JPH11103201A - Phase shifter, phase shifter array and phased array antenna system - Google Patents
Phase shifter, phase shifter array and phased array antenna systemInfo
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- JPH11103201A JPH11103201A JP26388397A JP26388397A JPH11103201A JP H11103201 A JPH11103201 A JP H11103201A JP 26388397 A JP26388397 A JP 26388397A JP 26388397 A JP26388397 A JP 26388397A JP H11103201 A JPH11103201 A JP H11103201A
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Landscapes
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- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波信号の位相
を変化させるための移相器および移相器アレイに関し、
さらにこうした移相器または移相器アレイを用いて指向
性が制御可能なフェーズドアレイアンテナ装置に関す
る。The present invention relates to a phase shifter and a phase shifter array for changing the phase of a high-frequency signal.
Furthermore, the present invention relates to a phased array antenna device whose directivity can be controlled using such a phase shifter or a phase shifter array.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図４は、従来のフェーズドアレイアンテ
ナ装置の一例を示す構成図である。ここでは該装置を送
信アンテナとして使用する例を示しており、一定間隔ｄ
で直線状に配置された８個のアンテナ素子４と、各アン
テナ素子４に供給される高周波信号の位相をシフトさせ
るための８個の移相器３と、高周波信号を発生する発振
器１と、発振器１からの信号を各移相器３に分配するた
めの分配器２と、各移相器３の位相シフト量を制御する
ための位相制御回路５などで構成される。2. Description of the Related Art FIG. 4 is a block diagram showing an example of a conventional phased array antenna device. Here, an example is shown in which the device is used as a transmission antenna, and the fixed interval d
, Eight antenna elements 4 arranged linearly, eight phase shifters 3 for shifting the phase of a high-frequency signal supplied to each antenna element 4, and an oscillator 1 for generating a high-frequency signal; It is composed of a distributor 2 for distributing a signal from the oscillator 1 to each phase shifter 3, a phase control circuit 5 for controlling the phase shift amount of each phase shifter 3, and the like.
【０００３】各アンテナ素子４から放射される電磁波は
信号のコヒーレント性によって互いに干渉するため、各
電磁波の位相が揃った波面ＷＦが形成される。位相制御
回路５は、各アンテナ素子４から放射される電磁波の位
相を調整することによって、波面ＷＦの進行方向を任意
の角度θに制御することが可能になる。Since the electromagnetic waves radiated from each antenna element 4 interfere with each other due to the coherence of the signal, a wavefront WF in which the phases of the electromagnetic waves are aligned is formed. The phase control circuit 5 can control the traveling direction of the wavefront WF to an arbitrary angle θ by adjusting the phase of the electromagnetic wave radiated from each antenna element 4.
【０００４】なお、こうしたフェーズドアレイアンテナ
装置を受信アンテナとして使用する場合は、発振器１の
代わりに高周波増幅器を設けて、各アンテナ素子４で受
信した高周波信号を増幅して、後段の回路に供給する構
成になる。When such a phased array antenna device is used as a receiving antenna, a high-frequency amplifier is provided in place of the oscillator 1 to amplify a high-frequency signal received by each antenna element 4 and supply it to a subsequent circuit. Configuration.
【０００５】移相器には、従来からいろいろな種類があ
り、位相シフト量が連続的に変化するアナログ移相器と
位相シフト量が不連続的に変化するデジタル移相器とに
大別される。Conventionally, there are various types of phase shifters, and they are roughly classified into an analog phase shifter in which the phase shift amount changes continuously and a digital phase shifter in which the phase shift amount changes discontinuously. You.
【０００６】また、使用する回路素子に応じて、集中定
数素子を用いる方式と、分布定数素子を用いる方式とに
大別できる。集中定数素子の方式ではＬＰＦ（ローパス
フィルタ）とＨＰＦ（ハイパスフィルタ）とを切替える
タイプ等があり、分布定数素子の方式では遅延線路やリ
アクタンスを切替えるタイプ等がある。In addition, a method using a lumped constant element and a method using a distributed constant element can be roughly classified according to a circuit element to be used. The lumped element type includes a type that switches between an LPF (low-pass filter) and an HPF (high-pass filter), and the distributed constant type includes a type that switches a delay line and a reactance.
【０００７】図５は、従来の移相器の各種例を示す構成
図である。図５（ａ）は通路長切替型の移相器であり、
入力端子を持つ線路Ｌｉと出力端子を持つ線路Ｌｏとの
間に通路長が異なる２つの線路Ｌａ、Ｌｂがスイッチン
グ用のダイオードＤを介して接続されており、高周波信
号が線路Ｌａ、Ｌｂの一方を選択的に通過することによ
って、出力信号の位相が変化する。図５（ｂ）は９０°
ハイブリッドを用いた反射型移相器であり、入力端子を
持つ線路Ｌｉと出力端子を持つ線路Ｌｏとの間に、９０
°ハイブリッドＬｃと一定長さの開放端が介在してお
り、開放端をスイッチング用のダイオードＤでオン・オ
フすることによって、出力信号の位相が変化する。図５
（ｃ）はサーキュレータを用いた反射型移相器であり、
入力端子を持つ線路Ｌｉと出力端子を持つ線路Ｌｏとの
間にサーキュレータＬｃが介在しており、サーキュレー
タＬｃの一部をスイッチング用のダイオードＤで接地ま
たは非接地にすることによって、出力信号の位相が変化
する。FIG. 5 is a configuration diagram showing various examples of a conventional phase shifter. FIG. 5A shows a path length switching type phase shifter,
Two lines La and Lb having different path lengths are connected via a switching diode D between a line Li having an input terminal and a line Lo having an output terminal, and a high-frequency signal is supplied to one of the lines La and Lb. Selectively changes the phase of the output signal. FIG. 5 (b) is 90 °
This is a reflection-type phase shifter using a hybrid, and has a 90-degree line between a line Li having an input terminal and a line Lo having an output terminal.
The hybrid Lc and an open end having a fixed length are interposed, and the open end is turned on / off by a switching diode D, so that the phase of the output signal changes. FIG.
(C) is a reflection type phase shifter using a circulator,
A circulator Lc is interposed between a line Li having an input terminal and a line Lo having an output terminal, and a part of the circulator Lc is grounded or non-grounded by a switching diode D to thereby reduce the phase of an output signal. Changes.
【０００８】なお、本願に関連する先行技術として、特
公平３−６６８３号、特公平３−６６８４号、特開平４
−２３４２０２号、特開平４−２４５８０３号があり、
これらには導波管の内部に液晶を充填した電圧制御型の
移相器が記載されている。As prior arts related to the present invention, Japanese Patent Publication No. 3-6683, Japanese Patent Publication No. 3-6684, and
-234202 and JP-A-4-245803,
These documents describe a voltage-controlled phase shifter in which a liquid crystal is filled in a waveguide.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】図５に示すような従来
の移相器では、スイッチング用のダイオードＤとして高
周波特性に優れ、かつ高価なＰＩＮダイオードやバラク
タダイオードを１個または複数使用することになる。こ
うした移相器をフェーズドアレイアンテナ装置に使用す
る場合には、ダイオードの使用数は全体として相当な数
になり、部品コストが増加する。In the conventional phase shifter as shown in FIG. 5, one or more expensive PIN diodes or varactor diodes are used as switching diodes D because they have excellent high-frequency characteristics and are expensive. Become. When such a phase shifter is used in a phased array antenna device, the number of diodes used becomes large as a whole, and the component cost increases.
【００１０】また、伝送線路にダイオード等のディスク
リート部品を実装する工程が必要となり、部品点数が多
くなるほど製造コストが増加する。In addition, a step of mounting discrete components such as diodes on the transmission line is required, and the manufacturing cost increases as the number of components increases.
【００１１】さらに、ダイオードＤをスイッチングする
ための駆動電流が不可欠であり、ダイオードの使用数が
増加すると、駆動電流を供給する電源もかなり大容量の
ものが必要になり、しかも駆動電流による発熱対策も講
じなければならない。Further, a driving current for switching the diode D is indispensable. If the number of diodes used increases, a power supply for supplying the driving current needs to have a considerably large capacity. Must also be taken.
【００１２】本発明の目的は、高価な部品を使用するこ
となく、低消費電力で小型かつ高密度実装が容易な移相
器、移相器アレイおよびフェーズドアレイアンテナ装置
を提供することである。It is an object of the present invention to provide a phase shifter, a phase shifter array, and a phased array antenna device which are small in power consumption and easy to mount at high density without using expensive components.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は、印加電圧に応
じて誘電率が変化する誘電部材と、誘電部材に電圧を印
加するための電圧印加手段と、信号が伝送する際に、誘
電部材の誘電率の変化を感知して伝送速度が変化するよ
うに構成された伝送線路とを備えることを特徴とする移
相器である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a dielectric member having a dielectric constant which varies according to an applied voltage, a voltage applying means for applying a voltage to the dielectric member, and a dielectric member for transmitting a signal. And a transmission line configured to change the transmission rate by sensing a change in the dielectric constant of the phase shifter.
【００１４】本発明に従えば、印加電圧に応じて分子配
列が変化し、その結果、誘電率が変化する誘電部材を伝
送線路の近傍に配置して、誘電部材に電圧を印加するこ
とによって、伝送線路を通過する信号が誘電部材の誘電
率の変化を感知して伝送速度が変化する。そのため、誘
電部材への印加電圧を制御することによって、伝送線路
を通過する信号の位相を任意に変化させることが可能に
なる。According to the present invention, the molecular arrangement changes in accordance with the applied voltage, and as a result, a dielectric member whose dielectric constant changes is arranged near the transmission line, and a voltage is applied to the dielectric member. A signal passing through the transmission line senses a change in the dielectric constant of the dielectric member, and the transmission speed changes. Therefore, by controlling the voltage applied to the dielectric member, it is possible to arbitrarily change the phase of the signal passing through the transmission line.
【００１５】また本発明は、電圧印加手段は、誘電部材
を挟むように対向配置された一対の電極で構成され、一
方または両方の電極が伝送線路を構成することを特徴と
する。Further, the present invention is characterized in that the voltage applying means is constituted by a pair of electrodes opposed to each other so as to sandwich the dielectric member, and one or both electrodes constitute a transmission line.
【００１６】本発明に従えば、誘電部材へ電圧を印加す
るための電極が伝送線路と兼用することによって、伝送
線路近傍に位置する誘電部材への電圧印加効率が向上す
るとともに、部品点数の削減による小型化、低コスト化
が図られる。According to the present invention, since the electrode for applying a voltage to the dielectric member also serves as the transmission line, the efficiency of voltage application to the dielectric member located near the transmission line is improved, and the number of parts is reduced. Thus, miniaturization and cost reduction can be achieved.
【００１７】また本発明は、伝送線路は、ストリップ線
路であることを特徴とする。本発明に従えば、伝送線路
をストリップ線路で形成することによって、小型で低損
失の信号伝送が可能になる。また、グランド導体とスト
リップ線路との間に誘電部材を配置する場合、細長いス
トリップ線路の近傍に誘電部材を配置すれば足りるた
め、誘電部材の使用量が少なくて済む。Further, the present invention is characterized in that the transmission line is a strip line. According to the present invention, by forming a transmission line by a strip line, a small-sized and low-loss signal transmission can be performed. Further, when a dielectric member is disposed between the ground conductor and the strip line, it is sufficient to dispose the dielectric member near the elongated strip line, so that the amount of the dielectric member used can be reduced.
【００１８】また本発明は、印加電圧に応じて誘電率が
変化する誘電部材と、誘電部材に電圧を印加するための
電圧印加手段と、信号が伝送する際に、誘電部材の誘電
率の変化を感知して伝送速度が変化するように構成され
た複数の伝送線路とを備えることを特徴とする移相器ア
レイである。According to the present invention, there is provided a dielectric member whose permittivity changes according to an applied voltage, voltage applying means for applying a voltage to the dielectric member, and a change in the permittivity of the dielectric member when a signal is transmitted. And a plurality of transmission lines configured to change a transmission rate by detecting the phase shifter.
【００１９】本発明に従えば、印加電圧に応じて分子配
列が変化し、その結果、誘電率が変化する誘電部材を伝
送線路の近傍に配置して、誘電部材に電圧を印加するこ
とによって、伝送線路を通過する信号が誘電部材の誘電
率の変化を感知して伝送速度が変化する。そのため、誘
電部材への印加電圧を制御することによって、伝送線路
を通過する信号の位相を任意に変化させることが可能に
なる。さらに、複数の伝送線路を設けることによって、
複数の信号の位相を個別に制御できるアレイ型の移相器
を実現できる。According to the present invention, by disposing a dielectric member whose molecular arrangement changes in response to an applied voltage and consequently the dielectric constant changes in the vicinity of the transmission line and applies a voltage to the dielectric member, A signal passing through the transmission line senses a change in the dielectric constant of the dielectric member, and the transmission speed changes. Therefore, by controlling the voltage applied to the dielectric member, it is possible to arbitrarily change the phase of the signal passing through the transmission line. Furthermore, by providing a plurality of transmission lines,
An array-type phase shifter that can individually control the phases of a plurality of signals can be realized.
【００２０】また本発明は、平面電極と、印加電圧に応
じて誘電率が変化する誘電部材と、平面電極に対向して
誘電部材を挟むように配置され、該誘電部材に電圧を印
加するとともに信号を伝送するための複数のストリップ
線路から成る伝送線路とを備えることを特徴とする移相
器アレイである。According to the present invention, there is provided a planar electrode, a dielectric member having a dielectric constant which varies according to an applied voltage, and a dielectric member arranged to face the planar electrode so as to sandwich the dielectric member. A transmission line comprising a plurality of striplines for transmitting signals.
【００２１】本発明に従えば、印加電圧に応じて分子配
列が変化し、その結果、誘電率が変化する誘電部材を平
面電極と複数のストリップ線路との間に配置し、各スト
リップ線路と平面電極との間に電圧を印加することによ
って、各ストリップ線路を通過する信号が誘電部材の誘
電率の変化を感知して伝送速度が変化する。そのため、
各ストリップ線路の印加電圧を個別に制御することによ
って、各ストリップ線路を通過する信号の位相を任意に
変化させることができる。According to the present invention, a dielectric member whose molecular arrangement changes in response to an applied voltage and whose dielectric constant changes as a result is disposed between a plane electrode and a plurality of strip lines, and By applying a voltage between the electrodes and the electrodes, a signal passing through each strip line senses a change in the dielectric constant of the dielectric member, and the transmission speed changes. for that reason,
By individually controlling the voltage applied to each strip line, the phase of a signal passing through each strip line can be arbitrarily changed.
【００２２】また、複数のストリップ線路を設けること
によって、複数の信号の位相を個別に制御できるアレイ
型の移相器を実現でき、小型で低損失の信号伝送が可能
になる。また、伝送線路が細長い形状であるため、平面
電極とストリップ線路との間に配置する誘電部材の使用
量が少なくて済む。Further, by providing a plurality of strip lines, an array type phase shifter capable of individually controlling the phases of a plurality of signals can be realized, and small-size and low-loss signal transmission can be realized. Further, since the transmission line has an elongated shape, the amount of the dielectric member disposed between the plane electrode and the strip line can be reduced.
【００２３】また本発明は、上記の移相器が複数設けら
れ、各移相器の伝送線路毎に電気的接続された複数のア
ンテナと、各伝送線路の位相シフト量を調整して、各ア
ンテナに供給される信号の位相を制御するための位相制
御回路とを備えることを特徴とするフェーズドアレイア
ンテナ装置である。Further, according to the present invention, a plurality of the above-mentioned phase shifters are provided, a plurality of antennas electrically connected to each transmission line of each phase shifter, and the amount of phase shift of each transmission line is adjusted. A phase control circuit for controlling a phase of a signal supplied to the antenna.
【００２４】本発明に従えば、誘電部材の誘電率変化を
利用した上記移相器を複数設けて、各アンテナに供給さ
れる信号の位相を制御することによって、アンテナから
放射される電磁波の波面の進行方向を任意に制御可能な
フェーズドアレイアンテナを実現できる。According to the present invention, by providing a plurality of the phase shifters utilizing the change in the dielectric constant of the dielectric member and controlling the phase of the signal supplied to each antenna, the wavefront of the electromagnetic wave radiated from the antenna is controlled. A phased array antenna capable of arbitrarily controlling the traveling direction of the antenna can be realized.
【００２５】また本発明は、上記の移相器アレイと、移
相器アレイの各伝送線路毎に電気的接続された複数のア
ンテナと、各伝送線路の位相シフト量を調整して、各ア
ンテナに供給される信号の位相を制御するための位相制
御回路とを備えることを特徴とするフェーズドアレイア
ンテナ装置である。Further, according to the present invention, there is provided a phase shifter array, a plurality of antennas electrically connected to each transmission line of the phase shifter array, and a phase shift amount of each transmission line, whereby each antenna is adjusted. And a phase control circuit for controlling the phase of the signal supplied to the phased array antenna device.
【００２６】本発明に従えば、誘電部材の誘電率変化を
利用した上記移相器アレイを用いて、各アンテナに供給
される信号の位相を制御することによって、アンテナか
ら放射される電磁波の波面の進行方向を任意に制御可能
なフェーズドアレイアンテナを実現できる。According to the present invention, by controlling the phase of the signal supplied to each antenna using the above-mentioned phase shifter array utilizing the change in the dielectric constant of the dielectric member, the wavefront of the electromagnetic wave radiated from the antenna is controlled. A phased array antenna capable of arbitrarily controlling the traveling direction of the antenna can be realized.
【００２７】また本発明は、前記信号がマイクロ波また
はミリ波の周波数帯であることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that the signal is in a microwave or millimeter wave frequency band.
【００２８】本発明に従えば、信号がマイクロ波または
ミリ波の周波数帯であることによって、放射効率が良好
で、指向性の制御が容易なフェーズドアレイアンテナを
実現できる。本発明に用いられる誘電部材としては液晶
が好ましい。According to the present invention, since the signal is in the microwave or millimeter wave frequency band, a phased array antenna having good radiation efficiency and easy directivity control can be realized. Liquid crystals are preferred as the dielectric member used in the present invention.
【００２９】以下、本発明の原理を液晶を用いた場合で
詳説する。液晶に直流電圧が印加されると、液晶分子の
向きが印加電圧方向に沿って揃うように変化し、これに
伴って液晶自体の誘電率も変化する。Hereinafter, the principle of the present invention will be described in detail when a liquid crystal is used. When a DC voltage is applied to the liquid crystal, the direction of the liquid crystal molecules changes so as to be aligned along the direction of the applied voltage, and accordingly, the dielectric constant of the liquid crystal itself also changes.
【００３０】図２は、印加電圧に対する液晶の誘電率の
変化を示すグラフである。横軸は液晶への直流印加電圧
を示し、縦軸は液晶の比誘電率を示す。このグラフにお
いて、電圧が増加すると液晶の比誘電率も単調増加して
いる。カーブの形状や位置は液晶の種類によって異な
り、さらに信号の周波数によっても異なる。FIG. 2 is a graph showing a change in the dielectric constant of the liquid crystal with respect to the applied voltage. The horizontal axis indicates the DC applied voltage to the liquid crystal, and the vertical axis indicates the relative permittivity of the liquid crystal. In this graph, as the voltage increases, the relative dielectric constant of the liquid crystal also increases monotonically. The shape and position of the curve vary depending on the type of liquid crystal, and further vary depending on the frequency of the signal.
【００３１】こうした液晶を伝送線路基板の誘電体とし
て使用すると、直流電圧を印加することによって基板の
誘電率を変化させることが可能になる。基板の誘電率が
変化すると、伝送線路を通過する信号の伝送速度が変化
し、その結果、信号の位相を変化させることができる。
こうして小型で高性能の電圧制御型移相器を実現でき
る。When such a liquid crystal is used as a dielectric of the transmission line substrate, it becomes possible to change the dielectric constant of the substrate by applying a DC voltage. When the permittivity of the substrate changes, the transmission speed of the signal passing through the transmission line changes, and as a result, the phase of the signal can be changed.
Thus, a compact and high-performance voltage-controlled phase shifter can be realized.
【００３２】理論的には、伝送線路の等価比誘電率をε
ｒとおいて、液晶に直流電圧Ｖが印加されたときの等価
比誘電率をεｒ（Ｖ）、直流電圧Ｖ＝０のときεｒ
（０）とおくと、管内波長λｇは次の式で表される（文
献：「通信用マイクロ波回路」、宮内一洋、山本平一共
著、電子情報通信学会編）。 λｇ（Ｖ） ＝ λｏ ／ εｒ（Ｖ）1/2 …（１） λｇ（０） ＝ λｏ ／ εｒ（０）1/2 …（２）Theoretically, the equivalent relative permittivity of the transmission line is ε
r, the equivalent relative dielectric constant when a DC voltage V is applied to the liquid crystal is εr (V), and when the DC voltage V = 0, εr
(0), the guide wavelength λg is represented by the following equation (document: “Microwave circuit for communication”, edited by Kazuhiro Miyauchi and Heiichi Yamamoto, edited by the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers). λg (V) = λo / εr (V) 1/2 (1) λg (0) = λo / εr (0) 1/2 (2)
【００３３】ここでλｏは真空中の波長である。次に伝
送線路の長さをＬとすると、電圧印加前後の位相差Δφ
は次式で表せる。 Δφ ＝ ２π・Ｌ・（１／λｇ（Ｖ）−１／λｇ（０）） ＝ ２π・Ｌ／λｏ・（εｒ（Ｖ）1/2 −εｒ（０）1/2 ）…（３） このようにして液晶へ印加される直流電圧Ｖに応じて信
号の位相が変化することが判る。Here, λo is a wavelength in a vacuum. Next, assuming that the length of the transmission line is L, the phase difference Δφ before and after voltage application is
Can be expressed by the following equation. Δφ = 2π · L · (1 / λg (V) −1 / λg (0)) = 2π · L / λo · (εr (V) 1/2 −εr (0) 1/2 ) (3) Thus, it can be seen that the phase of the signal changes according to the DC voltage V applied to the liquid crystal.
【００３４】[0034]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある移相器の構成を示す斜視図である。金属板等から成
る平面電極１１の上方に一定距離隔てて電気絶縁性の基
板１６（例えばガラス板）が対向して平行に配置されて
いる。基板１６の内側には細長い導体（例えば銅箔）か
ら成るストリップ線路１５が、接地された平面電極１１
に対向するように形成されている。ストリップ線路１５
の一方は高周波信号の入力端子に接続され、他方は高周
波信号の出力端子に接続される。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a phase shifter according to an embodiment of the present invention. An electrically insulative substrate 16 (for example, a glass plate) is arranged above and in parallel with a flat electrode 11 made of a metal plate or the like at a predetermined distance. A strip line 15 made of an elongated conductor (for example, copper foil) is provided inside a substrate 16, and a grounded planar electrode 11 is provided.
Is formed so as to oppose. Strip line 15
Is connected to the input terminal of the high-frequency signal, and the other is connected to the output terminal of the high-frequency signal.
【００３５】ストリップ線路１５の両側に沿って、平面
電極１１と基板１６との間隙を封止するための電気絶縁
性の封止部材１３が一対設けられ、ストリップ線路１５
に沿って細長い空間を形成している。この空間には、印
加電圧に応じて誘電率が変化する液晶部材１２が充填さ
れる。なお、液晶部材１２として、ネマチック、コレス
テリック、スメクチックなどが例示できる。A pair of electrically insulating sealing members 13 for sealing the gap between the plane electrode 11 and the substrate 16 is provided along both sides of the strip line 15.
To form an elongated space. This space is filled with a liquid crystal member 12 whose dielectric constant changes according to an applied voltage. Note that the liquid crystal member 12 can be exemplified by nematic, cholesteric, smectic, and the like.
【００３６】封止部材１３の外側には、平面電極１１と
基板１６との間隔を保持するための電気絶縁性のスペー
サ１４が設けられる。Outside the sealing member 13, an electrically insulating spacer 14 is provided for maintaining a distance between the plane electrode 11 and the substrate 16.
【００３７】基板１６には、ストリップ線路１５と電気
的に接続するためのスルーホール１７が形成され、スル
ーホール１７にリード線１８が接続される。リード線１
８は、コイル２０を介して出力電圧が可変である直流電
源１９に接続され、接地電位に対して直流電圧Ｖをスト
リップ線路１５に供給する。コイル２０は直流成分を通
過し、高周波信号に対してハイインピーダンスとなる特
性を有する。A through hole 17 for electrically connecting to the strip line 15 is formed in the substrate 16, and a lead wire 18 is connected to the through hole 17. Lead wire 1
8 is connected via a coil 20 to a DC power supply 19 whose output voltage is variable, and supplies a DC voltage V to the strip line 15 with respect to the ground potential. The coil 20 has a characteristic of passing a DC component and having a high impedance with respect to a high-frequency signal.
【００３８】こうして構成された移相器１０の動作を説
明する。マイクロ波またはミリ波の周波数帯にある高周
波信号が入力端子を介してストリップ線路１５に供給さ
れ、ストリップ線路１５を通過して、出力端子を介して
アンテナ等の外部素子に伝送される。The operation of the thus constructed phase shifter 10 will be described. A high-frequency signal in a microwave or millimeter-wave frequency band is supplied to the strip line 15 via an input terminal, passes through the strip line 15, and is transmitted to an external element such as an antenna via an output terminal.
【００３９】この状態でストリップ線路１５に直流電圧
Ｖを供給すると、ストリップ線路１５と平面電極１１と
で挟まれる液晶部材１２に直流電圧Ｖが印加され、液晶
部材１２の誘電率が変化して、ストリップ線路１５を通
過する信号の位相が上記式（３）に従って変化する。こ
うして直流電圧Ｖを制御することによって、信号の位相
シフト量を任意に制御することができる。When a DC voltage V is supplied to the strip line 15 in this state, the DC voltage V is applied to the liquid crystal member 12 sandwiched between the strip line 15 and the plane electrode 11, and the dielectric constant of the liquid crystal member 12 changes. The phase of the signal passing through the strip line 15 changes according to the above equation (3). By controlling the DC voltage V in this way, the amount of phase shift of the signal can be arbitrarily controlled.
【００４０】図３は、図１の移相器１０を並列に一体化
した移相器アレイ３０およびフェーズドアレイアンテナ
装置の構成を示す斜視図である。金属板等から成る平面
電極３１の上方に一定距離隔てて電気絶縁性の基板３６
（例えばガラス板）が対向して平行に配置されている。
基板３６の内側には細長い導体（例えば銅箔）から成る
複数のストリップ線路１５（図３の例では５本）が、接
地された平面電極３１に対向するように形成されてい
る。各ストリップ線路３５の一方には、発振器５０から
分配器５１を介して供給される高周波信号が入力され、
各ストリップ線路３５の他方は、間隔ｄで直線状に並ん
だ複数のアンテナ素子５２に接続される。FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the phase shifter array 30 and the phased array antenna device in which the phase shifters 10 of FIG. 1 are integrated in parallel. An electrically insulating substrate 36 is provided at a predetermined distance above the flat electrode 31 made of a metal plate or the like.
(Eg, a glass plate) are arranged in parallel to face each other.
A plurality of strip lines 15 (five in the example of FIG. 3) formed of an elongated conductor (for example, copper foil) are formed inside the substrate 36 so as to face the grounded flat electrode 31. A high-frequency signal supplied from the oscillator 50 via the distributor 51 is input to one of the strip lines 35,
The other of the strip lines 35 is connected to a plurality of antenna elements 52 arranged linearly at an interval d.
【００４１】各ストリップ線路３５の間には、平面電極
３１と基板３６との間隙を封止するための電気絶縁性の
封止部材３３が複数設けられ、各ストリップ線路３５毎
に対応した細長い空間を形成している。封止部材３３
は、平面電極３１と基板３６との間隔を保持する機能も
有する。各空間には、印加電圧に応じて誘電率が変化す
る液晶部材３２が充填される。なお、液晶部材３２とし
て、ネマチック、コレステリック、スメクチックなどが
例示できる。A plurality of electrically insulating sealing members 33 for sealing the gap between the plane electrode 31 and the substrate 36 are provided between the strip lines 35, and an elongated space corresponding to each strip line 35 is provided. Is formed. Sealing member 33
Also has a function of maintaining the distance between the plane electrode 31 and the substrate 36. Each space is filled with a liquid crystal member 32 whose dielectric constant changes according to an applied voltage. In addition, as the liquid crystal member 32, nematic, cholesteric, smectic, and the like can be exemplified.
【００４２】基板３６には、各ストリップ線路３５と電
気的に接続するためのスルーホール３７が形成され、各
スルーホール３７にリード線３８が個別に接続される。
各リード線３８には位相制御回路３９から制御電圧Ｖ１
〜Ｖ５が個別に供給されている。位相制御回路３９は、
制御電圧Ｖ１〜Ｖ５を制御することによって、各ストリ
ップ線路３５の位相シフト量を調整して、各アンテナ素
子５２に供給される信号の位相を制御する。A through hole 37 is formed in the substrate 36 for electrically connecting to each strip line 35, and a lead wire 38 is individually connected to each through hole 37.
A control voltage V1 is supplied from a phase control circuit 39 to each lead wire 38.
To V5 are individually supplied. The phase control circuit 39
By controlling the control voltages V1 to V5, the phase shift amount of each strip line 35 is adjusted, and the phase of the signal supplied to each antenna element 52 is controlled.
【００４３】次に動作を説明する。発振器５０が出力す
るマイクロ波またはミリ波の周波数帯にある高周波信号
は、分配器５１によってほぼ同じ電圧となるように分配
され、各ストリップ線路３５に供給され、さらにストリ
ップ線路３５を通過して、アンテナ素子５２に伝送され
る。Next, the operation will be described. The high frequency signal in the microwave or millimeter wave frequency band output from the oscillator 50 is distributed by the distributor 51 so as to have substantially the same voltage, supplied to each strip line 35, further passed through the strip line 35, The signal is transmitted to the antenna element 52.
【００４４】この状態で各ストリップ線路３５に直流電
圧Ｖ１〜Ｖ５をそれぞれ供給すると、ストリップ線路３
５と平面電極３１とで挟まれる液晶部材３２に直流電圧
Ｖ１〜Ｖ５がそれぞれ印加される。すると、各液晶部材
３２の誘電率が印加電圧に応じて変化して、各ストリッ
プ線路３５を通過する信号の位相が上記式（３）に従っ
て変化する。こうして直流電圧Ｖ１〜Ｖ５を制御するこ
とによって、各ストリップ線路３５を通過する信号の位
相シフト量を個別に制御することができ、その結果、各
アンテナ素子５２から放射される電磁波の波面ＷＦの進
行方向、すなわちアンテナ指向性を任意に制御すること
ができる。In this state, when the DC voltages V1 to V5 are supplied to the respective strip lines 35, the strip lines 3
DC voltages V1 to V5 are applied to a liquid crystal member 32 sandwiched between the first electrode 5 and the flat electrode 31, respectively. Then, the dielectric constant of each liquid crystal member 32 changes according to the applied voltage, and the phase of the signal passing through each strip line 35 changes according to the above equation (3). By controlling the DC voltages V1 to V5 in this way, the amount of phase shift of the signal passing through each strip line 35 can be individually controlled, and as a result, the progress of the wavefront WF of the electromagnetic wave radiated from each antenna element 52 The direction, that is, the antenna directivity can be arbitrarily controlled.
【００４５】なお、こうしたフェーズドアレイアンテナ
装置を受信アンテナとして使用する場合は、発振器５０
の代わりに高周波増幅器を設けて、各アンテナ素子５２
で受信した高周波信号を増幅して、後段の回路に供給す
る構成になる。When such a phased array antenna device is used as a receiving antenna, the oscillator 50
Is provided with a high-frequency amplifier in place of
And amplifies the high-frequency signal received by the circuit and supplies the amplified signal to the subsequent circuit.
【００４６】以上の説明において、伝送線路としてスト
リップ線路１５、３５を使用する例を示したが、その他
に同軸ケーブルや導波管の内部空間に液晶部材を充填す
る構成なども可能である。本発明に用いられる誘電部材
は電界などの外部からのバイアスによって誘電率が変化
するものであれば、液晶に限らず他の形態を有す誘電体
も利用できる。In the above description, an example in which the strip lines 15 and 35 are used as the transmission lines has been described. Alternatively, a configuration in which a liquid crystal member is filled in the inner space of a coaxial cable or a waveguide may be used. The dielectric member used in the present invention is not limited to the liquid crystal, and any other dielectric material may be used as long as the dielectric constant is changed by an external bias such as an electric field.
【００４７】[0047]
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、誘
電部材に電圧を印加することによって、伝送線路を通過
する信号が誘電部材の誘電率の変化を感知して伝送速度
が変化する。そのため、誘電部材への印加電圧を制御す
ることによって、伝送線路を通過する信号の位相を任意
に変化できる。As described above, according to the present invention, by applying a voltage to the dielectric member, a signal passing through the transmission line senses a change in the dielectric constant of the dielectric member and changes the transmission speed. Therefore, by controlling the voltage applied to the dielectric member, the phase of the signal passing through the transmission line can be arbitrarily changed.
【００４８】また、複数の伝送線路を設けることによっ
て、複数の信号の位相を個別に制御できるアレイ型の移
相器を実現できる。Further, by providing a plurality of transmission lines, an array type phase shifter capable of individually controlling the phases of a plurality of signals can be realized.
【００４９】さらに、こうした移相器を複数用いて、各
アンテナに供給される信号の位相を個別に制御すること
によって、アンテナから放射される電磁波の波面の進行
方向を任意に制御できる。Furthermore, by using a plurality of such phase shifters and individually controlling the phases of the signals supplied to each antenna, the traveling direction of the wavefront of the electromagnetic wave radiated from the antenna can be arbitrarily controlled.
【００５０】このようにして、高価な部品を使用するこ
となく、低消費電力で小型かつ高密度実装が容易な移相
器、移相器アレイおよびフェーズドアレイアンテナ装置
を実現できる。In this manner, a phase shifter, a phase shifter array, and a phased array antenna device which are small in power consumption and easy to mount with high density can be realized without using expensive components.
【図１】本発明の実施の一形態である移相器の構成を示
す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a phase shifter according to an embodiment of the present invention.
【図２】印加電圧に対する液晶の誘電率の変化を示すグ
ラフである。FIG. 2 is a graph showing a change in a dielectric constant of a liquid crystal with respect to an applied voltage.
【図３】図１の移相器１０を並列に一体化した移相器ア
レイ３０およびフェーズドアレイアンテナ装置の構成を
示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a phase shifter array 30 and a phased array antenna device in which the phase shifters 10 of FIG. 1 are integrated in parallel.
【図４】従来のフェーズドアレイアンテナ装置の一例を
示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an example of a conventional phased array antenna device.
【図５】従来の移相器の各種例を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing various examples of a conventional phase shifter.
１０ 移相器 １１，３１ 平面電極 １２，３２ 液晶部材 １３，３３ 封止部材 １４ スペーサ １５，３５ ストリップ線路 １６，３６ 基板 １７，３７ スルーホール １８，３８ リード線 １９ 直流電源 ３９ 位相制御回路 ５２ アンテナ素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Phase shifter 11, 31 Planar electrode 12, 32 Liquid crystal member 13, 33 Sealing member 14 Spacer 15, 35 Strip line 16, 36 Substrate 17, 37 Through hole 18, 38 Lead wire 19 DC power supply 39 Phase control circuit 52 Antenna element
Claims (8)
部材と、 誘電部材に電圧を印加するための電圧印加手段と、 信号が伝送する際に、誘電部材の誘電率の変化を感知し
て伝送速度が変化するように構成された伝送線路とを備
えることを特徴とする移相器。1. A dielectric member whose permittivity changes according to an applied voltage, voltage applying means for applying a voltage to the dielectric member, and a sensor for detecting a change in the permittivity of the dielectric member when a signal is transmitted. And a transmission line configured to change the transmission speed.
対向配置された一対の電極で構成され、一方または両方
の電極が伝送線路を構成することを特徴とする請求項１
記載の移相器。2. The voltage applying means comprises a pair of electrodes arranged to face each other with a dielectric member interposed therebetween, wherein one or both electrodes constitute a transmission line.
The phase shifter as described.
を特徴とする請求項１または２記載の移相器。3. The phase shifter according to claim 1, wherein the transmission line is a strip line.
部材と、 誘電部材に電圧を印加するための電圧印加手段と、 信号が伝送する際に、誘電部材の誘電率の変化を感知し
て伝送速度が変化するように構成された複数の伝送線路
とを備えることを特徴とする移相器アレイ。4. A dielectric member whose permittivity changes according to an applied voltage, voltage applying means for applying a voltage to the dielectric member, and sensing a change in the permittivity of the dielectric member when a signal is transmitted. And a plurality of transmission lines configured to change the transmission speed.
誘電部材に電圧を印加するとともに信号を伝送するため
の複数のストリップ線路から成る伝送線路とを備えるこ
とを特徴とする移相器アレイ。5. A planar electrode, a dielectric member whose permittivity changes in accordance with an applied voltage, and a dielectric member arranged to face the planar electrode so as to sandwich the dielectric member, apply a voltage to the dielectric member and transmit a signal. And a transmission line comprising a plurality of striplines for performing the phase shifter operation.
が複数設けられ、 各移相器の伝送線路毎に電気的接続された複数のアンテ
ナと、 各伝送線路の位相シフト量を調整して、各アンテナに供
給される信号の位相を制御するための位相制御回路とを
備えることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ装
置。6. A plurality of phase shifters according to claim 1, wherein a plurality of antennas are electrically connected to each transmission line of each phase shifter, and a phase shift amount of each transmission line is provided. And a phase control circuit for controlling the phase of a signal supplied to each antenna.
と、 移相器アレイの各伝送線路毎に電気的接続された複数の
アンテナと、 各伝送線路の位相シフト量を調整して、各アンテナに供
給される信号の位相を制御するための位相制御回路とを
備えることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ装
置。7. The phase shifter array according to claim 4 or 5, a plurality of antennas electrically connected to each transmission line of the phase shifter array, and adjusting a phase shift amount of each transmission line. A phase control circuit for controlling a phase of a signal supplied to each antenna.
波数帯であることを特徴とする請求項６または７記載の
フェーズドアレイアンテナ装置。8. The phased array antenna device according to claim 6, wherein the signal is in a microwave or millimeter wave frequency band.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26388397A JPH11103201A (en) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | Phase shifter, phase shifter array and phased array antenna system |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP26388397A JPH11103201A (en) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | Phase shifter, phase shifter array and phased array antenna system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11103201A true JPH11103201A (en) | 1999-04-13 |
Family
ID=17395579
Family Applications (1)
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| JP26388397A Pending JPH11103201A (en) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | Phase shifter, phase shifter array and phased array antenna system |
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