JP4198355B2 - 高周波移相器ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の前文による高周波移相器ユニットに関するものである。
【０００２】
例えば受動的ネットワーク又は能動的ネットワークのマイクロ波信号の伝送時間を整合するために、移相器が使用される。信号の位相位置を同調するラインの伝送時間が利用され、そのために変更可能な位相位置は、ラインの変更可能な電気的な有効長を意味することは公知の原理である。
【０００３】
電気的に調整可能な傾斜を有するアンテナに放射グラフを使用するために、個々の放射器、例えばダイポールに対して異なる伝送時間を信号に付与する必要がある。従って、垂直に互いに重なって配置されたアレイでは、所定の傾斜角度に対する二つの隣接する放射器間の伝送時間差はほぼ同じである。この伝送時間差は、より大きな傾斜角度に対しては拡大されなければならない。移相器ユニットにより個々の放射器の位相位置を変更できるので、放射グラフの調整可能な電気的傾斜を備えたアンテナが重要である。
【０００４】
国際公開ＷＯ９６／３７９２２号公報は、伝送される少なくとも二つの出力間に位相差を発生させるために、電気的に変換可能なプレートを含む移相器を示す。この場合、誘電性プレートの移動によって、各対応するラインのインピーダンスも変更されるため、信号の出力分割が移相器の調整に依存する点で不利である。
【０００５】
国際公開ＷＯ９６／３７００９号公報では、ラインの両側により同じ出力を与える対称のライン分岐が提案されている。両側がこのラインの波形抵抗で閉じられる場合に、これは可能である。既に移動式無線アンテナでは、相当以前から技術的原理の比較し得る解決法が使用されている。しかしながら、この場合、二つだけの放射器を設けることができ、これらが同じ出力を保持する点で不利である。更に、各ラインとの入力の電導性接続が不利であって、それは、可動であるが電気的に高級な接点を必要とするが、望ましくない非線形特性を発生する。
【０００６】
最後に、原則として、一つのアンテナに多数の移相器を組み込むことにより、各放射器を全体のアンテナ装置に設けることも知られている。いずれにせよ各放射器に異なる位相差を付与して、各放射器に対して移相器ユニットを個別に調整しなければならない。従来の技術による適宜の構成を示す図１から原則的に明らかなように、これは、原則として高価な機械的伝動装置を必要とする。
【０００７】
更に、結局給電入力５を介して給電される例えば５個のダイポールアンテナ１ａ〜１ｅを備えた従来の技術のアンテナアレイ１を図１に図式的に示す。
【０００８】
図示の実施の形態では、給電入力５の後段に配置された分配ネットワーク７に二つのＨＦ（高周波数）−移相器ユニット９、即ち二つの移相器ユニット９’、９''が接続され、双方の移相器ユニット９の各々は二つのダイポールを備えている。
【０００９】
給電ライン１３は、位相移動なしに運転される中央のダイポール放射器１ｃに分配ネットワーク７から通じる。
【００１０】
他のダイポールは、移相器ユニット９の調整に従って、異なる位相を与えられ、例えばダイポール１ａは位相＋２φを与えられ、ダイポール放射器１ｂは位相＋１φを与えられ、中央のダイポール放射器１ｃは位相φ＝０を与えられ、第四のダイポール放射器１ｄは位相−１φを与えられ、最後のダイポール放射器１ｅは位相−２φを与えられる。
【００１１】
従って、移相器ユニット９’を介して＋２φ及び−２φの分割と、第二の移相器ユニット９''を介して＋φ及び−φの位相移動を、それぞれ対応するダイポール放射器に対して確実に行わなければならない。更に、移相器ユニット９の対応する異なる調整を機械的調整駆動装置１７により確実に行うことができる。その際、比較的高価な機械的伝動装置１７は、それぞれ各放射器に対して必要な異なる位相差を発生するために、必要となる点が不利であることに留意しなければならない。
【００１２】
同様に構成された移相器ユニットは、１９９８年１月３０日刊の日本国特許抄録１９９８年１号−１９９７年９月１９日特開平９−２４６８４６号公報（ＮＴＴドコモ通信網株式会社）から公知である。この公開公報は、周囲方向に互いにずれて中央の中心点に対して異なる間隔で配置され、タップ部材がこの中心点の周りでそれぞれ帯状導体部と接続して調整可能な二つの円弧状の帯状導体部を含む。その際、タップ部材は、その旋回軸に配置される中心点で互いに接続される二つの平面図にて角度を成す間隔で互いにずれて配置される半径方向要素を含む。
【００１３】
従って、本発明の課題は、最後に述べた図１により説明した従来の技術から出発して、簡単に構成され、特に少なくとも４つの放射器を使用したアンテナアレイの場合に、各放射器の位相の改良された制御及び調整を可能にする改良型移相器ユニットを提供することにある。その際、同時に少なくとも４つの放射器間の対となるライン分岐が可能であることが好ましい。
【００１４】
この課題は、本発明では、請求項１に示す特徴部分により解決される。本発明の有利な構成は、他の請求項に示す。
本発明による高周波移相器ユニットは、同心状に配置された少なくとも二つの第１の帯状導体部（２１ａ）及び第２の帯状導体部（２１ｂ）を有する帯状導体部（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）と、少なくとも二つの帯状導体部（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）に互いにずれて設けられる複数の接続位置（３９ａ、３９ｂ）に接続される異なる位相角（φ）を備える少なくとも二つの異なる対のアンテナ放射器（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ）と、旋回軸（２３）の周りに回転可能なタップ部材（２５）とを備える。タップ部材（２５）は、対応する第１の帯状導体部（２１ａ）及び第２の帯状導体部（２１ｂ）にそれぞれ接続される第１のタップ片（２７ａ）及び第２のタップ片（２７ｂ）を有するタップ片（２７）を備える。タップ片（２７）は、帯状導体部（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）上で回転可能である。
タップ部材（２５）は、給電ライン（１３）に接続され、給電ライン（１３）は、少なくとも２つの第１の接続ライン（３１ａ）及び第２の接続ライン（３１ｂ）を有する接続ライン（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）を介して、第１及び第２の帯状導体部（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）に対応する第１及び第２のタップ片（２７ａ、２７ｂ）に電気的に接続される。
また、タップ部材（２５）は、旋回軸（２３）の周りに回転する単一の指針要素として形成され、タップ部材（２５）は、旋回軸（２３）から第１の接続ライン（３１ａ）を越えて、第１の帯状導体部（２１ａ）に接続される第１のタップ片（２７ａ）まで径方向外側に延伸し、タップ部材（２５）は、更に第１のタップ片（２７ａ）から第２の接続ライン（３１ｂ）を越えて、第２の帯状導体部（２１ｂ）に接続される第２のタップ片（２７ｂ）まで径方向外側に延伸する。
【００１５】
本発明は、公知の解決法に対して、非常に場所をとらず、公知の解決法に対してより高い集積密度を有する移相器ユニットを提供する。このために、追加の接続ライン、半田接合部及び出力分配を実現する変換手段を節減できる。しかしながら、特に、放射器の異なる位相位置を生じさせ又は調整するために、従来の技術に必要な伝動装置も省略できる。
【００１６】
本発明による解決法は、一旦供給点で接続され次に重なり領域でそれぞれ円弧状の帯状導体部と共に移動可能な接続点又は連結点を構成するタップ部材と協働する少なくとも二つの円弧状の帯状導体部が備える点で傑出する。共通の供給点から、個々の円形部に対して、一つの共通の最外側に配置される円形部にまで達する接続ラインが通じる。
前記のように、帯状導体部は円弧状でもよい。帯状導体部は、ほぼ互いに同心状の配置で設けてもよく、それはまた真直に延びかつ互いに平行に配置された帯状導体部を含む（即ち円弧状の帯状導体部の半径が無限大である場合にも、）。
【００１７】
結局、半径方向に延びる指針として多数の円弧状の帯状導体部を越えて延びかつ多数の連続して配置される各帯状導体部に対応する接続点を構成するタップ部材を設けることにより、本発明による簡単な構成を達成できる。
【００１８】
最後に、同じ方向に延伸し、水平側面図にて互いに重なって配置されかつ共通の旋回軸の周りに調整可能である共通に操作可能なタップ部材に固着される接続ラインを備えた一種のブリッジ構造も可能である。
【００１９】
共通の回転点で、好ましくは容量的に給電は行なわれる。しかしながら、タップ部材とそれぞれ円弧状の帯状導体部との間の接続点を容量的に行なってもよい。
【００２０】
最後に、本発明による解決法では、例えば内側から外側への円形の帯状導体部の出力が減少し、増大し又は場合により全ての帯状導体部に対する出力が多かれ少なかれ同じままの伝送出力の分配も実現できる。
【００２１】
更に、アンテナの反射器により構成される金属基板上に高周波移相器ユニットを好適に構成することが有利であることが判明した。更に、金属カバーにより移相器ユニットを覆うと有利であることが判明した。
【００２２】
円形部間の間隔を種々に構成することができる。内側から外側に向かって一定の係数で帯状導体部の直径が増大することが好ましい。その際、円形部の間にて伝送するＨＦ波長の０.１〜ほぼ１.０倍に間隔を形成することが好ましい。
【００２３】
円形部部と接続ラインをカバーと一体に三重板導体として構成しても、移相器ユニットを簡単に実現することができる。
【００２４】
図２に示す本発明による第一の実施の形態高周波移相器ユニットでは、互いにずれて配置された円弧状の帯状導体部２１は、平面図に対し垂直な垂直旋回軸２３が配置される共通の中心点周りに同心円状に配置される内側の帯状導体部２１ａ及び外側の帯状導体部２１ｂを備えている。
【００２５】
以下に接続点２７とも呼ばれるタップ片２７を構成するタップ部材２５は、図２の平面図に示す旋回軸２３から旋回軸２３に対して実質的に半径方向に延伸して形成され、それぞれ重なり領域にて関連する帯状導体部２１とそれぞれ連結され、図示の実施の形態では二つのタップ部材２５の長手方向にずれて配置される接続点２７ａ、２７ｂが備えられる。
【００２６】
給電ライン１３は、給電入力５からその領域にてタップ部材２５の旋回軸が配置される中心タップ部２９に通じる。
【００２７】
その際、タップ部材２５は、中心タップ部２９の重複領域の連結部３３から内側の帯状導体部２１ａの接続点２７ａに達する第一の接続ライン３１ａにて区分される。接続点２７ａを越えて延伸する領域は、外側の帯状導体部２１ｂとの重複領域にて、そこに構成された接続点２７ｂに通じる最も近い接続部又は接続ライン部３１ｂを構成する。
【００２８】
全体のＨＦ（高周波数）−移相器ユニットは、図２に示す実施の形態では４つのダイポール１ａ〜１ｄにより、同時にダイポール１ａ〜１ｄの反射器３５を構成する単一の金属基板上に共同で構成される。
【００２９】
図３に示す水平断面図では、中心タップ部２９でも接続点２７でも結合が容量的に形成され、この場合、低損失の誘電体３７は、容量結合そして同時に中心タップ部２９及びそれに対して半径方向にずれて配置される接続点２７の機械的に固定するものであることが明らかである。
【００３０】
中心タップ部２９のベース部は、軸方向高さがより大きく選定される誘電性コーン領域３７ａを介して反射器３５に対してずれて設けられる。その上に、より薄い誘電性コーン領域７ｂにより、中心タップ部２９と同様に旋回軸２３が貫通する結合層３３が配置される。
【００３１】
円弧状の帯状導体部２１は、同様に中心タップ部２９と同じ間隔で、反射器板３７に対して配置され、そこで構成される誘電体３７を介してタップ部材２５に連結されることも図３に示す断面図から明らかである。その際、タップ部材２５は、旋回軸２３の周りに調整できる単一の固定レバーである。
【００３２】
旋回軸２３周りにタップ部材２５を回転して、全ダイポール放射器１ａ〜１ｄに対して共通に、＋２φから−２φの同じ位相移動で位相を調整できる。
【００３３】
波形抵抗の適宜の選択又は対応する接続点２９及び２７ａ又は２７ｂ間の接続部３１ａ及び３１ｂの適宜の形成により、それぞれ円弧状の帯状導体部２１ａ、２１ｂの端部３９ａ又は３９ｂにてアンテナライン４１を介してダイポールアンテナ１ａ〜１ｄを接続するので、同時に一方でダイポール放射器１ａ及び１ｄそしてダイポール放射器の他の対１ｂ及び１ｃの間の出力分配を達成できる。
【００３４】
図４は、＋３φから−３φの位相分割を実現できる全部で六つのダイポール放射器１ａ〜１ｆを備えた異なる実施の形態を示す。このために、必要であれば、例えば外側から内側に向かう出力分割を達成でき、それは、下表に示すように０.５：０.７：１の出力段階が可能になる。
【００３５】
しかしながら、この場合、前記実施の形態と同様に、図１に示す中心のダイポール放射器又は中心のダイポール放射器ユニットを設けることができ、それは０度の位相ずれ角を有し、給電ライン入力と直接に接続される。
【００３６】
図５は、互いにずれて配置され、図示の実施の形態では１８０度だけ旋回軸２３に対してずれて互いに配置される二つの真直な帯状導体部２１ａ及び２１ｂを示す。この構成は、前記実施の形態には属しない。しかしながら、図５に示す互いに平行に配置しかつ真直に延びる帯状導体部２１ａ及び２１ｂのように、中心タップ部２９の同じ側に配置され、その際単一の指針状のタップ部材２５により重ねる限りでは、本発明による置換が可能であろう。
【００３７】
図６ａ及び図６ｂは、適宜に構成されたアンテナに対する垂直な放射グラフの作用を示す。そこに概略的に表わす５つのダイポールのより僅かな位相差の場合に、より小さくかつ前記高周波移相器ユニットにより調整されたより大きな位相差の場合に、より大きな垂直傾斜角度を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の技術による５つのダイポールによる給電の高周波移相器ユニットの概略図
【図２】 ４つの放射器を制御する本発明による移相器ユニットの概略平面図
【図３】 移相器導体部と中間タップ部の容量結合を説明する図２のタップ部材に沿う略示断面図
【図４】 ３つの円弧状導体部を備えた本発明による移相器ユニットの異なる実施の形態を示す
【図５】 ２つの円弧状でない（真直に延びる）帯状導体部を使用する異なる実施の形態を示す
【図６ａ】 ４度に傾斜して調整できる電気的傾斜を有するアンテナアレイの放射グラフ
【図６ｂ】 １０度に傾斜して調整できる電気的傾斜を有するアンテナアレイの放射グラフ
【符号の説明】
（１）・・アンテナ、 （１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ）・・アンテナ放射器、 （１３）・・給電ライン、 （２１）・・帯状導体部、 （２１ａ−２１ｄ）・・帯状導体部 （２３）・・旋回軸、 （２５）・・タップ部材、 （２７）・・タップ片、 （２７ａ−２７ｄ）・・タップ片、 （２９）・・中心タップ部、 （３１ａ−３１ｄ）・・接続ライン、 （３３）・・中心連結部、 （３５）・・反射器、 （３７）・・誘電体、 （３９ａ、３９ｂ）・・接続位置、

Claims (21)

1. 同心状に配置された少なくとも二つの第１の帯状導体部（２１ａ）及び第２の帯状導体部（２１ｂ）を有する帯状導体部（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）と、
   少なくとも二つの帯状導体部（２１ａ、２１ｂ）に互いにずれて設けられる複数の接続位置（３９ａ、３９ｂ、３９ａ’、３９ｂ’）に接続される異なる位相角（φ）を備える少なくとも二つの異なる対のアンテナ放射器（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ）と、
   旋回軸（２３）の周りに回転可能なタップ部材（２５）とを備え、
   タップ部材（２５）は、対応する第１の帯状導体部（２１ａ）及び第２の帯状導体部（２１ｂ）にそれぞれ接続される第１のタップ片（２７ａ）及び第２のタップ片（２７ｂ）を有するタップ片（２７）を備え、
   タップ片（２７）は、帯状導体部（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）上で回転可能であり、
   タップ部材（２５）は、給電ライン（１３）に接続され、給電ライン（１３）は、少なくとも二つの第１の接続ライン（３１ａ）及び第２の接続ライン（３１ｂ）を有する接続ライン（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）を介して、第１及び第２の帯状導体部（２１ａ、２１ｂ）に対応する第１及び第２のタップ片（２７ａ、２７ｂ）に電気的に接続される高周波移相器ユニットにおいて、
   タップ部材（２５）は、旋回軸（２３）の周りに回転する単一の指針要素として形成され、
   タップ部材（２５）は、旋回軸（２３）から第１の接続ライン（３１ａ）を越えて、第１の帯状導体部（２１ａ）に接続される第１のタップ片（２７ａ）まで径方向外側に延伸し、タップ部材（２５）は、更に第１のタップ片（２７ａ）から第２の接続ライン（３１ｂ）を越えて、第２の帯状導体部（２１ｂ）に接続される第２のタップ片（２７ｂ）まで径方向外側に延伸することを特徴とする高周波移相器ユニット。
2. 接続ライン（３１ａ−３１ｃ）は、帯状導体部（２１ａ−２１ｃ）のタップ片（２７ａ−２７ｃ）に対する所定の出力分割を行なう変換手段を同時に構成する請求項１に記載の高周波移相器ユニット。
3. タップ部材（２５）は、旋回軸（２３）から突出する半径方向の指針要素として形成される請求項１又は２に記載の高周波移相器ユニット。
4. 給電ライン（１３）を介して供給される出力の分割は、最も内側に配置される帯状導体部（２１ａ）から最も外側の帯状導体部（２１ｂ、２１ｃ）まで減少する請求項１〜３の何れか１項に記載の高周波移相器ユニット。
5. 給電ライン（１３）を介して供給される出力の分割は、最も内側に配置される帯状導体部（２１ａ）から最も外側の帯状導体部（２１ｂ、２１ｃ）まで増大する請求項１〜３の何れか１項に記載の高周波移相器ユニット。
6. 少なくとも二つの又は全ての帯状導体部（２１ａ−２１ｃ）のユニットは、実質的に同一の出力で給電される請求項１〜５の何れか１項に記載の高周波移相器ユニット。
7. 帯状導体部（２１ａ−２１ｃ）の半径又は直径は、一定の係数で増大する請求項１〜６の何れか１項に記載の高周波移相器ユニット。
8. 帯状導体部（２１ａ−２１ｃ）の間隔は、伝送するＨＦ−波長の０.１〜１.０倍である請求項１〜７の何れか１項に記載の高周波移相器ユニット。
9. タップ片（２７ａ−２７ｃ）は、それぞれ平坦な帯状の導体から成り、帯状導体部（２１ａ−２１ｃ）との間に誘電体（３７）が配置される容量的に結合されたタップ片（２７）として構成される請求項１〜８の何れか１項に記載の高周波移相器ユニット。
10. 給電ライン（１３）に電気的に接続される中心タップ部（２９）と、タップ部材（２５）に電気的に接続される結合部（３３）との間に容量結合する誘電体（３７ｂ）を備えた請求項１〜９の何れか１項に記載の高周波移相器ユニット。
11. アンテナ（１）の反射器（３５）により構成される金属の基板上に構成される請求項１〜１０の何れか１項に記載の高周波移相器ユニット。
12. 金属製のカバーにより覆われる請求項１〜１１の何れか１項に記載の高周波移相器ユニット。
13. 接続ライン（３１ａ−３１ｃ）及び帯状導体部（２１ａ−２１ｃ）は、カバーと共に、三重板導体として構成される請求項１２に記載の高周波移相器ユニット。
14. 帯状導体部（２１ａ−２１ｃ）は、それぞれ所定の特性インピーダンスを有する請求項１〜１３の何れか１項に記載の高周波移相器ユニット。
15. タップ部材（２５）の中心タップ部（２９）は、反射器（３５）に対して誘電体（３７ａ）により分離されかつ保持される請求項１〜１４の何れか１項に記載の高周波移相器ユニット。
16. 少なくとも二つの帯状導体部（２１ａ、２１ｂ）は、弓形又は円弧状に形成される請求項１〜１５の何れか１項に記載の高周波移相器ユニット。
17. 少なくとも二つの円弧状の帯状導体部（２１ａ、２１ｂ）は、共通の中心点の周りに円弧状に延伸して配置される請求項１６に記載の高周波移相器ユニット。
18. 帯状導体部（２１ａ〜２１ｃ）の中心点は、タップ部材（２５）の旋回軸（２３）上に配置される請求項１７に記載の高周波移相器ユニット。
19. 帯状導体部（２１ａ〜２１ｃ）の中心点と旋回軸（２３）の中心点とが互いにずれて配置される請求項１７又は１８に記載の高周波移相器ユニット。
20. 帯状導体部（２１ａ〜２１ｃ）は、異なる厚さを有する請求項１〜１９の何れか１項に記載の高周波移相器ユニット。
21. 帯状導体部（２１ａ〜２１ｃ）は、異なる特性インピーダンス又は同じ特性インピーダンスを有する請求項１〜２０の何れか１項に記載の高周波移相器ユニット。

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