JP2006229658A - Variable phase shifter, and variable capacity capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変移相器に関し、高周波信号の位相状態を微調整する移相変調装置などに用いられる可変移相器及び可変容量コンデンサに関する。 The present invention relates to a variable phase shifter, and more particularly to a variable phase shifter and a variable capacitor used in a phase shift modulator for finely adjusting the phase state of a high frequency signal.
高周波信号の位相を制御する装置又は信号伝送ラインの2ポート間で電気長を変化させて位相状態を微調整する移相変調装置などに使用する可変移相器は、移相量が連続的に可変でき、要求される可変量の可変範囲を満たすことが必要である。従来の技術として、信号が通過する伝送路の物理的な長さを変える第1の方式と、反射による位相変化を利用する第2の方式が知られている。 A variable phase shifter used for a device for controlling the phase of a high-frequency signal or a phase-shifting modulation device that finely adjusts the phase state by changing the electrical length between two ports of a signal transmission line has a continuous phase shift amount. It is necessary to satisfy the variable range of the required variable amount. As a conventional technique, a first system that changes the physical length of a transmission path through which a signal passes and a second system that uses a phase change due to reflection are known.
第1の方式は、方向性結合器が有する4個の端子のうち、2個の端子を入力及び出力とし、他の2個の端子に一対の伝送線路を接続し、伝送線路に短絡器となる導体片を設け、方向性結合器に接続されている伝送線路の長さを短絡器により変更する。これにより、伝送線路の入力インピーダンスが変化し、この変化により方向性結合器の出力部の位相状態が変化することになる。 In the first method, of the four terminals of the directional coupler, two terminals are input and output, a pair of transmission lines are connected to the other two terminals, and a short circuit is connected to the transmission line. A conductor piece is provided, and the length of the transmission line connected to the directional coupler is changed by a short circuit. Thereby, the input impedance of the transmission line changes, and this change changes the phase state of the output part of the directional coupler.
しかし、第1の方式は、導体片を接触させて移動させることから接触不良の原因となる。さらに導体片では、電流対接触抵抗の特性に非線形性を生じ相互変調が発生する場合や接触抵抗変動に伴う雑音が発生するという問題があった。 However, the first method causes contact failure because the conductor pieces are brought into contact with each other and moved. Further, the conductor piece has a problem that non-linearity occurs in the characteristics of current vs. contact resistance and intermodulation occurs, and noise due to contact resistance fluctuations occurs.
第2の方式は、ハイブリッド回路に一対の可変容量コンデンサを接続して可変移相器とするものである。一般的に可変容量コンデンサは平行配置の固定部導体間に可動部導体を出入りさせるもので、可動部導体の回転支持部はやはり金属同士の接触となっている。また、この形式の可変容量コンデンサは浮遊容量が電極間に発生し、最大容量値と最小容量値の比率が大きい可変容量コンデンサを作ることができないため、位相状態の変化を大きく取れないなどの問題があった。 In the second method, a variable phase shifter is formed by connecting a pair of variable capacitors to a hybrid circuit. In general, a variable capacitor is one in which a movable part conductor enters and exits between fixed part conductors arranged in parallel, and the rotation support part of the movable part conductor is also in contact with metal. In addition, this type of variable capacitor has stray capacitance between the electrodes, making it impossible to make a variable capacitor with a large ratio between the maximum capacitance value and the minimum capacitance value. was there.
そこで、特許文献1に示すように、最大容量値と最小容量値の比率が大きい可変容量コンデンサとし、一対の可変容量コンデンサを同時にかつ電気的動曲線で変化させ、金属同士の接触を無くすことが可能な技術が公開されている。
Therefore, as shown in
特許文献1で示されている可変容量コンデンサを用いた可変移相器は形状が大きすぎて送受信機の基板への実装が制限され、部品が高価でかつ、温度により容量変化が大きいなどの問題がある。そこで、以下に示す技術がある。
The variable phase shifter using a variable capacitor disclosed in
図8は、従来方式における実施例の概要図である。小型化と温度に対する変動を低減させるために、図8に示す3dB方向性結合器20と、高周波線路の反射による移相変化で調整する2枚の開放端伝送路11と、を用いる。この場合、それぞれの開放端伝送路11の長さをカッターや銀ペイントで均等に変化させることで位相状態を調整することになるが、作業効率が悪いという別の問題がある。
FIG. 8 is a schematic diagram of an embodiment in the conventional system. In order to reduce the size and fluctuation with respect to temperature, the 3 dB
上述した課題を解決するために、本発明に係る可変移相器は、4つの端子を有する方向性結合器と、2つの静電容量を可変できる可変容量コンデンサと、を備え、伝送する信号の位相状態を微調整する可変移相器において、方向性結合器は、入力端子及び出力端子と、可変容量コンデンサの2つの電極に接続される端子と、を有し、可変容量コンデンサは、基板と、基板上の接地電極に接続され内面にネジ溝を有する円筒と、円筒内の基板上に配置された2つの電極と、円筒のネジ溝に嵌り合うネジを有する蓋と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a variable phase shifter according to the present invention includes a directional coupler having four terminals and a variable capacitor capable of changing two capacitances, and transmits a signal to be transmitted. In the variable phase shifter that finely adjusts the phase state, the directional coupler has an input terminal and an output terminal, and a terminal connected to two electrodes of the variable capacitor. A cylinder having a thread groove on an inner surface thereof connected to a ground electrode on the substrate, two electrodes disposed on the substrate in the cylinder, and a lid having a screw fitted in the thread groove of the cylinder. And
また、本発明に係る可変移相器において、ネジを有する蓋を回転させることにより可変容量コンデンサの2つの静電容量を等しく可変させて位相状態を変更することを特徴とする。 Moreover, the variable phase shifter according to the present invention is characterized in that the phase state is changed by rotating two capacities of the variable capacitor equally by rotating a cover having a screw.
さらに、本発明に係る可変移相器において、可変容量コンデンサの円筒及び蓋と2つの電極は絶縁されており、蓋と2つの電極の接触を防止する接触防止手段を有することを特徴とする。 Furthermore, the variable phase shifter according to the present invention is characterized in that the cylinder and the lid of the variable capacitor and the two electrodes are insulated and have contact preventing means for preventing the lid and the two electrodes from contacting each other.
さらにまた、本発明に係る可変移相器において、可変容量コンデンサの2つの電極は基板上の円筒内に配置され、半円形であることを特徴とする。 Furthermore, in the variable phase shifter according to the present invention, the two electrodes of the variable capacitor are arranged in a cylinder on the substrate and are semicircular.
本発明に係る可変容量コンデンサは、可変移相器に用いられる2つの静電容量を可変でき、基板と、基板上の接地電極に接続され内面にネジ溝を有する円筒と、円筒内の基板上に配置された2つの電極と、円筒のネジ溝に嵌り合うネジを有する蓋と、を備え、蓋を回転させることにより可変容量コンデンサの2つの静電容量を等しく可変させることを特徴とする。 The variable capacitor according to the present invention can change two capacitances used in a variable phase shifter, and includes a substrate, a cylinder connected to a ground electrode on the substrate and having a thread groove on an inner surface, and a substrate in the cylinder. And two capacities of the variable capacitor are made to be equally variable by rotating the lid.
本発明を用いることにより、2つの可変容量コンデンサを1つの筐体に納めるような構造としたことで、1つの回転電極で2つの電極の間隔を調整し、2つの容量を等しく変化させ、位相状態を調整する部品とすることが可能となり、構造が単純で安価に製造が出来るという効果がある。 By using the present invention, the structure is such that two variable capacitors are housed in one housing, so that the distance between the two electrodes is adjusted by one rotating electrode, the two capacitors are changed equally, and the phase is changed. It is possible to obtain a component for adjusting the state, and there is an effect that the structure is simple and the manufacturing can be performed at low cost.
さらに、移相器の設定がドライバ一本で移相調整が可能であり、温度変化により移相が変化しにくいという効果がある。 Furthermore, the phase shifter can be adjusted with a single driver, and the phase shift is less likely to change due to temperature changes.
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)を、図面に従って説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態における可変移相器10の構成を示す構成図である。また、図2は、本発明の第1の実施形態における可変容量コンデンサ30の断面を示す断面図である。可変移相器10は、可変容量コンデンサ30と、3dB方向性結合器と、を有しており、可変容量コンデンサ30は、ステータ2と、ロータ1と、PC基板3と、を有している。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a configuration of a
PC基板3には、GNDパターン4と、半円形の電極A(5)と電極B(6)に接続されたストリップラインが設けられている。円筒状のステータ2の下部には、PC基板3上に設けられたストリップライン及び電極5,6との接触を避けるための切り欠きがあり、さらにステータ2の内面にはネジ溝が設けられている。また、ステータ2の下部はPC基板3のGNDパターン4に半田付けされる。
The PC board 3 is provided with a
ロータ1の外周には、ステータ2のネジ溝に嵌り合うようにネジが設けられおりロータ1を回転させることでロータの出入りを可能とさせている。さらに、ロータ1は、上面に設けられた2個のピン穴と、下面に設けられたストッパを有している。上面のピン穴は、この穴に嵌り合う治具によりロータ1を回転させるものであり、下面のストッパは、PC基板3上の電極5,6との接触を防止するものである。なお、ロータ1とステータ2の材質は真鍮であり、これらはPC基板3のGNDパターン4と接続されている。
A screw is provided on the outer periphery of the
3dB方向性結合器20は、90°ハイブリッド回路型4端子カップラであり、入力端子8と出力端子9及びその他の2端子を備え、前記2端子は、PC基板3の半円形の電極A(5)と電極B(6)に接続されている。また、電極A,Bは可変容量コンデンサを構成しており、それぞれ静電容量を有している。
The 3 dB
図3は、本発明の第1の実施形態における可変移相器10の概念構成を示す概念図である。図3を用いて、可変移相器10の動作を説明する。入力端子8に入力された高周波信号は、3dB方向性結合器20により2つに分配され、電極B(6)で構成される可変容量コンデンサ30と電極A(5)で構成される可変容量コンデンサ30に印加される。電極Aと電極Bで構成される可変容量コンデンサの容量つまりインピーダンスを等しくすれば、インピーダンスが変化する可変容量コンデンサ30からの反射信号は全て出力端子9から出力される。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a conceptual configuration of the
可変容量コンデンサ30のロータ1の回転によりロータ1が出入りすることで、3dB方向性結合器20に接続された容量が変化して、入力端子8と出力端子9の高周波信号の移相を連続的に可変することができる。
As the
図4は、本発明の第1の実施形態における可変容量コンデンサのロータ1から端子までの距離と容量の関係を示す特性図である。電極A,Bは直径8mmの円形がパターン間ギャップ0.5mmで区切られた半円形であり、可変容量コンデンサ30の2つの容量が等しくなるようにPC基板3とステータ2を位置決めすることにより同一の特性を得ている。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the distance from the
また、ステータ2のネジ溝のピッチは0.5mm/回転であり、ロータ1を電極A,Bから0.1mm〜8mmまで離した時の容量を測定すると、可変容量コンデンサ30の2つの容量は、2pF〜0.04pFまで可変することが確認できた。
The pitch of the thread groove of the stator 2 is 0.5 mm / rotation, and when the capacity when the
図5は、本発明の第1の実施形態における可変移相器10の特性を示す特性図である。実験により、2GHzの高周波信号を用いて、可変容量コンデンサ30と3dB方向性結合器と接続して可変移相器10の移相変化量を求めると、PC基板3の寄生容量の影響が確認でき、移相変化量は0degから105degまで可変することが確認できた。なお、実験で使用したPC基板3はPPE材0.8mm厚、銅箔35μmを使用したが、使用するPC基板3、ステータ2、ロータ1を好適に選択することにより特性を可変させることが可能であることはいうまでもない。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing characteristics of the
図6は、本発明の第1の実施形態における可変移相器の温度に対する移相変化量を示す特性図である。実験は、ロータ1の回転角を0°と90°に設定し、温度0C°から80C°まで変化させて移相変化量を測定したものである。図6の実験により室温25C°を基準として±2°の移相変化量の範囲内に収まることが確かめられた。なお、実装状態では、変動を避けるために、ロータ1とステータ2を銀ペーストなどで固定したが、固定材を限定するものではない。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the amount of phase shift change with respect to the temperature of the variable phase shifter in the first embodiment of the present invention. In the experiment, the rotation angle of the
図7は、本発明の第2の実施形態における可変移相器の構成を示す構成図である。PC基板3上の電極A,Bに対する位置決めを容易にするためにステータ2の底面にピン31と、PC基板3上にスルーホール32を設けたものであり、ステータ2の方向を容易に判別可能にする為に、方向を示す面取り部を設けた。なお、特に面取り部は、何らかの印であれば良いことはいうまでもない。
FIG. 7 is a configuration diagram showing the configuration of the variable phase shifter in the second embodiment of the present invention. In order to facilitate positioning with respect to the electrodes A and B on the PC board 3, pins 31 on the bottom surface of the stator 2 and through
ピン31とスルーホール32による位置決め手段より、可変容量コンデンサの2つの容量を均一にすることが可能となり、組立時の作業性が向上した。なお、位置決め手段は実施形態に限定するものではない。
The positioning means by the
以上述べたように、本発明に係る実施形態により、2つの可変容量コンデンサを1つの筐体に納めるような構造としたことで、1つの回転電極で2つの電極の間隔を調整し、2つの容量を等しく変化させ、位相状態を微調整することが可能となり、構造が単純で安価に製造が出来るという効果を得た。 As described above, according to the embodiment of the present invention, the structure is such that two variable capacitors are housed in one housing, so that the distance between the two electrodes can be adjusted by one rotating electrode, Capacitance was changed equally and the phase state could be finely adjusted, and the effect was obtained that the structure was simple and could be manufactured at low cost.
さらに、移相器の設定がドライバ一本で移相調整が可能であり、温度変化により移相が変化しにくいという効果がある。 Furthermore, the phase shifter can be adjusted with a single driver, and the phase shift is less likely to change due to temperature changes.
1 ロータ、2 ステータ、3 PC基板、4 GNDパターン、5,6 電極、8 入力端子、9 出力端子、10 可変移相器、11 開放端伝送路、20 3dB方向性結合器、30 可変容量コンデンサ、31 ピン、32 スルーホール。 1 rotor, 2 stator, 3 PC board, 4 GND pattern, 5, 6 electrodes, 8 input terminals, 9 output terminals, 10 variable phase shifter, 11 open end transmission path, 20 3 dB directional coupler, 30 variable capacitor , 31 pins, 32 through holes.
Claims (5)
方向性結合器は、入力端子及び出力端子と、可変容量コンデンサの2つの電極に接続される端子と、を有し、
可変容量コンデンサは、基板と、基板上の接地電極に接続され内面にネジ溝を有する円筒と、円筒内の基板上に配置された2つの電極と、円筒のネジ溝に嵌り合うネジを有する蓋と、を備えることを特徴とする可変移相器。 In a variable phase shifter that includes a directional coupler having four terminals and a variable capacitor that can vary two capacitances, and finely adjusts the phase state of a signal to be transmitted,
The directional coupler has an input terminal and an output terminal, and a terminal connected to two electrodes of the variable capacitor,
The variable capacitor includes a substrate, a cylinder connected to the ground electrode on the substrate and having a thread groove on the inner surface, two electrodes arranged on the substrate in the cylinder, and a lid having a screw that fits into the thread groove of the cylinder And a variable phase shifter.
ネジを有する蓋を回転させることにより可変容量コンデンサの2つの静電容量を等しく可変させて位相状態を変更することを特徴とする可変移相器。 The variable phase shifter according to claim 1,
A variable phase shifter characterized in that a phase state is changed by changing two capacitances of a variable capacitor equally by rotating a lid having a screw.
可変容量コンデンサの円筒及び蓋と2つの電極は絶縁されており、蓋と2つの電極の接触を防止する接触防止手段を有することを特徴とする可変移相器。 The variable phase shifter according to claim 1,
A variable phase shifter, characterized in that the cylinder and lid of the variable capacitor and the two electrodes are insulated and have contact preventing means for preventing contact between the lid and the two electrodes.
可変容量コンデンサの2つの電極は基板上の円筒内に配置され、半円形であることを特徴とする可変移相器。 The variable phase shifter according to claim 1,
A variable phase shifter characterized in that two electrodes of a variable capacitor are arranged in a cylinder on a substrate and are semicircular.
基板と、基板上の接地電極に接続され内面にネジ溝を有する円筒と、円筒内の基板上に配置された2つの電極と、円筒のネジ溝に嵌り合うネジを有する蓋と、を備え、
蓋を回転させることにより可変容量コンデンサの2つの静電容量を等しく可変させることを特徴とする可変容量コンデンサ。
In a variable capacitor that can vary two capacitances used in a variable phase shifter,
A substrate, a cylinder connected to the ground electrode on the substrate and having a screw groove on the inner surface, two electrodes disposed on the substrate in the cylinder, and a lid having a screw that fits into the screw groove of the cylinder,
A variable capacitance capacitor characterized in that two electrostatic capacitances of a variable capacitance capacitor are varied equally by rotating a lid.
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