JPH05243805A

JPH05243805A - 位相可変素子及びこれを用いたアンテナ

Info

Publication number: JPH05243805A
Application number: JP3965792A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Omori; 広之大森; Yasunari Sugiyama; 康成杉山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-02-26
Filing date: 1992-02-26
Publication date: 1993-09-21

Abstract

(57)【要約】【目的】アンテナ指向方向を制御できるようにする。【構成】磁性体３を有する導波路または導波管による
導波部４への印加磁界を変化させて位相を可変とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、衛星放送等のマイクロ
波程度の短波長電磁波の位相を変化することができるよ
うにした位相可変素子及びこれを用いたアンテナに係わ
る。

【０００２】

【従来の技術】衛星放送のように周波数が１０ＧＨｚを
越える短波長の電磁波を受信するアンテナとしてはパラ
ボラアンテナおよび複数の受信素子を結合した平面型ア
ンテナが使用されているが、いずれも指向性が強く、例
えば衛星または受信アンテナ移動している場合や複数の
衛星からの受信を行う場合、アンテナの向きを機械的に
変える必要がある。

【０００３】即ち、今例えば図１１に多数の円板状のア
ンテナ素子１が平面的に配列されて成る平面型アンテナ
について考察すると、この場合、各素子１は、例えば、
これら間の結合線路長等を選定することによって、この
平面型アンテナに対して垂直方向に入射した電波に対し
てそれぞれの素子１に関して、位相が一致するように設
計されている。

【０００４】このアンテナに対して、今α（≠０）の角
度に、波長λの電波が入射した場合についてみると、図
１２に代表的に隣接する２つのアンテナ素子１について
示すところから明らかなように、隣接の素子１間の間隔
をｄｍｍとすると隣接する素子１間の位相差ｆは、

【０００５】

【数１】ｆ＝３６０・ｄｃｏｓα／λ となり、これら位相のずれた２つのアンテナ素子１によ
る入力を混合すると、波形Ｓ₁をもって模式的に示すよ
うに互いの入力の振幅に減衰を来してしまう。

【０００６】そこで通常のアンテナにおいては、このよ
うな位相差が生じないように、電波の向きにアンテナが
正対するように、アンテナ自体の向きの調整がなされ
る。したがって前述したように衛星が移動する場合、或
いは受信アンテナが移動する場合には、アンテナの向き
を機械的に変化させるための大掛かりな機械的装置を必
要とするものであり、このような装置は、実用的ではな
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の事情に鑑み、電気的に指向方向を変えることがで
き、多衛星放送や移動体受信に適したアンテナ或いは送
信アンテナと、これに用いる可変位相素子を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明者等は、前
述の課題の解決をはかるべく鋭意研究を重ねた結果、導
波路や導波管内に磁性体を配置し、これに対する印加磁
界を変えることによって磁性体の磁気的特性、例えばそ
の透磁率、或いは誘電率を変化させて位相制御が可能で
あることを見出したもので、本発明はこれに基づいて可
変位相素子とこれを用いたアンテナを提供するに至った
ものである。

【０００９】即ち、本発明による可変位相素子は、磁性
体が配置された導波路または導波管と、可変磁界発生手
段とを設け、可変磁界発生手段によって磁性体への印加
磁界を変化させて位相制御する。

【００１０】また、本発明は、短波長アンテナ、特にマ
イクロ波程度を扱う短波長アンテナにおいて、複数のア
ンテナ素子と、これらを結合する位相可変素子とを設
け、位相可変素子として上述の本発明による位相可変素
子を用いる。

【００１１】

【作用】本発明による位相可変素子は、磁性体が設けら
れた導波路または導波管を設け、その磁性体に対する印
加磁界を制御することによってその磁気的特性の誘電率
或いは透磁率を変化させて導波電磁波の位相を変化させ
る。

【００１２】また、本発明によるアンテナは、多数のア
ンテナ素子を配列して構成するものであるが、これらを
上述の本発明による位相可変素子によって位相を可変に
結合するので、アンテナの向きを変えることなく効率良
い受信、或いは送信を行うことができる。そしてその位
相変更即ち指向性方向の変更は、単に印加磁界の制御、
したがってコイルへの通電による電気的手法で行うこと
ができるのでその調整は簡単に行うことができる。

【００１３】

【実施例】先ず、本発明によるアンテナの一実施例を、
その一部の構成図を示す図１を参照して説明する。

【００１４】この場合図１１で説明したように、例えば
一平面内に縦横各複数個、Ｃｕ等の良導体より成る例え
ば円板状の金属板、或いは導電層より成るアンテナ素子
１を配列する。

【００１５】そしてこれら各アンテナ素子１を、例えば
線路Ｌに接続するものであるが、特に本発明において
は、図１で示すように各アンテナ素子１と線路Ｌとの間
に、或いは線路Ｌの各アンテナ素子１の接続部間に、本
発明の特殊の構成による位相可変素子２を挿入する。

【００１６】この位相可変素子２は、磁性体３が配置さ
れた導波路または導波管（以下導波部４という）と、可
変磁界発生手段５とを有して成る。

【００１７】これら位相可変素子２の導波部４は、例え
ば図２の導波部４、または図３及び図４で各略線的斜視
図を示すように、印加磁界によって磁気特性、例えば透
磁率が変化する磁性体３がそれぞれ設けられて例えば図
２で示す導波路型構成とすることもできるし、図３で示
すように、同軸型とすることもできるし、図４で示すよ
うに導波管型とすることもできる。

【００１８】磁性体３は、非晶質材料等の金属材料であ
っても良いし、フェライト等の酸化物材料でも良い。

【００１９】実施例１図２に示す導波路型の構成とする。この場合Ｃｕ等より
成る接地導体６上に、誘電体７、例えばガラス層が形成
され、これの上にストライプ状に磁性体３と、これの上
に線路導体８を形成した。これら磁性体３と線路導体８
とは、それぞれ厚さ０．５μｍのＣｏＺｒＴａ非晶質膜
と、厚さ１μｍのＣｕ膜を順次全面的に形成して、これ
らをフォトリソグラフィによって選択的に順次エッチン
グして幅０．２ｍｍ、長さ５０ｍｍのストライプ状とし
た。そしてこの磁性体３には、磁場中熱処理によってス
トライプの長手方向を磁化容易軸を生じさせた。

【００２０】この実施例１による位相可変素子の動作原
理を図５を参照して説明する。図５において図２と対応
する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

【００２１】この場合、線路導体８を通る高周波の波長
は、導波路の形や誘電体７の誘電率や磁性体３の透磁率
によって変化する。

【００２２】今、磁性体３の透磁率が変化した場合につ
いて述べる。

【００２３】この場合、導波路内の波長に関係するの
は、線路導体８の高周波の伝送方向と直交する方向の磁
性体３の透磁率で図５の矢印ａの方向である。ここで磁
性体３の容易軸が高周波の伝送方向と平行な場合を考え
て、この方向と平行つまり図５中の矢印ｂの方向に磁場
をかけた場合を以下に説明する。

【００２４】この場合の磁場の強さと、この磁性体３の
高周波伝送方向と直交する方向の透磁率の関係を図６に
示す。このように磁場による透磁率の変化によって線路
導体８内の高周波の波長が変わり、位相が変化させられ
る。つまり、磁場の強さに対して入力と出力の位相差を
示すと図７のようになり磁場の強さによって位相が制御
できる。

【００２５】今、実施例１による位相可変素子につい
て、これに印加する上述の磁場の強さと、位相差の測定
結果を図８に示す。この場合図９で示すように、対のコ
イル５Ａ及び５Ｂによる磁場印加用ヘルムホルツコイル
によって線路導体に平行の磁場を印加し、両コイル５Ａ
及び５Ｂへの直流電源３１による通電電流を変化させて
ネットワークアナライザ３２をもって入力端を出力端と
の間の位相差を測定した。

【００２６】つぎに、位相可変素子２を使用してアンテ
ナの指向方向を変える原理を、図１０の概略図を用いて
説明する。ここではアンテナ素子１が２つの場合につい
て説明するが、複数の場合も同様である。まず、２つの
アンテナ素子１を結ぶ面に直角方向からずれた電磁波が
入射した場合、高周波をそれぞれの位相を変えずに混合
すると、図１２で説明したように位相のずれが生じるこ
とによって高周波の振幅が減少してしまうが、図１０に
示すように位相可変素子２を用いて２つの位相を整合さ
せると波形Ｓ₂で模式的に示すように高周波振幅が減少
しない。

【００２７】即ち、今例えば周波数１２ＧＨｚについて
みると、この波長λ＝２５ｍｍであるから素子１間の距
離ｄ＝２０ｍｍとするとき、位相差ｆは、前記（数１）
から、ｆ＝２８８ｃｏｓα となり、α＝８０°のとき、位相差ｆは５０．１°とす
れば良いことになる。

【００２８】位相可変素子２を使用して、その位相を変
化させることによって受信面から傾いた特定の方向の電
磁波を受信することができ、アンテナの指向方向を電気
的に即ち、例えば可変磁界発生手段５のコイルへの通電
によって変化させることができることになる。

【００２９】尚、送信に使用する場合にも受信と逆の過
程で、同様に指向方向を変化させることが可能である。

【００３０】尚、位相可変素子２は、実施例１の構造に
限られるものではなく、図３で示した同軸型構造とする
こともでき、この場合外部導体１１内に中心伝送線路１
２と磁性体３及び誘電体７を配した構造とすることがで
きる。

【００３１】更に位相可変素子２を図４で示すように、
導波管構造とすることもでき、この場合は導波管１３内
に磁性体３を配して空洞１４を形成する構成とすること
ができる。尚、本発明による位相可変素子２とアンテナ
素子１とは別体に構成するに限らず、一体構成とするこ
ともできるなど種々の構造を採ることができる。

【００３２】

【発明の効果】上述したように本発明は、印加磁場の制
御によって位相可変な素子を構成するものであり、これ
を前述した送受信アンテナに適用することによってその
向きの微調整は、アンテナの向きを機械的に変えること
なく指向性を変えることができるので、衛星放送受信に
当たってのアンテナの設置が極めて容易となり、衛星及
び送受信アンテナ等の移動、複数の衛星からの受信等に
おいてその指向方向を電気的に即ち磁界発生手段の例え
ばコイルへの通電量を変化させることによって、磁界変
化として追従させることによって送受信の追従を容易に
行うことができ、実用に供してその便益は極めて大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位相可変素子とこれを用いたアンテナ
の一例の構成図である。

【図２】本発明の位相可変素子を構成する導波部の構成
図である。

【図３】本発明の位相可変素子を構成する導波部の構成
図である。

【図４】本発明の位相可変素子を構成する導波部の構成
図である。

【図５】位相可変素子の動作原理の説明図である。

【図６】位相可変素子の透磁率−磁場特性曲線図であ
る。

【図７】位相可変素子の位相−磁場特性曲線図である。

【図８】位相可変素子の位相差−磁場測定曲線図であ
る。

【図９】位相差測定の説明図である。

【図１０】アンテナの動作の説明図である。

【図１１】平面型アンテナの説明図である。

【図１２】従来の平面型アンテナの位相の説明図であ
る。

【符号の説明】

１アンテナ素子２位相可変素子３磁性体４導波部５可変磁界発生手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性体が配置された導波路または導波管
と、可変磁界発生手段とを具備し、上記可変磁界発生手段によって上記磁性体への印加磁界
を変化させて位相制御するようにしたことを特徴とする
位相可変素子。
【請求項２】短波長アンテナにおいて、複数のアンテナ素子と、これらを結合する位相可変素子
とを具備して成り、該位相可変素子として請求項１に記載の位相可変素子を
用いたことを特徴とするアンテナ。