WO2022209275A1 - 移相器及びその移相方法 - Google Patents

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movable electrode
gap
state
fixed electrodes
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紘也 高田
健司 若藤
藤男 奥村
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日本電気株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/18—Phase-shifters
    • H01P1/184—Strip line phase-shifters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/18—Phase-shifters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters

Definitions

  • the present invention relates to an antenna phase shifter and a phase shifting method thereof.
  • a phase shifter that controls the phase using liquid crystal is known (see Patent Document 1, for example).
  • An object of the present disclosure is to provide a phase shifter and its phase shifting method that solve the above-mentioned problems.
  • One aspect for achieving the above object is a plurality of transmission lines with different lengths each having one end connected to an antenna element and having gaps formed therein; an ON state provided in each gap of the transmission line, moving in a direction parallel to the transmission line, overlapping the ends of the transmission line at both ends of the gap, and electromagnetically inductively coupling to the ends of the transmission line; a plurality of movable electrodes that move in a parallel direction and switch to an off state in which at least one of the transmission line ends at both ends of the gap does not overlap and at least one of the transmission line ends is not electromagnetically inductively coupled; a plurality of MEMS mechanisms for respectively moving the movable electrodes; with The MEMS mechanism is a phase shifter that changes the phase difference by switching the length of the transmission line by switching the movable electrode between an on state and an off state.
  • One aspect for achieving the above object is a pair of fixed electrodes provided at the ends of the transmission line at both ends of the gap formed in the transmission line connected to the antenna element; a movable electrode that moves in at least one of a parallel direction and a perpendicular direction to the fixed electrodes while overlapping both ends of the pair of fixed electrodes and being electromagnetically coupled; a MEMS mechanism for moving the movable electrode; with The MEMS mechanism moves the movable electrode in a parallel direction to change an overlap amount between both ends of the movable electrode and a pair of fixed electrodes, and moves the movable electrode in a vertical direction to change the movable electrode.
  • the phase shifter may change the phase difference by performing at least one of changing the distance between both ends of and the pair of fixed electrodes.
  • One aspect for achieving the above object is a plurality of transmission lines with different lengths each having one end connected to an antenna element and having gaps formed therein; an ON state provided in each gap of the transmission line, moving in a direction parallel to the transmission line, overlapping the ends of the transmission line at both ends of the gap, and electromagnetically inductively coupling to the ends of the transmission line; a plurality of first movable electrodes that move in a parallel direction and switch to an OFF state in which at least one of the transmission line ends at both ends of the gap does not overlap and at least one of the transmission line ends is not electromagnetically coupled; a pair of fixed electrodes provided at both ends of the gap of the transmission line; a second movable electrode that overlaps both ends of the pair of fixed electrodes and is electromagnetically coupled, and moves in at least one of a direction parallel to and perpendicular to the fixed electrodes; a plurality of MEMS mechanisms for respectively moving the first and second movable electrodes; with The MEMS mechanism switches the length of the transmission path by switching the first
  • the phase shifter may change the phase difference by at least one of changing one and changing the coupling capacitance of the second movable electrode and the fixed electrode.
  • One aspect for achieving the above object is a plurality of transmission lines with different lengths each having one end connected to an antenna element and having gaps formed therein; an ON state provided in each gap of the transmission line, moving in a direction parallel to the transmission line, overlapping the ends of the transmission line at both ends of the gap, and electromagnetically inductively coupling to the ends of the transmission line; a plurality of movable electrodes that move in a parallel direction and switch to an off state in which at least one of the transmission line ends at both ends of the gap does not overlap and at least one of the transmission line ends is not electromagnetically inductively coupled; a plurality of MEMS mechanisms for respectively moving the movable electrodes;
  • a phase shifting method for a phase shifter comprising:
  • the MEMS mechanism may be a phase shifting method of a phase shifter, wherein the phase difference is changed by switching the length of the
  • One aspect for achieving the above object is a pair of fixed electrodes provided at the ends of the transmission line at both ends of the gap formed in the transmission line connected to the antenna element; a movable electrode that moves in at least one of a parallel direction and a perpendicular direction to the fixed electrodes while overlapping both ends of the pair of fixed electrodes and being electromagnetically coupled; a MEMS mechanism for moving the movable electrode;
  • a phase shifting method for a phase shifter comprising: The MEMS mechanism moves the movable electrode in a parallel direction to change an overlap amount between both ends of the movable electrode and a pair of fixed electrodes, and moves the movable electrode in a vertical direction to change the movable electrode.
  • One aspect for achieving the above object is a plurality of transmission lines with different lengths each having one end connected to an antenna element and having gaps formed therein; an ON state provided in each gap of the transmission line, moving in a direction parallel to the transmission line, overlapping the ends of the transmission line at both ends of the gap, and electromagnetically inductively coupling to the ends of the transmission line; a plurality of first movable electrodes that move in a parallel direction and switch to an OFF state in which at least one of the transmission line ends at both ends of the gap does not overlap and at least one of the transmission line ends is not electromagnetically coupled; a pair of fixed electrodes provided at transmission line ends at both ends of the gap; a second movable electrode that overlaps both ends of the pair of fixed electrodes and is electromagnetically coupled, and moves in at least one of a direction parallel to and perpendicular to the fixed electrodes; a plurality of MEMS mechanisms for respectively moving the first and
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a phase shifter according to this embodiment.
  • the phase shifter 1 according to this embodiment includes a plurality of transmission lines 2 having different lengths, a plurality of movable electrodes 3 provided on each transmission line 2, and a plurality of MEMS mechanisms 4 provided on each of the movable electrodes 3. and has.
  • An antenna element 5 is connected to one end of the transmission line 2 .
  • the antenna element 5 is, for example, a patch antenna or the like, and has a signal supply window 51 or the like.
  • Each transmission line 2 is provided with gaps 21 at regular intervals.
  • a first transmission line 2a, a second transmission line 2b, a third transmission line 2c, and a fourth transmission line 2d are provided from left to right in FIG. 1, and the lengths are set longer in this order.
  • the transmission line 2 is made of, for example, a conductive metal member such as copper.
  • a movable electrode 3 movable in a direction parallel to each transmission line 2 is provided in the gap 21 of each transmission line 2 .
  • the movable electrode 3 is made of, for example, a conductive metal member such as copper.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the operation of the movable electrode according to this embodiment. The movable electrode 3 moves in a parallel direction without contact while maintaining a constant distance from the transmission line 2 .
  • the movable electrode 3 moves in a direction parallel to the transmission line 2, overlaps the ends of the transmission line at both ends of the gap 21, and enters an ON state (left side in FIG. 2) in which it is electromagnetically inductively coupled to the ends of the transmission line.
  • the movable electrode 3 is turned on, the transmission line ends at both ends of the gap 21 and both ends of the movable electrode 3 are capacitively coupled to conduct electricity.
  • the movable electrode 3 moves in a direction parallel to the transmission line 2 and does not overlap at least one of the transmission line ends at both ends of the gap 21, so that at least one of the transmission line ends is in an OFF state (Fig. 2 right).
  • the movable electrode 3 is turned off, one end of the transmission line at both ends of the gap 21 and one end of the movable electrode 3 are not capacitively coupled and conduct electricity. In this manner, the movable electrode 3 has a switching function of switching between an ON state and an OFF state by moving in the parallel direction.
  • the MEMS mechanism 4 is provided on the movable electrode 3 and moves the movable electrode 3 in a parallel direction.
  • the MEMS mechanism 4 is connected to the movable electrode 3 through an insulator.
  • a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mechanism is a device with a micron-level structure in which mechanical elements such as sensors, actuators, and electronic circuits are integrated on a semiconductor silicon substrate, glass substrate, or organic material.
  • the MEMS mechanism 4 has the characteristic of being able to move the movable electrode 3 minutely and at high speed.
  • the MEMS mechanism 4 changes the phase difference by switching the length of the transmission line 2 by switching each movable electrode 3 between ON and OFF states.
  • phase shift method of the phase shifter 1 will be specifically described.
  • the MEMS mechanism 4 switches on the movable electrode 3 in the gap 21 of the third longest transmission line 2c and the other first, second and fourth transmission lines 2a, 2b. , 2d switches the movable electrode 3 in the gap 21 to the off state.
  • the MEMS mechanism 4 switches the movable electrode 3 in the gap 21 of the longest first transmission line 2a to the ON state, and turns off the movable electrode 3 in the gaps 21 of the other second to fourth transmission lines 2b, 2c, and 2d. switch to state.
  • the MEMS mechanism 4 switches the movable electrodes 3 in the gaps 21 of the transmission lines 2 of a specific length to the ON state, and switches the movable electrodes 3 in the gaps 21 of the other transmission lines 2 to the OFF state.
  • the phase difference can be freely changed.
  • the MEMS mechanism 4 changes the phase difference by switching the length of the transmission line 2 by switching the movable electrode 3 between the ON state and the OFF state.
  • the movable electrode 3 can be switched between the ON state and the OFF state at high speed using the high-speed operation feature of the MEMS mechanism 4, the phase difference can be changed at high speed, and the responsiveness of the antenna can be increased.
  • the response speed of a liquid crystal antenna is about several ms to several tens of ms
  • the response speed of the phase shifter according to this embodiment is about 10 ⁇ s to 100 ⁇ s, which is extremely high.
  • the MEMS mechanism 4 uses electrostatic force, it is less susceptible to temperature fluctuations than liquid crystals and has excellent controllability. Therefore, the phase difference can be controlled with higher accuracy. Furthermore, since the MEMS mechanism 4 can be formed over a large area, an antenna of a desired size can be manufactured at low cost. Furthermore, since the finer lines progress as the frequency increases, it is advantageous to use the minute MEMS mechanism 4 according to this embodiment.
  • a dielectric may be inserted between the movable electrode 3 and the transmission line ends at both ends of the gap 21 . As a result, a wavelength shortening effect is produced, and the phase shifter 1 can be further miniaturized.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the phase shifter according to this embodiment.
  • a phase shifter 20 according to this embodiment includes a pair of fixed electrodes 22 , a movable electrode 3 provided on the pair of fixed electrodes 22 , and a MEMS mechanism 4 provided on the movable electrode 3 .
  • a pair of fixed electrodes 22 are provided at transmission line ends on both ends of a gap 21 formed in the transmission line 2 .
  • the fixed electrode 22 is made of, for example, a conductive metal member such as copper.
  • the movable electrode 3 is provided across the gap 21 of the transmission line 2 .
  • the pair of fixed electrodes 22 and the transmission line ends at both ends of the gap 21 may be integrally formed.
  • An antenna element 5 is connected to one end of the transmission line 2 .
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the operation of the movable electrode according to this embodiment.
  • a pair of fixed electrodes 22 are arranged at a constant distance.
  • the movable electrode 3 moves parallel to each fixed electrode 22 without contact while maintaining a constant distance from each fixed electrode 22 .
  • a pair of fixed electrodes 22 are overlapped with both ends of the movable electrode 3 and are electromagnetically inductively coupled.
  • the coupling capacitance between the left fixed electrode 22 and the left end of the movable electrode 3 is C1
  • the coupling capacitance between the right fixed electrode 22 and the right end of the movable electrode 3 is C2.
  • the MEMS mechanism 4 moves the movable electrode 3 in a parallel direction to change the amount of overlap between both ends of the movable electrode 3 and the pair of fixed electrodes 22 . Thereby, the phase difference can be changed by changing the coupling capacitance between the movable electrode 3 and the fixed electrode 22 . Note that the MEMS mechanism 4 is formed at a position that does not affect the signal.
  • one movable electrode 3, one gap 21, and one MEMS mechanism 4 are provided in the transmission line 2, but the present invention is not limited to this.
  • the number of movable electrodes 3, gaps 21, and MEMS mechanisms 4 provided in the transmission line 2 may be arbitrary.
  • the MEMS mechanism 4 moves the movable electrode 3 in the parallel direction to change the amount of overlap between the movable electrode 3 and each fixed electrode 22 .
  • the amount of overlap between the movable electrode 3 and each fixed electrode 22 can be changed at high speed by using the feature of high-speed operation of the MEMS mechanism 4, the phase difference can be changed at high speed, and the responsiveness of the antenna can be improved at high speed.
  • the MEMS mechanism 4 can change the amount of overlap between both ends of the movable electrode 3 and the pair of fixed electrodes 22 to continuously change the coupling capacitance between the movable electrode 3 and the fixed electrodes 22 .
  • the phase difference can be finely adjusted according to the amount of overlap, and the fine adjustment of the phase difference can be performed at high speed.
  • the MEMS mechanism 4 moves the movable electrode 3 in the vertical direction, changes the distance between both ends of the movable electrode 3 and the pair of fixed electrodes 22, changes the coupling capacitance between the movable electrode 3 and the fixed electrode 22, and changes the position.
  • the phase difference may be changed. It should be noted that the MEMS mechanism 4 is more preferable to move the movable electrode 3 in the parallel direction, as described above, in that strong capacitive coupling can be maintained.
  • the MEMS mechanism 4 moves the movable electrode 3 in the parallel direction to change the amount of overlap between both ends of the movable electrode 3 and the pair of fixed electrodes 22, and moves the movable electrode 3 in the vertical direction to move the movable electrode 3.
  • the phase difference may be changed by changing the distance between both ends of the electrode 3 and the pair of fixed electrodes 22 .
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a phase shifter according to this embodiment.
  • the phase shifter 30 according to this embodiment includes a plurality of transmission lines 2 having different lengths, a plurality of first and second movable electrodes 31 and 32 provided on each transmission line 2, and first and second movable electrodes 31 and 32 provided on each transmission line 2. and a plurality of MEMS mechanisms 4 provided on the electrodes 31 and 32 .
  • An antenna element 5 is connected to one end of the transmission line 2 .
  • a plurality of gaps 21 are formed in each transmission line 2 .
  • Fixed electrodes 22 may be provided at the ends of the transmission line at both ends of the gap 21 .
  • the first movable electrode 31 is provided in the gap 21 of the transmission line 2, moves in a direction parallel to the transmission line 2, overlaps the transmission line ends at both ends of the gap 21, and is in an ON state in which it is electromagnetically coupled to the transmission line ends. become.
  • the first movable electrode 31 moves in a direction parallel to the transmission line 2 and does not overlap at least one of the transmission line ends at both ends of the gap 21, and in an off state in which at least one of the transmission line ends is not electromagnetically inductively coupled. become.
  • the first movable electrode 31 has a switching function of switching between an ON state and an OFF state by moving in the parallel direction.
  • a pair of fixed electrodes 22 are provided at the ends of the transmission line at both ends of the gap 21 .
  • the fixed electrodes 22 may be configured integrally with the transmission line ends at both ends of the gap 21 .
  • the second movable electrode 32 moves in a direction parallel to the fixed electrodes 22 while overlapping both ends of the pair of fixed electrodes 22 and being electromagnetically coupled.
  • the second movable electrode 32 may move vertically with respect to the fixed electrodes 22 while overlapping both ends of the pair of fixed electrodes 22 and electromagnetic induction coupling.
  • the MEMS mechanism 4 moves the first and second movable electrodes 31, 32, respectively.
  • the MEMS mechanism 4 switches the length of the transmission line 2 by switching the first movable electrode 31 between ON and OFF states.
  • the phase difference can be adjusted stepwise according to the length of the transmission path 2 set in advance, and the phase difference can be modulated widely.
  • the MEMS mechanism 4 changes the amount of overlap between both ends of the second movable electrode 32 and the pair of fixed electrodes 22 to change the coupling capacitance between the second movable electrode 32 and the fixed electrode 22 .
  • the phase difference can be finely adjusted according to the amount of overlap, and the phase difference can be finely adjusted.
  • the phase difference can be roughly adjusted. Furthermore, by adjusting the overlapping amount of the second movable electrode 32 and changing the coupling capacitance between the second movable electrode 32 and the fixed electrode 22, the phase difference can be finely adjusted. This enables easy and highly accurate phase difference adjustment.
  • the number of transmission lines 2, the number and positions of the first and second movable electrodes 31 and 32, the position of the gap 21, and the shape of the transmission line 2 shown in FIG. As long as the length of the transmission line 2 can be switched by switching the first movable electrode 31 between the ON state and the OFF state, the number of the transmission lines 2, the positions of the gaps 21, and the shape of the transmission line 2 may be arbitrary. .
  • the number and position of the second movable electrodes 32 may be arbitrary as long as the phase difference can be finely adjusted.
  • one or more gaps 21 may be newly formed in the transmission line 2 shown in FIG. 1 and the second movable electrode 32 may be provided in each gap 21 .

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Abstract

アンテナの応答性を高速化すること。移相器は、一端がアンテナ素子に接続され、ギャップが夫々形成された長さの異なる複数の伝送路と、伝送路のギャップに夫々設けられ、伝送路に対し平行方向に移動しギャップの両端の伝送路端部に重なり伝送路端部に電磁誘導結合するオン状態と、伝送路に対し平行方向に移動しギャップの両端の伝送路端部の少なくとも一方と重ならず、伝送路端部の少なくとも一方が電磁誘導結合しないオフ状態と、に切り替わる複数の可動電極と、可動電極を夫々移動させる複数のＭＥＭＳ機構と、を備えている。ＭＥＭＳ機構は、可動電極をオン状態及びオフ状態に切り替え伝送路の長さを切り替えることで、位相差を変化させる。

Description

移相器及びその移相方法
　本発明は、アンテナの移相器及びその移相方法に関する。
　液晶を用いて位相を制御する移相器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特表２０１４－５３１８４３号公報
　上記移相器においては、液晶の動作速度が遅いため、アンテナの応答性が低下する虞がある。
　本開示の目的は、上述した課題を解決する移相器及びその移相方法を提供することである。
　上記目的を達成するための一態様は、
　一端がアンテナ素子に接続され、ギャップが夫々形成された長さの異なる複数の伝送路と、
　前記伝送路のギャップに夫々設けられ、前記伝送路に対し平行方向に移動し該ギャップの両端の伝送路端部に重なり該伝送路端部に電磁誘導結合するオン状態と、前記伝送路に対し平行方向に移動し該ギャップの両端の伝送路端部の少なくとも一方と重ならず、該伝送路端部の少なくとも一方が電磁誘導結合しないオフ状態と、に切り替わる複数の可動電極と、
　前記可動電極を夫々移動させる複数のＭＥＭＳ機構と、
　を備え、
　前記ＭＥＭＳ機構は、前記可動電極をオン状態及びオフ状態に切り替え伝送路の長さを切り替えることで、位相差を変化させる、移相器
　である。
　上記目的を達成するための一態様は、
　アンテナ素子に接続された伝送路に形成されたギャップの両端の伝送路端部に設けられた一対の固定電極と、
　該一対の固定電極の両方と両端が重なり電磁誘導結合しつつ、該固定電極に対し平行方向及び垂直方向のうちの少なくとも一方に移動する可動電極と、
　前記可動電極を移動させるＭＥＭＳ機構と、
　を備え、
　前記ＭＥＭＳ機構は、前記可動電極を平行方向に移動させて、前記可動電極の両端と一対の固定電極との重なり量を変化させる、及び、前記可動電極を垂直方向に移動させて、前記可動電極の両端と一対の固定電極との距離を変化させる、のうちの少なくとも一方を行うことで、位相差を変化させる、移相器
　であってもよい。
　上記目的を達成するための一態様は、
　一端がアンテナ素子に接続され、ギャップが夫々形成された長さの異なる複数の伝送路と、
　前記伝送路のギャップに夫々設けられ、前記伝送路に対し平行方向に移動し該ギャップの両端の伝送路端部に重なり該伝送路端部に電磁誘導結合するオン状態と、前記伝送路に対し平行方向に移動し該ギャップの両端の伝送路端部の少なくとも一方と重ならず、該伝送路端部の少なくとも一方が電磁誘導結合しないオフ状態と、に切り替わる複数の第１可動電極と、
　前記伝送路のギャップの両端に設けられた一対の固定電極と、
　該一対の固定電極の両方と両端が重なり電磁誘導結合しつつ、該固定電極に対し平行方向及び垂直方向のうちの少なくとも一方に移動する第２可動電極と、
　前記第１及び第２可動電極を夫々移動させる複数のＭＥＭＳ機構と、
　を備え、
　前記ＭＥＭＳ機構は、前記第１可動電極をオン状態及びオフ状態に切り替え伝送路の長さを切り替える、および、前記第２可動電極の両端と一対の固定電極との重なり量及び距離のうちの少なくとも一方を変化させ、前記第２可動電極及び固定電極の結合容量を変化させる、のうちの少なくとも一方により、位相差を変化させる、移相器
　であってもよい。
　上記目的を達成するための一態様は、
　一端がアンテナ素子に接続され、ギャップが夫々形成された長さの異なる複数の伝送路と、
　前記伝送路のギャップに夫々設けられ、前記伝送路に対し平行方向に移動し該ギャップの両端の伝送路端部に重なり該伝送路端部に電磁誘導結合するオン状態と、前記伝送路に対し平行方向に移動し該ギャップの両端の伝送路端部の少なくとも一方と重ならず、該伝送路端部の少なくとも一方が電磁誘導結合しないオフ状態と、に切り替わる複数の可動電極と、
　前記可動電極を夫々移動させる複数のＭＥＭＳ機構と、
　を備える移相器の移相方法であって、
　前記ＭＥＭＳ機構は、前記可動電極をオン状態及びオフ状態に切り替え伝送路の長さを切り替えることで、位相差を変化させる、移相器の移相方法
　であってもよい。
　上記目的を達成するための一態様は、
　アンテナ素子に接続された伝送路に形成されたギャップの両端の伝送路端部に設けられた一対の固定電極と、
　該一対の固定電極の両方と両端が重なり電磁誘導結合しつつ、該固定電極に対し平行方向及び垂直方向のうちの少なくとも一方に移動する可動電極と、
　前記可動電極を移動させるＭＥＭＳ機構と、
　を備える移相器の移相方法であって、
　前記ＭＥＭＳ機構は、前記可動電極を平行方向に移動させて、前記可動電極の両端と一対の固定電極との重なり量を変化させる、及び、前記可動電極を垂直方向に移動させて、前記可動電極の両端と一対の固定電極との距離を変化させる、のうちの少なくとも一方を行うことで、位相差を変化させる、移相器の移相方法
　であってもよい。
　上記目的を達成するための一態様は、
　一端がアンテナ素子に接続され、ギャップが夫々形成された長さの異なる複数の伝送路と、
　前記伝送路のギャップに夫々設けられ、前記伝送路に対し平行方向に移動し該ギャップの両端の伝送路端部に重なり該伝送路端部に電磁誘導結合するオン状態と、前記伝送路に対し平行方向に移動し該ギャップの両端の伝送路端部の少なくとも一方と重ならず、該伝送路端部の少なくとも一方が電磁誘導結合しないオフ状態と、に切り替わる複数の第１可動電極と、
　前記ギャップの両端の伝送路端部に設けられた一対の固定電極と、
　該一対の固定電極の両方と両端が重なり電磁誘導結合しつつ、該固定電極に対し平行方向及び垂直方向のうちの少なくとも一方に移動する第２可動電極と、
　前記第１及び第２可動電極を夫々移動させる複数のＭＥＭＳ機構と、
　を備える移相器の移相方法であって、
　前記ＭＥＭＳ機構は、前記第１可動電極をオン状態及びオフ状態に切り替え伝送路の長さを切り替える、および、前記第２可動電極の両端と一対の固定電極との重なり部の量及び距離のうちの少なくとも一方を変化させ、前記第２可動電極及び固定電極の結合容量を変化させる、のうちの少なくとも一方により、位相差を変化させる、移相器の移相方法
　であってもよい。
　本開示によれば、上述した課題を解決する移相器及びその移相方法を提供することができる。
本実施形態に係る移相器の概略的な構成を示す図である。 本実施形態に係る可動電極の動作を模式的に示した図である。 本実施形態に係る移相器の概略的な構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る可動電極の動作を模式的に示した図である。 本実施形態に係る移相器の概略的な構成を示す図である。
　実施形態１
　以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る移相器の概略的な構成を示す図である。本実施形態に係る移相器１は、長さの異なる複数の伝送路２と、各伝送路２に設けられた複数の可動電極３と、各可動電極３に設けられた複数のＭＥＭＳ機構４と、を備えている。
　伝送路２の一端には、アンテナ素子５が接続されている。アンテナ素子５は、例えば、パッチアンテナなどであり、信号供給窓５１などが形成されている。
　各伝送路２には、一定間隔のギャップ２１が設けられている。図１において左側から右側へ、例えば、第１伝送路２ａ、第２伝送路２ｂ、第３伝送路２ｃ、第４伝送路２ｄが設けられ、この順で長さが長く設定されている。伝送路２は、例えば、銅などの導電性の金属部材で構成されている。
　各伝送路２のギャップ２１には、各伝送路２に対し平行方向に移動可能な可動電極３が設けられている。可動電極３は、例えば、銅などの導電性の金属部材で構成されている。図２は、本実施形態に係る可動電極の動作を模式的に示した図である。可動電極３は、伝送路２と一定の距離を維持しながら、非接触で平行方向に移動する。
　可動電極３は、伝送路２に対し平行方向に移動しギャップ２１の両端の伝送路端部に重なり伝送路端部に電磁誘導結合するオン状態（図２左側）になる。可動電極３がオン状態になると、ギャップ２１の両端の伝送路端部と可動電極３の両端とが、容量結合して通電する。
　また、可動電極３は、伝送路２に対し平行方向に移動しギャップ２１の両端の伝送路端部の少なくとも一方と重ならず、伝送路端部の少なくとも一方が電磁誘導結合しないオフ状態（図２右側）になる。可動電極３がオフ状態になると、ギャップ２１の両端の伝送路端部の一方と可動電極３の両端の一方とが、容量結合せず通電しない。このように、可動電極３は、上記平行方向に移動することでオン状態及びオフ状態に切り替わるスイッチング機能を有している。
　ＭＥＭＳ機構４は、可動電極３に設けられ、可動電極３を平行方向に移動させる。ＭＥＭＳ機構４は、絶縁体を介して可動電極３に接続されている。ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）機構は、半導体のシリコン基板、ガラス基板、有機材料などに、機械要素部品のセンサ、アクチュエータ、電子回路などをひとまとめにしたミクロンレベル構造を持つデバイスである。ＭＥＭＳ機構４は、可動電極３を微小かつ高速に移動させることができる特徴を有している。
　ＭＥＭＳ機構４は、各可動電極３をオン状態及びオフ状態に切り替え伝送路２の長さを切り替えることで、位相差を変化させる。ここで、移相器１の移相方法の一例を具体的に説明する。
　例えば、図１に示す如く、ＭＥＭＳ機構４は、３番目に長い第３伝送路２ｃのギャップ２１の可動電極３をオン状態に切り替え、その他の第１、第２及び第４伝送路２ａ、２ｂ、２ｄのギャップ２１の可動電極３をオフ状態に切り替える。また、ＭＥＭＳ機構４は、最も長い第１伝送路２ａのギャップ２１の可動電極３をオン状態に切り替え、その他の第２乃至第４伝送路２ｂ、２ｃ、２ｄのギャップ２１の可動電極３をオフ状態に切り替える。
　同様に、ＭＥＭＳ機構４は、特定の長さの伝送路２のギャップ２１の可動電極３をオン状態に切り替え、その他の伝送路２のギャップ２１の可動電極３をオフ状態に切り替える。このように、信号が通過する伝送路２のパスの長さを変化させることで、位相差を自在に変化させることができる。
　なお、図１に示す伝送路２の数、ギャップ２１の位置、および、伝送路２の形状は一例であり、これに限定されない。ギャップ２１の可動電極３をオン状態及びオフ状態に切り替えることで、伝送路２の長さを切り替えることができれば、伝送路２の数、ギャップ２１の位置、および、伝送路２の形状は任意でよい。
　ところで、関連する移相器においては、液晶の動作速度が遅いため、アンテナの応答性が低下するという問題が生じていた。
　これに対し、本実施形態に係る移相器１において、上述の如く、ＭＥＭＳ機構４は、可動電極３をオン状態及びオフ状態に切り替え伝送路２の長さを切り替えることで、位相差を変化させる。これにより、ＭＥＭＳ機構４の高速動作の特徴を用いて、可動電極３をオン状態及びオフ状態に高速に切り替え、位相差を高速に変化させることができ、アンテナの応答性を高速化することができる。例えば、液晶型のアンテナの応答速度が数ｍｓ～数十ｍｓ程度であるのに対し、本実施形態に係る移相器の応答速度は、１０μｓ～１００μｓ程度であり、非常に高速である。
　また、ＭＥＭＳ機構４は、静電力を利用するために、液晶と比較して温度変動の影響を受け難く、制御性に優れている。このため、位相差をより高精度に制御できる。さらに、ＭＥＭＳ機構４を大面積に形成可能であることから、所望の大きさのアンテナを安価に製造できる。さらに、周波数が増大するにしたがって細線化が進むため、本実施形態に係る微細なＭＥＭＳ機構４を用いることは有利である。
　なお、可動電極３と、ギャップ２１の両端の伝送路端部との間に誘電体を入れても良い。これにより、波長短縮効果が生まれて、移相器１をより小型化することができる。
　実施形態２
　図３は、本実施形態に係る移相器の概略的な構成を示すブロック図である。本実施形態に係る移相器２０は、一対の固定電極２２と、一対の固定電極２２に設けられた可動電極３と、可動電極３に設けられたＭＥＭＳ機構４と、を備えている。
　一対の固定電極２２は、伝送路２に形成されたギャップ２１の両端の伝送路端部に夫々設けられている。固定電極２２は、例えば、銅などの導電性の金属部材で構成されている。可動電極３は、伝送路２のギャップ２１を跨ぐようにして設けられている。一対の固定電極２２とギャップ２１の両端の伝送路端部は、一体的に構成されていてもよい。伝送路２の一端にはアンテナ素子５が接続されている。
　図４は、本実施形態に係る可動電極の動作を模式的に示した図である。一対の固定電極２２は、一定の距離で離間して配置されている。可動電極３は、各固定電極２２と一定の距離を維持しながら、各固定電極２２に対し非接触で平行方向に移動する。
　一対の固定電極２２は、可動電極３の両端と、夫々、重なり電磁誘導結合している。例えば、図４に示す如く、左側の固定電極２２と可動電極３の左端との結合容量はＣ１となっており、右側の固定電極２２と可動電極３の右端との結合容量はＣ２となっている。そして、可動電極３の両端が、一対の固定電極２２と重なり電磁誘導結合しつつ、平行方向に移動することで、Ｃ１及びＣ２の直列結合容量が変化する。
　ＭＥＭＳ機構４は、可動電極３を平行方向に移動させ、可動電極３の両端と一対の固定電極２２との重なり量を変化させる。これにより、可動電極３及び固定電極２２の結合容量を変化させ、位相差を変化させることができる。なお、ＭＥＭＳ機構４は、信号に影響を与えない位置に形成されている。
　図３において、可動電極３、ギャップ２１及びＭＥＭＳ機構４は伝送路２にそれぞれ１つずつ設けられる構成であるが、これに限定されない。伝送路２に設けられる可動電極３、ギャップ２１及びＭＥＭＳ機構４の数は任意でよい。
　本実施形態に係る移相器１において、上述の如く、ＭＥＭＳ機構４は、可動電極３を平行方向に移動させ、可動電極３と各固定電極２２との重なり量を変化させる。これにより、ＭＥＭＳ機構４の高速動作の特徴を用いて、可動電極３と各固定電極２２との重なり量を高速に変化させ、位相差を高速に変化させることができ、アンテナの応答性を高速化することができる。
　また、ＭＥＭＳ機構４は、可動電極３の両端と一対の固定電極２２との重なり量を変化させ、可動電極３及び固定電極２２の結合容量を連続的に変化させることができる。これにより、上記重なり量に応じた位相差の微小な調整が可能となり、位相差の微調整を高速に行うことができる。
　なお、ＭＥＭＳ機構４は、可動電極３を垂直方向に移動させ、可動電極３の両端と一対の固定電極２２との距離を変化させ、可動電極３及び固定電極２２の結合容量を変化させ、位相差を変化させてもよい。なお、ＭＥＭＳ機構４は、上述の如く、可動電極３を平行方向に移動させた方が、容量結合を強く維持できる点で、より好ましい。
　さらに、ＭＥＭＳ機構４は、可動電極３を平行方向に移動させて、可動電極３の両端と一対の固定電極２２との重なり量を変化させつつ、可動電極３を垂直方向に移動させて、可動電極３の両端と一対の固定電極２２との距離を変化させて、位相差を変化させてもよい。
　実施形態３
　図５は、本実施形態に係る移相器の概略的な構成を示す図である。本実施形態に係る移相器３０は、長さの異なる複数の伝送路２と、各伝送路２に設けられた複数の第１及び第２可動電極３１、３２と、第１及び第２可動電極３１、３２に設けられた複数のＭＥＭＳ機構４と、を備えている。
　伝送路２の一端にはアンテナ素子５に接続されている。伝送路２には、複数のギャップ２１が夫々形成されている。なお、ギャップ２１の両端の伝送路端部には、固定電極２２が設けられていてもよい。第１可動電極３１は、伝送路２のギャップ２１に設けられ、伝送路２に対し平行方向に移動し、ギャップ２１の両端の伝送路端部に重なり伝送路端部に電磁誘導結合するオン状態になる。
　また、第１可動電極３１は、伝送路２に対し平行方向に移動しギャップ２１の両端の伝送路端部の少なくとも一方と重ならず、伝送路端部の少なくとも一方が電磁誘導結合しないオフ状態になる。第１可動電極３１は、上記平行方向に移動することでオン状態及びオフ状態に切り替わるスイッチング機能を有している。
　ギャップ２１の両端の伝送路端部には、一対の固定電極２２が設けられている。固定電極２２は、ギャップ２１の両端の伝送路端部と一体的に構成されていてもよい。第２可動電極３２は、一対の固定電極２２の両方と両端が重なり電磁誘導結合しつつ、固定電極２２に対し平行方向に移動する。
　なお、第２可動電極３２は、一対の固定電極２２の両方と両端が重なり電磁誘導結合しつつ、固定電極２２に対し垂直方向に移動してもよい。ＭＥＭＳ機構４は、第１及び第２可動電極３１、３２を夫々移動させる。
　ＭＥＭＳ機構４は、第１可動電極３１をオン状態及びオフ状態に切り替え伝送路２の長さを切り替える。これにより、予め設定された伝送路２の長さに応じた位相差の段階的な調整が可能となり、位相差の変調を幅広く行うことができる。
　さらに、ＭＥＭＳ機構４は、第２可動電極３２の両端と一対の固定電極２２との重なり量を変化させ、第２可動電極３２及び固定電極２２の結合容量を変化させる。これにより、上記重なり量に応じた位相差の微小な調整が可能となり、位相差の微調整を行うことができる。
　すなわち、第１可動電極３１をオン状態及びオフ状態に切り替えで、信号が通過する伝送路２のパスの長さを変化させ、位相差の大凡の調整を行うことができる。さらに、第２可動電極３２の重なり量を調整し第２可動電極３２及び固定電極２２の結合容量を変化させることで、位相差の微調整を行うことができる。これにより、容易かつ高精度な位相差調整が可能となる。
　なお、図５に示す伝送路２の数、第１及び第２可動電極３１、３２の数及び位置、ギャップ２１の位置、並びに、伝送路２の形状は一例であり、これに限定されない。第１可動電極３１をオン状態及びオフ状態に切り替えることで、伝送路２の長さを切り替えることができれば、伝送路２の数、ギャップ２１の位置、および、伝送路２の形状は任意でよい。
　また、位相差の微調整を行うことができれば、第２可動電極３２の数及び位置は任意でよい。例えば、図１に示す伝送路２に単数あるいは複数のギャップ２１を新たに形成し、各ギャップ２１に第２可動電極３２を設けるようにしてもよい。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　この出願は、２０２１年３月２９日に出願された日本出願特願２０２１－０５６２２２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。
１　　　　　　移相器
２　　　　　　伝送路
３　　　　　　可動電極
４　　　　　　ＭＥＭＳ機構
５　　　　　　アンテナ素子
２０　　　　　　移相器
２１　　　　　　ギャップ
２２　　　　　　固定電極
３０　　　　　　移相器
３１　　　　　　第１可動電極
３２　　　　　　第２可動電極
５１　　　　　　信号供給窓

Claims (6)

  1. 　一端がアンテナ素子に接続され、ギャップが夫々形成された長さの異なる複数の伝送路と、
    　前記伝送路のギャップに夫々設けられ、前記伝送路に対し平行方向に移動し該ギャップの両端の伝送路端部に重なり該伝送路端部に電磁誘導結合するオン状態と、前記伝送路に対し平行方向に移動し該ギャップの両端の伝送路端部の少なくとも一方と重ならず、該伝送路端部の少なくとも一方が電磁誘導結合しないオフ状態と、に切り替わる複数の可動電極と、
    　前記可動電極を夫々移動させる複数のＭＥＭＳ機構と、
    　を備え、
    　前記ＭＥＭＳ機構は、前記可動電極をオン状態及びオフ状態に切り替え伝送路の長さを切り替えることで、位相差を変化させる、移相器。
  2. 　アンテナ素子に接続された伝送路に形成されたギャップの両端の伝送路端部に設けられた一対の固定電極と、
    　該一対の固定電極の両方と両端が重なり電磁誘導結合しつつ、該固定電極に対し平行方向及び垂直方向のうちの少なくとも一方に移動する可動電極と、
    　前記可動電極を移動させるＭＥＭＳ機構と、
    　を備え、
    　前記ＭＥＭＳ機構は、前記可動電極を平行方向に移動させて、前記可動電極の両端と一対の固定電極との重なり量を変化させる、及び、前記可動電極を垂直方向に移動させて、前記可動電極の両端と一対の固定電極との距離を変化させる、のうちの少なくとも一方を行うことで、位相差を変化させる、移相器。
  3. 　一端がアンテナ素子に接続され、ギャップが夫々形成された長さの異なる複数の伝送路と、
    　前記伝送路のギャップに夫々設けられ、前記伝送路に対し平行方向に移動し該ギャップの両端の伝送路端部に重なり該伝送路端部に電磁誘導結合するオン状態と、前記伝送路に対し平行方向に移動し該ギャップの両端の伝送路端部の少なくとも一方と重ならず、該伝送路端部の少なくとも一方が電磁誘導結合しないオフ状態と、に切り替わる複数の第１可動電極と、
    　前記伝送路のギャップの両端に設けられた一対の固定電極と、
    　該一対の固定電極の両方と両端が重なり電磁誘導結合しつつ、該固定電極に対し平行方向及び垂直方向のうちの少なくとも一方に移動する第２可動電極と、
    　前記第１及び第２可動電極を夫々移動させる複数のＭＥＭＳ機構と、
    　を備え、
    　前記ＭＥＭＳ機構は、前記第１可動電極をオン状態及びオフ状態に切り替え伝送路の長さを切り替える、および、前記第２可動電極の両端と一対の固定電極との重なり量及び距離のうちの少なくとも一方を変化させ、前記第２可動電極及び固定電極の結合容量を変化させる、のうちの少なくとも一方により、位相差を変化させる、移相器。
  4. 　一端がアンテナ素子に接続され、ギャップが夫々形成された長さの異なる複数の伝送路と、
    　前記伝送路のギャップに夫々設けられ、前記伝送路に対し平行方向に移動し該ギャップの両端の伝送路端部に重なり該伝送路端部に電磁誘導結合するオン状態と、前記伝送路に対し平行方向に移動し該ギャップの両端の伝送路端部の少なくとも一方と重ならず、該伝送路端部の少なくとも一方が電磁誘導結合しないオフ状態と、に切り替わる複数の可動電極と、
    　前記可動電極を夫々移動させる複数のＭＥＭＳ機構と、
    　を備える移相器の移相方法であって、
    　前記ＭＥＭＳ機構は、前記可動電極をオン状態及びオフ状態に切り替え伝送路の長さを切り替えることで、位相差を変化させる、移相器の移相方法。
  5. 　アンテナ素子に接続された伝送路に形成されたギャップの両端の伝送路端部に設けられた一対の固定電極と、
    　該一対の固定電極の両方と両端が重なり電磁誘導結合しつつ、該固定電極に対し平行方向及び垂直方向のうちの少なくとも一方に移動する可動電極と、
    　前記可動電極を移動させるＭＥＭＳ機構と、
    　を備える移相器の移相方法であって、
    　前記ＭＥＭＳ機構は、前記可動電極を平行方向に移動させて、前記可動電極の両端と一対の固定電極との重なり量を変化させる、及び、前記可動電極を垂直方向に移動させて、前記可動電極の両端と一対の固定電極との距離を変化させる、のうちの少なくとも一方を行うことで、位相差を変化させる、移相器の移相方法。
  6. 　一端がアンテナ素子に接続され、ギャップが夫々形成された長さの異なる複数の伝送路と、
    　前記伝送路のギャップに夫々設けられ、前記伝送路に対し平行方向に移動し該ギャップの両端の伝送路端部に重なり該伝送路端部に電磁誘導結合するオン状態と、前記伝送路に対し平行方向に移動し該ギャップの両端の伝送路端部の少なくとも一方と重ならず、該伝送路端部の少なくとも一方が電磁誘導結合しないオフ状態と、に切り替わる複数の第１可動電極と、
    　前記ギャップの両端の伝送路端部に設けられた一対の固定電極と、
    　該一対の固定電極の両方と両端が重なり電磁誘導結合しつつ、該固定電極に対し平行方向及び垂直方向のうちの少なくとも一方に移動する第２可動電極と、
    　前記第１及び第２可動電極を夫々移動させる複数のＭＥＭＳ機構と、
    　を備える移相器の移相方法であって、
    　前記ＭＥＭＳ機構は、前記第１可動電極をオン状態及びオフ状態に切り替え伝送路の長さを切り替える、および、前記第２可動電極の両端と一対の固定電極との重なり部の量及び距離のうちの少なくとも一方を変化させ、前記第２可動電極及び固定電極の結合容量を変化させる、のうちの少なくとも一方により、位相差を変化させる、移相器の移相方法。
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