JP2012010153A - Variable phase shifter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variable phase shifter that has a simpler structure than before and also has a large phase shift amount, and is compact and superior in high-frequency characteristics.SOLUTION: The variable phase shifter has transmission lines 101, 102 including a first dielectric substrate 10 and a signal path 11 formed on an upper surface 10b of the first dielectric substrate 10 and propagating signals. The transmission lines 101, 102 comprise a first transmission line 101 having a second dielectric substrate 20 arranged over the signal line 11; and a second transmission line 102 having a different-dielectric-constant part 23 that has a dielectric constant different from that of the second dielectric substrate 20, arranged over the signal line 11, and differing in effective dielectric constant from the first transmission line 101. The second dielectric substrate 20 and the different-dielectric-constant part 23 are arranged movably along the upper surface 10b of the first dielectric substrate 10, and the transmission line length ratio of the first transmission line 101 and the second transmission line 102 of the transmission lines 101, 102 is varied by the movement.

Description

本発明は、可変位相器に係り、特に位相可変量が大きな可変位相器に関する。   The present invention relates to a variable phase shifter, and more particularly to a variable phase shifter having a large phase variable amount.

位相を連続可変させる方法としては、伝送線路の長さを変えるようにしたものが性能的に安定であり、一般的に多く用いられている。   As a method for continuously varying the phase, a method in which the length of the transmission line is changed is stable in performance, and is generally used in many cases.

例えば、同軸伝送線路の長さを可変する機構を設けた可変位相器(例えば、特許文献1参照)や、マイクロストリップ線路の長さを可変する機構を設けた可変位相器(例えば、特許文献2参照)が公知である。   For example, a variable phase shifter (for example, see Patent Document 1) provided with a mechanism for changing the length of a coaxial transmission line, or a variable phase shifter (for example, Patent Document 2) provided with a mechanism for changing the length of a microstrip line. Is known).

特許文献1に開示されたような従来の可変位相器は、図9(a)に示すように、入出力コネクタ61、62と、この入出力コネクタ61、62に接続された固定の伝送ライン63と、この固定の伝送ライン63に対し摺動自在な可動の伝送ライン64により構成されている。導電性のケース65内に収容された伝送ライン63、64は、パイプ形状で互いが嵌まり込み電気的に接続されている。   As shown in FIG. 9A, the conventional variable phase shifter disclosed in Patent Document 1 includes input / output connectors 61 and 62, and a fixed transmission line 63 connected to the input / output connectors 61 and 62. The movable transmission line 64 is slidable with respect to the fixed transmission line 63. The transmission lines 63 and 64 accommodated in the conductive case 65 are fitted into each other in a pipe shape and are electrically connected.

可動の伝送ライン64が移動することにより、伝送ライン63、64の全体の長さを可変とすることができ、これにより入出力コネクタ61、62間の伝送線路長が変化し、位相を連続的に可変とすることができる。   By moving the movable transmission line 64, the entire length of the transmission lines 63 and 64 can be made variable, whereby the transmission line length between the input / output connectors 61 and 62 changes, and the phase is continuously changed. Can be made variable.

また、特許文献2に開示されたような従来の可変位相器は、図9(b)に示すように、第1基板71上に形成された2本のマイクロストリップ線路72、73と、第2基板74上に形成された結合マイクロストリップ線路75と、を備えている。   Further, a conventional variable phase shifter as disclosed in Patent Document 2 includes two microstrip lines 72 and 73 formed on a first substrate 71, as shown in FIG. A coupled microstrip line 75 formed on the substrate 74.

第2基板74は、結合マイクロストリップ線路75が形成された面と、第1基板71の2本のマイクロストリップ線路72、73が形成された面とが対向するように、第1基板71に対してスライド可能に設置される。このとき、第2基板74は、結合マイクロストリップ線路75の一端部が入力側マイクロストリップ線路72と直接接触して電気的に接続され、他端部が出力側マイクロストリップ線路73と直接接触して電気的に接続されるように設置される。   The second substrate 74 faces the first substrate 71 such that the surface on which the coupled microstrip line 75 is formed and the surface on which the two microstrip lines 72 and 73 of the first substrate 71 are opposed. And slidable. At this time, one end of the coupled microstrip line 75 is in direct contact with and electrically connected to the input side microstrip line 72, and the other end of the second substrate 74 is in direct contact with the output side microstrip line 73. Installed to be electrically connected.

そして、結合マイクロストリップ線路75が形成された第2基板74をスライドさせることにより、入力ポートPiと出力ポートPoの間の伝送線路長を変化させて位相を変えている。   Then, by sliding the second substrate 74 on which the coupled microstrip line 75 is formed, the transmission line length between the input port Pi and the output port Po is changed to change the phase.

特開平11−163608号公報JP-A-11-163608 特開2009−147442号公報JP 2009-147442 A

しかしながら、特許文献1に開示されたような従来の可変位相器は、伝送線路長を変化させるための駆動機構が複雑になるとともに、可動の伝送ラインを直線状に構成する必要があるため、位相可変量を大きくするほど駆動機構を含めて大型化してしまうという問題を有していた。また、安定的に伝送線路長を可変するためには使用する部品の加工精度が必要となり高価となる問題もあった。   However, the conventional variable phase shifter disclosed in Patent Document 1 has a complicated driving mechanism for changing the transmission line length and requires that the movable transmission line be configured in a straight line. The larger the variable amount, the larger the size including the drive mechanism. Further, in order to stably change the transmission line length, there is a problem that the processing accuracy of the parts to be used is required and the cost becomes high.

また、特許文献2に開示されたような従来の可変位相器においては、対向する2つの基板にそれぞれ形成されたマイクロストリップ線路同士のパターン合わせを正確に行うことは困難であり、可動部を短くする/可動部を直線にする/可動部の線路幅を広くするなどの対策を必要に応じて実施するため、位相可変量/小型化/伝送線路特性などを犠牲にする必要があった。   Further, in the conventional variable phase shifter as disclosed in Patent Document 2, it is difficult to accurately perform pattern matching between the microstrip lines formed on the two opposing substrates, and the movable part is shortened. In order to implement measures such as performing / moving the movable part in a straight line / widening the line width of the movable part as necessary, it is necessary to sacrifice phase variable amount / miniaturization / transmission line characteristics.

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、従来よりも構造が簡易で位相可変量が大きく、小型で高周波特性に優れた可変位相器を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a conventional problem, and provides a variable phase shifter having a simpler structure, a larger amount of phase variable than that of the prior art, a small size, and excellent high-frequency characteristics. Objective.

上記課題を解決するために、本発明の請求項1の可変位相器は、第1の誘電体基板と、前記第1の誘電体基板の一方の面上に形成され、信号を伝播させる信号線路と、を含む伝送線路を有し、前記伝送線路は、前記信号線路の上方に第2の誘電体基板を配置した第1の伝送線路と、前記信号線路上方に前記第2の誘電体基板と異なる誘電率の異誘電率部を配置した、前記第1の伝送線路とは実効誘電率が異なる第2の伝送線路と、を含んでなり、前記第2の誘電体基板と前記異誘電率部は、前記第1の誘電体基板の前記一方の面に沿って移動可能に配置され、前記移動によって前記伝送線路における前記第1の伝送線路と前記第2の伝送線路の伝送路長比率が可変されることにより前記伝送線路における前記信号の伝播速度が変化し、該信号の位相を可変させて出力する構成を有している。
この構成により、従来よりも構造が簡易で小型かつ位相可変量の大きい可変位相器を実現できる。
In order to solve the above-mentioned problems, a variable phase shifter according to claim 1 of the present invention is a first dielectric substrate and a signal line formed on one surface of the first dielectric substrate to propagate a signal. The transmission line includes: a first transmission line in which a second dielectric substrate is disposed above the signal line; and the second dielectric substrate above the signal line. A second transmission line having an effective dielectric constant different from that of the first transmission line, wherein the second dielectric substrate and the different dielectric constant part are arranged. Is arranged so as to be movable along the one surface of the first dielectric substrate, and the movement allows the transmission line length ratio of the first transmission line and the second transmission line to be variable in the transmission line. The propagation speed of the signal in the transmission line changes, and the signal It has a structure of outputting by varying the phase.
With this configuration, it is possible to realize a variable phase shifter that has a simpler structure, a smaller size, and a larger phase variable amount than the conventional one.

また、本発明の請求項2の可変位相器は、前記信号線路が、蛇行状に形成されている構成を有している。また、本発明の請求項3の可変位相器は、前記信号線路が、所定の軸上に曲率中心を有する円弧状に形成されている構成を有している。
これらの構成により、外形を大きくすることなく伝送線路長を長くできるので、より小型化を実現できるとともに位相可変量の増大を実現することが可能である。なお、信号線路を蛇行状に形成することは従来技術の伝送線路長を可変する(可動部を合わせる)構造で実現することは難しい。
The variable phase shifter according to claim 2 of the present invention has a configuration in which the signal line is formed in a meandering shape. The variable phase shifter according to claim 3 of the present invention has a configuration in which the signal line is formed in an arc shape having a center of curvature on a predetermined axis.
With these configurations, the length of the transmission line can be increased without increasing the outer shape, so that further miniaturization can be realized and an increase in the phase variable amount can be realized. Note that it is difficult to form the signal line in a meandering manner with a conventional structure in which the transmission line length is variable (movable parts are combined).

また、本発明の請求項4の可変位相器は、前記伝送線路の特性インピーダンスが所望の値となるように、前記異誘電率部上部の所定位置に接地導体を設けた構成を有している。
この構成により、異誘電率部が信号線路の上方にあるときの特性インピーダンスが、第2の誘電体基板が上方にあるときの特性インピーダンスからずれることによる周波数特性の劣化をなくすことができるので(異誘電率部上部の所定位置に接地導体を設けることにより特性インピーダンス補正を行う機構を設けるため)、高周波特性においても優れた可変位相器を実現できる。
The variable phase shifter according to claim 4 of the present invention has a configuration in which a ground conductor is provided at a predetermined position above the different dielectric constant portion so that the characteristic impedance of the transmission line becomes a desired value. .
With this configuration, since the characteristic impedance when the different dielectric constant portion is above the signal line can be deviated from the characteristic impedance when the second dielectric substrate is above, deterioration in frequency characteristics can be eliminated ( Because a mechanism for correcting characteristic impedance is provided by providing a ground conductor at a predetermined position above the different dielectric constant portion), a variable phase shifter excellent in high frequency characteristics can be realized.

また、本発明の請求項5の可変位相器は、前記異誘電率部が、空気層あるいは誘電体部材からなる構成を有している。
異誘電率部を空気層とすることは、第2の誘電体基板に空洞部を設けるだけでよく、少ない部品で可変位相器を実現できる。また、空気層は誘電率が低く、第1の伝送線路と第2の伝送線路との実効誘電率差を大きくとることができる。
異誘電率部を誘電体部材とすることは、請求項4に係る発明においては接地導体と信号線路との間に誘電体材料を介在できるため、接地導体と信号線路との接触がより生じにくい構造となるという効果がある。
The variable phase shifter according to claim 5 of the present invention has a configuration in which the different dielectric constant portion is formed of an air layer or a dielectric member.
Making the different dielectric constant portion an air layer only requires a hollow portion in the second dielectric substrate, and a variable phase shifter can be realized with a small number of components. In addition, the air layer has a low dielectric constant, and a large difference in effective dielectric constant between the first transmission line and the second transmission line can be obtained.
In the invention according to claim 4, since the dielectric member is a dielectric member, since a dielectric material can be interposed between the ground conductor and the signal line, the contact between the ground conductor and the signal line is less likely to occur. There is an effect that it becomes a structure.

また、本発明の請求項6の可変位相器は、前記伝送線路が、コプレナーウエーブガイドあるいはグランデッドコプレナーウエーブガイドである構成を有している。
この構成により、伝送線路をマイクロストリップ線路で構成した場合と比較して、異誘電率部が空気層であっても高周波部での群遅延特性が良好であるため、高周波特性の優れた可変位相器を実現できる。なお、コプレナーウエーブガイドあるいはグランデッドコプレナーウエーブガイドの伝送線路において、信号線路と接地導体パターンの間隔が狭い場合でも、本構造は従来技術の伝送線路長を可変する(可動部を合わせる)構造ではないので容易に実現可能である。
In the variable phase shifter according to a sixth aspect of the present invention, the transmission line is a coplanar wave guide or a grounded coplanar wave guide.
Compared to the case where the transmission line is configured by a microstrip line, this configuration has a good group delay characteristic at the high-frequency part even if the different dielectric constant part is an air layer. Can be realized. In addition, in the transmission line of a coplanar wave guide or a grounded coplanar wave guide, even when the distance between the signal line and the grounding conductor pattern is narrow, this structure is a structure in which the transmission line length of the conventional technology is variable (movable parts are matched). Since it is not, it is easily realizable.

本発明は、従来よりも構造が簡易であり小型化に優れている。さらに、本発明は、高周波特性にも優れた構造とすることも容易であり、位相可変量が大きく、小型で高周波特性にも優れた可変位相器を提供するものである。   The present invention has a simpler structure than the conventional one and is excellent in miniaturization. Furthermore, the present invention provides a variable phase shifter that can be easily made into a structure excellent in high-frequency characteristics, has a large phase variable amount, is small, and has excellent high-frequency characteristics.

本発明に係る可変位相器の構成を示す分解斜視図1 is an exploded perspective view showing a configuration of a variable phase shifter according to the present invention. 本発明に係る可変位相器が備える伝送線路の構成例を示す上面図The top view which shows the structural example of the transmission line with which the variable phase shifter which concerns on this invention is equipped. 本発明に係る可変位相器が備える第2の誘電体基板および異誘電率部の回転された状態を示す上面図The top view which shows the rotated state of the 2nd dielectric substrate and variable dielectric constant part with which the variable phase shifter which concerns on this invention is equipped 図3のA−A'線断面図およびB−B'線断面図AA 'line sectional view and BB' line sectional view of FIG. 図3のA−A''線断面図およびB−B''線断面図AA '' line sectional view and BB '' line sectional view of FIG. 信号線路の上部に第2の誘電体基板を配置した場合の反射特性S11、透過特性S21および群遅延特性Tgのシミュレーション結果を示すグラフGraph showing simulation results of reflection characteristic S 11 , transmission characteristic S 21, and group delay characteristic T g when the second dielectric substrate is disposed on the signal line 信号線路の上部に空気層を配置(上部接地導体なし)した場合の反射特性S11、透過特性S21および群遅延特性Tgのシミュレーション結果を示すグラフGraph showing simulation results of reflection characteristics S 11 , transmission characteristics S 21, and group delay characteristics T g when an air layer is disposed above the signal line (no upper ground conductor) 信号線路の上部に空気層を配置(上部接地導体あり)した場合の反射特性S11、透過特性S21および群遅延特性Tgのシミュレーション結果を示すグラフGraph showing simulation results of reflection characteristic S 11 , transmission characteristic S 21, and group delay characteristic T g when an air layer is disposed above the signal line (with an upper ground conductor) 従来の可変位相器の構成を示す上面図Top view showing the configuration of a conventional variable phase shifter

以下、本発明に係る可変位相器の実施形態について、図面を用いて説明する。   Embodiments of a variable phase shifter according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本実施形態の可変位相器の構成を示す分解斜視図、図2、3は上面図、図4は図3のA−A'線断面図(a)およびB−B'線断面図(b)、図5は図3のA−A''線断面図(a)およびB−B''線断面図(b)である。なお、説明のために、各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比とは必ずしも一致していない。   1 is an exploded perspective view showing a configuration of a variable phase shifter according to the present embodiment, FIGS. 2 and 3 are top views, and FIG. 4 is a cross-sectional view along line AA ′ and a cross-sectional view along line BB ′ in FIG. 5B and 5B are a cross-sectional view taken along line AA ″ and a cross-sectional view taken along line BB ″ in FIG. For the sake of explanation, the dimensional ratio of each component on each drawing does not necessarily match the actual dimensional ratio.

即ち、図1、4に示すように、本実施形態の可変位相器は、円筒状の筐体50と、筐体50内部に収納される第1の誘電体基板10、第1の誘電体基板10の上面10b側に配置された第2の誘電体基板20、第2の誘電体基板20の上面20b側に配置された第1の接地導体30、および第1の誘電体基板10の下面10a側に配置された第2の接地導体40とを備える(なお、図1では第2の接地導体40の図示を省略)。   That is, as shown in FIGS. 1 and 4, the variable phase shifter of the present embodiment includes a cylindrical casing 50, a first dielectric substrate 10 housed in the casing 50, and a first dielectric substrate. 10, the second dielectric substrate 20 disposed on the upper surface 10 b side, the first ground conductor 30 disposed on the upper surface 20 b side of the second dielectric substrate 20, and the lower surface 10 a of the first dielectric substrate 10. And a second ground conductor 40 disposed on the side (the second ground conductor 40 is not shown in FIG. 1).

第1の接地導体30は回転軸32を有しており、第1の誘電体基板10、第2の誘電体基板20、および第2の接地導体40の中央部分には、それぞれ回転軸32が挿通される軸穴が形成されている。また、筐体50には回転軸32を回転可能に保持する軸受が形成されている。回転軸32の上端には溝32aが形成されており、回転力を供給するための不図示の駆動手段と連結できるようになっている。第1の接地導体30は、回転軸32を中心に第2の誘電体基板20と一体的に回転されるようになっている。   The first ground conductor 30 has a rotation shaft 32, and the rotation shaft 32 is provided at the center portion of each of the first dielectric substrate 10, the second dielectric substrate 20, and the second ground conductor 40. A shaft hole to be inserted is formed. The housing 50 is formed with a bearing that rotatably holds the rotary shaft 32. A groove 32a is formed at the upper end of the rotary shaft 32 so that it can be connected to a driving means (not shown) for supplying rotational force. The first ground conductor 30 is rotated integrally with the second dielectric substrate 20 around the rotation shaft 32.

図2(a)に示すように、第1の誘電体基板10の上面10bには、円弧状の信号線路である信号線路パターン11と、信号線路パターン11の両側に同心円状に配置される円弧状の接地導体である接地導体パターン12a、12bが形成されている。信号線路パターン11、接地導体パターン12a、12b、および異誘電率部23はともに回転軸32上に曲率中心を有する円弧状に形成されている。信号線路パターン11へは、筐体50のコネクタ50a、50bを通じて信号が入出力される。なお、図2においては、第1の接地導体30および第2の誘電体基板20の図示を省略している。   As shown in FIG. 2A, the upper surface 10b of the first dielectric substrate 10 has a signal line pattern 11 that is an arc-shaped signal line, and a circle that is concentrically arranged on both sides of the signal line pattern 11. Ground conductor patterns 12a and 12b, which are arc-shaped ground conductors, are formed. The signal line pattern 11, the ground conductor patterns 12 a and 12 b, and the different dielectric constant portion 23 are all formed in an arc shape having a center of curvature on the rotation shaft 32. Signals are input to and output from the signal line pattern 11 through the connectors 50 a and 50 b of the housing 50. In FIG. 2, the first ground conductor 30 and the second dielectric substrate 20 are not shown.

また、図4、5に示すように、第2の接地導体40と接地導体パターン12a、12bとは、第1の誘電体基板10を貫通する複数のスルーホール13によって電気的に接続されており、これによりグランデッドコプレナーウエーブガイド(伝送線路101、102)が形成される。スルーホール13の内壁面には、第2の接地導体40と接地導体パターン12a、12bとを電気的に接続するために金属メッキが施されている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the second ground conductor 40 and the ground conductor patterns 12 a and 12 b are electrically connected by a plurality of through holes 13 penetrating the first dielectric substrate 10. Thus, a grounded coplanar wave guide (transmission lines 101 and 102) is formed. The inner wall surface of the through hole 13 is plated with metal in order to electrically connect the second ground conductor 40 and the ground conductor patterns 12a and 12b.

なお、伝送線路101、102は、図2(b)に示すように、蛇行状の信号線路パターン11と、信号線路パターン11の両側に配置される蛇行状の接地導体パターン12a、12bと、を含むグランデッドコプレナーウエーブガイドであってもよい。   As shown in FIG. 2B, the transmission lines 101 and 102 include a meandering signal line pattern 11 and meandering ground conductor patterns 12 a and 12 b arranged on both sides of the signal line pattern 11. A grounded coplanar wave guide may be included.

図1、4に示すように、第2の誘電体基板20、第1の接地導体30は、第1の誘電体基板10の上方に順に配置されている。第2の誘電体基板20の下面20aは信号線路パターン11と接触できるようになっている。第2の誘電体基板20は空洞部21を備え、第1の接地導体30は空洞部21と嵌合する突起部31を備えている。突起部31は、後述する伝送線路において接地導体として機能する(以降、接地導体31と言う)。   As shown in FIGS. 1 and 4, the second dielectric substrate 20 and the first ground conductor 30 are sequentially disposed above the first dielectric substrate 10. The lower surface 20 a of the second dielectric substrate 20 can come into contact with the signal line pattern 11. The second dielectric substrate 20 includes a cavity 21, and the first ground conductor 30 includes a protrusion 31 that fits into the cavity 21. The protrusion 31 functions as a ground conductor in a transmission line to be described later (hereinafter referred to as a ground conductor 31).

図5(b)に示すように、接地導体31の先端面31aは、第1の誘電体基板10の上面10bに対して所定間隔Δ(第2の誘電体基板20と接地導体31の厚さで決まる)の間隙を有して対向している。これにより、空洞部21内の第1の誘電体基板10および接地導体31に挟まれた領域に、異誘電率部としての空気層23(以降、異誘電率部23とも言う)が形成されるようになっている。第2の誘電体基板20と異誘電率部23は第1の誘電体基板10の上面10bに沿って移動可能に配置されている。なお、異誘電率部23は、空気層の代わりに、第2の誘電体基板20と異なる誘電率を有する誘電体部材からなるものであってもよい。   As shown in FIG. 5B, the front end surface 31 a of the ground conductor 31 is a predetermined distance Δ (the thickness of the second dielectric substrate 20 and the ground conductor 31 with respect to the upper surface 10 b of the first dielectric substrate 10. Are opposed to each other. As a result, an air layer 23 (hereinafter also referred to as a different dielectric constant portion 23) as a different dielectric constant portion is formed in a region sandwiched between the first dielectric substrate 10 and the ground conductor 31 in the cavity portion 21. It is like that. The second dielectric substrate 20 and the different dielectric constant portion 23 are movably disposed along the upper surface 10 b of the first dielectric substrate 10. The different dielectric constant portion 23 may be made of a dielectric member having a dielectric constant different from that of the second dielectric substrate 20 instead of the air layer.

異誘電率部23の横寸法(信号線路方向と交わる方向)は狭く設定され、上下方向から負荷がかかった場合でも、図5(b)に示す空洞部21の周縁領域24、25が支柱の役割を果たし、信号線路パターン11と接地導体31の先端面31aとの距離を安定的に維持する構造となっている。また、周縁領域24、25の少なくとも一方が、導電体または絶縁体からなっていてもよい。この導電体は、第1の接地導体30または第2の接地導体40と同じ材料からなっていてもよい。   The lateral dimension (direction intersecting with the signal line direction) of the different dielectric constant portion 23 is set to be narrow, and even when a load is applied from above and below, the peripheral regions 24 and 25 of the cavity portion 21 shown in FIG. It plays a role, and has a structure that stably maintains the distance between the signal line pattern 11 and the front end surface 31 a of the ground conductor 31. Further, at least one of the peripheral regions 24 and 25 may be made of a conductor or an insulator. This conductor may be made of the same material as the first ground conductor 30 or the second ground conductor 40.

以上のように、信号線路パターン11の周囲には、第1の誘電体基板10、第2の誘電体基板20、空気層23、接地導体31が配置される。信号線路パターン11の周囲のこれら各部位の誘電率などによって、各々所定の実効誘電率を持つ伝送線路が構成される。伝送線路は、図4(a)に示す、信号線路パターン11の周囲に第1の誘電体基板10、第2の誘電体基板20を含んだ第1の伝送線路101と、図4(b)に示す、さらに空気層23と接地導体31を含んだ第2の伝送線路102とから構成され、第1の伝送線路101と第2の伝送線路102は信号の伝播方向に沿って連なった構成となっている。   As described above, the first dielectric substrate 10, the second dielectric substrate 20, the air layer 23, and the ground conductor 31 are arranged around the signal line pattern 11. A transmission line having a predetermined effective dielectric constant is configured by the dielectric constants of these portions around the signal line pattern 11. The transmission line includes a first transmission line 101 including a first dielectric substrate 10 and a second dielectric substrate 20 around the signal line pattern 11 shown in FIG. 4A, and FIG. And the second transmission line 102 including the air layer 23 and the ground conductor 31, and the first transmission line 101 and the second transmission line 102 are connected along the signal propagation direction. It has become.

図3は、第1の誘電体基板10の上面10bに形成された信号線路パターン11の上方において、第2の誘電体基板20と、第2の誘電体基板20に空洞部21を設けることにより形成した異誘電率部23(本図では空気層)と、がともに回転軸32を中心として回転する様子を示した上面図である。なお、図3においては、第1の接地導体30の図示を省略している。   FIG. 3 shows that the second dielectric substrate 20 and the cavity portion 21 are provided in the second dielectric substrate 20 above the signal line pattern 11 formed on the upper surface 10 b of the first dielectric substrate 10. It is the top view which showed a mode that the different dielectric constant part 23 (air layer in this figure) formed rotated about the rotating shaft 32 together. In FIG. 3, the first ground conductor 30 is not shown.

第2の誘電体基板20は固定された第1の誘電体基板10に対して例えば図3(a)〜(c)に示すような配置をとる。図3(a)は、第1の誘電体基板10の上面10b上の信号線路パターン11を最大限に覆い隠すように、第2の誘電体基板20が信号線路パターン11に接触し、第1の伝送線路101の伝送線路長が最大になる状態(状態1:第1の伝送線路101の比率が最大となる状態)、図3(c)は、第2の誘電体基板20が図3(a)の状態から回転軸32を中心に180度回転し、第2の伝送線路102の伝送線路長が最大になる状態(状態3:第2の伝送線路102の比率が最大となる状態)、図3(b)は、状態1と状態3の間の状態(状態2:第1の伝送線路101と第2の伝送線路102が混在した状態)を示している。   For example, the second dielectric substrate 20 is arranged as shown in FIGS. 3A to 3C with respect to the fixed first dielectric substrate 10. In FIG. 3A, the second dielectric substrate 20 is in contact with the signal line pattern 11 so as to cover the signal line pattern 11 on the upper surface 10b of the first dielectric substrate 10 as much as possible. FIG. 3C shows a state in which the transmission line length of the transmission line 101 is maximized (state 1: a state in which the ratio of the first transmission line 101 is maximized), and FIG. a state in which the transmission line length of the second transmission line 102 is maximized (state 3: a state in which the ratio of the second transmission line 102 is maximized); FIG. 3B shows a state between the state 1 and the state 3 (state 2: a state in which the first transmission line 101 and the second transmission line 102 are mixed).

このように、第2の誘電体基板20と異誘電率部23とがともに回転軸32を中心として回転されることにより、第1の伝送線路101の伝送線路長と第2の伝送線路102の伝送線路長の比率が連続的に可変され、コネクタ50aおよび50b間の伝送線路の実効誘電率が変化するため、伝送線路における信号の伝播速度が変化する。従って、信号線路パターン11へ入力された信号は、その位相を変化されて出力されることとなる。   As described above, both the second dielectric substrate 20 and the different dielectric constant portion 23 are rotated about the rotation axis 32, whereby the transmission line length of the first transmission line 101 and the second transmission line 102 are increased. Since the ratio of the transmission line length is continuously varied and the effective dielectric constant of the transmission line between the connectors 50a and 50b changes, the propagation speed of the signal in the transmission line changes. Therefore, the signal input to the signal line pattern 11 is output with its phase changed.

しかしながら、伝送線路の実効誘電率を単純に変化させるだけであると、伝送線路の特性インピーダンスが変化してしまう。これにより、コネクタ50a、50bを介して接続される不図示の外部デバイスなどとの間にインピーダンス不整合を生じるという問題がある。   However, simply changing the effective dielectric constant of the transmission line changes the characteristic impedance of the transmission line. As a result, there is a problem that impedance mismatch occurs with an external device (not shown) connected via the connectors 50a and 50b.

そこで、本実施形態の可変位相器においては、状態1の場合の伝送線路の特性インピーダンスを所望の特性インピーダンス(例えば50Ω)と一致するように設計するとともに、第2の伝送線路102の伝送線路長が最大になる状態3の場合においても、伝送線路の特性インピーダンスが上記所望の特性インピーダンスと一致するように異誘電率部23の厚さΔを設定し、接地導体31を信号線路パターン11に近接させている。   Therefore, in the variable phase shifter of the present embodiment, the transmission line characteristic impedance in the state 1 is designed to match a desired characteristic impedance (for example, 50Ω), and the transmission line length of the second transmission line 102 is set. Even in the state 3 in which the maximum is set, the thickness Δ of the different dielectric constant portion 23 is set so that the characteristic impedance of the transmission line matches the desired characteristic impedance, and the ground conductor 31 is close to the signal line pattern 11. I am letting.

図6〜8に本実施形態の可変位相器の反射特性(S11)、透過特性(S21)および群遅延特性(Tg)についてシミュレーションを行った結果を示す。 FIGS. 6 to 8 show the results of simulation of the reflection characteristics (S 11 ), transmission characteristics (S 21 ), and group delay characteristics (T g ) of the variable phase shifter of this embodiment.

図6は信号線路パターン11の上方に第2の誘電体基板20を配置した場合(図3(a)に示した状態1に相当)、図7は信号線路パターン11の上方に空気層を配置し、かつ、接地導体31を除去した場合、図8は信号線路パターン11の上方に空気層および接地導体31を配置した場合(図3(c)に示した状態3に相当)の反射特性S11(a)、透過特性S21(b)および群遅延特性Tg(c)のシミュレーション結果である。 6 shows a case where the second dielectric substrate 20 is arranged above the signal line pattern 11 (corresponding to the state 1 shown in FIG. 3A), and FIG. 7 shows an air layer above the signal line pattern 11. When the ground conductor 31 is removed, FIG. 8 shows the reflection characteristic S when the air layer and the ground conductor 31 are disposed above the signal line pattern 11 (corresponding to the state 3 shown in FIG. 3C). 11 shows simulation results of (a), transmission characteristics S 21 (b), and group delay characteristics T g (c).

図6〜図8におけるシミュレーション条件は以下の通りである。
・第1の誘電体基板10:誘電率2.17、長さ5mm、幅1.4mm、厚さ0.5mm(図6〜8)
・第2の誘電体基板20:誘電率6.15、長さ5mm、幅1.4mm、厚さ1.0mm(図6)
・異誘電率部23:空気層、長さ5mm、幅1.4mm、厚さ1.0mm(図7)、100μm(図8)
The simulation conditions in FIGS. 6 to 8 are as follows.
First dielectric substrate 10: dielectric constant 2.17, length 5 mm, width 1.4 mm, thickness 0.5 mm (FIGS. 6 to 8)
Second dielectric substrate 20: dielectric constant 6.15, length 5 mm, width 1.4 mm, thickness 1.0 mm (FIG. 6)
Different dielectric constant portion 23: air layer, length 5 mm, width 1.4 mm, thickness 1.0 mm (FIG. 7), 100 μm (FIG. 8)

即ち、図6〜8に示したシミュレーション結果から以下のことがわかる。
・第1の誘電体基板10の上部に第2の誘電体基板20がある場合は高周波特性は良好で、使用周波数範囲の上限は30GHz程度である(図6)。
・第1の誘電体基板10の上部に空気層があり、接地導体31がない場合(空気層の厚さ1.0mm)は高周波特性が悪く、使用周波数範囲の上限は数GHz程度である(図7)。
・第1の誘電体基板10の上部に空気層があり、接地導体31がある場合(空気層の厚さ100μm)は高周波特性は改善され、使用周波数範囲の上限は30GHz程度である(図8)。
・伝送線路長5mmでの最大位相可変量は、30GHz程度までの広い周波数範囲にわたって約14psである(図6(c)と図8(c)との比較より)。
That is, the following can be understood from the simulation results shown in FIGS.
When the second dielectric substrate 20 is above the first dielectric substrate 10, the high frequency characteristics are good, and the upper limit of the operating frequency range is about 30 GHz (FIG. 6).
-When there is an air layer above the first dielectric substrate 10 and there is no ground conductor 31 (the thickness of the air layer is 1.0 mm), the high frequency characteristics are poor, and the upper limit of the operating frequency range is about several GHz ( FIG. 7).
When the first dielectric substrate 10 has an air layer and the ground conductor 31 (the thickness of the air layer is 100 μm), the high frequency characteristics are improved, and the upper limit of the operating frequency range is about 30 GHz (FIG. 8). ).
The maximum phase variable amount at a transmission line length of 5 mm is about 14 ps over a wide frequency range up to about 30 GHz (from comparison between FIG. 6C and FIG. 8C).

よって、位相可変量が100ps必要な場合でも伝送線路長は35mm程度あればよく、図1に示したような構造(接地導体31あり)では使用周波数範囲は30GHz程度まで拡大することが可能であり、外形寸法も直径約30mmとかなり小型にできる。これは、従来構造(特許文献1)のような構成で実現した場合の1/3程度の大きさである。また、従来構造(特許文献2)でも同等程度の大きさは実現することは可能であるが、使用周波数範囲を30GHz程度まで使用できる構造にすることはかなり困難であり、実際には10〜15GHz程度が上限である。   Therefore, even when the phase variable amount is required to be 100 ps, the transmission line length only needs to be about 35 mm. With the structure shown in FIG. 1 (with the ground conductor 31), the operating frequency range can be expanded to about 30 GHz. The outer dimensions can be considerably reduced to about 30 mm in diameter. This is about 1/3 the size of the conventional structure (Patent Document 1). In addition, the conventional structure (Patent Document 2) can achieve the same size, but it is quite difficult to make a structure that can use the operating frequency range up to about 30 GHz. The degree is the upper limit.

なお、伝送線路条件や上記間隔Δなどを調整することにより、使用周波数範囲を40GHz程度まで広くすることも可能であり、また、信号線路パターン11を蛇行させてやることにより外形寸法もさらに小型化することが可能である。   It is possible to widen the operating frequency range up to about 40 GHz by adjusting the transmission line conditions and the above-mentioned distance Δ, etc., and further reducing the external dimensions by meandering the signal line pattern 11. Is possible.

なお、上記では、本実施形態の可変位相器の伝送線路がグランデッドコプレナーウエーブガイドである場合について説明したが、コプレナーウエーブガイド、あるいは、マイクロストリップなどを伝送線路としてもよい。さらに、上記では伝送線路が第1の伝送線路101と第2の伝送線路102とで構成されるようにしたが、これに限られるものではなく、例えば第3の伝送線路を設ける構成としてもよい。   In the above description, the transmission line of the variable phase shifter of the present embodiment is a grounded coplanar wave guide. However, a coplanar wave guide, a microstrip, or the like may be used as the transmission line. Further, in the above description, the transmission line is configured by the first transmission line 101 and the second transmission line 102. However, the present invention is not limited to this, and for example, a third transmission line may be provided. .

10 第1の誘電体基板
10a 下面
10b 上面(一方の面)
11 信号線路パターン(信号線路)
12a、12b 接地導体パターン
13 スルーホール
20 第2の誘電体基板
20a 下面
20b 上面
21 空洞部
23 空気層(異誘電率部)
24、25 周縁領域
30 第1の接地導体
31 突起部(接地導体)
31a 先端面
32 回転軸(所定の軸)
32a 溝
40 第2の接地導体
50 筐体
50a、50b コネクタ
101 第1の伝送線路
102 第2の伝送線路
10 First dielectric substrate 10a Lower surface 10b Upper surface (one surface)
11 Signal line pattern (Signal line)
12a, 12b Grounding conductor pattern 13 Through hole 20 Second dielectric substrate 20a Lower surface 20b Upper surface 21 Hollow portion 23 Air layer (different dielectric constant portion)
24, 25 Peripheral region 30 First ground conductor 31 Protrusion (ground conductor)
31a Tip surface 32 Rotating axis (predetermined axis)
32a groove 40 second ground conductor 50 housing 50a, 50b connector 101 first transmission line 102 second transmission line

Claims (6)

第1の誘電体基板と、前記第1の誘電体基板の一方の面上に形成され、信号を伝播させる信号線路と、を含む伝送線路を有し、
前記伝送線路は、前記信号線路の上方に第2の誘電体基板を配置した第1の伝送線路と、前記信号線路上方に前記第2の誘電体基板と異なる誘電率の異誘電率部を配置した、前記第1の伝送線路とは実効誘電率が異なる第2の伝送線路と、を含んでなり、
前記第2の誘電体基板と前記異誘電率部は、前記第1の誘電体基板の前記一方の面に沿って移動可能に配置され、
前記移動によって前記伝送線路における前記第1の伝送線路と前記第2の伝送線路の伝送路長比率が可変されることにより前記伝送線路における前記信号の伝播速度が変化し、該信号の位相を可変させて出力することを特徴とする可変位相器。
A transmission line including a first dielectric substrate and a signal line formed on one surface of the first dielectric substrate for propagating a signal;
The transmission line has a first transmission line in which a second dielectric substrate is disposed above the signal line, and a different dielectric constant portion having a dielectric constant different from that of the second dielectric substrate is disposed above the signal line. A second transmission line having an effective dielectric constant different from that of the first transmission line,
The second dielectric substrate and the different dielectric constant portion are arranged to be movable along the one surface of the first dielectric substrate,
By changing the transmission path length ratio of the first transmission line and the second transmission line in the transmission line by the movement, the propagation speed of the signal in the transmission line changes, and the phase of the signal is variable. A variable phase shifter characterized in that the output is performed.
前記信号線路が、蛇行状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の可変位相器。   The variable phase shifter according to claim 1, wherein the signal line is formed in a meandering shape. 前記信号線路が、所定の軸上に曲率中心を有する円弧状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の可変位相器。   The variable phase shifter according to claim 1, wherein the signal line is formed in an arc shape having a center of curvature on a predetermined axis. 前記伝送線路の特性インピーダンスが所望の値となるように、前記異誘電率部上部の所定位置に接地導体を設けたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の可変位相器。   4. The ground conductor is provided at a predetermined position above the different dielectric constant portion so that the characteristic impedance of the transmission line becomes a desired value. 5. Variable phase shifter. 前記異誘電率部が、空気層あるいは誘電体部材からなることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の可変位相器。   The variable phase shifter according to any one of claims 1 to 4, wherein the different dielectric constant portion is formed of an air layer or a dielectric member. 前記伝送線路が、コプレナーウエーブガイドあるいはグランデッドコプレナーウエーブガイドである請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の可変位相器。   The variable phase shifter according to any one of claims 1 to 5, wherein the transmission line is a coplanar wave guide or a grounded coplanar wave guide.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109687062A (en) * 2018-12-04 2019-04-26 京信通信系统(中国)有限公司 Antenna and its phase shifting equipment

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