JP2002057515A - マトリクス回路及びその回路を用いたフェーズドアレイアンテナ - Google Patents
マトリクス回路及びその回路を用いたフェーズドアレイアンテナInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ハイブリット及び位相器を有し、信号が入力
されるポートの位置によって出力側における隣接ポート
間の位相差が変化するマトリクス回路について、回路特
性の劣化要因であるジャンクション数を削減すると共
に、安定した高精度の大規模回路を構成することができ
るマトリクス回路を提供する。 【解決手段】 3以上の段数Kの前記ハイブリットは、
K−1以下の段数K´のハイブリットから構成される。
また、K段のハイブリッドは、2K−K´個のK´段の
ハイブリッドが出力側で並列に並べて構成される。更
に、フェーズドアレイアンテナは、このマトリクス回路
を有し、該マトリクス回路の出力側がアンテナ素子とな
るように構成される。
されるポートの位置によって出力側における隣接ポート
間の位相差が変化するマトリクス回路について、回路特
性の劣化要因であるジャンクション数を削減すると共
に、安定した高精度の大規模回路を構成することができ
るマトリクス回路を提供する。 【解決手段】 3以上の段数Kの前記ハイブリットは、
K−1以下の段数K´のハイブリットから構成される。
また、K段のハイブリッドは、2K−K´個のK´段の
ハイブリッドが出力側で並列に並べて構成される。更
に、フェーズドアレイアンテナは、このマトリクス回路
を有し、該マトリクス回路の出力側がアンテナ素子とな
るように構成される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリット及び
位相器を有し、信号が入力されるポートの位置によって
出力側における隣接ポート間の位相差が変化するマトリ
クス回路に関する。該回路には、入力信号と出力信号と
の間にFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ
変換)の関係が存在する。
位相器を有し、信号が入力されるポートの位置によって
出力側における隣接ポート間の位相差が変化するマトリ
クス回路に関する。該回路には、入力信号と出力信号と
の間にFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ
変換)の関係が存在する。
【0002】
【従来の技術】マトリクス回路は、信号を給電する位置
によって異なる方向に指向したビームを形成することが
できるアンテナ用のビーム形成回路(BFN)として用い
られる。
によって異なる方向に指向したビームを形成することが
できるアンテナ用のビーム形成回路(BFN)として用い
られる。
【0003】図1は、ハイブリット2段(K=2)から構
成される4ポートのマトリクス回路の構成図である。図
2は、ハイブリット3段(K=3)から構成される8ポ
ートのマトリクス回路の構成図である。図3及び図4
は、それぞれ4ポート及び8ポートのマトリクス回路を
それぞれBFNとして用いた場合の、給電位置とビーム
方向との関係図である。尚、ハイブリットの段数Kとマ
トリクス回路のポート数Nとの間には、N=2Kの関係
がある。
成される4ポートのマトリクス回路の構成図である。図
2は、ハイブリット3段(K=3)から構成される8ポ
ートのマトリクス回路の構成図である。図3及び図4
は、それぞれ4ポート及び8ポートのマトリクス回路を
それぞれBFNとして用いた場合の、給電位置とビーム
方向との関係図である。尚、ハイブリットの段数Kとマ
トリクス回路のポート数Nとの間には、N=2Kの関係
がある。
【0004】図1及び図2において、正方形は90度ハ
イブリットを示し、楕円形は位相器を示している。楕円
に記された数値は、位相器における位相遅延量(単位:
度)を示している。−45は−π/4を、−22.5は
−π/8を、−67.5は−π*3/8を、−11.2
5は−π/16を、−33.75は−π*3/16を、
−56.25は−π*5/16を、−78.75は−π
*7/16を示している。マトリクス回路の上側に書か
れたアルファベットはアンテナのBFNとして用いる場
合のアンテナ素子の位置を示したものである。マトリク
ス回路の下側に記した記号(例えば1R,2R,..)、
は、信号給電した場合のビーム方向を表したものであ
る。
イブリットを示し、楕円形は位相器を示している。楕円
に記された数値は、位相器における位相遅延量(単位:
度)を示している。−45は−π/4を、−22.5は
−π/8を、−67.5は−π*3/8を、−11.2
5は−π/16を、−33.75は−π*3/16を、
−56.25は−π*5/16を、−78.75は−π
*7/16を示している。マトリクス回路の上側に書か
れたアルファベットはアンテナのBFNとして用いる場
合のアンテナ素子の位置を示したものである。マトリク
ス回路の下側に記した記号(例えば1R,2R,..)、
は、信号給電した場合のビーム方向を表したものであ
る。
【0005】マトリクス回路に入力された信号はマトリ
クス回路の中で分配され、ポート毎に異なる位相差をも
って出力される。信号を入力するポート位置によって、
出力側で生じる位相の傾きが異なるため、その出力ポー
トに素子アンテナを接続してアレイアンテナとした場
合、給電を行うマトリクス回路のポート位置に応じてビ
ーム方向が変化する。尚、信号給電を行う側のポートは
ビームポートと呼ばれ、これに対して素子アンテナが接
続されるポートはエレメントポートと呼ばれる。
クス回路の中で分配され、ポート毎に異なる位相差をも
って出力される。信号を入力するポート位置によって、
出力側で生じる位相の傾きが異なるため、その出力ポー
トに素子アンテナを接続してアレイアンテナとした場
合、給電を行うマトリクス回路のポート位置に応じてビ
ーム方向が変化する。尚、信号給電を行う側のポートは
ビームポートと呼ばれ、これに対して素子アンテナが接
続されるポートはエレメントポートと呼ばれる。
【0006】ハイブリット及び位相器によって構成され
たマトリクス回路は、バトラーマトリクス回路と呼ば
れ、入力信号と出力信号との間にはFFTの関係が存在
することからネットワークFFT回路とも呼ばれること
がある[文献:電子通信学会「アンテナ工学ハンドブッ
ク」,5章,オーム社 参照]。前述したようにマトリク
ス回路は、フェーズドアンテナのBFNとして用いられ
るが、マトリクス回路が大規模になるにつれてその回路
構成も複雑になり、多くのハイブリットと位相器の間を
複雑に結線する必要が生じる。
たマトリクス回路は、バトラーマトリクス回路と呼ば
れ、入力信号と出力信号との間にはFFTの関係が存在
することからネットワークFFT回路とも呼ばれること
がある[文献:電子通信学会「アンテナ工学ハンドブッ
ク」,5章,オーム社 参照]。前述したようにマトリク
ス回路は、フェーズドアンテナのBFNとして用いられ
るが、マトリクス回路が大規模になるにつれてその回路
構成も複雑になり、多くのハイブリットと位相器の間を
複雑に結線する必要が生じる。
【0007】図5は、従来技術による、ハイブリット4
段(K=4)から構成される16ポートのマトリクス回路
の構成図である。実際のマトリクス回路においては、製
造誤差(例えば、位相器やハイブリットの特性のバラツ
キ)が存在することから、良好な回路特性を得るため
に、製造条件等を変えながらプリント基板などの回路を
複数種類製造して特性の良いものを選択したり、とりあ
えず基板を製造した後で回路上に装着可能な誘電体位相
器を用いて位相調整を行ったりしている。しかし、回路
規模が大きい場合はマトリクス回路の構成も複雑にな
り、多くの誤差要因が複雑に関係すると同時に特性劣化
を引き起こしている誤差要因の特定が難しく、振幅/位
相誤差の少ない良好なマトリクス回路を得ることが非常
に難しい。例えば回路特性を大幅に劣化させる要因とし
てジャンクション(線路の交叉する部分)の存在がある。
ジャンクションの実現方法としてはハイブリットを2個
用いた0dBカプラーを用いたり、スルーホールによっ
て基板の上下にマイクロストリップ線路を通す方法があ
るが、僅かな製造誤差により2つの線路を流れる信号が
互いに干渉して混じったり、信号が反射したりするよう
になる。16ポートのマトリクス回路においてはジャン
クションが60個所と大量に存在する。大規模なマトリ
クス回路では、ハイブリットや位相器単体の電力分配誤
差や位相誤差だけでなく、ジャンクションにおける異な
る線路を流れる信号間の干渉や信号の反射等の影響の積
み重ねにより特性が劣化し易い。
段(K=4)から構成される16ポートのマトリクス回路
の構成図である。実際のマトリクス回路においては、製
造誤差(例えば、位相器やハイブリットの特性のバラツ
キ)が存在することから、良好な回路特性を得るため
に、製造条件等を変えながらプリント基板などの回路を
複数種類製造して特性の良いものを選択したり、とりあ
えず基板を製造した後で回路上に装着可能な誘電体位相
器を用いて位相調整を行ったりしている。しかし、回路
規模が大きい場合はマトリクス回路の構成も複雑にな
り、多くの誤差要因が複雑に関係すると同時に特性劣化
を引き起こしている誤差要因の特定が難しく、振幅/位
相誤差の少ない良好なマトリクス回路を得ることが非常
に難しい。例えば回路特性を大幅に劣化させる要因とし
てジャンクション(線路の交叉する部分)の存在がある。
ジャンクションの実現方法としてはハイブリットを2個
用いた0dBカプラーを用いたり、スルーホールによっ
て基板の上下にマイクロストリップ線路を通す方法があ
るが、僅かな製造誤差により2つの線路を流れる信号が
互いに干渉して混じったり、信号が反射したりするよう
になる。16ポートのマトリクス回路においてはジャン
クションが60個所と大量に存在する。大規模なマトリ
クス回路では、ハイブリットや位相器単体の電力分配誤
差や位相誤差だけでなく、ジャンクションにおける異な
る線路を流れる信号間の干渉や信号の反射等の影響の積
み重ねにより特性が劣化し易い。
【0008】このように、大規模なマトリクス回路で
は、多くの誤差要因が複雑に関係して特性劣化を引き起
こしている誤差要因の特定が非常に難しく、良好な特性
を得るためには、電磁界シミュレータを用いた緻密な回
路設計と、マトリクス回路の製造過程において非常に高
精度の加工技術とが必要とされる。実際、マイクロ波帯
以上の高周波の信号を対象とした回路において高い精度
のマトリクス回路を得ることは難く、手間をかけて誤差
要因を特定して複雑な回路の調整を行う必要がある。こ
れらのことにより、特に大規模なマトリクス回路の設計
及び製造には多く時間とコストが伴うことになる。
は、多くの誤差要因が複雑に関係して特性劣化を引き起
こしている誤差要因の特定が非常に難しく、良好な特性
を得るためには、電磁界シミュレータを用いた緻密な回
路設計と、マトリクス回路の製造過程において非常に高
精度の加工技術とが必要とされる。実際、マイクロ波帯
以上の高周波の信号を対象とした回路において高い精度
のマトリクス回路を得ることは難く、手間をかけて誤差
要因を特定して複雑な回路の調整を行う必要がある。こ
れらのことにより、特に大規模なマトリクス回路の設計
及び製造には多く時間とコストが伴うことになる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】前述したような従来構
成のマトリクス回路では、特に回路規模が大きな場合、
回路特性の劣化要因となるジャンクション(線路の交叉
する部分)の数が多く、良好な回路特性が得られ難いと
いう欠点があった。また、大規模な回路では多くの誤差
要因が複雑に関係すると同時に特性劣化を引き起こして
いる誤差要因の特定が難しいという問題があった。更
に、必要とされる回路特性を得るために、製造過程にお
いて行われる調整作業には多大な時間と手間が必要とさ
れ、製造コストが増大するという課題があった。
成のマトリクス回路では、特に回路規模が大きな場合、
回路特性の劣化要因となるジャンクション(線路の交叉
する部分)の数が多く、良好な回路特性が得られ難いと
いう欠点があった。また、大規模な回路では多くの誤差
要因が複雑に関係すると同時に特性劣化を引き起こして
いる誤差要因の特定が難しいという問題があった。更
に、必要とされる回路特性を得るために、製造過程にお
いて行われる調整作業には多大な時間と手間が必要とさ
れ、製造コストが増大するという課題があった。
【0010】そこで、本発明は、回路特性の劣化要因で
あるジャンクション数を削減すると共に、安定した高精
度の大規模回路を構成することができるマトリクス回路
を提供することを目的とする。
あるジャンクション数を削減すると共に、安定した高精
度の大規模回路を構成することができるマトリクス回路
を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のマトリクス回路
によれば、3以上の段数Kのハイブリットは、K−1以
下の段数K´のハイブリットから構成される。このよう
に、高次のマトリクス回路を複数の低次のマトリクス回
路を用いて構成することができるので、回路特性の劣化
要因であるジャンクション数を削減すると共に、安定し
た高精度の大規模回路を構成することができる。また、
マトリクス回路の構成部品の汎用化を実現でき、特性劣
化を引き起こす誤差要因の切り分けを容易にすることが
できる。
によれば、3以上の段数Kのハイブリットは、K−1以
下の段数K´のハイブリットから構成される。このよう
に、高次のマトリクス回路を複数の低次のマトリクス回
路を用いて構成することができるので、回路特性の劣化
要因であるジャンクション数を削減すると共に、安定し
た高精度の大規模回路を構成することができる。また、
マトリクス回路の構成部品の汎用化を実現でき、特性劣
化を引き起こす誤差要因の切り分けを容易にすることが
できる。
【0012】本発明の他の実施形態によれば、K段のハ
イブリッドは、2K−K´個のK´段のハイブリッドが
出力側で並列に並べて構成されることも好ましい。
イブリッドは、2K−K´個のK´段のハイブリッドが
出力側で並列に並べて構成されることも好ましい。
【0013】また、本発明のフェーズドアレイアンテナ
によれば、前述したマトリクス回路を有し、該マトリク
ス回路の出力側がアンテナ素子となるように構成され
る。
によれば、前述したマトリクス回路を有し、該マトリク
ス回路の出力側がアンテナ素子となるように構成され
る。
【0014】従来の技術の中で説明したように、大規模
なマトリクス回路は、振幅/位相誤差の少ない良好な特
性を得ることが非常に難しい。しかし、回路を構成する
ハイブリットの段数が少ない小規模なマトリクス回路
は、その回路構成も簡単であり、良好な特性を比較的容
易に得ることが可能である。例えば回路特性を大幅に劣
化させる要因としてジャンクション(線路の交叉する部
分)の存在があげられるが、ハイブリットの段数Kが3
以下の場合にはジャンクションを介さない特殊な結線構
造でマトリクス回路を構成することが可能であり、良好
な特性を得られることが報告されている[文献:“バト
ラーマトリクスを用いた900MHz帯用マルチビーム
アンテナ”、中嶋信生・堀俊和、信学技報,A・P84
−50,(1984年)]。
なマトリクス回路は、振幅/位相誤差の少ない良好な特
性を得ることが非常に難しい。しかし、回路を構成する
ハイブリットの段数が少ない小規模なマトリクス回路
は、その回路構成も簡単であり、良好な特性を比較的容
易に得ることが可能である。例えば回路特性を大幅に劣
化させる要因としてジャンクション(線路の交叉する部
分)の存在があげられるが、ハイブリットの段数Kが3
以下の場合にはジャンクションを介さない特殊な結線構
造でマトリクス回路を構成することが可能であり、良好
な特性を得られることが報告されている[文献:“バト
ラーマトリクスを用いた900MHz帯用マルチビーム
アンテナ”、中嶋信生・堀俊和、信学技報,A・P84
−50,(1984年)]。
【0015】
【発明の実施の形態】以下では、図面を用いて本発明の
実施形態を詳細に説明する。
実施形態を詳細に説明する。
【0016】図6は、ジャンクションを介さない、4ポ
ートのマトリクス回路の構成図である。図7は、ジャン
クションを介さない、8ポートのマトリクス回路の構成
図である。図8は、本発明による、ハイブリットの段数
K=3のマトリクス回路(8ポートマトリクス回路)の
構成図である。図8のマトリクス回路は、K=2のマト
リクス回路(4ポートマトリクス回路)を用いて構成して
いる。K=3のマトリクス回路は、ハイブリットが横に
4個(2K−1)並んでおり、エレメントポートから数え
て2段目には−45度の位相器が左上に接続されたハイ
ブリットと、−45度の位相器が右上に接続されたハイ
ブリットとが、2個ずつ並んでおり、バイブリットを1
つおきで組にするように並び替えることにより、エレメ
ントポートから数えて1段目と2段目のハイブリットは
K=2のマトリクス回路2個に分割できる。
ートのマトリクス回路の構成図である。図7は、ジャン
クションを介さない、8ポートのマトリクス回路の構成
図である。図8は、本発明による、ハイブリットの段数
K=3のマトリクス回路(8ポートマトリクス回路)の
構成図である。図8のマトリクス回路は、K=2のマト
リクス回路(4ポートマトリクス回路)を用いて構成して
いる。K=3のマトリクス回路は、ハイブリットが横に
4個(2K−1)並んでおり、エレメントポートから数え
て2段目には−45度の位相器が左上に接続されたハイ
ブリットと、−45度の位相器が右上に接続されたハイ
ブリットとが、2個ずつ並んでおり、バイブリットを1
つおきで組にするように並び替えることにより、エレメ
ントポートから数えて1段目と2段目のハイブリットは
K=2のマトリクス回路2個に分割できる。
【0017】図9は、本発明による、ハイブリットの段
数K=4のマトリクス回路(16ポートマトリクス回路)
の構成図である。図9のマトリクス回路は、K=3のマ
トリクス回路(8ポートマトリクス回路)を用いて構成し
ている。このように、比較的大規模な16ポートマトリ
クス回路であっても、8ポートマトリクス回路が過去に
設計・製造されていれば、これを2個用いることにより
少ない回路追加で実現することができる。
数K=4のマトリクス回路(16ポートマトリクス回路)
の構成図である。図9のマトリクス回路は、K=3のマ
トリクス回路(8ポートマトリクス回路)を用いて構成し
ている。このように、比較的大規模な16ポートマトリ
クス回路であっても、8ポートマトリクス回路が過去に
設計・製造されていれば、これを2個用いることにより
少ない回路追加で実現することができる。
【0018】図10は、本発明による、ハイブリットの
段数K=4の16ポートマトリクス回路をK=2のマト
リクス回路(4ポートマトリクス回路)を用いた構成図で
ある。K=4のマトリクス回路においては、ハイブリッ
トが横に8個(2K−1)並んでおり、エレメントポート
から数えて2段目には、−45度の位相器が左上に接続
されたハイブリットと、−45度の位相器が右上に接続
されたハイブリットとが、4個ずつ並んでおり、エレメ
ントポートから数えて3段目には、−67.5度の位相
器が左上に接続されたハイブリットと、−22.5度の
位相器が右上に接続されたハイブリットとが、2個ずつ
並んでいる。エレメントポートから数えて2段目と3段
目のハイブリットを1つおきにピックアップして組にす
るように並び替えることにより、エレメントポートから
数えて1段目から3段目のハイブリットは、K=3のマ
トリクス回路2個に分割できる(図9)。K=4のマト
リクス回路においてK=2のマトリクス回路を用いて分
割するには、上記の手続きで分割したK=3のマトリク
ス回路をK=2のマトリクス回路に分割すれば良い(図
10)。同様に、K≧5のマトリクス回路についても、
小規模なマトリクス回路を用いて構成することが可能で
ある。
段数K=4の16ポートマトリクス回路をK=2のマト
リクス回路(4ポートマトリクス回路)を用いた構成図で
ある。K=4のマトリクス回路においては、ハイブリッ
トが横に8個(2K−1)並んでおり、エレメントポート
から数えて2段目には、−45度の位相器が左上に接続
されたハイブリットと、−45度の位相器が右上に接続
されたハイブリットとが、4個ずつ並んでおり、エレメ
ントポートから数えて3段目には、−67.5度の位相
器が左上に接続されたハイブリットと、−22.5度の
位相器が右上に接続されたハイブリットとが、2個ずつ
並んでいる。エレメントポートから数えて2段目と3段
目のハイブリットを1つおきにピックアップして組にす
るように並び替えることにより、エレメントポートから
数えて1段目から3段目のハイブリットは、K=3のマ
トリクス回路2個に分割できる(図9)。K=4のマト
リクス回路においてK=2のマトリクス回路を用いて分
割するには、上記の手続きで分割したK=3のマトリク
ス回路をK=2のマトリクス回路に分割すれば良い(図
10)。同様に、K≧5のマトリクス回路についても、
小規模なマトリクス回路を用いて構成することが可能で
ある。
【0019】一般にマトリクス回路のジャンクションの
数は、回路規模が大きくなるにつれて急激に大きくなる
(K=2では1個,K=3では10個,K=4では60
個)が、本発明はマトリクス回路を小規模なマトリクス
回路を用いて構成することからジャンクションの数の削
減にも効果があり、回路特性が改善される。K=3のマ
トリクス回路をK=2のマトリクス回路を用いて構成し
た場合はジャンクションの数が2個減って8個になり、
K=4のマトリクス回路をK=3またはK=2のマトリ
クス回路を用いて構成した場合はジャンクションの数が
それぞれ12個、16個、削減することが可能となり、
ジャンクションの合計はそれぞれ48個、44個とな
る。
数は、回路規模が大きくなるにつれて急激に大きくなる
(K=2では1個,K=3では10個,K=4では60
個)が、本発明はマトリクス回路を小規模なマトリクス
回路を用いて構成することからジャンクションの数の削
減にも効果があり、回路特性が改善される。K=3のマ
トリクス回路をK=2のマトリクス回路を用いて構成し
た場合はジャンクションの数が2個減って8個になり、
K=4のマトリクス回路をK=3またはK=2のマトリ
クス回路を用いて構成した場合はジャンクションの数が
それぞれ12個、16個、削減することが可能となり、
ジャンクションの合計はそれぞれ48個、44個とな
る。
【0020】本発明の第1の実施形態のマトリクス回路
について、図11、図12及び図13を用いて説明す
る。
について、図11、図12及び図13を用いて説明す
る。
【0021】図11では、ハイブリットの段数K=4
(16ポートマトリクス回路)のマトリクス回路を、K=
3のマトリクス回路(8ポートマトリクス回路)を用いて
構成する場合について表している。
(16ポートマトリクス回路)のマトリクス回路を、K=
3のマトリクス回路(8ポートマトリクス回路)を用いて
構成する場合について表している。
【0022】図11は16ポートマトリクス回路の構成
部品として用いる8ポートマトリクスの回路パターンを
示しており、ここではジャンクションを介さない回路構
成としている。端子4l,3l,2l,1l,1r,2
r,3r及び4rは、8ポートマトリクスの回路のビー
ムポートに相当しており、エレメントポートに相当する
端子に記した記号A〜Pは1、6ポートマトリクス回路
を構成した場合の端子の位置を表している。
部品として用いる8ポートマトリクスの回路パターンを
示しており、ここではジャンクションを介さない回路構
成としている。端子4l,3l,2l,1l,1r,2
r,3r及び4rは、8ポートマトリクスの回路のビー
ムポートに相当しており、エレメントポートに相当する
端子に記した記号A〜Pは1、6ポートマトリクス回路
を構成した場合の端子の位置を表している。
【0023】図12は、16ポートマトリクス回路のエ
レメントポートから数えて1段目から3段目までのハイ
ブリットを含む部分を、図11に示した基板1A、基板
1Bを用いて構成する場合における、16ポートマトリ
クス回路のエレメントポートから数えて4段目のハイブ
リットとこれに繋がる線路の部分の回路パターンを示し
ている。図12に示した基板1Cの回路パターンは基板
1A、基板1Bと重ね合わせたときに、基板1A、基板
1Bそれぞれについて端子4l,3l,2l,1l,1
r,2r,3r,4rと、基板1Cの端子位置が一致す
るようになっている。
レメントポートから数えて1段目から3段目までのハイ
ブリットを含む部分を、図11に示した基板1A、基板
1Bを用いて構成する場合における、16ポートマトリ
クス回路のエレメントポートから数えて4段目のハイブ
リットとこれに繋がる線路の部分の回路パターンを示し
ている。図12に示した基板1Cの回路パターンは基板
1A、基板1Bと重ね合わせたときに、基板1A、基板
1Bそれぞれについて端子4l,3l,2l,1l,1
r,2r,3r,4rと、基板1Cの端子位置が一致す
るようになっている。
【0024】図13は基板1A、1B、1Cの3枚の基
板を用いて構成した16ポートマトリクス回路を示して
いる。このように本発明を適用して回路を小規模なマト
リクス回路で分割しすることによって、16ポートマト
リクス回路のエレメントポートから数えて1段目から3
段目までのハイブリットを含む部分をジャンクションを
含まない構造の8ポートマトリクス回路で構成すること
が可能となり、良好な回路特性を得ることが容易になる
ことが予想される。また、基板1Cを基板1A、1Bと
重ね合わせるように構成することにより基板1Cもジャ
ンクションを介さない構造となっている。これらのジャ
ンクションを介さない回路パターンは1層の配線層だけ
で実現可能であり、単純なプリント基板で実現可能であ
る(配線間のブリッジ接合や多層基板を必要としない)。
更に、満足な特性が得られない場合においても特性劣化
を引き起こしている誤差原因の切り分けが容易である。
例えば、基板1A、1B(8ポートマトリクス回路の部
分)において良好な特性が得られているのであれば、満
足な特性が得られない場合の原因は基板1Cあるいは、
基板間の接続状態に問題があると結論づけることが可能
であり、この部分において回路の調整を行えば良いこと
になる。また、8ポートマトリクス回路について過去に
設計・開発がなされていればこれを汎用部品として流用
することにより、回路設計に必要な手間と時間を削減
し、低コスト化を実現する。
板を用いて構成した16ポートマトリクス回路を示して
いる。このように本発明を適用して回路を小規模なマト
リクス回路で分割しすることによって、16ポートマト
リクス回路のエレメントポートから数えて1段目から3
段目までのハイブリットを含む部分をジャンクションを
含まない構造の8ポートマトリクス回路で構成すること
が可能となり、良好な回路特性を得ることが容易になる
ことが予想される。また、基板1Cを基板1A、1Bと
重ね合わせるように構成することにより基板1Cもジャ
ンクションを介さない構造となっている。これらのジャ
ンクションを介さない回路パターンは1層の配線層だけ
で実現可能であり、単純なプリント基板で実現可能であ
る(配線間のブリッジ接合や多層基板を必要としない)。
更に、満足な特性が得られない場合においても特性劣化
を引き起こしている誤差原因の切り分けが容易である。
例えば、基板1A、1B(8ポートマトリクス回路の部
分)において良好な特性が得られているのであれば、満
足な特性が得られない場合の原因は基板1Cあるいは、
基板間の接続状態に問題があると結論づけることが可能
であり、この部分において回路の調整を行えば良いこと
になる。また、8ポートマトリクス回路について過去に
設計・開発がなされていればこれを汎用部品として流用
することにより、回路設計に必要な手間と時間を削減
し、低コスト化を実現する。
【0025】次に、本発明の第2の実施形態のマトリク
ス回路について、図14及び図15を用いて説明する。
ス回路について、図14及び図15を用いて説明する。
【0026】図14は、ハイブリットの段数K=4(1
6ポートマトリクス回路)のマトリクス回路を、K=2
のマトリクス回路(4ポートマトリクス回路)を用いて構
成する場合を表している。
6ポートマトリクス回路)のマトリクス回路を、K=2
のマトリクス回路(4ポートマトリクス回路)を用いて構
成する場合を表している。
【0027】図14は、16ポートマトリクス回路の構
成部品として用いる4ポートマトリクスの回路パターン
を示しており、ジャンクションを介さない回路構成とし
ている。端子2l,1l,1r及び2rは、この4ポー
トマトリクスの回路のビームポートに相当しており、エ
レメントポートに相当する端子に記した記号A〜Pは1
6ポートマトリクス回路を構成した場合の端子の位置を
表している。
成部品として用いる4ポートマトリクスの回路パターン
を示しており、ジャンクションを介さない回路構成とし
ている。端子2l,1l,1r及び2rは、この4ポー
トマトリクスの回路のビームポートに相当しており、エ
レメントポートに相当する端子に記した記号A〜Pは1
6ポートマトリクス回路を構成した場合の端子の位置を
表している。
【0028】図15は、16ポートマトリクス回路のエ
レメントポートから数えて1段目から2段目までの部分
を、図14に示した基板2A、2B、2C、2Dを用い
て構成する場合における、16ポートマトリクス回路の
エレメントポートから数えて3段目と4段目のハイブリ
ットとこれに繋がる線路の部分の回路パターンを示して
いる。図15に示した基板2Eの回路パターンは基板2
A、2B、2C、2Dと重ね合わせたときに、基板2
A、2B、2C、2Dのそれぞれについて端子2l,1
l,1r,2rと、基板2Eの端子位置が一致するよう
になっている。
レメントポートから数えて1段目から2段目までの部分
を、図14に示した基板2A、2B、2C、2Dを用い
て構成する場合における、16ポートマトリクス回路の
エレメントポートから数えて3段目と4段目のハイブリ
ットとこれに繋がる線路の部分の回路パターンを示して
いる。図15に示した基板2Eの回路パターンは基板2
A、2B、2C、2Dと重ね合わせたときに、基板2
A、2B、2C、2Dのそれぞれについて端子2l,1
l,1r,2rと、基板2Eの端子位置が一致するよう
になっている。
【0029】図16は、基板2A〜2Eの5枚の基板を
用いて構成した16ポートマトリクス回路を示してい
る。このように本発明を適用して回路を小規模なマトリ
クス回路で分割しすることによって、16ポートマトリ
クス回路のエレメントポートから数えて1段目から2段
目までのハイブリットを含む部分をジャンクションを介
さない構造の4ポートマトリクス回路で構成することが
可能となり、良好な回路特性を得ることが容易になるこ
とが予想される。また、4ポートマトリクス回路である
基板2A〜2Dとこれ以外の回路部分を重ね合わせるよ
うに構成することにより、基板2Eもジャンクションを
介さない構造となっている。これらのジャンクションを
介さない回路パターンは1層の配線層だけで実現可能で
あり、単純なプリント基板で実現可能である(配線間の
ブリッジ接合や多層基板を必要としない)。更に、満足
な特性が得られない場合においても特性劣化を引き起こ
している誤差原因の切り分けが容易である。例えば、基
板2A〜2D(4ポートマトリクス回路の部分)において
良好な特性が得られているのであれば、満足な特性が得
られない場合の原因は基板2Eあるいは、基板間の接続
状態に問題があると結論づけることが可能であり、この
部分において回路の調整を行えば良いことになる。ま
た、4ポートマトリクス回路について過去に設計・開発
がなされていればこれを汎用部品として流用することに
より、回路設計に必要な手間と時間を削減し、低コスト
化を実現する。更に、第1及び第2の実施形態で示した
マトリクス回路を、フェーズドアレイアンテナのビーム
形成回路に適用すると、各素子のアンテナの振幅・位相
精度が改善され、良好なアンテナ特性(ビーム指向精度
又はサイドローブ特性等)を有するフェーズドアレイア
ンテナが得られる。また、マトリクス回路の低コスト化
によりフェーズドアレイアンテナ自体の低コスト化も実
現できる。
用いて構成した16ポートマトリクス回路を示してい
る。このように本発明を適用して回路を小規模なマトリ
クス回路で分割しすることによって、16ポートマトリ
クス回路のエレメントポートから数えて1段目から2段
目までのハイブリットを含む部分をジャンクションを介
さない構造の4ポートマトリクス回路で構成することが
可能となり、良好な回路特性を得ることが容易になるこ
とが予想される。また、4ポートマトリクス回路である
基板2A〜2Dとこれ以外の回路部分を重ね合わせるよ
うに構成することにより、基板2Eもジャンクションを
介さない構造となっている。これらのジャンクションを
介さない回路パターンは1層の配線層だけで実現可能で
あり、単純なプリント基板で実現可能である(配線間の
ブリッジ接合や多層基板を必要としない)。更に、満足
な特性が得られない場合においても特性劣化を引き起こ
している誤差原因の切り分けが容易である。例えば、基
板2A〜2D(4ポートマトリクス回路の部分)において
良好な特性が得られているのであれば、満足な特性が得
られない場合の原因は基板2Eあるいは、基板間の接続
状態に問題があると結論づけることが可能であり、この
部分において回路の調整を行えば良いことになる。ま
た、4ポートマトリクス回路について過去に設計・開発
がなされていればこれを汎用部品として流用することに
より、回路設計に必要な手間と時間を削減し、低コスト
化を実現する。更に、第1及び第2の実施形態で示した
マトリクス回路を、フェーズドアレイアンテナのビーム
形成回路に適用すると、各素子のアンテナの振幅・位相
精度が改善され、良好なアンテナ特性(ビーム指向精度
又はサイドローブ特性等)を有するフェーズドアレイア
ンテナが得られる。また、マトリクス回路の低コスト化
によりフェーズドアレイアンテナ自体の低コスト化も実
現できる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のマトリク
ス回路及びその回路を用いたフェーズドアレイアンテナ
によれば、回路特性の劣化要因となるジャンクション
(線路の交叉する部分)の数を少なくすることが可能であ
り、回路特性が改善される。また、比較的容易に良好な
特性が得られる小規模マトリクス回路を構成部品として
用いることにより、高い精度を得ることが容易になると
同時に、万一、満足な精度が得られない場合においても
特性劣化を引き起こしている誤差原因の切り分けが容易
であり、回路の調整作業に要する手間と時間を削減する
ことが可能である。また、過去に設計・開発がなされた
小規模なマトリクス回路を汎用部品として流用すること
により、回路設計に必要な手間と時間を削減し、低コス
ト化を実現する。更に、本発明のマトリクス回路をフェ
ーズドアレイアンテナのビーム形成回路に適用した場
合、各素子アンテナの振幅・位相精度を改善すること
で、アンテナ特性が改善する。
ス回路及びその回路を用いたフェーズドアレイアンテナ
によれば、回路特性の劣化要因となるジャンクション
(線路の交叉する部分)の数を少なくすることが可能であ
り、回路特性が改善される。また、比較的容易に良好な
特性が得られる小規模マトリクス回路を構成部品として
用いることにより、高い精度を得ることが容易になると
同時に、万一、満足な精度が得られない場合においても
特性劣化を引き起こしている誤差原因の切り分けが容易
であり、回路の調整作業に要する手間と時間を削減する
ことが可能である。また、過去に設計・開発がなされた
小規模なマトリクス回路を汎用部品として流用すること
により、回路設計に必要な手間と時間を削減し、低コス
ト化を実現する。更に、本発明のマトリクス回路をフェ
ーズドアレイアンテナのビーム形成回路に適用した場
合、各素子アンテナの振幅・位相精度を改善すること
で、アンテナ特性が改善する。
【図1】従来の4ポートマトリクス回路の構成図であ
る。
る。
【図2】従来の8ポートマトリクス回路の構成図であ
る。
る。
【図3】4ポートマトリクス回路をBFNとして用いた
場合の、給電位置とビーム方向との関係図である。
場合の、給電位置とビーム方向との関係図である。
【図4】8ポートマトリクス回路をBFNとして用いた
場合の、給電位置とビーム方向との関係図である。
場合の、給電位置とビーム方向との関係図である。
【図5】従来の16ポートマトリクス回路の構成図であ
る。
る。
【図6】ジャンクションを介さない4ポートマトリクス
回路の構成図である。
回路の構成図である。
【図7】ジャンクションを介さない8ポートマトリクス
回路の構成図である。
回路の構成図である。
【図8】本発明による、2個の4ポートマトリクス回路
で構成した8ポートマトリクス回路の構成図である。
で構成した8ポートマトリクス回路の構成図である。
【図9】本発明による、2個の8ポートマトリクス回路
で構成した16ポートマトリクス回路の構成図である。
で構成した16ポートマトリクス回路の構成図である。
【図10】本発明による、4個の4ポートマトリクス回
路で構成した16ポートマトリクス回路の構成図であ
る。
路で構成した16ポートマトリクス回路の構成図であ
る。
【図11】本発明の第1の実施形態の回路パターン図で
ある。
ある。
【図12】3段のマトリクス回路を用いて構成された1
6ポートマトリクス回路の第1の実施形態の回路パター
ン図である。
6ポートマトリクス回路の第1の実施形態の回路パター
ン図である。
【図13】3個の基板を用いて構成した第1の実施形態
の構成図である。
の構成図である。
【図14】本発明の第2の実施形態の回路パターン図で
ある。
ある。
【図15】5段のマトリクス回路を用いて構成された1
6ポートマトリクス回路の第2の実施形態の回路パター
ン図である。
6ポートマトリクス回路の第2の実施形態の回路パター
ン図である。
【図16】5個の基板を用いて構成した第2の実施形態
の構成図である。
の構成図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 ハイブリット及び位相器を有し、信号が
入力されるポートの位置によって出力側における隣接ポ
ート間の位相差が変化するマトリクス回路において、 3以上の段数Kの前記ハイブリットは、K−1以下の段
数K´のハイブリットから構成されることを特徴とする
マトリクス回路。 - 【請求項2】 K段のハイブリッドは、2K−K´個の
前記K´段のハイブリッドが前記出力側で並列に並べて
構成されることを特徴とする請求項1に記載のマトリク
ス回路。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載のマトリクス回路
を有し、該マトリクス回路の前記出力側がアンテナ素子
となるように構成されることを特徴とするフェーズドア
レイアンテナ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000244306A JP2002057515A (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | マトリクス回路及びその回路を用いたフェーズドアレイアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000244306A JP2002057515A (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | マトリクス回路及びその回路を用いたフェーズドアレイアンテナ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002057515A true JP2002057515A (ja) | 2002-02-22 |
Family
ID=18735012
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000244306A Pending JP2002057515A (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | マトリクス回路及びその回路を用いたフェーズドアレイアンテナ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002057515A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010120760A2 (en) * | 2009-04-13 | 2010-10-21 | Viasat, Inc. | Active butler and blass matrices |
JP2012521695A (ja) * | 2009-03-23 | 2012-09-13 | テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン(パブル) | アンテナ配置 |
US8837632B2 (en) | 2011-11-29 | 2014-09-16 | Viasat, Inc. | Vector generator using octant symmetry |
US9020069B2 (en) | 2011-11-29 | 2015-04-28 | Viasat, Inc. | Active general purpose hybrid |
US9094102B2 (en) | 2009-04-13 | 2015-07-28 | Viasat, Inc. | Half-duplex phased array antenna system |
US9425890B2 (en) | 2009-04-13 | 2016-08-23 | Viasat, Inc. | Multi-beam active phased array architecture with independent polarization control |
WO2019116648A1 (ja) | 2017-12-11 | 2019-06-20 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | バトラーマトリクス回路、フェーズドアレイアンテナ、フロントエンドモジュール及び無線通信端末 |
US10516219B2 (en) | 2009-04-13 | 2019-12-24 | Viasat, Inc. | Multi-beam active phased array architecture with independent polarization control |
JP2020092377A (ja) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | 日本電信電話株式会社 | バトラーマトリクス回路 |
-
2000
- 2000-08-11 JP JP2000244306A patent/JP2002057515A/ja active Pending
Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012521695A (ja) * | 2009-03-23 | 2012-09-13 | テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン(パブル) | アンテナ配置 |
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US9843107B2 (en) | 2009-04-13 | 2017-12-12 | Viasat, Inc. | Multi-beam active phased array architecture with independent polarization control |
US10305199B2 (en) | 2009-04-13 | 2019-05-28 | Viasat, Inc. | Multi-beam active phased array architecture with independent polarization control |
WO2010120760A3 (en) * | 2009-04-13 | 2011-01-13 | Viasat, Inc. | Active butler and blass matrices |
US11509070B2 (en) | 2009-04-13 | 2022-11-22 | Viasat, Inc. | Multi-beam active phased array architecture with independent polarization control |
US9094102B2 (en) | 2009-04-13 | 2015-07-28 | Viasat, Inc. | Half-duplex phased array antenna system |
US9425890B2 (en) | 2009-04-13 | 2016-08-23 | Viasat, Inc. | Multi-beam active phased array architecture with independent polarization control |
US11038285B2 (en) | 2009-04-13 | 2021-06-15 | Viasat, Inc. | Multi-beam active phased array architecture with independent polarization control |
US10797406B2 (en) | 2009-04-13 | 2020-10-06 | Viasat, Inc. | Multi-beam active phased array architecture with independent polarization control |
WO2010120760A2 (en) * | 2009-04-13 | 2010-10-21 | Viasat, Inc. | Active butler and blass matrices |
US10516219B2 (en) | 2009-04-13 | 2019-12-24 | Viasat, Inc. | Multi-beam active phased array architecture with independent polarization control |
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US8837632B2 (en) | 2011-11-29 | 2014-09-16 | Viasat, Inc. | Vector generator using octant symmetry |
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WO2019116648A1 (ja) | 2017-12-11 | 2019-06-20 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | バトラーマトリクス回路、フェーズドアレイアンテナ、フロントエンドモジュール及び無線通信端末 |
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US11374318B2 (en) | 2017-12-11 | 2022-06-28 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Butler matrix circuit, phased array antenna, front-end module, and wireless communication terminal |
JPWO2019116648A1 (ja) * | 2017-12-11 | 2020-12-17 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | バトラーマトリクス回路、フェーズドアレイアンテナ、フロントエンドモジュール及び無線通信端末 |
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JP7075079B2 (ja) | 2018-12-07 | 2022-05-25 | 日本電信電話株式会社 | バトラーマトリクス回路 |
JP2020092377A (ja) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | 日本電信電話株式会社 | バトラーマトリクス回路 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040406 |