JP4537339B2 - 移相器ならびにこれを備える高周波送信器、高周波受信器、高周波送受信器、レーダ装置およびアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波、準ミリ波帯およびミリ波帯などの高周波帯で用いられ、電磁波の位相を制御する移相器、これを備える高周波送信器、高周波受信器、高周波送受信器およびレーダ装置に関する。

印加電界の大きさによって誘電率の変化する誘電体を用いたコプレーナウェーブガイド型移相器の研究が盛んに行われている。その１例として、第１の従来の技術の移相器では、強誘電体薄膜上にコプレーナウェーブガイドを形成し、強誘電体薄膜に電圧を印加することによって、電磁波の位相を変化させている（たとえば特許文献１参照）。

また強誘電体から成る誘電体導波路を用いた移相器が研究されている。その１例として、第２の従来の技術の移相器では、強誘電体を装荷した平行平板構造を有している（たとえば非特許文献１参照）。

また第３の従来の技術の移相器では、非放射性誘電体線路の誘電体の一部の誘電率を制御することによって位相を制御している（たとえば特許文献２参照）。

特表２００３−５０８９４２号公報 特開平８−１０２６０４号公報 M. Cohn and A. F. Eikenberg, "Ferroelectric Phase Shifters for VHF and UHF," IRE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-10, pp. 536-548 (1962)

第１の従来の技術の移相器は、単位長さあたりの位相変化量が十分ではないので、必要な位相変化を得るために長い線路長が必要となり、移相器が大型化するという問題がある。たとえば非特許文献１に記載される移相器では、周波数が４０ＧＨｚの電磁波を用いる場合、２２０°の位相変化を得るのに８．６ｍｍの線路長が必要である。

第２および第３の従来の技術の移相器では、誘電体導波路に誘電率が可変である誘電体を用いることによって、位相変化を得ることが試みられているが、誘電体導波路の厚さが大きくなってしまうので、高い電圧を印加しなければならないという問題がある。たとえば非特許文献１に記載される移相器では、４０００Ｖもの高電圧を誘電体導波路に印加している。

したがって本発明の目的は、小形で、かつ低電圧で大きな位相変化を安定して得ることができる移相器ならびにこれを備える高周波送信器、高周波受信器、高周波送受信器、レーダ装置およびアンテナ装置を提供することである。

本発明の移相器は、印加電界に応じて誘電率および寸法の少なくともいずれか１つが変化する変化部を含み、電磁波が伝播する誘電体部と、
前記変化部に電界を印加するための一対の電極を含み、前記誘電体部の外表面に密接するとともに前記誘電体部を外囲して導波管を形成する導電体部とを含むことを特徴とする。

また本発明の移相器は、印加電界に応じて誘電率および寸法の少なくともいずれか１つが変化する変化部を含む第１誘電体部、および誘電率が前記第１誘電体部の誘電率よりも小さく、前記第１誘電体部を挟持して設けられる第２誘電体部によって形成される誘電体部と、
前記誘電体部を伝播する電磁波の伝播方向および前記第１および第２誘電体部の積層方向に互いに垂直な方向において前記誘電体部を挟持する一対の平板導電体部と、
前記積層方向において前記誘電体部を挟み、かつ前記一対の平板導電体部の間隔より小さい間隔をあけて設けられ、前記変化部に電界を印加するための一対の電極とを含むことを特徴とする。

また本発明の移相器は、前記一対の平板導電体部の間隔は、前記第２誘電体部中を伝播する電磁波の波長の２分の１以下に選ばれることを特徴とする。

また本発明の移相器は、前記一対の電極に予め定める電圧を印加したときのカットオフ周波数をｆｃとし、前記誘電体導波路を伝播する電磁波の周波数をｆとしたとき、ｆｃとｆとは、１．０３＜ｆ／ｆｃ＜１．５を満たすように選ばれることを特徴とする。

また本発明の高周波送信器は、高周波信号を発生する高周波発振器と、
前記高周波発振器に接続され、前記高周波発振器からの高周波信号を伝送する伝送線路と、
前記伝送線路に接続され、高周波信号を放射するアンテナと、
高周波信号が前記誘電体部を通過するように、前記伝送線路に挿入される前記移相器と、
高周波信号の伝送方向における前記移相器の上流側および下流側のうち少なくとも一方で前記伝送線路に設けられるスタブとを含むことを特徴とする。

また本発明の高周波受信器は、高周波信号を補捉するアンテナと、
前記アンテナに接続され、前記アンテナによって捕捉される高周波信号を伝送する伝送線路と、
前記伝送線路に接続され、前記伝送線路に伝送される高周波信号を検波する高周波検波器と、
高周波信号が前記誘電体部を通過するように、前記伝送線路に挿入される前記移相器と、
高周波信号の伝送方向における前記移相器の上流側および下流側のうち少なくとも一方で前記伝送線路に設けられるスタブとを含むことを特徴とする。

また本発明の高周波送受信器は、高周波信号を発生する高周波発振器と、
前記高周波発振器に接続され、高周波信号を伝送する第１伝送線路と
第１、第２および第３端子を有し、前記１端子が前記第１伝送線路に接続され、前記第１端子に与えられる高周波信号を前記第２端子または前記第３端子に出力する分岐器と、
前記第２端子に接続され、前記第２端子から与えられる高周波信号を伝送する第２伝送線路と、
第４、第５および第６端子を有し、前記第２伝送線路を介して前記第４端子に与えられる高周波信号を前記第５端子に出力し、かつ前記第５端子に与えられる高周波信号を前記第６端子に出力する分波器と、
前記第５端子に接続され、前記第５端子から出力される高周波信号を伝送し、前記第５端子に高周波信号を伝送する第３伝送線路と、
前記第３伝送線路に接続され、高周波信号を放射および補捉するアンテナと、
前記第３端子に接続され、前記第３端子から出力される高周波信号を伝送する第４伝送線路と、
前記第６端子に接続され、前記第６端子から出力される高周波信号を伝送する第５伝送線路と、
前記第４および第５伝送線路に接続され、前記第４および第５伝送線路から与えられる高周波信号を混合して中間周波信号を出力するミキサと、
高周波信号が前記誘電体部を通過するように、前記第１〜第５伝送線路のうち少なくともいずれか１つに挿入される前記移相器とを含むことを特徴とする。

また本発明の高周波送受信器は、前記分波器は、ハイブリッド回路またはサーキュレータによって形成されることを特徴とする。

また本発明の高周波送受信器は、前記高周波送受信器と、
前記高周波送受信器からの中間周波信号に基づいて探知対象物までの距離を検出する距離検出器とを含むことを特徴とする。

また本発明のアレイアンテナ装置は、アンテナ素子と、前記移相器とを有する移相器付アンテナを複数並べて構成されることを特徴とする。

また本発明のレーダ装置は、前記アレイアンテナ装置と、
前記アレイアンテナ装置に接続され、前記アレイアンテナ装置に高周波信号を与え、かつ前記アレイアンテナ装置によって捕捉した高周波信号を受信する高周波送受信器とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、一対の電極に電圧を印加することによって、変化部に電界を印加することができる。変化部は、印加電界の大きさに応じて、誘電率および寸法の少なくともいずれか１つが変化するので、すなわち一対の電極に印加される電圧に応じて、誘電体部を伝播する電磁波の位相を変化させることができる。寸法が変化する場合には、主に電圧印加方向における寸法が変化し、すなわち電圧印加方向における厚さが変化する。一対の電極を含む導電体部が誘電体部の外表面に密接するとともに誘電体部を外囲し、導波管を形成して、導電体部および誘電体部によってカットオフ特性を有する、すなわちカットオフ周波数を有する伝送線路が形成される。導電体部は、導波管を形成する際、軸線まわりに所定の距離離間して導波管を形成してもよい。導波管を形成する導電体部が一対の電極を含むので、導波管とは別に電極を形成する必要がなく、作製が容易である。導波管に前記電極が含まれることによって、誘電体部を伝播する電磁波の周波数を、前記カットオフ周波数付近となるように選んでも、誘電率変化部に印加される電界を安定して制御することができ、したがってカットオフ周波数付近で移相器を安定して動作させることができる。これによって誘電体部を伝播する電磁波の周波数を、前記カットオフ周波数付近となるように選ぶことができるようになり、前記カットオフ周波数付近では短い線路長でも大きな位相変化が得られるので、移相器を小形に形成することができる。また誘電体部を伝播する電磁波の周波数を、前記カットオフ周波数付近となるように選ぶことによって、誘電体部の電磁波の伝搬方向に垂直な断面の寸法も小さくなり、一対の電極の間隔が近づくので低電圧で大きな電界を、誘電体部に印加することができるようになり、小形で、かつ低電圧で大きな位相変化を安定して得ることができる移相器を実現することができる。

また本発明によれば、第１誘電体部および一対の平板導電体部によって、カットオフ特性を有する、すなわちカットオフ周波数を有する伝送線路が形成される。第１誘電体部に含まれる変化部は、印加電界の大きさに応じて、誘電率および寸法の少なくともいずれか１つが変化するので、すなわち一対の電極に印加される電圧に応じて、誘電体部を伝播する電磁波の位相を変化させることができる。寸法が変化する場合には、主に電圧印加方向における寸法が変化し、すなわち電圧印加方向における厚さが変化する。電磁波は、一対の平板導電体部および第２誘電体部に挟まれる第１誘電体部を主に伝播する。第１誘電体部に変化部が含まれるので、変化部の誘電率の変化が、電磁波の位相の変化に与える影響を大きくして、必要な位相変化を得るための線路長を短くすることができ、移相器を小形に形成することができる。また一対の電極は、前記積層方向において誘電体部を挟むので、一対の電極に電圧を印加することによって、変化部に電界を印加することができる。一対の電極の間隔は、一対の平板導電体部の間隔より小さいので、一対の平板導電体部によって変化部に電界を印加するよりも大きな電界を変化部に電界を印加することができ、低い電圧で大きな電界を変化部に与えることができる。

また第１誘電体部を電極によって挟持させる、すなわち第１誘電体に電極を接触させると、カットオフ状態となり電磁波が伝播することができなくなってしまうが、第１誘電体部の誘電率よりも小さな誘電率の第２誘電体部が第１誘電体部と電極との間に介在するので、電極部における電磁波は十分減衰され、カットオフ状態にならないようにすることができる。第２誘電体部は、第１誘電体部のうち最も誘電率が低い部分の誘電率よりも低い誘電率を有する。

前述したように電極を設けて変化部に電界を印加するので、カットオフ周波数付近で移相器を安定して動作させることができ、これによって誘電体部を伝播する電磁波の周波数を、前記カットオフ周波数付近となるように選ぶことができるようになる。前記カットオフ周波数付近では短い線路長でも大きな位相変化が得られるので、移相器を小形に形成することができる。また誘電体部を伝播する電磁波の周波数を、前記カットオフ周波数付近となるように選ぶことによって、誘電体部の電磁波の伝搬方向に垂直な断面の寸法も小さくなり、一対の電極の間隔が近づくので低電圧で大きな電界を、誘電体部に印加することができるようになり、小形で、かつ低電圧で大きな位相変化を安定して得ることができる移相器を実現することができる。

また本発明によれば、前記一対の平板導電体部の間隔は、前記第２誘電体部中を伝播する電磁波の波長の２分の１以下に選ばれるので、誘電体部および平板導電体部によって非放射性誘電体線路が形成される。これによって一対の平板導電体部に挟まれる領域から、電磁波の前記積層方向への放射を抑制し、伝送線路に移相器を挿入したときの挿入損失を低減することができる。

また本発明によれば、一対の電極に電圧を印加したときのカットオフ周波数をｆｃとし、誘電体部を伝播する電磁波の周波数をｆとしたとき、ｆｃとfとは、１．０３＜ｆ／ｆｃ＜１．５を満たすように選ばれ、位相変化の大きいカットオフ周波数近傍で用いるので、短い線路長でも大きな位相変化が得られ、移相器を小型にすることができる。また同時に、電磁波の伝播方向に垂直な方向における誘電体部の断面寸法も小さくなることから、一対の電極を相互に近接させることができ、小さい電圧で大きな電界強度が得られることによって、低電圧で移相器を動作させることができる。

また本発明によれば、高周波発振器が発生した高周波信号は、伝送線路に伝送されてアンテナに与えられ、電波として放射される。高周波発振器とアンテナの途中にはスタブが設けられ、高周波発振器の伝送線路への接続部やアンテナの伝送線路への接続部における不整合を整合できるようになっている。これによって接続部での反射を小さく抑えることができ、安定な発振特性が得られるとともに、挿入損失が小さく抑えられるために高い送信出力が得られる。ただし、スタブを設けても、たとえば高周波発振器を接続するためのワイヤーおよび／またはバンプの形状ばらつき、および伝送線路の配線幅のばらつきなどによって一律に整合することができない。本発明では、伝送線路には、伝送線路を伝送される高周波信号の電磁波が前記誘電体部を通過するように、前記移相器が挿入されるので、たとえば高周波発振器を接続するためのワイヤーやバンプの形状ばらつきや伝送線路の配線幅のばらつきなどによって伝送線路に起因して発生する位相のずれを個々に調整して整合をとることができ、安定な発振特性を持つとともに、挿入損失が小さく抑えられるために高い送信出力を持つ高周波送信器を実現することができる。また移相器を前述したように小型で、かつ低電圧で動作させることができるので、移相器を設けても高周波送信器を小型に形成することができ、また移相器に電圧を与えるための構成が複雑化してしまうことを抑制することができる。

また本発明によれば、アンテナによって捕捉した高周波信号は、伝送線路に伝送されて高周波検波器によって検波される。アンテナと高周波検波器の途中にはスタブが設けられ、高周波検波器の伝送線路への接続部やアンテナの伝送線路への接続部における不整合を整合できるようになっている。これによって接続部での反射を小さく抑えることができ、安定な検波特性が得られるとともに、挿入損失が小さく抑えられるために高い検波出力が得られる。ただし、たとえば高周波検波器を接続するためのワイヤーやバンプの形状ばらつきや伝送線路の配線幅のばらつきなどによって一律に整合することができない。本発明では、伝送線路には、伝送線路を伝送される高周波信号の電磁波が前記誘電体部を通過するように、前記移相器が挿入されるので、たとえば高周波検波器を接続するためのワイヤーやバンプの形状ばらつきや伝送線路の配線幅のばらつきなどによって伝送線路に起因して発生する位相のずれを個々に調整して、整合をとることができ、安定な検波特性を持つとともに、挿入損失が小さく抑えられるために高い検波出力を持つ高周波受信器を実現することができる。また移相器を前述したように小型で、かつ低電圧で動作させることができるので、移相器を設けても高周波受信器を小型に形成することができ、また移相器に電圧を与えるための構成が複雑化してしまうことを抑制することができる。

また本発明によれば、高周波発振器が発生した高周波信号は、第１伝送線路に伝送されて分岐器の第１端子に与えられ、分岐器の第２端子から第２伝送線路に与えられ、分波器の第４端子に与えられて、分波器の第５端子から第３伝送線路に与えられて、アンテナから放射される。またアンテナによって受信した高周波信号は、第３伝送線路に与えられて、分波器の第５端子に与えられ、分波器の第６端子から第５伝送線路に与えられて、ミキサに与えられる。またミキサには、分岐器の第３端子から第４伝送線路を介して、高周波発振器が発生した高周波信号がローカル信号として与えられる。ミキサは、高周波発振器が発生した高周波信号とアンテナによって受信した高周波信号とを混合して、中間周波信号を出力することによって、受信した高周波信号に含まれる情報が得られる。

高周波信号が前記誘電体部を通過するように、前記第１〜第５伝送線路のうち少なくともいずれかの１つに、前記移相器が挿入されることによって、たとえば配線幅のばらつきなどによって伝送線路に起因して不所望に変化する高周波信号の位相を調整して、たとえば安定な発振特性を持つとともに、挿入損失が小さく抑えられるために高い送信出力を持つ高周波送受信器を実現することができ、また、たとえば安定な検波特性を持つとともに、挿入損失が小さく抑えられるために高い検波出力を持つ高周波送受信器を実現することができ、また、たとえばミキサによって生成される中間周波数信号の信頼性を向上させることができる。また移相器を前述したように小型で、かつ低電圧で動作させることができるので、移相器を設けても高周波送受信器を小型に形成することができ、また移相器に電圧を与えるための構成が複雑化してしまうことを抑制することができる。

また本発明によれば、前記分波器は、ハイブリッド回路によって形成されてもよいし、サーキュレータによって形成されてもよい。ハイブリッド回路は、方向性結合器であって、マジックＴ、ハイブリッドリングまたはラットレースなどによって実現される。

また本発明によれば、前記高周波送受信器からの前記中間周波信号に基づいて、距離検出器が探知対象物までの距離を検出するので、検知対象物までの距離を正確に検出することができるレーダ装置となる。

また本発明によれば、アンテナ素子に前記移相器を付加して構成される移相器付のアンテナを複数並べてアレイアンテナ装置が構成される。各アンテナ素子に付加される移相器によって、アンテナ素子に供給される高周波信号の位相をずらすことによって、各アンテナ素子から放射される電波の位相を調整して、放射ビームをアレイアンテナの正面から所定の方向に傾けることができる。移相器は、小形でかつ低電圧で動作させることができるので、アレイアンテナ装置が大型化することない。またアレイアンテナ装置は、移相器を備えることによって、前述したように放射ビームの方向を変更することができ、これによってアンテナ素子を機械的に動作させることなく、放射ビームの方向を変更することができ、利便性を向上させることができる。

また本発明によれば、前記アレイアンテナ装置と、前記アレイアンテナ装置に接続され、前記アレイアンテナ装置に高周波信号を与え、かつ前記アレイアンテナ装置によって捕捉した高周波信号を受信する高周波送受信器とを含んでレーダ装置が構成されるので、レーダ装置が大型化することなく、また放射ビームの方向を容易に変更することができるので、利便性の高いレーダ装置を実現することができる。

図１は、本発明の実施の一形態の移相器１を模式的に示す断面図である。移相器１は、電磁波が伝搬する誘電体部２と、誘電体部２を外囲して導波管を形成する導電体部３とを含んで構成される。本発明の実施の形態の移相器１は、直方体形状に形成される。移相器１における電磁波の伝播方向Ｘに垂直な断面は、移相器１の前記伝播方向Ｘの端面と同形状である。

誘電体部２は、誘電体から成り、印加電界に応じて、誘電率が変化する変化部を含んで形成される。本発明の実施の形態では、誘電体部２は変化部から成り、たとえばＢａ_{（１−ｘ）}Ｓｒ_ｘＴｉＯ_３（略称ＢＳＴ）、Ｍｇ_{（１−ｘ）}Ｃａ_ｘＴｉＯ_３、Ｚｎ_{（１−ｘ）}Ｓｎ_ｘＴｉＯ_３、ＢａＯ−ＰｂＯ−Ｎｄ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_３、またはＢｉ_１．５Ｚｎ_１．０Ｎｂ_１．５Ｏ_７などによって形成される。誘電体部２は、印加電界が大きくなるに連れて、すなわち印加される電界強度が高くなるに連れて、誘電率が小さくなる。

誘電体部２は、電磁波が入出力する第１および第２入出力端２ａ，２ｂを有する。第１および第２入出力端２ａ，２ｂは、電磁波が伝播する伝播方向Ｘに沿って、伝播方向Ｘの端部にそれぞれ形成される。本発明の実施の形態では、誘電体部２は、直方体形状に形成され、第１および第２入出力端２ａ，２ｂは、伝播方向Ｘに垂直な平面によって形成され、相互に対向して設けられる。誘電体部２の、伝播方向Ｘに垂直な断面は、矩形状となる。前記伝播方向Ｘにそれぞれ垂直であって、かつ互いに垂直な方向を、「幅方向Ｙ」および「厚さ方向Ｚ」とそれぞれいう。本発明の実施の形態では、幅方向Ｙが、誘電体部２の、伝播方向Ｘに垂直な断面における短手方向であり、厚さ方向Ｚが、誘電体部２の、伝播方向Ｘに垂直な断面における長手方向である。

導電体部３は、導電体から成り、誘電体部２に電界を印加するための一対の第１および第２電極４a，４ｂを含んで構成される。第１および第２電極４a，４ｂは、誘電体部２の外表面に積層して設けられる。本発明の実施の形態では、導電体部３は、第１および第２電極４a，４ｂから成り、これら第１および第２電極４a，４ｂは、誘電体部２の前記伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ１まわりに、誘電体部２に密接して、誘電体部２の前記伝播方向Ｘの両端面を露出させた状態で、前記軸線Ａ１まわりに離間して誘電体部２を外囲して導波管を形成する。第１および第２電極４a，４ｂは、独立して設けられ、すなわち非接触に設けられる。

第１および第２電極４ａ，４ｂは、誘電体部２の前記伝播方向Ｘにおける両端部間にわたって形成される。第１および第２電極４ａ，４ｂは、前記軸線Ａ１に関して回転対称に形成される。本発明の実施の形態では、第１および第２電極４ａ，４ｂは、伝播方向Ｘに垂直な断面が略Ｕ字形状に形成される。第１電極４ａは、誘電体部２の厚さ方向Ｚにおける第１端部２ｃ側から誘電体部２を覆い、厚さ方向Ｚにおける中間部まで延びる。第２電極４ｂは、誘電体部２の厚さ方向Ｚにおける第２端部２ｄ側から誘電体部２を覆い、厚さ方向にＺにおける中間部まで延びる。第１および第２電極４ａ，４ｂは、相互に接触しないように独立して形成され、誘電体部２の外表面に沿って前記軸線Ａ１まわりに、予め定める距離Ｌ１離間して形成される。前記予め定める距離Ｌ１は、第１および第２電極４ａ，４ｂの間から誘電体部２を伝播する電磁波の漏れないように選ばれ、第１および第２電極４ａ，４ｂによって形成される導波管の内寸法の長辺（厚さ方向Ｚの大きさ）の長さａの１／２以下に選ばれる。

第１および第２電極４ａ，４ｂは、低い抵抗率の金属、誘電体部２と高温での同時焼成が可能な金属、半田または導電性ペーストによって形成される。低い抵抗率の金属としては、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、亜鉛（Ｚｎ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群から選ばれる。第１および第２電極４ａ，４ｂは、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、亜鉛（Ｚｎ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群から選ばれるいずれか１つ、もしくは少なくとも２つを含む合金またはこれらの積層体によって形成されてもよい。誘電体部２と高温での同時焼成が可能な金属としては、タングステン（Ｗ）などが用いられる。導電性ペーストとしては、金属フィラーとこの金属フィラーを結合するバインダ樹脂を含むものが用いられる。また第１および第２電極４ａ，４ｂは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極体によって形成されてもよい。第１および第２電極４ａ，４ｂは、低い抵抗率の金属によって形成されるのが好ましい。

第１および第２電極４ａ，４ｂの厚さは、誘電体部２を伝播する電磁波に対する表皮厚さよりも大きく選ばれ、たとえば１μｍに選ばれる。

誘電体部２には、この誘電体部２と一体に形成される絶縁部５ａ，５ｂが設けられる。絶縁部５ａ，５ｂは、前記誘電体部２と同じ物質によって形成される。絶縁部５ａ，５ｂは、前記軸線Ａ１まわりに第１および第２電極４ａ，４ｂの間に設けられ、隣接する第１および第２電極４ａ，４ｂが接触してしまうことを防止する。絶縁部５ａ，５ｂは、誘電体部２の前記伝播方向Ｘの両端部間にわたって設けられ、それぞれ第１および第２電極４ａ，４ｂに接触して設けられる。

前記絶縁部５ａ，５ｂは、誘電体部２の表面から幅方向Ｙに、予め定める距離Ｌ２突出する。予め定める距離Ｌ２は、誘電体部２に積層される第１および第２電極４ａ，４ｂの幅方向Ｙにおける厚さに等しく選ばれる。前記予め定める距離Ｌ２は、誘電体部２中を伝播する平面波の波長の（２ｎ−１）／４（ｎは自然数）に選ばれる。前述したように予め定める距離Ｌ１，Ｌ２を前述のように選ぶことによって、軸線Ａ１まわりに第１および第２電極４ａ，４ｂが離間していても、この第１および第２電極４ａ，４ｂが離間する部分、すなわち絶縁部５ａ，５ｂから、誘電体部２を伝播させる電磁波の漏洩を防止することができる。

移相器１は、さらに電圧印加手段１０を含んで構成される。電圧印加手段１０は、一対の第１および第２電極４ａ，４ｂ間に予め定める範囲の電圧を印加する電気回路によって実現される。電圧印加手段１０は、第１および第２電極４ａ，４ｂに接続されて、それぞれの電極に所定の電位を与えて、第１および第２電極４ａ，４ｂ間に電圧を与える。これによって、第１および第２電極４ａ，４ｂに挟まれる誘電体部２に電界が印加される。電圧印加手段１０は、たとえば分圧器を含んで構成され、分圧器によって分圧された電圧を第１および第２電極４ａ，４ｂに与える。電圧印加手段１０は、複数段階の電圧を前記第１および第２電極４ａ，４ｂに印加することができる。電圧印加手段１０は、伝播する電磁波の周波数よりも低い周波数の交流電圧、または直流電圧を第１および第２電極４ａ，４ｂに印加する。電圧印加手段１０は、シフトすべき位相量に応じた電圧を第１および第２電極４ａ，４ｂに印加する。

電圧印加手段１０によって、一対の電極４ａ，４ｂ間に電圧を印加し、また印加する電圧の大きさを予め定める範囲で変化させることによって、誘電体部２を導波する電磁波の位相を、印加する電圧の大きさ、すなわち印加電界の大きさに応じて変化させることができる。誘電体部２を形成する誘電体は、印加電界が大きくなると誘電率が小さくなり、これによって誘電体部２を導波する電磁波の位相を変化させることができる。

本発明の実施の形態では、導波管のＴＥ_１０モードで電磁波を伝播させるように、移相器１が形成される。

移相器１は、誘電体導波管とみなすことができる。したがって移相器１を、誘電体が導波管の導波路に充填された誘電体導波管とみなして説明する。ここでは印加電界に応じて、誘電体部２を形成する誘電体の比誘電率εｒが８００から７６０の間で変化する場合について説明する。誘電体部２を形成する誘電体の誘電損失をｔａｎδとし、第１および第２電極４ａ，４ｂによって形成される導波管の内寸法の長辺（厚さ方向Ｚの大きさ）の長さをａとし、短辺（幅方向Ｙの大きさ）の長さをｂ＝ａ／２とし、前記導波管を形成する導電体の電気伝導度をσとし、前記導波管のカットオフ周波数をｆｃとすると、ｆｃは式１で表される。本発明においてカットオフ周波数とは、伝播する高周波信号が３ｄＢ減衰する周波数のことである。

式１において、μ_０は真空の透磁率であり、ε_０は真空の誘電率である。したがって、長さａによって、カットオフ周波数が決定される。ここでは短辺の長さｂをｂ＝ａ／２としているが、短辺の長さｂは長辺の長さａより小さければよい。短辺の長さｂが長辺の長さａより大きくなると所望のＴＥ_１０モードに直交するＴＥ_０１モードが遮断モードでなくなり、不要モードの発生があり得るため好ましくない。また、短辺の長さｂが小さくなりすぎると、導電体による導体損失が大きくなるため、短辺の長さｂは、ｂ＝ａ／２付近が望ましい。減衰定数をαとし、位相定数をβとすると、αは式２および式３で表され、βは式４で表される。

単位長さあたりの位相変化は、前記位相定数βの変化量Δβであり、この値が大きいほど移相器を小型にすることができることを示す。

図２は、ｆ／ｆｃとΔβとの関係を示すグラフである。グラフの横軸は、使用周波数、すなわち誘電体部２を導波させる電磁波の周波数ｆを、カットオフ周波数ｆｃで除算した値（ｆ／ｆｃ）を表し、グラフの縦軸は位相定数βの変化量Δβを表す。ここでは、使用周波数ｆが７７ＧＨｚのとき、導波管の内寸法の長辺ａを変化させて、カットオフ周波数ｆｃおよび位相定数βの変化量Δβを計算して、ｆ／ｆｃとΔβとの関係を示している。

図２に示されるように、ｆ／ｆｃが小さいほどΔβが大きくなるので、ｆ／ｆｃを小さくするほど小型化することができることがわかる。また誘電体部２を導波する電磁波に、３６０°の位相変化を与えるために必要な長さは、ｆ／ｆｃ＝２のときは４．７ｍｍであるが、ｆ／ｆｃ＜１．２のときは３．１ｍｍ以下にできる。

また図３は、ｆ／ｆｃとΔβ／αｍａｘ／Ｖとの関係を示した図である。グラフの横軸はｆ／ｆｃを表し、グラフの縦軸は、位相定数βの変化量Δβを動作電圧で最大の減衰定数αで除算して得られる一定の損失のもとで得られる位相変化量（Δβ／αｍａｘ）を、動作電圧Ｖで除算した値（Δβ／αｍａｘ／Ｖ）を表す。Δβ／αｍａｘ／Ｖは、移相器の性能指標とする。ここでは、ｔａｎδ＝０．０５、σ＝９．５２×１０^６Ｓ／ｍの条件でΔβ／αｍａｘを計算し、比誘電率εｒが８００から７６０に変化するのに必要な電界強度が１７ｋＶ／ｃｍ、長辺方向（厚さ方向Ｚ）に電圧を印加するという条件で印加電圧Ｖを計算し、ｆ／ｆｃに対するΔβ／αｍａｘ／Ｖの関係を示している。図３のグラフに示されるように、Δβ／αｍａｘ／Ｖの値は、所定のｆ／ｆｃで極大値を持つことがわかる。

ｆ／ｆｃが、１．０３以下では、短い線路長で電磁波に大きな位相変化を与えることができるが、第１および第２電極４ａ，４ｂに高い電圧を与える必要がある。またｆ／ｆｃが、１．５以上では、線路長を長くする必要があるとともに、第１および第２電極４ａ，４ｂに高い電圧を与える必要がある。ｆ／ｆｃを、１．０３＜ｆ／ｆｃ＜１．５に選ぶことによって、短い線路長で電磁波に大きな位相変化を与えることができるとともに、第１および第２電極４ａ，４ｂに与えるべき電圧を低く抑えることができるので、小型で、かつ低電圧で動作する移送器を実現することができる。ｆ／ｆｃは、好ましくは、１．０３＜ｆ／ｆｃ＜１．２に選ばれる。このような範囲に選ぶことによって、Δβ／αｍａｘ／Ｖ＞０．０３にすることができるので、さらに低電圧で動作する移相器を実現することができる。

移相器１は、第１および第２電極４ａ，４ｂが方形導波管を形成するので、カットオフ周波数ｆｃは、誘電体部２を形成する誘電体の誘電率と、導波管の内寸法の長辺の長さａとによって決定される。本実施の形態では、前記長さａ，ｂを、ａ＝０．０８ｍｍ、ｂ＝０．０４ｍｍとすることによって、比誘電率が７６０のときのカットオフ周波数ｆｃを６８ＧＨｚとしている。すなわち使用周波数ｆ＝７７ＧＨｚのとき、ｆ／ｆｃ＝１．１３である。また、誘電体部２を形成する誘電体の比誘電率εｒを８００から７６０に変化させるために必要な電界強度は、１７ｋＶ／ｃｍである。この１７ｋＶ／ｃｍの電界強度を得るためには、第１および第２電極４ａ，４ｂ間に、１３６Ｖの電圧を印加すればよい。第１および第２電極４ａ，４ｂ間に電圧を印加して、誘電体部２の誘電率が８００から７６０に変化したときの位相変化量は、１５４°／ｍｍとなる。したがって、３６０°の位相変化量を得るのに必要な長さ、すなわち第１および第２電極４ａ，４ｂによって電界が印加される誘電体部２の伝播方向Ｘの長さｃは２．３ｍｍである。

比較例として、コプレーナウェーブガイド型の移相器の例を挙げる。比誘電率９．５のＭｇＯ単結晶の基板上に厚さ０．５μｍのＢＳＴを成膜し、その上に中心導体幅５０μｍの、ギャップ２５μｍの電極を形成した。この場合、１３６Ｖの電圧を印加することによって、ＢＳＴの比誘電率が８００から６８０に変化し、７７ＧＨｚでの位相変化量は１８°／ｍｍとなる。したがって、３６０°の位相変化量を得るのに必要な長さは２０ｍｍである。

第１および第２電極４ａ，４ｂによって電界が印加される誘電体部２の伝播方向Ｘの長さｃは、必要な位相変化が得られる長さに選ばれる。

以上のように移相器１によれば、導波管を形成する導電体部３が第１および第２電極４ａ，４ｂによって形成されるので、導波管とは別に電極を形成する必要がなく、作製が容易である。導波管に前記第１および第２電極４ａ，４ｂが含まれることによって、誘電体部２を伝播する電磁波の周波数を、前記カットオフ周波数付近となるように選んでも、誘電体部２に印加される電界を安定して制御することができ、したがってカットオフ周波数付近で移相器１を安定して動作させることができる。これによって誘電体部２を伝播する電磁波の周波数を、前記カットオフ周波数付近となるように選ぶことができるようになり、前記カットオフ周波数付近では短い線路長でも大きな位相変化が得られるので、移相器１を小形に形成することができる。また誘電体部２を伝播する電磁波の周波数を、前記カットオフ周波数付近となるように選ぶことによって、誘電体部２の電磁波の伝搬方向に垂直な断面の寸法も小さくなり、第１および第２電極４ａ，４ｂの間隔が近づくので低電圧で大きな電界を、誘電体部２に印加することができるようになり、小形で、かつ低電圧で大きな位相変化を安定して得ることができる移相器１を実現することができる。

また第１および第２電極４ａ，４ｂに電圧を印加したときのカットオフ周波数をｆｃとし、誘電体部を伝播する電磁波の周波数をｆとしたとき、ｆｃとｆとは、１．０３＜ｆ／ｆｃ＜１．５を満たすように選ばれ、位相変化の大きいカットオフ周波数近傍で用いるので、短い線路長でも大きな位相変化が得られ、移相器１を小型にすることができる。また同時に、電磁波の伝播方向に垂直な方向における誘電体部２の断面寸法も小さくなることから、第１および第２電極４ａ，４ｂを相互に近接させることができ、小さい電圧で大きな電界強度が得られることによって、低電圧で移相器１を動作させることができる。カットオフ周波数付近の電磁波、すなわち１．０３＜ｆ／ｆｃ＜１．５を満たす周波数の電磁波を誘電体部２に導波させると、カットオフ周波数から離反した周波数の電磁波、すなわちｆ／ｆｃ≧１．５を満たす電磁波を誘電体部２に導波させる場合と比較して、単位長さあたりの伝送損失は大きくなるが、単位長さあたりの位相変化が大きいので、所定の位相変化を得るために必要な線路長を短くすることができ、これによって移相器１による伝送損失を結果的に小さくすることができる。

本発明の実施の形態の移相器１では、誘電体部２が直方体形状に形成されるが、直方体形状に限らず、たとえば誘電体部２の伝播方向Ｘに垂直な誘電体部２の断面の形状は、円形、楕円形、多角形またはその他異型であってもよい。このような形状であっても、同様の効果を達成することができる。

また図１に示す実施の形態の移相器１では、誘電体部２は、誘電率が変化する物質から成るが、本発明の実施のさらに他の形態において、誘電体部２は、誘電率が変化する物質から成る変化部を含む構成であればよい。前記変化部は、伝播電磁波の電界強度が高くなる部分に形成されるのが好ましく、たとえば厚さ方向Ｚの中央部に形成される。このような構成すると、誘電体部２のうち変化部が占める割合と、誘電体部２のうち変化部が形成される領域とに応じて、同じ大きさで移相器を作製したときに得られる位相変化量が決定され、誘電体部２全体が誘電率が変化する物質から成る場合よりも、位相変化量は小さくなるが、前述の実施の形態と同様に、小型な移相器を提供することができる。

また図１に示す実施の形態の移相器１では、第１および第２電極４ａ，４ｂを軸線Ａ１まわりに回転対称に形成しているが、電極は、誘電体部２に電界を印加することができる構成であればよく、たとえば電極の数は一対に限らず、複数対形成されてもよい。電極は、誘電体部２に電界を印加することができるように配置されていれば、同様の効果を達成することができる。

また図１に示す実施の形態の移相器１では、第１および第２電極４ａ，４ｂのみによって導波管が形成されるが、第１および第２電極４ａ，４ｂと、導電体から成る導波管形成部とによって、導波管が形成されてもよい。この場合第１および第２電極４ａ，４ｂと、導波管形成部とは、前記軸線Ａ１まわりに予め定める距離Ｌ１をあけて形成される。このように形成しても、同様の効果を達成することができる。

また図１に示す実施の形態の移相器１では、ＴＥ_１０モードを伝播させる場合が最も伝送効率が高いが、ＴＥ_１０モードを除く他のモードを伝播させてもよい。ＴＥ_１０モードを除く他のモードを伝播する場合には、高次モードおよび低次モードなどの他のモードに変換されてしまい、ＴＥ_１０モードを伝播させる場合と比較して伝送効率が低下するが、ＴＥ_１０モードを伝播させる場合と同様の効果を達成することができる。

図４は、本発明の他の実施の形態の移相器１１を模式的に示す断面図である。本実施の形態の移相器１１は、前述の図１に示す移相器１と類似しており、移相器１と同様の構成には同一の参照符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成については説明を省略する。移相器１１における電磁波の伝播方向Ｘに垂直な断面は、移相器１１の前記伝播方向Ｘの端面と同形状である。

移相器１１は、誘電体部２と第１および第２電極４ａ，４ｂとを含んで構成される。絶縁部５ａ，５ｂは、第１部分１２と、厚さ方向Ｚの寸法が第１部分１２よりも小さい第２部分１３とが幅方向Ｙに繰り返し連なって形成される。第１および第２電極４ａ，４ｂは、前記第１および第２部分１２，１３にそれぞれ接触して設けられ、チョーク構造を構成する。絶縁部５ａ，５ｂの幅方向Ｙの両端部には、第２部分１３が設けられる。

第１部分１２の厚さ方向Ｚの寸法Ｌ３および第２部分１３の厚さ方向Ｚの寸法Ｌ４は、できるだけその差分の絶対値が大きくなることが好ましい。前記寸法Ｌ３は、たとえば前記長さａに等しく選ばれる。また前記寸法Ｌ４は、前述した予め定める距離Ｌ１に選ばれる。

また第１および第２部分１２，１３の幅方向Ｙの寸法Ｌ５，Ｌ６は、それぞれ誘電体部２中を伝播する平面波の波長の（２ｎ−１）／４（ｎは自然数）に選ばれる。このように絶縁部５ａ，５ｂならびに第１および第２電極４ａ，４ｂを形成することによって、前述した移相器１と同様の効果に加えて、さらに誘電体部２を伝播させる高周波の漏洩をより抑えることができる。

図５は、本発明の実施のさらに他の形態の移相器２１を模式的に示す断面図である。移相器２１は、誘電体部２２と、一対の第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂと、一対の第１および第２電極２４ａ，２４ｂと、電圧印加手段１０とを含んで構成される。本発明の実施の形態の移相器２１は、略直方体形状に形成される。移相器２１における電磁波の伝播方向Ｘに垂直な断面は、移相器２１の前記伝播方向Ｘの端面と同形状である。本発明の実施の形態において、前述の図１に示す移相器１と同様の構成には同一の参照符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成については説明を省略する。

誘電体部２２は、誘電体から成り、印加電界に応じて、誘電率が変化する変化部を含む第１誘電体部２５と、第２誘電体部２６とを含んで構成される。誘電体部２２は、電磁波が入力する第１入出力端２２ａおよび電磁波が出力する第２入出力端２２ｂを有する。第１入出力端２２ａおよび第２入出力端２２ｂは、電磁波が伝播する伝播方向Ｘに沿って、伝播方向Ｘの上流側および下流側にそれぞれ形成される。本発明の実施の形態では、誘電体部２２は、直方体形状に形成され、第１入出力端２２ａおよび第２入出力端２２ｂは、伝播方向Ｘに垂直な平面によって形成され、相互に対向して設けられる。誘電体部２２の、伝播方向Ｘに垂直な断面は、矩形状となる。前記伝播方向Ｘにそれぞれ垂直であって、かつ互いに垂直な方向を、「幅方向Ｙ」および「厚さ方向Ｚ」とそれぞれいう。本発明の実施の形態では、幅方向Ｙが、誘電体部２２の、伝播方向Ｘに垂直な断面における長手方向であり、厚さ方向Ｚが、誘電体部２２の、伝播方向Ｘに垂直な断面における短手方向である。

本発明の実施の形態では、第１誘電体部２５は変化部から成り、前述した実施の形態の誘電体部２と同様の物質によって形成される。第１誘電体部２５は、直方体形状に形成され、誘電体部２２の伝播方向Ｘの両端部間および幅方向Ｙの両端部間にわたって形成される。

第２誘電体部２６は、第１誘電体部２５を挟んで第１誘電体部２５の両側にそれぞれ積層される。第２誘電体部２６は、第１誘電体部２５の厚さ方向Ｚの両側に、第１誘電体部２５にそれぞれ積層して設けられる。第２誘電体部２６は、直方体形状を有する。第２誘電体部２６は、その誘電率が第１誘電体部２５の誘電率よりも小さい物質によって形成される。第２誘電体部２６の誘電率は、第１誘電体部２５の誘電率が変化し、最も誘電率が小さくなったときの第１誘電体部２５の誘電率未満に選ばれる。

第２誘電体部２６は、ガラス、単結晶、セラミックスまたは樹脂などによって形成される。ガラスとしては、石英ガラスまたは結晶化ガラスなどが用いられる。単結晶としては、水晶、サファイア、ＭｇＯまたはＬａＡｌＯ３などが用いられる。セラミックスとしては、アルミナ、フォルステライトまたはコーディライトなどが用いられる。樹脂としては、エポキシまたは含フッ素樹脂などが用いられる。第２誘電体部２６は空気によって形成されてもよいが、第１誘電体部２５を機械的に保持することができ、また空気よりも誘電率が高い前述した固体物質によって形成されるのが好ましい。

第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂは、誘電体部２２における電磁波の伝播方向Ｘならびに第１および第２誘電体部２５，２６の積層方向である厚さ方向Ｚに、互いに垂直な方向である幅方向Ｙにおいて、誘電体部２２を挟持して設けられ、すなわち第１および第２誘電体部２５，２６の両側に設けられる。第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂは、導電性を有し、板状に形成されて、誘電体部２２に臨む面が相互に平行に設けられる。第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂは、誘電体部２２の幅方向Ｙの端面にそれぞれ積層され、この幅方向Ｙの端面の全面にわたって形成される。

第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂは、前述した第１および第２電極４ａ，４ｂと同様の物質によって形成される。第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの厚さ、すなわち幅方向Ｙの厚さは、誘電体部２２を伝播する電磁波に対する表皮厚さよりも大きく選ばれる。

第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７は、第２誘電体部２６中を伝播する電磁波の波長の２分の１以下に選ばれる。このように前記間隔Ｌ７を選ぶことによって、誘電体部２２および第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとによって、非放射性誘電体線路（ＮＲＤガイド）が構成され、第１誘電体部２２ａを伝播する電磁波が、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間から漏れることがなく、非放射となるので損失を低減することができる。

第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、前記厚さ方向Ｚにおいて誘電体部２２を挟持して設けられ、すなわち誘電体部２２の両側に設けられる。第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、厚さ方向Ｚに垂直な仮想一平面に関して面対称に設けられる。第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、誘電体部２２の厚さ方向Ｚの両端面上にそれぞれ積層して設けられる。第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、伝播方向Ｘにおいて誘電体部２２の両端部間にわたって設けられ、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂにそれぞれ離間して設けられる。第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、直方体形状に形成され、誘電体部２２のうち幅方向Ｙの両端部を除き、第２誘電体部２６の幅方向Ｙの両端面から予め定める距離Ｌ９の範囲を除いて、第２誘電体部２６に積層される。予め定める距離Ｌ９は、第１および第２電極２４ａ，２４ｂと第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとが接触しない程度に選ばれ、たとえば１μｍ〜５０μｍに選ばれる。

第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、誘電体部２２に臨む面が、相互に平行に形成され、第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間隔Ｌ８は、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７未満に形成される。第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７よりも、第１および第２電極２４ａ，２４ｂが近いので、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂに電圧を印加して第１誘電体部２５の誘電率を変化させる場合と比較して、低い電圧で第１誘電体部２５の誘電率を変化させることができる。第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間隔Ｌ８は、好ましくは、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７の１０分の１以上かつＬ７より小さい値に選ばれる。電界強度が大きいほど、変化量が大きいので、第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間隔Ｌ８は小さくした方が、電圧印加手段１０によって第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間に印加する電圧を小さくすることができる。しかしながら前記間隔Ｌ８を、小さくしすぎるとカットオフになってしまい、伝播しなくなるので、前記間隔Ｌ８は、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７の１０分の１以上とするのが好ましい。また前記間隔Ｌ８を前記間隔Ｌ７より小さい値に選ぶことによって、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂ間に電界を印加するよりも効果的に前記変化部に電界を印加することができる。

第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、前述した第１および第２電極４ａ，４ｂと同様の物質によって形成される。第１および第２電極２４ａ，２４ｂには、電圧印加手段１０が接続される。

移相器２１における、誘電体部２２および第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂによって形成される伝送線路のカットオフ周波数ｆｃは、第１誘電体部２５を形成する誘電体の誘電率および第１誘電体部２５のサイズ、第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間隔Ｌ８、平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７、および第２誘電体部２６を形成する誘電体の誘電率で決まる。第１および第２電極２４ａ，２４ｂに所定の電圧を印加して第１誘電体部２５の誘電率が小さくなったときのカットオフ周波数をｆｃとし、使用周波数、すなわち誘電体部２２を伝播させる電磁波の周波数をｆとしたとき、１．０３＜ｆ／ｆｃ＜１．５となるように、好ましくは、１．０３＜ｆ／ｆｃ＜１．２となるように第１誘電体部２５のサイズ、第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間隔Ｌ８、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７および第２誘電体部２６を形成する誘電体を設定する。移相器２１を作製するとき、まず第１誘電体部２５，２６を形成する誘電体を決定し、次に第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７を決定する。その後、第１誘電体部２５のサイズを決定した後、第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間隔Ｌ８を決定する。

第１および第２電極２４ａ，２４ｂによって電界が印加される第１誘電体部２５の伝播方向Ｘの長さＬ１０は、必要な位相変化が得られる長さに選ばれる。

以上のように移相器２１によれば、電磁波は、第１および第２平板導電体部２４ａ，２４ｂおよび第２誘電体部２６に挟まれる第１誘電体部２５を主に伝播する。第１誘電体部２５の誘電率が変化することによって、電磁波の位相の変化に与える影響を大きくして、必要な位相変化を得るための線路長を短くすることができ、移相器２１を小形に形成することができる。また第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間隔Ｌ８は、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７より小さいので、低い電圧で大きな電界を第１誘電体部２５に与えることができる。

また第１誘電体部２５を第１および第２電極２４ａ，２４ｂによって挟持させると、すなわち第１誘電体部２５の両側に第１および第２電極２４ａ，２４ｂを接触させて設けるとカットオフ状態となり電磁波が伝播することができなくなってしまうが、第１誘電体部２５の誘電率よりも小さな誘電率の第２誘電体部２６が第１誘電体部２５と電極との間に介在するので、電極部での電磁波は減衰され、カットオフ状態にならないようにすることができる。

移相器２１では、前述したように第１および第２電極２４ａ，２４ｂを設けて第１誘電体部２５に電界を印加するので、カットオフ周波数付近で安定して動作させることができ、これによって誘電体部２を伝播する電磁波の周波数を、前記カットオフ周波数付近となるように選ぶことができるようになる。前記カットオフ周波数付近では短い線路長でも大きな位相変化が得られるので、移相器２１を小形に形成することができる。また誘電体部２２を伝播する電磁波の周波数を、前記カットオフ周波数付近となるように選ぶことによって、誘電体部２の電磁波の伝搬方向に垂直な断面の寸法も小さくなり、第１および第２電極２４ａ，２４ｂの間隔が近づくので低電圧で大きな電界を、誘電体部２に印加することができるようになり、小形で、かつ低電圧で大きな位相変化を安定して得ることができる移相器２１を実現することができる。

本実施の形態では、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔は、第２誘電体部２６中を伝播する電磁波の波長の２分の１以下としたが、本発明のさらに他の実施の形態では、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔は、第２誘電体部２６における波長の２分の１よりも大きくしてもよい。この場合には、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂおよび誘電体部２２によってＨガイドが構成され、図５に示す実施の形態の移相器２１よりも伝送損失は大きくなるが、同様の効果を達成することができる。

また本実施の形態では、第１および第２電極２４ａ，２４ｂは伝播方向Ｘにおいて第１入出力端２２ａから第２入出力端２２ｂにわたって形成されるが、第１および第２電極２４ａ，２４ｂは、伝播方向Ｘにおいて、連続的に形成されてもよい。

また図５に示す実施の形態の移相器２１では、第１誘電体部２５は、誘電率が変化する物質から成るが、本発明の実施のさらに他の形態において、第１誘電体部２５は、誘電率が変化する物質から成る変化部を含む構成であればよい。前記変化部は、伝播電磁波の電界強度が高くなる部分に形成されるのが好ましく、たとえば幅方向Ｙおよび厚さ方向Ｚの中央部に形成される。このような構成にすると、誘電体部２のうち変化部が占める割合と、誘電体部２のうち変化部が形成される領域とに応じて、同じ大きさで移相器を作製したときに得られる位相変化量が決定され、第１誘電体部２５全体が誘電率が変化する物質から成る場合よりも、位相変化量は小さくなるが、前述の実施の形態と同様に、小型な移相器を提供することができる。ただし、第１誘電体部２５における変化部の形成領域は、幅方向Ｙおよび厚さ方向Ｚにおいて、対称に形成されることが望ましい。

前述した各実施の形態において、前記変化部は、印加電界に応じて
寸法が変化する圧電素子によってされてもよい。印加電圧に応じて、電圧印加方向において圧電素子の寸法が変化する、すなわち圧電素子の電圧印加方向における厚さが変化することによって、変化部を含む誘電体部を伝播する電磁波の位相を変化させることができ、前述した実施の形態と同様の効果を達成することができる。圧電素子は、たとえば水晶、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、ＢａＴｉＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３またはＳｂＳＩによって形成される。

図６は、移相器２１とマイクロストリップ線路３１との接続構造３０を模式的に示す斜視図である。以下、移相器２１とマイクロストリップ線路３１との接続構造３０を、単に「接続構造３０」という。図７は、移相器２１の伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ２を含み、厚さ方向Ｚに垂直な仮想一平面における接続構造３０の断面図であり、図８は、移相器２１の伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ２を含み、幅方向Ｙに垂直な仮想一平面における接続構造３０の断面図である。

接続構造３０では、第１誘電体部２５の幅方向Ｙおよび厚さ方向Ｚの寸法は、伝播方向Ｘに垂直な断面において、短辺の長さに対する長辺の比を、ＬＳＭモードがカットオフとなり、ＬＳＥモードのみが伝搬する状態となるまで大きくし、ＬＳＥモードがカットオフ付近で伝搬するように選ばれる。またＬＳＥモードのカットオフ周波数が、第１誘電体部２５を伝播させる電磁波の周波数未満になるように選ばれる。

移相器２１の第１入出力端２２ａまたは第２入出力端２２ｂの少なくともいずれか一方に、平面線路であるマイクロストリップ線路３１が接続される。ここでは、移相器２１の第１入出力端２２ａにマイクロストリップ線路３１が接続される場合について示すが、移相器２１の第２入出力端２２ｂにマイクロストリップ線路３１が接続される場合についても、同様である。接続構造３０では、移相器２１における電磁波の伝播方向の第１端面と、マイクロストリップ線路３１における電磁波の伝播方向の第１端面とが突き合わされて接続される。

マイクロストリップ線路３１は、マイクロストリップ誘電体部３２と、マイクロストリップ誘電体部３２に設けられるストリップ導体部３３と、接地導体部３４とを含んで構成される。ストリップ導体部３３と接地導体部３４とは、所定の間隔をあけて設けられる。ストリップ導体部３３と接地導体部３４とは、前述した第１および第２電極２４ａ，２４ｂと同様の物質によって形成される。

マイクロストリップ誘電体部３２は、前述した第２誘電体部２６と同様の物質によって形成され、第２誘電体部２６の誘電率に等しい誘電率を有する誘電体によって形成される。マイクロストリップ誘電体部３２を第２誘電体部２６の誘電率に等しい誘電率を有する誘電体によって形成することによって、反射の小さい接続構造とすることができる。マイクロストリップ誘電体部３２は、厚さ方向Ｚの両面が平面に形成され、本発明の実施の形態では直方体形状を有する。マイクロストリップ誘電体部３２の厚さ方向Ｚの第１表面部３５には、幅方向Ｙの中央部３６にストリップ導体部３３が積層して形成される。ストリップ導体部３３は、直方体形状を有する。ストリップ導体部３３は、前記伝播方向Ｘに沿って延びる。ストリップ導体部３３の幅方向Ｙの長さＬ１１は、第１誘電体部２５の幅方向Ｙの長さ、すなわち第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの間隔Ｌ７未満に選ばれ、第１誘電体部２５の厚さ方向Ｚの長さＬ１３は、第１および第２電極２４ａ，２４ｂに接触しないように選ばれる。

マイクロストリップ誘電体部３２の厚さ方向Ｚの第２表面部３８には、接地導体部３４が形成される。接地導体部３４は、第２表面部３８の全面にわたって形成される。

ストリップ導体部３３の電磁波の伝播方向Ｘにおける端面のうち、移相器２１に臨む端面４１と、前記第１入出力端２２ａの第１誘電体部２５の端面４２とを突き合わせて、誘電体部２２と第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとによって形成される非放射性誘電体線路、およびストリップ導体部３３とが結合される。マイクロストリップ線路３１は、誘電体部２２と第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとによって形成される非放射性誘電体線路のＬＳＥモードに結合する。ストリップ導体部３３の移相器２１に臨む端面４１の中央は、第１誘電体部２５の端面４２の中央に連なる。マイクロストリップ誘電体部３２の幅方向Ｙの寸法は、移相器２１の幅方向Ｙにおける第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの外表面間の長さに等しく選ばれる。

ストリップ導体部３３の伝播方向Ｘに垂直な断面における長手方向と、第１誘電体部２５の伝播方向Ｘに垂直な断面における長手方向とが一致するように、ストリップ導体部３３、マイクロストリップ誘電体部３２および接地導体部３４の積層方向と、第１および第２誘電体部２５，２６の積層方向とを揃えて、ストリップ導体部３３と第１誘電体部２５とが接続される。これによって、ストリップ導体部３３の設計の自由度を向上させることができる。

マイクロストリップ誘電体部３５は、前記第１入出力端２２ａに接触して設けられる。接地導体部３４は、第２電極部２４ｂに接触し、第２電極部２４ｂに連なって設けられる。接地導体部３４は、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂに非接触となるように設けられる。

ストリップ導体部３３の幅方向Ｙの長さＬ１１および厚さ方向Ｚの長さＬ１２は、マイクロストリップ線路３１の特性インピーダンスが、誘電体部２２と第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとによって形成される非放射性誘電体線路の特性インピーダンスと整合するように選ばれる。

以上のような構成とすれば、マイクロストリップ線路３１の高周波の電磁界分布が、誘電体部２２と第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとによって形成される非放射性誘電体線路のＬＳＥモードの電磁界分布に近似するので、マイクロストリップ線路３１と移相器２１との接続部において、電磁界が円滑に移行する。したがって、マイクロストリップ線路３１と移相器２１との接続損失を低減することができる。またＬＳＥモードの高周波信号をマイクロストリップ線路３１に良好に取り出すことができるので、移相器２１と、基板に実装されて、移相器２１を通過する高周波信号を利用する電子回路との電気的な接続の信頼性を向上させることができる。

本発明のさらに他の実施の形態において、前記移相器２１および前記マイクロストリップ線路３１を一体に形成して、マイクロストリップ線路付の移相器を構成してもよい。

図９は、移相器２１とストリップ線路５１との接続構造５０を模式的に示す斜視図である。以下、移相器２１とストリップ線路５１との接続構造５０を、単に「接続構造５０」という。図１０は、移相器２１の伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ２を含み、厚さ方向Ｚに垂直な仮想一平面における接続構造５０の断面図であり、図１１は、移相器２１の伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ２を含み、幅方向Ｙに垂直な仮想一平面における接続構造５０の断面図である。図１２は、図１０および図１１の切断面線ＸＩＩ−ＸＩＩから見た断面図である。

接続構造５０は、図６に示す接続構造３０に類似し、同様の構成を有するので、同様の部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

移相器２１の第１入出力端２２ａおよび第２入出力端２２ｂの少なくともいずれか一方に、ストリップ線路５１が接続される。ここでは、移相器２１の第１入出力端２２ａにストリップ線路５１が接続される場合について示すが、移相器２１の第２入出力端２２ｂにストリップ線路５１が接続される場合についても、同様である。接続構造５０では、移相器２１における電磁波の伝播方向の第１端面と、ストリップ線路５１における電磁波の伝播方向の第１端面とが突き合わされて接続される。

トリップ線路５１は、ストリップ誘電体部５２と、ストリップ誘電体部５２に設けられるストリップ導体部３３と、接地導体部５４とを含んで構成される。ストリップ導体部３３と接地導体部３４とは、所定の間隔をあけて設けられる。

ストリップ誘電体部５２は、前述したマイクロストリップ誘電体部３２と同様の物質によって形成され、接地導体部５４は、前述した接地導体部３２と同様の物質によって形成される。ストリップ誘電体部５２は、直方体形状を有する。ストリップ誘電体部５２の厚さ方向Ｚおよび幅方向Ｙの表面部には、接地導体部５４が形成される。接地導体部５４は、伝播方向Ｘに延びる軸線まわりにストリップ誘電体部５２を外囲する。

ストリップ導体部３３は、ストリップ誘電体部５２に埋め込まれて設けられる。ストリップ導体部３３は、幅方向Ｙおよび厚さ方向Ｚにおいてストリップ誘電体部５２の中央部に設けられる。ストリップ導体部３３は、伝播方向Ｘにおいてストリップ誘電体部５２の両端部間にわたって形成される。

ストリップ導体部３３は、ストリップ誘電体部５２の移相器２１に接触する端面５５よりも、移相器２１側に突出する突出部５６を有する。第１誘電体部２５のストリップ線路５１に臨む端部５７には、前記突出部５６が挿入される挿入孔５８が形成される。挿入孔５８は、突出部５６と同じ大きさに形成される。突出部５６は、前記挿入孔５８に挿入して設けられる。突出部５６および挿入孔５８の伝播方向Ｘに沿う方向の長さＬ１４は、伝播する電磁波の、突出部５６における波長の約（２ｎ−１）／４（ｎは自然数）に選ばれる。これによって、第１入出力端２２ａとストリップ線路５１との界面で反射した電磁波と、突出部５６の先端と第１誘電体部２５との界面で反射した電磁波との位相差を、πとして、反射波を打ち消すことができ、移相器２１とストリップ線路５１との界面における反射が低減され、損失を低減することができる。

ストリップ誘電体部５２と第１および第２誘電体部２５，２６とは接触して接続される。接地導体部５４は、第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂに接触して設けられる。また接地導体部５４は、第１および第２電極２４ａ，２４ｂと非接触に設けられる。接地導体部５４と、第１および第２電極２４ａ，２４ｂとは、伝播方向Ｘに予め定める距離Ｌ１５離間して設けられる。予め定める距離Ｌ１５は、たとえば１μｍ〜５０μｍに選ばれる。

ストリップ線路５１は、誘電体部２２と第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとによって形成される非放射性誘電体線路のＬＳＥモードに結合する。ストリップ導体部３３と、第１誘電体部２５とは、同軸に設けられる。ストリップ線路５１の幅方向Ｙの寸法は、移相器２１の幅方向Ｙにおける第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂの外表面間の長さに等しく選ばれ、ストリップ線路５１の厚さ方向Ｙの寸法は、移相器２１の厚さ方向Ｚにおける第１および第２電極２４ａ，２４ｂの外表面間の長さに等しく選ばれる。

ストリップ導体部３３の伝播方向Ｘに垂直な断面における長手方向と、第１誘電体部２５の伝播方向Ｘに垂直な断面における長手方向とが一致するように、ストリップ導体部３３と第１誘電体部２５とが接続される。これによって、ストリップ導体部３３の設計の自由度を向上させることができる。

ストリップ導体部３３の幅方向Ｙの長さＬ１１および厚さ方向Ｚの長さＬ１２は、ストリップ線路５１の特性インピーダンスが、誘電体部２２と第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとによって形成される非放射性誘電体線路の特性インピーダンスと整合するように選ばれる。

以上のような構成とすれば、ストリップ線路５１の高周波の電磁界分布が、誘電体部２２と第１および第２平板導電体部２３ａ，２３ｂとによって形成される非放射性誘電体線路のＬＳＥモードの電磁界分布に近似するので、ストリップ線路５１と移相器２１との接続部において、電磁界が円滑に移行するので接続損失を低減することができる。またＬＳＥモードの高周波信号をストリップ線路５１に良好に取り出すことができるので、移相器２１と、基板に実装されて、移相器２１を通過する高周波信号を利用する電子回路との電気的な接続の信頼性を向上させることができる。

本発明のさらに他の実施の形態において、前記移相器２１と前記ストリップ線路５１とを一体形成して、ストリップ線路付の移相器を構成してもよい。

前述した図６に示す接続構造において、ストリップ導体部３３に前記突出部５６を設けて、前記突出部５６を第１誘電体部２５に設けられる挿入孔５８に挿入して構成してもよい。

図１３は、本発明の実施の一形態の高周波送信器６０の構成を示す模式図である。高周波送信器６０は、前述した図１に示す実施の形態の移相器１と、高周波発振器６１と、伝送線路６２と、送信用アンテナ６３と、スタブ６４とを含んで構成される。高周波発振器６１は、ガンダイオードを利用したガン発振器、またはインパットダイオードを利用したインパット発振器またはＦＥＴ（Field Effect Transistor）などを利用したＭＭＩＣ（
Microwave Monolithic Integrated Circuit）発振器などを含んで構成され高周波信号を発生する。伝送線路６２は、マイクロストリップ線路、またはストリップ線路によって構成される。伝送線路６２の高周波信号の伝送方向の第１端部６２ａは高周波発振器６１に接続され、伝送線路６２の高周波信号の伝送方向の第２端部６２ｂは送信用アンテナ６３に接続される。送信用アンテナ６３は、パッチアンテナまたはホーンアンテナによって実現される。高周波信号の伝送方向は、電磁波の伝播方向である。

移相器１は、高周波信号が誘電体部２を通過するように、前述したマイクロストリップ線路３１、または前述したストリップ線路５１を介して伝送線路６２に挿入される。スタブ６４は、たとえばオープンスタブによって実現され、高周波発振器６０の特性調整回路として機能する。スタブ６４は、高周波信号の伝送方向における移相器１の上流側および下流側のうち少なくとも一方で、前記伝送線路６２に設けられる。

さらに具体的に述べると、伝送線路６２は、第１および第２伝送線路６８，６９を含んで構成される。第１伝送線路６８の高周波信号の伝送方向における第１端部６８ａは、高周波発振器６１に接続され、第１伝送線路６８の高周波信号の伝送方向における第２端部６８ｂは、移相器１の第１入出力端２ａに接続される。第２伝送線路６９の高周波信号の伝送方向における第１端部６９ａは、移相器１の第２入出力端２ｂに接続され、第２伝送線路６９の高周波信号の伝送方向における第２端部６９ｂは、送信用アンテナ６３に接続される。

高周波発振器６１で発生した高周波信号は、第１伝送線路６８、移相器１の誘電体部２、第２伝送線路６８を通過して、送信用アンテナ６３に与えられ、送信用アンテナ６３から電波として放射される。

高周波送信機６０では、高周波発振器６１と送信用アンテナ６３の途中にはスタブ６４が設けられ、高周波発振器６１の伝送線路６２への接続部や送信用アンテナ６３の伝送線路６２への接続部における不整合を整合できるようになっている。これによって接続部での反射を小さく抑えることができ、安定な発振特性が得られるとともに、挿入損失が小さく抑えられるために高い送信出力が得られる。ただし、スタブを設けても、たとえば高周波発振器を接続するためのワイヤーおよび／またはバンプの形状ばらつき、および伝送線路６２の配線幅のばらつきなどによって一律に整合することができない。高周波送信器６０では、伝送線路６２に、伝送線路６２を伝送される高周波信号の電磁波が誘電体部２を通過するように、前記移相器１が挿入されるので、たとえば高周波発振器６１を接続するためのワイヤーおよび／またはバンプの形状ばらつき、および伝送線路の配線幅のばらつきなどによって伝送線路６２に起因して発生する位相のずれを個々に調整して整合をとることができ、安定な発振特性を持つとともに、挿入損失が小さく抑えられるために高い送信出力を持つ高周波送信器６０を実現することができる。また移相器１を前述したように小型で、かつ低電圧で動作させることができるので、移相器１を設けても高周波送信器６０を小型に形成することができ、また移相器１に電圧を与えるための構成が複雑化してしまうことを抑制することができる。

高周波送信器６０では、移相器１を用いているが、前記移相器１に変えて、前述した実施の形態の移相器１１，２１など、前述した各実施の形態の移相器のうちのいずれか１つを用いてもよい。このように構成しても、同様の効果を達成することができる。また高周波送信器６０において、前記伝送線路６２は、マイクロストリップ線路およびストリップ線路の他に、コプレーナ線路、グランド付きコプレーナ線路、スロット線路、導波管または誘電体導波管などによって実現されてもよい。

図１４は、本発明の実施の一形態の高周波受信器７０の構成を示す模式図である。図１４に示す前述した実施の形態の高周波送信器６０と同様の構成には、同一の参照符号を付して、その説明を省略する場合がある。

高周波受信器７０は、前述した実施の形態の移相器１と、高周波検波器７１と、伝送線路６２と、スタブ６４と、受信用アンテナ７３とを含んで構成される。高周波検波器７１は、たとえば、ショットキーバリアダイオード検波器、ビデオ検波器またはミキサＭＭＩＣによって実現される。

伝送線路６２の高周波信号の伝送方向の第１端部６２ａは、高周波検波器７１に接続され、伝送線路６２の高周波信号の伝送方向の第２端部６２ｂは、受信用アンテナ７３に接続される。受信用アンテナ７３は、パッチアンテナまたはホーンアンテナによって実現される。

移相器１は、高周波信号が誘電体部２を通過するように、伝送線路３２に挿入される。スタブ６４は、高周波信号の伝送方向における移相器１の上流側および下流側のうち少なくとも一方で、前記伝送線路６２に設けられる。

受信用アンテナ７３によって外部から到来する電波を補捉すると、受信用アンテナ７３は電波に基づく高周波信号を伝送線路６２に与え、移相器１の誘電体部２を通過して、高周波検波器７１に受信した高周波信号が与えられる。高周波検波器７１は、高周波信号を検波して、高周波信号に含まれる情報を検出する。

高周波受信器７０では、受信用アンテナ７３によって捕捉した高周波信号は、伝送線路６２に伝送されて高周波検波器７１によって検波される。受信用アンテナ７３と高周波検波器７１の途中にはスタブ６４が設けられ、高周波検波器７１の伝送線路６２への接続部や受信用アンテナ７３の伝送線路６２への接続部における不整合を整合できるようになっている。これによって接続部での反射を小さく抑えることができ、安定な検波特性が得られるとともに、挿入損失が小さく抑えられるために高い検波出力が得られる。スタブを設けても、たとえば高周波発振器を接続するためのワイヤーおよび／またはバンプの形状ばらつき、および伝送線路６２の配線幅のばらつきなどによって一律に整合することができない。高周波受信器７０では、伝送線路６２には、伝送線路６２を伝送される高周波信号の電磁波が前記誘電体部２を通過するように、前記移相器１が挿入されるので、たとえば高周波検波器７１を接続するためのワイヤーおよび／またはバンプの形状ばらつき、および伝送線路の配線幅のばらつきなどによって伝送線路６２に起因して発生する位相のずれを個々に調整して、整合をとることができ、安定な検波特性を持つとともに、挿入損失が小さく抑えられるために高い検波出力を持つ高周波受信器７０を実現することができる。また移相器１を前述したように小型で、かつ低電圧で動作させることができるので、移相器１を設けても高周波受信器７０を小型に形成することができ、また移相器１に電圧を与えるための構成が複雑化してしまうことを抑制することができる。

高周波受信器７０では、移相器１を用いているが、前記移相器１に変えて、前述した実施の形態の移相器１１，２１など、前述した各実施の形態の移相器のうちのいずれか１つを用いてもよい。このように構成しても、同様の効果を達成することができる。また高周波受信器７０において、前記伝送線路６２は、マイクロストリップ線路およびストリップ線路の他に、コプレーナ線路、グランド付きコプレーナ線路、スロット線路、導波管または誘電体導波管などによって実現されてもよい。

図１５は、本発明の実施の一形態の高周波送受信器８０を備えるレーダ装置９０の構成を示す模式図である。レーダ装置９０において、図１３および図１４に示す前述した実施の形態の高周波送信器６０および高周波受信器７０と同様の構成には、同一の参照符号を付して、その説明を省略する場合がある。レーダ装置９０は、高周波送受信器８０と、距離検出器９１を含んで構成される。

高周波送受信器７０は、前述した実施の形態の移相器１と、高周波発振器６１と、第１〜第５伝送線路８１，８２，８３，８４，８５と、分岐器８６と、分波器８７と、送受信用アンテナ８８と、ミキサ８９と、スタブ６４とを含んで構成される。送受信用アンテナ８８は、パッチアンテナまたはホーンアンテナによって実現される。第１〜第５伝送線路８１，８２，８３，８４，８５は、前述した伝送線路６２と同様の構成を有する。

第１伝送線路８１の高周波信号の伝送方向の第１端部８１ａは、高周波発振器６１に接続され、第１伝送線路８１の高周波信号の伝送方向の第２端部８１ｂは、分岐器８６に接続される。移相器１は、高周波信号が誘電体部２を通過するように、第１伝送線路７１に挿入される。スタブ６４は、高周波信号の伝送方向における移相器１の上流側および下流側のうち少なくとも一方で、前記第１伝送線路７１に設けられる。

分岐器８６は、第１、第２および第３端子８６ａ，８６ｂ，８６ｃを有し、第１端子８６ａに与えられる高周波信号を、第２端子８６ｂおよび第３端子８６ｃに選択的に出力する。分岐器８６は、たとえば高周波スイッチ素子によって実現される。分岐器８６には、図示しない制御部から制御信号が与えられ、制御信号に基づいて第１端子８６ａおよび第２端子８６ｂ、または第１端子８６ａおよび第３端子８６ｃを選択的に接続する。レーダ装置９０は、パルスレーダによって実現される。前記制御部は、第１端子８６ａおよび第２端子８６ｂを接続して、パルス状の高周波信号を第２端子８６ｂから出力させた後、第１端子８６ａおよび第３端子８６ｃを接続して、高周波信号を第３端子８６ｃから出力させる。第２端子８６ｂには、第２伝送線路８２の高周波信号の伝送方向の第１端部８２ａが接続される。前記第３端子８６ｃには、第４伝送線路８４の高周波信号の伝送方向の第１端部８４ａが接続される。

分波器８７は、第４、第５および第６端子８７ａ，８７ｂ，８７ｃを有し、第４端子８７ａに与えられる高周波信号を第５端子８７ｂに出力し、第５端子８７ｂに与えられる高周波信号を第６端子８７ｃに出力する。第２伝送線路８２の高周波信号の伝送方向の第２端部８２ｂは、前記第４端子８７ａに接続される。前記第５端子８７ｂには、第３伝送線路８３の高周波信号の伝送方向の第１端部８３ａが接続される。第３伝送線路８３の高周波信号の伝送方向の第２端部８３ｂは、送受信用アンテナ８８に接続される。

前記第６端子８８ｃには、第５伝送線路８５の高周波信号の伝送方向の第１端部８５ａが接続される。第４伝送線路８４の高周波信号の伝送方向の第２端部８４ｂと、第５伝送線路８５の高周波信号の伝送方向の第２端部８５ｂとは、ミキサ８９に接続される。分波器８７は、ハイブリッド回路によって実現される。ハイブリッド回路は、方向性結合器であって、マジックＴ、ハイブリッドリングまたはラットレースなどによって実現される。

高周波発振器６１で発生した高周波信号は、第１伝送線路８１および移相器１の誘電体部２を通過して、分岐器８６、第２伝送線路８２、分波器８７ならびに第３伝送線路８２を介して送受信用アンテナ８８に与えられ、送受信用アンテナ８８から電波として放射される。また、高周波発振器６１で発生した高周波信号は、第１伝送線路８１および移相器１の誘電体部２を通過して、分岐器８６ならびに第４伝送線路８４を介してミキサ８９にローカル信号として与えられる。

送受信用アンテナ８８によって外部から到来する電波を受信すると、送受信用アンテナ８８は電波に基づく高周波信号を第３伝送線路８３に与え、分波器８７、第５伝送線路８５を介してミキサ８９に与えられる。

ミキサ８９は、第４および第５伝送線路８４，８５から与えられる高周波信号を混合して中間周波信号を出力する。ミキサ８９から出力される中間周波信号は、距離検出器９１に与えられる。

距離検出器９１は、前述した検波器７１を含んで構成され、高周波送受信器８０から放射され、測定対象物によって反射された電波（エコー）を受信して得られる前記中間周波信号に基づいて、測定対象物までの距離を算出する。距離検出器９１は、たとえばマイクロコンピュータによって実現される。

高周波送受信器８０では、高周波信号が前記誘電体部２を通過するように、前記第１伝送線路８１に、前記移相器１が挿入されることによって、たとえば配線幅のばらつきなどによって伝送線路６２に起因して不所望に変化する高周波信号の位相を調整して、たとえば安定な発振特性を持つとともに、挿入損失が小さく抑えられるために高い送信出力を持つ高周波送受信器８０を実現することができ、また、たとえば安定な検波特性を持つとともに、挿入損失が小さく抑えられるために高い検波出力を持つ高周波送受信器８０を実現することができ、また、たとえばミキサ８９によって生成される中間周波数信号の信頼性を向上させることができる。また移相器１を前述したように小型で、かつ低電圧で動作させることができるので、移相器１を設けても高周波送受信器８０を小型に形成することができ、また移相器１に電圧を与えるための構成が複雑化してしまうことを抑制することができる。

レーダ装置９０では、前記高周波送受信器８０からの中間周波信号に基づいて、距離検出器が探知対象物までの距離を検出するので、検知対象物までの距離を正確に検出することができる。

前記分岐器８６は、方向性結合器によって実現されてもよく、この場合第１端子８６ａに与えられる高周波信号は、第２端子８６ｂおよび第３端子８６ｃに分岐して出力される。この場合には、前述した構成と比較して、送受信用アンテナ８８から出力される電波の電力が低くなるが、分岐器８６を制御する必要がないので装置の制御が簡単になる。

本実施の形態では、第１伝送線路８１に移相器１が挿入されるが、本発明のさらに他の実施では、移相器１は、第１〜第５伝送線路８１〜８５の少なくともいずれか１つに、高周波信号が前記誘電体部２を通過するように挿入されてもよい。このような構成であっても、同様の効果を達成することができる。

また高周波受信器８０では、移相器１を用いているが、前記移相器１に変えて、移相器１１，２１または前述した各実施の形態の移相器のうちのいずれか１つを用いてもよい。このように構成しても、同様の効果を達成することができる。

また本発明の実施のさらに他の形態では、前記分波器８７は、サーキュレータによって実現されてもよく、この様な構成であっても、同様の効果を達成することができる。

図１６は、本発明の実施の形態の移相器１を備えるアレイアンテナ装置９９を含むレーダ装置１００の構成を示す模式図である。本発明の形態において、前述実施の形態と同様の構成には、同様の参照符号を付してその説明を省略する。レーダ装置９９は、アレイアンテナ装置９９と、高周波送受信器１０９と距離検出器９１を含んで構成される。

アレイアンテナ装置９９は、アンテナ素子１０１とこのアンテナ素子１０１に付加される移相器１とによって構成される移相器付アンテナ１０５が配列されて設けられるアンテナアレー体１０２と、各移相器付アンテナ素子１０５に接続される伝送線路１０７とを含んで構成される。本発明の実施の形態では、複数のアンテナ素子１０１は、放射方向を揃えて、一列に並べられる。アンテナ素子１０１は、配列方向Ｒに沿って、相互に等しい間隔をあけて設けられる。

アンテナ素子１０１は、たとえばスロットアンテナ、マイクロストリップアンテナ、ホーンアンテナまたは反射鏡アンテナによって実現される。本発明の実施の形態では、アンテナ装置１００は、８つのアンテナ素子１０１と、８つの移相器１とを有する。

伝送線路１０２は、分波器１０３を含んで構成され、入力部１０４から入力される高周波信号を分岐器１０３によって複数に分岐して、各移相器付アンテナ１０５に与える。伝送線路１０２は、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレーナ線路、グランド付きコプレーナ線路、スロット線路、導波管または誘電体導波管などによって実現される。

高周波送受信器１０９は、前述した各実施の形態の高周波送受信器８０によって構成されてもよく、また高周波送受信器８０において移相器を備えないものであってもよく、アレイアンテナ装置９９に高周波信号を与え、かつアレイアンテナ装置９９によって捕捉した高周波信号を受信する従来からの高周波送受信器によって構成されてもよい。

伝送線路１０２と、各移相器付アンテナ素子１０５のアンテナ素子１０１との間には、それぞれ移相器１が設けられる。伝送線路１０２を伝播する高周波信号は、移相器１の誘電体部２を通過してアンテナ素子１０１に与えられる。各移相器１によって、高周波信号の位相をずらすことによって、各アンテナ素子から放射される電波の位相を調整して、図１６に示すように等位相面を配列方向Ｒの第１方向Ｒ１から第２方向Ｒ２に向かうにつれて、隣接するアンテナ素子１０１から放射される電波の位相を、Δφずつずらすことによって、放射ビーム１０６の方向を正面からアンテナ素子１０１の配列方向Ｒの第１方向Ｒ１または第２方向Ｒ２に角度θだけ傾けることができる。

移相器１は、小形でかつ低電圧で動作させることができるので、アンテナ装置１００が大型化することない。アレイアンテナ装置９９は、移相器１を備えることによって、放射ビームの方向を変更することができ、これによってアンテナ素子１０１を機械的に動作させることなく、放射ビームの方向を変更することができ、利便性を向上させることができる。

またレーダ装置１００が大型化することなく、また放射ビームの方向を容易に変更することができるので、利便性の高いレーダ装置を実現することができる。

前記レーダ装置１００では移相器１を用いているが、前記移相器１に変えて、前述した実施の形態の移相器のうちのいずれか１つを用いてもよい。このように構成しても、同様の効果を達成することができる。

なお、本発明は以上の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。

本発明の実施の一形態の移相器１を模式的に示す断面図である。 ｆ／ｆｃとΔβとの関係を示すグラフである。 ｆ／ｆｃとΔβ／αｍａｘ／Ｖとの関係を示した図である。 本発明の他の実施の形態の移相器１１を模式的に示す断面図である。 本発明の実施のさらに他の形態の移相器２１を模式的に示す断面図である。 移相器２１とマイクロストリップ線路３１との接続構造３０を模式的に示す斜視図である。 移相器２１の伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ２を含み、厚さ方向Ｚに垂直な仮想一平面における接続構造３０の断面図である。 移相器２１の伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ２を含み、幅方向Ｙに垂直な仮想一平面における接続構造３０の断面図である。 移相器２１とストリップ線路５１との接続構造５０を模式的に示す斜視図である。 移相器２１の伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ２を含み、厚さ方向Ｚに垂直な仮想一平面における接続構造５０の断面図である。 移相器２１の伝播方向Ｘに沿う軸線Ａ２を含み、幅方向Ｙに垂直な仮想一平面における接続構造５０の断面図である。 図１０および図１１の切断面線ＸＩＩ−ＸＩＩから見た断面図である。 本発明の実施の一形態の高周波送信器６０の構成を示す模式図である。 本発明の実施の一形態の高周波受信器７０の構成を示す模式図である。 本発明の実施の一形態の高周波送受信器８０を備えるレーダ装置９０の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態の移相器１を備えるアレイアンテナ装置９９を含むレーダ装置１００の構成を示す模式図である。

符号の説明

１，２１ 移相器
２，２２ 誘電体部
３ 導電体部
４ａ，２４ａ 第１電極
４ｂ，２４ｂ 第２電極
２３ａ 第１平板導電体部
２３ｂ 第２平板導電体部
２５ 第１誘電体部
２６ 第２誘電体部
３１ マイクロストリップ線路
３４，５４ 接地導体部
５１ ストリップ線路５１
５６ 突出部
５８ 挿入孔
６０ 高周波送信器
６１ 高周波発振器
６２，８１，８２，８３，８４，８５ 伝送線路
６３ 送信用アンテナ
６４ スタブ
７０ 高周波受信器
７１ 高周波検波器
７３ 受信用アンテナ
８０ 高周波送受信器
９０ レーダ装置
９１ 距離検出器
８６ 分岐器
８７ 分波器
８８ 送受信用アンテナ
８９ ミキサ
８６ａ 第１端子
８６ｂ 第２端子
８６ｃ 第３端子
８７ａ 第４端子
８７ｂ 第５端子
８７ｃ 第６端子

Claims (11)

1. 印加電界に応じて誘電率および寸法の少なくともいずれか１つが変化する変化部を含み、電磁波が伝播する誘電体部と、
   前記変化部に電界を印加するための一対の電極を含み、前記誘電体部の外表面に密接するとともに前記誘電体部を外囲して導波管を形成する導電体部とを含むことを特徴とする移相器。
2. 印加電界に応じて誘電率および寸法の少なくともいずれか１つが変化する変化部を含む第１誘電体部、および誘電率が前記第１誘電体部の誘電率よりも小さく、前記第１誘電体部を挟持して設けられる第２誘電体部によって形成される誘電体部と、
   前記誘電体部を伝播する電磁波の伝播方向および前記第１および第２誘電体部の積層方向に互いに垂直な方向において前記誘電体部を挟持する一対の平板導電体部と、
   前記積層方向において前記誘電体部を挟み、かつ前記一対の平板導電体部の間隔より小さい間隔をあけて設けられ、前記変化部に電界を印加するための一対の電極とを含むことを特徴とする移相器。
3. 前記一対の平板導電体部の間隔は、前記第２誘電体部中を伝播する電磁波の波長の２分の１以下に選ばれることを特徴とする請求項２記載の移相器。
4. 前記一対の電極に予め定める電圧を印加したときのカットオフ周波数をｆｃとし、前記誘電体導波路を伝播する電磁波の周波数をｆとしたとき、ｆｃとｆとは、１．０３＜ｆ／ｆｃ＜１．５を満たすように選ばれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の移相器。
5. 高周波信号を発生する高周波発振器と、
   前記高周波発振器に接続され、前記高周波発振器からの高周波信号を伝送する伝送線路と、
   前記伝送線路に接続され、高周波信号を放射するアンテナと、
   高周波信号が前記誘電体部を通過するように、前記伝送線路に挿入される請求項１〜４のいずれか１つに記載の移相器と、
   高周波信号の伝送方向における前記移相器の上流側および下流側のうち少なくとも一方で前記伝送線路に設けられるスタブとを含むことを特徴とする高周波送信器。
6. 高周波信号を補捉するアンテナと、
   前記アンテナに接続され、前記アンテナによって捕捉される高周波信号を伝送する伝送線路と、
   前記伝送線路に接続され、前記伝送線路に伝送される高周波信号を検波する高周波検波器と、
   高周波信号が前記誘電体部を通過するように、前記伝送線路に挿入される請求項１〜４のいずれか１つに記載の移相器と、
   高周波信号の伝送方向における前記移相器の上流側および下流側のうち少なくとも一方で前記伝送線路に設けられるスタブとを含むことを特徴とする高周波受信器。
7. 高周波信号を発生する高周波発振器と、
   前記高周波発振器に接続され、高周波信号を伝送する第１伝送線路と
   第１、第２および第３端子を有し、前記１端子が前記第１伝送線路に接続され、前記第１端子に与えられる高周波信号を前記第２端子または前記第３端子に出力する分岐器と、
   前記第２端子に接続され、前記第２端子から与えられる高周波信号を伝送する第２伝送線路と、
   第４、第５および第６端子を有し、前記第２伝送線路を介して前記第４端子に与えられ
   る高周波信号を前記第５端子に出力し、かつ前記第５端子に与えられる高周波信号を前記第６端子に出力する分波器と、
   前記第５端子に接続され、前記第５端子から出力される高周波信号を伝送し、前記第５端子に高周波信号を伝送する第３伝送線路と、
   前記第３伝送線路に接続され、高周波信号を放射および補捉するアンテナと、
   前記第３端子に接続され、前記第３端子から出力される高周波信号を伝送する第４伝送線路と、
   前記第６端子に接続され、前記第６端子から出力される高周波信号を伝送する第５伝送線路と、
   前記第４および第５伝送線路に接続され、前記第４および第５伝送線路から与えられる高周波信号を混合して中間周波信号を出力するミキサと、
   高周波信号が前記誘電体部を通過するように、前記第１〜第５伝送線路のうち少なくともいずれか１つに挿入される請求項１〜４のいずれか１つに記載の移相器とを含むことを特徴とする高周波送受信器。
8. 前記分波器は、ハイブリッド回路またはサーキュレータによって形成されることを特徴とする請求項７記載の高周波送受信器。
9. 請求項７または８に記載の高周波送受信器と、
   前記高周波送受信器からの中間周波信号に基づいて探知対象物までの距離を検出する距離検出器とを含むことを特徴とするレーダ装置。
10. アンテナ素子と、請求項１〜４のいずれか１つの移相器とを有する移相器付アンテナを複数並べて構成されることを特徴とするアレイアンテナ装置。
11. 請求項１０記載のアレイアンテナ装置と、
    前記アレイアンテナ装置に接続され、前記アレイアンテナ装置に高周波信号を与え、かつ前記アレイアンテナ装置によって捕捉した高周波信号を受信する高周波送受信機とを含むことを特徴とするレーダ装置。

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