JP2018037928A

JP2018037928A - Waveguide type variable phase shifter and waveguide slot array antenna device

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Publication number: JP2018037928A
Application number: JP2016170640A
Authority: JP
Inventors: 紀平　一成; Kazunari Kihira; 一成紀平; 水野　友宏; Tomohiro Mizuno; 友宏水野; 智宏高橋; Tomohiro Takahashi; 佐々木　拓郎; Takuo Sasaki; 拓郎佐々木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-09-01
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2036-09-01
Also published as: JP6565838B2

Abstract

【課題】電磁波の位相高速に変化させる導波管型移相器、および電磁波のビームを高速に指向させる導波管スロットアレーアンテナ装置を得る。【解決手段】電磁波が伝送される導波管部と、前記導波管部を伝送される電磁波の位相を調整する複数の位相調整部とを備えた導波管型可変移相器であって、前記導波管部は、壁面に、入力側から出力側に向けて配列された複数の結合スロットが形成され、前記位相調整部は、前記結合スロットが絶縁性の開口となる導電性のキャビティと、前記結合スロットにおける前記入力側に形成された一方の端子と、前記結合スロットにおける前記出力側に形成された他方の端子と、前記一方の端子と前記他方の端子とに接続され前記一方の端子と前記他方の端子との間が電気的に接続している導通状態と電気的に接続していない非導通状態とを切り換える切換部とを有する。【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a waveguide type phase shifter for changing the phase of an electromagnetic wave at a high speed and a waveguide slot array antenna device for directing a beam of the electromagnetic wave at a high speed. A waveguide-type variable phase shifter comprising a waveguide section that transmits electromagnetic waves and a plurality of phase adjustment sections that adjust the phase of electromagnetic waves transmitted through the waveguide sections. The waveguide section is formed with a plurality of coupling slots arranged on the wall surface from the input side to the output side, and the phase adjusting section includes a conductive cavity in which the coupling slot serves as an insulating opening. And one terminal formed on the input side in the coupling slot, the other terminal formed on the output side in the coupling slot, and the one terminal and the other terminal. And a switching unit that switches between a conductive state in which the terminal and the other terminal are electrically connected and a non-conductive state in which the terminal is not electrically connected. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、導波管型の伝送線路を伝送される電磁波の位相を変化させる導波管型可変移相器、およびその導波管型可変移相器を用いた導波管型スロットアレーアンテナ装置に関するものである。 The present invention relates to a waveguide-type variable phase shifter that changes the phase of an electromagnetic wave transmitted through a waveguide-type transmission line, and a waveguide-type slot array antenna using the waveguide-type variable phase shifter. It relates to the device.

航空機や船舶、自動車等の様々な移動体に搭載する無線システムでは、自他の移動体の移動や、通信相手の切換等に応じて所望の方向に高速で電子ビームを指向させることができるアレーアンテナの有用性が高まっている。所望の方向に高速で電子ビームを指向させることが可能なアレーアンテナとしては、アレーアンテナを構成するそれぞれの素子アンテナを、移相器を含む高周波モジュールで励振する構成のアクティブフェーズドアレーアンテナが知られている。アクティブフェーズドアレーアンテナは、高周波モジュールによりそれぞれの素子アンテナから放射する電磁波の位相を所望の移相量だけ高速に制御することができるため、所望の方向に高速で電子ビームを指向させることができる。しかし、アクティブフェーズドアレーアンテナは、多数の高周波モジュールを必要とすることから、高価なものとなり易いことが、普及への課題となっている。また、アクティブフェーズドアレーアンテナは、多数の高周波モジュールが存在することや、多数の高周波モジュールが発生する熱を冷却する冷却システムも必要とすることにより、アンテナ装置自体が大規模なものになり易い。このため、任意のビーム指向が可能でありながら、アクティブフェーズドアレーアンテナに比べて安価で、かつ小規模なアレーアンテナが必要となっている。 In a wireless system mounted on various moving bodies such as aircraft, ships, and automobiles, an array that can direct an electron beam at a high speed in a desired direction according to the movement of its own or other moving bodies or the switching of a communication partner. The usefulness of antennas is increasing. As an array antenna capable of directing an electron beam at a high speed in a desired direction, an active phased array antenna having a configuration in which each element antenna constituting the array antenna is excited by a high frequency module including a phase shifter is known. ing. Since the active phased array antenna can control the phase of the electromagnetic wave radiated from each element antenna by the high-frequency module at a high speed by a desired amount of phase shift, the electron beam can be directed at a high speed in a desired direction. However, since active phased array antennas require a large number of high-frequency modules, it tends to be expensive, which is a problem for widespread use. In addition, the active phased array antenna has a large number of high-frequency modules and a cooling system that cools the heat generated by the large number of high-frequency modules, so that the antenna device itself tends to be large. For this reason, an arbitrary and small beam orientation is possible, but an inexpensive and small-scale array antenna is required as compared with the active phased array antenna.

これに対し、安価かつ小規模なアレーアンテナとしては、導波管スロットアレーアンテナがある。導波管スロットアレーアンテナは、導波管に設けた複数のスロットをアンテナ素子として、それぞれのスロットから電磁波を送受信してビームを形成するものである。導波管型スロットアレーアンテナを使用すると、構造として簡単な上に、複数の高周波モジュールを必要としないため、小規模かつ安価なアレーアンテナを得ることができる。また、導波管型スロットアレーアンテナは、給電に導波管を使用しているため、低損失で送受信ができるという利点もある。また、導波管スロットアレーアンテナは、導波管がアンテナ素子と給電部とを兼ねるため、アレーアンテナ全体が薄くなるという利点もあり、移動体に搭載する上では、利点が多い。しかし、導波管では、伝送する電磁波に対して位相の制御を行うことは、困難である。このため、導波管スロットアレーアンテナでは、安価、小型等の利点がある反面、所望の方向に高速で電子ビームを指向させることが課題となる。つまり、導波管に、電磁波を伝送するとともに伝送する電磁波に高速で所望の量の移相を行う機能を持たせることが課題となる。 On the other hand, there is a waveguide slot array antenna as an inexpensive and small-scale array antenna. A waveguide slot array antenna uses a plurality of slots provided in a waveguide as antenna elements to form a beam by transmitting and receiving electromagnetic waves from each slot. When the waveguide type slot array antenna is used, the structure is simple and a plurality of high frequency modules are not required, so that a small and inexpensive array antenna can be obtained. Further, the waveguide type slot array antenna has an advantage that transmission and reception can be performed with low loss since a waveguide is used for feeding. In addition, the waveguide slot array antenna has an advantage that the entire array antenna becomes thin because the waveguide serves as both an antenna element and a feeding portion, and there are many advantages in mounting on a mobile object. However, in a waveguide, it is difficult to control the phase of the electromagnetic wave to be transmitted. For this reason, the waveguide slot array antenna has advantages such as low cost and small size, but it is a problem to direct the electron beam at a high speed in a desired direction. In other words, it becomes a problem to provide the waveguide with a function of transmitting an electromagnetic wave and performing a desired amount of phase shift on the transmitted electromagnetic wave at high speed.

導波管により電磁波の移相を行う従来の技術としては、スロットアレーアンテナで伝送される電磁波の波長を変化させることにより、それぞれのスロットから漏れ出す電磁波の間に所望の位相差を持たせる技術がある（例えば、非特許文献１参照）。また、アレーアンテナを上側の電磁波を放射する金属板とコルゲート溝構造を設けた下側の金属板との２層構造にして、その間を伝搬する平行平板モードを利用し、上下層を機械的に回転させることで、給電点から放射素子までの経路長を変化させて位相制御を行う技術（例えば、特許文献１参照）がある。 As a conventional technique for phase shifting of electromagnetic waves by a waveguide, a technique for changing a wavelength of electromagnetic waves transmitted by a slot array antenna to give a desired phase difference between electromagnetic waves leaking from the respective slots. (For example, refer nonpatent literature 1). In addition, the array antenna has a two-layer structure of a metal plate that emits electromagnetic waves on the upper side and a lower metal plate that is provided with a corrugated groove structure, and a parallel plate mode that propagates between them is used to mechanically move the upper and lower layers. There is a technique for performing phase control by changing the path length from a feeding point to a radiating element by rotating (see, for example, Patent Document 1).

米国特許第６９１９８５４号明細書U.S. Patent No. 6919854

Takaoki Ikeda, Kunio Sakakibara,“Beam-Scanning Performance of Leaky-Wave Slot-Array Antenna on Variable Stub-Loaded Left-Handed Waveguide,” IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 56, NO. 12, DECEMBER 2008Takaoki Ikeda, Kunio Sakakibara, “Beam-Scanning Performance of Leaky-Wave Slot-Array Antenna on Variable Stub-Loaded Left-Handed Waveguide,” IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 56, NO. 12, DECEMBER 2008

しかし、非特許文献１の技術では、位相を変化させるために、伝送する電磁波の周波数を変化させるため、使用する電磁波の周波数が無線システムで制限されている条件の下では、位相を変化させることができないという課題がある。このため、非特許文献１の技術を用いてアレーアンテナを構成しても、無線システムとして使用する電磁波の周波数が決められている状況では、任意の方向に電子ビームを指向させることができないという課題がある。また、特許文献１に記載の技術では、導波管を伝送される電磁波の位相を変化させるために、金属板を機械的に回転させる駆動機能を必要とする。このため、位相を調整するための構造が大規模なものとなり、また、高速で位相を変化させることが困難である。このため、特許文献１の技術を用いてアレーアンテナを構成しても、高速で電子ビームを指向させることは困難であるという課題がある。 However, in the technique of Non-Patent Document 1, in order to change the phase, the frequency of the electromagnetic wave to be transmitted is changed, so that the phase is changed under the condition that the frequency of the electromagnetic wave to be used is limited by the wireless system. There is a problem that cannot be done. For this reason, even if the array antenna is configured by using the technique of Non-Patent Document 1, in a situation where the frequency of the electromagnetic wave used as the wireless system is determined, the electron beam cannot be directed in an arbitrary direction. There is. The technique described in Patent Document 1 requires a drive function for mechanically rotating the metal plate in order to change the phase of the electromagnetic wave transmitted through the waveguide. For this reason, the structure for adjusting the phase becomes large, and it is difficult to change the phase at high speed. For this reason, even if an array antenna is configured using the technique of Patent Document 1, it is difficult to direct an electron beam at high speed.

この発明は、上記のような課題を解決するためにされたもので、伝送される電磁波の位相を高速に変化させることができる導波管型移相器、および電子ビームを所望の方向に高速に指向させることができる導波管スロットアレーアンテナ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. A waveguide type phase shifter capable of changing the phase of transmitted electromagnetic waves at high speed, and an electron beam in a desired direction at high speed. An object of the present invention is to provide a waveguide slot array antenna device that can be directed to the antenna.

この発明に係る導波管型可変移相器は、電磁波が伝送される導波管部と、前記導波管部を伝送される電磁波の位相を調整する複数の位相調整部とを備えた導波管型可変移相器であって、前記導波管部は、壁面に、入力側から出力側に向けて配列された複数の結合スロットが形成され、前記位相調整部は、前記結合スロットが絶縁性の開口となる導電性のキャビティと、前記結合スロットにおける前記入力側に形成された一方の端子と、前記結合スロットにおける前記出力側に形成された他方の端子と、前記一方の端子と前記他方の端子とに接続され前記一方の端子と前記他方の端子との間が電気的に接続している導通状態と電気的に接続していない非導通状態とを切り換える切換部とを有するものである。 A waveguide type variable phase shifter according to the present invention includes a waveguide unit that transmits electromagnetic waves and a plurality of phase adjustment units that adjust the phase of the electromagnetic waves transmitted through the waveguide unit. In the wave tube type variable phase shifter, a plurality of coupling slots arranged from the input side to the output side are formed on the wall surface of the waveguide unit, and the phase adjustment unit includes the coupling slot. A conductive cavity serving as an insulating opening; one terminal formed on the input side in the coupling slot; the other terminal formed on the output side in the coupling slot; the one terminal; And a switching unit that is connected to the other terminal and switches between a conductive state in which the one terminal and the other terminal are electrically connected to each other and a non-conductive state in which the terminal is not electrically connected. is there.

この発明に係る導波管スロットアレーアンテナ装置は、前記導波管型可変移相器を備えた導波管スロットアレーアンテナであって、前記導波管部は、前記結合スロットが設けられた部分以外の壁面に電磁波を放射する複数の放射スロットが形成されたことを特徴とするものである。 A waveguide slot array antenna apparatus according to the present invention is a waveguide slot array antenna including the waveguide type variable phase shifter, wherein the waveguide portion is a portion provided with the coupling slot. A plurality of radiation slots for radiating electromagnetic waves are formed on the other wall surfaces.

以上のように、この発明によれば、伝送される周波数の電磁波に対して高速に位相を調整できる導波管型可変移相器、および、電磁波のビームを高速で指向されることができる導波管スロットアレーアンテナ装置を得ることができる。 As described above, according to the present invention, the waveguide type variable phase shifter capable of adjusting the phase at high speed with respect to the electromagnetic wave having the transmitted frequency, and the waveguide capable of directing the electromagnetic wave beam at high speed. A wave tube slot array antenna apparatus can be obtained.

この発明の実施の形態１に係る導波管型可変移相器の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the waveguide type variable phase shifter which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１に係る導波管型可変移相器の内部を示す図である。It is a figure which shows the inside of the waveguide type variable phase shifter which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１に係る導波管型可変移相器の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the waveguide type variable phase shifter which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１に係る導波管型可変移相器の電磁波の位相を変化させる原理を示す図である。It is a figure which shows the principle which changes the phase of the electromagnetic waves of the waveguide type variable phase shifter which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１に係る導波管型可変移相器の他の構成の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of the other structure of the waveguide type variable phase shifter which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態２に係る導波管型可変移相器の内部を示す図である。It is a figure which shows the inside of the waveguide type variable phase shifter which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態２に係る導波管型可変移相器の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the waveguide type variable phase shifter which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態２に係る導波管型可変移相器の切換部付近の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the switching part vicinity of the waveguide type variable phase shifter which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態３に係る導波管スロットアレーアンテナの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the waveguide slot array antenna which concerns on Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態４に係る導波管スロットアレーアンテナの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the waveguide slot array antenna which concerns on Embodiment 4 of this invention.

図１は、この発明の実施の形態１に係る導波管型可変移相器の構成を示す斜視図である。導波管型可変移相器１０００は、導波管部１０と、位相調整部２０を備えている。図１においては、導波管部１０には、「ＩＮＰＵＴ」と記載した部分から電磁波が入力され、「ＯＵＴＰＵＴ」と記載した部分より電磁波が出力される。導波管１０においては、「ＩＮＰＵＴ」に近い側が、入力側であり、「ＯＵＴＰＵＴ」に近い側が、出力側である。導波管部１０の電磁波が伝送される方向（以下、伝送方向という）をＸ方向とする。Ｙ方向、Ｚ方向は、それぞれ伝送方向であるＸ方向に交差する方向である。導波管部１０と位相調整部２０の境界はＸＹ平面と平行であり、導波管部１０と位相調整部２０とは、Ｚ方向に並ぶ構成となっている。また、導波管部１０内部の壁面については、Ｚ方向を正面方向として、−Ｚ方向を背面方向、Ｙ方向及び−Ｙ方向を、側面方向とする。このように、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向を定めても一般性を失うものではない。導波管型可変移相器１０００は、導波管部１０をＸ方向に伝送される電磁波の位相を、位相調整部２０により変化させる。 FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a waveguide variable phase shifter according to Embodiment 1 of the present invention. The waveguide type variable phase shifter 1000 includes a waveguide unit 10 and a phase adjustment unit 20. In FIG. 1, an electromagnetic wave is input to the waveguide portion 10 from a portion described as “INPUT”, and an electromagnetic wave is output from a portion described as “OUTPUT”. In the waveguide 10, the side close to “INPUT” is the input side, and the side close to “OUTPUT” is the output side. The direction in which the electromagnetic wave of the waveguide section 10 is transmitted (hereinafter referred to as the transmission direction) is defined as the X direction. The Y direction and the Z direction are directions that intersect the X direction, which is the transmission direction. The boundary between the waveguide unit 10 and the phase adjustment unit 20 is parallel to the XY plane, and the waveguide unit 10 and the phase adjustment unit 20 are arranged in the Z direction. Moreover, about the wall surface inside the waveguide part 10, let Z direction be a front direction, let -Z direction be a back direction, and let Y direction and -Y direction be a side direction. Thus, even if the X, Y, and Z directions are determined, generality is not lost. The waveguide type variable phase shifter 1000 changes the phase of the electromagnetic wave transmitted through the waveguide unit 10 in the X direction by the phase adjustment unit 20.

図１において、導波管部１０は、正面導体面１１の伝送方向に沿った他方の端に接続する第１側面導体面１２と、正面導体面１１と対向し、伝送方向に沿った一方の端が第１側面導体面１２と接続し、伝送方向に沿った他方の端が第２側面導体面１３と接続する背面導体面１４とを備えている。正面導体面１１、第１側面導体面１２、第２側面導体面１３、および背面導体面１４は、それぞれが導体部１０の内部の空間に向かう、導体で構成された面（以下、導体面という）である。 In FIG. 1, the waveguide portion 10 is opposite to the first side conductor surface 12 connected to the other end along the transmission direction of the front conductor surface 11 and the front conductor surface 11. An end is connected to the first side conductor surface 12, and the other end along the transmission direction is provided with a back conductor surface 14 connected to the second side conductor surface 13. The front conductor surface 11, the first side conductor surface 12, the second side conductor surface 13, and the back conductor surface 14 are surfaces composed of conductors (hereinafter referred to as “conductor surfaces”) that respectively go to the space inside the conductor portion 10. ).

図１において、導波管部１０は、その壁面である背面導体面１４に、入力側から出力側に向けて配列された複数の結合スロット２１が形成されている。結合スロット２１は、導波管部１０の壁面に設けられた穴、または、導波管部１０の壁面の導体が穴の形に欠けている部分である。結合スロット２１は、導波管部１０と位相調整部２０とを結合させるものである。図１においては、導波管部１０が対向する２組の導体の壁面を有し、断面が長方形となる矩形導波管である例を示しているが、導波管部１０は、矩形導波管以外でも構わない。導波管部１０は、例えば円形の導波管等でも良い。また、結合スロット２１についても、図１のような矩形導波管のどの導体面に設けられていても良いし、複数の導体面に設けられていても良い。また、円形等の導波管の壁面の一部の方向の壁面に設けられていても、全周の壁面に設けられていても良い。 In FIG. 1, the waveguide section 10 has a plurality of coupling slots 21 arranged from the input side to the output side on the back conductor surface 14 which is the wall surface. The coupling slot 21 is a hole provided in the wall surface of the waveguide portion 10 or a portion where the conductor on the wall surface of the waveguide portion 10 is lacking in the shape of the hole. The coupling slot 21 couples the waveguide unit 10 and the phase adjustment unit 20. FIG. 1 shows an example in which the waveguide section 10 is a rectangular waveguide having two sets of opposing wall surfaces and a rectangular cross section. However, the waveguide section 10 is a rectangular waveguide. It may be other than a wave tube. The waveguide unit 10 may be, for example, a circular waveguide. Also, the coupling slot 21 may be provided on any conductor surface of the rectangular waveguide as shown in FIG. 1 or may be provided on a plurality of conductor surfaces. Moreover, even if it is provided in the wall surface of the one part direction of the wall surface of waveguides, such as circular, you may provide in the wall surface of a perimeter.

位相調整部２０は、キャビティ２２と端子２３、２４と切換部２５とを備えている。キャビティ２２は、結合スロット２１が絶縁性の開口となっている。すなわち、キャビティ２２の開口部である結合スロット２１は、導体が穴の形に欠けている状態であれば良い。キャビティ２２は、背面導体面１４と連続した導体であり、背面導体面１４から、正面導体面１１に向かう方向（Ｚ方向）とは反対側に、決められた溝深さだけ凹んでいる。キャビティ２２は、空洞であっても、絶縁物（誘電体）が形成されていても良い。背面導体面１４は、キャビティ２２によって、導波管部１０を伝送される電磁波の入力側と出力側とに分けられている。キャビティ２２の深さは、導波管部１０により伝送される電磁波の管内波長の２分の１以下となっている。 The phase adjustment unit 20 includes a cavity 22, terminals 23 and 24, and a switching unit 25. In the cavity 22, the coupling slot 21 is an insulating opening. That is, the coupling slot 21 which is the opening of the cavity 22 may be in a state where the conductor is lacking in the shape of the hole. The cavity 22 is a conductor that is continuous with the back conductor surface 14, and is recessed by a predetermined groove depth on the side opposite to the direction (Z direction) from the back conductor surface 14 toward the front conductor surface 11. The cavity 22 may be a cavity or an insulator (dielectric) may be formed. The back conductor surface 14 is divided by the cavity 22 into an input side and an output side of electromagnetic waves transmitted through the waveguide portion 10. The depth of the cavity 22 is equal to or less than half of the in-tube wavelength of the electromagnetic wave transmitted by the waveguide unit 10.

図２は、導波管型可変移相器１０００の内部をＺ方向から見た図である。背面導体面１４の結合スロット２１が設けられている部分には、２つの端子２３，２４と、この端子２３，２４と接続する切換部２５が設けられている。端子２３は、結合スロット２１における導波管部１０の入力側に設けられた端子である。端子２４は、結合スロット２１における導波管部１０の出力側に設けられた端子である。切換部２５は、端子２３および端子２４に接続し、端子２３と端子２４の間が電気的に接続している導通状態と電気的に接続していない非導通状態とで切り換えるものである。位相調整部２０は、結合スロット２１毎に設けられている。すなわち、位相調整部２０は、導波管型可変移相器１０００の入力側から出力側に向けて複数設けられている。 FIG. 2 is a view of the inside of the waveguide type variable phase shifter 1000 as seen from the Z direction. In the portion of the back conductor surface 14 where the coupling slot 21 is provided, two terminals 23 and 24 and a switching unit 25 connected to the terminals 23 and 24 are provided. The terminal 23 is a terminal provided on the input side of the waveguide unit 10 in the coupling slot 21. The terminal 24 is a terminal provided on the output side of the waveguide section 10 in the coupling slot 21. The switching unit 25 is connected to the terminal 23 and the terminal 24, and switches between a conductive state in which the terminal 23 and the terminal 24 are electrically connected and a non-conductive state in which the terminal 23 and the terminal 24 are not electrically connected. The phase adjustment unit 20 is provided for each coupling slot 21. That is, a plurality of phase adjusting units 20 are provided from the input side to the output side of the waveguide type variable phase shifter 1000.

制御部３０は、それぞれの切換部２５の導通状態と非道通状態との切り換えを独立に制御する。制御部３０は、電子回路や電子計算機などにより構成される。制御部３０が出力する制御信号は、制御信号伝送部４０が、それぞれの切換部２５に伝送する。制御信号伝達部４０としては、例えば、切換部２５毎に、接地レベルなどの基準電位に対する電圧信号を伝達する１本の信号線を設けても良く、また、切換部２５毎に一組の差動信号を伝達する２本の信号線などを設けて良い。また、制御信号伝達部４０は、例えば、切換部２５毎に、基準電位と基準電位に対する電圧信号を伝送する２本の信号線であっても良い。制御部３０は、制御信号伝達部４０を介して、複数の切換部２５を独立に高速で制御する。 The control unit 30 independently controls switching of each switching unit 25 between the conduction state and the non-passing state. The control unit 30 is configured by an electronic circuit, an electronic computer, or the like. The control signal output from the control unit 30 is transmitted to each switching unit 25 by the control signal transmission unit 40. As the control signal transmission unit 40, for example, one signal line for transmitting a voltage signal with respect to a reference potential such as a ground level may be provided for each switching unit 25, and one set of differences is provided for each switching unit 25. Two signal lines or the like for transmitting a motion signal may be provided. The control signal transmission unit 40 may be, for example, two signal lines that transmit a reference potential and a voltage signal with respect to the reference potential for each switching unit 25. The control unit 30 independently controls the plurality of switching units 25 at high speed via the control signal transmission unit 40.

図３は、図１に示した導波管型可変移相器１０００のＸＺ平面における構成を示したものである。図３は、図２のＡ−Ａの位置における断面を示している。制御信号伝送部４０は、それぞれの切換部２５と接続されている。また、制御信号伝送部４０は、導波管部１０内を伝送される電磁波による影響を避けるため、背面導体面１４の正面導体面１１に向かう側とは反対側に、背面導体面１４から絶縁されて設けられている。なお、制御信号伝達部４０としては、導波管部１０内を伝送される電磁波の影響を受けないこと、背面導体面１４から絶縁されていることが満足されれば良い。このため、制御信号伝送部４０は、図３の構成に限らず、導波管部１０の壁面より外側に設けられる。このため、例えば、図３の構成の他に、正面導体面１１、第１側面導体面１２、または第２側面導体面１３のいずれかの導体面より導波管部１０の外側に配置しても良いし、背面導体面１４などのいずれかの導体面を構成する導体をくり抜き、くり抜いた中に制御信号伝達部４０を通すようにしても良い。 FIG. 3 shows a configuration of the waveguide type variable phase shifter 1000 shown in FIG. 1 in the XZ plane. FIG. 3 shows a cross section at the position AA in FIG. The control signal transmission unit 40 is connected to each switching unit 25. Further, the control signal transmission unit 40 is insulated from the back conductor surface 14 on the side opposite to the side facing the front conductor surface 11 of the back conductor surface 14 in order to avoid the influence of the electromagnetic wave transmitted through the waveguide portion 10. Has been provided. The control signal transmission unit 40 only needs to satisfy that it is not affected by electromagnetic waves transmitted through the waveguide unit 10 and is insulated from the back conductor surface 14. For this reason, the control signal transmission unit 40 is provided not only in the configuration of FIG. 3 but outside the wall surface of the waveguide unit 10. Therefore, for example, in addition to the configuration of FIG. 3, it is disposed outside the waveguide portion 10 from any one of the front conductor surface 11, the first side conductor surface 12, or the second side conductor surface 13. Alternatively, a conductor constituting any one of the conductor surfaces such as the back conductor surface 14 may be cut out and the control signal transmission unit 40 may be passed through the cut out conductor.

次に、図４により、導波管型可変移相器１０００の動作について説明する。導波管型可変移相器１０００は、導波管部１０のＸ方向に電磁波を伝送する。このとき、電磁波の伝送に伴い、導波管部１０のそれぞれの導体面には電流が発生し、発生した電流によりさらに導波管部１０に電界及び磁界が発生して電磁波として導波管部１０の中を伝送される。このため、それぞれの導体面に発生する電流の位相を調整することにより、導波管部１０を伝送される電磁波の位相を変化させることができる。 Next, the operation of the waveguide type variable phase shifter 1000 will be described with reference to FIG. The waveguide type variable phase shifter 1000 transmits electromagnetic waves in the X direction of the waveguide unit 10. At this time, with the transmission of the electromagnetic wave, a current is generated on each conductor surface of the waveguide unit 10, and an electric field and a magnetic field are further generated in the waveguide unit 10 by the generated current, and the waveguide unit is converted into an electromagnetic wave. 10 is transmitted. For this reason, the phase of the electromagnetic wave transmitted through the waveguide portion 10 can be changed by adjusting the phase of the current generated on each conductor surface.

導波管型可変移相器１０００のキャビティ２２は、導波管部１０の背面導体面１４に、終端を短絡したスタブ構造を接続した構成となっている。キャビティ２２が、導波管１０の伝送方向であるＸ方向に、背面導体面１４を流れる電流を切るような構造となっている。これにより、導波管部１０に等価回路的には直列にキャパシタンスあるいはインダクタンスが装荷されることになる。キャビティ２２が、キャパシタンスあるいはインダクタンスのどちらの動作になるかはキャビティ２２の深さに依存する。キャビティ２２の深さが、導波管部１０の管内波長の４分の１よりも、やや短いとインダクティブに、やや長いとキャパシティブに働く。すなわち、キャビティ２２の深さを調整することで、キャビティ２２が無い場合に対して導波管内の移相量を減らしたり、増やしたりすることが可能となる。 The cavity 22 of the waveguide type variable phase shifter 1000 has a configuration in which a stub structure whose terminal is short-circuited is connected to the back conductor surface 14 of the waveguide portion 10. The cavity 22 is configured to cut off the current flowing through the back conductor surface 14 in the X direction, which is the transmission direction of the waveguide 10. As a result, capacitance or inductance is loaded in series with the waveguide portion 10 in terms of an equivalent circuit. Whether the cavity 22 operates as a capacitance or an inductance depends on the depth of the cavity 22. If the depth of the cavity 22 is slightly shorter than a quarter of the in-tube wavelength of the waveguide section 10, it will work inductively, and if it will be slightly longer, it will work capacitively. That is, by adjusting the depth of the cavity 22, the amount of phase shift in the waveguide can be reduced or increased with respect to the case where there is no cavity 22.

切換部２５は、結合スロット２１における入力側の端子２３と出力側の端子２４に接続している。切換部２５は、このように接続し、端子２３と端子２４との間を電気的に接続している導通状態と電気的に接続していない非導通状態とで切り換える。このため、切換部２５の状態により、背面導体面１４を流れる電流について、導体溝部２１が電気的なスタブ構造として作用しなかったり、スタブ構造として作用したりする。すなわち、端子２３と端子２４の間が導通状態の場合は、切換部２５を通して、導波管部１０を伝送される電磁波の入力側と出力側の背面導体面１４の間で電流が流れる。このとき、図４に示す電流経路２００が主な電流経路となる。このため、キャビティ２２はスタブとして作用せず、導波管部１０は、直管の導波管と同様の特性により電磁波を伝送する。一方、端子２３と端子２４の間が非導通状態の場合は、背面導体面１４を流れる電流はキャビティ２２を経由する。このとき、図４に示す電流経路２０１が主な電流経路となる。このため、キャビティ２２はスタブとして作用する。具体的には、導通モードに対して、溝深さが管内波長の４分の１より、やや短いと位相遅れに、やや長いと位相進みとなる。 The switching unit 25 is connected to the input side terminal 23 and the output side terminal 24 in the coupling slot 21. The switching unit 25 is connected as described above, and switches between a conductive state in which the terminal 23 and the terminal 24 are electrically connected and a non-conductive state in which the terminal 23 and the terminal 24 are not electrically connected. For this reason, depending on the state of the switching portion 25, the conductor groove portion 21 does not act as an electrical stub structure or acts as a stub structure for the current flowing through the back conductor surface 14. That is, when the terminal 23 and the terminal 24 are in a conductive state, a current flows between the input side and the back side conductor surface 14 of the electromagnetic wave transmitted through the waveguide unit 10 through the switching unit 25. At this time, the current path 200 shown in FIG. 4 is the main current path. For this reason, the cavity 22 does not act as a stub, and the waveguide portion 10 transmits electromagnetic waves with the same characteristics as the straight waveguide. On the other hand, when the terminal 23 and the terminal 24 are non-conductive, the current flowing through the back conductor surface 14 passes through the cavity 22. At this time, the current path 201 shown in FIG. 4 is the main current path. For this reason, the cavity 22 acts as a stub. Specifically, with respect to the conduction mode, when the groove depth is slightly shorter than a quarter of the guide wavelength, the phase is delayed, and when the groove depth is slightly longer, the phase is advanced.

導波管型可変移相器１０００は、伝送方向であるＸ方向に沿って設けられた複数の位相調整部２０を備えている。このため、複数の位相調整部２０のそれぞれの切換部２５を制御部３０からの制御により独立に高速で切り換えることにより、導波管型可変移相器１０００は、伝送する電磁波の位相を所望の移相値で高速に調整することができる。 The waveguide type variable phase shifter 1000 includes a plurality of phase adjustment units 20 provided along the X direction that is the transmission direction. For this reason, the waveguide type variable phase shifter 1000 changes the phase of the electromagnetic wave to be transmitted to a desired value by switching each switching unit 25 of the plurality of phase adjustment units 20 independently and at high speed by the control from the control unit 30. The phase shift value can be adjusted at high speed.

なお、図１に示す導波管型可変移相器１０００では、位相調整部２０のキャビティ２２の深さがすべて同じである例を示したが、図５に示す導波管型可変移相器１０００Ａのように、位相調整部２０がそれぞれ異なる深さのキャビティ２２を備えるようにして、異なるキャビティ２２の深さによる異なる値の位相進みや移相遅れを組み合せて、伝送する電磁波の位相を所望の移相値で高速に調整するようにしても良い。 In the waveguide type variable phase shifter 1000 shown in FIG. 1, an example in which the cavities 22 of the phase adjusting unit 20 all have the same depth is shown. However, the waveguide type variable phase shifter shown in FIG. As in the case of 1000A, the phase adjusting unit 20 includes cavities 22 having different depths, and the phase of the electromagnetic wave to be transmitted is determined by combining phase advance and phase shift lag of different values depending on the depth of the different cavities 22. The phase shift value may be adjusted at high speed.

また、それぞれのキャビティ２２の内部については、空洞であっても、その一部または全部に誘電体が形成されていても良い。キャビティ２２内に誘電体を形成することにより、キャビティ２２内の電磁波の波長が変化する。これにより、図５の構成と同様に、異なる値の位相進みや移相遅れを組み合せて、伝送する電磁波の位相を所望の移相値で高速に調整するようにしても良い。 In addition, the inside of each cavity 22 may be a cavity, or a dielectric may be formed in a part or all of it. By forming a dielectric in the cavity 22, the wavelength of the electromagnetic wave in the cavity 22 changes. Thus, similarly to the configuration of FIG. 5, the phase of the electromagnetic wave to be transmitted may be adjusted at a high speed with a desired phase shift value by combining phase advance and phase shift delay of different values.

また、導波管型可変移相器１０００においては、正面導体面１１、第１側面導体面１２、第２側面導体面１３、および背面導体面１４などの導波管部１０の壁面は、それぞれ、導体により形成される面であれば良く、例えば、板状の導体の表面や、基板上に形成された導体層や、角柱状にくり抜かれた導体内部の壁面などのいずれであっても良い。 In the waveguide type variable phase shifter 1000, the wall surfaces of the waveguide portion 10 such as the front conductor surface 11, the first side conductor surface 12, the second side conductor surface 13, and the back conductor surface 14 are respectively Any surface such as a surface of a plate-like conductor, a conductor layer formed on a substrate, or a wall surface inside a conductor hollowed out in a prismatic shape may be used. .

また、図２では、切換部２５は、それぞれの導体溝部２１の中央部に１つ設けられているが、導体溝部２１毎に複数の切換部２５を設けても良いし、また、切換部２５の位置も導体溝部２１の中央部でなくても良い。また、導体溝部２１の形状についても、背面導体１４を流れる電流が導体溝部２１により切られれば良く、図２のような、断面が長方形の形状でなくても良い。 In FIG. 2, one switching unit 25 is provided at the center of each conductor groove 21. However, a plurality of switching units 25 may be provided for each conductor groove 21, or the switching unit 25 may be provided. This position may not be the central portion of the conductor groove 21. Also, the shape of the conductor groove portion 21 is not limited as long as the current flowing through the back conductor 14 is cut by the conductor groove portion 21, and the cross section does not have to be rectangular as shown in FIG.

実施の形態２．
実施の形態２に係る導波管型可変移相器について、図６〜図８により説明する。図６は、導波管型可変移相器１０００Ｂの内部をＺ方向から見た図である。また、図７は、導波管型可変移相器１０００ＢのＸＺ断面における構成を示したものであり、図６のＢ−Ｂの位置における断面を示している。実施の形態２に係る導波管型可変移相器１０００Ｂにおいては、導波管部１０Ａは、壁面の一部が誘電体基板１００の表面に形成された導体層である。誘電体多層基板１００の正面導体面１１に対向する表面には、背面導体層１１４が形成され、正面導体面１１に対向する表面とは反対側の表面には、接地導体層１１６が形成されている。背面導体層１１４には、接地導体層１１６と背面導体層１１４には、それぞれ対向する位置に、第１開口１６０と第２開口１６１が設けられている。 Embodiment 2. FIG.
A waveguide type variable phase shifter according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a view of the inside of the waveguide type variable phase shifter 1000B as viewed from the Z direction. FIG. 7 shows a configuration of the waveguide type variable phase shifter 1000B in the XZ section, and shows a section at the position BB in FIG. In the waveguide type variable phase shifter 1000B according to the second embodiment, the waveguide portion 10A is a conductor layer in which a part of the wall surface is formed on the surface of the dielectric substrate 100. A back conductor layer 114 is formed on the surface of the dielectric multilayer substrate 100 facing the front conductor surface 11, and a ground conductor layer 116 is formed on the surface opposite to the surface facing the front conductor surface 11. Yes. The back conductor layer 114 is provided with a first opening 160 and a second opening 161 at positions facing the ground conductor layer 116 and the back conductor layer 114, respectively.

導波管型可変移相器１０００Ｂにおいては、誘電体多層基板１００の表面の導体層である背面導体層１１４が、導波管部１０Ａの正面導体面１１に対向する導体面となっている。導波管部１０Ａにおいては、背面導体層１１４に形成された第２開口１６１が結合スロットである。切換部１２５は誘電体多層基板１００の表面に構成され、制御信号伝達部１４０は、誘電体多層基板１００の背面導体層１１４とは異なる導体層のパターンで構成される。このため、実施の形態２に係る導波管型可変移相器１０００Ｂの斜視図は、制御信号伝達部１４０が誘誘電体多層基板１００に含まれること以外は、ほぼ図１と同様になるため、省略する。なお、以下、実施の形態１と同様に、導波管部１０Ａが矩形導波管の例で説明するが、導波管部１０Ａは、矩形導波管に限る必要は無く、円形導波管等でも良いことは、実施の形態１と同様である。また、矩形導波管の場合、誘電体基板１００の表面に形成された導体層となる壁面は、背面導体面に限るものではなく、どの導体面であっても良い。 In waveguide type variable phase shifter 1000B, back conductor layer 114, which is a conductor layer on the surface of dielectric multilayer substrate 100, is a conductor surface facing front conductor surface 11 of waveguide portion 10A. In the waveguide portion 10A, the second opening 161 formed in the back conductor layer 114 is a coupling slot. The switching unit 125 is configured on the surface of the dielectric multilayer substrate 100, and the control signal transmission unit 140 is configured with a conductor layer pattern different from the back conductor layer 114 of the dielectric multilayer substrate 100. Therefore, the perspective view of the waveguide type variable phase shifter 1000B according to the second embodiment is substantially the same as FIG. 1 except that the control signal transmission unit 140 is included in the dielectric multilayer substrate 100. Omitted. Hereinafter, as in the first embodiment, an example in which the waveguide portion 10A is a rectangular waveguide will be described. However, the waveguide portion 10A is not limited to a rectangular waveguide, and a circular waveguide. It is the same as in the first embodiment that it may be. In the case of a rectangular waveguide, the wall surface serving as a conductor layer formed on the surface of the dielectric substrate 100 is not limited to the back conductor surface, and may be any conductor surface.

図６および図７において、導波管部１０Ａは、伝送方向に延びる正面導体面１１と、正面導体面１１の伝送方向に沿った一方の端に接続する第１側面導体面１２と、第１側面導体面１２と対向し、正面導体面１１の伝送方向に沿った他方の端に接続する第２側面導体面１３とを備えている。また、導波管部１０Ａは、誘電体多層基板１００の正面導体面１１と対向する表面に形成された導体層であり、伝送方向に沿った一方の端が第１側面導体面１２と接続し、伝送方向に沿った他方の端が第２側面導体面１３と接続する背面導体層１１４を備えている。なお、第１側面導体面１２および第２側面導体面１３は、図６、図７には図示されていない。 6 and 7, the waveguide portion 10A includes a front conductor surface 11 extending in the transmission direction, a first side conductor surface 12 connected to one end of the front conductor surface 11 along the transmission direction, A second side conductor surface 13 is provided opposite to the side conductor surface 12 and connected to the other end along the transmission direction of the front conductor surface 11. The waveguide portion 10A is a conductor layer formed on the surface facing the front conductor surface 11 of the dielectric multilayer substrate 100, and one end along the transmission direction is connected to the first side conductor surface 12. The other end along the transmission direction is provided with a back conductor layer 114 connected to the second side conductor face 13. In addition, the 1st side surface conductor surface 12 and the 2nd side surface conductor surface 13 are not illustrated in FIG. 6, FIG.

また、導波管型可変移相器１０００Ｂは、伝送方向に沿った一方の端が第１側面導体面１２と接続し、伝送方向に沿った他方の端が第２側面導体面１３と接続し、正面導体面１１と対向する支持導体面１５を備えている。支持導体面１５は、誘電体多層基板１００によって覆われている。誘電体多層基板１００の支持導体面１５に対向する一方の表面には、接地導体層１１６が形成されており、接地導体層１１６は、支持導体面１５と接続している。また、誘電体多層基板１００の正面導体面１１に対向する他方の表面には、背面導体層１１４が形成されている。この背面導体層１１４は、正面導体面１１、第１側面導体面１２、および第２側面導体面１３とともに、導波管部１０Ａを構成している。導波管部１０Ａは、導波管型可変移相器１０００における導波管部１０に相当する。このため、誘電体多層基板１００および、誘電体多層基板１００に形成された背面導体層１１４は、伝送方向に沿った端が、第１側面導体面１２、および第２側面導体面１３と接続していることが望ましい。 The waveguide-type variable phase shifter 1000B has one end connected to the first side conductor surface 12 along the transmission direction and the other end connected to the second side conductor surface 13 along the transmission direction. The support conductor surface 15 is provided opposite to the front conductor surface 11. The support conductor surface 15 is covered with the dielectric multilayer substrate 100. A ground conductor layer 116 is formed on one surface of the dielectric multilayer substrate 100 facing the support conductor surface 15, and the ground conductor layer 116 is connected to the support conductor surface 15. A back conductor layer 114 is formed on the other surface of the dielectric multilayer substrate 100 facing the front conductor surface 11. The back conductor layer 114, together with the front conductor surface 11, the first side conductor surface 12, and the second side conductor surface 13, constitutes the waveguide portion 10A. The waveguide portion 10 </ b> A corresponds to the waveguide portion 10 in the waveguide type variable phase shifter 1000. Therefore, the end of the dielectric multilayer substrate 100 and the back conductor layer 114 formed on the dielectric multilayer substrate 100 along the transmission direction is connected to the first side conductor surface 12 and the second side conductor surface 13. It is desirable that

凹部２７は、支持導体面１５から、正面導体面１１に向かう方向であるＺ方向とは反対側に、決められた凹み深さだけ凹んでいる。支持導体面１５は、凹部２７によって、導波管部１０Ａを伝送される電磁波の入力側と出力側とに分けられている。接地導体層１６０には、第１開口１６０が凹部２７に対向する位置に設けられている。また、背面導体層６２には、第１開口１６０に対向する位置に第２開口１６１が設けられている。第１開口１６０と第２開口１６１を囲んで、背面導体層１１４と接地導体層１１６とを接続する複数の貫通導体１７０が誘電体多層基板１００を貫通して設けられている。貫通導体１７０は、例えば、第１開口１６０及び第２開口１６１を囲んで複数のスルーホールを設ける等によって構成する。貫通導体１７０と凹部２７は、導電性のキャビティを構成する。貫通導体１７０と凹部２７が構成する導電性のキャビティは、結合スロットである第２開口１６１が、絶縁性の開口となっている。 The recess 27 is recessed from the support conductor surface 15 by a predetermined recess depth on the opposite side to the Z direction, which is a direction toward the front conductor surface 11. The support conductor surface 15 is divided into an input side and an output side of an electromagnetic wave transmitted through the waveguide portion 10 </ b> A by the concave portion 27. A first opening 160 is provided in the ground conductor layer 160 at a position facing the recess 27. The back conductor layer 62 is provided with a second opening 161 at a position facing the first opening 160. A plurality of through conductors 170 that surround the first opening 160 and the second opening 161 and connect the back conductor layer 114 and the ground conductor layer 116 are provided through the dielectric multilayer substrate 100. The through conductor 170 is configured by, for example, providing a plurality of through holes so as to surround the first opening 160 and the second opening 161. The through conductor 170 and the recess 27 constitute a conductive cavity. In the conductive cavity formed by the through conductor 170 and the recess 27, the second opening 161, which is a coupling slot, is an insulating opening.

背面導体層１１４の第２開口１６１が設けられている場所には、第２開口１６１における導波管部１０Ａの入力側に端子１２３が設けられ、出力側に端子１２４が設けられている。切換部１２５は、端子１２３と端子１２４とに接続されている。切換部１２５は、端子１２３と端子１２４との間が電気的に接続している導通状態と電気的に接続していない非導通状態とを切り換える。信号伝送部１４０は、誘電体多層基板１００の接地導体層１１６および背面導体層１１４とは絶縁された導体層に設けられた信号線路であり、切換部１２５の導通状態と非道通状態との切換わりを制御する制御信号を伝送する。信号伝送部１４０は、誘電体多層基板１００の背面導体層１１４に対して、正面導体面１１とは反対側の導体層に設けられている。 At the place where the second opening 161 of the back conductor layer 114 is provided, a terminal 123 is provided on the input side of the waveguide section 10A in the second opening 161, and a terminal 124 is provided on the output side. The switching unit 125 is connected to the terminal 123 and the terminal 124. The switching unit 125 switches between a conductive state in which the terminal 123 and the terminal 124 are electrically connected and a non-conductive state in which the terminal 123 and the terminal 124 are not electrically connected. The signal transmission unit 140 is a signal line provided in a conductor layer insulated from the ground conductor layer 116 and the back conductor layer 114 of the dielectric multilayer substrate 100, and the switching unit 125 is switched between a conductive state and a non-conductive state. A control signal for controlling the transmission is transmitted. The signal transmission unit 140 is provided on a conductor layer opposite to the front conductor surface 11 with respect to the back conductor layer 114 of the dielectric multilayer substrate 100.

図８は、導波管型可変移相器１０００Ｂの切換部１２５の付近を拡大した図であり、図７においてＣで示される部分を拡大したものである。前述の通り、誘電体多層基板１００の背面導体層１１４においては、支持導体１５に凹部２７が設けられている部分に対向する部分は、第２開口１６１となっている。図８において、誘電体多層基板１００の表面の、第２開口１６１の部分には、切換部１２５が設けられている。 FIG. 8 is an enlarged view of the vicinity of the switching unit 125 of the waveguide type variable phase shifter 1000B, and is an enlarged view of a portion indicated by C in FIG. As described above, in the back conductor layer 114 of the dielectric multilayer substrate 100, the portion facing the portion where the concave portion 27 is provided in the support conductor 15 is the second opening 161. In FIG. 8, a switching portion 125 is provided in the portion of the second opening 161 on the surface of the dielectric multilayer substrate 100.

切換部１２５は、ＰＩＮダイオード等で構成されるスイッチ１７３と、スイッチ１７３を端子１２３と接続する線路１７４と、スイッチ１７３を端子１２４と接続する線路１７５とを備えている。スイッチ１７３としては、例えば、バラクタダイオードやＭＥＭＳスイッチ等を使用しても良い。線路１７４および線路１７５と背面導体層１１４とは、少なくとも導波管部１０Ａを伝送される電磁波によって誘起される高周波電流が互いの間を流れるよう接続されている。図８では、スイッチ１７３にＰＩＮダイオード等を使用するため、線路１７４および線路１７５には、バイアスがかかる構成であり、このため、線路１７４および線路１７５と背面導体層１１４との間は、交流電流のみを通す容量性接続となっている。この線路１７４および線路１７５と背面導体層１１４との間の接続方法は、使用するスイッチにあわせて選択される。また、スイッチ１７３は、その両端が線路１７４とスルーホール１７１により信号伝送部１４０に接続され、線路１７５とスルーホール１７２により、接地導体１１６に接続されている。このため、信号伝送部１４０の接地導体１１６に対する電圧がスイッチ１７３の制御信号となる。 The switching unit 125 includes a switch 173 configured by a PIN diode or the like, a line 174 that connects the switch 173 to the terminal 123, and a line 175 that connects the switch 173 to the terminal 124. As the switch 173, for example, a varactor diode or a MEMS switch may be used. The line 174, the line 175, and the back conductor layer 114 are connected so that at least a high-frequency current induced by an electromagnetic wave transmitted through the waveguide portion 10A flows between each other. In FIG. 8, since a PIN diode or the like is used for the switch 173, the line 174 and the line 175 are configured to be biased. For this reason, an alternating current is present between the line 174 and the line 175 and the back conductor layer 114. Capacitive connection that only passes. The connection method between the line 174 and the line 175 and the back conductor layer 114 is selected according to the switch to be used. Further, both ends of the switch 173 are connected to the signal transmission unit 140 by the line 174 and the through hole 171, and are connected to the ground conductor 116 by the line 175 and the through hole 172. Therefore, the voltage with respect to the ground conductor 116 of the signal transmission unit 140 becomes a control signal for the switch 173.

次に、動作について説明する。信号伝送部１４０に逆バイアス電圧が印加されると、スイッチ１７３は非導通状態となり、背面導体層１１４を流れる電流は、第２開口１６１によって切られる。このため、背面導体層１１４を流れる電流は、第２開口１６１の縁から貫通導体１７０、凹部２７を経由する。この結果、貫通導体１７０および凹部２７は、キャビティ２２と同様に、スタブとして作用する。具体的には、導通モードに対して、凹部２７の凹み深さと貫通導体１７０の長さの合計が管内波長の４分の１より、やや短いと位相遅れに、やや長いと位相進みとなる。 Next, the operation will be described. When a reverse bias voltage is applied to the signal transmission unit 140, the switch 173 is turned off, and the current flowing through the back conductor layer 114 is cut by the second opening 161. For this reason, the current flowing through the back conductor layer 114 passes through the through conductor 170 and the recess 27 from the edge of the second opening 161. As a result, the penetrating conductor 170 and the concave portion 27 act as stubs similarly to the cavity 22. Specifically, with respect to the conduction mode, if the sum of the depth of the recess 27 and the length of the through conductor 170 is slightly shorter than a quarter of the guide wavelength, the phase is delayed, and if it is slightly longer, the phase is advanced.

信号伝送部１４０に順バイアス電圧が印加されると、スイッチ１７３は導通状態となり、切換部１２５を通して、第２開口１６１に対して導波管部１０Ａの入力側と出力側の背面導体層１１４の間で電流が流れる。この結果、貫通導体１７０および凹部２７はスタブとして作用せず、導波管部１０Ａは、直管の導波管と同様の特性により電波を伝送する。導波管型可変移相器１０００Ｂでは、伝送方向であるＸ方向に沿って誘電体多層基板１００上に複数の切換部１２５が設けられており、それぞれの切換部１２５は、独立に導通状態と非道通状態との間を切り換えることができる。このため、実施の形態２に係る導波管型可変移相器１０００Ｂも、実施の形態１に係る導波管型可変移相器１０００と同様に、伝送する電磁波の位相を所望の移相値で調整することができる。 When a forward bias voltage is applied to the signal transmission unit 140, the switch 173 becomes conductive, and the switching unit 125 passes through the switching unit 125 to the second opening 161 and the back conductor layer 114 on the input side and output side of the waveguide unit 10 </ b> A. Current flows between them. As a result, the through conductor 170 and the recess 27 do not act as stubs, and the waveguide portion 10A transmits radio waves with the same characteristics as a straight waveguide. In the waveguide type variable phase shifter 1000B, a plurality of switching units 125 are provided on the dielectric multilayer substrate 100 along the X direction that is the transmission direction, and each switching unit 125 is independently in a conductive state. You can switch between out-of-service conditions. For this reason, the waveguide type variable phase shifter 1000B according to the second embodiment also sets the phase of the electromagnetic wave to be transmitted to a desired phase shift value, similarly to the waveguide type variable phase shifter 1000 according to the first embodiment. Can be adjusted.

また、導波管型可変移相器１０００Ｂでは、信号伝送部１４０は、誘電体多層基板１００の背面導体層１１４に対して、正面導体面１１とは反対側の導体層に設けられている。このため、切換器１２２を制御する信号と導波管部１０Ａを伝送される電磁波との干渉を回避することができる。また、誘電体多層基板上に切換器や配線を実装するため、多数の切換器により位相を調整する導波管型可変移相器を容易に製造することができる。 In the waveguide type variable phase shifter 1000 </ b> B, the signal transmission unit 140 is provided on a conductor layer opposite to the front conductor surface 11 with respect to the back conductor layer 114 of the dielectric multilayer substrate 100. For this reason, it is possible to avoid interference between the signal for controlling the switch 122 and the electromagnetic wave transmitted through the waveguide section 10A. In addition, since a switching device and wiring are mounted on the dielectric multilayer substrate, a waveguide type variable phase shifter that adjusts the phase by a number of switching devices can be easily manufactured.

なお、上述の説明では、切換部１２５は、誘電体多層基板１００の正面導体面１１に対向する表面に設けた例を示したが、例えば、線路１７４や線路１７５からスルーホールで接続する等により、誘電体多層基板１００の支持導体面１５に対向する表面に設けても良い。 In the above description, the switching unit 125 is provided on the surface facing the front conductor surface 11 of the dielectric multilayer substrate 100. For example, the switching unit 125 is connected to the line 174 or the line 175 with a through hole. Alternatively, the dielectric multilayer substrate 100 may be provided on the surface facing the support conductor surface 15.

実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３に係る導波管スロットアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。導波管スロットアレーアンテナ装置２０００は、導波管部１０Ｂと、複数の位相調整部２０とを備えている。位相調整部１０は、実施の形態１における位相調整部１０と同等のものである。導波管部１０は、実施の形態１における導波管型可変移相器１０００の導波管部１０とほぼ同等の構成であるが、結合スロット２１が設けられている部分以外の壁面に、電磁波を放射する複数の放射スロット５０が形成されている。放射スロット５０は、導波管部１０Ｂの壁面に設けられた穴または、導波管部１０Ｂの壁面に設けられた導体が穴状に欠けている部分である。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 9 is a perspective view showing a configuration of a waveguide slot array antenna apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. The waveguide slot array antenna device 2000 includes a waveguide unit 10B and a plurality of phase adjustment units 20. The phase adjustment unit 10 is equivalent to the phase adjustment unit 10 in the first embodiment. The waveguide unit 10 has substantially the same configuration as that of the waveguide unit 10 of the waveguide type variable phase shifter 1000 according to the first embodiment, but on the wall surface other than the portion where the coupling slot 21 is provided, A plurality of radiation slots 50 that radiate electromagnetic waves are formed. The radiation slot 50 is a portion where a hole provided in the wall surface of the waveguide portion 10B or a conductor provided in the wall surface of the waveguide portion 10B is missing in a hole shape.

前述の通り、放射スロットが設けられる位置は、結合スロット２１が設けられている部分以外の壁面であれば良いが、図９においては、一例として、正面導体面１１Ａの伝搬方向（Ｘ方向）に沿った中心線に対して、千鳥状に形成されている例を示している。隣り合う２つの放射スロット５０の間には、複数の結合スロット２１が設けられている。図９においては、隣り合う２つの放射スロット５０の間に２つずつの結合スロット２１が設けられているが、隣り合う２つの放射スロット５０の間に更に多くの結合スロット２１が設けられていても良いし、隣り合う２つの放射スロット５０の間に結合スロット２１が１つのみであっても、また、隣り合う２つ以上の放射スロット５０の並びに対して１つの結合スロット２１が設けられていても良い。 As described above, the position where the radiation slot is provided may be a wall surface other than the portion where the coupling slot 21 is provided. However, in FIG. 9, as an example, in the propagation direction (X direction) of the front conductor surface 11A. An example in which a zigzag pattern is formed with respect to the center line is shown. A plurality of coupling slots 21 are provided between two adjacent radiation slots 50. In FIG. 9, two coupling slots 21 are provided between two adjacent radiation slots 50, but more coupling slots 21 are provided between two adjacent radiation slots 50. Alternatively, even if there is only one coupling slot 21 between two adjacent radiation slots 50, one coupling slot 21 is provided for an array of two or more adjacent radiation slots 50. May be.

次に、動作について説明する。実施の形態１で説明したとおり、導波管型可変移相器１０００は、複数の位相調整部２０のキャビティ２２に対応した切換部２５を独立に制御し、導波管部１０Ｂを伝送される電磁波の位相を所望の移相量だけ高速で調整することができる。これは、導波管スロットアレーアンテナ装置２０００についても同様である。導波管スロットアレーアンテナ装置２０００では、位相調整部２０のキャビティ２２に対応した切換部２５を独立に制御し、導波管部１０Ｂを伝送される電磁波の位相を所望の移相量だけ高速で調整することができる。このため、導波管スロットアレーアンテナ装置２０００では、それぞれの放射スロット５０から放射される電磁波の位相を、所望の値に高速で調整することができる。それぞれのスロット５０から放射された電磁波は、放射された空間で合成されて電子ビームを形成する。このため、図９のように、スロット５０が、Ｘ方向に沿って形成されている場合、それぞれのスロットから放射される電磁波間の位相を制御することにより、ＺＸ平面における電子ビームの方向を制御することができる。 Next, the operation will be described. As described in the first embodiment, the waveguide type variable phase shifter 1000 independently controls the switching unit 25 corresponding to the cavities 22 of the plurality of phase adjusting units 20 and is transmitted through the waveguide unit 10B. The phase of the electromagnetic wave can be adjusted at a high speed by a desired amount of phase shift. The same applies to the waveguide slot array antenna device 2000. In the waveguide slot array antenna device 2000, the switching unit 25 corresponding to the cavity 22 of the phase adjusting unit 20 is independently controlled, and the phase of the electromagnetic wave transmitted through the waveguide unit 10B is increased by a desired amount of phase shift. Can be adjusted. Therefore, in the waveguide slot array antenna device 2000, the phase of the electromagnetic wave radiated from each radiation slot 50 can be adjusted to a desired value at high speed. The electromagnetic waves radiated from the respective slots 50 are combined in the radiated space to form an electron beam. Therefore, as shown in FIG. 9, when the slots 50 are formed along the X direction, the direction of the electron beam in the ZX plane is controlled by controlling the phase between the electromagnetic waves radiated from the respective slots. can do.

導波管スロットアレーアンテナ装置２０００では、複数の位相調整部２０のそれぞれに設けられた切換部２５を導通状態と非道通状態との間で切り換えることにより、導波管部１０Ｂを伝送される電磁波の位相を調整する。これにより、導波管スロットアレーアンテナ装置２０００では、決められた位置に設けられた放射スロット５０から放射されるそれぞれの電磁波間の位相の差を変化させ、ＺＸ平面における電子ビームの指向方向を制御する。 In the waveguide slot array antenna device 2000, the electromagnetic wave transmitted through the waveguide unit 10B is switched by switching the switching unit 25 provided in each of the plurality of phase adjustment units 20 between a conducting state and an out of state. Adjust the phase. As a result, in the waveguide slot array antenna device 2000, the phase difference between the electromagnetic waves radiated from the radiation slots 50 provided at predetermined positions is changed, and the directing direction of the electron beam in the ZX plane is controlled. To do.

導波管スロットアレーアンテナ装置２０００では、低損失で電磁波を伝送する導波管内に電磁波の位相調整を行う機能を備えるため、従来の高周波モジュールを用いたアクティブフェーズドアレーアンテナに対して低損失なアレーアンテナ装置を得ることができる。また、移相に高周波モジュールを使用しないため、安価で小型なアレーアンテナを得ることができる。 Since the waveguide slot array antenna device 2000 has a function of adjusting the phase of an electromagnetic wave in a waveguide that transmits the electromagnetic wave with low loss, the waveguide slot array antenna apparatus 2000 has a low-loss array compared to an active phased array antenna using a conventional high-frequency module. An antenna device can be obtained. In addition, since a high-frequency module is not used for phase shifting, an inexpensive and small array antenna can be obtained.

なお、図９においては、導波管型可変移相器１００Ｂの正面導体面１１Ａに複数の放射スロット５０を設ける例を示したが、導波管型可変移相器１００Ａや、誘電体多層基板１００を用いた導波管型可変移相器１００Ｂの正面導体面１１Ａに複数の放射スロット５０を設けても、導波管部１０Ｂを伝送される電磁波の位相は同様に調整されるため、同様の効果を得ることができる。また、図９においては、正面導体面１１Ａに複数の放射スロット５０を設ける例を示したが、第１側面導体面１２または第２側面導体面１３に複数の放射スロット５０を設けても、同様の効果を得ることができる。 Although FIG. 9 shows an example in which a plurality of radiation slots 50 are provided on the front conductor surface 11A of the waveguide type variable phase shifter 100B, the waveguide type variable phase shifter 100A and the dielectric multilayer substrate are shown. Even if a plurality of radiation slots 50 are provided on the front conductor surface 11A of the waveguide type variable phase shifter 100B using 100, the phase of the electromagnetic wave transmitted through the waveguide portion 10B is similarly adjusted. The effect of can be obtained. FIG. 9 shows an example in which a plurality of radiation slots 50 are provided on the front conductor surface 11A. However, the same applies even if a plurality of radiation slots 50 are provided on the first side conductor surface 12 or the second side conductor surface 13. The effect of can be obtained.

実施の形態４．
図１０は、この発明の実施の形態４に係る導波管スロットアレーアンテナ装置の構成を示す平面図である。図１０において、導波管スロットアレーアンテナ装置２０１０は、複数の導波管スロットアレーアンテナ装置２０００を備える。導波管スロットアレーアンテナ装置２０１０は、実施の形態３と同様に、導波管部１０Ｂの結合スロット２１が設けられている部分以外の壁面に、電磁波を放射する複数の放射スロット５０が形成されている。導波管スロットアレーアンテナ装置２０１０では、複数の導波管スロットアレーアンテナ装置２０００を、放射スロット５０を互いに同じ方向（Ｚ方向）に向けて、伝送方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に沿って並べて配置する。 Embodiment 4 FIG.
FIG. 10 is a plan view showing the configuration of the waveguide slot array antenna apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 10, the waveguide slot array antenna apparatus 2010 includes a plurality of waveguide slot array antenna apparatuses 2000. In the waveguide slot array antenna apparatus 2010, as in the third embodiment, a plurality of radiation slots 50 that radiate electromagnetic waves are formed on the wall surface other than the portion where the coupling slot 21 of the waveguide section 10B is provided. ing. In the waveguide slot array antenna apparatus 2010, a plurality of waveguide slot array antenna apparatuses 2000 are arranged in a direction (Y direction) that crosses the transmission direction (X direction) with the radiation slots 50 oriented in the same direction (Z direction). ) Are arranged side by side.

導波管スロットアレーアンテナ装置２０１０は、さらに、複数の導波管スロットアレーアンテナ装置２０００のそれぞれに接続し、位相を調整した電磁波を供給する導波管型可変移相器１０００を備えている。また、それぞれの導波管型可変移相器１０００には、分波器２００により、同じ電磁波が供給される。このように構成することにより、ＸおよびＹの２方向に素子アンテナに相当するスロットが並んだアレーアンテナ装置である、導波管スロットアレーアンテナ装置２０１０を得ることができる。 The waveguide slot array antenna apparatus 2010 further includes a waveguide type variable phase shifter 1000 that is connected to each of the plurality of waveguide slot array antenna apparatuses 2000 and supplies an electromagnetic wave whose phase is adjusted. Further, the same electromagnetic wave is supplied to each waveguide variable phase shifter 1000 by the duplexer 200. With this configuration, a waveguide slot array antenna apparatus 2010 that is an array antenna apparatus in which slots corresponding to element antennas are arranged in two directions X and Y can be obtained.

次に、動作について説明する。導波管スロットアレーアンテナ装置２０１０で送信する電磁波は、分波器２００で分波され、Ｙ方向に沿って並べて配置された複数の導波管型可変移相器１０００に供給される。それぞれの導波管型可変移相器１０００においては、複数の切換部２５の状態が独立に切り換えられる。このため、それぞれの導波管型可変移相器１０００においては、供給された電磁波は、導波管型可変移相器１０００毎に所望の移相量で位相が調整される。それぞれの移相量は、隣り合う導波管スロットアレーアンテナ装置２０００に供給される電磁波の位相の差が、形成する電子ビームのＹ方向の向きに対応するように決められる。それぞれの導波管型可変移相器１０００は、位相が調整された電磁波をそれぞれが接続している導波管スロットアレーアンテナ装置２０００に供給する。 Next, the operation will be described. The electromagnetic wave transmitted by the waveguide slot array antenna apparatus 2010 is demultiplexed by the demultiplexer 200 and supplied to a plurality of waveguide variable phase shifters 1000 arranged side by side along the Y direction. In each waveguide variable phase shifter 1000, the states of the plurality of switching units 25 are switched independently. Therefore, in each waveguide type variable phase shifter 1000, the phase of the supplied electromagnetic wave is adjusted by a desired phase shift amount for each waveguide type variable phase shifter 1000. Each phase shift amount is determined so that the phase difference of the electromagnetic wave supplied to the adjacent waveguide slot array antenna device 2000 corresponds to the direction of the electron beam to be formed in the Y direction. Each waveguide type variable phase shifter 1000 supplies an electromagnetic wave whose phase is adjusted to the waveguide slot array antenna device 2000 to which each is connected.

それぞれの導波管スロットアレーアンテナ装置２０００では、隣り合う導波管スロットから放射される電磁波の位相の差が、形成する電子ビームのＸ方向の向きに対応するように複数の切換部２５の状態がそれぞれ独立に切り換えられる。このようにして、複数の導波管スロットアレーアンテナ装置２０００の複数のスロットから、電子ビームのＸ方向、Ｙ方向の向きに合わせて位相が調整された電磁波が放射される。以上の様に、導波管スロットアレーアンテナ装置２０１０では、Ｘ方向、Ｙ方向に並んだ複数のスロットから、それぞれ位相が調整された電磁波が放射されるため、任意のＸ方向、Ｙ方向について所望の方向に高速で電子ビームを指向させることができる。 In each of the waveguide slot array antenna devices 2000, the state of the plurality of switching units 25 is set so that the phase difference between the electromagnetic waves radiated from the adjacent waveguide slots corresponds to the X direction of the electron beam to be formed. Are switched independently. In this way, electromagnetic waves whose phases are adjusted in accordance with the X and Y directions of the electron beam are radiated from the plurality of slots of the plurality of waveguide slot array antenna devices 2000. As described above, in the waveguide slot array antenna apparatus 2010, electromagnetic waves with phases adjusted are radiated from a plurality of slots arranged in the X direction and the Y direction, so that any desired X direction and Y direction are desired. The electron beam can be directed at a high speed in the direction.

１０、１０Ａ、１０Ｂ導波管部、１１、１１Ａ正面導体面、１２第１側面導体面、１３第２側面導体面、１４背面導体面、１５支持導体面、２０、２０Ａ位相調整部、２１結合スロット、２２キャビティ、２３、２４端子、２５切換部、２７凹部、３０制御部、４０制御信号伝達部、５０放射スロット、１００誘電体多層基板、１１４背面導体層、１１６接地導体面、１２３、１２４端子、１２５切換部、１４０制御信号伝達部、１６０第１開口、１６１第２開口、１７０貫通導体、１７１，１７２スルーホール、１７３スイッチ、１７４、１７５線路、２００分波器、２００、２０１電流経路、１０００、１０００Ａ、１０００Ｂ導波管型可変移相器、２０００、２０１０導波管型スロットアレーアンテナ 10, 10A, 10B Waveguide portion, 11, 11A Front conductor surface, 12 First side conductor surface, 13 Second side conductor surface, 14 Back conductor surface, 15 Support conductor surface, 20, 20A Phase adjuster, 21 Coupling Slot, 22 Cavity, 23, 24 Terminal, 25 Switching part, 27 Recess, 30 Control part, 40 Control signal transmission part, 50 Radiation slot, 100 Dielectric multilayer substrate, 114 Back conductor layer, 116 Ground conductor surface, 123, 124 Terminal, 125 switching unit, 140 control signal transmission unit, 160 first opening, 161 second opening, 170 through conductor, 171, 172 through hole, 173 switch, 174, 175 line, 200 duplexer, 200, 201 current path 1000, 1000A, 1000B Waveguide type variable phase shifter, 2000, 2010 Waveguide type slot door Over antenna

Claims

A waveguide-type variable phase shifter comprising a waveguide section that transmits electromagnetic waves and a plurality of phase adjustment sections that adjust the phase of electromagnetic waves transmitted through the waveguide section,
The waveguide portion is formed with a plurality of coupling slots arranged on the wall surface from the input side to the output side,
The phase adjustment unit includes a conductive cavity in which the coupling slot is an insulating opening, one terminal formed on the input side in the coupling slot, and the other formed on the output side in the coupling slot. And a non-conducting state in which the one terminal and the other terminal are electrically connected to each other and a non-conducting state in which the one terminal and the other terminal are electrically connected to each other. A switching unit for switching between,
Waveguide type variable phase shifter.

The waveguide type variable phase shifter according to claim 1, wherein the cavity is formed with a dielectric at least partially.

The waveguide type variable phase shifter according to claim 1 or 2, wherein the waveguide portion is a conductor layer in which a part of the wall surface is formed on a surface of a dielectric substrate.

The guide according to any one of claims 1 to 3, further comprising a control signal transmission unit provided outside the wall surface of the waveguide unit for transmitting a control signal for controlling the switching unit. Wave tube type variable phase shifter.

The control signal transmission unit according to claim 3, further comprising a control signal transmission unit configured to transmit a control signal for controlling the switching unit, which is formed in a conductor layer of the dielectric substrate different from a wall surface of the waveguide unit. Waveguide type variable phase shifter.

The waveguide type variable phase shifter according to claim 1, wherein the plurality of cavities have the same depth.

The waveguide-type variable phase shifter according to claim 1, wherein the plurality of cavities have different depths.

The waveguide type variable phase shifter according to any one of claims 1 to 7, wherein the cavity has a depth shallower than a half of a wavelength of the electromagnetic wave.

A waveguide slot array antenna comprising the waveguide type variable phase shifter according to claim 1, wherein the waveguide section transmits electromagnetic waves to a wall surface other than a portion where the coupling slot is provided. A waveguide slot array antenna device, wherein a plurality of radiating slots for radiating are formed.

A waveguide slot array antenna comprising a plurality of waveguide type variable phase shifters according to claim 1, wherein the waveguide portion has an electromagnetic wave on a wall surface other than a portion where the coupling slot is provided. A waveguide slot array antenna device in which a plurality of radiating slots are formed, and the plurality of waveguide variable phase shifters are arranged with the plurality of radiating slots oriented in the same direction.