(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平板状の誘電体板の一方の面に接地電極を形成し、該接地電極に対向する面に導電体ストリップを形成してなる伝送線路と、回転軸が前記導電体ストリップの信号伝搬方向に対して略平行で、表面が前記導電体ストリップに近接する回転体とを備えた移相器であって、
前記回転体は、回転にともなって前記導電体ストリップに対向する前記回転体の表面の誘電体部分および電極部分の面積が連続的に変化する表面形状を備えて成る移相器。
【請求項２】
略平板状の誘電体板の一方の面に接地電極を形成し、該接地電極に対向する面に導電体ストリップを形成してなる伝送線路と、回転軸が前記導電体ストリップの信号伝搬方向に対して略平行で、表面が前記導電体ストリップに近接する回転体とを備えた移相器であって、
前記回転体は、回転にともなって前記導電体ストリップに対向する前記回転体の表面の電極が前記導電体ストリップに対向する状態と、誘電体基体の誘電体部分のみが前記導電体ストリップに対向する状態とが生じるように、前記誘電体基体に前記電極を設けて成る移相器。
【請求項３】
略平板状の誘電体板の一方の面に接地電極を形成し、該接地電極に対向する面に導電体ストリップを形成してなる伝送線路と、回転軸が前記導電体ストリップの信号伝搬方向に対して略平行で、表面が前記導電体ストリップに近接する回転体とを備えた移相器であって、
前記回転体は、回転にともなって前記導電体ストリップとの間隔が連続的に変化する表面形状を備えて成る移相器。
【請求項４】
それぞれが略平板状の２つの導電体板で挟まれる位置に誘電体ストリップを配置し、回転軸が前記誘電体ストリップの信号伝搬方向と略平行であり、少なくとも一部に誘電体または導電体を含む回転体を、前記誘電体ストリップに沿う少なくとも一方の空間の前記誘電体ストリップに近接する位置に回転自在に配置して成る移相器。
【請求項５】
前記回転体を、前記誘電体ストリップに沿う該誘電体ストリップの両側の空間に回転自在に配置して成る請求項４に記載の移相器。
【請求項６】
前記回転体は、円筒形状または円柱形状の誘電体基体表面に所定の導電体パターンを形成したものである請求項１〜３のうちいずれかに記載の移相器。
【請求項７】
請求項１〜３のうちいずれかに記載の移相器における前記誘電体板の接地電極に、電磁波放射用の複数のスロットを配列して成るフェーズドアレイアンテナ。
【請求項８】
請求項４または５に記載の移相器における前記導電体板に複数のスロットを配列して成るフェーズドアレイアンテナ。
【請求項９】
請求項１〜３のうちいずれかに記載の移相器における誘電体板に接地電極に、電磁波放射用の複数のスロットを配列して成るフェーズドアレイアンテナと、該フェーズドアレイアンテナを送受信に用いる送受信機とを備えて成るレーダ。
【請求項１０】
請求項４に記載の移相器の導電体板に複数のスロットを配列して成るフェーズドアレイアンテナと、該フェーズドアレイアンテナを送受信に用いる送受信機とを備えて成るレーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は伝送線路を伝搬する信号の位相を変化させる移相器、それを備えたフェーズドアレイアンテナおよびレーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、伝送線路を伝搬する電磁波の位相をシフトさせる移相器は、導波管に対して、導波管内に誘電体板を挿入自在に配置した構造を備えていた。
【０００３】
またフェーズドアレイアンテナは、例えば複数のスロットアンテナをアレイ状に配列し、可動隔板を往復動させることにより、各スロットアンテナに対する給電位相を制御してビーム走査を行うように構成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の移相器においては、導波管に対する誘電体板の挿入量を調節することによって位相を制御するものであるので、例えば位相を周期的に変化させるためには、誘電体板を往復動させなければならない。ところが、誘電体板を往復動させる構造では、機械的な信頼性を確保することが困難であり、往復動の高速化も困難となる。
【０００５】
また、マイクロストリップラインのように、誘電体板上に形成した伝送線路や、２枚の金属板の間に誘電体ストリップを配置して成る誘電体線路に、上記従来の移相器を適用した例は無かった。
【０００６】
また、従来のフェーズドアレイアンテナにおいては、複数のスロットアンテナに対する給電位相を制御するために、可動隔板を往復動させていたため、高速に移相制御することは困難であった。
【０００７】
この発明の目的は、上述の問題を解消して、周期的な移相制御を高速に行えるようにし、またマイクロストリップラインや誘電体線路など、平面伝送線路による移相器を構成すること、またその移相器を用いて、全体に簡単な構成でビーム走査を高速に行えるようにしたフェーズドアレイアンテナを構成すること、更には、そのフェーズドアレイアンテナを用いて探知方向を高速に切り替えられるようにしたレーダを構成することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の移相器は、略平板状の誘電体板の一方の面に接地電極を形成し、該接地電極に対向する面に導電体ストリップを形成してなる伝送線路と、回転軸が前記導電体ストリップの信号伝搬方向に対して略平行で、表面が前記導電体ストリップに近接する回転体とを備えた移相器であって、前記回転体は、回転にともなって前記導電体ストリップに対向する前記回転体の表面の誘電体部分および電極部分の面積が連続的に変化する表面形状を備えて成る。
また、前記回転体は、回転にともなって前記導電体ストリップに対向する前記回転体の表面の電極が前記導電体ストリップに対向する状態と、誘電体基体の誘電体部分のみが前記導電体ストリップに対向する状態とが生じるように、前記誘電体基体に前記電極を設けて成る。
また、前記回転体は、回転にともなって前記導電体ストリップとの間隔が連続的に変化する表面形状を備えて成る。
これらの構成により、回転体の回転によって前記伝送線路の位相定数を変化させ、そこを伝送する信号の位相を変化させる。特に、回転体の回転軸を導電体ストリップに略平行に配置することによって、回転体の近接による位相変化の作用を高める。
【０００９】
また、この発明の移相器は、それぞれが略平板状の２つの導電体板で挟まれる位置に誘電体ストリップを配置し、回転軸が前記誘電体ストリップの信号伝搬方向と略平行であり、少なくとも一部に誘電体または導電体を含む回転体を、前記誘電体ストリップに沿う少なくとも一方の空間の前記誘電体ストリップに近接する位置に回転自在に配置する。
これにより、二つの導電体板とそれに挟まれる誘電体ストリップとで誘電体線路を構成し、誘電体ストリップの側部に配置した導電体または誘電体の距離または対向面積を変化させることによって誘電体線路の位相定数を変化させ、伝送信号の位相を変化させる。特に、回転体の回転軸を誘電体ストリップに略平行に配置することによって、回転体の近接による位相変化の作用を高める。
【００１０】
上述の各移相器における回転体としては、円筒形状や円柱形状の誘電体基体表面に所定の導電体パターンを形成したものとする。または円筒形状や円柱形状等の所定の形状を有する導電体部材で構成したものとする。
【００１１】
この発明のフェーズドアレイアンテナは、上記導電体ストリップを形成した誘電体板に接地電極を形成するとともに、該接地電極に電磁波放射用の複数のスロットを配列することにより構成する。
これにより、導電体ストリップによる伝送線路を、スロットアンテナの給電線として作用させ、その伝送線路の位相定数を上記回転体の回転により変化させ、各スロットアンテナに対する給電位相を変化させることにより、ビームの走査を行う。
【００１３】
また、この発明のフェーズドアレイアンテナは、上記誘電体ストリップを配置した導電体板に複数のスロットを配列して構成する。この構造により、上記スロットをスロットアンテナとして作用させ、誘電体線路をスロットアンテナに対する給電線として作用させる。そして、上記回転体の回転により、各スロットアンテナに対する給電位相を変化させることによりビームの走査を行う。
【００１４】
この発明のレーダは、上記フェーズドアレイアンテナとそのフェーズドアレイアンテナを送受信に用いる送受信機とを備えて構成する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係る移相器の構成を図１〜図４を参照して説明する。この第１の実施形態は、マイクロストリップラインを伝送線路としたものである。
図１は移相器の斜視図である。ここで誘電体板１の表面に導電体ストリップ（ストリップライン）２を形成している。誘電体板１の下面には略全面に接地電極７を形成している。誘電体板１、接地電極７および導電体ストリップ２によってマイクロストリップラインを構成している。３は、円柱形状の誘電体基体４の表面に所定パターンの電極５を形成して成る回転体である。６はその回転軸である。回転軸６は導電体ストリップ２に対して略平行に、且つこの回転体３と誘電体板１との間に導電体ストリップ２を挟むように配置している。このような構成によって、回転体３の回転に伴って、導電体ストリップ２と電極部分との対向面積および導電体ストリップ２と基体４の誘電体部分との対向面積が変化し、それに伴ってマイクロストリップラインの位相定数が変化する。その結果、マイクロストリップラインを伝搬する信号の位相が周期的に変化する。
【００１６】
回転体３は、その回転軸が回転対称の軸に一致していれば、回転に伴う重心移動が無く、高速に回転させても装置全体に振動などが生じない。そのため、高速化が可能となり、機械的な信頼性も飛躍的に高まる。
【００１７】
図２は上記回転体の他の構成例を示す図である。図１に示した例では、回転体の回転に伴って導電体ストリップに対向する誘電体部分と電極部分の面積が連続的に変化するようなパターンを基体４の表面に形成したが、この図２に示す例では、円柱形状の側面の周回方向に沿って略一定の幅で伸びる電極５を形成している。図２においてその他の構成は図１に示したものと同様である。このような電極パターンを形成することによって、回転体３の回転に伴って、電極５が誘電体板上の導電体ストリップ２に対向する状態と、基体４の誘電体部分のみが導電体ストリップ２に対向する状態とに切り替わる。これによりマイクロストリップラインの伝搬定数が変化し、伝送すべき周波数の伝搬状態と非伝搬状態とを切り替えるスイッチとして用いることができる。すなわち、この図２に示した回転体を用いれば、移相変化が不連続なスイッチとして機能する。
【００１８】
図３は、図１または図２に示したものとは更に異なった回転体を用いて構成した移相器の斜視図である。ここで回転体３は、楕円柱形状の金属などの導電体部材で構成している。この回転体３を回転軸６を回転中心として回転させることにより、誘電体板１および導電体ストリップ２と回転体表面との間隔が周期的に変化する。この間隔によってマイクロストリップラインの位相定数が変化し、そこを伝搬する信号の位相が周期的に変化する。
【００１９】
尚、回転体３を全体に導電体部材で構成せずに、例えば絶縁体基体表面の略全面に電極膜を形成してもよい。
【００２０】
また、回転体３を楕円柱形状とはせずに、例えば円柱形状であっても、その回転軸を回転対称中心から偏心させて、回転体の回転に伴って、回転体表面と誘電体板１および導電体ストリップ２との間隔が変化するようにしてもよい。
【００２１】
図４は更に他の回転体の形状の例を示している。（Ａ）に示す例では、断面形状が略一定で、且つ一点鎖線で示す回転軸の軸方向の位置によって、断面形状の回転軸からの偏心方向および偏心量を変化させた形状としている。
【００２２】
また（Ｂ）に示す例では、一点鎖線で示す回転中心の軸上での断面形状を次第に異ならせている。
【００２３】
何れの形状であっても、回転体３の回転により、誘電体板および導電体ストリップから回転体表面までの距離が変化し、その間に生じる静電容量の変化に伴い、マイクロストリップラインの位相定数が変化する。その結果、回転体の回転により移相制御を行うことができる。
【００２４】
次に、第２の実施形態に係る移相器の構成を図５および図６を参照して説明する。この第２の実施形態に係る移相器は、誘電体線路を伝送線路とするものである。
【００２５】
図５に示す例では、導電体板１０と１１との間に誘電体ストリップ１２を挟み込んで誘電体線路を構成している。そして、回転体３を、その回転軸が誘電体ストリップ１２に対して略平行となるように、且つ側部に配置している。この回転体３自体の構成は図３に示したものと同様である。
【００２６】
図６に示す例では、上下の導電体板１０，１１および誘電体ストリップ１２から成る誘電体線路に対して、誘電体ストリップ１２の側部に２つの回転体３を配置している。
【００２７】
図５，図６に示した何れの構造においても、回転体３を回転させることによって、導電体である回転体と誘電体ストリップとの距離が変化して、誘電体線路の位相定数が変化し、誘電体線路を伝搬する信号の位相が変化する。
【００２８】
尚、図６に示したように、誘電体ストリップ１２の両側部に回転体３を配置することによって、誘電体線路の電磁波伝搬方向に対する左右の対称性を維持することができる。これにより、不要なスプリアスモードへの変換がなく、モード変換に伴う損失が抑えられる。また、２つの回転体を用いることにより、より大きな位相変化量を得ることができる。
【００２９】
図５または図６に示した回転体としては、全体を導電体材料から構成してもよいし、絶縁体基体の表面に電極膜を略全面に形成することによって構成してもよい。また、その形状も、先に示したマイクロストリップラインに適用する場合と同様に、断面を任意の形状としてもよく、更に回転軸の軸方向の位置によって断面形状を異ならせてもよい。
【００３０】
次に、第３の実施形態であるフェーズドアレイアンテナについて、図７を参照して説明する。
図７において、１は誘電体板、２はその上面に形成した導電体ストリップ（ストリップライン）である。誘電体板１の下面には、略全面に接地電極を形成するとともに、その所定箇所に電極をそれぞれ部分的に開口させた複数のスロット８を配列させている。
【００３１】
誘電体板１、下面の接地電極および導電体ストリップ２はマイクロストリップラインを構成するが、その電磁界はスロット８を介して下方に放射される。各スロットに対する給電位相が等しければ、誘電体板１に対し垂直方向にビームの軸が向く。各スロットに対する給電位相が、導電体ストリップ２に沿って次第に遅れるか、または次第に早まるようにずれていれば、誘電体板に垂直な面でビーム走査が可能となる。先に示した移相器の実施形態で述べたように、導電体ストリップ２に近接する回転体３の回転によって、回転体表面と導電体ストリップ２との距離が連続的に変化することにより、マイクロストリップラインの位相定数が連続的に変化する。その結果、複数のスロット８に対する給電位相が導電体ストリップ２に沿ってずれる。すなわち、回転体３の回転によりビームが走査されることになる。
【００３３】
次に、第４の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナについて、図８を参照して説明する。
図８において１０，１１はそれぞれ導電体板、１２はこの２つの導電体板間に配置した誘電体ストリップであり、この構成により誘電体線路を構成している。導電体板１０には、図に示すように複数のスロット８を形成している。これらのスロット８から、誘電体線路を伝搬する電磁波が放射されるので、スロットアンテナとして作用する。誘電体ストリップ１２の側部には、先に示した移相器の場合と同様の回転体３を配置していて、この回転体３の回転によって誘電体ストリップの位相定数が変化する。但し、誘電体線路の電磁波伝搬方向に沿って位相定数が次第に変化するように回転体３の形状を定めておく。これにより、回転体３の回転に伴ってスロット８に対する給電位相が誘電体線路の電磁波伝搬方向に沿って次第に変化して、結果的にビームの走査が行われる。
【００３４】
なお、図８に示した例では、上部の導電体板１０にスロット８を形成したが、下部の導電体板１１にスロットを同様に形成することにより、ビームを下方に形成することもできる。また、上下両方の導電体板にスロットを設ければ、上下両方向にビームを形成することもできる。
【００３５】
次に、第５の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナについて図９を参照して説明する。
図９において、１０，１１はそれぞれ導電体板であり、その間に主たる誘電体ストリップ１２と、その誘電体ストリップ１２に対して垂直方向に伸びる複数の従たる誘電体ストリップ１３を配置している。この上下の導電体板１０，１１とそれに挟まれる誘電体ストリップ１２，１３によってそれぞれ誘電体線路を構成していて、１０，１１，１２による誘電体線路に、１０，１１，１３による誘電体線路が結合する。導電体板１０には、誘電体ストリップ１３に沿ってスロット８を形成している。このような構造により、誘電体ストリップ１３を伝搬する電磁波がスロット８から放射される。図８に示した例と同様に、誘電体ストリップ１２の側部には回転体３を配置しているため、この回転体３の回転によって、誘電体ストリップ１２による誘電体線路の位相定数が電磁波伝搬方向に沿って連続的に変化する。これにより、図９に示した場合と同様にビームの走査が行われる。
【００３６】
なお、図９に示した例では、上部の導電体板１０にスロット８を形成したが、下部の導電体板１１にスロットを同様に形成することにより、ビームを下方に形成することもできる。また、上下両方の導電体板にスロットを設ければ、上下両方向にビームを形成することもできる。
【００３７】
次に、第６の実施形態に係るレーダ装置の構成を図１０を基に説明する。図１０において、ＶＣＯ２０は、ガンダイオードとバラクタダイオード等を用いた電圧制御発振器、アイソレータ２１は、反射信号がＶＣＯ２０に戻るのを抑制する。カプラ２２は、送信信号の一部をローカル信号として取り出すＮＲＤガイドからなる方向性結合器である。サーキュレータ２３は、送信信号をアンテナ２４へ給電し、また受信信号をミキサー２５側へ伝送する。ミキサー２５は、受信信号と上記ローカル信号とを混合して中間周波信号を出力する。ＩＦアンプ２６は、その中間周波信号を増幅して信号処理回路２７へＩＦ信号として与える。この信号処理回路２７は、ＶＣＯ２０の変調信号と受信信号との関係から物標までの距離および相対速度を検知する。
【００３８】
上記アンテナ２４の部分に、図７〜図９に示したアンテナ装置を用いる。上述したように、アンテナ装置における回転体の回転制御によってビームの走査を行うため、低駆動力でビームの走査を行うことができ、全体に低消費電力化が図れる。また、ビーム走査に伴う振動も発生し難いので、走査速度を高速化でき、耐衝撃性も向上する。また、同じ理由で、より高速なビーム走査が可能となるため、広いビーム走査範囲を短時間周期で物標の探知できるようになる。
【００３９】
【発明の効果】
この発明によれば、略平板状の誘電体板の一方の面に接地電極を形成し、該接地電極に対向する面に導電体ストリップを形成してなる伝送線路と、回転軸が前記導電体ストリップの信号伝搬方向に対して略平行で、表面が前記導電体ストリップに近接する回転体とを備え、前記回転体の回転にともなって、前記導電体ストリップに対向する前記回転体の表面の誘電体部分および電極部分の面積が連続的に変化するので、または前記導電体ストリップに対向する前記回転体の表面の電極が前記導電体ストリップに対向する状態と誘電体基体の誘電体部分のみが前記導電体ストリップに対向する状態とが生じるので、または前記回転体と前記導電体ストリップとの間隔が連続的に変化するので、マイクロストリップラインなどの平面伝送線路を用いた移相器が構成できる。また、回転体の回転により、位相を変化させることができるので、質量・加速度積（慣性抵抗）が小さなり、位相の変化速度を高速化する場合にも、大きな駆動力を必要とせず、発生する振動も小さくなる。したがって、簡素なモータを用いて容易に高速化が図れ、機械的な信頼性も十分に確保することができる。
【００４０】
また、この発明によれば、それぞれが略平板状の２つの導電体板で挟まれる位置に誘電体ストリップを配置し、回転軸が前記誘電体ストリップの信号伝搬方向と略平行であり、少なくとも一部に誘電体または導電体を含む回転体を、前記誘電体ストリップに沿う少なくとも一方の空間の前記誘電体ストリップに近接する位置に回転自在に配置したことにより、誘電体線路などの平面伝送線路を用いた移相器を構成することができる。また、回転体の回転により、位相を変化させることができるので、上述の場合と同様に、位相の変化速度を高速化する場合にも、大きな駆動力を必要とせず、簡素なモータを用いて容易に高速化が図れ、機械的な信頼性も十分に確保することができる。また、回転体を、誘電体ストリップの側部に配置したことにより、誘電体ストリップを挟む２つの導電体板含めた全体の厚みを薄くすることができる。さらに、回転体を誘電体ストリップの両側部に配置することができ、その場合には、位相変化量を大きく確保することができる。
【００４１】
また、この発明によれば、回転体を、円筒形状や円柱形状の誘電体基体表面に導電体パターンを形成したものとすることにより、回転体が単純化でき、且つ、表面の導電体パターンにより、回転にともなう位相変化パターンを様々に変化させることができるようになる。
【００４２】
また、この発明によれば、回転体を、円筒形状や円柱形状の導電体部材で構成したものとすることにより、回転体の製造が容易となり、特性のばらつきも抑えられる。
【００４３】
この発明によれば、上記導電体ストリップを形成した誘電体板に接地電極を形成するとともに、該接地電極に電磁波放射用の複数のスロットを配列したことにより、導電体ストリップによる伝送線路が、スロットアンテナの給電線として作用し、その伝送線路の位相定数が上記回転体の回転により変化することによって、各スロットアンテナに対する給電位相が変化するため、全体に簡単な構造でフェーズドアレイアンテナが構成できる。しかも、ビームを高速に走査する場合でも慣性抵抗や振動を小さく抑えることができ、したがって、簡素なモータを用いて容易に高速化が図れ、機械的な信頼性も十分に確保することができる。
【００４６】
また、この発明によれば、上記誘電体ストリップを配置した導電体板に複数のスロットを配列してフェーズドアレイアンテナを構成したことにより、全体に簡単な構造となり、小型軽量化が図れる。
【００４７】
また、この発明によれば、上記フェーズドアレイアンテナとそのフェーズドアレイアンテナを送受信に用いる送受信機とを備えたことにより、高速走査可能で耐衝撃性の高いレーダが構成できる。しかも、簡素なモータを用いて低コスト化を図ることができ、且つ機械的な信頼性も十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る移相器の斜視図
【図２】同移相器に適用する回転体の他の構成を示す図
【図３】他の回転体を備えた移相器の構成を示す図
【図４】同移相器に適用する回転体の他の構成を示す図
【図５】第２の実施形態に係る移相器の構成を示す斜視図
【図６】回転体の配置を異ならせた移相器の構成を示す斜視図
【図７】第３の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの構成を示す斜視図
【図８】第４の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの構成を示す斜視図
【図９】第５の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの構成を示す斜視図
【図１０】第６の実施形態に係るレーダの構成を示すブロック図
【符号の説明】
１−誘電体板
２−導電体ストリップ
３−回転体
４−基体
５−電極
６−回転軸
７−接地電極
８−スロット
９−バッチ
１０，１１−導電体板
１２，１３−誘電体ストリップ
【図１】
0003800023.tif 000002
【図２】
0003800023.tif 000003
【図３】
0003800023.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003800023.tif 000006
【図６】
0003800023.tif 000007
【図７】
0003800023.tif 000008
【図８】
0003800023.tif 000009
【図９】
0003800023.tif 000010
【図１０】
0003800023.tif 000011