DE60307837T2

DE60307837T2 - Antennensteuereinheit und phasen-array-antenne

Info

Publication number: DE60307837T2
Application number: DE60307837T
Authority: DE
Inventors: Hideki Ayauta-gun KIRINO
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2023-06-14
Also published as: DE60315520D1; EP1657783A2; ATE337627T1; ATE369634T1; CN1647316A; TWI306682B; JP2004023228A; US20060038634A1; DE60315520T2; CN100373695C; WO2003107480A3; EP1512195B1; KR20040111702A; DE60307837D1; EP1657783A3; WO2003107480A2; EP1657783B1; EP1512195B9; EP1512195A2; TW200402169A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antennensteuereinheit, die ein Ferroelektrikum als Phasenregler verwendet, und eine phasengesteuerte Gruppenantenne, die diese Antennensteuereinheit nutzt. Insbesondere betrifft diese Erfindung eine Antennensteuereinheit, wie etwa eine Mobileinheit, die Rundfunk oder Kraftfahrzeug-Kollisionsvermeidungsradar identifiziert, und eine phasengesteuerte Gruppenantenne, die diese Antennensteuereinheit nutzt.
Hintergrund der Erfindung
Als Beispiele für herkömmliche phasengesteuerte Gruppenantennen, die ein Ferroelektrikum als Phasenregler verwenden, sind Systeme vorgeschlagen worden, wie etwa die aktive phasengesteuerte Gruppenantenne und Antennensteuereinheit, die in der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 2000-236207 (nachstehend als Stand der Technik 1 bezeichnet) beschrieben sind.
Nachstehend wird eine herkömmliche phasengesteuerte Gruppenantenne unter Bezugnahme auf die 9 und 10 beschrieben.
Zunächst wird anhand von 9 die Funktionsweise eines herkömmlichen Phasenreglers beschrieben. Die 9 sind Diagramme, die einen Phasenregler zeigen, der für die herkömmliche phasengesteuerte Gruppenantenne vorgeschlagen wird. 9(a) ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Phasenreglers zeigt, und 9(b) ist ein Diagramm, das die Dielelektrizitätskonstantenänderung eines ferroelektrischen Materials zeigt.
Dieser Phasenregler 700 weist einen Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 703, der ein paraelektrisches Material 701 als Trägermaterial verwendet, und eine Mikrostreifen-Stichleitung 704 auf, die ein ferroelektrisches Material 702 als Trägermaterial verwendet und an den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 703 angrenzend ausgebildet ist. Dieser Phasenregler 700 ist so gestaltet, dass sich die Phasenverschiebung eines Hochfrequenzstroms, der durch den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 703 fließt, entsprechend einer an die Mikrostreifen-Stichleitung 704 angelegten Gleichspannung ändert.
Mit anderen Worten, das Trägermaterial des Phasenreglers 700 besteht aus dem paraelektrischen Material 701 und dem ferroelektrischen Material 702. Eine rechteckschleifenförmige Leiterschicht 703 ist auf dem paraelektrischen Trägermaterial 701 angeordnet, und diese schleifenförmige Leiterschicht 703a und das paraelektrische Trägermaterial 701 bilden den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 703.
Zwei Linearleiterschichten 704a1 und 704a2 sind auf dem ferroelektrischen Trägermaterial 702 so angeordnet, dass sie sich auf Verlängerungslinien zweier gegenüberliegender linearer Teile 703a1 und 703a2 der rechteckschleifenförmigen Leiterschicht 703a befinden und mit den einen Enden der beiden linearen Teile 703a1 bzw. 703a2 verbunden sind. Diese beiden Linearleiterschichten 704a1 und 704a2 und das ferroelektrische Trägermaterial 702 bilden die Mikrostreifen-Stichleitung 704.
Weiterhin sind Leiterschichten 715a und 720a auf dem paraelektrischen Trägermaterial 701 so angeordnet, dass sie sich auf Verlängerungslinien der beiden linearen Teile 703a1 und 703a2 befinden und mit den anderen Enden der beiden linearen Teile 703a1 bzw. 703a2 verbunden sind.
Diese Leiterschicht 715a und das paraelektrische Trägermaterial 701 bilden eine Eingangsleitung 715, und die Leiterschicht 720a und das paraelektrische Trägermaterial 701 bilden eine Ausgangsleitung 720.
Hier sind das eine Ende und das andere Ende des linearen Teils 703a1 auf der schleifenförmigen Leiterschicht 703a ein Anschluss 2 bzw. 1 des Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 703. Hingegen sind das eine Ende und das andere Ende des linearen Teils 703a2 auf der schleifenförmigen Leiterschicht 703a ein Anschluss 3 bzw. 4 des Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 703.
Wenn bei dem Phasenregler 700 mit der vorstehenden Gestaltung eine Steuergleichspannung an die Mikrostreifen-Stichleitung 704 angelegt wird, ändert sich die Phasenverschiebung des durch die Mikrostreifen-Stichleitung 704 fließenden Hochfrequenzstroms.
Nachstehend folgt eine detaillierte Erläuterung. Bei dem Phasenregler 700, der so gestaltet ist, dass ein Reflexionselement (Mikrostreifen-Stichleitung 704) mit den beiden benachbarten Anschlüssen (Anschlüsse 2 und 3) des entsprechend gestalteten Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 703 verbunden ist, wird nicht der von dem Eingangsanschluss (Anschluss 1) kommende Hochfrequenzstrom von dem Eingangsanschluss 1 ausgegeben, sondern es wird der Hochfrequenzstrom, auf den hin ein von dem Reflexionselement reflektierter Strom reflektiert worden ist, nur von dem Ausgangsanschluss (Anschluss 4) ausgegeben. Bei der Reflexion von der Mikrostreifen-Stichleitung 704 als Reflexionselement hat ein Vormagnetisierungsfeld 705, das von der Steuerspannung erzeugt wird, die gleiche Richtung wie ein Feld, das von dem Hochfrequenzstrom erzeugt wird, der durch die Mikrostreifen-Stichleitung 704 fließt, wie ein 9(a) gezeigt. Daher ändert sich, wie in 9(b) gezeigt, bei einer Änderung der Steuerspannung die effektive Dielelektrizitätskonstante der Mikrostreifen-Stichleitung 704 in Bezug auf den Hochfrequenzstrom adaptiv. Dadurch ändert sich die äquivalente elektrische Länge der Mikrostreifen-Stichleitung 704 für den Hochfrequenzstrom, und die Phase an der Mikrostreifen-Stichleitung 704 wird geändert.
Bei üblichen ferroelektrischen Trägermaterialien liegt die Vorspannung 705, die zum Ändern der effektiven Dielelektrizitätskonstante der Mikrostreifen-Stichleitung 704 benötigt wird, im Bereich von mehreren Kilovolt/Millimeter bis zwölf Kilovolt/Millimeter. Daher wird mit der effektiven Dielelektrizitätskonstante, die von einem Feld beeinflusst wird, das von dem durch die Mikrostreifen-Stichleitung 704 fließenden Hochfrequenzstrom erzeugt wird, keine Hochfrequenz erzeugt.
Nachstehend werden die Gestaltung der herkömmlichen phasengesteuerten Gruppenantenne und ihre Funktionsweise unter Bezugnahme auf die 10(a) und 10(b) beschrieben.
10(a) ist ein Diagramm, das den Aufbau der herkömmlichen phasengesteuerten Gruppenantenne zeigt, und 10(b) ist ein Diagramm, das das Richtvermögen der herkömmlichen phasengesteuerten Gruppenantenne für den Fall, dass eine Zwischenträgerneigungs-Spannung angelegt wird, und für den Fall zeigt, dass keine Zwischenträgerneigungs-Spannung angelegt wird.
Die herkömmliche phasengesteuerte Gruppenantenne 830 weist mehrere Antennenelemente 806a–806d, die in einer Reihe in regelmäßigen Abständen auf einem dielektrischen Trägermaterial angeordnet sind; eine Antennensteuereinheit 800 und eine Zwischenträgerneigungs-Spannung 820 auf. Die Antennensteuereinheit 800 weist einen Speise-Anschluss 808, an den ein Hochfrequenzstrom angelegt wird (nachstehend als Eingangsanschluss bezeichnet); ein Hochfrequenz-Sperrglied 809 und mehrere Phasenregler 807a1–807a4 auf.
Bei dieser herkömmlichen phasengesteuerten Gruppenantenne 830 ist, jeweils mittels einer Speiseleitung (nachstehend als Übertragungsleitung bezeichnet), das Antennenelement 806a mit dem Eingangsanschluss 808 verbunden, das Antennenelement 806b über einen Phasenregler 807a1 mit dem Eingangsanschluss 808 verbunden, das Antennenelement 806c über die beiden Phasenregler 807a3 und 807a4 mit dem Eingangsanschluss 808 verbunden, und das Antennenelement 806d über die drei Phasenregler 807a2, 807a3 und 807a4 mit dem Eingangsanschluss 808 verbunden. Die Zwischenträgerneigungs-Spannung 820 wird über das Hochfrequenz-Sperrglied 809 an den Eingangsanschluss 808 angelegt.
Hier wird unterstellt, dass die Phasenregler 807a1–807a4 jeweils den gleichen Aufbau wie die unter Bezugnahme auf 9 beschriebenen Phasenregler haben und die Phasenregler 807a1–807a4 die gleichen Eigenschaften haben.
Bei der phasengesteuerten Gruppenantenne 830 mit dem vorstehenden Aufbau ist die Anzahl der Phasenregler 807, die zwischen einem der Antennenelemente 806a–806d und dem Eingangsanschluss 808 angeordnet sind, jeweils um eins größer als die Anzahl der Phasenregler 807, die zwischen dem benachbarten Antennenelement 806 und dem Eingangsanschluss 808 angeordnet sind, und außerdem haben alle Phasenregler 807 die gleichen Eigenschaften. Daher wird, wie in 10(b) gezeigt, die Steuerung des Richtvermögens der Antenne (Zwischenträgerneigung) mit einer einzigen Zwischenträgerneigungs-Spannung 820 durchgeführt.
Nachstehend wird die Steuerung des Antennenrichtvermögens näher beschrieben. Wenn man beispielsweise annimmt, dass die Phasenregler 807a1–807a4 die Phase des durch die einzelnen Phasenregler fließenden Hochfrequenzstroms jeweils um eine Phasenverschiebung Φ verzögern und die benachbarten Phasenregler 807 jeweils in einem Abstand d entfernt sind, wird der Hochfrequenzstrom, der in das Antennenelement 806a geflossen ist, ohne Phasenänderung in den Eingangsanschluss 808 eingespeist, wie in 10(a) gezeigt. Im Gegensatz dazu wird der Hochfrequenzstrom, der in das Antennenelement 806b geflossen ist, in den Eingangsanschluss 808 eingespeist, wobei seine Phase von dem Phasenregler 807a1 um eine Phasenverschiebung Φ verzögert wird. Der Hochfrequenzstrom, der in das Antennenelement 806c geflossen ist, wird in den Eingangsanschluss 808 eingespeist, wobei seine Phase von den Phasenreglern 807a3 und 807a4 um eine Phasenverschiebung von 2Φ verzögert wird. Und der Hochfrequenzstrom, der in das Antennenelement 8064 geflossen ist, wird in den Eingangsanschluss 808 eingespeist, wobei seine Phase von den Phasenreglern 807a2, 807a3 und 807a4 um eine Phasenverschiebung von 3Φ verzögert wird.
Mit anderen Worten, die Richtung der höchsten Empfindlichkeit für Funkwellen, die mit den Antennenelementen 806a–806d empfangen werden, ist die Richtung D, die einen vorgegebenen Winkel θ [θ = cos^-1(Φ/d)] mit der Richtung der Reihe der Antennenelemente 806a–806d bildet. Hier wird unterstellt, dass die Bezugssymbole w1 bis w3 in 10(a) Ebenen der empfangenen Wellen bezeichnen, die jeweils in der gleichen Phase sind.
Bei der herkömmlichen phasengesteuerten Gruppenantenne 803 mit dem vorstehenden Aufbau ist jedoch die Anzahl der Phasenregler 807, die zwischen den einzelnen Antennenelementen 806 und dem Eingangsanschluss 808 angeordnet sind, unterschiedlich, und in den einzelnen Phasenreglern 807 gibt es Übertragungsverluste. Daher werden die Wirkungen des Kombinierens von Strömen von den einzelnen Antennenelementen 806a–806d verringert, sodass der in 10(b) gezeigte Zwischenträger verformt wird, wodurch es schwierig ist, einen spitzen Zwischenträger (eine große Richtverstärkung) zu erhalten, und der Betrag der Zwischenträgerneigung verringert wird, und dadurch wird die Steuerung des Richtvermögens der Antenne beeinträchtigt.
Wie unter Bezugnahme auf 9(a) beschrieben, wird jeder der für die herkömmliche phasengesteuerte Gruppenantenne 830 verwendeten Phasenregler 807 dadurch in einem Stück ausgebildet, dass Bereiche in derselben Ebene dem ferroelektrischen Trägermaterial 702 bzw. dem paraelektrischen Trägermaterial 701, die den Phasenregler 700 bilden, zugewiesen werden. Daher unterscheiden sich eine verteilte Kapazität Cn je Längeneinheit der Leitung für den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 703 und eine verteilte Kapazität Cf je Längeneinheit der Leitung für die Mikrostreifen-Stichleitung 704 stark voneinander. Daher kommt es an der Verbindungsstelle zwischen dem Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 703 und der Mikrostreifen-Stichleitung 704 zu einer Hochfrequenzstrom-Reflexion, sodass der Strom von dem Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 703 nicht so effizient in die Mikrostreifen-Stichleitung 704 fließt, und daher kann keine ausreichende Phasenverschiebung erzielt werden.
Nachstehend folgt eine detaillierte Erläuterung. Beispielsweise wird die Leitungsimpedanz Z in der Regel durch die verteilte Induktivität L je Längeneinheit der Leitung und die verteilte Kapazität C je Längeneinheit der Leitung als Z² = L/C ausgedrückt. Wenn unterstellt wird, dass alle Felder nur in dem Trägermaterial vorhanden sind und alle Felder ungefähr linear und senkrecht zum Erdleiter sind, wird die verteilte Kapazität C je Längeneinheit der Leitung durch die Leiterzugbreite W, die Dicke H des Trägermaterials und die Dielelektrizitätskonstante ε des Trägermaterials als C = ε·W/H dargestellt. Wenn die verteilte Kapazität Cn je Längeneinheit der Leitung für den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 703 und die verteilte Kapazität Cf je Längeneinheit der Leitung für die Mikrostreifen-Stichleitung 704 unter Verwendung der vorstehenden Formeln miteinander verglichen werden und wenn unterstellt wird, dass die Dielelektrizitätskonstante des paraelektrischen Trägermaterials 701 als Trägermaterial des Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 703 εn ist und die Dielelektrizitätskonstante des ferroelektrischen Trägermaterials 702 als Trägermaterial der Mikrostreifen-Stichleitung 704 εf ist, gilt im Allgemeinen die Beziehung εn << εf. Und da die Leiterzugbreiten W des Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 703 und der Mikrostreifen-Stichleitung 704 und die Abstände H der einzelnen Leiter gleich sind, weicht die verteilte Kapazität Cn je Längeneinheit der Leitung für den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 703 (= εn·W/H) stark von der verteilten Kapazität Cf je Längeneinheit der Leitung für die Mikrostreifen-Stichleitung 704 (= εf·W/H) ab. Dadurch fließt, wie vorstehend dargelegt, der Strom von dem Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 703 nicht so effizient in die Mikrostreifen-Stichleitung 704, und somit kann keine ausreichende Phasenverschiebung erzielt werden.
Zur Lösung dieses Problems wird in dem vorgenannten Stand der Technik 1 das Verfahren beschrieben, ein magnetisches Material in der Nähe der Mikrostreifen-Stichleitung 704 vorzusehen, um die verteilte Induktivität L je Längeneinheit der Leitung für die Mikrostreifen-Stichleitung 704 zu vergrößern, wodurch die Leitungsimpedanz Z verbessert wird, und seine Gestaltung wird dort ebenfalls vorgeschlagen.
Wenn jedoch wie in dem vorstehenden Stand der Technik 1 das magnetische Material in der Nähe der Mikrostreifen-Stichleitung 704 des Phasenreglers 700 vorgesehen wird, um die Verringerung des Grades der Übereinstimmung der Leitungsimpedanz Z zwischen den beiden Leitungsabschnitten 703 und 704 zu unterdrücken, um eine größere Phasenverschiebung zu erzielen, entsteht das weitere Problem, dass bei der Herstellung des Phasenreglers 700 durch Brennen mehr Prozesse benötigt werden, und dadurch werden die Herstellungskosten für den Phasenregler nachteilig erhöht.
Die vorliegende Erfindung will die vorgenannten Probleme lösen, und Ziel dieser Erfindung ist es, eine Antennensteuereinheit, die in weniger Herstellungsprozessen (niedrigere Kosten) hergestellt werden kann und einen spitzen Zwischenträger (große Verstärkung des Richtvermögens) und eine große Zwischenträgerneigung hat, und eine phasengesteuerte Gruppenantenne, die diese Antennensteuereinheit verwendet, zur Verfügung zu stellen.
Beschreibung der Erfindung
Nach Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung wird eine Antennensteuereinheit mit mehreren Antennenanschlüssen, mit denen Antennenelemente verbunden sind, einem Speise-Anschluss, in den ein Hochfrequenzstrom eingespeist wird, und Phasenreglern bereitgestellt, die mit den einzelnen Antennenanschlüssen durch Speiseleitungen verbunden sind, die von dem Speise-Anschluss abzweigen und eine Phase eines Hochfrequenz-Signals, das zwischen den einzelnen Antennenanschlüssen und dem Speise-Anschluss fließt, elektrisch ändern, wobei diese Phasenregler an mehreren Stellen an den einzelnen Speiseleitungen angeordnet sind und jeweils Folgendes aufweisen: einen Hybridrichtungskoppler auf einer paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht, die ein paraelektrisches Material als Trägermaterial verwendet; und eine Stichleitung auf einer ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht, die ein ferroelektrisches Material als Trägermaterial verwendet, wobei die paraelektrische Übertragungsleitungsschicht und die ferroelektrische Übertragungsleitungsschicht über einen Erdleiter aufeinandergeschichtet sind und der Hybridrichtungskoppler und die Stichleitung über ein durch den Erdleiter gehendes Durchkontaktloch verbunden sind und ein Abstand zwischen Leitern, die eine Übertragungsleitung auf der ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht bilden, größer ist als ein Abstand zwischen Leitern, die eine Übertragungsleitung auf der paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht bilden.
Daher kann ein kostengünstiger Phasenregler erhalten werden, der eine effektive Phasenverschiebung ermöglicht und in wenigen Prozessen hergestellt werden kann, und dadurch kann eine Antennensteuereinheit in wenigen Prozessen hergestellt werden, wodurch die Herstellungskosten für die Antennensteuereinheit gesenkt werden können.
Nach Anspruch 2 der vorliegenden Erfindung wird eine Antennensteuereinheit mit mehreren Antennenschlüssen, mit denen Antennenelemente verbunden sind, einem Speise-Anschluss, in den ein Hochfrequenzstrom eingespeist wird, und Phasenreglern bereitgestellt, die mit den einzelnen Antennenschlüssen durch Speiseleitungen verbunden sind, die von dem Speise-Anschluss abzweigen und eine Phase eines Hochfrequenz-Signals, das zwischen den einzelnen Antennenschlüssen und dem Speise-Anschluss fließt, elektrisch ändern, wobei diese Phasenregler an mehreren Stellen an den einzelnen Speiseleitungen angeordnet sind und jeweils Folgendes aufweisen: einen Hybridrichtungskoppler auf einer paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht, die ein paraelektrisches Material als Trägermaterial verwendet; und eine Stichleitung auf einer ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht, die ein ferroelektrisches Material als Trägermaterial verwendet, wobei die paraelektrische Übertragungsleitungsschicht und die ferroelektrische Übertragungsleitungsschicht über einen Erdleiter aufeinandergeschichtet sind und der Hybridrichtungskoppler und die Stichleitung über ein in dem Erdleiter ausgebildetes Koppelfenster elektromagnetisch verbunden sind und ein Abstand zwischen Leitern, die eine Übertragungsleitung auf der ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht bilden, größer ist als ein Abstand zwischen Leitern, die eine Übertragungsleitung auf der paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht bilden.
Daher kann ein kostengünstiger Phasenregler erhalten werden, der eine effektivere Phasenverschiebung ermöglicht und in weniger Prozessen hergestellt werden kann, und dadurch kann eine Antennensteuereinheit in weniger Prozessen hergestellt werden, wodurch die Herstellungskosten für die Antennensteuereinheit gesenkt werden können.
Nach Anspruch 3 der vorliegenden Erfindung wird eine phasengesteuerte Gruppenantenne bereitgestellt, die auf einem diefektrischen Substrat Folgendes aufweist: mehrere Antennenelemente und eine Antennensteuereinheit mit einem Speise-Anschluss, in den ein Hochfrequenzstrom eingespeist wird, und Phasenreglern, die mit den einzelnen Antennenelementen durch Speiseleitungen verbunden sind, die von dem Speise-Anschluss abzweigen und eine Phase eines Hochfrequenz-Signals, das zwischen den einzelnen Antennenelementen und dem Speise-Anschluss fließt, elektrisch ändern, wobei diese Phasenregler an mehreren Stellen an den Speiseleitungen angeordnet sind und jeweils Folgendes aufweisen: einen Hybridrichtungskoppler auf einer paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht, die ein paraelektrisches Material als Trägermaterial verwendet; und eine Stichleitung auf einer ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht, die ein ferroelektrisches Material als Trägermaterial verwendet, wobei die paraelektrische Übertragungsleitungsschicht und die ferroelektrische Übertragungsleitungsschicht über einen Erdleiter aufeinandergeschichtet sind und der Hybridrichtungskoppler und die Stichleitung über ein durch den Erdleiter gehendes Durchkontaktloch verbunden sind und ein Abstand zwischen Leitern, die eine Übertragungsleitung auf der ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht bilden, größer ist als ein Abstand zwischen Leitern, die eine Übertragungsleitung auf der paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht bilden.
Daher kann ein kostengünstiger Phasenregler erhalten werden, der eine effektive Phasenverschiebung ermöglicht und in wenigen Prozessen hergestellt werden kann, und dadurch kann eine phasengesteuerte Gruppenantenne in wenigen Prozessen hergestellt werden, wodurch die Herstellungskosten für die phasengesteuerte Gruppenantenne gesenkt werden können.
Nach Anspruch 4 der vorliegenden Erfindung wird eine phasengesteuerte Gruppenantenne bereitgestellt, die auf einem dielektrischen Substrat Folgendes aufweist: mehrere Antennenelemente und eine Antennensteuereinheit mit einem Speise-Anschluss, in den ein Hochfrequenzstrom eingespeist wird, und Phasenreglern, die mit den einzelnen Antennenelementen durch Speiseleitungen verbunden sind, die von dem Speise-Anschluss abzweigen und eine Phase eines Hochfrequenz-Signals, das zwischen den einzelnen Antennenelementen und dem Speise-Anschluss fließt, elektrisch ändern, wobei diese Phasenregler an mehreren Stellen an den Speiseleitungen angeordnet sind und jeweils Folgendes aufweisen: einen Hybridrichtungskoppler auf einer paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht, die ein paraelektrisches Material als Trägermaterial verwendet; und eine Stichleitung auf einer ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht, die ein ferroelektrisches Material als Trägermaterial verwendet, wobei die paraelektrische Übertragungsleitungsschicht und die ferroelektrische Übertragungsleitungsschicht über einen Erdleiter aufeinandergeschichtet sind und der Hybridrichtungskoppler und die Stichleitung über ein in dem Erdleiter ausgebildetes Koppelfenster elektromagnetisch verbunden sind und ein Abstand zwischen Leitern, die eine Übertragungsleitung auf der ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht bilden, größer ist als ein Abstand zwischen Leitern, die eine Übertragungsleitung auf der paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht bilden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 sind eine perspektivische Darstellung (1(a)) und eine Schnittansicht (1(b)), die den Aufbau eines Phasenreglers nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, der für die phasengesteuerte Gruppenantenne verwendet wird.
Die 2 sind eine perspektivische Darstellung (2(a)) und eine Schnittansicht (2(b)), die den Aufbau eines Phasenreglers nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, die für die phasengesteuerte Gruppenantenne verwendet wird.
Die 3 sind ein Diagramm (3(a)), das den Aufbau einer phasengesteuerten Gruppenantenne nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und ein Diagramm (3(b)), das das Richtvermögen dieser phasengesteuerten Gruppenantenne zeigt.
Die 4 sind ein Diagramm (4(a)), das den Aufbau einer phasengesteuerten Gruppenantenne nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und ein Diagramm (4(b)), das das Richtvermögen dieser phasengesteuerten Gruppenantenne zeigt.
5 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer phasengesteuerten Gruppenantenne nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer phasengesteuerten Gruppenantenne nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist eine Tabelle, die die Beziehung zwischen der Anzahl von Abzweigstufen (k), der Anzahl von Antennenelementen (m) und der Anzahl von Phasenreglern (M_k) in der Antennensteuereinheit oder der phasengesteuerten Gruppenantenne nach der sechsten Ausführungsform zeigt.
Die 8 sind Diagramme, die Anordnungen von Phasenreglern für den Fall zeigen, dass k = 1 und m = 2 ist (8(a)), k = 2 und m = 4 ist (8(b)) und k = 3 und m = 8 ist (8(c)).
Die 9 sind ein Diagramm (9(a)), das den Aufbau eines Phasenreglers zeigt, der für eine herkömmliche phasengesteuerte Gruppenantenne verwendet wird, und ein Diagramm (9(b)), das das Dielelektrizitätskonstanten-Änderungsvermögen eines ferroelektrischen Materials zeigt.
Die 10 sind ein Diagramm (10(a)), das den Aufbau und die Funktionsweise der herkömmlichen phasengesteuerten Gruppenantenne zeigt, und ein Diagramm (10(b)), das das Richtvermögen der herkömmlichen phasengesteuerten Gruppenantenne zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Ausführungsform 7
Nachstehend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Bei der ersten Ausführungsform wird ein Phasenregler beschrieben, der für eine erfindungsgemäße phasengesteuerte Gruppenantenne verwendet wird.
Die 1 sind eine perspektivische Darstellung (1(a)) und eine Schnittansicht (1(b)), die den Aufbau eines Phasenreglers nach der ersten Ausführungsform zeigen, der für die erfindungsgemäße phasengesteuerte Gruppenantenne verwendet wird.
In den 1 bezeichnet das Bezugssymbol 100 einen Phasenregler. Das Bezugssymbol 101 bezeichnet ein paraelektrisches Trägermaterial, das Bezugssymbol 102 bezeichnet eine paraelektrische Übertragungsleitungsschicht, das Bezugssymbol 103 bezeichnet einen Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler, das Bezugssymbol 104 bezeichnet ein ferroelektrisches Trägermaterial, das Bezugssymbol 105 bezeichnet eine ferroelektrische Übertragungsleitungsschicht, das Bezugssymbol 106 bezeichnet eine Mikrostreifen-Stichleitung, das Bezugssymbol 107 bezeichnet einen Erdleiter, und das Bezugssymbol 108 bezeichnet ein Durchkontaktloch, mit dem der Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 103 und die Mikrostreifen-Stichleitung 106 über den Erdleiter 107 verbunden sind.
Zunächst wird ein Merkmal des Phasenreglers 100 der ersten Ausführungsform näher beschrieben, das dem des herkömmlichen Phasenreglers 700 überlegen ist.
Wie vorstehend dargelegt, weicht bei dem in 9(a) gezeigten Phasenregler 700 die verteilte Kapazität Cn je Längeneinheit der Leitung für den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 703 stark von der verteilten Kapazität Cf je Längeneinheit der Leitung für die Mikrostreifen-Stichleitung 704 ab, und dadurch fließt der Strom von dem Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 703 nicht so effizient in die Mikrostreifen-Stichleitung 704, sodass keine ausreichende Phasenverschiebung erzielt werden kann. Wenn zur Lösung dieses Problems zusätzlich ein magnetisches Material für die Mikrostreifen-Stichleitung 704 des Phasenreglers 700 verwendet wird, um die verteilte Induktivität L je Längeneinheit der Leitung zu erhöhen, wie im Stand der Technik 1 beschrieben ist, erfordert die Gestaltung des herkömmlichen Phasenreglers 700, der dadurch in einem Stück ausgebildet wird, dass dem ferroelektrischen Trägermaterial 702 und dem paraelektrischen Trägermaterial 701 jeweils Bereiche in derselben Ebene zugewiesen werden, viel mehr Prozesse, wodurch die Herstellungskosten nachteilig erhöht werden.
Daher wird bei dem Phasenregler 100 der ersten Ausführungsform, wie in 1(a) gezeigt, der Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 103 auf der paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht 102 ausgebildet, die ein paraelektrisches Material für das Trägermaterial 101 verwendet, die Mikrostreifen-Stichleitung 106 wird auf der ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht 105 ausgebildet, die ein ferroelektrisches Material für das Trägermaterial 104 verwendet, diese beiden Übertragungsleitungsschichten 102 und 105 werden über den Erdleiter 107 aufeinandergeschichtet, und dann wird der Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 103 über durch den Erdleiter 107 gehende Durchkontaktlöcher 108 mit der Mikrostreifen-Stichleitung 106 verbunden. Wie in 1(b) gezeigt, ist der Abstand Hf zwischen Leitern, die die Übertragungsleitung auf der ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht 105 bilden, größer als der Abstand Hn zwischen Leitern, die die Übertragungsleitung auf der paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht 102 bilden. Dadurch können die Leitungsimpedanzen Z des Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 103 und der Mikrostreifen-Stichleitung 106 aufeinander abgestimmt werden, wodurch der Phasenregler 100, der eine effektive Phasenverschiebung ermöglicht, in einfacheren Herstellungsprozessen hergestellt werden kann.
Nachstehend wird der Phasenregler näher beschrieben. Unterstellt man beispielsweise, dass die Dielelektrizitätskonstante des paraelektrischen Trägermaterials 101 als Trägermaterial für den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 103 εn ist und die Dielelektrizitätskonstante des ferroelektrischen Trägermaterials 104 als Trägermaterial für die Mikrostreifen-Stichleitung 106 εf ist, so wird die verteilte Kapazität Cn je Längeneinheit der Leitung für den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 103 durch den Ausdruck Cn = εn·W/Hn angegeben, und die verteilte Kapazität Cf je Längeneinheit der Leitung für die Mikrostreifen-Stichleitung 106 wird durch den Ausdruck Cf = εf·W/Hf angegeben. Für den Vergleich von Cn mit Cf gilt die Beziehung εn << εf, wie vorstehend dargelegt, aber es gilt auch die in 1(b) gezeigte Beziehung Hn < Hf, sodass die Differenz zwischen der verteilten Kapazität Cn je Längeneinheit der Leitung für den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 103 und der verteilten Kapazität Cf je Längeneinheit der Leitung für die Mikrostreifen-Stichleitung 106 kleiner wird. Dadurch kann eine Verringerung der Übereinstimmung zwischen den Leitungsimpedanzen Z des Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 103 und der Mikrostreifen-Stichleitung 106 vermieden werden, sodass der Strom von dem Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 103 effizient in die Mikrostreifen-Stichleitung 106 fließt, wodurch eine ausreichende Phasenverschiebung erzielt werden kann.
Nachstehend wird die Funktionsweise des Phasenreglers nach der ersten Ausführungsform beschrieben.
Bei dem Phasenregler 100 sind der Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 103, der das paraelektrische Trägermaterial 101 verwendet, der Erdleiter 107 und die Mikrostreifen-Stichleitung 106, die das ferroelektrische Trägermaterial 104 verwendet, aufeinandergeschichtet, und der Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 103 ist über Durchkontaktlöcher 108, die durch den Erdleiter 107 gehen, mit der Mikrostreifen-Stichleitung 106 verbunden. Dieser Phasenregler 100 ist so gestaltet, dass sich die Phasenverschiebung eines durch den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 103 fließenden Hochfrequenzstroms entsprechend einer an die Mikrostreifen-Stichleitung 106 angelegten Steuergleichspannung ändert.
Mit anderen Worten, das Trägermaterial des Phasenreglers 100 besteht aus dem paraelektrischen Trägermaterial 101, dem Erdleiter 107 und dem ferroelektrischen Trägermaterial 104. Auf dem paraelektrischen Trägermaterial 101 ist eine rechteckschleifenförmige Leiterschicht 103a angeordnet, und diese schleifenförmige Leiterschicht 103a und das paraelektrische Trägermaterial 101 bilden den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 103.
Unter dem ferroelektrischen Trägermaterial 104 sind zwei Linearleiterschichten 106a1 und 106a2 so angeordnet, dass sie über die Durchkontaktlöcher 108 jeweils mit dem einen Ende der beiden gegenüberliegenden linearen Teile 103a1 und 103a2 der rechteckschleifenförmigen Leiterschicht 103a verbunden sind. Diese beiden Linearleiterschichten 106a1 und 106a2 und das ferroelektrische Trägermaterial 104 bilden die Mikrostreifen-Stichleitung 106.
Auf dem paraelektrischen Trägermaterial 101 sind Leiterschichten 115a und 120a so angeordnet, dass sie sich auf Verlängerungslinien der beiden linearen Teile 103a1 bzw. 103a2 befinden und mit dem anderen Ende des linearen Teils 103a1 bzw. 103a2 verbunden sind.
Diese Leiterschicht 115a und das paraelektrische Trägermaterial 101 bilden eine Eingangsleitung 115, und die Leiterschicht 120a und das paraelektrische Trägermaterial 101 bilden eine Ausgangsleitung 120. Hier sind das eine Ende und das andere Ende des linearen Teils 103a1 der schleifenförmigen Leiterschicht 103a ein Anschluss 2 bzw. ein Anschluss 1 des Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 103, und das eine Ende und das andere Ende des linearen Teils 103a2 der schleifenförmigen Leiterschicht 103a sind ein Anschluss 3 bzw. ein Anschluss 4 des Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 103.
Wenn bei dem Phasenregler 100 mit dem vorstehenden Aufbau eine Steuergleichspannung an die Mikrostreifen-Stichleitung 106 angelegt wird, ändert sich die Größe der Phasenverschiebung eines durchfließenden Hochfrequenzstroms.
Nachstehend folgt eine detaillierte Erläuterung. Bei dem Phasenregler 100, der so gestaltet ist, dass das gleiche Reflexionselement (Mikrostreifen-Stichleitung 106) über die Durchkontaktlöcher 108 mit zwei benachbarten Anschlüssen (Anschlüsse 2 und 3) des entsprechend gestalteten Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 103 verbunden ist, wird nicht der von dem Eingangsanschluss (Anschluss 1) kommende Hochfrequenzstrom über diesen Eingangsanschluss 1 ausgegeben, sondern es wird ein Hochfrequenzstrom, auf den hin ein von dem Reflexionselement reflektierter Strom reflektiert worden ist, nur über den Ausgangsanschluss (Anschluss 4) ausgegeben. Dann wird beim Anlegen der Steuerspannung an die Mikrostreifen-Stichleitung 106 ein Vormagnetisierungsfeld erzeugt, und die effektive Dielelektrizitätskonstante der Mikrostreifen-Stichleitung 106 für den Hochfrequenzstrom ändert sich, wenn die Steuerspannung geändert wird. Dadurch ändert sich die äquivalente Stromlänge der Mikrostreifen-Stichleitung 106 für den Hochfrequenzstrom, und die Phase der Mikrostreifen-Stichleitung 106 ändert sich entsprechend der Änderung der äquivalenten Stromlänge, wodurch sich die Phase eines über den Ausgangsanschluss (Anschluss 4) ausgegebenen Hochfrequenzstroms ändert.
Wie vorstehend dargelegt, wird der Phasenregler 100 nach der ersten Ausführungsform dadurch hergestellt, dass flächige lagenartige Materialien, d. h. das paraelektrische Trägermaterial 101, der Erdleiter 107 und das ferroelektrische Trägermaterial 104, aufeinandergeschichtet werden und die Durchkontaktlöcher 108, die durch den Erdleiter 107 gehen, ausgebildet werden, wodurch der auf der paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht 102 ausgebildete Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 103 und die auf der ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht 105 ausgebildete Mikrostreifen-Stichleitung 106 miteinander verbunden werden, und bei diesem Phasenregler ist die Dicke Hf des Trägermaterials der ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht 105, die für die Mikrostreifen-Stichleitung 106 vorgesehen ist, größer als die Dicke Hn des Trägermaterials der paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht 102, die für den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 103 vorgesehen ist. Daher wird die Verschlechterung der Leitungsimpedanz-Übereinstimmung zwischen dem Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 103 und der Mikrostreifen-Stichleitung 106 unterdrückt, wodurch ein Phasenregler erhalten werden kann, der eine effektive Phasenverschiebungsgröße ermöglicht. Außerdem kann dieser Phasenregler in weniger Herstellungsprozessen als bei dem Verfahren hergestellt werden, bei dem die Trägermaterialien durch Zuweisen von Bereichen in derselben Ebene zu den einzelnen Trägermaterialien wie bei dem herkömmlichen Phasenregler 700 angeordnet werden, und dadurch kann der Phasenregler kostengünstiger hergestellt werden.
Wenn dieser Phasenregler 100 für die phasengesteuerte Gruppenantenne verwendet wird, kann die phasengesteuerte Gruppenantenne in weniger Prozessen hergestellt werden, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden.
Ausführungsform 2
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben.
Bei dieser zweiten Ausführungsform wird ein Phasenregler beschrieben, der für eine erfindungsgemäße phasengesteuerte Gruppenantenne verwendet wird.
Die 2 sind eine perspektivische Darstellung (2(a)) und eine Schnittansicht (2(b)), die den Aufbau des Phasenreglers nach der zweiten Ausführungsform zeigen, der für die erfindungsgemäße phasengesteuerte Gruppenantenne verwendet wird.
In den 2 bezeichnet das Bezugssymbol 200 einen Phasenregler. Das Bezugssymbol 201 bezeichnet ein paraelektrisches Trägermaterial, das Bezugssymbol 202 bezeichnet eine paraelektrische Übertragungsleitungsschicht, das Bezugssymbol 203 bezeichnet einen Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler, das Bezugssymbol 204 bezeichnet ein ferroelektrisches Trägermaterial, das Bezugssymbol 205 bezeichnet eine ferroelektrische Übertragungsleitungsschicht, das Bezugssymbol 206 bezeichnet eine Mikrostreifen-Stichleitung, das Bezugssymbol 207 bezeichnet einen Erdleiter, und das Bezugssymbol 208 bezeichnet ein in dem Erdleiter 207 ausgebildetes Koppelfenster zum elektromagnetischen Koppeln des Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 203 und der Mikrostreifen-Stichleitung 206.
Zunächst wird ein Merkmal des Phasenreglers 200 der zweiten Ausführungsform näher beschrieben, das dem des herkömmlichen Phasenreglers 700 überlegen ist.
Wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, benötigt in dem Fall, dass zur Lösung des Problems, dass für den herkömmlichen Phasenregler 700 keine ausreichende Phasenverschiebung erzielt wird, zusätzlich ein magnetisches Material für die Mikrostreifen-Stichleitung 704 des in 9(a) gezeigten herkömmlichen Phasenreglers 700 verwendet wird, um die verteilte Induktivität L je Längeneinheit der Leitung zu erhöhen, wie im Stand der Technik 1 beschrieben ist, der herkömmliche Phasenregler 700, der dadurch in einem Stück hergestellt wird, dass dem ferroelektrischen Trägermaterial 702 und dem paraelektrischen Trägermaterial 701 jeweils Bereiche in derselben Ebene zugewiesen werden, viel mehr Prozesse, wodurch die Herstellungskosten erhöht werden.
Bei dem Phasenregler 200 der zweiten Ausführungsform, der in 2(a) gezeigt ist, wird der Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 203 auf der paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht 202 ausgebildet, die ein paraelektrisches Material für das Trägermaterial 201 verwendet, und die Mikrostreifen-Stichleitung 206 wird auf der ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht 205 ausgebildet, die ein ferroelektrisches Material für das Trägermaterial 204 verwendet, dann werden diese beiden Übertragungsleitungsschichten 202 und 205 über den Erdleiter 207 aufeinandergeschichtet, und der Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 203 wird über das in dem Erdleiter 207 ausgebildete Koppelfenster 208 mit der Mikrostreifen-Stichleitung 206 verbunden, und, wie in 2(b) gezeigt, ist der Abstand Hf zwischen Leitern, die die Übertragungsleitung auf der ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht 205 bilden, größer als der Abstand Hn zwischen Leitern, die die Übertragungsleitung auf der paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht 202 bilden. Dadurch können die Leitungsimpedanzen Z des Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 203 und der Mikrostreifen-Stichleitung 206 aufeinander abgestimmt werden, wodurch der Phasenregler 200, der eine effektive Phasenverschiebungsgröße ermöglicht, in einfacheren Herstellungsprozessen hergestellt werden kann.
Nachstehend folgt eine detaillierte Erläuterung. Unterstellt man beispielsweise, dass die Dielelektrizitätskonstante des paraelektrischen Trägermaterials 201 als Trägermaterial des Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 203 εn ist und die Dielelektrizitätskonstante des ferroelektrischen Trägermaterials 204 als Trägermaterial der Mikrostreifen-Stichleitung 206 εf ist, so wird die verteilte Kapazität Cn je Längeneinheit der Leitung für den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 203 durch die Formel Cn = εn·W/Hn dargestellt, und die verteilte Kapazität Cf je Längeneinheit der Leitung für die Mikrostreifen-Stichleitung 206 wird durch die Formel Cf = εf·W/Hf dargestellt. Für den Vergleich von Cn mit Cf gilt die Beziehung εn << εf, aber bei dieser zweiten Ausführungsform ist Hn < Hf, wie in 2(b) gezeigt, sodass die Differenz zwischen der verteilten Kapazität Cn je Längeneinheit der Leitung für den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 203 und der verteilten Kapazität Cf je Längeneinheit der Leitung für die Mikrostreifen-Stichleitung 206 kleiner wird. Dadurch kann eine Verringerung der Übereinstimmung zwischen den Leitungsimpedanzen Z des Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 203 und der Mikrostreifen-Stichleitung 206 vermieden werden, sodass der Strom von dem Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 203 effizient in die Mikrostreifen-Stichleitung 206 fließt und eine ausreichende Phasenverschiebung erzielt werden kann.
Nachstehend wird die Funktionsweise des Phasenreglers nach der zweiten Ausführungsform beschrieben.
Bei diesem Phasenregler 200 sind der Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 203, der das paraelektrische Trägermaterial 201 verwendet, der Erdleiter 207 und die Mikrostreifen-Stichleitung 206, die das ferroelektrische Trägermaterial 204 verwendet, aufeinandergeschichtet, und der Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 203 ist über das in dem Erdleiter 207 ausgebildete Koppelfenster 208 mit der Mikrostreifen-Stichleitung 206 elektromagnetisch gekoppelt. Dieser Phasenregler ist so gestaltet, dass sich die Größe der Phasenverschiebung des durch den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 203 fließenden Hochfrequenzstroms entsprechend einer an die Mikrostreifen-Stichleitung 206 angelegten Steuergleichspannung ändert.
Mit anderen Worten, das Trägermaterial des Phasenreglers 200 besteht aus dem paraelektrischen Trägermaterial 201, dem Erdleiter 207 und dem ferroelektrischen Trägermaterial 204. Auf dem paraelektrischen Trägermaterial 201 ist eine rechteckschleifenförmige Leiterschicht 203a angeordnet, und diese schleifenförmige Leiterschicht 203a und das paraelektrische Trägermaterial 201 bilden den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 203.
Unter dem ferroelektrischen Trägermaterial 204 sind zwei Linearleiterschichten 206a1 und 206a2 so angeordnet, dass sie über das Koppelfenster 208 jeweils mit dem einen Ende der beiden gegenüberliegenden linearen Teile 203a1 und 203a2 der rechteckschleifenförmigen Leiterschicht 203a elektromagnetisch gekoppelt sind. Diese beiden Linearleiterschichten 206a1 und 206a2 und das ferroelektrische Trägermaterial 204 bilden die Mikrostreifen-Stichleitung 206.
Auf dem paraelektrischen Trägermaterial 201 sind Leiterschichten 215a und 220a so angeordnet, dass sie sich auf Verlängerungslinien der beiden linearen Teile 203a1 bzw. 203a2 befinden und mit dem anderen Ende des linearen Teils 203a1 bzw. 203a2 verbunden sind.
Diese Leiterschicht 215a und das paraelektrische Trägermaterial 201 bilden eine Eingangsleitung 215, und die Leiterschicht 220a und das paraelektrische Trägermaterial 201 bilden eine Ausgangsleitung 220. Hier sind das eine Ende und das andere Ende des linearen Teils 203a1 der schleifenförmigen Leiterschicht 203a ein Anschluss 2 bzw. ein Anschluss 1 des Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 203, und das eine Ende und das andere Ende des linearen Teils 203a2 der schleifenförmigen Leiterschicht 203a sind ein Anschluss 3 bzw. ein Anschluss 4 des Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 203.
Wenn bei dem Phasenregler mit dem vorstehenden Aufbau eine Steuergleichspannung an die Mikrostreifen-Stichleitung 206 angelegt wird, ändert sich die Größe der Phasenverschiebung des durchfließenden Hochfrequenzstroms.
Nachstehend folgt eine detaillierte Erläuterung. Bei dem Phasenregler 200, bei dem das gleiche Reflexionselement (Mikrostreifen-Stichleitung 206) über das Koppelfenster 208 mit zwei benachbarten Anschlüssen (Anschlüsse 2 und 3) des entsprechend gestalteten Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers 203 elektromagnetisch gekoppelt ist, wird nicht der von dem Eingangsanschluss (Anschluss 1) kommende Hochfrequenzstrom von diesem Eingangsanschluss 1 ausgegeben, sondern es wird ein Hochfrequenzstrom, auf den hin ein von dem Reflexionselement reflektierter Strom reflektiert worden ist, nur über den Ausgangsanschluss (Anschluss 4) ausgegeben. Dann wird beim Anlegen der Steuerspannung an die Mikrostreifen-Stichleitung 206 ein Vormagnetisierungsfeld erzeugt, und die effektive Dielelektrizitätskonstante der Mikrostreifen-Stichleitung 206 für den Hochfrequenzstrom ändert sich, wenn diese Steuerspannung geändert wird. Dadurch ändert sich die äquivalente Stromlänge der Mikrostreifen-Stichleitung 206 für den Hochfrequenzstrom, wodurch sich die Phase des Hochfrequenzstroms ändert, wodurch sich die Phase des von dem Ausgangsanschluss (Anschluss 4) ausgegebenen Hochfrequenzstroms ändert.
Wie vorstehend dargelegt, wird bei der zweiten Ausführungsform der Phasenregler 200 dadurch hergestellt, dass flächige lagenartige Materialien, d. h. das paraelektrische Trägermaterial 201, der Erdleiter 207 mit dem Koppelfenster 208 und das ferroelektrische Trägermaterial 204, aufeinandergeschichtet werden, wobei die Dicke Hf des Trägermaterials für die ferroelektrische Übertragungsleitungsschicht 205, die für die Mikrostreifen-Stichleitung 206 vorgesehen ist, größer ist als die Dicke Hn des Trägermaterials für die paraelektrische Übertragungsleitungsschicht 202, die für den Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppler 203 vorgesehen ist. Daher kann eine Verschlechterung der Leitungsimpedanz-Übereinstimmung zwischen dem Mikrostreifen-Hybridrichtungskoppier 203 und der Mikrostreifen-Stichleitung 206 vermieden werden, wodurch ein Phasenregler erhalten werden kann, der eine effektive Phasenverschiebungsgröße ermöglicht. Außerdem kann dieser Phasenregler in weniger Herstellungsprozessen als bei dem Verfahren hergestellt werden, bei dem die Trägermaterialien so angeordnet werden, dass Bereiche in einer Ebene den einzelnen Trägermaterialien wie bei dem herkömmlichen Phasenregler 700 zugeordnet werden, wodurch der Phasenregler kostengünstiger hergestellt werden kann.
Wenn dieser Phasenregler 200 für die phasengesteuerte Gruppenantenne verwendet wird, kann die phasengesteuerte Gruppenantenne in weniger Prozessen hergestellt werden, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden.
Ausführungsform 3
Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 3 beschrieben.
3(a) ist ein Diagramm, das den Aufbau einer phasengesteuerten Gruppenantenne nach der dritten Ausführungsform zeigt, und 3(b) ist ein Diagramm, das das Richtvermögen der phasengesteuerten Gruppenantenne nach der dritten Ausführungsform für den Fall, dass eine Zwischenträgerneigungs-Spannung angelegt wird, und für den Fall, dass keine Zwischenträgerneigungs-Spannung angelegt wird, zeigt.
In 3(a) weist eine phasengesteuerte Gruppenantenne 330 nach der dritten Ausführungsform eine Antennensteuereinheit 300; eine Zwischenträgerneigungs-Spannung 320 zum Durchführen der Steuerung des in 3(b) gezeigten Richtvermögens (Zwischenträgerneigung) und vier Antennenelemente 310a–310d auf. Die Antennensteuereinheit 300 weist Folgendes auf: einen Eingangsanschluss (Speise-Anschluss) 301; vier Antennenanschlüsse 307a–307d; vier Phasenregler 308a1–308a4; vier Verlustelemente 309a1–309a4; ein Hochfrequenz-Sperrglied 311; ein Gleichstrom-Sperrglied 312; eine Übertragungsleitung (Speiseleitung) 302 von dem Eingangsanschluss 301; zwei Übertragungsleitungen 304a und 304b, die von einer ersten Abzweigung 303 abzweigen; und vier Übertragungsleitungen 306a–306d, die von den Übertragungsleitungen 304a und 304b an zweiten Abzweigungen 305a und 305b abzweigen.
Nachstehend wird die Gestaltung der Antennensteuereinheit 300, die Bestandteil der phasengesteuerten Gruppenantenne 330 nach der dritten Ausführungsform ist, näher beschrieben.
Die Antennensteuereinheit 300 nach der dritten Ausführungsform weist einen Eingangsanschluss 301 auf, dann zweigt die Übertragungsleitung 302 von dem Eingangsanschluss 301 in zwei Übertragungsleitungen 304a und 304b an der ersten Abzweigung 303 ab, und dann zweigen die beiden Übertragungsleitungen 304a und 304b, die an der ersten Abzweigung 303 abzweigen, weiter in zwei Übertragungsleitungen an den zweiten Abzweigungen 305a und 305b ab, wodurch vier abgezweigte Übertragungsleitungen 306a–306d erhalten werden.
Der Eingangsanschluss 301 ist über das Sperrglied 312 mit der ersten Abzweigung 303 verbunden, und die Zwischenträgerneigungs-Spannung 320 ist über das Hochfrequenz-Sperrglied 311 mit der ersten Abzweigung 303 verbunden.
Die vier Übertragungsleitungen 306a–306d sind mit den vier Antennenanschlüssen 307a–307d zum Anschließen der vier Antennenelemente 310a–310d versehen.
Wenn die vier Antennenanschlüsse 307a–307d, die als erster, zweiter, dritter bzw. vierter Antennenanschluss bezeichnet werden, in einer Reihe angeordnet sind, und wenn unterstellt wird, dass n eine Ganzzahl ist, die die Bedingung 0 < n < 4 erfüllt, werden die Phasenregler 308a1–308a4 so angeordnet, dass die Anzahl der Phasenregler 308a, die sich zwischen dem (n+1)-ten Antennenanschluss 307 und dem Eingangsanschluss 301 befinden, um eins größer als die Anzahl der Phasenregler 308a ist, die sich zwischen dem n-ten Antennenanschluss 307 und dem Eingangsanschluss 301 befinden. Hier haben die einzelnen Phasenregler 308a1–308a4 die gleichen Eigenschaften.
Bei der Antennensteuereinheit 300 nach der dritten Ausführungsform sind die Verlustelemente 309a1–309a4, die jeweils einen Übertragungsverlust haben, der gleich einem Übertragungsverlust ist, der einem Phasenregler 308a entspricht, so angeordnet, dass die Anzahl der Verlustelemente 309a, die sich zwischen dem n-ten Antennenanschluss 307 und dem Eingangsanschluss 301 befinden, um eins größer ist als die Anzahl der Verlustelemente 309a, die sich zwischen dem (n+1)-ten Antennenanschluss 307 und dem Eingangsanschluss 301 befinden. Daher haben die Übertragungsverluste von allen Antennenanschlüssen 307a–307d bis zum Eingangsanschluss 301 den gleichen Wert.
Wenn bei normalen phasengesteuerten Gruppenantennen die Übertragungsverluste von den einzelnen Antennenelementen 310a–310d bis zum Eingangsanschluss 301 als Stromzusammensetzungspunkt voneinander verschieden sind, wird die Stromzusammensetzungswirkung verringert, sodass der in 3(b) gezeigte Zwischenträger verformt wird und es schwierig wird, einen spitzen Zwischenträger (eine große Verstärkung des Richtvermögens) zu erzielen, und die Zwischenträgerneigung wird verringert, und dadurch wird die Steuerung des Richtvermögens der Antenne verschlechtert.
Bei der Antennensteuereinheit 300 nach der dritten Ausführungsform sind die Verlustelemente 309a jedoch so angeordnet, dass die Größe des Übertragungsverlusts, der von dem n-ten Antennenanschluss 307 (n ist eine Ganzzahl, die die Bedingung 0 < n < 4 erfüllt) bis zum Eingangsanschluss 301 um einen Betrag bis zur Höhe des Übertragungsverlusts, der einem Phasenregler 308a entspricht, größer ist als der Übertragungsverlust von dem (n+1)-ten Antennenanschluss 307 bis zum Eingangsanschluss 301. Daher haben die Übertragungsverluste von allen Antennenelementen 310a–310d bis zum Eingangsanschluss 301 den gleichen Wert, sodass eine phasengesteuerte Gruppenantenne, die einen spitzen Zwischenträger und eine befriedigende Zwischenträgerneigung hat, realisiert werden kann.
Wenn, wie vorstehend dargelegt, bei der dritten Ausführungsform n eine Ganzzahl ist, die die Bedingung 0 < n < 4 erfüllt, werden die Phasenregler 308a so angeordnet, dass die Anzahl der Phasenregler 308a, die sich zwischen dem (n+1)-ten Antennenanschluss 307 und dem Eingangsanschluss 301 befinden, um eins größer ist als die Anzahl der Phasenregler 308a, die sich zwischen dem n-ten Antennenanschluss 307 und dem Eingangsanschluss 301 befinden, und die Verlustelemente 309a werden so angeordnet, dass der Übertragungsverlust von dem n-ten Antennenanschluss 307 bis zum Eingangsanschluss 301 um einen Betrag bis zur Höhe des Übertragungsverlusts, der einem Phasenregler 308a entspricht, größer ist als der Übertragungsverlust von dem (n+1)-ten Antennenanschluss 307 bis zum Eingangsanschluss 301. Daher unterscheiden sich die Größen des an die einzelnen Antennenelemente 310a–310d verteilten Stroms auch dann nicht voneinander, wenn es zu einem Durchgangsverlust in den Phasenreglern 308a1–308a4 kommt, und daher kann eine Antennensteuereinheit 300 erhalten werden, mit der der Zwischenträger nicht verformt wird oder die Änderungen der Zwischenträgerrichtung nicht verringert werden. Und wenn diese Antennensteuereinheit 300 für eine phasengesteuerte Gruppenantenne verwendet wird, können die Übertragungsverluste von allen Antennenelementen 310a–310d bis zum Eingangsanschluss 301 gleichgroß gemacht werden, wodurch eine phasengesteuerte Gruppenantenne realisiert werden kann, die einen spitzen Zwischenträger und eine befriedigende Zwischenträgerneigung hat.
Wenn der bei der ersten oder zweiten Ausführungsform beschriebene Phasenregler für die phasengesteuerte Gruppenantenne nach der dritten Ausführungsform verwendet wird, können die Herstellungskosten für die phasengesteuerte Gruppenantenne weiter gesenkt werden.
Ausführungsform 4
Nachstehend wird eine vierte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben.
Bei dieser vierten Ausführungsform wird eine Antennensteuereinheit in einer phasengesteuerten Gruppenantenne näher beschrieben, die einen anderen Aufbau als die der dritten Ausführungsform hat.
4(a) ist ein Diagramm, das den Aufbau einer phasengesteuerten Gruppenantenne nach der vierten Ausführungsform zeigt, und 4(b) ist ein Diagramm, das das Richtvermögen der phasengesteuerten Gruppenantenne nach der vierten Ausführungsform für den Fall, dass eine Zwischenträgerneigungs-Spannung angelegt wird, und für den Fall, dass keine Zwischenträgerneigungs-Spannung angelegt wird, zeigt.
In 4(a) weist eine phasengesteuerte Gruppenantenne 430 nach der vierten Ausführungsform eine Antennensteuereinheit 400; eine Negative- und eine Positive-Zwischenträgerneigungs-Spannung 421 und 422, die die Steuerung des in 4(b) gezeigten negativen bzw. positiven Richtvermögens (Zwischenträgerneigung) durchführen; und vier Antennenelemente 410a–410d auf. Die Antennensteuereinheit 400 weist Folgendes auf: einen Eingangsanschluss 401; vier Antennenanschlüsse 407a–407d; vier Positive-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408a1–408a4; vier Negative-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408b1–408b4; Hochfrequenz-Sperrglieder 411a–411f; Gleichstrom-Sperrglieder 412a–412f; eine Übertragungsleitung 402 von dem Eingangsanschluss 401; zwei Übertragungsleitungen 404a und 404b, die an einer ersten Abzweigung 403 abzweigen; und vier Übertragungsleitungen 406a–406d, die von den Übertragungsleitungen 404a und 404b an zweiten Abzweigungen 405a und 405b abzweigen.
Nachstehend wird die Antennensteuereinheit 400, die Bestandteil der phasengesteuerten Gruppenantenne 430 nach der vierten Ausführungsform ist, näher beschrieben.
Die Antennensteuereinheit 400 nach der vierten Ausführungsform weist einen Eingangsanschluss 401 auf, dann zweigt die Übertragungsleitung 402 von dem Eingangsanschluss 401 in die zwei Übertragungsleitungen 404a und 404b an der ersten Abzweigung 403 ab, und dann zweigen die beiden Übertragungsleitungen 404a und 404b, die an der ersten Abzweigung 403 abzweigen, weiter in zwei Übertragungsleitungen an der zweiten Abzweigung 405a bzw. 405b ab, wodurch vier Übertragungsleitungen 406a–406d entstehen.
Jede der beiden Übertragungsleitungen 404a und 404b, die an der ersten Abzweigung 403 abzweigen, ist mit einem Gleichstrom-Sperrglied 412 versehen, und jede der vier Übertragungsleitungen 406a–406d, die an der zweiten Abzweigung 405a bzw. 405b abzweigen, ist ebenfalls mit einem Gleichstrom-Sperrglied 412 versehen. An dem einen Ende der Negative-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408b1, 408b4 und 408b2 und an dem einen Ende der Positive-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408a1, 408a4 und 408a2 ist jeweils ein Hochfrequenz-Sperrglied 411 angeordnet.
Die vier Übertragungsleitungen 406a–406d sind entsprechend mit den vier Antennenanschlüssen 407a–407d zum Anschließen der vier Antennenelemente 410a–410d versehen.
Diese vier Antennenanschlüsse 407a–407d, die als erster, zweiter, dritter bzw. vierter Antennenanschluss bezeichnet werden, sind in einer Reihe angeordnet, und wenn man unterstellt, dass n eine Ganzzahl ist, die die Bedingung 0 < n < 4 erfüllt, werden die Positive-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408a1–408a4 so angeordnet, dass die Anzahl der Phasenregler, die sich zwischen dem (n+1)-ten Antennenanschluss 407 und dem Eingangsanschluss 401 befinden, um eins größer als die Anzahl der Phasenregler ist, die sich zwischen dem n-ten Antennenanschluss 407 und dem Eingangsanschluss 401 befinden.
Die Negative-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408b1–408b4 sind so angeordnet, dass die Anzahl der Phasenregler, die sich zwischen dem n-ten Antennenanschluss 407 und dem Eingangsanschluss 401 befinden, um eins größer als die Anzahl der Phasenregler ist, die sich zwischen dem (n+1)-ten Antennenanschluss 407 und dem Eingangsanschluss 401 befinden.
Hier haben die Positive-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408a1–408a4 und die Negative-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408b1–408b4 alle die gleichen Eigenschaften (den gleichen Übertragungsverlust).
Daher sind bei der Antennensteuereinheit 400 mit der vorstehenden Gestaltung die Übertragungsverluste von allen Antennenanschlüssen 407a–407d bis zum Eingangsanschluss 401 gleichgroß.
Wenn bei normalen phasengesteuerten Gruppenantennen die Übertragungsverluste von den einzelnen Antennenelementen 410a–410d bis zum Eingangsanschluss 401 als elektrischer Stromzusammensetzungspunkt voneinander verschieden sind, wird die elektrische Stromzusammensetzungswirkung verringert, wodurch der in 4(b) gezeigte Zwischenträger verformt wird, und dadurch ist es schwierig, einen spitzen Zwischenträger (eine große Verstärkung des Richtvermögens) zu erhalten, und die Zwischenträgerneigung wird verringert, und dadurch wird die Steuerung des Richtvermögens der Antenne verschlechtert.
Wenn bei der phasengesteuerten Gruppenantenne, die ein ferroelektrisches Material für den Phasenregler 408 verwendet, die Rate der Änderung der Dielelektrizitätskonstante des ferroelektrischen Materials klein ist, ist die Phasenverschiebungsgröße, die mit einem einzigen Phasenregler 408 realisiert werden kann, ebenfalls klein, sodass es ziemlich schwierig ist, eine phasengesteuerte Gruppenantenne mit einer großen Zwischenträgerneigung zu erhalten.
Bei dieser Antennensteuereinheit 400 nach der vierten Ausführungsform sind jedoch die Übertragungsverluste von allen Antennenelementen 410a–410d bis zum Eingangsanschluss 401 gleichgroß, und die Positive-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408a und die Negative-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408b sind vorhanden. Daher übernimmt jeder der Phasenregler 408 nur eine kleinere Phasenverschiebung, wodurch eine phasengesteuerte Gruppenantenne mit einem spitzeren Zwischenträger und eine stärker befriedigenden Zwischenträgerneigung realisiert werden kann.
Wenn, wie vorstehend dargelegt, bei der vierten Ausführungsform n eine Ganzzahl ist, die die Bedingung 0 < n < 4 erfüllt, werden die Positive-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408a1–408a4 so angeordnet, dass die Anzahl der Positive-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408a, die sich zwischen dem (n+1)-ten Antennenanschluss 407 und dem Eingangsanschluss 401 befinden, um eins größer ist als die Anzahl der Phasenregler 408a, die sich zwischen dem n-ten Antennenanschluss 407 und dem Eingangsanschluss 401 befinden, und die Negative-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408b1–408b4 sind so angeordnet, dass die Anzahl der Negative-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408b, die sich zwischen dem n-ten Antennenanschluss 407 und dem Eingangsanschluss 401 befinden, um eins größer ist als die Anzahl der Negative-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408b, die sich zwischen dem (n+1)-ten Antennenanschluss 407 und dem Eingangsanschluss 401 befinden. Daher übernimmt jeder der Phasenregler 408 nur eine kleinere Phasenverschiebung, und dadurch kann eine Antennensteuereinheit 400 erhalten werden, die die Zwischenträgerneigung auch dann nicht verringert, wenn die Rate der Änderung der Dielelektrizitätskonstante für das ferroelektrische Material jedes Phasenreglers 408 niedrig ist. Wenn die Antennensteuereinheit 400 verwendet wird, können die Übertragungsverluste von allen Antennenelementen 410a–410d bis zum Eingangsanschluss 401 kompensiert werden, wodurch eine phasengesteuerte Gruppenantenne realisiert werden kann, die einen spitzeren Zwischenträger und eine stärker befriedigende Zwischenträgerneigung hat.
Wenn der bei der ersten oder zweiten Ausführungsform beschriebene Phasenregler für die phasengesteuerte Gruppenantenne nach der vierten Ausführungsform verwendet wird, können die Herstellungskosten für die phasengesteuerte Gruppenantenne weiter gesenkt werden.
Ausführungsform 5
Nachstehend wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Bei dieser fünften Ausführungsform wird eine phasengesteuerte Gruppenantenne mit einer zweidimensionalen Antennensteuereinheit beschrieben, die durch Kombinieren mehrerer Antennensteuereinheiten erhalten wird, die bei der dritten Ausführungsform beschrieben worden sind, und die das Richtvermögen in Richtung der x-Achse und der y-Achse steuern kann.
5 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer phasengesteuerten Gruppenantenne nach der fünften Ausführungsform zeigt.
In 5 weist eine phasengesteuerte Gruppenantenne 530 nach der fünften Ausführungsform Folgendes auf: Antennenelemente 510a(1-4)–510d(1-4); x-Achsen-Antennensteuereinheiten 500a1–500a4, die die Steuerung des x-Achsen-Richtvermögens (Zwischenträgerneigung) durchführen; eine y-Achsen-Antennensteuereinheit 500b, die die Steuerung des y-Achsen-Richtvermögens durchführt; eine x-Achsen-Zwischenträgerneigungs-Spannung 520a und eine y-Achsen-Zwischenträgerneigungs-Spannung 520b. Die x-Achsen-Antennensteuereinheiten 500a weisen jeweils Antennenanschlüsse 507a–507d und einen Eingangsanschluss 501a auf. Die y-Achsen-Antennensteuereinheit 500b weist Antennenanschlüsse 507a–507d und einen Eingangsanschluss 501a auf. Hier wird unterstellt, dass alle x-Achsen-Antennensteuereinheiten 500a1–500a4 und die y-Achsen-Antennensteuereinheit 500b den gleichen Aufbau wie die Antennensteuereinheit 300 haben, die bei der dritten Ausführungsform näher beschrieben worden ist.
Nachstehend wird insbesondere die phasengesteuerte Gruppenantenne 530 nach dieser Ausführungsform beschrieben.
Die Eingangsanschlüsse 501a1–501a4 der x-Achsen-Antennensteuereinheiten 500a1–500a4 sind entsprechend mit den Antennenanschlüssen 507a–507d der y-Achsen-Antennensteuereinheit 500b verbunden. Vier Phasenregler 308a (nicht dargestellt) und vier Verlustelemente 309a (nicht dargestellt), die jeweils den gleichen Übertragungsverlust haben, sind jeweils in den x-Achsen-Antennensteuereinheiten 500a1–500a4 und der y-Achsen-Antennensteuereinheit 500b angeordnet, wie in 3 gezeigt ist und bei der dritten Ausführungsform beschrieben ist.
Daher haben bei der phasengesteuerten Gruppenantenne 530 der fünften Ausführungsform die Übertragungsverluste von allen Antennenanschlüssen 507a–507d bis zum Eingangsanschluss 501a an den x-Achsen-Antennensteuereinheiten 500a1–500a4 den gleichen Wert, und auch die Übertragungsverluste von allen Antennenanschlüssen 507a–507d bis zum Eingangsanschluss 501b an der y-Achsen-Antennensteuereinheit 500b haben den gleichen Wert. Dadurch kann eine phasengesteuerte Gruppenantenne realisiert werden kann, die einen spitzen Zwischenträger (eine große Verstärkung des Richtvermögens) und eine befriedigende Zwischenträgerneigung hat und die das x-Achsen-Richtvermögen und das y-Achsen-Richtvermögen steuern kann.
Wie vorstehend dargelegt, verwendet die phasengesteuerte Gruppenantenne der fünften Ausführungsform eine Antennensteuereinheit, die die x-Achsen-Antennensteuereinheiten 500a1–500a4, die das x-Achsen-Richtvermögen steuern, und die y-Achsen-Antennensteuereinheit 500b, die das y-Achsen-Richtvermögen steuert, aufweist, und als x-Achsen- und y-Achsen-Antennensteuereinheiten 500 wird die bei der dritten Ausführungsform beschriebene Antennensteuereinheit verwendet, die mit den Phasenreglern 308a und den Verlustelementen 309a in der gleichen Anzahl wie die Phasenregler 308a versehen ist, wobei jedes Verlustelement den gleichen Übertragungsverlust wie der Phasenregler 308a hat, wodurch der an die einzelnen Antennenelementen 510 verteilte Strom auch dann kompensiert wird, wenn in dem Phasenregler 308 ein Durchgangsverlust auftritt, um dadurch eine Verformung des Zwischenträgers oder eine Verringerung der Änderung der Zwischenträgerneigung zu vermeiden. Dadurch kann eine phasengesteuerte Gruppenantenne realisiert werden kann, die einen spitzen Zwischenträger (eine große Verstärkung des Richtvermögens) und eine befriedigende Zwischenträgerneigung hat und die das x-Achsen- und y-Achsen-Richtvermögen steuern kann.
Ausführungsform 6
Nachstehend wird eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Bei dieser sechsten Ausführungsform wird eine phasengesteuerte Gruppenantenne mit einer zweidimensionalen Antennensteuereinheit beschrieben, die durch Kombinieren mehrerer Antennensteuereinheiten erhalten wird, die bei der vierten Ausführungsform beschrieben worden sind, und die das x-Achsen- und y-Achsen-Richtvermögen steuern kann.
6 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer phasengesteuerten Gruppenantenne nach der sechsten Ausführungsform zeigt.
In 6 weist eine phasengesteuerte Gruppenantenne 630 nach der sechsten Ausführungsform Folgendes auf: Antennenelemente 610a(1-4)–610d(1-4); x-Achsen-Antennensteuereinheiten 600a1–600a4, die die Steuerung des x-Achsen-Richtvermögens (Zwischenträgerneigung) durchführen; eine y-Achsen-Antennensteuereinheit 600b, die die Steuerung des y-Achsen-Richtvermögens durchführt; eine x-Achsen-Negative-Zwischenträgerneigungs-Spannung 621a; eine x-Achsen-Positive-Zwischenträgerneigungs-Spannung 622a; eine y-Achsen-Negative-Zwischenträgerneigungs-Spannung 621b und eine y-Achsen-Positive-Zwischenträgerneigungs-Spannung 622b. Die x-Achsen-Antennensteuereinheiten 600a weisen jeweils Antennenanschlüsse 607a–607d und einen Eingangsanschluss 601a auf. Die y-Achsen-Antennensteuereinheit 600b weist die Antennenanschlüsse 607a–607d und den Eingangsanschluss 601a auf. Hier wird unterstellt, dass alle x-Achsen-Antennensteuereinheiten 600a1–600a4 und die y-Achsen-Antennensteuereinheit 600b den gleichen Aufbau wie die Antennensteuereinheit 400 haben, die bei der vierten Ausführungsform näher beschrieben worden ist.
Nachstehend wird die phasengesteuerte Gruppenantenne 630 nach der sechsten Ausführungsform näher beschrieben.
Die Eingangsanschlüsse 601a1–601a4 der x-Achsen-Antennensteuereinheiten 600a1–600a4 sind entsprechend mit den Antennenanschlüssen 607a–607d der y-Achsen-Antennensteuereinheit 600b verbunden. Vier Positive-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408a (nicht dargestellt) und vier Negative-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408b (nicht dargestellt) sind jeweils in den x-Achsen-Antennensteuereinheiten 600a1–600a4 und der y-Achsen-Antennensteuereinheit 600b angeordnet, wie in 4 gezeigt ist und bei der vierten Ausführungsform beschrieben ist.
Daher haben bei der phasengesteuerten Gruppenantenne 630 der sechsten Ausführungsform bei allen x-Achsen-Antennensteuereinheiten 600a1–600a4 und der y-Achsen-Antennensteuereinheit 600b die Übertragungsverluste von allen Antennenanschlüssen 607a–607d bis zum Eingangsanschluss 601a den gleichen Wert, und jeder der Phasenregler übernimmt nur eine kleinere Phasenverschiebung, wodurch eine phasengesteuerte Gruppenantenne realisiert werden kann, die einen spitzeren Zwischenträger und eine stärker befriedigende Zwischenträgerneigung hat und das x-Achsen- und y-Achsen-Richtvermögen steuern kann.
Wie vorstehend dargelegt, weist bei der sechsten Ausführungsform die phasengesteuerte Gruppenantenne die x-Achsen-Antennensteuereinheiten 600a1–600a4, die das x-Achsen-Richtvermögen steuern, und die y-Achsen-Antennensteuereinheit 600b auf, die das y-Achsen-Richtvermögen steuert. Außerdem wird für die x-Achsen- und y-Achsen- Antennensteuereinheiten 600 eine Antennensteuereinheit verwendet, bei der Positive-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408a und Negative-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler 408b, die jeweils den gleichen Übertragungsverlust haben, in gleicher Anzahl angeordnet sind, wie bei der vierten Ausführungsform beschrieben ist, und dadurch übernimmt jeder der Phasenregler 408 nur eine kleinere Phasenverschiebung auch dann, wenn die Rate der Änderung der Dielelektrizitätskonstante des ferroelektrischen Materials für die einzelnen Phasenregler 408 niedrig ist, wodurch eine Verringerung der Zwischenträgerneigung vermieden wird und der an die einzelnen Antennenelemente 601 verteilte Strom auch dann kompensiert wird, wenn in den einzelnen Phasenreglern ein Durchgangsverlust entsteht, wodurch eine Verformung des Zwischenträgers oder eine Verringerung der Änderung der Zwischenträgerrichtung vermieden werden kann. Dadurch kann eine phasengesteuerte Gruppenantenne realisiert werden, die einen spitzeren Zwischenträger und eine stärker befriedigende Zwischenträgerneigung hat und die das x-Achsen- und y-Achsen-Richtvermögen steuern kann.
Außerdem kann in dem Fall, dass in den einzelnen Antennensteuereinheiten 600, die jeweils Bestandteil der phasengesteuerten Gruppenantenne der sechsten Ausführungsform sind, die x-Achsen-Positive-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler, die x-Achsen-Negative-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler, die y-Achsen-Positive-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler und die y-Achsen-Negative-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler in verschiedenen Schichten angeordnet sind, zusätzlich zu den vorgenannten Wirkungen eine noch kompaktere Antennensteuereinheit mit noch höherer Dichte realisiert werden.
In der Beschreibung der vorstehenden Ausführungsformen sind die Übertragungsleitungen, die Bestandteil des Mikrostreifen-Hybridrichtungskopplers und der Mikrostreifen-Stichleitung des Phasenreglers sind, jeweils Mikrostreifen-Leitungen. Die vorstehend beschriebenen Wirkungen werden aber auch erzielt, wenn ein dielektrischer Wellenleiter, wie etwa ein Streifenleitungs-Wellenleiter, ein dielektrischer N-Leitungs-Wellenleiter oder ein dielektrischer NRD-Wellenleiter, verwendet wird.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen werden zwar vier Antennenelemente verwendet, aber es kann auch eine andere Anzahl von Antennenelementen verwendet werden. Wenn beispielsweise eine Speiseleitung (Übertragungsleitung) über k Abzweigstufen in m Leitungen von einem Eingangsanschluss abzweigt, in den ein Hochfrequenzstrom eingespeist wird, wobei m = 2^k und k eine Ganzzahl ist, werden nur m Antennenelemente benötigt, und die dann erforderliche Anzahl M_k von Phasenreglern kann durch folgende Formel dargestellt werden: Mk = M(k-1)·2 + 2(k-1) (wenn k ≥ 1, M1 = 1).
Nachstehend folgt eine detaillierte Erläuterung anhand der 7 und 8. 7 ist eine Tabelle, die den Zusammenhang zwischen der Anzahl von Abzweigstufen (k), der Anzahl von Antennenelementen (m) und der Anzahl von Phasenreglern (M_k) in der Antennensteuereinheit oder der phasengesteuerten Gruppenantenne nach der sechsten Ausführungsform zeigt. Die 8 sind Diagramme, die Anordnungen von Phasenreglern für den Fall zeigen, dass in 7 k = 1 und m = 2 ist (8(a)), k = 2 und m = 4 ist (8(b)) und k = 3 und m = 8 ist (8(c)).
Wenn beispielsweise die Anzahl von Abzweigstufen k = 3 ist, ist die Anzahl m von Antennenelementen m = 2³ = 8, wie in 7 gezeigt, und die Anzahl M₃ von Phasenreglern ist M₃ = M₂·2 + 2² = 12. Die Phasenregler sind in diesem Fall, wie in 8(c) gezeigt, so angeordnet, dass die Anzahl von Phasenreglern, die sich zwischen dem (n+1)-ten Antennenanschluss (0 < n < 8) und dem Eingangsanschluss befinden, um eins größer ist als die Anzahl von Phasenreglern, die sich zwischen dem n-ten Antennenanschluss und dem Eingangsanschluss befinden. Zur Vereinfachung der Erläuterung sind in 8 nur M_k Phasenregler dargestellt, aber in der bei der dritten Ausführungsform beschriebenen Antennensteuereinheit 300 und in der phasengesteuerten Gruppenantenne 330, die diese Antennensteuereinheit 300 verwendet, sind M_k Verlustelemente in der gleichen Anzahl wie die Phasenregler angeordnet, wie in 3 gezeigt. Bei der bei der vierten Ausführungsform beschriebenen Antennensteuereinheit 400 und bei der phasengesteuerten Gruppenantenne 430, die diese Antennensteuereinheit 400 verwendet, sind in dem Fall, dass die in dieser Figur gezeigten M_k Phasenregler Positive-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler sind, auch M_k Negative-Zwischenträgerneigungs-Phasenregler angeordnet, wie in 4 gezeigt.
Anwendungsmöglichkeiten in der Industrie
Die Antennensteuereinheit und die phasengesteuerte Gruppenantenne der vorliegenden Erfindung sind sehr gut zur Realisierung einer kostengünstigen Antennensteuereinheit und einer kostengünstigen phasengesteuerten Gruppenantenne geeignet, die einen spitzen Zwischenträger (eine große Verstärkung des Richtvermögens) und eine befriedigende Zwischenträgerneigung hat und in weniger Herstellungsprozessen hergestellt werden kann. Die Antennensteuereinheit und die phasengesteuerte Gruppenantenne sind für den Einsatz in einer Mobileinheit, die Rundfunk oder Kraftfahrzeug-Kollisionsvermeidungsradar identifiziert, besonders geeignet.

Claims

Antennensteuereinheit mit mehreren Antennenschlüssen, mit denen Antennenelemente verbunden sind, einem Speise-Anschluss, in den ein Hochfrequenzstrom eingespeist wird, und Phasenreglern (100), die mit den einzelnen Antennenschlüssen durch Speiseleitungen verbunden sind, die von dem Speise-Anschluss abzweigen und eine Phase eines Hochfrequenz-Signals, das zwischen den einzelnen Antennenschlüssen und dem Speise-Anschluss fließt, elektrisch ändern, wobei die Phasenregler (100) an einigen Stellen an den Speiseleitungen angeordnet sind und jeweils Folgendes aufweisen: einen Hybridrichtungskoppler (103) auf einer paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht (102), die ein paraelektrisches Material als Trägermaterial (101) verwendet; und eine Stichleitung (106) auf einer ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht (105), die ein ferroelektrisches Material als Trägermaterial (104) verwendet, dadurch gekennzeichnet, dass die paraelektrische Übertragungsleitungsschicht (102) und die ferroelektrische Übertragungsleitungsschicht (105) über einen Erdleiter (107) aufeinandergeschichtet sind und der Hybridrichtungskoppler (103) und die Stichleitung (106) über ein durch den Erdleiter (107) gehendes Durchkontaktloch (108) verbunden sind und ein Abstand (Hf) zwischen Leitern, die eine Übertragungsleitung auf der ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht (105) bilden, größer ist als ein Abstand (Hn) zwischen Leitern, die eine Übertragungsleitung auf der paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht (102) bilden.
Antennensteuereinheit mit mehreren Antennenschlüssen, mit denen Antennenelemente verbunden sind, einem Speise-Anschluss, in den ein Hochfrequenzstrom eingespeist wird, und Phasenreglern (200), die mit den einzelnen Antennenschlüssen durch Speiseleitungen verbunden sind, die von dem Speise-Anschluss abzweigen und eine Phase eines Hochfrequenz-Signals, das zwischen den einzelnen Antennenschlüssen und dem Speise-Anschluss fließt, elektrisch ändern, wobei die Phasenregler (200) an einigen Stellen an den Speiseleitungen angeordnet sind und jeweils Folgendes aufweisen: einen Hybridrichtungskoppler (203) auf einer paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht (202), die ein paraelektrisches Material als Trägermaterial (201) verwendet; und eine Stichleitung (206) auf einer ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht (205), die ein ferroelektrisches Material als Trägermaterial (204) verwendet, dadurch gekennzeichnet, dass die paraelektrische Übertragungsleitungsschicht (202) und die ferroelektrische Übertragungsleitungsschicht (205) über einen Erdleiter (207) aufeinandergeschichtet sind und der Hybridrichtungskoppler (203) und die Stichleitung (206) über ein in dem Erdleiter (207) ausgebildetes Koppelfenster (208) elektromagnetisch verbunden sind und ein Abstand (Hf) zwischen Leitern, die eine Übertragungsleitung auf der ferroelektrischen Übertragungsleitungsschicht (205) bilden, größer ist als ein Abstand (Hn) zwischen Leitern, die eine Übertragungsleitung auf der paraelektrischen Übertragungsleitungsschicht (202) bilden.
Phasengesteuerte Gruppenantenne, die auf einem dielektrischen Substrat Folgendes aufweist: mehrere Antennenelemente und eine Antennensteuereinheit nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Speise-Anschluss, in den ein Hochfrequenzstrom eingespeist wird, und Phasenreglern, die mit den einzelnen Antennenelementen durch Speiseleitungen verbunden sind, die von dem Speise-Anschluss abzweigen und eine Phase eines Hochfrequenz-Signals, das zwischen den einzelnen Antennenelementen und dem Speise-Anschluss fließt, elektrisch ändern, wobei die Phasenregler an einigen Stellen an den Speiseleitungen angeordnet sind.