JP2007110256A - Phased-array antenna - Google Patents
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Abstract
Description
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。
The present invention relates to a phased array antenna.
More specifically, in a phased array antenna having a variable phase shifter configured using a variable dielectric constant dielectric whose dielectric constant changes depending on an applied electric field, the beam shape is less distorted even during beam tilt, and high directivity gain TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
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)。 As a conventional phased array antenna having a variable phase shifter configured using a variable dielectric constant dielectric whose dielectric constant changes depending on the applied electric field, the variable phase shifter is divided into two groups for right side tilt and left side tilt. By controlling these phase shift amounts independently of each other, it is possible to suppress power variation and phase shift variation distributed to each antenna element, and thus maintain a high directivity gain without destroying a sharp beam shape even during beam tilt. There are some (see, for example, FIG. 4 of Patent Document 1).
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)。 In addition, as a structure of a conventional phased array antenna having a variable phase shifter configured using a variable dielectric constant dielectric whose dielectric constant changes depending on an applied electric field, for example, support insulation of an open-ended line in the variable phase shifter A variable dielectric constant dielectric is used as a body to form a propagation characteristic variable line, and a voltage is applied between the propagation characteristic variable line conductor and the ground conductor to change the propagation characteristic of the propagation characteristic variable line to change the transmission characteristic. Some control the amount of phase shift of the phase shifter (see, for example, Patent Document 2).
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。
Furthermore, the variable phase shifter area has a two-layer microstrip line structure, and a variable dielectric constant dielectric is used as a support insulator for one layer, so that a propagation characteristic variable line is formed, and between the line conductors of both layers is formed. Connected by holes (see
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。
Here, the conventional phased array antenna will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a dielectric constant change characteristic when a variable dielectric constant dielectric is applied with an electric field, and FIG. 4 is a perspective view of a variable phase shifter using the variable dielectric constant dielectric.
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。
In general, a variable dielectric constant dielectric such as a ferroelectric has a property that the dielectric constant changes depending on an electric field applied as shown in FIG. 3, and a variable phase shifter is configured using the variable dielectric constant dielectric. For example, as shown in FIG. 4, a
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。
Here, by applying a bias voltage between the waveguide conductors 403 to 405 and the
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。
The bias voltage to the variable dielectric constant dielectric 406 is a continuous conductor in which all of the waveguide conductors 403 to 405 constituting the
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。
Here, the waveguide insulator in the region where the input / output line 403 and the
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。
In the
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。
In addition, when a high frequency signal is input from the other input /
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。
Since the propagation
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。
Next, the principle of the phased array antenna using the variable phase shifter will be described below.
FIG. 5 shows the principle of a phased array antenna using the above-described variable phase shifter.
The operation when this antenna is used for reception will be described below.
W1 to W4 represent wavefronts of incoming waves, and each wavefront receives a phase shift (propagation phase delay) of Φ while propagating in space from W1 to W2, W2 to W3, and W3 to W4.
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。
Now, paying attention to the wavefront W1, the signal component received by the
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。
The signal component received by the
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。
The signal component received by the
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。
Further, the signal component received by the
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。
That is, the above-mentioned phased array antenna has a function of synthesizing incoming radio waves having the wavefront W1 in phase at the
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。
Since the
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。
As can be seen from FIG. 5, the main beam direction Θ is determined from the phase shift amount Φ of the variable phase shifter and the antenna element spacing d.
Θ = arccos (Φ / d)
It is a relationship.
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。
Next, the electric power distributed to each antenna element by controlling the amount of phase shift independently by dividing the variable phase shifter into two groups for right side tilt and left side tilt while having the above-mentioned beam control principle. The phased array antenna of FIG. 4 of
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。
FIG. 6 is a layout diagram of the variable phase shifter of the phased array antenna described in FIG. 4 of
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。 According to the principle of the phased array antenna shown in FIG. 5 described above, the variable phase shifters are arranged asymmetrically. However, according to this, the number of variable phase shifters provided between the feed terminal and each antenna element is determined. In addition, each variable phase shifter has passing loss due to dielectric loss, conductor loss, and reflection loss due to mismatching, resulting in variations in power distributed to each antenna element and phase shift. It was difficult to obtain a symmetrical beam shape.
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。
As a method for solving this, in the configuration of FIG. 4 of
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。
For beam control, all variable phase shifters are divided into two groups, a right-side tilt variable phase shifter and a left-side tilt variable phase shifter, and each group is set with
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、
As can be seen from FIG. 6, assuming that the phase shift amount of the right tilt variable phase shifter is ΦR and the phase shift amount of the left tilt variable phase shifter is ΦL, the wavefront W1 reaches the
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。
Components received by antenna element 606a:
0 × (ΦR−ΦL) [in space] + 3 × ΦR + 0 × ΦL [in the feeding phase shift section] = 3ΦR
Components received by
1 × (ΦR−ΦL) [in space] + 2 × ΦR + 1 × ΦL [in the feeding phase shift section] = 3ΦR
Components received by
2 × (ΦR−ΦL) [in space] + 1 × ΦR + 2 × ΦL [in the feeding phase shift section] = 3ΦR
Components received by antenna element 606d:
3 × (ΦR−ΦL) [in space] + 0 × ΦR + 3 × ΦL [in the feeding phase shift section] = 3ΦR
Since all are synthesized in the same phase of 3ΦR, as in the case of FIG.
Θ = arccos ((ΦR−ΦL) / d)
It is the relationship.
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。
Next, the structure of the phased array antenna of Patent Document 2 and
FIG. 7A is a plan view and a cross-sectional view of a phased array antenna having a multilayer structure described in Patent Document 2. FIG.
In FIG. 7 (a), the uppermost position in the drawing is a plan view showing the state of the antenna viewed from the radiation surface side. Hereinafter, AA in the plan view in order toward the lower side in the drawing. A cross-sectional view taken along line AA, a cross-sectional view taken along the line BB, and a cross-sectional view taken along the line C-C showing the state of the cross section when the antenna is cut along a line, a line BB, and a line CC.
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。 That is, the AA line sectional view, the BB line sectional view, and the CC line sectional view are obtained by dividing the sectional view of the active phased array antenna shown in FIG. It is a detailed representation.
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。
Further, the plan view is obtained by extracting only the area of the
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。
Further, the plan view includes
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。
In the plan view,
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。 On the other hand, the AA line cross-sectional view, the BB line cross-sectional view, and the CC line cross-sectional view show the layer structure constituting the antenna and its member types (constituent members).
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。
In these AA line sectional view, BB line sectional view, and CC line sectional view, 713 to 716 constitute a planar waveguide structure for constituting an antenna portion, and 713 for
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。
Further,
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。
Note that the three
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。
In the phased array antenna described in Patent Document 2 configured as described above, four
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。
Further, the bias voltage is applied between the
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。
The direction of the electric field (quasi-TEM mode) generated by the high-frequency power propagating through the propagation characteristic
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。
FIG. 8A is a plan view and a cross-sectional view of a phased array antenna having a multilayer structure disclosed in
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。 In FIG. 8 (a), the uppermost position in the drawing is a plan view showing the state of the antenna viewed from the radiation surface side. Hereinafter, AA in the plan view in order toward the lower side in the drawing. A cross-sectional view taken along line AA, a cross-sectional view taken along the line BB, and a cross-sectional view taken along the line C-C are shown.
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。 That is, the AA line cross-sectional view, the BB line cross-sectional view, and the CC line cross-sectional view include the structure of the antenna portion of the active phased array antenna shown in FIG. It is shown in more detail by dividing the section.
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。
Here, the display area of the plan view is the same as that of FIG.
In the plan view, a
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。
Further, in the plan view, 808 is an antenna element, 809 is an input terminal, 810 is a bias terminal, 811 is a feed line pattern, 812 is a coupling window between the
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。 On the other hand, the AA line cross-sectional view, the BB line cross-sectional view, and the CC line cross-sectional view show the layer structure and the components constituting the antenna.
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。 In the AA line sectional view, the BB line sectional view, and the CC line sectional view, 814 to 817 constitute a planar waveguide structure for constituting the antenna portion, and 814 is for supporting the antenna element. Insulator layer, 815 is a conductor layer for manufacturing an antenna element, 816 is an air layer for an insulator necessary for constructing a planar waveguide structure, and 817 is a ground conductor layer necessary for constructing a planar waveguide structure It is.
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。
819 to 821 constitute a planar waveguide structure for constructing a feeding phase shifter other than the propagation characteristic variable line, and 819 represents a conductor for producing each pattern of the feeding phase shifter other than the propagation characteristic variable line. A
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。
Further, 821 to 823 constitute a planar waveguide structure for constructing a propagation characteristic variable line, and 821 represents a ground conductor layer (shared with a feeding phase shift section) necessary for constructing the planar waveguide structure,
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。
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。
Note that the five
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。
In the phased array antenna disclosed in
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。
Further, the bias voltage is applied between the
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。
Since the direction of the electric field (quasi-TEM mode) generated by the high frequency power propagating through the propagation characteristic
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。
9A is a plan view and a cross-sectional view of a phased array antenna having a multilayer structure disclosed in Embodiment 2 of
In FIG. 9 (a), the uppermost position in the drawing is a plan view showing the state of the antenna viewed from the radiation surface side. Hereinafter, AA in the plan view in order toward the lower side in the drawing. A cross-sectional view taken along line AA, a cross-sectional view taken along the line BB, and a cross-sectional view taken along the line C-C showing the state of the cross section when the antenna is cut along a line, a line BB, and a line CC.
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。 That is, the AA line sectional view, the BB line sectional view, and the CC line sectional view are obtained by adding the structure of the antenna unit to the structure of the phase shifter shown in FIG. Each section is shown in more detail.
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。
Here, the display area of the plan view is the same as that of FIG.
Further, in the plan view, a
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。
Further, in the plan view, 906 is an antenna element, 907 is an input terminal, 908 is a bias terminal, 909 is a feed line pattern, 910 is a coupling window between the
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。
On the other hand, the AA line cross-sectional view, the BB line cross-sectional view, and the CC line cross-sectional view show the layer structure and the components constituting the antenna.
In the AA line sectional view, the BB line sectional view, and the CC line sectional view, 914 to 917 constitute a planar waveguide structure for constituting the antenna portion, and 914 is for supporting the antenna element. Insulator layer, 915 is a conductor layer for producing an antenna element, 916 is an air layer for an insulator necessary for constructing a planar waveguide structure, and 917 is a ground conductor layer necessary for constructing a planar waveguide structure It is.
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。
Also,
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。 Furthermore, 921 to 923 constitute a planar waveguide structure for constructing a propagation characteristic variable line, and 921 represents a ground conductor layer necessary for constructing the planar waveguide structure (shared with the feeding phase shift section). , 922 is a variable dielectric constant dielectric layer necessary for constructing a planar waveguide structure, and 923 is a conductor layer for producing a propagation characteristic variable line.
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。
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。
Note that the five
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。
In the phased array antenna disclosed in Embodiment 2 of
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。
Further, the bias voltage is applied between the
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。
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。 However, the configuration of the conventional phased array antenna has a problem that it is difficult to maintain a high directivity gain without losing the beam shape even at the time of beam tilt.
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。
That is, in the conventional phased array antenna, in order to realize a high directivity gain with a bilaterally symmetric beam shape, the variable phase shifter is connected to the variable phase shifter group for right side tilt and the left side tilt as shown in FIG. However, in order to separate the two bias voltages in a direct current manner, the embodiments of Patent Document 2 and
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。 However, in these cases, mismatches in the DC blocking elements inserted many on the line propagating the high-frequency signal are accumulated, so that the high directivity is obtained even when the beam tilt amount is zero (the beam is in the front direction). Even if the feed phase shifter is designed to have a characteristic gain, it simply cancels the mismatch accumulation due to the DC blocking element by adding elements or optimizing the line parameters. If the accumulated state of matching changes, the canceled state of unmatched accumulation collapses, and therefore the beam shape collapses, making it difficult to maintain a high directivity gain.
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。 The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and in a phased array antenna having a variable phase shifter configured using a variable dielectric constant dielectric whose dielectric constant changes depending on an applied electric field, a high directivity is provided. In order to realize the performance gain, the variable phase shifter is divided into a variable phase shifter group for the right tilt and a variable phase shifter group for the left tilt as shown in FIG. In the case of the configuration, it is an object to provide a phased array antenna that eliminates the need for a DC blocking element that causes mismatching, and therefore has little collapse of the beam shape even at the time of beam tilt and can maintain a high directivity gain.
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。
In order to solve the conventional problem, a phased array antenna according to
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。
The phased array antenna according to claim 2 of the present application is the phased array antenna according to
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。 The phased array antenna according to a third aspect of the present invention is the phased array antenna according to the second aspect, wherein the fixed propagation characteristic line is the sub-conductor layer corresponding to a line provided on the main conductor layer. An electric field created by high-frequency power propagating through the line provided on the main conductor layer without having a line in the upper region is concentratedly propagated between the main conductor layer and the ground conductor layer, and the propagation characteristic variable line Has a line in a region on the sub conductor layer corresponding to the line provided on the main conductor layer, and generates an electric field generated by high frequency power propagating through the line provided on the main conductor layer. And the ground conductor layer and the main conductor layer and the sub-conductor layer are distributed and propagated, and the propagation characteristic fixed line and the propagation characteristic variable line are configured as continuous conductors on the main conductor layer. , Characterized by It is intended.
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。
The phased array antenna according to
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。
The phased array antenna according to claim 5 of the present application is the phased array antenna according to
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。
The phased array antenna according to claim 6 of the present application is the phased array antenna according to
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。 According to the present invention, in a phased array antenna having a variable phase shifter configured using a variable dielectric constant dielectric whose dielectric constant is changed by an applied electric field, a variable for right side tilt is realized in order to realize high directivity gain. When the phase shifter group and the left tilt variable phase shifter group are configured such that the amount of phase shift can be controlled independently of each other, the two bias voltages that cause mismatching are separated in a DC manner. It is possible to realize an antenna that eliminates the need for a DC blocking element, and thus can maintain a high directivity gain with little beam shape collapse even during beam tilt.
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。
Embodiments of the phased array antenna of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
First, the phased array antenna of the present invention will be described with respect to an embodiment in which a solid dielectric is used as the variable dielectric constant dielectric layer.
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。
FIG. 1A is a plan view and a cross-sectional view of a phased array antenna according to
In FIG. 1 (a), the uppermost position in the drawing is a plan view showing the state of the antenna viewed from the radiation surface side. Hereinafter, AA in the plan view in order toward the lower side in the drawing. A cross-sectional view taken along line AA, a cross-sectional view taken along the line BB, and a cross-sectional view taken along the line C-C showing the state of the cross section when the antenna is cut along a line, a line BB, and a line CC.
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。
Here, the plan view display area is the same as that of the conventional antenna shown in FIG.
Further, in the plan view, the
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。
Further, in the plan view, 106 is an antenna element, 107 is an input terminal, 108 is a bias terminal, 109 is a feed line pattern, 110 is a bias line, 111 is a bias voltage supply through hole, 112 is a land for through hole, and 113 is a feed. The coupling window for electromagnetically coupling the
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。
On the other hand, the AA line cross-sectional view, the BB line cross-sectional view, and the CC line cross-sectional view show the layer structure and the components constituting the antenna.
In the AA line sectional view, the BB line sectional view, and the CC line sectional view, 114 to 117 constitute a planar waveguide structure for constituting the antenna portion, and 114 is for supporting the antenna element. Insulator layer, 115 is a conductor layer for producing an antenna element, 116 is an air layer as an insulator layer necessary for constructing a planar waveguide structure, and 117 is a ground conductor necessary for constructing a planar waveguide structure Is a layer.
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。
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。
Note that the five
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。
In the phased array antenna of the present embodiment configured as described above, the antenna has four
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。
As described above, in the phased array antenna according to the first embodiment, at least the
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。
In addition, as shown in the plan view of FIG. 1A, the antenna element 106 (115 in the AA line cross-sectional view) and the feed line pattern 109 (119 in the BB cross-sectional view) It is electromagnetically coupled through a coupling window 113 (
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。
Furthermore, the bias voltage is applied between the
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。
As described above, in the phased array antenna according to the first embodiment, the
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。 Here, the operation of the propagation characteristic fixed line and the propagation characteristic variable line will be described in more detail with reference to FIG. 1C in which the peripheral portion of the main conductor in the BB line sectional view and the CC line sectional view is enlarged. To do.
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。
FIG. 1C shows the electric field distribution of the high-frequency power propagating on the
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。 In FIG. 1C, 117 is a ground conductor layer, 118 is an air layer for an insulator, 120 is a variable dielectric constant dielectric layer, and 122 is an insulator layer.
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。
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)。 Here, as shown in FIG. 1C, a bias line is provided on the sub-conductor layer in a region overlapping the line provided on the main conductor layer in the region of the BB cross-sectional view. Therefore, the electric field lines coming out of the main conductor layer are concentrated and propagated between the main conductor layer and the ground conductor layer (there are few that pass through the variable dielectric constant dielectric layer).
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。 For this reason, when a bias voltage is applied to the phase shifter, an electric field due to the bias voltage is not generated in the variable dielectric constant dielectric layer around the main conductor layer, and thus the dielectric constant of the variable dielectric constant dielectric layer is Since it does not change and the propagation characteristics for high-frequency power propagating on the main conductor layer do not change, the main conductor in this region constitutes a propagation characteristic fixed line.
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。 On the other hand, as shown in FIG. 1C, a bias line is provided on the sub-conductor layer in a region overlapping the line provided on the main conductor layer in the region of the CC cross-sectional view. Therefore, the electric lines of force that emerge from the main conductor layer are distributed not only between the main conductor layer and the ground conductor layer but also between the main conductor layer and the sub conductor layer (many of them pass through the variable dielectric constant dielectric layer) and propagate. is doing.
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。
Therefore, when a bias voltage is applied to the phase shifter, an electric field due to the bias voltage is generated between the main conductor layer and the bias line. The electric field due to the bias voltage is distributed between the
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。 That is, in the phased array antenna according to the first embodiment, the dielectric constant of the variable dielectric constant dielectric layer of the propagation characteristic variable line is changed by changing the bias voltage applied between the main conductor layer and the sub conductor layer. It is configured to control the amount of phase shift by changing the propagation characteristic of the propagation characteristic variable line.
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。 In the fixed propagation line, since the variable dielectric constant dielectric layer exists between the main conductor layer and the sub conductor layer, the main conductor is not affected even if a bias voltage is applied between the ground conductor layer and the sub conductor layer. No DC voltage is applied between the layer and the sub conductor layer. For this reason, since the right tilt control voltage and the left tilt control voltage do not collide with each other through the main conductor layer, the DC blocking element is unnecessary.
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。 As described above, according to the phased array antenna of the first embodiment, the feeding phase shift portion is formed by laminating the ground conductor layer, the insulator layer, the main conductor layer, the variable dielectric constant dielectric layer, and the sub conductor layer in this order. Thus, the line through which the high-frequency power propagates can be insulated from the bias voltage without providing a DC blocking element on the line through which the high-frequency power propagates. Therefore, in order to achieve a high directivity gain, the variable phase shifter is divided into a variable phase shifter group for right tilt and a variable phase shifter group for left tilt, and the phase shift amount is controlled independently of each other. In this case, the accumulation of mismatch due to the DC blocking element is eliminated, so that it is possible to realize an antenna that can maintain a high directivity gain with little collapse of the beam shape even during beam tilt.
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。
In the plan view of FIG. 1A, the phased array antenna of the first embodiment is not provided with a line pattern corresponding to the high-frequency blocking element shown in Patent Document 2 and
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。 In the first embodiment, a ferroelectric material such as BaTiO 3 or BaSrTiO 3 —MgO can be used as the variable dielectric constant dielectric layer, and a thermosetting epoxy as well as an air layer as the insulator layer. Resin, urethane resin, xylene resin, UV curable acrylic resin, epoxy resin, phenol resin, polytetrafluoroethylene (PTFE), liquid crystal polymer, resin such as polyimide, polyamide, epoxy, or their composite materials, glass and ceramics Needless to say, a layer made of a photopolymerizable polymer, a thermopolymerizable polymer, or the like can be used.
(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。
(Embodiment 2)
Next, with respect to the phased array antenna of the present invention, an embodiment in which a liquid such as a liquid crystal is used as the variable dielectric constant dielectric layer will be described.
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。
FIG. 2A is a plan view and a cross-sectional view of a phased array antenna according to Embodiment 2 of the present invention.
In FIG. 2 (a), the uppermost position in the drawing is a plan view showing the state of the antenna viewed from the radiation surface side. Hereinafter, AA in the plan view in order toward the lower side in the drawing. A cross-sectional view taken along line AA, a cross-sectional view taken along the line BB, and a cross-sectional view taken along the line C-C showing the state of the cross section when the antenna is cut along a line, a line BB, and a line CC.
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。
Here, the display area of the plan view is the same as that of FIG. 7 showing a conventional antenna.
In the plan view, a
Furthermore, each
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。 On the other hand, the AA line cross-sectional view, the BB line cross-sectional view, and the CC line cross-sectional view show the layer structure and the components constituting the antenna.
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。 In AA line cross-sectional view, BB line cross-sectional view, and CC line cross-sectional view, 214 to 217 constitute a planar waveguide structure for constituting an antenna portion. 1 in FIG.
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。
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。
Here, in the second embodiment, a case where a liquid such as liquid crystal is used as the variable dielectric
Further, since the
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。
The five
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。
In the phased array antenna of the present embodiment configured as described above, the antenna has four
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。 Here, the operation of the propagation characteristic fixed line and the propagation characteristic variable line will be described in more detail with reference to FIG. 2B in which the peripheral portion of the main conductor in the BB line sectional view and the CC line sectional view is enlarged. To do.
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。
FIG. 2B shows the electric field distribution of the high-frequency power propagating on the
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。
In FIG. 2B,
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。
Further,
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。 Here, as shown in FIG. 2B, a bias line is provided on the sub-conductor layer in a region overlapping the line provided on the main conductor layer in the region of the sectional view taken along the line BB. Therefore, the electric lines of force that emerge from the main conductor layer are concentrated and propagated between the main conductor layer and the ground conductor layer (there are few that pass through the variable dielectric constant dielectric).
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。 That is, when a bias voltage is applied to the phase shifter, an electric field due to the bias voltage is not generated in the variable dielectric constant dielectric layer around the main conductor layer, and thus the dielectric constant of the variable dielectric constant dielectric layer changes. In addition, since the propagation characteristics for high-frequency power propagating on the main conductor layer do not change, the main conductor layer in this region is a propagation characteristic fixed line.
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。 On the other hand, as shown in FIG. 2B, a bias line is provided on the sub-conductor layer in a region overlapping with the line provided on the main conductor layer in the region of the CC cross-sectional view. As a result, the electric field lines coming out of the main conductor layer are distributed not only between the main conductor layer and the ground conductor layer but also between the main conductor layer and the sub conductor layer (many passes through the variable dielectric constant dielectric) and propagates. is doing.
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。
That is, when a bias voltage is applied to the phase shifter, an electric field due to the bias voltage is generated between the main conductor layer and the bias line, but the electric field due to this bias voltage is distributed between the
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。 That is, in the phased array antenna of the second embodiment, as in the first embodiment, by changing the bias voltage applied between the main conductor layer and the sub conductor layer, the variable dielectric constant dielectric of the propagation characteristic variable line is changed. The phase shift amount is controlled by changing the dielectric constant and changing the propagation characteristic of the variable propagation characteristic line.
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。 In addition, since the propagation characteristic fixed line has a structure in which a variable dielectric constant dielectric layer is interposed between the main conductor layer and the sub conductor layer, even if a bias voltage is applied to the sub conductor layer, the main conductor layer is not affected. Does not apply a direct bias voltage. For this reason, since the right tilt control voltage and the left tilt control voltage do not collide with each other through the main conductor layer, the DC blocking element is unnecessary.
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。 As described above, according to the second embodiment, as in the first embodiment, the power feeding phase shifting portion is divided into the ground conductor layer, the insulator layer, the main conductor layer, the variable dielectric constant dielectric layer, and the sub conductor layer. Since the laminated structure is formed by laminating in this order, it is possible to insulate the bias voltage from the line through which the high frequency power propagates without providing a DC blocking element on the line through which the high frequency power propagates. Therefore, in order to achieve high directivity gain, the variable phase shifter is divided into a variable phase shifter group for right tilt and a variable phase shifter group for left tilt, and the phase shift amount is controlled independently of each other. In this case, it is possible to realize a phased array antenna capable of maintaining a high directivity gain with less misalignment of the beam shape even when the beam is tilted.
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。 Further, according to the second embodiment, since the liquid crystal is used as the variable dielectric constant dielectric layer, it is possible to realize a phased array antenna in which the dielectric constant of the variable dielectric constant dielectric layer can be easily changed. It becomes.
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。 In the second embodiment, nematic liquid crystal, smectic liquid crystal, cholesteric liquid crystal, discotic liquid crystal, ferroelectric liquid crystal, or a composite material of liquid crystal and resin is used as the liquid variable dielectric constant dielectric layer. It goes without saying that it is possible.
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。
Further, a
Furthermore, any other structure may be adopted as long as the liquid variable dielectric
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。 Furthermore, it goes without saying that the box-shaped variable dielectric constant dielectric layer in which the liquid crystal in the second embodiment is stably held can be used as the variable dielectric constant dielectric layer in the first embodiment. The main advantage is that air with extremely low dielectric loss can be used as the insulator layer of the main conductor line, and that liquid crystal can be used as the variable dielectric constant dielectric, thereby expanding the selection range of the variable dielectric constant dielectric material. Needless to say.
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。 Further, in the first embodiment and the second embodiment, the line shape of the main conductor layer and the sub conductor layer in the propagation characteristic variable line portion is a linear resonant line shape having a length of ½ wavelength or an integral multiple thereof, Further, it is needless to say that the variable propagation characteristics can be obtained in the ring-shaped or disk-shaped resonant line shape as well.
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。 In the second embodiment, buffer layers may be provided on the surfaces of both conductor layers in order to prevent the conductor metals of the main conductor line layer and the sub conductor layer from directly touching the liquid crystal.
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。 As described above, the present invention provides a variable phase shift antenna for realizing a high directivity gain in a phased array antenna having a variable phase shifter configured using a variable dielectric constant dielectric whose dielectric constant varies with an applied electric field. DC blocking element that causes mismatch when phase shifter is divided into variable phase shifter group for right tilt and variable phase shifter group for left tilt to control phase shift amount independently of each other Therefore, it is possible to realize an antenna that can maintain a high directivity gain with little collapse of the beam shape even when the beam is tilted, and is useful as an on-vehicle radar or satellite communication antenna.
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
104 Hybrid coupler 105 Propagation characteristic variable line 106 Antenna element 107 Input terminal 108 Bias terminal 109 Feed line 110 Bias line 111 Bias voltage supply through hole 112 Through hole land 113 Coupling window 114 Insulator layer 115 Conductor layer 116 Air for insulator Layer 117 Ground conductor layer 118 Air layer for insulator 119 Main conductor layer 120 Variable dielectric constant dielectric layer 121 Sub-conductor layer 122 Insulator layer 123 Conductor layer 124 Binding window 125 Electric field generated by high-frequency power propagating on the main conductor layer 126 Electric field 130 generated by high-frequency power propagating on the main conductor layer and the sub conductor layer Feeding phase shifter 204 Hybrid coupler 205 Propagation characteristic variable line 206 Antenna element 207 Input terminal 208 Bias terminal 209 Feed line 210 Bias line 211 Bias voltage supply Through-hole 212 Through-hole land 213 Coupling window 214 Insulator layer 215 Conductor layer 216 Insulator air layer 217 Ground conductor layer 218 Insulator layer 219 Main conductor layer 220 Variable dielectric constant dielectric layer 221 Sub-conductor layer 222 Insulator layer 223 Conductor layer 224 Coupling window 225 Electric field 226 generated by high-frequency power propagating on the main conductor layer Electric field 230 generated by high-frequency power propagating on the main conductor layer and the sub-conductor layer 230 Feeding phase shifter 240 Spacer 250 Space 401 Waveguide grounding Conductor 402 Insulator for waveguide 403 Input / output line 404 Hybrid coupler 405 Open-ended line 406 Insulator for open-ended line waveguide 500 Feeding phase shift sections 501 to 504 Antenna elements 505 to 508 Variable phase shifter 509 Feeding terminal 510 Bias Voltage 600 Feeding phase shifter 601 Feeding terminal 602 Variable for right side tilt Phaser group 603 Left-side tilt variable phase shifter group 604 Right-side tilt bias voltage 605 Left-side tilt bias voltage 606 Antenna element 607 DC blocking element 608 High-frequency blocking element 609 FIG. 1, FIG. 2, FIG. 7, FIG. 9 704 Hybrid coupler 705 Propagation characteristic variable line 706 DC blocking element 707 High frequency blocking element 708 Antenna element 709 Input terminal 710 Bias terminal 711 Feed line 712 Insulating layer 714 Insulator layer 714 Conductor layer 715 Insulator air layer 716 Ground conductor layer 717 Insulator air layer 718 Conductor layer 719 Insulator layer 720 Variable dielectric constant dielectric 721 Coupling window 804 Hybrid coupler 805 Propagation characteristic variable line 806 DC blocking element 807 High frequency blocking element 808 Antenna element 809 Input terminal 810 Ba Iias terminal 811 Feed line 812 Coupling window 813 Through hole 814 Insulator layer 815 Conductor layer 816 Insulator air layer 817 Ground conductor layer 818 Air layer 819 Conductor layer 820 Insulator dielectric layer 821 Ground conductor layer 822 Variable dielectric Dielectric layer 823 Conductor layer 824 Coupling window 825 Through hole 904 Hybrid coupler 905 Propagation characteristic variable line 906 Antenna element 907 Input terminal 908 Bias terminal 909 Feed line 910 Coupling window 911 DC blocking element 912 Coupling window 913 High frequency blocking element 914 Insulator Layer 915 Conductor layer 916 Insulator air layer 917 Ground conductor layer 918 Air layer 919 Conductor layer 920 Dielectric layer 921 Ground conductor layer 922 Variable dielectric constant dielectric layer 923 Conductor layer 924 Coupling window 925 DC blocking element 926 Coupling window
Claims (6)
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。 In a phased array antenna having a variable phase shifter configured using a variable dielectric constant dielectric whose dielectric constant is changed by an applied electric field,
Provided with a feeding phase shifter having a laminated structure formed by laminating at least a ground conductor layer, an insulator layer, a main conductor layer, a variable dielectric constant dielectric layer, and a sub conductor layer in this order,
A phased array antenna characterized by that.
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。 The phased array antenna according to claim 1,
The feeding phase shifter is
Propagation characteristics fixed line that does not change the propagation characteristics of high-frequency power,
It has a propagation characteristic variable line that varies the propagation characteristic of high-frequency power,
A phased array antenna characterized by that.
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。 The phased array antenna according to claim 2,
The propagation characteristic fixed line is:
An electric field created by high-frequency power propagating through a line provided on the main conductor layer without having a line in a region on the sub-conductor layer corresponding to the line provided on the main conductor layer, and the main conductor layer Concentrated propagation between the ground conductor layers,
The propagation characteristic variable line is:
An electric field generated by high-frequency power having a line in a region on the sub conductor layer corresponding to the line provided on the main conductor layer and propagating through the line provided on the main conductor layer, Distributed and propagated between the ground conductor layer and the main conductor layer and the sub conductor layer,
On the main conductor layer, the propagation characteristic fixed line and the propagation characteristic variable line are configured as continuous conductors,
A phased array antenna characterized by that.
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。 The phased array antenna according to claim 3,
The propagation characteristic variable line is:
By applying a bias voltage between the main conductor layer and the sub-conductor layer, the dielectric constant of the variable dielectric constant dielectric constituting the variable dielectric constant dielectric layer is changed, and the propagation characteristics of high frequency power are controlled.
A phased array antenna characterized by that.
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。 The phased array antenna according to claim 1,
The variable dielectric constant dielectric layer is made of liquid crystal or a material containing liquid crystal,
A phased array antenna characterized by that.
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。 The phased array antenna according to claim 1,
The laminated structure has a second insulating layer on the side of the sub conductor layer opposite to the variable dielectric constant dielectric layer,
The variable dielectric constant dielectric layer is held in a sealed space formed between the insulating layer and the second insulating layer;
A phased array antenna characterized by that.
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