JP2013042348A - Phase shifter and phase adjusting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンテナ素子に出力する信号、又はアンテナ素子から入力された信号の位相を調節することが可能な移相器、及び位相調整方法に関するものである。 The present invention relates to a phase shifter capable of adjusting the phase of a signal output to an antenna element or a signal input from the antenna element, and a phase adjustment method.
従来、例えば携帯電話用の基地局において、複数のアンテナ素子の給電位相を移相器によって調節し、主ビームの垂直方向に対する角度を変更可能なアレイアンテナがある(例えば、特許文献1及び2参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in a base station for a mobile phone, there is an array antenna that can change the angle of the main beam with respect to the vertical direction by adjusting the feeding phase of a plurality of antenna elements with a phase shifter (see, for example, Patent Documents 1 and 2) ).
また、国際電気通信連合が定めるIMT−2000(International Mobile Telecommunication 2000)規格に準拠した通信システムでは、通信のトラフィックに応じて通信エリアを変更すべく、移相器のアクチュエータを遠隔操作してアンテナ素子間の位相差を調節し、主ビームの角度を変えるようにしている。このような通信システムでは、アンテナ素子間の位相差を高精度に調節することが求められている。 Further, in a communication system compliant with the IMT-2000 (International Mobile Telecommunication 2000) standard established by the International Telecommunications Union, an antenna element is operated by remotely operating an actuator of a phase shifter in order to change a communication area according to communication traffic. The angle of the main beam is changed by adjusting the phase difference between them. In such a communication system, it is required to adjust the phase difference between the antenna elements with high accuracy.
特許文献1に記載の位相制御装置では、移相器の入力信号と出力信号との位相差を検出し、検出した位相差に基づいてコンピュータが移相器のアクチュエータを制御するように構成されている。 The phase control device described in Patent Document 1 is configured such that a phase difference between an input signal and an output signal of a phase shifter is detected, and a computer controls an actuator of the phase shifter based on the detected phase difference. Yes.
しかし、移相器の入力信号と出力信号との位相差が高精度に調節されていたとしても、各アンテナ素子に接続されたケーブルの長さが設計値通りでない場合には、アンテナ素子間における位相差に誤差が生じる。また、位相差の誤差は、ケーブルの引き回しやケーブルの特性のばらつきによっても発生し得る。またさらに、異なる周波数での送信と受信を共通のアンテナで行う共用アンテナの場合には、移相器とアンテナ素子との間に配置されるデュプレクサの特性のばらつきによっても位相差に誤差が発生する場合がある。 However, even if the phase difference between the input signal and the output signal of the phase shifter is adjusted with high accuracy, if the length of the cable connected to each antenna element is not as designed, An error occurs in the phase difference. In addition, the phase difference error can also be caused by cable routing and cable characteristic variations. Furthermore, in the case of a shared antenna that uses a common antenna for transmission and reception at different frequencies, an error occurs in the phase difference due to variations in characteristics of the duplexer arranged between the phase shifter and the antenna element. There is a case.
アンテナの設置後に、アンテナ素子間の位相差の誤差が発見された場合、例えば1つ又は複数のケーブルを一旦コネクタから外し、ケーブル長を短くして再接続することにより誤差を解消することが考えられるが、この作業には多大な労力を要する。また、この作業によって新たな位相差の誤差が発生する場合もあり得る。 If an error in the phase difference between antenna elements is found after the antenna is installed, it may be possible to eliminate the error by temporarily disconnecting one or more cables from the connector, shortening the cable length, and reconnecting them. However, this work requires a lot of labor. In addition, a new phase difference error may occur due to this operation.
そこで、本発明は、アンテナ素子により送信又は受信される信号の位相の調整を容易に行うことが可能な移相器、及び位相調整方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a phase shifter and a phase adjustment method capable of easily adjusting the phase of a signal transmitted or received by an antenna element.
本発明は、上記課題を解決することを目的として、第1の固定導体と、前記第1の固定導体に対して離間して配置された第2の固定導体と、前記第1の固定導体と前記第2の固定導体とを電気的に結合させる可動導体と、前記可動導体を前記第1の固定導体及び前記第2の固定導体の少なくとも一方の延伸方向に沿って移動させ、前記第1の固定導体と前記第2の固定導体との間の信号伝送の経路長を変化させるアクチュエータと、アンテナ素子への信号出力又はアンテナ素子からの信号入力を行う入出力部と、前記第1の固定導体と前記入出力部との間に設けられ、信号の位相を調整する位相調整部とを備え、前記位相調整部は、前記第1の固定導体側の第1節点と、前記入出力部側の第2節点と、それぞれが少なくとも一箇所で分断され、前記分断された箇所を接続することにより、前記第1節点と前記第2節点とを互いに異なる経路長で接続することが可能な複数の接続経路とを有する移相器を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a first fixed conductor, a second fixed conductor that is spaced apart from the first fixed conductor, and the first fixed conductor. A movable conductor that electrically couples the second fixed conductor; and the movable conductor is moved along an extending direction of at least one of the first fixed conductor and the second fixed conductor; An actuator that changes a signal transmission path length between the fixed conductor and the second fixed conductor; an input / output unit that outputs a signal to or from the antenna element; and the first fixed conductor And a phase adjustment unit that adjusts the phase of the signal, and the phase adjustment unit includes a first node on the first fixed conductor side, and a phase adjustment unit on the input / output unit side. The second node and each is divided at at least one point Wherein by connecting the shed positions, it provides a phase shifter having a plurality of connection paths that can connect the second node and the first node to each other at different path lengths.
また、前記位相調整部は、前記複数の接続経路のうち、経路長が最も短い接続経路の経路長と、経路長が最も長い接続経路との経路長との差が、前記送信信号の周波数帯の中心周波数の波長の5〜20%であるとよい。 Further, the phase adjustment unit may be configured such that a difference between a path length of a connection path having the shortest path length and a path length of a connection path having the longest path length among the plurality of connection paths is a frequency band of the transmission signal. It is good that it is 5 to 20% of the wavelength of the center frequency.
また、前記複数の接続経路は、少なくとも3つの接続経路からなるとよい。 The plurality of connection paths may include at least three connection paths.
また、前記第1の固定導体は円弧状に形成され、前記第2の固定導体は前記第1の固定導体の円弧中心側に形成され、前記可動導体は、前記第1の固定導体の周方向に沿って回転可能であり、前記第1の固定導体、前記第2の固定導体、前記第1節点、前記第2節点、及び前記複数の接続経路は、共通の基板上に形成された導体パターンであるとよい。 In addition, the first fixed conductor is formed in an arc shape, the second fixed conductor is formed on the arc center side of the first fixed conductor, and the movable conductor is in a circumferential direction of the first fixed conductor. The first fixed conductor, the second fixed conductor, the first node, the second node, and the plurality of connection paths are conductive patterns formed on a common substrate. It is good to be.
本発明は、上記課題を解決することを目的として、上記の移相器を用い、前記第2の固定導体に供給される信号と前記位相調整部を介して前記アンテナ素子から放射される信号との位相差に基づいて前記複数の接続経路のうちの何れか一つの接続経路を選択し、前記選択された前記接続経路の前記分断された箇所を接続する位相調整方法を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention uses the phase shifter described above, and a signal supplied to the second fixed conductor and a signal radiated from the antenna element via the phase adjustment unit. A phase adjustment method is provided in which any one of the plurality of connection paths is selected based on the phase difference of the plurality of connection paths, and the divided portions of the selected connection paths are connected.
本発明によれば、アンテナ素子により送信又は受信される信号の位相の調整を容易に行うことが可能となる。 According to the present invention, it is possible to easily adjust the phase of a signal transmitted or received by an antenna element.
[実施の形態]
図1は、本実施の形態に係る移相器を用いたアンテナ装置の構成例を示す図である。
[Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an antenna device using the phase shifter according to the present embodiment.
このアンテナ装置100は、第1〜第5のアンテナ素子101〜105を有するアレイアンテナ10と、第1〜第5のアンテナ素子101〜105にそれぞれ接続された第1〜第5のケーブル111〜115と、移相器2と、移相器2を制御する制御部12と、給電点14と移相器2との間に設けられたフィルタ回路13と、フィルタ回路13と移相器2を接続する第6のケーブル116とを備えている。
The antenna device 100 includes an
アレイアンテナ10は、例えば電波塔の頂上やビルの屋上付近のような高所に設置される。アレイアンテナ10は、第1〜第5のアンテナ素子101〜105から放射される電波の位相を移相器2によって調節することにより、主ビームの放射角度が例えば仰角1°から俯角10°まで変化する。
The
第1〜第5のケーブル111〜115は、中心導体の外周側に接地されたシールド線が配置された同軸ケーブルであり、一端がそれぞれ第1〜第5のアンテナ素子101〜105に接続され、他端が移相器2に接続されている。なお、第1〜第5のアンテナ素子101〜105と移相器2との間にフィルタ回路等を介在させてもよい。
The first to
移相器2は、給電点14からフィルタ回路13を経て入力された入力信号を第1〜第5のケーブル111〜115に分配すると共に、分配された信号の位相の調節を行う。移相器2の構成については後述する。
The phase shifter 2 distributes the input signal input from the
制御部12は、上位の制御装置からの指令を例えば通信により受信し、この指令に応じて移相器2を制御する。より具体的には、制御部12は、上位の制御装置から、アレイアンテナ10の主ビームの角度に関する指令情報を取得し、アレイアンテナ10の垂直面内指向性が指令情報に適合したものとなるよう、ワイヤハーネス120を介して後述する移相器2のアクチュエータ22を駆動制御する。
The
(移相器の構成)
図2は、移相器2の内部構成例を示す図である。
(Configuration of phase shifter)
FIG. 2 is a diagram illustrating an internal configuration example of the phase shifter 2.
移相器2は、導電性を有する金属製のケース20の内部に、基板21と、アクチュエータ22と、可動導体23とを有している。ケース20は直方体状であり、電気的に接地されている。
The phase shifter 2 includes a
ケース20の側壁20aには、第1のケーブル111(図1参照)に接続される同軸コネクタ201と、第2のケーブル112に接続される同軸コネクタ202と、第3のケーブル113に接続される同軸コネクタ203とが固定されている。また、側壁20aに対向するケース20の側壁20bには、第4のケーブル114に接続される同軸コネクタ204と、第5のケーブル115に接続される同軸コネクタ205と、第6のケーブル116に接続される同軸コネクタ206とが固定されている。同軸コネクタ201〜205は、本発明の入出力部の一例であり、本実施の形態では、移相器2から第1〜第5のアンテナ素子101〜105への信号出力が同軸コネクタ201〜205によって行われる。
The
同軸コネクタ201〜206は、その接続端子(図示せず)が、基板21の表面21aに形成された電極211〜216にそれぞれ接続されている。
The connection terminals (not shown) of the
また、側壁20aと側壁20bとの間の側壁20cには、ワイヤハーネス120に接続される多芯コネクタ207が固定されている。同軸コネクタ201〜206、及び多芯コネクタ207は、側壁20a,20b,20cに形成された貫通孔に挿通されて固定されている。
A
基板21は平板状の絶縁体からなり、ケース20に固定されている。基板21の裏面21b側には、アクチュエータ22が配置されている。
The
アクチュエータ22は、例えばステッピングモータであり、ワイヤハーネス120,多芯コネクタ207,及び多芯コネクタ207に接続された内部配線221を介して制御部12から供給される駆動電流によって、回転軸220を回転させるトルクを発生する。回転軸220は、基板21を裏面21b側から表面21a側に貫通している。
The actuator 22 is, for example, a stepping motor, and rotates the
基板21の表面21a側には、移相部3と、第1〜第5の位相調整部41〜45とが形成されている。
On the
移相部3は、円弧状に形成された第1の出力側導体31と、第1の出力側導体31と中心点を共有し、第1の出力側導体31の内側に形成された第2の出力側導体32と、第2の出力側導体32の円弧中心側に形成された入力側導体33と、可動導体23とを備えている。第1の出力側導体31及び第2の出力側導体32は、本発明の第1の固定導体の一例である。また、入力側導体33は、本発明の第2の固定導体の一例である。
The phase-shifting
可動導体23は、銅やアルミニウム等の導電性の金属からなり、柱部23aと、柱部23aの一端に形成され、アクチュエータ22の回転軸220に相対回転不能に連結された連結部23bと、柱部23aの一端に形成された円弧状の第1円弧部23cと、第1円弧部23cと連結部23bとの間に形成された第2円弧部23dとを一体に有している。そして、可動導体23は、アクチュエータ22の回転軸220の回転に伴って、回転軸220を中心に回転する。
The movable conductor 23 is made of a conductive metal such as copper or aluminum, and is formed of a
第1円弧部23cは第1の出力側導体31に対向し、第2円弧部23dは第2の出力側導体32に対向している。第1円弧部23cの第1の出力側導体31との対向面には、絶縁体231が固定されている。また、第2円弧部23dの第2の出力側導体32との対向面には、絶縁体232が固定されている。
The
連結部23bは、回転軸220を中心とする円形状に形成され、入力側導体33に対向している。連結部23bの入力側導体33との対向面には、絶縁体233が固定されている。絶縁体231、絶縁体232、及び絶縁体233は、例えば絶縁性の樹脂からなり、可動導体23に例えば接着により固定されている。
The connecting
第1円弧部23cの曲率及び径方向幅は、第1の出力側導体31と同等に形成されている。また、第2円弧部23dの曲率及び径方向幅は、第2の出力側導体32と同等に形成されている。第1円弧部23cの周方向長さは、第1の出力側導体31の周方向長さよりも短く形成されている。また、第2円弧部23dの周方向長さは、第2の出力側導体32の周方向長さよりも短く形成されている。
The curvature and the radial width of the
第1の出力側導体31及び第2の出力側導体32は、回転軸220を中心とする円弧状に形成されている。第2の出力側導体32の外半径r32は、第1の出力側導体31の内半径r31よりも小さく形成されている。第1の出力側導体31及び第2の出力側導体32は、基板21の表面21aに形成された金属箔(例えば銅箔)からなる導体パターンである。
The first output-side conductor 31 and the second output-side conductor 32 are formed in an arc shape with the
入力側導体33は、基板21の表面21aにおける回転軸220を挿通させる貫通孔の周辺部に形成された環状の導体パターンであり、第1の出力側導体31及び第2の出力側導体32に対して離間して配置されている。また、入力側導体33は、配線パターン560によって電極216に接続されている。
The input-side conductor 33 is an annular conductor pattern formed in the peripheral portion of the through hole through which the
可動導体23は、入力側導体33と、第1の出力側導体31及び第2の出力側導体32とを電気的に結合させる。より具体的には、可動導体23の連結部23bが入力側導体33と容量結合し、第1円弧部23cが第1の出力側導体31と容量結合し、第2円弧部23dが第2の出力側導体32と容量結合する。これにより、第6の同軸コネクタ206に供給された送信信号が配線パターン560,入力側導体33,及び可動導体23を介して第1の出力側導体31及び第2の出力側導体32に分配される。
The movable conductor 23 electrically couples the input-side conductor 33 with the first output-side conductor 31 and the second output-side conductor 32. More specifically, the connecting
そして、アクチュエータ22の回転軸220が回転すると、可動導体23が回転駆動され、第1円弧部23cが第1の出力側導体31の延伸方向に沿って、また第2円弧部23dが第2の出力側導体32の延伸方向に沿って、それぞれ移動する。
When the
第1の出力側導体31は、その延伸方向(周方向)の一端部31a及び他端部31bが出力部となっている。また、第2の出力側導体32は、その延伸方向(周方向)の一端部32a及び他端部32bが出力部となっている。
As for the 1st output side conductor 31, the one
可動導体23が図2に示す矢印Aの方向(時計回り方向)に回転すると、入力側導体33から第1の出力側導体31の一端部31aに至る経路長が、入力側導体33から他端部31bに至る経路長よりも長くなると共に、入力側導体33から第2の出力側導体32の一端部32aに至る経路長が、入力側導体33から他端部32bに至る経路長よりも長くなる。一方、可動導体23が図2に示す矢印Bの方向(反時計回り方向)に回転すると、入力側導体33から第1の出力側導体31の一端部31aに至る経路長が、入力側導体33から他端部31bに至る経路長よりも短くなると共に、入力側導体33から第2の出力側導体32の一端部32aに至る経路長が、入力側導体33から他端部32bに至る経路長よりも短くなる。
When the movable conductor 23 rotates in the direction of arrow A shown in FIG. 2 (clockwise direction), the path length from the input-side conductor 33 to the one
このように、アクチュエータ22は、可動導体23を第1の出力側導体31及び第2の出力側導体32の延伸方向に沿って回転移動させることにより、第1の出力側導体31及び第2の出力側導体32の出力部と入力側導体33との間の信号伝送の経路長を変化させる。つまり、可動導体23が回転軸220を中心に回転することにより、第1の出力側導体31の出力部である一端部31a及び他端部31b、ならびに第2の出力側導体32の出力部である一端部32a及び他端部32bの入力側導体33からの経路長が変化し、これにより各出力部における位相が変化する。
As described above, the actuator 22 rotates and moves the movable conductor 23 along the extending direction of the first output-side conductor 31 and the second output-side conductor 32, whereby the first output-side conductor 31 and the second output-side conductor 31. The signal transmission path length between the output part of the output side conductor 32 and the input side conductor 33 is changed. That is, when the movable conductor 23 rotates about the
第1の出力側導体31の一端部31aは、配線パターン511,第1の位相調整部41,及び配線パターン512を介して電極211に接続され、他端部31bは、配線パターン541,第4の位相調整部44,及び配線パターン542を介して電極214に接続されている。第2の出力側導体32の一端部32aは、配線パターン521,第2の位相調整部42,及び配線パターン522を介して電極212に接続され、他端部32bは、配線パターン551,第5の位相調整部45,及び配線パターン552を介して電極215に接続されている。
One
また、入力側導体33は、配線パターン531,第3の位相調整部43,及び配線パターン532を介して電極213に接続されている。
The input-side conductor 33 is connected to the
可動導体23が回転すると、第1の出力側導体31及び第2の出力側導体32の出力部における位相が変化するので、アレイアンテナ10の第1〜第5のアンテナ素子101〜105から放射される電波の位相が変化する。
When the movable conductor 23 rotates, the phases at the output portions of the first output-side conductor 31 and the second output-side conductor 32 change, so that the first to
制御部12は、アクチュエータ22を駆動することで第1〜第5のアンテナ素子101〜105から放射される電波の位相を調節し、アレイアンテナ10の指向性を制御する。
The
しかし、第1〜第5のケーブル111〜115のケーブル長の誤差や特性の違い、あるいは敷設経路の差異等によって、移相器2の同軸コネクタ201〜205における位相差がそのまま第1〜第5のアンテナ素子101〜105から放射される電波の位相差として表れない場合がある。つまり、移相器2からアレイアンテナ10までの間における信号伝送経路の誤差等により、所望の電波の位相差が得られず、この結果、アレイアンテナ10の垂直面指向性が劣化してしまう場合がある。本実施の形態では、この位相差の誤差を第1〜第4の位相調整部41〜44を用いた位相の調整によって改善する。なお、図2では、同軸ケーブルが同軸コネクタ201〜206を使用して基板21に接続された例を示しているが、第1〜第5のケーブル111〜115を基板21に直接半田付けして接続してもよい。
However, the phase difference in the
(位相調整部の構成)
第1〜第5の位相調整部41〜45は、それぞれ共通の構成を有しているので、第1の位相調整部41を例にとって説明する。
(Configuration of phase adjuster)
Since the first to fifth phase adjustment units 41 to 45 have a common configuration, the first phase adjustment unit 41 will be described as an example.
図3は、第1の位相調整部41の構成例を示す図である。第1の位相調整部41は、第1の出力側導体31側の第1節点411と、同軸コネクタ201側の第2節点412と、第1節点411と第2節点412とを接続することが可能な第1〜第3接続経路413〜415を有して構成されている。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the first phase adjustment unit 41. The first phase adjustment unit 41 may connect the first node 411 on the first output-side conductor 31 side, the second node 412 on the
第1節点411は、配線パターン511の端部に設けられた第1〜第3接続経路413〜415の分岐点である。また、第2節点412は、配線パターン512の端部に設けられた第1〜第3接続経路413〜415の結合点である。
The first node 411 is a branch point of the first to third connection paths 413 to 415 provided at the end of the
第1接続経路413は、電極413aと電極413bとの間で分断され、電極413aと第1節点411とを接続する配線パターン413cと、電極413bと第2節点412とを接続する配線パターン413dとを有している。
The first connection path 413 is divided between the
第2接続経路414は、電極414aと電極414bとの間で分断され、電極414aと第1節点411とを接続する配線パターン414cと、電極414bと第2節点412とを接続する配線パターン414dとを有している。
The second connection path 414 is divided between the
第3接続経路415は、電極415aと電極415bとの間で分断され、電極415aと第1節点411とを接続する配線パターン415cと、電極415bと第2節点412とを接続する配線パターン415dとを有している。
The third connection path 415 is divided between the
電極413aと電極413b、電極414aと電極414b、及び電極415aと電極415bは、それぞれ近接して配置され、例えば半田付けによって接続(短絡)することが可能である。また、これら各電極同士を例えばショートピンによって接続してもよく、あるいはディップスイッチのオン又はオフによって接続又は絶縁させてもよい。
The
電極413aと電極413bとを接続した場合の第1接続経路413の経路長を経路長L1とし、電極414aと電極414bとを接続した場合の第2接続経路414の経路長を経路長L2とし、電極415aと電極415bとを接続した場合の第3接続経路415の経路長を経路長L3とすると、経路長L1は、経路長L2よりも長く、経路長L3よりも短い(経路長L2<経路長L1<経路長L3)。
The path length of the first connection path 413 in the case of connecting the
経路長L2と経路長L3との経路長差は、アレイアンテナ10から放射される送信信号の周波数や、移相器2とアレイアンテナ10との間の伝送経路の距離や構成等に応じて発生し得る位相差の誤差の量に対応して設定することができる。具体的には、経路長L2と経路長L3との経路長差は、アレイアンテナ10から放射される送信信号の周波数帯の中心周波数における波長の5〜20%(5%以上20%以下)であることが望ましい。より望ましくは、経路長L2と経路長L3との経路長差が、アレイアンテナ10から放射される送信信号の周波数帯の中心周波数における波長の10〜15%(10%以上15%以下)であるとよい。経路長差がこのような範囲であれば、移相器2からアレイアンテナ10までの間における信号伝送経路の誤差に起因する、第1のアンテナ素子101の位相の誤差を適切に修正することができる。
The path length difference between the path length L 2 and the path length L 3 depends on the frequency of the transmission signal radiated from the
また、経路長L1は、経路長L2と経路長L3との中央付近の値であるとよい。そして、アレイアンテナ10における放射電波の位相差の誤差がない通常時に電極413aと電極413bとを接続するようにしておけば、第1のアンテナ素子101から放射される電波の位相を+側及び−側の何れにも調整することが可能となる。
The path length L 1 may be a value near the center between the path length L 2 and the path length L 3 . If the
つまり、電極414aと電極414bとを接続して第2接続経路414によって第1節点411と第2節点412とを接続すれば、通常時よりも経路長が短くなるので、経路長L1と経路長L2との差に応じて位相を進めることができる。また、電極415aと電極415bとを接続して第3接続経路415によって第1節点411と第2節点412とを接続すれば、通常時よりも経路長が長くなるので、経路長L1と経路長L3と差に応じて位相を遅らせることができる。
That is, when connected to the first node 411 by the second connection path 414 connects the
電極413a,413b,414a,414b,415a,415b、及び配線パターン413c,413d,414c,414d,415c,415dは、基板21の表面21aに形成された導体パターンである。
The
同様に、第2のアンテナ素子102の位相の誤差は第2の位相調整部42により、第3のアンテナ素子103の位相の誤差は第3の位相調整部43により、第4のアンテナ素子104の位相の誤差は第4の位相調整部44により、第5のアンテナ素子105の位相の誤差は第5の位相調整部45により、それぞれ個別に調整することができる。
Similarly, the phase error of the
(位相調整方法)
次に、移相器2を用いたアンテナ装置100の位相調整方法を説明する。この位相の調整は、例えばアレイアンテナ10を設置し、アンテナ装置100を構築した際に行われる。
(Phase adjustment method)
Next, a method for adjusting the phase of the antenna device 100 using the phase shifter 2 will be described. This phase adjustment is performed, for example, when the
位相の調整は、第1〜第5のアンテナ素子101〜105のそれぞれについて順次行う。例えば、第1のアンテナ素子101について位相の調整を行う際には、他のアンテナ素子(第2〜第5のアンテナ素子102〜105)からは電波が放射されないよう、例えば第2〜第5の位相調整部42〜45にて、第1及び第2の出力側導体31,32又は入力側導体33側と第2〜第5のアンテナ素子102〜105側との接続を遮断しておく。
The phase is adjusted sequentially for each of the first to
また、可動導体23を中立位置(入力側導体33から第1の出力側導体31の一端部31a及び他端部31bまでの経路長が等しくなる位置)に定位させ、第1の位相調整部41の電極413aと電極413bとを接続し、第1節点411と第2節点412とが第1接続経路413によって接続された状態とする。
Further, the movable conductor 23 is localized to a neutral position (a position where the path lengths from the input-side conductor 33 to the one
そして、移相器2に入力される信号と第1のアンテナ素子101から放射される電波との位相差を検出する。この位相差が規定の範囲内であれば、第1の位相調整部41については第1接続経路413を選択し、この第1接続経路413の電極413aと電極413bとを接続することとする。
Then, the phase difference between the signal input to the phase shifter 2 and the radio wave radiated from the
また、検出された位相差が規定の範囲外である場合、放射電波の位相が規定の範囲よりも進んでいるときは、第3接続経路415を選択し、電極415aと電極415bとを接続する。また、放射電波の位相が規定の範囲よりも遅れているときには、第2接続経路414を選択し、電極414aと電極414bとを接続する。
If the detected phase difference is outside the specified range and the phase of the radiated radio wave is ahead of the specified range, the third connection path 415 is selected to connect the
このように、移相器2に入力される信号(入力側導体33に供給される信号)と、第1のアンテナ素子101から放射される電波の信号との位相差に基づいて第1〜第3接続経路413〜415のうちの何れか一つを選択し、選択された接続経路の分断された箇所(電極413aと電極413bとの間、電極414aと電極414bとの間、又は電極415aと電極415bとの間の何れか一つ)を接続する。
Thus, based on the phase difference between the signal input to the phase shifter 2 (the signal supplied to the input-side conductor 33) and the radio wave signal radiated from the
このような位相の調整を第2〜第5のアンテナ素子102〜105についても順次行う。
Such phase adjustment is sequentially performed for the second to
(位相誤差と垂直面指向性との関係)
図4は、アレイアンテナ10における第1〜第5のアンテナ素子101〜105の位相誤差が垂直面指向性に与える影響を検証したグラフであり、(a)は位相誤差が±5%である場合、(b)は位相誤差が±12%である場合をそれぞれ示す。
(Relationship between phase error and vertical plane directivity)
FIG. 4 is a graph in which the influence of the phase errors of the first to
図4(a)及び(b)において、実線は周波数帯の中心周波数、破線は周波数帯の上限周波数、一点鎖線は周波数帯の上限周波数の垂直面指向性を示す。横軸は、水平方向を90°とし、仰角を90°よりも右側、俯角を90°よりも左側に示している。縦軸は、放射された電波の電界強度のピークを0とし、ピークの角度から離れた角度における電界強度をデシベル値で示している。また、図4に示す太線は、目標指標を示すものであり、このレベル以下に電界強度を抑えるべき目標値を示している。 4 (a) and 4 (b), the solid line indicates the center frequency of the frequency band, the broken line indicates the upper limit frequency of the frequency band, and the alternate long and short dash line indicates the vertical plane directivity of the upper limit frequency of the frequency band. The horizontal axis indicates the horizontal direction as 90 °, the elevation angle on the right side of 90 °, and the depression angle on the left side of 90 °. The vertical axis shows the electric field strength at an angle away from the peak angle as a decibel value, with the peak of the electric field strength of the emitted radio wave being zero. A thick line shown in FIG. 4 indicates a target index, and indicates a target value for suppressing the electric field strength below this level.
図4(a)に示すように、位相誤差は±5%である場合は、90°(水平方向)よりもやや低い85°付近で電界強度がピークとなり、角度が下がるにつれて電界強度が徐々に弱くなる一方、90°を超える範囲では、電界強度が目標指標以下に抑えられた理想的な特性を示している。 As shown in FIG. 4A, when the phase error is ± 5%, the electric field strength reaches a peak near 85 °, which is slightly lower than 90 ° (horizontal direction), and the electric field strength gradually increases as the angle decreases. On the other hand, in the range exceeding 90 °, an ideal characteristic in which the electric field intensity is suppressed below the target index is shown.
また、図4(b)に示すように、位相誤差は±12%である場合は、(a)のグラフと同様に85°付近で電界強度がピークとなっているが、25〜55°付近で電界強度が大きく変動している。また、90°を超える範囲では、一部で電界強度が目標指標を超えている。この範囲で電界強度が目標指標を超えると、干渉が発生するので好ましくない。 Further, as shown in FIG. 4B, when the phase error is ± 12%, the electric field intensity has a peak around 85 ° as in the graph of FIG. The electric field strength fluctuates greatly. In addition, in a range exceeding 90 °, the electric field strength partially exceeds the target index. If the electric field strength exceeds the target index within this range, interference occurs, which is not preferable.
このように、図4のグラフは、位相誤差を抑制することにより、理想的な垂直面指向性が得られることを示している。 Thus, the graph of FIG. 4 shows that ideal vertical surface directivity can be obtained by suppressing the phase error.
(実施の形態の作用及び効果)
以上説明した実施の形態によれば、以下のような作用及び効果が得られる。
(Operation and effect of the embodiment)
According to the embodiment described above, the following operations and effects can be obtained.
(1)第1〜第5のケーブル111〜115を移相器2から取り外す等の作業を行わなくとも、移相器2によって位相差の調整を行うことができるので、第1〜第5のアンテナ素子101〜105から送信される信号の位相の調整を容易に行うことが可能となる。
(1) Since the phase shifter 2 can adjust the phase difference without performing operations such as removing the first to
(2)位相調整部(第1〜第5の位相調整部41〜45)がアレイアンテナ10の各アンテナ素子(第1〜第5のアンテナ素子101〜105)のそれぞれに対応して設けられているので、各アンテナ素子ごとに独立して位相の調整を行うことができる。つまり、放射された電波の位相の誤差を可動導体23の回転により修正しようとした場合、一つのアンテナ素子のみの位相を変えることはできず、他のアンテナ素子の位相も変化してしまう。しかし、本実施の形態によれば、移相器2に入力される信号と個々のアンテナ素子から放射される電波の信号との位相差に基づいて、各アンテナ素子ごとに位相を調整できるので、位相の調整作業を容易かつ確実に行うことが可能となる。
(2) Phase adjustment units (first to fifth phase adjustment units 41 to 45) are provided corresponding to the respective antenna elements (first to
(3)位相調整部(第1〜第5の位相調整部41〜45)は、3つの接続経路(第1〜第3接続経路413〜415)を有しているので、位相の進み及び遅れの何れの誤差にも対応して、誤差を小さくすることが可能となる。 (3) Since the phase adjustment unit (first to fifth phase adjustment units 41 to 45) has three connection paths (first to third connection paths 413 to 415), phase advance and delay Corresponding to any of these errors, the error can be reduced.
(4)第1〜第5の位相調整部41〜45、移相部3の第1及び第2の出力側導体31,32、及び入力側導体33は共通の基板21の表面21a上の導体パターンであるので、基板21のエッチングによって、これらが同時に形成される。これにより、製造時における作業工数の増大及びコストの上昇を抑制することができる。また、移相器2の小型化及び軽量化にも寄与し得る。
(4) The first to fifth phase adjustment units 41 to 45, the first and second output side conductors 31 and 32 of the
(5)経路長L2と経路長L3との経路長差を、アレイアンテナ10から放射される送信信号の周波数帯の中心周波数における波長の5〜20%とすれば、移相器2からアレイアンテナ10までの間における信号伝送経路の誤差等に起因する位相の誤差を適切に修正することができる。この経路長差が波長の20%を超えると、発生した位相の誤差をきめ細かく修正することができない。また、この経路長が波長の5%未満であると、大きな誤差に対して適切に修正を行うことができない。
(5) the path length difference between the path length L 2 and the path length L 3, if 5 to 20% of the wavelength at the center frequency of the frequency band of the transmission signal radiated from the
(応用例)
上記実施の形態では、アンテナ装置100のアレイアンテナ10が送信のみを行う場合について説明したが、送信及び受信を行う共用アンテナに本発明を適用することも可能である。この場合の構成例を図5に示す。
(Application examples)
Although the case where the
図5は、送信及び受信を行うことが可能なアンテナ装置100Aの構成例を示す図である。この構成例では、送信波と受信波を分離するフィルタの一種である第1〜第5のデュプレクサ61〜65が、送信用の第1の移相器2A及び受信用の第2の移相器2Bと、第1〜第5のアンテナ素子101〜105との間にそれぞれ配置されている。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of an antenna device 100A capable of performing transmission and reception. In this configuration example, the first to
第1の移相器2Aは、給電点14から入力される信号の分配及び位相の調節を行って第1〜第5のデュプレクサ61〜65に出力する。第2の移相器2Bは、第1〜第5のデュプレクサ61〜65からの入力信号の位相を調節して出力点15に出力する。第1の移相器2A及び第2の移相器2Bの機能及び構成は、図2を参照して説明したものと同一である。図5において、図1を参照して説明したものと同一の機能を有する構成要素については共通する符号を付して重複した説明を省略する。
The first phase shifter 2 </ b> A distributes the signal input from the
アンテナ装置100Aでは、位相の誤差の発生要因として、第1〜第5のデュプレクサ61〜65の特性のばらつきが加わるので、図1に示す構成に比較して、位相の誤差が大きくなる傾向にある。しかし、第1〜第5の位相調整部41〜45を備える第1の移相器2A及び第2の移相器2Bによって、この位相の誤差を抑制し、垂直面指向性の劣化を抑えることができる。また、送信用の第1の移相器2Aと受信用の第2の移相器2Bとが別個に設けられているので、送信周波数帯と受信周波数帯のそれぞれについて、第1〜第5のアンテナ素子101〜105から放射される電波の位相を個別に調整することができる。
In the antenna device 100A, the variation in characteristics of the first to
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。 While the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments described above do not limit the invention according to the claims. In addition, it should be noted that not all the combinations of features described in the embodiments are essential to the means for solving the problems of the invention.
また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof.
例えば、上記実施の形態では、第1の位相調整部41が経路長の異なる3つの第1〜第3接続経路413,414,415を有する場合について説明したが、接続経路の数は2つでもよく、4つ以上でもよい。接続経路の数が多ければ、よりきめ細かく位相を調整することが可能となる。 For example, in the above embodiment, the case where the first phase adjustment unit 41 has three first to third connection paths 413, 414, and 415 having different path lengths has been described, but the number of connection paths may be two. Well, four or more. If the number of connection paths is large, the phase can be adjusted more finely.
また、上記実施の形態では、移相器2が、5つのアンテナ素子(第1〜第5のアンテナ素子101〜105)と同数の位相調整部(第1〜第5の位相調整部41〜45)を備えた場合について説明したが、位相調整部の数はアンテナ素子の数よりも少なくてもよい。この場合、例えば対応する位相調整部を有しないアンテナ素子の位相の調整が必要な場合には、他のアンテナ素子に対応する位相調整部の位相を調整することにより、アンテナ素子間の位相差の誤差を抑制することができる。
In the above embodiment, the phase shifter 2 has the same number of phase adjustment units (first to fifth phase adjustment units 41 to 45) as the five antenna elements (first to
また、上記実施の形態では、アレイアンテナ10が5つのアンテナ素子(第1〜第5のアンテナ素子101〜105)を有する場合について説明したが、アンテナ素子の数はこれに限らない。なお、本発明は、移相部3のみによってはアンテナ素子ごとの位相の調整をすることができない、3以上のアンテナ素子を有する場合に特に有効である。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the
また、上記実施の形態では、可動導体23をアクチュエータ22によって回転させる場合を例にとって説明したが、これに限らず、例えば入力側導体と第1及び第2の出力側導体とが互いに平行な直線状に形成され、可動導体がアクチュエータによって平行移動するようにしてもよい。 In the above embodiment, the case where the movable conductor 23 is rotated by the actuator 22 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the input conductor and the first and second output conductors are straight lines parallel to each other. The movable conductor may be translated by an actuator.
また、上記実施の形態では、第1〜第3接続経路413,414,415を、その一箇所で分断した場合について説明したが、これに限らず、複数の接続経路のぞれぞれを複数箇所で分断し、これら分断箇所の接続の組み合わせによって経路長を変更するようにしてもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the 1st-3rd connection path | route 413,414,415 was divided | segmented in the one place, not only this but multiple each of several connection paths | routes The route length may be changed depending on the combination of connections at the divided points.
2…移相器、2A…第1の移相器、2B…第2の移相器、3…移相部、10…アレイアンテナ、12…制御部、13…フィルタ回路、14…給電点、15…出力点、20…ケース、20a,20b,20c…側壁、21…基板、21a…表面、21b…裏面、22…アクチュエータ、23…可動導体、23a…柱部、23b…連結部、23c…第1円弧部、23d…第2円弧部、31…第1の出力側導体(第1の固定導体)、31a…一端部、31b…他端部、32…第2の出力側導体(第1の固定導体)、32a…一端部、32b…他端部、33…入力側導体(第2の固定導体)、41〜45…第1〜第5の位相調整部、61〜65…第1〜第5のデュプレクサ、100,100A…アンテナ装置、101〜105…第1〜第5のアンテナ素子、111〜116…第1〜第6のケーブル、120…ワイヤハーネス、201〜206…同軸コネクタ(入出力部)、207…多芯コネクタ、211〜216…電極、220…回転軸、221…内部配線、231,232,233…絶縁体、411…第1節点、412…第2節点、413〜415…第1〜第3接続経路、413a,413b,414a,414b,415a,415b…電極、413c,413d,414c,414d,415c,415d…配線パターン、511,512,521,522,531,532,541,542,551,552,560…配線パターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Phase shifter, 2A ... 1st phase shifter, 2B ... 2nd phase shifter, 3 ... Phase shift part, 10 ... Array antenna, 12 ... Control part, 13 ... Filter circuit, 14 ... Feeding point, DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1の固定導体に対して離間して配置された第2の固定導体と、
前記第1の固定導体と前記第2の固定導体とを電気的に結合させる可動導体と、
前記可動導体を前記第1の固定導体及び前記第2の固定導体の少なくとも一方の延伸方向に沿って移動させ、前記第1の固定導体と前記第2の固定導体との間の信号伝送の経路長を変化させるアクチュエータと、
アンテナ素子への信号出力又はアンテナ素子からの信号入力を行う入出力部と、
前記第1の固定導体と前記入出力部との間に設けられ、信号の位相を調整する位相調整部とを備え、
前記位相調整部は、前記第1の固定導体側の第1節点と、前記入出力部側の第2節点と、それぞれが少なくとも一箇所で分断され、前記分断された箇所を接続することにより、前記第1節点と前記第2節点とを互いに異なる経路長で接続することが可能な複数の接続経路とを有する移相器。 A first fixed conductor;
A second fixed conductor spaced apart from the first fixed conductor;
A movable conductor that electrically couples the first fixed conductor and the second fixed conductor;
A path of signal transmission between the first fixed conductor and the second fixed conductor by moving the movable conductor along the extending direction of at least one of the first fixed conductor and the second fixed conductor An actuator that changes the length;
An input / output unit for performing signal output to the antenna element or signal input from the antenna element;
A phase adjustment unit that is provided between the first fixed conductor and the input / output unit and adjusts the phase of the signal;
The phase adjusting unit is divided at least at one location on the first node on the first fixed conductor side and the second node on the input / output unit side, and by connecting the divided locations, A phase shifter having a plurality of connection paths capable of connecting the first node and the second node with different path lengths.
請求項1に記載の移相器。 The phase adjustment unit is configured such that a difference between a path length of a connection path having the shortest path length and a path length of a connection path having the longest path length among the plurality of connection paths is a center frequency of the signal frequency band. 5 to 20% of the wavelength of
The phase shifter according to claim 1.
請求項1又は2に記載の移相器。 The plurality of connection paths are composed of at least three connection paths.
The phase shifter according to claim 1 or 2.
前記第2の固定導体は前記第1の固定導体の円弧中心側に形成され、
前記可動導体は、前記第1の固定導体の周方向に沿って回転可能であり、
前記第1の固定導体、前記第2の固定導体、前記第1節点、前記第2節点、及び前記複数の接続経路は、共通の基板上に形成された導体パターンである、
請求項1乃至3の何れか1項に記載の移相器。 The first fixed conductor is formed in an arc shape,
The second fixed conductor is formed on the arc center side of the first fixed conductor,
The movable conductor is rotatable along a circumferential direction of the first fixed conductor;
The first fixed conductor, the second fixed conductor, the first node, the second node, and the plurality of connection paths are conductor patterns formed on a common substrate.
The phase shifter of any one of Claims 1 thru | or 3.
前記第2の固定導体に供給される信号と前記位相調整部を介して前記アンテナ素子から放射される信号との位相差に基づいて前記複数の接続経路のうちの何れか一つの接続経路を選択し、前記選択された前記接続経路の前記分断された箇所を接続する位相調整方法。
Using the phase shifter according to any one of claims 1 to 4,
One of the plurality of connection paths is selected based on a phase difference between a signal supplied to the second fixed conductor and a signal radiated from the antenna element via the phase adjustment unit. And a phase adjustment method for connecting the divided portions of the selected connection path.
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