JPH036683B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH036683B2 JPH036683B2 JP7070084A JP7070084A JPH036683B2 JP H036683 B2 JPH036683 B2 JP H036683B2 JP 7070084 A JP7070084 A JP 7070084A JP 7070084 A JP7070084 A JP 7070084A JP H036683 B2 JPH036683 B2 JP H036683B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- radio wave
- radio waves
- propagation
- phase shift
- radio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
- H01Q3/46—Active lenses or reflecting arrays
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は外部からの制御信号により電子的に
ビームの屈折方向を制御する電波レンズの改良に
関するものである。
ビームの屈折方向を制御する電波レンズの改良に
関するものである。
第１図は例えばMicrowave Journal 1981年２
月号P.45〜P.53に示された従来の電子的にビーム
の屈折方向を制御する電波レンズを示す図であ
り、図において１は金属格子、２は印加されるバ
イアス電圧の極性に応じて等価的にシヨートある
いはオープンの特性を示すピンダイオード、３は
上記金属格子１とピンダイオード２を空間に固定
するための誘電体板、４は電波をこの電波レンズ
に照射するホーンアンテナ、５は上記金属格子
１、ピンダイオード２、誘電体板３より構成され
る単層レンズ板、６及び７はこの単層レンズ板を
複数層重ねてビームをそれぞれ左右、上下に屈折
させるレンズ、８は電波の電界方向を示す。
月号P.45〜P.53に示された従来の電子的にビーム
の屈折方向を制御する電波レンズを示す図であ
り、図において１は金属格子、２は印加されるバ
イアス電圧の極性に応じて等価的にシヨートある
いはオープンの特性を示すピンダイオード、３は
上記金属格子１とピンダイオード２を空間に固定
するための誘電体板、４は電波をこの電波レンズ
に照射するホーンアンテナ、５は上記金属格子
１、ピンダイオード２、誘電体板３より構成され
る単層レンズ板、６及び７はこの単層レンズ板を
複数層重ねてビームをそれぞれ左右、上下に屈折
させるレンズ、８は電波の電界方向を示す。
第２図は単層レンズ板５の動作原理を示す図で
あり、第２図ａは構成図、第２図ｂ，ｃはピンダ
イオード２にそれぞれ順方向あるいは逆方向のバ
イアス電圧を印加したときの等価的な図、第２図
ｄはビームが屈折する原理を示す図である。尚、
図中１から８は第１図と同じで９は電波の波面、
１０は電波の進行方向（ビーム方向）である。
あり、第２図ａは構成図、第２図ｂ，ｃはピンダ
イオード２にそれぞれ順方向あるいは逆方向のバ
イアス電圧を印加したときの等価的な図、第２図
ｄはビームが屈折する原理を示す図である。尚、
図中１から８は第１図と同じで９は電波の波面、
１０は電波の進行方向（ビーム方向）である。
いま第２図ａにおいてピンダイオード２の取付
間隔を２分の１波長以下の寸法とし、また金属格
子１の幅及び間隔をそれぞれ所定の寸法とするこ
とにより、第２図ｂ，ｃの金属格子１は、それを
透過する金属格子１に平行な電界をもつ電波に対
して、それぞれ誘導性、容量性の回路素子として
働き、それぞれ電波の透過位相量は進み、遅れを
生じる。
間隔を２分の１波長以下の寸法とし、また金属格
子１の幅及び間隔をそれぞれ所定の寸法とするこ
とにより、第２図ｂ，ｃの金属格子１は、それを
透過する金属格子１に平行な電界をもつ電波に対
して、それぞれ誘導性、容量性の回路素子として
働き、それぞれ電波の透過位相量は進み、遅れを
生じる。
第２図ｄに示すように、例えば１枚の単層レン
ズ板５で上半分に順方向バイアス（図中●）、下
半分に逆方向バイアス（図中をピンダイオード
２にそれぞれ加えることにより、上述したように
上半分は位相が進み、下半分は位相が遅れるた
め、電波の波面９が変化し、等価的に図中破線に
示すように見なされ、電波の進行方向１０が下方
へ屈折する。
ズ板５で上半分に順方向バイアス（図中●）、下
半分に逆方向バイアス（図中をピンダイオード
２にそれぞれ加えることにより、上述したように
上半分は位相が進み、下半分は位相が遅れるた
め、電波の波面９が変化し、等価的に図中破線に
示すように見なされ、電波の進行方向１０が下方
へ屈折する。
しかし以上述べてきたように、第１図に示す従
来の電波レンズは、ピンダイオードと金属格子を
組合わせ、そのバイアス電圧を順方向／逆方向切
換えることにより透過位相量を変えて、ビームを
屈折させるものであり、この電波レンズを固定ビ
ームのアンテナと組合せ、電子走査アンテナを構
成する場合、透過位相量をΔφラジアン毎に変化
させるとしたら、電波の進行方向の単層レンズ板
の層数Ｎは、ビームを上下及び左右に走査するも
のとして次式で表わされる。
来の電波レンズは、ピンダイオードと金属格子を
組合わせ、そのバイアス電圧を順方向／逆方向切
換えることにより透過位相量を変えて、ビームを
屈折させるものであり、この電波レンズを固定ビ
ームのアンテナと組合せ、電子走査アンテナを構
成する場合、透過位相量をΔφラジアン毎に変化
させるとしたら、電波の進行方向の単層レンズ板
の層数Ｎは、ビームを上下及び左右に走査するも
のとして次式で表わされる。
Ｎ＝２（2π／Δφ−１） ………(1)
いま、例えばΔφを通常の電子走査アンテナに
用いられるπ／８ラジアンとすると、層数Ｎは30
層となり、また１層あたりも２分の１波長以下の
間隔でピンダイオードを用いなければならないた
め、必要なピンダイオードの数量が膨大なものと
なり、価格が高い及び組立が難しいなどの欠点が
あつた。
用いられるπ／８ラジアンとすると、層数Ｎは30
層となり、また１層あたりも２分の１波長以下の
間隔でピンダイオードを用いなければならないた
め、必要なピンダイオードの数量が膨大なものと
なり、価格が高い及び組立が難しいなどの欠点が
あつた。
またミリ波帯、サブミリ波帯などのように周波
数が高くなると、ピンダイオードのジヤンクシヨ
ン容量の影響が大きくなり、逆バイアスを印加し
ても完全なオープンとならずそのため順／逆バイ
アス切換時の透過位相量の変化が小さくなり、ビ
ームを屈折させることが困難となる欠点があつ
た。
数が高くなると、ピンダイオードのジヤンクシヨ
ン容量の影響が大きくなり、逆バイアスを印加し
ても完全なオープンとならずそのため順／逆バイ
アス切換時の透過位相量の変化が小さくなり、ビ
ームを屈折させることが困難となる欠点があつ
た。
この発明はかかる欠点を改善する目的でなされ
たもので、電波の進行方向の層数を減らすために
ビツト数に対応して透過位相量を変化させ、かつ
ミリ波、サブミリ波帯などのように高い周波数領
域まで使用できる電波レンズを提案するものであ
る。
たもので、電波の進行方向の層数を減らすために
ビツト数に対応して透過位相量を変化させ、かつ
ミリ波、サブミリ波帯などのように高い周波数領
域まで使用できる電波レンズを提案するものであ
る。
第３図はこの発明の一実施例を示す図であり、
図において、４，８は第１図と同じであり、１１
はこの発明による電波レンズを構成する移相器で
ある。
図において、４，８は第１図と同じであり、１１
はこの発明による電波レンズを構成する移相器で
ある。
第４図に上記移相器の構成例を示す一部欠載図
であり、この場合１例として４ビツトの移相器を
あらわしている。図において、１２は移相器を構
成する各１ビツトに対応する移相素子、１３，１
４，１５は各移相素子を構成する、互いに対向す
る２組の誘電体薄板、電波の進行方向に平行でか
つ対向する１組の導体薄板、前記薄板で構成され
るセルの中に充てんされた液晶をそれぞれ表わ
し、１６はバイアス電圧を加えるための接続線を
示す。
であり、この場合１例として４ビツトの移相器を
あらわしている。図において、１２は移相器を構
成する各１ビツトに対応する移相素子、１３，１
４，１５は各移相素子を構成する、互いに対向す
る２組の誘電体薄板、電波の進行方向に平行でか
つ対向する１組の導体薄板、前記薄板で構成され
るセルの中に充てんされた液晶をそれぞれ表わ
し、１６はバイアス電圧を加えるための接続線を
示す。
上記のように構成された移相素子１２において
は、電波の移相量は主に電界方向の液晶の誘電率
により決まり、それをいまε〓とすると、電波の移
相量Φは次式で近似できる。
は、電波の移相量は主に電界方向の液晶の誘電率
により決まり、それをいまε〓とすると、電波の移
相量Φは次式で近似できる。
Φ＝2π／λｄ（√〓−１）（ラジアン） ………(2)
ここで
ｄ：電波の進行方向に対する１つの移相素子の液
晶層の厚さ λ：電波の波長 第５図に印加電圧と液晶の分子配向の関係を示
す実施例の断面図であり、ａは電圧を印加しない
場合、ｂは電圧を印加した場合をそれぞれ示す。
図において８及び１３〜１６は第４図と同じであ
り、１７は長い方向が分子配向の方向を示す液晶
分子、１８，１９はそれぞれバイアス電圧印加用
の電源とスイツチを示す。いま第５図ａに示すよ
うに電圧を印加しない場合、電波の電介と直交方
向になるように分子の配向処理をあらかじめ実施
しておく。第５図ｂに示すように電圧を印加する
と分子が電波の電界方向に配向する。
晶層の厚さ λ：電波の波長 第５図に印加電圧と液晶の分子配向の関係を示
す実施例の断面図であり、ａは電圧を印加しない
場合、ｂは電圧を印加した場合をそれぞれ示す。
図において８及び１３〜１６は第４図と同じであ
り、１７は長い方向が分子配向の方向を示す液晶
分子、１８，１９はそれぞれバイアス電圧印加用
の電源とスイツチを示す。いま第５図ａに示すよ
うに電圧を印加しない場合、電波の電介と直交方
向になるように分子の配向処理をあらかじめ実施
しておく。第５図ｂに示すように電圧を印加する
と分子が電波の電界方向に配向する。
第６図は液晶の比誘電率の周波数特性の一例を
分子配向方向、及び配向方向と直交する方向につ
いて比較して示す図である。図において横軸は周
波数（Hz）、縦軸は比誘電率であり、実線は分子
の配向方向の比誘電率、破線は配向方向と直交す
る方向の比誘電率をそれぞれあらわす。
分子配向方向、及び配向方向と直交する方向につ
いて比較して示す図である。図において横軸は周
波数（Hz）、縦軸は比誘電率であり、実線は分子
の配向方向の比誘電率、破線は配向方向と直交す
る方向の比誘電率をそれぞれあらわす。
以上述べてきたように液晶は外部から電圧を印
加することにより、分子の配向方向を変えること
ができ、配向方向及びそれと直交する方向の誘電
率はほとんどの周波数で異なるため、液晶のこの
特性を使つて、印加する電圧をON／OFFするこ
とにより、電波の電界方向の液晶の誘電率ε〓を変
えることができ、第(2)式で示すようにε〓の変化に
対応して電波の移相量が変わる。
加することにより、分子の配向方向を変えること
ができ、配向方向及びそれと直交する方向の誘電
率はほとんどの周波数で異なるため、液晶のこの
特性を使つて、印加する電圧をON／OFFするこ
とにより、電波の電界方向の液晶の誘電率ε〓を変
えることができ、第(2)式で示すようにε〓の変化に
対応して電波の移相量が変わる。
いま液晶の配向方向の比誘電率をεd、配向と直
交方向の比誘電率をεcとすると、液晶への電圧を
OFFからONにすることによる移相量の変化ΔΦ
は次式で近似される。
交方向の比誘電率をεcとすると、液晶への電圧を
OFFからONにすることによる移相量の変化ΔΦ
は次式で近似される。
ΔΦ＝2π／λｄ（√c−√d）（ラジアン）………(
3) 第(3)式の関係より、ΔΦの絶対値がそれぞれ
π、π／２、π／４、π／８ラジアンとなる厚さ
ｄを求め、それを各ビツトの移相素子の電波の進
行方向の液晶の厚さとするこにより４ビツトの移
相器を形成できる。
3) 第(3)式の関係より、ΔΦの絶対値がそれぞれ
π、π／２、π／４、π／８ラジアンとなる厚さ
ｄを求め、それを各ビツトの移相素子の電波の進
行方向の液晶の厚さとするこにより４ビツトの移
相器を形成できる。
第７図はこの発明による電波レンズの電波の屈
折の原理を示す図である。図において８〜１０は
第２図、１１は第３図とそれぞれ同じであり、１
２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄはそれぞれπ、
π／２、π／４、π／８ラジアンの移相素子を示
す。ここで斜線を施こした移相素子は位相が遅れ
るようなバイアス状態にされているものとする。
いま４つの移相器１１はそれぞれ上から下へπ／
８ラジアンづつ透過波の移相を遅らせるため、電
波の波面は等価的に破線の如くなり、電波の進行
方向は下方に屈折する。
折の原理を示す図である。図において８〜１０は
第２図、１１は第３図とそれぞれ同じであり、１
２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄはそれぞれπ、
π／２、π／４、π／８ラジアンの移相素子を示
す。ここで斜線を施こした移相素子は位相が遅れ
るようなバイアス状態にされているものとする。
いま４つの移相器１１はそれぞれ上から下へπ／
８ラジアンづつ透過波の移相を遅らせるため、電
波の波面は等価的に破線の如くなり、電波の進行
方向は下方に屈折する。
以上の説明は４ビツトの場合について述べた
が、この電波レンズは、その構成上ビツト数によ
る制約を受けず、電波の進行方向に必要な数だけ
移相素子を配列することができる。
が、この電波レンズは、その構成上ビツト数によ
る制約を受けず、電波の進行方向に必要な数だけ
移相素子を配列することができる。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明した通り、従来の電子的に
制御する電波レンズに比べ、同じ最小移相量とし
た場合電波の進行方向の層数（素子数）を大幅に
減らすことができるため低価格化をはかることが
でき、またミリ波、サブミリ波帯などの高い周波
数で使用する場合、従来の電波レンズで問題であ
つたピンダイオードを使わず、液晶を用いること
により高い周波数領域で使用する場合の問題を解
決し得る効果がある。
制御する電波レンズに比べ、同じ最小移相量とし
た場合電波の進行方向の層数（素子数）を大幅に
減らすことができるため低価格化をはかることが
でき、またミリ波、サブミリ波帯などの高い周波
数で使用する場合、従来の電波レンズで問題であ
つたピンダイオードを使わず、液晶を用いること
により高い周波数領域で使用する場合の問題を解
決し得る効果がある。
第１図は従来の電波レンズを示す図、第２図は
単層レンズ板の動作原理を示す図、第３図はこの
発明の一実施例を示す図、第４図は移相器の構成
例を示す一部欠載図、第５図は印加電圧と液晶の
分子配向の関係を示す実施例の断面図、第６図は
液晶の比誘電率の周波数特性を示す図、第７図は
この発明による電波レンズの電波の屈折の原理を
示す図である。 図において１１は金属格子、２はピンダイオー
ド、３は誘電体板、４はホーンアンテナ、５は単
層レンズ板、６，７はレンズ、８は電波の電界の
方向、９は電波の波面、１０は電波の進行方向、
１１は移相器、１２は移相素子、１３は誘電体薄
板、１４は導体薄板、１５は液晶、１６は接続
線、１７は液晶分子、１８は電源、１９はスイツ
チを示す。なお図中同一符号は同一または相当部
分を示すものとする。
単層レンズ板の動作原理を示す図、第３図はこの
発明の一実施例を示す図、第４図は移相器の構成
例を示す一部欠載図、第５図は印加電圧と液晶の
分子配向の関係を示す実施例の断面図、第６図は
液晶の比誘電率の周波数特性を示す図、第７図は
この発明による電波レンズの電波の屈折の原理を
示す図である。 図において１１は金属格子、２はピンダイオー
ド、３は誘電体板、４はホーンアンテナ、５は単
層レンズ板、６，７はレンズ、８は電波の電界の
方向、９は電波の波面、１０は電波の進行方向、
１１は移相器、１２は移相素子、１３は誘電体薄
板、１４は導体薄板、１５は液晶、１６は接続
線、１７は液晶分子、１８は電源、１９はスイツ
チを示す。なお図中同一符号は同一または相当部
分を示すものとする。
Claims (1)
- １ 外部からの電圧等の信号により、ビームの屈
折方向を電子的に制御する電波レンズにおいて、
互いに対向する２組の誘導体薄板と電波の進行方
向に平行でかつ対向する１組の導体薄板から成る
立方体もしくは直方体のセルと、前記セルの中に
充てんされ、外部から上記導体薄板を通して電圧
を印加することにより、分子の配向方向を変化さ
せ、それに伴なつて変化する誘電異方性を有する
液晶とから成る移相素子を、制御信号のビツト数
に対応して所定の長さに区切つて、電波の進行方
向にビツト数分だけ並べた移相器が、ビームを屈
折させるために電波の進行方向と直交する面内に
所要数配列してあることを特徴とする電波レン
ズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7070084A JPS60214104A (ja) | 1984-04-09 | 1984-04-09 | 電波レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7070084A JPS60214104A (ja) | 1984-04-09 | 1984-04-09 | 電波レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60214104A JPS60214104A (ja) | 1985-10-26 |
| JPH036683B2 true JPH036683B2 (ja) | 1991-01-30 |
Family
ID=13439146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7070084A Granted JPS60214104A (ja) | 1984-04-09 | 1984-04-09 | 電波レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60214104A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2709209B1 (fr) * | 1993-03-26 | 1995-12-15 | Thomson Csf | Déphaseur hyperfréquence et application à une antenne réseaux. |
| JP4073382B2 (ja) | 2003-09-02 | 2008-04-09 | ホシデン株式会社 | 振動センサ |
-
1984
- 1984-04-09 JP JP7070084A patent/JPS60214104A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60214104A (ja) | 1985-10-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3736911B1 (en) | Phased-array antenna, display panel, and display device | |
| US11870122B2 (en) | Liquid crystal phase shifter and antenna | |
| US8339320B2 (en) | Tunable frequency selective surface | |
| US5309166A (en) | Ferroelectric-scanned phased array antenna | |
| KR102326919B1 (ko) | 위상 이동 디바이스 | |
| US7903040B2 (en) | Tunable arrangements | |
| US4395685A (en) | Waveguide junction for producing circularly polarized signal | |
| US6552696B1 (en) | Electronically tunable reflector | |
| EP0355898B1 (en) | A planar array antenna, comprising coplanar waveguide printed feed lines cooperating with apertures in a ground plane | |
| Li et al. | Wideband reconfigurable reflectarray based on reflector-backed second-order bandpass frequency selective surface | |
| KR960700533A (ko) | 고온 초전도 및 강유전막을 통합한 동조식 마이크로파 기구(TUNABLE MICROWAVE DEVICES INCORPORATING HIFH RWMPWEruew SUPERCONDUCTING AND FERROELECTRIC FILMS) | |
| US3392393A (en) | Electrically controlled scanning antennas having a plurality of wave diffracting elements for varying the phase shift of a generated wave | |
| CN108539331A (zh) | 基于液晶的太赫兹开槽移相单元及其构成的相控阵天线 | |
| US20170162949A1 (en) | Planar array antenna with changeable beam angle | |
| JP6169536B2 (ja) | メタマテリアル能動素子 | |
| US4476471A (en) | Antenna apparatus including frequency separator having wide band transmission or reflection characteristics | |
| Foo | Liquid-crystal-tunable metasurface antennas | |
| TW202230877A (zh) | 天線結構及陣列天線模組 | |
| WO2023140243A1 (ja) | リフレクトアレイ | |
| CN119581862A (zh) | 超表面移相模块、天线阵列和电磁波的相位调制方法 | |
| US20020080065A1 (en) | Beam scanning antenna | |
| JPH036683B2 (ja) | ||
| WO2023188735A1 (ja) | 液晶材料を用いた電波の反射素子 | |
| US20180226714A1 (en) | Dielectric travelling waveguide with varactors to control beam direction | |
| JPH036684B2 (ja) |