JPS60214104A - 電波レンズ - Google Patents
電波レンズInfo
- Publication number
- JPS60214104A JPS60214104A JP7070084A JP7070084A JPS60214104A JP S60214104 A JPS60214104 A JP S60214104A JP 7070084 A JP7070084 A JP 7070084A JP 7070084 A JP7070084 A JP 7070084A JP S60214104 A JPS60214104 A JP S60214104A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- radio wave
- propagation
- wave
- liquid crystal
- phase shift
- 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.)
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-
- 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)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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。
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０図にお匹て１１１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ョートあ
るいはオープンの特性を示すピンダイオード。
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０図にお匹て１１１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ョートあ
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１２＋
ｉ空間に固定するための誘電体板、（４１は電波をこの
電波レンズに照射するホーンアンテナ、（５１は上記金
網格子（１１，ピンダイオード（２１，誘１５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膚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。
ｉ空間に固定するための誘電体板、（４１は電波をこの
電波レンズに照射するホーンアンテナ、（５１は上記金
網格子（１１，ピンダイオード（２１，誘１５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膚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（５１の動作原理を示す図であり
、第２図（ａ）は構成図、第２図（ｂｌ 、 （ｃ）は
ピンダイオード＋２１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。
、第２図（ａ）は構成図、第２図（ｂｌ 、 （ｃ）は
ピンダイオード＋２１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１８１は第１図と同じで（９）は電波の
波欽顛は電波の進行方向（ビーム方向）である。
波欽顛は電波の進行方向（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Ｉｌ
ｌの幅及び間隔管それぞれ所定の寸法とすることにより
、第２図（ｔ）） Ｉ （Ｃ）の金属格子（１１は、そ
れを透過する金属格子１１１に平行な電界をもつ電波に
対して、それぞれ銹導性、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Ｉｌ
ｌの幅及び間隔管それぞれ所定の寸法とすることにより
、第２図（ｔ）） Ｉ （Ｃ）の金属格子（１１は、そ
れを透過する金属格子１１１に平行な電界をもつ電波に
対して、それぞれ銹導性、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（ａ）に示すように９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（２１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。
（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（２１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１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Ｑｌｌが下方へ屈折する
。
うに見なされ、電波の進行方向Ｑｌｌ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
−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１％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。
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
−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１％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。
２π
Ｎ＝２（−−ｓ） ・・・１１１
Δφ
いま１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１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１価格が高い及び組立が離し
いなどの欠点がおった。
るπ／８ラジアンとすると１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１価格が高い及び組立が離し
いなどの欠点がおった。
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ャンクション容量の影響が
大きくなり、逆バイアスを印加しても完全なオーダ／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
欠点がめった。
なると、ピンダイオードのジャンクション容量の影響が
大きくなり、逆バイアスを印加しても完全なオーダ／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
欠点がめった。
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
、′ＩＬ波の進行方向の層数を減らすためにビット数に
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。
、′ＩＬ波の進行方向の層数を減らすためにビット数に
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、 １４１． ｔｅｌは第１図と同じであり
、αυはこの発明による電波レンズを構成する移相器で
ちる。
、αυはこの発明による電波レンズを構成する移相器で
ちる。
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れしている
。図において、 Ｑ２１は移相器を構成する各１ピツト
に対応する移相素子、 ＋１３． ＋１４１． （Ｉｓ
は各移相素子ｔ−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、顧はバイアス電圧を加えるため
の接続線？示す。
この場合１例として４ビツトの移相器をあられしている
。図において、 Ｑ２１は移相器を構成する各１ピツト
に対応する移相素子、 ＋１３． ＋１４１． （Ｉｓ
は各移相素子ｔ−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、顧はバイアス電圧を加えるため
の接続線？示す。
上記のように構成された移相素子α３においては。
電波の移相量は主に電界方向の液晶の誘を率により決ま
９．それをいまε２ とすると、電波の移相量Φは次式
で近似できる。
９．それをいまε２ とすると、電波の移相量Φは次式
で近似できる。
Φ＝−Ｌ！ａ （Ｗ−ｔ ） （ラジアン） ・・・（
２）λ ρ 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：を波の波長 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。
２）λ ρ 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：を波の波長 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＋８１及び（Ｌ３５−ｆｌ＋９は第４図と同
じであり。
じであり。
αηは長い方向が分子配向の方向を示す液晶分子。
（ｉｌｌ、 ａｌはそれぞれバイアス電圧印加用の電源
とスイッチを示す。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ろらかじめ実施しておく。
とスイッチを示す。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ろ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。
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全それぞれあら
れす。
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全それぞれあら
れす。
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２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って、印加する電圧
を０Ｎ１０ＦＦすることにより、電波の電界方向の液晶
の誘電率ερを変えることができ、第（２）式で示すよ
うに ερの変化に対応して電波の移相量が変わる。
とにより２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って、印加する電圧
を０Ｎ１０ＦＦすることにより、電波の電界方向の液晶
の誘電率ερを変えることができ、第（２）式で示すよ
うに ερ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。
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＝にｄ（Ｆ；５−）＜ラジアン）・・・（３）第（
３）式の関係より、ΔΦの絶対値がそれぞれπ。
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をめ。
それを各ビットの移相素子の電波の進行方向の液晶の厚
さとすることにより４ビツトの移相器を形成できる。
さとすることにより４ビツトの移相器を形成できる。
第１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＋ −Ｑｌは第２図、
ａυは第３図とそれぞれ同じであり、（１２Ａ）。
を示す図である。図において（８＋ −Ｑｌは第２図、
ａυは第３図とそれぞれ同じであり、（１２Ａ）。
（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ａ
υ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、を波の波面は等倹約に破線の如くな
り、電波の進行方向は下方に屈折する。
／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ａ
υ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、を波の波面は等倹約に破線の如くな
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、その構成上ビット数による制約を受
けず、を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。
けず、を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。
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
ズで問題であっ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
決し得る効果がめる。
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
ズで問題であっ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
決し得る効果がめる。
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αυは金属格子、（２；はピンダイオード。 （３）は誘電体板、（４１はホーンアンテナ、（５）は
単層レンズ板、 ＋６１． ＋７１はレンズ、 ＋８１
は電波の電界の方向、−（９）は電波の波面、叫は電波
の進行方向、Ｑυは移相器、α３は移相素子、 Ｑｌは
誘電体薄板、αをは導体薄板、ａ！９は液晶、翰は接続
線、 Ｑ７）は液晶分子、ｏ８は電源、α９はスイッチ
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。 代理人大岩増雄 第１Ｂ 第３図 第２図 （ｃｌ） 第４図 第５図 （ａ） ６ ６ （ｂ） ６
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αυは金属格子、（２；はピンダイオード。 （３）は誘電体板、（４１はホーンアンテナ、（５）は
単層レンズ板、 ＋６１． ＋７１はレンズ、 ＋８１
は電波の電界の方向、−（９）は電波の波面、叫は電波
の進行方向、Ｑυは移相器、α３は移相素子、 Ｑｌは
誘電体薄板、αをは導体薄板、ａ！９は液晶、翰は接続
線、 Ｑ７）は液晶分子、ｏ８は電源、α９はスイッチ
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。 代理人大岩増雄 第１Ｂ 第３図 第２図 （ｃｌ） 第４図 第５図 （ａ） ６ ６ （ｂ） ６
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 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
組の誘電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０分子の配向方向を変
化させ。 それに伴なって変化する誘電異方性を肩する液晶とから
成る移相素子を、制御信号のビット数に対応して所定の
長さに区切って、％波の進行方向にビット数分だけ並べ
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で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 true JPS60214104A (ja) | 1985-10-26 |
| JPH036683B2 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) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2709209A1 (fr) * | 1993-03-26 | 1995-02-24 | Thomson Csf | Déphaseur hyperfréquence et application à une antenne réseaux. |
| US7430915B2 (en) | 2003-09-02 | 2008-10-07 | Hosiden Corporation | Vibration sensor |
-
1984
- 1984-04-09 JP JP7070084A patent/JPS60214104A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2709209A1 (fr) * | 1993-03-26 | 1995-02-24 | Thomson Csf | Déphaseur hyperfréquence et application à une antenne réseaux. |
| US7430915B2 (en) | 2003-09-02 | 2008-10-07 | Hosiden Corporation | Vibration sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH036683B2 (ja) | 1991-01-30 |
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