JP2001119204A - 位相器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的安価で、かつ構成が簡単な位相器を提
供する 【解決手段】 位相器２は、液晶パネル４を有してい
る。液晶パネル４は、方向が異なる２つの配向膜８、10
間に複数の液晶分子12を挟んだものである。液晶パネル
４に重ねて誘電体板６が、液晶パネルの配向膜８側に誘
電体板６が位置するように重ねて配置されている。液晶
パネルの２つの配向膜８、10間を、電界印加状態または
電界非印加状態に選択的に変更する電圧供給手段が設け
られている。電界が印加されていない状態では、液晶分
子12の配列は揃っていないが、電圧が印加された状態で
は、液晶分子12の配列が揃う。その結果、液晶パネル12
の比誘電率が変化する。液晶パネル４と誘電体板６の合
成比誘電率は、電界の印加状態及び非印加状態に従って
変化し、位相器として使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位相器に関し、特
に液晶パネルを使用した位相器に関する。

【０００２】

【従来の技術】位相器は、アンテナと共に使用されるこ
とがある。その例としては、例えばフェーズドアレイア
ンテナがある。ＳＨＦ帯以上の周波数において使用され
る位相器としては、導波管内にフェライトを装荷したラ
ッチングフェライト位相器があり、マイクロストリップ
ラインを使用したものでは、ラットレース形、ハイブリ
ッド形、ライン切換形等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、導波管を用い
た位相器では、その構成が大きくなり、フェーズドアレ
イアンテナに使用した場合、その位相を自動制御するこ
とが困難である。さらに、高コストである。また、マイ
クロストリップラインを使用したものでは、ＰＩＮダイ
オードが必要であるが、使用周波数が高くなるにつれ
て、使用できるＰＩＮダイオードが高価なものとなる。

【０００４】本発明は、比較的安価で、かつ構成が簡単
な位相器を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による位相器は、
液晶パネルを有している。この液晶パネルは、方向が異
なる２つの配向膜間に複数の液晶分子を挟んだものであ
る。配向膜の配列方向は、様々なものがあり、そのうち
の１つが使用されている。この液晶パネルに重ねて誘電
体板が配置されている。例えば液晶パネルの２つの配向
膜のうち一方側に誘電体板が位置するように重ねて配置
されている。液晶パネルの２つの配向膜間を、電界印加
状態または電界非印加状態に選択的に変更する電圧供給
手段が設けられている。液晶パネルは、１つだけ設ける
こともできるし、複数個重ねて設けることもできる。同
様に誘電体板も１つだけ設けることもできるし、複数枚
を重ねて設けることもできる。

【０００６】液晶パネルの２つの配向膜間に電界を印加
していない状態では、液晶分子はねじれて配列されてい
る。この状態では、配向膜の面に平行な各面に投影した
液晶分子の面積が総面積の大きな部分を占める。このと
き、配向膜の面に垂直な方向から測定した比誘電率が大
きい。一方、２つの配向膜間に電界を印加した状態で
は、２つの配向膜間の液晶分子は、その長軸が２つの配
向膜方向を、即ち電界方向を向く。このとき、配向膜の
面に垂直な面から測定した比誘電率は小さくなる。従っ
て、上述したように２つの配向膜の一方側に誘電体板が
位置する場合、電界を印加していない状態では、配向膜
の面に垂直な方向には、誘電体板と比誘電率が大きい状
態の液晶パネルとが存在するので、この方向において測
定した両者の比誘電率は非常に大きい。一方、電界を印
加した状態では、配向膜の面に垂直な方向において測定
した場合、誘電体板の比誘電率が大きなウエートをしめ
るので、両者の比誘電率は小さい。即ち、電界の印加ま
たは非印加に応じて、両者の比誘電率が変化する。従っ
て、誘電体板または液晶パネルに沿って進行する信号、
例えばＳＨＦ帯以上の信号の位相が、電界の印加または
非印加に応じて変化し、位相器として使用することがで
きる。

【０００７】上記の位相器は、前記液晶パネルまたは誘
電体板と重ねて配置された信号伝送手段を有するものと
できる。例えば液晶パネルにおける誘電体板と反対側に
ある配向膜に接して信号伝送手段を設けることもできる
し、誘電体板の液晶パネルと反対側の面に接して信号伝
送手段を設けることもできる。信号伝送手段が液晶パネ
ルや誘電体板と比較して長い長さを有する場合、その信
号伝送手段の一部に上記の位相器を設けることができ
る。信号伝送手段としては、例えば上記誘電体板とは別
の誘電体板の一方の面に地導体を有し、この一方の面と
平行な他方の面にマイクロストリップラインを有するも
のを使用することができる。

【０００８】この位相器では、上述したように、電圧供
給手段によって、この位相器の比誘電率を調整すること
ができ、この位相器の液晶パネルまたは誘電体板に重ね
て信号伝送手段が設けられているので、信号伝送手段を
伝送される信号の位相を変更することができる。

【０００９】この信号伝送手段付き位相器では、前記２
つの配向膜のうち前記信号伝送手段とは離れた位置にあ
る配向膜と、前記信号伝送手段との間に電圧を供給する
ことによって、電圧供給手段による電界印加を行うこと
ができる。例えば、信号伝送手段が、上述したように誘
電体板とマイクロストリップラインとからなる場合、誘
電体板及びマイクロストリップラインのいずれかと、信
号伝送手段から離れた位置にある配向膜との間に電圧を
供給することができる。この場合、２つの配向膜間に直
接に電圧を印加する必要はなく、液晶パネルと、誘電体
板と、信号伝送手段との配置の関係上、２つの配向膜間
に直接に電圧を供給することができない場合にも適用す
ることができる。

【００１０】本発明による位相器の他の態様は、地導体
を有している。この地導体は、対向する２つの面を有
し、この地導体の一方の面側に誘電体板が配置されてい
る。この誘電体板の他方の面側に液晶パネルが配置され
ている。その配置は、一方の配向膜が誘電体板の他方の
面側に位置するように行われている。この液晶パネル
は、上記配向膜と対向して配置された他方の配向膜を有
している。この他方の配向膜は、一方の配向膜とは配向
方向が異なっている。この他方の配向膜側にマイクロス
トリップラインが配置されている。このマイクロストリ
ップラインは、上記地導体と共に信号伝送手段を構成し
ている。２つの配向膜間を電界印加状態または電界非印
加状態に選択的に変更する電圧供給手段が設けられてい
る。この電圧供給手段は、２つの配向膜間に直接に電圧
を供給することもできるし、或いは２つの配向膜間に直
接に電圧を印加しなくてもよい。

【００１１】なお、信号伝送手段を構成するために、上
記誘電体板とは別に誘電体板を設け、その一方の面に地
導体を設け、他方の面側に上記誘電体板を配置すること
もできる

【００１２】或いは、地導体と共に信号伝送手段を形成
するために、液晶パネルの他方の配向膜上に薄い誘電体
フィルムを形成し、その上にマイクロストリップライン
を配置することもできる。

【００１３】このように構成すると、マイクロストリッ
プラインと前記誘電体板との間に、前記液晶パネルが配
置されているので、マイクロストリップラインに直接に
誘電体板の誘電率が影響を与えない。従って、誘電体と
して比誘電率の高いものでも、低いものでも使用するこ
とができる。

【００１４】本発明の別の態様の位相器は、地導体と、
マイクロストリップラインとを具備する信号伝送手段と
を備えている。地導体とマイクロストリップラインとの
間に、前記マイクロストリップライン側に誘電体板が配
置されている。地導体とマイクロストリップラインとの
間における前記地導体側に液晶パネルが配置されてい
る。液晶パネルが備える２つの配向膜間を電界印加状態
または電界非印加状態に選択的に変更する電圧供給手段
が設けられている。前記誘電体板の比誘電率は、前記液
晶パネルの比誘電率よりも低く選択してある。

【００１５】地導体は、前記誘電体板とは異なる誘電体
板の一方の面側に形成され、この誘電体板の他方の面側
に液晶パネルを配置することができる。

【００１６】マイクロストリップラインは、前記誘電体
板上に直接に形成することもできるし、或いはフィルム
状の誘電体上に形成し、このフィルム状誘電体を前記誘
電体板上に配置することもできる。

【００１７】このように構成すると、誘電体板に比誘電
率の小さなものを使用しているので、マイクロストリッ
プラインに誘電体板を接近して配置することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態である
位相器２は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、液晶パ
ネル４と誘電体板６とを備えている。

【００１９】液晶パネル４は、２つの配向膜８、１０を
有している。配向膜８、１０は、一定の間隔をおいて対
向して配置され、その配列方向が異なっている。例えば
図１（ａ）、（ｂ）では、９０度異なっている。なお、
配向膜８、１０の配列方向の相違は、９０度以外に、１
８０度乃至２７０度とすることもできる。この配向膜
８、１０間に多数の液晶分子１２が挟み込まれている。

【００２０】上述した配向膜８、１０の配列方向の相違
によって、配向膜８、１０間に電界が印加されていない
状態では、図１（ａ）に示すように、配向膜８、１０間
の液晶分子１２は、配向膜８側と配向膜１０側とでは９
０度ねじれている。また、図１（ｂ）に示すように、配
向膜８、１０間に電界を印加した状態では、各液晶分子
１２は、その長軸方向が配向膜８、１０方向を向くよう
に、向きを揃える。

【００２１】なお、図１（ａ）、（ｂ）では、液晶分子
１２の形状や大きさは誇張して描いてある。また、液晶
分子１２の密度も大幅に減少させて描いてある。符号１
４で示したものは、スペーサで、配向膜８、１０間に配
置されている。

【００２２】図２（ａ）は、例えば、液晶分子が１８０
度捻られるように配向膜８、１０が作成された場合であ
って、配向膜８、１０間に電界が印加されていない状態
において、配向膜１０側から配向膜８側を見た状態を示
す。図２（ａ）から明らかなように、電界を印加してい
ない状態では、配向膜８、１０間に、配向膜８から１０
に向かう方向にある各列の液晶分子１２は、配向膜８、
１０に平行な面内において円形に配列されている。その
結果、配向膜８、１０の面に平行な面内において液晶分
子１２が占める面積は、例えば約７８．５パーセントに
なる。

【００２３】図２（ｂ）は、同じく液晶分子が１８０度
捻られるように配向膜８、１０が作成された場合であっ
て、配向膜８、１０間に電界が印加されている状態にお
いて、配向膜１０側から配向膜８側を見た状態を示す。
図２（ｂ）から明らかなように、電界を印加した状態で
は、配向膜８、１０間に配向膜８から１０に向かう方向
にある各列の液晶分子１２は、その長軸方向が配向膜
８、１０方向を向いている。その結果、例えば配向膜
８、１０の面に平行な面内において、液晶分子が占める
面積は、小さくなる。従って、配向膜８、１０間で測定
した比誘電率は、電界非印加状態と比較して、小さくな
る。

【００２４】液晶分子１２のねじれが１８０度以外の場
合でも、同様に、電界の非印加状態では、電界の印加状
態と比較して比誘電率が高くなる。

【００２５】このような液晶パネル４における２つの配
向膜８、１０の一方、例えば配向膜８の上に、配向膜８
と接するように誘電体板６が配置されている。この誘電
体板６は、配向膜８の全面に接触している。

【００２６】そして、適当な電圧供給手段、例えば開閉
スイッチを介して配向膜８、１０間に電源を接続し、開
閉スイッチを開閉することによって、配向膜８、１０間
に電界を印加した状態と、印加していない状態とのいず
れかを選択する。電界の非印加状態では、配向膜１０側
から誘電体板６を見た比誘電率は、誘電体板６の比誘電
率と大きな値の液晶パネル４の比誘電率とを合成したも
のとなる。一方、電界の印加状態では、配向膜１０側か
ら誘電体板６を見た比誘電率は、誘電体板６の比誘電率
と小さな値となっている液晶パネル４の比誘電率とを合
成したものであり、実質的に誘電体板６の比誘電率が支
配的になる。従って、開閉スイッチの開閉によって、こ
の位相器２の比誘電率を変化させることができるので、
誘電体板６または液晶パネル４に沿って伝搬する信号、
例えばＳＨＦ帯以上の信号の位相を変化させることがで
きる。なお、誘電体板６と液晶パネル４との比誘電率
は、誘電体板６の比誘電率が、液晶パネル４の最大比誘
電率よりも大きくすることもできるし、小さくすること
もできる。

【００２７】図３に、上述した位相器２に信号伝送手段
１６を設けた位相器の第１の例が示されている。この信
号伝送手段１６は、例えば誘電体製の矩形状の基板１８
を有している。この基板１８は、対向する２つの表面を
有し、その一方の面全域に地導体２０が形成されてい
る。この基板１８の他方の面にマイクロストリップライ
ン２２が基板１８の長さ方向に沿って形成されている。
このマイクロストリップライン２２としては、直線型の
ものを使用している。この信号伝送手段１６によって、
例えば衛星放送または衛星通信受信用コンバータから出
力されたＳＨＦ帯の衛星放送または衛星通信中間周波信
号が伝送される。

【００２８】このマイクロストリップライン２２の上
に、スペーサ２４が、マイクロストリップライン２２の
両側に配置されている。このスペーサ２４の上に、上述
した位相器２が配置されている。この配置は、液晶パネ
ル４の配向膜１０がスペーサ２４側に位置し、配向膜８
上にこれに接して誘電体板６が配置されている。また、
マイクロストリップライン２２または地導体２０と配向
膜８との間に電圧を供給または非供給状態とするため
に、接続ケーブル２６が設けられている。なお、基板１
８及びマイクロストリップライン２２の長さ寸法を位相
器２の長さ寸法よりもかなり長くし、この長いマイクロ
ストリップライン２２の一部の上部に位相器２を設けて
もよい。

【００２９】この場合、液晶パネル４が誘電体板６と信
号伝送手段１６との間に介在しているので、誘電体板６
の誘電率が直接に信号伝送手段１６に影響しない。従っ
て、液晶パネル４側の最大比誘電率が誘電体板６の比誘
電率よりも相対的に大きくすることもできるし、逆に小
さくすることもできる。

【００３０】この信号伝送手段１６によって信号、例え
ばＳＨＦ帯以上の信号を伝送する場合、液晶パネル４の
比誘電率が誘電体板６よりも相対的に高いと、電圧供給
状態では、電圧非供給状態と比較して、マイクロストリ
ップライン２２から位相器２を見た比誘電率は低くな
り、マイクロストリップライン２２上の電波の波長は長
くなる。その結果、この信号伝送手段１６からの出力信
号の位相が遅れる。逆に液晶パネル４の比誘電率が誘電
体板６の比誘電率よりも相対的に低い場合、電圧供給状
態では、電圧非供給状態と比較して、マイクロストリッ
プライン２２から見た位相器２の比誘電率は高くなり、
マイクロストリップライン２２上での波長は短くなる。
従って、信号伝送手段１６からの出力信号の位相は進
む。

【００３１】図４に、上述した位相器２に信号伝送手段
を設けたものの第２の例が示されている。この信号伝送
手段付きの位相器では、信号伝送手段を構成する地導体
２０とマイクロストリップライン２２との間に、位相器
２が配置されている。誘電体板６の一方の面の全域に地
導体２０が形成されている。誘電体板６の他方の面に液
晶パネル４の配向膜１０が接触するように、液晶パネル
４が配置されている。この液晶パネル４の配向膜８側
に、マイクロストリップライン２２が配置されている。
このマイクロストリップライン２２は、図示していない
が、薄いフィルム状の誘電体膜、例えばフィルム基板上
に形成されており、この基板が液晶パネル４の配向膜８
に接触するように、配向膜８上に配置されている。接続
ケーブル２６は、マイクロストリップライン２２と、配
向膜１０または地導体２０との間を、電圧供給状態及び
電圧非供給状態のうち選択されたものとするために設け
られている。

【００３２】この信号伝送手段付き位相器でも、液晶パ
ネル４が誘電体板６と信号伝送手段との間に介在してい
るので、誘電体板６の誘電率が直接に信号伝送手段に影
響しない。従って、液晶パネル４側の最大比誘電率が誘
電体板６の比誘電率よりも相対的に大きくすることもで
きるし、逆に小さくすることもできる。

【００３３】この第２の例でも、第１の例と同様に、液
晶パネル４の最高比誘電率が誘電体板６の比誘電率より
も相対的に高いと、電圧供給状態において信号伝送手段
を伝送される信号の出力の位相は遅れ、液晶パネル４の
最高比誘電率が誘電体板６の比誘電率よりも相対的に低
いと、電圧供給状態において信号伝送手段１６を伝送さ
れる信号の出力の位相は進む。

【００３４】図５に、上述した位相器２に信号伝送手段
を設けたものの第３の例を示す。この第３の例は、第１
の例と比較して、誘電体板６と液晶パネル４の位置が入
れ替えられているものである。即ち、基板１８の一方の
面全域に地導体２０が形成され、他方の面側にマイクロ
ストリップライン２２が形成されている。このマイクロ
ストリップライン２０に接触してスペーサ２４が配置さ
れている。このスペーサ２４におけるマイクロストリッ
プライン２０と反対側の面に接して誘電体板６が配置さ
れている。この誘電体板６におけるスペーサ２４とは反
対側の面に、液晶パネル４の配向膜１０が位置するよう
に、液晶パネル４が配置されている。即ち、この位相器
では、誘電体板６がマイクロストリップライン２２側に
位置している。地導体２０またはマイクロストリップラ
イン２２と、液晶パネル２の配向膜８との間に電圧を供
給するように、接続ケーブル２６が設けられている。

【００３５】第３の例では、上述したように誘電体板６
がマイクロストリップライン２２に接近して配置されて
いるので、誘電体板６の比誘電率を液晶パネル４の比誘
電率よりも高くすると、誘電体板６の高い比誘電率が支
配的となり、液晶パネル４の比誘電率を変化させても無
意味である。そこで、この場合、誘電体板６の比誘電率
は、液晶パネル４の比誘電率よりも相対的に小さくされ
ている。

【００３６】この構成では、電圧供給状態では、電圧非
供給状態と比較して、マイクロストリップライン２２か
ら見た位相器２の比誘電率は低くなり、マイクロストリ
ップライン２２上での波長は長くなり、マイクロストリ
ップライン２２上の出力信号の位相は、遅れる。

【００３７】図６に、上述した位相器２に信号伝送手段
を設けたものの第４の例を示す。この第４例の例は、第
２の例において、液晶パネル４と誘電体板６の位置を入
れ替えたものである。即ち、液晶パネル４の配向膜１０
側に地導体２２を設け、配向膜８側に誘電体板６が配置
されている。この誘電体板６の液晶パネル４と反対側の
面にマイクロストリップライン２２が形成されている。
このマイクロストリップライン２２は、薄いフィルム状
の誘電体板の上に形成され、このフィルム状の誘電体が
誘電体板６上に配置されている。第４の例でも、誘電体
板６とマイクロストリップライン２２とが接近している
ので、誘電体板６の比誘電率は、液晶パネル４の比誘電
率よりも相対的に小さくされている。

【００３８】この構成でも、第３の例と同様に、電圧供
給時には、電圧非供給時と比較して信号伝送手段の出力
信号の位相が遅れる。

【００３９】上記の実施の形態では、信号伝送手段のマ
イクロストリップラインとして、直線型のものを使用し
たが、これ以外にクランクライン型またはメアンダライ
ン型のマイクロストリップラインを使用することもでき
る。これらのマイクロストリップラインを使用した場
合、直線型と比較して線路長が長くなるので、位相の変
化量が大きくなる。

【００４０】また、上述した第１及び第３の例の位相器
では、スペーサ２４を設けたが、スペーサを省略するこ
ともできる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明では、液晶パネル
を用い、これに電界を印加するか否かによって生じる液
晶パネルの比誘電率の変化を利用して位相器を構成して
いるので、導波管やＰＩＮダイオードが不要であり、安
価でかつ簡単な構成の位相器を実現できる。さらに、信
号伝送手段、例えばマイクロストリップラインと、誘電
体と、液晶パネルが上下方向に順不同に重ねて、液晶パ
ネルへの電界の印加状態を変化させることによって、マ
イクロストリップラインを伝送される信号の位相を容易
に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施の形態の位相器に電界を印加し
た状態と電界を印加していない状態とを示す部分破断斜
視図である。

【図２】図１の位相器において電界を印加した状態と電
界を印加していない状態での液晶分子の配列を示す図で
ある。

【図３】図１に示す位相器に信号伝送手段を設けた第１
の例を示す斜視図である。

【図４】図１に示す位相器に信号伝送手段を設けた第２
の例を示す斜視図である。

【図５】図１に示す位相器に信号伝送手段を設けた第３
の例を示す斜視図である。

【図６】図１に示す位相器に信号伝送手段を設けた第４
の例を示す斜視図である。

【符号の説明】

２ 位相器 ４ 液晶パネル ６ 誘電体板 ８ １０ 配向膜 １２ 液晶分子 １６ 信号伝送手段 １８ 基板 ２０ 地導体 ２２ マイクロストリップライン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 方向が異なる２つの配向膜間に複数の液
   晶分子を挟んだ液晶パネルと、 この液晶パネルの２つの配向膜のうち一方側に位置する
   ように重ねて配置された誘電体板と、 前記液晶パネルの２つの配向膜間を、電界印加状態また
   は電界非印加状態に選択的に変更する電圧供給手段と
   を、具備する位相器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の位相器において、前記液
   晶パネルまたは誘電体板と重ねて配置された信号伝送手
   段を有する位相器。
3. 【請求項３】 請求項２記載の位相器において、 前記電圧供給手段による電界印加を、前記２つの配向膜
   のうち前記信号伝送手段とは離れた位置にある配向膜
   と、前記信号伝送手段との間に電圧を供給することによ
   って行う位相器。
4. 【請求項４】 地導体と、 この地導体の一方の面側に配置された誘電体板と、 この誘電体板の他方の面側に一方の配向膜が配置されて
   いる液晶パネルと、 この液晶パネルの他方の配向膜側に配置されているマイ
   クロストリップラインと、 前記２つの配向膜間を電界印加状態または電界非印加状
   態に選択的に変更する電圧供給手段とを、具備する位相
   器。
5. 【請求項５】 地導体と、マイクロストリップラインと
   を具備する信号伝送手段と、 前記地導体とマイクロストリップラインとの間に、前記
   マイクロストリップライン側に配置された誘電体板と、 前記地導体とマイクロストリップラインとの間における
   前記地導体側に配置された液晶パネルと、 前記液晶パネルが備える２つの配向膜間を電界印加状態
   または電界非印加状態に選択的に変更する電圧供給手段
   とを、具備し、前記誘電体板の比誘電率を前記液晶パネ
   ルの比誘電率よりも低く選択してある位相器。