JPWO2017017844A1 - 給電回路 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、平面アンテナでは、給電点(出力端子)とその複数配置された放射素子間を接続する線路は、給電点と放射素子間に配置されている。
しかし、放射素子を密に配置しようとすると、放射素子付近の線路同士が近くなるため、線路間での電気的な結合が生じ、平面アンテナの放射パターンや反射特性が劣化する。
特許文献1では、平面アンテナの開口面に積層された誘電体と、所望の偏波が実現できるように設けた偏波グリッドとを備える方法が、開示されている。
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、回路間を接続する線路が近接して配置されることによる線路間結合が生じても、その影響を低減可能な給電回路を低コストで実現することを目的とする。
以下、この発明の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
図1において、3と4は放射素子、101は第1の合成器、102は第2の合成器、103は第1の線路、105は第3の線路、107は第1の合成器101の入力端子、108は第1の合成器101の出力端子、109は第2の合成器102の入力端子、110は第2の合成器102の出力端子である。
第1の線路103の第2の端子117および第2の線路104の第2の端子118は、第1の合成器101の入力端子107に接続される。
第3の線路105の第2の端子119および第4の線路106の第2の端子120は、第2の合成器102の入力端子109に接続される。
115は、第1の線路103と第3の線路105が近接して電気的に結合している第1の結合部、116は、第2の線路104と第4の線路106が近接して電気的に結合している第2の結合部である。なお、本実施の形態では、結合部が2つの場合について述べたが、3つ以上であっても良く、それぞれの結合が合成器で打ち消し合うように、各結合部を設けることで、同様の効果が得られる。
また、第1の合成器101は、入力端子107が第1の線路103の第2の端子117及び第2の線路104の第2の端子118から等振幅同相の信号が入力された場合に反射損失など生じず合成できる同相合成の合成器とし、第2の合成器102は、入力端子109が第3の線路105の第2の端子119及び第4の線路106の第2の端子120から等振幅同相の信号が入力された場合に反射損失など生じず合成できる同相合成の合成器とする。なお、第2の合成器102は、第1の合成器101と同じものであっても良いし、第1の合成器101と別のものであっても良い。また、第2の合成器102は無くてもよい。
本実施の形態では、放射素子3および放射素子4はパッチアンテナとしたが、これに限るものでは無く、合成器101や合成器102で反射なく合成可能なように、高周波信号を受信するアンテナであればどのようなアンテナでもよく、パッチアレーアンテナやヘリカルアンテナなどでも良い。
まず、図3の従来の給電回路において、放射素子3で受信され第1の合成器101にて同相となる2つの信号が、第1の線路103の第1の端子111、第2の線路104の第1の端子112からそれぞれ入力され、同様に、放射素子4で受信され第2の合成器102にて同相となる2つの信号が、第3の線路105の第1の端子113、第4の線路106の第1の端子114からそれぞれ入力される場合を考える。
放射素子3は電波を受信し、その受信した信号を第1の線路103の第1の端子111及び第2の線路104の第1の端子112へ出力する。
第1の線路103は、第1の端子111に入力された信号を、第2の端子117へ伝達する。
第2の線路104は、第1の端子112に入力された信号を、第2の端子118へ伝達する。
同様に放射素子4は電波を受信し、信号に変換した信号を第3の線路105の第1の端子113及び第4の線路106の第1の端子114へ出力する。
第3の線路105は、第1の端子113に入力された信号を、第2の端子119へ伝達する。
第4の線路106は、第1の端子114に入力された信号を、第2の端子120へ伝達する。
第1の合成器101は、理想的には、第1の線路103の第1の端子111と第2の線路104の第1の端子112から入力された信号のみを入力端子107で受け取り、信号の合成を行い、合成された信号を出力端子108へ出力する。
しかし、上記のように第1の結合部115によって、第3の線路105の第1の端子113から結合して入力された信号の一部も第1の線路103を伝搬し、第1の合成器101を経由して出力端子108に出力される。つまり、合成器101の出力端子108からは、第1の線路103の第1の端子111と第2の線路104の第1の端子112から入力された信号だけでなく、第3の線路105の第1の端子113から入力された信号の一部も重なった信号が出力される。
これは、放射素子3単体の受信パターンが劣化することとなり、問題となる。
第1の線路103の第1の端子111に入力される信号の位相をφ1、第2の線路104の第1の端子112に入力される信号の位相をφ2、第3の線路105の第1の端子113に入力される信号の位相をφ3、第4の線路106の第1の端子114に入力される信号の位相をφ4とする。
一方、第2の結合部116は、レイアウト上自由度があり、電気長θ4〜θ6を変えることがレイアウト上可能である。電気長を変更するには、例えば迂回する部分の線路長を変更したりすればよい。
また、第1の合成器101に対して、上側の放射素子4、及び下側の放射素子4から出力される信号は、放射素子4に対して接続される向きが上下逆になっていることから、逆相となる。
このことを考慮して、第1の結合部115での結合量と第2の結合部116での結合量が同じになるようにしつつ、下記の式が成り立つように、θ4〜θ6を決定する。
θ4〜θ6は、それぞれの線路の長さを変えることで可変に決定することができる。なお、線路は、直線だけではなく、曲線を用いてもよいし、幅とかを変えてもよい。
φ3+θ1+θ2+θ3=φ4+θ4+θ5+θ6+180[deg.]×A (1)
なお、Aは奇数である。
なお、実施の形態1では、マイクロストリップ線路、及びパッチアンテナを用いているが、これに限るものではなく、ストリップ線路やモノポールアンテナなど、他の線路形式やアンテナ方式を用いても良い。このとき、第1の結合部115を介して第1の合成器101に入力される信号が打ち消し合うような位相関係となるように、結合部116を設計すれば良い。
この場合も同様に、第2の結合部116のレイアウトを行う際には、第4の線路106の第1の端子114から第2の結合部116までの電気長をθ4、第2の結合部116における結合での電気長θ5、結合部116から出力端子108までの電気長をθ6とし、第1の結合部115での結合量と第2の結合部116での結合量が同じになるようにθ4〜θ6を決定すればよい。
実施の形態1では、合成器が同相合成の場合の給電回路について説明を行った。本実施の形態では、合成器が逆相合成の場合の給電回路について説明を行う。なお、逆相合成の合成器を用いた給電回路の例として、出力端子が誘電体基板の地導体側に設けられた合成器を用いて説明を行う。
図6に本実施の形態における給電回路を示す。また、図6におけるB−B’断面の断面図を図7に示す。
図6及び図7において、210は本実施の形態における第1の合成器、211は本実施の形態における第2の合成器、207は第1の合成器210の入力端子、209は第2の合成器211の入力端子、201は接続導体、202はスロットである。
本実施の形態では、誘電体1の下面に地導体2が接続され、もう一方の上面には、各種線路が接続されている。
接続導体201は、誘電体1の下面の地導体2と、誘電体1の上面に設けられたパターンとを接続する導体である。
スロット202は、地導体2を貫通する穴である。穴の形は直方体や楕円形など、任意の形で良い。
第1の合成器210の導波管出力端子203は、スロット202を含むように地導体2と接し、誘電体1の下部に設けられる。
第2の合成器211の導波管出力端子205は、スロット202を含むように地導体2と接し、誘電体1の下部に設けられる。
金属ブロック206は、第1の合成器210の導波管出力端子203及び第2の合成器211の導波管出力端子205の間を遮断するための壁面である。
また、第2の合成器211は、第3の線路105及び第4の線路106から入力端子209へ入力された信号が、等振幅逆相であった場合、反射損失を生じることなく合成し、導波管出力端子205へ出力する、逆相合成の合成器である。
φ3+θ1+θ2+θ3=φ4+θ4+θ5+θ6+360[deg.]×B (2)
なお、Bは整数である。「φ3+θ1+θ2+θ3」と「φ4+θ4+θ5+θ6」が同相となれば良いことから、360度×Bとしても本発明の効果がある。
Claims (8)
- 第1の端子および第2の端子を有する第1の線路と、
第1の端子および第2の端子を有する第2の線路と、
第1の端子および第2の端子を有する第3の線路と、
前記第1の線路の第2の端子および前記第2の線路の第2の端子と接続し、前記第1の線路の第2の端子および前記第2の線路の第2の端子から出力される信号を合成する第1の合成器と、
前記第1の線路の一部と前記第3の線路の一部が、電気的に結合する第1の結合部と、
前記第2の線路の一部と前記第3の線路の一部が、電気的に結合する第2の結合部であって、前記第3の路線の第1の端子から、前記第1の結合部を介して前記第1の合成器に出力される信号と、前記第3の路線の第1の端子から、前記第2の結合部を介して前記第1の合成器に出力される信号が相殺する第2の結合部と
を備えたことを特徴とする給電回路。 - 第1の端子および第2の端子を有する第4の線路と、
前記第3の線路の第2の端子および前記第4の線路の第2の端子と接続し、前記第3の線路の第2の端子および前記第4の線路の第2の端子から出力される信号を合成する第2の合成器と、
前記第2の線路の一部と前記第4の線路の一部が、電気的に結合する第2の結合部であて、前記第3の路線の第1の端子から、前記第1の結合部を介して前記第1の合成器に出力される信号と、前記第4の路線の第1の端子から、前記第2の結合部を介して前記第1の合成器に出力される信号が相殺する第2の結合部と
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の給電回路。 - 前記第1の合成器は、同相合成の合成器であり、
前記第2の結合部は、前記第3の線路の第1の端子から前記第2の結合部を介して前記第1の合成器に出力する信号の振幅及び位相が、前記第3の線路の第1の端子から、前記第1の結合部を介して前記第1の合成器に出力する信号の振幅及び位相と、等振幅逆相となることを特徴とする請求項1に記載の給電回路。 - 前記第1の合成器は、同相合成の合成器であり、
前記第2の結合部は、前記第4の線路の第1の端子から前記第2の結合部を介して前記第1の合成器に出力する信号の振幅及び位相が、前記第3の線路の第1の端子から前記第1の結合部を介して前記第1の合成器に出力する信号の振幅及び位相と、等振幅逆相となることを特徴とする請求項2に記載の給電回路。 - 前記第1の合成器は、逆相合成の合成器であり、
前記第2の結合部は、前記第3の線路の第1の端子から前記第1の結合部を介して前記第1の合成器に出力する信号の振幅及び位相が、前記第3の線路の第1の端子から前記第2の結合部を介して前記第1の合成器に出力する信号の振幅及び位相と、等振幅同相となることを特徴とする請求項1に記載の給電回路。 - 前記第1の合成器は、逆相合成の合成器であり、
前記第2の結合部は、前記第4の線路の第1の端子から前記第2の結合部を介して前記第1の合成器に出力する信号の振幅及び位相が、前記第3の線路の第1の端子から前記第1の結合部を介して前記第1の合成器に出力する信号の振幅及び位相と、等振幅同相となることを特徴とする請求項2に記載の給電回路。 - 前記第1の結合部の電気的に結合している前記第1の線路の一部と前記第3の線路の一部のそれぞれの幅および長さと電気的に結合している前記第1の線路の一部と前記第3の線路の一部との間の距離が、前記第2の結合部の電気的に結合している前記第2の線路の一部と前記第3の線路の一部のそれぞれの幅および長さと電気的に結合している前記第2の線路の一部と前記第3の線路の一部との間の距離と一致することを特徴とする前記請求項1、請求項3または請求項5のいずれか一項に記載の給電回路。
- 前記第1の結合部の電気的に結合している前記第1の線路の一部と前記第3の線路の一部のそれぞれの幅および長さと電気的に結合している前記第1の線路の一部と前記第3の線路の一部との間の距離が、前記第2の結合部の電気的に結合している前記第2の線路の一部と前記第4の線路の一部のそれぞれの幅および長さと電気的に結合している前記第2の線路の一部と前記第4の線路の一部との間の距離と一致することを特徴とする前記請求項2、請求項4または請求項6のいずれか一項に記載の給電回路。
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