WO2014192255A1 - ラットレース回路、アンテナ装置およびラットレース回路の形成方法 - Google Patents

ラットレース回路、アンテナ装置およびラットレース回路の形成方法 Download PDF

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統彦 大室
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/19—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port of the junction type
    • H01P5/22—Hybrid ring junctions
    • H01P5/222—180° rat race hybrid rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array

Definitions

  • the present invention relates to a technique related to a circuit configuration constituted by transmission lines.
  • FIG. 10 schematically shows an example of the antenna device.
  • the antenna device 100 includes a first array antenna 101, a second array antenna 102, a ⁇ / ⁇ circuit 103, and transmission lines 105 to 108.
  • the first array antenna 101 includes a substrate (for example, a dielectric substrate) 110 and a plurality of radiating elements 111 having a conductor pattern formed on the substrate 110.
  • the patterns of the radiating elements 111 have the same shape and the same size, and are arranged on the substrate 110 in a matrix.
  • the second array antenna 102 has the same configuration as that of the first array antenna 101 and is juxtaposed with the first array antenna 101. That is, the second array antenna 102 has a configuration in which a plurality of similar radiating elements 112 are arranged in a matrix on a common substrate 110 with the first array antenna 101.
  • the transmission line 105 is a line (feeding line) that electrically connects each radiating element 111 of the first array antenna 101 to the ⁇ / ⁇ circuit 103.
  • the transmission line 105 has a function of transmitting a received signal (hereinafter also referred to as a received signal S1 of the first array antenna 101) corresponding to the radio wave received by each radiating element 111 to the ⁇ / ⁇ circuit 103.
  • the transmission line 106 is a line (feeding line) that electrically connects each radiating element 112 of the second array antenna 102 to the ⁇ / ⁇ circuit 103.
  • the transmission line 106 has a function of transmitting a received signal (hereinafter also referred to as a received signal S2 of the second array antenna 102) corresponding to the radio wave received by each radiating element 112 to the ⁇ / ⁇ circuit 103.
  • a received signal hereinafter also referred to as a received signal S2 of the second array antenna 102
  • the ⁇ / ⁇ circuit 103 is a circuit configuration that combines the reception signal S1 of the first array antenna 101 and the reception signal S2 of the second array antenna 102 in the same phase, and a circuit that combines the reception signals S1 and S2 in the opposite phase.
  • the transmission line 107 is a line ( ⁇ port) that outputs from the ⁇ / ⁇ circuit 103 a signal in which the received signals S1 and S2 are combined in phase.
  • the transmission line 108 is a line ( ⁇ port) that outputs from the ⁇ / ⁇ circuit 103 a signal in which the reception signals S1 and S2 are combined in reverse phase.
  • the antenna device 100 configured as described above is used for radar, for example.
  • the antenna device 100 can detect the orientation of the antenna device 100 with respect to a radar detection (tracking) target (target) based on a signal output from the transmission line 108. That is, when the level of the signal output from the transmission line ( ⁇ port) 108 is low, the received signals S1 and S2 of the first array antenna 101 and the second array antenna 102 are in phase or the phases of these received signals. The deviation is small. That is, the first array antenna 101 and the second array antenna 102 are in a state in which they face the radar detection target (target).
  • the phase shift between the received signals S1 and S2 between the first array antenna 101 and the second array antenna 102 is large.
  • the first array antenna 101 and the second array antenna 102 are in a state of being shifted in the perspective direction with respect to the radar detection target (target object).
  • a rat race circuit as shown in FIG. 13 may be used as the ⁇ / ⁇ circuit 103.
  • the rat race circuit is constituted by a line (conductor pattern) formed on the substrate surface of the substrate 110, for example. That is, the rat race circuit has four port lines 115 to 118 functioning as ports (terminals), and a ring-shaped line 119 connected to these port lines 115 to 118 in common.
  • the ring-shaped line 119 can be divided into lines 120 to 123.
  • the line 120 is a line between connection portions to which the port lines 115 and 116 are connected, respectively.
  • the line 121 is a line between connection parts to which the port lines 116 and 117 are respectively connected.
  • the line 122 is a line between connection parts to which the port lines 117 and 118 are connected, respectively.
  • the line 123 is a line between the connection parts to which the port lines 118 and 115 are respectively connected.
  • the line 120 functions as a ⁇ g / 4 line. That is, the line 120 has an electrical length (electric length) corresponding to a quarter of the wavelength ⁇ g of the signals (received signals S1, S2 of the first and second array antennas 101, 102) transmitted through the port line. ).
  • the line 121 and the line 122 also function as ⁇ g / 4 lines.
  • the line 123 functions as a 3 ⁇ g / 4 line.
  • the port line 115 is connected to the transmission line 105 and the port line 117 is transmitted.
  • the port line 116 is connected to the transmission line ( ⁇ port) 107
  • the port line 118 is connected to the transmission line ( ⁇ port) 108.
  • the line 120 between the port lines 115 and 116 and the line 121 between the port lines 116 and 117 have the same line length. For this reason, the reception signal transmitted through the port line 115 and the reception signal transmitted through the port line 117 are combined in phase in the port line 116.
  • the line 123 between the port lines 115 and 118 and the line 122 between the port lines 117 and 118 have a line length difference corresponding to a half wavelength ((1/2) ⁇ ⁇ g). For this reason, the reception signal transmitted through the port line 115 and the reception signal transmitted through the port line 117 are combined in the opposite phase in the port line 118.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2008-005063 relates to a phased array antenna device, and in Patent Document 1, a configuration using a rat race circuit as a circuit for synthesizing signals is shown.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-175329 discloses a configuration in which a rat race circuit is included in a feeding circuit of a phased array antenna.
  • Patent Document 3 Japanese Utility Model Publication No. 01-003307) discloses a rat race circuit in which a plurality of rat race circuits are combined.
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2007-013922 describes a configuration in which a filter provided in an antenna feed line is formed by a microstrip line.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-057099 discloses a configuration of a high-frequency transmission / reception circuit related to transmission / reception of signals such as sensors and radars.
  • the spacing between the radiating elements tends to be narrow.
  • the area in which the ⁇ / ⁇ circuit 103 (rat race circuit) can be formed in the substrate 110 on which the radiating elements are formed is becoming narrower. Therefore, when the radiating elements 111 and 112 and the ⁇ / ⁇ circuit 103 are formed on the same substrate surface (or the same layer) of the substrate 110, the radiating elements 111 and 112 and the ⁇ / ⁇ circuit 103 interfere with each other. I am worried about it.
  • the radiating elements 111 and 112 and the ⁇ / ⁇ circuit 103 are formed in different layers of the substrate 110, ⁇ in the radiation direction of the radiating element is considered in consideration of preventing deterioration of the radiation characteristics of the antenna.
  • the formation region of the / ⁇ circuit 103 preferably does not overlap.
  • the ⁇ / ⁇ circuit 103 (rat race circuit) on a substrate different from the substrate 110 (the ⁇ / ⁇ circuit 103 is a separate component).
  • the ⁇ / ⁇ circuit 103 (the rat race circuit, which is a separate component, is connected to the transmission lines 105 and 106 formed on the substrate 110 by a coaxial connector.
  • the ⁇ / ⁇ circuit 103 is A measure may be considered in which the ⁇ / ⁇ circuit 103 (magic T) is formed on a substrate surface of the substrate 110 opposite to the surface on which the radiation elements 111 and 112 are formed, instead of the rat race circuit.
  • the present invention has been made to solve the above problems. That is, the main object of the present invention is to cope with the downsizing and thinning of the device while preventing the complicated manufacturing process and cost increase of the device on which the rat race circuit is mounted, and further improving the device performance. It is to provide a circuit configuration technique that can contribute to the above.
  • the rat race circuit of the present invention comprises: A ⁇ / 4 line with a conductor pattern having an electrical length corresponding to a quarter of the wavelength ⁇ in the signal to be transmitted; A 3 ⁇ / 4 line with a conductor pattern having an electrical length corresponding to three-quarters of the wavelength ⁇ ,
  • the three ⁇ / 4 lines and the 3 ⁇ / 4 line are connected in series to form a closed loop, and the 3 ⁇ / 4 line is directed toward the inside of the region surrounded by the closed loop.
  • connection portion between the lines forming the closed loop is further connected to a terminal line through which the signal is input and output, and in each connection portion, the ⁇ / connected to the terminal line from the terminal line.
  • the extension directions of the lines respectively directed to the four lines or the two lines that are the 3 ⁇ / 4 lines have a configuration that is line symmetric with respect to the center line of the line width in the terminal line.
  • the antenna device of the present invention is A plurality of radiating elements formed on a common substrate and having a conductor pattern for transmitting and receiving signals; A circuit for synthesizing a reception signal by the radiating element, The circuit is the rat race circuit of the present invention.
  • the method for forming the rat race circuit of the present invention comprises: Three ⁇ / 4 lines with a conductor pattern having an electrical length corresponding to a quarter of the wavelength ⁇ in the signal to be transmitted, and an electrical length corresponding to the three quarters of the wavelength ⁇
  • a 3 ⁇ / 4 line with a conductor pattern with a closed loop by being connected in series The 3 ⁇ / 4 line has a line part that enters toward the inner side of the region surrounded by the closed loop, and the line part is open on the entry side and wider on the back side than the opening interval.
  • a terminal line for inputting and outputting the signal is further connected, and the ⁇ / 4 line or the 3 ⁇ / 4 line connected from the terminal line to the terminal line.
  • the extending directions of the lines respectively facing the two lines are line symmetric with the center line of the line width in the terminal line as the symmetric center line.
  • the present invention can cope with the downsizing and thinning of the device while preventing the complicated manufacturing process and cost increase of the device (for example, antenna device) on which the rat race circuit is mounted, and further improving the device performance. Can contribute.
  • FIG. 10 is a model diagram showing still another embodiment of the incorporation mode in which the rat race circuit is incorporated in the antenna device. It is a model figure explaining a rat race circuit.
  • FIG. 1A is a model diagram showing a rat race circuit according to the first embodiment of the present invention.
  • the rat race circuit 1 includes three ⁇ / 4 lines 3 to 5, a 3 ⁇ / 4 line 6, and four terminal lines 10 to 13. Note that ⁇ is the wavelength of the signal transmitted through the line.
  • the ⁇ / 4 lines 3 to 5 are each formed by a conductor pattern having an electrical length corresponding to a quarter of the wavelength ⁇ in the signal to be transmitted.
  • the 3 ⁇ / 4 line 6 is formed of a conductor pattern having an electrical length corresponding to three-quarters of the wavelength ⁇ .
  • the 3 ⁇ / 4 line 6 has an incoming line part 7.
  • ⁇ / 4 lines 3 to 5 and 3 ⁇ / 4 line 6 are connected in series (continuous) to form a closed loop 8.
  • the incoming line portion 7 in the 3 ⁇ / 4 line 6 enters the inside of the region surrounded by the closed loop 8.
  • the entry line portion 7 is opened on the entry entry side (see portion A shown in FIG. 1), and the entry back side (see portion B shown in FIG. 1) is wider than the opening interval. It is formed in an annular shape.
  • the term “annular” refers to a shape surrounding a certain region, and the incoming line portion 7 is not limited to a circular shape.
  • the terminal lines 10 to 13 are lines for inputting signals to the lines 3 to 6 or outputting signals from the lines 3 to 6 (lines to which signals flowing in the lines 3 to 6 are input and output).
  • the terminal lines 10 to 13 are connected to the connection portions 15 to 18 of the lines 3 to 6 in a one-to-one relationship.
  • FIG. 1B is a model diagram showing an enlarged partial region including the connecting portions 15 (16 to 18) in the rat race circuit 1.
  • FIG. 1B In each of the connection portions 15 to 18, the extending directions ⁇ and ⁇ directed from the terminal line 10 (11 to 13) to the two lines 3 and 4 connected to the terminal line 10 are center lines of the line width in the terminal line 10. Line symmetry with O 10 as the center line of symmetry.
  • the rat race circuit 1 of the first embodiment is configured as described above.
  • the rat race circuit 1 can be incorporated in the antenna device 100 as, for example, a ⁇ / ⁇ circuit 103 shown in FIG.
  • the lines 3 to 6 and 10 to 13 constituting the rat race circuit 1 are formed on the substrate surface of the substrate 110.
  • the terminal line 10 is connected to a transmission line 107 that functions as a ⁇ port
  • the terminal line 12 is connected to a transmission line 108 that functions as a ⁇ port.
  • the terminal lines 11 and 13 are connected to transmission lines 106 and 105, respectively.
  • the radiating elements 111 and 112 may be formed on the substrate surface of the substrate 110, or may be formed on a layer different from the formation surface (formation layer) of the ⁇ / ⁇ circuit 103 on the substrate 110. is there. That is, the layer in which the radiation elements 111 and 112 are formed on the substrate 110 is not limited.
  • the received signal of the first array antenna 101 is input through the terminal line 13, and the received signal of the second array antenna 102 is input through the terminal line 11.
  • the phase of the reception signal input from the first array antenna 101 to the terminal line 13 and the reception signal input from the second array antenna 102 to the terminal line 11 are in phase.
  • the rat race circuit 1 outputs a signal obtained by synthesizing the reception signal of the first array antenna 101 and the reception signal of the second array antenna 102 in phase with each other through the terminal line 10.
  • the rat race circuit 1 outputs a signal obtained by synthesizing the reception signals of the first array antenna 101 and the reception signals of the second array antenna 102 in opposite phases through the terminal line 12.
  • the rat race circuit 1 according to the first embodiment and the antenna device 100 including the same can obtain the following effects by including the above-described configuration. That is, in the rat race circuit shown in FIG. 13, the area of the ring-shaped line 119 formation area (that is, the area surrounded by the ring-shaped line 119) (hereinafter also referred to as a non-intrusive shape area) is 9 ⁇ ⁇ 2 ⁇ (16 ⁇ ⁇ ) ⁇ 0.179 ⁇ ⁇ 2 .
  • the area (hereinafter referred to as a quadrilateral region having the lines 3 to 5 and a part of the line 6 as sides) of the lines 3 to 6 (that is, the following) Can be expressed as ⁇ 2 ⁇ 16 ⁇ 0.0625 ⁇ ⁇ 2 .
  • the area of the shape with entry is about one third of the area of the shape without entry shown in FIG.
  • the rat race circuit 1 of the first embodiment can be made smaller than the rat race circuit shown in FIG.
  • the rat race circuit 1 can be reduced in size, the substrate can be prevented from overlapping with the radiating elements 111 and 112 while avoiding an increase in the size of the substrate 110 of the antenna device 100 (upsizing in the direction in which the substrate surface expands). The effect that it can form in 110 can be acquired. This prevents the problem that the number of layers of the substrate 110 must be increased in order to form the rat race circuit 1, the problem of complication of the manufacturing process of the antenna device 100, and the problem of an increase in cost.
  • the two lines 3 connected to the terminal lines 10 (11 to 13) are connected to the terminal lines 10 (11 to 13) as shown in FIG.
  • the extending directions ⁇ and ⁇ of 4 are symmetrical with respect to the center line O 10 of the terminal line 10. Therefore, for example, when the received signal of the first array antenna 101 is shunted from the terminal line 13 to the ⁇ / 4 line 3 and the 3 ⁇ / 4 line 6, the received signal is the ⁇ / 4 line 3 and the 3 ⁇ / 4 line. Divide evenly into 6. The same applies to the reception signal of the second array antenna 102, and the reception signal is divided into the ⁇ / 4 line 4 and the 3 ⁇ / 4 line 6 almost equally.
  • the rat race circuit 1 can output an accurate signal synthesis result. In other words, if the amount of signal to be synthesized is poor, a situation where the signal level that would have been zero by canceling out the signal would not be canceled out but would be output at a level deviating from zero. To do. Such a situation causes deterioration of the performance of the antenna device 100. On the other hand, the rat race circuit 1 can avoid such a situation because the amount of signals to be synthesized is well balanced. That is, the rat race circuit 1 can improve the performance of the antenna device 100.
  • the rat race circuit 1 can cope with the reduction in size and thickness of the antenna device 100 while preventing the manufacturing process of the antenna device 100 from being complicated and the cost from being increased. It can contribute to improvement.
  • FIG. 2A is a model diagram showing the rat race circuit 1 of the second embodiment together with the radiation element of the antenna device. Similar to the first embodiment, the rat race circuit 1 of the second embodiment has three ⁇ / 4 lines 3 to 5, a 3 ⁇ / 4 line 6, and four terminal lines 10 to 13. is doing. Further, the 3 ⁇ / 4 line 6 has an incoming line part 7. The incoming line portion 7 has a circular ring shape in the first embodiment, whereas it has a quadrangular ring shape in the second embodiment.
  • the rat race circuit 1 of the second embodiment is incorporated as the ⁇ / ⁇ circuit 103 in the antenna device 100 shown in FIG. That is, the lines 3 to 6 and 10 to 13 constituting the rat race circuit 1 are formed on the same substrate surface of the common substrate 110 as the radiation elements 111 and 112 of the antenna device 100. That is, the lines 3 to 6 constituting the closed loop are formed in the gap between the four radiating elements 111 and 112 arranged in a matrix.
  • the terminal lines 10 to 13 are formed in a linear manner in the gap between the two radiating elements.
  • the radiating elements 111 and 112 have a microstrip line mode.
  • Each of the lines 3 to 6 and 10 to 13 of the rat race circuit 1 is also provided with a microstrip line mode, like the radiating elements 111 and 112.
  • the terminal line 13 in the rat race circuit 1 is connected to the transmission line 105 of the first array antenna 101, and the terminal line 11 is connected to the transmission line 106 of the second array antenna 102, respectively.
  • a received signal input to the terminal line 13 from the first array antenna 101 (transmission line 105) and a received signal input to the terminal line 11 from the second array antenna 102 (transmission line 106). are in phase.
  • the signal output from the terminal line 10 is a signal in which the reception signal of the first array antenna 101 and the reception signal of the second array antenna 102 are combined in phase.
  • the terminal line 10 is connected to the transmission line ( ⁇ port) 107.
  • the signal output from the terminal line 12 is a signal obtained by combining the reception signal of the first array antenna 101 and the reception signal of the second array antenna 102 in opposite phases.
  • the terminal line 12 is connected to the transmission line ( ⁇ port) 108.
  • connection portions 15 to 18 With respect to the connection portions 15 to 18, the interval between adjacent connection portions is equal or substantially equal. Further, as shown in FIG. 2B, the straight line La connecting the connection portions 15 and 17 facing each other and the straight line Lb connecting the connection portions 16 and 18 are orthogonal to each other.
  • the rest of the configuration of the rat race circuit 1 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and a duplicate description thereof is omitted.
  • the 3 ⁇ / 4 line 6 has the entry line part 7, and the entry line part 7 is located inside the area surrounded by the closed loop 8. A mode of entering is provided.
  • the rat race circuit 1 of 2nd Embodiment can reduce the formation area (occupied area) of the said circuit 1 similarly to 1st Embodiment. Thereby, the rat race circuit 1 can cope with the downsizing and thinning of the antenna device 100 while preventing the manufacturing process of the antenna device 100 in which the circuit 1 is incorporated from being complicated and cost increase.
  • rat race circuits 25 and 26 show rat race circuits 25 and 26 as comparative examples to be compared with the rat race circuit 1 of the second embodiment, respectively. These rat race circuits 25 and 26 have a mode in which the 3 ⁇ / 4 line 6 does not have the entry line part 7.
  • connection portions 15 to 18 are arranged at the same positions as the connection portions 15 to 18 of the rat race circuit 1.
  • the 3 ⁇ / 4 line 6 may enter the region where the radiating element 111 is formed. is there. That is, there is a risk that the 3 ⁇ / 4 line 6 and the radiating element 111 interfere with each other.
  • each ⁇ / 4 line 3-5 can have an electrical length corresponding to ⁇ / 4
  • the 3 ⁇ / 4 line 6 can have an electrical length corresponding to 3 ⁇ / 4.
  • the arrangement positions of the connection portions 15 to 18 are set. The arrangement positions of the connection parts 16 to 18 are deviated from the arrangement positions of the connection parts 16 to 18 of the rat race circuit 1. For this reason, the terminal lines 11 to 13 connected to the connection parts 16 to 18 have a portion k that makes a detour toward the connection parts 16 to 18. This part k may interfere with the radiation elements 111 and 112.
  • the rat race circuit 1 of the second embodiment can avoid such a problem.
  • the rat race circuit 1 of the second embodiment has two lines 3 and 4 connected to the terminal lines 10 (11 to 13) at the connection portions 15 to 18 as shown in FIG. 1B.
  • the extending directions ⁇ and ⁇ are symmetrical with respect to the center line O 10 of the terminal line 10.
  • the rat race circuit 1 of 2nd Embodiment can also contribute to the improvement of the performance of the antenna apparatus 100 similarly to 1st Embodiment.
  • the inventor has confirmed the effect by experiments.
  • the inventor outputs an output from the rat race circuit 1 to the transmission line ( ⁇ port) 108 when the rat race circuit 1 of the second embodiment is incorporated as the ⁇ / ⁇ circuit 103 in the antenna device 100. Measuring the signal.
  • the present inventor has a transmission line ( ⁇ port) 108 from the rat race circuit 25 when the rat race circuit 25 of the mode shown in FIG. 5 is incorporated in the antenna device 100 as the ⁇ / ⁇ circuit 103. Measure the output signal to.
  • the conditions other than the rat race circuit are the same.
  • FIG. 3 is a graph showing experimental results when the rat race circuit 1 is incorporated.
  • FIG. 4 is a graph showing experimental results when the rat race circuit 25 is incorporated.
  • the horizontal axis represents frequency
  • the vertical axis represents reflection loss.
  • the solid line R is a reflection loss according to the ratio of the signal level (output power) output from the terminal line 10 to the transmission line ( ⁇ port) 108 with respect to the signal level (input power) input to the terminal lines 11 and 13; It represents the relationship with frequency.
  • the ⁇ port of the rat race circuit 1 in the communication frequency band (here, 9.4 GHz band) in the antenna device 100 As shown in FIG. 3, by using the rat race circuit 1 of the second embodiment, the ⁇ port of the rat race circuit 1 in the communication frequency band (here, 9.4 GHz band) in the antenna device 100.
  • the reflection loss at ⁇ 35 dB is a good result of ⁇ 35 dB or less.
  • the reflection loss at the ⁇ port of the rat race circuit 25 is about ⁇ 15 dB.
  • the rat race circuit 1 may have a shape as shown in FIG. 7 or FIG.
  • the straight line connecting the connection portions 15 and 17 facing each other and the straight line connecting the connection portions 16 and 18 are:
  • the relationship is orthogonal.
  • the interval between adjacent connecting portions is equal or substantially equal.
  • the configuration related to the symmetry of the two lines connected to the terminal line is the same as that of the second embodiment.
  • the rat race circuit 1 may be incorporated in an antenna device 130 as shown in FIG.
  • the antenna device 130 includes a first array antenna 131, a second array antenna 132, a third array antenna 133, a fourth array antenna 134, and three ⁇ / ⁇ circuits 135 to 137.
  • the antenna device 130 is incorporated in a radar capable of tracking in the azimuth and elevation directions, for example.
  • the first to fourth array antennas 131 to 134 have the same configuration as the first and second array antennas 101 and 102 of the antenna device 100.
  • the ⁇ / ⁇ circuit 135 has a function of outputting a signal obtained by synthesizing the reception signal of the first array antenna 131 and the reception signal of the second array antenna 132 in phase to the ⁇ / ⁇ circuit 136 through the transmission line 138. Yes. Further, the ⁇ / ⁇ circuit 135 has a function of outputting, to the transmission line 142, a signal obtained by combining the reception signals of the first array antenna 131 and the reception signals of the second array antenna 132 in opposite phases.
  • the ⁇ / ⁇ circuit 137 has a function of outputting a signal obtained by synthesizing the reception signal of the third array antenna 133 and the reception signal of the fourth array antenna 134 in phase to the ⁇ / ⁇ circuit 136 through the transmission line 139. Yes. Further, the ⁇ / ⁇ circuit 137 has a function of outputting, to the transmission line 143, a signal obtained by combining the reception signals of the third array antenna 133 and the reception signals of the fourth array antenna 134 in opposite phases. Signals transmitted through the transmission lines 142 and 143 are combined in the transmission line ( ⁇ port) 144 and output to the outside.
  • the ⁇ / ⁇ circuit 136 has a function of outputting a signal obtained by synthesizing output signals from the ⁇ / ⁇ circuits 135 and 137 in the same phase toward the transmission line ( ⁇ port) 140. Further, the ⁇ / ⁇ circuit 136 has a function of outputting a signal obtained by synthesizing the output signals from the ⁇ / ⁇ circuits 135 and 137 in reverse phase toward the transmission line ( ⁇ port) 141.
  • the first to fourth array antennas 131 to 134 face the front of the detection target (target). It is.
  • the third and fourth array antennas 133 and 134 are detected (targeted) rather than the first and second array antennas 131 and 132. ) Away from or approaching.
  • the first and second array antennas 131 and 132 and the third and fourth array antennas 133 and 134 are shifted in the perspective direction with respect to the detection target (target). State.
  • the first to fourth array antennas 131 to 134 are in a state of facing the detection target (target).
  • the second and fourth array antennas 132 and 134 are detected (targeted) rather than the first and third array antennas 131 and 133. ) Away from or approaching.
  • the first and third array antennas 131 and 133 and the second and fourth array antennas 132 and 134 are shifted in the perspective direction with respect to the detection target (target). State.
  • the rat race circuit 1 of each of the first and second embodiments can be applied to each of the ⁇ / ⁇ circuits 135 to 137.
  • the rat race circuit 1 may be applied to all of the ⁇ / ⁇ circuits 135 to 137, or the rat race circuit 1 may be applied to any one or two of the ⁇ / ⁇ circuits 135 to 137. May be.
  • the ⁇ / ⁇ circuits 135 and 137 are directed toward the ⁇ / ⁇ circuit 136, respectively. It is preferable that the level of the output signal is balanced.
  • the ⁇ / ⁇ circuits 135 and 137 have the same circuit configuration.
  • the rat race circuit 1 is preferably applied to the ⁇ / ⁇ circuit 137 (135).
  • the phases of the received signals input from the first and second array antennas 101 and 102 to the terminal lines 11 and 13 of the rat race circuit 1 are the same.
  • the terminal line 10 is connected to the transmission line ( ⁇ port) 107 of the antenna device 100
  • the terminal line 12 is connected to the transmission line ( ⁇ port) 108 of the antenna device 100.
  • the phases of the received signals input to the terminal lines 11 and 13 may be opposite to each other.
  • the signal output from the terminal line 10 is a signal obtained by combining the reception signal of the first array antenna 101 and the reception signal of the second array antenna 102 in opposite phases.
  • the terminal line 10 is connected to the transmission line ( ⁇ port) 108 as shown in FIG.
  • the signal output from the terminal line 12 is a signal obtained by combining the reception signal of the first array antenna 101 and the reception signal of the second array antenna 102 in the same phase.
  • the terminal line 12 is connected to the transmission line ( ⁇ port) 107. That is, in the example of FIG. 11, the rat race circuit 1 is incorporated into the antenna device 100 in a mode in which the rat race circuit 1 is half-rotated from the state shown in FIG. 2A.
  • the rat race circuit 1 may be incorporated in the antenna device 100 in the form shown in FIG. 12 instead of the form shown in FIG. 11. That is, the form shown in FIG. 12 is a form in which the ⁇ / 4 line 5 and the 3 ⁇ / 4 line 6 shown in FIG. 11 are interchanged. Also in the configuration of FIG. 12, when signals having opposite phases are input to the terminal lines 11 and 13, the signal synthesized in the same phase is transmitted from the terminal line 12 to the transmission line ( ⁇ port) as in FIG. It is output to 107. In addition, a signal synthesized in reverse phase is output from the terminal line 10 to the transmission line ( ⁇ port) 108.
  • the rat race circuit 1 functions similarly even if the ⁇ / 4 line 5 and the 3 ⁇ / 4 line 6 are interchanged. From this, when the in-phase signal is input to the terminal lines 11 and 13, the rat race circuit 1 has the ⁇ / 4 lines 5 and 3 ⁇ shown in FIG. 1A, FIG. 2A, FIG. 7 and FIG. / 4 Line 6 may be replaced with the antenna device.
  • the rat race circuit of the present invention includes an ⁇ / ⁇ circuit (combining circuit) that constitutes an antenna device capable of transmitting and receiving right-handed circularly polarized wave and left-handed circularly polarized wave, and an antenna device capable of transmitting and receiving linearly polarized waves orthogonal to each other. ). Furthermore, the rat race circuit of the present invention can be applied to devices other than the antenna device.
  • the present invention is a technique that can be applied to various devices including an array antenna, and can be developed in various fields.

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Abstract

　ラットレース回路が搭載される装置の製造工程の煩雑化およびコスト増加を防止しつつ、装置の小型化および薄型化に対応でき、さらに、装置性能の向上に寄与する技術を提供する。ラットレース回路１を構成する３λ/４線路６は入り込み線路部位７を有する。入り込み線路部位７は、λ/４線路３～５と３λ/４線路６により構成される閉ループ８によって囲まれた領域の内側に向けて入り込んでいる。線路３～６の各接続部１５～１８において、端子線路１０（１１～１３）から当該端子線路１０に接続する２本の線路３，４にそれぞれ向かう線路の伸長方向α、βは、端子線路１０における線路幅の中心線Ｏ10を対称中心線とした線対称となっている。

Description

ラットレース回路、アンテナ装置およびラットレース回路の形成方法
　本発明は、伝送線路により構成される回路構成に係る技術に関する。
　図１０はアンテナ装置の一例を模式的に表している。このアンテナ装置１００は、第１アレーアンテナ１０１と、第２アレーアンテナ１０２と、Σ/Δ回路１０３と、伝送線路１０５～１０８とを有している。
　第１アレーアンテナ１０１は、基板（例えば、誘電体基板）１１０と、当該基板１１０に形成された導体パターンによる複数の放射素子１１１とを有している。ここでは、それら放射素子１１１のパターンは、同様な形状および同様な大きさを有し、マトリックス状に基板１１０に配置されている。
　第２アレーアンテナ１０２は、第１アレーアンテナ１０１と同様な構成を有し、当該第１アレーアンテナ１０１に並設されている。つまり、第２アレーアンテナ１０２は、第１アレーアンテナ１０１と共通の基板１１０に複数の同様な放射素子１１２がマトリックス状に配置された構成を備えている。
　伝送線路１０５は、第１アレーアンテナ１０１の各放射素子１１１をΣ/Δ回路１０３に電気的に接続する線路（給電線路）である。当該伝送線路１０５は、各放射素子１１１で受信した電波に応じた受信信号（以下、第１アレーアンテナ１０１の受信信号Ｓ１とも記す）をΣ/Δ回路１０３に伝送する機能を備えている。伝送線路１０６は、第２アレーアンテナ１０２の各放射素子１１２をΣ/Δ回路１０３に電気的に接続する線路（給電線路）である。当該伝送線路１０６は、各放射素子１１２で受信した電波に応じた受信信号（以下、第２アレーアンテナ１０２の受信信号Ｓ２とも記す）をΣ/Δ回路１０３に伝送する機能を備えている。
　Σ/Δ回路１０３は、第１アレーアンテナ１０１の受信信号Ｓ１と、第２アレーアンテナ１０２の受信信号Ｓ２とを同相で合成する回路構成と、それら受信信号Ｓ１，Ｓ２を逆相で合成する回路構成とを備えている。伝送線路１０７は、Σ/Δ回路１０３から、受信信号Ｓ１，Ｓ２が同相で合成された信号を出力する線路（Σポート）である。伝送線路１０８は、Σ/Δ回路１０３から、受信信号Ｓ１，Ｓ２が逆相で合成された信号を出力する線路（Δポート）である。
　上記のように構成されているアンテナ装置１００は、例えば、レーダに使用される。アンテナ装置１００では、伝送線路１０８から出力する信号に基づいて、レーダの探知（追尾）対象（目標物）に対するアンテナ装置１００の向きを検知することができる。すなわち、伝送線路（Δポート）１０８から出力する信号のレベルが低い場合には、第１アレーアンテナ１０１と第２アレーアンテナ１０２との受信信号Ｓ１，Ｓ２は同相か、あるいは、それら受信信号の位相ずれが小さい状態である。つまり、第１アレーアンテナ１０１と第２アレーアンテナ１０２は、レーダの探知対象（目標物）に正面を向けている状態である。反対に、伝送線路（Δポート）１０８から出力する信号のレベルが高い場合には、第１アレーアンテナ１０１と第２アレーアンテナ１０２との受信信号Ｓ１，Ｓ２の位相ずれが大きい状態である。この場合には、第１アレーアンテナ１０１と第２アレーアンテナ１０２とは、レーダの探知対象（目標物）に対して遠近方向にずれている状態である。
　ところで、Σ/Δ回路１０３として、図１３に表されるようなラットレース回路が用いられることがある。このラットレース回路は、例えば、基板１１０の基板面に形成される線路（導体パターン）により構成される。つまり、当該ラットレース回路は、ポート（端子）として機能する４本のポート線路１１５～１１８と、これらポート線路１１５～１１８に共通に接続するリング状線路１１９とを有している。図１３の例では、リング状線路１１９は、線路１２０～１２３に区分することができる。線路１２０は、ポート線路１１５，１１６がそれぞれ接続している接続部間の線路である。線路１２１は、ポート線路１１６，１１７がそれぞれ接続している接続部間の線路である。線路１２２は、ポート線路１１７，１１８がそれぞれ接続している接続部間の線路である。線路１２３は、ポート線路１１８，１１５がそれぞれ接続している接続部間の線路である。線路１２０はλg/４線路として機能する。つまり、線路１２０は、ポート線路を伝送する信号（第１と第２のアレーアンテナ１０１，１０２の受信信号Ｓ１，Ｓ２）の波長λgの４分の１に応じた電気的な長さ（電気長）を有する。同様に、線路１２１および線路１２２もλg/４線路として機能する。線路１２３は３λg/４線路として機能する。
　例えば、図１３に表されるラットレース回路を図１０に表されるアンテナ装置１００のΣ/Δ回路１０３に適用する場合には、ポート線路１１５は伝送線路１０５に接続され、ポート線路１１７は伝送線路１０６に接続される。また、ポート線路１１６は伝送線路（Σポート）１０７に接続され、ポート線路１１８は伝送線路（Δポート）１０８に接続される。
　リング状線路１１９において、上記の如く、ポート線路１１５，１１６間の線路１２０と、ポート線路１１６，１１７間の線路１２１とは同様な線路長である。このため、ポート線路１１５を伝送する受信信号と、ポート線路１１７を伝送する受信信号とは、ポート線路１１６において同相で合成される。また、ポート線路１１５，１１８間の線路１２３と、ポート線路１１７，１１８間の線路１２２とには、半波長（（１/２）×λg）分の線路長の差がある。このため、ポート線路１１５を伝送する受信信号と、ポート線路１１７を伝送する受信信号とは、ポート線路１１８において逆相で合成される。
　特許文献１（特開２００８－００５０６３号公報）はフェーズドアレイアンテナ装置に関し、当該特許文献１には、信号を合成する回路としてラットレース回路を利用する構成が表されている。特許文献２（特開２０１２－１７５３２９号公報）には、フェーズドアレイアンテナの給電回路にラットレース回路が含まれている構成が表されている。特許文献３（実開平０１－００３３０７号公報）には、複数のラットレース回路を組み合わせたラットレース回路が表されている。特許文献４（特開２００７－０１３９２２号公報）には、アンテナの給電線に介設されているフィルターをマイクロストリップ線路により形成する構成が表されている。特許文献５（特開２０１０－０５７０９９号公報）には、センサやレーダ等の信号の送受信に関わる高周波送受信回路の構成が表されている。
特開２００８－００５０６３号公報 特開２０１２－１７５３２９号公報 実開平０１－００３３０７号公報 特開２００７－０１３９２２号公報 特開２０１０－０５７０９９号公報
　ところで、アンテナの電気的性能の確保のため、放射素子間の間隔が狭くなる傾向にある。これにより、放射素子を形成する基板１１０において、Σ/Δ回路１０３（ラットレース回路）を形成することが可能な領域が狭くなってきている。このため、放射素子１１１，１１２とΣ/Δ回路１０３とが基板１１０の同じ基板面（あるいは同じ層）に形成される場合には、放射素子１１１，１１２とΣ/Δ回路１０３とが互いに干渉してしまうことが懸念される。また、放射素子１１１，１１２とΣ/Δ回路１０３とが基板１１０の互いに異なる層に形成される場合には、アンテナの放射特性の悪化を防止することを考慮すると、放射素子の放射方向にΣ/Δ回路１０３の形成領域がオーバーラップしないことが好ましい。
　このような事情を考慮した対策としては、例えば、Σ/Δ回路１０３（ラットレース回路）を基板１１０とは別の基板に形成する（Σ/Δ回路１０３を別部品とする）ことが考えられる。この場合には、別部品であるΣ/Δ回路１０３（ラットレース回路は、例えば、基板１１０に形成されている伝送線路１０５，１０６に同軸コネクタによって接続される。あるいは、Σ/Δ回路１０３をラットレース回路ではなく、導波管により構成し、当該Σ/Δ回路１０３（マジックＴ）を、基板１１０における放射素子１１１，１１２の形成面とは反対側の基板面に設ける対策も考えられる。
　しかしながら、放射素子１１１，１１２とΣ/Δ回路１０３を基板１１０の別々の層に形成する手法や、Σ/Δ回路１０３を別部品とする手法や、Σ/Δ回路１０３を導波管により構成する手法では、次のような問題が発生する。つまり、それらのような手法は、アンテナ装置の製造工程が煩雑化するという問題や、アンテナ装置のコストが増加するという問題や、アンテナ装置の小型化および薄型化を妨げるという問題等を招く。
　本発明は上記課題を解決するためになされている。すなわち、本発明の主な目的は、ラットレース回路が搭載される装置の製造工程の煩雑化およびコスト増加を防止しつつ、当該装置の小型化および薄型化に対応でき、さらに、装置性能の向上に寄与できる回路構成の技術を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明のラットレース回路は、
　伝送対象の信号における波長λの４分の１に対応する電気的な長さを持つ導体パターンによるλ/４線路と、
　前記波長λの４分の３に対応する電気的な長さを持つ導体パターンによる３λ/４線路とを有し、
　３本の前記λ/４線路と、前記３λ/４線路とは、一連に接続されることによって、閉ループを形成し、前記３λ/４線路は、その閉ループによって囲まれた領域の内側に向けて入り込む線路部位を有し、当該線路部位は、入り込み入側が開口し、かつ、入り込み奥側が前記開口間隔よりも広がっている領域の縁部に沿うような環状に形成されており、
　前記閉ループを形成している前記線路間の各接続部には、前記信号が入出力する端子線路がさらに接続されており、各接続部において、前記端子線路から当該端子線路に接続する前記λ/４線路あるいは前記３λ/４線路である２本の線路にそれぞれ向かう線路の伸長方向は、前記端子線路における線路幅の中心線を対称中心線とした線対称である構成を有している。
　本発明のアンテナ装置は、
　共通の基板に形成され信号を送受信する導体パターンによる複数の放射素子と、
　前記放射素子による受信信号を合成する回路とを有し、
　前記回路は、上記本発明のラットレース回路である。
　本発明のラットレース回路の形成方法は、
　伝送対象の信号における波長λの４分の１に対応する電気的な長さを持つ導体パターンによる３本のλ/４線路と、前記波長λの４分の３に対応する電気的な長さを持つ導体パターンによる３λ/４線路とは、一連に接続されることによって、閉ループを形成し、
　前記３λ/４線路は、その閉ループによって囲まれた領域の内側に向けて入り込む線路部位を有し、当該線路部位は、入り込み入側が開口し、かつ、入り込み奥側が前記開口間隔よりも広がっている領域の縁部に沿うような環状に形成されており、
　前記閉ループを形成している前記線路間の各接続部において、前記信号が入出力する端子線路をさらに接続し、当該端子線路から当該端子線路に接続する前記λ/４線路あるいは前記３λ/４線路である２本の線路にそれぞれ向かう線路の伸長方向は、前記端子線路における線路幅の中心線を対称中心線とした線対称である。
　本発明は、ラットレース回路が搭載される装置（例えば、アンテナ装置）の製造工程の煩雑化およびコスト増加を防止しつつ、装置の小型化および薄型化に対応でき、さらに、装置性能の向上に寄与できる。
本発明に係る第１実施形態のラットレース回路を説明する図である。 第１実施形態のラットレース回路の部分構成を説明する図である。 本発明に係る第２実施形態のラットレース回路を説明する図である。 第２実施形態のラットレース回路の部分構成を説明する図である。 第２実施形態のラットレース回路から得られる効果を説明するグラフである。 図３のグラフと比較する比較例としてのグラフである。 ３λ/４線路に入り込み線路部位を設けない場合のラットレース回路の形態例を表すモデル図である。 さらに、３λ/４線路に入り込み線路部位を設けない場合のラットレース回路の別の形態例を表すモデル図である。 本発明に係るラットレース回路のその他の実施形態例を表す図である。 さらに、本発明に係るラットレース回路のその他の実施形態例を表す図である。 ラットレース回路が組み込まれるアンテナ装置の一構成例を表すモデル図である。 ラットレース回路が組み込まれるアンテナ装置の別の構成例を表すモデル図である。 アンテナ装置にラットレース回路を組み込む組込態様のその他の実施形態を表すモデル図である。 アンテナ装置にラットレース回路を組み込む組込態様のさらに別のその他の実施形態を表すモデル図である。 ラットレース回路を説明するモデル図である。
　以下に、本発明に係る実施形態を図面を参照しつつ説明する。
　（第１実施形態）
　図１Ａは、本発明に係る第１実施形態のラットレース回路を表すモデル図である。このラットレース回路１は、３本のλ/４線路３～５と、３λ/４線路６と、４本の端子線路１０～１３とを有している。なお、λは線路を伝送する信号の波長である。
　λ/４線路３～５は、それぞれ、伝送対象の信号における波長λの４分の１に対応する電気的な長さを持つ導体パターンにより形成されている。３λ/４線路６は、波長λの４分の３に対応する電気的な長さを持つ導体パターンにより形成されている。この３λ/４線路６は、入り込み線路部位７を有している。
　λ/４線路３～５と３λ/４線路６とは、一連（一続き）に接続されることによって、閉ループ８を形成している。３λ/４線路６における入り込み線路部位７は、その閉ループ８によって囲まれた領域の内側に入り込んでいる。入り込み線路部位７は、入り込み入側が開口し（図１に表されているＡ部分を参照）、かつ、入り込み奥側（図１に表されているＢ部分を参照）が前記開口間隔よりも広がっている環状に形成されている。なお、ここでは、環状とは、或る領域を囲むような形状であり、入り込み線路部位７は円形状に限定されない。
　端子線路１０～１３は、線路３～６に信号を入力する、あるいは、線路３～６から信号を出力する線路（線路３～６に流れる信号が入出力する線路）である。各端子線路１０～１３は、線路３～６の各接続部１５～１８に、一対一の関係をもって接続されている。
　図１Ｂは、ラットレース回路１において、接続部１５（１６～１８）を含む部分的な領域を拡大して表すモデル図である。各接続部１５～１８において、端子線路１０（１１～１３）から当該端子線路１０に接続する２本の線路３，４にそれぞれ向かう伸長方向α、βは、端子線路１０における線路幅の中心線Ｏ10を対称中心線とした線対称である。
　第１実施形態のラットレース回路１は上記のように構成されている。このラットレース回路１は、例えば、図１０に表されるΣ/Δ回路１０３としてアンテナ装置１００に組み込むことができる。この場合には、ラットレース回路１を構成する線路３～６，１０～１３は、基板１１０の基板面に形成される。また、端子線路１０はΣポートとして機能する伝送線路１０７に接続され、端子線路１２はΔポートとして機能する伝送線路１０８に接続される。さらに、端子線路１１，１３は、それぞれ、伝送線路１０６，１０５に接続される。なお、放射素子１１１，１１２は、基板１１０の基板面に形成されている場合もあるし、基板１１０においてΣ/Δ回路１０３の形成面（形成層）とは異なる層に形成されている場合もある。つまり、基板１１０における放射素子１１１，１１２が形成される層は限定されない。
　このようにアンテナ装置１００に組み込まれたラットレース回路１において、第１アレーアンテナ１０１の受信信号は端子線路１３を通って入力し、第２アレーアンテナ１０２の受信信号は端子線路１１を通って入力する。ここでは、第１アレーアンテナ１０１から端子線路１３に入力する受信信号と第２アレーアンテナ１０２から端子線路１１に入力する受信信号との位相は同相とする。この場合には、ラットレース回路１は、第１アレーアンテナ１０１の受信信号と第２アレーアンテナ１０２の受信信号とを同相でもって合成した信号を端子線路１０を通して出力する。また、ラットレース回路１は、第１アレーアンテナ１０１の受信信号と第２アレーアンテナ１０２の受信信号とを逆相でもって合成した信号を端子線路１２を通して出力する。
　この第１実施形態のラットレース回路１およびそれを備えたアンテナ装置１００は上記のような構成を備えることによって、次のような効果を得ることができる。すなわち、図１３に表されるラットレース回路では、リング状線路１１９の形成領域（つまり、リング状線路１１９により囲まれている領域）の面積（以下、入り込み無し形状の面積とも記す）は、９×λ2÷（１６×π）≒０．１７９×λ2と表すことができる。
　これに対し、第１実施形態のラットレース回路１では、線路３～６の形成領域（つまり、線路３～５と線路６の一部とを辺として持つ四角形状の領域）の面積（以下、入り込み有り形状の面積とも記す）は、λ2÷１６≒０．０６２５×λ2と表すことができる。この入り込み有り形状の面積は、図１３に表される入り込み無し形状の面積の３分の１程度となっている。
　すなわち、第１実施形態のラットレース回路１は、図１３に表されるラットレース回路よりも小型化が可能である。また、ラットレース回路１は、小型化できるので、アンテナ装置１００の基板１１０の大型化（基板面が拡大する方向の大型化）を回避しつつ、放射素子１１１，１１２とオーバーラップすることなく基板１１０に形成できるという効果を得ることができる。これにより、ラットレース回路１を形成するために基板１１０の層数を増加しなければならないという問題や、アンテナ装置１００の製造工程の煩雑化の問題や、コスト増加の問題が防止される。
　さらに、この第１実施形態のラットレース回路１においては、接続部１５～１８において、図１Ｂに表されるように、端子線路１０（１１～１３）に接続している２本の線路３，４の伸長方向α、βは、端子線路１０の中心線Ｏ10に対して線対称である。このため、例えば、第１アレーアンテナ１０１の受信信号が端子線路１３からλ/４線路３と３λ/４線路６とに分流する際に、受信信号は、λ/４線路３と３λ/４線路６とにほぼ等分に分流する。第２アレーアンテナ１０２の受信信号に関しても同様であり、当該受信信号は、λ/４線路４と３λ/４線路６とにほぼ等分に分流する。これにより、端子線路１０，１２において合成される第１と第２のアレーアンテナ１０１，１０２の信号量のバランスが良くなる。これにより、ラットレース回路１は、精度の良い信号の合成結果を出力できる。つまり、合成される信号量のバランスが悪い場合には、本来なら相殺されることによって信号レベルがゼロとなるはずのところが相殺されずにゼロからずれたレベルの信号が出力されるという事態が発生する。このような事態は、アンテナ装置１００の性能の悪化を招く。これに対し、ラットレース回路１は、合成される信号量のバランスが良いので、そのような事態を回避できる。すなわち、ラットレース回路１は、アンテナ装置１００の性能向上を図ることができる。
　よって、第１実施形態のラットレース回路１は、アンテナ装置１００の製造工程の煩雑化およびコスト増加を防止しつつ、アンテナ装置１００の小型化および薄型化に対応でき、さらに、アンテナ装置１００の性能の向上に寄与できる。
　（第２実施形態）
　以下に、本発明に係る第２実施形態を説明する。なお、第２実施形態の説明において、第１実施形態と同一の名称部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
　図２Ａは、第２実施形態のラットレース回路１をアンテナ装置の放射素子と共に表すモデル図である。この第２実施形態のラットレース回路１は、第１実施形態と同様に、３本のλ/４線路３～５と、３λ/４線路６と、４本の端子線路１０～１３とを有している。また、３λ/４線路６は、入り込み線路部位７を有している。この入り込み線路部位７は、第１実施形態では円形の環状であるのに対して、第２実施形態では四角形の環状となっている。
　この第２実施形態のラットレース回路１は、例えば、図１０に表されるアンテナ装置１００にΣ/Δ回路１０３として組み込まれている。すなわち、ラットレース回路１を構成する各線路３～６，１０～１３は、アンテナ装置１００の放射素子１１１，１１２と共通の基板１１０の同じ基板面に形成されている。つまり、閉ループを構成する線路３～６は、マトリックス状に配置された４つの放射素子１１１，１１２間の間隙に形成されている。端子線路１０～１３は、２つの放射素子間の間隙に、直線状の態様で形成されている。ここでは、放射素子１１１，１１２はマイクロストリップ線路の態様を備えている。ラットレース回路１の各線路３～６，１０～１３も、放射素子１１１，１１２と同様に、マイクロストリップ線路の態様を備えている。
　また、ラットレース回路１における端子線路１３は、第１アレーアンテナ１０１の伝送線路１０５に、また、端子線路１１は、第２アレーアンテナ１０２の伝送線路１０６に、それぞれ接続されている。ここでは、第１実施形態と同様に、第１アレーアンテナ１０１（伝送線路１０５）から端子線路１３に入力する受信信号と第２アレーアンテナ１０２（伝送線路１０６）から端子線路１１に入力する受信信号との位相は同相とする。これにより、端子線路１０から出力する信号は、第１アレーアンテナ１０１の受信信号と第２アレーアンテナ１０２の受信信号とが同相でもって合成された信号となる。このことから、端子線路１０は伝送線路（Σポート）１０７に接続される。また、端子線路１２から出力する信号は、第１アレーアンテナ１０１の受信信号と第２アレーアンテナ１０２の受信信号とが逆相でもって合成された信号となる。このことから、端子線路１２は伝送線路（Δポート）１０８に接続されている。
　この第２実施形態では、接続部１５～１８に関し、隣り合う接続部間の間隔は等間隔又は略等間隔である。また、図２Ｂに表されるように、互いに向かい合う接続部１５，１７を結ぶ直線Ｌａと、接続部１６，１８を結ぶ直線Ｌｂとは、直交する関係となっている。
　この第２実施形態のラットレース回路１における上記以外の構成は、第１実施形態と同様であり、その重複説明は省略する。
　この第２実施形態のラットレース回路１は、第１実施形態と同様に、３λ/４線路６が入り込み線路部位７を有し、当該入り込み線路部位７は閉ループ８により囲まれた領域の内側に入り込む態様を備えている。このため、第２実施形態のラットレース回路１は、第１実施形態と同様に、当該回路１の形成領域（占有面積）を縮小できる。これにより、当該ラットレース回路１は、当該回路１が組み込まれるアンテナ装置１００の製造工程の煩雑化およびコスト増加を防止しつつ、アンテナ装置１００の小型化および薄型化に対応できる。
　図５および図６には、それぞれ、第２実施形態のラットレース回路１と比較する比較例としてのラットレース回路２５，２６が表されている。これらラットレース回路２５，２６は、３λ/４線路６が入り込み線路部位７を持たない態様を有している。
　図５のラットレース回路２５では、接続部１５～１８が、ラットレース回路１の接続部１５～１８と同様な位置に配置されている。この場合に、放射素子１１１，１１２間の間隔が図２に表される放射素子１１１，１１２間の間隔と同様であると、３λ/４線路６は、放射素子１１１の形成領域に入り込む虞がある。つまり、３λ/４線路６と放射素子１１１が干渉してしまうという問題が発生する虞がある。
　また、図６のラットレース回路２６では、線路３～６による閉ループ８が、放射素子１１１，１１２に干渉しないように形成されている。また、各λ/４線路３～５がλ/４に対応する電気的な長さを持ち、かつ、３λ/４線路６が３λ/４に対応する電気的な長さを持つことができるように、各接続部１５～１８の配置位置が設定されている。接続部１６～１８の配置位置は、ラットレース回路１の各接続部１６～１８の配置位置からずれている。このため、当該接続部１６～１８に接続する端子線路１１～１３は、接続部１６～１８に向けて迂曲する部位ｋを有する。この部位ｋが放射素子１１１，１１２に干渉する虞がある。
　図５および図６のラットレース回路２５，２６において発生する虞のある干渉問題を防止しようとすると、前述したような、アンテナ装置１００の小型化や薄型化を妨げる問題や、コスト増加の問題や、製造工程の煩雑化の問題が発生する虞がある。これに対し、第２実施形態のラットレース回路１は、そのような問題を回避できる。
　また、この第２実施形態のラットレース回路１は、接続部１５～１８において、図１Ｂに表されるように、端子線路１０（１１～１３）に接続している２本の線路３，４の伸長方向α、βは、端子線路１０の中心線Ｏ10に対して線対称である。これにより、第１実施形態と同様に、第２実施形態のラットレース回路１もアンテナ装置１００の性能の向上に寄与できる。
　本発明者は、その効果を実験により確認している。この実験では、本発明者は、アンテナ装置１００に、Σ/Δ回路１０３として、第２実施形態のラットレース回路１を組み込んだ場合におけるラットレース回路１から伝送線路（Δポート）１０８への出力信号を測定している。また、本発明者は、比較例として、図５に表される態様のラットレース回路２５をアンテナ装置１００にΣ/Δ回路１０３として組み込んだ場合におけるラットレース回路２５から伝送線路（Δポート）１０８への出力信号を測定している。この実験では、ラットレース回路以外の条件は同条件としている。
　図３は、ラットレース回路１を組み込んだ場合における実験結果を表すグラフである。図４は、ラットレース回路２５を組み込んだ場合における実験結果を表すグラフである。図３および図４のグラフにおいて、横軸は周波数を表し、縦軸は反射損失を表している。また、実線Ｒは、端子線路１１，１３に入力した信号レベル（入力電力）に対する端子線路１０から伝送線路（Δポート）１０８に出力した信号レベル（出力電力）の比に応じた反射損失と、周波数との関係を表している。
　図３に表されているように、第２実施形態のラットレース回路１を利用することにより、アンテナ装置１００における通信の周波数帯（ここでは９．４ＧHz帯）において、ラットレース回路１のΔポートでの反射損失は、－３５ｄＢ以下という良好な結果を得ている。これに対し、図４に表されるように、ラットレース回路２５を利用した場合には、ラットレース回路２５のΔポートでの反射損失は、－１５ｄＢ程度である。このような実験結果の差異は、前述したような接続部１６～１８における信号の分流の対称性が関与しており、その分流の対称性が良い程、出力信号の特性が向上する。したがって、この実験によっても、第２実施形態のラットレース回路１を利用することによりアンテナ装置１００の性能を向上できるという効果が確認できる。
　（その他の実施形態）
　なお、この発明は第１と第２実施形態に限定されずに様々な実施の態様を採り得る。例えば、ラットレース回路１は、図７や図８に表されるような形状であってもよい。これら図７および図８においても、第２実施形態と同様に、接続部１５～１８の配置位置に関し、互いに向かい合う接続部１５，１７を結ぶ直線と、接続部１６，１８を結ぶ直線とは、直交する関係となっている。また、隣り合う接続部間の間隔は、等間隔あるいは略等間隔となっている。さらに、端子線路に接続する２本の線路の対称性に関わる構成も、第２実施形態と同様となっている。
　また、第１や第２の実施形態では、ラットレース回路１を図１０に表されるアンテナ装置１００に組み込む例が表されている。これに代えて、ラットレース回路１は、図９に表されるようなアンテナ装置１３０に組み込まれてもよい。アンテナ装置１３０は、第１アレーアンテナ１３１と、第２アレーアンテナ１３２と、第３アレーアンテナ１３３と、第４アレーアンテナ１３４と、３つのΣ/Δ回路１３５～１３７とを有している。なお、このアンテナ装置１３０は、例えば、アジマス（Azimuth）方向と仰角（Elevation）方向に追尾が可能なレーダに組み込まれる。
　第１～第４のアレーアンテナ１３１～１３４は、アンテナ装置１００の第１や第２のアレーアンテナ１０１，１０２と同様な構成を備えている。
　Σ/Δ回路１３５は、第１アレーアンテナ１３１の受信信号と第２アレーアンテナ１３２の受信信号とを同相で合成した信号を伝送線路１３８を通してΣ/Δ回路１３６に向けて出力する機能を備えている。さらに、Σ/Δ回路１３５は、第１アレーアンテナ１３１の受信信号と第２アレーアンテナ１３２の受信信号とを逆相で合成した信号を伝送線路１４２に出力する機能を備えている。
　Σ/Δ回路１３７は、第３アレーアンテナ１３３の受信信号と第４アレーアンテナ１３４の受信信号とを同相で合成した信号を伝送線路１３９を通してΣ/Δ回路１３６に向けて出力する機能を備えている。さらに、Σ/Δ回路１３７は、第３アレーアンテナ１３３の受信信号と第４アレーアンテナ１３４の受信信号とを逆相で合成した信号を伝送線路１４３に向けて出力する機能を備えている。なお、伝送線路１４２，１４３を伝送する信号は、伝送線路（Δポート）１４４において合成され、外部に向けて出力する。
　Σ/Δ回路１３６は、Σ/Δ回路１３５，１３７からの出力信号を同相で合成した信号を伝送線路（Σポート）１４０に向けて出力する機能を備えている。さらに、Σ/Δ回路１３６は、Σ/Δ回路１３５，１３７からの出力信号を逆相で合成した信号を伝送線路（Δポート）１４１に向けて出力する機能を備えている。
　このアンテナ装置１３０では、伝送線路（Δポート）１４１の信号のレベルが低い場合には、第１～第４のアレーアンテナ１３１～１３４は、探知対象（目標物）に対し正面を向いている状態である。一方、伝送線路（Δポート）１４１の信号のレベルが高い場合には、第１および第２のアレーアンテナ１３１，１３２側よりも第３および第４のアレーアンテナ１３３，１３４側が探知対象（目標物）から離れている、あるいは、近付いている状態である。換言すれば、この場合には、第１および第２のアレーアンテナ１３１，１３２側と第３および第４のアレーアンテナ１３３，１３４側とが探知対象（目標物）に対し遠近方向にずれている状態である。
　また、伝送線路（Δポート）１４４の信号のレベルが低い場合には、第１～第４のアレーアンテナ１３１～１３４は、探知対象（目標物）に対し正面を向いている状態である。一方、伝送線路（Δポート）１４４の信号のレベルが高い場合には、第１および第３のアレーアンテナ１３１，１３３側よりも第２および第４のアレーアンテナ１３２，１３４側が探知対象（目標物）から離れている、あるいは、近付いている状態である。換言すれば、この場合には、第１および第３のアレーアンテナ１３１，１３３側と第２および第４のアレーアンテナ１３２，１３４側とが探知対象（目標物）に対し遠近方向にずれている状態である。
　第１と第２の各実施形態のラットレース回路１は、Σ/Δ回路１３５～１３７のそれぞれに適用することができる。なお、それらΣ/Δ回路１３５～１３７の全てにラットレース回路１が適用されてもよいし、Σ/Δ回路１３５～１３７のうちの何れか１つあるいは２つにラットレース回路１が適用されてもよい。ただ、Σ/Δ回路１３６に接続されている伝送線路（Δポート）１４４から精度良いレベルの信号が出力されるためには、Σ/Δ回路１３５，１３７からそれぞれΣ/Δ回路１３６に向けて出力される信号のレベルバランスが取れていることが好ましい。このことから、性能向上のためには、Σ/Δ回路１３５，１３７は同じ回路構成であることが好ましい。これにより、Σ/Δ回路１３５（１３７）としてラットレース回路１を適用する場合には、Σ/Δ回路１３７（１３５）にもラットレース回路１が適用されることが好ましい。
　さらに、第１と第２の実施形態では、第１と第２のアレーアンテナ１０１，１０２からラットレース回路１の端子線路１１，１３にそれぞれ入力する受信信号の位相は同相としている。これにより、端子線路１０はアンテナ装置１００の伝送線路（Σポート）１０７に接続され、端子線路１２はアンテナ装置１００の伝送線路（Σポート）１０８に接続されている。これに対し、端子線路１１，１３にそれぞれ入力する受信信号の位相が互いに逆相である場合がある。この場合には、ラットレース回路１において、端子線路１０から出力する信号は、第１アレーアンテナ１０１の受信信号と第２アレーアンテナ１０２の受信信号とが逆相でもって合成された信号となる。このことから、図１１に表されるように、端子線路１０は伝送線路（Δポート）１０８に接続される。また、端子線路１２から出力する信号は、第１アレーアンテナ１０１の受信信号と第２アレーアンテナ１０２の受信信号とが同相でもって合成された信号となる。このことから、端子線路１２は伝送線路（Σポート）１０７に接続される。つまり、図１１の例では、ラットレース回路１は、図２Ａに表されている状態から半回転した態様でもってアンテナ装置１００に組み込まれる。
　なお、ラットレース回路１は、図１１に表される態様ではなく、図１２に表される態様でもってアンテナ装置１００に組み込まれてもよい。すなわち、図１２に表されている態様は、図１１に表されているλ/４線路５と３λ/４線路６とが互いに入れ替わっている形態である。この図１２の構成においても、端子線路１１，１３に互いに逆相の信号が入力する場合には、図１１と同様に、同相でもって合成された信号が端子線路１２から伝送線路（Σポート）１０７に出力される。また、逆相でもって合成された信号が端子線路１０から伝送線路（Δポート）１０８に出力される。このように、ラットレース回路１は、λ/４線路５と３λ/４線路６とが入れ替わっても同様に機能する。このことから、ラットレース回路１は、端子線路１１，１３に同相の信号が入力する場合には、図１Ａ、図２Ａ、図７と図８等に表されているλ/４線路５と３λ/４線路６とが入れ替わっている態様でもってアンテナ装置に組み込まれてもよい。
　また、本発明のラットレース回路は、右旋円偏波および左旋円偏波を送受信可能なアンテナ装置や、互いに直交する直線偏波を送受信可能なアンテナ装置を構成するΣ/Δ回路（合成回路）として適用できる。さらに、本発明のラットレース回路は、アンテナ装置以外の装置にも適用可能である。
　以上、上述した実施形態を例にして本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　なお、この出願は、２０１３年５月２８日に出願された日本出願特願２０１３－１１１９４８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　本発明は、アレーアンテナを備える様々な装置に適用可能な技術であり、様々な分野に展開することができる。
　１，２５，２６　ラットレース回路
　３，４，５　λ/４線路
　６　３λ/４線路
　７　入り込み線路部位
　１５，１６，１７，１８　接続部
　１００，１３０　アンテナ装置
　１１１，１１２　放射素子

Claims (7)

  1. 　伝送対象の信号における波長λの４分の１に対応する電気的な長さを持つ導体パターンによるλ/４線路と、
    　前記波長λの４分の３に対応する電気的な長さを持つ導体パターンによる３λ/４線路とを有し、
    　３本の前記λ/４線路と、前記３λ/４線路とは、一連に接続されることによって、閉ループを形成し、前記３λ/４線路は、その閉ループによって囲まれた領域の内側に向けて入り込む線路部位を有し、当該線路部位は、入り込み入側が開口し、かつ、入り込み奥側が前記開口間隔よりも広がっている領域の縁部に沿うような環状に形成されており、
    　前記閉ループを形成している前記線路間の各接続部には、前記信号が入出力する端子線路がさらに接続されており、各接続部において、前記端子線路から当該端子線路に接続する前記λ/４線路あるいは前記３λ/４線路である２本の線路にそれぞれ向かう線路の伸長方向は、前記端子線路における線路幅の中心線を対称中心線とした線対称である構成を有しているラットレース回路。
  2. 　隣り合う前記接続部間の間隔は等間隔又は略等間隔である請求項１記載のラットレース回路。
  3. 　前記４つの接続部は、互いに向かい合う２つの接続部間を結ぶ２つの直線が直交するように、配置されている請求項１又は請求項２記載のラットレース回路。
  4. 　前記λ/４線路と前記３λ/４線路は、マイクロストリップ線路である請求項１又は請求項２又は請求項３記載のラットレース回路。
  5. 　共通の基板に形成され信号を送受信する導体パターンによる複数の放射素子と、
    　前記放射素子による受信信号を合成する回路とを有し、
    　前記回路は、請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載のラットレース回路であるアンテナ装置。
  6. 　前記複数の放射素子は配列配置されており、前記ラットレース回路が前記基板における前記放射素子と同じ基板面あるいは同じ層に形成される場合には、前記ラットレース回路は前記放射素子の形成領域間に形成され、前記ラットレース回路が前記基板における前記放射素子とは異なる層に形成される場合には、前記ラットレース回路は前記基板の層の積層方向に前記放射素子の形成領域とオーバーラップしない領域に形成される請求項５記載のアンテナ装置。
  7. 　伝送対象の信号における波長λの４分の１に対応する電気的な長さを持つ導体パターンによる３本のλ/４線路と、前記波長λの４分の３に対応する電気的な長さを持つ導体パターンによる３λ/４線路とは、一連に接続されることによって、閉ループを形成し、
    　前記３λ/４線路は、その閉ループによって囲まれた領域の内側に向けて入り込む線路部位を有し、当該線路部位は、入り込み入側が開口し、かつ、入り込み奥側が前記開口間隔よりも広がっている領域の縁部に沿うような環状に形成されており、
    　前記閉ループを形成している前記線路間の各接続部において、前記信号が入出力する端子線路をさらに接続し、当該端子線路から当該端子線路に接続する前記λ/４線路あるいは前記３λ/４線路である２本の線路にそれぞれ向かう線路の伸長方向は、前記端子線路における線路幅の中心線を対称中心線とした線対称であるラットレース回路の形成方法。
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