JP4766396B2 - 電波位相速度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電波位相速度制御方法に関し、特に、導波路を伝搬する電波の位相速度を電圧の印加によって制御する電波位相速度制御方法に関する。

一般に、図９に示すような構成を採る従来の進行波形アンテナは、導波管等の導波路４０を伝搬する電波がスロット１０から放射されることによって、ビームを形成する。該形成されるビームの方向は、管内波長の大きさによって決まる。ここで、一般に、管内波長×周波数＝位相速度という式が成り立ち、周波数として予め設定された値を用いれば、上記形成されるビームの方向は、位相速度によって決まる。

なお、電波の伝搬を制御する具体的技術として、下記の特許文献１に、給電導波管内に形成された不連続体で生じた高次伝搬モードの電波を、不連続部の導波管長手方向前後の広壁面に形成された放出スロットにより放出する導波管スロットアンテナ装置に関して記載されている。
特開２００６−５５９８号公報

しかし、位相速度は、導波路の寸法（例えば、管幅）によって決まるため、従来は、物理的な導波路の寸法を変更することによってしか、導波路を伝搬する位相速度を制御することはできなかった。

本発明は、上記従来技術の問題を解決し、導波路を伝搬する電波の位相速度を電圧の印加によって制御する電波位相速度制御方法の提供を目的とする。

本発明の電波位相速度制御方法は、導波路を伝搬する電波の位相速度を制御する方法であって、導波路を形成する２つの対向する導体壁を橋渡しするように設けられる導体棒を該導波路の長手方向に沿って配置し、前記導体棒と前記導体壁との一つの接合部を中心として円環状のスロットを該導体壁に設け、前記円環状のスロットに、電気的に逆直列になるように接続された一対のバラクタダイオードを装荷し、前記一対のバラクタダイオードに対して電圧を印加して該バラクタダイオードのリアクタンスの大きさを制御することによって、前記導体棒の電気的特性を変化させて、電気的に等価な前記導波路の寸法を変更し、該導波路を伝搬する電波の位相速度を制御する。

また、本発明の電波位相速度制御方法は、導波路を伝搬する電波の位相速度を制御する方法であって、導波路を形成する２つの対向する導体壁を橋渡しするように設けられる導体棒を該導波路の長手方向に沿って配置し、前記導体棒と前記導体壁との２つの接合部のそれぞれを中心として円環状のスロットを該導体壁に設け、前記円環状のスロットの各々に、一方の円環状のスロットに装荷されたバラクタダイオードと他方の円環状のスロットに装荷されたバラクタダイオードとが電気的に逆直列になるように、バラクタダイオードを装荷し、前記バラクタダイオードに対して電圧を印加して該バラクタダイオードのリアクタンスの大きさを制御することによって、前記導体棒の電気的特性を変化させて、電気的に等価な前記導波路の寸法を変更し、該導波路を伝搬する電波の位相速度を制御する。

また、本発明の電波位相速度制御方法は、導波路を伝搬する電波の位相速度を制御する方法であって、導波路を形成する２つの対向する導体壁の一方から挿入された導体棒を該導波路の長手方向に沿って配置し、前記導体棒と前記導体壁との接合部を中心として円環状のスロットを該導体壁に設け、前記円環状のスロットにバラクタダイオードを装荷し、前記バラクタダイオードに対して電圧を印加して該バラクタダイオードのリアクタンスの大きさを制御することによって、前記導体棒の電気的特性を変化させて、電気的に等価な前記導波路の寸法を変更し、該導波路を伝搬する電波の位相速度を制御する。

好ましくは、本発明の電波位相速度制御方法において、前記導波路が、導波管又はポスト壁導波路である。

また、本発明の電波位相速度制御方法は、ポスト壁導波路を伝搬する電波の位相速度を制御する方法であって、ポスト壁導波路を形成する２つの対向する導体壁を橋渡しするように設けられる導体のスルーホールと前記導体壁との接合部を中心として、円環状のスロットを該導体壁に設け、前記円環状のスロットに、電気的に逆直列になるように接続された一対のバラクタダイオードを装荷し、前記一対のバラクタダイオードに対して電圧を印加して該バラクタダイオードのリアクタンスの大きさを制御することによって、前記導体のスルーホールの電気的特性を変化させて、電気的に等価な前記ポスト壁導波路の寸法を変更し、該ポスト壁導波路を伝搬する電波の位相速度を制御する。

本発明の電波位相速度制御方法は、導波路を形成する２つの対向する導体壁を橋渡しするように設けられる導体棒を該導波路の長手方向に沿って配置し、上記導体棒と上記導体壁との接合部を中心として円環状のスロットを該導体壁に設け、上記円環状のスロットに、電気的に逆直列になるように接続されたバラクタダイオードを装荷し、上記バラクタダイオードに対して電圧を印加して該バラクタダイオードのリアクタンスの大きさを制御することによって、上記導体棒の電気的特性を変化させて、電気的に等価な前記導波路の寸法を変更し、該導波路を伝搬する電波の位相速度を制御する。また、本発明の電波位相速度制御方法は、導波路を形成する２つの対向する導体壁の一方から挿入された導体棒を該導波路の長手方向に沿って配置し、上記導体棒と上記導体壁との接合部を中心として円環状のスロットを該導体壁に設け、上記円環状のスロットにバラクタダイオードを装荷し、上記バラクタダイオードに対して電圧を印加して該バラクタダイオードのリアクタンスの大きさを制御することによって、上記導体棒の電気的特性を変化させて、電気的に等価な上記導波路の寸法を変更し、該導波路を伝搬する電波の位相速度を制御する。従って、本発明によれば、導波路を伝搬する電波の位相速度を電圧の印加によって制御することが可能となる。

以下に、図を用いて、本発明の実施の形態について説明する。図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の原理説明図である。図１（Ａ）を参照すると、点線部に示す第１の導体棒列１００と第２の導体棒列１０１との間に囲まれた誘電体基板が、ポスト壁導波路１を構成する。上記誘電体基板は、上面及び底面に設けられた導体の金属層（導体壁）と該金属層（導体壁）との間に設けられた誘電体部とから構成される。上記第１の導体棒列１００と第２の導体棒列１０１とは、それぞれ、誘電体基板内に所定の間隔で配置された導体棒１２を備える。第２の導体棒列１０１が備える導体棒１２には、図２を参照して後述するように、逆直列に接続された一対のバラクタダイオードが装荷されている。本発明の実施の形態において、導体棒１２は、中空のスルーホールの内面に金属を塗った構造を有する導体のスルーホール（導体ビア）でもよい。

第１の導体棒列１００と第２の導体棒列１０１は、それぞれ、該ポスト壁導波路１の壁（導体壁）を形成する。

図２は、図１中の第２の導体棒列の部分拡大図の例である。図２に示すように、導体棒１２は、ポスト壁導波路１を形成する２つの対向する導体壁６０、６１を橋渡しするように設けられている。第２の導体棒列１０１を構成する導体棒１２の片面（例えば上面）の周囲に、誘電体の円環状のスロット（円環スロット）２０１が設けられている。具体的には、該導体棒１２と導体壁６０との一つの接合部を中心として、円環スロット２０１が該導体壁６０に設けられている。また、該円環スロット２０１に、電気的に逆直列になるように接続された一対のバラクタダイオード２０２が装荷されている。なお、２０３は電源、２０４は抵抗、２０５は配線であり、電源２０３、抵抗２０４、配線２０５が、電圧印加手段を構成する。上記一対のバラクタダイオード２０２を構成する各々のバラクタダイオードの一端は、それぞれ導体壁６０に接続している。

電圧印加手段が上記一対のバラクタダイオード２０２に対して直流の逆バイアス電圧を印加すると、印加する電圧の値が大きくなるに従って該バラクタダイオード２０２のリアクタンスの絶対値が大きくなる。

バラクタダイオード２０２に電圧を印加しない状態の時は、バラクタダイオード２０２が装荷された導体棒１２からなる第２の導体棒列１０１が、導波路の導体壁としての機能を果たし、前述した図１（Ａ）中に示すポスト壁導波路１を伝搬する電波を遮断する（漏らさない）。従って、バラクタダイオード２０２に対して電圧を印加しない場合のポスト壁導波路１の電気的に等価な幅（寸法）は、図１中に示す第１の導体棒列１００と第２の導体棒列１０１との間の物理的な距離である。ポスト壁導波路１の電気的に等価な幅とは、電波を第１の導体棒列１００が配置された位置から第２の導体棒列１０１が配置された位置に向かって伝搬させたと仮定した場合における、該第１の導体棒列１００が配置された位置と該電波が反射した位置との距離である。

一方、バラクタダイオード２０２に電圧を印加すると、バラクタダイオード２０２が装荷された導体棒１２のリアクタンスの絶対値が大きくなり、該導体棒１２が、電波を遮断しなくなる。従って、該導体棒１２を備える第２の導体棒列１０１が、導波路の導体壁としての機能が完全でなくなる。言い換えると、第２の導体棒列１０１（及び該第２の導体棒列１０１を構成する導体棒１２）の電気的特性が変化して、前述した図１（Ａ）中に示すポスト壁導波路１を伝搬する電波が、第２の導体棒列１０１から滲み出た上で、該ポスト壁導波路１内に反射する。

従って、バラクタダイオード２０２に対して電圧を印加した場合のポスト壁導波路１の電気的に等価な幅（寸法）が変化する。すなわち、該ポスト壁導波路１の電気的に等価な幅（寸法）は、図１（Ａ）中に示す第１の導体棒列１００と第２の導体棒列１０１との間の物理的な距離より大きくなる。ポスト壁導波路１の電気的に等価な幅が変化すると、管内波長とともに、位相速度が変化する。具体的には、ポスト壁導波路１の電気的に等価な幅が広くなると、管内波長が短くなり、位相速度が遅くなる。すなわち、第２の導体棒列１０１を構成する導体棒１２に装荷されたバラクタダイオード２０２に印加する電圧の値を制御して、位相速度を制御することができる。位相速度を制御することによって、ポスト壁導波路１を伝搬する電波の位相を制御することが可能となる。なお、バラクタダイオード２０２に印加する電圧は、逆バイアスで利用するため、低消費電力である。

本発明の一実施形態によれば、上記第２の導体棒列１０１を構成する導体棒１２とポスト壁導波路１を形成する導体壁との２つの接合部のそれぞれを中心として円環状のスロットを該導体壁に設け、該円環状のスロットの各々に、一方の円環状のスロットに装荷されたバラクタダイオードと他方の円環状のスロットに装荷されたバラクタダイオードとが電気的に逆直列になるように、バラクタダイオードを装荷するようにしてもよい。

例えば、図３に示すように、導体棒１２と導体壁６０との接合部を中心として円環スロット２０１を該導体壁６０に設けるとともに、導体棒１２と導体壁６１との接合部を中心として円環スロット２０１’を該導体壁６１に設ける。そして、円環スロット２０１にバラクタダイオード２０２を装荷し、円環スロット２０１’にバラクタダイオード２０２’を装荷する。バラクタダイオード２０２、バラクタダイオード２０２’は、互いに電気的に逆直列になるように、それぞれ、上記円環スロット２０１、２０１’に装荷される。
図３に示す構成を採ることによって、導体棒１２と導体壁との一つの接合部を中心として設けられた円環スロットに一対のバラクタダイオード２０２を設ける場合と比べて、必要となるバラクタダイオード２０２の装荷スペースを小さくすることができ、該装荷スペースを容易に確保することが可能となる。

本発明の一実施形態によれば、図１（Ｂ）中に示すように、点線で囲まれた第１の導体棒列１００と、所定の間隔で配置された導体棒１２からなる第３の導体棒列１０２との間に囲まれた誘電体基板が構成するポスト壁導波路２内に、該ポスト壁導波路２の長手方向に沿って、図２に示す構成又は図３に示す構成を有する第２の導体棒列１０１を配置するようにしてもよい。そして、該第２の導体棒列１０１を構成する導体棒１２が備える一対のバラクタダイオード２０２に対して電圧を印加して該バラクタダイオード２０２のリアクタンスの大きさを制御することによって、該導体棒１２の電気的特性を変化させて、電気的に等価な該ポスト壁導波路２の寸法を変更し、該ポスト壁導波路２を伝搬する電波の位相速度を制御するようにしてもよい。

また、本発明の一実施形態によれば、図１（Ｂ）中に示すポスト壁導波路２に代えて、導波管を用いるようにしてもよい。具体的には、導波管の長手方向に沿って、該導波管内に、図１乃至図３を参照して前述した構成を有する第２の導体棒列１０１を配置し、該第２の導体棒列１０１を構成する導体棒１２に装荷されたバラクタダイオード２０２に印加する電圧の値を制御して、位相速度を制御する。

図４は、本発明の実施例を示す図である。図４（Ａ）は、誘電体基板内に所定の間隔で設けられた導体棒１２の列（導体棒列）によって形成される複数の導波路を上から見た図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す導波路のＡＡ線断面図である。図４（Ａ）に示す３０は、給電側からの電波を伝搬する主要な導波路である主要導波路、３１−１〜３１−５は、主要導波路３０から分岐する分岐導波路である。図４（Ａ）に示すように、主要導波路３０の長手方向に沿って、図２を参照して前述した構成又は図３を参照して前述した構成を有する第２の導体棒列１０１が配置されている。例えば、該第２の導体棒列１０１を構成する導体棒１２には、逆直列に接続された一対のバラクタダイオード２０２が装荷されている。

ここで、第２の導体棒列１０１を構成する導体棒１２に装荷された一対のバラクタダイオード２０２に対して電圧を印加して、該バラクタダイオード２０２のリアクタンスの大きさを変化させると、該導体棒１２の電気的特性（電波を遮断するか否かという特性）が変化する。従って、該導体棒１２の電気的特性によって決まる、電気的に等価な主要導波路３０の寸法（幅）が変更され、該主要導波路３０を伝搬する電波の位相速度が変化する。その結果、各分岐導波路における、主要導波路３０からの電波の分岐箇所における位相が変わって、該主要導波路３０から各分岐導波路に分岐して伝搬する電波の位相が変わる。

図５は、図４に示す第２の導体棒列１０１を構成する導体棒１２に装荷された一対のバラクタダイオード２０２に対して電圧を印加した場合の、主要導波路３０から各分岐導波路への電波の伝搬を示している。図５に示す矢印は、主要導波路３０から各分岐導波路に分岐する電波を示す。各矢印の先端を結んだ点線は、各分岐導波路に分岐する電波の等位相面を示している。すなわち、第２の導体棒列１０１を構成する導体棒１２に装荷された一対のバラクタダイオード２０２に対して印加する電圧を制御することにより、主要導波路３０から各分岐導波路に分岐して伝搬する電波の位相を制御することが可能となる。

前述した図４（Ａ）中に示す第２の導体棒列１０１を構成する導体棒１２に（円環スロット２０２を介して）装荷されたバラクタダイオード２０２への電圧の印加手法として、例えば図６に示すように、１つの電源２０３から複数のバラクタダイオード２０２に電圧を印加するようにしてもよい。

図７は、本発明の他の実施例を示す図である。図７においては、導波路（図７に示す例では導波管）５０の一方の側面の導体壁６２にスロット１０が設けられ、他方の側面の導体壁６３に沿って、図２を参照して前述した構成と同様の構成を採る第２の導体棒列１０１が配置された進行波形アンテナを示している。導波管５０を形成する上面の導体壁６０と底面の導体壁６１のうち、導体壁６０から挿入された導体棒１２が該導波管５０の長手方向に沿って配置されている。導体壁６０は導波管５０の上面の導体壁であり、導体壁６１は導波管５０の底面の導体壁である。そして、上記導体棒１２と上記導体壁６０との接合部を中心として円環スロット２０２が導体壁６０に設けられており、該円環スロット６０にバラクタダイオード２０２が装荷されている。なお、図７中に示す導波管５０に代えて、ポスト壁導波路を用いる構成を採ってもよい。

図７に示す第２の導体棒列１０１を構成する導体棒１２の各々に装荷されたバラクタダイオード２０２に印加する電圧の値によって、導波管５０を伝搬する電波の位相速度を制御して、各スロット１０から放射される電波の位相を変更し、該放射される電波によって形成されるビームの方向を制御する。

図７中に示す導体棒１２は、導体壁６１に短絡させてもよいし、該導体棒１２を短くして導体壁６１に接触させないようにしてもよい。導体棒１２を導体壁６１に短絡させる場合は、上記図７中に示す円環スロット６０に、電気的に逆直列になるように接続された一対のバラクタダイオード２０２を装荷する。図８中に示すように、導体壁６０から挿入された導体棒１２を底面の導体壁６１に接触させない構成を採る場合は、該挿入された導体棒１２は直流電流的に浮いている（独立している）ため、ＤＣ（直流）電圧を印加することができる。従って、図２を参照して前述した、逆直列に接続された一対のバラクタダイオード２０２が導体棒１２に装荷された構成を採ることなく、図８に示すように、該導体棒に（円環スロット２０１を介して）一つのバラクタダイオード２０２を装荷し、該装荷されたバラクタダイオード２０２に電圧を印加して該バラクタダイオード２０２のリアクタンスの大きさを制御することによって、該導体棒１２の電気的特性を変化させて、電気的に等価な導波路（導波管５０）の寸法を変更し、該導波路を伝搬する電波の位相速度を制御することができる。

本発明の原理説明図である。 第２の導体棒列の部分拡大図の例である。 導体棒にバラクタダイオードを装荷する構成の一例を示す図である。 本発明の実施例を示す図である。 主要導波路から各分岐導波路への電波の伝搬を示す図である。 バラクタダイオードへの電圧の印加手法の他の例を示す図である。 本発明の他の実施例を示す図である。 バラクタダイオードの装荷例を示す図である。 従来の進行波形アンテナを示す図である。

符号の説明

１、２ ポスト壁導波路
１０ スロット
１２ 導体棒
３０ 主要導波路
４０ 導波路
５０ 導波管
６０、６１、６２、６３ 導体壁
３１−１、３１−２、３１−３、３１−４、３１−５ 分岐導波路
１００ 第１の導体棒列
１０１ 第２の導体棒列
１０２ 第３の導体棒列
２０１、２０１’ 円環スロット
２０２，２０２’ バラクタダイオード
２０３ 電源
２０４ 抵抗
２０５ 配線

Claims (4)

1. 誘電体基板の上面及び底面に設けられた金属層の間を橋渡しするように設けられる導体棒を長手方向に沿って所定の間隔で複数個配置した第１と第２の導体棒列の間に囲まれた部分で構成されたポスト壁導波路を伝搬する電波の位相速度を制御する方法において，
   前記ポスト壁導波路を構成するポスト壁の一部において，前記導体棒が接合する導体壁の一つに，接合部を中心として円環状のスロットを設け，前記円環状スロットに，電気的に逆直列になるように接続された一対のバラクタダイオードを装荷し，
   前記一対のバラクタダイオードに対して電圧を印加して該バラクタダイオードのリアクタンスの大きさを制御することによって，前記導体棒の電気的特性を変化させて，電気的に等価な前記ポスト壁導波路の寸法を変更し，該導波路を伝搬する電波の位相速度を制御する
   ことを特徴とする電波位相速度制御方法。
2. 誘電体基板の上面及び底面に設けられた金属層の間を橋渡しするように設けられる導体棒を長手方向に沿って所定の間隔で複数個配置した第１と第２の導体棒列の間に囲まれた部分で構成されたポスト壁導波路を伝搬する電波の位相速度を制御する方法において，
   前記ポスト壁導波路を構成するポスト壁の一部において，前記導体棒が接合する導体壁の２つに，それぞれを中心として円環状のスロットを該導体壁に設け，前記円環状スロットの各々に，一方の円環状のスロットに装荷されたバラクタダイオードと他方の円環状のスロットに装荷されたバラクタダイオードとが電気的に逆直列になるように，バラクタダイオードを装荷し，
   前記バラクタダイオードに対して電圧を印加して該バラクタダイオードのリアクタンスの大きさを制御することによって，前記導体棒の電気的特性を変化させて，電気的に等価な前記ポスト壁導波路の寸法を変更し，該導波路を伝搬する電波の位相速度を制御する
   ことを特徴とする電波位相速度制御方法。
3. 誘電体基板の上面及び底面に設けられた金属層の間を橋渡しするように設けられる導体棒を長手方向に沿って所定の間隔で複数個配置した第１と第２の導体棒列の間に囲まれた部分で構成されたポスト壁導波路を伝搬する電波の位相速度を制御する方法において，
   前記ポスト壁導波路を構成するポスト壁の一部において，前記導体棒の片側において前記導体壁との接合部を中心として円環状のスロットを該導体壁に設け，前記円環状のスロットにバラクタダイオードを装荷し，前記導体棒のもう一方の側は導体壁と電気的接触をしない構成とし，
   前記バラクタダイオードに対して電圧を印加して該バラクタダイオードのリアクタンスの大きさを制御することによって，前記導体棒の電気的特性を変化させて，電気的に等価な前記導波路の寸法を変更し，該導波路を伝搬する電波の位相速度を制御する
   ことを特徴とする電波位相速度制御方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電波位相速度制御方法において，
   前記橋渡しするように設けられる導体棒の一部が，スルーホールによって構成された
   ことを特徴とする電波位相速度制御方法。

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