JP2004282150A

JP2004282150A - 移相器及びフェーズドアレイアンテナ装置

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Publication number: JP2004282150A
Application number: JP2003067024A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Hirabayashi; 崇之平林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】冗長なディレイラインを不要として、小型化とアレイ特性の向上を図る。
【解決手段】多数個のアンテナ素子２と、相対するアンテナ素子２と高周波信号処理部５とを接続する多数本のアンテナ線路３と、各アンテナ線路３に沿って配列されてこのアンテナ線路３上にバリキャップを構成する容量調整部４とから構成される。各容量調整部４が、各アンテナ線路３に沿ってそれぞれ配列され、固定端１２がグランド８と接続されかつ自由端１３が相対するアンテナ線路３を対向電極として容量接続が行われるように対向されるとともに接離する方向に駆動されて接続容量を可変させる可動電極１１を有する複数個の容量可変型マイクロマシンキャパシタ１０からなる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝送線路を伝播する高周波信号の位相差調整用等に用いられる超小型の移相器及び多数のアンテナ素子を備えるとともに各アンテナ線路にそれぞれ移相器を付設して各アンテナ素子から送受信される高周波信号の位相差の調整を行うフェーズドアレイアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フェーズドアレイアンテナ装置は、多数個のアンテナ素子を配列し、これらアンテナ素子で送受信する高周波信号の位相を調整することによって指向性を任意に変更するようにしたアンテナ装置であり、例えば衛星放送用のアンテナ等に用いられる。フェーズドアレイアンテナ装置においては、必要な電波の到来方向の利得を増大させ、不要な電波の到来方向の利得を低下させるようにして指向性を電気的に可変可能とするように構成される。なお、かかるフェーズドアレイアンテナ装置は、アダプティブアレイアンテナと呼ばれている。
【０００３】
従来のフェーズドアレイアンテナ装置１００（以下、単にアンテナ装置と略称する。）は、図８に示すように、適宜に配列されたアンテナ素子１０１ａ〜１０１ｎ（以下、代表して説明する場合にはアンテナ素子１０１と総称する。）と、これら各アンテナ素子１０１にそれぞれ付設された位相調整用の移相器１０２ａ〜１０２ｎ（以下、代表して説明する場合には移相器１０２と総称する。）とを備えている。アンテナ装置１００においては、例えば各アンテナ素子１０１によって受信した高周波信号のスキャニング結果に基づいて駆動制御部１０３ａ〜１０３ｎ（以下、代表して説明する場合には駆動制御部１０３と総称する。）から出力される制御信号によって各移相器１０２を駆動し、これら移相器１０２の作用によって各アンテナ素子１０１の位相調整を行って送受信特性が適宜設定されるようにする。
【０００４】
各移相器１０２は、それぞれ一対の切替スイッチ１０４，１０５と、これら切替スイッチ１０４，１０５のスイッチング操作によって選択される互いに線路長を異にする複数のディレイライン１０６ａ〜１０６ｄ（以下、代表して説明する場合にはディレイライン１０６と総称する。）とから構成される、いわゆるディレイライン型移相器からなる。各移相器１０２は、相対するアンテナ素子１０１と高周波信号処理部１０７との間を、切替スイッチ１０４，１０５を介して受信した高周波信号の電気長に応じて所定の線路長を有するディレイライン１０６を選択して接続する。アンテナ装置１００は、受信した高周波信号のスキャニング処理により各アンテナ素子１０１の位相調整を、例えば電気長０°，９０°，１８０°，２７０°の４段階で行うように制御する。
【０００５】
各移相器１０２は、図９及び図１０に示すようにディレイライン１０６が、電気長０°において選択される第１のディレイライン１０６ａと、電気長９０°において選択される第２のディレイライン１０６ｂと、電気長１８０°において選択される第３のディレイライン１０６ｃと、電気長２７０°において選択される第４のディレイライン１０６ｄとからなる。各移相器１０２は、第１のディレイライン１０６ａが最短の線路長とされるとともに、第４のディレイライン１０６ｄが最長の線路長とされてなる。
【０００６】
各移相器１０２は、図９に示すように上述した各ディレイライン１０６が基板１０８の主面上にパターン形成されるとともに、小型化を図るために切替スイッチ１０４，１０５がマイクロマシンスイッチによって構成されている。なお、これら切替スイッチ１０４，１０５については、以下マイクロマシンスイッチと称するものとする。各マイクロマシンスイッチ１０４，１０５は、いわゆるメムズ（ＭＥＭＳ：ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）スイッチと称される極小サイズのスイッチ体であり、基板１０８の主面上に成膜技術によって形成される。
【０００７】
マイクロマシンスイッチ１０４，１０５は、相対する各駆動制御部１０３から出力される制御信号に基づく駆動電圧が印加されると、静電気力によってそれぞれの可動電極１０９，１１０が駆動されるとともにその動作状態が保持されるように構成される。なお、マイクロマシンスイッチ１０４，１０５は、制御信号に基づいてそれぞれの可動電極１０９，１１０が同期して駆動される。
【０００８】
マイクロマシンスイッチ１０４，１０５は、この状態で逆バイアス駆動電圧が印加されることにより、可動電極１０９，１１０が初期位置へと復帰する。マイクロマシンスイッチ１０４，１０５は、図１０に示すように、それぞれの可動電極１０９，１１０が、一端をコモン電極１１１，１１２と接続されるとともに、他端がセグメント電極１１３ａ〜１１３ｄ（以下、代表して説明する場合にはセグメント電極１１３と総称する。），１１４ａ〜１１４ｄ（以下、代表して説明する場合にはセグメント電極１１４と総称する。）と選択的に接続される。
【０００９】
第１のマイクロマシンスイッチ１０４は、図１０に示すように、コモン電極１１１がアンテナ素子１０１と接続されとともに各セグメント電極１１３が相対するディレイライン１０６の一端と接続される。第２のマイクロマシンスイッチ１０５は、コモン電極１１２が高周波信号処理部１０７と接続されとともに各セグメント電極１１４が相対するディレイライン１０６の他端と接続される。したがって、各移相器１０２は、それぞれ各駆動制御部１０３から出力される制御信号に基づいて、マイクロマシンスイッチ１０４，１０５が駆動されて最適長のディレイライン１０６を選択して接続し、このディレイライン１０６を介してアンテナ素子１０１と高周波信号処理部１０７とを接続する。
【００１０】
アンテナ装置１００においては、受信した高周波信号のスキャニング処理により、各アンテナ素子１０１で受信した高周波信号の強度の合成が最大となるようにそれぞれ最適長のディレイライン１０６が選択されて接続が行われる。アンテナ装置１００は、例えば第１のアンテナ素子１０１ａに接続するよるディレイライン１０６の電気長が０°であることを識別すると、第１の移相器１０２ａがマイクロマシンスイッチ１０４ａ，１０５ａを介して第１のディレイライン１０６ａを選択する動作を行う。また、アンテナ装置１００は、例えば第２のアンテナ素子１０１ｂに接続するよるディレイライン１０６の電気長が９０°であることを識別すると、第２の移相器１０２ｂがマイクロマシンスイッチ１０４ｂ，１０５ｂを介して第２のディレイライン１０６ｂを選択する動作を行う。アンテナ装置１００においては、以下同様にして各アンテナ素子１０１に対応してそれぞれ最適長のディレイライン１０６が選択されて接続が行われる。
【００１１】
アンテナ装置１００においては、上述したように各移相器１０２においてディレイライン１０６を適宜切替えて各アンテナ素子１０１と高周波信号処理部１０７との間の線路長が切り替えられることにより、各アンテナ素子１０１によって受信した高周波信号について最適な位相調整が行われて高利得化を図るようにする。アンテナ装置１００は、上述したように各移相器１０２内に超小型のマイクロマシンスイッチ１０４，１０５を用いたことにより、高利得化が図られるとともにスイッチ部位の小型化が図られるようになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置１００においては、上述したように受信した高周波信号の電気長に応じてディレイライン１０６を選択して接続する切替スイッチとして超小型で高精度のマイクロマシンスイッチ１０４，１０５を用いたことにより、小型化や精度の向上が図られるようになる。しかしながら、アンテナ装置１００においては、上述したように各移相器１０２がそれぞれ冗長な線路長を有する複数本のディレイライン１０６を基板１０８にプリント形成して構成することから、マイクロマシンスイッチ１０４，１０５を用いてスイッチ部の小型化を図っても装置全体についてさほどの小型化が達成されないといった問題があった。
【００１３】
また、アンテナ装置１００においては、上述した各移相器１０２が各アンテナ素子１０１にそれぞれ付設されることから、アンテナ素子１０１の数が増えるにしたがって、ますます装置全体が大型化するといった問題があった。さらに、アンテナ装置１００においては、各アンテナ素子１０１の指向性を高めて高精度化を図るためにディレイライン１０６を増やすことにより、ますます小型化の実現が困難となる。アンテナ装置１００においては、基板１０８上に多数本のディレイライン１０６を引き回した構成或いはそれらのパターン精度等により、アレイ特性の精度が低下するといった問題があった。
【００１４】
したがって、本発明は、上述した従来の移相器の問題を解決して小型化と精度の向上を図った移相器を提供することを目的に提案されたものである。また、本発明は、かかる移相器を備えることにより小型化と高精度の送受信特性を有するフェーズドアレイアンテナ装置を提供することを目的に提案されたものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかる移相器は、伝送線路と、固定端側がグランドと接続されかつ自由端側が伝送線路を対向電極として静電容量を付加するようにそれぞれ対向されるとともに接離する方向に駆動されることによって静電容量を可変させる可動電極を有する複数個のマイクロマシンキャパシタとから構成される。移相器は、各マイクロマシンキャパシタが上記伝送線路に沿って配列されるとともに選択的に駆動されることによって伝送線路に付加する静電容量を変化させることにより、伝送線路の位相調整特性を設定する。
【００１６】
以上のように構成された本発明にかかる移相器によれば、伝送路に沿って配列したマイクロマシンキャパシタによって静電容量を付加するとともに、これらマイクロマシンキャパシタを選択的に駆動することによって伝送路に付加する静電容量を任意にかつ多段に調整することが可能となる。移相器によれば、伝送路の静電容量が調整されることにより、この伝送線路を伝搬する高周波信号の位相速度を適宜変化させて位相調整が行われるようにする。移相器によれば、伝送路に沿って静電容量を付加する複数個のマイクロマシンキャパシタを配置したことから、伝送路自体が位相調整特性を奏するようになる。移相器によれば、位相調整を行うための冗長な線路長を有する複数本のディレイラインを不要として小型化が図られるとともに、これらディレイラインの引き回しやパターン精度のバラツキ等も無くライン特性の向上が図られるようになるとともに高精度の位相制御が行われるようになる。
【００１７】
また、上述した目的を達成する本発明にかかるフェーズドアレイアンテナ装置は、多数個のアンテナ素子と、一端を各アンテナ素子のいずれか１個と接続されるとともに他端を高周波信号の送受信回路部と共通接続された多数本のアンテナ線路と、各アンテナ線路に沿ってそれぞれ配列されてこのアンテナ線路上にバリキャップを構成する容量調整部とから構成される。フェーズドアレイアンテナ装置は、各容量調整部が、それぞれ相対する各アンテナ線路に沿って配列した各マイクロマシンキャパシタを選択的に駆動されてアンテナ線路に付加する静電容量を変化させて位相調整特性を設定し、このアンテナ線路を伝搬するアンテナ素子から送信或いは受信される高周波信号の位相調整を行う。
【００１８】
以上のように構成された本発明にかかるフェーズドアレイアンテナ装置によれば、例えば各アンテナ素子によって受信した高周波信号のスキャニングが行われることにより、このスキャニング結果に基づいてこれら高周波信号間の位相差を調整させる制御信号が各容量調整部に対して供給される。フェーズドアレイアンテナ装置によれば、各容量調整部において、制御信号に基づいてアンテナ線路に対して可動電極が選択されて駆動される。フェーズドアレイアンテナ装置によれば、各アンテナ素子によって受信された高周波信号が静電容量を異にする各アンテナ線路を伝搬する間に位相速度が適宜変化されて位相調整が行われるようになる。フェーズドアレイアンテナ装置によれば、各アンテナ線路に沿って複数個のマイクロマシンキャパシタからなる容量調整部を配置したことから、各アンテナ線路毎にそれぞれ位相調整特性が奏せられるようにするとともに静電容量を任意にかつ多段に調整することが可能となる。したがって、フェーズドアレイアンテナ装置によれば、各アンテナ線路毎に冗長な線路長を有する複数本のディレイラインが設けられた移相器を不要とすることによって小型化が図られるとともに、これらディレイラインの引き回しやパターン精度のバラツキ等も無くなることで各アンテナ線路を伝搬する高周波信号についてそれぞれ高精度の位相制御が行われるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。実施の形態として図１に示したフェーズドアレイアンテナ装置１（以下、単にアンテナ装置１と略称する。）も、適宜に配列して設けた多数個のアンテナ素子２ａ〜２ｎ（以下、代表して説明する場合にはアンテナ素子２と総称する。）を有し、例えば衛星放送用アンテナ等に用いられる。アンテナ装置１は、各アンテナ素子２とそれぞれ接続されて信号等が伝送される各アンテナ線路３ａ〜３ｎ（以下、代表して説明する場合にはアンテナ線路３と総称する。）に沿ってそれぞれ設けられるとともに、相対するアンテナ線路３上にそれぞれバリキャップを構成する詳細を後述する容量調整器４ａ〜４ｎ（以下、代表して説明する場合には容量調整器４と総称する。）を備えている。
【００２０】
アンテナ装置１は、各容量調整器４によって相対するアンテナ線路３の静電容量をそれぞれ調整して各アンテナ線路３内をそれぞれ伝搬される高周波信号の位相速度を変化させることにより、各アンテナ素子２によって受信した各高周波信号の位相や各アンテナ素子２への給電位相を調整する。アンテナ装置１は、各アンテナ線路３が一端側を各アンテナ素子２と接続されるとともに、他端側が高周波信号処理部５と接続されている。アンテナ装置１は、後述するように各容量調整器４をそれぞれ駆動することにより相対するアンテナ線路３に対して接続する静電容量を調整させる駆動制御部６ａ〜６ｎ（以下、代表して説明する場合には駆動制御部６と総称する。）を備えている。
【００２１】
アンテナ装置１は、例えば各アンテナ素子２によって受信した高周波信号のスキャニング処理が行われて各高周波信号の位相差がそれぞれ検出され、この検出結果に基づいて各駆動制御部６から相対する容量調整器４に対してそれぞれ所定の制御信号が出力されてアンテナ線路３間の位相調整を行うようにする。アンテナ装置１においては、これによって受信した高周波信号の強度の合成が最大の利得を得るようにする。アンテナ装置１においては、詳細を後述するように各容量調整器４がそれぞれ駆動されることにより、相対するアンテナ線路３に位相速度を変化させる静電容量を付加して受信した高周波信号の位相差に応じた調整が行われるようにする。
【００２２】
アンテナ装置１は、例えばＳｉ基板やガラス基板等の誘電体からなる基板７を備えており、この基板７の主面上に平面導波路からなる各アンテナ線路３や他の信号線路或いは電極やランド等がパターン形成されるとともに各容量調整器４が形成される。なお、基板７については、例えばセラミック材や低誘電率で耐熱性や耐薬品性に優れた特性を有するポリイミド等の誘電絶縁材を用いてもよい。基板７は、主面上に各アンテナ線路３や後述する各容量調整器４を微細ピッチで精密に形成するため、平坦化された主面を有している。
【００２３】
なお、アンテナ装置１は、詳細を後述する容量調整器４を備えることによって小型化が図られることから、例えばパーソナルコンピュータやモバイル機器或いは各種の電子機器等の本体機器に設けられたスロットに装填されて無線通信機能を付加するカード型無線モジユールへの展開を可能とする。アンテナ装置１は、基板７の主面上に各アンテナ素子２をパターン形成するとともに高周波信号処理部５を構成する高周波信号処理用ＲＦモジュールや駆動制御部６を構成するＬＳＩ或いは他の回路部等を構成する各種の電子部品やＩＣ素子、フィルタ素子等が実装されてカード型無線モジユールを構成する。
【００２４】
アンテナ装置１は、各アンテナ線路３が、図２に示すようにその長さ方向に沿って絶縁を保持されてグランドパターン８が形成されることによりコプレーナ線路として基板７の主面上に形成される。アンテナ装置１は、各アンテナ線路３がかかるコプレーナ線路に限定されず、例えば誘電体からなる基板７の裏面側にグランドパターンを形成し、主面上に線路パターン形成することによってマイクロストリップ線路として構成されるようにしてもよい。なお、アンテナ装置１は、この場合にアンテナ線路３の側方に各容量調整器４の固定電極がパターン形成されるとともに、これら固定電極とグランドパターンとがスルーホールを介してそれぞれ接続される。
【００２５】
基板７には、その主面上に、各アンテナ線路３に対してそれぞれその長さ方向に沿って詳細を後述するように各容量調整器４を駆動するためのそれぞれ複数個からなる駆動電極９ａ〜９ｍ（以下、代表して説明する場合には駆動電極９と総称する。）がｎ組形成されている。各駆動電極９は、駆動制御部６とそれぞれ接続されており、上述したスキャニング処理による高周波信号の位相差に基づく制御信号が供給されることによって静電気力により容量調整器４を駆動する。
【００２６】
各容量調整器４は、図２及び図３に示すように、それぞれが各アンテナ線路３に沿って基板７の主面上に形成されたそれぞれ複数個からなる容量可変型マイクロマシンキャパシタ１０ａ〜１０ｍ（以下、代表して説明する場合にはマイクロマシンキャパシタ１０と総称する。）をｎ組有している。なお、各容量調整器４は、各アンテナ線路３に対して形成されるマイクロマシンキャパシタ１０が同数である必要は無く、また全てが同形に形成される必要も無いが、以下の説明では便宜上同数、同形として説明する。
【００２７】
各マイクロマシンキャパシタ１０は、各アンテナ線路３やグランドパターン８が形成された基板７の主面上に成膜技術によって極小サイズに形成されたいわゆるメムズ・キャパシタ（ＭＥＭＳｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｃａｐａｃｉｔｏｒ）からなる。各マイクロマシンキャパシタ１０は、各アンテナ線路３やグランドパターン８或いは信号線路等を形成した基板７上に誘電絶縁層を介して金属層を形成し、これら誘電絶縁層や金属層に対して所定のパターニングを行うフォトリソグラフ処理や不要な誘電絶縁層或いは金属層を除去するエッチング処理等を施して形成される。
【００２８】
各マイクロマシンキャパシタ１０は、それぞれに可動電極１１ａ〜１１ｍ（以下、代表して説明する場合には可動電極１１と総称する。）を備える。各可動電極１１は、それぞれ一端側がグランドパターン８に接続固定されて支点部１２ａ〜１２ｍ（以下、代表して説明する場合には支点部１２と総称する。）を構成するとともに、図２破線で示すように各アンテナ線路３に対して直交するようにして延長されて他方側がアンテナ線路３を挟んで形成された図示しないグランドパターンと接続固定されることによって両持ち可動片を構成している。
【００２９】
各可動電極１１は、図４及び図５に示すように、それぞれの各アンテナ線路３と直交して対向する部位が自然状態において所定の対向間隔ｈ１に保持される。各可動電極１１は、対向部位がアンテナ線路３を対向電極として、その対向空間部にアンテナ線路３に静電容量を付加する容量部１３ａ〜１３ｍ（以下、代表して説明する場合には容量部１３と総称する。）を構成する。各可動電極１１は、例えば自然状態で容量部１３とアンテナ線路３との対向間隔が最大となるようにし、この部位においてアンテナ線路３の静電容量が最小となるようにする。
【００３０】
各可動電極１１は、容量部１３によって相対するアンテナ線路３に対して静電容量を付加するようにするとともに、制御信号によって接離する方向に駆動されることによりこの静電容量を調整してこのアンテナ線路３を伝搬する高周波信号の位相速度を変化させる。各可動電極１１は、それぞれの各駆動電極９と対向する部位が自然状態において所定の対向間隔ｄ１に保持されることによって、電極部１４ａ〜１４ｍ（以下、代表して説明する場合には電極部１４と総称する。）を構成する。
【００３１】
以上のように構成された各マイクロマシンキャパシタ１０は、相対する各駆動制御部６から出力される制御信号に基づく駆動電圧が各駆動電極９に印加されると、この駆動電極９と電極部１４との間に静電気力が発生する。各マイクロマシンキャパシタ１０は、この静電気力によってそれぞれの可動電極１１が支点部１２を支点として駆動電極９側へと変位動作する。各マイクロマシンキャパシタ１０は、この可動電極１１の変位動作によって、図５に示すように容量部１３とアンテナ線路３との対向間隔がｈ１からｈ２へと変化することでアンテナ線路３に対して所定の静電容量を付加する。
【００３２】
各マイクロマシンキャパシタ１０は、それぞれが各駆動電極９に印加する駆動電圧の大きさにより、可動電極１１がその電極部１４と駆動電極９との対向間隔を調整することが可能である。各マイクロマシンキャパシタ１０は、これによって容量部１３とアンテナ線路３との対向間隔も調整されることで、アンテナ線路３に対する静電容量の付加を個々に調整可能とする。各マイクロマシンキャパシタ１０は、各アンテナ線路３に対する全体の動作と個々の動作とによって、静電容量を任意にかつ多段に調整することを可能とする。
【００３３】
各マイクロマシンキャパシタ１０は、所定位置に変位した可動電極１１が、保持電流を供給することなく保持されることで、省電力化が図られる。また、各マイクロマシンキャパシタ１０は、各駆動電極９に対して逆バイアス駆動電圧を印加することにより、可動電極１１が初期位置へと復帰する。各マイクロマシンキャパシタ１０は、これによってアンテナ線路３の静電容量も初期状態へと復帰させる。
【００３４】
アンテナ装置１においては、各アンテナ素子２によってそれぞれ受信した個々の高周波信号を相対するアンテナ線路３を介して高周波信号処理部５へと搬送して所定の処理が行われるようにする。アンテナ装置１においては、図２に示すように各アンテナ線路３毎に、その長さ方向に沿って静電容量を付加する複数個のマイクロマシンキャパシタ１０を配列した容量調節器４が付設される。アンテナ装置１においては、図３に示すように各マイクロマシンキャパシタ１０が容量可変型のキャパシタからなる。
【００３５】
アンテナ装置１においては、上述したように各高周波信号の位相差に応じて、各アンテナ線路３毎にそれぞれ付設された容量調節器４に対して駆動制御部６から所定の制御信号が出力される。アンテナ装置１においては、各容量調節器４において、各アンテナ線路２に対して長さ方向に配列された複数個のマイクロマシンキャパシタ１０が選択されて駆動される。したがって、アンテナ装置１においては、長さ方向に沿って配列された各マイクロマシンキャパシタ１０のオン・オフ動作の状態に応じて、各アンテナ線路３上に異なる静電容量が付加される。アンテナ装置１においては、各アンテナ線路３が、各容量調節器４によってそれぞれ個別にかつ最適な静電容量を付加されることにより、伝搬される高周波信号の位相速度を変える位相差に応じた位相調整特性が付与される。
【００３６】
また、アンテナ装置１においては、各容量調節器４において各マイクロマシンキャパシタ１０が駆動制御部６から出力された所定の制御信号によって可動電極１１を動作量を制御して個々に駆動される。したがって、アンテナ装置１においては、上述した各マイクロマシンキャパシタ１０のオン・オフ動作と、個々の動作量の制御とにより、アンテナ線路３の静電容量を任意にかつ多段に調整する。
【００３７】
アンテナ装置１においては、各アンテナ素子２によって受信された個々の高周波信号が各アンテナ線路３毎にそれぞれ位相差を異にして伝搬する。アンテナ装置１においては、上述したように各アンテナ線路３がそれぞれに付設した容量調節器４によって所定の位相調整特性を付与されていることから、各アンテナ線路３において各高周波信号の位相調整を直接行って高周波信号処理部５へと伝送する。アンテナ装置１は、従来のように冗長な複数本のディレイラインを不要とすることから、大幅な小型化が図られるようになる。アンテナ装置１は、基板７上に冗長なディレイラインを引き回すことによりノイズ特性やパターン精度のバラツキによる特性の劣化等が抑制され、高精度の位相制御を行う。
【００３８】
また、アンテナ装置１においては、各アンテナ線路３に対する静電容量を任意にかつ多段に付加することから、位相調整を自在に制御することが可能となりより高精度の送受信特性が得られるようになる。
【００３９】
上述したアンテナ装置１においては、複数個のマイクロマシンキャパシタ１０を選択してオン・オフ動作を行うようにするとともに、各マイクロマシンキャパシタ１０毎にその可動電極１１の動作量を制御して各アンテナ線路３との対向間隔を変えて各アンテナ線路３の静電容量を調整するようにしたが、かかる構成に限定されるものでは無い。アンテナ装置１は、各マイクロマシンキャパシタ１０が各アンテナ線路３に対して接離する２位置に切り替えられ、これらを単独或いは複数組で動作させることにより、各アンテナ線路３の静電容量を調整するようにしてもよい。
【００４０】
アンテナ装置１においては、各マイクロマシンキャパシタ１０の可動電極１１に対向して駆動制御部６から出力された制御信号が印加される駆動電極９を設けたが、例えば各アンテナ線路３を利用して可動電極１１を駆動するようにしてもよい。アンテナ装置１は、各アンテナ線路３に対して高周波信号とともに直流成分の駆動電流を供給することにより、可動電極１１が相対するアンテナ線路３と接離動作される。アンテナ装置１は、各マイクロマシンキャパシタ１０が駆動電極９や信号ラインを不要とすることで、より小型化が図られるようになる。
【００４１】
ところで、キャパシタは、相対する電極間の対向間隔とともに、電極の対向面積や対向空間の誘電率によって静電容量が変化する。したがって、アンテナ装置１においては、例えば各マイクロマシンキャパシタ１０が可動電極１１の材質をそれぞれ異にして形成されるとともに、これらマイクロマシンキャパシタ１０を選択的に駆動することによって各アンテナ線路３に対してそれぞれ所定の静電容量を付加するようにして位相調整特性を設定するようにしてもよい。
【００４２】
図６に示したマイクロマシンキャパシタ２０は、それぞれの可動電極２１が、容量部２３の形状を互いに異にして形成されてなる。例えば第１のマイクロマシンキャパシタ２０ａは、可動電極２１ａの容量部２３ａが幅広に形成されることにより、動作状態においてより大きな静電容量をアンテナ線路３に対して付加する。また、第２のマイクロマシンキャパシタ２０ｂは、可動電極２１ｂの容量部２３ｂが幅狭に形成されることにより、動作状態において第１のマイクロマシンキャパシタ２０ａよりも小さな静電容量をアンテナ線路３に対して付加する。
【００４３】
各マイクロマシンキャパシタ２０は、上述したように基板７上に薄膜技術により形成されるが、パターンを異にしたマスクを用いることによって同一工程で様々な形状の容量部２３を有する可動電極２１が容易に形成される。したがって、アンテナ装置１においては、かかるマイクロマシンキャパシタ２０を用いて、それらのいずれか１個或いは複数個を選択して駆動することにより、アンテナ線路３に付加する静電容量を広範囲にかつ微細に調整することが可能となる。
【００４４】
また、アンテナ装置１においては、各マイクロマシンキャパシタ１０がそれぞれの可動電極１１をグランドパターン８に接続固定することによって支点部１２を構成したが、例えば図７に示すようにグランドパターン８との間にそれぞれスイッチ３０を介挿してアンテナ線路３に対する静電容量の付加動作をオン・オフ制御するように構成してもよい。アンテナ装置１は、各スイッチ３０に、マイクロマシンキャパシタ１０と同一工程で形成可能なマイクロマシンスイッチを用いることによって大幅な工程変更を要せずに対応が可能である。
【００４５】
アンテナ装置１においては、例えば各マイクロマシンキャパシタ１０を一括して駆動するとともに、制御信号に基づいて各スイッチ３０が選択されて駆動されることによりマイクロマシンキャパシタ１０とグランドパターン８との間が接続或いは開放されるようにする。アンテナ装置１においては、各スイッチ３０のオン・オフ動作によってアンテナ線路３に対するマイクロマシンキャパシタ１０の静電容量の付加が制御されることにより、静電容量を広範囲にかつ微細に調整することが可能となる。
【００４６】
アンテナ装置１は、アンテナ線路３に沿って複数個のマイクロマシンキャパシタ１０を配列してなる容量調整器４によって高周波信号の位相調整を行うようにしたが、容量調整器４はこの実施の形態に限定されるものでは無い。容量調整器４は、適宜の高周波回路基板等に備えられて、伝送線路を伝送される高周波信号等の位相を調整或いは変換する移相器としても用いられる。
【００４７】
上述した実施の形態においては、アンテナ装置１を衛星放送用アンテナに適用したが、かかる適用例に限定されるものでは無いことは勿論である。アンテナ装置１は、複数個のアンテナ素子２によってそれぞれ位相差を異にして受信した高周波信号の位相制御ばかりでなく、例えば高周波信号処理部５から供給されて各アンテナ素子２から発信する高周波信号の位相制御も行うことは勿論である。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明にかかる移相器によれば、伝送路に沿って配列した複数個のマイクロマシンキャパシタを選択的に駆動することにより伝送線路の静電容量を調整して信号の位相速度を適宜変化させて位相調整を行うようにしたことにより、伝送路自体が位相調整特性を奏するようになり、冗長な線路長を有する複数本のディレイラインが不要となって小型化が図られるとともに、これらディレイラインの引き回しやパターン精度のバラツキ等によるライン特性の向上と高精度の位相制御を行うことが可能となる。
【００４９】
また、本発明にかかるフェーズドアレイアンテナ装置によれば、多数本のアンテナ素子の各アンテナ線路に対して、その線路長に沿って配列された複数個のマイクロマシンキャパシタを有する容量調整部を付設し、位相差を異にする高周波信号に対応する制御信号に基づいて各マイクロマシンキャパシタを選択的に駆動してアンテナ線路の静電容量を調整して高周波信号の位相速度を適宜変化させて位相調整を行うようにしたことにより、冗長な線路長を有する複数本のディレイラインが不要となって小型化が図られるとともに、これらディレイラインの引き回しやパターン精度のバラツキ等によるライン特性の向上と高精度の位相制御を行うことが可能となる。また、フェーズドアレイアンテナ装置によれば、アンテナ線路の静電容量を任意にかつ多段に調整することが可能であることから、より精度の高いかつ精密な位相調整が行われるようになり、送受信特性の向上が図られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態として示すフェーズドアレイアンテナ装置の要部構成図である。
【図２】同フェーズドアレイアンテナ装置のアンテナ線路に付設される容量調整器を説明する要部構成図である。
【図３】アンテナ線路に対する容量調整器による静電容量付加の構成図である。
【図４】容量調整器に備えられるマイクロマシンキャパシタの構成を説明する要部縦断面図である。
【図５】同マイクロマシンキャパシタの動作状態を説明する要部縦断面図である。
【図６】容量部の形状を異にした容量調整器を備える他のフェーズドアレイアンテナ装置の要部構成図である。
【図７】アンテナ線路に対する容量調整器による他の静電容量付加の構成図である。
【図８】従来のフェーズドアレイアンテナ装置の要部構成図である。
【図９】同フェーズドアレイアンテナ装置に備えられる移相器の平面図である。
【図１０】同移相器の構成図である。
【符号の説明】
１フェーズドアレイアンテナ装置、２アンテナ素子、３アンテナ線路、４容量調整器、５高周波信号処理部、６駆動制御部、７基板、８グランドパターン、９駆動電極、１０マイクロマシンキャパシタ、１１可動電極、１２支点部、１３容量部、１４電極部、２０マイクロマシンキャパシタ、２１可動電極、２３容量部、３０マイクロマシンスイッチ

Claims

伝送線路と、
固定端側がグランドと接続されかつ自由端側が上記伝送線路を対向電極として静電容量を付加するようにそれぞれ対向された可動電極を有し、この可動電極が上記伝送線路に対して接離する方向に駆動されることによって上記伝送線路上にバリキャップを構成する複数個のマイクロマシンキャパシタとから構成され、
上記各マイクロマシンキャパシタが上記伝送線路に沿って配列されるとともに選択的に駆動されて上記伝送線路に付加する静電容量を変化させることにより、上記伝送線路の位相調整特性が設定されることを特徴とする移相器。
上記各マイクロマシンキャパシタが、上記伝送線路に対する上記可動電極の対向間隔を可変制御されて上記伝送線路に付加する静電容量を変化させることにより、上記伝送線路の位相調整特性を設定することを特徴とする請求項１に記載の移相器。
上記各マイクロマシンキャパシタが、上記伝送線路に対して上記可動電極を単独若しくは複数組で駆動して上記伝送線路に付加する静電容量を変化させることにより、上記伝送線路の位相調整特性を設定することを特徴とする請求項１に記載の移相器。
上記各マイクロマシンキャパシタが、それぞれ上記伝送線路との対向面積を異にする上記可動電極を備え、選択的に駆動されることによって上記伝送線路に付加する静電容量を変化させることにより、上記伝送線路の位相調整特性を設定することを特徴とする請求項１に記載の移相器。
上記各マイクロマシンキャパシタが、それぞれ比誘電率を異にする上記可動電極を備え、選択的に駆動されることによって上記伝送線路に付加する静電容量を変化させることにより、上記伝送線路の位相調整特性を設定することを特徴とする請求項１に記載の移相器。
上記各マイクロマシンキャパシタが、上記グランドとの間にそれぞれ設けられたマイクロマシンスイッチを選択的に駆動することによって上記伝送線路に付加する静電容量を変化させることにより、上記伝送線路の位相調整特性を設定することを特徴とする請求項１に記載の移相器。
多数個のアンテナ素子と、
一端を上記各アンテナ素子のいずれか１個と接続されるとともに他端を高周波信号の送受信回路部と共通接続された多数本のアンテナ線路と、
上記各アンテナ線路に沿ってそれぞれ配列され、固定端側がグランドと接続されかつ自由端側がそれぞれ相対する上記アンテナ線路を対向電極として静電容量を付加するように対向された可動電極を有し、この可動電極が上記アンテナ線路に対して接離する方向に駆動されることによって上記アンテナ線路上にバリキャップを構成する複数個のマイクロマシンキャパシタからなる容量調整部とから構成され、
上記各容量調整部が、それぞれ相対する上記各アンテナ線路に沿って配列した上記各マイクロマシンキャパシタを選択的に駆動されて上記アンテナ線路に付加する静電容量を変化させて位相調整特性を設定し、このアンテナ線路を伝搬する上記アンテナ素子から送信或いは受信される高周波信号の位相調整を行うことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ装置。
上記各容量調整部が、上記各マイクロマシンキャパシタの上記可動電極を相対する上記アンテナ線路に対して対向間隔を可変制御するように駆動することによって静電容量を変化させることにより、上記アンテナ線路を伝搬する高周波信号の位相調整を行うことを特徴とする請求項７に記載のフェーズドアレイアンテナ装置。
上記各マイクロマシンキャパシタが、それぞれ上記アンテナ線路との対向面積を異にする上記可動電極を備え、選択的に駆動されることによって上記アンテナ線路に付加する静電容量を変化させることにより、上記アンテナ線路を伝搬する高周波信号の位相調整を行うことを特徴とする請求項７に記載のフェーズドアレイアンテナ装置。
上記各マイクロマシンキャパシタが、比誘電率を異にする複数個の上記可動電極を備え、これら可動電極を選択的に駆動することによって上記アンテナ線路に付加する静電容量を変化させることにより、上記アンテナ線路を伝搬する高周波信号の位相調整を行うことを特徴とする請求項７に記載のフェーズドアレイアンテナ装置。
上記各マイクロマシンキャパシタが、上記グランドとの間にそれぞれ設けられたマイクロマシンスイッチを選択的に駆動することによって上記アンテナ線路に付加する静電容量を変化させることにより、上記アンテナ線路を伝搬する高周波信号の位相調整を行うことを特徴とする請求項７に記載のフェーズドアレイアンテナ装置。