JP4758257B2

JP4758257B2 - 導波路形成装置、ピン構造および高周波回路

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Publication number: JP4758257B2
Application number: JP2006064482A
Authority: JP
Inventors: 弘志内村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2011-08-24
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Description

本発明は、導波路形成装置、ピン構造および高周波回路に関し、たとえばアンテナ、フィルタ回路などの高周波回路部品に好適に適用される技術に関する。

近年ソフトウェア無線の研究が盛んに行われている（特許文献１〜５参照）。たとえば携帯端末の既存のソフトウェアを入れ替えてコンフィグレーションを変えることで、該携帯端末をカーナビゲーション装置、地上波のテレジ受信端末など、マルチモードに変え得る。このソフトウェア無線の技術を具現化するために、フィールドプログラマブルゲートアレー（略称ＦＰＧＡ）の大規模化、デジタルシグナルプロセッサー（略称ＤＳＰ）の高速化、リコンフィギュラブルプロセッサー（略称ＲＣＰ）の実用化、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）・Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）コンバーターの高速化、データ転送インターフェースの高速化の進歩が大きく貢献している（たとえば非特許文献１，２参照）。

ソフトウェア無線の実用化に関しては、特にＦＰＧＡの寄与するところが大きく、その核となる技術となっている。しかし、ＦＰＧＡはデジタル化された信号をプロクラマブルな回路により処理自体を自在に変えることで、様々な変復調処理に対応できるようにしたものであり、その前提として、無線部に関しては広帯域であることが要求されている。

しかし、これに必要な広帯域アンテナや、フィルタの中心周波数および通過帯域のプログラムブル化は困難であるため、フィルタバンクを用意して必要に応じて複数のフィルタを切替える必要がある。またダイレクトコンバージョン方式なども検討されている（非特許文献１，２参照）。

特許第３６８６７３６号公報特許第３４３９９７３号公報特許第３５１７０９７号公報特開平１１−２８４４０９号公報特許第３４２０４７４号公報沖テクニカルレビュー 2005年10月／第204号Vol.72 No.4 P80-85 信学技報 IE ICE Technical Report ED2005-116,OME2005-42(2005-09) P45-50

従来技術では、無線部つまりアンテナ、フィルタなどの高周波回路部品に関しては、通過帯域が限定されているかまたは数種類搭載して選択的に用いられる。通過帯域が限定されている無線部については、マルチモードに変え得るソフトウェア無線を実現できない。高周波回路部品を数種類搭載して選択的に用いる無線部については、高周波回路部品の構造が大形化および複雑化するので、汎用性に欠ける。

ダイレクトコンバージョン方式を適用する技術では、次のような問題がある。送信側では、信号処理部から送られたデジタル信号をアナログ信号に変換し、その信号を広帯域にわたって所望の無線周波数へアップコンバートする機能が必要である。受信側では、周波数変換部において、高いレベルの信号が所望の帯域内に複数入力された場合、ダイナミックレンジが低下する問題、およびミキサの非直線ひずみが発生する問題がある。

本発明の目的は、回路部の最適化を図ることができ、汎用性の高い導波路形成装置、ピン構造および高周波回路を提供することである。

本発明は、導波路を形成するための導波路形状を可逆的に変更可能な回路形成部と、
該回路形成部の導波路形状を所期情報に基づいて変更するように制御する制御手段とを具備することを特徴とする導波路形成装置である。

また本発明は、前記回路形成部は、離隔して配設される一対の導電体層と、該導電体層と協働して導波路を形成し得る複数の可動体とを含み、
前記各可動体は、前記導波路の壁部の一部分を成す壁部形成状態と、壁部非形成状態とにわたって変位可能に構成されることを特徴とする。

また本発明は、前記各可動体を前記壁部形成状態と前記壁部非形成状態とにわたって変位駆動する駆動源をさらに含み、前記制御手段は前記駆動源を駆動制御することを特徴とする。

また本発明は、前記制御手段は、前記回路形成部をパワーデバイダ、フィルタ回路およびカプラの少なくともいずれか１つの導波路形状に変更するように制御することを特徴とする。

また本発明は、離隔して配設される複数の導電体層と協働して導波路の壁部を形成し得るピン構造であって、前記壁部を成す壁部形成状態と壁部非形成状態とにわたって変位可能に構成されることを特徴とするピン構造である。

本発明によれば、制御手段は、回路形成部の導波路形状を所期情報に基づいて変更するので、回路形成部を自在にかつ簡単に変更することができる。複数種類の高周波回路部品を選択的に用いる従来技術に比べて、構造の簡単化および回路形成部の最適化を図ることが可能となる。したがって汎用性の高い導波路形成装置を実現することができる。

また本発明によれば、一対の導電体層と複数の可動体とで協働して導波路を形成し得る。各可動体を壁部形成状態と壁部非形成状態とにわたって変位させることで、回路形成部を自在にかつ簡単に変更することが可能となる。

また本発明によれば、制御手段は、駆動源を駆動制御することで、各可動体を壁部形成状態と壁部非形成状態とにわたって変位駆動する。このように導波路形状を変更することができる。

また本発明によれば、回路形成部はパワーデバイダ、フィルタ回路およびカプラの少なくともいずれか１つの導波路形状に変更される。このように導波路形成装置の汎用性を高めることができる。

また本発明によれば、ピン構造は、離隔して配設される複数の導電体層と協働して導波路の壁部を形成し得る。つまりピン構造は壁部形成状態に変位させることで、該ピン構造を導波路の壁部とすることができる。回路形成部の最適化を図ることが可能となるピン構造を実現することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。本実施形態に係る可変高周波回路は、アンテナ、導波管、パワーデバイダ、カプラ、フィルタ回路などの複数の高周波回路部品に適用される。以下の説明は、可変高周波回路の制御方法の説明および、制御ピンのピン構造の説明をも含む。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る可変高周波回路形成部３を表す斜視図である。図２は、制御ピン２の駆動部の要部を、ピン出退方向を含む仮想一平面で切断してみた断面図である。図３は、第１の実施形態に係る可変高周波回路１の電気的構成を表すブロック図である。第１の実施形態に係る可変高周波回路１を、「第１高周波回路１」と称す。第１高周波回路１は、回路形成部としての可変高周波回路形成部３と、制御手段としての高周波回路制御部４とを含む。可変高周波回路形成部３は、導波路を形成するための導波路形状を変更可能な回路形成部である。高周波回路制御部４は、回路形成部の導波路形状を所期情報に基づいて変更するように制御する。先ず可変高周波回路形成部３について説明する。

可変高周波回路形成部３は、可変高周波回路部５と、複数の制御ピン２（可動体に相当する）とを有する。可変高周波回路部５は、第１および第２導電体層６，７を含む。第１および第２導電体層６，７は、導波管のいわゆるＨ面（Ｈ−Ｐｌａｎｅ）を成す一対の導電体層であり、所定小距離δ１離隔して平行に配設されている。これら導電体層６，７はたとえば平面視矩形状に形成されている。第１および第２導電体層６，７の厚み方向をＺ方向と定義し、第１導電体層６の一辺に平行な方向をＸ方向と定義する。ＸおよびＺ方向に直交する第１導電体層６の他辺に平行な方向をＹ方向と定義する。図１において、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向をそれぞれ矢符Ｘ，Ｙ，Ｚで表記する。Ｘ方向およびＹ方向を含む仮想一平面を、「ＸＹ平面」と称す。第１高周波回路１またはその一部をＺ方向に見ることを、「平面視」と称す。

第２導電体層７には、制御ピン２を変位させるための複数の貫通孔７ａが形成され、これら複数の貫通孔７ａは、第２導電体層７のＸＹ平面に沿って、Ｘ方向一定間隔おきでかつＹ方向一定間隔おきに配設されている。制御ピン２と貫通孔７ａとが一対一に対応するように構成されている。第２導電体層７の各貫通孔７ａは、後述する制御ピン２の形状に対応するように矩形孔形状に形成されている。ただし各貫通孔７ａは各制御ピン２に対し、制御ピン２を円滑に変位可能にルーズに形成されている。

複数の制御ピン２は、第１および第２導電体層６，７と協働して導波路を形成し得るものである。各制御ピン２は、導波管のいわゆるＥ面（Ｅ−Ｐｌａｎｅ）の一部分を成すダウン状態と、アップ状態とにわたって変位可能に構成されている。前記ダウン状態（図２、Ｚ１参照）とは、導波路の壁部の一部分を成すＺ方向一方に下降した壁部形成状態と同義であり、前記アップ状態（図２、Ｚ２参照）とは、導波路の壁部を成さないＺ方向他方に上昇した壁部非形成状態と同義である。各制御ピン２は導体から成り、Ｚ方向に延びる四角柱に形成されている。各制御ピン２のＺ方向長さは、第１導電体層６，第２導電体層７間の距離δ１よりも所定小距離長くなるように形成されている。前記ダウン状態において、各制御ピン２の長手方向一端部２ａは第１導電体層６に当接し、かつ該制御ピン２の長手方向他端部２ｂが第２導電体層７の一表面部からやや突出する。前記アップ状態において、各制御ピン２の長手方向一端部２ａは第１導電体層６から離隔するとともに第２導電体層７のたとえば一表面に面一状になる。ただし必ずしも面一状に限定されるものではない。

ところで導波管において、金属壁に、導波路を伝播する電磁波の波長の１／２未満の孔が開いていても、この孔から電磁波が漏れて伝播することはない。換言すれば、ＸまたはＹ方向に隣接する制御ピン２同士の距離δ２であって、隣り合う制御ピン２の横断面の中心間距離δ２を、波長の１／２未満に規定することで、ＸまたはＹ方向に隣り合う制御ピン２の間隔は、中心間距離δ２から各制御ピン２のＸまたはＹ方向の厚み分減じた値となる。つまり隣り合う制御ピン２の間隔も当然に波長の１／２未満となる。これによって、導波管から電磁波が漏れて伝播することを確実に防止することができる。この性質を利用して、第１導電体層６、第２導電体層７およびダウン状態の複数の制御ピン２で囲まれた領域で導波管を形成し得る。しかも制御ピン２の状態をアップ状態にするかダウン状態にするかで、形成する導波管構造を自在に形成または変形可能になっている（後述する）。

本実施形態では、各制御ピン２を四角柱に形成しているが四角柱だけに限定されるものではなく、円柱または四角柱以外の多角柱、具体的には三角柱、五角柱などに形成することも可能である。可変高周波回路において、複数の制御ピン２を複数種類の多角柱で構成することも可能であり、円柱および多角柱で構成してもよい。制御ピンを円柱で構成するほうが、角柱で構成するよりも導波管の曲線を形成しやすく多種多様な構造に対応することができ、汎用性を高めることができる。各制御ピン２のアップ状態において、各制御ピン２の長手方向一端部２ａを第２導電体層７の一表面に面一状にする、換言すれば、各制御ピン２の長手方向一端部２ａが第２導電体層７の貫通孔７ａに蓋をして閉塞状態を実現し得るので、導体部での伝送損失を極力小さくすることができる。

本実施形態では、第１導電体層６、第２導電体層７およびダウン状態の複数の制御ピン２で囲まれた導波管の内部には、空気が介在しているが、必ずしもこの形態に限定されるものではない。第１導電体層６と第２導電体層７との間に、図示外の誘電体を挿入してもよい。該誘電体には、制御ピン２の配設位置に対応する複数の孔が形成され、制御ピン２の変位を妨げないようになっている。この誘電体を挿入した場合には、第１導電体層６と第２導電体層７とを誘電体でもって保持するとともに、遮断周波数は小さく遮断波長は長くすることができるので、空気を介在させたときの遮断周波数と同じ遮断周波数となるように形成すると、可変高周波回路形成部３の小形化を図ることができる。第１および第２導電体層６，７を誘電体で保持することで、導波管内部に空気を介在させる形態に比べて、可変高周波回路形成部３の剛性強度を高めることができる。該剛性強度を高めることで、制御ピン２を円滑に変位させることができる。制御ピン２の間隔が波長の１／２未満となるので、導波管から電磁波が漏れて伝播することを確実に防止することができる。

高周波回路制御部４について説明する。高周波回路制御部４は、回路パターン情報記憶部８と制御ピン駆動部９とを含み、これらは電気的に接続されている。回路パターン情報記憶部８には、導波路を形成するための導波路形状の情報、つまりパターン情報が格納される。当該第１高周波回路１に有線または無線などを通して送られるパターン情報ＰＤは、回路パターン情報記憶部８に一旦格納される。その情報を再現するように、回路パターン情報記憶部８は制御ピン駆動部９に信号を送る。制御ピン駆動部９は、駆動源としてのポンプモータ、流体圧シリンダ１０、配管１１および図示外の制御弁（配管等と称す）を含み、これらは配管接続されている。第２導電体層７には、流体圧シリンダ１０のシリンダ本体１０Ａが固着されている。

流体圧シリンダ１０は、前記シリンダ本体１０Ａと、制御ピン２の長手方向他端部２ｂに一体的に固着されるピストン１２とを備えている。この流体圧シリンダ１０の作動流体はたとえばガスまたはオイルが適用される。作動流体としてガスを適用した場合には、オイルを適用する場合に比べて第１高周波回路１の軽量化を図ることができ、該第１高周波回路１を含む機器の携帯性向上を図ることができる。回路パターン情報記憶部８から制御ピン駆動部９に送られる信号に基づいて、駆動源から配管等を介してシリンダ本体１０内に作動流体を注入することで、シリンダ本体１０Ａ内に正圧をかけてピストン１２つまり制御ピン２をアップ状態からダウン状態に押し出す。

逆に前記信号に基づいて、シリンダ本体１０Ａ内の作動流体を吸引することで、シリンダ本体１０Ａ内に負圧をかけて制御ピン２をダウン状態からアップ状態に変位する構造になっている。その結果、各制御ピン２がアップ状態またはダウン状態となり、変更された高周波回路が形成される。この高周波回路に入力される高周波信号（略称ＲＦ信号：
Radio Frequency信号）は、可変高周波回路部５でたとえばフィルタ処理などがされた後出力される。ただし前記フィルタ処理に限定されるものではない。

本実施形態では、シリンダ本体１０Ａ内に負圧をかけて制御ピン２をアップ状態に変位しているが、この形態に限定されるものではない。たとえばシリンダ本体１０Ａ内にかける作動流体の圧力を開放すると、ダウン状態からアップ状態に制御ピン２を変位させるコイルばねから成る付勢手段を設けてもよい。ただし該コイルばねは、たとえば合成樹脂などの非金属によって形成する必要がある。この場合には、シリンダ本体１０Ａ内に負圧をかける本実施形態よりも、制御ピン２を迅速に変位させることができる。仮に配管途中などに作動流体の漏れがあったとしても、制御ピン２を確実にかつ迅速に変位させることが可能となる。

図４は、制御ピン２の駆動部構造を部分的に変更した変更形態に係り、駆動部の要部を、ピン出退方向を含む仮想平面で切断してみた断面図である。図２の実施形態では、流体圧シリンダ１０を用いて各制御ピン２をアップ状態またはダウン状態に制御しているが、図４に示す実施形態では各制御ピンを電磁気的に制御することも可能である。つまり制御ピン駆動部は、駆動源としてのバッテリ１３、スイッチング手段１４、Ｚ方向の軸線まわりに巻回されたコイル体１５、および磁性体で形成される各制御ピン２Ａを含む。第２導電体層７にコイル体１５が固着され、このコイル体１５にバッテリ１３およびスイッチング手段１４が電気的に接続されている。

各制御ピン２Ａは、たとえばニッケル金属のような電気伝導性を有する磁性体で形成され、磁気化されている。該制御ピン２Ａは、磁気を発生するコイル体１５をガイドとしてＺ方向一方または他方に変位可能に構成されている。前記制御ピン駆動部に送られる信号に基づいて、高周波回路制御部４のたとえば中央演算処理装置（略称ＣＰＵ：Central
Processing Unit）はスイッチング手段１４のオン／オフを制御する。たとえばある制御ピン２Ａに対応するスイッチング手段１４をオンからオフに切換え制御することで、この制御ピン２Ａをアップ状態からダウン状態に変位する。逆に前記信号に基づいて、スイッチング手段１４をオフからオンに切換え制御することで、この制御ピン２Ａをダウン状態からアップ状態に変位し得る。

本変更形態によれば、電磁気的に制御ピン２Ａを制御し得るので、流体圧シリンダ１０を用いて制御ピン２を制御する前述の実施形態に比べて、高周波回路の構造変更に要する時間短縮を図ることができる。つまり電磁気的に制御ピン２Ａを制御し得るので、既存の高周波回路に基づいて構造変更を容易に実施することができる。駆動源としてポンプモータではなくバッテリ１３を適用することができるので、本実施形態のものより携帯性およびメンテナンス性に優れる。その他本実施形態と同様の効果を奏する。各制御ピン２を、モータおよび該モータ軸固着のカム、前述の付勢手段などを用いてアップ状態とダウン状態とにわたって変位可能に制御することも可能である。この場合にも、前記変更形態と同様の効果を奏する。

図５は、回路パターンを表す平面図であり、図５（ａ）は、第２ポートＰｔ２および第３ポートＰｔ３に電力が等分配される回路パターンを表す平面図、図５（ｂ）は、導波管のＥ面を形成する制御ピン郡を複数列設ける回路パターンを表す平面図、図５（ｃ）は、第２ポートＰｔ２および第３ポートＰｔ３への電力の分配比がずれた回路パターンを表す平面図である。

制御ピン２（２Ａ）は、Ｘ方向およびＹ方向に一定間隔おきに配設され、白抜きの四角は前記Ｅ面を形成しないアップ状態の制御ピン２（２Ａ）を、黒四角は導波管のＥ面を形成するダウン状態の制御ピン２（２Ａ）を表している。図５（ａ）は、等分岐の処理を行うように制御ピン２（２Ａ）を配置するものである。この図５（ａ）に示す導波路形状である回路パターンはたとえばデフォルトで規定されている。第１ポートＰｔ１から入力された高周波信号は第２および第３ポートＰｔ２，Ｐｔ３に電力が等分配される。図５（ａ）に示す等分岐の処理を行うパターン情報は、回路パターン情報記憶部８に格納されている。操作者の操作指令によって、回路パターン情報記憶部８は制御ピン駆動部９に信号を送り、制御ピン駆動部９は駆動源を駆動制御する。これによってシリンダ本体１０Ａ内に正圧または負圧がかかり、制御ピン２（２Ａ）をアップ状態またはダウン状態に変位し、図５（ａ）に示す回路パターンを得る。

このような導波路の場合、伝送損失をより少なくするために、たとえば図５（ｂ）に示すように、導波管のＥ面を形成する制御ピン２（２Ａ）群をＸおよびＹ方向に一列ではなく、複数列設けることも可能である。この低伝送損失用パターン情報も、回路パターン情報記憶部８に格納されている。すなわち操作者の操作指令によって、回路パターン情報記憶部８は制御ピン駆動部９に信号を送り、制御ピン駆動部９は前記低伝送損失用パターン情報に基づいて駆動源を駆動制御する。これによって、導波管のＥ面を形成する制御ピン２群をＸおよびＹ方向に複数列設けた図５（ｂ）に示す回路パターンを得る。このように導波管のＥ面つまり壁部の厚みを大きくすることで、伝送損失を極力小さくすることができる。

図５（ｃ）に示すように、図５（ａ）の示す回路パターンから、結合窓ＫＭの部分をＸ方向にずらした構造にすることも可能である。このように結合窓ＫＭをずらすことによって、電力の分配比がずれ、いわゆるパワーデバイダを形成することができる。該パワーデバイダを実現するパワーデバイダ用パターン情報も、回路パターン情報記憶部８に格納されている。操作者の操作指令によって、回路パターン情報記憶部８は制御ピン駆動部９に信号を送り、制御ピン駆動部９は前記パワーデバイダ用パターン情報に基づいて駆動源を駆動制御する。これによって、図５（ｃ）に示すパワーデバイダを得る。

図５の例では、１つの分岐構造しかないが、可変高周波回路をＸＹ方向に大きくして多数の分岐構造を形成しアンテナの給電回路とすることで、その先に結合されたアンテナ素子への給電比率を自在に変化することができるので、放射パターンを自由に変化させることができる。このような導波管構造の場合、導波管幅を変えることによって管内波長を変えることができるので、同じ導波管長さであってもポートから出力される位相も変化させることができる。その結果、電子的なビームスキャンアンテナを形成することも可能となる。

図６は、回路パターンを表す平面図であり、図６（ａ）は、直線的な導波管構造の回路パターンを表す平面図、図６（ｂ）は、フィルタ機能を持たせた回路パターンを表す平面図である。本実施形態では、たとえばデフォルトで格納される図６（ａ）に示す回路パターンから、操作者の操作指令によって、フィルタ機能を持たせた回路パターン（フィルタ回路）に変化させることができる。たとえば導波管上流側における第１ポートＰｔ１付近部のＹ方向寸法を幅狭くし、導波管下流側における第２ポートＰｔ２付近部のＹ方向寸法を幅狭くする。これとともに導波管の長手方向中間付近部のＹ方向寸法をさらに幅狭くする。予め定める制御ピン２（２Ａ）をアップ状態またはダウン状態に変位することで、フィルタ回路を容易にかつ迅速に実現することができる。予め定める制御ピン２（２Ａ）をアップ状態またはダウン状態に変位させることで、この回路パターンは自在に変化することができるので、そのフィルタ機能の中心周波数特性および通過帯域までも自在に変更することができる。

図７は、回路パターンを表す平面図であり、図７（ａ）は、直線的な二本の導波管構造が接している構造の回路パターンを表す平面図、図７（ｂ）は、第１ポートＰｔ１から入力され第２ポートＰｔ２から出力される高周波信号の一部がカップリングして第４ポートＰｔ４へも出力される構造の回路パターンを表す平面図である。図７（ａ）の導波路用パターン情報は、回路パターン情報記憶部８に格納され、図７（ｂ）のカプラ用パターン情報も、回路パターン情報記憶部８に格納されている。操作者の操作指令によって、壁部を兼用する複数の制御ピン２（２Ａ）の一部がアップ状態またはダウン状態に変位することで、図７（ａ）に示す回路パターンと、図７（ｂ）に示す回路パターンとにわたって容易にかつ迅速に切換え得る。

図８は、回路パターンを表す平面図であり、図８（ａ）は、第１ポートＰｔ１から入力された高周波信号がスロット１６から放射される回路パターンを表す平面図、図８（ｂ）は、第１ポートＰｔ１から入力された高周波信号がスロット１７から放射される回路パターンを表す平面図である。本実施形態に係る第１高周波回路１をアンテナに適用することも可能である。

第１導電体層６には、垂直偏波アンテナを実現するための第１スロット１６、および水平偏波アンテナを実現するための第２スロット１７が形成されている。これら第１および第２スロット１６，１７は、予め同じ大きさに形成されている。第１スロット１６はＸ方向に沿って配設され、第２スロット１７はＹ方向に沿って配設され、第１スロット１６の長手方向と第２スロット１７の長手方向とが直交するように配設されている。ただし第１スロット１６の長手方向一端部と第２スロット１７の幅方向一側部とは所定小距離離隔して配設されている。

図８（ａ）に示す例では、Ｘ方向に沿って配設される第１スロット１６だけが、第１，第２導電体層６，７およびダウン状態の複数の制御ピン２（２Ａ）に囲繞される形態となっている。該形態を実現するパターン情報は、予め回路パターン情報記憶部８に格納されている。操作者による操作指令によって、複数の制御ピン２（２Ａ）をアップ状態またはダウン状態に変位することで、当該回路パターンを得る。第１ポートＰｔ１から入力された高周波信号は、Ｘ方向一方でかつＹ方向一方に導かれ第１スロット１６から放射される。このときアンテナから、Ｚ方向の電磁波が放射される。この偏波は図面垂直方向の電界（垂直偏波）となる。

図８（ｂ）に示す例では、Ｙ方向に沿って配設される第２スロット１７だけが、第１，第２導電体層６，７およびダウン状態の複数の制御ピン２（２Ａ）に囲繞される形態となっている。該形態を実現するパターン情報は、予め回路パターン情報記憶部８に格納されている。操作者による操作指令によって、複数の制御ピン２（２Ａ）をアップ状態またはダウン状態にすることで、当該回路パターンを得る。第１ポートＰｔ１から入力された高周波信号は、Ｘ方向他方でかつＹ方向一方に導かれ第２スロット１７から放射される。このときアンテナから放射される電磁波は、図８（ａ）の場合と比べて周波数に変化がないが、偏波は図面水平方向の電界（水平偏波）となる。

このように放射素子となるスロット１６，１７を、第１導電体層６に予め形成しておくことによって、アンテナから放射される偏波を選択的に切替えることができる。本例では、第１および第２スロット１６，１７を同一サイズとしたが、必ずしも同一サイズに限定されるものではない。放射される周波数特性はスロットの大きさに依存するので、予めスロットのサイズを所望の周波数に合致するものにしておくことで、放射（受信）する周波数を選択的に切替えることができる。このような汎用性の高い高周波回路を実現することができる。

図９は、回路パターンを表す平面図であり、図９（ａ）は、第１ポートＰｔ１から入力された高周波信号が円形状に囲まれた領域Ｓ１で共振を起こし、アンテナ開口部Ａｈから放射される回路パターンを表す平面図、図９（ｂ）は、周波数特性を低周波側へ変化させた回路パターンを表す平面図である。本例では、第１導電体層６に平面視円形状のアンテナ開口部Ａｈが予め形成されている。

図９（ａ）に示す回路パターンは、共振器形アンテナを実現する形態である。第１ポートＰｔ１から入力された高周波信号は、複数の制御ピン２（２Ａ）によって円形状に囲まれた領域Ｓ１で共振を起こし、アンテナ開口部Ａｈから放射される。このときの共振周波数は、アンテナの開口部面積と、複数の制御ピン２（２Ａ）によって円形状または多角形状に囲まれた部分に依存する。したがって、図９（ｂ）に示すように、ダウン状態の制御ピン２（２Ａ）によって円形状または多角形状に囲まれた領域Ｓ２の面積を、図９（ａ）に示す領域Ｓ１の面積より大きくすることによって、アンテナ開口部Ａｈから放射される周波数特性は、低周波数側へとシフトする。逆に、アンテナ開口部Ａｈから放射される周波数特性を、低周波数側から高周波数側へシフトさせることも可能である。以上説明したように、制御ピン２（２Ａ）のダウン状態またはアップ状態の制御状態を変化させることによって、周波数特性を変化させることが可能となる。

以上説明した第１高周波回路１によれば、高周波回路制御部４は、可変高周波回路形成部３の導波路形状をパターン情報（所期情報に相当）に基づいて変更するので、可変高周波回路形成部３を自在にかつ簡単に変更することができる。複数種類の高周波回路部品を選択的に用いる従来技術に比べて、構造の簡単化および可変高周波回路形成部３の最適化を図ることが可能となる。したがって汎用性の高い高周波回路を実現することができる。

第１高周波回路１によれば、第１および第２導電体層６，７と、複数の制御ピン２（２Ａ）とで協働して導波路を形成し得る。各制御ピン２（２Ａ）をダウン状態とアップ状態とにわたって変位させることで、可変高周波回路形成部３を自在にかつ簡単に変更することが可能となる。可変高周波回路形成部３は、パワーデバイダ、フィルタ回路およびカプラの少なくともいずれか１つの導波路形状に変更される。このように第１高周波回路１の汎用性を高めることができる。

高周波回路制御部４は、制御ピン２（２Ａ）の変位位置を制御することで、一方のスロット１６から垂直偏波を放射する状態と、他方のスロット１７から水平偏波を放射する状態とにわたって切換えることができる。つまり第１および第２導電体層６，７と、複数の制御ピン２（２Ａ）とによって、垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナとを自在に切換えることができる。

図１０は、第２の実施形態に係る可変高周波回路１Ａの電気的構成を表すブロック図である。第２の実施形態に係る可変高周波回路１Ａを、「第２高周波回路１Ａ」と称す。第２高周波回路１Ａは、回路形成部としての第２可変高周波回路形成部３Ａと、制御手段としての第２高周波回路制御部４Ａとを含む。第２可変高周波回路形成部３Ａは、第２可変高周波回路部５Ａと、複数の制御ピン２（２Ａ）とを有する。第２可変高周波回路部５Ａには、該第２可変高周波回路部５Ａで処理された高周波信号を検出するための特性検出ポート１８が形成されている。該特性検出ポート１８から出力される高周波信号の一部を、後述するＲＦ特性測定部１９（ＲＦ：Radio Frequency）に入力する。

第２高周波回路制御部４Ａは、ＲＦ特性測定部１９と、回路パターン生成部２０と、回路パターン情報記憶部８と、制御ピン駆動部９とを含み、これらは電気的に接続されている。前記特性検出ポート１８から出力される（最終的に出力される）高周波信号を、ＲＦ特性測定部１９に入力する。ここで、所望のＲＦ信号が出力されているか否か判断すべく測定する。この測定結果を表す情報を回路パターン生成部２０に送り、該回路パターン生成部２０は、第２可変高周波回路部５Ａで処理された高周波信号が所望の特性が得られるように処理されているか否かを判断し、それを修正する機能を有する。

回路パターン生成部２０は記憶手段としてのメモリ２１を備え、このメモリ２１には、所望の特性が得られるように処理されているか否かを判断する判断基準となる基準データが格納されている。メモリ２１には、測定結果を表す情報が一時的に記憶され、この情報と基準データとが比較に供される。その情報は、回路パターン情報記憶部８に一旦格納される。その情報を再現するように、回路パターン情報記憶部８は制御ピン駆動部９に信号を送る。このように第２可変高周波回路部５Ａで処理されるべき高周波信号を簡単にかつ確実に修正することが可能となる。このフィードバック制御を繰り返し実行することで、第２可変高周波回路部５Ａで所期高周波信号を出力し得る。

たとえば図７（ｂ）に示すカプラ構造を、測定したい機能ブロックの出力信号付近に形成しておき、主信号を大きく乱さない程度に分波させて、特性検出ポート１８に出力させることも可能である。これによって、必要な機能ブロックだけを測定することができる。したがって全ての機能ブロックを測定する場合に比べて、ＣＰＵなどの処理負荷を軽減することができる。その他第１高周波回路１と同様の作用、効果を奏する。

図１１は、回路パターン生成部２０での処理フローを表すフローチャートである。図１０も参照しつつ説明する。特に記載しない限り、本処理の制御主体は回路パターン生成部２０である。たとえば第２高周波回路１Ａの図示外の主電源を投入する条件で本処理フローが開始する。開始後ステップａ１に移行し、初期の導波路形状である初期パターンを設定する。次にステップａ２に移行して、特性検出パターンを設定する。次にステップａ３に移行して、基準データと検出されたデータとを比較するため、第１ポートＰｔ１、第２ポートＰｔ２、第３ポートＰｔ３の特性検出が終了したか否かを判断する。「否」との判断でステップａ２に戻る。

前記特性検出が終了したとの判断で、ステップａ４に移行する。このステップａ４において、測定結果の中心周波数と、メモリ２１に格納される基準データとを比較し、該中心周波数でよいか否かを判断する。「否」との判断でステップａ５に移行し、ステップａ４における比較結果に基づいて、回路パターン情報記憶部８を介して制御ピン駆動部９に信号を送り、導波路幅を調整する。その後ステップａ２に戻る。ステップａ４において、前記中心周波数でよいとの判断で、ステップａ６に移行する。

ここで測定結果の分配比率と、メモリ２１に格納される基準データとを比較し、該分配比率でよいか否かを判断する。「否」との判断でステップａ７に移行し、ステップａ６における比較結果に基づいて、回路パターン情報記憶部８を介して制御ピン駆動部９に信号を送り、結合窓ＫＭを調整する（図５参照）。その後ステップａ２に戻る。ステップａ６において前記分配比率でよいとの判断で、ステップａ８に移行する。ステップａ８では、測定結果の反射と、メモリ２１に格納される基準データとを比較し、該反射でよいか否かを判断する。「否」との判断でステップａ９に移行し、ステップａ８における比較結果に基づいて、回路パターン情報記憶部８を介して制御ピン駆動部９に信号を送り、図５（ｃ）の二点鎖線に覆われる領域の反射制御ピン２Ｈのダウン状態本数を変更することで調整する。その後ステップａ２に戻る。ステップａ８で該反射でよいとの判断で、本フローを終了する。

以上説明したように、ステップａ４，ａ６，ａ８の各ステップにおいて、測定結果である情報と基準データとを比較する。測定結果が当該回路パターンの条件を満たさないつまりＮＧであると判断されると、それぞれステップａ５，ａ７，ａ９の各ステップにおいて調整したうえでステップａ２に戻る。このようなフィードバック制御を繰り返し実行することで、第２可変高周波回路部５Ａで所期高周波信号を高精度に出力することができる。

本実施形態では、第２導電体層７のＸＹ平面全体に複数の制御ピン２（２Ａ）が配設されるが、第２導電体層７のＸＹ平面のうちの要部だけに複数の制御ピン２（２Ａ）を配設することも可能である。この場合には、可変高周波回路形成部の構造を簡単化できるうえ、制御ピンを変位させる制御系を簡単化できる。制御ピンを変位させるための貫通孔を、第１および第２導電体層に形成する場合もある。この場合には、シリンダ本体の一部で第１および第２導電体層を保持することができ、高周波回路の剛性強度を高めることができる。シリンダ本体の一部で第１および第２導電体層を保持する場合には、シリンダ本体は誘電体である必要があり、形成された導波管内には、該シリンダ本体およびオイルまたはガスが部分的に介在するので、誘電体導波管を実現することができる。第１導電体層に複数の貫通孔を形成する分、第１導電体層の軽量化を図ることが可能となる。

導波路形成装置を、前述したアンテナ、フィルタ回路などの高周波回路部品以外の高周波回路部品にも適用し得る。本実施形態では、導波路形成装置を高周波回路に適用しているが、低周波回路に適用することも可能である。この場合、構造の簡単化および可変低周波回路形成部の最適化を図ることが可能となる。したがって汎用性の高い低周波回路を実現できる。本発明の実施の他の形態として、たとえばユーザの要求に応じて、複数の制御ピンをアップ状態またはダウン状態に制御して以後全制御ピンを変位不可能に固着した所望の高周波回路を提供する場合もある。この場合には、複数種類の高周波回路部品を準備しておく必要がなく、それ故、高周波回路の汎用性を高めることができる。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を付加した形態で実施することも可能である。

本発明の第１の実施形態に係る可変高周波回路形成部３を表す斜視図である。制御ピン２の駆動部の要部を、ピン出退方向を含む仮想一平面で切断してみた断面図である。第１の実施形態に係る可変高周波回路１の電気的構成を表すブロック図である。制御ピン２の駆動部構造を部分的に変更した変更形態に係り、駆動部の要部を、ピン出退方向を含む仮想平面で切断してみた断面図である。回路パターンを表す平面図であり、図５（ａ）は、第２ポートＰｔ２および第３ポートＰｔ３に電力が等分配される回路パターンを表す平面図、図５（ｂ）は、導波管のＥ面を形成する制御ピン郡を複数列設ける回路パターンを表す平面図、図５（ｃ）は、第２ポートＰｔ２および第３ポートＰｔ３への電力の分配比がずれた回路パターンを表す平面図である。回路パターンを表す平面図であり、図６（ａ）は、直線的な導波管構造の回路パターンを表す平面図、図６（ｂ）は、フィルタ機能を持たせた回路パターンを表す平面図である。回路パターンを表す平面図であり、図７（ａ）は、直線的な二本の導波管構造が接している構造の回路パターンを表す平面図、図７（ｂ）は、第１ポートＰｔ１から入力された高周波信号の一部がカップリングして第４ポートＰｔ４へ出力される構造の回路パターンを表す平面図である。回路パターンを表す平面図であり、図８（ａ）は、第１ポートＰｔ１から入力された高周波信号がスロット１６から放射される回路パターンを表す平面図、図８（ｂ）は、第１ポートＰｔ１から入力された高周波信号がスロット１７から放射される回路パターンを表す平面図である。回路パターンを表す平面図であり、図９（ａ）は、第１ポートＰｔ１から入力された高周波信号が円形状に囲まれた領域Ｓ１で共振を起こし、アンテナ開口部Ａｈから放射される回路パターンを表す平面図、図９（ｂ）は、周波数特性を低周波側へ変化させた回路パターンを表す平面図である。第２の実施形態に係る可変高周波回路１Ａの電気的構成を表すブロック図である。回路パターン生成部２０での処理フローを表すフローチャートである。

符号の説明

１，１Ａ第１高周波回路，第２高周波回路
２，２Ａ制御ピン
３可変高周波回路形成部
４高周波回路制御部
５可変高周波回路部
６第１導電体層
７第２導電体層
８回路パターン情報記憶部
９制御ピン駆動部
１６第１スロット
１７第２スロット

Claims

導波路を形成するための導波路形状を可逆的に変更可能な回路形成部と、
該回路形成部の導波路形状を所期情報に基づいて変更するように制御する制御手段とを具備することを特徴とする導波路形成装置。
前記回路形成部は、離隔して配設される一対の導電体層と、該導電体層と協働して導波路を形成し得る複数の可動体とを含み、
前記各可動体は、前記導波路の壁部の一部分を成す壁部形成状態と、壁部非形成状態とにわたって変位可能に構成されることを特徴とする請求項１記載の導波路形成装置。
前記各可動体を前記壁部形成状態と前記壁部非形成状態とにわたって変位駆動する駆動源をさらに含み、前記制御手段は前記駆動源を駆動制御することを特徴とする請求項２記載の導波路形成装置。
前記制御手段は、前記回路形成部をパワーデバイダ、フィルタ回路およびカプラの少なくともいずれか１つの導波路形状に変更するように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の導波路形成装置。
離隔して配設される複数の導電体層と協働して導波路の壁部を形成し得るピン構造であって、前記壁部を成す壁部形成状態と壁部非形成状態とにわたって変位可能に構成されることを特徴とするピン構造。