JP2011049920A - High-frequency device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘電体基板の表面に設けられたストリップ導体と、当該誘電体基板の裏面に設けられた接地板とにより構成される高周波伝送線路を有し、その伝送特性を可変とした高周波デバイスに関する。 The present invention has a high-frequency device having a high-frequency transmission line composed of a strip conductor provided on the front surface of a dielectric substrate and a ground plate provided on the back surface of the dielectric substrate, and having variable transmission characteristics. About.
右手／左手系複合線路（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｒｉｇｈｔ ａｎｄ Ｌｅｆｔ Ｈａｎｄｅｄ／ＣＲＬＨ線路）と呼ばれる誘電体基板上に作成された伝送線路について説明する。図１７の高周波デバイス９００は、誘電体基板１０上にＣＲＬＨ線路を備えたものであり、入力される高周波の周波数により漏れ波アンテナ又は移相器として作用する。
この図１７の高周波デバイス９００は、伝送線路２１（ｘ軸方向の主線路）を周期的に分断するギャップＧと、その分断された伝送線路２１から枝分かれしたスタブ２４が具備されている。この高周波デバイス９００は、ギャップＧが供するキャパシタンスや、スタブ２４が供するインダクタンスの作用により、ある周波数帯において、伝送される電磁波の群速度の向きと位相速度の向きを相互に反対の向きとすることができる。即ち、左手系を実現できる。これにより、伝送される電磁波の周波数を変化させることにより、主線路上で電磁波が伝播する向きとは反対向きである、図１７中のｚ軸の正の向きからｘ軸の負の向きの方に傾斜したθ＜０なる角度領域に対しても電磁波を放射することができる。その結果、放射ビームの方向を変化させる場合には、その放射ビームの走査範囲を広くとることができる。
また、高周波デバイス９００を移相器として用いる場合には、やはりギャップＧが供するキャパシタンスや、スタブ２４が供するインダクタンスを調整することにより、単位長さ当りの位相変化量を制御できるため、従来の移相器に比べ、飛躍的に小形化が可能であるという特徴を有する。
A transmission line created on a dielectric substrate called a composite right / left-handed composite line (Composite Light and Left Handed / CRLH line) will be described. A high-frequency device 900 shown in FIG. 17 includes a CRLH line on the dielectric substrate 10 and functions as a leaky wave antenna or a phase shifter depending on the input high-frequency frequency.
The high-frequency device 900 shown in FIG. 17 includes a gap G that periodically divides the transmission line 21 (the main line in the x-axis direction), and a stub 24 that branches from the divided transmission line 21. In the high-frequency device 900, the direction of the group velocity and the phase velocity of the transmitted electromagnetic wave are opposite to each other in a certain frequency band by the action of the capacitance provided by the gap G and the inductance provided by the stub 24. Can do. That is, a left-handed system can be realized. Thus, by changing the frequency of the transmitted electromagnetic wave, the direction opposite to the direction in which the electromagnetic wave propagates on the main line is changed from the positive direction of the z axis in FIG. 17 toward the negative direction of the x axis. Electromagnetic waves can be radiated to an inclined angle region where θ <0. As a result, when the direction of the radiation beam is changed, the scanning range of the radiation beam can be widened.
When the high-frequency device 900 is used as a phase shifter, the phase change amount per unit length can be controlled by adjusting the capacitance provided by the gap G and the inductance provided by the stub 24. Compared to a phaser, it has the feature that it can be dramatically miniaturized.
図１８に、ＣＲＬＨ線路の分散特性の一例を示す。図１８は、ＲＨとＬＨとして示した２つの分散曲線と、Ａｉｒ ｌｉｎｅとして示したω＝βｃ0の曲線から成る。ここでｃ0は真空中の光速度である。図１８の横軸は位相定数βの、ＣＲＬＨ線路の繰り返し単位長から決まる波数ｋ0に対する比である。図１８の縦軸は、角周波数ωではなく、周波数で示した。
図１８に示すように、ＣＲＬＨ線路は、分散曲線がＡｉｒ ｌｉｎｅより左側にある周波数、即ち、ＣＲＬＨ線路の位相定数βが、ω／ｃ0より大きい範囲においては漏れ波アンテナとして動作する。一方、ＣＲＬＨ線路の位相定数βが、ω／ｃ0より小さい範囲においては放射が起きないため、移相器として使うことができる。
図１８の特性を示すＣＲＬＨ線路においては、約７４．０ＧＨｚから７５．３ＧＨｚと、８２．１ＧＨｚから９０ＧＨｚ程度迄において移相器として使用することができる。その間の、７５．３ＧＨｚから７７．２ＧＨｚにおいては、図１７のθ＜０側への漏れ波アンテナ（左手系）として、７７．２ＧＨｚから８２．１ＧＨｚにおいては、図１７のθ＞０側への漏れ波アンテナ（右手系）として使用することができる。
この様な、位相速度と群速度の向きが反対となる原理については、例えば下記の非特許文献１乃至３に詳しい開示がある。
FIG. 18 shows an example of dispersion characteristics of the CRLH line. FIG. 18 includes two dispersion curves shown as RH and LH and a curve of ω = βc 0 shown as Air line. Here, c 0 is the speed of light in vacuum. The horizontal axis of FIG. 18 is the ratio of the phase constant β to the wave number k 0 determined from the repetitive unit length of the CRLH line. The vertical axis in FIG. 18 indicates the frequency, not the angular frequency ω.
As shown in FIG. 18, the CRLH line operates as a leaky wave antenna at a frequency where the dispersion curve is on the left side of the Air line, that is, in a range where the phase constant β of the CRLH line is larger than ω / c 0 . On the other hand, since no radiation occurs in the range where the phase constant β of the CRLH line is smaller than ω / c 0 , it can be used as a phase shifter.
The CRLH line having the characteristics shown in FIG. 18 can be used as a phase shifter at about 74.0 GHz to 75.3 GHz and about 82.1 GHz to 90 GHz. In the meantime, from 75.3 GHz to 77.2 GHz, as a leaky wave antenna (left-handed system) toward θ <0 side in FIG. 17, from 77.2 GHz to 82.1 GHz, toward θ> 0 side in FIG. 17. It can be used as a leaky wave antenna (right-handed system).
Such a principle that the phase velocity and the group velocity are opposite to each other is disclosed in detail in, for example, Non-Patent Documents 1 to 3 below.
或いは、非特許文献４や特許文献１のように、誘電体基板の比誘電率を電圧によって制御して伝搬定数βを変化させる技術が報告されている。これらは、比誘電率を制御できる材料として液晶や強誘電体を用い、これをＣＲＬＨ線路に適用した移相器又は漏れ波アンテナである。
さらに、非特許文献５のように、ギャップおよびスタブにバラクタダイオードを装荷し、電圧をかけることでその容量を変化させ、周波数を固定したまま電子的にビームを走査したり、ビーム幅を可変する方法も考案されている。
Alternatively, as in Non-Patent Document 4 and Patent Document 1, a technique for changing the propagation constant β by controlling the relative dielectric constant of a dielectric substrate by voltage has been reported. These are phase shifters or leaky wave antennas using liquid crystals or ferroelectrics as materials capable of controlling the relative permittivity, and applying them to CRLH lines.
Furthermore, as in Non-Patent Document 5, varactor diodes are loaded in the gap and stub, the capacitance is changed by applying a voltage, and the beam is electronically scanned and the beam width is varied while the frequency is fixed. A method has also been devised.
特許文献２においては、図１９に示すように、ＣＲＬＨ構造を有するアンテナの誘電体基板１５の上に誘電体１ａ〜１ｋを置き、誘電体基板１５と誘電体１ａ〜１ｋの高さ方向の間隙を圧電アクチュエータ２ａ〜２ｋで１００μｍ程度変えることで、放射されるビームの向きや形（ビーム幅やヌルの位置）可変するアンテナ９５０或いは、伝播位相を可変とする伝送線路が報告されている。 In Patent Document 2, as shown in FIG. 19, dielectrics 1a to 1k are placed on a dielectric substrate 15 of an antenna having a CRLH structure, and a gap in the height direction between the dielectric substrate 15 and the dielectrics 1a to 1k. The antenna 950 that changes the direction and shape of the emitted beam (beam width and null position) or the transmission line that makes the propagation phase variable has been reported by changing about 100 μm with the piezoelectric actuators 2a to 2k.
非特許文献５のようなバラクタダイオードを用いたアンテナの技術では、次の問題がある。バラクタダイオードは、周波数が数ＧＨｚ以下では可変容量として動作するが、それ以上の周波数では接合容量が大きく、可変容量素子としては動作しない。したがって、非特許文献５の技術は、数ＧＨｚ以上のシステムには適用できない問題がある。更に、可変できる容量は小さいため、アンテナのビームを走査できる範囲は大きくとれない。
非特許文献４及び特許文献１のような、誘電体材料の比誘電率を変化させる技術は、液晶、強誘電体、フェライトなどの比誘電率が変化する材料は、電磁波の損失が大きく、アンテナの利得が小さくなり、移相器として用いる場合に伝送損失が大きくなる。更に、温度により比誘電率が変化してしまう等の問題がある。
特許文献２のような、誘電体との距離を圧電アクチュエータで変化させる技術での課題は、例えばアンテナで±３０度以上のビーム走査をしようとした場合、当該誘電体との距離は１００μｍ程度の制御幅が必要があり、そのような変位を実現するためには圧電材料を積層する必要があり、５ｃｍ以上と非常に大きくなるという課題があった。
The antenna technology using a varactor diode as in Non-Patent Document 5 has the following problems. The varactor diode operates as a variable capacitor at a frequency of several GHz or less, but has a large junction capacitance at a frequency higher than that, and does not operate as a variable capacitor. Therefore, the technique of Non-Patent Document 5 has a problem that cannot be applied to a system of several GHz or higher. Furthermore, since the variable capacity is small, the range in which the antenna beam can be scanned cannot be made large.
Non-patent Document 4 and Patent Document 1 that change the relative permittivity of a dielectric material, such as a liquid crystal, a ferroelectric material, and a ferrite that change the relative permittivity, have a large loss of electromagnetic waves. The gain becomes smaller, and the transmission loss increases when used as a phase shifter. Furthermore, there is a problem that the dielectric constant changes depending on the temperature.
For example, when a beam scanning of ± 30 degrees or more is attempted with an antenna, the distance from the dielectric is about 100 μm. A control width is required, and in order to realize such a displacement, it is necessary to laminate piezoelectric materials, and there is a problem that the size becomes as large as 5 cm or more.
本発明は上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、簡易且つ小型の構成により伝送特性又は放射特性を大きく変化可能な高周波デバイスを提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a high-frequency device capable of greatly changing transmission characteristics or radiation characteristics with a simple and compact configuration.
請求項１に係る発明は、所定の帯域において設計された高周波デバイスであって、誘電体基板と、導体から成る同一または類似の単位パターンを誘電体基板の表側に所定の方向に複数配列することによって形成されたストリップ線路と、誘電体基板の裏面に形成された導体から成る接地板と、ストリップ線路の近傍に配設され、回転軸を有する所定形状の回転誘電体と、所定形状の回転誘電体を回転軸を中心に所定の回転角を与える回転手段とを有し、ストリップ線路の単位パターンは、伝送線路と、伝送線路を途中で分断するギャップと、伝送線路から枝分かれするスタブとを有し、回転手段により回転誘電体を回転させることで、ストリップ線路近傍の実効誘電率を変化させて、ストリップ線路の伝送特性を制御可能としたことを特徴とする高周波デバイスである。
本発明においては、回転誘電体の回転軸の向きは、ストリップ線路の伝送方向と垂直でも水平でも良い。また本発明の高周波デバイスは、周波数によって、移相器として動作し、或いは漏れ波アンテナとして動作する。
請求項２に係る発明は、ストリップ線路は右手／左手系複合線路（ＣＲＬＨ線路）であることを特徴とする。
The invention according to claim 1 is a high-frequency device designed in a predetermined band, wherein a plurality of identical or similar unit patterns made of a dielectric substrate and a conductor are arranged in a predetermined direction on the front side of the dielectric substrate. A strip line formed by the conductor, a ground plate made of a conductor formed on the back surface of the dielectric substrate, a rotary dielectric having a predetermined shape disposed in the vicinity of the strip line, and a rotary dielectric having a predetermined shape. The strip line unit pattern has a transmission line, a gap that divides the transmission line in the middle, and a stub that branches off from the transmission line. In addition, by rotating the rotating dielectric with the rotating means, the effective dielectric constant in the vicinity of the strip line can be changed to control the transmission characteristics of the strip line. That is a high-frequency device.
In the present invention, the direction of the rotating shaft of the rotating dielectric may be perpendicular or horizontal to the transmission direction of the strip line. The high-frequency device of the present invention operates as a phase shifter or a leaky wave antenna depending on the frequency.
The invention according to claim 2 is characterized in that the strip line is a right / left-handed composite line (CRLH line).
請求項３に係る発明は、回転誘電体の回転軸が、誘電体基板面とストリップ線路の伝送方向とに垂直な面内にあり、ストリップ線路を伝搬する高周波の移相器として作用することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、互いに伝送方向が平行となるような複数個のストリップ線路を有し、回転誘導体の回転角に対する、複数個のストリップ線路の各々の近傍の実効比誘電率が異なる関数となるようにし回転誘電体の回転により、当該複数個のストリップ線路の伝送特性を同時に、且つ別個に制御可能としたことを特徴とする。
The invention according to claim 3 is such that the rotational axis of the rotating dielectric is in a plane perpendicular to the dielectric substrate surface and the transmission direction of the strip line, and acts as a high-frequency phase shifter propagating through the strip line. Features.
The invention according to claim 4 has a plurality of strip lines whose transmission directions are parallel to each other, and a function having a different effective relative permittivity in the vicinity of each of the plurality of strip lines with respect to the rotation angle of the rotating derivative. The transmission characteristics of the plurality of strip lines can be controlled simultaneously and separately by rotating the rotating dielectric.
請求項５に係る発明は、回転誘電体の回転軸が、誘電体基板面に垂直でストリップ線路の伝送方向を含む面内にあり、ストリップ線路を伝搬する高周波の漏れ波アンテナとして作用することを特徴とする。 The invention according to claim 5 is such that the rotation axis of the rotating dielectric is in a plane perpendicular to the dielectric substrate surface and including the transmission direction of the strip line, and acts as a high-frequency leaky wave antenna propagating through the strip line. Features.
請求項６に係る発明は、回転誘電体は円柱状であって、回転軸は回転誘電体の中心軸と平行で且つ一致しないことを特徴とする。
請求項７に係る発明は、回転誘電体のストリップ線路に相対する領域の少なくとも一部は、半径の異なる２つの円板状部の交互積層構造であって、半径の一致する円板状部の各々の組においては、中心軸が一致しており、回転軸は、一方の円板状部の組の中心軸と平行で且つ一致せず、他方の円板状部の組の中心軸と一致していることを特徴とする。
The invention according to claim 6 is characterized in that the rotating dielectric is cylindrical, and the rotation axis is parallel to and does not coincide with the central axis of the rotating dielectric.
In the invention according to claim 7, at least a part of the region facing the strip line of the rotating dielectric is an alternately laminated structure of two disc-like portions having different radii, and the disc-like portion having the same radius is formed. In each set, the central axes coincide with each other, and the rotation axis is parallel to and does not coincide with the central axis of one set of disk-like parts, and the same as the central axis of the other set of disk-like parts. It is characterized by having done.
請求項８に係る発明は、回転誘電体は円柱状であって、回転軸は回転誘電体の中心軸と平行でないことを特徴とする。
請求項９に係る発明は、回転誘電体のストリップ線路に相対する領域の少なくとも一部は、半径の異なる２つの円板状部の交互積層構造であって、半径の一致する円板状部の組の一方においては、中心軸が一致しており、回転軸は、中心軸が一致している一方の円板状部の組の当該中心軸と一致しており、他方の円板状部の組においては、当該円板状部の全ての中心軸が回転軸と平行で且つ同一の平面上に等間隔に順に配置されていることを特徴とする。
The invention according to claim 8 is characterized in that the rotating dielectric is cylindrical, and the rotation axis is not parallel to the central axis of the rotating dielectric.
In the invention according to claim 9, at least a part of the region of the rotating dielectric facing the strip line is an alternately laminated structure of two disk-shaped parts having different radii, and the disk-shaped parts having the same radius are arranged. In one of the sets, the central axes are coincident, and the rotation axis is coincident with the central axis of the set of one disc-like portion where the central axes are coincident, and the other disc-like portion is The set is characterized in that all the central axes of the disk-like portions are arranged in order at equal intervals on the same plane parallel to the rotation axis.
ギャップ部により実現される直列のキャパシタ、スタブにより実現される並列のインダクタで構成されるストリップ線路は、小形で大きな位相変化を実現できる移相器、或いは小形で大きくビーム方向を変化させるアンテナとすることができる。特にＣＲＬＨ線路とすることで、位相定数βの分散特性により、その設計が容易となる。
本発明においては、そのようなストリップ線路に回転誘電体を組み合わせて、例えば機械的に回すことにより、ギャップ部、およびスタブ近傍の実効的な比誘電率やその電気長を変化させることで、ギャップ部のキャパシタンスとスタブのインダクタンス量を変化させ、周期構造体を通過する電磁波の位相を制御することができる。これにより、移相器として用いることが可能であり、且つ漏れ波アンテナとして用いる場合にはビーム方向を変化させることができる。
また、特許文献２のような平板状の誘電体をピエゾ駆動素子を用いて機械的に動かす場合に比べ、簡易な構造で変位量を大きく取れるという特徴を有する。さらに、アレーアンテナにおいてそれぞれのアンテナ素子に異なる位相差を与えてビーム走査をする場合にも、一つのモータで実現できる。
A strip line composed of a series capacitor realized by a gap part and a parallel inductor realized by a stub is a small phase shifter that can realize a large phase change, or a small antenna that changes a beam direction greatly. be able to. In particular, the CRLH line facilitates the design due to the dispersion characteristic of the phase constant β.
In the present invention, the effective dielectric constant in the vicinity of the gap portion and the stub and the electrical length thereof are changed by combining such a strip line with a rotating dielectric, for example, mechanically rotating, and thereby changing the gap. The phase of the electromagnetic wave passing through the periodic structure can be controlled by changing the capacitance of the part and the inductance of the stub. Thereby, it can be used as a phase shifter, and when used as a leaky wave antenna, the beam direction can be changed.
Further, as compared with a case where a flat dielectric like Patent Document 2 is mechanically moved using a piezo drive element, it has a feature that a large amount of displacement can be obtained with a simple structure. Furthermore, even in the case where beam scanning is performed by giving different phase differences to the respective antenna elements in the array antenna, this can be realized with one motor.
回転誘電体の形状は、全くの任意である。ストリップ線路又はＣＲＬＨ線路近傍以外や、回転によってはそれらストリップ線路又はＣＲＬＨ線路の近傍に接近しない部分の形状は何ら限定されない。しかし、製作上の容易さから、以下に示す円柱状や楕円柱状が好ましい。或いは円柱状の誘電体に溝を形成して、回転誘電体を所望の形状に作成しても良い。 The shape of the rotating dielectric is completely arbitrary. There is no limitation on the shape of the portion other than the vicinity of the strip line or the CRLH line or the portion that does not approach the vicinity of the strip line or the CRLH line depending on the rotation. However, from the viewpoint of ease of production, the following columnar shape and elliptical columnar shape are preferable. Alternatively, a rotating dielectric may be formed in a desired shape by forming a groove in a cylindrical dielectric.
回転誘電体の回転手段は、公知の任意の技術により実現可能である。例えば市販の電動モータを使用すれば良い。 The rotating means of the rotating dielectric can be realized by any known technique. For example, a commercially available electric motor may be used.
ストリップ線路の構成要素となる上記の単位パターンは、同一のパターンを用いてそれらを周期的に配列することが、例えば設計の容易性などの面でより望ましいが、必ずしも同一のパターンだけを用いる必要はなく、また、必ずしも周期的に配列する必要もない。したがって、例えば、ストリップ線路の構成要素となる上記の単位パターンは、伝送線路やスタブなどの各部の太さや長さなどの寸法が、揃っていなくとも良く、また、ギャップなどの間隔なども不揃いでも良い。また、誘電体基板としては、例えばフッ素樹脂などの比誘電率の小さな材料が望ましい。スタブと伝送線路との成す角度は、９０度でなくとも良い。スタブは伝送線路の片側のみに設けられていても両側に設けられていても良く、両側に交互に設けられていても良い。
ストリップ線路の材質としては、印刷可能な銅を好適に用いることができる。
As for the above unit patterns, which are constituent elements of the strip line, it is more desirable in terms of design easiness to arrange them periodically using the same pattern, but it is necessary to use only the same pattern. There is no need to arrange them periodically. Therefore, for example, the above unit pattern that is a constituent element of the strip line may not have the same dimensions such as the thickness and length of each part such as the transmission line and the stub, and even if the gaps and the like are not uniform. good. Further, as the dielectric substrate, a material having a small relative dielectric constant such as a fluororesin is desirable. The angle formed between the stub and the transmission line need not be 90 degrees. The stubs may be provided only on one side of the transmission line or on both sides, or may be provided alternately on both sides.
As the material of the strip line, printable copper can be preferably used.
以下、図を参照しながら本発明の具体例について説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
以下の各実施例においては、高周波デバイスは空気中その他の、比誘電率がほぼ１と見なせる雰囲気中で使用されるものとする。
更に以下の各実施例においては、ストリップ線路は十分に薄い導体膜で形成されるものとし、ストリップ線路と回転誘電体との最短距離は、ストリップ線路が形成された誘電体基板表面と回転誘電体との最短距離に等しいものとして説明する。
また、周波数７６．５ＧＨｚにおける自由空間波長をλ0（＝３．９ｍｍ）とし、各図において、このλ0を単位として各部の大きさを表記することとする。
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to a following example.
In each of the following embodiments, the high-frequency device is used in the air or other atmosphere where the relative dielectric constant can be regarded as approximately 1.
Further, in each of the following embodiments, the strip line is formed of a sufficiently thin conductor film, and the shortest distance between the strip line and the rotating dielectric is the surface of the dielectric substrate on which the strip line is formed and the rotating dielectric. It is assumed that the distance is equal to the shortest distance.
In addition, the free space wavelength at a frequency of 76.5 GHz is λ 0 (= 3.9 mm), and in each figure, the size of each part is described with λ 0 as a unit.
図１．Ａ〜図１．Ｄは本発明の具体的な一実施例に係る高周波デバイス１００の構成を示す４つの図である。図１．Ａは高周波デバイス１００の斜視図、図１．Ｂは高周波デバイス１００のｙｚ平面に平行な断面図、図１．Ｃは高周波デバイス１００のｚｘ平面に平行な断面図、図１．Ｄは高周波デバイス１００のＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の概略図（平面図）である。 FIG. A to FIG. D is four diagrams showing the configuration of the high-frequency device 100 according to a specific embodiment of the present invention. FIG. A is a perspective view of the high-frequency device 100, FIG. B is a cross-sectional view of the high-frequency device 100 parallel to the yz plane, FIG. C is a cross-sectional view parallel to the zx plane of the high-frequency device 100, FIG. D is a schematic view (plan view) of the CRLH line (strip line) 21-1 of the high-frequency device 100. FIG.
図１．Ａ及び図１．Ｂに示すように、高周波デバイス１００は、誘電体基板１０、誘電体基板１０の裏面に設けられた導体から成る接地板２０、誘電体基板１０の表面に設けられたＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、円柱状の誘電体から成る回転誘電体３０−１、モータ４０、モータの回転を回転誘電体３０−１に伝達する駆動軸４１、回転誘電体３０−１と共に回転する駆動軸４２、軸受け４３から構成されている。 FIG. A and FIG. As shown in B, the high-frequency device 100 includes a dielectric substrate 10, a ground plate 20 made of a conductor provided on the back surface of the dielectric substrate 10, and a CRLH line (strip line) 21 provided on the surface of the dielectric substrate 10. -1, a rotating dielectric 30-1 made of a cylindrical dielectric, a motor 40, a drive shaft 41 that transmits the rotation of the motor to the rotating dielectric 30-1, a drive shaft 42 that rotates together with the rotating dielectric 30-1, A bearing 43 is used.
図１．Ａ及び図１．Ｂに示すように、誘電体基板１０の表面はｘｙ平面（水平面）に平行となっており、そこに設けられたＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の伝送方向はｘ軸方向である。
モータ４０により回転する駆動軸４１の長手方向及び軸受け４３で受けられている駆動軸４２の長手方向は、ｙ軸方向に一致している。
FIG. A and FIG. As shown in B, the surface of the dielectric substrate 10 is parallel to the xy plane (horizontal plane), and the transmission direction of the CRLH line (strip line) 21-1 provided there is the x-axis direction.
The longitudinal direction of the drive shaft 41 rotated by the motor 40 and the longitudinal direction of the drive shaft 42 received by the bearing 43 coincide with the y-axis direction.
図１．Ｃに円柱状の回転誘電体３０−１の中心軸ＣDと、回転軸ＣRの位置関係を示す。円柱状の回転誘電体３０−１は、半径が２．６λ0の円柱状であって、その中心軸ＣDと平行に距離０．０２６λ0離れた位置に回転軸ＣRを有している。図１．Ｃの断面図における回転軸ＣRは、図１．Ａ及び図１．Ｂの駆動軸４１及び４２の中心軸であり、モータ４０の回転軸と一致するものである。図１．Ｃの断面図においては、円柱状の回転誘電体３０−１の中心軸ＣDが、回転軸ＣRのｚ軸方向、０．０２６λ0上側に位置している回転状態を示している。回転軸ＣRと誘電体基板１０の表面との距離は２．６３４λ0である。また、回転誘電体３０−１表面と誘電体基板１０の表面との最短距離は０．０６λ0である。
回転誘電体３０−１の直径５．２λ0は、以下で説明するＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の１１個のユニットＵの全長約２．６λ0の２倍程度となるようにした。
FIG. It shows the center axis C D of the cylindrical rotating dielectric 30-1, a positional relationship between the rotational axis C R to C. Cylindrical rotary dielectric 30-1, radius a cylindrical 2.6Ramuda 0, a rotation axis C R and the center axis C D parallel to the distance 0.026Ramuda 0 away . FIG. The rotation axis C R in the sectional view of FIG. A and FIG. This is the central axis of the B drive shafts 41 and 42 and coincides with the rotational axis of the motor 40. FIG. In the cross-sectional view and C, the center axis C D of the cylindrical rotating dielectric 30-1, z-axis direction of the rotation axis C R, shows a rotary state which is located 0.026Ramuda 0 upward. Distance between the rotation axis C R and the dielectric substrate 10 surface is 2.634λ 0. Further, the shortest distance between the rotation dielectric 30-1 surface and the dielectric surface of the substrate 10 is 0.06 0.
The diameter 5.2λ 0 of the rotating dielectric 30-1 was set to be about twice the total length of about 2.6λ 0 of 11 units U of the CRLH line (strip line) 21-1 described below.
図１．Ｄのように、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１は、伝送方向であるｘ軸方向に対してギャップＧを有し、当該部分が直列キャパシタを構成する。一方、伝送方向に垂直なｙ軸方向に延びたスタブ２４とスタブ端のパッチＰを有し、当該部分が並列インダクタを構成する。
図２は、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１を構成するユニットＵの拡大平面図である。ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１を構成するユニットＵは、伝送方向とその垂直方向を各々対称軸とする対称な平面図となっている。
図２では、周波数７６．５ＧＨｚにおける自由空間波長をλ0（＝３．９ｍｍ）を単位として、例えば長さ０．２６λ0を、単に０．２６として示している。
ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１を構成するユニットＵは、０．２６λ0ピッチで配置されており、隣合うユニットとの間隔であるギャップＧは０．０３λ0である。ｙ軸方向の幅が０．０３λ0、ｘ軸方向の長さ０．２３λ0の伝送線路部ＴＬを形成している。一方、ギャップＧ形成部のｙ軸方向の幅を０．１２λ0とするために４つの延設部Ｅを有している。延設部Ｅのｘ軸方向の幅は０．０３λ0である。
また、伝送線路部ＴＬの上辺中央部から上方向（ｙ軸の正方向）に、また、下辺中央部から下方向（ｙ軸の負方向）に、ｘ軸方向の幅０．０３λ0、ｙ軸方向の長さ０．０８λ0のスタブ２４と、更にその先（スタブ２４端）に、ｘ軸方向の幅０．０８λ0、ｙ軸方向の長さ０．１２λ0のパッチＰを有している。
図１．Ｃに示した通り、図２のユニットＵを１１個、ｘ軸方向に並べて設け、更にその両端のギャップＧをキャパシタとして、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１が構成されている。
FIG. Like D, the CRLH line (strip line) 21-1 has a gap G with respect to the x-axis direction which is the transmission direction, and this part constitutes a series capacitor. On the other hand, it has a stub 24 extending in the y-axis direction perpendicular to the transmission direction and a patch P at the end of the stub, and this portion constitutes a parallel inductor.
FIG. 2 is an enlarged plan view of the unit U constituting the CRLH line (strip line) 21-1. The unit U constituting the CRLH line (strip line) 21-1 is a symmetric plan view in which the transmission direction and the vertical direction thereof are symmetrical axes, respectively.
In FIG. 2, the free space wavelength at a frequency of 76.5 GHz is shown with λ 0 (= 3.9 mm) as a unit, for example, a length of 0.26λ 0 is simply shown as 0.26.
The units U constituting the CRLH line (strip line) 21-1 are arranged at a pitch of 0.26λ 0 , and a gap G that is an interval between adjacent units is 0.03λ 0 . A transmission line portion TL having a width in the y-axis direction of 0.03λ 0 and a length in the x-axis direction of 0.23λ 0 is formed. On the other hand, four extending portions E are provided so that the width in the y-axis direction of the gap G forming portion is 0.12λ 0 . X-axis direction of the width of the extended portion E is 0.03 0.
Further, the width 0.03λ 0 , y in the x-axis direction from the center of the upper side of the transmission line portion TL upward (positive direction of the y-axis) and from the center of the lower side to downward (negative direction of the y-axis). the axial direction of the stub 24 of the length 0.08Ramuda 0, further the above (stub 24 end) has a patch P in the x-axis direction of the width of 0.08λ 0, y-axis direction length 0.12Ramuda 0 ing.
FIG. As shown in C, the CRLH line (strip line) 21-1 is configured with eleven units U of FIG. 2 arranged in the x-axis direction, and further using gaps G at both ends thereof as capacitors.
図３．Ａ乃至図３．Ｃにより、実施例１の高周波デバイス１００の回転誘電体３０−１の回転の様子を示す。図３．Ａ乃至図３．Ｃは、図１．Ｂと同じ位置での高周波デバイス１００の断面図であって、各々所定の回転角θでの様子を示したものである。本構造は周波数によって、移相器として動作し、或いは漏れ波アンテナとして動作するが、ここでは移相器として動作させた場合について説明する。
図３．Ａは、図１．Ｃに対応し、円柱状の回転誘電体３０−１の中心軸ＣDが、回転軸ＣRのｚ軸方向、０．０２６λ0上側に位置している回転状態を示している。この場合、図１．Ｃで示した通り、回転誘電体３０−１と誘電体基板１０の表面との最短距離は０．０６λ0である。
図３．Ｂは、モータ４０により図３．Ａからθ＝９０度の回転が生じた場合を示している。この時、円柱状の回転誘電体３０−１の中心軸ＣDは、回転軸ＣRからｘ軸方向へ０．０２６λ0に位置している。この場合、容易に理解できる通り、回転誘電体３０−１と誘電体基板１０の表面との最短距離は０．０３４λ0である。
図３．Ｃは、モータ４０により図３．Ｂから更に９０度回転させ、θ＝１８０度の回転が生じた場合を示している。この時、円柱状の回転誘電体３０−１の中心軸ＣDが、回転軸ＣRのｚ軸方向と逆側（下側）の０．０２６λ0に位置している。この場合、容易に理解できる通り、回転誘電体３０−１と誘電体基板１０の表面との最短距離は０．００８λ0である。
そこで、図３．ＢにおけるＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の伝送位相を基準とすると、図３．Ａにおける伝送位相を＋φ、図３．Ｃにおける伝送位相を−φとおけるものと期待できる。これは、比誘電率が１である雰囲気中で、比誘電率が例えば３以上の回転誘電体３０−１表面と誘電体基板１０の表面との最短距離、即ち回転誘電体３０−１と、誘電体基板１０の表面に設けられたＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１との最短距離が変化することで、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１近傍の実効比誘電率が変化し、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１内部の電気長を変化させることで、キャパシタンスとインダクタンス量を変化させ、周期構造体であるユニットＵを通過する電磁波の位相を制御することができるからである。
即ち、図１の高周波デバイス１００は、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の伝送位相が図３．Ａにおける伝送位相＋φから図３．Ｃにおける伝送位相−φまで連続的に滑らかに制御できることが期待できる。
FIG. A to FIG. C shows a state of rotation of the rotating dielectric 30-1 of the high-frequency device 100 of the first embodiment. FIG. A to FIG. C is the same as FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of the high-frequency device 100 at the same position as B, each showing a state at a predetermined rotation angle θ. This structure operates as a phase shifter or a leaky wave antenna depending on the frequency. Here, the case of operating as a phase shifter will be described.
FIG. A is shown in FIG. Corresponding and C, the center axis C D of the cylindrical rotating dielectric 30-1, z-axis direction of the rotation axis C R, shows a rotary state which is located 0.026Ramuda 0 upward. In this case, FIG. As shown in C, and the shortest distance between the surface of the rotating dielectric 30-1 and the dielectric substrate 10 is 0.06 0.
FIG. B is driven by the motor 40 as shown in FIG. A case where θ = 90 degrees of rotation occurs from A is shown. At this time, the center axis C D of the cylindrical rotating dielectric 30-1 is located 0.026Ramuda 0 from the axis of rotation C R to the x-axis direction. In this case, as can be readily appreciated, the shortest distance between the surface of the rotating dielectric 30-1 and the dielectric substrate 10 is 0.034λ 0.
FIG. C is driven by the motor 40 as shown in FIG. This shows a case where the rotation is further 90 degrees from B and a rotation of θ = 180 degrees occurs. At this time, the center axis C D of the cylindrical rotating dielectric 30-1 is positioned in 0.026Ramuda 0 in the z-axis direction and the opposite side of the rotation axis C R (lower side). In this case, as can be readily appreciated, the shortest distance between the surface of the rotating dielectric 30-1 and the dielectric substrate 10 is 0.008λ 0.
Therefore, FIG. B is based on the transmission phase of the CRLH line (strip line) 21-1 in FIG. The transmission phase at A is + φ, FIG. The transmission phase in C can be expected to be −φ. This is because, in an atmosphere having a relative dielectric constant of 1, the shortest distance between the surface of the rotating dielectric 30-1 having a relative dielectric constant of 3 or more and the surface of the dielectric substrate 10, that is, the rotating dielectric 30-1, When the shortest distance from the CRLH line (strip line) 21-1 provided on the surface of the dielectric substrate 10 changes, the effective relative permittivity in the vicinity of the CRLH line (strip line) 21-1 changes, and the CRLH line. (Strip line) It is because the phase of the electromagnetic wave which passes the unit U which is a periodic structure body can be controlled by changing the electrical length inside 21-1 and changing a capacitance and an inductance amount.
That is, in the high frequency device 100 of FIG. 1, the transmission phase of the CRLH line (strip line) 21-1 is as shown in FIG. From the transmission phase + φ in A, FIG. It can be expected that the transmission phase in C can be continuously and smoothly controlled to -φ.
上記をシミュレーションにより確かめた。結果を図４に示す。
回転誘電体３０−１の比誘電率を３．４とし、駆動軸４１及び４２は回転誘電体３０−１内部には存在しないものとして、その影響を無視した。周波数８３．５ＧＨｚにおいて、２φ＝１８５度の位相変化を確認できた。即ち、図１の高周波デバイス１００は、回転誘電体３０−１を図３．Ａの状態から図３．Ｃの状態までの１８０度回転させることで、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の伝送位相を図３．Ａにおける伝送位相から図３．Ｃにおける伝送位相までの幅１８５度、連続的且つ滑らかに制御できることが確認できた。即ち図１の高周波デバイス１００は、移相器として使用可能である。
また、回転誘導体３０−１は、回転軸ＣRにおける回転により、ｚ軸方向の上下動が、最大０．０５２λ0であるので、図１の高周波デバイス１００は、移相器として作動させる際のスペースに大きな余裕を確保する必要が無い。
The above was confirmed by simulation. The results are shown in FIG.
The relative dielectric constant of the rotating dielectric 30-1 was set to 3.4, and the driving shafts 41 and 42 were not present inside the rotating dielectric 30-1, and the influence was ignored. A phase change of 2φ = 185 degrees could be confirmed at a frequency of 83.5 GHz. That is, the high frequency device 100 of FIG. From the state of A, FIG. By rotating 180 degrees to the state of C, the transmission phase of the CRLH line (strip line) 21-1 is shown in FIG. From the transmission phase in A, FIG. It was confirmed that the width up to the transmission phase in C was 185 degrees and could be controlled continuously and smoothly. That is, the high frequency device 100 of FIG. 1 can be used as a phase shifter.
The rotation derivative 30-1, by the rotation in the rotation axis C R, the vertical movement of the z-axis direction, since the maximum 0.052Ramuda 0, a high frequency device 100 of FIG. 1, when actuating as the phase shifter There is no need to secure a large space.
上記の移相量については、回転誘電体３０−１の比誘電率や、その位置、軸のオフセット量により制御することが可能である。なお、別の構成例として、円柱状の誘電体棒の軸をオフセットせずに、その代わりに楕円柱状の誘電体棒を用いて同様の効果を得る方法も考えられる。例えば回転誘電体を楕円柱とし、長手方向の垂直断面である楕円の２つの焦点の中点を回転軸とすれば、断面の楕円の短軸方向から長軸方向までの最小９０度の回転で上記と同様な効果を導くことができる。 The amount of phase shift can be controlled by the relative dielectric constant of the rotating dielectric 30-1, its position, and the amount of axis offset. As another configuration example, a method of obtaining the same effect by using an elliptical columnar dielectric rod instead of offsetting the axis of the cylindrical dielectric rod may be considered. For example, if the rotating dielectric is an elliptic cylinder and the midpoint between the two focal points of the ellipse, which is a vertical section in the longitudinal direction, is the rotation axis, the rotation can be performed at a minimum of 90 degrees from the minor axis direction to the major axis direction of the ellipse of the section. An effect similar to the above can be derived.
図５．Ａ〜図５．Ｄは、本発明の具体的な第２の実施例に係る高周波デバイス２００の構成を示す４つの図である。図５．Ａは高周波デバイス２００の斜視図、図５．Ｂは高周波デバイス２００のｙｚ平面に平行な断面図、図５．Ｃは回転誘電体３０−２を構成する第１の円板状部３１（３１−ａ乃至ｈ）のｚｘ平面に平行な断面図、図５．Ｄは回転誘電体３０−２を構成する第２の円板状部３２（３２−ａ乃至ｇ）のｚｘ平面に平行な断面図である。 FIG. A to FIG. D is four diagrams showing the configuration of the high-frequency device 200 according to the second specific example of the present invention. FIG. A is a perspective view of the high-frequency device 200, FIG. B is a cross-sectional view parallel to the yz plane of the high-frequency device 200, FIG. C is a cross-sectional view of the first disk-shaped portion 31 (31-a to h) constituting the rotating dielectric 30-2 parallel to the zx plane, FIG. D is a cross-sectional view parallel to the zx plane of the second disk-shaped portion 32 (32-a to g) constituting the rotating dielectric 30-2.
図５．Ａ及び図５．Ｂの高周波デバイス２００は、図１の高周波デバイス１００の回転誘電体３０−１を、半径の異なる２つの円板状部３１及び３２の交互積層構造から成る回転誘電体３０−２に置き換えたものであり、他の構成は同一である。 FIG. A and FIG. A high-frequency device 200 of B is obtained by replacing the rotating dielectric 30-1 of the high-frequency device 100 of FIG. 1 with a rotating dielectric 30-2 having an alternately laminated structure of two disk-like portions 31 and 32 having different radii. The other configurations are the same.
図５．Ａ及び図５．Ｂの高周波デバイス２００の回転誘電体３０−２は、８個の第１の円板状部３１（３１−ａ乃至ｈ）と７個の第２の円板状部３２（３２−ａ乃至ｇ）とを交互に積層した構造を有する。
図５．Ｃに示す通り、第１の円板状部３１は、半径が２．６λ0であり、図示しない厚さが０．１λ0である。第１の円板状部３１の中心軸ＣD1は、回転軸ＣRと一致している。
図５．Ｄに示す通り、第２の円板状部３２は、半径が２．４９５λ0であり、図示しない厚さが０．１λ0である。第２の円板状部３２の中心軸ＣD2は、回転軸ＣRと平行であるが一致しておらず、その距離は０．０９５λ0である。
図５．Ｄでは、破線で、図５．Ｃの第１の円板状部３１の外周を重ねて示した。この際、回転軸ＣRを一致させるようにした。第１の円板状部３１と第２の円板状部３２とは、回転軸ＣRから各々の外周までの距離の差異が０．０１λ0から０．２λ0まで連続的に変化することがわかる。
図５．Ｂの高周波デバイス２００の回転誘電体３０−２は、例えば円柱状の誘電体に７箇所の溝、但しその深さが連続的に変化する溝を形成することで製造することができる。
FIG. A and FIG. The rotating dielectric 30-2 of the B high-frequency device 200 includes eight first disk-shaped parts 31 (31-a to h) and seven second disk-shaped parts 32 (32-a to g). ) Alternately stacked.
FIG. As shown in C, the first disc-shaped portion 31 has a radius of 2.6λ 0 and a thickness (not shown) of 0.1λ 0 . The central axis C D1 of the first disc-shaped portion 31 coincides with the rotation axis C R.
FIG. As shown in D, the second disk-shaped portion 32 has a radius of 2.495λ 0 and a thickness (not shown) of 0.1λ 0 . The central axis C D2 of the second disc-shaped portion 32 is parallel to the rotation axis C R but does not coincide with it, and the distance is 0.095λ 0 .
FIG. In FIG. The outer periphery of the C first disk-shaped portion 31 is shown in an overlapping manner. At this time, the rotation axis CR was made to coincide. A first disc-shaped portion 31 and the second disc-shaped portion 32, the difference in the distance from the axis of rotation C R to the outer periphery of each of which continuously changes from 0.01Ramuda 0 to 0.2? 0 I understand.
FIG. The rotating dielectric 30-2 of the B high-frequency device 200 can be manufactured, for example, by forming seven grooves on a cylindrical dielectric, but grooves having continuously varying depths.
図５．Ａ及び図５．Ｂの高周波デバイス２００について、回転誘電体３０−２を回転させた状態を図６．Ａ乃至図６．Ｃに示す。尚、８個の第１の円板状部３１の中心軸ＣD1は、回転軸ＣRと常に一致する。このため、回転誘電体３０−２を回転させても、誘電体基板１０の表面と８個の第１の円板状部３１の外周との最短距離は変化しない。
図６．Ａは、７個の第２の円板状部３２の中心軸ＣD2が、回転軸ＣRのｚ軸方向上側０．０９５λ0の位置にある場合である。この場合、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の近傍にある第１の円板状部３１−ｄ及びｅと第２の円板状部３２−ｄにより形成される実効比誘電率を考えると、例えば第２の円板状部３２が全て第１の円板状部３１に置き換わった、円柱状の回転誘電体の場合と比較して、実効比誘電率が小さくなることは明らかである。
図６．Ｂは、７個の第２の円板状部３２の中心軸ＣD2が、回転軸ＣRのｘ軸方向０．０９５λ0の位置にある場合である。この場合、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の近傍にある第１の円板状部３１−ｄ及びｅと第２の円板状部３２−ｄにより形成される実効比誘電率は、図６．Ａの場合の実効比誘電率よりも大きくなる。
図６．Ｃは図６．Ａとは全く逆の場合で、７個の第２の円板状部３２の中心軸ＣD2が、回転軸ＣRのｚ軸方向下側０．０９５λ0の位置にある場合である。この場合、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の近傍にある第１の円板状部３１−ｄ及びｅと第２の円板状部３２−ｄにより形成される実効比誘電率は、図６．Ｂの場合の実効比誘電率よりも大きくなる。
そこで、図６．ＢにおけるＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の伝送位相を基準とすると、図６．Ａにおける伝送位相を＋φ、図６．Ｃにおける伝送位相を−φとおける。即ち、図６の高周波デバイス２００は、図１の高周波デバイス１００と同様に、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の伝送位相が図６．Ａにおける伝送位相＋φから図６．Ｃにおける伝送位相−φまで連続的に滑らかに制御できることが理解できる。
実施例２では、半径の異なる２つの円板状部の厚さをいずれも０．１λ0とし、第２の円板状部３２−ｄの影響のみを考えたが、図２のようにｙ軸方向に延びた、インダクタを形成するスタブ２４やパッチＰ、或いはキャパシタを形成する延設部Ｅへの例えば第１の円板状部３１−ｄ及びｅ或いはその外側の第２の円板状部３２−ｃ及びｅの影響は、最終的には位相量として決定されるので、上記議論に影響しない。
FIG. A and FIG. FIG. 6 shows a state where the rotating dielectric 30-2 is rotated for the high frequency device 200 of FIG. A to FIG. Shown in C. Note that the central axes C D1 of the eight first disk-like portions 31 always coincide with the rotation axis C R. For this reason, even if the rotating dielectric 30-2 is rotated, the shortest distance between the surface of the dielectric substrate 10 and the outer circumferences of the eight first disk-shaped portions 31 does not change.
FIG. A is the central axis C D2 of seven second disc-shaped portion 32, the case in the position in the z-axis direction upper 0.095Ramuda 0 of the rotating shaft C R. In this case, when the effective relative dielectric constant formed by the first disc-like portions 31-d and e and the second disc-like portion 32-d near the CRLH line (strip line) 21-1 is considered. For example, it is clear that the effective relative dielectric constant is smaller than that in the case of a cylindrical rotating dielectric in which the second disk-shaped portion 32 is replaced with the first disk-shaped portion 31, for example.
FIG. B is the central axis C D2 of seven second disc-shaped portion 32, the case at the position of the x-axis direction 0.095Ramuda 0 of the rotating shaft C R. In this case, the effective relative dielectric constant formed by the first disk-shaped parts 31-d and e and the second disk-shaped part 32-d near the CRLH line (strip line) 21-1 is as shown in FIG. 6). It becomes larger than the effective relative dielectric constant in the case of A.
FIG. C is FIG. This is a case opposite to A in the case where the central axes C D2 of the seven second disc-like portions 32 are at a position of 0.095λ 0 on the lower side in the z-axis direction of the rotation axis C R. In this case, the effective relative dielectric constant formed by the first disk-shaped parts 31-d and e and the second disk-shaped part 32-d near the CRLH line (strip line) 21-1 is as shown in FIG. 6). It becomes larger than the effective relative dielectric constant in the case of B.
Therefore, FIG. If the transmission phase of the CRLH line (strip line) 21-1 in FIG. The transmission phase at A is + φ, FIG. Let the transmission phase at C be −φ. That is, in the high frequency device 200 of FIG. 6, the transmission phase of the CRLH line (strip line) 21-1 is the same as that of the high frequency device 100 of FIG. From the transmission phase + φ in A, FIG. It can be understood that the transmission phase in C can be continuously and smoothly controlled to -φ.
In Example 2, the thicknesses of the two disk-shaped parts having different radii are both 0.1λ 0 and only the influence of the second disk-shaped part 32-d is considered. However, as shown in FIG. For example, the first disk-shaped parts 31-d and e extending to the stub 24 and the patch P forming the inductor or the extending part E forming the capacitor extending in the axial direction or the second disk shape outside the first disk-shaped parts 31-d and e. Since the influence of the parts 32-c and e is finally determined as a phase amount, it does not affect the above discussion.
図７．Ａ〜図７．Ｃは、本発明の具体的な第３の実施例に係る高周波デバイス３００の構成を示す３つの図である。図７．Ａは高周波デバイス３００の斜視図、図７．Ｂは高周波デバイス３００のｙｚ平面に平行な断面図、図７．Ｃは、誘電体基板１０の表面に形成された３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、２１−２及び２１−３の配列を示した平面図である。 FIG. A to FIG. C is three diagrams showing the configuration of the high-frequency device 300 according to the third specific example of the present invention. FIG. A is a perspective view of the high-frequency device 300, FIG. B is a cross-sectional view of the high-frequency device 300 parallel to the yz plane, FIG. C is a plan view showing an arrangement of three CRLH lines (strip lines) 21-1, 21-2, and 21-3 formed on the surface of the dielectric substrate 10. FIG.
図７．Ａ及び図７．Ｂの高周波デバイス３００は、誘電体基板１０の表面に形成されたＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）が３つあることと、円柱状の回転誘電体３０−３の回転軸ＣRの位置に大きな特徴が有る。
まず、図７．Ｃに示す通り、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、２１−２及び２１−３は、図１の高周波デバイス１００のＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１と同様に、ｘ軸方向に給電されて各々例えばアンテナに接続される。この際、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１及び２１−２の間隔、並びに２１−２及び２１−３の間隔は等しい。
FIG. A and FIG. High frequency device 300 of B are that CRLH line formed on the surface of the dielectric substrate 10 (strip line) there are three, a large technical feature in the position of the rotation axis C R of the cylindrical rotating dielectric 30-3 Yes.
First, FIG. As shown in C, the three CRLH lines (strip lines) 21-1, 21-2 and 21-3 are arranged in the x-axis direction in the same manner as the CRLH line (strip line) 21-1 of the high-frequency device 100 of FIG. Power is supplied and each is connected to, for example, an antenna. At this time, the distance between the three CRLH lines (strip lines) 21-1 and 21-2 and the distance between 21-2 and 21-3 are equal.
また、図７．Ｂに示す通り、円柱状の回転誘電体３０−３は、その中心軸ＣDと、回転軸ＣRが、円柱状の回転誘電体３０−３の重心３Ｇで交わっている。また、その重心３Ｇ直下に、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−２が配置されている。円柱状の回転誘電体３０−３の中心軸ＣDと、回転軸ＣRとの成す角は１度以下であるとする。図７．Ｂにおいて、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、２１−２及び２１−３のそれぞれのｘ軸に平行な対称軸から円柱状の回転誘電体３０−３の表面へのｚ軸に平行な距離を、ｈ1、ｈ2、ｈ3とおくと、ｈ1＞ｈ2＞ｈ3、且つｈ1−ｈ2＝ｈ2−ｈ3と見なせる。 FIG. As shown in B, a cylindrical rotating dielectric 30-3, and the central axis C D, the rotation axis C R is meet at the center of gravity 3G cylindrical rotary dielectric 30-3. Further, a CRLH line (strip line) 21-2 is arranged immediately below the center of gravity 3G. And the central axis C D of the cylindrical rotating dielectric 30-3, angle between the rotation axis C R is to be less than 1 degree. FIG. In B, parallel to the z axis from the symmetry axis parallel to the x axis of each of the three CRLH lines (strip lines) 21-1, 21-2, and 21-3 to the surface of the cylindrical rotating dielectric 30-3. If h 1 , h 2 , and h 3 are set as the distances, h 1 > h 2 > h 3 and h 1 −h 2 = h 2 −h 3 can be considered.
図８．Ａ乃至図８．Ｃにより、回転誘電体３０−３の回転の様子を示す。図８．Ａ乃至図８．Ｃは、図７．Ｂと同じ位置での高周波デバイス３００の断面図であって、各々所定の回転角θでの様子を示したものである。
図８．Ａは、図７．Ｂに対応し、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、２１−２及び２１−３のそれぞれのｘ軸に平行な対称軸から円柱状の回転誘電体３０−３の表面へのｚ軸に平行な距離が、ｈ1、ｈ2、ｈ3である場合である。図２で検討した図１．Ａの高周波デバイス１００と同様に、回転誘電体３０−３へのｚ軸に平行な距離が最も長いＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の伝送位相を＋φ、回転誘電体３０−３へのｚ軸に平行な距離が最も短いＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３の伝送位相を−φ、ｚ軸に平行な距離がそれらの中央値であるＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−２の伝送位相を０とおくことができる。
図８．Ｂは、図８．Ａから回転誘電体３０−３を回転軸ＣRにおいて９０度回転させた場合である。円柱状の回転誘電体３０−３の中心軸ＣDは、回転軸ＣRを含むｘｙ平面に平行な平面上に位置する。中心軸ＣDと回転軸ＣRの成す角は１度以下であるので、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、２１−２及び２１−３のそれぞれのｘ軸に平行な対称軸と円柱状の回転誘電体３０−３の表面へのｚ軸に平行な距離はｈ2に等しくなる。この際、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、２１−２及び２１−３の伝送位相を全て０とおくことができる。
図８．Ｃは、図８．Ｂから回転誘電体３０−３を回転軸ＣRにおいて更に９０度回転させた場合である。図８．Ｃにおいて、円柱状の回転誘電体３０−３の中心軸ＣDは、回転軸ＣRと成す角が図８．Ａとは正負逆転する。回転誘電体３０−３へのｚ軸に平行な距離が最も長いｈ1であるＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３の伝送位相が＋φ、回転誘電体３０−３へのｚ軸に平行な距離が最も短いｈ3であるＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１の伝送位相を−φ、ｚ軸に平行な距離がそれらの中央値であるＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−２の伝送位相を０とおくことができる。
FIG. A to FIG. C shows how the rotating dielectric 30-3 rotates. FIG. A to FIG. C is the same as FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of the high-frequency device 300 at the same position as B, each showing a state at a predetermined rotation angle θ.
FIG. A is shown in FIG. Corresponding to B, the z-axis from the symmetry axis parallel to the x-axis of each of the three CRLH lines (strip lines) 21-1, 21-2 and 21-3 to the surface of the cylindrical rotating dielectric 30-3 The distances parallel to are h 1 , h 2 , and h 3 . FIG. 1 examined in FIG. Similarly to the high-frequency device 100 of A, the transmission phase of the CRLH line (strip line) 21-1 having the longest distance parallel to the z-axis to the rotating dielectric 30-3 is + φ, and the z to the rotating dielectric 30-3 is z. The transmission phase of the CRLH line (strip line) 21-3 having the shortest distance parallel to the axis is -φ, and the transmission phase of the CRLH line (strip line) 21-2 is the median value of the distance parallel to the z axis. It can be set to zero.
FIG. B is shown in FIG. It is a case of rotating 90 degrees in the rotation axis C R the rotating dielectric 30-3 from A. The central axis C D of the cylindrical rotating dielectric 30-3 is located on a plane parallel to the xy plane including the rotation axis C R. Since the angle formed by the central axis C D and the rotation axis C R is 1 degree or less, the symmetric axis parallel to the x axis of each of the three CRLH lines (strip lines) 21-1, 21-2 and 21-3 distance parallel to the z-axis of the cylindrical surface of the rotating dielectric 30-3 is equal to h 2. At this time, the transmission phases of the CRLH lines (strip lines) 21-1, 21-2, and 21-3 can all be set to zero.
FIG. C is the same as FIG. Is a case of rotating another 90 degrees in the rotation axis C R the rotating dielectric 30-3 from B. FIG. In C, the center axis C D of the cylindrical rotating dielectric 30-3, the angle formed between the rotation axis C R in FIG. 8. A and A are reversed. The transmission phase of the CRLH line (strip line) 21-3 having the longest distance h 1 parallel to the z-axis to the rotating dielectric 30-3 is + φ, and the distance parallel to the z-axis to the rotating dielectric 30-3 The transmission phase of the CRLH line (strip line) 21-1 having the shortest h 3 is −φ, and the transmission phase of the CRLH line (strip line) 21-2 having a distance parallel to the z-axis is the median value thereof is 0. It can be said.
このように、図３の高周波デバイス３００は、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、２１−２及び２１−３の伝送位相を、同時に且つ異なる位相として滑らかに制御することができる。この場合、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−２の伝送位相を変化させず、かつそれを基準として、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１及び２１−３の伝送位相を逆位相とできる。
この移相器により３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１、２１−２及び２１−３の伝送位相を制御すれば、接続される各アンテナの出力位相を制御できるので、垂直方向からビームを走査する方法として用いることができる。即ち、位相差φと各ＣＲＬＨ線路の伝送路長により求まる角度だけ、３つのアンテナにより形成されるビームをチルトすることができる。
3 can smoothly control the transmission phases of the CRLH lines (strip lines) 21-1, 21-2, and 21-3 simultaneously and as different phases. In this case, the transmission phase of the CRLH lines (strip lines) 21-2 is not changed, and the transmission phases of the CRLH lines (strip lines) 21-1 and 21-3 can be reversed with reference to this.
By controlling the transmission phase of the three CRLH lines (strip lines) 21-1, 21-2 and 21-3 with this phase shifter, the output phase of each connected antenna can be controlled. It can be used as a scanning method. That is, the beam formed by the three antennas can be tilted by an angle determined by the phase difference φ and the transmission path length of each CRLH line.
半径の異なる２つの円板状部の交互積層構造により、実施例３と同様の効果を奏する高周波デバイスを提供できる。これを図９．Ａ〜図９．Ｆに示す。
図９．Ａ〜図９．Ｆは、本発明の具体的な第４の実施例に係る高周波デバイス４００の構成を示す６つの図である。図９．Ａは高周波デバイス４００の斜視図、図９．Ｂは高周波デバイス４００のｙｚ平面に平行な断面図、図９．Ｃは回転誘電体３０−４を構成する第１の円板状部３１のｚｘ平面に平行な断面図、図９．Ｄは回転誘電体３０−４を構成する第２の円板状部３３−ａのｚｘ平面に平行な断面図、図９．Ｅは回転誘電体３０−４を構成する第２の円板状部３３−ｄのｚｘ平面に平行な断面図、図９．Ｆは回転誘電体３０−４を構成する第２の円板状部３３−ｇのｚｘ平面に平行な断面図である。
A high frequency device having the same effect as that of the third embodiment can be provided by the alternately laminated structure of two disk-like portions having different radii. This is shown in FIG. A to FIG. Shown in F.
FIG. A to FIG. F is six diagrams showing the configuration of the high-frequency device 400 according to the fourth specific example of the present invention. FIG. A is a perspective view of the high-frequency device 400, FIG. B is a cross-sectional view of the high-frequency device 400 parallel to the yz plane, FIG. C is a cross-sectional view parallel to the zx plane of the first disc-shaped portion 31 constituting the rotating dielectric 30-4, FIG. D is a cross-sectional view parallel to the zx plane of the second disk-shaped portion 33-a constituting the rotating dielectric 30-4, FIG. E is a cross-sectional view parallel to the zx plane of the second disk-shaped portion 33-d constituting the rotating dielectric 30-4, FIG. F is a cross-sectional view parallel to the zx plane of the second disk-shaped portion 33-g constituting the rotating dielectric 30-4.
図９．Ａ及び図９．Ｂの高周波デバイス４００は、図７の高周波デバイス３００の回転誘電体３０−３を、半径の異なる２つの円板状部３１及び３３の交互積層構造から成る回転誘電体３０−４に置き換えたものであり、他の構成は同一である。 FIG. A and FIG. The high-frequency device 400 of B is obtained by replacing the rotating dielectric 30-3 of the high-frequency device 300 of FIG. 7 with a rotating dielectric 30-4 having an alternately laminated structure of two disk-like portions 31 and 33 having different radii. The other configurations are the same.
図９．Ａ及び図９．Ｂの高周波デバイス４００の回転誘電体３０−４は、８個の第１の円板状部３１（３１−ａ乃至ｈ）と７個の第２の円板状部３３（３３−ａ乃至ｇ）とを交互に積層した構造を有する。
図９．Ｃに示す第１の円板状部３１は、図５．Ｃに示した第１の円板状部３１と類似の構成である。即ち、半径がｒ1であり、図示しない厚さがｓである。第１の円板状部３１の中心軸ＣD1は、回転軸ＣRと一致している。
７個の第２の円板状部３３は、図５．Ｄに示した第２の円板状部３２と類似の円板状部であるが、７個の第２の円板状部３３の回転軸ＣRの位置が、全て互いに異なる点が異なる。７個の第２の円板状部３３−ａ乃至３３−ｇのうち、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３、２１−２及び２１−１に最も近い、３つの第２の円板状部３３−ａ、３３−ｄ及び３３−ｇについて、図９．Ｄ乃至図９．Ｆに示す。
FIG. A and FIG. The rotating dielectric 30-4 of the B high-frequency device 400 includes eight first disk-shaped parts 31 (31-a to h) and seven second disk-shaped parts 33 (33-a to g). ) Alternately stacked.
FIG. The first disk-shaped portion 31 shown in FIG. The configuration is similar to that of the first disc-shaped portion 31 shown in FIG. That is, the radius is r 1 and the thickness (not shown) is s. The central axis C D1 of the first disc-shaped portion 31 coincides with the rotation axis C R.
The seven second disk-shaped parts 33 are shown in FIG. Is a second disc-shaped portion 32 similar to the disk-shaped portion shown in D, 7 pieces of the position of the rotation axis C R of the second disc-shaped portion 33 are all different are different from each other. Of the seven second disk-shaped portions 33-a to 33-g, three second disks that are closest to the three CRLH lines (strip lines) 21-3, 21-2, and 21-1. For the portions 33-a, 33-d and 33-g, FIG. D to FIG. Shown in F.
図９．Ｄに示す通り、第２の円板状部３３−ａは、半径がｒ2であり、図示しない厚さが第１の円板状部３１と同じｓである。第２の円板状部３３−ａの中心軸ＣDaは、回転軸ＣRと平行であるが一致しておらず、その距離は３ｐである。図９．Ｄに、破線で第１の円板状部３１を回転軸ＣRが一致するように重ねて示すと、第１の円板状部３１と第２の円板状部３３−ａは、回転軸ＣRから各々の外周までの距離の差異が、最大ｄ1、最小ｄ2で滑らかに変化していることがわかる。ここで、ｄ1＝ｒ1−ｒ2＋３ｐ、ｄ2＝ｒ1−ｒ2−３ｐであり、ｒ1−ｒ2＝（ｄ1＋ｄ2）／２である。
図９．Ｅに示す通り、第２の円板状部３３−ｄは、半径がｒ2であり、図示しない厚さがｓである。第２の円板状部３３−ａの中心軸ＣDdは回転軸ＣRと一致している。図９．Ｅに、破線で第１の円板状部３１を回転軸ＣRが一致するように重ねて示すと、第１の円板状部３１と第２の円板状部３３−ｄは、回転軸ＣRから各々の外周までの距離の差異がｒ1−ｒ2で一定であることがわかる。
図９．Ｆに示す通り、第２の円板状部３３−ｇは、半径がｒ2であり、図示しない厚さが第１の円板状部３１と同じｓである。第２の円板状部３３−ｇの中心軸ＣDgは、回転軸ＣRと平行であるが一致しておらず、その距離は３ｐである。図９．Ｆに、破線で第１の円板状部３１を回転軸ＣRが一致するように重ねて示すと、第１の円板状部３１と第２の円板状部３３−ｇは、回転軸ＣRから各々の外周までの距離の差異が、図９．Ｄの第２の円板状部３３−ａの場合と同様に最大ｄ1、最小ｄ2で滑らかに変化していることがわかる。
FIG. As shown in D, the second disk-shaped part 33-a has a radius r 2 and a thickness (not shown) that is the same as that of the first disk-shaped part 31. The central axis C Da of the second disc-shaped portion 33-a is parallel to the rotation axis C R but does not coincide, the distance is 3p. FIG. To D, and shown as being superimposed first disc-shaped portion 31 with a broken line as the rotation axis C R are identical, the first disc-shaped portion 31 and the second disc-shaped portion 33-a is rotated It can be seen that the difference in distance from the axis CR to each outer periphery smoothly changes with the maximum d 1 and the minimum d 2 . Here, d 1 = r 1 −r 2 + 3p, d 2 = r 1 −r 2 −3p, and r 1 −r 2 = (d 1 + d 2 ) / 2.
FIG. As shown in E, the second disk-shaped portion 33-d has a radius r 2 and a thickness (not shown) of s. The center axis C Dd of the second disk-shaped portion 33-a coincides with the rotation axis C R. FIG. To E, and shown as being superimposed first disc-shaped portion 31 with a broken line as the rotation axis C R are identical, the first disc-shaped portion 31 and the second disc-shaped portion 33-d are rotated It can be seen that the difference in distance from the axis CR to each outer periphery is constant at r 1 −r 2 .
FIG. As shown in F, the second disk-shaped part 33-g has a radius r 2 and a thickness (not shown) that is the same as that of the first disk-shaped part 31. The center axis C Dg of the second disk-shaped part 33-g is parallel to the rotation axis C R but does not match, and the distance is 3p. FIG. In F, and shown as being superimposed first disc-shaped portion 31 with a broken line as the rotation axis C R are identical, the first disc-shaped portion 31 and the second disc-shaped portion 33-g are rotated The difference in distance from the axis CR to each outer circumference is shown in FIG. As in the case of the second disk-shaped portion 33-a of D, it can be seen that the maximum d 1 and the minimum d 2 change smoothly.
図示しなかった第２の円板状部３３−ｂ、ｃ、ｅ及びｆも全て半径がｒ2であり、厚さがｓである。各々の中心軸ＣDb、ＣDc、ＣDe及びＣDfは、回転軸ＣRと平行であるが一致しておらず、その距離は各々、２ｐ、ｐ、ｐ、２ｐである。 The second disk-shaped portions 33-b, c, e, and f that are not shown in the figure all have a radius r 2 and a thickness s. The respective central axes C Db , C Dc , C De and C Df are parallel to the rotation axis C R but do not coincide with each other, and their distances are 2p, p, p and 2p, respectively.
このような８個の第１の円板状部３１−ａ乃至ｈと、７個の第２の円板状部３３−ａ乃至ｇを交互に積層した回転誘電体３０−４は図９．Ｂのような構成である。
即ち、８個の第１の円板状部３１−ａ乃至ｈは、その中心軸ＣD1が回転軸ＣRと一致している。７個の第２の円板状部３３−ａ乃至ｇは、その中心軸ＣDa乃至ＣDgが回転軸ＣRと距離３ｐ、２ｐ、ｐ、０、ｐ、２ｐ、３ｐ離れているので、７個の第２の円板状部３３−ａ乃至ｇを、その中心軸ＣDa乃至ＣDgをこの順に、間隔ｐずつで同一平面上に配置させるように回転誘電体３０−４は形作られている。
図９．Ｂのように、第１の円板状部３１−ａ乃至ｈの表面と誘電体基板１０の最短距離をｈとおく。
図９．Ｂの高周波デバイス４００の回転誘電体３０−４は、例えば円柱状の誘電体に７箇所の溝、但しその深さが連続的に変化する溝を形成することで製造することができる。
A rotating dielectric 30-4 in which such eight first disk-shaped parts 31-a to 31-h and seven second disk-shaped parts 33-a to 33-g are alternately stacked is shown in FIG. B is the configuration.
That is, eight first disc-shaped portion 31-a to h, the central axis C D1 coincides with the rotation axis C R. Since the seven second disk-like portions 33-a to g have their central axes C Da to C Dg separated from the rotation axis C R by the distances 3p, 2p, p, 0, p, 2p, 3p, The rotating dielectric 30-4 is formed so that the seven second disk-shaped portions 33-a to 33g are arranged on the same plane with their center axes C Da to C Dg in this order at intervals p. ing.
FIG. As in B, the shortest distance between the surface of the first disk-shaped parts 31-a to 31-h and the dielectric substrate 10 is set to h.
FIG. The rotating dielectric 30-4 of the B high-frequency device 400 can be manufactured, for example, by forming seven grooves in a cylindrical dielectric, but grooves whose depths are continuously changed.
図９．Ａ及び図９．Ｂの高周波デバイス４００について、回転誘電体３０−４を回転させた状態を図１０．Ａ乃至図１０．Ｃに示す。尚、８個の第１の円板状部３１（３１−ａ乃至ｈ）の中心軸ＣD1は、回転軸ＣRと常に一致する。このため、回転誘電体３０−４を回転させても、誘電体基板１０の表面と８個の第１の円板状部３１（３１−ａ乃至ｈ）の外周との最短距離ｈは変化しない。
図１０．Ａは、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３、２１−２及び２１−１に最も近い、３つの第２の円板状部３３−ａ、３３−ｄ及び３３−ｇの配置が、各々ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３、２１−２及び２１−１との最短距離がｈ＋ｄ2、ｈ＋ｒ1−ｒ2＝ｈ＋（ｄ1＋ｄ2）／２、ｈ＋ｄ1である場合を示している。この場合は、２つの第２の円板状部３３−ａ及び３３−ｇの各々の中心軸ＣDa、ＣDgが、各々回転軸ＣRのｚ軸方向下側３ｐ及び上側３ｐに位置している場合である。
今までの議論と同様に、各ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）の近傍の実効比誘電率を考慮すれば、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−２の位相を基準０として、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１及び２１−３の位相を＋φ及び−φとおくことができる。
図１０．Ｂは、図１０．Ａから回転誘電体３０−４を９０度回転させた図であり、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３、２１−２及び２１−１に最も近い、３つの第２の円板状部３３−ａ、３３−ｄ及び３３−ｇの配置が、各々ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３、２１−２及び２１−１との最短距離が全てｈ＋ｒ1−ｒ2＝ｈ＋（ｄ1＋ｄ2）／２である場合を示している。この場合は、２つの第２の円板状部３３−ａ及び３３−ｇの各々の中心軸ＣDa、ＣDgが、各々回転軸ＣRと同じ水平面に位置している場合である。
今までの議論と同様に、各ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）の近傍の実効比誘電率を考慮すれば、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−２の位相を基準０として、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１及び２１−３の位相は共に０となる。
図１０．Ｃは、３つのＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３、２１−２及び２１−１に最も近い、３つの第２の円板状部３３−ａ、３３−ｄ及び３３−ｇの配置が、各々ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−３、２１−２及び２１−１との最短距離がｈ＋ｄ1、ｈ＋ｒ1−ｒ2＝ｈ＋（ｄ1＋ｄ2）／２、ｈ＋ｄ2である場合を示している。この場合は、２つの第２の円板状部３３−ａ及び３３−ｇの各々の中心軸ＣDa、ＣDgが、各々回転軸ＣRのｚ軸方向上側３ｐ及び下側３ｐに位置している場合である。
今までの議論と同様に、各ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）の近傍の実効比誘電率を考慮すれば、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−２の位相を基準０として、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−１及び２１−３の位相は−φ及び＋φとなる。
FIG. A and FIG. FIG. 10 shows a state where the rotating dielectric 30-4 is rotated in the high frequency device 400 of FIG. A to FIG. Shown in C. Note that the central axes C D1 of the eight first disk-shaped portions 31 (31-a to h) always coincide with the rotation axis C R. For this reason, even if the rotating dielectric 30-4 is rotated, the shortest distance h between the surface of the dielectric substrate 10 and the outer circumferences of the eight first disk-like portions 31 (31-a to h) does not change. .
FIG. A is the arrangement of the three second disk-like portions 33-a, 33-d and 33-g closest to the three CRLH lines (strip lines) 21-3, 21-2 and 21-1. The case where the shortest distances from the CRLH lines (strip lines) 21-3, 21-2, and 21-1 are h + d 2 , h + r 1 −r 2 = h + (d 1 + d 2 ) / 2, and h + d 1 , respectively, is shown. Yes. In this case, the two second disc-shaped portion 33-a and 33-g each of the central axis C Da of the C Dg, located in each z-axis direction lower side 3p of the rotational shaft C R and the upper 3p It is a case.
Similarly to the discussion so far, if the effective relative permittivity in the vicinity of each CRLH line (strip line) is taken into consideration, the phase of the CRLH line (strip line) 21-2 is set as the reference 0, and the CRLH line (strip line) 21 The phases of −1 and 21-3 can be set to + φ and −φ.
FIG. B is the same as FIG. 3 is a diagram in which the rotating dielectric 30-4 is rotated 90 degrees from A, and the three second disk-shaped portions closest to the three CRLH lines (strip lines) 21-3, 21-2 and 21-1. 33-a, 33-d and 33-g are arranged such that the shortest distances from the CRLH lines (strip lines) 21-3, 21-2 and 21-1 are all h + r 1 −r 2 = h + (d 1 + d 2 ) / 2. In this case, the two second disc-shaped portion 33-a and 33-g each of the central axis C Da of the C Dg, a case located on the same horizontal plane with each rotation axis C R.
Similarly to the discussion so far, if the effective relative permittivity in the vicinity of each CRLH line (strip line) is taken into consideration, the phase of the CRLH line (strip line) 21-2 is set as the reference 0, and the CRLH line (strip line) 21 The phases of -1 and 21-3 are both 0.
FIG. C is the arrangement of the three second disk-shaped portions 33-a, 33-d and 33-g closest to the three CRLH lines (strip lines) 21-3, 21-2 and 21-1. Shown is the case where the shortest distances from the CRLH lines (strip lines) 21-3, 21-2, and 21-1 are h + d 1 , h + r 1 −r 2 = h + (d 1 + d 2 ) / 2, and h + d 2 , respectively. Yes. In this case, the two second disc-shaped portion 33-a and 33-g each of the central axis C Da of the C Dg, located in each z-axis upper 3p and lower 3p axis of rotation C R It is a case.
Similarly to the discussion so far, if the effective relative permittivity in the vicinity of each CRLH line (strip line) is taken into consideration, the phase of the CRLH line (strip line) 21-2 is set as the reference 0, and the CRLH line (strip line) 21 The phases of −1 and 21-3 are −φ and + φ.
実施例４の高周波デバイス４００も、実施例３の高周波デバイス３００同様に、３つのアンテナからの出力により形成されるビームの傾斜角度を制御できることがわかる。 It can be seen that the high-frequency device 400 of the fourth embodiment can control the tilt angle of the beam formed by the outputs from the three antennas, similarly to the high-frequency device 300 of the third embodiment.
次に、ビーム角度を傾斜させる漏れ波アンテナとしての本発明の実施例を示す。
図１１．Ａ〜図１１．Ｃは、本発明の具体的な第５の実施例に係る高周波デバイス５００の構成を示す３つの図である。図１１．Ａは高周波デバイス５００の斜視図、図１１．Ｂは高周波デバイス１００のｚｘ平面に平行な断面図、図１１．Ｃは高周波デバイス１００のＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５の概略図（平面図）である。
Next, an embodiment of the present invention as a leaky wave antenna for tilting the beam angle will be described.
FIG. A to FIG. C is three diagrams showing a configuration of a high-frequency device 500 according to a specific fifth embodiment of the present invention. FIG. A is a perspective view of the high-frequency device 500, FIG. B is a cross-sectional view of the high-frequency device 100 parallel to the zx plane, FIG. C is a schematic view (plan view) of a CRLH line (strip line) 21-5 of the high-frequency device 100. FIG.
図１１．Ａ及び図１１．Ｂに示すように、高周波デバイス５００は、誘電体基板１０、誘電体基板１０の裏面に設けられた導体から成る接地板２０、誘電体基板１０の表面に設けられたＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５、円柱状の誘電体から成る回転誘電体３０−５、モータ４０、モータの回転を回転誘電体３０−５に伝達する駆動軸４１、回転誘電体３０−５と共に回転する駆動軸４２、軸受け４３から構成されている。このうち、誘電体基板１０の表面に設けられたＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５は、図１１．Ａでは簡略して単に矩形形状で示した。 FIG. A and FIG. As shown in B, the high-frequency device 500 includes a dielectric substrate 10, a ground plate 20 made of a conductor provided on the back surface of the dielectric substrate 10, and a CRLH line (strip line) 21 provided on the surface of the dielectric substrate 10. -5, a rotating dielectric 30-5 made of a cylindrical dielectric, a motor 40, a driving shaft 41 that transmits the rotation of the motor to the rotating dielectric 30-5, a driving shaft 42 that rotates together with the rotating dielectric 30-5, A bearing 43 is used. Among these, the CRLH line (strip line) 21-5 provided on the surface of the dielectric substrate 10 is shown in FIG. In A, it is simply shown as a rectangular shape.
図１１．Ａ及び図１１．Ｂに示すように、誘電体基板１０の表面はｘｙ平面（水平面）に平行となっており、そこに設けられたＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５の伝送方向はｙ軸の負方向である。
モータ４０により回転する駆動軸４１の長手方向及び軸受け４３で受けられている駆動軸４２の長手方向は、ｙ軸方向に一致している。
FIG. A and FIG. As shown in B, the surface of the dielectric substrate 10 is parallel to the xy plane (horizontal plane), and the transmission direction of the CRLH line (strip line) 21-5 provided there is the negative direction of the y axis. .
The longitudinal direction of the drive shaft 41 rotated by the motor 40 and the longitudinal direction of the drive shaft 42 received by the bearing 43 coincide with the y-axis direction.
図１１．Ｂに円柱状の回転誘電体３０−５の中心軸ＣDと、回転軸ＣRの位置関係を示す。円柱状の回転誘電体３０−５は、半径が０．３８λ0の円柱状であって、その中心軸ＣDと平行で距離０．０２６λ0離れた位置に回転軸ＣRを有している。図１．Ｃの断面図における回転軸ＣRは、図１１．Ａの駆動軸４１及び４２の中心軸であり、モータ４０の回転軸と一致するものである。図１１．Ｂの断面図においては、円柱状の回転誘電体３０−５の中心軸ＣDが、回転軸ＣRのｚ軸方向、０．０２６λ0上側に位置している回転状態を示している。回転軸ＣRと誘電体基板１０の表面との距離は０．４１４λ0である。また、回転誘電体３０−５と誘電体基板１０の表面との最短距離は０．０６λ0である。
回転誘電体３０−５の直径０．７６λ0は、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５がほぼ隠れる程度の太さとして決定した。尚、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５は図２と同様のユニットを１１ユニットの周期構造で構成したものであるが、伝送方向は上述の通りｙ軸の負方向である。
FIG. And the central axis C D of the cylindrical rotating dielectric 30-5 to B, submitted a positional relationship between the rotational axis C R. Cylindrical rotary dielectric 30-5, radius a cylindrical 0.38Ramuda 0, a rotation axis C R and the center axis C D parallel distance 0.026Ramuda 0 away . FIG. The rotation axis C R in the cross-sectional view of FIG. This is the central axis of the A drive shafts 41 and 42, and coincides with the rotational axis of the motor 40. FIG. In the cross-sectional view of B, the central axis C D of the cylindrical rotating dielectric 30-5, z-axis direction of the rotation axis C R, shows a rotary state which is located 0.026Ramuda 0 upward. Distance between the rotation axis C R and the dielectric substrate 10 surface is 0.414λ 0. Further, the shortest distance between the surface of the rotating dielectric 30-5 and the dielectric substrate 10 is 0.06 0.
Diameter 0.76λ rotary dielectric 30-5 0 was determined as the CRLH line (strip line) 21-5 thickness enough to substantially hide. Note that the CRLH line (strip line) 21-5 is a unit similar to that shown in FIG. 2 having a periodic structure of 11 units, but the transmission direction is the negative direction of the y-axis as described above.
図１２．Ａ乃至図１２．Ｃにより、回転誘電体３０−５の回転の様子を示す。図１２．Ａ乃至図１２．Ｃは、図１１．Ｂと同じ位置での高周波デバイス５００の断面図であって、各々所定の回転角θでの様子を示したものである。
図１２．Ａは、図１１．Ｂに対応し、円柱状の回転誘電体の中心軸ＣDが、回転軸ＣRのｚ軸方向、０．０２６λ0上側に位置している回転状態を示している。この場合、図１１．Ｂで示した通り、回転誘電体３０−５と誘電体基板１０の表面との最短距離は０．０６λ0である。
図１２．Ｂは、モータ４０により図１２．Ａからθ＝９０度の回転が生じた場合を示している。この時、円柱状の回転誘電体３０−５の中心軸ＣDが、回転軸ＣRのｘ軸方向に０．０２６λ0の距離に位置している。この場合、容易に理解できる通り、回転誘電体３０−５と誘電体基板１０の表面との最短距離は０．０３４λ0である。
図１２．Ｃは、モータ４０により図１２．Ｂから更に９０度回転させ、θ＝１８０度の回転が生じた場合を示している。この時、円柱状の回転誘電体３０−５の中心軸ＣDが、回転軸ＣRのｚ軸方向と逆側（下側）の０．０２６λ0に位置している。この場合、容易に理解できる通り、回転誘電体３０−５と誘電体基板１０の表面との最短距離は０．００８λ0である。
そこで、図１２．Ｂの状態での漏れ波アンテナとして動作している高周波デバイス５００からのビームを基準とすると、図１２．Ａの状態での漏れ波アンテナである高周波デバイス５００からのビームと、図１２．Ｃの状態での漏れ波アンテナである高周波デバイス５００からのビームが、各々逆側に傾斜することが期待できる。即ち、図１１の漏れ波アンテナである高周波デバイス５００は、図１２．Ａにおけるビーム傾斜角から図１２．Ｃにおけるビーム傾斜角まで連続的に滑らかに制御できることが期待できる。
FIG. A to FIG. C shows how the rotating dielectric 30-5 rotates. FIG. A to FIG. FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the high-frequency device 500 at the same position as B, each showing a state at a predetermined rotation angle θ.
FIG. A is shown in FIG. Corresponding to B, the central axis C D of the cylindrical rotating dielectric, z-axis direction of the rotation axis C R, it shows a rotary state which is located 0.026Ramuda 0 upward. In this case, FIG. As shown in B, the shortest distance between the surface of the rotating dielectric 30-5 and the dielectric substrate 10 is 0.06 0.
FIG. B is driven by the motor 40 as shown in FIG. A case where θ = 90 degrees of rotation occurs from A is shown. At this time, the center axis C D of the cylindrical rotating dielectric 30-5 is located at a distance of 0.026Ramuda 0 in the x-axis direction of the rotation axis C R. In this case, as can be readily appreciated, the shortest distance between the surface of the rotating dielectric 30-5 and the dielectric substrate 10 is 0.034λ 0.
FIG. C is driven by the motor 40 as shown in FIG. This shows a case where the rotation is further 90 degrees from B and a rotation of θ = 180 degrees occurs. At this time, the center axis C D of the cylindrical rotating dielectric 30-5 is positioned in 0.026Ramuda 0 in the z-axis direction and the opposite side of the rotation axis C R (lower side). In this case, as can be readily appreciated, the shortest distance between the surface of the rotating dielectric 30-5 and the dielectric substrate 10 is 0.008λ 0.
Therefore, FIG. When the beam from the high-frequency device 500 operating as the leaky wave antenna in the state B is used as a reference, FIG. FIG. 12 shows a beam from the high-frequency device 500 which is a leaky wave antenna in the state A. It can be expected that the beams from the high-frequency device 500 which is a leaky wave antenna in the state C are inclined to the opposite side. That is, the high-frequency device 500 that is the leaky wave antenna of FIG. From the beam tilt angle at A, FIG. It can be expected that the beam tilt angle at C can be continuously and smoothly controlled.
上記をシミュレーションにより確かめた。結果を図１３に示す。
回転誘電体３０−５の比誘電率を３．４とし、駆動軸４１及び４２は回転誘電体３０−５内部には存在しないものとして、その影響を無視した。周波数７６．５ＧＨｚにおいて、図１２．Ｂの状態での漏れ波アンテナのビームをｚ方向（角度０）とし、図１２．Ａにおけるビーム傾斜角３０度、図１２．Ｃにおけるビーム傾斜角−３０度を実現できた。ここで、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５の伝送方向はｙ軸の負方向であるので、ｙ軸の正方向に傾く図１２．Ａの＋３０度は、Ｂａｃｋｗａｒｄ方向であって、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５の左手系の動作をしたものと言える。また、ｙ軸の負方向に傾く図１２．Ｃの−３０度は、Ｆｏｒｗａｒｄ方向であって、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５の右手系の動作をしたものと言える。
即ち、図１１の高周波デバイス５００は、回転誘電体３０−５を図１２．Ａの状態から図１２．Ｃの状態までの１８０度回転させることで、ビームの傾斜角が図１２．ＡにおけるＢａｃｋｗａｒｄ方向３０度から図１２．ＣにおけるＦｏｒｗａｒｄ方向３０度まで、連続的且つ滑らかに制御できることが確認できた。角度範囲は正確には５７度である。
また、回転誘導体３０−５は、回転軸ＣRにおける回転により、ｚ軸方向の上下動が、最大０．０５２λ0であるので、図５の高周波デバイス５００は、指向性アンテナとして作動させる際のスペースに大きな余裕を確保する必要がない。
The above was confirmed by simulation. The results are shown in FIG.
The relative permittivity of the rotating dielectric 30-5 was set to 3.4, and the driving shafts 41 and 42 were not present inside the rotating dielectric 30-5, and the influence thereof was ignored. At a frequency of 76.5 GHz, FIG. The beam of the leaky wave antenna in the state B is in the z direction (angle 0), and FIG. Beam tilt angle 30 ° in A, FIG. The beam tilt angle at C was -30 degrees. Here, since the transmission direction of the CRLH line (strip line) 21-5 is the negative direction of the y axis, it is inclined in the positive direction of the y axis. +30 degrees of A is the Backward direction, and it can be said that the left-handed operation of the CRLH line (strip line) 21-5 was performed. Also, FIG. 12 tilts in the negative direction of the y-axis. -30 degrees of C is the forward direction, and it can be said that the right-handed operation of the CRLH line (strip line) 21-5 was performed.
That is, the high frequency device 500 of FIG. From the state of A, FIG. By rotating 180 degrees to the state of C, the tilt angle of the beam becomes as shown in FIG. From the Backward direction 30 degrees in A, FIG. It was confirmed that continuous and smooth control was possible up to 30 degrees in the forward direction at C. The angle range is precisely 57 degrees.
The rotation derivative 30-5, by the rotation in the rotation axis C R, the vertical movement of the z-axis direction, since the maximum 0.052Ramuda 0, a high frequency device 500 of FIG. 5, when the actuating as a directional antenna There is no need to secure a large space.
上記のビームの傾斜角については、回転誘電体３０−５の比誘電率や、その位置、軸のオフセット量により制御することが可能である。なお、別の構成例として、円柱状の誘電体棒の軸をオフセットせずに、その代わりに楕円柱状の誘電体棒を用いて同様の効果を得る方法も考えられる。例えば回転誘電体を楕円柱とし、長手方向の垂直断面である楕円の２つの焦点の中点を回転軸とすれば、断面の楕円の短軸方向から長軸方向までの最小９０度の回転で上記と同様な効果を導くことができる。 The tilt angle of the beam can be controlled by the relative dielectric constant of the rotating dielectric 30-5, its position, and the offset amount of the axis. As another configuration example, a method of obtaining the same effect by using an elliptical columnar dielectric rod instead of offsetting the axis of the cylindrical dielectric rod may be considered. For example, if the rotating dielectric is an elliptic cylinder and the midpoint between the two focal points of the ellipse, which is a vertical section in the longitudinal direction, is the rotation axis, the rotation can be performed at a minimum of 90 degrees from the minor axis direction to the major axis direction of the ellipse of the section. An effect similar to the above can be derived.
上記実施例では、回転誘電体３０−５と誘電体基板１０の距離がｙ軸方向に変化しない場合を述べたが、この距離が軸方向で変化するような回転誘電体を用いても良い。これにより、ＣＲＬＨ線路上の電流分布を細かく制御することができ、ビームの方向に加えて、ビーム幅やヌルの角度を制御することも可能となる。 In the above embodiment, the case where the distance between the rotating dielectric 30-5 and the dielectric substrate 10 does not change in the y-axis direction has been described, but a rotating dielectric whose distance changes in the axial direction may be used. As a result, the current distribution on the CRLH line can be finely controlled, and the beam width and null angle can be controlled in addition to the beam direction.
実施例５の円柱状の回転誘電体３０−５を、半径の異なる２つの円板状部３６及び３７の交互積層構造から成る回転誘電体３０−６に置き換えた実施例を次に示す。
図１４．Ａ〜図１４．Ｄは、本発明の具体的な第６の実施例に係る高周波デバイス６００の構成を示す４つの図である。図１４．Ａは高周波デバイス６００の斜視図、図１４．Ｂは高周波デバイス６００のｙｚ平面に平行な断面図、図１４．Ｃは回転誘電体３０−６を構成する第１の円板状部３６（３６−ａ乃至ｐ）のｚｘ平面に平行な断面図、図１４．Ｄは回転誘電体３０−６を構成する第２の円板状部３７（３７−ａ乃至ｏ）のｚｘ平面に平行な断面図である。
An example in which the columnar rotating dielectric 30-5 of Example 5 is replaced with a rotating dielectric 30-6 having an alternately laminated structure of two disk-like portions 36 and 37 having different radii will be described below.
FIG. A to FIG. D is four diagrams showing a configuration of a high-frequency device 600 according to a specific sixth embodiment of the present invention. FIG. A is a perspective view of the high-frequency device 600, FIG. B is a cross-sectional view of the high-frequency device 600 parallel to the yz plane, FIG. C is a cross-sectional view of the first disk-shaped portion 36 (36-a to p) constituting the rotating dielectric 30-6, which is parallel to the zx plane, FIG. D is a cross-sectional view parallel to the zx plane of the second disk-shaped portion 37 (37-a to o) constituting the rotating dielectric 30-6.
図１４．Ａ及び図１４．Ｂの高周波デバイス２００は、図１１の高周波デバイス５００の回転誘電体３０−５を、半径の異なる２つの円板状部３６及び３７の交互積層構造から成る回転誘電体３０−６に置き換えたものであり、他の構成は同一である。 FIG. A and FIG. The high-frequency device 200 of B is obtained by replacing the rotating dielectric 30-5 of the high-frequency device 500 of FIG. 11 with a rotating dielectric 30-6 composed of an alternately laminated structure of two disk-like portions 36 and 37 having different radii. The other configurations are the same.
図１４．Ａ及び図１４．Ｂの高周波デバイス６００の回転誘電体３０−６は、１６個の第１の円板状部３６（３６−ａ乃至ｐ）と１５個の第２の円板状部３７（３７−ａ乃至ｏ）とを交互に積層した構造を有する。
図１４．Ｃに示す通り、第１の円板状部３６は、半径が０．２６λ0であり、図１４．Ｂに示すとおり厚さが０．１λ0である。第１の円板状部３６の中心軸ＣD1は、回転軸ＣRと一致している。
図１４．Ｄに示す通り、第２の円板状部３７は、半径が０．１５５λ0であり、図１４．Ｂに示すとおり厚さが０．１λ0である。第２の円板状部３７の中心軸ＣD7は、回転軸ＣRと平行であるが一致しておらず、その距離は０．０９５λ0である。
図１４．Ｄでは、破線で、図１４．Ｃの第１の円板状部３６の外周を重ねて示した。この際、回転軸ＣRを一致させるようにした。第１の円板状部３６と第２の円板状部３７とは、回転軸ＣRから各々の外周までの距離の差異が０．０１λ0から０．２λ0まで連続的に変化することがわかる。
図１４．Ｂの高周波デバイス６００の回転誘電体３０−６は、例えば円柱状の誘電体に１５箇所の溝、但しその深さが連続的に変化する溝を形成することで製造することができる。
FIG. A and FIG. The rotating dielectric 30-6 of the B high-frequency device 600 includes 16 first disc-like portions 36 (36-a to p) and 15 second disc-like portions 37 (37-a to o). ) Alternately stacked.
FIG. As shown in FIG. 14C, the first disk-shaped portion 36 has a radius of 0.26λ 0 , and FIG. As the thickness shown in B is 0.1 [lambda] 0. The central axis C D1 of the first disc-shaped portion 36 coincides with the rotation axis C R.
FIG. As shown in FIG. D, the second disk-shaped portion 37 has a radius of 0.155λ 0 , and FIG. As the thickness shown in B is 0.1 [lambda] 0. The central axis C D7 of the second circular plate portion 37 is parallel to the rotation axis C R but does not coincide, the distance is 0.095λ 0.
FIG. D is a broken line, FIG. The outer periphery of the C first disk-shaped portion 36 is shown in an overlapping manner. At this time, the rotation axis CR was made to coincide. A first disc-shaped portion 36 and the second disc-shaped portion 37, the difference in the distance from the axis of rotation C R to the outer periphery of each of which continuously changes from 0.01Ramuda 0 to 0.2? 0 I understand.
FIG. The rotating dielectric 30-6 of the B high-frequency device 600 can be manufactured, for example, by forming 15 grooves on a cylindrical dielectric, but the grooves whose depth changes continuously.
図１４．Ａ及び図１４．Ｂの高周波デバイス６００について、回転誘電体３０−６を回転させた状態を図１５．Ａ乃至図１５．Ｃに示す。尚、１６個の第１の円板状部３６の中心軸ＣD1は、回転軸ＣRと常に一致する。このため、回転誘電体３０−６を回転させても、誘電体基板１０の表面と１６個の第１の円板状部３６の外周との最短距離は変化しない。
図１５．Ａは、１５個の第２の円板状部３７の中心軸ＣD7が、回転軸ＣRのｚ軸方向上側０．０９５λ0の位置にある場合である。この場合、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５の近傍にある第１の円板状部３６−ａ乃至ｐと第２の円板状部３７−ａ乃至ｏにより形成される実効比誘電率を考えると、例えば第２の円板状部３６が全て第１の円板状部３７に置き換わった、円柱状の回転誘電体の場合と比較して、実効比誘電率が小さくなることは明らかである。
図１５．Ｂは、１５個の第２の円板状部３７の中心軸ＣD7が、回転軸ＣRのｘ軸方向０．０９５λ0の位置にある場合である。この場合、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５の近傍にある第１の円板状部３６−ａ乃至ｐと第２の円板状部３７−ａ乃至ｏにより形成される実効比誘電率は、図１５．Ａの場合の実効比誘電率よりも大きくなる。
図１５．Ｃは図１５．Ａとは全く逆の場合で、１５個の第２の円板状部３７の中心軸ＣD7が、回転軸ＣRのｚ軸方向下側０．０９５λ0の位置にある場合である。この場合、ＣＲＬＨ線路（ストリップ線路）２１−５の近傍にある第１の円板状部３６−ａ乃至ｐと第２の円板状部３７−ａ乃至ｏにより形成される実効比誘電率は、図１５．Ｂの場合の実効比誘電率よりも大きくなる。
そこで、図１５．Ｂの状態での漏れ波アンテナである高周波デバイス６００からのビームを基準とすると、図１５．Ａの状態での漏れ波アンテナである高周波デバイス６００からのビームと、図１５．Ｃの状態での漏れ波アンテナである高周波デバイス６００からのビームが、各々逆側に傾斜することが期待できる。即ち、図１４の漏れ波アンテナである高周波デバイス６００は、図１５．Ａにおけるビーム傾斜角から図１５．Ｃにおけるビーム傾斜角まで連続的に滑らかに制御できることがわかるきる。
FIG. A and FIG. FIG. 15 shows a state where the rotating dielectric 30-6 is rotated for the high frequency device 600 of FIG. A to FIG. Shown in C. Note that the center axis C D1 of the 16 first disc-like portions 36 always coincides with the rotation axis C R. For this reason, even if the rotating dielectric 30-6 is rotated, the shortest distance between the surface of the dielectric substrate 10 and the outer circumferences of the 16 first disc-like portions 36 does not change.
FIG. A is the central axis C D7 fifteen second disc-shaped portion 37, the case in the position in the z-axis direction upper 0.095Ramuda 0 of the rotating shaft C R. In this case, the effective relative dielectric constant formed by the first disc-like portions 36-a to p and the second disc-like portions 37-a to o in the vicinity of the CRLH line (strip line) 21-5 is set. Considering, for example, it is clear that the effective relative dielectric constant is smaller than that in the case of a cylindrical rotating dielectric in which the second disk-shaped part 36 is entirely replaced with the first disk-shaped part 37, for example. is there.
FIG. B is the central axis C D7 fifteen second disc-shaped portion 37, the case at the position of the x-axis direction 0.095Ramuda 0 of the rotating shaft C R. In this case, the effective relative dielectric constant formed by the first disc-like portions 36-a to p and the second disc-like portions 37-a to o in the vicinity of the CRLH line (strip line) 21-5 is FIG. It becomes larger than the effective relative dielectric constant in the case of A.
FIG. C is FIG. In the case of totally opposite to A, center axis C D7 fifteen second disc-shaped portion 37, the case in the position in the z-axis direction lower side 0.095Ramuda 0 of the rotating shaft C R. In this case, the effective relative dielectric constant formed by the first disc-like portions 36-a to p and the second disc-like portions 37-a to o in the vicinity of the CRLH line (strip line) 21-5 is FIG. It becomes larger than the effective relative dielectric constant in the case of B.
Therefore, FIG. When the beam from the high frequency device 600 which is a leaky wave antenna in the state B is used as a reference, FIG. 15. A beam from the high-frequency device 600 which is a leaky wave antenna in the state A, and FIG. It can be expected that the beams from the high-frequency device 600 which is a leaky wave antenna in the state C are inclined to the opposite side. That is, the high frequency device 600 which is the leaky wave antenna of FIG. From the beam tilt angle at A, FIG. It can be seen that the beam tilt angle at C can be continuously and smoothly controlled.
実施例６の構成で、回転軸ＣRを、更に１６個の第１の円板状部３６の中心軸ＣD1からもずらした場合、実効比誘電率の変化量を大きくすることができ、ビームの操作角度範囲を更に拡大することができる。 In the configuration of the sixth embodiment, when the rotation axis C R is further shifted from the central axis C D1 of the 16 first disk-shaped portions 36, the amount of change in effective relative permittivity can be increased. The operating angle range of the beam can be further expanded.
実施例２、４及び６では回転誘電体を構成する各円板状部の厚さを、規格化波長λ0に対して１／１０、即ち０．１λ0としたが、各円板状部の厚さは０．２λ0以下であれば良い。好ましくは０．１λ0以下である。
回転誘電体を回転させた場合に、伝送線路との最小距離は、０．０４λ0以下とする必要がある。より好ましくは０．０１λ0以下である。但し、０．００１λ0未満とすることは実際のデバイスの組立を困難とするので好ましくない。
半径の異なる円板状部を用いる場合、中心軸が回転軸と一致しない円板状部と、中心軸が回転軸と一致する円板状部の、外周部における距離、即ち例えば図９．Ｄ及び図９．Ｆにおけるｄ1及びｄ2については、中心軸が回転軸と一致する円板状部の半径ｒ1との比において設計する。ｄ1を大きくしｄ2を小さくするほど、実施例４においてはストリップ線路（ＣＲＬＨ線路）２１−１、２１−２、２１−３の最大位相差を大きくできる。中心軸が回転軸と一致する円板状部の半径ｒ1は、適用する高周波の回転誘電体における管内波長の０．４倍以上とすると必要がある。また、ｄ1は中心軸が回転軸と一致する円板状部半径ｒ1の０．８倍以上が好ましい。また、ｄ2は半径ｒ1の０．０５倍以下が好ましく、０でもかまわない。
In Examples 2, 4 and 6, the thickness of each disk-shaped portion constituting the rotating dielectric is 1/10, that is, 0.1λ 0 with respect to the normalized wavelength λ 0 . May be 0.2λ 0 or less. Preferably is 0.1λ 0 or less.
When the rotating dielectric is rotated, the minimum distance from the transmission line needs to be 0.04λ 0 or less. More preferably 0.01Ramuda 0 or less. However, a value less than 0.001λ 0 is not preferable because it makes it difficult to assemble an actual device.
When using disk-shaped parts having different radii, the distance between the disk-shaped part whose central axis does not coincide with the rotational axis and the disk-shaped part whose central axis coincides with the rotational axis, that is, for example, FIG. D and FIG. D 1 and d 2 in F are designed in a ratio with the radius r 1 of the disk-shaped portion whose central axis coincides with the rotation axis. as to increase the d 1 to reduce the d 2, can increase the maximum phase difference of the strip line (CRLH line) 21-1, 21-2 and 21-3 in Example 4. The radius r 1 of the disk-shaped portion whose central axis coincides with the rotation axis needs to be 0.4 times or more the guide wavelength in the high-frequency rotating dielectric to be applied. Further, d 1 is preferably 0.8 times or more of the disc-shaped portion radius r 1 whose center axis coincides with the rotation axis. Further, d 2 is preferably 0.05 times or less of the radius r 1 and may be 0.
キャパシタとインダクタで構成されるＣＲＬＨの変形例としては、図１６．Ａのようにインダクタ（スタブ２４）の終端部に幅を広げたパッチ構造のないものや、図１６．Ｂのようにキャパシタとして、インターデジタルキャパシタｉｇ−Ｃを用いるものも使用可能である。 As a modification of the CRLH composed of a capacitor and an inductor, FIG. As shown in FIG. 16A, the inductor (stub 24) does not have a patch structure with a widened end, or FIG. As B, a capacitor using an interdigital capacitor ig-C can also be used.
高周波小型アンテナとして、或いはフェーズドアレーアンテナの移相器として用いることができる。 It can be used as a high frequency small antenna or a phase shifter of a phased array antenna.
１０：誘電体基板
２０：誘電体基板１０の裏面に形成された導体からなる接地板
２１−１、２１−２、、２１−３、２１−５：ストリップ線路（ＣＲＬＨ線路）
２４：ＣＲＬＨ線路を構成するスタブ
Ｐ：ＣＲＬＨ線路を構成するスタブ端のパッチ
Ｇ：ＣＲＬＨ線路を構成するギャップ
３０−１、３０−２、３０−３、３０−４、３０−５、３０−６：回転誘電体
３１、３６：回転誘電体を構成する第１の円板状部
３２、３３、３７：回転誘電体を構成する第２の円板状部
４０：モータ（回転手段）
４１、４２：回転軸たる駆動軸
４３：軸受け
ＣD：回転誘電体の中心軸
ＣD1、ＣD2、ＣD7：回転誘電体を構成する円板状部の中心軸
ＣR：回転誘電体の回転軸
10: Dielectric substrate 20: Ground plate made of a conductor formed on the back surface of the dielectric substrate 10 21-1, 21-2, 21-3, 21-5: Strip line (CRLH line)
24: Stub constituting the CRLH line P: Patch of the stub end constituting the CRLH line G: Gap constituting the CRLH line 30-1, 30-2, 30-3, 30-4, 30-5, 30-6 : Rotating dielectric 31, 36: First disk-shaped part 32, 33, 37 constituting the rotating dielectric 40: Second disk-shaped part 40 constituting the rotating dielectric 40: Motor (rotating means)
41, 42: Drive shaft as a rotating shaft 43: Bearing C D : Center axis of rotating dielectric C D1 , C D2 , C D7 : Center axis of disk-shaped part constituting rotating dielectric C R : of rotating dielectric Axis of rotation
Claims (9)
誘電体基板と、
導体から成る同一または類似の単位パターンを前記誘電体基板の表側に所定の方向に複数配列することによって形成されたストリップ線路と、
前記誘電体基板の裏面に形成された導体から成る接地板と、
前記ストリップ線路の近傍に配設され、回転軸を有する所定形状の回転誘電体と、
前記所定形状の回転誘電体を前記回転軸を中心に所定の回転角を与える回転手段とを有し、
前記ストリップ線路の前記単位パターンは、伝送線路と、前記伝送線路を途中で分断するギャップと、前記伝送線路から枝分かれするスタブとを有し、
前記回転手段により前記回転誘電体を回転させることで、前記ストリップ線路の近傍の実効誘電率を変化させて、前記ストリップ線路の伝送特性を制御可能としたことを特徴とする高周波デバイス。 A high-frequency device designed in a predetermined band,
A dielectric substrate;
A strip line formed by arranging a plurality of identical or similar unit patterns made of conductors in a predetermined direction on the front side of the dielectric substrate;
A ground plate made of a conductor formed on the back surface of the dielectric substrate;
A rotating dielectric having a predetermined shape and having a rotation axis disposed in the vicinity of the strip line;
Rotation means for giving a predetermined rotation angle around the rotation axis of the rotary dielectric having the predetermined shape;
The unit pattern of the strip line has a transmission line, a gap that divides the transmission line in the middle, and a stub that branches from the transmission line,
A high-frequency device characterized in that the transmission characteristic of the strip line can be controlled by changing the effective dielectric constant in the vicinity of the strip line by rotating the rotating dielectric by the rotating means.
前記ストリップ線路を伝搬する高周波の移相器として作用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波デバイス。 The rotational axis of the rotating dielectric is in a plane perpendicular to the dielectric substrate surface and the transmission direction of the strip line;
The high-frequency device according to claim 1, wherein the high-frequency device acts as a high-frequency phase shifter propagating through the strip line.
前記回転誘導体の回転角に対する、前記複数個の前記ストリップ線路の各々の近傍の実効比誘電率が異なる関数となるようにし、
前記回転誘電体の回転により、当該複数個の前記ストリップ線路の伝送特性を同時に、且つ別個に制御可能としたことを特徴とする請求項３に記載の高周波デバイス。 A plurality of the strip lines that are parallel to each other in the transmission direction,
The effective relative permittivity in the vicinity of each of the plurality of strip lines is a different function with respect to the rotation angle of the rotation derivative,
The high-frequency device according to claim 3, wherein transmission characteristics of the plurality of strip lines can be controlled simultaneously and separately by rotation of the rotating dielectric.
前記ストリップ線路を伝搬する高周波の漏れ波アンテナとして作用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波デバイス。 The rotational axis of the rotating dielectric is in a plane perpendicular to the dielectric substrate surface and including the transmission direction of the stripline;
The high-frequency device according to claim 1, wherein the high-frequency device acts as a high-frequency leaky wave antenna propagating through the strip line.
半径の一致する円板状部の各々の組においては、中心軸が一致しており、
前記回転軸は、一方の円板状部の組の中心軸と平行で且つ一致せず、他方の円板状部の組の中心軸と一致していることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の高周波デバイス。 At least a part of the region of the rotating dielectric facing the stripline is an alternately laminated structure of two disk-like portions having different radii,
In each set of disk-shaped parts having the same radius, the central axes are the same,
The rotation axis is parallel to and not coincident with the central axis of one set of disk-like parts, and coincides with the central axis of the other set of disk-like parts. Item 6. The high-frequency device according to any one of Items 5.
半径の一致する円板状部の組の一方においては、中心軸が一致しており、前記回転軸は、中心軸が一致している一方の円板状部の組の当該中心軸と一致しており、
他方の円板状部の組においては、当該円板状部の全ての中心軸が前記回転軸と平行で且つ同一の平面上に等間隔に順に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の高周波デバイス。 At least a part of the region of the rotating dielectric facing the stripline is an alternately laminated structure of two disk-like portions having different radii,
In one of the pair of disk-shaped parts having the same radius, the center axis is matched, and the rotation axis is coincident with the center axis of the one set of the disk-shaped parts having the same center axis. And
5. In the other set of disk-shaped parts, all the central axes of the disk-shaped parts are arranged in order at equal intervals on the same plane parallel to the rotation axis. The high frequency device described in 1.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2009197607A JP2011049920A (en) | 2009-08-28 | 2009-08-28 | High-frequency device |
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| JP2009197607A JP2011049920A (en) | 2009-08-28 | 2009-08-28 | High-frequency device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013089988A (en) * | 2011-10-13 | 2013-05-13 | Ntt Docomo Inc | Frequency dispersion line |
| KR101858932B1 (en) * | 2017-02-10 | 2018-05-17 | 주식회사 센서뷰 | Antenna including Metal Ring and Ceramic Ring |
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2009
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