JP6730550B2 - 移相器、分配/合成装置及びセクタアンテナ - Google Patents
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Description
本発明の目的は、セクタアンテナを小型化しつつ、広帯域化できる移相器等を提供することにある。
このような移相器において、押え部材は、第2の基板側に、第2の基板に接して押さえる突起を有するばね部を備えることを特徴とすることができる。
また、押え部材は、第2の基板に設けられた貫通孔に挿入されることで、第2の基板を拘束する凸部を備えることを特徴とすることができる。
さらに、覆い部材は、覆い部材の周囲に、第1の基板に設けられた貫通孔に挿入され、先端に設けられた返しにより第1の基板に固定される複数の凸部を備えることを特徴とすることができる。
さらにまた、第1の線路導体、第2の線路導体及び第3の線路導体の少なくとも一つにおいて、特性インピーダンスが他の部分と異なる部分を有することを特徴とすることができる。
そして、第1の線路導体、第2の線路導体及び第3の線路導体の少なくとも一つにおいて、特性インピーダンスが他の部分と異なる部分は、幅が異なることを特徴とすることができる。
そしてまた、特性インピーダンスが他の部分と異なる部分を有するのは、第1の線路導体と第3の線路導体とが対向して電気的に結合する部分、第2の線路導体と当該第3の線路導体とが対向して電気的に結合する部分及び第3の線路導体の少なくとも1つであることを特徴とすることができる。
このような分配/合成装置において、移相器は、第1の線路導体、第2の線路導体及び第3の線路導体の少なくとも一つにおいて、特性インピーダンスが他の部分と異なる部分を有することを特徴とすることができる。
また、移相量設定部は、第1のピッチを有する第1の雄ねじ部と、第1の雄ねじ部と同一の軸に連結して設けられ、第1のピッチとは異なる第2のピッチを有する第2の雄ねじ部と、を備え、複数の移相器のうち、少なくとも1つの移相器が、軸の回転により、第1の雄ねじ部に嵌め込まれた、第1の雄ねじ部に噛み合う第1の雌ねじ部を有する第1の移動部材の移動により第1の移相量に設定され、複数の移相器のうち、少なくとも1つの他の移相器が、軸の回転により、第2の雄ねじ部に嵌め込まれた、第2の雄ねじ部に噛み合う第2の雌ねじ部を有する第2の移行部材の移動により第1の移相量と異なる第2の移相量に設定されることを特徴とすることができる。
[第1の実施の形態]
<基地局アンテナ1>
図1は、第1の実施の形態が適用される移動体通信の基地局アンテナ1の全体構成の一例を示す図である。図1(a)は、基地局アンテナ1の斜視図であり、図1(b)は、基地局アンテナ1の設置例を説明する図である。なお、図1(b)は、基地局アンテナ1を上方から見た図である。
図1(a)に示すように、基地局アンテナ1は、例えば鉄塔20に保持された複数のセクタアンテナ10−1〜10−3(区別しない場合は、セクタアンテナ10と表記する。)を備える。セクタアンテナ10−1〜10−3は、それぞれがアレイアンテナ30を備える。そして、アレイアンテナ30は、風雨などから保護するレドーム12で覆われている。レドーム12は、円筒状のパイプと、上面を覆う上蓋と、下面を覆う下蓋とで構成されている。すなわち、セクタアンテナ10−1〜10−3の外側はレドーム12であって、レドーム12の内部にアレイアンテナ30が収納されている。図1(a)、(b)では、レドーム12は、円筒状としたが、他の形状であってもよい。
レドーム12は、樹脂やFRP(繊維強化プラスチック)等の、電波を透過し易い低誘電率で低誘電正接の材料で構成されている。
図1(a)では、セクタアンテナ10−1にのみ、送受信ケーブル14、15を表記するが、他のセクタアンテナ10−2、10−3も、セクタアンテナ10−1と同様に、送受信ケーブル14、15を備える。
ここでは、送受信ケーブル14、15は、それぞれが+45°偏波と−45°偏波の信号を伝送するとする(図2参照)。
そして、図1(a)に示すように、セクタアンテナ10は、垂直方向に設けられているとする。なお、垂直方向から斜めに設けられていてもよい。
基地局アンテナ1、セクタアンテナ10、アレイアンテナ30などは、アンテナの可逆性により、電波を送信及び受信することができる。以下では、電波を送信する場合を説明するが、受信する場合は、信号の流れの方向を逆にすればよい。
図2は、第1の実施の形態におけるアレイアンテナ30の斜視図である。
アレイアンテナ30は、複数(ここでは一例として4個)のクロスダイポール構造のアンテナ40−1〜40−4(区別しない場合は、アンテナ40と表記する。)と、アンテナ40−1〜40−4を配列するとともに、分配線路60などが構成された第1の基板の一例としての固定基板50とを備える。また、アレイアンテナ30は、後述する図3に示すように、アンテナ40への送信信号(アンテナ40からの受信信号)の位相の差(移相量)を設定する移相器70−1〜70−6(区別しない場合は、移相器70と表記する。)を備える。さらに、アレイアンテナ30は、移相器70の移相量を設定する移相量設定部120を備える。
なお、アンテナ40−1〜40−4は、固定基板50上に予め定められた距離で等間隔に配置されているとする。
そして、ダイポールアンテナ41の放射素子部41a、41bは、例えば放射素子部41a、41bが設けられた基体上の導体膜にて構成された給電部から給電される。ダイポールアンテナ42も、ダイポールアンテナ41と同様である。
図2には、誘電体で構成された基体の図示を省略している。基体は、例えば、ガラスエポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂などの誘電体で構成された板である。なお、基体の誘電体は、高周波領域における損失が小さいことが好ましい。
なお、基体を用いずに、放射素子部41a、41b、42a、42b、給電部は、導線、導体板などで構成されてもよい。
ここで、アンテナ40、ダイポールアンテナ41、42は、放射素子の一例である。
すなわち、アンテナ40は、偏波共用アンテナである。
さらに、アンテナ40は、一組のダイポールアンテナ41、42で構成されているとしたが、パッチアンテナなどであってもよい。
なお、固定基板50には、アンテナ40及び移相器70を固定する貫通孔(後述する図4参照)が設けられている。
ここでは、反射導体52は、接地電位(GND)などの基準電位に設定されているとする。
後述するように、反射導体52は、移相器70の固定線路71、72及び可動線路82に対しても接地電位(GND)などの基準電位を供給する(後述する図4、図7参照)。すなわち、反射導体52と移相器70の固定線路71、72及び可動線路82とは、マイクロストリップラインの伝送路を構成する。
図3は、分配回路200を説明する図である。図3(a)は、分配回路200の平面図、図3(b)は、アンテナ40に送信される信号と移相器70との関係を説明する図である。
分配回路200は、基体51のアンテナ40と反対側の面に設けられている。よって、図3(a)に示す分配回路200の平面図は、図2に示したアレイアンテナ30を裏面(図2の紙面の下方)から見た図となる。なお、図3(b)には、+45°偏波の信号のみを示している。
なお、固定基板50及び移相器70は、分配/合成装置の一例である。また、分配回路200は、給電回路と表記されることがある。
図3(a)では、アンテナ40−1のみに符号を付した。他のアンテナ40−2〜40−4も同様であるが、符号を省略した。
分配回路200の左側は、+45°偏波の信号が伝送される送受信ケーブル14が接続される端部61と、分配線路60a〜60jと、3個の移相器70−1、70−2、70−3とを備える。
分配回路200の右側は、−45°偏波の信号が送信される送受信ケーブル15が接続される端部62と、分配線路60a′〜60j′と、3個の移相器70−3、70−4、70−5とを備える。
そして、分配回路200の左側と右側とは、偏波が+45°と−45°と異なるのみで、構成は同じである。よって、分配回路200の左側を説明し、右側の説明を省略する。
端部61は、分配線路60aに接続される。分配線路60aは、分配線路60bと分配線路60cとに分岐する。分配線路60bは、移相器70−1を経由して分配線路60dに接続する。分配線路60dは、分配線路60eと分配線路60fとに分岐する。分配線路60eは、移相器70−2を経由して分配線路60gに接続される。分配線路60gは、アンテナ40−1におけるダイポールアンテナ41の給電部の端子41cに接続される。
一方、分配線路60fは、アンテナ40−2におけるダイポールアンテナ42の給電部の端子41cに接続される。
アンテナ40−2(ダイポールアンテナ41)には、移相器70−1を介して信号が送信される。
アンテナ40−3(ダイポールアンテナ41)には、移相器70−3を介して信号が送信される。
アンテナ40−4(ダイポールアンテナ41)には、直接信号が送信される。
なお、ダイポールアンテナ42においても同様であるので、以下では、( )内のダイポールアンテナ41、42の表記を省略する。
すなわち、隣接するアンテナ40間(例えば、アンテナ40−1とアンテナ40−2との間)において、移相量が−φになる。
−の移相量は、経路長(線路長)が長くなり、信号の位相の遅れを生じる。よって、アレイアンテナ30から出射される電波は、アンテナ40間の距離と移相量φとで決まるチルト角θで放射される。
移相量設定部120については、後述する。
図4は、移相器70を説明する図である。図4(a)は、移相器70の固定基板50に設けられた固定線路71、72を説明する図、図4(b)は、移相器70の可動基板80に設けられた可動線路82を説明する図、図4(c)は、図4(a)の固定線路71、72と可動線路82とを組み合わせた移相器70の平面図である。
また、固定線路72も、固定線路71と同様に、先端部72a、中間部72b、後端部72cを備える。
例えば、移相器70が移相器70−1である場合、固定線路71の後端部71cは、分配線路60bに接続され、固定線路72の後端部72cは、分配線路60dに接続される。
そして、中央部82aは、固定線路71の後端部71c及び固定線路72の後端部72cより幅広に構成されている。
なお、固定線路71、72及び可動線路82の形状については、後述する。
そして、固定線路71の先端部71a、中間部71b、及び/又は、後端部71cの一部と、可動線路82の端部82bとが重なり、固定線路72の先端部72a、中間部72b、及び/又は、後端部72cの一部と、可動線路82の端部82cとが重なる。
なお、固定線路71、72と可動線路82との間には、誘電体材料で構成された誘電体膜83(図7参照)が設けられている。これにより、後述するように、押え部材90と覆い部材100とにより、可動線路82を固定線路71、72方向に押し当てた状態において、一定の距離を保持させることができ、VSWR特性や移相特性を安定させることができる。
ここで、固定線路71は、第1の線路導体の一例、固定線路72は、第2の線路導体の一例、可動線路82は、第3の線路導体の一例である。
ここでは、可動線路82を固定線路71、72の長手方向に移動させるとしたが、逆に可動線路82を固定し、固定線路71、72を可動するようにしてもよい。すなわち、固定線路71、72に対する可動線路82の移動は相対的なものである。
貫通孔73a、73b、73c、73dは、平面形状が円形である。そして、図4(c)に示すように、可動基板80の長手側の外側に、可動基板80を囲むように設けられている。
貫通孔74a、74b、74cは、覆い部材100を固定基板50に固定するために設けられている。貫通孔74a、74b、74cは、形状が長方形であって、後述するように、覆い部材100の凸部105a、105b、105cの先端に設けられた返し(爪状の突起)が固定基板50の一方の面側(反射導体52側)に突き出し、固定基板50に引っ掛かるように設けられている。
貫通孔76は、可動基板80を移動させるために設けられた押え部材90の凸部96a、96bの移動をガイドする長孔である(後述する図12参照)。
固定基板50を貫いて設けられた貫通孔73a、73b、73c、73d、74a、74b、74c、76については、押え部材90及び覆い部材100とともに説明する。
なお、図5(c)では、固定線路71、72と可動線路82との移動量xにおけるリターンロス特性を示す。横軸は、中心周波数f0に対する周波数f/f0、縦軸は、リターンロス(dB)である。
図5(b)に示すように、固定線路71は、先端部71aの長さLtが1.1mm、幅Weが1.7mm、中間部71bの長さLmが2.9mm、幅Wmが1.1mm、後端部71cの幅Wtが1.7mmである。固定線路72も同様である。
図5(c)に示すように、移動量xが−2mmから6mmのどの位置においても、リターンロスは−20dB前後であって、後述する図6に示す場合に比べて小さい。例えば、定在波比VSWRが1.2以下(リターンロス−20.8dB以下)となる比帯域幅が広く、広帯域である(広帯域化されている)。
なお、図6(c)では、図5(c)と同様に、固定線路71、72と可動線路82との移動量xとの関係でリターンロス特性を示す。横軸は、中心周波数f0に対する周波数f/f0、縦軸は、リターンロス(dB)である。
図6(b)に示すように、固定線路71は、幅Wsが1.8mmである。すなわち、固定線路71は、図5に示した第1の実施の形態が適用される移相器70の固定線路71の先端部71a、中間部71b、後端部71cが無い。固定線路72も同様である。
よって、固定線路71、72と可動線路82とが重なる部分も同じ幅(1.8mm)である。
図6(c)に示すように、移動量xが−2mmから6mmにおいて、最大のリターンロスは−12dBであって、移動量xによってリターンロス特性が大きく変わることが分かる。リターンロスは、図5(a)、(b)、(c)に示した第1の実施の形態が適用される移相器70に比べて大きく、移動量xが−2mmから6mmのどの位置においても定在波比VSWRが1.2以下となる帯域はほとんど得られず、狭帯域になっている。
このため、信号が固定線路71(固定線路72)から可動線路82に伝搬する際、すなわち、固定線路71と重なった部分(特性インピーダンスZ0)から、固定線路71と重ならない部分(特性インピーダンスZ1)に伝搬することになる。すると、インピーダンスがマッチングせず(ミスマッチング)、信号の反射(リターンロス)が発生しやすい。
この状態は、可動線路82を移動させた場合においても発生する。
前述したように、マイクロストリップ線路における特性インピーダンスは、線路の幅を一定にした場合、信号の伝搬路である線路(固定線路71、72及び可動線路82)と基準導体(ここでは、反射導体52)との距離が大きいほど大きく、信号が伝搬する線路(固定線路71、72及び可動線路82)の幅が広いほど小さい。
なお、可動線路82を図7(a)の右側、すなわち、移動量xが正になる方向に移動させると、可動線路82の端部82b、82cの一部が、固定線路71、72と中央部82aとの境界に現れる。端部82b、82cは、中央部82aから離れるにしたがって、幅が小さくなる。よって、可動線路82を図7(a)の右側(移動量xが正となる方向)に移動させると、信号が固定線路71、72から可動線路82へ伝搬する部分で特性インピーダンスが高くなる。
しかし、この中間部71b、72bには、可動線路82の端部82b、82cがはみ出す。このため、重なった部分のインピーダンスは、中間部71b、72bのインピーダンスと、可動線路82の端部82b、82cのはみ出した部分のインピーダンスとの並列になる。これにより、信号が固定線路71(固定線路72)から可動線路82へ伝搬する際、及び、信号が可動線路82から固定線路71(固定線路72)へ伝搬する際におけるインピーダンスの差が全体として小さくなるようにしている。
よって、図5(c)、図6(c)に示したように、図5(a)、(b)に示す第1の実施の形態が適用される移相器70では、図6(a)、(b)に示した第1の実施の形態が適用されない移相器70に比べて、リターンロスが小さくなる。
図8(a)に示すように、可動線路82は、中央部82aを有し、端部82b、82cは、中央部82aから2段階で細くなっている。
可動線路82の中央部82aは、幅WCが2.1mm、曲率半径Rが3.8mmである。可動線路82の端部82bは、長さLT(19mm)の内、中央部82a側の長さLT1(10mm)において幅WT1が1.7mm、中央部82aと反対側の長さLT2(7mm)において幅WT2が1.3mmである。なお、可動線路82の端部82cは、端部82bと同じ形状である。
固定線路71は、先端部71aの幅Wt及び後端部71cの幅Weが1.9mmである。中間部71bは、幅Wmが1.1mm、長さLmが3.1mmである。そして、先端部71aは、固定線路71の長手方向に切り込みが入れられている。可動線路82の中央部82aの内側に対向する部分の長さLt1が4.6mm、外側に対向する部分の長さLt2が5mmである。
図9(a)に示すように、可動線路82は、図5に示した可動線路82と同じであって、端部82b、82cの幅が中央部82aから徐々に細くなっている。
可動線路82の中央部82aは、幅WCが2.1mm、曲率半径Rが3.8mmである。可動線路82の端部82bは、中央部82aの幅Wc(2.1mm)から徐々に細くなり先端の幅WTEが1.1mmである。端部82bの長さLTは、19mmである。
固定線路71は、幅Wsが1.7mmである。
図10(a)に示すように、可動線路82は、図8(a)に示した可動線路82と同じく、中央部82aを有し、端部82b、82cは、中央部82aから2段階で細くなっている。
可動線路82の中央部82aは、幅WCが2.1mm、曲率半径Rが3.8mmである。可動線路82の端部82bは、長さLT(19mm)の内、中央部82a側の長さLT1(10mm)において幅WT1が1.7mm、中央部82aと反対側の長さLT2(7mm)において幅WT2が1.3mmである。なお、可動線路82の端部82cは、端部82bと同じ形状である。
固定線路71は、幅Wsが1.7mmである。
図3(a)に示したように、分配回路200には、複数の移相器70を分散配置させて用いることになるが、それぞれの移相器70は、上記したように小型である。よって、弧状導体を用いる回転型の移相器に比べて、セクタアンテナ10の細径化が容易となる。
移相器70は、要求されるチルト角θに対応するように、固定線路71、72に対して可動線路82の位置が設定される。前述したように、移相器70では、固定線路71、72に対して可動線路82を移動(摺動)させる。これにより、固定線路71、72と可動線路82とが重なる位置を移動(スライド)させる。そして、チルト角θに対応する移相量が設定される。
すなわち、可動線路82は、固定線路71、72に対して、容易に移動(スライド)するとともに、移動させた位置で保持されることが必要である。
次に、移相器70における保持機構について説明する。
移相器70の固定線路71、72は、分配線路60とともに固定基板50上に設けられている。一方、移相器70の可動線路82は、可動基板80に設けられている。固定基板50の固定線路71、72が設けられた側と可動基板80の可動線路82が設けられた側とが互いに向き合うように重ねて配置される。なお、前述したように、固定基板50と可動基板80との間には、固定基板50との間で一定の距離を保持させるために誘電体膜83が挟み込まれている。例えば、可動基板80の可動線路82側に、誘電体膜83が貼り付けられている。
押え部材90は、可動基板80を固定基板50に押さえ付けるように、長手方向が摺動(スライド)方向に延びた3本のばね部91、92、93を備える。3本のばね部91、92、93は、可動基板80の移動(摺動)方向に並行に設けられている。そして、それぞれの中央部を互いに接続する連結部94にて互いに連結されている。連結部94には、円柱状の凸部95が可動基板80から離れる方向に突出するように設けられている。
そして、中央に位置するばね部92は、可動基板80の一方の先端側(可動線路82の中央部82a側)において、可動基板80側に突起92aを備えている。そして、突起92aは、可動基板80に接触し(押しつけ)ている。また、可動基板80の他方の先端側(可動線路82の端部82b、82c側)において、可動基板80と逆側に突起92bを備える。
さらに、ばね部91、93上の連結部94には、可動基板80と逆側に突起94a、94bをそれぞれ備える。
覆い部材100は、可動基板80及び押え部材90を覆うとともに、押え部材90を固定する。
覆い部材100は、蓋部101と蓋部101の周囲を取り囲む側面部102とを備える。そして、覆い部材100は、側面部102から蓋部101側とは逆側に飛び出た4本の柱状の凸部103a、103b、103c、103dを備える。これらの凸部103a、103b、103c、103dは、断面が円である。そして、可動基板80の移動方向xの両外側にそれぞれ2個設けられている。なお、断面は円でなくともよい。
そして、覆い部材100は、側面部102から蓋部101側とは逆側に飛び出た3個の凸部105a、105b、105cを備える。凸部105a、105b、105cは、先端が返しになっており、覆い部材100から外向きにL字状に折れ曲がっている。
さらに、覆い部材100は、蓋部101に開口106を備える。
なお、貫通孔73a、73b、73c、73dは、ドリルなどにより平面形状が精度のよい円に形成できる。よって、凸部103a、103b、103c、103dの断面形状を円とすることにより、覆い部材100は、固定基板50に対して位置精度よく配置される。
図12は、移相器70において可動基板80を保持する保持機構を説明する断面図である。図12(a)は、固定基板50に可動基板80と押え部材90とを配置した状態を示す図、図12(b)は、さらに覆い部材100で固定基板50及び押え部材90とを固定した状態を示す図である。図12(a)、(b)は、図11(b)のXII−XII線での断面図である。なお、誘電体膜83は図示を省略している。
そして、凸部96a、96bの可動基板80から飛び出た先端部分が、固定基板50に設けられた長孔である貫通孔76に挿入される。
なお、2個の貫通孔83a、83bと2個の凸部96a、96bとを組み合わることで、移動(摺動)方向(移動量xの方向)と交差する方向へ傾くことが抑制される。
同様に、押え部材90のばね部92の一端部に設けられた突起92aは、可動基板80を固定基板50側に押し付け、他端部に設けられた突起92bは、覆い部材100の蓋部101の内側に押し付けられる。すなわち、他端部に設けられた突起92bが支点となって、一端部に設けられた突起92aをより強く可動基板80に押し付ける。
すなわち、押え部材90は、覆い部材100の蓋部101で押えられることにより、ばねの機能(ばね機構)を有している。
図3(b)で説明した分配回路200では、6個の移相器70を移相量φと移相量2φとに設定している。すなわち、複数の移相器70の移相量を比例関係にある異なる値に設定することになる。
移相量設定部120は、一軸上に直線的に構成されたピッチp1のねじ部121とピッチp2のねじ部123とを備える。そして、ねじ部121にはナット122、ねじ部123にはナット124が嵌めこまれている。ここでは、軸を回転させることで同時に、ねじ部121とねじ部123とが回転する。
ここでは、一例として、ピッチp2は、ピッチp1の2倍であるとする。そして、ねじ部121、123のねじの回転方向(ナット122、124の進む方向)は同じであるとする。
ねじ部121、123は、雄ねじを有する部材であればよく、ねじ部121が第1の雄ねじ部の一例、ねじ部123が第2の雄ねじ部の一例である。また、ナット122、124は、雌ねじを有する部材であればよく、ナット122が第1の雌ねじ部の一例、ナット124が第2の雌ねじ部の一例である。そして、ピッチp1が第1のピッチの一例、ピッチp2が第2のピッチの一例である。
接続部材126aは、移相器70−2、70−3のそれぞれの支柱95(図11(a)参照)に連結されている。接続部材126bは、移相器70−5、70−6のそれぞれの支柱95に連結されている。接続部材128aは、移相器70−1の支柱95に連結されている。接続部材128bは、移相器70−4の支柱95に連結されている。
さらに、移相量設定部120は、ねじ部121とねじ部123との共通の軸に接続された回転つまみ129を備える。
ここで、ナット122、取付部材125及び接続部材126a、126b、は、第1の移動部材の一例、ナット124、取付部材127及び接続部材128a、128bは、第2の移動部材の一例である。
すなわち、つまみ129の回転は、接続部材126a、126b、128a、128bの直線運動に変換される。さらに、つまみ129の回転は、接続部材126a、126b、128a、128bに連結された支柱95により、移相器70の可動基板80の固定基板50に対する移動に変換される。
すなわち、移相器70−1、70−4と、移相器70−2、70−3、70−5、70−6とを同じ構成としても、異なる移相量が同時に設定される。ここで、移相量φが第1の移相量の一例、移相量2φが第2の移相量の一例である。
なお、移相量設定部120は、図13では不図示の支持部材130を備える。そして、移相量設定部120は、支持部材130により、図2に示したレドーム12の下蓋に固定される。
図14に示すように、ねじ部123のピッチp2は、ねじ部121のピッチp1の2倍になっている。なお、ピッチp2(>ピッチp1)のねじ部123の径は、ピッチp1のねじ部121の径より大きい。これは、一般に、送る量の大きい、すなわち、ピッチの大きいねじは、径が大きいことによるものであって、ねじ部121、123の径を同じ又は逆にしてもよい。
ねじ部123のナット124も、同様に、それぞれが半ピッチのねじ山に対応する副ナット124a、124bで構成されている。
よって、回転つまみ129の周囲に、360°の目盛が設けられている。回転つまみ129を、この目盛を目安に回転させることで、移動量x、すなわち、移相量φが設定される。
なお、つまみ129にモータを連結したり、つまみ129の代わりにモータを用いたりしてもよい。モータを用いる場合には、モータの回転角をモニタすることで、移動量x、すなわち、移相量φが設定される。この場合には、回転つまみ129の周囲に、目盛を設けることを要しない。
この場合、移相量設定部120は、1つのピッチのねじ部で構成される。すなわち、ねじ部123を設けることを要しない。
ねじ部121、123を用いる代わりに、ラック・アンド・ピニオンやウォームギアを用いてもよい。ラック・アンド・ピニオンを用いる場合、取付部材125、127のそれぞれの移動する方向に同じピッチのラックを設けるとともに、歯数が異なる歯車(ピニオン)を連結し、ピニオンを回転させる。
しかし、取付部材125、127に設けられるラックは、図14における垂直方向に設けられる。このため、重力によって、ラックに組み合わされたピニオンは、垂直方向の下側に移動しやすい。
すなわち、移相量設定部120をねじ部121、123で構成する場合は、ラック・アンド・ピニオンを用いる場合に比べて、移相量φを設定する精度が高い。さらに、ナット122を、2枚の副ナット122a、122bで構成し、ナット124を、2枚の副ナット124a、124bで構成することで、垂直方向の下側に移動しにくくなるとともに、バックラッシュなどによる精度の低下が抑制される。
なお、移相量設定部120は、複数の移相量を設定できるように、複数の接続部材(例えば、接続部材126a、126bと接続部材128a、128b)を予め定められた比率で移動させることができるものであればよい。
第1の実施の形態では、アレイアンテナ30が備えるアンテナ40が4個の場合を説明した。
第2の実施の形態では、アレイアンテナ30が備えるアンテナ40が8個の場合を説明する。
分配回路200の構成を除いて、第1の実施の形態と同様であるので、以下では、第1の実施の形態と異なる分配回路200及び分配回路200によるアレイアンテナ30の移相量を説明する。
図15は、第2の実施の形態における分配回路200を説明する図である。
アレイアンテナ30は、8個のアンテナ40(アンテナ40−1〜40−8)を備える。なお、アンテナ40−1〜40−8は、垂直方向の下方から上方に向かって、予め定められた距離で等間隔に配置されているとする。
アレイアンテナ30は、第1の実施の形態のアレイアンテナ30を垂直方向に2個並べた構成になっている。垂直方向の下側に、アンテナ40−1〜40−4を備える第1の実施の形態のアレイアンテナ30(以下ではアレイアンテナ30−1と表記する。)が設けられている。そして、垂直方向の上側に、アンテナ40−5〜40−8と、移相器70−7〜70−12を備える第1の実施の形態のアレイアンテナ30と同様なアレイアンテナ30−2が設けられている。そして、その外側に、移相器70−13、7−14が設けられている。
同様に、送受信ケーブル15は、端部62に接続され、端部62から分配線路60が二つに分岐される。そして、分岐された分配線路60の一方が移相器70−14を介して下側のアレイアンテナ30−1に接続される。分岐された分配線路60の他方が上側のアレイアンテナ30−2に接続される。
それ以降の分配線路60については、第1の実施の形態で説明したと同様であるので説明を省略する。
なお、図15は、左右が対称であって、左側が+45°偏波に対応し、右側が−45°偏波に対応する。
ここで、移相器70−1、70−7を移相量−2φ、移相器70−2、70−3、70−8、70−9を移相量−φに設定する。そして、移相器70−13を移相量−4φに設定する。すると、アンテナ40−8は、移相量0、アンテナ40−7は移相量−φ、アンテナ40−6は移相量−2φ、アンテナ40−5は移相量−3φ、アンテナ40−4は移相量−4φ、アンテナ40−3は移相量−5φ、アンテナ40−2は移相量−6φ、アンテナ40−1は移相量−7φに設定される。すなわち、隣接するアンテナ40間(例えばアンテナ40−1とアンテナ40−2)において移相量−φとなる。
よって、アレイアンテナ30は、アンテナ40間の距離と移相量φとで定まるチルト角θに設定される。
なお、設定する移相量が−φ、−2φ、−4φとなるため、第1の実施の形態における移相量設定部120において、移相量4φに対応するピッチのねじ部を追加すればよい。
すなわち、ピッチの異なるねじ部を加えることにより、設定する移相量の種類(数)が増やせる。
この場合、移相量設定部120は、1つのピッチのねじ部121で構成されるため、ねじ部123を用いなくともよい。
第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、アンテナ40の数が4個及び8個と偶数であった。
第3の実施の形態では、アレイアンテナ30におけるアンテナ40の数を奇数、ここでは5個としている。
分配回路200の構成を除く他の構成は、第1の実施の形態と同様であるので、以下では、第1の実施の形態と異なる分配回路200及び分配回路200によるアレイアンテナ30の移相量を説明する。
図17は、第3の実施の形態における分配回路200を説明する図である。
アレイアンテナ30は、5個のアンテナ40(アンテナ40−1〜40−5)と、8個の移相器70(移相器70−1〜70−8)を備える。なお、アンテナ40−1〜40−5は、垂直方向の下方から上方に向かって、予め定められた距離で等間隔に並んでいる。
アレイアンテナ30は、4個のアンテナ40(アンテナ40−1〜40−4)を含む第1の実施の形態のアレイアンテナ30の垂直方向の下側のアンテナ40−1、40−2の部分の上下を反対にして、下側のアンテナ40−1、40−2の上側に設けた構成になっている。すなわち、上側におけるアンテナ40−5、40−4が下側のアンテナ40−1、40−2に対応する。そして、上側における移相器70−5、70−6、70−7、70−8が下側における移相器70−1、70−2、70−3、70−4に対応する。そして、アンテナ40−2とアンテナ40−4との中央に、アンテナ40−3が新たに設けられている。
同様に、送受信ケーブル15は、端部62に接続される。端部62からの分配線路60は、3つに分岐される。一つは、アンテナ40−3に接続され、他の二つは、それぞれ下側の移相器70−3と上側の移相器70−7に接続される。
それ以降の配線については、第1の実施の形態で説明したと同様であるので説明を省略する。
なお、図17は、左右が対称であって、左側が+45°偏波に対応し、右側が−45°偏波に対応する。
ここで、移相器70−1、70−2を移相量−2φ、移相器70−5、70−6を移相量+2φとする。すなわち、移相器70−1、70−2では、経路長(線路長)を長くして、位相を遅らす。一方、移相器70−5、70−6では、経路長(線路長)を短くして、位相を進める。
すると、アンテナ40−5は、移相量+4φ、アンテナ40−4は移相量+2φ、アンテナ40−3は移相量0、アンテナ40−2は移相量−2φ、アンテナ40−1は移相量−4φに設定される。すなわち、隣接するアンテナ40間(例えばアンテナ40−1とアンテナ40−2)において移相量2φとなる。よって、アレイアンテナ30は、アンテナ40間の距離と移相量2φとで定まるチルト角θに設定される。
また、ねじ部121、123のねじの回転方向(ナット122、124の進む方向)を逆にしてもよい。
同様に、可動基板80は、基体81を備えるとしたが、基体81を備えなくともよい。可動線路82が誘電体層83を介して配置されればよい。
さらに、分配配線60、固定線路71、72、可動線路82を挟んで、反射導体52と反対側に別の基準電位に接続された導体を設け、トリプレート構造としてもよい。この場合、反射導体52と分配線路60及び固定線路71、72とが固定基板50のそれぞれの面に設けられていてもよい。
また、他の周波数帯のアンテナを混在させてもよい。
Claims (11)
- 基準電位が供給される基準導体が一方の面に設けられ、信号が入力される第1の線路導体及び信号が出力される第2の線路導体が他方の面に設けられた誘電体で構成された第1の基板と、
前記第1の線路導体及び前記第2の線路導体と相対的に移動可能な状態で電気的に結合するとともに、前記基準導体に対向して伝送路を形成する第3の線路導体が一方の面に設けられた誘電体で構成された第2の基板と、
前記第2の基板の前記第3の線路導体が設けられた面を、前記第1の基板の前記第1の線路導体及び前記第2の線路導体が設けられた面に押し付ける押え部材と、
前記押え部材側から、当該押え部材及び前記第2の基板を覆って、前記第1の基板に固定される覆い部材と、を備え、
前記押え部材は、前記覆い部材の蓋部の内側に接触して、当該押え部材を当該覆い部材側に押し付ける突起を有するばね部を備えることを特徴とする移相器。 - 前記押え部材は、前記第2の基板側に、当該第2の基板に接して押さえる突起を有するばね部を備えることを特徴とする請求項1に記載の移相器。
- 前記押え部材は、前記第2の基板に設けられた貫通孔に挿入されることで、当該第2の基板を拘束する凸部を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の移相器。
- 前記覆い部材は、当該覆い部材の周囲に、前記第1の基板に設けられた貫通孔に挿入され、先端に設けられた返しにより当該第1の基板に固定される複数の凸部を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の移相器。
- 前記第1の線路導体、前記第2の線路導体及び前記第3の線路導体の少なくとも一つにおいて、特性インピーダンスが他の部分と異なる部分を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の移相器。
- 前記第1の線路導体、前記第2の線路導体及び前記第3の線路導体の少なくとも一つにおいて、特性インピーダンスが他の部分と異なる部分は、幅が異なることを特徴とする請求項5に記載の移相器。
- 特性インピーダンスが他の部分と異なる部分を有するのは、前記第1の線路導体と前記第3の線路導体とが対向して電気的に結合する部分、前記第2の線路導体と当該第3の線路導体とが対向して電気的に結合する部分及び当該第3の線路導体の少なくとも1つであることを特徴とする請求項5又は6に記載の移相器。
- 基準電位が供給される、少なくとも一つの基準導体と、当該基準導体に対向して伝送路を構成し、信号が入力される第1の線路導体と、当該基準導体に対向して伝送路を構成し、信号が出力される第2の線路導体と、当該第1の線路導体及び当該第2の線路導体と相対的に移動可能な状態で電気的に結合するとともに、当該基準導体に対向して伝送路を形成する第3の線路導体と、を備える複数の移相器と、
直接又は複数の前記移相器のいずれかを経由して、接続される複数のアンテナへの信号を分配又は複数の当該アンテナからの信号を合成する分配/合成線路と、
複数の前記移相器の少なくとも1つの移相器と、少なくとも1つの他の移相器とを、異なる移相量に設定する移相量設定部と
を備える分配/合成装置。 - 前記移相器は、前記第1の線路導体、前記第2の線路導体及び前記第3の線路導体の少なくとも一つにおいて、特性インピーダンスが他の部分と異なる部分を有することを特徴とする請求項8に記載の分配/合成装置。
- 前記移相量設定部は、
第1のピッチを有する第1の雄ねじ部と、
前記第1の雄ねじ部と同一の軸に連結して設けられ、前記第1のピッチとは異なる第2のピッチを有する第2の雄ねじ部と、を備え、
複数の前記移相器のうち、少なくとも1つの移相器が、前記軸の回転により、前記第1の雄ねじ部に嵌め込まれた、当該第1の雄ねじ部に噛み合う第1の雌ねじ部を有する第1の移動部材の移動により第1の移相量に設定され、
複数の前記移相器のうち、少なくとも1つの他の移相器が、前記軸の回転により、前記第2の雄ねじ部に嵌め込まれた、当該第2の雄ねじ部に噛み合う第2の雌ねじ部を有する第2の移動部材の移動により前記第1の移相量と異なる第2の移相量に設定されることを特徴とする請求項9に記載の分配/合成装置。 - 基準電位が供給される基準導体が一方の面に設けられ、信号が入力される第1の線路導体及び信号が出力される第2の線路導体が他方の面に設けられた誘電体で構成された第1の基板と、当該第1の線路導体及び当該第2の線路導体と相対的に移動可能な状態で電気的に結合するとともに、当該基準導体に対向して伝送路を形成する第3の線路導体が一方の面に設けられた誘電体で構成された第2の基板と、を備える複数の移相器と、当該第1の基板の一方の面に予め定められた間隔で配列された複数の放射素子と、当該第1の基板の他方の面に、直接又は複数の当該移相器のいずれかを経由して設けられ、複数の当該放射素子に信号を分配又は複数の当該放射素子からの信号を合成する分配/合成線路と、反射板と、を備えるアレイアンテナと、
複数の前記移相器の少なくとも1つの移相器と、少なくとも1つの他の移相器とを、異なる移相量に設定する移相量設定部と、
前記アレイアンテナを覆うレドームと、を備え、
前記移相器は、前記第1の線路導体、前記第2の線路導体及び前記第3の線路導体の少なくとも一つにおいて、特性インピーダンスが他の部分と異なる部分を有することを特徴とするセクタアンテナ。
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