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WO2015198969A1 - 分配移相器 - Google Patents

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Publication number
WO2015198969A1
WO2015198969A1 PCT/JP2015/067650 JP2015067650W WO2015198969A1 WO 2015198969 A1 WO2015198969 A1 WO 2015198969A1 JP 2015067650 W JP2015067650 W JP 2015067650W WO 2015198969 A1 WO2015198969 A1 WO 2015198969A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conductor
phase shifter
fixed
antenna
conductors
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/067650
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
英伸 平松
西村　崇
Original Assignee
日本電業工作株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電業工作株式会社 filed Critical 日本電業工作株式会社
Priority to CN201580033456.0A priority Critical patent/CN106471670A/zh
Publication of WO2015198969A1 publication Critical patent/WO2015198969A1/ja

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/18—Phase-shifters

Definitions

  • the present invention relates to a distributed phase shifter.
  • an array antenna in which antenna elements such as a dipole antenna are arranged in an array is often used. Then, the directivity of the array antenna is set by controlling the phase of the transmission signal supplied to each antenna element of the array antenna or the received signal received by each antenna element by the distribution phase shifter.
  • Patent Document 1 an input-side microstrip line formed on a first dielectric substrate and having an input terminal at one end, a first output terminal, and a second output formed on the first dielectric substrate.
  • An output-side microstrip line having an arcuate coupling portion interposed between the terminals and the output terminals, and a second dielectric substrate, and pivotally supported by a support shaft passing through the center of curvature of the arcuate coupling portion.
  • a coupling circuit is described that includes a rotationally coupled conductor and an additional dielectric that is added to the second dielectric substrate and rotates about the pivot along with the second dielectric substrate.
  • Patent Document 2 includes a strip-shaped conductor portion having at least two first strip-shaped conductor portions and a second strip-shaped conductor portion arranged concentrically, and a tap member rotatable around a pivot axis, and at least A high-frequency phase shifter unit is described in which at least two different pairs of antenna radiators having different phase angles ( ⁇ ) can be controlled by a plurality of connection positions that are offset from each other in two strip conductor portions.
  • JP 2010-74710 A Japanese Patent No. 4198355
  • the distribution phase shifter is required to have a wide range of return loss characteristics and pass loss characteristics and to be miniaturized.
  • An object of the present invention is to provide a miniaturized distribution phase shifter having a simple structure.
  • the distribution phase shifter to which the present invention is applied assumes that a plurality of circular rings centered on a predetermined point are each of which one of the circular rings has a plurality of circular rings.
  • a plurality of first conductors each having a circular arc shape that constitutes a part, each end portion being connected to an input / output terminal, and a plurality of first conductors are provided, and one end portion is provided
  • a second conductor having a second end connected to the input / output terminal, the other end being rotatable about the center and having one end connected to the input / output terminal, and at least one first of the plurality of first conductors
  • the characteristic impedance of the conductor is higher than the characteristic impedance of the other first conductor.
  • the plurality of first conductors may further include matching circuits at both ends of the first conductor having a higher characteristic impedance than the other first conductors. it can. This facilitates impedance matching with the connected antenna element.
  • another input / output terminal may be further provided at one end of the second conductor. Thereby, an odd number of antenna elements can be connected.
  • another matching circuit may be further provided between one end of the second conductor and an input / output terminal connected to the one end. This facilitates impedance matching with the transmission / reception unit.
  • the number of the plurality of first conductors may be three.
  • a miniaturized distribution phase shifter with a simple structure can be provided.
  • FIG. 1 It is a figure which shows an example of the whole structure of the base station antenna for mobile communications to which 1st Embodiment is applied.
  • A is a perspective view of a base station antenna
  • (b) is a figure explaining the example of installation of a base station antenna.
  • It is a figure which shows an example of the sector antenna in 1st Embodiment.
  • 1st Embodiment it is a figure which shows an example of the connection relation of the distribution phase shifter and array antenna in a sector antenna.
  • (A) is a plan view of the distribution phase shifter
  • (b) is a cross-sectional view of the distribution phase shifter along line IVB-IVB in (a).
  • Is a plan view showing an example of a distributor phase shifter in the case where all of the stationary conductor and the characteristic impedance Z 0 1.
  • It is a top view which shows the structure of the distribution phase shifter in 2nd Embodiment.
  • 3rd Embodiment it is a figure which shows an example of the connection relation of the distribution phase shifter and array antenna in a sector antenna.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an overall configuration of a mobile communication base station antenna 1 to which the first exemplary embodiment is applied.
  • FIG. 1A is a perspective view of the base station antenna 1
  • FIG. 1B is a diagram illustrating an installation example of the base station antenna 1.
  • the base station antenna 1 includes, for example, a plurality of sector antennas 10-1 to 10-3 held by a steel tower 20, as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 1B, the base station antenna 1 transmits and receives radio waves in the cell 2.
  • the sector antennas 10-1 to 10-3 each have a cylindrical outer shape, and the central axis of the cylinder is provided perpendicular to the ground.
  • the cell 2 includes a plurality of sectors 3-1 to 3-3 divided at an angle in a horizontal plane.
  • the sectors 3-1 to 3-3 are provided corresponding to the three sector antennas 10-1 to 10-3 of the base station antenna 1, respectively. That is, the direction of the main lobe 11 having a large electric field in the radio waves transmitted by the sector antennas 10-1 to 10-3 is directed to the corresponding sectors 3-1 to 3-3.
  • the sector antennas 10-1 to 10-3 are not distinguished from each other, they are referred to as sector antennas 10.
  • the sectors 3-1 to 3-3 are not distinguished from each other, they are represented as sector 3.
  • the base station antenna 1 shown as an example in FIG. 1 includes three sector antennas 10-1 to 10-3, which correspond to the sectors 3-1 to 3-3.
  • the number of sectors 3 may be a predetermined number other than three.
  • the sector 3 is configured by dividing the cell 2 into equal parts. However, the sector 3 may not be equally divided, and any one sector 3 is wider than the other sectors 3 or It may be configured narrowly.
  • the base station antenna 1 mainly transmits radio waves, but the base station antenna 1 receives radio waves due to the reversibility of the antenna.
  • the signal flow may be reversed with the transmission signal as the reception signal.
  • Each sector antenna 10 includes an array antenna 100 and a distribution phase shifter 200.
  • the sector antenna 10 may be referred to as an antenna.
  • the distribution phase shifter 200 shifts the phase of the transmission signal input to the input / output terminals (see Port 1 shown in FIG. 3 described later) between a plurality of input / output terminals (see Ports 2 to 7 shown in FIG. 3 described later).
  • the data is output to the array antenna 100 from a plurality of input / output terminals (Ports 2 to 7).
  • the distribution phase shifter 200 synthesizes the received signals input from the array antenna 100 to the plurality of input / output terminals (Ports 2 to 7) while shifting the phase between the plurality of input / output terminals (Ports 2 to 7).
  • Ports 1 to 7 of the distributed phase shifter 200 are input terminals and function as output terminals. Therefore, it is expressed as an input / output terminal.
  • Each sector antenna 10 is connected to a transmission / reception cable 31 that transmits / receives a signal to / from the distributed phase shifter 200.
  • the transmission / reception cable 31 is connected to a transmission / reception unit 4 (see FIG. 3 to be described later) that generates a transmission signal and receives a reception signal provided in a base station (not shown).
  • the transmission / reception cable 31 is, for example, a coaxial cable.
  • the array antenna 100, the distributed phase shifter 200, and the transmission / reception cable 31 are shown in the sector antenna 10-1.
  • the other sector antennas 10-2 and 10-3 are also provided with an array antenna 100, a distribution phase shifter 200, and a transmission / reception cable 31, as with the sector antenna 10-1.
  • the base station antenna 1 preferably transmits radio waves in the cell 2 and does not transmit radio waves to cells adjacent to the outside of the cell 2. Similarly, it is preferable that radio waves are received from inside the cell 2 and no radio waves are received from cells adjacent to the outside of the cell 2. For this reason, as shown in FIG. 1A, the transmission / reception direction (directivity) of radio waves (beams) is tilted at an angle ⁇ from the horizontal plane to the ground surface direction (referred to as a beam tilt angle ⁇ ).
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the sector antenna 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of one sector antenna 10 placed sideways.
  • the sector antenna 10 includes an array antenna 100, a distributed phase shifter 200, and a radome 500.
  • the array antenna 100 includes a reflector 120 and a plurality of antenna elements 110 arranged (arrayed) linearly on the reflector 120.
  • the radome 500 is provided so as to enclose the array antenna 100 and the distributed phase shifter 200.
  • the radome 500 is indicated by a broken line so that the array antenna 100 provided inside the radome 500 can be seen.
  • the antenna element 110 is described as a dipole antenna as an example.
  • the antenna element 110 may not be a dipole antenna but may be another antenna such as a patch antenna.
  • the antenna element 110 shown in FIG. 2 transmits and receives polarized waves (vertical polarized waves) in which the electric field vibrates in a direction perpendicular to the ground.
  • the antenna element 110 may be rotated 90 ° to transmit and receive polarized waves (horizontal polarized waves) in which the electric field vibrates in a direction parallel to the ground.
  • antenna elements 110 that receive vertical polarization and antenna elements that receive horizontal polarization are arranged alternately or crossing so that the array antenna 100 transmits and receives both vertical and horizontal polarization. May be.
  • the reflector 120 reflects the radio wave transmitted by the antenna element 110 and holds the antenna element 110.
  • six antenna elements 110 are arranged on the reflector 120 with a distance Dp.
  • the six antenna elements 110 are denoted as antenna elements 110-1 to 110-6. That is, when the plurality of antenna elements 110 in the array antenna 100 are distinguished from each other, they are represented as antenna elements 110-1 to 110-6.
  • a portion of the reflector 120 facing the antenna element 110 is flat, and both end portions of the reflector 120 are bent to the side opposite to the side where the antenna element 110 is provided. Note that both end portions of the reflecting plate 120 may not be bent, and may be bent to the side where the antenna element 110 is provided.
  • the radome 500 includes a cylinder 501, an upper lid 502 that covers the upper end of the cylinder 501, and a lower lid 503 that covers the lower end of the cylinder 501.
  • the radome 500 stores the array antenna 100 and the distribution phase shifter 200.
  • the lower lid 503 of the radome 500 is provided with a connector (not shown) to which the transmission / reception cable 31 for transmitting / receiving signals to / from the distributed phase shifter 200 is connected.
  • the array antenna 100 of the sector antenna 10 shown in FIG. 2 includes six antenna elements 110, but the number of antenna elements 110 is not limited to six and may be a predetermined number.
  • the sector antenna 10 is configured by one array antenna 100, but may be configured by arranging a plurality of array antennas 100.
  • the radome 500 that covers the array antenna 100 and the like is a cylinder 501 having an upper lid 502 and a lower lid 503.
  • the cross section may be a square cylinder, or a square cylinder may have a cross section.
  • One side may be arcuate.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a connection relationship between the distributed phase shifter 200 and the array antenna 100 in the sector antenna 10 in the first embodiment.
  • the array antenna 100 will be described as including six antenna elements 110 (antenna elements 110-1 to 110-6) as shown in FIG.
  • the distribution phase shifter 200 includes Ports 1 to 7 that are seven input / output terminals. Port 1 is connected to a transmission / reception unit 4 provided in a base station (not shown). Ports 2 to 7 are connected to antenna elements 110-1 to 110-6, respectively.
  • a transmission signal is input from the transmission / reception unit 4 to Port 1 of the distribution phase shifter 200. Then, it is distributed to Ports 2 to 7 by the distribution phase shifter 200. At this time, the phases of the transmission signals input to Port 1 are shifted from each other by the distribution phase shifter 200.
  • the transmission signals distributed to Ports 2 to 7 are output from Ports 2 to 7 to antenna elements 110-1 to 110-6.
  • the antenna elements 110-1 to 110-6 each transmit a transmission signal whose phase is shifted as a radio wave.
  • Port 2 outputs a signal whose phase is shifted by ⁇ 5 ⁇ with respect to the transmission signal input to Port 1.
  • the phase shift is called a phase shift amount.
  • Port 3 is a phase shift amount ⁇ 3 ⁇
  • Port 4 is a phase shift amount ⁇
  • Port 5 is a phase shift amount + ⁇
  • Port 6 is a phase shift amount + 3 ⁇
  • Port 7 is a phase shift amount + 5 ⁇ .
  • the phase shift amount between the adjacent ports of Ports 2 to 7 is 2 ⁇ .
  • Ports 2 to 7 are connected to six antenna elements 110-1 to 110-6, each of which is arranged with a spacing Dp, so that the beam tilt of the radio wave transmitted from the sector antenna 10 is caused by the phase difference 2 ⁇ .
  • the angle ⁇ is set. Note that ⁇ in the phase difference 2 ⁇ is variable in the distribution phase shifter 200 as described later.
  • Ports 2 to 7 of the distributed phase shifter 200 are each connected to one antenna element 110. However, Ports 2 to 7 of distribution phase shifter 200 may be connected to a group including a plurality of antenna elements 110, respectively. In this case, each of the antenna elements 110-1 to 110-6 may be replaced with a group of antenna elements 110 in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the distributed phase shifter 200 according to the first embodiment.
  • 4A is a plan view of the distribution phase shifter 200
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of the distribution phase shifter 200 along the line IVB-IVB in FIG. 4A.
  • FIGS. 4A and 4B when the distribution phase shifter 200 assumes a plurality of circles with radii R1, R2, and R3 centered on the point O, the plurality of circles of these circles are assumed.
  • Fixed conductors 211, 212, and 213 are provided as an example of arc-shaped first conductors that constitute a part.
  • the distributed phase shifter 200 includes a movable conductor 220 as an example of a linearly extending second conductor provided so as to intersect with the fixed conductors 211, 212, and 213 and a rotating shaft 230 provided at the point O. And. Further, the distributed phase shifter 200 includes a reference conductor 240 set to a reference potential (for example, ground potential (GND)).
  • a reference potential for example, ground potential (GND)
  • the reference conductor 240 is provided so as to face the fixed conductors 211, 212, and 213. That is, the fixed conductors 211, 212, and 213 are provided on a plane when assuming a plane parallel to the reference conductor 240.
  • One end of the movable conductor 220 is fitted to the rotating shaft 230, and the other end rotates about the rotating shaft 230 around the rotating shaft 230. That is, the movable conductor 220 is configured in an arm shape.
  • the movable conductor 220 is provided in contact with or close to the fixed conductors 211, 212, and 213 so as to be electrically coupled to the fixed conductors 211, 212, and 213.
  • the electrical coupling does not require transmission of the direct current component of the signal, and it is sufficient that the high frequency component is transmitted.
  • a loss is caused with respect to a high-frequency component of a signal such as polytetrafluoroethylene between the movable conductor 220 and the fixed conductors 211, 212, and 213. May be provided. In the following description, it is assumed that the movable conductor 220 and the fixed conductors 211, 212, and 213 are in contact (contact).
  • the fixed conductors 211, 212, and 213 form a strip line with respect to the reference conductor 240.
  • the movable conductor 220 also forms a strip line with respect to the reference conductor 240.
  • Both ends of the fixed conductor 211 are connected to Port 4 and Port 5 which are input / output terminals via transformation lines 214 and 215 as examples of matching circuits. Both ends of the fixed conductor 212 are connected to Port3 and Port6 which are input / output terminals. Both ends of the fixed conductor 213 are connected to Port2 and Port7 which are input / output terminals. One end of the movable conductor 220 (on the rotating shaft 230 side) is connected to Port 1 that is an input / output terminal.
  • the fixed conductor 211 is a part that contacts the movable conductor 220.
  • the transformation lines 214 and 215 convert characteristic impedance between one end and the other end.
  • the transformation lines 214 and 215 are, for example, quarter wavelength ( ⁇ ) transformers.
  • the fixed conductors 212 and 213 do not include the transformation lines 214 and 215 in the fixed conductor 211. That is, the fixed conductors 212 and 213 are portions that come into contact with the movable conductor 220.
  • the fixed conductors 212 and 213 have a characteristic impedance Z 0 1.
  • the fixed conductor 211 is larger than the characteristic impedance Z 0 1, the characteristic impedance Z 0 2 (Z 0 2> Z 0 1). Therefore, as shown in FIG. 4A, the pattern width of the fixed conductor 211 is smaller (thinner) than the fixed conductors 212 and 213.
  • the characteristic impedance Z 0 1 is, for example, 50 ⁇ .
  • the characteristic impedance Z 0 2 is, for example, 100 ⁇ .
  • the characteristic impedance of the antenna elements 110-1 to 110-6 is the characteristic impedance Z 0 1. Therefore, the antenna elements 110-2 and 110-5 can be connected to the Ports 3 and 6 of the fixed conductor 212 without causing impedance mismatch (see FIG. 3). Similarly, the antenna elements 110-1 and 110-6 can be connected to the Ports 2 and 7 of the fixed conductor 213 without causing impedance mismatch. On the other hand, since the fixed conductor 211 has the characteristic impedance Z 0 2, the impedance becomes mismatched when both ends thereof are connected to the antenna elements 110-3 and 110-4, respectively.
  • transformer lines 214 and 215 are connected.
  • the transformation lines 214 and 215 convert the characteristic impedance Z 0 1 into the characteristic impedance Z 0 2.
  • the movable conductor 220 is in contact with the first contact portion 220a including a portion that contacts the fixed conductor 211 (contact portion ⁇ ), the second contact portion 220b including a portion that contacts the fixed conductor 212 (contact portion ⁇ ), and the fixed conductor 213. It is comprised from the 3rd contact part 220c containing the part (contact part (gamma)) to do. Note that the impedances of the first contact portion 220a, the second contact portion 220b, and the third contact portion 220c in the movable conductor 220 are set so that signals are distributed to Ports 2 to 7 with equal power. Since the structure known so far can be applied to the movable conductor 220, the description thereof is omitted here.
  • Each of the fixed conductors 211, 212, 213, the transformation lines 214, 215, the movable conductor 220, and the reference conductor 240 may be made of a metal plate such as aluminum or copper, which is a conductive material.
  • a dielectric substrate such as a glass epoxy substrate having a layer provided on both sides or one side, the conductive material layer may be processed.
  • the reference conductor 240, the fixed conductors 211, 212, and 213, and the transformation lines 214 and 215 are processed on the dielectric substrate provided with the conductive material layer on both sides, and the conductive material layer provided on both sides is processed. What is necessary is just to comprise.
  • the movable conductor 220 may be configured by processing a conductive material layer on a dielectric substrate provided with a conductive material layer on one side.
  • each of the reference conductor 240, the fixed conductors 211, 212, and 213 and the transformation lines 214 and 215 may be configured by processing a dielectric substrate provided with a layer of a conductive material on one side.
  • the radius R 1 of the fixed conductor 211 is set to 0.12 ⁇ 0
  • the radius R 2 of the fixed conductor 212 is set to 0.36 ⁇
  • the radius R 3 of the fixed conductor 213 is set to 0.6 ⁇ 0 .
  • the amount of phase shift in each of Ports 1 to 7 is set to the phase shift amount relationship shown in FIG.
  • An input signal input to Port 1 provided at one end of the movable conductor 220 of the distribution phase shifter 200 propagates through the first contact portion 220 a of the movable conductor 220, and at the contact portion ⁇ with the fixed conductor 211, the fixed conductor 211.
  • Distributed to. A part of the signal distributed to the fixed conductor 211 propagates through the fixed conductor 211 and the transformation line 214 from the contact portion ⁇ to the left side (left side in FIG. 4A, the same applies hereinafter), and is output to Port 4.
  • the remainder of the signal distributed to the fixed conductor 211 propagates through the fixed conductor 211 and the transformation line 215 to the right side from the contact portion ⁇ , and is output to Port5.
  • the signal that is not distributed to the fixed conductor 211 at the contact portion ⁇ with the fixed conductor 211 propagates through the second contact portion 220b of the movable conductor 220 and is distributed to the fixed conductor 212 at the contact portion ⁇ with the fixed conductor 212. The Then, a part of the signal distributed to the fixed conductor 212 propagates through the fixed conductor 212 to the left side from the contact portion ⁇ and reaches the Port 3 to be output. Similarly, the remainder of the signal distributed to the fixed conductor 212 propagates through the fixed conductor 212 to the right side from the contact portion ⁇ and is output to the Port 6.
  • the signal that has not been distributed to the fixed conductor 212 at the contact portion ⁇ with the fixed conductor 212 propagates through the third contact portion 220c of the movable conductor 220, and is distributed to the fixed conductor 213 at the contact portion ⁇ with the fixed conductor 213. Then, part of the signal distributed to the fixed conductor 213 propagates through the fixed conductor 213 from the contact portion ⁇ to the left side, and is output to Port2. Similarly, the remainder of the signal distributed to the fixed conductor 213 propagates through the fixed conductor 213 from the contact portion ⁇ to the right side in FIG. 4A and is output to Port7.
  • the fixed conductors 211, 212, and 213 and the movable conductor 220 are used.
  • the fixed and movable may be relative, and the movable conductor 220 may be fixed, and the fixed conductors 211, 212, and 213 may be moved.
  • the transformation lines 214 and 215 may not be provided, and another transformation line may be provided at both ends or one end of either one or both of the fixed conductors 212 and 213.
  • FIG. 5 is a plan view showing an example of the distribution phase shifter 200 when all of the fixed conductors 211, 212, and 213 have the characteristic impedance Z 0 1.
  • the fixed conductor 211 is set to the characteristic impedance Z 0 1 like the fixed conductors 212 and 213. Therefore, in order to distinguish the fixed conductor 211 from the fixed conductor 211 of FIG. Since the fixed conductor 211 ′ has the characteristic impedance Z 0 1, the pattern width is larger (wider) than the pattern width of the fixed conductor 211 shown in FIG.
  • the first contact portion 220a in the movable conductor 220 hereinafter referred to as the movable conductor 220 ′ in order to be distinguished from the movable conductor 220 in FIG. 4).
  • the second contact portion 220b ′, and the third contact portion 220c ′ have impedances set so that signals are distributed to Ports 2 to 7 with equal power.
  • the fixed conductor 211 ′ has a characteristic impedance Z 0 1 smaller than the characteristic impedance Z 0 2 of the fixed conductor 211 in FIG.
  • the characteristic impedance of the first contact portion 220a ′ in the movable conductor 220 ′ is required to be smaller than that shown in FIG. Therefore, the first contact portion 220a ′ in the movable conductor 220 ′ needs to be configured wider (thicker) than the first contact portion 220a of the movable conductor 220 in FIG.
  • Other configurations are the same as those shown in FIGS. 4A and 4B, and thus the description thereof is omitted.
  • the length (width) in the circumferential direction (moving direction) of the contact portion ⁇ between the fixed conductor 211 ′ and the first contact portion 220a ′ of the movable conductor 220 ′ is shown in FIG. Compared with the case of 4 (a), it is larger and does not form a body as a transmission line. Further, since the first contact portion 220a ′ is widened, the substantial movable range is narrowed, and the other end portion of the movable conductor 220 ′ is moved (rotated) around the rotation shaft 230 (point O). However, from Ports 4 and 5, it is difficult to obtain a signal having a phase difference proportional to the rotation angle.
  • the radius R1 of the fixed conductor 211 ′ is obtained. Needs to be set larger. This inevitably increases the radius R2 of the fixed conductor 212 and the radius R3 of the fixed conductor 213 in proportion to the radius R1, and the distribution phase shifter 200 is increased in size.
  • the fixed conductor 211 closest to the point O is connected to the characteristic impedance Z 0 2 and the fixed conductor 212. 213 is set to be larger than the characteristic impedance Z 0 1.
  • the pattern width of the fixed conductor 211 is made smaller (thinner) than the fixed conductor 211 ′ of FIG.
  • the width of the first contact portion 220a of the movable conductor 220 becomes narrower than the first contact portion 220a ′ of the movable conductor 220 ′ of FIG.
  • the length (width) in the circumferential direction (moving direction) of the contact portion ⁇ between the fixed conductor 211 and the movable conductor 220 is smaller (shorter) than in the case of FIG.
  • the radius R1 with respect to the fixed conductor 211 is small, it is easy to obtain a signal having a phase difference proportional to the rotation angle from the Ports 4 and 5. That is, the distribution phase shifter 200 is reduced in size.
  • the characteristic impedance of Port 1 of the distribution phase shifter 200 is set so that the power of the signal input from Port 1 is evenly distributed at Ports 2 to 7. However, in this case, the characteristic impedance of Port 1 may be different from the characteristic impedance Z 0 1. Then, when the characteristic impedance Z 0 1 is 50 ⁇ widely used in cables and circuits, a cable or circuit having a characteristic impedance of 50 ⁇ cannot be directly connected to Port 1.
  • FIG. 6 is a plan view showing the configuration of the distributed phase shifter 200 in the second embodiment.
  • the distribution phase shifter 200 in the second embodiment further includes a matching circuit 250 between one end of the movable conductor 220 (on the rotating shaft 230 side) and Port1. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the matching circuit 250 converts the characteristic impedance seen from Port 1 into impedance Z 0 1.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating S parameters of the distributed phase shifter 200 in the second embodiment.
  • the horizontal axis indicates the frequency (f / f 0 ) normalized by the center frequency f 0
  • the vertical axis indicates the S parameter (dB).
  • S11 shows the reflection characteristics at Port 1, and it can be seen that the return loss is ⁇ 20 dB or less in the range of the normalized frequency (f / f 0 ) of 0.9 to 1.16.
  • S21, S31, S41, S51, S61, and S71 indicating the transfer characteristics for Port 1 to Port 2 to 7, respectively have a normalized frequency (f / f 0 ) in the range of 0.9 to 1.16. Both are about -8 dB, indicating that the signal input to Port 1 is distributed to Ports 2 to 7 with substantially the same power.
  • the distributed phase shifter 200 of the second embodiment shown in FIG. 6 is a distributed output phase shifter 200 with 6 outputs (Ports 2 to 7). This distributed phase shifter 200 can be applied to the sector antenna 10 including the six antenna elements 110-1 to 110-6 shown in FIGS.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a connection relationship between the distributed phase shifter 200 and the array antenna 100 in the sector antenna 10 in the third embodiment.
  • the array antenna 100 in the sector antenna 10 includes seven antenna elements 110 (antenna elements 110-1 to 110-7).
  • the distributed phase shifter 200 is a 7-output phase shifter including Ports 1 to 8, having Port 1 as an input and Ports 2 to 8 as outputs.
  • the signal output from Port 5 is the phase shift amount 0
  • Port 2 is the phase shift amount ⁇ 3 ⁇
  • Port 3 is the phase shift amount ⁇ 2 ⁇
  • Port 4 is the phase shift amount ⁇
  • Port 6 is the phase shift amount + ⁇
  • Port 7 is the phase shift amount.
  • the phase amount + 2 ⁇ and Port 8 are set to the phase shift amount + 3 ⁇ . That is, the phase difference between the adjacent ports of Ports 2 to 8 is ⁇ . In this way, the beam tilt angle ⁇ of the radio wave transmitted from the sector antenna 10 is set by the phase difference ⁇ .
  • FIG. 9 is a plan view showing the configuration of the distributed phase shifter 200 in the third embodiment.
  • the distribution phase shifter 200 includes fixed conductors 211, 212, and 213, similarly to the distribution phase shifter 200 in the first embodiment and the second embodiment. Further, the distribution phase shifter 200 includes a movable conductor 220, a rotating shaft 230, and a reference conductor 240, similarly to the distribution phase shifter 200 in the first embodiment and the second embodiment. Furthermore, the distributed phase shifter 200 includes matching circuits 250 and 260.
  • the both ends of the fixed conductor 211 are Ports 4 and 6, the both ends of the fixed conductor 212 are Ports 3 and 7, and the both ends of the fixed conductor 213 are Ports 2 and 8, respectively.
  • the matching circuit 250 has one end portion that is Port1 as in the distribution phase shifter 200 of the second embodiment, and the other end portion is connected to one end portion (the rotating shaft 230 side) of the movable conductor 220. Yes.
  • One end of the matching circuit 260 is Port5, and the other end is connected to one end of the movable conductor 220 (on the rotating shaft 230 side).
  • the fixed conductor 211 is connected to the transformation lines 214 and 215 at both ends, respectively, in the same manner as the distribution phase shifter 200 in the first embodiment and the second embodiment.
  • Other configurations are the same as those described in the first embodiment and the second embodiment, and thus description thereof is omitted.
  • the radius R 1 of the fixed conductor 211 is set to 0.2 ⁇ 0
  • the radius R 2 of the fixed conductor 212 is set to 0.4 ⁇
  • the radius R 3 of the fixed conductor 213 is set to 0.6 ⁇ 0 .
  • the matching circuit 260 adjusts the characteristic impedance viewed from the Port 1 so as to be the impedance Z 0 1 and sets the power distribution ratio between the Port 5 and other Ports.
  • the fixed conductor 211 closest to the point O is connected to the characteristic impedance Z of the fixed conductors 212 and 213 in the same manner as the distributed phase shifter 200 in the first embodiment.
  • a characteristic impedance Z 0 2 larger than 0 1 is set.
  • the pattern width of the fixed conductor 211 is made smaller (thinner) than when the fixed conductor 211 is set to the characteristic impedance Z 0 1.
  • the width of the first contact portion 220a of the movable conductor 220 becomes narrower (thinner) than when the fixed conductor 211 is set to the characteristic impedance Z 0 1. .
  • the length (width) in the circumferential direction (moving direction) of the contact portion ⁇ between the fixed conductor 211 and the movable conductor 220 is smaller (shorter) than in the case of FIG. By doing so, even if the radius R1 with respect to the fixed conductor 211 is small, it is easy to obtain a signal having a phase difference proportional to the rotation angle from the Ports 4 and 6. That is, the distribution phase shifter 200 is downsized.
  • the fixed conductors are the three fixed conductors 211, 212, and 213, but three or more fixed conductors are provided. It may be. Even in this case, the fixed conductor close to the point O may have a characteristic impedance higher (higher) than the other fixed conductors.
  • the number of fixed conductors that increase the characteristic impedance is not limited to one, but may be a plurality.
  • the number of reference conductors 240 is one. However, the number of reference conductors is two, and a trimmer sandwiching fixed conductors 211, 212, and 213 is used.
  • a plate structure may be used, or a conductor set to a reference potential may be arranged on the same plane as the fixed conductors 211, 212, and 213 to form a coplanar structure.
  • SYMBOLS 1 Base station antenna, 2 ... Cell, 3-1, 3-1 to 3-3 ... Sector, 4 ... Transmission / reception part 10, 10-1 to 10-3 ... Sector antenna, 11 ... Main lobe, 20 ... Steel tower, 100 ... array antenna, 110, 110-1 to 110-6 ... antenna element, 200 ... distribution phase shifter, 211, 212, 213 ... fixed conductor, 214, 215 ... transformation line, 220 ... movable conductor, 230 ... rotating shaft, 240: reference conductor, 250, 260: matching circuit, 500: radome, ⁇ : beam tilt angle, ⁇ 0 ... center wavelength, R1, R2, R3 ... radius, Z 0 1, Z 0 2 ... characteristic impedance, f 0 ... center frequency

Landscapes

  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

分配移相器２００は、半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の円弧状の固定導体２１１、２１２、２１３と、固定導体２１１、２１２、２１３に交差するように設けられた直線状に延びた可動導体２２０と、点Ｏに設けられた回転軸２３０とを備えている。固定導体２１２、２１３は、特性インピーダンスＺ０１であって、固定導体２１１は、特性インピーダンスＺ０１より大きい特性インピーダンスＺ０２である。よって、固定導体２１１のパタン幅は、固定導体２１２、２１３に比べて小さく構成されている。このようにすることで、固定導体２１１に対する半径Ｒ１が小さくでき、分配移相器２００が簡易な構造で小型化できる。

Description

分配移相器
　本発明は、分配移相器に関する。
　移動体通信の基地局用のアンテナ（基地局アンテナ）には、ダイポールアンテナなどのアンテナ素子をアレイ状に並べたアレイアンテナが多く用いられる。そして、分配移相器によりアレイアンテナのそれぞれのアンテナ素子に供給される送信信号又はそれぞれのアンテナ素子が受信した受信信号の位相が制御されることで、アレイアンテナの指向性が設定される。
　特許文献１には、第１の誘電体基板に形成され、一端に入力端子を有する入力側マイクロストリップ線路と、前記第１の誘電体基板に形成され、第１の出力端子、第２の出力端子およびこれらの出力端子間に介在する円弧状結合部を有する出力側マイクロストリップ線路と、第２の誘電体基板に形成され、前記円弧状結合部の曲率中心を通る支軸によって枢支された回転結合導体と、前記第２の誘電体基板に付加され、該第２の誘電体基板と共に前記支軸を中心として回転する付加誘電体とを備える結合回路が記載されている。
　特許文献２には、同心状に配置された少なくとも二つの第１の帯状導体部及び第２の帯状導体部を有する帯状導体部と、旋回軸の周りに回転可能なタップ部材とを備え、少なくとも二つの帯状導体部に互いにずれて設けられる複数の接続位置により異なる位相角（φ）を備えた少なくとも二つの異なる対のアンテナ放射器を制御可能である高周波移相器ユニットが記載されている。
特開２０１０－７４７１０号公報 特許第４１９８３５５号公報
　ところで、分配移相器には、広帯域なリターンロス特性及び通過損失特性を有するとともに、小型化が求められる。
　本発明の目的は、簡易な構造の小型化した分配移相器を提供することにある。
　かかる目的のもと、本発明が適用される分配移相器は、予め定められた一点を中心とする複数の円環を仮定したとき、それぞれが、複数の円環におけるいずれかの円環の一部を構成する円弧状を有し、それぞれの両端部がそれぞれ入出力端子に接続される複数の第１の導体と、複数の第１の導体と交差するように設けられるとともに、一端部が中心に配置され、他端部が中心の周りに回転でき、一端部が入出力端子に接続される第２の導体と、を備え、複数の第１の導体のうち、少なくとも一つの第１の導体の特性インピーダンスが他の第１の導体の特性インピーダンスよりも高い。
　このような分配移相器において、複数の第１の導体において、特性インピーダンスが他の第１の導体よりも高い第１の導体の両端部にそれぞれ整合回路をさらに備えることを特徴とすることができる。
　これにより、接続されるアンテナ素子とのインピーダンスの整合がとりやすくなる。
　また、第２の導体の一端部に、他の入出力端子をさらに備えることを特徴とすることができる。
　これにより、奇数個のアンテナ素子を接続することができる。
　さらに、第２の導体の一端部とこの一端部に接続される入出力端子との間に、他の整合回路をさらに備えることを特徴とすることができる。
　これにより、送受信部とのインピーダンスの整合がとりやすくなる。
　さらにまた、複数の第１の導体の個数は、３であることを特徴とすることができる。
　本発明によれば、簡易な構造の小型化した分配移相器を提供できる。
第１の実施の形態が適用される移動通信用の基地局アンテナの全体構成の一例を示す図である。（ａ）は、基地局アンテナの斜視図であり、（ｂ）は、基地局アンテナの設置例を説明する図である。 第１の実施の形態におけるセクタアンテナの一例を示す図である。 第１の実施の形態において、セクタアンテナにおける分配移相器とアレイアンテナとの接続関係の一例を示す図である。 第１の実施の形態における分配移相器の一例を示す図である。（ａ）は、分配移相器の平面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＩＶＢ－ＩＶＢ線での分配移相器の断面図である。 固定導体のすべてを特性インピーダンスＺ０１とした場合における分配移相器の一例を示す平面図である。 第２の実施の形態における分配移相器の構成を示す平面図である。 第２の実施の形態における分配移相器のＳパラメータを示す図である。 第３の実施の形態において、セクタアンテナにおける分配移相器とアレイアンテナとの接続関係の一例を示す図である。 第３の実施の形態における分配移相器の構成を示す平面図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
＜基地局アンテナ１＞
　図１は、第１の実施の形態が適用される移動通信用の基地局アンテナ１の全体構成の一例を示す図である。図１（ａ）は、基地局アンテナ１の斜視図であり、図１（ｂ）は、基地局アンテナ１の設置例を説明する図である。
　基地局アンテナ１は、例えば、図１（ａ）に示すように、鉄塔２０に保持された複数のセクタアンテナ１０－１～１０－３を備えている。そして、図１（ｂ）に示すように、基地局アンテナ１は、セル２内おいて電波を送受信する。
　セクタアンテナ１０－１～１０－３は、例えば、それぞれの外形が円筒状であって、円筒の中心軸が地面に対して垂直に設けられている。
　図１（ｂ）に示すように、セル２は水平面において角度で分割した複数のセクタ３－１～３－３を備えている。セクタ３－１～３－３は、それぞれが基地局アンテナ１の３個のセクタアンテナ１０－１～１０－３に対応して設けられている。つまり、セクタアンテナ１０－１～１０－３が送信する電波において電界が大きいメインローブ１１の方向が、対応するセクタ３－１～３－３に向いている。
　ここで、セクタアンテナ１０－１～１０－３をそれぞれ区別しないときは、セクタアンテナ１０と表記する。また、セクタ３－１～３－３をそれぞれ区別しないときは、セクタ３と表記する。
　なお、図１に例として示した基地局アンテナ１は、３個のセクタアンテナ１０－１～１０－３を備え、それぞれがセクタ３－１～３－３に対応しているが、セクタアンテナ１０及びセクタ３は、３以外の予め定められた数であってもよい。また、図１（ｂ）では、セクタ３は、セル２を等分に分割して構成されているが、等分でなくともよく、いずれか１つのセクタ３が他のセクタ３に比べ広く又は狭く構成されていてもよい。
　なお、以下では基地局アンテナ１が主に電波を送信するとして説明するが、アンテナの可逆性により、基地局アンテナ１は電波を受信する。電波を受信する場合は、例えば送信信号を受信信号として、信号の流れを逆にすればよい。
　それぞれのセクタアンテナ１０は、アレイアンテナ１００、分配移相器２００を備えている。なお、セクタアンテナ１０をアンテナと表記することがある。
　分配移相器２００は、入出力端子（後述する図３に示すＰｏｒｔ１参照）に入力した送信信号の位相を、複数の入出力端子（後述する図３に示すＰｏｒｔ２～７の参照）間でずらして、複数の入出力端子（Ｐｏｒｔ２～７）からアレイアンテナ１００に出力する。
　また、分配移相器２００は、アレイアンテナ１００から複数の入出力端子（Ｐｏｒｔ２～７）に入力した受信信号の位相を、複数の入出力端子（Ｐｏｒｔ２～７）間でずらして合成し、入出力端子（Ｐｏｒｔ１）から出力する。
　後述するように、分配移相器２００のＰｏｒｔ１～７は、入力端子であるとともに、出力端子として機能する。よって、入出力端子と表記する。
　そして、それぞれのセクタアンテナ１０は、分配移相器２００に対して信号を送受信する送受信ケーブル３１に接続されている。
　送受信ケーブル３１は、基地局（不図示）内に設けられた送信信号を生成及び受信信号を受信する送受信部４（後述する図３参照）に接続されている。送受信ケーブル３１は、例えば同軸ケーブルである。
　図１（ａ）では、セクタアンテナ１０－１に、アレイアンテナ１００、分配移相器２００、送受信ケーブル３１を表記している。他のセクタアンテナ１０－２、１０－３も、セクタアンテナ１０－１と同様に、アレイアンテナ１００、分配移相器２００、送受信ケーブル３１を備えている。
　基地局アンテナ１は、セル２内に電波を送信し、セル２の外側に隣接するセルに電波を送信しないことが好ましい。同様に、セル２内から電波を受信し、セル２の外側に隣接するセルから電波を受信しないことが好ましい。
　このため、図１（ａ）に示すように、電波（ビーム）の送受信方向（指向性）を水平面から地表方向に角度θ傾けて（ビーム・チルト角θとして）いる。
＜セクタアンテナ１０＞
　図２は、第１の実施の形態におけるセクタアンテナ１０の一例を示す図である。図２は、１つのセクタアンテナ１０を横に置いた斜視図で示している。
　セクタアンテナ１０は、アレイアンテナ１００と、分配移相器２００と、レドーム５００とを備えている。アレイアンテナ１００は、反射板１２０と、反射板１２０上に直線状に配列（アレイ）された複数のアンテナ素子１１０とを備えている。レドーム５００は、アレイアンテナ１００及び分配移相器２００を包むように設けられている。
　図２では、レドーム５００を破線で示し、レドーム５００の内部に設けられたアレイアンテナ１００が見えるようにしている。また、分配移相器２００は、アレイアンテナ１００における反射板１２０の裏面に置かれているので、破線で示している。
　なお、図２では、アンテナ素子１１０を、一例としてダイポールアンテナとして表記している。アンテナ素子１１０は、ダイポールアンテナでなくともよく、パッチアンテナなど他のアンテナであってもよい。
　図２に示すアンテナ素子１１０は、電界が地面に対して垂直な方向に振動する偏波（垂直偏波）を送受信する。なお、アンテナ素子１１０を９０°回転させて、電界が地面に対して平行な方向に振動する偏波（水平偏波）を送受信するようにしてもよい。また、垂直偏波を受信するアンテナ素子１１０と水平偏波を受信するアンテナ素子とを交互に又は交差させて配置して、アレイアンテナ１００が垂直偏波及び水平偏波の両方を送受信するようにしてもよい。
　反射板１２０は、アンテナ素子１１０が送信する電波を反射するとともに、アンテナ素子１１０を保持する。図２では、６個のアンテナ素子１１０が、反射板１２０上において間隔Ｄｐで配置されている。そして、６個のアンテナ素子１１０をアンテナ素子１１０－１～１１０－６と表記している。すなわち、アレイアンテナ１００における複数のアンテナ素子１１０をそれぞれ区別するときは、アンテナ素子１１０－１～１１０－６と表記する。
　反射板１２０のアンテナ素子１１０に対向する部分は平坦で、反射板１２０の両端部は、アンテナ素子１１０が設けられた側とは逆の側に折り曲げられている。なお、反射板１２０の両端部は折り曲げられてなくともよく、アンテナ素子１１０が設けられた側に折り曲げられていてもよい。
　レドーム５００は、円筒５０１と、円筒５０１の上端部を覆う上蓋５０２と、円筒５０１の下端部を覆う下蓋５０３とを備えている。そして、レドーム５００は、アレイアンテナ１００、分配移相器２００を格納している。
　そして、レドーム５００の下蓋５０３に、分配移相器２００と信号を送受信する送受信ケーブル３１が接続されるコネクタ（不図示）が設けられている。
　なお、図２に示すセクタアンテナ１０のアレイアンテナ１００は、６個のアンテナ素子１１０を備えているが、アンテナ素子１１０の個数は６個に限らず、予め定められた個数とすればよい。
　また、図２では、セクタアンテナ１０は、１個のアレイアンテナ１００により構成されているが、複数のアレイアンテナ１００を並べることで構成されてもよい。
　さらに、図２では、アレイアンテナ１００等を覆うレドーム５００は上蓋５０２と下蓋５０３を備えた円筒５０１としたが、断面が方形の筒であってもよく、方形の筒であっても断面の一辺が円弧状であってもよい。
＜アレイアンテナ１００、分配移相器２００の接続関係＞
　次に、分配移相器２００とアンテナ素子１１０との接続関係を説明する。
　図３は、第１の実施の形態において、セクタアンテナ１０における分配移相器２００とアレイアンテナ１００との接続関係の一例を示す図である。
　ここでは、アレイアンテナ１００は、図２で示したように、６個のアンテナ素子１１０（アンテナ素子１１０－１～１１０－６）を備えているとして説明する。
　分配移相器２００は、７個の入出力端子であるＰｏｒｔ１～７を備えている。Ｐｏｒｔ１は、基地局（不図示）内に設けられた送受信部４に接続されている。Ｐｏｒｔ２～７は、それぞれがアンテナ素子１１０－１～１１０－６に接続されている。
　電波を送信する場合は、送受信部４から送信信号が分配移相器２００のＰｏｒｔ１に入力される。そして、分配移相器２００により、Ｐｏｒｔ２～７に分配される。このとき、Ｐｏｒｔ１に入力された送信信号は、分配移相器２００により位相が互いにずらされる。Ｐｏｒｔ２～７に分配された送信信号は、Ｐｏｒｔ２～７からアンテナ素子１１０－１～１１０－６に出力される。アンテナ素子１１０－１～１１０－６は、それぞれが位相のずらされた送信信号を電波として送信する。
　ここでは、一例として、Ｐｏｒｔ２は、Ｐｏｒｔ１に入力された送信信号に対して位相が－５φずれた信号を出力する。位相のずれを移相量と呼ぶ。そして、Ｐｏｒｔ３は移相量－３φ、Ｐｏｒｔ４は移相量－φ、Ｐｏｒｔ５は移相量＋φ、Ｐｏｒｔ６は移相量＋３φ、Ｐｏｒｔ７は移相量＋５φである。このように、Ｐｏｒｔ２～７の隣接するＰｏｒｔ間における移相量を２φとしている。Ｐｏｒｔ２～７は、それぞれが間隔Ｄｐで配置されている６個のアンテナ素子１１０－１～１１０－６に接続されているので、位相差２φによって、セクタアンテナ１０から送信される電波のビーム・チルト角θが設定される。
　なお、位相差２φにおけるφは、後述するように分配移相器２００において可変である。
　なお、図３において、分配移相器２００のＰｏｒｔ２～７は、それぞれが１つのアンテナ素子１１０に接続されている。しかし、分配移相器２００のＰｏｒｔ２～７が、それぞれが複数のアンテナ素子１１０を含むグループに接続されてもよい。この場合、図３において、アンテナ素子１１０－１～１１０－６のそれぞれを、アンテナ素子１１０のグループに置き換えればよい。
＜分配移相器２００＞
　次に分配移相器２００について説明する。
　図４は、第１の実施の形態における分配移相器２００の一例を示す図である。図４（ａ）は、分配移相器２００の平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＩＶＢ－ＩＶＢ線での分配移相器２００の断面図である。
　図４（ａ）、（ｂ）に示すように、分配移相器２００は、点Ｏを中心とする半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の複数の円環を仮定したとき、これの複数の円環の一部を構成する円弧状の第１の導体の一例としての固定導体２１１、２１２、２１３を備えている。そして、分配移相器２００は、固定導体２１１、２１２、２１３に交差するように設けられた直線状に延びた第２の導体の一例としての可動導体２２０と点Ｏに設けられた回転軸２３０とを備えている。さらに、分配移相器２００は、基準電位（例えば、接地電位（ＧＮＤ））に設定される基準導体２４０を備えている。
　基準導体２４０は、固定導体２１１、２１２、２１３に対向するように設けられている。すなわち、固定導体２１１、２１２、２１３は、基準導体２４０に平行な一平面を仮定したとき、その平面上に設けられている。
　可動導体２２０は、回転軸２３０に一端部がはめ込まれ、他端部が回転軸２３０を中心に回転軸２３０の周りで回転するようになっている。すなわち、可動導体２２０は、アーム状に構成されている。
　そして、可動導体２２０は、固定導体２１１、２１２、２１３と電気的に結合するように、固定導体２１１、２１２、２１３に接触又は近接して設けられている。なお、電気的な結合は、信号の直流成分が伝達されることを要せず、高周波成分が伝達されればよい。
　可動導体２２０と固定導体２１１、２１２、２１３とが近接して設けられる場合、可動導体２２０と固定導体２１１、２１２、２１３との間に、ポリテトラフルオロエチレンなどの信号の高周波成分に対してロスの小さい誘電材料が設けられていてもよい。
　以下では、可動導体２２０と固定導体２１１、２１２、２１３とが接触する（接する）として説明する。
　固定導体２１１、２１２、２１３は、基準導体２４０に対して、ストリップ線路を構成している。また、可動導体２２０も、基準導体２４０に対して、ストリップ線路を構成している。
　固定導体２１１の両端部は、それぞれ整合回路の一例としての変成線路２１４、２１５を介して、入出力端子であるＰｏｒｔ４、Ｐｏｒｔ５に接続されている。固定導体２１２の両端部は、入出力端子であるＰｏｒｔ３、Ｐｏｒｔ６に接続されている。固定導体２１３の両端部は、入出力端子であるＰｏｒｔ２、Ｐｏｒｔ７に接続されている。
　そして、可動導体２２０の一端部（回転軸２３０側）が入出力端子であるＰｏｒｔ１に接続されている。
　固定導体２１１は、可動導体２２０と接触する部分である。変成線路２１４、２１５は、一端部と他端部との間で特性インピーダンスを変換する。変成線路２１４、２１５は、例えば、１／４波長（λ）変成器である。
　固定導体２１２、２１３は、固定導体２１１における変成線路２１４、２１５を備えていない。すなわち、固定導体２１２、２１３は、可動導体２２０と接触する部分である。
　ここで、固定導体２１１、２１２、２１３の特性インピーダンスについて説明する。
　固定導体２１２、２１３は、特性インピーダンスＺ０１である。一方、固定導体２１１は、特性インピーダンスＺ０１より大きい、特性インピーダンスＺ０２である（Ｚ０２＞Ｚ０１）。
　よって、図４（ａ）に示すように、固定導体２１１のパタン幅は、固定導体２１２、２１３に比べて小さく（細く）構成されている。
　特性インピーダンスＺ０１は、例えば５０Ωである。これに対して、特性インピーダンスＺ０２は、例えば１００Ωである。
　ここでは、アンテナ素子１１０－１～１１０－６の特性インピーダンスは、特性インピーダンスＺ０１であるとする。よって、固定導体２１２のＰｏｒｔ３、６に、アンテナ素子１１０－２、１１０－５を、インピーダンスの不整合を生じることなく接続しうる（図３参照）。同様に、固定導体２１３のＰｏｒｔ２、７に、アンテナ素子１１０－１、１１０－６を、インピーダンスの不整合を生じることなく接続しうる。
　一方、固定導体２１１は、特性インピーダンスＺ０２であるため、その両端部を、それぞれアンテナ素子１１０－３、１１０－４に接続すると、インピーダンスが不整合になる。そこで、固定導体２１１の特性インピーダンスＺ０２と、アンテナ素子１１０の特性インピーダンスＺ０１とを整合させるために、変成線路２１４、２１５が接続されている。変成線路２１４、２１５は、特性インピーダンスＺ０１を特性インピーダンスＺ０２に変換する。
　可動導体２２０は、固定導体２１１と接触する部分（接触部分α）を含む第１接触部２２０ａ、固定導体２１２と接触する部分（接触部分β）を含む第２接触部２２０ｂ、固定導体２１３と接触する部分（接触部分γ）を含む第３接触部２２０ｃから構成されている。
　なお、可動導体２２０における第１接触部２２０ａ、第２接触部２２０ｂ、第３接触部２２０ｃは、Ｐｏｒｔ２～７に、等しい電力で信号が分配されるように、インピーダンスが設定されている。
　可動導体２２０については、これまで知られた構成が適用しうるので、ここでは説明を省略する。
　固定導体２１１、２１２、２１３、変成線路２１４、２１５、可動導体２２０、基準導体２４０は、それぞれが導電材料であるアルミニウムや銅などの金属板から構成されてもよく、銅箔などの導電材料の層が両面又は片面に設けられたガラスエポキシ基板等の誘電体基板において、導電材料の層を加工して構成されてもよい。このとき、基準導体２４０と固定導体２１１、２１２、２１３、変成線路２１４、２１５とを、導電材料の層が両面に設けられた誘電体基板において、両面に設けられた導電材料の層を加工して構成すればよい。また、可動導体２２０を、導電材料の層が片面に設けられた誘電体基板において、導電材料の層を加工して構成すればよい。
　また、基準導体２４０と、固定導体２１１、２１２、２１３と、変成線路２１４、２１５とのそれぞれは、導電材料の層が片面に設けられた誘電体基板をそれぞれ加工して構成されてもよい。
　なお、一例として、中心波長λ０に対して、固定導体２１１の半径Ｒ１が０．１２λ０、固定導体２１２の半径Ｒ２が０．３６λ０、固定導体２１３の半径Ｒ３が０．６λ０に設定されている。このように設定すると、Ｐｏｒｔ１～７のそれぞれにおける移相量が、図３に記載した移相量の関係に設定される。
　次に、分配移相器２００の動作を説明する。
　分配移相器２００の可動導体２２０の一端部に設けられたＰｏｒｔ１に入力した入力信号は、可動導体２２０の第１接触部２２０ａを伝搬し、固定導体２１１との接触部分αにおいて、固定導体２１１に分配される。そして、固定導体２１１に分配された信号の一部は、接触部分αから左側（図４（ａ）において左側、以下同様）に固定導体２１１及び変成線路２１４を伝搬して、Ｐｏｒｔ４に至って出力される。同様に、固定導体２１１に分配された信号の残りは、接触部分αから右側に固定導体２１１及び変成線路２１５を伝搬して、Ｐｏｒｔ５に至って出力される。
　固定導体２１１との接触部分αにおいて、固定導体２１１に分配されなかった信号は、可動導体２２０の第２接触部２２０ｂを伝搬し、固定導体２１２との接触部分βにおいて、固定導体２１２に分配される。そして、固定導体２１２に分配された信号の一部は、接触部分βから左側に固定導体２１２を伝搬して、Ｐｏｒｔ３に至って出力される。同様に、固定導体２１２に分配された信号の残りは、接触部分βから右側に固定導体２１２を伝搬して、Ｐｏｒｔ６に至って出力される。
　固定導体２１２との接触部分βにおいて、固定導体２１２に分配されなかった信号は、可動導体２２０の第３接触部２２０ｃを伝搬し、固定導体２１３との接触部分γにおいて、固定導体２１３に分配される。そして、固定導体２１３に分配された信号の一部は、接触部分γから左側に固定導体２１３を伝搬して、Ｐｏｒｔ２に至って出力される。同様に、固定導体２１３に分配された信号の残りは、接触部分γから図４（ａ）において右側に固定導体２１３を伝搬して、Ｐｏｒｔ７に至って出力される。
　このとき、Ｐｏｒｔ１からＰｏｒｔ２～７のそれぞれまでにおいて、信号が伝搬する距離が異なることから、Ｐｏｒｔ２～７の間において信号に位相の差が生じる。
　また、回転軸２３０の周りに、可動導体２２０の他端部を回転させることで、固定導体２１１、２１２、２１３と可動導体２２０との接触部分α、β、γの位置が変えられる。これにより、Ｐｏｒｔ２～７の間における位相差（移相量におけるφ）が変更される。
　なお、上記では固定導体２１１、２１２、２１３、可動導体２２０とした。固定と可動とは相対的であればよく、可動導体２２０を固定し、固定導体２１１、２１２、２１３を可動させてもよい。
　また、接続するアンテナの特性インピーダンスによっては、変成線路２１４、２１５を設けなくてもよく、固定導体２１２、２１３のいずれか一方又は両方の両端又は一端に別の変成線路を設けてもよい。
　図５は、固定導体２１１、２１２、２１３のすべてを特性インピーダンスＺ０１とした場合における分配移相器２００の一例を示す平面図である。
　図４（ａ）、（ｂ）では、固定導体２１１の特性インピーダンスを、特性インピーダンスＺ０１より大きい特性インピーダンスＺ０２とした。
　しかし、図５では、固定導体２１１を固定導体２１２、２１３と同様に、特性インピーダンスＺ０１としている。よって、固定導体２１１を図４の固定導体２１１と区別するため、固定導体２１１′と表記する。
　固定導体２１１′は、特性インピーダンスＺ０１であるので、そのパタン幅は、図４（ａ）に示した固定導体２１１のパタン幅より大きく（広く）なっている。また、図４（ａ）に示した固定導体２１１に接続した変成線路２１４、２１５を要しない。
　そして、特性インピーダンスＺ０１の固定導体２１１′とした場合においても、可動導体２２０（図４の可動導体２２０と区別するため、以下では可動導体２２０′と表記する。）における第１接触部２２０ａ′、第２接触部２２０ｂ′、第３接触部２２０ｃ′は、Ｐｏｒｔ２～７に、等しい電力で信号が分配されるように、インピーダンスが設定されている。
　ここでは、固定導体２１１′は、図４における固定導体２１１の特性インピーダンスＺ０２より小さい特性インピーダンスＺ０１である。よって、可動導体２２０′における第１接触部２２０ａ′の特性インピーダンスは、図４に示した場合に比べて小さくすることが求められる。このため、可動導体２２０′における第１接触部２２０ａ′は、図４の可動導体２２０の第１接触部２２０ａに比べ広く（太く）構成されることが必要となる。
　他の構成は、図４（ａ）、（ｂ）に示した同様であるので、説明を省略する。
　図５に示した固定導体２１１′では、固定導体２１１′と可動導体２２０′の第１接触部２２０ａ′とが接触部分αの円周方向（移動する方向）の長さ（幅）が、図４（ａ）の場合に比べて、大きくなり、伝送線路としての体をなしていない。また、第１接触部２２０ａ′が広くなっていることで、実質的な可動範囲が狭くなるとともに、可動導体２２０′の他端部を回転軸２３０（点Ｏ）の周りで移動（回転）させても、Ｐｏｒｔ４、５からは、回転角に比例した位相差の信号が得られ難くなっている。
　したがって、図５に示す構成の分配移相器２００の場合、インピーダンス整合をとりつつ、Ｐｏｒｔに等しく電力を分配するとともに、所望の移相変化量を得ようとすると、固定導体２１１′の半径Ｒ１を大きく設定することが必要になる。このことは、半径Ｒ１に比例させて、固定導体２１２の半径Ｒ２、固定導体２１３の半径Ｒ３を大きくせざるを得なくなり、分配移相器２００が大型化することになる。
　これに対して、図４（ａ）、（ｂ）に示した第１の実施の形態における分配移相器２００では、点Ｏに最も近い固定導体２１１を特性インピーダンスＺ０２と、固定導体２１２、２１３の特性インピーダンスＺ０１より大きく設定している。これにより、図４（ａ）に示すように、固定導体２１１のパタン幅を、図５の固定導体２１１′に比べて、小さく（細く）している。また、固定導体２１１を特性インピーダンスＺ０２とすることで、可動導体２２０の第１接触部２２０ａの幅が、図５の可動導体２２０′の第１接触部２２０ａ′に比べて狭くなる。
　よって、固定導体２１１と可動導体２２０との接触部分αの円周方向（移動する方向）の長さ（幅）が、図５の場合に比べて小さく（短く）なる。このようにすることで、固定導体２１１に対する半径Ｒ１が小さくとも、Ｐｏｒｔ４、５からは、回転角に比例した位相差の信号が得られ易くなっている。
　すなわち、分配移相器２００が小型化される。
［第２の実施の形態］
　第１の実施の形態では、分配移相器２００のＰｏｒｔ１の特性インピーダンスは、Ｐｏｒｔ１から入力した信号の電力が、Ｐｏｒｔ２～７において、均等に分配されるように設定される。しかしながらこの場合、Ｐｏｒｔ１の特性インピーダンスは、特性インピーダンスＺ０１と異なるケースがある。すると、特性インピーダンスＺ０１をケーブルや回路において広く使用されている５０Ωとした場合、Ｐｏｒｔ１に、特性インピーダンスが５０Ωのケーブルや回路を直接接続できない。
＜分配移相器２００＞
　図６は、第２の実施の形態における分配移相器２００の構成を示す平面図である。第２の実施の形態における分配移相器２００は、可動導体２２０の一端部（回転軸２３０側）とＰｏｒｔ１との間に、整合回路２５０をさらに備えている。
　他の構成は第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
　整合回路２５０により、Ｐｏｒｔ１から見た特性インピーダンスをインピーダンスＺ０１に変換する。
　このようにすることで、特性インピーダンスＺ０１を５０Ωとした場合、Ｐｏｒｔ１には、広く使用されている特性インピーダンスが５０Ωのケーブルや回路を接続できる。
　図７は、第２の実施の形態における分配移相器２００のＳパラメータを示す図である。図７では、横軸に中心周波数ｆ０で規格化された周波数（ｆ／ｆ０）を、縦軸にＳパラメータ（ｄＢ）を示している。
　Ｓ１１は、Ｐｏｒｔ１における反射特性を示し、規格化された周波数（ｆ／ｆ０）が０．９～１．１６の範囲において、リターンロスが－２０ｄＢ以下となっていることが分かる。
　一方、Ｐｏｒｔ１からＰｏｒｔ２～７のそれぞれに対する伝達特性を示すＳ２１、Ｓ３１、Ｓ４１、Ｓ５１、Ｓ６１、Ｓ７１は、規格化された周波数（ｆ／ｆ０）が０．９～１．１６の範囲において、いずれも約－８ｄＢであって、Ｐｏｒｔ１に入力した信号が、Ｐｏｒｔ２～７にほぼ同じ電力で分配されていることを示している。
［第３の実施の形態］
　図６に示した第２の実施の形態の分配移相器２００は、６出力（Ｐｏｒｔ２～７）の分配移相器２００であった。この分配移相器２００は、図２、３に示した６個のアンテナ素子１１０－１～１１０－６を備えるセクタアンテナ１０に適用できる。
＜アレイアンテナ１００、分配移相器２００の接続関係＞
　図８は、第３の実施の形態において、セクタアンテナ１０における分配移相器２００とアレイアンテナ１００との接続関係の一例を示す図である。
　ここでは、セクタアンテナ１０におけるアレイアンテナ１００は、７個のアンテナ素子１１０（アンテナ素子１１０－１～１１０－７）を備えている。そして、分配移相器２００は、Ｐｏｒｔ１～８を備え、Ｐｏｒｔ１を入力とし、Ｐｏｒｔ２～８を出力とする、７出力の移相器である。
　この場合、Ｐｏｒｔ５から出力される信号を移相量０とし、Ｐｏｒｔ２が移相量－３φ、Ｐｏｒｔ３が移相量－２φ、Ｐｏｒｔ４が移相量－φ、Ｐｏｒｔ６が移相量＋φ、Ｐｏｒｔ７が移相量＋２φ、Ｐｏｒｔ８が移相量＋３φとなるようにしている。すなわち、Ｐｏｒｔ２～８の隣接するＰｏｒｔ間における位相差をφとしている。このようにすれば、位相差φによって、セクタアンテナ１０から送信される電波のビーム・チルト角θが設定される。
＜分配移相器２００＞
　図９は、第３の実施の形態における分配移相器２００の構成を示す平面図である。
　分配移相器２００は、第１の実施の形態、第２の実施の形態における分配移相器２００と同様に、固定導体２１１、２１２、２１３を備えている。さらに、分配移相器２００は、第１の実施の形態、第２の実施の形態における分配移相器２００と同様に、可動導体２２０、回転軸２３０、基準導体２４０を備えている。さらに、分配移相器２００は、整合回路２５０、２６０を備えている。
　そして、固定導体２１１の両端部がＰｏｒｔ４、６、固定導体２１２の両端部がＰｏｒｔ３、７、固定導体２１３の両端部がＰｏｒｔ２、８である。
　整合回路２５０は、一端部が、第２の実施の形態の分配移相器２００と同様に、Ｐｏｒｔ１であって、他端部が可動導体２２０の一端部（回転軸２３０側）に接続されている。
　整合回路２６０は、一端部がＰｏｒｔ５であって、他端部が可動導体２２０の一端部（回転軸２３０側）に接続されている。
　そして、固定導体２１１は、第１の実施の形態、第２の実施の形態における分配移相器２００と同様に、その両端にそれぞれ変成線路２１４、２１５が接続されている。
　他の構成は、第１の実施の形態、第２の実施の形態で説明したのと同様であるので説明を省略する。
　なお、一例として、中心波長λ０に対して、固定導体２１１の半径Ｒ１が０．２λ０、固定導体２１２の半径Ｒ２が０．４λ０、固定導体２１３の半径Ｒ３が０．６λ０に設定されている。そして、Ｐｏｒｔ５は可動導体２２０に入力されずにそのまま出力されているため、移相量は０になり、Ｐｏｒｔ２～８のそれぞれの移相量は、図８に記載した移相量となる。
　また、整合回路２６０により、Ｐｏｒｔ１から見た特性インピーダンスをインピーダンスＺ０１となるよう調整するとともに、Ｐｏｒｔ５と、他のＰｏｒｔとの電力分配比を設定している。
　第３の実施の形態における分配移相器２００においても、第１の実施の形態の分配移相器２００と同様に、点Ｏに最も近い固定導体２１１を、固定導体２１２、２１３の特性インピーダンスＺ０１より大きい特性インピーダンスＺ０２に設定している。これにより、固定導体２１１のパタン幅を、固定導体２１１を特性インピーダンスＺ０１に設定した場合に比べて小さく（細く）している。また、固定導体２１１を特性インピーダンスＺ０２とすることで、可動導体２２０の第１接触部２２０ａの幅が、固定導体２１１を特性インピーダンスＺ０１に設定した場合に比べて狭く（細く）なる。
　よって、固定導体２１１と可動導体２２０との接触部分αの円周方向（移動する方向）の長さ（幅）が、図５の場合に比べて小さく（短く）なる。このようにすることで、固定導体２１１に対する半径Ｒ１が小さくとも、Ｐｏｒｔ４、６からは、回転角に比例した位相差の信号が得られ易くなっている。
　すなわち、分配移相器２００が小型化されている。
　以上説明した第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態では、固定導体を固定導体２１１、２１２、２１３の３個としたが、３個以上の固定導体を備えていてもよい。この場合においても、点Ｏに近い固定導体について、他の固定導体より大きい（高い）特性インピーダンスとすればよい。
　なお、特性インピーダンスを高くする固定導体の数は、１個でなく、複数であってもよい。
　また、第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態では基準導体２４０は１個としたが、基準導体を２個とし、固定導体２１１、２１２、２１３を挟み込むトリプレート構造としてもよいし、固定導体２１１、２１２、２１３と同一平面上に、基準電位に設定される導体を配置して、コプレーナ構造としてもよい。
１…基地局アンテナ、２…セル、３、３－１～３－３…セクタ、４…送受信部、１０、１０－１～１０－３…セクタアンテナ、１１…メインローブ、２０…鉄塔、１００…アレイアンテナ、１１０、１１０－１～１１０－６…アンテナ素子、２００…分配移相器、２１１、２１２、２１３…固定導体、２１４、２１５…変成線路、２２０…可動導体、２３０…回転軸、２４０…基準導体、２５０、２６０…整合回路、５００…レドーム、θ…ビーム・チルト角、λ０…中心波長、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３…半径、Ｚ０１、Ｚ０２…特性インピーダンス、ｆ０…中心周波数

Claims (5)

  1. 　予め定められた一点を中心とする複数の円環を仮定したとき、それぞれが、当該複数の円環におけるいずれかの円環の一部を構成する円弧状を有し、それぞれの両端部がそれぞれ入出力端子に接続される複数の第１の導体と、
    　前記複数の第１の導体と交差するように設けられるとともに、一端部が前記中心に配置され、他端部が当該中心の周りに回転でき、当該一端部が入出力端子に接続される第２の導体と、を備え、
    　前記複数の第１の導体のうち、少なくとも一つの第１の導体の特性インピーダンスが他の第１の導体の特性インピーダンスよりも高い
    ことを特徴とする分配移相器。
  2. 　前記複数の第１の導体において、特性インピーダンスが他の第１の導体よりも高い第１の導体の両端部にそれぞれ整合回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の分配移相器。
  3. 　前記第２の導体の前記一端部に、他の入出力端子をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の分配移相器。
  4. 　前記第２の導体の前記一端部と当該一端部に接続される入出力端子との間に、他の整合回路をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の分配移相器。
  5. 　前記複数の第１の導体の個数は、３であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分配移相器。
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