特許 6362624 移相器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6362624

(24)【登録日】2018年7月6日

(45)【発行日】2018年7月25日

(54)【発明の名称】移相器

(51)【国際特許分類】

   H01P 1/18 20060101AFI20180712BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALI20180712BHJP

【ＦＩ】

   H01P1/18

   H01Q13/08

【請求項の数】17

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-557448(P2015-557448)

(86)(22)【出願日】2014年2月14日

(65)【公表番号】特表2016-508697(P2016-508697A)

(43)【公表日】2016年3月22日

(86)【国際出願番号】EP2014052964

(87)【国際公開番号】WO2014125095

(87)【国際公開日】20140821

【審査請求日】2016年12月27日

(31)【優先権主張番号】13155432.1

(32)【優先日】2013年2月15日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】517258752

【氏名又は名称】アルカン・システムズ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100173521

【弁理士】

【氏名又は名称】篠原 淳司

(74)【代理人】

【識別番号】100191835

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 真介

(74)【代理人】

【識別番号】100153419

【弁理士】

【氏名又は名称】清田 栄章

(72)【発明者】

【氏名】ヤコビ・ロルフ

(72)【発明者】

【氏名】カラバイ・オーヌル・ハムツァ

(72)【発明者】

【氏名】ヴェンユーアン・フー

【審査官】 岸田 伸太郎

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００７／０４３５９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−３００４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−００８３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 A.Penirschke et al.，"Moisture insensitive microwave mass flow detector for particulate solids"，Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC),2010 IEEE，２０１０年，（ページ番号なし）

【文献】 C.A.Chang et al.，"Analysis and modeling of liquid-crystal tunable capacitors"，IEEE Transactions on Electron Devices，２００６年 ７月，Vol.53,No.7，pp.1675-1682

【文献】 電子情報通信学会 編，「アンテナ工学ハンドブック（第２版）」，オーム社，２００８年 ７月２５日，pp.246-247

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｐ １／００−１１／００

Ｈ０１Ｑ １／００−２５／０４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電体によって分離されている１つの信号電極（２）と１つの接地電極（１）とによって形成されている平面伝送線路を有し、且つ同調可能な誘電体材料（７）をさらに有する移相器において、
前記平面伝送線路の前記信号電極（２）が、幾つかの要素（４，５）に分割されていて、隣接した複数の要素（４，５）の複数の重畳領域（６）を有し、これらの重畳領域（６）が、同調可能な誘電体材料（７）で充填されている結果、金属・絶縁体・金属型コンデンサを有する同調可能な誘電体部品（バラクタ）が形成されていることを特徴とする移相器。

【請求項2】

前記同調可能な誘電体材料（７）は、液晶材料であることを特徴とする請求項１に記載の移相器。

【請求項3】

前記信号電極（２）の前記幾つかの要素（４，５）は、前記接地電極（１）に対する異なる２つ又はそれより多い離間レベルに配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の移相器。

【請求項4】

前記同調可能な誘電体材料（７）は、異なる２つの離間レベルに配置されている前記信号電極（２）の幾つかの要素（４，５）間の単一で且つ連続する層として配置されていることを特徴とする請求項３に記載の移相器。

【請求項5】

前記同調可能な誘電体材料（７）は、異なる２つの離間レベルにある前記信号電極（２）の隣接した複数の要素（４，５）の複数の重畳領域（６）間の閉じ込められた少なくとも幾つかの層領域として配置されていることを特徴とする請求項３に記載の移相器。

【請求項6】

前記信号電極（２）の前記複数の要素（４，５）は、高周波信号の伝播方向に沿って直線状に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の移相器。

【請求項7】

前記信号電極（２）の前記複数の要素（４，５）は、直線方向に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の移相器。

【請求項8】

前記信号電極（２）は、前記伝送線路の長さに沿って幾つかの要素（４，５）に分割されていて、
前記幾つかの要素（４，５）は、非同調可能な誘電体基板の、上側上の複数の上側要素（５）として、且つ底側上の複数の底側要素（４）として互い違いに実装されていて、
複数の重畳領域（６）は、前記信号電極（２）の幾つかの区間で１つの上側要素（５）とこれに隣接した底側要素（４）との間に存在し、
これらの重畳領域（６）は、同調可能な液晶材料（７）で充填されていて、これらの重畳領域（６）は、金属・絶縁体・金属型コンデンサを有する同調可能な誘電体部品（バラクタ）を形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の移相器。

【請求項9】

前記平面伝送線路が、前記信号電極（２）の非重畳区間によって接続されている、直列接続された同調可能な少なくとも２つの誘電体部品を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の移相器。

【請求項10】

前記移相器は、最大誘電率に対する誘電率の同調範囲の比として５％〜３０％で定義される比誘電率の同調性を呈する液晶材料（７）を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の移相器。

【請求項11】

前記移相器は、少なくとも１つの制御素子（８）を有し、当該制御素子（８）は、前記信号電極（２）の前記複数の要素（４，５）のうちの幾つかの要素（４，５）に接続されていて、当該制御素子（８）は、前記複数の重畳領域（６）内の前記液晶材料（７）を同調するためにバイアス電圧を伝送することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の移相器。

【請求項12】

前記少なくとも１つの制御素子（８）は、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）から成ることを特徴とする請求項１１に記載の移相器。

【請求項13】

前記平面伝送線路は、放射素子に結合されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の移相器。

【請求項14】

前記放射素子は、任意に形成されたマイクロストリップパッチアンテナ（９）又はマイクロストリップスロットアンテナであることを特徴とする請求項１３に記載の移相器。

【請求項15】

前記平面伝送線路と前記放射素子とが、アパーチャカップリング法を使用することによって結合されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の移相器。

【請求項16】

前記平面伝送線路と前記放射素子とが、近接カップリング法を使用することによって結合されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の移相器。

【請求項17】

前記平面伝送線路と前記放射素子とが、例えば、挿入供給技術を使用して又は垂直方向の相互接続を通じて直接に接続され得ることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の移相器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、同調可能な少なくとも１つの部品を有する移相器に関する。この移相器は、周波数に依存しない（移相器である）又は周波数に依存する（可変遅延線である）。

【背景技術】

【0002】

無線通信用に確保可能な周波数スペクトルの不足及びより小さい容量におけるより高い機能性に対する要求が、再構成可能な部品に対する需要を増大させる。以下では、高周波（無線周波数）（ＲＦ）は、無線信号を搬送し且つ伝送する電波及び交流電流の周波数に相当する約３ｋＨｚ〜３００ＧＨｚの範囲内の振動数を意味する。高速高周波（ＲＦ）部品を設計するための、例えば、半導体、ＭＥＭＳ又は同調可能な誘電体のような移相器に対して可能な様々な解決策が、装置の要求に応じて存在する。

【0003】

移相器は、再構成可能な電子ビームステアリングアンテナのための重要な構成要素のうちの１つである。

【0004】

以下の文献が、上記の移相器の例として従来の技術から引用されている：

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第８，３０５，２５９号明細書

【特許文献2】米国特許第８，０２２，８６１号明細書

【特許文献3】米国特許第８，０１３，６８８号明細書

【特許文献4】国際公開第２０１２／１２３０７２号パンフレット

【特許文献5】米国特許出願公開第２００９／０３０２９７６号明細書

【特許文献6】米国特許出願公開第５，９３６，４８４号明細書

【特許文献7】特開２００３−００８３１０号公報

【特許文献8】米国特許出願公開第２００９／０７３３３２号明細書

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Ｆ．Ｇｏｅｌｄｅｎ， Ａ． Ｇａｅｂｌｅｒ， Ｍ． Ｇｏｅｂｅｌ， Ａ． Ｍａｎａｂｅ， Ｓ． Ｍｕｅｌｌｅｒ， ａｎｄ Ｒ． Ｊａｋｏｂｙ， “Ｔｕｎａｂｌｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔｅｒ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ， ｖｏｌ． ４５， ｎｏ． １３， ｐｐ． ６８６−６８７， ２００９．

【非特許文献2】Ｏ． Ｈ． Ｋａｒａｂｅｙ， Ｆ． Ｇｏｅｌｄｅｎ， Ａ． Ｇａｅｂｌｅｒ， Ｓ． Ｓｔｒｕｎｃｋ， ａｎｄ Ｒ． Ｊａｋｏｂｙ， “Ｔｕｎａｂｌｅ ５ ｌｏａｄｅｄ ｌｉｎｅ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔｅｒｓ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，” ｉｎＰｒｏｃ． ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓ Ｉｎｔ． Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｙｍｐ． Ｄｉｇｅｓｔ （ＭＴＴ）， ２０１１， ｐｐ． １−４．

【非特許文献3】Ｏｎｕｒ Ｈａｍｚａ Ｋａｒａｂｅｙ ｅｔ ａｌ．， “Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ａｇｉｌｅ Ａｎｔｅｎｎａ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ−Ｂａｓｅｄ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｄｅｌａｙ Ｌｉｎｅｓ”， ＩＥＥＥ ｖｏｌ． ６１， ｎｏ． １， １． Ｊａｎｕａｒｙ ２０１３， ｐａｇｅ ７０−７６， ＩＳＳＮ： ００１８−９２６Ｘ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

移相器のようなマイクロ波部品は、マイクロストリップ線路から形成され得る。マイクロストリップ線路は、プリント回路基板技術を使用して製作され得る電気用の平面伝送線路の一種である。この平面伝送線路は、基板として知られた誘電体層によって面状の１つの接地電極から分離されている導体ストリップの形をした１つの電極から構成されている。

【0008】

特許文献１，３に記載されているように、基板が、液晶ポリマー（ＬＣＰ）によって形成され得る。しかしながら、当該液晶ポリマー材料は、この材料の比誘電率に関して同調可能でない。したがって、同調可能な高周波デバイスの構成にとって適切である同調可能な特長の当該欠如に起因して、液晶ポリマーの使用は、バラクタのような同調可能な装置を設計するためには不便である。

【0009】

液晶（ＬＣ）は、固体の結晶体の特徴及び性質のほかに通常の液体の特徴及び性質を呈する。例えば、液晶は、液体のように流れるものの、その分子は、結晶状に配向され得る。液晶ポリマー（ＬＣＰ）とは違って、液晶（ＬＣ）の比誘電率は、例えば、そのＬＣ材料に印加される電圧によって影響され得る。

【0010】

非特許文献１に記載の従来の技術では、複数のシャント液晶バラクタが、コプレーナ導波路に実装されている。このような液晶装置の同調速度が、その接続形態によって影響される。このような装置の知られている欠点のうちの１つは、当該コプレーナ導波路の高い金属損失である。さらに、当該コプレーナ導波路に起因して、当該複数のバラクタが、中央の導体とグラウンド層とをブリッジする複数の浮遊電極としての複数のパッチによって実装されてある。その結果、このような人工的な伝送線路の同調効率の減少及び高い挿入損失が発生する。

【0011】

非特許文献２に記載されているように、複数の液晶バラクタの同調効率が、平行板コンデンサの接続形態を使用することによって向上される。しかしながら、ここでは、これらの液晶バラクタが、１つのスロット線路にシャント状に実装されてある。確かに、マイクロストリップ線路を実装すると、性能がより向上する。何故なら、マイクロストリップ線路は、システムに固有の低い損失を特徴とするからである。

【0012】

したがって、本発明の課題は、従来の技術による移相器の欠点を減らすこと、及び、コンパクトと平面構造との双方を同時に特徴とする、短い応答時間と高い性能とを有する有益な移相器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明は、１つの誘電体によって分離されている１つの信号電極と１つの接地電極とによって形成されていて、且つ１つの液晶材料をさらに有する移相器において、平面伝送線路の前記信号電極が、幾つかの要素（切片）に分割されていて、隣接した複数の要素で複数の重畳領域を有し、これらの重畳領域が、同調可能な液晶材料で充填されている結果、金属・絶縁体・金属（ＭＩＭ）型コンデンサを有する同調可能な誘電体部品（バラクタ）が形成されていることを特徴とする移相器に関する。

【0014】

１つの伝送線路（マイクロストリップ線路）が、２つの電極である１つの信号電極と１つの接地電極とによって形成されている。これらの電極の材料は、好ましくはＡｇ、Ｃｕ又はＡｕのような低い抵抗の高周波（ＲＦ）電極材料である。同様な導電特性を有するその他の材料又は合金も可能である。当該信号電極が、その長さに沿って、すなわちその伝播方向に沿って幾つかの要素に分割されている。これらの要素は、例えば、複数の上側要素として底ガラスの上面上に実装され、複数の底側要素として上ガラスの底面上に実装されている。平面図において、すなわち信号の伝播方向に対して直角方向に見たときに、連続する１つの信号電極が形成されているように、当該上ガラスと当該底ガラスとが積み重ねられている。用語である上ガラス及び底ガラスは、その他の適切な材料が排除されることを示すものではない。さらに、幾つかの区間が存在する。これらの区間では、当該信号電極のこれらの上側要素とこれらの底側要素とが重畳している。少なくとも２つのガラス間のこれら重畳領域と、当該信号電極の当該上側要素と当該それぞれの底側要素が、同調可能な液晶材料で充填されている。したがって、各重畳領域が、１つの金属・絶縁体・金属型コンデンサを形成している。この場合、当該絶縁体が、同調可能な液晶材料であるので、この領域は、同調可能な１つの誘電体部品（バラクタ）を形成している。この同調可能な部品は、この移相器を非常にコンパクトに構成することを可能にする。

【0015】

液晶技術に起因して、上記バラクタは、５ＧＨｚより高い周波数、好ましくは１０ＧＨｚより高い周波数向けの半導体のようなその他の技術に比べて低い損失を特徴とする。さらに、マイクロストリップが使用されているので、移相損失が、非特許文献１，２に比べていっそう少なくなる。

【0016】

本発明の１つの実施の形態によれば、上記信号電極の幾つかの要素が、上記接地電極に対する２つ又はそれより多い異なる離間レベルに配置されている。異なる２つの当該レベルが、複数の基板層の２つの表面上に存在し得るので、当該信号電極の幾つかの要素を異なる２つの当該レベルに配置することは、このような装置の簡単で且つ経費を節約する製作を可能にする。３つ又はそれより多い異なる離間レベルは、複雑な構成を可能にする、例えば、隣接した２つの離間レベル間に位置する液晶材料から成る異なる複数の層を可能にする。

【0017】

上記同調可能な液晶材料は、異なる２つの離間レベルに配置されている信号電極の幾つかの要素間の単一で且つ連続する１つの層として配置され得る。この連続する、すなわち途切れない層の境界が、当該幾つかの要素の形成されたカバーとして規定されている当該信号電極の形及び寸法に適合され且つ制限され得る。この連続する層は、多くの場合により大きい接地電極を完全にカバーし得る。多くの用途に対して、この連続する層は、複数の電極又は複数の基板層の隣接した２つの層間に配置され得、これらの誘電体基板層間の空洞を完全に充填し得る。このことは、例えば確立されている液晶ディスプレイ技術を使用することによってこのような配置の迅速で且つ安価な製作を可能にする。

【0018】

しかしながら、同調可能な液晶材料を節約するためには、又は、同調可能な液晶材料から成る閉じ込められた複数の空間領域の別々の制御を可能にするためには、異なる２つの離間レベルにある信号電極の隣接した複数の要素から成る複数の重畳領域間に、当該同調可能な液晶材料を限定された幾つかの層領域として配置することが可能である。

【0019】

上記信号電極の複数の要素をその伝播方向に対して平行に配置すること、例えば、高周波信号の伝播方向に沿って直線状に配置することが、ほとんどの用途に対して有益である。何故なら、当該配置は、あらゆる中断を回避する結果、損失がより少ないからである。必要であるならば又は実施可能であるならば、当該信号電極の複数の要素が、直線状に配置されている。

【0020】

しかしながら、伝送線路に沿った多数のバラクタを必要とする幾つかの用途に対しては、当該伝送線路が、蛇行されてもよい、例えば、Ｎ字形に又は螺旋形に蛇行されてもよい。このことは、移相器の物理的寸法よりも遥かに長い伝送線路の長さを可能にする。

【0021】

上記伝送線路に沿った位相シフトは、専ら又は少なくとも主に、金属・絶縁体・金属型コンデンサであり、信号電極に沿って配置されている同調可能な複数のバラクタに起因する。当該信号電極の構造、形及び配置は、当該伝送線路に沿った信号の伝播に対する時間遅延に著しく作用する共振構造に寄与しない。

【0022】

本発明の１つの実施の形態による移相器は、前記信号電極が、前記伝送線路の長さに沿って幾つかの要素に分割されていて、
前記幾つかの要素が、非同調可能な１つの誘電体基板の、上側上の複数の上側要素として、且つ底側上の複数の底側要素として互い違いに実装されていて、
複数の重畳領域が、前記信号電極の幾つかの区間の、１つの上側要素と隣接した１つの底側要素との間に存在し、
これらの重畳領域が、同調可能な液晶材料で充填されていて、これらの重畳領域が、１つの金属・絶縁体・金属型コンデンサを有する同調可能な１つの誘電体部品（バラクタ）を形成することを特徴とし得る。

【0023】

１つの例示的な実施の形態では、上記信号電極の幾つかの要素を支持している非同調可能な誘電体基板が、Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ製の７００μｍの厚さのボロフロートガラス（ε_{ｒ，ｇｌａｓｓ}＝４．６及び２５℃で且つ１ＭＨｚのときの損失正接ｔａｎδ＝０．００３７）に選択されている。ある液晶混合物が使用される。この液晶混合物の比誘電率が、表面整合法を用いて同調電圧を印加することによって２．４と３．２との間で連続して同調可能である。この材料の最大誘電損失正接ｔａｎδは、全ての同調状態に対して０．００６未満である。（金属から金属までの）当該液晶層は、２５ｍｓ未満である速い応答時間を得るために３μｍに指定されている。当該装置は、最大で６．１ｄＢの挿入損失を伴って、２０ＧＨｚのときに３６７°の差動位相を提供する。

【0024】

上記の装置のＲＦ性能を定量化するための重要なパラメータは、周波数に依存する性能指数（ＦｏＭ）である。この性能指数は、全ての同調状態に対する最大差動位相と最高挿入損失との比によって規定されている。

【0025】

よって、上記例示的な実施の形態の性能指数は、２０ＧＨｚのときに６０°／ｄＢである。

【0026】

さらなる１つの実施の形態では、上記平面伝送線路が、信号電極の１つの非重畳区間によって接続されている、直列接続された同調可能な少なくとも２つの誘電体部品を有する。当該伝送線路に沿った信号伝送が、主に且つ基本的に専らバラクタの数及び構造、すなわち当該信号電極に沿って配置されている同調可能な誘電体部品の数及び構造に影響される。当該位相シフトは、同調バイアス電圧を、当該信号電極の隣接した複数の要素の複数の重畳領域間の同調可能な誘電体材料を形成している同調可能な液晶材料、すなわち当該バラクタとして動作する平行板状の同調可能なコンデンサに印加することによって容易に制御され且つ変更される。

【0027】

上記同調は、複数の制御電極によって実行される。これらの電極は、制御素子として作動する。これらの電極は、バイアス線を通じてバラクタを作動させるための異なるバイアス電圧を伝送する。当該バイアス線は、高周波回路に影響しないように好ましくは低導電性の材料から製作されている。このため、低導電性の電極が使用され得る。何故なら、当該低導電性の電極は、高周波信号に対して導電性になるからである。当該バイアス線に対する典型的な材料は、好ましくは、１０ｅ５Ｓ／ｍ未満の導電率を有するＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＮｉＣｒ（ニッケルクロム）又はその他の幾つかの合金である。

【0028】

さらなる実施の形態では、移相器が、高周波信号を伝送するための放射素子に結合されている。大抵の放射素子は、パッチアンテナとも記される。当該放射素子及び給電線は、多くの場合に誘電体基板上にフォトエッチングされている。当該放射素子、すなわち当該パッチアンテナは、正方形、長方形、薄板（ダイポール）、円形、楕円形、三角形又はその他のあらゆる形として構成されている。

【0029】

さらな実施の形態では、上記放射素子は、任意に形成されたマイクロストリップパッチアンテナ又はマイクロストリップスロットアンテナである。

【0030】

液晶は、同調可能な高周波デバイスを実現するために適している。液晶は、同調可能な誘電体、特に最適化された液晶混合物として、マイクロ波周波数のときに０．００６未満の損失正接を伴って高い性能を提供し得る。最大誘電率に対する最小誘電率の同調範囲の比として定義される相対同調性（チューナビリティ）が、好ましくは５％〜３０％又は１０％〜２５％又は１５％〜３０％又は５％〜１４％である。

【0031】

液晶に基づく平面移相器は、希望するアンテナ性能に応じて多くの場合にカスタマイズされている。このため、当該移相器は、挿入損失を減少させるために、ビーム操舵速度を増大させ、広いレンジスキャンを可能にするように構成されていて且つ適合されている。この発明によれば、高周波の用途向けに適合された液晶混合物が使用される。液晶を有する同調可能な高周波部品を実現するための可能性が、図３中に示されている。図３は、様々なバイアス電圧用の同調可能な基板としての、液晶を使用しているインバーテッドマイクロストリップ線路の横断面図である。当該装置は、積み重ねられた２つの基板から構成されている。その上の基板は、マイクロストリップ線路を支持し、その下の基板は、グラウンド層を支持している。薄い液晶層が、当該２つの基板間に封入されている。

【0032】

本発明による移相器は、例えばフェーズドアレイアンテナを提供するために放射素子に組み合わせられ得る。

【0033】

このような組み合わせの第１の実施の形態では、上記平面伝送線路と上記アンテナとが、アパーチャカップリング法を使用することによって結合されている。第２の実施の形態では、当該平面伝送線路と当該アンテナとが、近接カップリング法を使用することによって結合されている。第３の実施の形態では、当該平面伝送線路と当該アンテナとが、例えば、挿入供給技術を使用して又は垂直方向の相互接続を通じて直接に接続されている。

【0034】

以下には、本発明の様々な対象及び特徴が、本発明の限定していない実施の形態を記載している説明及び添付図面中により明瞭に表現されている。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】典型的な液晶分子及びその温度依存性の概略図である。

【図2】従来の技術による平面伝送線路の概略図である。

【図3a】本発明による幾つかの液晶バラクタを有する移相器の概略斜視図である。

【図3b】本発明による幾つかの液晶バラクタを有する移相器の横断面図である。

【図3c】本発明による幾つかの液晶バラクタを有する移相器の上面図である。

【図3d】移相器の信号電極内に配置されている同調可能な液晶バラクタの概略図である。

【図4a】図３ａ〜３ｄによる移相器内の信号電極の隣接した複数の要素の信号重畳領域の横断面拡大図である。

【図4b】図４ａに示された液晶バラクタの概略図である。

【図5】結合アンテナを有する移相器の第１の実施の形態の概略横断面図である。

【図6】結合アンテナを有する移相器の第２の実施の形態の概略横断面図である。

【図7】結合アンテナを有する移相器の第３の実施の形態の概略横断面図である。

【図8】図３ａ〜３ｄによる移相器の異なる構成の概略横断面図である。この場合、信号電極の幾つかの要素が、接地電極に対して異なる複数の離間レベル上に配置されている。

【発明を実施するための形態】

【0036】

一般に、液晶材料は、異方性である。図１中の典型的な液晶分子の実例の構造で示されているように、この特性は、当該分子の棒状の形に由来する。ここでは、液晶材料から成る相構造が、温度の上昇と共にどのように変化するかが示されている。図１には、当該分子と一緒に、対応する異方性誘電特性が示されている。当該材料は、液体であるので、当該分子は、専ら、弱い分子付着を特徴とし、したがって、バルク中の当該分子の配向が変化され得る。当該棒状の形に起因して、バルク中の当該分子が、それら自体で平行に整列する傾向にある。分子の長軸に対して平行な比誘電率が、ε_ｒ，｜｜と表示され、当該長軸に対して直角な比誘電率が、ε_ｒ，Ｌと表示される。

【0037】

このような液晶材料が、ストリップ状の伝送線路の、信号電極と接地電極との間に配置されている場合、当該伝送線路に沿った無線周波数信号の伝送速度が、当該液晶材料の誘電率によって影響される。

【0038】

信号伝送に対する損失正接ｔａｎδ，｜｜及びｔａｎδ，Ｌが、これらの２つの比誘電率ε_ｒ，｜｜及びε_ｒ，Ｌに関連している。

【0039】

電界が、例えば、制御電圧を液晶材料に印加することによって生成され得、棒状の形の液晶材料の配向に作用する。すなわち、当該液晶材料の比誘電率が、所定の制御電圧を印加することによって制御され得る。

【0040】

電界を印加することによって制御及び同調され得る同様の特性を有する、すなわち同調可能な比誘電率を有する同調可能な別の誘電材料が存在する。たとえ以下の説明が、同調可能な液晶材料に焦点を合わせているとしても、同調可能な比誘電率を有する多くの異なる材料が、本発明の目的のために使用され得て且つ含まれていることは、当業者によって良好に理解される。

【0041】

図２は、マイクロストリップ線路として形成された従来の技術の平面伝送線路を示す。この平面伝送線路は、１つの誘電体基板３から成る層によって分離されている１つの接地電極１と連続する、すなわち途切れない１つの信号電極２とから構成されている。その伝搬方向が、当該信号電極２の方向に沿って存在し且つ矢印によって示されている。

【0042】

図３ａ、３ｂ及び３ｃは、本発明による移相器の、斜視図及び横断面図並びに主な部品の概略図である。この移相器は、１つの平面伝送線路を形成している１つの接地電極１と１つの信号電極２とを有する。この信号電極２は、低抵抗の高周波（ＲＦ）電極材料から成る幾つかの要素４及び５から構成されている。これらの要素４及び５は、この接地電極１に対して直角を成して異なる２つの離間レベルに配置されている。当該幾つかの要素４，５は、当該伝送線路、すなわち信号電極２の方向によって規定され且つ矢印によって示された伝播経路に沿って整列されている。この信号電極２の当該幾つかの要素４，５は、隣接した複数の要素４，５の複数の重畳領域６を形成するように互いに相対して配置されている。

【0043】

非同調可能な誘電体基板３から成る層、好ましくはガラスが、上記接地電極と上記信号電極との間に存在する。この信号電極２の幾つかの要素４，５間の空間が、同調可能な液晶材料７によって充填されている。複数の重畳領域６が、隣接した各要素４，５間に存在する。上面図から見たときに、すなわち当該接地電極１に対して直角に見たときに、明らかに、連続する１つの信号電極２が形成されているように、当該複数の要素４，５が積み重ねられていて且つ配置されている。非同調可能な１つの誘電体基板の１つの第２層３′が、当該同調可能な液晶材料７の上部に存在する。例えば、当該信号電極２の幾つかの要素４，５が、当該非同調可能な誘電体基板から成る層３及び３′の対応する表面上に印刷又はコーティング又は積層され得る。

【0044】

上記信号電極２の要素４，５は、（図３ｂ及び３ｃ中だけに示された）高周波（ＲＦ）に対して導電性である低導電性の材料、好ましくはＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）から成る複数の制御素子８に接続されている。これらの制御素子８は、上記複数の重畳領域６内の液晶材料７を同調するために印加され得るバイアス電圧を伝送する、すなわち上記平面伝送線路に沿って伝送される高周波（ＲＦ）信号の伝送特性に作用する信号電極２の隣接した複数の要素４，５の複数の重畳領域６間に存在する液晶材料７の比誘電率を変更するために印加され得るバイアス電圧を伝送する。

【0045】

上記平面伝送線路に沿った信号伝送の時間遅延、すなわち本発明による移相器の伝送線路に沿って伝送される信号の位相シフトが、上記信号電極２の、上記接地電極１に対して異なる複数の離間レベルに配置されている隣接した複数の要素４，５間の各信号ジャンプに対する連続した複数の時間遅延によって生成される。

【0046】

接地電極１とマイクロストリップのような（例えば、図２の信号電極２のような）信号電極２との間の同調可能な液晶材料から成る１つの層を有する従来の技術の移相器とは違って、上記総遅延時間は、主に、上記平面伝送線路に沿った信号の伝播中の信号ジャンプの数によって決まる。各信号ジャンプは、対応するその重畳領域６で当該同調可能な液晶材料７を同調することによって変更され得るある一定の時間遅延を引き起こす。合計の遅延時間は、１つの信号ジャンプの短い時間遅延を当該平面伝送線路に沿ったジャンプの数で乗算したものである。

【0047】

したがって、本発明による移相器の平面伝送線路は、少なくとも２つの、しかし好ましくは多数の、直列接続された同調可能な誘電体部品（バラクタ）を有する。これらの誘電体部品は、信号電極２の非重畳区間によって接続されている。当該平面伝送線路の概略図が、図３ｄ中に示されている。

【0048】

図４ａ及び４ｂは、単一バラクタ構造のさらに詳細な横断面図及び対応する概略図を示す、すなわち図３ａ〜３ｄ中に示されたような移相器内の、信号電極２の隣接した２つの要素４，５間の重畳領域６と、接地電極１とのさらに詳細な横断面図及び対応する概略図を示す。

【0049】

図５，６及び７は、１つのアンテナパッチ９に結合されている図３ａ〜図３ｄによる移相器から構成されている放射素子に対する異なる複数の実施の形態を示す。

【0050】

図５では、上記平面伝送線路の信号電極２の幾つかの要素４，５と、上記アンテナパッチ９とが、アパーチャカップリング法を使用することによって結合されている。このように結合させるため、当該アンテナパッチ９は、非同調可能な１つの誘電体基板から成る層１０によって接地電極１から分離されている。当該伝送線路に沿って、すなわち当該信号電極２及び接地電極１に沿って伝送されるエネルギーが、当該接地電極１内の近くにある１つのスロット１１を通じて結合される。

【0051】

図６では、上記平面伝送線路と上記アンテナパッチ９とが、近接カップリング法を使用することによって結合されている。

【0052】

図７では、上記平面伝送線路と上記アンテナパッチ９とが、挿入供給カップリング法を使用することによって結合されている。

【0053】

図８は、本発明による移相器の異なる実施の形態を示す。上記の実施の形態とは違って、異なる２つの離間レベルに配置されている信号電極２の幾つかの要素４，５のほかに、当該幾つかの要素４，５に追加された幾つかの要素１２が、接地電極１に対する１つの第３離間レベルに配置されている。当該追加の要素１２は、上記第２離間レベルの要素５が搭載されている表面に対向している非同期可能な誘電体基板から成る層３′のもう１つの表面上に搭載されている。

【0054】

図８の例示的な実施の形態によれば、複数の要素５を有する第２離間レベルを追加の複数の要素１２を有する第３離間レベルから分離する層３′が、非同調可能な１つの誘電体基板から製作されているので、追加の複数の要素１２と隣接した複数の要素５との間の１つの信号ジャンプに対する時間遅延は変更され得ない。それ故に、複数の要素５と追加の複数の要素１２との間に重畳領域６が存在する個所のいずれにも、同調可能な誘電体バラクタが存在しない。したがって、位相シフトを同調できるようにするためには、重畳領域を当該追加要素１２と当該要素４との間に形成することが有益であろう。これにもかかわらず、当該追加の信号ジャンプが、これらの信号ジャンプの数だけによって決まる固定された時間遅延を追加する。その結果、例えば、１つのオフセットが、非常に経費節約な方法で生成され得る。

【0055】

図８中に示された移相器とは異なる移相器のさらに別の実施の形態では、異なる３つの離間レベルで重畳している複数の要素の順序が異なる。例えば、最も低い離間レベル上の１つの第１要素４が、最も高い離間レベル上の後続する１つの要素１２に重畳していて、中央の離間レベル上のもう１つの要素が後続してもよい。このとき、高周波（ＲＦ）信号が、当該最も低い離間レベルから当該最も高い離間レベルにジャンプし、続いて中央の１つのレベルにジャンプし、当該最も低いレベルに戻る。ある一定の時間遅延を引き起こすそれぞれの信号ジャンプが、予め決定され且つ様々な方法で配置され得る結果、当該信号の合計の位相シフトが予め決定され配置され得ることが理解される。同様に、当業者も、垂直方向の複数の相互接続を通じて異なる複数の離間レベル上の幾つかの要素を電気接続し得る。

【0056】

同調可能な誘電体材料から成る１つの第２層を上記信号電極２の幾つかの要素４，５と複数の追加要素１２との間に追加することも可能である。このような第２層は、完全に異なる同調可能な誘電体材料から構成されてもよいし又は上記同調可能な液晶材料７から成る第１層に対して使用されているのと同じ液晶材料から構成されてもよい。当該第２層が、液晶材料７から成る当該第１層に等しい場合でも、上記第２離間レベルと上記第３離間レベルとの間の複数の信号ジャンプに対する時間遅延が、異なる複数の制御素子を使用することによって又は異なる１つのバイアス電圧を印加することによって様々に制御され得る。その結果、移相器、すなわち位相シフトを制御するためのさらに多くの可能性が得られる。

【0057】

上記信号電極２の幾つかの要素４，５及び１２を接地電極１に対する２つ又は３つより多い離間レベルに配置することも可能である。

【符号の説明】

【0058】

１ 接地電極
２ 信号電極
３ 非同調可能な誘電体基板から成る層
４ 信号電極２の下離間レベルの複数の要素
５ 信号電極２の上離間レベルの複数の要素
６ 重畳領域
７ 同調可能な液晶材料
８ 制御素子
９ アンテナパッチ
１０ 非同調可能な誘電体基板から成る層
１１ スロット
１２ 信号電極２の複数の追加要素

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【図4a】

【図4b】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】