特許 6548940 発振アレー

(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】6548940

(24)【登録日】2019年7月5日

(45)【発行日】2019年7月24日

(54)【発明の名称】発振アレー

(51)【国際特許分類】

   H03B 27/00 20060101AFI20190711BHJP

   H03B 5/02 20060101ALI20190711BHJP

   H03B 9/12 20060101ALI20190711BHJP

   H03L 7/00 20060101ALI20190711BHJP

   H01Q 7/00 20060101ALI20190711BHJP

【ＦＩ】

   H03B27/00

   H03B5/02 C

   H03B9/12

   H03L7/00 210

   H01Q7/00 100

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-75637(P2015-75637)

(22)【出願日】2015年4月2日

(65)【公開番号】特開2016-32290(P2016-32290A)

(43)【公開日】2016年3月7日

【審査請求日】2018年2月5日

(31)【優先権主張番号】特願2014-151832(P2014-151832)

(32)【優先日】2014年7月25日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】501382823

【氏名又は名称】相川 正義

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(72)【発明者】

【氏名】恩塚 辰典

(72)【発明者】

【氏名】中川 敦

(72)【発明者】

【氏名】根本 光進

(72)【発明者】

【氏名】相川 正義

【審査官】 橋本 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−２０００６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８８６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１５２４５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｂ ２７／００

Ｈ０１Ｑ ７／００

Ｈ０３Ｂ ５／０２

Ｈ０３Ｂ ９／１２

Ｈ０３Ｌ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１周波数の第１発振信号を出力する第１発振部と、
前記第１周波数の第２発振信号を出力する第２発振部と、
前記第１発振部及び前記第２発振部と電界又は磁界で結合することにより、前記第１発振信号と前記第２発振信号とを互いに異なる位相で同期させた状態で、前記第１発振信号及び前記第２発振信号と共振結合する共振部と、
を備え、
前記共振部は、
前記第１発振部及び前記第２発振部と電界又は磁界で結合するループ線路と、
前記ループ線路に設けられた第１可変リアクタンス素子と、
を有し、
前記第２発振部は、前記第１可変リアクタンス素子に印加される電圧に応じた量だけ前記第１発振信号と位相が異なる前記第２発振信号を出力する、
発振アレー。

【請求項2】

前記共振部は、前記共振部において前記第１発振信号により生じる電界が最大となる位置に設けられた、前記第１可変リアクタンス素子とリアクタンスの可変範囲が異なる第２リアクタンス素子をさらに有する、
請求項１に記載の発振アレー。

【請求項3】

前記第１可変リアクタンス素子は、前記ループ線路の内側に印加される電圧に基づいて容量値が変化する、
請求項１又は２に記載の発振アレー。

【請求項4】

前記第１発振部は、前記共振部における第１位置で前記共振部と電界結合し、
前記第１可変リアクタンス素子は、前記共振部において前記第１発振信号により生じる電界が最小となる位置に設けられている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の発振アレー。

【請求項5】

前記第２発振部は、前記共振部において前記第１発振信号により生じる電界が最小となる位置で前記共振部と電界結合する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の発振アレー。

【請求項6】

前記第２発振部は、前記共振部において前記第１発振信号により生じる磁界が最小となる第２位置で前記共振部と磁界結合する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の発振アレー。

【請求項7】

前記第１発振部及び前記第２発振部は、同一の偏波の電波を放射するアンテナとして機能する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の発振アレー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、それぞれ位相が異なる複数の発振信号を出力し、放射する発振アレーに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、位相差が調整された複数の発振信号を出力する発振回路が知られている。例えば、特許文献１においては、複数の発振器の間に設けられた結合回路により、それぞれの発振器から出力される発振信号の位相を調整する位相差可変発振器が開示されている。

【0003】

図１０は、従来の発振回路９００の構成を示す図である。発振回路９００は、発振器９１０と、発振器９２０と、結合器９３０とを備える。発振器９１０は、マイクロストリップラインリング共振器９１１と、ＨＥＭＴを用いた負性抵抗回路９１２と、ＨＥＭＴを用いた負性抵抗回路９１３とを有するプッシュ−プッシュ発振器である。発振器９２０は、マイクロストリップラインリング共振器９２１と、ＨＥＭＴを用いた負性抵抗回路９２２と、ＨＥＭＴを用いた負性抵抗回路９２３とを有するプッシュ−プッシュ発振器である。

【0004】

結合器９３０は、反射係数及び透過係数が左右非対称な共振器である。結合器９３０が内蔵する可変容量を調整することで、発振器９１０から結合器９３０を見た高周波インピーダンスと、発振器９２０から結合器９３０を見た高周波インピーダンスとが調整される。その結果、発振器９１０が出力する発振信号の位相と、発振器９２０が出力する発振信号の位相との間の位相差を調整することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−２４４３８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、従来の結合器９３０は、回路構造の非対称性とその共振周波数可変の非対称インピーダンス特性によって発振位相差可変機能を実現したやや複雑な回路構成であり、そのために回路構成の一般性に乏しく、設計性や汎用性に課題がある。

【0007】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、設計上の制約が小さく、位相が異なる複数の発振信号を安定的に出力できる発振アレーを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１の態様においては、第１周波数の第１発振信号を出力する第１発振部と、前記第１周波数の第２発振信号を出力する第２発振部と、前記第１発振部及び前記第２発振部と電界又は磁界で結合することにより、前記第１発振信号と前記第２発振信号とを互いに異なる位相で同期させた状態で、前記第１発振信号及び前記第２発振信号と共振結合する共振部と、を備える発振アレーを提供する。

【0009】

前記共振部は、前記第１発振部及び前記第２発振部と電界又は磁界で結合するループ線路と、前記ループ線路に設けられた第１可変リアクタンス素子と、を有してもよい。第２発振部は、前記第１可変リアクタンス素子に印加される電圧に応じた量だけ前記第１発振信号と位相が異なる前記第２発振信号を出力する。

【0010】

また、前記共振部は、前記共振部において前記第１発振信号により生じる電界が最大となる位置に設けられた、前記第１可変リアクタンス素子とリアクタンスの可変範囲が異なる第２リアクタンス素子をさらに有してもよい。前記第１可変リアクタンス素子は、例えば、前記ループ線路の内側に印加される電圧に基づいて容量値が変化する。

【0011】

前記第１発振部は、前記共振部における第１位置で前記共振部と電界結合し、前記第１可変リアクタンス素子は、前記共振部において前記第１発振信号により生じる電界が最小となる位置に設けられていてもよい。また、前記第２発振部は、前記共振部において前記第１発振信号により生じる電界が最小となる位置で前記共振部と電界結合してもよい。前記第２発振部は、前記共振部において前記第１発振信号により生じる磁界が最小となる第２位置で前記共振部と磁界結合してもよい。また、前記第１発振部及び前記第２発振部は、同一の偏波の電波を放射するアンテナとして機能してもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、位相が異なる複数の発振信号を安定的に出力できる発振アレーを提供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】発振アレー１００の概念を説明するための模式図である。

【図2】共振器５の構成例を示す図である。

【図3】共振器１０の変形例を示す図である。

【図4】各発振信号の位相について説明する図である。

【図5】第１実施例に係る発振アレー２００の構成を示す図である。

【図6】第２実施例に係る発振アレー３００の構成を示す図である。

【図7】第３実施例に係る発振アレー４００の構成を示す図である。

【図8】第４実施例に係る発振アレー５００の構成を示す図である。

【図9】第５実施例に係る発振アレー７００の構成を示す図である。

【図10】従来の発振回路９００の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１は、本実施形態に係る発振アレー１００の概念を説明するための模式図である。発振アレー１００は、発振器１と、発振器２と、発振器３と、発振器４と、共振器５とを備える。発振器１、発振器２、発振器３及び発振器４は、発振回路を有しており、電圧が印加されると共振波動場を発生する。発振器１、発振器２、発振器３及び発振器４は、例えば、基板上に形成されたスロットライン又はストリップラインと、ガンダイオード又はＨＥＭＴ等を含む負性抵抗回路とにより構成されている。

【0015】

発振器１、発振器２、発振器３及び発振器４は、ほぼ同一の周波数ｆ₀の発振信号を出力する。発振器１、発振器２、発振器３及び発振器４のうちの少なくとも一つが出力する発振信号は、他の発振回路が出力する発振信号と異なる位相で発振する。

【0016】

共振器５は、発振器１、発振器２、発振器３及び発振器４の発振信号の発振周波数ｆ₀で共振する。共振器５は、例えば、周長が発振周波数ｆ₀における波長λと等しいループ状のスロットライン又はマイクロストリップラインを含んで構成されている。共振器５は、発振器１、発振器２、発振器３及び発振器４のうちの少なくとも２つの発振器と電界又は磁界で結合することにより、少なくとも２つの発振器を互いに異なる位相で同期させた状態で、それぞれの発振器が出力する発振信号と共振結合する。なお、本明細書において、「ＡとＢとが結合する」とは、ＡとＢとが電界又は磁界で結合されることをいう。

【0017】

図１に示す例においては、発振器１及び発振器２、並びに発振器３及び発振器４は、それぞれ共振器５の反対側の位置において共振器５と結合する。発振器３及び発振器４は、発振器１が共振器５と結合する位置と、発振器２が共振器５と結合する位置との中間の位置において、共振器５と結合する。発振アレー１００がこのような構成を有することにより、発振器１及び発振器２により生じる共振波動場、及び発振器３及び発振器４により生じる共振波動場とそれぞれと結合した共振器５上の共振波動場は互いに直交（縮退）している。

【0018】

また、発振器１と発振器２とは、共振器５を介して同一位相及び同一周波数で相互同期している。発振器３と発振器４とは、共振器５を介して同一位相及び同一周波数で相互同期している。発振器１及び発振器２と、発振器３及び発振器４とは、それぞれ異なる位相の同一周波数で相互同期している。このような構成により、発振アレー１００は、それぞれ位相が異なる同一周波数の複数の発振信号を出力することができる。

【0019】

ここで、共振器５は、可変リアクタンス素子を有しており、発振器１及び発振器２から見たリアクタンスと、発振器３及び発振器４から見たリアクタンスとが互いに異なる。したがって、共振器５の可変リアクタンス素子に電圧を印加することにより、発振器１及び発振器２が発生する発振信号と、発振器３及び発振器４が発生する発振信号との間に、可変リアクタンス素子に印加される電圧に応じた位相差を生じさせて、摂動可変にすることができる。

【0020】

図２は、共振器５の構成例を示す図である。図２（ａ）に示す共振器１０は、長さが波長λに等しいスロットライン１１と、スロットライン１１に設けられた可変リアクタンス素子１２とを有する。可変リアクタンス素子１２は、例えばバラクタダイオードであり、外部から印加される電圧に応じて容量が変化する。

【0021】

共振器１０においては、可変リアクタンス素子１２が、図１における発振器３と結合する位置ｙ１に設けられている。共振器１０は、可変リアクタンス素子１２が設けられた位置ｙ１から、スロットライン１１に沿ってλ／４だけ離れた位置ｘ１、ｘ２において、発振器１及び発振器２と電界結合する。この場合、可変リアクタンス素子１２が設けられた位置ｙ１は、発振器１による電界及び発振器２による電界が最小になる節の位置なので、発振器１及び発振器２に対して、可変リアクタンス素子１２はほとんど影響を与えない。

【0022】

これに対して、可変リアクタンス素子１２の位置ｙ１は、発振器３による電界の腹が生じる位置なので、発振器３は、可変リアクタンス素子１２の容量変化の影響を受ける。その結果、発振器３が出力する発振信号の位相は、発振器１及び発振器２が出力する発振信号の位相に対して、可変リアクタンス素子１２の容量摂動に応じた位相だけシフトした状態で安定する。また、発振器４は、共振器１０を介して発振器３と相互同期することにより、発振器３と同じ位相の発振信号を出力する。このようにして、発振アレー１００が共振器５として共振器１０を有することにより、発振器３及び発振器４は、発振器１及び発振器２が出力する発振信号と周波数が同一で、可変リアクタンス素子１２に印加される電圧に応じた量だけ位相が異なる発振信号を出力する。

【0023】

図２（ｂ）に示す共振器２０は、長さが波長λに等しいＭＳＬ（マイクロストリップライン）２１と、ＭＳＬ２１に並列接続あるいは直列接続された可変リアクタンス素子２２とを有する。可変リアクタンス素子２２は、図２（ａ）における可変リアクタンス素子１２と同様に、図１における発振器３と結合する位置ｙ１に設けられている。発振アレー１００が共振器５として共振器２０を有する場合にも、発振器３及び発振器４は、発振器１及び発振器２が出力する発振信号と周波数が同一で、可変リアクタンス素子２２に印加される電圧に応じた量だけ位相が異なる発振信号を出力する。

【0024】

図２（ｃ）に示す共振器３０は、マイクロストリップ平面回路共振器３１と、マイクロストリップ平面回路共振器３１に形成されたスリットをまたぐように設けられている可変リアクタンス素子３２とを有する。スリットは、発振アレー１００における発振器１と発振器２とを結ぶ方向であるＸ方向が、発振器３と発振器４とを結ぶ方向であるＹ方向よりも長い長方形をしており、可変リアクタンス素子３２は、スリットの短手方向の両側に接続されている。この場合、可変リアクタンス素子３２が設けられていることにより、Ｙ方向の高周波電流の流れが阻害される。その結果、発振アレー１００が共振器５として共振器３０を有する場合にも、発振器３及び発振器４は、発振器１及び発振器２が出力する発振信号と周波数が同一で、可変リアクタンス素子３２に印加される電圧に応じた量だけ位相が異なる発振信号を出力する。

【0025】

図２（ｄ）に示す共振器４０は、半波長の結合スロットライン共振器４１と、可変リアクタンス素子４２とを有する。可変リアクタンス素子４２は、図２（ｄ）において実線の矢印で示されているＸ方向に生じる電界の腹の位置に設けられており、Ｘ方向に生じる電界に対応する発振信号の位相を変化させる。

【0026】

他方で、可変リアクタンス素子４２が設けられている位置は、図２（ｄ）において破線の矢印で示されているＹ方向に生じる電界の節の位置である。したがって、Ｙ方向に生じる電界に対応する発振信号の位相にほとんど影響を与えない。その結果、発振アレー１００が共振器５として共振器４０を有する場合にも、発振器３及び発振器４は、発振器１及び発振器２が出力する発振信号と周波数が同一で、可変リアクタンス素子４２に印加される電圧に応じた量だけ位相が異なる発振信号を出力する。

【0027】

図３は、図２（ａ）に示した共振器１０の変形例を示す図である。図３（ａ）の共振器１０ａは、図２（ａ）の共振器１０と同一である。図３（ｂ）の共振器１０ｂは、可変リアクタンス素子１２が設けられた位置ｙ１からスロットライン１１に沿ってλ／２だけ離れた位置ｙ２に設けられた可変リアクタンス素子１３を有する点で、共振器１０ａと異なる。可変リアクタンス素子１３は、可変リアクタンス素子１２と同一の容量を有する。

【0028】

共振器１０ｂが、図１における共振器５として用いられる場合、発振器３の発振信号が可変リアクタンス素子１２の影響を受け、発振器４の発振信号が可変リアクタンス素子１３の影響を受けることにより、それぞれ同一の位相だけシフトする。その結果、発振アレー１００においては、共振器１０ｂが用いられる場合においても、共振器１０ａが用いられる場合と同様に、発振器１及び発振器２と発振器３及び発振器４とが、それぞれ位相が異なり周波数が同一の発振信号を出力する。

【0029】

図３（ｃ）の共振器１０ｃは、可変リアクタンス素子１２が設けられた位置ｙ１からスロットライン１１に沿ってλ／４だけ離れた位置ｘ２、すなわち、図１に示した発振器１及び発振器２が発生する発振信号により生じる電界が最大となる位置に設けられた可変リアクタンス素子１４を有する点で、共振器１０ｂと異なる。可変リアクタンス素子１４の容量の可変範囲は、可変リアクタンス素子１２の容量及び可変リアクタンス素子１３の容量の可変範囲と異なっていてもよい。

【0030】

可変リアクタンス素子１４が設けられることにより、可変リアクタンス素子１４の容量に応じて、発振器１の発振信号及び発振器２の発振信号は、位相がシフトする。可変リアクタンス素子１４の可変容量範囲が、可変リアクタンス素子１２及び可変リアクタンス素子１３の可変容量範囲と異なる場合、発振器１の発振信号の位相及び発振器２の発振信号の位相を、発振器３の発振信号の位相及び発振器４の発振信号の位相と異なる範囲に調整することができる。

【0031】

図３（ｄ）の共振器１０ｄは、可変リアクタンス素子１４が設けられた位置ｙ１からスロットライン１１に沿ってλ／２だけ離れた位置ｘ１に設けられた可変リアクタンス素子１５を有する点で、共振器１０ｃと異なる。可変リアクタンス素子１５の可変容量範囲は、可変リアクタンス素子１４の可変容量範囲と等しい。共振器１０ｄが発振アレー１００における共振器５として用いられる場合も、共振器１０ｃと同様に動作する。

【0032】

図４は、複数の発振回路を共振器１０ａと結合させた場合における各発振信号の位相について説明する図である。図４に示す共振器１０ａにおいては、図中のｘ１、ｘ２、ｙ１、ｙ２のいずれかの位置において、発振回路と結合する。図４における発振器１０１、発振器１０２、発振器１０３、発振器１０４は、共振器１０ａと電界結合する発振回路である。また、図４における発振器１１２及び発振器１１４は、共振器１０ａと磁界結合する発振回路である。

【0033】

図４（ａ）における共振器１０ａは、位置ｘ１において発振器１０１と電界結合し、位置ｙ２において発振器１０４と電界結合している。発振器１０４は、共振器１０ａのスロットライン１１上における、発振器１０１が発生する発振信号により生じる電界が最小となる位置ｙ２において、共振器５と電界結合する。共振器１０ａにおける位置ｙ１に可変リアクタンス素子１２が設けられているので、発振器１０１が出力する発振信号の位相をθとすると、発振器１０４が出力する発振信号は、可変リアクタンス素子１２の影響を受けることでθに対して、可変リアクタンス素子１２に印加される電圧に応じたΔαだけ位相が変化し、θ±Δαになる。Δαの大きさは、可変リアクタンス素子１２に印加される電圧、すなわち、スロットライン１１の内側に印加される電圧に基づいて制御される。

【0034】

図４（ｂ）における共振器１０ａは、位置ｘ１において発振器１０１と電界結合している。また、共振器１０ａは、スロットライン１１における、発振器１０１が発生する発振信号により生じる磁界が最小となる位置ｘ２において、発振器１１２と磁界結合している。発振器１１２が出力する発振信号による電界が最大になる位置ｙ１に可変リアクタンス素子１２が設けられているので、発振器１０１が出力する発振信号の位相をθとすると、発振器１１２が出力する発振信号は、可変リアクタンス素子１２の影響を受けることでθに対してΔαだけ位相が変化し、θ±Δαになる。

【0035】

図４（ｃ）における共振器１０ａは、位置ｘ１において発振器１０１と電界結合し、位置ｘ２において発振器１０２と電界結合し、位置ｙ１において発振器１０３と電界結合し、位置ｙ２において発振器１０４と電界結合している。共振器１０ａにおける位置ｙ１に可変リアクタンス素子１２が設けられているので、発振器１０１が出力する発振信号の位相をθとすると、発振器１０３が出力する発振信号は、可変リアクタンス素子１２の影響を受けることでθに対してΔαだけ位相が変化する。そして、発振器１０３と相互同期している発振器１０４の位相は、θ±Δαになる。なお、すべての発振器を共振器１０ａと磁界結合しても同等の機能が実現できる。

【0036】

図４（ｄ）における共振器１０ａは、位置ｘ１において発振器１０１と電界結合し、位置ｘ２において発振器１１２と磁界結合し、位置ｙ１において発振器１０３と電界結合し、位置ｙ２において発振器１１４と磁界結合している。共振器１０ａにおける位置ｙ１に可変リアクタンス素子１２が設けられているので、発振器１０１が出力する発振信号の位相をθとすると、発振器１０３が出力する発振信号は、可変リアクタンス素子１２の影響を受けることでθに対してΔαだけ位相が変化する。また、発振器１１４が出力する発振信号の位相をθとすると、発振器１１２が出力する発振信号は、可変リアクタンス素子１２の影響を受けることでθに対してΔαだけ位相が変化する。

【0037】

＜第１実施例＞
図５は、第１実施例に係る発振アレー２００の構成を示す図である。発振アレー２００は、複数の発振器２０１（発振器２０１−１、発振器２０１−２、発振器２０１−３）と、それぞれの発振器２０１と電界結合する複数のスロットライン共振器５０（共振器５０−１、共振器５０−２）とを有する。

【0038】

発振器２０１は、細長いループ形状のスロットライン２１０と、スロットライン２１０に設けられたガンダイオード２１１及びガンダイオード２１２とを有する。スロットライン２１０の内側に電圧が印加されると、ガンダイオード２１１及びガンダイオード２１２が発振することにより、周波数ｆ₀の発振信号が出力される。発振信号の波長をλとした場合に、スロットライン２１０の周長は３λである。

【0039】

共振器５０は、ループ形状のスロットライン５１と、スロットライン５１に設けられた可変リアクタンス素子５２とを有する。スロットライン５１の周長はλであり、位置ａと位置ｂ、位置ｂと位置ｃ、位置ｃと位置ｄ、位置ｄと位置ａのスロットライン５１に沿った距離は、それぞれλ／４である。位置ｂに設けられた可変リアクタンス素子５２は、発振器２０１−１と共振器５０とがマイクロストリップライン５３を介して電界結合する位置ａからλ／４の位置、すなわち電界の節の位置にあるので、発振器２０１−１が出力する発振信号の位相には影響を与えない。

【0040】

他方、可変リアクタンス素子５２は、発振器２０１−２と共振器５０とがマイクロストリップライン５４を介して電界結合する位置ｄからλ／２の位置、すなわち電界の腹の位置にあるので、発振器２０１−２が出力する発振信号の位相に影響を与える。その結果、発振器２０１−１が出力する発振信号の位相をθとすると、発振器２０１−２が出力する発振信号の位相はθ±Δα１になる。Δα１は、共振器５０−１のスロットライン５１の内側に印加される電圧に応じて定まる。同様の理由で、発振器２０１−３が出力する発振信号の位相はθ±Δα１±Δα２になる。Δα２は、共振器５０−２のスロットライン５１の内側に印加される電圧に応じて定まる。そして、複数の発振器２０１は、それぞれが同一の偏波の電波を放射するアンテナとして機能する。
このように、発振アレー２００は、周波数が同一で、共振器５０に印加される電圧に応じて位相が異なる複数の発振信号を出力することができる。

【0041】

＜第２実施例＞
図６は、第２実施例に係る発振アレー３００の構成を示す図である。発振アレー３００は、複数の発振器３０１（発振器３０１−１、発振器３０１−２）と、発振器３０２と、複数の共振器６０（共振器６０−１、共振器６０−２）とを有する。共振器６０−１は、位置ａにおいて発振器３０１−１と磁界結合し、位置ｂにおいて発振器３０２とマイクロストリップライン６３を介して電界結合する。また、共振器６０−２は、位置ａにおいて発振器３０２と電界結合し、位置ｂにおいて発振器３０１−２と磁界結合する。

【0042】

共振器６０は、図２（ａ）に示した共振器１０と同等であり、円形状のスロットライン６１と、スロットライン６１に設けられた可変リアクタンス素子６２とを有する。スロットライン６１の周長は、発振器３０１が出力する発振信号の波長λに等しい。

【0043】

発振器３０１は、細長いループ形状のスロットライン３１０と、スロットライン３１０に設けられたガンダイオード３１１及びガンダイオード３１２を有する。発振信号の波長をλとした場合に、スロットライン３１０の周長は２λである。スロットライン３１０の内側に電圧が印加されると、ガンダイオード３１１及びガンダイオード３１２が発振することにより、周波数ｆ₀の発振信号が出力される。発振器３０１−１においては、共振器６０−１の位置ａの近傍において電界が最小になるので、共振器６０−１と磁界結合する。

【0044】

発振器３０２は、細長いループ形状のスロットライン３２０と、スロットライン３２０に設けられたガンダイオード３２１及びガンダイオード３２２を有する。発振信号の波長をλとした場合に、スロットライン３２０の周長は３λである。スロットライン３２０の内側に電圧が印加されると、ガンダイオード３２１及びガンダイオード３２２が発振することにより、周波数ｆ₀の発振信号が出力される。発振器３０２においては、共振器６０−１の位置ｂの近傍で電界が最大になるので、マイクロストリップライン６３を介して共振器６０−１と電界結合する。

【0045】

発振器３０１−１、共振器６０−１、及び発振器３０２の関係は、図４（ｂ）に示した関係と同等であり、発振器３０１−１が出力する発振信号の位相をθとすると、発振器３０２が出力する発振信号の位相はθ±Δα１になる。Δα１は、共振器６０−１のスロットライン６１の内側に印加される電圧に応じて定まる。同様の理由で、発振器３０１−２が出力する発振信号の位相はθ±Δα１±Δα２になる。Δα２は、共振器６０−２のスロットライン６１の内側に印加される電圧に応じて定まる。そして、複数の発振器３０１−１及び発振器３０１−２は、それぞれが同一の偏波の電波を放射するアンテナとして機能する。このように、発振アレー３００は、周波数が同一で、共振器６０に印加される電圧に応じて位相が異なる複数の発振信号を出力することができる。

【0046】

＜第３実施例＞
図７は、第３実施例に係る発振アレー４００の構成を示す図である。発振アレー４００は、複数の発振器４０１と、それぞれの発振器４０１と電界結合する複数の共振器５０とを有する。

【0047】

発振器４０１は、細長いループ形状のスロットライン４１０と、スロットライン４１０に設けられた複数のガンダイオードとを有する。スロットライン４１０の内側に電圧を印加することによりそれぞれのガンダイオードが発振し、矢印で示す位相同期の電界が生じる。その結果、それぞれの発振器４０１は、スロットアレーアンテナとして機能する。

【0048】

共振器５０は、第１実施例に係る発振アレー２００における共振器５０と同一の構成を有している。共振器５０−１は、位置ａにおいて発振器４０１−１とマイクロストリップライン５３を介して電界結合し、位置ｄにおいて発振器４０１−２とマイクロストリップライン５４を介して電界結合する。位置ａと可変リアクタンス素子５２が設けられている位置ｂとの距離はλ／４なので、可変リアクタンス素子５２は、発振器４０１−１の発振信号にほとんど影響を与えない。他方、位置ｄと位置ｂとの距離はλ／２なので、可変リアクタンス素子５２は、発振器４０１−２の発振信号に影響を与え、発振器４０１−２の発振信号の位相は、発振器４０１−１の発振信号の位相に対して、共振器５０に印加される電圧に応じたΔα１だけシフトする。

【0049】

同様に、発振器４０１−３の発振信号の位相は、発振器４０１−２の発振信号の位相に対してΔα２だけシフトする。そして、複数の発振器４０１は、それぞれが同一の偏波の電波を放射するアンテナとして機能する。
このようにして、発振アレー４００は、周波数が同一で、それぞれ位相を調整可能な複数の発振信号を出力することができる。すなわち、発振アレー４００は、それぞれの位相が異なるビームを放射する複数のアンテナを有することと等価なので、ビームの向きが可変のアンテナ機能内蔵型の発振アレーを実現することができる。

【0050】

＜第４実施例＞
図８は、第４実施例に係る発振アレー５００の構成を示す図である。発振アレー５００は、図５に示した発振アレー２００と、発振アレー２００と電磁結合されるアンテナアレー６００とを有する。アンテナアレー６００は、発振器２０１−１と電磁結合されるアンテナアレー６０１−１、発振器２０１−２と電磁結合されるアンテナアレー６０１−２、及び発振器２０１−３と電磁結合されるアンテナアレー６０１−３を有する。それぞれのアンテナアレー６０１−１、６０１−２、６０１−３は、互いに電磁結合される、複数の発振器６０２を有する。発振器６０２は、図６に示した発振器３０１と同一の構成である。

【0051】

発振アレー２００とアンテナアレー６００とが電磁結合することにより、発振器２０１−１、発振器２０１−２、発振器２０１−３のそれぞれが発生する発振信号に同期した電界が、アンテナアレー６０１−１、６０１−２、６０１−３に発生する。アンテナアレー６０１−１、６０１−２、６０１−３は、発振器２０１−１、２０１−２、２０１−３が発生する電界を、複数の発振器６０２で同期発振して放射する。そして、複数の発振器６０２は、それぞれが同一の偏波の電波を放射するアンテナとして機能する。発振器２０１−１、２０１−２、２０１−３が発生する発振信号間の位相差は、それぞれ共振器５０−１及び共振器５０−２に印加される電圧に基づいて定められる。したがって、発振アレー５００は、共振器５０−１及び共振器５０−２に印加される電圧に基づいて制御される位相差を有する複数のビームそれぞれに同期発振して放射することができる。

【0052】

＜第５実施例＞
図９は、第５実施例に係る発振アレー７００の構成を示す図である。発振アレー７００では、直線状のスロットライン７０１、７０２、７０３、７０４、７０５、７０６のそれぞれに複数のガンダイオードが設けられた複数の発振回路が平行に配置されている。

【0053】

また、隣接する２つのスロットラインの端部の近傍には、共振器５０が設けられており、各スロットラインと共振器５０とは、磁界結合する。具体的には、スロットライン７０１及びスロットライン７０２端部の近傍には共振器５０−１が設けられており、共振器５０−１が、スロットライン７０１及びスロットライン７０２と磁界結合する。スロットライン７０２及びスロットライン７０３の端部の近傍には共振器５０−２が設けられており、共振器５０−２が、スロットライン７０２及びスロットライン７０３と磁界結合する。以下、同様に、共振器５０−３、共振器５０−４、共振器５０−５が設けられている。

【0054】

共振器５０−１と、スロットライン７０１及びスロットライン７０２との関係は、図４（ｄ）における共振器１０ａと、発振器１１２及び発振器１１４との関係に対応する。すなわち、スロットライン７０１が発生する発振信号の位相をθ、周波数をｆ₀とすると、スロットライン７０２が発生する発振信号は、位相がθ±Δαで周波数がｆ₀である。ここで、Δαは、共振器５０−１に印加される制御電圧に基づいて定められる。同様に、それぞれの発振回路が発生する発振信号と隣接する発振回路が発生する発振信号との間には、対応する共振器５０に印加される制御電圧に基づいて定められる位相差が生じる。そして、スロットライン７０１〜７０６は、それぞれが同一の偏波の電波を放射するアンテナとして機能する。
このように、発振アレー７００の構成においても、周波数が同一で、それぞれ位相を調整可能な複数の発振信号を出力することができる。したがって、発振アレー７００は、ビーム指向性可変の発振・アンテナ機能複合のＲＦモジュールとして機能する。

【0055】

［本実施形態における効果］
本実施形態においては、縮退共振波動場と２〜４個の発振波動場を電磁結合するとともに、可変リアクタンス素子などを用いて共振器の縮退を摂動制御することによって、発振器の相互同期と位相差可変制御とを行うことができる。４個までの発振器を電界・磁界結合して制御することが可能なので、２次元発振アレー化も容易である。また、発振系とアンテナ系を一体集積化することにより、２次元ビームステアリング送信モジュールを構築することも容易である。発振器の構造及び数、その電界・磁界インターフェイス、リアクタンス素子の種類、直交共振器の構造の組み合わせにより、柔軟性に富む多種多様な構成を実現することができる。

【0056】

以上、ＲＦ素子としてガンダイオードによる実施の形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0057】

１、２、３、４ 発振器
５、１０、２０、３０、４０、５０、６０ 共振器
１１ スロットライン
１２、１３、１４、１５ 可変リアクタンス素子
２１ マイクロストリップライン
２２ 可変リアクタンス素子
３１ マイクロストリップ平面回路共振器
３２、４２、５２、６２ 可変リアクタンス素子
４１ 結合スロットライン共振器
５１、６１ スロットライン
１００、２００、３００、４００、５００、７００ 発振アレー
１０１、１０２、１０３、１０４、１１２、１１４ 発振器
２０１、３０１、３０２、４０１ 発振器
２１０、３１０、３２０、４１０ スロットライン
２１１、２１２、３１１、３１２、３２１、３２２ ガンダイオード
６００、６０１ アンテナアレー
７０１、７０２、７０３、７０４、７０５、７０６ スロットライン
９００ 発振回路
９１０、９２０ 発振器
９１１、９２１ マイクロストリップラインリング共振器
９１２、９１３、９２２、９２３ 負性抵抗回路
９３０ 結合器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】