JP2018148292A - Distribution and synthetic circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばフェーズドアレーアンテナ等の給電回路に用いる分配合成回路に関する。 The present invention relates to a distribution / synthesis circuit used in a power feeding circuit such as a phased array antenna.
フェーズドアレーアンテナに用いる給電回路としては、例えば非特許文献1に開示された4ポートバトラーマトリクス給電回路が知られている。また、例えば非特許文献2に開示されたロットマンレンズ給電回路が知られている。
As a power feeding circuit used for a phased array antenna, for example, a 4-port Butler matrix power feeding circuit disclosed in Non-Patent Document 1 is known. Further, for example, a Rotman lens feeding circuit disclosed in Non-Patent
従来の4ポートバトラーマトリクス給電回路は、複数のハイブリッド回路と移相器とで構成され、ポート数が4ポートを超えると高周波信号を伝達する信号線を交差させる部分が必要である。よって、1層のみの基板では製造できない課題がある。また、ロットマンレンズ給電回路は、水平面成型用と垂直面形成用の2系統の平面レンズから成る多ポート入出力分配器が必要であることから、周波数が高い場合に回路損失が大きくなるという課題がある。 A conventional 4-port Butler matrix power supply circuit is composed of a plurality of hybrid circuits and phase shifters, and when the number of ports exceeds 4 ports, a portion for crossing signal lines for transmitting high-frequency signals is required. Therefore, there is a problem that cannot be manufactured with a single-layer substrate. In addition, since the Rotman lens feeding circuit requires a multi-port input / output distributor consisting of two plane lenses for horizontal plane molding and vertical plane formation, there is a problem that circuit loss increases when the frequency is high. is there.
本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであり、バトラーマトリクス給電回路を1層の基板で構成でき、また、1個の給電回路でも2系統の給電回路が構成できる分配合成回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and provides a distribution and synthesis circuit in which a Butler matrix power supply circuit can be configured with a single-layer substrate and two power supply circuits can be configured with a single power supply circuit. The purpose is to do.
本実施形態の一態様に係る分配合成回路は、外周面が円滑な曲面を呈する立体の誘電体の外周部から、深さの異なる3種以上の孔が、当該誘電体の中心に向けて互いに干渉しないように周方向に適宜間隔を保持して前記外周部の全体に複数空けられた誘電体レンズと、前記誘電体レンズの表面に接続される複数の入力信号線路と、前記誘電体レンズの表面における前記入力信号線路の接続位置以外の位置に接続される複数の出力信号線路とを備えることを要旨とする。 In the distribution and synthesis circuit according to one aspect of the present embodiment, three or more types of holes having different depths are formed from the outer peripheral portion of a three-dimensional dielectric whose outer peripheral surface has a smooth curved surface toward the center of the dielectric. A plurality of dielectric lenses that are spaced apart from each other by an appropriate distance in the circumferential direction so as not to interfere with each other, a plurality of input signal lines connected to the surface of the dielectric lens, and a dielectric lens The gist of the present invention is to include a plurality of output signal lines connected to positions other than the connection positions of the input signal lines on the surface.
本発明によれば、バトラーマトリクス給電回路を1層の基板で構成でき、また、1個の給電回路でも2系統の給電回路が構成できる分配合成回路を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a distribution / synthesis circuit in which a Butler matrix power supply circuit can be configured with a single-layer substrate, and two power supply circuits can be configured with a single power supply circuit.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、本発明の実施形態に係る分配合成回路1の斜視図を示す。分配合成回路1は、誘電体レンズ10、入力信号線路20、及び出力信号線路30を備える。
FIG. 1 is a perspective view of a distribution / synthesis circuit 1 according to an embodiment of the present invention. The distribution / synthesis circuit 1 includes a
入力信号線路20と出力信号線路30のそれぞれの本数は、9本の例で示す。なお、入力信号線路20と出力信号線路30の本数は、それぞれ1本以上であれば何本でもよい。
The number of each of the
入力信号線路20は、誘電体レンズ10の表面に接続される複数の信号線路であり、例えば高周波信号を、誘電体レンズ10に入力する。入力信号線路20は、例えば導波管である。また、入力信号線路20は、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、サスペンデット線路、コプレーナ線路、の何れであってもよい。
The
また、入力信号線路20は、これらの線路から同軸導波変換器などを用いて誘電体線路へ接続する構成、または、導波管と誘電体線路とを組み合わせた構成であってもよい。出力信号線路30についても同様である。
Further, the
誘電体レンズ10は、例えばルーネベルグレンズ等のレンズであり、入力信号線路20で入力される高周波信号を、内部で屈折・反射させるものである。図1は、誘電体レンズ10を例えば球体で示す。
The
誘電体レンズ10は、例えばテフロン(登録商標)樹脂の半径30mmの球体の外周部から、深さの異なる3種以上の孔が、当該誘電体の中心に向けて互いに干渉しないように周方向に適宜間隔を保持して外周部の全体に複数空けられたものである。よって、入力信号線路20から誘電レンズ10に入力された高周波信号は、比誘電率2.1のテフロン樹脂層と、比誘電率1.0の空気層の2つの部分を通過して出力信号線路30に到達することになる。
The
球体には、深さの異なる3種以上の孔がお互いに干渉しないように外周部の全体に空けられているので、球体の外周部に近いほど空気層の密度が高く、球体の中心部に近いほど空気層の密度は低くなる。したがって、テフロン樹脂と空気層を足し合わせた比誘電率は、誘電体レンズ10の中心部で最も大きく、表面に向けて小さくなる。
Since three or more kinds of holes having different depths are formed in the sphere so that they do not interfere with each other, the air layer has a higher density near the outer periphery of the sphere. The closer it is, the lower the density of the air layer. Therefore, the relative dielectric constant obtained by adding the Teflon resin and the air layer is the largest at the center of the
なお、図1では、誘電体レンズ10を挟んで入力信号線路20と対向する位置に出力信号線路30を配置している。また、入力信号線路20と出力信号線路30との配置は、この例に限定されない。出力信号線路30は、誘電体レンズ10の表面における入力信号線路20の接続位置以外の位置に接続すればよい。
In FIG. 1, the
以上のように構成される分配合成回路1は、例えばバトラーマトリクス給電回路を1層の基板で構成できる。つまり、高周波信号を伝達する信号線を交差させる作用を誘電体レンズ10が担うので、信号線を交差する必要があっても入力信号線路20と出力信号線路30を一層の基板上に配置することができる。
In the distribution and synthesis circuit 1 configured as described above, for example, a Butler matrix power supply circuit can be configured with a single-layer substrate. That is, since the
また、分配合成回路1によれば、水平面成型用と垂直面成型用の2系統の給電回路を容易に構成することができる。例えば、図1のz軸方向に、入力信号線路20と出力信号線路30を配置すれば1個の誘電体レンズ10の作用によって、水平面と垂直面の2系統に、高周波信号を分配合成することが可能である。
Further, according to the distribution and synthesis circuit 1, it is possible to easily configure two power supply circuits for horizontal plane molding and vertical plane molding. For example, if the
図2に、図1のx−y断面で切断した分配合成回路1の断面図を示す。x軸上の3本の入力信号線路20と出力信号線路30が確認できる。図2を参照して更に詳しく本実施形態の分配合成回路1を説明する。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the distribution and synthesis circuit 1 cut along the xy cross section of FIG. Three
図2において、誘電体レンズ10の中心から表面に向けて一点鎖線の円で示す階層構造は、比誘電率が階層的に異なることを表している。入力信号線路20から誘電体レンズ10に入力された例えば高周波信号は、テフロン樹脂層と空気層の界面で屈折・反射して出力信号線路30から出力される。反射には、誘電体レンズ10の内側表面で反射するものも含まれる。したがって、入力信号線路20から誘電体レンズ10に入力された高周波信号は分散して出力信号線路30から出力される。
In FIG. 2, the hierarchical structure indicated by a dashed-dotted circle from the center of the
(誘電体レンズ)
図3に、誘電体レンズ10の断面図を示す。図3は、図2の分配合成回路1から誘電体レンズ10を取り出した図である。
(Dielectric lens)
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the
誘電体レンズ10は、90度の中心角ごとに半径の6分の5の深さの孔、45度の中心角ごとに半径の6分の4の深さの孔、22.5度の中心角ごとに半径の6分の3の深さの孔、11.25度の中心角ごとに半径6分の2の深さの孔、及び5.625度の中心角ごとに半径の6分の1の深さの孔を備える。これらの孔は、階段状に変化する比誘電率の変化を形成する。この例では、6段階の比誘電率の層が形成される。
図3に示す5種類の孔は、約2.94mmの間隔を空けて円周上に64個設けられる。例えば、孔の深さを4種類とした場合の孔の間隔は、約5.88mmである。このように孔の間隔は、その孔(深さ)の種類数に応じて適宜決定される。 The five types of holes shown in FIG. 3 are provided on the circumference at intervals of about 2.94 mm. For example, when the depth of the hole is four types, the interval between the holes is about 5.88 mm. As described above, the interval between the holes is appropriately determined according to the number of types of the holes (depths).
図4に、孔径と周波数特性の関係を示す。図4(a)は孔径=3mm、(b)は孔径=2mmである。図4の横軸は周波数、縦軸はSパラメータS21[dB]である。誘電体レンズ10の半径は30mm、材料はテフロン樹脂を用いた。
FIG. 4 shows the relationship between the hole diameter and the frequency characteristics. FIG. 4A shows a hole diameter = 3 mm, and FIG. 4B shows a hole diameter = 2 mm. In FIG. 4, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents S parameter S 21 [dB]. The radius of the
図4に示すように高周波数信号の透過率は、周波数の上昇と共に徐々に低下し、33GHzを越えると透過率の値が急激に悪化する周波数が出現するようになる。透過率の値が急激に悪化する33GHzの波長λは、約9.1mmである。よって、図4(a)の特性(孔径=3mm)から、孔径は、使用する周波数信号の波長λの3分の1の大きさにする必要があると考えられる。 As shown in FIG. 4, the transmittance of the high frequency signal gradually decreases as the frequency increases, and when the frequency exceeds 33 GHz, a frequency at which the transmittance value rapidly deteriorates appears. The wavelength λ of 33 GHz at which the transmittance value deteriorates rapidly is about 9.1 mm. Therefore, from the characteristics of FIG. 4A (hole diameter = 3 mm), it is considered that the hole diameter needs to be one third of the wavelength λ of the frequency signal to be used.
このことは、図4(b)に示す特性(孔径=2mm)でも確認できる。孔径=2mmは、波長λに換算すると50GHzである。したがって、図4(b)に示すように40GHzまでなだらかに減衰する透過特性を示す。 This can also be confirmed by the characteristics shown in FIG. 4B (hole diameter = 2 mm). The pore diameter = 2 mm is 50 GHz in terms of wavelength λ. Therefore, as shown in FIG. 4 (b), the transmission characteristic gently attenuates to 40 GHz.
図5に、図3に示した誘電体レンズ10の電磁波の透過特性を有限要素法で解析した結果を示す。図5の縦方向はz軸方向の電界分布、横方向はy軸方向の電界分布を示す。
FIG. 5 shows the result of analyzing the electromagnetic wave transmission characteristics of the
電界強度は、細かい左斜線のハッチで示す部分が5.0〜3.3kV/m、クロスハッチで示す部分が3.3〜1.7 kV/m、右下がりハッチで示す部分が1.7〜1.0 kV/m、荒い左斜線のハッチで示す部分が1.0〜0.7 kV/m、白で示す部分が0.7〜0 kV/mである。 The electric field strength is 5.0 to 3.3 kV / m for the hatched area with fine left diagonal lines, 3.3 to 1.7 kV / m for the cross hatch area, 1.7 to 1.0 kV / m for the lower right hatch area, and rough left oblique line The hatched portion is 1.0 to 0.7 kV / m, and the white portion is 0.7 to 0 kV / m.
図5(a)から、誘電体レンズ10のy軸上の−方向から入射した高周波信号は、誘電体レンズ10の反対側の外周面の曲面の3カ所に分配されて出力されている様子が分かる。また、図5(b)から、誘電体レンズ10の中心角45度付近に入射した高周波信号は、誘電体レンズ10の内部で曲げられ反対側の曲面のおおよそy軸付近の上から、−z方向に出力されている様子が分かる。
From FIG. 5A, it can be seen that the high frequency signal incident from the negative direction on the y-axis of the
このように本実施形態の誘電体レンズ10の高周波信号に対するレンズ効果を確認することができた。このような高周波信号に対する分配合成特性等は、深さの異なる3種以上の孔を空けることで確認することができる。
Thus, the lens effect with respect to the high frequency signal of the
(変形例)
図6に、変形例の分配合成回路2を示す。図6は、図1と図2の関係と同様に分配合成回路2をx−y断面で切断した断面図である。分配合成回路2の誘電体レンズ11は、例えばラグビーボールに似た立体形状である。
(Modification)
FIG. 6 shows a modified distribution /
誘電体レンズ11のx−y断面は、楕円形である。このように誘電体レンズの形状は、球体に限られない。
The xy cross section of the
また、誘電体レンズ11は、球状、ラグビーボール状の立体で無くてもよい。例えば、断面が円の円板形状であってもよい。例えば、図1の例では、誘電体レンズ10を球の例を示したが、図1に示す入力信号線路20と出力信号線路30の例では、誘電体レンズ10の形状は円板でよい。つまり、1方向のみに信号を分散させる場合の誘電体レンズ10は、入力信号線路20と出力信号線路30の厚みを持つ円板でよい。また、円柱形状でもよい。この場合、比誘電率は、z軸方向において変化しない。
The
(製造方法)
誘電体レンズ10,11は、例えば、テフロン樹脂、液晶ポリマー樹脂などの誘電体材料を用いて形成する。誘電体レンズ10,11は、3次元彫像装置(3Dプリンター)による成型で容易に形成することが可能である。なお、入力信号線路20と出力信号線路30も同時に形成することが可能である。
(Production method)
The
本実施形態の分配合成回路の製造方法は、分配合成回路1,2が、外周面が円滑な曲面を呈する立体の誘電体の外周部から、深さの異なる3種以上の孔が、当該誘電体の中心に向けて互いに干渉しないように周方向に適宜間隔を保持して外周部の全体に複数空けられた誘電体レンズ10,11と、誘電体レンズ10,11の表面に接続される複数の入力信号線路20と、誘電体レンズ10,11の表面における入力信号線路20の接続位置以外の位置に接続される複数の出力信号線路30とを備え、その製造は、誘電体レンズ10,11、入力信号線路20、及び出力信号線路30を3次元彫像装置を用いて一体成型する。
In the manufacturing method of the distribution / synthesis circuit according to the present embodiment, the distribution /
以上説明したように本実施形態の分配合成回路によれば、誘電体レンズ10の表面にアレーアンテナのアンテナ素子と対応する入力信号線路20と出力信号線30とを配置した簡易な構造で、例えばフェーズドアレーアンテナ用給電回路を実現することができる。また、水平垂直成型用の給電回路を一体で実現することができるため小型化が可能であり、回路による損失も低減させることができる。
As described above, according to the distribution and synthesis circuit of the present embodiment, a simple structure in which the
なお、実施形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。例えば、図1に示す入力信号線路20と出力信号線路30は、y軸方向に設ける例を示したが、z軸方向の外周面に配置するようにしてもよい。このように本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で変形が可能である。
In addition, although the content of this invention was demonstrated along embodiment, it is obvious to those skilled in the art that this invention is not limited to these description and various deformation | transformation and improvement are possible. For example, although the
1、2:分配合成回路
10、11:誘電体レンズ
20:入力信号線路
30:出力信号線路
1, 2: Distribution /
Claims (3)
前記誘電体レンズの表面に接続される複数の入力信号線路と、
前記誘電体レンズの表面における前記入力信号線路の接続位置以外の位置に接続される複数の出力信号線路と
を備えることを特徴とする分配合成回路。 Three or more types of holes with different depths from the outer peripheral portion of the three-dimensional dielectric having a smooth curved outer peripheral surface are appropriately spaced in the circumferential direction so as not to interfere with each other toward the center of the dielectric. A plurality of dielectric lenses spaced over the entire outer periphery;
A plurality of input signal lines connected to the surface of the dielectric lens;
And a plurality of output signal lines connected to positions other than the connection positions of the input signal lines on the surface of the dielectric lens.
前記孔の深さは、前記球体の半径の6分のn、但しnは5以下の整数であることを特徴とする請求項1に記載の分配合成回路。 In the case where the shape of the dielectric lens is a sphere,
2. The distribution and synthesis circuit according to claim 1, wherein the depth of the hole is n / 6th of the radius of the sphere, wherein n is an integer of 5 or less.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017038976A JP2018148292A (en) | 2017-03-02 | 2017-03-02 | Distribution and synthetic circuit |
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JP (1) | JP2018148292A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220120940A1 (en) * | 2020-10-16 | 2022-04-21 | National Chiao Tung University | Spherical gradient-index lens |
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2017
- 2017-03-02 JP JP2017038976A patent/JP2018148292A/en active Pending
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US20220120940A1 (en) * | 2020-10-16 | 2022-04-21 | National Chiao Tung University | Spherical gradient-index lens |
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