JP3552971B2 - アクティブフェイズドアレイアンテナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブフェイズドアレイアンテナに関するものであり、特に移動体識別用無線機や衛星放送受信機等の通信機器におけるマイクロ波を送受信するアクティブフェイズドアレイアンテナや、その他、例えば自動車の衝突防止レーダー等のミリ波を送受信するアクティブフェイズドアレイアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、マイクロ波・ミリ波を送受信するアンテナとして、いわゆるアクティブフェイズドアレイアンテナが一般的に用いられている。
この、従来より用いられているアクティブフェイズドアレイアンテナについて、図面を参照しつつ説明する。
図９（ａ）は、従来のアクティブフェイズドアレイアンテナ１００の構成を模式的に示す図であり、図９（ｂ）は、アクティブフェイズドアレイアンテナ１００を構成する部材の１つである移相器７０７の構成の一例を示している。
【０００３】
従来のアクティブフェイズドアレイアンテナ１００は、誘電体基板上に配列された複数のアンテナパッチ７０６ａ…７０６ｐと、給電端子７１１に印加された高周波信号を各アンテナパッチ７０６に分配する給電線路７１０とを有している。また、アクティブフェイズドアレイアンテナ１００は、給電線路７１０上に配設され、通過する高周波信号の位相を変化させる、各アンテナパッチ７０６に対応する移相器７０７ａ…７０７ｐと、各移相器７０７毎に、対応する所要の直流制御電圧を印加して、各移相器７０７を通過する高周波信号の移相量を制御する制御回路７０８を有している。尚、アンテナパッチ７０６及び移相器７０７は図９ではそれぞれ１６個づつ設けられているが、あくまでもこれは例示に過ぎない。
また、図９（ｂ）は、アクティブフェイズドアレイアンテナ１００に使用されている移相器７０７の構成を示す図である。なお、全ての移相器７０７は同一構成となっている。
【０００４】
移相器７０７は、入力された高周波信号を伝送する伝送路として、給電線路７１０に接続された入力側及び出力側の第１伝送路１４ａ、２０ａと、直流電源に高周波阻止素子２１、２７を介して接続された入力側及び出力側の第２伝送路１４ｂ、２０ｂと、直流電源に高周波阻止素子２４を介して接続された中間伝送路１７と、それぞれ高周波阻止素子２４を介して第１の制御線Ｖ１、第１の反転制御線ＮＶ１に接続された、長さの異なる第１、第２の切替用伝送路１５、１６と、それぞれ高周波阻止素子２５、２６を介して第２の制御線Ｖ２、第２の反転制御線ＮＶ２に接続された、長さの異なる第３、第４の切替用伝送路１８、１９とを有している。
【０００５】
そして、入力側の第１伝送路１４ａと第２伝送路１４ｂの間には直流電力を阻止する直流阻止素子１２が、また、出力側の第１伝送路２０ａと第２伝送路２０ｂの間には直流電力を阻止する直流阻止素子１３がそれぞれ接続されている。
また、第１及び第２の切替用伝送路１５及び１６は、中間の伝送路１７と入力側の第２伝送路１４ｂの間に配置されている。
【０００６】
第１切替用伝送路１５の入力側端と入力側の第２伝送路１４ｂの出力側端の間には、ＰＩＮダイオード３１ａが第２伝送路１４ｂから第１切替用伝送路１５に向けて順方向となるよう、また、第１切替用伝送路１５の出力側端と中間伝送路１７の入力側端の間には、ＰＩＮダイオード３１ｂが中間伝送路１７から第１切替用伝送路１５に向けて順方向となるよう、それぞれ接続されている。
【０００７】
第２切替用伝送路１６の入力側端と入力側の第２伝送路１４ｂの出力側端の間には、ＰＩＮダイオード３２ａが第２伝送路１４ｂから第２切替用伝送路１６に向けて順方向となるよう、また、第２切替用伝送路１６の出力側端と中間伝送路１７の入力側端の間には、ＰＩＮダイオード３２ｂが中間伝送路１７から第２切替用伝送路１６に向けて順方向となるよう接続されている。
さらに、上記中間伝送路１７と出力側の第２伝送路２０ｂの間には、第３及び第４の切替用伝送路１８及び１９が配置されている。
【０００８】
第３切替用伝送路１８の入力側端と中間伝送路１７の出力側端の間には、ＰＩＮダイオード３３ａが中間伝送路１７から第３切替用伝送路１８に向けて順方向となるよう、また、第３切替用伝送路１８の出力側端と出力側の第２伝送路２０ｂの入力側端の間には、ＰＩＮダイオード３３ｂが第２伝送路２０ｂから第３切替用伝送路１８に向けて順方向となるよう接続されている。
【０００９】
第４切替用伝送路１９の入力側端と中間伝送路１７の出力側端の間には、ＰＩＮダイオード３４ａが中間伝送路１７から第４切替用伝送路１９に向けて順方向となるよう、また、第４切替用伝送路１９の出力側端と出力側の第２伝送路２０ｂの入力側端の間には、ＰＩＮダイオード３４ｂが第２伝送路２０から第４切替用伝送路１９に向けて順方向となるよう接続されている。
【００１０】
このように構成される移相器７０７を備えたアクティブフェイズドアレイアンテナ１００の動作について説明する。
まず、給電端子７１１に高周波電力が印加されると、高周波電力は各移相器７０７を介して各アンテナパッチ７０６に供給される。このとき各移相器７０７には対応する所要の制御電圧が印加されており、各移相器７０７では、制御回路７０８からの制御電圧に基づいて、高周波電力の移相を所定の移相量だけ進めたり、遅らせたりする処理が行われる。これにより、各アンテナパッチ７０６から所定の位置の高周波電力が出射される。
【００１１】
このように、アクティブフェイズドアレイアンテナ１００では、制御回路７０８から各移相器７０７へ直接制御電圧を印加して移相量を変化させることにより、アンテナの指向特性の制御を行っている。
【００１２】
次に移相器７０７の動作について説明する。
給電線路７１０を介して移相器７０７に供給された高周波電力は、入力側の第１伝送路１４ａ、直流阻止素子１２、入力側の第２伝送路１４ｂ、第１、第２の切替用伝送路１５、１６のどちらか一方、中間伝送路１７、第３、第４の切替用伝送路１８、１９のどちらか一方、出力側の第２伝送路２０ｂ、直流阻止素子１３、及び出力側の第１伝送路２０ａの順に通過して、アンテナパッチ７０６に伝播する。
【００１３】
このとき、各制御線Ｖ１、Ｖ２、ＮＶ１、ＮＶ２からは、対応するＰＩＮダイオード３１、３２、３３、３４のＯＮ／ＯＦＦを切り替える制御電圧が各伝送路１５、１６、１８、１９へ印加されており、各ＰＩＮダイオード３１、３２、３３、３４は制御電圧に基づきＯＮ／ＯＦＦする。これにより、高周波電力が移相器７０７内で通過する伝送路の長さが変化することになり、高周波電力は所定の移相量だけ位相を進められたり、遅らせられたりして出力される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような構成を有する従来のアクティブフェイズドアレイアンテナ１００を構成する移相器７０７では、内部の伝送路を制御電圧により切り替えて移相量を変化させているため、移相変化は連続的ではなく段階的に行われることとなり、しかもこの段階数（ステップ数）に対応した伝送路切替えのための回路構成、つまり切替用伝送路、高周波阻止素子や制御線等が必要となり問題であった。
【００１５】
言い換えると、小刻みなステップで移相変化が行われ、しかも大きな移相量が得られる構成を実現しようとすると、多くの伝送路切替えのための回路構成が必要となるという問題が存在する、ということである。
また、アンテナパッチ数を多くして、利得の大きなアンテナを得ようとする場合においても、移相器を構成する回路構成や配線が複雑になるという問題があった。
【００１６】
また、従来のアクティブフェイズドアレイアンテナに用いる移相器として、マイクロストリップハイブリッドカプラにバラクタダイオードを組合せたものもあるが、バラクタダイオードは連続的な指向性の変化が可能である反面、ＰＮ接合の接合容量を利用しているため制御電圧が数ボルトと低く、このため移相器内を通過する高周波信号の通過電力が大きいと、その信号電圧により接合容量が変化してしまい、これにより高調波が多く発生してしまうという問題があったので、このような構成を有する移相器を用いることは一般的ではなかった。
【００１８】
そこで本発明はこのような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、より簡単な構造で、連続的なアンテナ指向特性を変化させることが可能な、低コストのアクティブフェイズドアレイアンテナを提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナでは、誘電体基板上に、複数のアンテナパッチと、前記誘電体基板に高周波電力を印加する給電端子と、を備え、前記各アンテナパッチと前記給電端子とを、前記給電端子から分岐した給電線路で接続し、前記各給電線路上を通過する高周波信号の位相を電気的に変化させる移相器を、前記給電線路の一部を構成するように配置した構造を有し、前記移相器が、常誘電体を基材とするマイクロストリップハイブリッドカプラと、強誘電体を基材とし、かつ前記マイクロストリップハイブリッドカプラと電気的に接続されるマイクロストリップスタブとを組み合わされてなり、前記マイクロストリップスタブに直流の制御電圧を加えて通過移相量を変化させるように構成したアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、前記複数のアンテナパッチは、行方向及び列方向に等間隔になるようにマトリクス状に配置し、前記給電線路は、行方向及び列方向において、全て２分岐で構成するとともに、入力端子から全ての分岐端までの分岐数が同じであり、各行の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る前記移相器の数が、隣接する行の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る前記移相器の数より、順次１つだけ多くなるように、かつ、各列の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る前記移相器の数が、隣接する列の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る前記移相器の数より、順次１つだけ多くなるように、前記移相器を配置してなり、なおかつ、前記移相器が全て同一特性のものであること、を特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項２に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナでは、請求項１に記載のフェイズドアレイアンテナにおいて、少なくとも、強誘電体及び強磁性体を基材とする開放端スタブと、常誘電体を基材とするマイクロストリップハイブリッドカプラと、を有する移相器を備えたこと、を特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項３に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナでは、請求項２に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、前記開放端スタブを、接地導体、強誘電体、ストリップ導体、強磁性体の順に積層して構成したこと、を特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項４に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナでは、請求項２に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、前記開放端スタブを、接地導体、強誘電体、強磁性体、ストリップ導体の順に積層して構成し、前記接地導体と前記ストリップ導体の間に、前記強誘電体と前記強磁性体を、前記接地導体面に平行する面方向に積層して構成してなること、を特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項５に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナでは、請求項１ないし請求項４に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、前記接地導体を絞り加工したこと、を特徴とする。
【００３２】
本発明の請求項６に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナでは、請求項５に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、全ての前記給電線路が、同一の断面形状を有する線状導体により構成したストリップ導体を備えたこと、を特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、ここで示す実施の形態はあくまでも一例であって、必ずしもこの実施の形態に限定されるものではない。
【００３５】
（実施の形態１）
まず、本発明に係るアクティブフェイズドアレイアンテナを第１の実施の形態として、図面を参照しつつ説明する。
図１（ａ）は、本実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナ２００の構成の一例を説明するブロック図である。
【００３６】
このアクティブフェイズドアレイアンテナ２００は、誘電体基板上に行方向及び列方向の間隔が等間隔になるようマトリックス（行列）状に配列された複数のアンテナパッチ１０６ａ…１０６ｐと、高周波電力が印加される、接地された給電端子１０８と、行方向指向性制御電圧を発生する第１制御電圧発生手段１１１と、列方向指向性制御電圧を発生する第２制御電圧発生手段１１２と、を有している。また、複数のアンテナパッチ１０６は、それぞれが給電端子１０８から分岐した給電線路１２１により、給電端子１０８と複数のアンテナパッチ１０６が接続されている。そして後述するように、複数個備えられた移相器１０７が給電線路１２１の一部を構成するように配置されている。
【００３７】
また、誘電体基板上では、複数のアンテナパッチ１０６のマトリクス状配列における第１行から第４行の各行に対応する第１から第４の接続ノードＮ１…Ｎ４が形成されており、各接続ノードＮ１…Ｎ４と第１制御電圧発生手段１１１との間にはそれぞれ高周波阻止素子１０９ａ…１０９ｄが接続されている。
複数のアンテナパッチ１０６のマトリクス状配列における第１列の第１行、第２行、第３行、第４行に対応するアンテナパッチ１０６ａ、１０６ｅ、１０６ｉ、１０６ｍは、それぞれ第１〜第４の接続ノードＮ１…Ｎ４に直接接続されている。
【００３８】
第２列の第１行、第２行、第３行、第４行に対応するアンテナパッチ１０６ｂ、１０６ｆ、１０６ｊ、１０６ｎは、それぞれ移相器１０７ａ１、１０７ａ５、１０７ａ９、１０７ａ１３を介して、第１〜第４の接続ノードＮ１…Ｎ４に接続されている。
【００３９】
第３列の第１行、第２行、第３行、第４行に対応するアンテナパッチ１０６ｃ、１０６ｇ、１０６ｋ、１０６ｏは、それぞれ、直列接続した２つの移相器１０７ａ３及び１０７ａ４、直列接続した２つの移相器１０７ａ７及び１０７ａ８、直列接続した２つの移相器１０７ａ１１及び１０７ａ１２、直列接続した２つの移相器１０７ａ１５及び１０７ａ１６を介して、第１〜第４の接続ノードＮ１…Ｎ４に接続されている。
【００４０】
第４列の第１行、第２行、第３行、第４行に対応するアンテナパッチ１０６ｄ、１０６ｈ、１０６ｌ、１０６ｐは、それぞれ、直列接続した３つの移相器１０７ａ２〜１０７ａ４、直列接続した３つの移相器１０７ａ６〜１０７ａ８、直列接続した３つの移相器１０７ａ１０〜１０７ａ１２、直列接続した３つの移相器１０７ａ１４〜１０７ａ１６を介して、第１〜第４の接続ノードＮ１…Ｎ４に接続されている。
つまり図１から明らかなように給電線路は、行方向の入力端子である接続ノードＮ１…Ｎ４から全ての分岐端までの分岐数が同じであり、さらに初段分岐を除いて、分岐前の線路に挿入されていた移相器数の１／２の移相器を分岐後の片方の線路にのみ挿入している。
【００４１】
また、第１行の接続ノードＮ１は、直流阻止素子１１０ａと、直列接続した３つの移相器１０７ｂ３〜１０７ｂ１と、を介して給電端子１０８に接続され、第２行の接続ノードＮ２は、直流阻止素子１１０ｂと、直列接続した２つの移相器１０７ｂ２、１０７ｂ１とを介して、給電端子１０８に接続され、第３行の接続ノードＮ３は、直流阻止素子１１０ｃと、移相器１０７ｂ４とを介して、給電端子１０８に接続され、第４行の接続ノードＮ４は、直流阻止素子１１０ｄを介して、給電端子１０８に接続されている。
そして第２の制御電圧発生手段１１２は高周波阻止素子１０９ｅを介して上記給電端子１０８に接続されている。
つまり図１から明らかなように給電線路は、列方向の入力端子である給電端子１０８から全ての分岐端までの分岐数が同じであり、さらに初段分岐を除いて、分岐前の線路に挿入されていた移相器数の１／２の移相器を分岐後の片方の線路にのみ挿入している。
【００４２】
なお、移相器１０７ａ１〜１０７ａ１６は、第１制御電圧発生手段１１１により、制御電圧によりアクティブフェイズドアレイアンテナ２００の行方向指向性を制御するための行方向指向性制御用移相器であり、移相器１０７ｂ１〜１０７ｂ４は、第２制御電圧発生手段１１２の制御電圧により、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００の列方向指向性を制御するための列方向指向性制御用移相器である。また、全ての移相器１０７ａ１〜１０７ａ１６、及び１０７ｂ１〜１０７ｂ４は、全て同一の特性を有している。
【００４３】
このような構成を有するアクティブフェイズドアレイアンテナ２００では、第１行〜第４行の各行の行方向アンテナパッチ群と給電端子１０８との間に位置する列方向指向性制御用移相器の数が、第４行から第１行にかけて順次１個ずつ増加し、第１列〜第４列の各列の列方向アンテナパッチ群と給電端子１０８との間に位置する行方向指向性制御用移相器の数が、第１列から第４列にかけて順次１個ずつ増加するように移相器が配置される構成となっており、なおかつ、移相器１０７の特性が全て同一なものとしているため、列方向及び行方向の指向性の制御がそれぞれ１つの制御電圧により行われることとなる。
【００４４】
これを具体的に説明する。まず、行方向指向性制御用移相器１０７ａ１〜１０７ａ４をそれぞれ通過する高周波電力の位相を移相量Φだけ遅らせるものとし、各移相器１０７の配置間隔を距離ｄとする。
ここで、図１（ｂ）に示すように、第１行のアンテナパッチ１０６ａに入射された高周波電力は、位相の変化なく接続ノードＮ１に供給される。
これに対し、第１行のアンテナパッチ１０６ｂに入射された高周波電力は、移相器１０７ａ１により、その位相が移相量Φだけ遅らせられて接続ノードＮ１に供給される。
そして、第１行のアンテナパッチ１０６ｃに入射された高周波電力は、移相器１０７ａ３及び１０７ａ４により、その位相が移相量２Φだけ遅らせられて接続ノードＮ１に供給される。
さらに、第１行のアンテナパッチ１０６ｄに入射された高周波電力は、移相器１０７ａ２から１０７ａ４により、その位相が移相量３Φだけ遅らせられて接続ノードＮ１に供給される。
【００４５】
以上を言い換えると、第１行のアンテナパッチ１０６ａから１０６ｄの配列方向に対して、所定の角度Θ（Θ＝ｃｏｓ−１（Φ／ｄ））をなす方向Ｄが、第１行のアンテナパッチ１０６ａから１０６ｄによる受信電波の最大感度方向となる。尚、図中ｗ１からｗ３は、同一位相の受信電波の波面を示している。
また、その他の行，つまり第２行〜第４行におけるアンテナパッチ群による指向特性も、第１行のアンテナパッチ群による指向特性と全く同一である。
従って、第１制御電圧発生手段１１１による行方向指向性制御電圧を変化させることにより、各移相器１０７ａ１…１０７ａ１６による移相量Φが連続的に変化することとなり、最大感度方向と行方向のなす角度Θが列方向と垂直な面内で変化する。
【００４６】
一方、第４行に対応する接続ノードＮ４に供給された高周波電力は、その位相の変化を生ずることなく、給電端子１０８に供給される。
【００４７】
次いで、第３行に対応する接続ノードＮ３に供給された高周波電力は、移相器１０７ｂ４により、その位相が移相量Φだけ遅らせられて給電端子１０８に供給される。
そして、第２行に対応する接続ノードＮ２に供給された高周波電力は、移相器１０７ｂ２及び１０７ｂ１により、その位相が移相量２Φだけ遅らせられて給電端子１０８に供給される。
さらに、第１行に対応する接続ノードＮ１に供給された高周波電力は、移相器１０７ｂ３から１０７ｂ１によりその位相が移相量３Φだけ遅らせられて給電端子１０８に供給される。
従って、第２制御電圧発生手段１１２による列方向指向性制御電圧を変化させることにより、各移相器１０７ｂ１…１０７ｂ４による移相量Φが連続的に変化することとなり、最大感度方向と列方向のなす角度が行方向と垂直な面内で変化する。
【００４８】
また、第４行に対応する接続ノードＮ４と給電端子１０８との間には直流阻止素子１１０ｄが、そして第１行〜第３行に対応する接続ノードＮ１…Ｎ３と対応する移相器１０７ｂ３、１０７ｂ２、１０７ｂ４との間には直流阻止素子１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが設けられているため、各制御電圧発生手段１１１及び１１２からの制御電圧による移相器１０７の制御は、行方向の移相器は行方向の移相器だけで、列方向の移相器は列方向の移相器だけで、それぞれ独立して行われる。これによりアクティブフェイズドアレイアンテナ２００では、指向方向をアンテナパッチの数に関係なく、アンテナの電波送受信面，つまり行方向及び列方向を含む平面上で任意の方向に設定可能となっている。
【００４９】
次にアクティブフェイズドアレイアンテナ２００を構成する部材の１つである移相器１０７について説明する。
図２（ａ）は、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００に用いられる移相器１０７の構成を示す斜視図である。
この移相器１０７は、給電線路１２１の一部を構成している、常誘電体基材１０１を用いたマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と、強誘電体基材１０２を用い、かつマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と接して形成されている、マイクロストリップスタブ１０４と、を備えている。そして、マイクロストリップスタブ１０４に印加する直流の制御電圧により、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３を通過する高周波電力の移相量が変化するよう構成されている。
【００５０】
つまり、移相器１０７の基材は、常誘電体基材１０１と強誘電体基材１０２とから構成されている。
そして常誘電体基材１０１上には矩形状の環状導体層１０３ａが配置されており、この環状導体層１０３ａと常誘電体基材１０１とによりマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３が構成されている。
また、強誘電体基材１０２上には、矩形状の環状導体層１０３ａの対向する２つの直線部分１０３ａ１、１０３ａ２の延長上に位置し、かつ２つの直線部分１０３ａ１、１０３ａ２の一端にそれぞれつながるよう、２つの直線状導体層１０４ａ１、１０４ａ２が配置されており、２つの直線状導体層１０４ａ１、１０４ａ２と強誘電体基材１０２と、からマイクロストリップスタブ１０４が構成されている。
【００５１】
さらに、常誘電体基材１０１上には、２つの直線部分１０３ａ１、１０３ａ２の延長上に位置し、かつ２つの直線部分１０３ａ１、１０３ａ２の他端にそれぞれつながるよう、導体層１１５ａ、１２０ａが配置されている。
そしてこの導体層１１５ａと常誘電体基材１０１と、により入力線路１１５が構成され、導体層１２０ａと常誘電体基材１０１と、により出力線路１２０が構成されている。
【００５２】
なお、環状導体層１０３ａの直線部分１０３ａ１の一端側、及び他端側が、それぞれマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３のポート２、ポート１となっており、環状導体層１０３ａの直線部分１０３ａ２の一端側、及び他端側がそれぞれマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３のポート３、ポート４となっている。つまり、移相器１０７は、マイクロストリップスタブ１０４に直流の制御電圧を加えることにより、通過する高周波電力の移相量が変化する構成となっている。
【００５３】
これをさらに詳しく説明する。
正しく設計されたマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３の隣合う２つのポート（ポート２およびポート３）に同一の反射素子（マイクロストリップスタブ１０４）を接続した構成の移相器１０７では、入力ポート（ポート１）から入った高周波電力は、この入力ポートからは出力されず、反射素子での反射電力を反映した高周波電力が出力ポート（ポート４）へのみ出力される。ここで反射素子であるマイクロストリップスタブ１０４での反射は、図２（ａ）に示すように、制御電圧が作るバイアス電界１０５がマイクロストリップスタブ１０４を伝播する高周波電力の作る電界と同一方向にあるため、図２（ｂ）に示すように、制御電圧を変化させると、高周波電力に対するマイクロストリップスタブ１０４の実効誘電率も変化する。これにより、高周波電力に対するマイクロストリップスタブ１０４の等価電気長が変化してマイクロストリップスタブ１０４での移相も変化する。
【００５４】
ここでマイクロストリップスタブ１０４の実効誘電率を変化させるのに要するバイアス電界１０５は、一般の強誘電体基材においては数キロボルト／ミリメートルから１０数キロボルト／ミリメートルであるので、マイクロストリップスタブ１０４上を伝搬する高周波電力が作る電界により実効誘電率が影響を受けて高調波が発生することはない。
【００５５】
このように、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００を構成する移相器１０７では、制御電圧を変化させると連続的に高周波電力の移相量が変化し、さらに移相器１０７および給電線路１２１が１つの導体層により構成されているので、複数の移相器１０７に対して１本の給電線路１２１により制御電圧を供給することが可能となっている。
【００５６】
次に、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００の具体的構造について説明する。
図３は、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００の構造を説明する分解斜視図である。ここで、図３に示された４つのアンテナパッチ２０２は、図１（ａ）に示すアクティブフェイズドアレイアンテナ２００のアンテナパッチ１０６ｉ、１０６ｊ、１０６ｍ、１０６ｎに相当する。その他の部分はここでは特に図示しない。
【００５７】
図１及び図３を参照しつつさらに説明すると、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００は、板状誘電体基材２０５を有しており、その周囲には周壁２０５ａが形成されている。
誘電体基材２０５の表面には給電線路支持溝２１３が形成されており、給電線路支持溝２１３内には、給電線路１２１と、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３及びマイクロストリップスタブ１０４と、直流阻止素子１１０及び高周波阻止素子１０９と、を構成する導体層２０４が挿入されて固定されている。
【００５８】
導体層２０４の、直流阻止素子１１０を構成する部分の上には、直流阻止素子１１０（容量素子）を構成する絶縁フィルム（直流阻止容量用フィルム）２１９を介して、直流阻止素子１１０を構成する導体片（直流阻止容量用導体片）２１１が積層されている。
導体層２０４の、マイクロストリップスタブ１０４を構成する部分の上には、強誘電体部材２０６が配置されている。
誘電体基材２０５上には、導体層２０４と、直流阻止容量用導体片２１１と、強誘電体部材２０６と、を覆うよう、導体層２０４から所定距離離して共有接地導体層２０３が配置されている。
【００５９】
共有接地導体層２０３の、給電線路１２１のアンテナパッチ２０２側端に対応する部分には、結合窓２０７が形成されている。
共有接地導体層２０３上には、共有接地導体層２０３との間に所定の間隔が形成されるように板状誘電体部材２０１が配置されている。
板状誘電体部材２０１は、共有接地導体層２０３に形成された部品貫通口２０３ａを貫通する支持部材２０１ａで、誘電体基材２０５上に支持されている。
板状誘電体部材２０１における結合窓２０７に対向する部分には、アンテナパッチ支持溝２１２が形成されており、このアンテナパッチ支持溝２１２にはアンテナパッチ２０２が嵌め込まれて固定されている。
【００６０】
なお、２１４は給電線路１２１の一端に形成された給電端子であり、２１５はＸ方向（行方向）の指向性を制御するための制御電圧を印加するための制御端子、２１６はＹ方向（列方向）の指向性を制御するための制御電圧を印加するための制御端子である。また２０８はＸ方向指向性制御用移相器であり、２０９はＹ方向指向性制御用移相器である。さらに２１０は高周波阻止スタブ、２１１は直流阻止容量用導体片である。
【００６１】
板状誘電体基材２０５の周壁２０５ａにおける、給電端子２１４に対向する部分には、給電端子取り出し用開口２１７が形成され、板状誘電体基材２０５の周壁２０５ａにおける、制御端子２１５及び２１６に対向する部分には、制御端子取り出し用開口２１８が形成されている。
【００６２】
この図３に示したアクティブフェイズドアレイアンテナ２００は、図４に示すような断面構造を有している。尚、ここで示した断面図は、より具体的には、図１（ａ）に示すアクティブフェイズドアレイアンテナ２００のアンテナパッチ１０６ｊ及び移相器１０７ａ９に相当する部分の近傍の断面構造を示したものである。
【００６３】
このアクティブフェイズドアレイアンテナ２００において、各層を最上層から順に第１層、…、第７層とすると、全体で７つの層から構成されており、第１層の誘電体部材２０１と、第３層の空気層１２３ａと、第５層の空気層１２３ｂ及び強誘電体部材２０６と、第７層の誘電体基材２０５とを誘電体とし、第２層のアンテナパッチ２０２と、第４層の共有接地導体層２０３と、第６層の給電線路１２１及び移相器２０４とを導体とし、これらを積層することにより構成されている。また、第１層、第２層、第３層、第４層により第１マイクロストリップ構造１２６が、第４層、第５層、第６層、第７層により第２マイクロストリップ構造１２７が形成されており、第１マイクロストリップ構造１２６と第２マイクロストリップ構造１２７とは第４層を接地層として共有する。
そして、共有接地導体層２０３に形成された結合窓２０７を通して、アンテナパッチ２０２と給電線路１２１は、電磁界的に結合し、高周波電力の受け渡しを行うようになっている。
【００６４】
以上説明したように、本実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナ２００では、アンテナパッチ２０２（１０６）や給電線路１２１を伝播する高周波電力は、ほとんどアンテナパッチ２０２を構成する導体層２０４と共有接地導体層２０３の間、及び給電線路１２１を構成する導体層２０４と共有接地導体層２０３の間に集中して流れているので、これらの導体層２０４、２０３の間の誘電体基材として、損失が極めて少なくかつ誘電率の安定している空気を使用している。
【００６５】
そして、高周波電力が集中しないために、低損失及び誘電率の安定性を求める必要のない、アンテナパッチ２０２及び給電線路１２１を構成する導体層２０４の表面外側の誘電体基材としては、アンテナパッチ２０２及び給電線路１２１を構成する導体層２０４を支持する誘電体基材２０５をそのまま用いている。
またこの誘電体基材２０５はアクティブフェイズドアレイアンテナ２００表面の保護層を兼ねる場合もある。
【００６６】
このように構成することにより、高周波電力の伝播特性をコントロールするとともに、アンテナパッチや給電線路導体を支持する役割が求められるものの、高周波特性として損失が少なく誘電率が安定している必要がある、マイクロストリップ構造の誘電体基材の価格によって、アクティブフェイズドアレイアンテナの価格が決定されてしまう、という従来の問題を解消し、アクティブフェイズドアレイアンテナを、簡単な構造で、かつ低コストにより実現可能なものとできる。
【００６７】
以上説明した本実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナ２００の動作について説明する。
まず、アンテナパッチ１０６ａ…１０６ｐに高周波電力が入射されると、各アンテナパッチ１０６からは、高周波電力が対応する直流阻止素子、或いは移相器を介して給電端子１０８に供給される。
【００６８】
具体的には、アンテナパッチ２０２（１０６）に入射された高周波電力は、結合窓２０７を通して給電線路１２１へ受け渡される。給電線路１２１に高周波電力が受け渡されると、高周波電力は、給電線路１２１を通って移相器１０７へ供給される。このとき、各移相器１０７には、第１制御電圧発生手段１１１及び第２制御電圧発生手段１１２から、行方向指向性制御電圧及び列方向指向性制御電圧が供給される。このため、高周波電力のこれらの電圧により決まる移相量だけその位相が変化させられて給電線路を介して給電端子に供給される。
【００６９】
このように本実施の形態では、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００を構成する移相器１０７を、給電線路１２１の一部を構成し、常誘電体を基材とするマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と、強誘電体を基材とし、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と電気的に接続されるマイクロストリップスタブ１０４と、を備え、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３に印加する直流制御電圧により、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３を通過する高周波電力の移相量を変化させるようにしたので、高周波電力の移相量を連続的に変化させることができる。
【００７０】
また、マイクロスストリップハイブリッドカプラ１０３は給電線路１２１の一部を構成し、そしてマイクロストリップスタブ１０４はマイクトストリップハイブリッドカプラ１０３と電気的に接続されているので、１本の給電線路１２１に複数の移相器１０７を接続させ、移相器１０７及び給電線路１２１を１つの導体層２０４により構成することが可能となるので、複数の移相器１０７に対して１本の給電線路１２１により制御電圧を供給することが可能となり、配線を単純にすることができる。
【００７１】
また、移相器１０７及び給電線路１２１を１つの導体層２０４により構成することが可能となるので、マトリックス状に配列する複数の各アンテナパッチ１０６と給電端子１０８との間に配置する移相器１０７の数を調節することにより、給電線路１２１の両端側から印加する制御電圧を変化させるだけで、アンテナパッチ１０６の数に関係なく、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００の指向特性を連続的に制御することができる。
【００７２】
また、本実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナ２００では、行方向の移相器１０７と列方向の移相器１０７とで信号の移相が独立に行われるよう、第１制御電圧発生手段１１１及び第２制御電圧発生手段１１２の間に直流阻止素子１１０を設けているので、指向方向をアンテナパッチ１０６の数に関係なく、各制御電圧発生手段１１１、１１２により、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００の最大感度方向を行方向及び列方向を含む平面上で任意の方向に設定することができる。
【００７３】
さらに、マイクロストリップ構造の導体層の間の誘電体基材には、高周波電力の損失が極めて少なく誘電率の安定している空気を使用し、給電線路導体の表面外側の誘電体基材には、アンテナパッチと給電線路導体を支持する誘電体部材を使用したので、これによりアンテナ表面の保護層を兼ねることもでき、簡単な構造で低コスト化を図ることができる。
【００７４】
なお、本実施の形態においては、アンテナパッチ数が４×４の場合で示したが、これら以外のパッチ数でもよい。また、各アンテナパッチから給電端子までの移相器以外の給電線路長が等しくなるように設計されたアンテナについて説明を行ったが、指向特性の方向に予めオフセットを持たせるために、各アンテナパッチから給電端子までの移相器以外の給電線路長にオフセット用の伝送線路を設けて実現可能なことも言うまでもない。
【００７５】
さらに、本実施の形態では、アンテナパッチ及び給電線路を構成する導体層は、誘電体基材に形成した凹構造の溝に埋めて固定する方法を示したが、上記導体層は、凸構造の柱として誘電体基材上に固定してもよく、さらに、上記導体層を誘電体基材の誘電率の影響を受け難い方法により支持する支持構造も実現可能なことは言うまでもない。
【００７６】
（実施の形態２）
図２に示すように、上述した、第１の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナ２００における移相器１０７は、給電線路１２１の一部を構成している、常誘電体を基材とするマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と、強誘電体を基材とし、かつマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と接して形成されている、マイクロストリップスタブ１０４と、を備えているが、一般に強誘電体の比誘電率は大きく、マイクロストリップスタブ１０４の線路インピーダンスは一般に低下する傾向がある。従って、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３とマイクロストリップスタブ１０４との接続部で高周波の電力反射が大きく、高周波電力の多くはマイクロストリップスタブ１０４には入らずにマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３へと戻ってしまう、その結果、有効な移相量が得られないことが多い。その為、アンテナの指向特性変化量も狭い範囲に制限されてしまうこととなる。
【００７７】
そこで、図５に示すように、アクティブフェイズドアレイアンテナに用いる移相器３５１において、強誘電体基材３５７を用いるマイクロストリップスタブ３６１に近接して強磁性体層３５６を設けることにより、強誘電体基材３５７により低下したマイクロストリップスタブ３６１の線路インピーダンスを高くすることが可能となり、ひいては上述した欠点を解消できる。
【００７８】
そこで、少なくとも強誘電体及び強磁性体を基材とする開放端スタブと、常誘電体を基材とするマイクロストリップハイブロッドカプラと、を有する移相器を備えた、アクティブフェイズドアレイアンテナを、第２の実施の形態として、図面を参照しつつ説明する。
【００７９】
図５は上述のとおり、本実施の形態におけるアクティブフェイズドアレイアンテナに用いる移相器の斜視図及び、開放端スタブの断面図である。
まず、図５（ａ）〜（ｃ）に示した移相器３５１の構成について説明する。
３５２及び３５３は開放端スタブである。ここで、開放端スタブ３５２は、接地導体、強誘電体、ストリップ導体、強磁性体の順に積層して構成されたものであり、開放端スタブ３５３は、接地導体とストリップ導体の間に、強誘電体と強磁性体を、接地導体面に平行する面方向に積層して構成したものである。
また、３５４はマイクロストリップハイブリッドカプラ、３５５は常誘電体基材、３５６は強磁性体層、３５７は強誘電体基材、３６０は共有接地導体層、３６１はマイクロストリップスタブ、３６２はビアホールである。
【００８０】
また、図５（ｄ）において、３５８は直流制御電圧および高周波電力などの制御電圧が作るバイアス電界、３５９は高周波電力が作る磁界である。
さらにここで、強誘電体基材３５７と強磁性体層３５６の配置構造としては、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）等の構造とすることが可能である。
図５（ａ）は簡単は構造であることから製造方法も簡単であるという特徴を有し、図５（ｂ）は移相器の厚みを薄くすることが可能であるという特徴を有し、さらに図５（ｃ）は移相器の厚みを薄くしながら内挿ビアホールが不要であるという特徴を有する。
【００８１】
ここで図５に示している強磁性体層３５６は、強誘電体基材３５７により低下したマイクロストリップスタブ３６１の線路インピーダンスを高くする効果を有し、それによりマイクロストリップハイブリッドカプラ３５４とマイクロストリップスタブ３６１の接続部での電力反射は少なく、高周波電力のほとんどがマイクロストリップスタブ３６１に入るので、有効な移相量を得ることが可能となる。そして有効な移相量が得られるということで、上述のような移相器を用いたアクティブフェイズドアレイアンテナとすると、広い指向特性変化が可能なアクティブフェイズドアレイアンテナが実現可能となる。
以上のように、本実施の形態に係る発明のアクティブフェイズドアレイアンテナでは、広い指向特性変化が可能なアクティブフェイズドアレイアンテナが実現可能となる。
【００８２】
（実施の形態３）
一般にマイクロ波・ミリ波領域で利用可能なアクティブフェイズドアレイアンテナを実現しようとする場合、アクティブフェイズドアレイアンテナを構成する各機能における要素の性能のみならず、各構成要素を組み合わせてアンテナを組み立てる時の組み立てに関する精度が、アクティブフェイズドアレイアンテナの扱う波長に対して重要となる。即ち、各構成要素を用いてアクティブフェイズドアンテナを組み立てる時、組み立てる構成要素の数が多くなればなるほど不良率が著しく悪化する可能性があるというものである。
そこで、アクティブフェイズドアレイアンテナを構成する各機能要素を有するアンテナ制御装置を、セラミックを使用した一体成形技術により構成することで、不良率悪化を防止することが考えられる。
【００８３】
即ち、上述のように一体成形したアンテナ制御装置をアクティブフェイズドアレイアンテナに用いることで、組み立てる構成要素の数を減らすことが可能となり、ひいては不良率の低下を実現することが可能となる。
そして一体成形したアンテナ制御装置の中に全ての機能要素を入れることで、アクティブフェイズドアレイアンテナの性能低下と不良率を軽減することが可能であることは言うまでもないが、１種類のアンテナ制御装置から多種類のアクティブフェイズドアレイアンテナを作ろうとする場合には、アンテナ制御装置の備える機能要素の種類は多いほど好ましい。
例えば一つ、若しくは複数の移相器機能を一体成形すること、さらに移相器と直流阻止素子機能を一体成形することや、移相器と直流阻止素子と高周波阻止素子機能を一体成形することで、より機能要素の組み合わせ種類を多くすることが考えられる。
【００８４】
そこで、本発明に係る上述したアンテナ制御装置を第３の実施の形態として、図面を参照しつつ説明する。
本実施の形態に係るアンテナ制御装置は、強誘電体と、強磁性体と、常誘電体と、電極材と、を用いて、セラミックを使用した一体成形技術により成形したものである。
このアンテナ制御装置４００の構成について、図６に示した、本実施の形態に係る一体成形したアンテナ制御装置の一例に関する斜視図を参照しつつ説明する。
【００８５】
図６において、４０１は常誘電体基材、４０２は移相器、４０３は強誘電体基材、４０４は強磁性体層、４０５はキャパシタ用誘電体、４０６は共有接地導体層、４０７はマイクロストリップハイブリッドカプラ、４０８は開放端スタブ、４０９は直流阻止素子、４１０は高周波阻止素子、４１１はビアホール、４１２はアンテナパッチ、４１３は給電線路、４１４は直流制御電圧端子である。
【００８６】
この図示したアンテナ制御装置４００では、移相器・直流阻止素子・高周波阻止素子・アンテナパッチの機能を一体成形したが、用いるアクティブフェイズドアレイアンテナの性質や性能に応じて、例えば直流阻止素子と、高周波阻止素子と、アンテナパッチと、３つの部材を省略して、移相器の機能だけを成形することも考えられる。これ以外の組み合わせとして、移相器と直流阻止素子の機能を一体成形することや、移相器・直流阻止素子・高周波阻止素子の機能を一体成形することも考えられる。
【００８７】
例えば、図１に示したアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、移相器１０７、直流阻止素子１１０、高周波阻止素子１０９、アンテナパッチ１０６を、セラミックを用いた一体成形技術により一体成形し、これをアンテナ制御装置として用いることで、アクティブフェイズドアレイアンテナに用いる機能要素の数が減り、ひいては性能に関するバラツキを低下させることができる。
【００８８】
このように、色々な機能をセラミックを使用した一体成形技術により一体成形してアンテナ制御装置とすることで、かかるアンテナ制御装置をアクティブフェイズドアレイアンテナに用いると、各機能要素を別々に製造し、それらを組み立てる時に生じるアクティブフェイズドアレイアンテナの性能に関するバラツキを低下させることが可能となる。
【００８９】
よって、本実施の形態に係るアンテナ制御装置を用いれば、組み立て時の精度バラツキによる性能低下が少ないアクティブフェイズドアレイアンテナを実現し、また、１種類のアンテナ制御装置で、多種類のアクティブフェイズドアレイアンテナを製造することが可能となる。
【００９８】
（実施の形態４）
次に、絞り加工した接地導体を用いたアクティブフェイズドアレイアンテナについて、第４の実施の形態として、図面を参照しつつ説明する。
通常、アクティブフェイズドアレイアンテナに用いられる給電線路は、各部分によって求められる線路インピーダンスが異なるので、給電線路毎に異なった断面形状を有する線状導体をストリップ導体として用いることで、ストリップ導体と接地導体の間の距離を変化させている。即ち、ストリップ導体と接地導体の間の距離が異なると線路インピーダンスが異なることを利用しているのである。
【００９９】
しかしこの手法であれば、複数種類のストリップ導体を用いる必要が生じ、そのためにアクティブフェイズドアレイアンテナの製造工程が複雑なものとなってしまい、ひいてはその性能のバラツキが生じてしまう、という問題があった。
そこで、本実施の形態では、接地導体を絞り加工することで上記の問題を解消しているのである。
【０１００】
図７は、本実施の形態に係る、接地導体を絞り加工したアクティブフェイズドアレイアンテナの一部分９０１を拡大した斜視図である。
図７中、９０２はストリップ導体、９０３は接地導体、９０４は凸絞り加工部分、９０５は凹絞り加工部分である。
即ち、図７に示すように、本発明のアクティブフェイズドアレイアンテナは、凸絞り９０４と凹絞り９０５を設けた接地導体９０３と、給電線路としてのストリップ導体９０２と、を有する。
【０１０１】
ここで、ストリップ導体９０２を、全て同一の断面形状を有する線状導体により構成することは好ましい形態である。
即ち、ストリップ導体９０２を全て同一の断面形状を有する線状導体としても、給電線路の各部において接地導体９０３に設けた凸絞り加工部分９０４と凹絞り加工部分９０５により、ストリップ導体と接地導体間の距離が異なるので、わざわざ線路毎に異なる断面形状を有する線状導体を用いずとも、図示例にあるように、線路毎に異なる線路インピーダンスＺ１、Ｚ２、Ｚ３を得ることが出来る。
よって本発明の給電線路によれば、全て同一の断面形状を有する線状導体を使用できるので、低コストなアクティブフェイズドアレイアンテナが実現できる。
【０１０２】
さらに給電線路は、ストリップ導体９０２は全て同一の断面形状を有する線状導体を使用していることから、例えば給電線路の各直線部分ごとに異なる長さの直線状導体を用意しておき、それらを指定の位置に固定したあと、給電線路の屈曲部に当る直線状導体の接触部を半田付け等により接続することで全給電線路を実現することも可能である。
【０１０３】
こうすることにより、複雑な形状の給電線路用の導体材料を使用する必要がなくなるので、製造部門において給電用導体材料の運搬や取り扱い時の材料の歪み不良を避けることが可能となり、さらに低コストなアクティブフェイズドアレイアンテナが実現できる。
【０１０４】
（実施の形態５）
次に、支持誘電体と、接地導体と、給電用ストリップ導体と、を積層して作成した積層物と、第３の実施の形態で説明したアンテナ制御装置と、を、セラミックを使用した一体成形技術により成形したアクティブフェイズドアレイアンテナ９０６について、第５の実施の形態として、図面を参照しつつ説明する。
図８は第５の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナ９０６を説明する分解斜視図であるが、図８中、９０７はアンテナ制御装置、９０８は支持誘電体、９０９は接地導体、９１０は給電用ストリップ導体、９１１はアンテナパッチ、９１２はアンテナ結合穴である。
【０１０５】
そして本実施の形態においては、まず、支持誘電体９０８と接地導体９０９と給電用ストリップ導体９１０を積層して積層物を作成する。ついで、この積層物とアンテナ制御装置９０７、アンテナパッチ９１１とを、セラミックを用いた一体成形技術により一体成形した構成を採用している。
尚、ここではアンテナ制御装置９０７については第３の実施の形態にて説明したものを利用している。
【０１０６】
以上のような構成とすることにより、アクティブフェイズドアレイアンテナ製作の全ての工程をセラミック多層基板の製造プロセスにより行うことが可能となる。
つまりアクティブフェイズドアレイアンテナに必要な各機能要素の製作精度およびアンテナ組み立て精度全てが、現在ミリ波帯のアンテナ製作における数１０ミクロン単位で求められる作業精度に応えることが可能となり、ミリ波領域で用いられる高性能なアクティブフェイズドアレイアンテナの製作を実現することが可能となる。
【０１０７】
尚、以上の形態の説明において、ハイブリッドカプラとしてブランチライン型を示したが、他に１／４波長分布結合型、ラットレース型、位相反転ハイブリッドリング型や、さらにマイクロストリップで構成したハイブリッドコイル等でも実現可能あることは言うまでもない。
【０１０９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係るアクティブフェイズドアレイアンテナは、誘電体基板上に、複数のアンテナパッチと、前記誘電体基板に高周波電力を印加する給電端子と、を備え、前記各アンテナパッチと前記給電端子とを、前記給電端子から分岐した給電線路で接続し、前記各給電線路上を通過する高周波信号の位相を電気的に変化させる移相器を、前記給電線路の一部を構成するように配置した構造を有し、前記移相器が、常誘電体を基材とするマイクロストリップハイブリッドカプラと、強誘電体を基材とし、かつ前記マイクロストリップハイブリッドカプラと電気的に接続されるマイクロストリップスタブとを組み合わされてなり、前記マイクロストリップスタブに直流の制御電圧を加えて通過移相量を変化させるように構成したフェイズドアレイアンテナにおいて、複数のアンテナパッチを、行方向及び列方向に等間隔になるようにマトリクス状に配置し、前記給電線路は、行方向及び列方向において、全て２分岐で構成するとともに、入力端子から全ての分岐端までの分岐数が同じであり、各行の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る移相器の数が、隣接する行の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る移相器の数より、順次１つだけ多くなるように、かつ、各列の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る移相器の数が、隣接する列の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る移相器の数より、順次１つだけ多くなるように、移相器を配置してなり、なおかつ、移相器が全て同一特性のものであるようにしたので、複数の移相器を接続させた制御線の両端側から印加する制御電圧を変化させるだけで、アンテナパッチの数に関係なく、アンテナの指向特性を連続的に制御することができるという効果を有する。
【０１１１】
請求項２に係るアクティブフェイズドアレイアンテナは、請求項１に記載のフェイズドアレイアンテナにおいて、少なくとも、強誘電体及び強磁性体を基材とする開放端スタブと、常誘電体を基材とするマイクロストリップハイブリッドカプラと、を有する移相器を備えた構成を用いており、請求項３に係るアクティブフェイズドアレイアンテナは、請求項２に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、開放端スタブを、接地導体、強誘電体、ストリップ導体、強磁性体の順に積層して構成し、また、請求項４に係るアクティブフェイズドアレイアンテナは、請求項２記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、開放端スタブを、接地導体、強誘電体、強磁性体、ストリップ導体を積層して構成し、接地導体とストリップ導体の間に、強誘電体と強磁性体を、接地導体面に平行する面方向に積層して構成している。
【０１１２】
これら本発明の請求項２から４に記載されたアクティブフェイズドアレイアンテナは、簡単な構造で連続的に、そして広い指向特性変化が可能なアクティブフェイズドアレイアンテナを実現しうるものである。
【０１１７】
請求項５に係るアクティブフェイズドアレイアンテナは、請求項１ないし請求項４に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、接地導体を絞り加工して接地導体とストリップ導体間の距離を変化させることより構成した、異なる線路インピーダンスの給電線路を備えたものであり、また、請求項６に係るアクティブフェイズドアレイアンテナは、請求項５記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、給電線路として全て同一の断面形状を有する線状導体により構成したストリップ導体を備えたものである。
【０１１８】
これら請求項５又は請求項６に記載されたアクティブフェイズドアレイアンテナは、高価な低損失誘電体を使用しないで高利得化が可能なアクティブフェイズドアレイアンテナを実現しうるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）第１の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナの構造を示すブロック図である。（ｂ）第１の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナのアンテナパッチによる受信電波の最大感度方向を説明する図である。
【図２】（ａ）第１の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナの移相器の構成を示す図である。（ｂ）制御電圧が作るバイアス電界に対するマイクロストリップスタブの実効誘電率の変化を示すグラフである。
【図３】第１の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナの構造を説明する分解斜視図である。
【図４】第１の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナの断面構造（一部）を示す図である。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）第２の実施に係るアクティブフェイズドアレイアンテナに用いる移相器の構成を示す図である。（ｄ）開放端スタブにおける制御電圧が作るバイアス電界と高周波電力が作る磁界を示す図である。
【図６】第３の実施の形態に係るアンテナ制御装置を示す斜視図である。
【図７】第４の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナにおける接地導体とストリップ導体との関係を説明する斜視図である。
【図８】第５の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナの斜視図である。
【図９】（ａ）従来のアクティブフェイズドアレイアンテナの構造を示すブロック図である。（ｂ）従来のアクティブフェイズドアレイアンテナに用いられる移相器の構造を示すブロック図である。
【符号の説明】
２００ アクティブフェイズドアレイアンテナ
１０６ アンテナパッチ
１０７ 移相器
１０８ 給電端子
１０９ 高周波阻止素子
１１０ 直流阻止素子
１１１ 第１制御電圧発生手段
１１２ 第２制御電圧発生手段
１０１ 常誘電体基材
１０２ 強誘電体基材
１０３ マイクロストリップハイブリッドカプラ
１０４ マイクロストリップスタブ
１０５ バイアス電界
１１５ 入力線路
１２０ 出力線路
１２１ 給電線路
２０１ 板状誘電体部材
２０１ａ 指示部材
２０２ アンテナパッチ
２０３ 共有接地導体層
２０３ａ 部品貫通口
２０４ 移相器
２０５ 誘電体基材
２０５ａ 周壁
２０６ 強誘電体部材
２０７ 結合窓
２０８ Ｘ方向指向性制御用移相器
２０９ Ｙ方向指向性制御用移相器
２１０ 高周波阻止スタブ
２１１ 直流阻止容量用導体片
２１２ アンテナパッチ支持溝
２１３ 給電線路支持溝
２１４ 給電端子
２１５ 制御端子
２１６ 制御端子
２１７ 給電端子取り出し用開口
２１８ 制御端子取り出し用開口
２１９ 絶縁フィルム
１２６ 第１マイクロストリップ構造
１２７ 第２マイクロストリップ構造
３５１ 移相器
３５２ 開放端スタブ
３５３ 開放端スタブ
３５４ マイクロストリップハイブリッドカプラ
３５５ 常誘電体基材
３５６ 強磁性体層
３５７ 強誘電体基材
３５８ バイアス電界
３５９ 磁界
３６０ 共有接地導体層
３６１ マイクロストリップスタブ
３６２ ビアホール
４００ アンテナ制御装置
４０１ 常誘電体基材
４０２ 移相器
４０３ 強誘電体基材
４０４ 強磁性体層
４０５ キャパシタ用誘電体
４０６ 共有接地導体層
４０７ マイクロストリップハイブリッドカプラ
４０８ 開放端スタブ
４０９ 直流阻止素子
４１０ 高周波阻止素子
４１１ ビアホール
４１２ アンテナパッチ
４１３ 給電線路
４１４ 直流制御電圧端子
９０１ アクティブフェイズドアレイアンテナの一部（拡大）
９０２ ストリップ導体
９０３ 接地導体
９０４ 凸絞り加工部分
９０５ 凹絞り加工部分
９０６ アクティブフェイズドアレイアンテナ
９０７ アンテナ制御装置
９０８ 支持誘電体
９０９ 接地導体
９１０ 給電用ストリップ導体
９１１ アンテナパッチ
９１２ アンテナ結合穴
１００ アクティブフェイズドアレイアンテナ
７０６ アンテナパッチ
７０７ 移相器
７０８ 制御回路
７１０ 給電線路
７１１ 給電端子
１２ 直流阻止素子
１３ 第１の伝送路
１４ 第２の伝送路
１５ 第１の切替用伝送路
１６ 第２の切替用伝送路
１７ 中間の伝送路
１８ 第３の切替用伝送路
１９ 第４の切替用伝送路
２０ 第２伝送路
２１ 高周波阻止素子
２２ 高周波阻止素子
２３ 高周波阻止素子
２４ 高周波阻止素子
２５ 高周波阻止素子
２６ 高周波阻止素子
２７ 高周波阻止素子
３１ ＰＩＮダイオード
３２ ＰＩＮダイオード
３３ ＰＩＮダイオード
３４ ＰＩＮダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブフェイズドアレイアンテナに関するものであり、特に移動体識別用無線機や衛星放送受信機等の通信機器におけるマイクロ波を送受信するアクティブフェイズドアレイアンテナや、その他、例えば自動車の衝突防止レーダー等のミリ波を送受信するアクティブフェイズドアレイアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、マイクロ波・ミリ波を送受信するアンテナとして、いわゆるアクティブフェイズドアレイアンテナが一般的に用いられている。
この、従来より用いられているアクティブフェイズドアレイアンテナについて、図面を参照しつつ説明する。
図９（ａ）は、従来のアクティブフェイズドアレイアンテナ１００の構成を模式的に示す図であり、図９（ｂ）は、アクティブフェイズドアレイアンテナ１００を構成する部材の１つである移相器７０７の構成の一例を示している。
【０００３】
従来のアクティブフェイズドアレイアンテナ１００は、誘電体基板上に配列された複数のアンテナパッチ７０６ａ…７０６ｐと、給電端子７１１に印加された高周波信号を各アンテナパッチ７０６に分配する給電線路７１０とを有している。また、アクティブフェイズドアレイアンテナ１００は、給電線路７１０上に配設され、通過する高周波信号の位相を変化させる、各アンテナパッチ７０６に対応する移相器７０７ａ…７０７ｐと、各移相器７０７毎に、対応する所要の直流制御電圧を印加して、各移相器７０７を通過する高周波信号の移相量を制御する制御回路７０８を有している。尚、アンテナパッチ７０６及び移相器７０７は図９ではそれぞれ１６個づつ設けられているが、あくまでもこれは例示に過ぎない。
また、図９（ｂ）は、アクティブフェイズドアレイアンテナ１００に使用されている移相器７０７の構成を示す図である。なお、全ての移相器７０７は同一構成となっている。
【０００４】
移相器７０７は、入力された高周波信号を伝送する伝送路として、給電線路７１０に接続された入力側及び出力側の第１伝送路１４ａ、２０ａと、直流電源に高周波阻止素子２１、２７を介して接続された入力側及び出力側の第２伝送路１４ｂ、２０ｂと、直流電源に高周波阻止素子２４を介して接続された中間伝送路１７と、それぞれ高周波阻止素子２４を介して第１の制御線Ｖ１、第１の反転制御線ＮＶ１に接続された、長さの異なる第１、第２の切替用伝送路１５、１６と、それぞれ高周波阻止素子２５、２６を介して第２の制御線Ｖ２、第２の反転制御線ＮＶ２に接続された、長さの異なる第３、第４の切替用伝送路１８、１９とを有している。
【０００５】
そして、入力側の第１伝送路１４ａと第２伝送路１４ｂの間には直流電力を阻止する直流阻止素子１２が、また、出力側の第１伝送路２０ａと第２伝送路２０ｂの間には直流電力を阻止する直流阻止素子１３がそれぞれ接続されている。
また、第１及び第２の切替用伝送路１５及び１６は、中間の伝送路１７と入力側の第２伝送路１４ｂの間に配置されている。
【０００６】
第１切替用伝送路１５の入力側端と入力側の第２伝送路１４ｂの出力側端の間には、ＰＩＮダイオード３１ａが第２伝送路１４ｂから第１切替用伝送路１５に向けて順方向となるよう、また、第１切替用伝送路１５の出力側端と中間伝送路１７の入力側端の間には、ＰＩＮダイオード３１ｂが中間伝送路１７から第１切替用伝送路１５に向けて順方向となるよう、それぞれ接続されている。
【０００７】
第２切替用伝送路１６の入力側端と入力側の第２伝送路１４ｂの出力側端の間には、ＰＩＮダイオード３２ａが第２伝送路１４ｂから第２切替用伝送路１６に向けて順方向となるよう、また、第２切替用伝送路１６の出力側端と中間伝送路１７の入力側端の間には、ＰＩＮダイオード３２ｂが中間伝送路１７から第２切替用伝送路１６に向けて順方向となるよう接続されている。
さらに、上記中間伝送路１７と出力側の第２伝送路２０ｂの間には、第３及び第４の切替用伝送路１８及び１９が配置されている。
【０００８】
第３切替用伝送路１８の入力側端と中間伝送路１７の出力側端の間には、ＰＩＮダイオード３３ａが中間伝送路１７から第３切替用伝送路１８に向けて順方向となるよう、また、第３切替用伝送路１８の出力側端と出力側の第２伝送路２０ｂの入力側端の間には、ＰＩＮダイオード３３ｂが第２伝送路２０ｂから第３切替用伝送路１８に向けて順方向となるよう接続されている。
【０００９】
第４切替用伝送路１９の入力側端と中間伝送路１７の出力側端の間には、ＰＩＮダイオード３４ａが中間伝送路１７から第４切替用伝送路１９に向けて順方向となるよう、また、第４切替用伝送路１９の出力側端と出力側の第２伝送路２０ｂの入力側端の間には、ＰＩＮダイオード３４ｂが第２伝送路２０から第４切替用伝送路１９に向けて順方向となるよう接続されている。
【００１０】
このように構成される移相器７０７を備えたアクティブフェイズドアレイアンテナ１００の動作について説明する。
まず、給電端子７１１に高周波電力が印加されると、高周波電力は各移相器７０７を介して各アンテナパッチ７０６に供給される。このとき各移相器７０７には対応する所要の制御電圧が印加されており、各移相器７０７では、制御回路７０８からの制御電圧に基づいて、高周波電力の移相を所定の移相量だけ進めたり、遅らせたりする処理が行われる。これにより、各アンテナパッチ７０６から所定の位置の高周波電力が出射される。
【００１１】
このように、アクティブフェイズドアレイアンテナ１００では、制御回路７０８から各移相器７０７へ直接制御電圧を印加して移相量を変化させることにより、アンテナの指向特性の制御を行っている。
【００１２】
次に移相器７０７の動作について説明する。
給電線路７１０を介して移相器７０７に供給された高周波電力は、入力側の第１伝送路１４ａ、直流阻止素子１２、入力側の第２伝送路１４ｂ、第１、第２の切替用伝送路１５、１６のどちらか一方、中間伝送路１７、第３、第４の切替用伝送路１８、１９のどちらか一方、出力側の第２伝送路２０ｂ、直流阻止素子１３、及び出力側の第１伝送路２０ａの順に通過して、アンテナパッチ７０６に伝播する。
【００１３】
このとき、各制御線Ｖ１、Ｖ２、ＮＶ１、ＮＶ２からは、対応するＰＩＮダイオード３１、３２、３３、３４のＯＮ／ＯＦＦを切り替える制御電圧が各伝送路１５、１６、１８、１９へ印加されており、各ＰＩＮダイオード３１、３２、３３、３４は制御電圧に基づきＯＮ／ＯＦＦする。これにより、高周波電力が移相器７０７内で通過する伝送路の長さが変化することになり、高周波電力は所定の移相量だけ位相を進められたり、遅らせられたりして出力される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような構成を有する従来のアクティブフェイズドアレイアンテナ１００を構成する移相器７０７では、内部の伝送路を制御電圧により切り替えて移相量を変化させているため、移相変化は連続的ではなく段階的に行われることとなり、しかもこの段階数（ステップ数）に対応した伝送路切替えのための回路構成、つまり切替用伝送路、高周波阻止素子や制御線等が必要となり問題であった。
【００１５】
言い換えると、小刻みなステップで移相変化が行われ、しかも大きな移相量が得られる構成を実現しようとすると、多くの伝送路切替えのための回路構成が必要となるという問題が存在する、ということである。
また、アンテナパッチ数を多くして、利得の大きなアンテナを得ようとする場合においても、移相器を構成する回路構成や配線が複雑になるという問題があった。
【００１６】
また、従来のアクティブフェイズドアレイアンテナに用いる移相器として、マイクロストリップハイブリッドカプラにバラクタダイオードを組合せたものもあるが、バラクタダイオードは連続的な指向性の変化が可能である反面、ＰＮ接合の接合容量を利用しているため制御電圧が数ボルトと低く、このため移相器内を通過する高周波信号の通過電力が大きいと、その信号電圧により接合容量が変化してしまい、これにより高調波が多く発生してしまうという問題があったので、このような構成を有する移相器を用いることは一般的ではなかった。
【００１８】
そこで本発明はこのような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、より簡単な構造で、連続的なアンテナ指向特性を変化させることが可能な、低コストのアクティブフェイズドアレイアンテナを提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナでは、誘電体基板上に、複数のアンテナパッチと、前記誘電体基板に高周波電力を印加する給電端子と、を備え、前記各アンテナパッチと前記給電端子とを、前記給電端子から分岐した給電線路で接続し、前記各給電線路上を通過する高周波信号の位相を電気的に変化させる移相器を、前記給電線路の一部を構成するように配置した構造を有し、前記移相器が、常誘電体を基材とするマイクロストリップハイブリッドカプラと、強誘電体を基材とし、かつ前記マイクロストリップハイブリッドカプラと電気的に接続されるマイクロストリップスタブとを組み合わされてなり、前記マイクロストリップスタブに直流の制御電圧を加えて通過移相量を変化させるように構成したアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、前記複数のアンテナパッチは、行方向及び列方向に等間隔になるようにマトリクス状に配置し、前記給電線路は、行方向及び列方向において、全て２分岐で構成するとともに、入力端子から全ての分岐端までの分岐数が同じであり、各行の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る前記移相器の数が、隣接する行の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る前記移相器の数より、順次１つだけ多くなるように、かつ、各列の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る前記移相器の数が、隣接する列の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る前記移相器の数より、順次１つだけ多くなるように、前記移相器を配置してなり、なおかつ、前記移相器が全て同一特性のものであること、を特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項２に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナでは、請求項１に記載のフェイズドアレイアンテナにおいて、少なくとも、強誘電体及び強磁性体を基材とする開放端スタブと、常誘電体を基材とするマイクロストリップハイブリッドカプラと、を有する移相器を備えたこと、を特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項３に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナでは、請求項２に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、前記開放端スタブを、接地導体、強誘電体、ストリップ導体、強磁性体の順に積層して構成したこと、を特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項４に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナでは、請求項２に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、前記開放端スタブを、接地導体、強誘電体、強磁性体、ストリップ導体の順に積層して構成し、前記接地導体と前記ストリップ導体の間に、前記強誘電体と前記強磁性体を、前記接地導体面に平行する面方向に積層して構成してなること、を特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項５に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナでは、請求項１ないし請求項４に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、前記接地導体を絞り加工したこと、を特徴とする。
【００３２】
本発明の請求項６に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナでは、請求項５に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、全ての前記給電線路が、同一の断面形状を有する線状導体により構成したストリップ導体を備えたこと、を特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、ここで示す実施の形態はあくまでも一例であって、必ずしもこの実施の形態に限定されるものではない。
【００３５】
（実施の形態１）
まず、本発明に係るアクティブフェイズドアレイアンテナを第１の実施の形態として、図面を参照しつつ説明する。
図１（ａ）は、本実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナ２００の構成の一例を説明するブロック図である。
【００３６】
このアクティブフェイズドアレイアンテナ２００は、誘電体基板上に行方向及び列方向の間隔が等間隔になるようマトリックス（行列）状に配列された複数のアンテナパッチ１０６ａ…１０６ｐと、高周波電力が印加される、接地された給電端子１０８と、行方向指向性制御電圧を発生する第１制御電圧発生手段１１１と、列方向指向性制御電圧を発生する第２制御電圧発生手段１１２と、を有している。また、複数のアンテナパッチ１０６は、それぞれが給電端子１０８から分岐した給電線路１２１により、給電端子１０８と複数のアンテナパッチ１０６が接続されている。そして後述するように、複数個備えられた移相器１０７が給電線路１２１の一部を構成するように配置されている。
【００３７】
また、誘電体基板上では、複数のアンテナパッチ１０６のマトリクス状配列における第１行から第４行の各行に対応する第１から第４の接続ノードＮ１…Ｎ４が形成されており、各接続ノードＮ１…Ｎ４と第１制御電圧発生手段１１１との間にはそれぞれ高周波阻止素子１０９ａ…１０９ｄが接続されている。
複数のアンテナパッチ１０６のマトリクス状配列における第１列の第１行、第２行、第３行、第４行に対応するアンテナパッチ１０６ａ、１０６ｅ、１０６ｉ、１０６ｍは、それぞれ第１〜第４の接続ノードＮ１…Ｎ４に直接接続されている。
【００３８】
第２列の第１行、第２行、第３行、第４行に対応するアンテナパッチ１０６ｂ、１０６ｆ、１０６ｊ、１０６ｎは、それぞれ移相器１０７ａ１、１０７ａ５、１０７ａ９、１０７ａ１３を介して、第１〜第４の接続ノードＮ１…Ｎ４に接続されている。
【００３９】
第３列の第１行、第２行、第３行、第４行に対応するアンテナパッチ１０６ｃ、１０６ｇ、１０６ｋ、１０６ｏは、それぞれ、直列接続した２つの移相器１０７ａ３及び１０７ａ４、直列接続した２つの移相器１０７ａ７及び１０７ａ８、直列接続した２つの移相器１０７ａ１１及び１０７ａ１２、直列接続した２つの移相器１０７ａ１５及び１０７ａ１６を介して、第１〜第４の接続ノードＮ１…Ｎ４に接続されている。
【００４０】
第４列の第１行、第２行、第３行、第４行に対応するアンテナパッチ１０６ｄ、１０６ｈ、１０６ｌ、１０６ｐは、それぞれ、直列接続した３つの移相器１０７ａ２〜１０７ａ４、直列接続した３つの移相器１０７ａ６〜１０７ａ８、直列接続した３つの移相器１０７ａ１０〜１０７ａ１２、直列接続した３つの移相器１０７ａ１４〜１０７ａ１６を介して、第１〜第４の接続ノードＮ１…Ｎ４に接続されている。
つまり図１から明らかなように給電線路は、行方向の入力端子である接続ノードＮ１…Ｎ４から全ての分岐端までの分岐数が同じであり、さらに初段分岐を除いて、分岐前の線路に挿入されていた移相器数の１／２の移相器を分岐後の片方の線路にのみ挿入している。
【００４１】
また、第１行の接続ノードＮ１は、直流阻止素子１１０ａと、直列接続した３つの移相器１０７ｂ３〜１０７ｂ１と、を介して給電端子１０８に接続され、第２行の接続ノードＮ２は、直流阻止素子１１０ｂと、直列接続した２つの移相器１０７ｂ２、１０７ｂ１とを介して、給電端子１０８に接続され、第３行の接続ノードＮ３は、直流阻止素子１１０ｃと、移相器１０７ｂ４とを介して、給電端子１０８に接続され、第４行の接続ノードＮ４は、直流阻止素子１１０ｄを介して、給電端子１０８に接続されている。
そして第２の制御電圧発生手段１１２は高周波阻止素子１０９ｅを介して上記給電端子１０８に接続されている。
つまり図１から明らかなように給電線路は、列方向の入力端子である給電端子１０８から全ての分岐端までの分岐数が同じであり、さらに初段分岐を除いて、分岐前の線路に挿入されていた移相器数の１／２の移相器を分岐後の片方の線路にのみ挿入している。
【００４２】
なお、移相器１０７ａ１〜１０７ａ１６は、第１制御電圧発生手段１１１により、制御電圧によりアクティブフェイズドアレイアンテナ２００の行方向指向性を制御するための行方向指向性制御用移相器であり、移相器１０７ｂ１〜１０７ｂ４は、第２制御電圧発生手段１１２の制御電圧により、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００の列方向指向性を制御するための列方向指向性制御用移相器である。また、全ての移相器１０７ａ１〜１０７ａ１６、及び１０７ｂ１〜１０７ｂ４は、全て同一の特性を有している。
【００４３】
このような構成を有するアクティブフェイズドアレイアンテナ２００では、第１行〜第４行の各行の行方向アンテナパッチ群と給電端子１０８との間に位置する列方向指向性制御用移相器の数が、第４行から第１行にかけて順次１個ずつ増加し、第１列〜第４列の各列の列方向アンテナパッチ群と給電端子１０８との間に位置する行方向指向性制御用移相器の数が、第１列から第４列にかけて順次１個ずつ増加するように移相器が配置される構成となっており、なおかつ、移相器１０７の特性が全て同一なものとしているため、列方向及び行方向の指向性の制御がそれぞれ１つの制御電圧により行われることとなる。
【００４４】
これを具体的に説明する。まず、行方向指向性制御用移相器１０７ａ１〜１０７ａ４をそれぞれ通過する高周波電力の位相を移相量Φだけ遅らせるものとし、各移相器１０７の配置間隔を距離ｄとする。
ここで、図１（ｂ）に示すように、第１行のアンテナパッチ１０６ａに入射された高周波電力は、位相の変化なく接続ノードＮ１に供給される。
これに対し、第１行のアンテナパッチ１０６ｂに入射された高周波電力は、移相器１０７ａ１により、その位相が移相量Φだけ遅らせられて接続ノードＮ１に供給される。
そして、第１行のアンテナパッチ１０６ｃに入射された高周波電力は、移相器１０７ａ３及び１０７ａ４により、その位相が移相量２Φだけ遅らせられて接続ノードＮ１に供給される。
さらに、第１行のアンテナパッチ１０６ｄに入射された高周波電力は、移相器１０７ａ２から１０７ａ４により、その位相が移相量３Φだけ遅らせられて接続ノードＮ１に供給される。
【００４５】
以上を言い換えると、第１行のアンテナパッチ１０６ａから１０６ｄの配列方向に対して、所定の角度Θ（Θ＝ｃｏｓ−１（Φ／ｄ））をなす方向Ｄが、第１行のアンテナパッチ１０６ａから１０６ｄによる受信電波の最大感度方向となる。尚、図中ｗ１からｗ３は、同一位相の受信電波の波面を示している。
また、その他の行，つまり第２行〜第４行におけるアンテナパッチ群による指向特性も、第１行のアンテナパッチ群による指向特性と全く同一である。
従って、第１制御電圧発生手段１１１による行方向指向性制御電圧を変化させることにより、各移相器１０７ａ１…１０７ａ１６による移相量Φが連続的に変化することとなり、最大感度方向と行方向のなす角度Θが列方向と垂直な面内で変化する。
【００４６】
一方、第４行に対応する接続ノードＮ４に供給された高周波電力は、その位相の変化を生ずることなく、給電端子１０８に供給される。
【００４７】
次いで、第３行に対応する接続ノードＮ３に供給された高周波電力は、移相器１０７ｂ４により、その位相が移相量Φだけ遅らせられて給電端子１０８に供給される。
そして、第２行に対応する接続ノードＮ２に供給された高周波電力は、移相器１０７ｂ２及び１０７ｂ１により、その位相が移相量２Φだけ遅らせられて給電端子１０８に供給される。
さらに、第１行に対応する接続ノードＮ１に供給された高周波電力は、移相器１０７ｂ３から１０７ｂ１によりその位相が移相量３Φだけ遅らせられて給電端子１０８に供給される。
従って、第２制御電圧発生手段１１２による列方向指向性制御電圧を変化させることにより、各移相器１０７ｂ１…１０７ｂ４による移相量Φが連続的に変化することとなり、最大感度方向と列方向のなす角度が行方向と垂直な面内で変化する。
【００４８】
また、第４行に対応する接続ノードＮ４と給電端子１０８との間には直流阻止素子１１０ｄが、そして第１行〜第３行に対応する接続ノードＮ１…Ｎ３と対応する移相器１０７ｂ３、１０７ｂ２、１０７ｂ４との間には直流阻止素子１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが設けられているため、各制御電圧発生手段１１１及び１１２からの制御電圧による移相器１０７の制御は、行方向の移相器は行方向の移相器だけで、列方向の移相器は列方向の移相器だけで、それぞれ独立して行われる。これによりアクティブフェイズドアレイアンテナ２００では、指向方向をアンテナパッチの数に関係なく、アンテナの電波送受信面，つまり行方向及び列方向を含む平面上で任意の方向に設定可能となっている。
【００４９】
次にアクティブフェイズドアレイアンテナ２００を構成する部材の１つである移相器１０７について説明する。
図２（ａ）は、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００に用いられる移相器１０７の構成を示す斜視図である。
この移相器１０７は、給電線路１２１の一部を構成している、常誘電体基材１０１を用いたマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と、強誘電体基材１０２を用い、かつマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と接して形成されている、マイクロストリップスタブ１０４と、を備えている。そして、マイクロストリップスタブ１０４に印加する直流の制御電圧により、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３を通過する高周波電力の移相量が変化するよう構成されている。
【００５０】
つまり、移相器１０７の基材は、常誘電体基材１０１と強誘電体基材１０２とから構成されている。
そして常誘電体基材１０１上には矩形状の環状導体層１０３ａが配置されており、この環状導体層１０３ａと常誘電体基材１０１とによりマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３が構成されている。
また、強誘電体基材１０２上には、矩形状の環状導体層１０３ａの対向する２つの直線部分１０３ａ１、１０３ａ２の延長上に位置し、かつ２つの直線部分１０３ａ１、１０３ａ２の一端にそれぞれつながるよう、２つの直線状導体層１０４ａ１、１０４ａ２が配置されており、２つの直線状導体層１０４ａ１、１０４ａ２と強誘電体基材１０２と、からマイクロストリップスタブ１０４が構成されている。
【００５１】
さらに、常誘電体基材１０１上には、２つの直線部分１０３ａ１、１０３ａ２の延長上に位置し、かつ２つの直線部分１０３ａ１、１０３ａ２の他端にそれぞれつながるよう、導体層１１５ａ、１２０ａが配置されている。
そしてこの導体層１１５ａと常誘電体基材１０１と、により入力線路１１５が構成され、導体層１２０ａと常誘電体基材１０１と、により出力線路１２０が構成されている。
【００５２】
なお、環状導体層１０３ａの直線部分１０３ａ１の一端側、及び他端側が、それぞれマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３のポート２、ポート１となっており、環状導体層１０３ａの直線部分１０３ａ２の一端側、及び他端側がそれぞれマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３のポート３、ポート４となっている。つまり、移相器１０７は、マイクロストリップスタブ１０４に直流の制御電圧を加えることにより、通過する高周波電力の移相量が変化する構成となっている。
【００５３】
これをさらに詳しく説明する。
正しく設計されたマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３の隣合う２つのポート（ポート２およびポート３）に同一の反射素子（マイクロストリップスタブ１０４）を接続した構成の移相器１０７では、入力ポート（ポート１）から入った高周波電力は、この入力ポートからは出力されず、反射素子での反射電力を反映した高周波電力が出力ポート（ポート４）へのみ出力される。ここで反射素子であるマイクロストリップスタブ１０４での反射は、図２（ａ）に示すように、制御電圧が作るバイアス電界１０５がマイクロストリップスタブ１０４を伝播する高周波電力の作る電界と同一方向にあるため、図２（ｂ）に示すように、制御電圧を変化させると、高周波電力に対するマイクロストリップスタブ１０４の実効誘電率も変化する。これにより、高周波電力に対するマイクロストリップスタブ１０４の等価電気長が変化してマイクロストリップスタブ１０４での移相も変化する。
【００５４】
ここでマイクロストリップスタブ１０４の実効誘電率を変化させるのに要するバイアス電界１０５は、一般の強誘電体基材においては数キロボルト／ミリメートルから１０数キロボルト／ミリメートルであるので、マイクロストリップスタブ１０４上を伝搬する高周波電力が作る電界により実効誘電率が影響を受けて高調波が発生することはない。
【００５５】
このように、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００を構成する移相器１０７では、制御電圧を変化させると連続的に高周波電力の移相量が変化し、さらに移相器１０７および給電線路１２１が１つの導体層により構成されているので、複数の移相器１０７に対して１本の給電線路１２１により制御電圧を供給することが可能となっている。
【００５６】
次に、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００の具体的構造について説明する。
図３は、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００の構造を説明する分解斜視図である。ここで、図３に示された４つのアンテナパッチ２０２は、図１（ａ）に示すアクティブフェイズドアレイアンテナ２００のアンテナパッチ１０６ｉ、１０６ｊ、１０６ｍ、１０６ｎに相当する。その他の部分はここでは特に図示しない。
【００５７】
図１及び図３を参照しつつさらに説明すると、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００は、板状誘電体基材２０５を有しており、その周囲には周壁２０５ａが形成されている。
誘電体基材２０５の表面には給電線路支持溝２１３が形成されており、給電線路支持溝２１３内には、給電線路１２１と、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３及びマイクロストリップスタブ１０４と、直流阻止素子１１０及び高周波阻止素子１０９と、を構成する導体層２０４が挿入されて固定されている。
【００５８】
導体層２０４の、直流阻止素子１１０を構成する部分の上には、直流阻止素子１１０（容量素子）を構成する絶縁フィルム（直流阻止容量用フィルム）２１９を介して、直流阻止素子１１０を構成する導体片（直流阻止容量用導体片）２１１が積層されている。
導体層２０４の、マイクロストリップスタブ１０４を構成する部分の上には、強誘電体部材２０６が配置されている。
誘電体基材２０５上には、導体層２０４と、直流阻止容量用導体片２１１と、強誘電体部材２０６と、を覆うよう、導体層２０４から所定距離離して共有接地導体層２０３が配置されている。
【００５９】
共有接地導体層２０３の、給電線路１２１のアンテナパッチ２０２側端に対応する部分には、結合窓２０７が形成されている。
共有接地導体層２０３上には、共有接地導体層２０３との間に所定の間隔が形成されるように板状誘電体部材２０１が配置されている。
板状誘電体部材２０１は、共有接地導体層２０３に形成された部品貫通口２０３ａを貫通する支持部材２０１ａで、誘電体基材２０５上に支持されている。
板状誘電体部材２０１における結合窓２０７に対向する部分には、アンテナパッチ支持溝２１２が形成されており、このアンテナパッチ支持溝２１２にはアンテナパッチ２０２が嵌め込まれて固定されている。
【００６０】
なお、２１４は給電線路１２１の一端に形成された給電端子であり、２１５はＸ方向（行方向）の指向性を制御するための制御電圧を印加するための制御端子、２１６はＹ方向（列方向）の指向性を制御するための制御電圧を印加するための制御端子である。また２０８はＸ方向指向性制御用移相器であり、２０９はＹ方向指向性制御用移相器である。さらに２１０は高周波阻止スタブ、２１１は直流阻止容量用導体片である。
【００６１】
板状誘電体基材２０５の周壁２０５ａにおける、給電端子２１４に対向する部分には、給電端子取り出し用開口２１７が形成され、板状誘電体基材２０５の周壁２０５ａにおける、制御端子２１５及び２１６に対向する部分には、制御端子取り出し用開口２１８が形成されている。
【００６２】
この図３に示したアクティブフェイズドアレイアンテナ２００は、図４に示すような断面構造を有している。尚、ここで示した断面図は、より具体的には、図１（ａ）に示すアクティブフェイズドアレイアンテナ２００のアンテナパッチ１０６ｊ及び移相器１０７ａ９に相当する部分の近傍の断面構造を示したものである。
【００６３】
このアクティブフェイズドアレイアンテナ２００において、各層を最上層から順に第１層、…、第７層とすると、全体で７つの層から構成されており、第１層の誘電体部材２０１と、第３層の空気層１２３ａと、第５層の空気層１２３ｂ及び強誘電体部材２０６と、第７層の誘電体基材２０５とを誘電体とし、第２層のアンテナパッチ２０２と、第４層の共有接地導体層２０３と、第６層の給電線路１２１及び移相器２０４とを導体とし、これらを積層することにより構成されている。また、第１層、第２層、第３層、第４層により第１マイクロストリップ構造１２６が、第４層、第５層、第６層、第７層により第２マイクロストリップ構造１２７が形成されており、第１マイクロストリップ構造１２６と第２マイクロストリップ構造１２７とは第４層を接地層として共有する。
そして、共有接地導体層２０３に形成された結合窓２０７を通して、アンテナパッチ２０２と給電線路１２１は、電磁界的に結合し、高周波電力の受け渡しを行うようになっている。
【００６４】
以上説明したように、本実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナ２００では、アンテナパッチ２０２（１０６）や給電線路１２１を伝播する高周波電力は、ほとんどアンテナパッチ２０２を構成する導体層２０４と共有接地導体層２０３の間、及び給電線路１２１を構成する導体層２０４と共有接地導体層２０３の間に集中して流れているので、これらの導体層２０４、２０３の間の誘電体基材として、損失が極めて少なくかつ誘電率の安定している空気を使用している。
【００６５】
そして、高周波電力が集中しないために、低損失及び誘電率の安定性を求める必要のない、アンテナパッチ２０２及び給電線路１２１を構成する導体層２０４の表面外側の誘電体基材としては、アンテナパッチ２０２及び給電線路１２１を構成する導体層２０４を支持する誘電体基材２０５をそのまま用いている。
またこの誘電体基材２０５はアクティブフェイズドアレイアンテナ２００表面の保護層を兼ねる場合もある。
【００６６】
このように構成することにより、高周波電力の伝播特性をコントロールするとともに、アンテナパッチや給電線路導体を支持する役割が求められるものの、高周波特性として損失が少なく誘電率が安定している必要がある、マイクロストリップ構造の誘電体基材の価格によって、アクティブフェイズドアレイアンテナの価格が決定されてしまう、という従来の問題を解消し、アクティブフェイズドアレイアンテナを、簡単な構造で、かつ低コストにより実現可能なものとできる。
【００６７】
以上説明した本実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナ２００の動作について説明する。
まず、アンテナパッチ１０６ａ…１０６ｐに高周波電力が入射されると、各アンテナパッチ１０６からは、高周波電力が対応する直流阻止素子、或いは移相器を介して給電端子１０８に供給される。
【００６８】
具体的には、アンテナパッチ２０２（１０６）に入射された高周波電力は、結合窓２０７を通して給電線路１２１へ受け渡される。給電線路１２１に高周波電力が受け渡されると、高周波電力は、給電線路１２１を通って移相器１０７へ供給される。このとき、各移相器１０７には、第１制御電圧発生手段１１１及び第２制御電圧発生手段１１２から、行方向指向性制御電圧及び列方向指向性制御電圧が供給される。このため、高周波電力のこれらの電圧により決まる移相量だけその位相が変化させられて給電線路を介して給電端子に供給される。
【００６９】
このように本実施の形態では、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００を構成する移相器１０７を、給電線路１２１の一部を構成し、常誘電体を基材とするマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と、強誘電体を基材とし、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と電気的に接続されるマイクロストリップスタブ１０４と、を備え、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３に印加する直流制御電圧により、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３を通過する高周波電力の移相量を変化させるようにしたので、高周波電力の移相量を連続的に変化させることができる。
【００７０】
また、マイクロスストリップハイブリッドカプラ１０３は給電線路１２１の一部を構成し、そしてマイクロストリップスタブ１０４はマイクトストリップハイブリッドカプラ１０３と電気的に接続されているので、１本の給電線路１２１に複数の移相器１０７を接続させ、移相器１０７及び給電線路１２１を１つの導体層２０４により構成することが可能となるので、複数の移相器１０７に対して１本の給電線路１２１により制御電圧を供給することが可能となり、配線を単純にすることができる。
【００７１】
また、移相器１０７及び給電線路１２１を１つの導体層２０４により構成することが可能となるので、マトリックス状に配列する複数の各アンテナパッチ１０６と給電端子１０８との間に配置する移相器１０７の数を調節することにより、給電線路１２１の両端側から印加する制御電圧を変化させるだけで、アンテナパッチ１０６の数に関係なく、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００の指向特性を連続的に制御することができる。
【００７２】
また、本実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナ２００では、行方向の移相器１０７と列方向の移相器１０７とで信号の移相が独立に行われるよう、第１制御電圧発生手段１１１及び第２制御電圧発生手段１１２の間に直流阻止素子１１０を設けているので、指向方向をアンテナパッチ１０６の数に関係なく、各制御電圧発生手段１１１、１１２により、アクティブフェイズドアレイアンテナ２００の最大感度方向を行方向及び列方向を含む平面上で任意の方向に設定することができる。
【００７３】
さらに、マイクロストリップ構造の導体層の間の誘電体基材には、高周波電力の損失が極めて少なく誘電率の安定している空気を使用し、給電線路導体の表面外側の誘電体基材には、アンテナパッチと給電線路導体を支持する誘電体部材を使用したので、これによりアンテナ表面の保護層を兼ねることもでき、簡単な構造で低コスト化を図ることができる。
【００７４】
なお、本実施の形態においては、アンテナパッチ数が４×４の場合で示したが、これら以外のパッチ数でもよい。また、各アンテナパッチから給電端子までの移相器以外の給電線路長が等しくなるように設計されたアンテナについて説明を行ったが、指向特性の方向に予めオフセットを持たせるために、各アンテナパッチから給電端子までの移相器以外の給電線路長にオフセット用の伝送線路を設けて実現可能なことも言うまでもない。
【００７５】
さらに、本実施の形態では、アンテナパッチ及び給電線路を構成する導体層は、誘電体基材に形成した凹構造の溝に埋めて固定する方法を示したが、上記導体層は、凸構造の柱として誘電体基材上に固定してもよく、さらに、上記導体層を誘電体基材の誘電率の影響を受け難い方法により支持する支持構造も実現可能なことは言うまでもない。
【００７６】
（実施の形態２）
図２に示すように、上述した、第１の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナ２００における移相器１０７は、給電線路１２１の一部を構成している、常誘電体を基材とするマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と、強誘電体を基材とし、かつマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３と接して形成されている、マイクロストリップスタブ１０４と、を備えているが、一般に強誘電体の比誘電率は大きく、マイクロストリップスタブ１０４の線路インピーダンスは一般に低下する傾向がある。従って、マイクロストリップハイブリッドカプラ１０３とマイクロストリップスタブ１０４との接続部で高周波の電力反射が大きく、高周波電力の多くはマイクロストリップスタブ１０４には入らずにマイクロストリップハイブリッドカプラ１０３へと戻ってしまう、その結果、有効な移相量が得られないことが多い。その為、アンテナの指向特性変化量も狭い範囲に制限されてしまうこととなる。
【００７７】
そこで、図５に示すように、アクティブフェイズドアレイアンテナに用いる移相器３５１において、強誘電体基材３５７を用いるマイクロストリップスタブ３６１に近接して強磁性体層３５６を設けることにより、強誘電体基材３５７により低下したマイクロストリップスタブ３６１の線路インピーダンスを高くすることが可能となり、ひいては上述した欠点を解消できる。
【００７８】
そこで、少なくとも強誘電体及び強磁性体を基材とする開放端スタブと、常誘電体を基材とするマイクロストリップハイブロッドカプラと、を有する移相器を備えた、アクティブフェイズドアレイアンテナを、第２の実施の形態として、図面を参照しつつ説明する。
【００７９】
図５は上述のとおり、本実施の形態におけるアクティブフェイズドアレイアンテナに用いる移相器の斜視図及び、開放端スタブの断面図である。
まず、図５（ａ）〜（ｃ）に示した移相器３５１の構成について説明する。
３５２及び３５３は開放端スタブである。ここで、開放端スタブ３５２は、接地導体、強誘電体、ストリップ導体、強磁性体の順に積層して構成されたものであり、開放端スタブ３５３は、接地導体とストリップ導体の間に、強誘電体と強磁性体を、接地導体面に平行する面方向に積層して構成したものである。
また、３５４はマイクロストリップハイブリッドカプラ、３５５は常誘電体基材、３５６は強磁性体層、３５７は強誘電体基材、３６０は共有接地導体層、３６１はマイクロストリップスタブ、３６２はビアホールである。
【００８０】
また、図５（ｄ）において、３５８は直流制御電圧および高周波電力などの制御電圧が作るバイアス電界、３５９は高周波電力が作る磁界である。
さらにここで、強誘電体基材３５７と強磁性体層３５６の配置構造としては、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）等の構造とすることが可能である。
図５（ａ）は簡単は構造であることから製造方法も簡単であるという特徴を有し、図５（ｂ）は移相器の厚みを薄くすることが可能であるという特徴を有し、さらに図５（ｃ）は移相器の厚みを薄くしながら内挿ビアホールが不要であるという特徴を有する。
【００８１】
ここで図５に示している強磁性体層３５６は、強誘電体基材３５７により低下したマイクロストリップスタブ３６１の線路インピーダンスを高くする効果を有し、それによりマイクロストリップハイブリッドカプラ３５４とマイクロストリップスタブ３６１の接続部での電力反射は少なく、高周波電力のほとんどがマイクロストリップスタブ３６１に入るので、有効な移相量を得ることが可能となる。そして有効な移相量が得られるということで、上述のような移相器を用いたアクティブフェイズドアレイアンテナとすると、広い指向特性変化が可能なアクティブフェイズドアレイアンテナが実現可能となる。
以上のように、本実施の形態に係る発明のアクティブフェイズドアレイアンテナでは、広い指向特性変化が可能なアクティブフェイズドアレイアンテナが実現可能となる。
【００８２】
（実施の形態３）
一般にマイクロ波・ミリ波領域で利用可能なアクティブフェイズドアレイアンテナを実現しようとする場合、アクティブフェイズドアレイアンテナを構成する各機能における要素の性能のみならず、各構成要素を組み合わせてアンテナを組み立てる時の組み立てに関する精度が、アクティブフェイズドアレイアンテナの扱う波長に対して重要となる。即ち、各構成要素を用いてアクティブフェイズドアンテナを組み立てる時、組み立てる構成要素の数が多くなればなるほど不良率が著しく悪化する可能性があるというものである。
そこで、アクティブフェイズドアレイアンテナを構成する各機能要素を有するアンテナ制御装置を、セラミックを使用した一体成形技術により構成することで、不良率悪化を防止することが考えられる。
【００８３】
即ち、上述のように一体成形したアンテナ制御装置をアクティブフェイズドアレイアンテナに用いることで、組み立てる構成要素の数を減らすことが可能となり、ひいては不良率の低下を実現することが可能となる。
そして一体成形したアンテナ制御装置の中に全ての機能要素を入れることで、アクティブフェイズドアレイアンテナの性能低下と不良率を軽減することが可能であることは言うまでもないが、１種類のアンテナ制御装置から多種類のアクティブフェイズドアレイアンテナを作ろうとする場合には、アンテナ制御装置の備える機能要素の種類は多いほど好ましい。
例えば一つ、若しくは複数の移相器機能を一体成形すること、さらに移相器と直流阻止素子機能を一体成形することや、移相器と直流阻止素子と高周波阻止素子機能を一体成形することで、より機能要素の組み合わせ種類を多くすることが考えられる。
【００８４】
そこで、本発明に係る上述したアンテナ制御装置を第３の実施の形態として、図面を参照しつつ説明する。
本実施の形態に係るアンテナ制御装置は、強誘電体と、強磁性体と、常誘電体と、電極材と、を用いて、セラミックを使用した一体成形技術により成形したものである。
このアンテナ制御装置４００の構成について、図６に示した、本実施の形態に係る一体成形したアンテナ制御装置の一例に関する斜視図を参照しつつ説明する。
【００８５】
図６において、４０１は常誘電体基材、４０２は移相器、４０３は強誘電体基材、４０４は強磁性体層、４０５はキャパシタ用誘電体、４０６は共有接地導体層、４０７はマイクロストリップハイブリッドカプラ、４０８は開放端スタブ、４０９は直流阻止素子、４１０は高周波阻止素子、４１１はビアホール、４１２はアンテナパッチ、４１３は給電線路、４１４は直流制御電圧端子である。
【００８６】
この図示したアンテナ制御装置４００では、移相器・直流阻止素子・高周波阻止素子・アンテナパッチの機能を一体成形したが、用いるアクティブフェイズドアレイアンテナの性質や性能に応じて、例えば直流阻止素子と、高周波阻止素子と、アンテナパッチと、３つの部材を省略して、移相器の機能だけを成形することも考えられる。これ以外の組み合わせとして、移相器と直流阻止素子の機能を一体成形することや、移相器・直流阻止素子・高周波阻止素子の機能を一体成形することも考えられる。
【００８７】
例えば、図１に示したアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、移相器１０７、直流阻止素子１１０、高周波阻止素子１０９、アンテナパッチ１０６を、セラミックを用いた一体成形技術により一体成形し、これをアンテナ制御装置として用いることで、アクティブフェイズドアレイアンテナに用いる機能要素の数が減り、ひいては性能に関するバラツキを低下させることができる。
【００８８】
このように、色々な機能をセラミックを使用した一体成形技術により一体成形してアンテナ制御装置とすることで、かかるアンテナ制御装置をアクティブフェイズドアレイアンテナに用いると、各機能要素を別々に製造し、それらを組み立てる時に生じるアクティブフェイズドアレイアンテナの性能に関するバラツキを低下させることが可能となる。
【００８９】
よって、本実施の形態に係るアンテナ制御装置を用いれば、組み立て時の精度バラツキによる性能低下が少ないアクティブフェイズドアレイアンテナを実現し、また、１種類のアンテナ制御装置で、多種類のアクティブフェイズドアレイアンテナを製造することが可能となる。
【００９８】
（実施の形態４）
次に、絞り加工した接地導体を用いたアクティブフェイズドアレイアンテナについて、第４の実施の形態として、図面を参照しつつ説明する。
通常、アクティブフェイズドアレイアンテナに用いられる給電線路は、各部分によって求められる線路インピーダンスが異なるので、給電線路毎に異なった断面形状を有する線状導体をストリップ導体として用いることで、ストリップ導体と接地導体の間の距離を変化させている。即ち、ストリップ導体と接地導体の間の距離が異なると線路インピーダンスが異なることを利用しているのである。
【００９９】
しかしこの手法であれば、複数種類のストリップ導体を用いる必要が生じ、そのためにアクティブフェイズドアレイアンテナの製造工程が複雑なものとなってしまい、ひいてはその性能のバラツキが生じてしまう、という問題があった。
そこで、本実施の形態では、接地導体を絞り加工することで上記の問題を解消しているのである。
【０１００】
図７は、本実施の形態に係る、接地導体を絞り加工したアクティブフェイズドアレイアンテナの一部分９０１を拡大した斜視図である。
図７中、９０２はストリップ導体、９０３は接地導体、９０４は凸絞り加工部分、９０５は凹絞り加工部分である。
即ち、図７に示すように、本発明のアクティブフェイズドアレイアンテナは、凸絞り９０４と凹絞り９０５を設けた接地導体９０３と、給電線路としてのストリップ導体９０２と、を有する。
【０１０１】
ここで、ストリップ導体９０２を、全て同一の断面形状を有する線状導体により構成することは好ましい形態である。
即ち、ストリップ導体９０２を全て同一の断面形状を有する線状導体としても、給電線路の各部において接地導体９０３に設けた凸絞り加工部分９０４と凹絞り加工部分９０５により、ストリップ導体と接地導体間の距離が異なるので、わざわざ線路毎に異なる断面形状を有する線状導体を用いずとも、図示例にあるように、線路毎に異なる線路インピーダンスＺ１、Ｚ２、Ｚ３を得ることが出来る。
よって本発明の給電線路によれば、全て同一の断面形状を有する線状導体を使用できるので、低コストなアクティブフェイズドアレイアンテナが実現できる。
【０１０２】
さらに給電線路は、ストリップ導体９０２は全て同一の断面形状を有する線状導体を使用していることから、例えば給電線路の各直線部分ごとに異なる長さの直線状導体を用意しておき、それらを指定の位置に固定したあと、給電線路の屈曲部に当る直線状導体の接触部を半田付け等により接続することで全給電線路を実現することも可能である。
【０１０３】
こうすることにより、複雑な形状の給電線路用の導体材料を使用する必要がなくなるので、製造部門において給電用導体材料の運搬や取り扱い時の材料の歪み不良を避けることが可能となり、さらに低コストなアクティブフェイズドアレイアンテナが実現できる。
【０１０４】
（実施の形態５）
次に、支持誘電体と、接地導体と、給電用ストリップ導体と、を積層して作成した積層物と、第３の実施の形態で説明したアンテナ制御装置と、を、セラミックを使用した一体成形技術により成形したアクティブフェイズドアレイアンテナ９０６について、第５の実施の形態として、図面を参照しつつ説明する。
図８は第５の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナ９０６を説明する分解斜視図であるが、図８中、９０７はアンテナ制御装置、９０８は支持誘電体、９０９は接地導体、９１０は給電用ストリップ導体、９１１はアンテナパッチ、９１２はアンテナ結合穴である。
【０１０５】
そして本実施の形態においては、まず、支持誘電体９０８と接地導体９０９と給電用ストリップ導体９１０を積層して積層物を作成する。ついで、この積層物とアンテナ制御装置９０７、アンテナパッチ９１１とを、セラミックを用いた一体成形技術により一体成形した構成を採用している。
尚、ここではアンテナ制御装置９０７については第３の実施の形態にて説明したものを利用している。
【０１０６】
以上のような構成とすることにより、アクティブフェイズドアレイアンテナ製作の全ての工程をセラミック多層基板の製造プロセスにより行うことが可能となる。
つまりアクティブフェイズドアレイアンテナに必要な各機能要素の製作精度およびアンテナ組み立て精度全てが、現在ミリ波帯のアンテナ製作における数１０ミクロン単位で求められる作業精度に応えることが可能となり、ミリ波領域で用いられる高性能なアクティブフェイズドアレイアンテナの製作を実現することが可能となる。
【０１０７】
尚、以上の形態の説明において、ハイブリッドカプラとしてブランチライン型を示したが、他に１／４波長分布結合型、ラットレース型、位相反転ハイブリッドリング型や、さらにマイクロストリップで構成したハイブリッドコイル等でも実現可能あることは言うまでもない。
【０１０９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係るアクティブフェイズドアレイアンテナは、誘電体基板上に、複数のアンテナパッチと、前記誘電体基板に高周波電力を印加する給電端子と、を備え、前記各アンテナパッチと前記給電端子とを、前記給電端子から分岐した給電線路で接続し、前記各給電線路上を通過する高周波信号の位相を電気的に変化させる移相器を、前記給電線路の一部を構成するように配置した構造を有し、前記移相器が、常誘電体を基材とするマイクロストリップハイブリッドカプラと、強誘電体を基材とし、かつ前記マイクロストリップハイブリッドカプラと電気的に接続されるマイクロストリップスタブとを組み合わされてなり、前記マイクロストリップスタブに直流の制御電圧を加えて通過移相量を変化させるように構成したフェイズドアレイアンテナにおいて、複数のアンテナパッチを、行方向及び列方向に等間隔になるようにマトリクス状に配置し、前記給電線路は、行方向及び列方向において、全て２分岐で構成するとともに、入力端子から全ての分岐端までの分岐数が同じであり、各行の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る移相器の数が、隣接する行の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る移相器の数より、順次１つだけ多くなるように、かつ、各列の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る移相器の数が、隣接する列の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る移相器の数より、順次１つだけ多くなるように、移相器を配置してなり、なおかつ、移相器が全て同一特性のものであるようにしたので、複数の移相器を接続させた制御線の両端側から印加する制御電圧を変化させるだけで、アンテナパッチの数に関係なく、アンテナの指向特性を連続的に制御することができるという効果を有する。
【０１１１】
請求項２に係るアクティブフェイズドアレイアンテナは、請求項１に記載のフェイズドアレイアンテナにおいて、少なくとも、強誘電体及び強磁性体を基材とする開放端スタブと、常誘電体を基材とするマイクロストリップハイブリッドカプラと、を有する移相器を備えた構成を用いており、請求項３に係るアクティブフェイズドアレイアンテナは、請求項２に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、開放端スタブを、接地導体、強誘電体、ストリップ導体、強磁性体の順に積層して構成し、また、請求項４に係るアクティブフェイズドアレイアンテナは、請求項２記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、開放端スタブを、接地導体、強誘電体、強磁性体、ストリップ導体を積層して構成し、接地導体とストリップ導体の間に、強誘電体と強磁性体を、接地導体面に平行する面方向に積層して構成している。
【０１１２】
これら本発明の請求項２から４に記載されたアクティブフェイズドアレイアンテナは、簡単な構造で連続的に、そして広い指向特性変化が可能なアクティブフェイズドアレイアンテナを実現しうるものである。
【０１１７】
請求項５に係るアクティブフェイズドアレイアンテナは、請求項１ないし請求項４に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、接地導体を絞り加工して接地導体とストリップ導体間の距離を変化させることより構成した、異なる線路インピーダンスの給電線路を備えたものであり、また、請求項６に係るアクティブフェイズドアレイアンテナは、請求項５記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、給電線路として全て同一の断面形状を有する線状導体により構成したストリップ導体を備えたものである。
【０１１８】
これら請求項５又は請求項６に記載されたアクティブフェイズドアレイアンテナは、高価な低損失誘電体を使用しないで高利得化が可能なアクティブフェイズドアレイアンテナを実現しうるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）第１の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナの構造を示すブロック図である。（ｂ）第１の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナのアンテナパッチによる受信電波の最大感度方向を説明する図である。
【図２】（ａ）第１の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナの移相器の構成を示す図である。（ｂ）制御電圧が作るバイアス電界に対するマイクロストリップスタブの実効誘電率の変化を示すグラフである。
【図３】第１の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナの構造を説明する分解斜視図である。
【図４】第１の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナの断面構造（一部）を示す図である。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）第２の実施に係るアクティブフェイズドアレイアンテナに用いる移相器の構成を示す図である。（ｄ）開放端スタブにおける制御電圧が作るバイアス電界と高周波電力が作る磁界を示す図である。
【図６】第３の実施の形態に係るアンテナ制御装置を示す斜視図である。
【図７】第４の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナにおける接地導体とストリップ導体との関係を説明する斜視図である。
【図８】第５の実施の形態に係るアクティブフェイズドアレイアンテナの斜視図である。
【図９】（ａ）従来のアクティブフェイズドアレイアンテナの構造を示すブロック図である。（ｂ）従来のアクティブフェイズドアレイアンテナに用いられる移相器の構造を示すブロック図である。
【符号の説明】
２００ アクティブフェイズドアレイアンテナ
１０６ アンテナパッチ
１０７ 移相器
１０８ 給電端子
１０９ 高周波阻止素子
１１０ 直流阻止素子
１１１ 第１制御電圧発生手段
１１２ 第２制御電圧発生手段
１０１ 常誘電体基材
１０２ 強誘電体基材
１０３ マイクロストリップハイブリッドカプラ
１０４ マイクロストリップスタブ
１０５ バイアス電界
１１５ 入力線路
１２０ 出力線路
１２１ 給電線路
２０１ 板状誘電体部材
２０１ａ 指示部材
２０２ アンテナパッチ
２０３ 共有接地導体層
２０３ａ 部品貫通口
２０４ 移相器
２０５ 誘電体基材
２０５ａ 周壁
２０６ 強誘電体部材
２０７ 結合窓
２０８ Ｘ方向指向性制御用移相器
２０９ Ｙ方向指向性制御用移相器
２１０ 高周波阻止スタブ
２１１ 直流阻止容量用導体片
２１２ アンテナパッチ支持溝
２１３ 給電線路支持溝
２１４ 給電端子
２１５ 制御端子
２１６ 制御端子
２１７ 給電端子取り出し用開口
２１８ 制御端子取り出し用開口
２１９ 絶縁フィルム
１２６ 第１マイクロストリップ構造
１２７ 第２マイクロストリップ構造
３５１ 移相器
３５２ 開放端スタブ
３５３ 開放端スタブ
３５４ マイクロストリップハイブリッドカプラ
３５５ 常誘電体基材
３５６ 強磁性体層
３５７ 強誘電体基材
３５８ バイアス電界
３５９ 磁界
３６０ 共有接地導体層
３６１ マイクロストリップスタブ
３６２ ビアホール
４００ アンテナ制御装置
４０１ 常誘電体基材
４０２ 移相器
４０３ 強誘電体基材
４０４ 強磁性体層
４０５ キャパシタ用誘電体
４０６ 共有接地導体層
４０７ マイクロストリップハイブリッドカプラ
４０８ 開放端スタブ
４０９ 直流阻止素子
４１０ 高周波阻止素子
４１１ ビアホール
４１２ アンテナパッチ
４１３ 給電線路
４１４ 直流制御電圧端子
９０１ アクティブフェイズドアレイアンテナの一部（拡大）
９０２ ストリップ導体
９０３ 接地導体
９０４ 凸絞り加工部分
９０５ 凹絞り加工部分
９０６ アクティブフェイズドアレイアンテナ
９０７ アンテナ制御装置
９０８ 支持誘電体
９０９ 接地導体
９１０ 給電用ストリップ導体
９１１ アンテナパッチ
９１２ アンテナ結合穴
１００ アクティブフェイズドアレイアンテナ
７０６ アンテナパッチ
７０７ 移相器
７０８ 制御回路
７１０ 給電線路
７１１ 給電端子
１２ 直流阻止素子
１３ 第１の伝送路
１４ 第２の伝送路
１５ 第１の切替用伝送路
１６ 第２の切替用伝送路
１７ 中間の伝送路
１８ 第３の切替用伝送路
１９ 第４の切替用伝送路
２０ 第２伝送路
２１ 高周波阻止素子
２２ 高周波阻止素子
２３ 高周波阻止素子
２４ 高周波阻止素子
２５ 高周波阻止素子
２６ 高周波阻止素子
２７ 高周波阻止素子
３１ ＰＩＮダイオード
３２ ＰＩＮダイオード
３３ ＰＩＮダイオード
３４ ＰＩＮダイオード
Claims (6)
- 誘電体基板上に、
複数のアンテナパッチと、前記誘電体基板に高周波電力を印加する給電端子と、を備え、
前記各アンテナパッチと前記給電端子とを、前記給電端子から分岐した給電線路で接続し、
前記各給電線路上を通過する高周波信号の位相を電気的に変化させる移相器を、前記給電線路の一部を構成するように配置した構造を有し、
前記移相器が、
常誘電体を基材とするマイクロストリップハイブリッドカプラと、
強誘電体を基材とし、かつ前記マイクロストリップハイブリッドカプラと電気的に接続されるマイクロストリップスタブとを組み合わされてなり、
前記マイクロストリップスタブに直流の制御電圧を加えて通過移相量を変化させるように構成したアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、
前記複数のアンテナパッチは、行方向及び列方向に等間隔になるようにマトリクス状に配置し、
前記給電線路は、行方向及び列方向において、全て２分岐で構成するとともに、入力端子から全ての分岐端までの分岐数が同じであり、
各行の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る前記移相器の数が、隣接する行の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る前記移相器の数より、順次１つだけ多くなるように、
かつ、各列の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る前記移相器の数が、隣接する列の各アンテナパッチから給電端子までの間に入る前記移相器の数より、順次１つだけ多くなるように、前記移相器を配置してなり、
なおかつ、前記移相器が全て同一特性のものである、
ことを特徴とするアクティブフェイズドアレイアンテナ。 - 請求項１記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、
少なくとも、強誘電体及び強磁性体を基材とする開放端スタブと、
常誘電体を基材とするマイクロストリップハイブリッドカプラと、を有する移相器を備えた、
ことを特徴とするアクティブフェイズドアレイアンテナ。 - 請求項２に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、
前記開放端スタブを、
接地導体、強誘電体、ストリップ導体、強磁性体の順に積層して構成した、
ことを特徴とするアクティブフェイズドアレイアンテナ。 - 請求項２に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、
前記開放端スタブを、接地導体、強誘電体、強磁性体、ストリップ導体を積層して構成し、
前記接地導体と前記ストリップ導体の間に、前記強誘電体と前記強磁性体を、前記接地導体面に平行する面方向に積層して構成してなる、
ことを特徴とするアクティブフェイズドアレイアンテナ。 - 請求項１ないし請求項４に記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、
前記接地導体を絞り加工した、
ことを特徴とするアクティブフェイズドアレイアンテナ。 - 請求項５記載のアクティブフェイズドアレイアンテナにおいて、
全ての前記給電線路が同一の断面形状を有する線状導体により構成したストリップ導体を備えた、
ことを特徴とするアクティブフェイズドアレイアンテナ。
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