JP2001237606A - 可変特性高周波伝送線路 - Google Patents
可変特性高周波伝送線路Info
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- JP2001237606A JP2001237606A JP2000048725A JP2000048725A JP2001237606A JP 2001237606 A JP2001237606 A JP 2001237606A JP 2000048725 A JP2000048725 A JP 2000048725A JP 2000048725 A JP2000048725 A JP 2000048725A JP 2001237606 A JP2001237606 A JP 2001237606A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 伝送特性調整応答時間の短縮が図れるかある
いは導体損低減の図れる可変特性高周波伝送線路を提供
する。 【解決手段】 高周波伝送線路を構成する誘電体材料と
して、紙、布または繊維に液晶を含浸させた材料を用い
る。また、二周波駆動用液晶を用いその液晶のクロスオ
ーバ周波数をはさむ複数の周波数の電圧で駆動する。
いは導体損低減の図れる可変特性高周波伝送線路を提供
する。 【解決手段】 高周波伝送線路を構成する誘電体材料と
して、紙、布または繊維に液晶を含浸させた材料を用い
る。また、二周波駆動用液晶を用いその液晶のクロスオ
ーバ周波数をはさむ複数の周波数の電圧で駆動する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、高周波回路部品
に係り、特に、特性を調整できる高周波伝送線路に関す
るものである。
に係り、特に、特性を調整できる高周波伝送線路に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】ネマチック液晶を利用した可変特性高周
波伝送線路の応用例として、マイクロ波帯可変移相器
が、D. Dolfi, M.Labeyrie, P. Joffre and P. Huignar
d:“Liquid crystal microwave phase shifter, ”Elec
tron. Lett., Vol. 29, No. 10,pp. 926-927 (1993)に
より報告されている。この報告による「液晶可変移相
器」の動作原理を図１図示の構造図に従って説明する。
まず、２枚のセラミクス基板１１，１２に挟まれた部分
（図１図示の二周波駆動用液晶の部分）１３に通常のネ
マチック液晶を封入する。１枚の基板１２にはグランド
面用の金属膜１５を付け、もう１枚の基板１１には導体
線路（金属ライン）１４を付ける。また、両セラミクス
基板１１，１２の液晶に接する部分には、液晶分子に初
期配向を与えるためのポリイミド配向膜１６をつける。
これにより本構造は液晶を誘電体基板と見なしたマイク
ロストリップ線路となる。
波伝送線路の応用例として、マイクロ波帯可変移相器
が、D. Dolfi, M.Labeyrie, P. Joffre and P. Huignar
d:“Liquid crystal microwave phase shifter, ”Elec
tron. Lett., Vol. 29, No. 10,pp. 926-927 (1993)に
より報告されている。この報告による「液晶可変移相
器」の動作原理を図１図示の構造図に従って説明する。
まず、２枚のセラミクス基板１１，１２に挟まれた部分
（図１図示の二周波駆動用液晶の部分）１３に通常のネ
マチック液晶を封入する。１枚の基板１２にはグランド
面用の金属膜１５を付け、もう１枚の基板１１には導体
線路（金属ライン）１４を付ける。また、両セラミクス
基板１１，１２の液晶に接する部分には、液晶分子に初
期配向を与えるためのポリイミド配向膜１６をつける。
これにより本構造は液晶を誘電体基板と見なしたマイク
ロストリップ線路となる。
【０００３】次に、導体線路とグランド面の間に制御電
圧を加えることにより液晶分子の配向が変化する。液晶
の誘電率には異方性があるため、分子の配向が変化する
とマイクロストリップ線路を伝搬する電磁波に対する誘
電率が変化する。電磁波が長さ１のマイクロストリップ
線路を伝搬するときの伝搬遅延時間にもとづく位相の遅
れφは、
圧を加えることにより液晶分子の配向が変化する。液晶
の誘電率には異方性があるため、分子の配向が変化する
とマイクロストリップ線路を伝搬する電磁波に対する誘
電率が変化する。電磁波が長さ１のマイクロストリップ
線路を伝搬するときの伝搬遅延時間にもとづく位相の遅
れφは、
【数１】 ここで、εeff はマイクロストリップ線路の実効誘電
率、ｆは伝搬する電磁波の周波数、ｃは真空中の光の速
度である。εeff はまた、マイクロストリップ線路を伝
搬する電磁波が受ける液晶の誘電率の関数として表され
る。この結果、導体線路とグランド面の間の制御電圧に
よりマイクロストリップ線路の位相遅れが変化し可変移
相器となる。
率、ｆは伝搬する電磁波の周波数、ｃは真空中の光の速
度である。εeff はまた、マイクロストリップ線路を伝
搬する電磁波が受ける液晶の誘電率の関数として表され
る。この結果、導体線路とグランド面の間の制御電圧に
よりマイクロストリップ線路の位相遅れが変化し可変移
相器となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】液晶を用いた可変特性
高周波伝送線路の挿入損を考える。マイクロ波やミリ波
では、線路の特性インピーダンスは一般に５０Ωが使用
されるので、液晶を用いた可変特性高周波伝送線路の特
性インピーダンスも５０Ωとして考える。この条件下
で、伝送線路を構成するマイクロストリップ線路の誘電
体損αd と導体損α c の値を、液晶層の厚さｈを変化さ
せて計算した結果の一例（周波数１０GHz ）を図２に示
す。図より線路の挿入損を小さくするためには、液晶層
の厚さｈを厚くし導体線路幅を広くするなどして、マイ
クロストリップ線路の導体損αc を小さくする必要のあ
ることがわかる。
高周波伝送線路の挿入損を考える。マイクロ波やミリ波
では、線路の特性インピーダンスは一般に５０Ωが使用
されるので、液晶を用いた可変特性高周波伝送線路の特
性インピーダンスも５０Ωとして考える。この条件下
で、伝送線路を構成するマイクロストリップ線路の誘電
体損αd と導体損α c の値を、液晶層の厚さｈを変化さ
せて計算した結果の一例（周波数１０GHz ）を図２に示
す。図より線路の挿入損を小さくするためには、液晶層
の厚さｈを厚くし導体線路幅を広くするなどして、マイ
クロストリップ線路の導体損αc を小さくする必要のあ
ることがわかる。
【０００５】ところが、液晶を用いた可変特性高周波伝
送線路の液晶材料として通常のネマチック液晶を用いる
と、液晶分子の配向の均一性を保つために、液晶層の厚
さを一般に１００μm 程度以下にしなければならない。
液晶を用いた可変特性高周波伝送線路は液晶分子の配向
変化による誘電率の変化を動作原理としているため、配
向の均一性の確保は不可欠であり、液晶層を厚く、従っ
て導体損を小さくすることは困難であった。実際、前出
のD. Dolfiらの報告では、ｈ＝５０μm としている。従
って、従来の可変特性高周波伝送線路では、その線路長
を長くすると大きな挿入損失は避けられず、挿入損失の
低減が課題であった。
送線路の液晶材料として通常のネマチック液晶を用いる
と、液晶分子の配向の均一性を保つために、液晶層の厚
さを一般に１００μm 程度以下にしなければならない。
液晶を用いた可変特性高周波伝送線路は液晶分子の配向
変化による誘電率の変化を動作原理としているため、配
向の均一性の確保は不可欠であり、液晶層を厚く、従っ
て導体損を小さくすることは困難であった。実際、前出
のD. Dolfiらの報告では、ｈ＝５０μm としている。従
って、従来の可変特性高周波伝送線路では、その線路長
を長くすると大きな挿入損失は避けられず、挿入損失の
低減が課題であった。
【０００６】一方、通常のネマチック液晶を用いたデバ
イスにおいて、液晶分子の配向の応答時間は、液晶層の
厚さの２乗に比例することが知られている（E. Jakeman
andE. P. Raynes, Phys. Lett., 39A, 1992)。液晶を
用いた可変特性高周波伝送線路は、液晶分子の配向変化
による誘電率の変化を動作原理としているため、導体損
を小さくするために液晶層を厚くすると伝送特性調整の
応答時間が遅くなり、例えば可変移相器への応用を考え
るとその移相制御性が悪くなるという問題が生じる。Do
lfi らによれば、このために液晶層の厚さを一般に１０
０μm 程度以下にしなければならないとしており、実
際、前述の報告ではｈ＝５０μm としている。従って従
来の可変特性高周波伝送線路では、応答時間と挿入損は
トレードオフとなり両者同時の改善は難しかった。
イスにおいて、液晶分子の配向の応答時間は、液晶層の
厚さの２乗に比例することが知られている（E. Jakeman
andE. P. Raynes, Phys. Lett., 39A, 1992)。液晶を
用いた可変特性高周波伝送線路は、液晶分子の配向変化
による誘電率の変化を動作原理としているため、導体損
を小さくするために液晶層を厚くすると伝送特性調整の
応答時間が遅くなり、例えば可変移相器への応用を考え
るとその移相制御性が悪くなるという問題が生じる。Do
lfi らによれば、このために液晶層の厚さを一般に１０
０μm 程度以下にしなければならないとしており、実
際、前述の報告ではｈ＝５０μm としている。従って従
来の可変特性高周波伝送線路では、応答時間と挿入損は
トレードオフとなり両者同時の改善は難しかった。
【０００７】そこで本発明の目的は、従来のこの種課題
を解決し、挿入損失の低減が図れかつ伝送特性調整の応
答時間の短縮の図れる可変特性高周波伝送線路を提供せ
んとするものである。
を解決し、挿入損失の低減が図れかつ伝送特性調整の応
答時間の短縮の図れる可変特性高周波伝送線路を提供せ
んとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、可変特性高周波伝送線路の第１の発明は、高周波伝
送線路を構成する誘電体材料として紙、布または繊維に
液晶を含浸させた材料を用いたことを特徴とするもので
ある。
め、可変特性高周波伝送線路の第１の発明は、高周波伝
送線路を構成する誘電体材料として紙、布または繊維に
液晶を含浸させた材料を用いたことを特徴とするもので
ある。
【０００９】また、第２の発明は、高周波伝送線路を構
成する誘電体材料として二周波駆動用液晶を用い、該二
周波駆動用液晶のクロスオーバ周波数をはさむ複数の周
波数の電圧で構成した信号により駆動するよう構成した
ことを特徴とするものである。
成する誘電体材料として二周波駆動用液晶を用い、該二
周波駆動用液晶のクロスオーバ周波数をはさむ複数の周
波数の電圧で構成した信号により駆動するよう構成した
ことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】図２図示の特性から明らかなよう
に、液晶を用いた可変特性高周波伝送線路の挿入損失の
低減を図るための一つの方法として液晶層を厚くすれば
よい。しかし、従来の液晶層では、液晶分子の配向の均
一性の制限から、液晶層の厚さを厚くすることができな
かった。
に、液晶を用いた可変特性高周波伝送線路の挿入損失の
低減を図るための一つの方法として液晶層を厚くすれば
よい。しかし、従来の液晶層では、液晶分子の配向の均
一性の制限から、液晶層の厚さを厚くすることができな
かった。
【００１１】一方、繊維含浸液晶では、液晶を紙、布あ
るいは繊維などに含浸させることにより、液晶分子の配
向はこれら繊維の界面に影響されて均一性を保つことが
できる（応答性がよくなる）。従って、例えば、液晶を
含浸させた紙を複数枚重ねるなどの方法により液晶層の
厚さを厚くしても、配向の均一性を損なうことはない。
そこで、繊維含浸液晶を液晶を用いた可変特性高周波伝
送線路へ利用すれば液晶層の厚さを厚くすることが可能
となり、線路の導体損を減らしても挿入損失を低減でき
る。また、繊維の並び方（方向性）が一方向にそろった
紙や繊維を用いることにより、液晶分子の配向をより均
一に保つことができるようになる（応答性がよりよくな
る）。
るいは繊維などに含浸させることにより、液晶分子の配
向はこれら繊維の界面に影響されて均一性を保つことが
できる（応答性がよくなる）。従って、例えば、液晶を
含浸させた紙を複数枚重ねるなどの方法により液晶層の
厚さを厚くしても、配向の均一性を損なうことはない。
そこで、繊維含浸液晶を液晶を用いた可変特性高周波伝
送線路へ利用すれば液晶層の厚さを厚くすることが可能
となり、線路の導体損を減らしても挿入損失を低減でき
る。また、繊維の並び方（方向性）が一方向にそろった
紙や繊維を用いることにより、液晶分子の配向をより均
一に保つことができるようになる（応答性がよりよくな
る）。
【００１２】次に、液晶を用いた可変特性高周波伝送線
路の特性調整の応答時間短縮を図る手段として、二周波
駆動用液晶を誘電体材料として用い、この液晶のクロス
オーバ周波数をはさむ二つの周波数の電圧で構成した信
号を制御信号として用いることを考える。
路の特性調整の応答時間短縮を図る手段として、二周波
駆動用液晶を誘電体材料として用い、この液晶のクロス
オーバ周波数をはさむ二つの周波数の電圧で構成した信
号を制御信号として用いることを考える。
【００１３】液晶分子は、一般に細長い形をしており、
分子の長軸方向の誘電率をε//、短軸方向の誘電率をε
⊥とすれば、ε//とε⊥の値が異なる異方性を示す。こ
の様な液晶に制御電圧を加えると、液晶分子の配向は、
誘電率の大きい軸が制御電圧と平行になるように変化す
る。通常のネマチック液晶ではε//＞ε⊥であり、電圧
を加えると液晶分子の長軸が電圧と平行になるように配
向する。ところが、二周波駆動用液晶では、誘電率の異
方性に印加電圧の周波数依存性があり、制御電圧の周波
数の低い領域ではε//＞ε⊥であるが、周波数を高くし
ていくとε//＝ε⊥となり（このときの周波数をクロス
オーバ周波数と呼ぶ）、さらに高い周波数ではε//＜ε
⊥となる。従って液晶は、クロスオーバ周波数より低い
周波数の電圧を加えるとその長軸が電圧と平行になるよ
うに配向し、高い周波数の電圧を加えると短軸が平行
（即ち長軸が電圧と直交）になるように配向する。
分子の長軸方向の誘電率をε//、短軸方向の誘電率をε
⊥とすれば、ε//とε⊥の値が異なる異方性を示す。こ
の様な液晶に制御電圧を加えると、液晶分子の配向は、
誘電率の大きい軸が制御電圧と平行になるように変化す
る。通常のネマチック液晶ではε//＞ε⊥であり、電圧
を加えると液晶分子の長軸が電圧と平行になるように配
向する。ところが、二周波駆動用液晶では、誘電率の異
方性に印加電圧の周波数依存性があり、制御電圧の周波
数の低い領域ではε//＞ε⊥であるが、周波数を高くし
ていくとε//＝ε⊥となり（このときの周波数をクロス
オーバ周波数と呼ぶ）、さらに高い周波数ではε//＜ε
⊥となる。従って液晶は、クロスオーバ周波数より低い
周波数の電圧を加えるとその長軸が電圧と平行になるよ
うに配向し、高い周波数の電圧を加えると短軸が平行
（即ち長軸が電圧と直交）になるように配向する。
【００１４】ただし、伝送線路を伝搬するような高周波
帯では、二周波駆動用液晶においても誘電率の周波数依
存性はほとんどなく、通常のネマチック液晶と同じくε
//＞ε⊥を示す。従って、高周波伝送線路の誘電体とし
ての振る舞いは通常のネマチック液晶と同じである。
帯では、二周波駆動用液晶においても誘電率の周波数依
存性はほとんどなく、通常のネマチック液晶と同じくε
//＞ε⊥を示す。従って、高周波伝送線路の誘電体とし
ての振る舞いは通常のネマチック液晶と同じである。
【００１５】一般に液晶分子の配向はこのような制御電
圧の他に、ガラス基板などに設けられた配向膜に起因す
る力によって制御される。従来の技術では、一般的なネ
マチック液晶を用いており、液晶をマイクロ波電界と垂
直な方向へ配向させる力は、制御電圧による力は利用で
きず配向膜の力だけである。このため、制御電圧を除去
して垂直方向へ配向するときには、その応答時間が遅く
なるといった問題があった。そこで、本発明では二周波
駆動用液晶とクロスオーバ周波数をはさむ複数の周波数
の電圧で構成した信号を制御電圧に用いており、かくす
れば制御電圧で液晶を垂直方向へ配向させる大きな力を
与えることができるので、応答時間の改善が可能とな
る。
圧の他に、ガラス基板などに設けられた配向膜に起因す
る力によって制御される。従来の技術では、一般的なネ
マチック液晶を用いており、液晶をマイクロ波電界と垂
直な方向へ配向させる力は、制御電圧による力は利用で
きず配向膜の力だけである。このため、制御電圧を除去
して垂直方向へ配向するときには、その応答時間が遅く
なるといった問題があった。そこで、本発明では二周波
駆動用液晶とクロスオーバ周波数をはさむ複数の周波数
の電圧で構成した信号を制御電圧に用いており、かくす
れば制御電圧で液晶を垂直方向へ配向させる大きな力を
与えることができるので、応答時間の改善が可能とな
る。
【００１６】さらに上述の構成で挿入損を低減をするこ
とを考える。図２から明らかなように、液晶を用いた可
変特性高周波伝送線路の挿入損を低減するための一つの
方法として、液晶層を厚くすればよいことがあった。し
かし、従来のような通常のネマチック液晶では、配向の
応答時間の制約から、液晶層を厚くすることができなか
った。一方、二周波駆動用液晶を用い、この液晶のクロ
スオーバ周波数をはさむ二つの周波数の電圧で構成した
信号を制御信号として用いれば、液晶層をある程度厚く
しても配向の応答時間が遅くならないことがわかった。
そこで、二周波駆動用液晶を液晶を用いた可変特性高周
波伝送線路に応用し、この液晶のクロスオーバ周波数を
はさむ二つの周波数の電圧で構成した信号を制御信号と
して用いて液晶層を厚くすることが可能となり、線路の
導体損を減らして挿入損を低減できることとなった。
とを考える。図２から明らかなように、液晶を用いた可
変特性高周波伝送線路の挿入損を低減するための一つの
方法として、液晶層を厚くすればよいことがあった。し
かし、従来のような通常のネマチック液晶では、配向の
応答時間の制約から、液晶層を厚くすることができなか
った。一方、二周波駆動用液晶を用い、この液晶のクロ
スオーバ周波数をはさむ二つの周波数の電圧で構成した
信号を制御信号として用いれば、液晶層をある程度厚く
しても配向の応答時間が遅くならないことがわかった。
そこで、二周波駆動用液晶を液晶を用いた可変特性高周
波伝送線路に応用し、この液晶のクロスオーバ周波数を
はさむ二つの周波数の電圧で構成した信号を制御信号と
して用いて液晶層を厚くすることが可能となり、線路の
導体損を減らして挿入損を低減できることとなった。
【００１７】
【実施例】以下、添付図面を参照し実施例により本発明
の実施の形態をさらに詳細に説明する。第１の実施例と
して本明細書記載第１の発明に係る繊維含浸液晶を用い
た可変特性高周波伝送線路の応用例としての可変移相器
の構造図を図１を使用して説明する。第１の発明に係る
可変移相器には２枚のセラミクス基板１１，１２と繊維
含浸液晶１３と導体線路１４とグランド面１５と制御電
源１７とを含む。繊維含浸液晶１３は、液晶を紙、布あ
るいは繊維などへ含浸した構造を有する。高周波信号１
７は、２枚のセラミクス基板１１，１２の間に封入され
た繊維含浸液晶１３を誘電体基板として導体線路１４と
グランド面１５で構成するマイクロストリップ線路を伝
搬する。制御電源１７は本発明に係る可変移相器の移相
量を調整する制御信号により調整された直流、あるいは
低周波電圧信号を、導体線路１３とグランド面１４の間
に印加する。この電圧に応じて繊維含浸液晶１３の誘電
率が変化し可変移相器の移相量が変化する。繊維含浸液
晶１３の厚さｈは、可変移相器の挿入損失が小さくなる
ような厚さとして、例えば、２００μm から６００μm
程度に設定すれば、導体損を誘電損より小さくすること
が可能となる。
の実施の形態をさらに詳細に説明する。第１の実施例と
して本明細書記載第１の発明に係る繊維含浸液晶を用い
た可変特性高周波伝送線路の応用例としての可変移相器
の構造図を図１を使用して説明する。第１の発明に係る
可変移相器には２枚のセラミクス基板１１，１２と繊維
含浸液晶１３と導体線路１４とグランド面１５と制御電
源１７とを含む。繊維含浸液晶１３は、液晶を紙、布あ
るいは繊維などへ含浸した構造を有する。高周波信号１
７は、２枚のセラミクス基板１１，１２の間に封入され
た繊維含浸液晶１３を誘電体基板として導体線路１４と
グランド面１５で構成するマイクロストリップ線路を伝
搬する。制御電源１７は本発明に係る可変移相器の移相
量を調整する制御信号により調整された直流、あるいは
低周波電圧信号を、導体線路１３とグランド面１４の間
に印加する。この電圧に応じて繊維含浸液晶１３の誘電
率が変化し可変移相器の移相量が変化する。繊維含浸液
晶１３の厚さｈは、可変移相器の挿入損失が小さくなる
ような厚さとして、例えば、２００μm から６００μm
程度に設定すれば、導体損を誘電損より小さくすること
が可能となる。
【００１８】繊維含浸液晶１３で使用される液晶は、高
周波に対して誘電率異方性を有し、細長い液晶分子の長
軸方向の誘電率は、短軸方向のものに比べて高い。その
誘電率異方性は、可能な限り大きい方が位相を大きく制
御できるため、誘電率異方性が大きなネマティック液
晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶またはこ
れら液晶の混合液晶を選択して用いることができる。た
だし、高速性を得るには、低粘性かつ高弾性のネマティ
ック液晶が適している。特に、屈折率異方性の大きなシ
アノビフェニル系、ターフェニル系、ピリジン系、ピリ
ミジン系およびトラン系のネマティック液晶が最適であ
る。一方、スメクティック液晶を用いる場合には、自発
分極を有して高速応答を示す強誘電性液晶が有用であ
る。また、このような液晶を含浸する繊維としては、高
周波に対する損失が少なく、かつ、より多くの液晶を含
むことのできる材料や構造が有効である。
周波に対して誘電率異方性を有し、細長い液晶分子の長
軸方向の誘電率は、短軸方向のものに比べて高い。その
誘電率異方性は、可能な限り大きい方が位相を大きく制
御できるため、誘電率異方性が大きなネマティック液
晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶またはこ
れら液晶の混合液晶を選択して用いることができる。た
だし、高速性を得るには、低粘性かつ高弾性のネマティ
ック液晶が適している。特に、屈折率異方性の大きなシ
アノビフェニル系、ターフェニル系、ピリジン系、ピリ
ミジン系およびトラン系のネマティック液晶が最適であ
る。一方、スメクティック液晶を用いる場合には、自発
分極を有して高速応答を示す強誘電性液晶が有用であ
る。また、このような液晶を含浸する繊維としては、高
周波に対する損失が少なく、かつ、より多くの液晶を含
むことのできる材料や構造が有効である。
【００１９】なお、この第１の実施例では、可変移相器
に用いる伝送線路の形態としてマイクロストリップ線路
を例示したが、本発明における高周波信号の伝送線路は
マイクロストリップ線路だけに制限されるものではな
く、同軸線路、コプレーナ線路、ストリップ線路などの
誘電体を使った高周波信号用伝送線路すべてに応用可能
である。
に用いる伝送線路の形態としてマイクロストリップ線路
を例示したが、本発明における高周波信号の伝送線路は
マイクロストリップ線路だけに制限されるものではな
く、同軸線路、コプレーナ線路、ストリップ線路などの
誘電体を使った高周波信号用伝送線路すべてに応用可能
である。
【００２０】次に第２の実施例として本明細書記載第１
の発明に係る繊維含浸液晶を同軸線路へ用いる構造を図
３に示す。繊維含浸液晶３１を中心導体３２にロール状
に巻き付け３４、さらにその上に外部導体３３をつける
ことにより、繊維含浸液晶を誘電体とした同軸線路を構
成することができる。制御電源３５を中心導体３２と外
部導体３３に接続してその電圧を変化させることによ
り、同軸線路の伝送特性を調整することができる。同軸
線路の場合、通常のネマチック液晶を同軸線路に封入す
れば、可変特性高周波伝送線路が実現できると考えられ
る。しかし、 （イ）外部導体内面や中心導体表面に配向処理を施すこ
とが難しい。 （ロ）液晶部分の厚さ（即ち、中心導体と外部導体の隙
間）が厚く、液晶分子の配向の均一性が保てない。 の問題から、その実現は困難であった。繊維含浸液晶を
図３のように用いれば、上記問題は解決され、同軸型の
可変特性高周波伝送線路が実現できる。
の発明に係る繊維含浸液晶を同軸線路へ用いる構造を図
３に示す。繊維含浸液晶３１を中心導体３２にロール状
に巻き付け３４、さらにその上に外部導体３３をつける
ことにより、繊維含浸液晶を誘電体とした同軸線路を構
成することができる。制御電源３５を中心導体３２と外
部導体３３に接続してその電圧を変化させることによ
り、同軸線路の伝送特性を調整することができる。同軸
線路の場合、通常のネマチック液晶を同軸線路に封入す
れば、可変特性高周波伝送線路が実現できると考えられ
る。しかし、 （イ）外部導体内面や中心導体表面に配向処理を施すこ
とが難しい。 （ロ）液晶部分の厚さ（即ち、中心導体と外部導体の隙
間）が厚く、液晶分子の配向の均一性が保てない。 の問題から、その実現は困難であった。繊維含浸液晶を
図３のように用いれば、上記問題は解決され、同軸型の
可変特性高周波伝送線路が実現できる。
【００２１】さらに第３の実施例として本明細書記載第
２の発明に係る二周波駆動用液晶を用いた可変特性高周
波伝送線路の応用例としての可変移相器の構造図を再び
図１を使用して説明する。第２の発明に係る可変移相器
には、２枚のセラミクス基板１１，１２と二周波駆動用
液晶１３と導体線路１４とグランド面１５と配向膜１６
と制御電源１７とを含む。高周波信号１８は２枚のセラ
ミクス基板１１，１２の間に封入された二周波駆動用液
晶１３を誘電体基板として導体線路１４とグランド面１
５で構成するマイクロストリップ線路を伝搬する。制御
電源１７はこの可変移相器の移相量を調整する制御電圧
を、導体線路１４とグランド面１５の間に印加する。こ
の制御電圧の波形の一例を図４に示す。二周波駆動用液
晶１３のクロスオーバ周波数より低い周波数の電圧とて
直流（図４（ａ））、高い周波数の電圧として数kHz の
正弦波（図４（ｂ））とし、この２つの電圧を加えたも
のを制御電圧（図４（ｃ））とする。
２の発明に係る二周波駆動用液晶を用いた可変特性高周
波伝送線路の応用例としての可変移相器の構造図を再び
図１を使用して説明する。第２の発明に係る可変移相器
には、２枚のセラミクス基板１１，１２と二周波駆動用
液晶１３と導体線路１４とグランド面１５と配向膜１６
と制御電源１７とを含む。高周波信号１８は２枚のセラ
ミクス基板１１，１２の間に封入された二周波駆動用液
晶１３を誘電体基板として導体線路１４とグランド面１
５で構成するマイクロストリップ線路を伝搬する。制御
電源１７はこの可変移相器の移相量を調整する制御電圧
を、導体線路１４とグランド面１５の間に印加する。こ
の制御電圧の波形の一例を図４に示す。二周波駆動用液
晶１３のクロスオーバ周波数より低い周波数の電圧とて
直流（図４（ａ））、高い周波数の電圧として数kHz の
正弦波（図４（ｂ））とし、この２つの電圧を加えたも
のを制御電圧（図４（ｃ））とする。
【００２２】直流電圧は二周波駆動用液晶１３の配向が
高周波電界と平行になるための力を発生させ、また高い
周波数の電圧は配向が高周波電界に垂直となるための力
を発生させる。そこでこの第２の発明では、図４（ｄ）
に示すように二周波駆動用液晶１３は、この二種類の電
圧４２による力および配向膜による力がバランスした方
向に液晶分子４１が配向し、これに応じて高周波帯にお
ける誘電率が変化して第２の発明の可変移相器の移相量
が変化する。二周波駆動用液晶１３の厚さｈを例えば２
００μm から６００μm 程度に設定しても、本可変移相
器の移相の応答時間を実用的に問題とならない程度に保
ちつつ、挿入損を小さくすることができる。
高周波電界と平行になるための力を発生させ、また高い
周波数の電圧は配向が高周波電界に垂直となるための力
を発生させる。そこでこの第２の発明では、図４（ｄ）
に示すように二周波駆動用液晶１３は、この二種類の電
圧４２による力および配向膜による力がバランスした方
向に液晶分子４１が配向し、これに応じて高周波帯にお
ける誘電率が変化して第２の発明の可変移相器の移相量
が変化する。二周波駆動用液晶１３の厚さｈを例えば２
００μm から６００μm 程度に設定しても、本可変移相
器の移相の応答時間を実用的に問題とならない程度に保
ちつつ、挿入損を小さくすることができる。
【００２３】二周波駆動用液晶１３で使用される液晶層
の構造は、該液晶のみから構成される液晶層のみなら
ず、該液晶を樹脂中に分散させた液晶樹脂複合体、ある
いは、繊維などに該液晶を含浸させた繊維含浸液晶など
を利用した構造も有効である。
の構造は、該液晶のみから構成される液晶層のみなら
ず、該液晶を樹脂中に分散させた液晶樹脂複合体、ある
いは、繊維などに該液晶を含浸させた繊維含浸液晶など
を利用した構造も有効である。
【００２４】なお、この第３の実施例では、可変移相器
に用いる伝送線路の形態としてマイクロストリップ線路
を例示したが、本発明における高周波信号の伝送線路は
マイクロストリップ線路だけに制限されるものではな
く、同軸線路、コプレーナ線路、ストリップ線路などの
高周波信号の伝搬媒体として誘電体を使った伝送線路す
べてに応用可能である。
に用いる伝送線路の形態としてマイクロストリップ線路
を例示したが、本発明における高周波信号の伝送線路は
マイクロストリップ線路だけに制限されるものではな
く、同軸線路、コプレーナ線路、ストリップ線路などの
高周波信号の伝搬媒体として誘電体を使った伝送線路す
べてに応用可能である。
【００２５】また、本発明における制御信号は、本実施
例で例示した直流電圧とクロスオーバ周波数より高い周
波数の電圧を加算した信号に限らず、クロスオーバ周波
数をはさむ複数の周波数の電圧を切り替えた信号、クロ
スオーバ周波数をはさんで周波数変調した信号など、ク
ロスオーバ周波数をはさむ複数の周波数の電圧を組み合
わせて構成される各種の信号が適用可能である。
例で例示した直流電圧とクロスオーバ周波数より高い周
波数の電圧を加算した信号に限らず、クロスオーバ周波
数をはさむ複数の周波数の電圧を切り替えた信号、クロ
スオーバ周波数をはさんで周波数変調した信号など、ク
ロスオーバ周波数をはさむ複数の周波数の電圧を組み合
わせて構成される各種の信号が適用可能である。
【００２６】
【発明の効果】図２より、液晶層の厚さを増やすことに
よる可変移相器の挿入損の変化のうち、特にその変化の
大きな導体損を見積もってみる。従来の方法による可変
移相器の導体損は、液晶層の厚さが５０μm であるから
３１dB／ｍであった。本発明による可変移相器では、液
晶層の厚さを例えば４００μm とすることができるの
で、導体損を４．５dB／ｍと設計することができる。従
って、本発明により、可変移相器の導体損を２６dB／ｍ
減らすことができる。
よる可変移相器の挿入損の変化のうち、特にその変化の
大きな導体損を見積もってみる。従来の方法による可変
移相器の導体損は、液晶層の厚さが５０μm であるから
３１dB／ｍであった。本発明による可変移相器では、液
晶層の厚さを例えば４００μm とすることができるの
で、導体損を４．５dB／ｍと設計することができる。従
って、本発明により、可変移相器の導体損を２６dB／ｍ
減らすことができる。
【００２７】また本発明による可変移相器の応用例とし
てのフェーズドアレーアンテナを考えてみる。従来技術
による液晶層の薄い（例えば、５０μm ）移相器のよう
に損失が大きいと、その損失を補償するための高周波増
幅器を追加したり、あるいは、より増幅度の大きな高周
波増幅器を使用することになる。本発明の可変移相器を
利用すれば、その分高周波増幅器を簡略化でき経済的効
果も大きい。
てのフェーズドアレーアンテナを考えてみる。従来技術
による液晶層の薄い（例えば、５０μm ）移相器のよう
に損失が大きいと、その損失を補償するための高周波増
幅器を追加したり、あるいは、より増幅度の大きな高周
波増幅器を使用することになる。本発明の可変移相器を
利用すれば、その分高周波増幅器を簡略化でき経済的効
果も大きい。
【図１】 本発明に係る可変特性高周波伝送線路の構造
を示す図。
を示す図。
【図２】 液晶可変移相器の液晶厚さと挿入損（誘電
損、導体損）の関係の一例を計算した図。
損、導体損）の関係の一例を計算した図。
【図３】 本発明第２の実施例の同軸型可変特性高周波
伝送線路の構造図。
伝送線路の構造図。
【図４】 本発明第３の実施例の可変特性高周波伝送線
路の制御電圧波形と液晶分子配向の状態を説明する図。
路の制御電圧波形と液晶分子配向の状態を説明する図。
11，12 セラミクス基板 13 二周波駆動用液晶 14 導体線路（金属ライン） 15 グランド面（金属膜） 16 配向膜 17 制御電源 18 高周波信号 31 繊維含浸液晶 32 中心導体 33 外部導体 34 ロール状に巻きつけ 35 制御電源 41 液晶分子 42 高周波電界の方向
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊田 純二 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 藤掛 英夫 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 Ｆターム(参考） 5J012 GA11 5J014 BA01 CA05 CA42
Claims (2)
- 【請求項１】 高周波伝送線路を構成する誘電体材料と
して紙、布または繊維に液晶を含浸させた材料を用いた
ことを特徴とする可変特性高周波伝送線路。 - 【請求項２】 高周波伝送線路を構成する誘電体材料と
して二周波駆動用液晶を用い、該二周波駆動用液晶のク
ロスオーバ周波数をはさむ複数の周波数の電圧で構成し
た信号により駆動するよう構成したことを特徴とする可
変特性高周波伝送線路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000048725A JP3938267B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 可変特性高周波伝送線路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000048725A JP3938267B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 可変特性高周波伝送線路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001237606A true JP2001237606A (ja) | 2001-08-31 |
| JP3938267B2 JP3938267B2 (ja) | 2007-06-27 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000048725A Expired - Fee Related JP3938267B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 可変特性高周波伝送線路 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3938267B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016086851A1 (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-09 | Huawei Technologies Co., Ltd. | System and method for variable microwave phase shifter |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6219203B2 (ja) * | 1981-02-24 | 1987-04-27 | Tokuyama Soda Kk | |
| JPH08167522A (ja) * | 1994-12-12 | 1996-06-25 | Tdk Corp | Ｌｃ複合部品及びその製造方法 |
| US5537242A (en) * | 1994-02-10 | 1996-07-16 | Hughes Aircraft Company | Liquid crystal millimeter wave open transmission lines modulators |
| JPH0990451A (ja) * | 1995-09-28 | 1997-04-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 高周波マトリクス回路 |
| JPH09232855A (ja) * | 1996-02-20 | 1997-09-05 | Mitsubishi Electric Corp | 電子部品 |
| JPH11103201A (ja) * | 1997-09-29 | 1999-04-13 | Mitsui Chem Inc | 移相器、移相器アレイおよびフェーズドアレイアンテナ装置 |
| JPH11251823A (ja) * | 1998-03-05 | 1999-09-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 走査アンテナ |
| JPH11284407A (ja) * | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | フィルタ |
| JP2000013114A (ja) * | 1998-06-25 | 2000-01-14 | Kyocera Corp | 高周波伝送線路 |
-
2000
- 2000-02-25 JP JP2000048725A patent/JP3938267B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| WO2016086851A1 (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-09 | Huawei Technologies Co., Ltd. | System and method for variable microwave phase shifter |
| US9755286B2 (en) | 2014-12-05 | 2017-09-05 | Huawei Technologies Co., Ltd. | System and method for variable microwave phase shifter |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3938267B2 (ja) | 2007-06-27 |
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