JP4341699B2 - 移相器 - Google Patents

Description

本発明は、線路通過型の移相器に関する。

従来、フェーズドアレーアンテナのビーム制御又は位相変調等に用いられる移相器として、線路通過型の移相器が存在する。例えば、特許文献１には、第１の基板と、第１の基板上に形成されたＵ字型パターンと、第２の基板と、第２の基板上に形成され互いに平行な部分を有する第１パターン及び第２パターンとを備え、Ｕ字型パターンの平行な部分のそれぞれと、第１パターン及び第２パターンの平行な部分とをそれぞれ接触させて重ね合わせた状態で、第１の基板又は第２の基板を連続的に移動可能に構成した位相調整回路について記載されている。

特許文献１に記載の位相調整回路によれば、Ｕ字型パターンの長さは伝送する信号の１／２波長の整数倍の長さに設定されており、Ｕ字型パターンの平行な部分のそれぞれと第１パターン及び第２パターンの平行な部分のそれぞれとを接触させて重ね合わせた状態で、第１の基板又は第２の基板を連続的に移動させることができる。これにより、特許文献１に記載の位相調整回路は、信号の伝送経路長を連続的に変化させ、回路特性を確認しながら信号の位相を連続的に変化させることができる。

また、特許文献２には、第１の誘電体基板と、第１の誘電体基板上に設けられた複数の入力側マイクロストリップ線路及び複数の出力側マイクロストリップ線路と、第１の誘電体基板に対して可動する第２の誘電体基板と、第２の誘電体基板上に設けられた複数の結合用マイクロストリップ線路と、第１の誘電体基板と第２の誘電体基板との間に設けられた絶縁体とを備え、複数の入力側マイクロストリップ線路及び複数の出力側マイクロストリップ線路と、複数の結合用マイクロストリップ線路とを互いに重なるように向かい合わせて配置した移相器について記載されている。

特許文献２に記載の移相器によれば、複数の入力側マイクロストリップ線路及び複数の出力側マイクロストリップ線路と、複数の結合用マイクロストリップ線路とが絶縁体を介して重なり合う部分の長さを一定比率で同時に変化させることができる。これにより、複数の入力側マイクロストリップ線路を伝播する信号の位相を、複数の結合用マイクロストリップ線路のそれぞれにおいて同時に変化させることができる。例えば、特許文献２に記載の移相器は、携帯電話基地局用アンテナ等に用いられるアレーアンテナに搭載されることにより、指向性方向変更装置として用いることができる。
特開平５−１４００４号公報 特開２００１−２３７６０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の移相器においては、Ｕ字型パターンの全長は伝送する信号の波長の１／２波長の整数倍の長さになるように予め固定される。また、特許文献２に記載の移相器においては、複数の結合用マイクロストリップ線路の全長は、それぞれ、伝送する信号の波長の１／２波長の整数倍の長さになるように予め固定される。したがって、特許文献１に記載の移相器及び特許文献２に記載の移相器のいずれにおいても、設計に用いた周波数の信号を除く他の周波数の信号を伝送する場合の通過特性及びリターンロス特性の向上は困難である。

そこで本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、位相を変化させることのできる信号の周波数を広帯域化する移相器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明においては、所定の入力信号が伝播する第１マイクロストリップ線路と、所定の領域で第１マイクロストリップ線路と電気的に結合し、入力信号の伝播方向に沿って設けられる間隙により生じる経路長の異なる複数のＵ字型の経路を含み、間隙により入力信号が分割された複数の分割信号のそれぞれを複数のＵ字型の経路のそれぞれにおいて伝播する結合線路と、第１マイクロストリップ線路に平行に設けられ、所定の領域で結合線路と電気的に結合し、結合線路を伝播した複数の分割信号のそれぞれを伝播する第２マイクロストリップ線路とを備え、結合線路は、複数のＵ字型の経路が入れ子状に形成され、複数のＵ字型の経路のそれぞれが第１マイクロストリップ線路及び第２マイクロストリップ線路の一端において重なり、且つ、第１マイクロストリップ線路及び第２マイクロストリップ線路に沿って移動自在に設けられる誘電体基板上に形成される移相器が提供される。

更に、結合線路は、誘電体基板上に設けられた導電材料から形成され、誘電体基板上に設けられた導電材料が、第１マイクロストリップ線路及び第２マイクロストリップ線路との間で直流的に絶縁されてもよい。そして、導電材料は、金属箔又は金属板であってよい。

また、上記目的を達成するために、本発明においては、所定の入力信号が入力される入力端子と、入力端子に入力された入力信号を複数の分配信号に分配する分配器と、分配器が分配した複数の分配信号の位相をそれぞれ所定の位相に変換する複数の移相器とを備え、複数の移相器はそれぞれ、分配器が分配した複数の分配信号の一部を入力する第１ポートと、第１ポートに入力された分配信号を伝播する第１マイクロストリップ線路と、所定の領域で第１マイクロストリップ線路と電気的に結合し、分配信号の伝播方向に沿って設けられる間隙により生じる経路長の異なる複数のＵ字型の経路を含み、間隙により分配信号が分割された複数の分割信号のそれぞれを複数のＵ字型の経路のそれぞれにおいて伝播する結合線路と、第１マイクロストリップ線路に平行に設けられ、所定の領域で結合線路と電気的に結合し、結合線路を伝播した複数の分割信号のそれぞれを伝播する第２マイクロストリップ線路とを有し、結合線路は、複数のＵ字型の経路は入れ子状に形成され、複数のＵ字型の経路のそれぞれが第１マイクロストリップ線路及び第２マイクロストリップ線路の一端において重なり、且つ、第１マイクロストリップ線路及び第２マイクロストリップ線路に沿って移動自在に設けられる誘電体基板上に形成される移相器が提供される。

また、複数の分割信号のそれぞれを複数の部分分割信号に分割し、分割した複数の部分分割信号の一部を複数の分割信号の一部として出力端子に出力すると共に、分割した他の複数の部分分割信号を他の移相器の第１ポートに分配信号として出力する分配器に、第２マイクロストリップ線路が伝播した複数の分割信号のそれぞれを出力する第２ポートを更に有していてもよい。

また、複数の移相器がそれぞれ有する結合線路は、誘電体基板上に設けられた導電材料から形成され、誘電体基板上に設けられた導電材料が、第１マイクロストリップ線路及び第２マイクロストリップ線路との間で直流的に絶縁されていてもよい。そして、導電材料は、金属箔又は金属板であってよい。

本発明によれば、位相を変化させることのできる信号の周波数を広帯域化することができる。

［第１の実施の形態］
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る移相器下部の平面図を示す。また、図１（ｂ）は、第１の実施の形態に係る移相器上部の平面図を示す。なお、図１（ｂ）に示す移相器上部２は、移相器下部１に設けられる第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５の形成面と対向する面について示している。

（移相器１０の構成）
本実施形態に係る移相器１０は、移相器下部１と移相器上部２とを備える。移相器下部１は、第１誘電体基板１３０と、第１誘電体基板１３０上の所定の領域に設けられる所定の入力信号を伝播する第１マイクロストリップ線路１００と、第１マイクロストリップ線路１００と略平行に第１誘電体基板１３０上の所定の領域に設けられる第２マイクロストリップ線路１０５とを有する。

また、移相器下部１は、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５と略平行に設けられ、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５に沿って移相器上部２を移動可能に保持するガイド１４０と、第１マイクロストリップ線路１００の一端に設けられる第１ポート１５０と、第２マイクロストリップ線路１０５の一端に設けられる第２ポート１５５とを更に有する。

移相器上部２は、誘電体基板としての第２誘電体基板１３５と、第１ポート１５０が設けられている第１マイクロストリップ線路１００の一端とは異なる第１マイクロストリップ線路１００の他端を含む所定の領域、及び第２ポート１５５が設けられている第２マイクロストリップ線路１０５の一端とは異なる第２マイクロストリップ線路１０５の他端を含む所定の領域のそれぞれと電気的に結合する結合線路としての結合線路１１０ａ及び結合線路としての結合線路１１０ｂとを有する。ここで、結合線路１１０ａと結合線路１１０ｂとの間に、入力信号の伝播方向に沿って設けられる所定の間隔のスリットとしての間隙１２０が形成される。

図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る移相器の上面図を示す。また、図２（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ線での移相器の断面図を示す。

第１誘電体基板１３０は、比誘電率が３．７であるＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）から主として構成され、上面視にて略四角形に形成される。第１誘電体基板１３０の平面寸法は、縦寸法が６０ｍｍであり、横寸法が１７０ｍｍである。そして、第１誘電体基板１３０の厚さは１．６ｍｍである。そして、図２（ｂ）を参照すると、ＧＮＤとしての地導体１６０は、第１誘電体基板１３０の下面、すなわち、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５が設けられる面の反対側の面に設けられる。地導体１６０は、例えば、銅から構成され、上面視にて略四角形状を有する。地導体１６０の平面寸法は、第１誘電体基板１３０の平面寸法と略同一であり、厚さは３５μｍである。

第１マイクロストリップ線路１００は、主として銅から構成され、誘電体基板１３０の上面、すなわち、地導体１６０が設けられる面の反対側の面に設けられる。第１マイクロストリップ線路１００は、上面視にて略長方形に形成される。第１マイクロストリップ線路１００の平面寸法は、幅が３．４ｍｍ、長さが１１０ｍｍ、厚さが３５μｍである。また、第１マイクロストリップ線路１００は、５０Ωでインピーダンス整合されている。

第２マイクロストリップ線路１０５は、主として銅から構成され、第１マイクロストリップ線路１００と略平行に、誘電体基板１３０の上面、すなわち、地導体１６０が設けられる面の反対側の面に設けられる。第２マイクロストリップ線路１０５は、第１マイクロストリップ線路１００から１０ｍｍの間隔をおいて、誘電体基板１３０上に形成される。また、第２マイクロストリップ線路１０５は上面視にて略長方形に形成され、平面寸法は第１マイクロストリップ線路１００と略同一である。更に、第２マイクロストリップ線路１０５は、５０Ωでインピーダンス整合されている。

第１ポート１５０は、第１マイクロストリップ線路１００の一端で、第１マイクロストリップ線路１００と電気的に接続する。また、第２ポート１５５は、第２マイクロストリップ線路１０５の一端で、第２マイクロストリップ線路１０５と電気的に接続する。なお、第１ポート１５０及び第２ポート１５５は、それぞれ、誘電体基板１３０に固定されている。また、第１ポート１５０が接続していない第１マイクロストリップ線路１００の他端、及び第２ポート１５５が接続していない第２マイクロストリップ線路１０５の他端は、それぞれ開放端である。

ガイド１４０は、主として絶縁体であるポリエチレンやテフロン（登録商標）から構成される。ガイド１４０は、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５と平行に設けられる。そして、ガイド１４０は、第１マイクロストリップ線路１００と第２マイクロストリップ線路１０５とを挟んで第１誘電体基板１３０上に一対として設けられる。具体的には、ガイド１４０は、一のガイド１４０と他のガイド１４０との間に３５ｍｍ間隔をおいて第１誘電体基板１３０上に設けられる。

本実施形態に係る移相器上部２が有する第２誘電体基板１３５は、比誘電率が３．７であるＰＰＥから主として構成され、上面視にて略四角形に形成される。第２誘電体基板１３５の平面寸法は、縦寸法が２９．８ｍｍであり、横寸法が３２ｍｍである。そして、第２誘電体基板１３５の厚さは１．６ｍｍである。

結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂは、それぞれ導電材料から形成される。例えば、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂは、それぞれ、金属箔としての銅箔から構成され、折り返し部分を有する。本実施形態において、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂは、それぞれ、それぞれの経路の途中に折り返された形を有する略Ｕ字形状に形成される。そして、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂはそれぞれ、全長が入力信号の１／２波長の整数倍に設定される。例えば、結合線路１１０ａの入力信号が伝播する方向に沿った長さ、すなわち結合線路１１０ａの全長は６５ｍｍであり、結合線路１１０ｂの入力信号が伝播する方向に沿った長さ、すなわち結合線路１１０ｂの全長は５３ｍｍである。更に、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂの幅はそれぞれ、例えば、１．９ｍｍである。

本実施形態において結合線路１１０ａと結合線路１１０ｂとは、第２誘電体基板１３５上に相互に平行となるべく所定の間隔をおいて形成される。すなわち、結合線路１１０ａと結合線路１１０ｂとの間には、入力信号の伝播方向に沿って、所定の間隔をおいて間隙１２０が設けられる。本実施形態において間隙１２０は、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂの一端から他端まで連続的に形成される。間隙１２０の幅は、例えば、０．８ｍｍである。

続いて、図２（ａ）を参照すると、本実施形態に係る移相器１０は、移相器下部１が有するガイド１４０に移相器上部２を保持させることにより構成される。そして、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂは、それぞれ、第１マイクロストリップ線路１００の一端を含む所定の領域の上方において第１マイクロストリップ線路１００と電気的に結合する。また、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂは、それぞれ、第２マイクロストリップ線路１０５の一端を含む所定の領域の上方において第２マイクロストリップ線路１０５と電気的に結合する。

具体的には、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂは、それぞれ、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５とは物理的に離間して、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５の上方に配置される。すなわち、図２（ｂ）を参照すると、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５の上面から所定の間隔をおいて、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂがそれぞれ配置される。

例えば、本実施形態において、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５の上面と結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂの下面との間の間隔は、３０μｍである。そして、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５の上面と結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂの下面との間に形成される結合領域１７０において、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５と、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂとは、それぞれ直流的に絶縁され、交流的に結合する。

なお、移相器上部２はガイド１４０に往復移動自在に保持される。したがって、移相器上部２が有する結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂは、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５に沿って自由に移動する。すなわち、移相器上部２は、ガイド１４０に保持された状態で、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５の長手方向に沿って移動する。また、他の例においては、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂと、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５とを、物理的に直接に密着させ導通させてもよい。

なお、第１誘電体基板１３０は、ＰＰＥ以外の他の誘電体又は絶縁体から形成することもできる。例えば、第１誘電体基板１３０は、比誘電率が２．６であるテフロン（登録商標）、又は比誘電率が９．５であるアルミナから構成することもでき、比誘電率は適宜選択可能である。更に、第１誘電体基板１３０の平面寸法及び厚さは、上記の例に限られず、適宜変更することもできる。また、第１誘電体基板１３０を上面視した場合の形状についても、上記の例に限られず、適宜変更することもできる。そして、第１誘電体基板１３０の形状に合わせて、地導体１６０の形状を変更してもよい。また、第２誘電体基板１３５も第１誘電体基板１３０と同様に、ＰＰＥを除く他の誘電体から構成することもできる。第２誘電体基板１３５は、例えば、プリント基板から形成することもできる。

更に、第１マイクロストリップ線路１００、第２マイクロストリップ線路１０５、結合線路１１０ａ、結合線路１１０ｂ、及び地導体１６０は、それぞれ、銅だけではなく、銅以外の他の金属、例えば、金、銀、アルミニウム、タングステン、白金、パラジウム、ニッケル、チタン、及びタンタル等の金属から主として形成することもできる。

また、第１マイクロストリップ線路１００、第２マイクロストリップ線路１０５、結合線路１１０ａ、結合線路１１０ｂ、及び地導体１６０は、それぞれ、銅、金、銀、アルミニウム、タングステン、白金、パラジウム、ニッケル、チタン、又はタンタル等の金属を含む合金、若しくは導電性を有する導電性材料（例えば、導電性セラミック、導電性高分子等）から形成してもよい。

なお、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂは、銅等の金属から構成される金属板として形成してもよい。そして、当該金属版を第２誘電体基板１３５上に設けてもよい。また、金属板としての結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂは、第２誘電体基板１３５上に形成せずに、ガイド１４０にそれぞれ独立に保持させてもよい。また、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂの形状及び寸法は上記に限られない。例えば、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂは、それぞれ、折り返し部分が略直角だけではなく、所定の曲率を有して形成されてもよい。更に、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂの幅は、それぞれ異なる幅であってもよい。

（移相器１０の動作）
図３は、第１の実施の形態に係る移相器の動作の一例を示す図である。

なお、図３においては、説明を簡略化することを目的として、移相器１０の動作を説明することに要する結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂと、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５とを除き、移相器１０を構成する他の要素の図示は省略している。

まず、第１マイクロストリップ線路１００に、所定の入力信号として入力信号２１０が入力される。そして、入力信号２１０は第１マイクロストリップ線路１００を伝播して、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂの一端において、複数の分割信号、すなわち、結合線路１１０ａを伝播する分割信号ａ２２０と結合線路１１０ｂを伝播する分割信号ｂ２２２とに分割される。

ここで、結合線路１１０ａは、結合線路１１０ａの一端から所定の距離２４０だけ第１マイクロストリップ線路１００の一端の上方において、直流的に絶縁されると共に、交流的に結合した状態で重なる（容量結合）。同様にして、結合線路１１０ｂは、結合線路１１０ｂの一端から所定の距離２４０だけ第１マイクロストリップ線路１００の一端の上方において、直流的に絶縁されると共に、交流的に結合した状態で重なる（容量結合）。

これにより、第１マイクロストリップ線路１００を伝播する入力信号２１０は、第１マイクロストリップ線路１００と結合線路１１０ａとが容量結合している領域、及び第１マイクロストリップ線路１００と結合線路１１０ｂとが容量結合している領域において、２つの分割信号、すなわち、分割信号ａ２２０と分割信号ｂ２２２とに分割される。そして、分割信号ａ２２０は結合線路１１０ａを伝播すると共に、分割信号ｂ２２２は結合線路１１０ｂを伝播する。

ここで、本実施形態においては、従来は一体となっていた結合線路の内部に、信号の伝播方向に沿って間隙１２０を設けることにより、経路長が相互に異なる結合線路１１０ａと結合線路１１０ｂとが形成されている。具体的には、結合線路１１０ａと結合線路１１０ｂとはそれぞれ、それぞれの経路の途中に折り返された形を有するＵ字形状に形成される。そして、結合線路１１０ａと結合線路１１０ｂとの間に、入力信号２１０の伝播方向、及び分割信号ａ２２０及び分割信号ｂ２２２の伝播方向に沿って間隙１２０が設けられる。これにより、間隙１２０により生じる結合線路１１０ａの経路ａ２００の経路長と、間隙１２０により生じる結合線路１１０ｂの経路ｂ２０５の経路長とは互いに異なることとなる。

すなわち、結合線路１１０ａは結合線路１１０ｂの外側に間隙１２０を挟んで位置することとなり、経路ａ２００の経路長の方が経路ｂ２０５の経路長より長くなる。これは、結合線路１１０ａと結合線路１１０ｂとの間に間隙１２０を設けると共に、結合線路１１０ａと結合線路１１０ｂとのそれぞれが折り返された形状を有することから、信号が伝播する経路の経路長に差が生じるためである。そして、結合線路１１０ａと結合線路１１０ｂとの経路長が相互に異なることから、結合線路１１０ａと共振する周波数と結合線路１１０ｂと共振する周波数とが相互に異なることとなる。

続いて、結合線路１１０ａを経路ａ２００に沿って伝播する分割信号ａ２２０は、結語線路１１０ａから第２マイクロストリップ線路１０５に分割信号ｃ２３０として伝播する。係る場合において、分割信号ｃ２３０の位相は、経路ａ２００の経路長に応じて分割信号ａ２２０の位相とは異なる位相に変換される。同様にして、結合線路１１０ｂを経路ｂ２０５に沿って伝播する分割信号ｂ２２２は、結合線路１１０ｂから第２マイクロストリップ線路１０５に分割信号ｄ２３２として伝播する。係る場合において、分割信号ｄ２３２の位相は、経路ｂ２０５の経路長に応じて分割信号ｂ２２２の位相とは異なる位相に変換される。

具体的には、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂと、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５とが容量結合する距離２４０をＬとすると、分割信号ａ２２０の位相と分割信号ｂ２２２の位相とはそれぞれ、（２×Ｌ）／λだけ変化する。なお、この場合におけるλは、所定の誘電率を有する第１誘電体基板１３０を伝播する信号の等価波長である。

図４（ａ）は、従来型移相器の概要を示す。また、図４（ｂ）は、本実施形態に係る移相器の概要を示す。そして、図４（ｃ）は、従来型移相器の通過特性（Ｓ２１）と本実施形態に係る移相器の通過特性（Ｓ２１）の比較を示す。更に、図４（ｄ）は、従来型移相器の電圧定在波比（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ：ＶＳＷＲ）と本実施形態に係る移相器のＶＳＷＲの比較を示す。

なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）においては、説明を簡略化することを目的として、第１マイクロストリップ線路１００、第２マイクロストリップ線路１０５、及び結合線路（結合線路１１１、結合線路１１０ａ、及び結合線路１１０ｂ）を除き、従来型移相器１２及び移相器１０を構成する他の要素の図示は省略している。

図４（ａ）に示すように、従来型移相器１２は、第１マイクロストリップ線路１００と第２マイクロストリップ線路１０５とを電気的に結合する結合線路１１１は、間隙を有さない。一方、図４（ｂ）に示すように、本実施形態に係る移相器１０は、間隙１２０が設けられることにより生じる、経路長が相互に異なる結合線路１１０ａと結合線路１１０ｂとを有する。

まず、図４（ｃ）のグラフ３００は、従来型移相器１２及び本実施形態に係る移相器１０のそれぞれに所定の高周波数の信号を伝播させた場合の通過特性（Ｓ２１）のシミュレーション結果を示す。すなわち、グラフ３００は、従来型移相器１２及び移相器１０に入射した高周波に対して、従来型移相器１２及び移相器１０から出射した透過波の割合を示す。

移相器に入射した高周波が当該移相器から出射されるときの理想的な通過特性は０ｄＢであるところ、本実施形態に係る移相器１０によれば、周波数が約１．７ＧＨｚから約２．２ＧＨｚの範囲において通過特性が約−０．２５ｄＢから約−０．３３ｄＢ程度であることが分かる（グラフ３００の実線（ｂ））。また、本実施形態に係る移相器１０によれば、少なくとも周波数が約１．９ＧＨｚから約２．１ＧＨｚにおける通過特性が、従来型移相器１２よりも向上する。すなわち、本実施形態に係る移相器１０によれば、移相器１０に入射した高周波信号の損失が従来型移相器１２よりも少ないこととなる。

続いて、図４（ｄ）のグラフ３０２は、従来型移相器１２及び本実施形態に係る移相器１０のそれぞれに所定の高周波数の信号を伝播させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す。

移相器に入射した高周波信号が移相器内を通過する場合に、高周波信号が移相器内で全く反射されない理想的な状態の場合、ＶＳＷＲの値は１となるところ、本実施形態に係る移相器１０によれば、周波数が約１．７ＧＨｚから約２．２ＧＨｚの範囲にわたってＶＳＷＲの値は１．０５以下であり、従来型移相器１２に比して１に近づいていることが分かる。すなわち、本実施形態に係る移相器１０によれば、移相器１０内において高周波信号が反射されることによる高周波信号の損失を、従来型移相器１２よりも低減できる。したがって、本実施形態に係る移相器１０によれば、例えば、携帯電話基地局用アンテナ等のように広帯域な周波数を利用する通信における通過特性、及びリターンロス特性が向上することとなる。

更に、本実施形態に係る移相器１０によれば、従来型移相器１２に比して、周波数が約１．７ＧＨｚから約２．２ＧＨｚの範囲にわたってＶＳＷＲの値のばらつきが低減していることが分かる。なお、信号の伝播方向に沿って結合線路にｎ本の間隙を設けると、ｎ＋１個の結合線路が形成される。これは、ｎ＋１個の結合線路のそれぞれに対応する周波数で共振させることができることに対応するので、信号の伝播方向に沿って結合線路に設ける間隙の数を更に増加させると、ＶＳＷＲの値のばらつきは更に低減する。

（結合線路の変形例）
図５（ａ）から（ｄ）は、結合線路の複数の変形例を示す図である。

なお、図５（ａ）から（ｄ）においては、結合線路の形状が異なる点を除き、他の構成及び機能は、図１から図４の説明における移相器１０と略同一であるので、詳細な説明は省略する。また、図５（ａ）から（ｄ）においては、複数の変形例を説明することに要する結合線路と、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５とを除き、図示は省略している。

図５（ａ）に示す変形例を参照すると、結合線路１１２ａは、第１マイクロストリップ線路１００と容量結合する領域から第２マイクロストリップ線路１０５と容量結合する領域までの間に、信号の伝播方向に沿って間隙１２０を有すると共に、間隙１２０の途中に間隙１２０を塞ぐ連結部１１４を有する。なお、本変形例において連結部１１４が設けられる位置は、第１マイクロストリップ線路１００と容量結合する領域の結合線路１１２ａの一端と、第２マイクロストリップ線路１０５と容量結合する領域の結合線路１１２ａの他端との中間点であるが、連結部１１４の位置は中間点に限られず、他の位置であってもよい。また、連結部１１４の形状、長さ、及び幅も適宜変更して形成できる。

図５（ｂ）に示す変形例を参照すると、本変形例においては結合線路１１２ｂと結合線路１１２ｃとの間に間隙１２０ｂが設けられると共に、結合線路１１２ｃと結合線路１１２ｄとの間に間隙１２０ａが設けられる。そして、第１マイクロストリップ線路１００を伝播する入力信号は３つの分割信号に分割され、結合線路１１２ｂと、結合線路１１２ｃと、結合線路１１２ｄとのそれぞれにおいて伝播する。

これにより、本変形例においては、間隙１２０ａと間隙１２０ｂとにより、結合線路１１２ｂと、結合線路１１２ｃと、結合線路１１２ｄとの３つのＵ字型の経路長の異なる線路が形成される。したがって、結合線路１１２ｂと、結合線路１１２ｃと、結合線路１１２ｄとのそれぞれにおいて共振する周波数が異なることになるので、間隙１２０が１つだけの場合に比べてＶＳＷＲのばらつきが更に減少する。

なお、本変形例において間隙は２つであるが、間隙の数は更に増加させてもよい。信号の伝播方向に沿った間隙の数を増加させると、経路長の異なる結合線路が更に増加する。そして、経路長が異なる結合線路が増加すると、複数の結合線路のそれぞれにおいて共振する周波数が異なり、結果として共振する周波数の数が増加するので、ＶＳＷＲのばらつきが更に減少することとなる。

図５（ｃ）に示す変形例を参照すると、Ｕ字型を有する結合線路１１２ｅの線路幅は、線路幅ｅ４００として結合線路１１２ｅの一端から他端まで一定である。一方、結合線路１１２ｆにおいては、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５と平行な部分においては、結合線路１１２ｅと同一の線路幅であるが、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５と垂直な部分においては、線路幅ｅ４００よりも幅が広い線路幅ｆ４０２となるように形成される。

なお、線路幅は本変形例に限られず、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５と平行な部分における結合線路１１２ｅの線路幅と結合線路１１２ｆの線路幅とが異なるように形成することもできる。また、結合線路１１２ｅ及び結合線路１１２ｆの線路幅は、結合線路１１２ｅ及び結合線路１１２ｆの一端から他端までの間で複数の線路幅を有していてもよい。更に、結合線路１１２ｅと結合線路１１２ｆとの間に設けられる間隙１２０の一部を連結してもよい。

図５（ｄ）に示す変形例を参照すると、結合線路１１２ｇは、結合線路１１２ｇを伝播する信号の方向に沿って、複数の略四角形の間隙１２０を有する。すなわち、結合線路１１２ｇは、複数の連結部１１４によって内側の結合線路１１２ｇと外側の結合線路１１２ｇとの間を塞がれたことによって形成された、複数の間隙１２０を有する。なお、間隙１２０の数は本変形例に限られない。更に、間隙１２０の形状も略四角形に限られず、略多角形又は略円形であってもよい。

（第１の実施の形態の効果）
本実施形態に係る移相器１０によれば、折り返し形状を有する結合線路に間隙１２０を設けることにより、経路長が互いに異なる結合線路１１０ａと結合線路１１０ｂとが設けられ、信号が伝播する経路を複数にすることができる。これにより、結合線路１１０ａと結合線路１１０ｂとを伝播する信号の経路の距離に差が生じるので、結合線路１１０ａで共振する周波数と、結合線路１１０ｂで共振する周波数とが互いに異なることとなる。すなわち、結合線路１１０ａと結合線路１１０ｂとが形成されることにより、それぞれの結合線路で共振させることのできる周波数を増加させることができるので、当該移相器１０において位相を変化させることのできる信号の周波数を広帯域化することができる。

また、本実施形態に係る移相器１０によれば、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５が設けられる移相器下部１に対して、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５のそれぞれと容量結合している複数の結合線路が設けられている移相器上部２を、第１マイクロストリップ線路１００及び第２マイクロストリップ線路１０５と平行な方向に、自在に移動させることができる。これにより、複数の結合線路のそれぞれを伝播する信号の経路長を変化させることができるので、複数の結合線路のそれぞれを伝播する信号の位相を自在に変化させることができる。

［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施形態に係る移相器の構成の一例を示す図である。

なお、図６においては、説明を簡略化することを目的として、第１マイクロストリップ線路１００、第２マイクロストリップ線路１０５、結合線路１１０ａ、及び結合線路１１０ｂを除き、移相器１０を構成する他の要素の図示は省略する。

（移相器２０の構成）
本実施形態において、移相器２０は複数の移相器１０を備える。なお、移相器１０は、図１から図５の上記説明において説明した移相器１０と略同一の構成を有すると共に、略同一の機能及び作用を奏するので、詳細な説明は省略する。

より具体的には、移相器２０は、所定の入力信号を入力する入力端子５００と、入力端子５００に入力された入力信号を複数の分配信号に分配する分配器５１０と、分配器５１０が分配した分割信号を複数の移相器１０のそれぞれに伝播する複数の信号線路５２０と、信号線路５２０を介して分配信号を第１ポート１５０から入力すると共に、入力された分配信号の位相を所定の位相の信号に変換して出力する複数の移相器１０と、複数の移相器１０のそれぞれが有する第２ポート１５５が出力した信号を外部に出力する複数の出力端子５３０とを備える。

また、複数の移相器１０は、それぞれ、それぞれが有する第２ポート１５５とそれぞれが有する第１ポート１５０とが信号線路５２０を介して相互に接続されてもよい。この場合において、移相器２０は、一の移相器１０の第２ポート１５５と他の移相器１０の第１ポート１５０との間に、一の移相器１０から出力される信号を複数に分配する分配器を更に備えてもよい。

（移相器２０の動作）
分配器５１０は、入力端子５００に入力された高周波信号を２つに分配する。そして、分配器５１０は、分配した一の高周波信号を第１の移相器１０の第１ポート１５０に信号線路５２０を介して伝播させると共に、分配した他の高周波信号を第２の移相器１０の第１ポート１５０に信号線路５２０を介して伝播させる。

第１の移相器１０及び第２の移相器１０は、それぞれ、それぞれの第１ポート１５０において分配器５１０が分配した複数の分配信号の一部を入力する。そして、それぞれの移相器１０が有する第１マイクロストリップ線路１００は、第１ポート１５０に入力された分配信号を伝播する。続いて、所定の領域において第１マイクロストリップ線路１００と電気的に結合している結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂに、分配信号が分割された複数の分割信号のそれぞれが伝播する。

第１の移相器１０及び第２の移相器１０がそれぞれ有する結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂは、第１マイクロストリップ線路１００から伝播した分割信号の位相をそれぞれ変換して、第２マイクロストリップ線路１０５に伝播させる。そして、第２マイクロストリップ線路１０５は、結合線路１１０ａ及び結合線路１１０ｂのそれぞれにおいて位相が変換された複数の分割信号のそれぞれを、第２ポート１５５に伝播させる。

第１の移相器１０及び第２の移相器１０がそれぞれ有する第２ポート１５５は、第２マイクロストリップ線路１０５を伝播した複数の分割信号のそれぞれを、第２ポートと接続している出力端子５３０にそれぞれ供給する。出力端子５３０は、それぞれ、接続している第２ポート１５５から受け取った、第２マイクロストリップ線路１０５を伝播した複数の分割信号を外部にそれぞれ出力する。

ここで、第１の移相器１０の第２ポート１５５が、分配器と信号線路５２０とを介して第３の移相器１０と接続している場合、当該分配器が第１の移相器１０の第２ポート１５５から分割信号を受け取る。そして、当該分配器は、第１の移相器１０から受け取った分割信号を複数の部分分割信号に分割する。続いて、当該分配器は、複数の部分分割信号の一部を複数の分割信号の一部として出力端子５３０に出力すると共に、分割した他の複数の部分分割信号を第３の移相器１０の第１ポート１５０に分配信号として出力する。

なお、第２の移相器１０の第２ポート１５５が分配器と信号線路５２０とを介して第４の移相器１０と接続している場合も、上記の説明における第１の移相器１０と第３の移相器１０との関係と同様であるので、詳細な説明は省略する。また、分配器５１０は、入力端子５００に入力された高周波信号を３以上に分配してもよい。この場合において、分配器５１０は、分配した高周波信号のそれぞれを、異なる複数の移相器１０に信号線路５２０を介して伝播する。

（第２の実施の形態の効果）
本実施形態に係る移相器２０は、移相器１０から出力される信号を分配して、分配した一部の信号を他の移相器１０に入力させることにより、複数の移相器１０を多段化することができる。これにより、移相器２０は、複数の移相器１０のそれぞれにおいて信号の位相をそれぞれ変化させて、複数の移相器１０のそれぞれから位相が異なる信号をそれぞれ出力できる。したがって、移相器２０は、例えば、アレーアンテナ等の多素子アンテナの位相を制御することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

（ａ）は、第１の実施の形態に係る移相器下部の平面図であり、（ｂ）は、第１の実施の形態に係る移相器上部の平面図である。 （ａ）は、第１の実施の形態に係る移相器の上面図であり、（ｂ）は、第１の実施の形態に係る移相器の断面図である。 第１の実施の形態に係る移相器の動作の一例を示す図である。 （ａ）は、従来型移相器の概要図であり、（ｂ）は、第１の実施の形態に係る移相器の概要図である。また、（ｃ）は、従来型移相器の通過特性（Ｓ２１）と第１の実施の形態に係る移相器の通過特性（Ｓ２１）の比較を示すグラフであり、（ｄ）は、従来型移相器の電圧定在波比（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ：ＶＳＷＲ）と本実施形態に係る移相器のＶＳＷＲの比較を示すグラフである。 （ａ）から（ｄ）は、第１の実施の形態に係る結合線路の複数の変形例を示す図である。 第２の実施形態に係る移相器の構成を示す図である。

符号の説明

１…移相器下部、２…移相器上部、１０…移相器、１２…従来型移相器、２０…移相器、１００…第１マイクロストリップ線路、１０５…第２マイクロストリップ線路、１１０ａ，１１０ｂ，１１１…結合線路、１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ…結合線路、１１２ｅ，１１２ｆ，１１２ｇ…結合線路、１１４…連結部、１２０，１２０ａ，１２０ｂ…間隙、１３０…第１誘電体基板、１３５…第２誘電体基板、１４０…ガイド、１５０…第１ポート、１５５…第２ポート、１６０…地導体、１７０…結合領域、２００…経路ａ、２０５…経路ｂ、２１０…入力信号、２２０…分割信号ａ、２２２…分割信号ｂ、２３０…分割信号ｃ、２３２…分割信号ｄ、２４０…距離、３００，３０２…グラフ、４００…線路幅ｅ、４０２…線路幅ｆ、５００…入力端子、５１０…分配器、５２０…信号線路、５３０…出力端子

Claims (7)

1. 所定の入力信号が伝播する第１マイクロストリップ線路と、
   所定の領域で前記第１マイクロストリップ線路と電気的に結合し、前記入力信号の伝播方向に沿って設けられる間隙により生じる経路長の異なる複数のＵ字型の経路を含み、前記間隙により前記入力信号が分割された複数の分割信号のそれぞれを前記複数のＵ字型の経路のそれぞれにおいて伝播する結合線路と、
   前記第１マイクロストリップ線路に平行に設けられ、所定の領域で前記結合線路と電気的に結合し、前記結合線路を伝播した前記複数の分割信号のそれぞれを伝播する第２マイクロストリップ線路とを備え、
   前記結合線路は、前記複数のＵ字型の経路が入れ子状に形成され、前記複数のＵ字型の経路のそれぞれが前記第１マイクロストリップ線路及び前記第２マイクロストリップ線路の一端において重なり、且つ、前記第１マイクロストリップ線路及び前記第２マイクロストリップ線路に沿って移動自在に設けられる誘電体基板上に形成される移相器。
2. 前記結合線路は、前記誘電体基板上に設けられた導電材料から形成され、前記誘電体基板上に設けられた前記導電材料が、前記第１マイクロストリップ線路及び前記第２マイクロストリップ線路との間で直流的に絶縁されている請求項１に記載の移相器。
3. 前記導電材料は、金属箔又は前記金属板である請求項２に記載の移相器。
4. 所定の入力信号が入力される入力端子と、
   前記入力端子に入力された前記入力信号を複数の分配信号に分配する分配器と、
   前記分配器が分配した前記複数の分配信号の位相をそれぞれ所定の位相に変換する複数の移相器とを備え、
   前記複数の移相器はそれぞれ、
   前記分配器が分配した前記複数の分配信号の一部を入力する第１ポートと、
   前記第１ポートに入力された前記分配信号を伝播する第１マイクロストリップ線路と、
   所定の領域で前記第１マイクロストリップ線路と電気的に結合し、前記分配信号の伝播方向に沿って設けられる間隙により生じる経路長の異なる複数のＵ字型の経路を含み、前記間隙により前記分配信号が分割された複数の分割信号のそれぞれを前記複数のＵ字型の経路のそれぞれにおいて伝播する結合線路と、
   前記第１マイクロストリップ線路に平行に設けられ、所定の領域で前記結合線路と電気的に結合し、前記結合線路を伝播した前記複数の分割信号のそれぞれを伝播する第２マイクロストリップ線路とを有し、
   前記結合線路は、前記複数のＵ字型の経路が入れ子状に形成され、前記複数のＵ字型の経路のそれぞれが前記第１マイクロストリップ線路及び前記第２マイクロストリップ線路の一端において重なり、且つ、前記第１マイクロストリップ線路及び前記第２マイクロストリップ線路に沿って移動自在に設けられる誘電体基板上に形成される移相器。
5. 前記第２マイクロストリップ線路を伝播した前記複数の分割信号の少なくとも一部を出力する出力端子を更に備え、
   前記複数の移相器はそれぞれ、
   前記複数の分割信号のそれぞれを複数の部分分割信号に分割し、分割した前記複数の部分分割信号の一部を前記複数の分割信号の一部として前記出力端子に出力すると共に、分割した他の前記複数の部分分割信号を他の移相器の前記第１ポートに前記分配信号として出力する分配器に、前記第２マイクロストリップ線路が伝播した前記複数の分割信号のそれぞれを出力する第２ポートを更に有する請求項４に記載の移相器。
6. 前記複数の移相器がそれぞれ有する前記結合線路は、誘電体基板上に設けられた導電材料から形成され、前記誘電体基板上に設けられた前記導電材料が、前記第１マイクロストリップ線路及び前記第２マイクロストリップ線路との間で直流的に絶縁されている請求項４又は５に記載の移相器。
7. 前記導電材料が、金属箔又は前記金属板である請求項６に記載の移相器。

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