JPH11251823A

JPH11251823A - 走査アンテナ

Info

Publication number: JPH11251823A
Application number: JP5314598A
Authority: JP
Inventors: Naota Uenishi; 直太上西; Hiroshi Hayami; 宏早味; Yoshito Sakamoto; 義人阪本; Akira Nishimura; 昭西村; Keirou Saitou; 瓊郎斉藤; Norichika Oomi; 則親大見
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】ビーム出射方向を連続的に調整することがで
き、システムの低コスト化を図ることができ、軽量でコ
ンパクトな走査アンテナを提供する。【解決手段】フェイズドアレーアンテナ１は、複数
行、複数列に配列された複数のアンテナエレメント２２
と、各行間および各列間に設けられた移相器３０とを備
える。移相器３０は、マイクロストリップ線路２３，２
５の絶縁層を強誘電体層３２で置換したものである。移
相器３０の金属ストリップ３３と金属平板３１の間の直
流電圧を調整することにより、ビーム出射方向を連続的
に調整できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は走査アンテナに関
し、特に、移動体とマイクロ波通信を行なうための走査
アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、人工衛星を利用した無線通信
システムでは、人工衛星を自動追尾するためのフェイズ
ドアレーアンテナが用いられている。

【０００３】図１３は、そのような従来のフェイズドア
レーアンテナ７０の構成を示す平面図である。図１３を
参照して、このフェイズドアレーアンテナ７０は、複数
行、複数列（図では５行７列）に配列された複数（図で
は３５）のアンテナエレメント７１を備える。各列には
図中Ｘ軸方向に延在する副導波管７２が設けられ、各副
導波管７２は対応の列のアンテナエレメント７１群に接
続されている。各副導波管７２の一方端部内部に移相器
７４が設けられ、各副導波管７２の一方端は図中Ｙ軸方
向に延在する主導波管７３に接続されている。通信用の
マイクロ波αは、主導波管７３の一方端から入出力され
る。ここでマイクロ波αとは、１ＧＨｚ〜１ＴＨｚの電
磁波をいうものとする。

【０００４】移相器７４は、図１４に示すように、副導
波管７２の中心軸に沿って配置された複数段（図では４
段）のトロイダル８１〜８４を備える。トロイダル８１
〜８４は、フェリ磁性体で形成され、順に２倍ずつ長く
なっている。トロイダル８１〜８４には、それぞれドラ
イブワイヤ８５〜８８が挿通されている。

【０００５】ドライブワイヤ８５〜８８に所定のパルス
電流を流すと、トロイダル８１〜８４が磁化されて副導
波管７２内の透磁率が変化し、マイクロ波αの位相が遅
延する。磁化されたトロイダル８１〜８４は、それぞれ
マイクロ波αの位相を２２．５°，４５°，９０°，１
８０°遅延させる。したがって、パルス電流を流すワイ
ヤ８５〜８８の組合せを変えることにより、０〜３６０
°の範囲で２２．５°単位でマイクロ波αの位相遅延量
を調整できる。

【０００６】各列の移相器７４の位相遅延量を調整する
ことにより、各列のアンテナエレメント７１群から出射
されるマイクロ波の位相を調整することができ、フェイ
ズドアレーアンテナ７０全体から出射されるマイクロ波
のビームの方向をＹＺ平面内で調整することができる。

【０００７】また、フェイズドアレーアンテナ７０は、
図中Ｙ軸を中心として回転自在に設けられていて、機械
的な駆動装置（図示せず）によって基準位置から所望の
角度だけ回転可能となっている。したがって、フェイズ
ドアレーアンテナ７０全体から出射されるビームの方向
をＸＺ平面内でも調整できる。

【０００８】次に、このフェイズドアレーアンテナ７０
の動作について説明する。人工衛星がＺ軸方向にある場
合は、５つの移相器７４の位相遅延量は等しい値に設定
される。これにより、すべてのアンテナエレメント７１
から同位相でマイクロ波αが放射され、マイクロ波αの
ビームはＺ軸方向の人工衛星に放射される。

【０００９】人工衛星がＺ軸方向からＹ軸正方向にある
角度だけ傾いた方向にある場合は、５つの移相器７４の
位相遅延量はその角度に応じた値ずつＹ軸正方向に向か
って順次大きくなるように設定される。これにより、Ｙ
軸正方向に位置するアンテナエレメント７１から出射さ
れるマイクロ波αの位相がＹ軸負方向に位置するアンテ
ナエレメント７１から出射されるマイクロ波αの位相よ
りも遅れ、マイクロ波αのビームは移相器７４間の位相
遅延量の差に応じた角度だけＺ軸方向からＹ軸正方向に
傾いて人工衛星に放射される。

【００１０】人工衛星がＺ軸方向からＹ軸負方向にある
角度だけ傾いた方向にある場合は、５つの移相器７４の
位相遅延量はその角度に応じた値ずつＹ軸正方向に向か
って順次小さくなるように設定される。これにより、Ｙ
軸正方向に位置するアンテナエレメント７１から出射さ
れるマイクロ波αの位相がＹ軸負方向に位置するアンテ
ナエレメント７１から出射されるマイクロ波αの位相よ
りも進み、マイクロ波αのビームは移相器７４間の位相
遅延量の差に応じた角度だけＺ軸方向からＹ軸負方向に
傾いて人工衛星に放射される。

【００１１】人工衛星がＺ軸方向からＸ軸方向にある角
度だけ傾いた方向にある場合は、フェイズドアレーアン
テナ７０は、機械的な駆動装置によってＹ軸を中心とし
てその角度だけ回転される。

【００１２】移相器７４および駆動装置は、マイクロ波
αのビームが常に人工衛星の方向を向くように自動制御
される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のフェイ
ズドアレーアンテナ７０では、フェリ磁性体製のトロイ
ダル８１〜８４からなる移相器７４を用いていたので、
装置サイズが大きくなり、装置重量が大きくなるという
問題があった。また、各移相器７４のドライブワイヤ８
５〜８８の各々に高出力のパルス電流発生装置が必要で
あり、システムがコスト高になっていた。

【００１４】また、移相器７４の位相遅延量を２２．５
°単位でしか調整できず、ビーム出射方向を連続的に調
整することができなかった。移相器７２のトロイダル８
１〜８４の数を増やせば位相遅延量をより小さな角度で
調整することもできるが、より多くのパルス発生装置が
必要となりコスト高になってしまう。

【００１５】また、移相器７４が各副導波管７２の一方
端部に１つしか設けられていなかったので、ビーム出射
方向をＹＺ平面内でしか調整することができず、ビーム
出射方向をＸＺ平面内で調整することができなかった。
このため、ビーム出射方向をＸＺ平面内で調整するため
の機械的な駆動装置が必要となり、コスト高になってい
た。各副導波管７２において隣接する２つのアンテナエ
レメント７１の間ごとに移相器７４を設ければ、ビーム
出射方向をＸＺ平面内でも調整することができるが、よ
り多くのパルス電流発生装置が必要となり、一層コスト
高になってしまう。

【００１６】それゆえに、この発明の主たる目的は、ビ
ーム出射方向を連続的に調整することができ、システム
の低コスト化を図ることができ、軽量でコンパクトな走
査アンテナを提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
移動体とマイクロ波通信を行なうための走査アンテナで
あって、複数行、複数列に配列された複数のアンテナエ
レメント、および複数行の各間に設けられ、前行のアン
テナエレメントに与えられたマイクロ波の位相を遅延さ
せて後行のアンテナエレメントに与えるための遅延量の
制御が可能な第１の移相器を備える。ここで第１の移相
器は、互いに対向して設けられ、マイクロ波を伝送する
とともに、一方と他方の間に遅延量を制御するためのマ
イクロ波よりも低い周波数の第１の制御電圧が印加され
る１対の伝送線、および１対の伝送線の間に設けられ、
第１の制御電圧に応じてその誘電率が変化する絶縁性物
質を含む。

【００１８】請求項２に係る発明では、請求項１に係る
発明に、さらに、複数列の各間に設けられ、前列のアン
テナエレメントに与えられたマイクロ波の位相を遅延さ
せて後列のアンテナエレメントに与えるための遅延量の
制御が可能な第２の移相器が設けられる。ここで第２の
移相器は、互いに対向して設けられ、マイクロ波を伝送
するとともに、一方と他方の間に遅延量を制御するため
のマイクロ波よりも低い周波数の第２の制御電圧が印加
される１対の伝送線、および１対の伝送線の間に設けら
れ、第２の制御電圧に応じてその誘電率が変化する絶縁
性物質を含む。

【００１９】請求項３に係る発明では、請求項２に係る
発明の第１および第２の移相器の絶縁性物質は、強誘電
性物質、反強誘電性物質または液晶性物質を含む。

【００２０】請求項４に係る発明では、請求項３に係る
発明の強誘電性物質、反強誘電性物質または液晶性物質
は、微粒子化されてポリマ中に分散されている。

【００２１】請求項５に係る発明では、請求項２から４
のいずれかに係る発明の第１および第２の制御電圧は、
直流電圧である。

【００２２】

【発明の実施の形態】［実施の形態１］図１は、この発
明の実施の形態１による無線通信システムの要部の構成
を示すブロック図である。

【００２３】図１を参照して、この無線通信システム
は、２台の人工衛星を利用するシステムであって、走査
アンテナ１０、インターフェイス装置１１、信号入力端
子１２，１３、信号入出力端子１４、制御装置１５、周
波数変換器１６，１７および切換回路１８を備える。

【００２４】走査アンテナ１０は、図２に示すように、
６枚の台形のフェイズドアレーアンテナ１〜６と、１枚
の六角形のフェイズドアレーアンテナ７とを含む。六角
形の１辺の長さが台形の上辺の長さに等しくなってい
て、台形のアンテナ１〜６が六角形のアンテナ７を水平
に支持するように７枚のアンテナ１〜７が台状に組立て
られている。組立てられたアンテナ１〜７は、半球状の
カバー８で覆われている。

【００２５】アンテナ７は、天頂から４０°以内の範囲
を移動する１台の人工衛星を追尾する。アンテナ１〜６
の各々は、天頂から４０〜８０°で水平方向に６０°の
範囲を移動する１台の人工衛星を追尾する。アンテナ１
〜７のうちの２枚のアンテナが１台ずつ人工衛星を追尾
し、人工衛星が移動してそのアンテナの追尾可能範囲を
越えると別のアンテナがその人工衛星を追尾する。

【００２６】図３は、１枚のフェイズドアレーアンテナ
１の構成を示す斜視図である。ただし、図面および説明
の簡単化のため台形ではなく長方形として説明する。

【００２７】図３を参照して、このフェイズドアレーア
ンテナ１は、長方形の基板２１上に複数行、複数列（図
では５行７列）に配列された複数（図では３５）のアン
テナエレメント２２を備える。各列には図中Ｘ軸方向に
延在する副マイクロストリップ線路２３が設けられ、各
副マイクロストリップ線路２３の金属ストリップは対応
の列のアンテナエレメント２２群に接続されている。各
副マイクロストリップ線路２３の一方端は、コンデンサ
２４を介して図中Ｙ軸方向に延在する主マイクロストリ
ップ線路２４に接続される。

【００２８】主マイクロストリップ線路２４の一方端は
コンデンサ２４を介して入出力端子２６に接続され、そ
の他方端の金属ストリップはコイル２７を介して直流電
源端子２８に接続される。各副マイクロストリップ線路
２３の他方端に接続されたアンテナエレメント２２は、
コイル２７を介して直流電源端子２９に接続される。マ
イクロ波αは、入出力端子２６から入出力される。直流
電源端子２８，２９には、それぞれ可変直流電圧が別個
に印加される。

【００２９】コンデンサ２４は、主マイクロストリップ
線路２５と副マイクロストリップ線路２３の間に直流電
流が流れるのを防止するためのハイパスフィルタであ
る。コイル２７は、直流電源端子２８，２９にマイクロ
波αが侵入するのを防止するためのローパスフィルタで
ある。したがって、直流電源端子２８，２９から主マイ
クロストリップ線路２５と副マイクロストリップ線路２
３とに別々に直流電圧を印加することが可能となってい
る。

【００３０】また、各隣接する２つのアンテナエレメン
ト２２の間の副マイクロストリップ線路２３の途中に移
相器３０が接続され、各隣接する２つの副マイクロスト
リップ線路２３の一方端の間の主マイクロストリップ線
路２４の途中に移相器３０が接続される。

【００３１】ここで、移相器３０について詳細に説明す
る。図４は移相器３０の構成を示す斜視図、図５は図４
のＡ−Ａ′線断面図である。

【００３２】図４および図５を参照して、この移相器３
０は、金属平板３１上に強誘電体層３２を形成し、強誘
電体層３２上に金属ストリップ３３を形成したものであ
る。強誘電体層３２は、具体的にはＢａＴｉＯ₃、Ｌｉ
ＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃等の単結晶層または多結晶層で
ある。

【００３３】この移相器３０が通常のマイクロストリッ
プ線路２３，２５と異なる点は、マイクロストリップ線
路２３，２５の絶縁層が強誘電体層３２で置換されてい
る点である。

【００３４】通常のマイクロストリップ線路２３，２５
では、金属平板と金属ストリップの間に絶縁層が設けら
れ、この絶縁層によって金属平板と金属ストリップの間
隔が一定に保たれて線路の特性インピーダンスが一定に
保たれる。絶縁層の材料としては、構造的に十分な強度
を有し、マイクロ波αの損失が小さく、かつ直流電圧が
印加されてもその誘電率εが変化しない材料、具体的に
はＦＲＰ、テフロンなどが選択される。

【００３５】これに対して移相器３０は、強誘電体層３
２に直流電圧を印加すると、直流電圧の大きさに応じて
その誘電率εが変化することを積極的に利用するもので
ある。

【００３６】すなわち、マイクロ波αが強誘電体層３２
中を伝搬すると、マイクロ波αの位相遅延量φは、次式
で示されるように、強誘電体層３２の誘電率εの１／２
乗に比例する。

【００３７】

【数１】

【００３８】ここで、Ｌは強誘電体層３２の長さ、λ０
は自由空間を伝搬するマイクロ波αの波長、λはそのマ
イクロ波αが強誘電体層３２中を伝搬するときの波長で
ある。したがって、強誘電体層３２に印加する直流電圧
を調整して強誘電体層３２の誘電率εを調整することに
より、マイクロ波αの位相遅延量φを調整することがで
きる。

【００３９】図６は、この移相器３０の位相遅延率（ｄ
ｅｇ／ｍｍ）の電界強度（ｋＶ／ｍｍ）依存性を例示す
る図である。

【００４０】強誘電体層３２としては、ＢａＴｉＯ₃の
単結晶層を形成した。マイクロ波αの周波数は、２０Ｇ
Ｈｚとした。位相遅延率（ｄｅｇ／ｍｍ）は、移相器３
０を通過することによって生じたマイクロ波αの位相遅
延量φを移相器３０の線路長Ｌで除算したものである。

【００４１】金属平板３１を接地し、金属ストリップ３
３と金属平板３１の間にコイル２７および可変直流電源
３４を直列接続して、強誘電体層３２の電界強度（ｋＶ
／ｍｍ）を調整した。電界強度（ｋＶ／ｍｍ）は、金属
ストリップ３３と金属平板３１の間の直流電圧を強誘電
体層３２の膜厚で除算したものである。

【００４２】電界強度（ｋＶ／ｍｍ）を０から１．０ま
で増加させると、位相遅延率（ｄｅｇ／ｍｍ）は１７か
ら１０まで徐々に減少した。したがって、移相器３０の
線路長Ｌを１ｍｍとすれば、直流電圧を５００Ｖ程度変
化させれば位相遅延量を４°変化させることができるこ
とがわかった。

【００４３】図３に戻って、このフェイズドアレーアン
テナ１の動作について説明する。人工衛星がＺ軸方向に
ある場合は、すべての移相器３０の位相遅延量φは３６
０°に設定される。これにより、すべてのアンテナエレ
メント７１からマイクロ波αが同位相で放射され、アン
テナ１全体から出射されるマイクロ波αのビームはＺ軸
方向を向く。

【００４４】人工衛星がＺ軸方向からＹ軸方向にある角
度だけ傾いた方向にある場合は、主マイクロストリップ
線路２５に設けられた４つの移相器３０の位相遅延量φ
はその角度に応じた値だけ３６０°からずれた値に設定
される。これにより、Ｙ軸負方向に位置するアンテナエ
レメント２２から出射されるマイクロ波αの位相とＹ軸
正方向に位置するアンテナエレメント２２から出射され
るマイクロ波αの位相との間に差が生じ、マイクロ波α
のビームは移相器３０の位相遅延量φに応じた角度だけ
Ｚ軸方向からＹ軸方向に傾いて人工衛星に放射される。

【００４５】人工衛星がＺ軸方向からＸ軸方向にある角
度だけ傾いた方向にある場合は、各副マイクロストリッ
プ線路２３に設けられた６つの移相器３０の位相遅延量
φはその角度に応じた値だけ３６０°からずれた値に設
定される。これにより、Ｘ軸負方向に位置するアンテナ
エレメント２２から出射されるマイクロ波αの位相とＸ
軸正方向に位置するアンテナエレメント２２から出射さ
れるマイクロ波αの位相との間に差が生じ、マイクロ波
αのビームは移相器３０の位相遅延量φに応じた角度だ
けＺ軸方向からＸ軸方向に傾いて人工衛星に放射され
る。

【００４６】移相器３０の位相遅延量φは、マイクロ波
αのビームが人工衛星の方向を向くように自動制御され
る。

【００４７】また、受信時は、各移相器３０の位相遅延
量φを調整することにより、３５のアンテナエレメント
２２の各々に異なる位相で入射したマイクロ波αの位相
を一致させて入出力端子２６に導くことができる。これ
により、受信感度の向上が図れる。他のフェイズドアレ
ーアンテナ２〜７もフェイズドアレーアンテナ１と同様
である。

【００４８】図１に戻って、制御装置１５は、外部から
インターフェイス装置１１を介して入力される制御信号
に従って、システム全体を制御する。

【００４９】周波数変換器１６は、７つのフェイズドア
レーアンテナ１〜７のうちの１つのアンテナが受信した
マイクロ波ＲＦＳ１を中間周波数信号ＩＦＳ１にヘテロ
ダイン変換して高感度の受信を可能とするものである。
詳しく説明すると周波数変換器１６は、図７に示すよう
に、低ノイズ増幅器４０、ミキサ４１、ＩＦ増幅器４２
および乗算器４３を含む。

【００５０】７つのフェイズドアレーアンテナ１〜７の
うちの１つのアンテナで受信された２２ＧＨｚのマイク
ロ波ＲＦＳ１は、低ノイズ増幅器４０によって増幅され
る。乗算器４３は、信号入力端子１３を介して外部から
与えられた２．５ＧＨｚのローカル信号ＬＳ０の周波数
を整数倍して２０ＧＨｚのローカル信号ＬＳ１と３０Ｇ
Ｈｚのローカル信号ＬＳ２とを生成する。ローカル信号
ＬＳ１，ＬＳ２は周波数変換器１７にも与えられる。ミ
キサ４１は、低ノイズ増幅器４０の出力信号ＲＦＳ１と
乗算器４３で生成されたローカル信号ＬＳ１とを混合し
て、２ＧＨｚの中間周波数信号ＩＦＳ１を生成する。ミ
キサ４１の出力信号ＩＦＳ１は、ＩＦ増幅器４２によっ
て増幅されて信号出力端子１２に出力される。

【００５１】周波数変換器１７は、周波数変換器１６と
結合されたアンテナ以外のアンテナと結合され、そのア
ンテナが受信したマイクロ波ＲＦＳ２を中間周波数信号
ＩＦＳ２にヘテロダイン変換して高感度の受信を可能と
するとともに、中間周波数信号ＩＦＳ３をマイクロ波Ｒ
ＦＳ３に変換してそのアンテナに与える。

【００５２】周波数変換器１７は、具体的には図８
（ａ）（ｂ）に示すように、低ノイズ増幅器４４、ミキ
サ４５，４８、ＩＦ増幅器４６，４７および高電力増幅
器４９を含む。アンテナで受信された２２ＧＨｚのマイ
クロ波ＲＦＳ２は、低ノイズ増幅器４４によって増幅さ
れる。ミキサ４５は、低ノイズ増幅器４４の出力信号Ｒ
ＦＳ２と周波数変換器１６で生成されたローカル信号Ｌ
Ｓ１とを混合して、２ＧＨｚの中間周波数信号ＩＦＳ２
を生成する。ミキサ４５の出力信号ＩＦＳ２は、ＩＦ増
幅器４６によって増幅されて信号入出力端子１４に出力
される。

【００５３】ＩＦ増幅器４７は、信号入出力端子１４を
介して外部から与えられた３ＧＨｚの中間周波数信号Ｉ
ＦＳ３を増幅する。ミキサ４８は、ＩＦ増幅器４７の出
力信号ＩＦＳ３と周波数変換器１６で生成されたローカ
ル信号ＬＳ２とを混合して、３３ＧＨｚのマイクロ波Ｒ
ＦＳ３を生成する。ミキサ４８の出力信号ＲＦＳ３は、
高電力増幅器４９によって増幅されてアンテナに供給さ
れる。

【００５４】図１に戻って、切換回路１８は、制御装置
１５によって制御され、７つのフェイズドアレーアンテ
ナ１〜７のうちの１つのアンテナを周波数変換器１６に
接続し、もう１つのアンテナを周波数変換器１７に接続
する。

【００５５】詳しく説明すると、切換回路１８は、図９
に示すように、スイッチ５１〜５９を含む。スイッチ５
１〜５７の共通端子５１ｃ〜５７ｃは、それぞれフェイ
ズドアレーアンテナ１〜７に接続される。スイッチ５１
〜５７の一方切換端子５１ａ〜５７ａは、それぞれスイ
ッチ５８の切換端子５８ａ〜５８ｇに接続される。スイ
ッチ５１〜５７の他方切換端子５１ｂ〜５７ｂは、それ
ぞれスイッチ５９の切換端子５９ａ〜５９ｇに接続され
る。スイッチ５８，５９の共通端子５８ｈ，５９ｈは、
それぞれ周波数変換器１７，１６に接続される。

【００５６】スイッチ５１〜５９は、実際にはダイオー
ドで生成され、制御装置１５によって制御される。図９
では、アンテナ１がスイッチ５１，５８を介して周波数
変換器１７に接続され、アンテナ７がスイッチ５７，５
９を介して周波数変換器１６に接続されている状態が例
示される。

【００５７】次に、図１〜図９で示した無線通信システ
ムの動作について簡単に説明する。７つのフェイズドア
レーアンテナ１〜７のうち目標の２つの人工衛星に対向
する２つのアンテナが切換回路１８によって周波数変換
器１６，１７に接続される。人工衛星が移動するに従っ
て各アンテナの移相器３０の位相遅延量φが連続的に調
整され、各アンテナのビーム出射方向が常に人工衛星の
方向に向けられる。人工衛星が移動してアンテナの追尾
可能範囲から外れた場合は、別のアンテナがそのアンテ
ナの代わりに周波数変換器１６または１７に接続され
る。

【００５８】２つのアンテナの一方によって受信された
マイクロ波ＲＦＳ１は、周波数変換器１６によって中間
周波数信号ＩＦＳ１にヘテロダイン変換され、高感度の
受信が行なわれる。２つのアンテナの他方によって受信
されたマイクロ波ＲＦＳ２は、周波数変換器１７によっ
て中間周波数信号ＩＦＳ２にヘテロダイン変換され、高
感度の受信が行なわれる。信号ＩＦＳ１，ＩＦＳ２は、
信号−情報変換器（図示せず）によって情報に変換され
る。また、情報が重畳された中間周波数信号ＩＦＳ３
は、周波数変換器１７によってマイクロ波ＲＦＳ３に変
換され、マイクロ波ＲＦＳ３は２つのアンテナの他方を
介して人工衛星に放射される。

【００５９】この実施の形態では、マイクロストリップ
線路の絶縁層を強誘電体層３２で置換して移相器３０を
構成し、移相器３０の金属ストリップ３３と金属平板３
１の間の直流電圧を調整することによって位相遅延量φ
を調整する。したがって、フェリ磁性体のトロイダル８
１〜８４で移相器７４を構成していた従来に比べ、装置
サイズの小型化、装置の軽量化を図ることができる。

【００６０】また、移相器３０の金属ストリップ３３と
金属平板３１の間の直流電圧を調整することで、従来の
ように２２．５°単位ではなく、位相遅延量φを連続的
に調整できる。

【００６１】また、小電力の可変直流電源３４のみで位
相遅延量φを制御できるので、高出力のパルス電流発生
装置が必要であった従来に比べ、システムの低コスト化
が図られる。

【００６２】また、フェイズドアレーアンテナ１におい
てＸ軸方向およびＹ軸方向に移相器３０を配列したの
で、ビーム出射方向をＹＺ平面内だけではなくＸＺ平面
内でも変えることができる。したがって、機械的な駆動
装置でＸＺ平面内でビーム出射方向を変えていた従来に
比べ、システムの低コスト化が図られる。

【００６３】なお、この実施の形態では、移相器３０の
強誘電体層３２の具体例としてＢａＴｉＯ₃の単結晶層
を使用したが、ＢａＴｉＯ₃に限るものではなく、強誘
電体であれば何でもよい。たとえばＬｉＮｂＯ₃でもよ
いし、ＬｉＴａＯ₃でもよい。また、単結晶層でなくて
も多結晶層でもよい。

【００６４】また、強誘電体でなくても、電界強度によ
って誘電率εが変化する絶縁性物質であれば何でもよ
い。たとえば、ＰｂＺｒＯ₃のような反強誘電体でもよ
いし、液晶性材料でもよい。

【００６５】また、この実施の形態では、金属ストリッ
プ３３と金属平板３１の間に直流電圧を印加したが、直
流電圧に限るものではなく、マイクロ波αよりも低い周
波数の電圧であれば交流電圧でもよい。この場合は、交
流電圧の振幅、周波数を調整することにより、マイクロ
波αの位相遅延量φを調整できる。

【００６６】［実施の形態２］図１０は、この発明の実
施の形態２による無線通信システムで用いられるフェイ
ズドアレーアンテナの移相器６０の構成を示す断面図で
あって、図５と対比される図である。

【００６７】図１０の移相器６０が図５の移相器３０と
異なる点は、強誘電体層３２が強誘電体微粒子／ポリマ
分散層６１で置換されている点である。強誘電体を微粒
子化してポリマ中に分散させたのは、製造方法の容易化
を図るとともに、微粒子６２／ポリマ６３の成分比を変
えて位相遅延率（ｄｅｇ／ｍｍ）を所望の値に調整する
ためである。

【００６８】図１１は、この移相器６０の位相遅延率
（ｄｅｇ／ｍｍ）の電界強度（ｋＶ／ｍｍ）依存性を例
示する図である。強誘電体微粒子６２としては直径１μ
ｍのＢａＴｉＯ₃の単結晶粒子を使用し、微粒子６２を
ポリマ６３中に分散させて分散層６１を形成した。微粒
子６２／ポリマ６３の成分比は８０％とした。

【００６９】電界強度（ｋＶ／ｍｍ）を０から１．０ま
で増加させると、位相遅延率（ｄｅｇ／ｍｍ）は０．２
から０．０５まで徐々に減少した。したがって、移相器
６０の線路長Ｌを１０ｍｍとし直流電圧を１ｋＶ程度変
化させれば、位相遅延量φを１．５°変化させることが
できることがわかった。また、実施の形態１に比べ、位
相遅延率（ｄｅｇ／ｍｍ）が１／１００程度に小さくな
ることがわかった。また、微粒子６２／ポリマ６３の成
分比を変えれば、位相遅延率（ｄｅｇ／ｍｍ）は変化す
ると考えられる。

【００７０】この実施の形態では、実施の形態１と同じ
効果が得られる他、強誘電体微粒子６２をポリマ６３中
に分散させた分散層６１を使用するので、強誘電体の単
結晶層を使用していた実施の形態１に比べて容易に製造
できる。また、微粒子６２／ポリマ６３の成分比を調整
することにより、位相遅延率を調整できる。

【００７１】なお、図１２に示すように、金属ストリッ
プ３３と金属平板３１の間に強誘電体層６６とポリマ層
６７を交互に積層してもよい。この移相器６５では、強
誘電体層６６／ポリマ層６７の膜厚比を調整することに
より、位相遅延率を容易に調整できる。

【００７２】なお、今回開示された実施の形態はすべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特
許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の
意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意
図される。

【００７３】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る発明の走
査アンテナでは、前行のアンテナエレメントに与えられ
たマイクロ波の位相を遅延させて後行のアンテナエレメ
ントに与えるための第１の移相器が各行間に設けられ、
第１の移相器は、マイクロ波を伝送するとともに、一方
と他方の間にマイクロ波の位相遅延量を制御するための
第１の制御電圧が印加される１対の伝送線と、１対の伝
送線の間に設けられ、第１の制御電圧に応じて誘電率が
変化する絶縁性物質とを含む。

【００７４】したがって、第１の制御電圧を制御するこ
とで第１の移相器の位相遅延量を連続的に調整でき、走
査アンテナ全体から出射されるマイクロ波のビームの方
向を連続的に調整できる。また、第１の制御電圧を発生
するための小電力の電源のみでビーム出射方向を調整で
きるので、高出力のパルス電流発生装置を必要としてい
た従来に比べ、システムの低コスト化が図られる。ま
た、第１の移相器は通常のマイクロストリップ線路と同
形状なので、移相器がフェリ磁性体製のトロイダルから
構成されていた従来に比べ、装置の軽量化およびコンパ
クト化が図られる。

【００７５】請求項２に係る発明では、請求項１に係る
発明に、さらに、前列のアンテナエレメントに与えられ
たマイクロ波の位相を遅延させて後列のアンテナエレメ
ントに与えるための第２の移相器が各列間に設けられ、
第２の移相器は、マイクロ波を伝送するとともに、一方
と他方の間にマイクロ波の位相遅延量を制御するための
第２の制御電圧が印加される１対の伝送線と、１対の伝
送線の間に設けられ、第２の制御電圧に応じて誘電率が
変化する絶縁性物質とを含む。この場合は、ビーム出射
方向を２軸方向に調整できるので、１軸方向については
機械的な駆動装置を調整していた従来に比べ、駆動装置
が不要な分だけシステムの一層の低コスト化が図れる。

【００７６】請求項３に係る発明では、請求項２に係る
発明の絶縁性物質は、強誘電性物質、反強誘電性物質ま
たは液晶性物質を含む。これにより、誘電率を大きく変
化させ、マイクロ波の位相遅延量を大きく変化させるこ
とができる。

【００７７】請求項４に係る発明では、請求項３に係る
発明の強誘電性物質、反強誘電性物質または液晶性物質
は、微粒子化されてポリマ中に分散される。この場合
は、微粒子／ポリマの成分比を調整することにより、誘
電率を調整できる。

【００７８】請求項５に係る発明では、請求項２から４
のいずれかに係る発明の第１および第２の制御電圧は直
流電圧とされる。これにより、小電力の可変直流電源の
みで位相遅延量を調整できるので、システムの一層の低
コスト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による無線通信システ
ムの要部の構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示した走査アンテナの構成を示す斜視図
である。

【図３】図２に示したフェイズドアレーアンテナの構成
を示す斜視図である。

【図４】図３に示した移相器の構成を示す斜視図であ
る。

【図５】図４のＡ−Ａ′線断面図である。

【図６】図４に示した移相器における位相遅延率の電界
強度依存性を示す図である。

【図７】図１に示した周波数変換器１６の構成を示す回
路ブロック図である。

【図８】図１に示した周波数変換器１７の構成を示す回
路ブロック図である。

【図９】図１に示した切換回路の構成を示す回路図であ
る。

【図１０】この発明の実施の形態２による無線通信シス
テムの移相器の構成を示す断面図である。

【図１１】図１０に示した移相器における位相遅延率の
電界強度依存性を示す図である。

【図１２】図１０に示した移相器の改良例を示す断面図
である。

【図１３】従来のフェイズドアレーアンテナの構成を示
す平面図である。

【図１４】図１３に示した移相器の構成を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１〜７フェイズドアレーアンテナ１０走査アンテナ２２，７１アンテナエレメント２３副マイクロストリップ線路２４コンデンサ２５主マイクロストリップ線路２６入出力端子２７コイル２８，２９直流電源端子３０，６０，６５，７４移相器３１金属平板３２強誘電体層３３金属ストリップ６２強誘電体微粒子６３ポリマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西村昭大阪市此花区島屋一丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者斉藤瓊郎大阪市此花区島屋一丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者大見則親大阪市此花区島屋一丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動体とマイクロ波通信を行なうための
走査アンテナであって、複数行、複数列に配列された複数のアンテナエレメン
ト、および前記複数行の各間に設けられ、前行のアンテナエレメン
トに与えられたマイクロ波の位相を遅延させて後行のア
ンテナエレメントに与えるための遅延量の制御が可能な
第１の移相器を備え、前記第１の移相器は、互いに対向して設けられ、前記マイクロ波を伝送すると
ともに、一方と他方の間に前記遅延量を制御するための
前記マイクロ波よりも低い周波数の第１の制御電圧が印
加される１対の伝送線、および前記１対の伝送線の間に
設けられ、前記第１の制御電圧に応じてその誘電率が変
化する絶縁性物質を含む、走査アンテナ。
【請求項２】さらに、前記複数列の各間に設けられ、
前列のアンテナエレメントに与えられたマイクロ波の位
相を遅延させて後列のアンテナエレメントに与えるため
の遅延量の制御が可能な第２の移相器を備え、前記第２の移相器は、互いに対向して設けられ、前記マイクロ波を伝送すると
ともに、一方と他方の間に前記遅延量を制御するための
前記マイクロ波よりも低い周波数の第２の制御電圧が印
加される１対の伝送線、および前記１対の伝送線の間に
設けられ、前記第２の制御電圧に応じてその誘電率が変
化する絶縁性物質を含む、請求項１に記載の走査アンテ
ナ。
【請求項３】前記第１および第２の移相器の絶縁性物
質は、強誘電性物質、反強誘電性物質または液晶性物質
を含む、請求項２に記載の走査アンテナ。
【請求項４】前記強誘電性物質、反強誘電性物質また
は液晶性物質は、微粒子化されてポリマ中に分散されて
いる、請求項３に記載の走査アンテナ。
【請求項５】前記第１および第２の制御電圧は、直流
電圧である、請求項２から請求項４のいずれかに記載の
走査アンテナ。