(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板上に形成された中心導体と、前記中心導体を両側から挟むように第１の接地導体及び第２の接地導体とで構成されたコプレーナ構造のマイクロ波伝送線路と、
前記マイクロ波伝送線路の中心導体を橋状に跨ぎ、かつその一端が前記第１の接地導体に接続され、他の一端が前記第２の接地導体に接続された圧電体と、
前記圧電体を外側から覆い、前記マイクロ波伝送線路の第１の接地導体と第２の接地導体間に接続された橋状接地導体と、
前記マイクロ波伝送線路の中心導体にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と
を具備したことを特徴とするマイクロ波移相器。
【請求項２】
前記マイクロ波伝送線路の中心導体にバイアス電圧を印加することにより前記圧電体に電界をかけて歪みを発生させ、これにより前記マイクロ波伝送線路の中心導体と前記圧電体との間のキャパシタンスを変動させることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波移相器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯において使用される移相器に関わり、特にコプレーナ構造の伝送線路と圧電素子とを組み合わせたマイクロ波移相器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波・ミリ波帯の実用化に伴い、信号の位相を制御する技術は、これら帯域においてもフェーズドアレーアンテナや電力合成型の増幅器等に活用され、重要な技術となっている。
【０００３】
マイクロ波帯において、移相器を電力合成型の電力増幅器に使用した事例が特開２００１−１９６８７０号公報に開示されている。この公報には、複数の電力増幅素子からの出力信号を電力合成器で合成して所望の電力を得る電力増幅器が開示されている。また、上記公報に記載される移相器は、電力合成の際の損失を減らすため、電力増幅素子の個体差により生ずる合成前の各信号間の位相差に対する補償用として使用されている。
【０００４】
そして上記公報には、移相器の構成として、長さの異なる複数の導波路とそれらを入出力端に切り替え接続するスイッチ素子とから成り、外部からのスイッチ制御信号により、所望の移相量が得られる長さの導波路を選択する技術が開示されている。
【０００５】
しかしながら、上記公報に記載される移相器は簡易な構造であり実現は容易であるが、スイッチ素子を経由することによる信号の減衰は否めず、スイッチ制御のための電力も必要とする。
【０００６】
また、個別の機能ユニットとして製造され、前後に接続される機能素子あるいはユニットとはケーブル等を用いて接続されるため、装置の小型化が難しい上、信号の損失も発生する問題がある。
【０００７】
一方、より小型化のためには、他のマイクロ波素子と一体化して、マイクロ波集積回路とする方法がある。マイクロ波集積回路は、誘電体等の基板上にマイクロ波用の能動素子、受動素子、及び伝送線路を一体化したもので、すでに多くの通信機器等で活用されている。
【０００８】
しかし、マイクロ波集積回路にすると、マイクロ波の伝送特性に起因して信号の一部が外部に放射され、近接する回路間において互いにクロストーク等の干渉が発生する。この干渉の発生を防止するため、一般的には回路全体に対して金属板によるシールドを施す必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の移相器ではスイッチ素子を経由するため信号の減衰があり、また位相制御のために電力を必要としていた。更に、小型化にも困難を伴っていた。そのため、信号の損失が少なく、位相制御のための電力消費も少なく、他のマイクロ波素子と一体化しマイクロ波集積回路として小型化できる簡易な構造であり、かつその場合においても、集積回路内における近接する回路との干渉防止が考慮された構造の移相器が望まれていた。
【００１０】
本発明は、上記の要望に鑑みてなされたものであり、挿入損失が少なく、制御のための電力消費も少なく、他のマイクロ波素子との一体化による小型化が可能でかつ小型化時にも近接回路間との干渉が少ない構造のマイクロ波移相器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のマイクロ波移相器は、誘電体基板上に形成された中心導体と、前記中心導体を両側から挟むように第１の接地導体及び第２の接地導体をとで構成されたコプレーナ構造のマイクロ波伝送線路と、前記マイクロ波伝送線路の中心導体を橋状に跨ぎ、かつその一端が前記第１の接地導体に接続され、他の一端が前記第２の接地導体に接続された圧電体と、前記圧電体を外側から覆い、前記マイクロ波伝送線路の第１の接地導体と第２の接地導体間に接続された橋状接地導体と、前記マイクロ波伝送線路の中心導体にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段とを具備したことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、挿入損失及び電力消費が少なく、他のマイクロ波素子との一体化による小型化時にも近接回路間との干渉が少ない構造のマイクロ波移相器を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明によるマイクロ波移相器の実施の形態を図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本発明のマイクロ波移相器の実施形態の斜視図である。また図２は、図１のＡ−Ｂに沿った断面図である。
【００１４】
誘電体基板１上に形成されたコプレーナ伝送線路２は、中心導体２ａと、この中心導体２ａを両側から挟むように第１の接地導体２ｂ及び第２の接地導体２ｃを有する。このコプレーナ伝送線路２の中心導体２ａの上方を跨ぐように橋状圧電体３を配置し、その両端をそれぞれコプレーナ伝送線路２の第１の接地導体２ｂ及び第２の接地導体２ｃに固定し、接地する。この実施形態においては、橋状圧電体３の形状は半楕円筒としている。更に、この橋状圧電体３の外側を覆うように橋状接地導体４を配置し、その両端をそれぞれコプレーナ伝送線路の第１の接地導体２ｂ及び第２の接地導体２ｃに固定し、接地する。この実施形態においては、橋状接地導体４の形状は方形としている。マイクロ波信号はコプレーナ伝送線路２の中心導体２ａを伝搬していく。
【００１５】
上述の構成において、コプレーナ伝送線路２の中心導体２ａに負のバイアス電圧を印加すると、橋状接地導体４からコプレーナ伝送線路２の中心導体２ａに向かって電気力線が発生し、橋状圧電体３に電界がかかる。橋状圧電体３の圧電性の素材は、電界を印加すると電界に比例する歪みが発生する性質があるため、電界がかかると橋状圧電体３は電界方向に歪む。この様子をモデル化して図３に示す。
【００１６】
橋状圧電体３が歪むことにより、橋状圧電体３とコプレーナ伝送線路２の中心導体２ａとの距離が変わり、その間のキャパシタンス（図３のＣｐ）が変動する。このキャパシタンス値Ｃｐは、橋状圧電体３の歪み量の変化、すなわちコプレーナ伝送線路２の中心導体２ａに印加するバイアス電圧（図３のＶｐ）により連続的に変化させることができる。そして、この時の等価回路は図４のようになる。
【００１７】
図４において、Ｌ及びＣはそれぞれコプレーナ伝送線路２固有の単位長当たりの線路インダクタンス及び線路キャパシタンス、Ｃｐは橋状圧電体３とコプレーナ伝送線路２の中心導体２ａとの間のキャパシタンスである。キャパシタンスＣｐは、コプレーナ伝送線路２の単位長当たりの線路キャパシタンスＣと並列に接続されたものとして扱える。
【００１８】
一方、コプレーナ伝送線路２の中心導体２ａを伝搬するマイクロ波信号の伝搬位相θは次式で表される。
【００１９】
【数１】
0003778551.tif 000002
ここで、ωはマイクロ波信号の角周波数、Ｃ及びＬは、それぞれコプレーナ伝送線路２固有の単位長当たりの線路インダクタンス及び線路キャパシタンス、Ｃｐは橋状圧電体３とコプレーナ伝送線路２の中心導体２ａとの間のキャパシタンス、Ｌａはコプレーナ伝送線路２の線路長である。
【００２０】
式１によると、伝搬位相θはＣｐにより変化する。従って、バイアス電圧がある基準値（例えば０ボルト）の時の伝搬位相をθ１とし、バイアス電圧を基準値から変えてＣｐを変化させた時の伝搬位相をθ２とすると、θ２とθ１との差分を移相量とする移相器として動作させることができる。しかも、その移相量はバイアス電圧の連続的な変化に対応して、連続的に変化させることができる。
【００２１】
上述のように、本発明の実施の形態においては、マイクロ波信号の伝搬経路はコプレーナ伝送線路２のみであり、他の素子を含まない極めて簡易な構造である。従って、損失は伝送線路に起因するものだけであり、移相器内での信号の減衰を十分に減らすことができる。
【００２２】
また、本発明の移相器はマイクロ波素子間を接続する伝送線路を兼ねることができるため、例えば同一の誘電体基板上に他のマイクロ波素子またはマイクロ波回路と一体化あるいは集積化するなど、小型化が可能となる。この際にも、橋状接地導体４がシールドの効果を持つため、マイクロ波の伝送特性に起因して信号の一部が外部に放射されることによる近接回路間の干渉を有効に防止できる。
【００２３】
更に、移相量の制御にはコプレーナ伝送線路２の中心導体２ａに印加するバイアス電圧を変化させているが、このバイアス電圧は橋状圧電体３を歪ませるのに必要な電界を発生させるためのものである。従って、電流はほとんど流れないため、電力を消費することなく連続的に移相制御を行なうことができる。
【００２４】
なお、本実施の形態においては、橋状圧電体３の断面形状を半楕円としているが、印加された電界に応じて発生する歪みにより、コプレーナ伝送線路２の中心導体２ａとの間のキャパシタンスを変化させることができるのであれば、半円形、多角形など、その形状は問うものではない。また、橋状接地導体４の断面形状を方形としているが、シールドの効果を持ち、かつ橋状圧電体３に電界を印加する際の片側の電極として機能するのであれば、半円形、半楕円形など、その形状は問うものではない。
【００２５】
以上説明したように、本発明によれば、挿入損失が少なく、他のマイクロ波素子等との一体化・集積化による小型化が可能で、かつ小型化した時の近接回路相互間の干渉が少なく、移相制御のための電力消費がきわめて少ないマイクロ波移相器を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、挿入損失が少なく、制御のための電力消費も少なく、他のマイクロ波素子との集積化が可能でかつ集積時の近接回路間との干渉が少ない構造のマイクロ波移相器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るマイクロ波移相器の斜視図。
【図２】  本発明に係るマイクロ波移相器の斜視図におけるＡ−Ｂ線に沿った断面図。
【図３】  本発明に係るマイクロ波移相器にバイアス電圧が印加された場合をモデル化した断面図。
【図４】  本発明に係るマイクロ波移相器にバイアス電圧が印加された場合を表わす等価回路。
【符号の説明】
１…誘電体基板
２…コプレーナ伝送線路
２ａ…コプレーナ伝送線路の中心導体
２ｂ、２ｃ…コプレーナ伝送線路の接地導体
３…橋状圧電体
４…橋状接地導体
５…バイアス電圧
【図１】
0003778551.tif 000003
【図２】
0003778551.tif 000004
【図３】
0003778551.tif 000005
【図４】
0003778551.tif 000006