説明

移相回路

【課題】2つの周波数帯で良好な反射特性を有する移相回路を得る。
【解決手段】ストリップ導体1と地導体2との間に、3つの山を持つ誘電体板3を備え、誘電体板3を、ストリップ導体1の長手方向に対して略垂直に可動させるようにしたので、2つの周波数帯で良好な反射特性を有する移相回路が得られる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、移相回路に関するものであり、特に、移動体通信基地局用アンテナのビームチルト角を制御する移相回路に関する。
【背景技術】
【0002】
移動体通信基地局用アンテナでは、垂直面のビームを絞るため、リニアアレーアンテナが用いられる。また、下方に存在する移動端末が通信対象となるため、水平面から下の方向へビームをチルトさせる。このチルト角を電気的に制御するために、各アンテナ素子へ給電する位相を変化させる必要があり、移相回路が使用される。
【0003】
近年、移動体通信システムの高速化にともない、800MHz帯、1.7GHz帯、2GHz帯等、多くの周波数帯が用いられており、基地局の小型化、低コスト化のために、周波数共用アンテナが求められている。また、700MHz帯や900MHz帯の利用も検討されている。
【0004】
移相回路の従来技術としては、ストリップ線路のストリップ導体と地導体との間に誘電体板を置き、この誘電体板を動かすことによって移相量を変化させ、さらに、誘電体板の形状をM字型とし、誘電体の山の数を2つとすることで良好な反射特性を得る移相回路がある(特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2008−160269号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来の移相回路は、以上のように構成されていたので、1つの周波数帯でのみ反射を低減するものであり、2つの周波数帯で反射を低減することができないので、多周波共用の基地局用アンテナに適用できないという課題がある。
【0007】
本発明は、従来の課題を解消するためになされたものであり、2つの周波数帯で良好な反射特性を有する移相回路を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の移相回路は、ストリップ導体と地導体との間に、3つの山を持つ誘電体板を備え、誘電体板を、ストリップ導体の長手方向に対して略垂直に可動させるようにしたものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、2つの周波数帯で良好な反射特性を有する移相回路が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】この発明の実施の形態1による移相回路を示す構成図である。
【図2】移相回路の反射振幅の周波数特性を示す特性図である。
【図3】誘電体板の可動量と移相量との関係を示す特性図である。
【図4】この発明の実施の形態2による移相回路を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
実施の形態1.
この実施の形態1は、3つの山を持つ誘電体板を備えることにより、2つの周波数帯で良好な反射特性を有する移相回路を得るものである。
【0012】
図1はこの発明の実施の形態1による移相回路を示す構成図であり、図1(a)はその正面図、図1(b)はその左側面図である。図2は移相回路の反射振幅の周波数特性を示す特性図である。図3は誘電体板の可動量と移相量との関係を示す特性図である。
【0013】
図1において、この実施の形態1による移相回路は、細長い帯状のストリップ線路のストリップ導体1と、ストリップ導体1に対向して設けられた平板状の地導体2と、ストリップ導体1と地導体2との間に設置された誘電体板3とから構成されている。また、ストリップ導体1の一端には入力ポート4が設けられ、他端には出力ポート5が設けられている。
【0014】
誘電体板3の点A1、点A2、点A3は、ストリップ導体1の長手方向に対して略平行な直線AA’上に設定されたものである。また、誘電体板3の点B1、点B2、点B3、点B4、点B5、点B6は、ストリップ導体1の長手方向に対して略平行であって直線AA’から間隔iだけ離れた直線BB’上に設定されたものである。さらに、誘電体板3の点C1、点C2、点C3、点C4は、ストリップ導体1の長手方向に対して略平行であって直線BB’から反直線AA’方向に間隔jだけ離れた直線CC’上に設定されたものである。さらに、誘電体板3の点D1、点D2は、ストリップ導体1の長手方向に対して略平行であって直線CC’から反直線BB’方向に間隔kだけ離れた直線DD’上に設定されたものである。
【0015】
誘電体板3において、点A1と点B1とは任意の曲線A1−B1で結ばれ、点A1と点B2とは任意の曲線A1−B2で結ばれ、点A2と点B3とは任意の曲線A2−B3で結ばれ、点A2と点B4とは任意の曲線A2−B4で結ばれ、点A3と点B5とは任意の曲線A3−B5で結ばれ、点A3と点B6とは任意の曲線A3−B6で結ばれている。
【0016】
また、点B2と点C1とは直線B2−C1で結ばれ、点B3と点C2とは直線B3−C2で結ばれ、点B4と点C3とは直線B4−C3で結ばれ、点B5と点C4とは直線B5−C4で結ばれ、点C1と点C2とは直線C1−C2で結ばれ、点C3と点C4とは直線C3−C4で結ばれている。点B1と点D1とは直線B1−D1で結ばれ、点B6と点D2とは直線B6−D2で結ばれ、点D1と点D2とは直線D1−D2で結ばれている。
【0017】
さらに、直線B2−C1、直線B3−C2、直線B4−C3、直線B5−C4、直線B1−D1、直線B6−D2は、ストリップ導体1の長手方向に対して略垂直とする。
【0018】
直線HH’は、点A2を通り、かつ前記ストリップ導体1の長手方向に対して略垂直な直線である。誘電体板3は、直線HH'を対称の軸として、線対称に形成されているものとする。また、点B1と点B6との間の距離をLとし、点A1と点A3との間の距離をL2とする。
【0019】
さらに、ストリップ導体1と曲線A1−B1との交点とストリップ導体1と曲線A1−B2との交点との距離をLs1、ストリップ導体1と曲線A1−B2との交点とストリップ導体1と曲線A2−B3との交点との距離をLs2、ストリップ導体1と曲線A2−B3との交点とストリップ導体1と曲線A2−B4との交点との距離をLs3、ストリップ導体1と曲線A2−B4との交点とストリップ導体1と曲線A3−B5との交点との距離をLs2、ストリップ導体1と曲線A3−B5との交点とストリップ導体1と曲線A3−B6との交点との距離をLs1とする。
【0020】
このように決定した形状になるように、誘電体板から切断して切り取ることにより、誘電体板3を生成する。
【0021】
また、図1において、ストリップ導体1は、誘電体板3の外側において、樹脂スペーサ等で地導体2に固定する。
【0022】
次に動作について説明する。
図1において、誘電体板3は、ストリップ導体1の長手方向に対して垂直に可動させる。その際、誘電体板3は、ストリップ導体1の長手方向に対して略平行で、かつ、直線AA’と直線CC’との間にある直線6上に、ストリップ導体1があるようにする。直線6と、直線AA’または直線CC’とが重なる場合もある。
【0023】
この移相回路には、点A1、点A2、点A3を頂点とする3つの山があるため、従来の1つの周波数帯用の2つの山の移相回路に比べて、自由度が1つ増えることにより、2つの周波数帯で反射を低減することができる。すなわち、入力ポート4から見た場合、ストリップ導体1と誘電体板3との境界の交点が6カ所あり、この6カ所の不連続点からの反射を、距離Ls1、Ls2、Ls3を調整することにより、2つの周波数帯で低減することができる。
【0024】
ここで、ストリップ導体1と地導体2との間に誘電体板3がない場合のストリップ線路の特性インピーダンス、実効比誘電率をそれぞれZ、εreff1とし、ストリップ導体1と地導体2との間に誘電体板3がある場合のストリップ線路の特性インピーダンス、実効比誘電率をそれぞれZ2、εreff2とする。例えば、Z=50Ω、εreff1=1、Z2、=26Ω、εreff2=4とする。
【0025】
このとき、ストリップ導体1と地導体2との間に誘電体板3がある部分のストリップ線路の長さ「S=2×Ls1+Ls3」を変化させて、742.5MHzと932.5MHzで反射が0となる距離Ls1、Ls2、Ls3を求める。具体的には、下記式(1)のqを2つの周波数(f=742.5MHzと、f=932.5MHzと)でそれぞれ0にした2元連立方程式を解く。ここでは、ニュートン法を用いた数値解析により解を求めた。
【0026】

【0027】
なお、上記式(1)は三角関数を含むため、解が無数に存在する。そこで、ニュートン法の初期値は乱数を与えて決め、最小の距離Ls1、Ls2、Ls3が求まるまで、初期値を変化させてニュートン法による計算を繰り返した。反射特性の周波数特性計算結果を図2に示す。図2から、742.5MHzと932.5MHzとの2つの周波数で反射を低減できることが確認できる。
【0028】
また、ストリップ導体1の直線AA’からの距離を、誘電体板3がストリップ導体1の長手方向に対して垂直に動く可動量rとし、入力ポート4と出力ポート5との間の位相差を可動量rの関数で表し、φ(r)とする。このとき、可動量rと移相量{φ(r)−φ(0)}とがおおむね比例するように、可動量rを決定することもできる。可動量rと移相量とがおおむね比例するように可動量rを決定し、かつ長さSと距離Ls1、Ls2、Ls3との関係を用いると、誘電体板3の形状を決めることができる。
【0029】
この可動量rと移相量とがおおむね比例する可動量rと長さSとの関係は、以下の通り求めることができる。
長さSの移相量をp(S)をとし、直線AA’と直線BB’との間隔をiとする。このとき、下記式(2)を満たすように、可動量rと長さSとの関係を求める。なお、長さSと、距離Ls1、Ls2、Ls3との関係は、上記式(1)により求まっているので、可動量rと長さSとの関係が求まれば、誘電体板3の形状が決まる。
【0030】

【0031】
ここで、例えば、Z=50Ω、εreff1=1、Z2、=26Ω、εreff2=4とし、直線AA’と直線BB’との間隔を100mmとする。このとき、可動量rと移相量とがおおむね比例するように可動量rを決定すると、可動量rと移相量との関係は、図3のようになる。この例では、742.5MHzと932.5MHzの2つの周波数で反射がほぼ0となる。可動量r=100mmのときの移相量は、742.5MHzで94.8度、932.5MHzで122.1度である。図3から、移相量が可動量rに対してほぼ線形であることが確認できる。
【0032】
また、このとき、距離L=150.9mm、距離L2=179.0mmである。2つの周波数帯の中心周波数837.5MHzにおける自由空間波長をλcとすると、距離L=0.42λc、距離L2=0.50λcとなる。この移相回路では、距離L2は0.5λcとなり、Z2、εreff2と、反射を0にする2つの周波数を選べば距離Lは0.5λc以下となり、誘電体板3を小型化できる。
【0033】
さらに、図1に示した構成では、誘電体板3に、矩形状の溝(B2C1C2B3,B4C3C4B5)を設けた。
矩形状の溝が設けられていない構成、すなわち、点B2と点B3とを直線B2−B3で結び、点B4と点B5とを直線B4−B5で結んだ構成では、ストリップ導体1の移動量r=iのときに、ストリップ導体1に幅があるので、ストリップ導体1と直線B2−B3付近および直線B4−B5付近の誘電体板3とが重なり、その重なりの影響を受けて、2つの周波数帯での反射特性の精度が低下する。
図1では、誘電体板3に、矩形状の溝(B2C1C2B3,B4C3C4B5)を設けたことにより、ストリップ導体1の移動量r=iのときに、ストリップ導体1に幅があっても、ストリップ導体1と直線B2−B3付近および直線B4−B5付近の誘電体板3とが重なることなく、2つの周波数帯で更に良好な反射特性を有する移相回路が得られる。
【0034】
以上のように、この実施の形態1によれば、ストリップ導体1と地導体2との間に、3つの山を持つ誘電体板3を備え、誘電体板3を、ストリップ導体1の長手方向に対して略垂直に可動させるようにしたので、2つの周波数帯で良好な反射特性を有する移相回路が得られる効果がある。
【0035】
また、この実施の形態1によれば、誘電体板3に、矩形状の溝(B2C1C2B3,B4C3C4B5)を設けたことにより、ストリップ導体1の移動量r=iのときに、ストリップ導体1に幅があっても、ストリップ導体1と直線B2−B3付近および直線B4−B5付近の誘電体板3とが重なることなく、2つの周波数帯で更に良好な反射特性を有する移相回路が得られる効果がある。
【0036】
なお、この実施の形態1では、誘電体板3に、矩形状の溝(B2C1C2B3,B4C3C4B5)を設けた構成について説明したが、矩形状の溝が設けられていない構成、すなわち、点B2と点B3とを直線B2−B3で結び、点B4と点B5とを直線B4−B5で結んだ構成であっても良く、2つの周波数帯で良好な反射特性を有する移相回路が得られる効果がある。
【0037】
さらに、この実施の形態1によれば、可動量rと移相量とがおおむね比例するように、誘電体板の形状を決定したので、誘電体板の可動量rと移相量とがおおむね比例した特性を有する移相回路が得られる効果がある。
【0038】
さらに、この実施の形態1によれば、誘電体板3において、点A1と点A3との間の距離L2と、点B1と点B6との間の距離Lとを、0.5λc以下としたので、誘電体板3を小型化した移相回路が得られる効果がある。
【0039】
なお、この実施の形態1では、誘電体板3の形状において、点D1と点D2とを直線D1−D2で結んだ形状について説明したが、誘電体板3の形状において、直線AA’と直線BB’との間の誘電体板3の形状が図1に示したものであれば良く、点D1と点D2とをどのような線D1−D2で結んだものであっても良い。
【0040】
実施の形態2.
この実施の形態2は、ストリップ導体1と地導体2との間に、複数の誘電体板を積層することにより、全体の強度が強い移相回路を得るものである。
【0041】
図4はこの発明の実施の形態2による移相回路を示す構成図であり、図4(a)はその正面図、図4(b)はその左側面図である。
【0042】
図4において、この実施の形態2による移相回路には、ストリップ導体1と誘電体板3との間と、誘電体板3と地導体2との間に、複数の誘電体板7を積層している。したがって、ストリップ導体1を、誘電体板3と複数の誘電体板7で保持することができ、別途、ストリップ導体1を支持するためにスペーサー等を設置する必要がなくなる。
【0043】
スペーサーを設置した場合には、ストリップ線路のスペーサーを設置した部分において反射が生じるため、移相回路の反射特性が劣化するが、この実施の形態2ではスペーサーを設置する必要が無いので、良好な反射特性が得られるという利点がある。
【0044】
図4では、ストリップ導体1と誘電体板3との間と、誘電体板3と地導体2との間に、複数の誘電体板7を積層したが、ストリップ導体1と誘電体板3との間、あるいは誘電体板3と地導体2との間のどちらか一方にのみ複数の誘電体板7を積層しても良い。
【0045】
以上のように、この実施の形態2によれば、ストリップ導体1と地導体2との間に、複数の誘電体板7を積層したので、全体の強度が強い移相回路が得られる効果がある。
【0046】
なお、以上の実施の形態1、2において、誘電体板3の線D1−D2に、任意の形状の誘電体板を接続しても良い。
【0047】
また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意な構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意な構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【0048】
1 ストリップ導体、2 地導体、3,7 誘電体板、4 入力ポート、5 出力ポート、6 直線。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ストリップ線路のストリップ導体と、
前記ストリップ導体に対向して設けられた地導体と、
前記ストリップ導体と前記地導体との間に設置された誘電体板とを備え、
前記誘電体板は、
前記ストリップ導体の長手方向に対して略平行な第1の直線上にある点A1、点A2、点A3と、
前記ストリップ導体の長手方向に対して略平行で、第1の直線から一定間隔iだけ離れた第2の直線上にある点B1、点B2、点B3、点B4、点B5、点B6と、
前記ストリップ導体の長手方向に対して略平行で、第2の直線から一定間隔j+kだけ離れた第4の直線上にある点D1、点D2とに関して、
前記点A1と前記点B1とを任意の曲線A1−B1で結び、
前記点A1と前記点B2とを任意の曲線A1−B2で結び、
前記点A2と前記点B3とを任意の曲線A2−B3で結び、
前記点A2と前記点B4とを任意の曲線A2−B4で結び、
前記点A3と前記点B5とを任意の曲線A3−B5で結び、
前記点A3と前記点B6とを任意の曲線A3−B6で結び、
前記点B2と前記点B3とを直線B2−B3で結び、
前記点B4と前記点B5とを直線B4−B5で結び、
前記点B1と前記点D1とを直線B1−D1で結び、
前記点B6と前記点D2とを直線B6−D2で結び、
前記点D1と前記点D2とを線D1−D2で結ぶことにより構成され、
前記直線B1−D1、前記直線B6−D2は、前記ストリップ導体の長手方向に対して略垂直であり、
前記点A2を通る第5の直線は、前記ストリップ導体の長手方向に対して略垂直であり、
前記誘電体板は、前記第5の直線に関して、線対称であり、
前記誘電体板を、前記ストリップ導体の長手方向に対して略垂直に可動させることを特徴とする移相回路。
【請求項2】
ストリップ線路のストリップ導体と、
前記ストリップ導体に対向して設けられた地導体と、
前記ストリップ導体と前記地導体との間に設置された誘電体板とを備え、
前記誘電体板は、
前記ストリップ導体の長手方向に対して略平行な第1の直線上にある点A1、点A2、点A3と、
前記ストリップ導体の長手方向に対して略平行で、第1の直線から一定間隔iだけ離れた第2の直線上にある点B1、点B2、点B3、点B4、点B5、点B6と、
前記ストリップ導体の長手方向に対して略平行で、第2の直線から一定間隔jだけ離れた第3の直線上にある点C1、点C2、点C3、点C4と、
前記ストリップ導体の長手方向に対して略平行で、第3の直線から一定間隔kだけ離れた第4の直線上にある点D1、点D2とに関して、
前記点A1と前記点B1とを任意の曲線A1−B1で結び、
前記点A1と前記点B2とを任意の曲線A1−B2で結び、
前記点A2と前記点B3とを任意の曲線A2−B3で結び、
前記点A2と前記点B4とを任意の曲線A2−B4で結び、
前記点A3と前記点B5とを任意の曲線A3−B5で結び、
前記点A3と前記点B6とを任意の曲線A3−B6で結び、
前記点B2と前記点C1とを直線B2−C1で結び、
前記点B3と前記点C2とを直線B3−C2で結び、
前記点B4と前記点C3とを直線B4−C3で結び、
前記点B5と前記点C4とを直線B5−C4で結び、
前記点C1と前記点C2とを直線C1−C2で結び、
前記点C3と前記点C4とを直線C3−C4で結び
前記点B1と前記点D1とを直線B1−D1で結び、
前記点B6と前記点D2とを直線B6−D2で結び、
前記点D1と前記点D2とを線D1−D2で結ぶことにより構成され、
前記直線B2−C1、前記直線B3−C2、前記直線B4−C3、前記直線B5−C4、前記直線B1−D1、前記直線B6−D2は、前記ストリップ導体の長手方向に対して略垂直であり、
前記点A2を通る第5の直線は、前記ストリップ導体の長手方向に対して略垂直であり、
前記誘電体板は、前記第5の直線に関して、線対称であり、
前記誘電体板を、前記ストリップ導体の長手方向に対して略垂直に可動させることを特徴とする移相回路。
【請求項3】
前記ストリップ導体の前記第1の直線からの距離を、前記誘電体板が前記ストリップ導体の長手方向に対して垂直に動く可動量rとし、位相の変化量を移相量としたときに、
可動量rと移相量とがおおむね比例するように、前記誘電体板の形状を決定することを特徴とする請求項1または請求項2記載の移相回路。
【請求項4】
使用する2つの周波数帯の中心周波数における自由空間波長をλcとしたとき、
前記誘電体板において、前記点A1と前記点A3との間の距離と、前記点B1と前記点B6との間の距離とを、0.5λc以下としたことを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の移相回路。
【請求項5】
前記ストリップ導体と前記地導体との間に、複数の誘電体板を積層したことを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の移相回路。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2012−222556(P2012−222556A)
【公開日】平成24年11月12日(2012.11.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−85493(P2011−85493)
【出願日】平成23年4月7日(2011.4.7)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】