JP2012227911A - 電力分配型移相器及び電波送信システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力分配型移相器(12)の第1導体パターン(24)は、回転軸の少なくとも一部を囲む第1囲繞部(30)と、第1囲繞部(30)から離間した位置にて、回転軸の周方向に延びる第1円弧部(36)とを含む。誘電層を挟んで第1導体パターン(24)と対向する第2導体パターン(52)は、回転軸の少なくとも一部を囲み且つ第1囲繞部(30)と対向する第2囲繞部(54)と、回転軸の周方向に延び且つ第1円弧部(36)と対向する第2円弧部(68)と、第2囲繞部(54)と第2円弧部(68)の間をそれぞれ延びる第1アーム部(64a)及び第2アーム部(64b)とを含む。第1アーム部(64a)は、第2アーム部(64b)とは異なる幅を有する。
【選択図】図3
Description
また、線状部は、設計電力分配比に対応した幅、及び、設計周波数の波長の1/4或いはその奇数倍の長さを有する。このため、設計電力分配比にしたがって、2つの出力部の各々から高周波信号が出力される。
また、本発明の一態様によれば、前記電力分配型移相器と、前記電力分配型移相器と接続された複数のアンテナ素子を有するフェイズドアレーアンテナと、を備えることを特徴とする電波送信システムが提供される。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、第1実施形態の電波送信システム10を概略的に示す図である。
電波送信システム10は、高周波回路(送信回路)12を有し、高周波回路12は、送信すべき高周波信号を生成し、電力分配型移相器(以下、単に移相器ともいう)14に向けて出力する。移相器14は、入力された高周波信号を、それぞれ適当な位相及び電力を有する複数の高周波信号に分割し、フェイズドアレーアンテナ(以下、PAアンテナともいう)16に向けて出力する。
図2は、移相器14を分解して概略的に示す斜視図である。
移相器14は、例えば四角形状の第1誘電体基板20を有する。第1誘電体基板20は、例えば、ガラスエポキシ及びPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等からなる群より選択される一種からなる。
また、第1誘電体基板20の他方の面には、所定形状の第1導体パターン24が設けられている。第1導体パターン24は、例えば、第1誘電体基板20の表面に積層された、銅等の金属からなる箔又はめっき膜をエッチングすることによって作製可能である。
なお、囲繞部30は、平面でみて環状をなしているが、円弧形状やC字形状であってもよい。即ち、囲繞部30は、貫通孔32の少なくとも一部を囲むような形状とすることができる。また、囲繞部30は、貫通孔32の壁面を構成せずに、貫通孔32から離間して設けることもできる。
なお、入力用ストリップ線路26a及び出力用ストリップ線路26bには、特性インピーダンスの調整のため、適当な形状の拡幅部が設けられている。
円弧部36と直線部38とが繋がっている部分には、面取りが施されており、円弧部36の径方向内側の円弧と直線部38の側辺とは、面取り線39を介して繋がっている。
なお以下では、コネクタ34a,34b,34c,34dをコネクタ34ともいう。
第2誘電体基板44の第1誘電体基板20側の面には、所定形状の第2導体パターン52が設けられている。第2導体パターン52は、例えば、第1誘電体基板44の表面に積層された、銅等の金属からなる箔又はめっき膜をエッチングすることによって作製可能である。
第2誘電体基板44に形成された貫通孔46は、第2導体パターン52の頂部も貫通しており、第2導体パターン52の頂部は、貫通孔46の壁面を規定する囲繞部(第2囲繞部)54を有する。囲繞部54は、第1導体パターン52の囲繞部30と対向するように配置される。
なお、囲繞部54は、平面でみて環状をなしているが、囲繞部30と同様に、円弧形状やC字形状等、貫通孔32の少なくとも一部を囲むような形状とすることができ、貫通孔32から離間して設けることもできる。
より詳しくは、第2導体パターン52は、開口60を規定する半径線62aと半径線56aの間に位置するアーム部(第1アーム部)64aと、開口60を規定する半径線62bと半径線56bの間に位置するアーム部(第2アーム部)64bと、開口60を規定する円弧66と円弧58の間に位置する円弧部(第2円弧部)68とを有する。
ここで、開口60の円弧66の曲率中心は、貫通孔46の中心(回転中心)に一致しており、円弧部36及び円弧58の曲率中心に一致しているが、第2導体パターン52において、開口60の位置は、半径線62aの側に偏っている。このため、本実施形態では、径方向と直交する方向でのアーム部64aの幅がアーム部64bの幅よりも細くなっている。
円弧部68の幅方向中心は、円弧部36の幅方向中心に一致しており、また、円弧部68の曲率中心は、円弧部36の曲率中心に一致しているので、第2誘電体基板44が第1誘電体基板20に対して相対回転すると、円弧部68は、円弧部36と対向しながら、円弧部36に沿って移動する。
なお、周方向での円弧部68の長さは、面取りによって、径方向外側に向かうに連れて徐々に短くなっている。
以下、第2実施形態について説明する。なお、以下の実施形態の説明では、先行する実施形態と同一又は類似の構成については、同一の名称又は同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
そして、電波送信システム100のPAアンテナ104は、移相器102の出力数に対応して、7つのアンテナ素子18を有する。
移相器102の第1誘電体基板110は、第1実施形態の第1誘電体基板20よりも大であり、一方の面の全域が接地層112よって覆われている。
〔第1導体パターン〕
第1誘電体基板110の他方の面に設けられた第1導体パターン114は、入出力用ストリップ線路26及び出力用ストリップ線路(第1の出力用ストリップ線路)28に加えて、第2の出力用ストリップ線路116、及び、第3の出力用ストリップ線路118を含んでいる。
円弧部120の曲率中心は、貫通孔32の中心に一致し、円弧部120の曲率半径は、円弧部36よりも大である。直線部122は、直線部38と平行に延びており、直線部122の長さは、直線部38の長さよりも短い。
円弧部124の曲率中心は、貫通孔32の中心に一致し、円弧部124の曲率半径は、円弧部36,120よりも大である。つまり、円弧部36,120,124は、同心状に配列されている。直線部126は、直線部38,122と平行に延びており、直線部126の長さは、直線部38,122の長さよりも短い。
なお、円弧部120の径方向内側の円弧と直線部122の側辺、及び、円弧部124の径方向内側の円弧と直線部126の側辺も、面取り線128,129を介してそれぞれ繋がっている。
第2誘電体基板132の第1誘電体基板110側の面には、第2導体パターン134が設けられている。
図6は、第2導体パターン134の形状とともに、第1導体パターン114を示す概略的な平面図である。図6では、誘電体シート130が省略され、且つ、第2誘電体基板132が1点鎖線にて示されている。
第2の領域142は、第1の領域140の円弧部68の径方向外側に連なっている。より詳しくは、第2の領域142は、略扇形の外形形状を有し、第2の領域142の頂部は、第2導体パターン52の円弧部68に重なっている。
より詳しくは、第2の領域142は、開口152を規定する半径線154aと半径線146aの間に位置するアーム部(第1外側アーム部)158aと、開口152を規定する半径線154bと半径線146bの間に位置するアーム部(第2外側アーム部)158bと、開口152を規定する円弧156と円弧148の間に位置する円弧部(第2外側円弧部)160とを有する。アーム部158a及びアーム部158bは、それぞれ円弧部68と円弧部160の間を延びている。
ここで、開口152の円弧156の曲率中心は、貫通孔46の中心に一致しており、円弧部120及び円弧148の曲率中心に一致しているが、第2の領域142において、開口152の位置は、半径線146aの側に偏っている。このため、径方向と直交する方向でのアーム部158aの幅がアーム部158bの幅よりも細くなっている。
円弧部160の幅方向中心は、円弧部120の幅方向中心に一致しており、また、円弧部160の曲率中心は、円弧部120の曲率中心に一致しているので、第2誘電体基板132が第1誘電体基板110に対して相対回転すると、円弧部160は、円弧部120と対向しながら、円弧部120に沿って移動する。
なお、周方向での円弧部160の長さは、面取りによって、径方向外側に向かうにつれて徐々に短くなっている。
より詳しくは、第3の領域144は、開口168を規定する半径線170aと半径線162aの間に位置するアーム部(第1外側アーム部)174aと、開口168を規定する半径線170bと半径線162bの間に位置するアーム部(第2外側アーム部)174bと、開口168を規定する円弧172と円弧164の間に位置する円弧部(第2外側円弧部)176とを有する。アーム部174a及びアーム部174bは、それぞれ円弧部160と円弧部176の間を延びている。
ここで、開口168の円弧172の曲率中心は、貫通孔46の中心に一致しており、円弧部124及び円弧164の曲率中心に一致しているが、第3の領域144において、開口168の位置は、半径線162aの側に偏っている。このため、径方向と直交する方向でのアーム部174aの幅がアーム部174bの幅よりも細くなっている。
円弧部176の幅方向中心は、円弧部124の幅方向中心に一致しており、また、円弧部176の曲率中心は、円弧部120の曲率中心に一致しているので、第2誘電体基板132が第1誘電体基板110に対して相対回転すると、円弧部176は、円弧部124と対向しながら、円弧部124に沿って移動する。
なお、周方向での円弧部176の長さは、面取りによって、径方向外側に向かうにつれて徐々に短くなっている。
1.構成
(1)材料
使用した材料は以下の通りである。
・第1誘電体基板110及び第2誘電体基板132
厚さ:1.6mm,比誘電率:3.425
・接地層112、第1導体パターン114及び第2導体パターン134
プロファイルフリー銅箔35μm
・誘電体シート130
製品名:中興化成工業株式会社FGF−400−2
実測厚さ:40μm
・コネクタ34
SMA−J
第1導体パターン114及び第2導体パターン134の各部位の寸法を図7に示す。図7に示すように、アーム部64a,64b,158a,158b,174a,174bの幅w1,w2,w3,w4,w5,w6は、それぞれ、1.1mm,7.6mm,1mm,7.8mm,1.5mm,9.8mmである。
そして、円弧部36,68,120,160,124,176の幅方向中心での曲率半径R1,R2,R3は、それぞれ、28mm,56mm,84mmである。
(1)評価方法
上記1(1),(2)の構成を有する移相器102において、コネクタ34aに2GHz帯(1.8GHz〜2.2GHz)の高周波の入力電圧Vinを印加したときの、各コネクタ34a〜34hからの出力電圧Va〜Vhをシミュレーション(Mentor Graphics社製IE3D)によって求めた。
なお、コネクタ34b〜34hについてのLogMagは、電力の減衰量を表しているということができる。また、コネクタ34aについてのLogMagは、リターンロスの大きさを表しているということができる。
(i)表1及び図8に示すように、コネクタ34aからの出力、則ち、リターンロスは、広帯域に渡って小さい。具体的には、1.8GHz〜2.2GHzの範囲で−20dB以下である。
14,102 電力分配型移相器
20,110 第1誘電体基板
24,114 第1導体パターン
30 囲繞部(第1囲繞部)
36 円弧部(第1円弧部)
40,130 誘電体シート
44,132 第2誘電体基板
48 螺子(回転軸)
52,134 第2導体パターン
54 囲繞部(第2囲繞部)
64a アーム部(第1アーム部)
64b アーム部(第2アーム部)
68 円弧部(第2円弧部)
120,124 円弧部(第1外側円弧部)
158a,174a アーム部(第1外側アーム部)
158b,174b アーム部(第2外側アーム部)
160,176 円弧部(第2外側円弧部)
Claims (10)
- 第1誘電体基板と、
前記第1誘電体基板と対向して配置され、且つ、前記第1誘電体基板に対して垂直な回転軸を中心として相対回転可能な第2誘電体基板と、
前記第1誘電体基板及び前記第2誘電体基板にそれぞれ設けられ、誘電層を挟んで相互に対向する第1導体パターン及び第2導体パターンと、を有し、
前記第1導体パターンは、前記回転軸の少なくとも一部を囲む第1囲繞部と、前記第1囲繞部から離間した位置にて、前記回転軸の周方向に延びる第1円弧部とを含み、
前記第2導体パターンは、前記回転軸の少なくとも一部を囲み且つ前記第1囲繞部と対向する第2囲繞部と、前記回転軸の周方向に延び且つ前記第1円弧部と対向する第2円弧部と、前記第2囲繞部と前記第2円弧部の間をそれぞれ延びる第1アーム部及び第2アーム部とを含み、
前記第1アーム部は、前記第2アーム部とは異なる幅を有する、
ことを特徴とする電力分配型移相器。 - 前記第1アーム部及び前記第2アーム部は、径方向外側に向かうに連れて相互に離れるように延びており、
前記第1アーム部及び前記第2アーム部の径方向外側の端は、前記第2円弧部に連なっている、
ことを特徴とする請求項1に記載の電力分配型移相器。 - 前記第1アーム部及び前記第2アーム部の径方向外側の端は、前記第2円弧部の両端に連なっており、
前記第2円弧部の両端は、径方向外側に向かうに連れて前記第2円弧部の長さが短くなるように、面取りされている、
ことを特徴とする請求項2に記載の電力分配型移相器。 - 前記第1導体パターンは、前記第1円弧部の径方向外側に、前記第1円弧部から離間した位置にて前記回転軸の周方向に延びる1つ以上の第1外側円弧部を更に含み、
前記第2導体パターンは、前記第2円弧部の径方向外側に、前記回転軸の周方向に延び且つ前記第1外側円弧部の各々と対向する少なくとも1つの第2外側円弧部と、前記第2円弧部と前記第2外側円弧部との間若しくは前記第2外側円弧部同士の間をそれぞれ延びる、第1外側アーム部及び第2外側アーム部とを更に含み、
前記第1外側アーム部は、前記第2外側アーム部とは異なる幅を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の電力分配型移相器。 - 前記第1外側アーム部及び前記第2外側アーム部は、径方向外側に向かうに連れて相互に離れるように延びており、
前記第1外側アーム部及び前記第2外側アーム部の径方向外側の端は、前記第2外側円弧部に連なっている、
ことを特徴とする請求項4に記載の電力分配型移相器。 - 前記第1外側アーム部及び前記第2外側アーム部の径方向外側の端は、前記第2円弧部の両端に連なっており、
前記第2外側円弧部の両端は、径方向外側に向かうに連れて前記第2外側円弧部の長さが短くなるように、面取りされている、
ことを特徴とする請求項5に記載の電力分配型移相器。 - 前記第1導体パターンは、
前記第1囲繞部を経由して直線状に延びる入出力用ストリップ線路と、
前記第1円弧部及び前記第1外側円弧部の各々の両端に連なるとともに前記入出力用ストリップ線路と平行に延び、前記第1円弧部及び前記第1外側円弧部の各々と協働して出力用ストリップ線路を構成する直線部とを含み、
前記入出力用ストリップ線路の一端に入力された高周波信号を、前記入出力用ストリップ線路の他端、及び、前記直線部の各々の一端から出力する、
ことを特徴とする請求項4乃至6の何れか一項に記載の電力分配型移相器。 - 前記出力用ストリップ線路において、前記第1円弧部若しくは前記第1外側円弧部と前記直線部とが繋がる部分が面取りされている、
ことを特徴とする請求項7に記載の電力分配型移相器。 - 第1誘電体基板と、
前記第1誘電体基板と対向して配置され、且つ、前記第1誘電体基板に対して垂直な回転軸を中心として相対回転可能な第2誘電体基板と、
前記第1誘電体基板及び前記第2誘電体基板にそれぞれ設けられ、誘電層を挟んで相互に対向する第1導体パターン及び第2導体パターンと、を有し、
前記第1導体パターンは、前記回転軸から離間した位置にて、前記回転軸の周方向に延びる第1円弧部を含み、
前記第2導体パターンは、前記回転軸の周方向に延び且つ前記第1円弧部と対向する第2円弧部と、前記回転軸の径方向に延び且つ前記第2円弧部に連なる第1アーム部及び第2アーム部とを含み、
前記第1アーム部は、前記第2アーム部とは異なる幅を有する、
ことを特徴とする電力分配型移相器。 - 請求項1乃至9の何れか一項に記載の電力分配型移相器と、
前記電力分配型移相器と接続された複数のアンテナ素子を有するフェイズドアレーアンテナと、
を備えることを特徴とする電波送信システム。
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