JP5773272B2 - 電力分配型移相器及びアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力分配型移相器及びアンテナ装置に関するものである。

従来、この種の電力分配型移相器は、高周波信号の線路長を機械的に変化させることにより、位相が変化させられた高周波信号を設計電力分配比に応じて複数の出力端子から出力している。電力分配型移相器は、例えば、フェイズドアレイアンテナの給電系に用いられる。

そして、このような電力分配型移相器は、伝送線路と分配器と結合線路等によって構成され、一部の線路が回転可能な構成のものは、構成が簡単なため、広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の移相器では、１番目からｎ番目までの出力側ストリップ導体を配置しているため、入力される高周波信号をｎ個以上に分配することができる。

また、特許文献２が開示する電力分配型移相器は、第１及び第２誘電体基板を備え、第１誘電体基板には、信号出力用ストリップ導体と信号入力用固定ストリップ導体が設けられている。信号出力用ストリップ導体は円環部及び２つの出力部を有してＵ字型をなし、信号入力用固定ストリップ導体は、出力部と平行に延びている。

第２誘電体基板には、可動ストリップ導体が設けられ、可動ストリップ導体は、アーム部及び線状部を有する。アーム部は、信号入力用固定ストリップ導体とピンによって回転可能に連結され、線状部は、信号出力用ストリップ導体の円環部と同一の曲率を有する。可動ストリップ導体がピンを中心として回転すると、線状部は、円環部に沿って移動する。

信号入力用固定ストリップ導体に対し高周波信号を入力すると、可動ストリップ導体の回転角度に応じて、２つの出力部から、位相が変化させられた高周波信号が出力される。
また、線状部は、設計電力分配比に対応した幅、及び、設計周波数の波長の１／４或いはその奇数倍の長さを有する。このため、設計電力分配比にしたがって、２つの出力部の各々から高周波信号が出力される。

特開２００８−１２４８４５号公報 特開平１０−４３０５号公報

上述した特許文献１の技術では、入力される高周波信号をｎ個以上に分配することができるものの、回転対象となる線路を構成する摺動部が上下対称（左右対称）であるため、上下（左右）の出力ポート（逆の位相差を与える出力ポート）に分配される電力は等しくなる。

しかし、例えば、セルラー通信（携帯電話機による通信）等においては、隣接セクタとの千渉を抑えたり、携帯電話機の基地局におけるアンテナの垂直面指向性の天空側サイドローブを極めて小さく抑えたりするために、きめ細かい指向性制御をすることがある。
この場合は一般に、アレイアンテナへの給電電力を上下（左右）で非対称にする必要がある。

ところが、上述した特許文献１の技術では、回転対象となる線路を構成する摺動部が上下対称な構成のため、上下の出力ポート（逆の位相差を与える出力ポート）に分配される電力は等しくなり、アレイアンテナへの給電電力を非対称にすることができないという問題がある。

一方、特許文献２の技術は、可動ストリップ導体がピンを中心として回転すると、線状部は円環部に沿って移動するものである。また、線状部は、設計電力分配比に対応した幅、及び、設計周波数の波長の１／４或いはその奇数倍の長さを有する。このため、設計電力分配比にしたがって、２つの出力部の各々から高周波信号が出力されるので、アレイアンテナへの給電電力を非対称にすることができる。

しかし、特許文献２の電力分配型移相器は、線状部の幅の設定によって、電力分配比を所望の電力分配比（設計電力分配比）に合わせることはできるが、リターンロス（反射損失）が悪化するという問題がある。

そこで本発明は、リターンロスを悪化させることなく、所望の電力分配比に合わせることが可能な電力分配型移相器及びアンテナ装置の提供を課題とするものである。

上記課題を解決するため、本発明の電力分配型移相器は、第１誘電体基板と、前記第１誘電体基板と対向して配置され、且つ、前記第１誘電体基板に対して垂直な回転軸を中心として相対回転可能な第２誘電体基板と、前記第１誘電体基板及び前記第２誘電体基板にそれぞれ設けられ、誘電層を挟んで配置される第１導体パターン及び第２導体パターンとを備え、前記第１導体パターンは、前記回転軸の周方向に延びる第１円弧部と、前記第１円弧部の径方向外側に配置され、前記第１円弧部から離間した位置にて前記回転軸の周方向に延びる少なくとも１つの第１外側円弧部とを含み、前記第２導体パターンは、前記回転軸の周方向に延び且つ前記第１円弧部と対向する第２円弧部と、前記回転軸又はその付近と前記第２円弧部の一方の端部との間に延びる第１アーム部と、前記回転軸又はその付近と前記第２円弧部の他方の端部との間に延びる第２アーム部と、前記第２円弧部の径方向外側に配置され、前記回転軸の周方向に延び且つ前記第１外側円弧部と対向する少なくとも１つの第２外側円弧部と、前記第２円弧部の一方の端部と前記第２外側円弧部の一方の端部との間、又は前記第２外側円弧部の一方の端部同士の間に延びる第１外側アーム部と、前記第２円弧部の他方の端部と前記第２外側円弧部の他方の端部との間、又は前記第２外側円弧部の他方の端部同士の間に延びる第２外側アーム部とを含み、前記第１アーム部及び第１外側アーム部により構成される第１アーム群と、前記第２アーム部及び第２外側アーム部により構成される第２アーム群とは、特性インピーダンスが異なる電力分配型移相器である。

また、本発明のアンテナ装置は、第１誘電体基板と、前記第１誘電体基板と対向して配置され、且つ、前記第１誘電体基板に対して垂直な回転軸を中心として相対回転可能な第２誘電体基板と、前記第１誘電体基板及び前記第２誘電体基板にそれぞれ設けられ、誘電層を挟んで配置される第１導体パターン及び第２導体パターンとを備え、前記第１導体パターンは、前記回転軸の周方向に延びる第１円弧部と、前記第１円弧部の径方向外側に配置され、前記第１円弧部から離間した位置にて前記回転軸の周方向に延びる少なくとも１つの第１外側円弧部とを含み、前記第２導体パターンは、前記回転軸の周方向に延び且つ前記第１円弧部と対向する第２円弧部と、前記回転軸又はその付近と前記第２円弧部の一方の端部との間に延びる第１アーム部と、前記回転軸又はその付近と前記第２円弧部の他方の端部との間に延びる第２アーム部と、前記第２円弧部の径方向外側に配置され、前記回転軸の周方向に延び且つ前記第１外側円弧部と対向する少なくとも１つの第２外側円弧部と、前記第２円弧部の一方の端部と前記第２外側円弧部の一方の端部との間、又は前記第２外側円弧部の一方の端部同士の間に延びる第１外側アーム部と、前記第２円弧部の他方の端部と前記第２外側円弧部の他方の端部との間、又は前記第２外側円弧部の他方の端部同士の間に延びる第２外側アーム部とを含み、前記第１アーム部及び第１外側アーム部により構成される第１アーム群と、前記第２アーム部及び第２外側アーム部により構成される第２アーム群とは、特性インピーダンスが異なる電力分配型移相器と、前記電力分配型移相器に接続された複数のアンテナ素子を有するアンテナ部とを含むアンテナ装置である。

本発明によれば、リターンロスを悪化させることなく、所望の電力分配比に合わせることが可能な電力分配型移相器及びアンテナ装置を提供することができる。

第１実施形態のアンテナ装置１０を概略的に示す図である。 第１実施形態の移相器１４を分解して概略的に示す斜視図である。 第１実施形態の第１導体パターン２４及び第２導体パターン５２の形状を説明するための平面図である。 第２実施形態の第２導体パターン５２−２の形状を説明するための平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態のアンテナ装置１０を概略的に示す図である。
アンテナ装置１０は、高周波回路（送信回路）１２を有し、高周波回路１２は、送信すべき高周波信号を生成し、電力分配型移相器（以下、単に移相器ともいう）１４に向けて出力する。移相器１４は、入力された高周波信号を、それぞれ適当な位相及び電力を有する複数の高周波信号に分割し、フェイズドアレイアンテナ（以下、ＰＡアンテナともいう）１６に向けて出力する。アンテナ装置１０は、例えば携帯電話機の基地局用のアンテナとして用いられる。

ＰＡアンテナ（アンテナ部）１６は、適当に配列された複数のアンテナ素子１８を有し、アンテナ素子１８は、入力された高周波信号を電波として放射する。本実施形態では、移相器１４は、例えば、１入力５出力の電力分配型移相器であり、ＰＡアンテナ１６は、移相器１４の出力数に対応して５つのアンテナ素子１８を有する。なお、ＰＡアンテナ１６の各アンテナ素子１８は、位相及び電力（強度）が相互に異なる電波を放射し、これによって、ＰＡアンテナ１６は、全体として特定の指向性をもって電波を放射する。

〔電力分配型移相器〕
図２は、第１実施形態の移相器１４を分解して概略的に示す斜視図である。
移相器１４は、四角形形状の第１誘電体基板２０を有する。第１誘電体基板２０は、例えば、ガラスエポキシ及びＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等からなる群より選択される一種からなる。

第１誘電体基板２０の一方の面（図中裏面）には、全面に渡って、導電体からなる接地層２２が設けられている。接地層２２は、例えば、第１誘電体基板２０に積層された、銅等の金属からなる箔やめっき膜によって構成される。

〔第１導体パターン〕
第１誘電体基板２０の他方の面（図中表面）には、所定形状の第１導体パターン２４が設けられている。第１導体パターン２４は、例えば、第１誘電体基板２０の表面に積層された、銅等の金属からなる箔又はめっき膜をエッチングすることによって作製可能である。

また、第１導体パターン２４は、入出力用ストリップ線路２６、第１出力用ストリップ線路２８及び第２出力用ストリップ線路２９を含む。

〔入出力用ストリップ線路〕
入出力用ストリップ線路２６は、第１誘電体基板２０の一辺（長辺）に沿って、端から端まで真っ直ぐに延びている。入出力用ストリップ線路２６は、長手方向中央に囲繞部（第１囲繞部）３０を含み、囲繞部３０の内周縁は、貫通孔３２の壁面を構成している。貫通孔３２は、第１誘電体基板２０、接地層２２及び入出力用ストリップ線路２６を、第１誘電体基板２０の厚さ方向に貫通している。
なお、囲繞部３０は、平面でみて環状をなしているが、円弧形状やＣ字形状であってもよい。すなわち、囲繞部３０は、貫通孔３２の少なくとも一部を囲むような形状とすることができる。また、囲繞部３０は、貫通孔３２の壁面を構成せずに、貫通孔３２から離間して設けることもできる。

入出力用ストリップ線路２６の一方の端部は、第１誘電体基板２０に固定されたコネクタ３４ａに接続され、コネクタ３４ａを通じて、高周波回路１２に接続される。一方、入出力用ストリップ線路２６の他方の端部は、第１誘電体基板２０に固定されたコネクタ３４ｂに接続され、コネクタ３４ｂを通じて、アンテナ素子１８に接続される。

ここで、入出力用ストリップ線路２６のうち、囲繞部３０からコネクタ３４ａ側の部分を入力用ストリップ線路２６ａとも称し、囲繞部３０からコネクタ３４ｂ側の部分を出力用ストリップ線路２６ｂとも称する。そして、入力用ストリップ線路２６ａと出力用ストリップ線路２６ｂとは、囲繞部３０を介して同軸上に配置されている。
また、入力用ストリップ線路２６ａ及び出力用ストリップ線路２６ｂには、特性インピーダンスの調整のため、適当な形状の拡幅部が設けられている。ここで、特性インピーダンスとは、伝送線路に発生する電圧と電流との比である。

〔第１出力用ストリップ線路〕
第１出力用ストリップ線路２８は、貫通孔３２の中心を曲率中心として円弧状に延びる円弧部（第１円弧部）３６と、円弧部３６の両端に一体に連なり、それぞれ入出力用ストリップ線路２６と平行に延びる直線部３８とを含む。つまり、直線部３８は、円弧部３６の両端に連なるとともに入出力用ストリップ線路２６と平行に延び、円弧部３６と協働して第１出力用ストリップ線路２８を構成している。
円弧部３６と直線部３８とが繋がっている部分には、面取りが施されており、円弧部３６の径方向内側の円弧と直線部３８の側辺とは、面取り線３９を介して繋がっている。

直線部３８の両端部は、第１誘電体基板２０に固定されたコネクタ３４ｃ，３４ｄにそれぞれ接続され、第１出力用ストリップ線路２８は、コネクタ３４ｃ，３４ｄを通じて、アンテナ素子１８に接続されている。

〔第２出力用ストリップ線路〕
第２出力用ストリップ線路２９は、第１出力用ストリップ線路２８と同様に、円弧部（第１外側円弧部）１２０及び直線部１２２を有する。つまり、直線部１２２は、円弧部１２０の両端に連なるとともに入出力用ストリップ線路２６と平行に延び、円弧部１２０と協働して第２出力用ストリップ線路２９を構成している。

円弧部１２０の曲率中心は、貫通孔３２の中心に一致し、円弧部１２０の曲率半径は、円弧部３６よりも大である。直線部１２２は、直線部３８と平行に延びており、直線部１２２の長さは、直線部３８の長さよりも短い。

また、第２出力用ストリップ線路２９の両端には、コネクタ３４ｅ，３４ｆがそれぞれ接続され、第２出力用ストリップ線路２９は、コネクタ３４ｅ，３４ｆを通じて、アンテナ素子１８に接続されている。また、円弧部１２０の径方向内側の円弧と直線部１２２の側辺は、面取り線１２８を介してそれぞれ繋がっている。なお以下では、コネクタ３４ａ〜３４ｆをコネクタ３４ともいう。

〔誘電体シート〕
第１誘電体基板２０には、少なくとも円弧部３６及び円弧部１２０を覆う位置に誘電体シート４０が積層される。誘電体シート４０は、例えば、超高分子量ポリエチレン、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、及び、ポリエステル等からなる群より選択される一種からなる。誘電体シート４０には、第１誘電体基板２０の貫通孔３２に対応する位置に、連通孔４２が形成されている。

〔第２誘電体基板〕
第１誘電体基板２０上には、誘電体シート４０を間に挟んで、第２誘電体基板４４が配置されている。第２誘電体基板４４は、例えば、ガラスエポキシ、及び、ＰＴＦＥ等からなる群より選択される一種からなり、五角形形状を有する。

第２誘電体基板４４の頂部には、貫通孔４６が設けられ、貫通孔４６は、誘電体シート４０の連通孔４２や、第１誘電体基板２０の貫通孔３２と重なる位置に配置されている。
そして、貫通孔３２、連通孔４２、及び貫通孔４６には、樹脂製の螺子４８が挿通され、螺子４８の先端に２つのナット５０が結合される。螺子４８及びナット５０によって、第２誘電体基板４４は、第１誘電体基板２０に対し、螺子４８を回転軸として相対回転可能に連結される。第１誘電体基板２０に対する第２誘電体基板４４の相対回転角度は、例えば、図示しないアクチュエータによって適宜調整される。第１誘電体基板２０に対して第２誘電体基板４４を回転させることにより、各コネクタから出力される高周波信号の位相を変化させることができる。

〔第２導体パターン〕
第２誘電体基板４４の第１誘電体基板２０側の面（図中裏面）には、所定形状の第２導体パターン５２が設けられている。第２導体パターン５２は、例えば、第２誘電体基板４４の表面に積層された、銅等の金属からなる箔又はめっき膜をエッチングすることによって作製可能である。

図３は、第１実施形態の第１導体パターン２４及び第２導体パターン５２の形状を説明するための平面図である。図３では、誘電体シート４０が省略され、且つ、第２誘電体基板４４が１点鎖線にて示されている。

図３に示すように、第２導体パターン５２は、五角形形状の外形形状であり、第１領域１４０及び第２領域１４２を有する。

〔第１領域〕
第１領域１４０は、三角形形状（扇形形状）の外形形状を有する。第１領域１４０に形成された貫通孔４６は、第１領域１４０の頂部を貫通しており、第１領域１４０の頂部は、貫通孔４６の壁面を規定する囲繞部（第２囲繞部）５４を有する。囲繞部５４は、第１導体パターン２４の囲繞部３０と対向して配置される。
なお、囲繞部５４は、平面でみて環状をなしているが、囲繞部３０と同様に、貫通孔４６の少なくとも一部を囲むような円弧形状やＣ字形状等の形状とすることができ、貫通孔４６から離間して設けることもできる。

第１領域１４０の外形形状は、囲繞部５４の一部の外縁と、囲繞部５４から径方向外側に向かって延びる２本の線分（半径線）５６ａ，５６ｂと、貫通孔４６の中心を曲率中心とする円弧５８によって主に構成されている。

また、第１領域１４０の中央部分には、扇形形状の開口６０が形成されており、第１領域１４０は、開口６０を囲む閉ループによって構成されている。
より詳しくは、第１領域１４０は、開口６０を規定する半径線６２ａと半径線５６ａの間に位置するアーム部（第１アーム部）６４ａと、開口６０を規定する半径線６２ｂと半径線５６ｂの間に位置するアーム部（第２アーム部）６４ｂと、開口６０を規定する円弧６６と円弧５８の間に位置する円弧部（第２円弧部）６８とを有する。

アーム部６４ａ及びアーム部６４ｂは、径方向外側に向かうに連れて相互に離間するようにそれぞれ直線状に延び、円弧部６８の両端に連なっている。
ここで、開口６０の円弧６６の曲率中心は、貫通孔４６の中心（回転中心）に一致しており、また、円弧部３６及び円弧５８の曲率中心に一致している。ただし、第１領域１４０において、開口６０の位置は、半径線６２ａの側に偏っている。このため、本実施形態では、径方向と直交する方向でのアーム部６４ａの幅がアーム部６４ｂの幅よりも狭くなっている。例えば、アーム部６４ａの幅を２ｍｍとし、アーム部６４ｂの幅を４ｍｍとすることができる。

このように、アーム部６４ａの幅が、アーム部６４ｂの幅と異なっているのは、アーム部６４ａ，６４ｂの各々の幅が、コネクタ３４ｃ，３４ｄから出力されるべき電力の比（電力分配比）に応じて設定されるからである。

また、径方向でみて、円弧６６は円弧部３６の内側に位置し、円弧５８は円弧部３６の外側に位置している。従って、径方向での円弧部６８の幅は、円弧部３６の幅よりも広い。
円弧部６８の幅方向中心は、円弧部３６の幅方向中心に一致しており、また、円弧部６８の曲率中心は、円弧部３６の曲率中心に一致しているので、第２誘電体基板４４が第１誘電体基板２０に対して相対回転すると、円弧部６８は、円弧部３６と対向しながら、円弧部３６に沿って移動する。

そして、アーム部６４ａ，６４ｂ及び円弧部６８の各々の幅方向中心での長さは、好ましくは、使用周波数に対応する波長の１／４の奇数倍に設定されるが、必ずしもこれに限定されることはない。

〔第２領域〕
第２領域１４２は、略四角形形状の外形形状であり、第１領域１４０の径方向外側に連結されている。なお、円弧部６８は、第１領域１４０にも第２領域１４２にも属する。

第２領域１４２の外形形状は、円弧部６８の円弧６６と、円弧部６８の両端から互いに平行に延びる２本の直線１４６ａ，１４６ｂと、貫通孔４６の中心を曲率中心とする円弧１４８とによって主に構成されている。

また、第２領域１４２には、略四角形形状の開口１５２が形成されており、第２領域１４２は、開口１５２を囲む閉ループによって構成されている。
より詳しくは、第２領域１４２は、開口１５２を規定する直線１５４ａと直線１４６ａの間に位置するアーム部（第１外側アーム部）１５８ａと、開口１５２を規定する直線１５４ｂと直線１４６ｂの間に位置するアーム部（第２外側アーム部）１５８ｂと、開口１５２を規定する円弧５８と円弧６６の間に位置する円弧部６８と、開口１５２を規定する円弧１５６と円弧１４８の間に位置する円弧部（第２外側円弧部）１６０とを有する。

アーム部１５８ａ及びアーム部１５８ｂは、それぞれ円弧部６８と円弧部１６０との間を、互いに平行に直線状に延びている。
ここで、開口１５２の円弧１５６の曲率中心は、貫通孔４６の中心に一致しており、また、円弧部１２０及び円弧１４８の曲率中心に一致している。第２領域１４２において、開口１５２の位置は、直線１５４ａの側にも直線１５４ｂの側にも偏っていない。このため、本実施形態では、アーム部１５８ａの幅とアーム部１５８ｂの幅とは同じである。例えば、アーム部１５８ａの幅を５ｍｍとし、アーム部１５８ｂの幅を５ｍｍとすることができる。

また、径方向でみて、円弧１５６は円弧部１２０の内側に位置し、円弧１４８は円弧部１２０の外側に位置している。従って、径方向に沿う方向での円弧部１６０の幅は、円弧部１２０の幅よりも広い。
円弧部１６０の幅方向中心は、円弧部１２０の幅方向中心に一致しており、また、円弧部１６０の曲率中心は、円弧部１２０の曲率中心に一致しているので、第２誘電体基板４４が第１誘電体基板２０に対して相対回転すると、円弧部１６０は、円弧部１２０と対向しながら、円弧部１２０に沿って移動する。

ここで、アーム部（第１アーム部）６４ａ及びアーム部（第１外側アーム部）１５８ａにより構成されるアーム部を第１アーム群とし、アーム部（第２アーム部）６４ｂ及びアーム部（第２外側アーム部）１５８ｂにより構成されるアーム部を第２アーム群とする。
本実施形態では、アーム部１５８ａとアーム部１５８ｂとの幅が同一であるため、アーム部１５８ａとアーム部１５８ｂとの特性インピーダンスは同一である。一方、アーム部６４ａの幅はアーム部６４ｂの幅よりも狭くなっているため、アーム部６４ａとアーム部６４ｂとの特性インピーダンスは異なる。したがって、結果として第１アーム群と第２アーム群とは、特性インピーダンスが異なっている。

次に、高周波信号の伝わり方について説明する。
高周波回路１２からコネクタ３４ａに高周波信号が入力されると、高周波信号は、入力用ストリップ線路２６ａを経由して、囲繞部３０や囲繞部５４等により構成される回転中心に達する。そして、回転中心を構成する囲繞部３０から、高周波信号の一部が出力用ストリップ線路２６ｂを経由してコネクタ３４ｂに達する。コネクタ３４ｂに達する高周波信号は位相が変化しない。ただし、出力用ストリップ線路２６ｂには、適当な形状の拡幅部が設けられているため、特性インピーダンスが調整されており、コネクタ３４ｂに分配される電力を変化させることができる。

また、回転中心を構成する囲繞部５４に達した高周波信号の一部は、アーム部６４ａ，６４ｂを経由し、結合線路を構成する円弧部６８を経由し、第１出力用ストリップ線路２８を経由してコネクタ３４ｃ，３４ｄに達する。このとき、高周波信号は、アーム部６４ａ，６４ｂと円弧部６８とを周回して伝わるため、入力ポートに該当するコネクタ３４ａに反射してリターンロスが劣化することを低減させることができる。そして、高周波信号の一部は、コネクタ３４ｃ，３４ｄから出力される。本実施形態では、アーム部６４ａとアーム部６４ｂとの幅を異ならせているため、両者の特性インピーダンスが異なり、結果としてコネクタ３４ｃとコネクタ３４ｄとに分配される電力を異ならせることができる。

回転中心を構成する囲繞部５４からアーム部６４ａを経由してきた高周波信号の一部は、アーム部１５８ａを経由し、第２出力用ストリップ線路２９を経由してコネクタ３４ｅに達することもあれば、アーム部１５８ａを経由し、さらに結合線路を構成する円弧部１６０を経由し、第２出力用ストリップ線路２９を経由してコネクタ３４ｆに達することもある。

また、回転中心を構成する囲繞部５４からアーム部６４ｂを経由してきた高周波信号の一部は、アーム部１５８ｂを経由し、第２出力用ストリップ線路２９を経由してコネクタ３４ｆに達することもあれば、アーム部１５８ｂを経由し、さらに結合線路を構成する円弧部１６０を経由し、第２出力用ストリップ線路２９を経由してコネクタ３４ｅに達することもある。

このように、高周波信号は、アーム部１５８ａ，１５８ｂと円弧部１６０とを周回して伝わることがあるため、入力ポートに該当するコネクタ３４ａに反射してリターンロスが劣化することを低減させることができる。そして、高周波信号の一部は、コネクタ３４ｅ，３４ｆから出力されることになる。本実施形態では、アーム部６４ａとアーム部６４ｂとの幅を異ならせているため、両者の特性インピーダンスが異なり、コネクタ３４ｅとコネクタ３４ｆとに分配される電力を異ならせることができる。このため、アーム部１５８ａとアーム部１５８ｂとの幅を異ならせなくても、コネクタ３４ｅとコネクタ３４ｆとに分配される電力を異ならせることができる。

このように、第１実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）移相器１４では、２つのアーム部６４ａ，６４ｂの幅を相互に異ならせているため、所望の電力分配比が達成される。より詳細には、コネクタ３４ｃとコネクタ３４ｄとに分配される電力を異ならせることができる。また、コネクタ３４ｅとコネクタ３４ｆとに分配される電力も異ならせることができる。その結果、ＰＡアンテナ１６のサイドローブ抑制など指向性をきめ細かく設計（設定）することができ、セルラー通信において隣接セクタとの干渉を抑えることができる。

（２）移相器１４では、第２導体パターン５２が閉ループによって構成されているため、リターンロスが低減される。すなわち、リターンロスを悪化させることなく、所望の電力分配比に合わせることができる。

ここで、リターンロスとは、反射損失のことである。例えば、本実施形態の移相器１４には、コネクタ３４ａを介して高周波信号が供給されることになるが、コネクタ３４ａは一種の接続点となる。この場合、第１導体パターン２４や第２導体パターン５２、コネクタ３４ａ等は、当然にインピーダンスのマッチングがなされているものである。しかし、厳密にはコネクタ３４ａ等といった接続点はインピーダンスの値が変化することになるため、これらの接続点はインピーダンスの不連続点となる。そして、リターンロスを低減させるためには、このような不連続点をなるべく最小限に抑える必要がある。この点、本実施形態の移相器１４では、第２導体パターン５２の一部が閉ループによって構成されているため、インピーダンスの不連続点を最小のものとし、リターンロスを低減させることができる。

（３）移相器１４では、第１導体パターン２４の円弧部３６と直線部３８との交差部分が面取りされているため、より一層、リターンロスの低減が図られている。

〔第２実施形態〕
図４は、第２実施形態の第２導体パターン５２−２の形状を説明するための平面図である。なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と共通する事項については、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。

先に説明した第１実施形態では、第１領域１４０に関して、アーム部６４ａの幅とアーム部６４ｂの幅とを異ならせる例で説明したが、第２実施形態では、アーム部７４ａの幅とアーム部７４ｂの幅とを異ならせていない。例えば、アーム部７４ａの幅を４ｍｍとし、アーム部７４ｂの幅を４ｍｍとすることができる。
その代わり、第２領域１４２に関して、アーム部１７８ａの幅とアーム部１７８ｂの幅とを異ならせている。例えば、アーム部１７８ａの幅を２．５ｍｍとし、アーム部１７８ｂの幅を５ｍｍとすることができる。

ここで、アーム部（第１アーム部）７４ａ及びアーム部（第１外側アーム部）１７８ａにより構成されるアーム部を第１アーム群とし、アーム部（第２アーム部）７４ｂ及びアーム部（第２外側アーム部）１７８ｂにより構成されるアーム部を第２アーム群とする。
本実施形態では、アーム部７４ａとアーム部７４ｂとの幅が同一であるため、アーム部７４ａとアーム部７４ｂとの特性インピーダンスは同一である。一方、アーム部１７８ａの幅はアーム部１７８ｂの幅よりも狭くなっているため、アーム部１７８ａとアーム部１７８ｂとの特性インピーダンスは異なる。したがって、結果として第１アーム群と第２アーム群とは、特性インピーダンスが異なっている。

この場合、アーム部７４ａの幅とアーム部７４ｂの幅とは同一であるが、コネクタ３４ｃから出力される高周波信号の電力の値と、コネクタ３４ｄから出力される高周波信号の電力の値は異なる値となる。また、アーム部１７８ａの幅とアーム部１７８ｂの幅とを異ならせているため、コネクタ３４ｅから出力される高周波信号の電力の値と、コネクタ３４ｆから出力される高周波信号の電力の値は異なる値となる。コネクタ３４ｃから出力される高周波信号の電力の値と、コネクタ３４ｄから出力される高周波信号の電力の値が異なる値となる理由は、円弧部６８を含む１段目の部分から、円弧部１６０を含む２段目の部分に流れる電力が異なるためであり、電力は各アーム部や各円弧部等を周回しながら伝達されていくためである。

このように、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、２つのアーム部１７８ａ，１７８ｂの幅を相互に異ならせているため、所望の電力分配比が達成される。すなわち、アーム部７４ａの幅とアーム部７４ｂの幅とを異ならせなくても、コネクタ３４ｅから出力される高周波信号の電力の値と、コネクタ３４ｆから出力される高周波信号の電力の値とを異ならせることができる。また、第２導体パターン５２−２が閉ループによって構成されているため、リターンロスが低減される。

しかも、本実施形態では、コネクタ３４ｃから出力される高周波信号の電力の値と、コネクタ３４ｄから出力される高周波信号の電力の値は同一の値とし、コネクタ３４ｅから出力される高周波信号の電力の値と、コネクタ３４ｆから出力される高周波信号の電力の値は異なる値とすることができる。このため、一部の出力電力は同一としつつ、他の出力電力は異なる値とすることができ、所望の設計や仕様に従った電力分配比を実現することができる。

本発明は、上述した一実施形態に制約されることなく、各種の変形や置換を伴って実施することができる。

第１実施形態では、第２導体パターン５２の閉ループの外形形状は、好ましい態様として五角形形状の外形形状により構成する例で説明したが、他の形状により構成されていてもよい。すなわち、アーム部６４ａ，６４ｂは、径方向に真っ直ぐに延びていたが、折れ曲がっていても、径方向に対して傾いていてもよい。

また、移相器１４は、出力用ストリップ線路２８，２９の数が２本であり、これに対応して、第２導体パターン５２が２つの領域１４０，１４２によって構成されていたが、出力用ストリップ線路の数は２本以上であればよく、これに対応して、第２導体パターンを構成する領域の数を設定することができる。例えば、出力用ストリップ線路の数が３本であれば、第２導体パターン５２は、第１領域１４０及び第２領域１４２に加えて第３領域を有する形態、すなわち３つの閉ループを有する形態によって構成させることができる。この場合、第３領域は、第２領域及び第３領域における第２外側円弧部の一方の端部同士の間に延びる第１外側アーム部と、第２領域及び第３領域における第２外側円弧部の他方の端部同士の間に延びる第２外側アーム部とを含むことになる。

さらに、移相器１４では、第１導体パターン２４と第２導体パターン５２との間に誘電体シート４０が配置されていたが、第１導体パターン２４と第２導体パターン５２との間に誘電層が設けられていればよい。誘電層は、設計によっては、空気からなる層であってもよい。

移相器１４は、１入力５出力の５分配を実現する電力分配型移相器の例で説明したが、他の分配数を実現する電力分配型移相器であってもよい。

上述した実施形態では、アーム部の幅を異ならせることにより、特性インピーダンスを異ならせる例で説明したが、アーム部の幅を同一とし、例えばアーム部の接地層（グラウンド面）からの高さを異ならせることにより特性インピーダンスを異ならせてもよい。
アーム部の接地層からの高さを異ならせる方法としては様々な方法が挙げられるが、例えばアーム部（第１アーム部）６４ａと、アーム部（第２アーム部）６４ｂとを非同一平面上に配置したり、２つのアーム部の高さ方向の厚みを異ならせたりする方法を挙げることができる。

上述した実施形態では、第２導体パターン５２や第２導体パターン５２−２は、第２誘電体基板４４の下面側（裏面側）に配置する例で説明したが、第２誘電体基板４４の上面側（表面側）に配置してもよい。

最後に、本発明の電力分配型移相器は、フェイズドアレイアンテナとともに用いることによって、アンテナ装置に好適に用いることができるが、他の装置やシステムにも適用可能であるのは勿論である。

１０ アンテナ装置
１４ 電力分配型移相器
２０ 第１誘電体基板
２４ 第１導体パターン
２６ 入出力用ストリップ線路
２８ 第１出力用ストリップ線路
２９ 第２出力用ストリップ線路
３０ 囲繞部（第１囲繞部）
３６ 円弧部（第１円弧部）
４０ 誘電体シート
４４ 第２誘電体基板
４８ 螺子（回転軸）
５２，５２−２ 第２導体パターン
５４ 囲繞部（第２囲繞部）
６４ａ，７４ａ アーム部（第１アーム部）
６４ｂ，７４ｂ アーム部（第２アーム部）
６８ 円弧部（第２円弧部）
１２０ 円弧部（第１外側円弧部）
１４０ 第１領域
１４２ 第２領域
１５８ａ，１７８ａ アーム部（第１外側アーム部）
１５８ｂ，１７８ｂ アーム部（第２外側アーム部）
１６０ 円弧部（第２外側円弧部）

Claims (10)

1. 第１誘電体基板と、
   前記第１誘電体基板と対向して配置され、且つ、前記第１誘電体基板に対して垂直な回転軸を中心として相対回転可能な第２誘電体基板と、
   前記第１誘電体基板及び前記第２誘電体基板にそれぞれ設けられ、誘電層を挟んで配置される第１導体パターン及び第２導体パターンとを備え、
   前記第１導体パターンは、
   前記回転軸の周方向に延びる第１円弧部と、
   前記第１円弧部の径方向外側に配置され、前記第１円弧部から離間した位置にて前記回転軸の周方向に延びる少なくとも１つの第１外側円弧部とを含み、
   前記第２導体パターンは、
   前記回転軸の周方向に延び且つ前記第１円弧部と対向する第２円弧部と、
   前記回転軸又はその付近と前記第２円弧部の一方の端部との間に延びる第１アーム部と、
   前記回転軸又はその付近と前記第２円弧部の他方の端部との間に延びる第２アーム部と、
   前記第２円弧部の径方向外側に配置され、前記回転軸の周方向に延び且つ前記第１外側円弧部と対向する少なくとも１つの第２外側円弧部と、
   前記第２円弧部の一方の端部と前記第２外側円弧部の一方の端部との間、又は前記第２外側円弧部の一方の端部同士の間に延びる第１外側アーム部と、
   前記第２円弧部の他方の端部と前記第２外側円弧部の他方の端部との間、又は前記第２外側円弧部の他方の端部同士の間に延びる第２外側アーム部とを含み、
   前記第１アーム部及び第１外側アーム部により構成される第１アーム群と、前記第２アーム部及び第２外側アーム部により構成される第２アーム群とは、特性インピーダンスが異なり、
   前記第１アーム群と前記第２アーム群とは、前記第１アーム部と前記第２アーム部との幅を異ならせることにより、又は前記第１外側アーム部と前記第２外側アーム部との幅を異ならせることにより、前記特性インピーダンスを異ならせている
   電力分配型移相器。
2. 請求項１に記載の電力分配型移相器において、
   前記第１導体パターンは、前記回転軸の少なくとも一部を囲む第１囲繞部を備え、
   前記第１円弧部は、前記第１囲繞部から離間した位置に配置され、
   前記第２導体パターンは、前記回転軸の少なくとも一部を囲み且つ前記第１囲繞部と対向する第２囲繞部を備え、
   前記第１アーム部は、前記第２囲繞部と前記第２円弧部の一方の端部との間に延びており、
   前記第２アーム部は、前記第２囲繞部と前記第２円弧部の他方の端部との間に延びている
   電力分配型移相器。
3. 請求項１又は２に記載の電力分配型移相器において、
   前記第１アーム部と前記第２アーム部とは、特性インピーダンスが異なり、
   前記第１外側アーム部と前記第２外側アーム部とは、特性インピーダンスが同一である
   電力分配型移相器。
4. 請求項１又は２に記載の電力分配型移相器において、
   前記第１アーム部と前記第２アーム部とは、特性インピーダンスが同一であり、
   前記第１外側アーム部と前記第２外側アーム部とは、特性インピーダンスが異なる
   電力分配型移相器。
5. 請求項２に記載の電力分配型移相器において、
   前記第１導体パターンは、
   前記第１囲繞部を経由して直線状に延びる入出力用ストリップ線路と、
   前記第１円弧部及び前記第１外側円弧部のそれぞれの両端に連なるとともに前記入出力用ストリップ線路と平行に延び、前記第１円弧部及び前記第１外側円弧部と協働して出力用ストリップ線路を構成する直線部とを含み、
   前記入出力用ストリップ線路の一端に入力された高周波信号を、前記入出力用ストリップ線路の他端及び前記直線部の一端から出力する
   電力分配型移相器。
6. 第１誘電体基板と、
   前記第１誘電体基板と対向して配置され、且つ、前記第１誘電体基板に対して垂直な回転軸を中心として相対回転可能な第２誘電体基板と、
   前記第１誘電体基板及び前記第２誘電体基板にそれぞれ設けられ、誘電層を挟んで配置される第１導体パターン及び第２導体パターンとを備え、
   前記第１導体パターンは、
   前記回転軸の周方向に延びる第１円弧部と、
   前記第１円弧部の径方向外側に配置され、前記第１円弧部から離間した位置にて前記回転軸の周方向に延びる少なくとも１つの第１外側円弧部とを含み、
   前記第２導体パターンは、
   前記回転軸の周方向に延び且つ前記第１円弧部と対向する第２円弧部と、
   前記回転軸又はその付近と前記第２円弧部の一方の端部との間に延びる第１アーム部と、
   前記回転軸又はその付近と前記第２円弧部の他方の端部との間に延びる第２アーム部と、
   前記第２円弧部の径方向外側に配置され、前記回転軸の周方向に延び且つ前記第１外側円弧部と対向する少なくとも１つの第２外側円弧部と、
   前記第２円弧部の一方の端部と前記第２外側円弧部の一方の端部との間、又は前記第２外側円弧部の一方の端部同士の間に延びる第１外側アーム部と、
   前記第２円弧部の他方の端部と前記第２外側円弧部の他方の端部との間、又は前記第２外側円弧部の他方の端部同士の間に延びる第２外側アーム部とを含み、
   前記第１アーム部及び第１外側アーム部により構成される第１アーム群と、前記第２アーム部及び第２外側アーム部により構成される第２アーム群とは、特性インピーダンスが異なり、
   前記第１アーム群と前記第２アーム群とは、前記第１アーム部と前記第２アーム部との幅を異ならせることにより、又は前記第１外側アーム部と前記第２外側アーム部との幅を異ならせることにより、前記特性インピーダンスを異ならせている電力分配型移相器と、
   前記電力分配型移相器に接続された複数のアンテナ素子を有するアンテナ部と
   を含むアンテナ装置。
7. 請求項６に記載のアンテナ装置において、
   前記第１導体パターンは、前記回転軸の少なくとも一部を囲む第１囲繞部を備え、
   前記第１円弧部は、前記第１囲繞部から離間した位置に配置され、
   前記第２導体パターンは、前記回転軸の少なくとも一部を囲み且つ前記第１囲繞部と対向する第２囲繞部を備え、
   前記第１アーム部は、前記第２囲繞部と前記第２円弧部の一方の端部との間に延びており、
   前記第２アーム部は、前記第２囲繞部と前記第２円弧部の他方の端部との間に延びている
   アンテナ装置。
8. 請求項６又は７に記載のアンテナ装置において、
   前記第１アーム部と前記第２アーム部とは、特性インピーダンスが異なり、
   前記第１外側アーム部と前記第２外側アーム部とは、特性インピーダンスが同一である
   アンテナ装置。
9. 請求項６又は７に記載のアンテナ装置において、
   前記第１アーム部と前記第２アーム部とは、特性インピーダンスが同一であり、
   前記第１外側アーム部と前記第２外側アーム部とは、特性インピーダンスが異なる
   アンテナ装置。
10. 請求項７に記載のアンテナ装置において、
    前記第１導体パターンは、
    前記第１囲繞部を経由して直線状に延びる入出力用ストリップ線路と、
    前記第１円弧部及び前記第１外側円弧部のそれぞれの両端に連なるとともに前記入出力用ストリップ線路と平行に延び、前記第１円弧部及び前記第１外側円弧部と協働して出力用ストリップ線路を構成する直線部とを含み、
    前記入出力用ストリップ線路の一端に入力された高周波信号を、前記入出力用ストリップ線路の他端及び前記直線部の一端から出力する
    アンテナ装置。
    

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