JP3832377B2

JP3832377B2 - 移相器

Info

Publication number: JP3832377B2
Application number: JP2002117970A
Authority: JP
Inventors: 良浩大都; 亮滋松原
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: JP2003318602A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相を連続的に変化させることができる移相器に係り、特に、反射効率が高く、小型化が可能な移相器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信基地局用アンテナなどに用いられ、位相を連続的に変化させることができる移相器には、従来、固定誘電体基板の表面上に構成されたマイクロストリップ線路と可動誘電体基板の表面上に構成されたマイクロストリップ線路とを結合し、可動誘電体基板を移動することで信号が伝わる距離を変化させる移相器と、各端子が５０Ωにインピーダンス整合された３ｄＢハイブリッドカプラを誘電体基板の表面上に設け、この３ｄＢハイブリッドカプラの特性と伝送線路のインピーダンスの変化から起こる反射を利用して、伝送線路上の反射を発生させる場所を変えることで位相を変化させる移相器とがある。
【０００３】
ここで、３ｄＢハイブリッドカプラを用いた移相器の構成と動作原理を説明する。図４に示されるように、３ｄＢハイブリッドカプラ１にマイクロストリップ線路５ａを介して入力された信号２２ａは、３ｄＢの結合度で互いに９０度の位相差を持った２つの信号３ａ，３ｂ（電力比は１：１である）に分配され、マイクロストリップ線路６ａ，６ｂに出力される。この２つの信号３ａ，３ｂは、マイクロストリップ線路６ａ，６ｂ上に設置された反射板４により発生するインピーダンスの変化により、３ｄＢハイブリッドカプラ１側に反射される。この反射された信号を７ａ，７ｂとすると、信号７ａ，７ｂは互いに９０度の位相差を持っているため、３ｄＢハイブリッドカプラ１の特性から、マイクロストリップ線路５ａには信号７ａ，７ｂが打ち消し合って信号が出力されないが、マイクロストリップ線路５ｂには信号７ａ，７ｂが合成された信号２２ｂが出力される。つまり、３ｄＢハイブリッドカプラ１に入力された信号２２ａは、出力信号２２ｂとして出力される。このとき、反射板４を反射板４ａの位置に距離Ｌだけ移動すれば、移動した距離Ｌに対応して出力信号２２ｂの位相も変化する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の移相器に使用している３ｄＢハイブリッドカプラ１は、各端子が５０Ωのインピーダンスで整合されており、反射板４側の伝送線路（マイクロストリップ線路）６ａ，６ｂのインピーダンスは５０Ωである。
【０００５】
反射板４での信号の反射を高めるには反射板４でのインピーダンスの変化を大きくすることが必要であり、信号を反射させる金属板（反射板４）の幅を大きくしてインピーダンスを小さくするか、または伝送線路上に伝送線路と平行する形で金属体（反射板４）を数段並べて反射を複数回発生させる構成にしていた。
【０００６】
このように、従来の移相器は、伝送線路６ａ，６ｂと反射板４とのインピーダンスの相違を大きくするために反射板４を大きく、或いは反射板４の個数を多くしているので、反射板全体の寸法が大きくなるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、反射効率が高く、小型化が可能な移相器を提供することにある。
【０００８】
【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は、誘電体基板の表面に、所定のインピーダンスに設定される第一のマイクロストリップ線路と、前記第一のマイクロストリップ線路とは異なるインピーダンスに設定される第二のマイクロストリップ線路と、前記第一、第二のマイクロストリップ線路間のインピーダンス変換機能を有する３ｄＢカプラとを設け、前記誘電体基板の表面に対向させて、前記第二のマイクロストリップ線路に沿って移動可能な反射板を設けたものである。
前記第一のマイクロストリップ線路のインピーダンスよりも前記第二のマイクロストリップ線路のインピーダンスを高くしてもよい。
【０００９】
前記反射板に金属体を取り付けてもよい。
【００１０】
前記反射板を誘電体で構成してもよい。
【００１１】
前記第二のマイクロストリップ線路と前記反射板との間に、絶縁体を設けてもよい。
【００１２】
ひとつの誘電体基板の表面に、複数の前記第一のマイクロストリップ線路と、複数の前記第二のマイクロストリップ線路と、複数の前記３ｄＢカプラとを設け、各第二のマイクロストリップ線路についてそれぞれ前記反射板を設けてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】
図１に示されるように、本発明に係る移相器は、略直方体に形成された中空の筐体８と、筐体８内に固定された固定誘電体基板９と、この固定誘電体基板９の表面に設けられ５０Ωでインピーダンス整合されたマイクロストリップ線路２ａ，２ｂと、このマイクロストリップ線路２ａ，２ｂに接続し５０Ωから７５Ωに変換する機能を持つ３ｄＢハイブリッドカプラ１０と、この７５Ωにインピーダンス整合されたマイクロストリップ線路１１ａ，１１ｂと、固定誘電体基板９に向き合わせて移動可能な可動反射板４と、固定誘電体基板９と可動反射板４との間に挿入された絶縁体１２と、マイクロストリップ線路１１ａ，１１ｂ上に重なるように上記絶縁体１２を挟んで容量結合されて設けられた可動反射板４表面に設けられた金属体１３と、上記可動反射板４を平行移動させるガイド１４とから構成されている。
【００１５】
固定誘電体基板９としては、銅張積層板を用いる。
【００１６】
通常、高周波伝送系における無線機、測定装置等の入力端子は５０Ωでインピーダンス整合されている。これに合わせるため、移相器の信号入力端子１５及び出力端子１６に接続する第一のマイクロストリップ線路２ａ，２ｂは５０Ωでインピーダンス整合されている。即ち、第一のマイクロストリップ線路２ａ，２ｂのインピーダンスは５０Ωである。一方、第二のマイクロストリップ線路１１ａ，１１ｂのインピーダンスは７５Ωである。
【００１７】
第二のマイクロストリップ線路１１ａ，１１ｂは、互いに平行な直線に形成されている。ガイド１４は、第二のマイクロストリップ線路１１ａ，１１ｂと平行な直線に形成されており、固定誘電体基板９に固定されている。可動反射板４は、ガイド１４に沿って移動が許容されている。よって、可動反射板４は第二のマイクロストリップ線路１１ａ，１１ｂに沿って直線移動することができる。
【００１８】
金属体１３は、可動反射板４に取り付けられており、絶縁体１２を挟んで第二のマイクロストリップ線路１１ａ，１１ｂと容量結合している。可動反射板４には金属体１３を取り付けたほうがインピーダンスの変化が大きくなるため反射効率が高まる。例えば、可動反射板４に誘電体基板である銅張積層板を使用し、金属体１３を銅箔で構成する。このとき銅箔からなる金属体１３の長さ（第二のマイクロストリップ線路１１ａ，１１ｂに沿った方向の長さ）は、反射させたい波長λの１／４の長さにすると反射効率が良くなる。また、銅箔の幅を広くすれば金属体１３のインピーダンスは小さくなり、反射効率が上がる。ただし、銅箔の幅をあまり広くすると、可動反射板４の寸法が大きくなる。また、金属体１３を複数段設けることで反射効率を高めることができるが、同じように可動反射板４の寸法が大きくなる。
【００１９】
ガイド１４の材質としては、電磁結合の影響をなくすため、絶縁体が良い。
【００２０】
図２に、インピーダンス変換機能付き３ｄＢハイブリッドカプラ１０の一例を示す。このカプラは、ブランチラインカプラで構成し、シャントアーム（ＳｈｕｎｔＡｒｍ）１７ａ，１７ｂとシリーズアーム（ＳｅｒｉｅｓＡｒｍ１８ａ，１８ｂ）のインピーダンスを変えることにより、第一のマイクロストリップ線路２ａ，２ｂ側のインピーダンスと第二のマイクロストリップ線路１１ａ，１１ｂ側のインピーダンスとを変化させ、３ｄＢの結合度を持ったカプラを構成することができる。
【００２１】
図１に示した移相器は、可動反射板４の位置を変化させることで、反射が発生する距離を変え、入力した信号の位相を変えて出力することができる。課題である反射効率の良い小型の移相器にするために、インピーダンス変換機能付きカプラで反射板側の伝送線路のインピーダンスを５０Ωより高い、例えば、７５Ωにすることで、可動反射板４の金属体１３とのインピーダンスの差を大きくしてある。この構成により、反射効率を高めることができる。また、伝送線路のインピーダンスが高くなったことで、可動反射板４の金属体１３を小さくすることができる。これにより、可動反射板４を小型化し、移相器を小型化することができる。
【００２２】
図３に示した移相器は、固定誘電体基板９の表面に、入力端子１５と、出力端子１６，１６と、第一のマイクロストリップ線路２ａ，２ｂと、分配回路１９と、インピーダンス変換機能付き３ｄＢハイブリッドカプラ１０，１０と、第二のマイクロストリップ線路１１ａ，１１ｂと反射板４とを備える。このように、ひとつの誘電体基板９の表面に、複数の第一のマイクロストリップ線路２ａ，２ｂと、複数の第二のマイクロストリップ線路１１ａ，１１ｂと、複数の３ｄＢカプラ１０とを設け、各第二のマイクロストリップ線路についてそれぞれ反射板４を設けてもよい。これにより、複数の移相器を一体化した構成となる。
【００２３】
また、２組以上の第二のマイクロストリップ線路１１ａ，１１ｂを平行に設け、各組の反射板４を一体化してもよい。これにより、位相可変操作を同時に行うことができる。
【００２４】
本発明に係る移相器は、例えば、移動体通信基地局用アンテナに組み込まれ、可動反射板４を移動制御して、アンテナ素子へ供給する信号の位相を連続的に変えることにより、アンテナのチルト角を制御することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２６】
（１）反射板の寸法を小さくし、移相器の寸法を小さくすることができる。
【００２７】
（２）反射効率を上げて移相器の入力損失を低損失にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す移相器の（ａ）平面透視図、（ｂ）側断面である。
【図２】本発明に用いる３ｄＢカプラの回路図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す移相器の（ａ）平面透視図、（ｂ）側断面である。
【図４】移相器の原理を示す構成図である。
【符号の説明】
２ａ，２ｂマイクロストリップ線路（第一のマイクロストリップ線路）
４可動反射板
９固定誘電体基板
１１ａ，１１ｂマイクロストリップ線路（第二のマイクロストリップ線路）
１２絶縁体
１３金属体

Claims

誘電体基板の表面に、所定のインピーダンスに設定される第一のマイクロストリップ線路と、前記第一のマイクロストリップ線路とは異なるインピーダンスに設定される第二のマイクロストリップ線路と、前記第一、第二のマイクロストリップ線路間のインピーダンス変換機能を有する３ｄＢカプラとを設け、前記誘電体基板の表面に対向させて、前記第二のマイクロストリップ線路に沿って移動可能な反射板を設けたことを特徴とする移相器。
前記第一のマイクロストリップ線路のインピーダンスよりも前記第二のマイクロストリップ線路のインピーダンスを高くすることを特徴とする請求項１記載の移相器。
前記反射板に金属体を取り付けたことを特徴とする請求項１又は２記載の移相器。
前記反射板を誘電体で構成したことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の移相器。
前記第二のマイクロストリップ線路と前記反射板との間に、絶縁体を設けたことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の移相器。
ひとつの誘電体基板の表面に、複数の前記第一のマイクロストリップ線路と、複数の前記第二のマイクロストリップ線路と、複数の前記３ｄＢカプラとを設け、各第二のマイクロストリップ線路についてそれぞれ前記反射板を設けたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の移相器。