移相部１３０を備え、給電移相部には主導体層上の線路と面的に重なる領域に副導体層上に線路を有する伝播特性可変線路１０５を設ける。主導体層と副導体層間にバイアス電圧を印加することにより、伝播特性可変線路部分の可変誘電率誘電体の誘電率を変化させ伝搬特性を制御する。これにより給電線路に直列に挿入される直流阻止素子を不要とする。【選択図】  図１（ａ）
2007110256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加電界により誘電率が変化する可変誘電率誘電体を用いて構成された可変移相器を有するフェーズドアレイアンテナにおいて、
少なくとも接地導体層、絶縁体層、主導体層、可変誘電率誘電体層、副導体層をこの順に積層して形成した積層構造を有する給電移相部を備えた、
ことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、
前記給電移相部は、
高周波電力の伝播特性を変化させない伝播特性固定線路と、
高周波電力の伝播特性を可変させる伝播特性可変線路とを有する、
ことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
【請求項３】
請求項２に記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、
前記伝播特性固定線路は、
前記主導体層上に設けた線路に相当する前記副導体層上の領域に線路を有さず、該主導体層上に設けた線路を伝播する高周波電力が作る電界を、前記主導体層と前記接地導体層間に集中して伝播させ、
前記伝播特性可変線路は、
前記主導体層上に設けた線路に相当する前記副導体層上の領域に線路を有し、該主導体層上に設けた線路を伝播する高周波電力が作る電界を、前記主導体層と前記接地導体層間、および前記主導体層と前記副導体層間に分配して伝播させ、
前記主導体層上に、前記伝播特性固定線路と前記伝播特性可変線路とを互いに連続した導体として構成した、
ことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
【請求項４】
請求項３記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、
前記伝播特性可変線路は、
前記主導体層と前記副導体層間にバイアス電圧を印加することにより、前記可変誘電率誘電体層を構成する可変誘電率誘電体の誘電率を変化させ、高周波電力の伝播特性を制御する、
ことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
【請求項５】
請求項１記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、
前記可変誘電率誘電体層は、液晶あるいは液晶を含む材料からなる、
ことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
【請求項６】
請求項１記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、
前記積層構造は、前記副導体層の前記可変誘電率誘電体層とは反対側に第２の絶縁層を有し、
前記絶縁層および前記第２の絶縁層の間に形成される密閉された空間内に前記可変誘電率誘電体層が保持される、
ことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェーズドアレイアンテナに関するものである。
より詳細には、印加電界により誘電率が変化する可変誘電率誘電体を用いて構成された可変移相器を有するフェーズドアレイアンテナにおいて、ビームチルト時でもビーム形状の崩れが少なく、高い指向性利得が維持できるアンテナを実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
印加電界により誘電率が変化する可変誘電率誘電体を用いて構成された可変移相器を有する従来のフェーズドアレイアンテナとして、可変移相器を右側チルト用および左側チルト用の２つグループに分けてこれらの移相量を互いに独立に制御することで、各アンテナ素子へ分配する電力バラツキと移相バラツキとを抑え、よってビームチルト時にも先鋭なビーム形状を崩さず高い指向性利得を維持するものがある（例えば、特許文献１の図４参照）。
【０００３】
また、印加電界により誘電率が変化する可変誘電率誘電体を用いて構成された可変移相器を有する従来のフェーズドアレイアンテナの構造として、例えば、可変移相器内の先端開放線路の支持絶縁体として可変誘電率誘電体を用いることで伝播特性可変線路を構成し、伝播特性可変線路導体と接地導体との間に電圧を印加することで伝播特性可変線路の伝搬特性を変化せしめて可変移相器の移相量を制御するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、可変移相器領域を２層のマイクロストリップ線路構造として、一方の層の支持絶縁体として可変誘電率誘電体を用いることで伝播特性可変線路を構成し、両層の線路導体間をスルーホールにて接続し（特許文献１の実施の形態１および図１参照）、あるいは両層の線路導体間を電磁界結合にて接続し（特許文献１の実施の形態２および図２参照）、伝播特性可変線路導体と接地導体との間に電圧を印加することで伝播特性可変線路の伝播特性を変化せしめて可変移相器の移相量を制御するものがある。
【０００５】
ここで、前記従来のフェーズドアレイアンテナについて図を用いて説明する。
図３は可変誘電率誘電体の電界印加時の誘電率変化特性の一例を示す図、図４は可変誘電率誘電体を用いた可変移相器の斜視図である。
【０００６】
一般に、強誘電体等の可変誘電率誘電体は図３に示すように印加する電界により誘電率が変化する性質を有しており、この可変誘電率誘電体を用いて可変移相器を構成するには、例えば図４に示すように、導波路用接地導体４０１上の導波路用絶縁体４０２上に導波路用導体を積層したマイクロストリップ線路構造において、入出力線路４０３を有するハイブリッドカプラ４０４を作製するとともに、ハイブリッドカプラ４０４の１対のアイソレーションポートに同じ長さの先端開放線路４０５を接続し、この先端開放線路の導波路用絶縁体４０６のみに可変誘電率誘電体を使用すれば良い。
【０００７】
ここで、可変移相器４００の導波路用導体４０３〜４０５と接地導体４０１との間にバイアス電圧を印加することにより、マイクロストリップ線路を伝播する高周波電力が作る電界（準ＴＥＭモード）とバイアス電圧が作る電界（ＴＥＭモード）との向きが略平行であることから、先端開放線路４０５はバイアス電圧により伝播する高周波電力の伝播特性を制御することが可能な伝播特性可変線路４０５として機能する。
【０００８】
なお、可変誘電率誘電体４０６へのバイアス電圧は、可変移相器４００を構成する導波路用導体４０３〜４０５がすべて直流的に接続されている連続導体であるので、これら導波路用導体上の任意の位置から入力すれば良い。
【０００９】
ここで、入出力線路４０３およびハイブリッドカプラ４０４を形成した領域の導波路用絶縁体は、印加電界により誘電率が変化しない通常の絶縁体であることから、高周波電力の伝播特性が変化しない伝播特性固定線路として機能する。
【００１０】
このように構成された可変移相器４００では、入出力線路４０３の一方の入出力線路４０３ａから入力された高周波信号はハイブリッドカプラ４０４を通して２つの伝播特性可変線路４０５に出力され、２つの伝播特性可変線路４０５の開放先端で反射された高周波信号は印加されたバイアス電圧を反映した伝播位相遅延を受けてハイブリッドカプラ４０４に再入力され、ハイブリッドカプラ４０４を通った高周波信号は他方の入出力線路４０３ｂに合成されて出力される。
【００１１】
また、他方の入出力線路４０３ｂから高周波信号が入力された場合には、入出力が逆転するだけで、高周波信号は同様の伝播位相遅延を受けて一方の入出力線路４０３ａに出力される。
【００１２】
そして、伝播特性可変線路４０５はハイブリッドカプラ４０４を介して入出力線路４０３にも直流的に接続されているので、複数の可変移相器４００を相互に直列に接続して使用する場合でも、接続された複数の可変移相器の連続する導波路用導体上の任意の位置にバイアス電圧を印加することで全可変移相器に同じバイアス電圧が同時に加わり、よってバイアス回路の構成が簡単な多段可変移相器を実現することが可能となる。
【００１３】
つぎに、上記の可変移相器を用いたフェーズドアレイアンテナの原理を以下に示す。
図５は上述の可変移相器を用いたフェーズドアレイアンテナの原理を示している。
以下、本アンテナを受信に用いる場合における動作を説明する。
Ｗ１〜Ｗ４は到来波の波面を表しており、各波面は、Ｗ１からＷ２、Ｗ２からＷ３、Ｗ３からＷ４へと空間中を伝播する間にそれぞれΦの移相（伝播位相遅延）を受ける。
【００１４】
今、波面Ｗ１に注目すると、アンテナ素子５０１で受信される信号成分は、空間中では移相を受けず、給電移相部５００内では３つの可変移相器５０５，５０６，５０７を通ることでΦずつ移相を受け、合計３Φの移相量にて給電端子５０９へ到達する。
【００１５】
また、アンテナ素子５０２で受信される信号成分は、空間中でＷ１からＷ２の位置へ伝播する間にΦの移相を受け、給電移相部５００内では２つの可変移相器５０６，５０７を通ることでΦずつ移相を受け、合計３Φの移相量にて給電端子５０９へ到達する。
【００１６】
また、アンテナ素子５０３で受信される信号成分は、空間中でＷ１からＷ３の位置へ伝播する間に２Φの移相を受け、給電移相部５００内では１つの可変移相器５０８を通ることでΦの移相を受け、合計３Φの移相量にて給電端子５０９へ到達する。
【００１７】
さらに、アンテナ素子５０４で受信される信号成分は、空間中でＷ１からＷ４の位置へ伝播する間に３Φの移相を受け、給電移相部５００内では１つの可変移相器も通らないので移相を受けず、合計３Φの移相量にて給電端子５０９へ到達する。
【００１８】
つまり、上記のフェーズドアレイアンテナは、波面Ｗ１を有する到来電波を給電端子５０９において同相で合成する機能を有し、よって図中にΘで示す到来方向にメインビーム（指向性）を形成するアンテナとして動作する。
【００１９】
そして、給電移相部５００内の移相器５０５〜５０８は全て同一特性を有する可変移相器であることから同じ制御電圧値に対して同じ移相量が得られ、よって如何なる制御電圧値に対しても１つのメインビームを有し、さらに給電回路部５００は直流的に接続された連続導体で構成されているので、１つのバイアス電圧５１０によってメインビーム方向を変えることが可能となっている。
【００２０】
なお、図５からわかるようにメインビーム方向Θは、可変移相器の移相量Φとアンテナ素子間隔ｄから、
Θ＝ａｒｃｃｏｓ（Φ／ｄ）
という関係となっている。
【００２１】
次に上記のビーム制御の原理を有しながら、可変移相器を右側チルト用および左側チルト用の２つグループに分けて互いに独立に移相量を制御することで各アンテナ素子へ分配する電力バラツキと移相バラツキを抑え、よってビームチルト時にも先鋭なビーム形状を崩さず高い指向性利得を維持できる方式の例として、特許文献１の図４のフェーズドアレイアンテナについて図を用いて説明する。
【００２２】
図６は特許文献１の図４に記載のフェーズドアレイアンテナの可変移相器の配置図であり、６００は給電移相部、６０１は給電端子、６０２（６０２ａ〜６０２ｄ）は右側チルト用の可変移相器グループ、６０３（６０３ａ〜６０３ｄ）は左側チルト用の可変移相器グループ、６０４は右側チルト用バイアス電圧、６０５は左側チルト用バイアス電圧、６０６（６０６ａ〜６０６ｄ）はアンテナ素子、６０７は高周波信号を通過させるとともに右側チルト用バイアス電圧と左側チルト用バイアス電圧とを分離するための直流阻止素子、６０８はバイアス電圧を各可変移相器に印加するとともに高周波信号を阻止する高周波阻止素子である。
【００２３】
前述の図５に示したフェーズドアレイアンテナの原理では、可変移相器は左右非対称に配置されていたが、それによれば、給電端子から各アンテナ素子までの間に設けられる可変移相器の個数が異なるとともに、各可変移相器には誘電体損失や導体損失による通過損失、さらに不整合による反射損失が存在するために、各アンテナ素子に分配される電力と移相にバラツキが生じてしまい、左右対称なビーム形状を得ることが困難であった。
【００２４】
これを解決する方法として、図６に示す特許文献１の図４の構成では、給電端子６０１から各アンテナ素子６０６までの間に設ける可変移相器をすべての経路について同一種類かつ同数とするとともに、可変移相器の配置を左右対称としている。
【００２５】
そして、ビーム制御については、全可変移相器を右側チルト用の可変移相器および左側チルト用の可変移相器の２つのグループに分け、それぞれのグループを独立したバイアス電圧６０４と６０５にて制御する方法を採っている。
【００２６】
なお、図６からわかるように、右側チルト用可変移相器の移相量をΦＲ、左側チルト用可変移相器の移相量をΦＬとすると、波面Ｗ１が給電端子６０１に到達するまでに空間中と給電移相部６００内で受ける移相量の合計は、
【００２７】
アンテナ素子６０６ａで受信した成分：
０×（ΦＲ−ΦＬ）［空間中］＋３×ΦＲ＋０×ΦＬ［給電移相部内］＝３ΦＲ
アンテナ素子６０６ｂで受信した成分：
１×（ΦＲ−ΦＬ）［空間中］＋２×ΦＲ＋１×ΦＬ［給電移相部内］＝３ΦＲ
アンテナ素子６０６ｃで受信した成分：
２×（ΦＲ−ΦＬ）［空間中］＋１×ΦＲ＋２×ΦＬ［給電移相部内］＝３ΦＲ
アンテナ素子６０６ｄで受信した成分：
３×（ΦＲ−ΦＬ）［空間中］＋０×ΦＲ＋３×ΦＬ［給電移相部内］＝３ΦＲ
となり、全て３ΦＲの同相で合成されることから、図５の場合と同様にメインビーム方向Θは、アンテナ素子間隔をｄとすると、
Θ＝ａｒｃｃｏｓ（（ΦＲ−ΦＬ）／ｄ）
という関係となっている。
【００２８】
次に、上記の原理を有する、特許文献２および特許文献１のフェーズドアレイアンテナの構造について図を用いて説明する。
図７（ａ）は特許文献２に記載された多層構造によるフェーズドアレイアンテナの平面図と断面図である。
図７（ａ）において、図中、最も上側に位置するのはアンテナを放射面側から見た様子を示す平面図であり、以下、図中の下側に向かって順に平面図のＡ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ線でアンテナを切断したときの断面の様子を示すＡ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図が記載されている。
【００２９】
即ち、Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図は、特許文献２の図４に示すアクティブフェイズドアレイアンテナの断面図を、各領域ごとの断面に分けてより詳細に表したものとなっている。
【００３０】
また、平面図は図６の破線部６０９の領域のみを抜き出したものであり、平面図の表示方向は、図６を時計回り方向に９０度回転した向きとなっている。
【００３１】
さらに、平面図には、図６に示した移相器６０２に含まれる、つまり図４に示したハイブリッドカプラ４０４と伝播特性可変線路４０５に対応するパターン７０４と７０５、および図６に示した直流阻止素子６０７に対応するパターン７０６、さらに図６に示した高周波阻止素子６０８に対応するパターン７０７が破線にて示されている。
【００３２】
また、平面図において、７０８はアンテナ素子、７０９は入力端子、７１０はバイアス端子、７１１は給電線路パターン、７１２は給電線路パターン７１１とアンテナ素子７０８との結合窓を表しており、これらの領域はハイブリッドカプラ７０４の領域とともに、バイアス電圧が印加されても高周波に対する伝播特性が変化しない伝播特性固定線路となっている。
【００３３】
一方、Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図にはアンテナを構成する層構造とその部材種（構成部材）が示してある。
【００３４】
これらＡ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図において、７１３〜７１６はアンテナ部を構成するための平面導波路構造を構成しており、７１３はアンテナ素子支持用の絶縁体層、７１４はアンテナ素子が作成される導体層、７１５は平面導波路構造を構成するために必要な絶縁体用の空気層、７１６は平面導波路構造を構成するために必要な接地導体層である。
【００３５】
また、７１６〜７１９は給電移相部を構成するための平面導波路構造を構成しており、７１６は平面導波路構造を構成するために必要な接地導体層（アンテナ部と共用する）、７１７は平面導波路構造を構成するために必要な絶縁体用の空気層、７１８は給電移相部の各パターンを作製する導体層、７１９は給電移相部パターン支持用の絶縁体層、７２０は伝播特性可変線路用の可変誘電率誘電体である。
【００３６】
なお、７１４，７１６，７１８の３つの導体層については、各層のパターン形状がわかり易いように、図７（ｂ）に各層ごとに独立して表示している。
【００３７】
上記のように構成された特許文献２に記載のフェーズドアレイアンテナでは、Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図に示すように、７１３〜７１６の４層によりアンテナ部用の第１のインバーテッド型（別称：サスペンデッド型）マイクロストリップ構造が、７１６〜７１９の４層により給電移相部用の第２のインバーテッド型マイクロストリップ構造が構成されており、また平面図に示すように、アンテナ素子７０８（断面図では７１４）と給電線路パターン７１１（断面図では７１８）とは、アンテナ部と給電移相部とで共用する接地導体層７１６上に形成された結合窓７１２（断面図では結合窓７２１）を通して電磁界的に結合し、高周波電力の受け渡しを行うようになっている。
【００３８】
さらに、バイアス電圧は、導体層７１８上に作製したバイアス端子７１０と接地導体層７１６との間に印加することにより、高周波阻止素子パターン７０７→給電線路パターン７１１→ハイブリッドカプラパターン７０４を経由して伝播特性可変線路７０５に印加される。
【００３９】
そして、伝播特性可変線路７０５を伝播する高周波電力が作る電界（準ＴＥＭモード）とバイアス電圧が作る電界（ＴＥＭモード）との向きが略平行となることから、バイアス電圧により伝播特性可変線路７０５上を伝播する高周波電力の伝播特性を制御することが可能となっている。
【００４０】
また、図８（ａ）は特許文献１の実施の形態１に開示された多層構造によるフェーズドアレイアンテナの平面図と断面図である。
【００４１】
図８（ａ）において、図中、最も上側に位置するのはアンテナを放射面側から見た様子を示す平面図であり、以下、図中の下側に向かって順に平面図のＡ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ線でアンテナを切断したときの断面の様子を示すＡ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図が記載されている。
【００４２】
即ち、Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図は、特許文献２の図１に示されたアクティブフェイズドアレイアンテナの、アンテナ部の構造を加え、各領域ごとの断面に分けてより詳細に表したものとなっている。
【００４３】
ここで、平面図の表示領域については、図７のそれと同様となっている。
また、平面図には、ハイブリッドカプラのパターン８０４、伝播特性可変線路のパターン８０５、直流阻止素子のパターン８０６、高周波阻止素子のパターン８０７が破線にて表されている。
【００４４】
さらに、平面図において、８０８はアンテナ素子、８０９は入力端子、８１０はバイアス端子、８１１は給電線路パターン、８１２は給電線路パターン８１１とアンテナ素子８０８との結合窓、８１３は給電線路パターン８１１と伝播特性可変線路パターン８０５とを接続するスルーホールを表しており、これらの領域はハイブリッドカプラ８０４の領域とともに、バイアス電圧が印加されても高周波に対する伝播特性が変化しない伝播特性固定線路となっている。
【００４５】
一方、Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図にはアンテナを構成する層構造とその構成部材が示してある。
【００４６】
Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図において、８１４〜８１７はアンテナ部を構成するための平面導波路構造を構成しており、８１４はアンテナ素子支持用の絶縁体層、８１５はアンテナ素子を作製する導体層、８１６は平面導波路構造を構成するために必要な絶縁体用の空気層、８１７は平面導波路構造を構成するために必要な接地導体層である。
【００４７】
また、８１９〜８２１は伝播特性可変線路以外の給電移相部を構成するための平面導波路構造を構成しており、８１９は伝播特性可変線路以外の給電移相部の各パターンを作製する導体層、８２０は平面導波路構造を構成するために必要な絶縁体用の誘電体層、８２１は平面導波路構造を構成するために必要な接地導体層である。
【００４８】
さらに、８２１〜８２３は伝播特性可変線路を構成するための平面導波路構造を構成しており、８２１は平面導波路構造を構成するために必要な接地導体層（給電移相部と共用）、８２２は平面導波路構造を構成するために必要な可変誘電率誘電体層、８２３は伝播特性可変線路を作製する導体層である。
【００４９】
また、８１８はアンテナ部の平面導波路構造と給電移相部の平面導波路構造を接続する中間層（空気層）である。
【００５０】
なお、８１５，８１７，８１９，８２１，８２３の５つの導体層については、各層のパターン形状がわかり易いように、図８（ｂ）に各層ごとに独立して表示している。
【００５１】
上記のように構成された特許文献１の実施の形態１に開示されたフェーズドアレイアンテナでは、断面図８０１〜８０３に示すように、８１４〜８１７の４層によりアンテナ部用の第１のインバーテッド型（別称：サスペンデッド型）マイクロストリップ構造が、８１９〜８２１の３層により伝播特性可変線路以外の給電移相部用の第２のマイクロストリップ構造が、さらに８２１〜８２３の３層により伝播特性可変線路用の第３のマイクロストリップ構造が構成されており、また、平面図に示すように、アンテナ素子８０８（Ａ−Ａ線断面図では８１５）と給電線路パターン８１１（Ａ−Ａ線断面図では８１９）とは、アンテナ部の接地導体層８１７上に形成された結合窓８１２（Ａ−Ａ線断面図では８２４）を通して電磁界的に結合し、高周波電力の受け渡しを行い、さらに給電線路パターン８１１（Ａ−Ａ線断面図では８１９）と伝播特性可変線路パターン８０５（Ｃ−Ｃ線断面図では８２３）とは、スルーホール８１３（Ｂ−Ｂ線断面図では８２５）を通して結合されている。
【００５２】
さらに、バイアス電圧は、導体層８１９上に作製したバイアス端子８１０と接地導体層８２１との間に印加することにより、高周波阻止素子パターン８０７→給電線路パターン８１１→ハイブリッドカプラパターン８０４を経由して伝播特性可変線路８０５に印加される。
【００５３】
そして、伝播特性可変線路８０５を伝播する高周波電力が作る電界（準ＴＥＭモード）とバイアス電圧が作る電界（ＴＥＭモード）との向きが略平行となることから、バイアス電圧により伝播特性可変線路８０５上を伝播する高周波電力の伝播特性を制御することが可能となっている。
【００５４】
また、図９（ａ）は特許文献１の実施の形態２に開示された多層構造によるフェーズドアレイアンテナの平面図と断面図である。
図９（ａ）において、図中、最も上側に位置するのはアンテナを放射面側から見た様子を示す平面図であり、以下、図中の下側に向かって順に平面図のＡ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ線でアンテナを切断したときの断面の様子を示すＡ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図が記載されている。
【００５５】
即ち、Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図は、特許文献２の図２に示された移相器の構造に、アンテナ部の構造を加え、各領域ごとの断面に分けてより詳細に表したものとなっている。
【００５６】
ここで、平面図の表示領域については、図７のそれと同様となっている。
また、平面図には、ハイブリッドカプラのパターン９０４、伝播特性可変線路のパターン９０５が破線にて表されている。
【００５７】
さらに、平面図において、９０６はアンテナ素子、９０７は入力端子、９０８はバイアス端子、９０９は給電線路パターン、９１０は給電線路パターン９０９とアンテナ素子９０６との結合窓、９１１は直流阻止素子に対応するパターン、９１２は直流阻止素子パターン９１１と伝播特性可変線路パターン９０５とを電磁界的に結合する結合窓、９１３は高周波阻止素子に対応するパターンを表しており、これらの領域はハイブリッドカプラ９０４の領域とともに、バイアス電圧が印加されても高周波に対する伝播特性が変化しない伝播特性固定線路となっている。
【００５８】
一方、Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図にはアンテナを構成する層構造とその構成部材が示してある。
Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図において、９１４〜９１７はアンテナ部を構成するための平面導波路構造を構成しており、９１４はアンテナ素子支持用の絶縁体層、９１５はアンテナ素子を作製する導体層、９１６は平面導波路構造を構成するために必要な絶縁体用の空気層、９１７は平面導波路構造を構成するために必要な接地導体層である。
【００５９】
また、９１９〜９２１は伝播特性可変線路以外の給電移相部を構成するための平面導波路構造を構成しており、９１９は伝播特性可変線路以外の給電移相部の各パターンを作製する導体層、９２０は平面導波路構造を構成するために必要な絶縁体用の誘電体層、９２１は平面導波路構造を構成するために必要な接地導体層である。
【００６０】
さらに、９２１〜９２３は伝播特性可変線路を構成するための平面導波路構造を構成しており、９２１は平面導波路構造を構成するために必要な接地導体層（給電移相部と共用する）、９２２は平面導波路構造を構成するために必要な可変誘電率誘電体層、９２３は伝播特性可変線路を作製する導体層である。
【００６１】
また、９１８はアンテナ部の平面導波路構造と給電移相部の平面導波路構造を接続する中間層（空気層）である。
【００６２】
なお、９１５，９１７，９１９，９２１，９２３の５つの導体層については、各層のパターン形状がわかり易いように、図９（ｂ）に各層ごとに独立して表示している。
【００６３】
上記のように構成された特許文献１の実施の形態２に開示されたフェーズドアレイアンテナでは、Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図に示すように、９１４〜９１７の４層によりアンテナ部用の第１のインバーテッド型（別称：サスペンデッド型）マイクロストリップ構造が、９１９〜９２１の３層により伝播特性可変線路以外の給電移相部用の第２のマイクロストリップ構造が、さらに９２１〜９２３の３層により伝播特性可変線路用の第３のマイクロストリップ構造が構成されており、また、平面図に示すように、アンテナ素子９０６（Ａ−Ａ線断面図では９１５）と給電線路パターン９０９（Ａ−Ａ線断面図では９１９）とは、アンテナ部の接地導体層９１７上に形成された結合窓９１０（Ａ−Ａ線断面図では９２４）を通して電磁界的に結合し、高周波電力の受け渡しを行い、さらに給電線路パターン９０９（Ａ−Ａ線断面図では９１９）と伝播特性可変線路パターン９０５（Ｃ−Ｃ線断面図では９２３）とは、平面導波路構造を構成するために必要な接地導体層９２１（給電移相部と共用）上に形成された結合窓９１２（Ｂ−Ｂ線断面図では９２６）を通して、直流阻止素子に対応するパターン９１１（Ｂ−Ｂ線断面図では９２５）と伝播特性可変線路パターン９０５（Ｃ−Ｃ線断面図では９２３）とが電磁界的に結合し、可変移相器の制御電圧である直流（バイアス電圧）を阻止するとともに高周波電力の受け渡しを行うようになっている。
【００６４】
さらに、バイアス電圧は、導体層９２３上に作製したバイアス端子９０８と接地導体層９２１間に印加することにより、高周波阻止素子パターン９１３を経由して伝播特性可変線路９０５に印加される。
【００６５】
そして、伝播特性可変線路９０５を伝播する高周波電力が作る電界（準ＴＥＭモード）とバイアス電圧が作る電界（ＴＥＭモード）との向きが略平行となることから、バイアス電圧により伝播特性可変線路９０５上を伝播する高周波電力の伝播特性を制御することが可能となっている。
【特許文献１】特開２００４−２３２２８号公報（第１図、第２図、第４図）
【特許文献２】特開２０００−２３６２０７号公報（第１図、第２図、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００６６】
しかしながら、前記従来のフェーズドアレイアンテナの構成では、ビームチルト時でもビーム形状が崩れずに高い指向性利得を保つことが困難であるという課題があった。
【００６７】
つまり、前記従来のフェーズドアレイアンテナでは、左右対称なビーム形状で高い指向性利得を実現するために、図６に示したように可変移相器を右側チルト用の可変移相器グループと左側チルト用の可変移相器グループとに分けて互いに独立に移相量を制御可能な構成としているが、両バイアス電圧を直流的に分離するためには、特許文献２および特許文献１の実施の形態１に開示された給電移相部では給電線路パターン上に直流阻止素子用のパターンが必要となり、また特許文献１の実施の形態２に開示された給電移相部では給電線路と伝播特性可変線路とを電磁界的に結合する直流阻止素子用のパターンが必要となる。
【００６８】
しかしながら、これらの場合、高周波信号を伝播させる線路上に多数挿入された直流阻止素子における不整合が累積してしまうので、たとえビームチルト量がゼロ（ビームが正面方向にある）のときに高い指向性利得を有するように給電移相部を設計したとしても、それは単に直流阻止素子による不整合累積を、素子の追加や線路パラメータの最適化によりキャンセルしているに過ぎないので、ビームチルト時に不整合の累積状態が変化すると、不整合累積のキャンセル状態が崩れ、よってビーム形状が崩れてしまって高い指向性利得を維持することが困難であった。
【００６９】
本発明は、前記従来の課題を解決するためになされたもので、印加電界により誘電率が変化する可変誘電率誘電体を用いて構成された可変移相器を有するフェーズドアレイアンテナにおいて、高い指向性利得を実現するために図６に示すように可変移相器を右側チルト用の可変移相器グループと左側チルト用の可変移相器グループとに分けて互いに移相量を独立に制御する構成とした場合に、不整合の要因となる直流阻止素子を不要とし、よってビームチルト時にもビーム形状の崩れが少なく、高い指向性利得を維持できるフェーズドアレイアンテナ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】
【００７０】
前記従来の課題を解決するために、本願の請求項１の発明にかかるフェーズドアレイアンテナは、印加電界により誘電率が変化する可変誘電率誘電体を用いて構成された可変移相器を有するフェーズドアレイアンテナにおいて、少なくとも接地導体層、絶縁体層、主導体層、可変誘電率誘電体層、副導体層をこの順に積層して形成した積層構造を有する給電移相部を備えた、ことを特徴とするものである。
【００７１】
また、本願の請求項２の発明にかかるフェーズドアレイアンテナは、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記給電移相部は、高周波電力の伝播特性を変化させない伝播特性固定線路と、高周波電力の伝播特性を可変させる伝播特性可変線路とを有する、ことを特徴とするものである。
【００７２】
また、本願の請求項３の発明にかかるフェーズドアレイアンテナは、請求項２に記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記伝播特性固定線路は、前記主導体層上に設けた線路に相当する前記副導体層上の領域に線路を有さず、該主導体層上に設けた線路を伝播する高周波電力が作る電界を、前記主導体層と前記接地導体層間に集中して伝播させ、前記伝播特性可変線路は、前記主導体層上に設けた線路に相当する前記副導体層上の領域に線路を有し、該主導体層上に設けた線路を伝播する高周波電力が作る電界を、前記主導体層と前記接地導体層間、および前記主導体層と前記副導体層間に分配して伝播させ、前記主導体層上に、前記伝播特性固定線路と前記伝播特性可変線路とを互いに連続した導体として構成した、ことを特徴とするものである。
【００７３】
また、本願の請求項４の発明にかかるフェーズドアレイアンテナは、請求項３記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記伝播特性可変線路は、前記主導体層と前記副導体層間にバイアス電圧を印加することにより、前記可変誘電率誘電体層を構成する可変誘電率誘電体の誘電率を変化させ、高周波電力の伝播特性を制御する、ことを特徴とするものである。
【００７４】
また、本願の請求項５の発明にかかるフェーズドアレイアンテナは、請求項１記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記可変誘電率誘電体層は、液晶あるいは液晶を含む材料からなる、ことを特徴とするものである。
【００７５】
また、本願の請求項６の発明にかかるフェーズドアレイアンテナは、請求項１記載のフェーズドアレイアンテナにおいて、前記積層構造は、前記副導体層の前記可変誘電率誘電体層とは反対側に第２の絶縁層を有し、前記絶縁層および前記第２の絶縁層の間に形成される密閉された空間内に前記可変誘電率誘電体層が保持される、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００７６】
本発明によれば、印加電界により誘電率が変化する可変誘電率誘電体を用いて構成された可変移相器を有するフェーズドアレイアンテナにおいて、高い指向性利得を実現するために右側チルト用の可変移相器グループと左側チルト用の可変移相器グループを互いに独立して移相量を制御可能な構成とした場合に、不整合の要因となる２つのバイアス電圧を直流的に分離するための直流阻止素子を不要とし、よってビームチルト時にもビーム形状の崩れが少なく、高い指向性利得を維持できるアンテナを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７７】
以下に、本発明のフェーズドアレイアンテナの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
まず、本発明のフェーズドアレイアンテナについて、可変誘電率誘電体層として固体の誘電体を用いた場合の実施の形態について説明する。
【００７８】
図１（ａ）は本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナの平面図と断面図である。
図１（ａ）において、図中、最も上側に位置するのはアンテナを放射面側から見た様子を示す平面図であり、以下、図中の下側に向かって順に平面図のＡ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ線でアンテナを切断したときの断面の様子を示すＡ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図が記載されている。
【００７９】
ここで、平面図表示領域については、従来例のアンテナの図７のそれと同様となっている。
また、平面図には、ハイブリッドカプラのパターン１０４、伝播特性可変線路のパターン１０５が破線にて表されている。
【００８０】
さらに、平面図において、１０６はアンテナ素子、１０７は入力端子、１０８はバイアス端子、１０９は給電線路パターン、１１０はバイアス線路、１１１はバイアス電圧供給スルーホール、１１２はスルーホール用ランド、１１３は給電線路パターン１０９とアンテナ素子１０６とを電磁界的に結合させる結合窓を表しており、これらの領域はハイブリッドカプラ１０４の領域とともに、バイアス電圧が印加されても高周波に対する伝播特性が変化しない伝播特性固定線路となっている。
【００８１】
一方、Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図にはアンテナを構成する層構造とその構成部材が示してある。
Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図において、１１４〜１１７はアンテナ部を構成するための平面導波路構造を構成しており、１１４はアンテナ素子支持用の絶縁体層、１１５はアンテナ素子を作製する導体層、１１６は平面導波路構造を構成するために必要な絶縁体層としての空気層、１１７は平面導波路構造を構成するために必要な接地導体層である。
【００８２】
また、１１７〜１２３は給電移相部１３０を構成するための平面導波路構造を構成しており、１１７は平面導波路構造を構成するために必要な接地導体層（アンテナ部と共用）、１１８は平面導波路構造を構成するために必要な絶縁体層としての空気層、１１９は給電移相部の各パターンを作製する主導体層、１２０は伝播特性可変線路用の可変誘電率誘電体層、１２１は伝播特性可変線路の電界分布状態を変化させるバイアス線路を作製する副導体層、１２２はバイアス電圧供給回路を主導体層１１９と電磁界的に隔離するための絶縁体層、１２３はバイアス電圧供給回路の配線パターンを作製する導体層である。
【００８３】
なお、１１５，１１７，１１９，１２１，１２３の５つの導体層については、各層のパターン形状がわかり易いように、図１（ｂ）に各層ごとに独立して表示している。
【００８４】
上記のように構成された本実施の形態のフェーズドアレイアンテナでは、Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図に示すように、１１４〜１１７の４層によりアンテナ部用の第１のインバーテッド型（別称：サスペンデッド型）マイクロストリップ構造が、１１７〜１２０の４層により給電移相部用の第２のインバーテッド型マイクロストリップ構造が構成されているが、第２のインバーテッド型マイクロストリップ構造には、接地導体層１１７と主導体層１１９とを挟んで反対側（断面図では下側）に、副導体層１２１と絶縁体層１２２と導体層１２３との３層を追加した改良型の線路となっている。
【００８５】
以上のように、本実施の形態１のフェーズドアレイアンテナでは、少なくとも接地導体層１１７、空気層である絶縁体層１１８、主導体層１１９、可変誘電率誘電体層１２０、副導体層１２１をこの順に積層して形成した積層構造を有する給電移相部１１７〜１２１を備えている。
【００８６】
また、図１（ａ）の平面図に示すように、アンテナ素子１０６（Ａ−Ａ線断面図では１１５）と給電線路パターン１０９（Ｂ−Ｂ線断面図では１１９）とは、アンテナ部と給電移相部とで共用する接地導体層１１７上に形成された結合窓１１３（Ａ−Ａ線断面図では結合窓１２４）を通して電磁界的に結合し、高周波電力の受け渡しを行うようになっている。
【００８７】
さらに、バイアス電圧は、導体層１２３上に作製したバイアス端子１０８と主導体層１１９および接地導体層１１７間（主導体層１１９と接地導体層１１７間は同電位とする）に印加することにより、スルーホール用ランド１１２〜バイアス電圧供給スルーホール１１１を経由してバイアス線路１１０に印加される。
【００８８】
以上のように、本実施の形態１のフェーズドアレイアンテナでは、給電移相部１１７〜１２３は、高周波電力を伝播特性を変化させることなく伝播する伝播特性固定線路１０４および１０９と、高周波電力をバイアス電圧に応じた伝播特性により伝播する伝播特性可変線路１０５とを互いに連続した導体にて主導体層１１９上に設け、伝播特性固定線路１０４および１０９を形成する領域には副導体層１２１上にバイアス線路を有さず、伝播特性可変線路１０５を形成する領域には副導体層１２１上にバイアス線路１１０を有している。
【００８９】
ここで、Ｂ−Ｂ線断面図とＣ−Ｃ線断面図の主導体の周辺部を拡大した図１（ｃ）を用いて、伝播特性固定線路と伝播特性可変線路の動作をより詳細に説明する。
【００９０】
図１（ｃ）は、Ｂ−Ｂ線断面図の主導体層１１９と、Ｂ−Ｂ線断面図の主導体層１１９および副導体層１２１上を伝播する高周波電力の電界分布を示している。
【００９１】
図１（ｃ）において１１７は接地導体層、１１８は絶縁体用の空気層、１２０は可変誘電率誘電体層、１２２は絶縁体層である。
【００９２】
さらに、１２５はＢ−Ｂ線断面図での主導体層上を伝播する高周波電力が作る電界を示しており、１２６はＣ−Ｃ線断面図での主導体層と副導体層上を伝播する高周波電力が作る電界を示している。
【００９３】
ここで、図１（ｃ）に示すように、Ｂ−Ｂ線断面図の領域には、主導体層上に設けた線路と面的に重なる領域には副導体層上にバイアス線路が設けられていないので、主導体層から出る電気力線は主導体層と接地導体層間に集中して伝播している（可変誘電率誘電体層中を通るものは少ない）。
【００９４】
このため、移相器にバイアス電圧が印加されると、主導体層の周囲の可変誘電率誘電体層中にはバイアス電圧による電界は発生せず、よって可変誘電率誘電体層の誘電率は変化せず、主導体層上を伝播する高周波電力に対する伝播特性も変化しないので、この領域の主導体は伝播特性固定線路を構成するものとなっている。
【００９５】
一方、図１（ｃ）に示すように、Ｃ−Ｃ線断面図の領域には、主導体層上に設けた線路と面的に重なる領域には副導体層上にバイアス線路が設けられているので、主導体層から出る電気力線は主導体層と接地導体層間だけでなく、主導体層と副導体層間にも分配（可変誘電率誘電体層中を通るものが多い）されて伝播している。
【００９６】
このため、移相器にバイアス電圧が印加されると、主導体層とバイアス線路間にはバイアス電圧による電界が発生するが、このバイアス電圧による電界は、主導体層１１９と副導体層間に分配された高周波電力が作る電界１２６成分と略並行となることから、主導体層とバイアス線路との間の可変誘電率誘電体層の誘電率は変化し、主導体層上を伝播する高周波電力に対する伝播特性が変化し、この領域の主導体層は伝播特性可変線路を構成するものとなっている。
【００９７】
即ち、本実施の形態１のフェーズドアレイアンテナでは、主導体層と副導体層間に印加するバイアス電圧を変化させることにより、伝播特性可変線路の可変誘電率誘電体層の誘電率を変化させ、よって伝播特性可変線路の伝搬特性を変化せしめて移相量を制御する構成となっている。
【００９８】
また、伝播特性固定線路では、主導体層と副導体層との間に可変誘電率誘電体層が存在するので、接地導体層と副導体層との間にバイアス電圧が印加されても主導体層と副導体層との間には直流電圧はかからない。このため、主導体層を介して右側チルト用制御電圧と左側チルト用制御電圧が衝突することがないので、直流阻止素子が不要な構成となっている。
【００９９】
このように、本実施の形態１のフェーズドアレイアンテナによれば、その給電移相部を、接地導体層、絶縁体層、主導体層、可変誘電率誘電体層、副導体層をこの順に積層して形成した積層構造を有するものとしたので、高周波電力が伝播する線路上に直流阻止素子を設けることなく、高周波電力が伝播する線路をバイアス電圧から絶縁することが可能となっている。よって高い指向性利得を実現するために、可変移相器を右側チルト用の可変移相器グループと、左側チルト用の可変移相器グループとに分けて互いに独立に移相量を制御する構成とした場合に、直流阻止素子による不整合の累積がなくなり、よってビームチルト時にもビーム形状の崩れが少なく、高い指向性利得を維持できるアンテナを実現することが可能となる。
【０１００】
また、図１（ａ）の平面図において、本実施の形態１のフェーズドアレイアンテナは、特許文献２および特許文献１に示した高周波阻止素子に相当する線路パターンを設けていないが、これはバイアス線路１１０上を流れる高周波電流はそのほとんどが主導体層１１９側に面した表面に集中するため、図１に示すように、主導体層１１９側と反対側から給電する積層構造を採ることにより、高周波阻止素子を不要とすることが可能なためである。
【０１０１】
なお、本実施の形態１において、可変誘電率誘電体層としてＢａＴｉＯ3やＢａＳｒＴｉＯ3−ＭｇＯなどの強誘電体材料が使用可能であること、また絶縁体層として空気層のほか熱硬化型のエポキシ樹脂やウレタン樹脂やキシレン樹脂、紫外線硬化型のアクリル樹脂やエポキシ樹脂やフェノール樹脂、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や液晶ポリマーやポリイミドやポリアミドやエポキシなどの樹脂またはそれらの複合材料、ガラスやセラミックス、光重合性ポリマーや熱重合性ポリマー等からなる層が使用可能であることは言うまでもない。
【０１０２】
（実施の形態２）
次に、本発明のフェーズドアレイアンテナについて、可変誘電率誘電体層として液晶等の液体を用いた場合の実施の形態について説明する。
【０１０３】
図２（ａ）は本発明の実施の形態２におけるフェーズドアレイアンテナの平面図と断面図である。
図２（ａ）において、図中、最も上側に位置するのはアンテナを放射面側から見た様子を示す平面図であり、以下、図中の下側に向かって順に平面図のＡ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ線でアンテナを切断したときの断面の様子を示すＡ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図が記載されている。
【０１０４】
ここで、平面図の表示領域については、従来例のアンテナを示す図７のそれと同様となっている。
また、平面図には、ハイブリッドカプラのパターン２０４、伝播特性可変線路のパターン２０５が破線にて示されている。
さらに、平面図における各要素２０６〜２１３は、実施の形態１の図１のそれと同様となっている。
【０１０５】
一方、Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図にはアンテナを構成する層構造とその構成部材が示してある。
【０１０６】
Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図において、２１４〜２１７はアンテナ部を構成するための平面導波路構造を構成しており、この部分については実施の形態１の図１と同様の構成となっている。
【０１０７】
また、２１７〜２２３は給電移相部２３０を構成するための平面導波路構造を構成しており、２１７は平面導波路構造を構成するために必要な接地導体層（アンテナ部と共用）、２１８は平面導波路構造を構成するために必要な絶縁体層、２１９は給電移相部の各パターンを作製する主導体層、２２０は伝播特性可変線路用の可変誘電率誘電体層、２２１は伝播特性可変線路の電界分布状態を変化させるバイアス線路を作製する副導体層、２２２はバイアス電圧供給回路を主導体層２１９と電磁界的に隔離するための絶縁体層、２２３はバイアス電圧供給回路の配線パターンを作製する導体層である。
【０１０８】
ここで、本実施の形態２では可変誘電率誘電体層２２０として液晶等の液体を用いる場合を示しており、２１８と２２２の２つの絶縁体層はその端部が絶縁体層２１８，２２２と同じ材料からなるスペーサ２４０により連接されており、Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図に示すようにアンテナ端において液体を囲って保持する箱形状を構成しており、これにより液晶等の液体である可変誘電率誘電体層２２０は箱形状の絶縁体層内部の密閉された空間２５０内に安定に保持（収容）されている。
また、主導体層２１９は、液体上に形成することができないことから、絶縁体層２１８の表面に形成されている。
【０１０９】
なお、２１５，２１７，２１９，２２１，２２３の５つの導体層については、実施の形態１と同一であり、各層のパターン形状は図１（ｂ）と同様である。
【０１１０】
上記のように構成された本実施の形態のフェーズドアレイアンテナでは、Ａ−Ａ線断面図，Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図に示すように、２１４〜２１７の４層によりアンテナ部用の第１のインバーテッド型（別称：サスペンデッド型）マイクロストリップ構造が、２１７〜２２０の４層により給電移相部用の第２のインバーテッド型マイクロストリップ構造が構成されているが、第２のインバーテッド型マイクロストリップ構造には、接地導体層２１７と主導体層２１９とを挟んで反対側（Ｃ−Ｃ線断面図では下側）に、副導体層２２１と絶縁体層２２２と導体層２２３との３層を追加した改良型の線路となっている。
【０１１１】
ここで、Ｂ−Ｂ線断面図，Ｃ−Ｃ線断面図の主導体の周辺部を拡大した図２（ｂ）を用いて、伝播特性固定線路および伝播特性可変線路の動作をより詳細に説明する。
【０１１２】
図２（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線断面図の主導体層２１９と、Ｃ−Ｃ線断面図の主導体層２１９および副導体層２２１上を伝播する高周波電力の電界分布を示している。
【０１１３】
また、図２（ｂ）において、２１７は接地導体層、２１８は絶縁体層、２２０は可変誘電率誘電体層、２２２は絶縁体層である。
【０１１４】
さらに、２２５はＢ−Ｂ線断面図での主導体層２１９上を伝播する高周波電力が作る電界を示しており、２２６はＣ−Ｃ線断面図での主導体層２１９と副導体層２２１上を伝播する高周波電力が作る電界を示している。
【０１１５】
ここで、図２（ｂ）に示すように、Ｂ−Ｂ線断面図の領域には、主導体層上に設けられた線路と面的に重なる領域には副導体層上にバイアス線路が設けられていないので、主導体層から出る電気力線は主導体層と接地導体層間に集中（可変誘電率誘電体中を通るものは少ない）して伝播している。
【０１１６】
つまり、移相器にバイアス電圧が印加されると、主導体層の周囲の可変誘電率誘電体層中にはバイアス電圧による電界は発生せず、よって可変誘電率誘電体層の誘電率は変化せず、主導体層上を伝播する高周波電力に対する伝播特性も変化しないので、この領域の主導体層は伝播特性固定線路となっている。
【０１１７】
一方、図２（ｂ）に示すように、Ｃ−Ｃ線断面図の領域には、主導体層上に設けられた線路と面的に重なる領域には副導体層上にバイアス線路が設けられているので、主導体層から出る電気力線は主導体層と接地導体層間だけでなく、主導体層と副導体層間にも分配（可変誘電率誘電体中を通るものが多い）されて伝播している。
【０１１８】
つまり、移相器にバイアス電圧が印加されると、主導体層とバイアス線路間にはバイアス電圧による電界が発生するが、このバイアス電圧による電界は、主導体層２１９と副導体層間に分配された高周波電力が作る電界２２６成分と略並行となることから、主導体層とバイアス線路間の可変誘電率誘電体層の誘電率は変化し、主導体層上を伝播する高周波電力に対する伝播特性が変化し、この領域の主導体層は伝播特性可変線路となっている。
【０１１９】
即ち、本実施の形態２のフェーズドアレイアンテナでは、実施の形態１と同様に、主導体層と副導体層間に印加するバイアス電圧を変化させることにより、伝播特性可変線路の可変誘電率誘電体の誘電率を変化させ、伝播特性可変線路の伝搬特性を変化せしめて移相量を制御する構成となっている。
【０１２０】
また、伝播特性固定線路では、主導体層と副導体層との間に可変誘電率誘電体層が介在する構造となっているので、副導体層にバイアス電圧が印加されても主導体層には直接バイアス電圧はかからない。このため、主導体層を介して右側チルト用制御電圧と左側チルト用制御電圧が衝突することがないので、直流阻止素子が不要な構成となっている。
【０１２１】
このように、本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様、その給電移相部を、接地導体層、絶縁体層、主導体層、可変誘電率誘電体層、副導体層をこの順に積層して形成した積層構造を有するものとしたので、高周波電力が伝播する線路上に直流阻止素子を設けることなく、高周波電力が伝播する線路からバイアス電圧を絶縁することが可能となる。よって高い指向性利得を実現するために可変移相器を右側チルト用の可変移相器グループと左側チルト用の可変移相器グループとに分けて互いに独立に移相量を制御する構成とした場合に、直流阻止素子による不整合の累積がなくなり、よってビームチルト時にもビーム形状の崩れが少なく、高い指向性利得を維持できるフェーズドアレイアンテナを実現することが可能となる。
【０１２２】
また、本実施の形態２によれば、可変誘電率誘電体層として、液晶を用いるようにしたので、可変誘電率誘電体層の誘電率の可変が容易なフェーズドアレイアンテナを実現することが可能となる。
【０１２３】
なお、本実施の形態２において、液体状の可変誘電率誘電体層として、ネマチック液晶やスメクチック液晶やコレステリック液晶やディスコティック液晶や強誘電性液晶等、さらには液晶と樹脂との複合材が使用可能であることは言うまでもない。
【０１２４】
また、別体の絶縁体層２１８，２２２およびスペーサ２４０を接続して内部に可変誘電率誘電体層２２０を収容する空間２５０を有する箱形状の絶縁体層を形成するようにしたが、これは液体の可変誘電率誘電体層２２０を安定に保持できるのであれば一体で形成してもよい。
さらに、液体の可変誘電率誘電体層２２０を安定に保持できるのであれば、他の任意の構造を採ってもよい。
【０１２５】
さらに、実施の形態２における液晶が安定に保持された箱形状の可変誘電率誘電体層を、実施の形態１における可変誘電率誘電体層として用いることが可能であることも言うまでもなく、この場合は、主導体線路の絶縁体層として誘電損失が極めて少ない空気が使用できるとともに、可変誘電率誘電体として液晶が使用できて可変誘電率誘電体材料の選択範囲が広がるという、２つのメリットが得られることは言うまでもない。
【０１２６】
また、実施の形態１および実施の形態２において、伝播特性可変線路部における主導体層および副導体層の線路形状を、１／２波長やその整数倍の長さを有する直線状共振線路形状、さらにリング状やディスク状の共振線路形状としても、伝播特性可変特性が同様に得られることは言うまでもない。
【０１２７】
また、実施の形態２において、主導体線層および副導体層の導体金属が液晶に直接に触れることを避けるために、両導体層表面にバッファ層を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
以上のように、本発明は、印加電界により誘電率が変化する可変誘電率誘電体を用いて構成された可変移相器を有するフェーズドアレイアンテナにおいて、高い指向性利得を実現するために可変移相器を右側チルト用の可変移相器グループと左側チルト用の可変移相器グループとに分けて互いに独立に移相量を制御する構成とした場合に、不整合の要因となる直流阻止素子を不要とし、よってビームチルト時にもビーム形状の崩れが少なく、高い指向性利得を維持できるアンテナを実現できるという特長を有し、車載レーダや衛星通信用アンテナ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１（ａ）】本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナの平面図および断面図
【図１（ｂ）】本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナの各導体層の平面図
【図１（ｃ）】本発明の実施の形態１におけるフェーズドアレイアンテナの主導体層と副導体層近傍の電界分布図
【図２（ａ）】本発明の実施の形態２におけるフェーズドアレイアンテナの平面図および断面図
【図２（ｂ）】本発明の実施の形態２におけるフェーズドアレイアンテナの主導体層と副導体層近傍の電界分布図
【図３】可変誘電率誘電体の特性例を示す図
【図４】移相器の原理を示す図
【図５】フェーズドアレイアンテナの原理を示す図
【図６】高利得フェーズドアレイアンテナの移相器の配置を示す図
【図７（ａ）】特許文献２に示された従来のフェーズドアレイアンテナの平面図および断面図
【図７（ｂ）】特許文献２に示された従来のフェーズドアレイアンテナの各導体層の平面図
【図８（ａ）】特許文献１の請求項１に示された従来のフェーズドアレイアンテナの平面図および断面図
【図８（ｂ）】特許文献１の請求項１に示された従来のフェーズドアレイアンテナの各導体層の平面図
【図９（ａ）】特許文献１の請求項２に示された従来のフェーズドアレイアンテナの平面図および断面図
【図９（ｂ）】特許文献１の請求項２に示された従来のフェーズドアレイアンテナの各導体層の平面図
【符号の説明】
【０１３０】
１０４  ハイブリッドカプラ
１０５  伝播特性可変線路
１０６  アンテナ素子
１０７  入力端子
１０８  バイアス端子
１０９  給電線路
１１０  バイアス線路
１１１  バイアス電圧供給スルーホール
１１２  スルーホール用ランド
１１３  結合窓
１１４  絶縁体層
１１５  導体層
１１６  絶縁体用の空気層
１１７  接地導体層
１１８  絶縁体用の空気層
１１９  主導体層
１２０  可変誘電率誘電体層
１２１  副導体層
１２２  絶縁体層
１２３  導体層
１２４  結合窓
１２５  主導体層上を伝播する高周波電力が作る電界
１２６  主導体層と副導体層上を伝播する高周波電力が作る電界
１３０  給電移相部
２０４  ハイブリッドカプラ
２０５  伝播特性可変線路
２０６  アンテナ素子
２０７  入力端子
２０８  バイアス端子
２０９  給電線路
２１０  バイアス線路
２１１  バイアス電圧供給スルーホール
２１２  スルーホール用ランド
２１３  結合窓
２１４  絶縁体層
２１５  導体層
２１６  絶縁体用の空気層
２１７  接地導体層
２１８  絶縁体層
２１９  主導体層
２２０  可変誘電率誘電体層
２２１  副導体層
２２２  絶縁体層
２２３  導体層
２２４  結合窓
２２５  主導体層上を伝播する高周波電力が作る電界
２２６  主導体層と副導体層上を伝播する高周波電力が作る電界
２３０  給電移相部
２４０  スペーサ
２５０  空間
４０１  導波路用接地導体
４０２  導波路用絶縁体
４０３  入出力線路
４０４  ハイブリッドカプラ
４０５  先端開放線路
４０６  先端開放線路の導波路用絶縁体
５００  給電移相部
５０１〜５０４  アンテナ素子
５０５〜５０８  可変移相器
５０９  給電端子
５１０  バイアス電圧
６００  給電移相部
６０１  給電端子
６０２  右側チルト用の可変移相器グループ
６０３  左側チルト用の可変移相器グループ
６０４  右側チルト用バイアス電圧
６０５  左側チルト用バイアス電圧
６０６  アンテナ素子
６０７  直流阻止素子
６０８  高周波阻止素子
６０９  図１，図２，図７，図８，図９に抜粋した領域
７０４  ハイブリッドカプラ
７０５  伝播特性可変線路
７０６  直流阻止素子
７０７  高周波阻止素子
７０８  アンテナ素子
７０９  入力端子
７１０  バイアス端子
７１１  給電線路
７１２  結合窓
７１３  絶縁体層
７１４  導体層
７１５  絶縁体用の空気層
７１６  接地導体層
７１７  絶縁体用の空気層
７１８  導体層
７１９  絶縁体層
７２０  可変誘電率誘電体
７２１  結合窓
８０４  ハイブリッドカプラ
８０５  伝播特性可変線路
８０６  直流阻止素子
８０７  高周波阻止素子
８０８  アンテナ素子
８０９  入力端子
８１０  バイアス端子
８１１  給電線路
８１２  結合窓
８１３  スルーホール
８１４  絶縁体層
８１５  導体層
８１６  絶縁体用の空気層
８１７  接地導体層
８１８  空気層
８１９  導体層
８２０  絶縁体用の誘電体層
８２１  接地導体層
８２２  可変誘電率誘電体層
８２３  導体層
８２４  結合窓
８２５  スルーホール
９０４  ハイブリッドカプラ
９０５  伝播特性可変線路
９０６  アンテナ素子
９０７  入力端子
９０８  バイアス端子
９０９  給電線路
９１０  結合窓
９１１  直流阻止素子
９１２  結合窓
９１３  高周波阻止素子
９１４  絶縁体層
９１５  導体層
９１６  絶縁体用の空気層
９１７  接地導体層
９１８  空気層
９１９  導体層
９２０  誘電体層
９２１  接地導体層
９２２  可変誘電率誘電体層
９２３  導体層
９２４  結合窓
９２５  直流阻止素子
９２６  結合窓
【図１（ａ）】
2007110256.tif 000003
【図１（ｂ）】
2007110256.tif 000004
【図１（ｃ）】
2007110256.tif 000005
【図２（ａ）】
2007110256.tif 000006
【図２（ｂ）】
2007110256.tif 000007
【図３】
2007110256.tif 000008
【図４】
2007110256.tif 000009
【図５】
2007110256.tif 000010
【図６】
2007110256.tif 000011
【図７（ａ）】
2007110256.tif 000012
【図７（ｂ）】
2007110256.tif 000013
【図８（ａ）】
2007110256.tif 000014
【図８（ｂ）】
2007110256.tif 000015
【図９（ａ）】
2007110256.tif 000016
【図９（ｂ）】
2007110256.tif 000017