JP2006319792A - 移相器 - Google Patents

Abstract

【課題】全体構成を簡素化するとともに小型化ならびに軽量化を図った位相調整可能な移相器を提供するものであり、また、挿入損失が小さく、大電力を通過させることが可能な位相調整可能な移相器を提供する。
【解決手段】電磁波を伝送する導波管と、上記導波管に対して上記導波管の伝送路の軸方向に沿って順次に配置されるとともに上記導波管の管内に一方の端部側がそれぞれ挿入された複数のスタブとを有し、上記複数のスタブを同一の挿入長さだけ上記管内に挿入することにより、上記導波管を伝送する電磁波の位相を制御するようにした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、移相器に関し、さらに詳細には、導波管構造を用いた簡単な構成により広範囲に位相の調整を行うことができる移相器に関するものであり、特に、導波管回路の位相調整に用いて好適な移相器に関する。

一般に、電磁波の指向性を作るためのアレイアンテナにおいて、各アンテナ素子における電磁波の位相を揃えたり、あるいは、ずらしたりして指向性特性を変えようとする際には、各アンテナ素子における電磁波の位相を制御する必要がある。このような場合に、電磁波の位相を制御するための機器として移相器が用いられている。

また、上記したような場合のみならず、導波管回路における位相の制御はしばしば必要になり、こうした場合にも電磁波の位相を制御するための機器として移相器が用いられている。

従来、上記した移相器としては、例えば、導波管構造を内筒と当該内筒に外挿される外筒とにより構成し、これら内筒と外筒との嵌挿位置を適宜に変更することにより当該導波管構造の伝送路長を伸縮して、当該導波管構造内を伝送する電磁波の位相を制御するようにした構成を備えたものが知られている。

ここで、図１には、こうした導波管構造の伝送路長を伸縮自在な筒構造を備えた従来の移相器の一例の一部断面構成説明図が示されている。

この移相器１０は、電磁波を入力する入力端部１２ａと当該入力端部１２ａとは反対側の端部１２ｂとを備えるととともに入力端部１２ａと端部１２ｂとの間にＥベンドまたはＨべンドにより屈曲部１２ｃを形成されてＬ字形状に屈曲した第１矩形導波管部１２と、第１矩形導波管部１２の端部１２ｂに内挿される端部１４ａと当該端部１４ａとは反対側の端部１４ｂとを備えるととともに端部１４ａと端部１４ｂとの間にＥベンドまたはＨべンドにより第１屈曲部１４ｃおよび第２屈曲部１４ｄを形成されてコ字形状に屈曲した第２矩形導波管部１４と、第２矩形導波管部１４の端部１４ｂに外挿される端部１６ａと当該端部１６ａとは反対側の電磁波を出力する出力端部１６ｂとを備えるととともに端部１６ａと出力端部１６ｂとの間にＥベンドまたはＨべンドにより屈曲部１６ｃを形成されてＬ字形状に屈曲した第３矩形導波管部１６とを有して構成されている。

従って、この移相器１０においては、第１矩形導波管部１２の端部１２ｂと第２矩形導波管部１４の端部１４ａとの嵌挿位置ならびに第２矩形導波管部１４の端部１４ｂと第３矩形導波管部１６の端部１６ａとの嵌挿位置を適宜に変更することにより、移相器１０を構成する導波管構造の伝送路長を伸縮することができる。これにより、移相器１０を構成する導波管構造内を伝送する電磁波の位相を任意に制御することが可能となる。

しかしながら、この移相器１０は、ＥベンドまたはＨべンドを組み合わせて導波管構造を構成しているため、全体構成が複雑化するとともに大型化し、かつ、重量も重くなるという問題点があった。

一方、図２には、従来の移相器の他の例の一部断面構成説明図が示されているが、この移相器２０は、電磁波を入力する入力端部２２ａと電磁波を出力する出力端部２２ｂとを備えたサーキュレータ２２と、一方の端部２４ａをサーキュレータ２２に接続するとともに他方の端部２４ｂに移動自在な短絡板２４ｃを配置して導波管構造の伝送路長を伸縮自在とされた矩形導波管２４とを備えている。

従って、この移相器２０においては、矩形導波管２４の短絡板２４ｃの位置を適宜に変更することにより、移相器２０を構成する矩形導波管２４の伝送路長を伸縮することができる。これにより、サーキュレータ２２の入力端部２２ａに入力された電磁波の位相を任意に制御して、サーキュレータ２２の出力端部２２ｂから出力することが可能となる。

しかしながら、この移相器２０は、サーキュレータ２２の挿入損失のために、移相器全体の伝送損失が大きくなってしまうという問題点があった。

さらに、従来の移相器としては、導波管伝送路を同軸線路に変換し、電子回路により構成された移相手段により位相の制御を行って、その後に再度導波管伝送路に戻すようにしたものも知られている。

しかしながら、こうした移相器は、伝送損失が大きく、大電力を扱うことができないという問題点があった。

なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。

本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、「背景技術」の項で説明した従来の技術の問題点を解消して、全体構成を簡素化するとともに小型化ならびに軽量化を図った位相調整可能な移相器を提供しようとするものである。

また、本発明の目的とするところは、「背景技術」の項で説明した従来の技術の問題点を解消して、挿入損失が小さく、また、大電力を通過させることが可能な位相調整可能な移相器を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、導波管の伝送路の軸方向に沿って適当な間隔で複数のスタブを配置して、これら複数のスタブを全て同時に移動することにより、反射特性のよい移相器を構成するようにしたものである。

即ち、本発明による移相器は、導波管の管路中に挿入するスタブを当該導波管の伝送路の軸方向に沿って適当な間隔で複数箇所配置して、導波管の管路中へのスタブの挿入長を制御するようにしたものであり、これにより、スタブによる反射損失を抑制し、かつ、位相を変化することができるようになる。

この本発明による移相器は、「背景技術」の項で説明した従来の導波管の伝送路長を可変するようにした移相器に比べて、伝送損失を少なくすることが可能である。

また、本発明による移相器は、「背景技術」の項で説明した従来の導波管伝送路を同軸線路に変換した移相器に比べて、大電力を使用することができるとともに挿入損失も少なくすることができる。

なお、スタブは導波管そのものより小さく、かつ、軽量であり、導波管の管路中へスタブの抜き差しによりスタブの挿入長を可変するには、例えば、スクリューネジを回して抜き差しすることと同様に簡便に行うことができる。

即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、電磁波を伝送する導波管と、上記導波管に対して上記導波管の伝送路の軸方向に沿って順次に配置されるとともに上記導波管の管内に一方の端部側がそれぞれ挿入された複数のスタブとを有し、上記複数のスタブを同一の挿入長さだけ上記管内に挿入することにより、上記導波管を伝送する電磁波の位相を制御するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記複数のスタブは、上記伝送路の軸方向に沿う断面積（当該断面積は、換言すれば、導波管を伝送する電磁界の電界方向に直交する断面積、さらに換言すれば、スタブの挿入方向に直交する断面積である。）が同一の４個のスタブよりなり、上記４個のスタブ間におけるそれぞれの間隔が、上記導波管の管内波長の１／４、１／２、１／４に順次に設定されたものである。

また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記複数のスタブは、上記伝送路の軸方向に沿う断面積が同一の４個のスタブよりなり、上記４個のスタブ間におけるそれぞれの間隔が、上記導波管の管内波長の１／４の７０％〜９９％、１／２の７０％〜９９％、１／４の７０％〜９９％に順次に設定されたものである。

また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記複数のスタブは、３個のスタブよりなり、上記３個のスタブのなかで上記伝送路の軸方向に沿って中央に位置する１個のスタブの上記伝送路の軸方向に沿う断面積が、他の２個のスタブの上記伝送路の軸方向に沿う断面積の約２倍の大きさに設定されたものである。

また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、電磁波を伝送する導波管と、上記導波管に対して上記導波管の伝送路の軸方向に沿って順次に配置されるとともに上記導波管の管内に一方の端部側がそれぞれ挿入された３個のスタブとを有し、上記３個のスタブのなかで上記伝送路の軸方向に沿って中央に位置する１個のスタブの上記管内への挿入長さが、他の２個のスタブの上記管内への挿入長さの２倍に設定され、上記３個のスタブを上記設定された挿入長さだけ上記管内に挿入することにより、上記導波管を伝送する電磁波の位相を制御するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項４または５のいずれか１項に記載の発明において、上記３個のスタブ間におけるそれぞれの間隔が、上記導波管の管内波長の１／４に設定されたものである。

また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、本発明のうち請求項４または５のいずれか１項に記載の発明において、上記３個のスタブ間におけるそれぞれの間隔が、上記導波管の管内波長の１／４の７０％〜９９％に設定されたものである。

また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３、４、５、６または７のいずれか１項に記載の発明において、さらに、上記導波管の一方の端部にサーキュレータを接続するとともに、上記導波管の他方の端部を短絡したものである。

また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、本発明のうち請求項８に記載の発明において、上記導波管の他方の端部に上記伝送路の軸方向に沿って移動自在に短絡板を配置したものである。

また、本発明のうち請求項１０に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９のいずれか１項に記載の発明において、さらに、上記スタブを同時に移動する移動手段を有するようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、「背景技術」の項で説明した従来の技術の問題点を解消して、全体構成を簡素化するとともに小型化ならびに軽量化を図った位相調整可能な移相器を提供することができるという優れた効果を奏する。

また、本発明は、以上説明したように構成されているので、「背景技術」の項で説明した従来の技術の問題点を解消して、挿入損失が小さく、また、大電力を通過させることが可能な位相調整可能な移相器を提供することができるという優れた効果を奏する。

以下、添付の図面に基づいて、本発明による移相器の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

なお、以下の説明においては、それぞれ同一または相当する構成については、それぞれ同一の符号を付して示すことにより、重複する構成ならびに作用の説明は適宜に省略する。

図３（ａ）（ｂ）には本発明の実施の形態の一例による移相器１００の概念構成説明図が示されており、図３（ａ）は移相器１００の一部断面概念構成説明図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ矢視図である。

この移相器１００は、矩形導波管１０２と、矩形導波管１０２のＥ面１０２ａに伝送路の軸方向に沿って順次に配置されて矩形導波管１０２の管内１０２ｂにそれぞれの一方の端部１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａ側がそれぞれＥ面１０２ａに対して垂直方向に挿入される４本のスタブ１０４、１０６、１０８、１１０とを有している。

ここで、矩形導波管１０２において、４本のスタブ１０４、１０６、１０８、１１０は、それぞれ同じ長さＬだけ矩形導波管１０２の管内１０２ｂに挿入されている。

また、４本のスタブ１０４、１０６、１０８、１１０の伝送路の軸方向に沿う断面積（当該断面積は、換言すれば、導波管を伝送する電磁界の電界方向に直交する断面積、さらに換言すれば、スタブの挿入方向に直交する断面積である。）は、全て同一である。

以上の構成において、移相器１００においては、スタブ１０４、１０６、１０８、１１０による電磁波は互いに関連し合って、反射も余り立たない。

従って、移相器１００によれば、スタブ１０４、１０６、１０８、１１０の管内１０２ｂへ挿入されている長さＬを変化させることにより、伝送損失を小さな値に抑制しながら、矩形導波管１０２へ入出力される電磁波の位相差を変化することができる。

本願発明者により実施された実験によれば、４本のスタブ１０４、１０６、１０８、１１０のそれぞれの間の距離の長さたる間隔、即ち、スタブ１０４とスタブ１０６との間隔Ｌａ、スタブ１０６とスタブ１０８との間隔Ｌｂおよびスタブ１０８とスタブ１１０との間隔Ｌｃを全て管内波長の１／４の９０％にしたときには、反射損失が２５ｄＢ以上の条件内で入出力される電磁波の位相を６０度変えることができた。

また、４本のスタブ１０４、１０６、１０８、１１０の間隔を、間隔Ｌａおよび間隔Ｌｃを管内波長の１／４の７０％とし、間隔Ｌｂをその２倍にしたときには、反射損失が３５ｄＢ以上の条件内で入出力される電磁波の位相を７５度変えることができた。

従って、反射特性を厳密に要求し、かつ、位相角も大きく必要な場合には、間隔Ｌａおよび間隔Ｌｃを管内波長の１／４の７０％とするとともに間隔Ｌｂがその２倍となるように４本のスタブ１０４、１０６、１０８、１１０の間隔を設定することが好ましく、一方、反射特性を厳密に要求せず、かつ、位相角も６０度程度で良い場合には、移相器１００の全長を短くすることが可能である間隔Ｌａ、間隔Ｌｂおよび間隔Ｌｃが管内波長の１／４の９０％となるように４本のスタブ１０４、１０６、１０８、１１０の間隔を設定することが好ましいものである。

即ち、４本のスタブ１０４、１０６、１０８、１１０の間隔Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃやスタブ１０４、１０６、１０８、１１０の管内１０２ｂへの挿入の長さＬは、実際の必要条件に合わせて適宜に設定すればよい。

図４には本発明の実施の形態の他の例による移相器２００の概念構成説明図が示されており、図４は図３（ａ）に対応する一部断面概念構成説明図である。

この図４に示す移相器２００は、４本のスタブ１０４、１０６、１０８、１１０を同時に移動させて、スタブ１０４、１０６、１０８、１１０の管内１０２ｂへの挿入の長さＬを同時に変更可能な移動手段としてのモータ駆動機構２０２を備えている点において、移相器１００と異なっている。

こうしたモータ駆動機構２０２としては、例えば、リニアーモータなどを用いることができる。

また、スタブ１０４、１０６、１０８、１１０にスクリューを形成して、当該スクリューを回転することにより管内１０２ｂへスタブ１０４、１０６、１０８、１１０をねじ込む構成にした場合には、モータ駆動機構２０２は、同じ直径のプーリを全てのスタブ１０４、１０６、１０８、１１０のスクリューに取り付け、１つのタイミングベルトを全てのプーリとモータのプーリとに張設するように構成する。これにより、当該モータの回転に応じてスタブ１０４、１０６、１０８、１１０のスクリューがそれぞれ同じだけ回転し、スタブ１０４、１０６、１０８、１１０の管内１０２ｂへの挿入の長さＬを全て等しく同時に変更することができる。

なお、モータの回転に応じてスタブ１０４、１０６、１０８、１１０のスクリューをそれぞれ同じだけ回転させるには、上記したプーリとタイミングベルトとを用いた構成を用いることに限られものではなく、ギア機構などを使用してもよいことは勿論である。

また、移相器２００によれば、モータ駆動機構２０２を遠隔操作することにより、位相制御を移相器２００から離隔した場所で行うことが可能になり、複雑な導波管回路内における作業者の手の届かないような作業困難な場所に配置された移相器の調整を非常に簡単に行うことができるようになる。

さらに、モータ駆動機構２０２のモータとしてステッピングモータを使用すれば、それをデジタル制御することにより、任意の位相に設定することが可能になる。

ここで、移相器１００ならびに移相器２００のようにスタブ１０４、１０６、１０８、１１０を管内１０２ｂへ挿入すると、反射損失が非常に小さくなることを以下に詳細に説明する。

矩形導波管１０２にスタブ１０４、１０６、１０８、１１０を挿入するということは、伝送線路に容量性素子をシャントに挿入したことに相当し、間隔Ｌａ、Ｌｃを管内波長λの１／４とするとともに間隔Ｌｂを管内波長λの１／２として矩形導波管１０２の管内１０２ｂへスタブ１０４、１０６、１０８、１１０を挿入した状態の等価回路は、図５に示すようになる。また、各点のインピーダンスなどをスミスチャートに書けば、図６に示すようになる。

導波管のインピーダンスＺ０はチャートの中央点であり、容量アドミタンスｊＹ１が加わると、チャートの左下に廻りＺ１にくる。伝送線路をλ／４戻った所でインピーダンスが反転し（Ｚ→１／Ｚ）、チャート上中央点の反対側のＺ２にくる。容量アドミタンスｊＹ２が加わると、チャートの右下に廻りＺ３にくる。伝送線路をλ／２戻った所でインビーダンスが変らず、Ｚ４＝Ｚ３である。これに容量アドミタンスｊＹ３が加わると、チャートの左下に廻りＺ５にくる。伝送線路をλ／４戻った所でインピーダンスが反転し、チャート上中央点の反対側Ｚ６にくる。Ｚ６に容量アドミタンスｊＹ４が加わると、チャートの右下に廻りＺ７にくる。これらのＹ１からＹ４を適宜に設定することにより、Ｚ７は中央点にくるようになり、即ち、インピーダンスマッチングの状態になる。

ここで、Ｙ１からＹ４を同じにしてインピーダンスマッチング状態にするには、スタブ１０４、１０６、１０８、１１０の間隔、即ち、間隔Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃを適宜に調整することでも可能である。

従って、複数本のスタブを導波管の管内に挿入することにより、トータルで反射を無くすことができ、挿入損失は発生することはない。

なお、スタブ１０４、１０６、１０８、１１０のような容量性素子が何個か矩形導波管１０２に追加されることで位相廻りが発生することは、容易に想像することができる。スタブ１０４、１０６、１０８、１１０の矩形導波管１０２の管内１０２ｂへの挿入長さＬの変化に伴う位相変化ならびに反射損失の変化を、ＨＦＳＳ（Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）によりシミュレーションした計算結果が図７（ａ）に示されており、当該計算結果を示すグラフが図７（ｂ）（ｃ）に示されている。

なお、この図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すシミュレーションにおいては、矩形導波管１０２に入出力される電磁波の周波数を５８００ＭＨｚとした。

また、矩形導波管１０２の管内波長λを「λ＝６７．７２」とし、矩形導波管１０２の管内波長λの１／４を「λ／４＝１６．９３」とし、矩形導波管１０２の矩形断面の長辺ａの寸法は４０ｍｍで固定とし、矩形導波管１０２の矩形断面の短辺ｂの寸法を１０ｍｍとした場合と２０ｍｍとした場合とについて計算した。

さらに、スタブ１０４、１０６、１０８、１１０の直径を５ｍｍとし、間隔Ｌａを１５ｍｍとし、間隔Ｌｂを３０ｍｍとし、間隔Ｌｃを１５ｍｍとし、全てのスタブ１０４、１０６、１０８、１１０の挿入長さＬを「Ｌ＝０．０５ｍｍ」から「Ｌ＝７．００ｍｍ」まで同時に移動させた。

ここで、図７（ａ）は上記したシミュレーションした計算結果を示し、図７（ｂ）は計算結果により得られた位相変化を示すグラフであり、図７（ｃ）は計算結果により得られた反射損失の変化を示すグラフであって、この結果からは、反射損失を３０ｄＢ以上確保し、位相を７０度まで回すことが可能であることがわかる。

次に、図８（ａ）（ｂ）には本発明の実施の形態の他の例による移相器３００の概念構成説明図が示されており、図８（ａ）は図３（ａ）に対応する一部断面概念構成説明図であり、図８（ｂ）は図３（ｂ）に対応する図８（ａ）のＢ矢視図である。

この図８（ａ）（ｂ）に示す移相器３００は、矩形導波管１０２のＥ面１０２ａに伝送路の軸方向に沿って順次に配置されて矩形導波管１０２の管内１０２ｂにそれぞれの一方の端部３０４ａ、３０６ａ、３０８ａ側がそれぞれＥ面１０２ａに対して垂直方向に挿入される３本のスタブ３０４、３０６、３０８を有している。

ここで、矩形導波管１０２における伝送路の軸方向に対して中央に位置するスタブ３０６は、他のスタブ３０４、３０８に比べて、矩形導波管１０２における伝送路の軸方向に沿う断面積（当該断面積は、換言すれば、導波管を伝送する電磁界の電界方向に直交する断面積、さらに換言すれば、スタブの挿入方向に直交する断面積である。）が約２倍、例えば、２倍の大きさに設定されている。

なお、３本のスタブ３０４、３０６、３０８の矩形導波管１０２の管内１０２ｂへの挿入長さＬは、全て同一の長さとなるように設定されている。

また、図９（ａ）（ｂ）には本発明の実施の形態の他の例による移相器４００の概念構成説明図が示されており、図９（ａ）は図３（ａ）に対応する一部断面概念構成説明図であり、図９（ｂ）は図３（ｂ）に対応する図９（ｂ）のＣ矢視図である。

この図９（ａ）に示す移相器４００は、矩形導波管１０２のＥ面１０２ａに伝送路の軸方向に沿って順次に配置されて矩形導波管１０２の管内１０２ｂにそれぞれの一方の端部４０４ａ、４０６ａ、４０８ａ側がそれぞれＥ面１０２ａに対して垂直方向に挿入される３本のスタブ４０４、４０６、４０８を有している。

ここで、矩形導波管１０２における伝送路の軸方向に対して中央に位置するスタブ４０６は、矩形導波管１０２の管内１０２ｂへの挿入長さＬ１が、他のスタブ４０４、４０８の管内１０２ｂへの挿入長さＬ２に比べて、約２倍の大きさに設定されている。

なお、３本のスタブ４０４、４０６、４０８の伝送路の軸方向に沿う断面積は、全て同一となるように設定されている。

以上の構成において、移相器３００においては、スタブ３０４、３０６、３０８による電磁波は互いに関連し合って、反射も余り立たない。従って、移相器３００によれば、伝送損失を小さな値に抑制しながら、スタブ３０４、３０６、３０８の管内１０２ｂへ挿入されている長さＬを変化させることにより、矩形導波管１０２の入出力間の位相差を変化することができる。

同様に、移相器４００においては、スタブ４０４、４０６、４０８による電磁波は互いに関連し合って、反射も余り立たない。従って、移相器４００によれば、伝送損失を小さな値に抑制しながら、スタブ４０４、４０６、４０８の管内１０２ｂへ挿入されている長さＬ１、Ｌ２を変化させることにより、矩形導波管１０２の入出力間の位相差を変化することができる。

なお、移相器３００においてスタブ３０４とスタブ３０６との間隔Ｌａ’とスタブ３０６とスタブ３０８との間隔Ｌｃ’とを管内波長λの１／４またはそれより僅かに短くした場合と、移相器４００においてスタブ４０４とスタブ４０６との間隔Ｌａ’’とスタブ４０６とスタブ４０８との間隔Ｌｃ’’とを管内波長λの１／４またはそれより僅かに短くした場合との動作原理は、移相器１００ならびに移相器２００の動作原理と同様である。

即ち、移相器３００ならびに移相器４００は、移相器１００ならびに移相器２００における間隔Ｌｂを省いた構造、つまり、移相器１００ならびに移相器２００のおけるスタブ１０６とスタブ１０８とが同じ位置に重なった構造に相当する。

移相器３００においては、同じ位置に重なったスタブ１０６およびスタブ１０８がスタブ３０６に相当し、また、移相器４００においては、同じ位置に重なったスタブ１０６およびスタブ１０８がスタブ４０６に相当するものである。つまり、移相器３００においては、スタブ３０６の伝送路の軸方向に沿う断面積を他のスタブ３０４、３０８の約２倍の大きさに設定することにより、スタブ１０６とスタブ１０８とが同じ位置に重なった効果を達成するものであり、一方、移相器４００においては、スタブ４０６の管内１０２ｂへの挿入長さＬ１を他のスタブ４０４、４０８の挿入長さＬ２の約２倍の大きさに設定することにより、スタブ１０６とスタブ１０８とが同じ位置に重なった効果を達成するものである。

なお、移相器４００において、間隔Ｌａ’’と間隔Ｌｃ’’とを管内波長λの１／４の９０％としたときに、反射損失が３０ｄＢ以上の条件内で位相角を７０度変えることが可能であることがＨＦＳＳのシシミュレーションにより得られた。

また、移相器３００において、移相器２００において用いたモータ駆動機構２０２と同様な構成を備えるようにすれば、移相器２００と同様に、１つのモータにより全てのスタブ３０４、３０６、３０８を一括して同時に移動し、管内１０２ｂへの挿入の長さＬを全て等しく同時に変更することができる。

同様に、移相器４００において、移相器２００において用いたモータ駆動機構２０２と同様な構成を備えるようにすれば、移相器２００と同様に、１つのモータにより全てのスタブ４０４、４０６、４０８を一括して同時に移動し、管内１０２ｂへの挿入の長さＬ１、Ｌ２を同時に変更することができる。ここで、スタブ４０４、４０６、４０８にスクリューを形成して、当該スクリューを回転することにより管内１０２ｂへスタブ４０４、４０６、４０８をねじ込む構成にした場合には、モータ駆動機構２０２は、スタブ４０８、４０８のスクリューに取り付けるプーリよりもその直径が半分のプーリをスタブ４０６のスクリューに取り付け、１つのタイミングベルトを全てのプーリとモータのプーリとに張設するように構成する。これにより、当該モータの回転に応じてスタブ４０６のスクリューのみが他のスタブ４０４、４０８の回転数よりも２倍の回転数で回転し、スタブ４０６の管内１０２ｂへの挿入長さＬ２のみが、他のスタブ４０４、４０８の管内１０２ｂへの挿入長さＬ１に比べて２倍の長さとなる。

なお、移相器３００ならびに移相器４００においても、移相器１００ならびに移相器２００と同様に、モータの回転に応じてスタブ３０４、３０６、３０８ならびにスタブ４０４、４０６、４０８のスクリューを回転させるには、プーリとタイミングベルトとを用いた構成を用いることに限られものではなく、ギア機構などを使用してもよいことは勿論である。

なお、位相調整範囲を大きくとりたい場合には、電磁波を入力する入力端部と電磁波を出力する出力端部とを備えたサーキュレータに移相器１００、移相器２００、移相器３００ならびに移相器４００のいずれかの一方の端部を接続し、当該一方の端部をサーキュレータに接続した移相器の他方の端部に短絡板を配置するようにしたような移相器を構成してもよい。このように構成された移相器も、本発明の範囲に含まれる。

図１０には、上記したサーキュレータを用いた移相器の実施の形態の他の例が示されており、この移相器５００は、電磁波を入力する入力端部２２ａと電磁波を出力する出力端部２２ｂとを備えたサーキュレータ２２と、一方の端部１０２ｃをサーキュレータ２２に接続するとともに他方の端部１０２ｄに短絡板５０４を配置した移相器１００とよりなるものである。

以上の構成において、移相器５００によれば、サーキュレータ２２の入力端部から入った電磁波はサーキュレータ２２から移相器１００の方に出て、移相器１００を往復し戻ってきてサーキュレータ２２の出力端部２２ｂから出力される。この際に、移相器１００の移相範囲の２倍の移相範囲が得られる。

なお、上記した短絡板５０４は、導波管１０２の伝送路の軸方向に沿って移動自在に構成して、導波管１０２の伝送路長を変化することができるようにしてもよい。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）〜（７）に示すように変形することができるものである。

（１）上記した実施の形態においては、矩形導波管の長さは特に限定されるものではないが、矩形導波管の長さが短くなると反射損失や位相調整範囲が狭くなるので、矩形導波管の長さは具体的な使用条件などに応じて適宜の長さを選択するようにすればよい。

（２）上記した実施の形態においては、移相器１００、移相器２００、移相器３００ならびに移相器４００をそれぞれ単独で用いた場合について説明したが、移相器１００、移相器２００、移相器３００ならびに移相器４００はそれぞれ単独で用いるのに限られるものではなく、移相器１００、移相器２００、移相器３００ならびに移相器４００の何れかあるいは全てを適宜に複数個組み合わせて用いるようにしてもよいことは勿論であり、こうしたものも本発明の範囲に含まれる。即ち、移相器１００、移相器２００、移相器３００ならびに移相器４００をそれぞれ単独で用いた場合では必要な位相調整範囲が得られない場合でも、移相器１００、移相器２００、移相器３００ならびに移相器４００の何れかあるいは全てを適宜に複数個組み合わせて用いることにより、位相調整範囲を広げることができる。例えば、一方は半固定、即ち、機器毎に位相調整は必要ではあるが、ある位相範囲に調整すれば遠隔位相制御の範囲は狭くてよいという場合には、移相器１００と移相器２００とを組み合わせて使用すればよい。また、移相器１００、移相器２００、移相器３００ならびに移相器４００の何れかあるいは全てを適宜に複数個組み合わせて用いることにより、例えば、３６０度の遅い移相機能と狭い移相範囲の高速移相機能とを併せ持つ移相器を構成することができる。

（３）上記した実施の形態においては、矩形導波管のＥ面にスタブを配置した場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、矩形導波管のＨ面にスタブを配置するようにしてもよい。

（４）上記した実施の形態においては、導波管として矩形導波管を用いた場合について説明したが、本発明で用いることのできる導波管は矩形導波管に限られるものではないことは勿論であり、例えば、導波管として円形導波管などを用いてもよい。

（５）上記した実施の形態においては、導波管にスタブを３個あるいは４個配置した場合について説明したが、導波管に配置するスタブの数は３個あるいは４個に限られるものではないことは勿論であり、具体的な使用条件などに応じて適宜の数を選択するようにすればよい。

（６）上記した実施の形態においては、隣り合うスタブの間隔の距離として、管内波長λの１／４あるいは１／２ならびにそれらの７０％あるいは９０％を示したが、管内波長λの１／４あるいは１／２よりも短い距離を設定する場合には、それらの７０％あるいは９０％に限られることなし、７０％〜９９％の間で任意の値、例えば、７５％、８０％、９０％あるいは９９％などを適宜に設定するようにしてよい。

（７）上記した実施の形態ならびに上記した（１）〜（６）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、電磁波の位相を制御する際に用いることができ、例えば、電磁波の指向性を作るためのアレイアンテナなどにおける電磁波の位相制御に利用することができる。

図１は、導波管構造の伝送路長を伸縮自在な筒構造を備えた従来の移相器の一例の一部断面構成説明図である。 図２は、従来の移相器の他の例の一部断面構成説明図である。 図３（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態の一例による移相器の概念構成説明図であり、図３（ａ）は移相器の一部断面概念構成説明図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ矢視図である。 図４は、本発明の実施の形態の他の例による移相器の概念構成説明図であって、図３（ａ）に対応する一部断面概念構成説明図である。 図５は、本発明の実施の形態の他の例による移相器の等価回路である。 図６は、図５に示す等価回路の各点のインピーダンスなどを示すスミスチャートである。 図７（ａ）はＨＦＳＳ（Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）によりシミュレーションした計算結果を示す図表であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す計算結果により得られた位相変化を示すグラフであり、図７（ｃ）は図７（ａ）に示す計算結果により得られた反射損失の変化を示すグラフである。 図８（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態の他の例による移相器の概念構成説明図であり、図８（ａ）は図３（ａ）に対応する一部断面概念構成説明図であり、図８（ｂ）は図３（ｂ）に対応する図８（ａ）のＢ矢視図である。 図９（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態の他の例による移相器の概念構成説明図であり、図９（ａ）は図３（ａ）に対応する一部断面概念構成説明図であり、図９（ｂ）は図３（ｂ）に対応する図９（ｂ）のＣ矢視図である。 図１０は、本発明の実施の形態の他の例による移相器の一部断面構成説明図である。

符号の説明

１００ 移相器
１０２ 矩形導波管
１０２ａ Ｅ面
１０２ｂ 管内
１０４、１０６、１０８、１１０ スタブ
１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、１１０ａ 端部
２００ 移相器
２０２ モータ駆動機構
３００ 移相器
３０４、３０６、３０８ スタブ
３０４ａ、３０６ａ、３０８ａ 端部
４００ 移相器
４０４、４０６、４０８ スタブ
４０４ａ、４０６ａ、４０８ａ 端部
５００ 移相器
５０４ 短絡板

Claims (10)

1. 電磁波を伝送する導波管と、
   前記導波管に対して前記導波管の伝送路の軸方向に沿って順次に配置されるとともに前記導波管の管内に一方の端部側がそれぞれ挿入された複数のスタブと
   を有し、
   前記複数のスタブを同一の挿入長さだけ前記管内に挿入することにより、前記導波管を伝送する電磁波の位相を制御する
   ことを特徴とする移相器。
2. 請求項１に記載の移相器において、
   前記複数のスタブは、前記伝送路の軸方向に沿う断面積が同一の４個のスタブよりなり、
   前記４個のスタブ間におけるそれぞれの間隔が、前記導波管の管内波長の１／４、１／２、１／４に順次に設定された
   ことを特徴とする移相器。
3. 請求項１に記載の移相器において、
   前記複数のスタブは、前記伝送路の軸方向に沿う断面積が同一の４個のスタブよりなり、
   前記４個のスタブ間におけるそれぞれの間隔が、前記導波管の管内波長の１／４の７０％〜９９％、１／２の７０％〜９９％、１／４の７０％〜９９％に順次に設定された
   ことを特徴とする移相器。
4. 請求項１に記載の移相器において、
   前記複数のスタブは、３個のスタブよりなり、
   前記３個のスタブのなかで前記伝送路の軸方向に沿って中央に位置する１個のスタブの前記伝送路の軸方向に沿う断面積が、他の２個のスタブの前記伝送路の軸方向に沿う断面積の約２倍の大きさに設定された
   ことを特徴とする移相器。
5. 電磁波を伝送する導波管と、
   前記導波管に対して前記導波管の伝送路の軸方向に沿って順次に配置されるとともに前記導波管の管内に一方の端部側がそれぞれ挿入された３個のスタブと
   を有し、
   前記３個のスタブのなかで前記伝送路の軸方向に沿って中央に位置する１個のスタブの前記管内への挿入長さが、他の２個のスタブの前記管内への挿入長さの２倍に設定され、
   前記３個のスタブを前記設定された挿入長さだけ前記管内に挿入することにより、前記導波管を伝送する電磁波の位相を制御する
   ことを特徴とする移相器。
6. 請求項４または５のいずれか１項に記載の移相器において、
   前記３個のスタブ間におけるそれぞれの間隔が、前記導波管の管内波長の１／４に設定された
   ことを特徴とする移相器。
7. 請求項４または５のいずれか１項に記載の移相器において、
   前記３個のスタブ間におけるそれぞれの間隔が、前記導波管の管内波長の１／４の７０％〜９９％に設定された
   ことを特徴とする移相器。
8. 請求項１、２、３、４、５、６または７のいずれか１項に記載の移相器において、さらに、
   前記導波管の一方の端部にサーキュレータを接続するとともに、前記導波管の他方の端部を短絡した
   ことを特徴とする移相器。
9. 請求項８に記載の移相器において、
   前記導波管の他方の端部に前記伝送路の軸方向に沿って移動自在に短絡板を配置した
   ことを特徴とする移相器。
10. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９のいずれか１項に記載の移相器において、さらに、
    前記スタブを同時に移動する移動手段を有する
    ことを特徴とする移相器。

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