專利名稱：天線控制單元和相控陣天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及采用鐵電體作為移相器的天線控制單元，和利用這種天線控制單元的相控陣天線。更具體地說，本發明涉及諸如識別無線電設備或汽車防撞雷達的移動單元之類的天線控制單元，和利用這種天線控制單元的相控陣天線。
背景技術：
作為采用鐵電體作為移相器的常規相控陣天線的一個例子，在日本公布的專利申請No.2000-236207(下面稱為現有技術1)中描述的諸如“相控陣天線和天線控制單元”之類的系統已被提出。
下面，參考圖9和10說明常規的相控陣天線。
首先，參考圖9，說明常規移相器的工作原理。圖9圖解說明在常規的相控陣天線中提出的移相器。圖9(a)圖解說明移相器的結構，圖9(b)表示鐵電材料的介電常數(permittivity)變化特性曲線。
移相器700包括采用順電材料701作為基材(base material)的微帶混合耦合器703，和采用鐵電材料702作為基材，并鄰近微帶混合耦合器703形成的微帶短截線(stub)704。移相器700被這樣構成，以致通過微帶混合耦合器703的高頻功率的相移量按照施加于微帶短截線704的DC控制電壓而變化。
換句話說，移相器700的基材由順電材料701和鐵電材料702組成。矩形環狀導體層703a布置在順電基材701上，環狀導體層703a和順電基材701形成微帶混合耦合器703。
此外，兩個線性導體層704a1和704a2布置在鐵電基材702上，以致位于矩形環狀線性部分703a的兩個相對線性部分703a1和703a2的延長線上，并且分別與所述兩個線性部分703a1和703a2的一端連接。這兩個線性導體層704a1和704a2與鐵電基材702形成微帶短截線704。
此外，導體層715a和720a被布置在順電基材701上，以致位于所述兩個線性部分703a1和703a2的延長線上，并且分別與所述兩個線性部分703a1和703a2的另一端連接。
導體層715a和順電基材701形成輸入線路715，導體層720a和順電基材701形成輸出線路720。
這里，環狀導體層703a上的線性部分703a1的一端和另一端分別是微帶混合耦合器703的端口2和1。另一方面，環狀導體層703a上的線性部分703a2的一端和另一端分別是微帶混合耦合器703的端口3和4。
在具有上述結構的移相器700中，當向微帶短截線704施加DC控制電壓時，通過微帶短截線的高頻功率的相移量發生變化。
下面進行詳細說明。在具有這種結構，即一個反射元件(微帶短截線704)與適當設計的微帶混合耦合器703的相鄰兩個端口(端口2和3)連接的移相器700中，從輸入端口(端口1)進入的高頻功率不是從輸入端口1被輸出，而是只從輸出端口(端口4)輸出該高頻功率，從反射元件反射的功率被反射到所述高頻功率上。在來自作為反射元件的微帶短截線704的反射中，控制電壓產生的偏壓場705與通過微帶短截線704的高頻功率產生的場在相同的方向上，如圖9(a)中所示。于是，如圖9(b)中所示，當控制電壓被改變時，相對于高頻功率的微帶短截線704的有效介電常數相應發生變化。因此，用于高頻功率的微帶短截線704的等效電長度發生變化，微帶短截線704上的相位被改變。
就常見的鐵電基材來說，改變微帶短截線704的有效介電常數所需的偏壓705為幾千伏/毫米到十幾千伏/毫米。因此，受由通過微帶短截線704的高頻功率產生的場影響的有效介電常數不產生任何高頻。
下面，參考圖10，說明常規的相控陣天線的結構及其工作原理。
圖10(a)圖解說明常規的相控陣天線的結構，圖10(b)表示在施加射束傾斜電壓的情況下，和在不施加射束傾斜電壓的情況下，常規的相控陣天線的方向性。
常規的相控陣天線830包括間隔一定距離，成一排地布置在介電(dielectric)基材上的多個天線元件806a～806d，天線控制單元800，和射束傾斜電壓820。天線控制單元800包括向其供給高頻功率的饋送端808(下面稱為輸入端)，高頻阻止元件(blocking element)809，和多個移相器807a1～807a4。
在該常規的相控陣天線830中，分別借助饋線(下面稱為傳輸線)，天線元件806a與輸入端808連接，天線元件806b通過一個移相器807a1與輸入端808連接，天線元件806c通過兩個個移相器807a3和807a4與輸入端808連接，天線元件806d通過三個移相器807a2、807a3和807a4與輸入端808連接。射束傾斜電壓820通過高頻阻止元件809與輸入端808連接。
這里假定移相器807a1～807a4的結構均與參考圖9說明的移相器的結構相同，并且移相器807a1～807a4具有相同的特性曲線。
在具有上述結構的相控陣天線830中，位于天線元件806a～806d之一和輸入端808之間的移相器807的數目分別比位于相鄰天線元件806和輸入端808之間的移相器807的數目大1，此外，所有移相器807具有相同的特性曲線。于是，如圖10(b)中所示，由一個射束傾斜電壓820實現天線的方向性(射束傾斜)的控制。
下面更詳細地說明天線方向性的控制。例如，假定每個移相器807a1～807a4使通過每個移相器的高頻功率的相位延遲相移量Φ，并且相鄰的移相器807分別間隔距離d，進入天線元件806a的高頻功率無相位變化地被提供給輸入端808，如圖10(a)中所示。與此相反，進入天線元件806b的高頻功率被提供給輸入端808，同時其相位被移相器807a1延遲相移量Φ。進入天線元件806c的高頻功率被提供給輸入端808，同時其相位被移相器807a3和807a4延遲相移量2Φ。此外，進入天線元件806d的高頻功率被提供給輸入端808，同時其相位被移相器807a2、807a3和807a4延遲相移量3Φ。
換句話說，天線元件806a～806d接收的無線電波的最大靈敏性的方向是相對于所述一排天線元件806a～806d的方向，形成預定角度Θ(Θ＝cos-1(Φ/d))的方向D。這里假定圖10(a)中的附圖標記w1～w3分別表示相同相位的接收波的平面。
但是，在具有上述結構的常規相控陣天線中，位于各個天線元件806和輸入端808之間的移相器807的數目不同，此外在各個移相器807中存在傳輸損耗。于是，組合來自各個天線元件806a-806d的功率的效果被降低，從而圖10(b)中所示的射束的形狀被變形，從而難以獲得突出的射束(大方向性增益)，射束傾斜量也被降低，因此，天線的方向性的控制受到影響。
此外，如同參考圖9(a)所述，通過把相同平面上的區域分別分配給構成移相器700的鐵電基材702和順電基材701，成塊地形成用于常規的相控陣天線830的每個移相器807。于是，微帶混合耦合器703的單位長度線路的分布電容Cn和微帶短截線704的單位長度線路的分布電容Cf彼此有很大不同。因此，在微帶混合耦合器703和微帶短截線704之間的連接處產生高頻功率反射，從而，來自微帶混合耦合器703的功率不會有效地進入微帶短截線704，從而不能獲得足夠的相移量。
下面進行詳細說明。例如，線路阻抗Z通常用單位長度線路的分布阻抗L和單位長度線路的分布電容C表示為Z^2(Z的平方)＝L/C。此外，當假定所有電場只存在于基材內，并且所有電場近似于線性，且垂直于接地導體時，單位長度線路的分布電容C用線路寬度W，基材厚度H和基材介電常數ε表示成C＝εW/H。當利用上述表達式，相互比較微帶混合耦合器703的單位長度線路的分布電容Cn和微帶短截線704的單位長度線路的分布電容Cf時，假定作為微帶混合耦合器703的基材的順電基材701的介電常數為εn，作為微帶短截線704的基材的鐵電基材702的介電常為εf，那么通常建立關系式εn＜＜εf。此外，由于微帶混合耦合器703和微帶短截線704的線路寬度W，以及各個導體的距離H都相同，因此微帶混合耦合器703的單位長度線路的分布電容Cn(＝εnW/H)和微帶短截線704的單位長度線路的分布電容Cf(＝εfW/H)明顯不同。從而，如上所述，來自微帶混合耦合器703的功率不會有效地進入微帶短截線704，從而不能獲得足夠的相移量。
為了克服這個問題，在上面提及的現有技術1中公開一種方法，其中在微帶短截線704附近設置磁性材料，以便提高微帶短截線704的單位長度線路的分布電感L，從而增大線路阻抗Z，在該現有技術中還提出了其結構。
但是，當如同上面提及的現有技術1中那樣，在移相器700的微帶短截線704的附近設置磁性材料，以抑制線路部分703和704之間線路阻抗Z的匹配程度的降低以獲得大的相移量時，會產生當通過燒結制造移相器700時，需要更多工序，從而不利地增大移相器的制造成本的問題。
為了解決上述問題，做出了本發明，本發明的目的是提供一種能夠用較少的制造工序(低成本)制造的天線控制單元，和采用這種天線控制單元的相控陣天線，所述天線控制單元具有突出的射束(大的方向性增益)和大的射束傾斜量。
發明內容
根據本發明的權利要求1，提供一種包括與天線元件相連的多個天線端子，被施加高頻功率的饋送端，和通過從饋送端分叉的饋送線，與各個天線端子連接，并且以電方式改變經過各個天線端子和饋送端之間的高頻信號的相位的移相器的天線控制單元，所述移相器被布置在各個饋送線上的某些位置，其中所述移相器包括采用順電材料作為基材的順電傳輸線路層上的混合耦合器；和采用鐵電材料作為基材的鐵電傳輸線路層上的短截線，順電傳輸線路層和鐵電傳輸線路層通過接地導體層疊在一起，混合耦合器和短截線通過穿過接地導體的通孔相連接，并且構成鐵電傳輸線路層上的傳輸線的導體間的距離大于構成順電傳輸線路層上的傳輸線的導體間的距離。
于是，能夠獲得一種提供有效相移量，并且用較少的工序制造的低成本移相器，從而能夠用較少的工序制造天線控制單元，因此能夠降低天線控制單元的制造成本。
根據本發明的權利要求2，提供一種包括與天線元件相連的多個天線端子，被施加高頻功率的饋送端，和通過從饋送端分叉的饋送線，與各個天線端子連接，并且以電方式改變經過各個天線端子和饋送端之間的高頻信號的相位的移相器的天線控制單元，所述移相器被布置在各個饋送線上的某些位置，其中所述移相器包括采用順電材料作為基材的順電傳輸線路層上的混合耦合器；和采用鐵電材料作為基材的鐵電傳輸線路層上的短截線，順電傳輸線路層和鐵電傳輸線路層通過接地導體層疊在一起，混合耦合器和短截線通過在接地導體上形成的耦合窗電磁連接，并且構成順電傳輸線路層上的傳輸線的導體間的距離大于構成鐵電傳輸線路層上的傳輸線的導體間的距離。
于是，能夠獲得一種提供更有效的相移量，并且用更少的工序制造的低成本移相器，從而能夠用更少的工序制造天線控制單元，因此能夠降低天線控制單元的制造成本。
根據本發明的權利要求3，提供一種相控陣天線，它包括在介電基體上的多個天線元件；和具有被施加高頻功率的饋送端，以及通過從饋送端分叉的饋送線，與各個天線元件連接，并且以電方式改變經過各個天線元件和饋送端之間的高頻信號的相位的移相器的天線控制單元，所述移相器被布置在饋送線上的某些位置，其中所述移相器包括采用順電材料作為基材的順電傳輸線路層上的混合耦合器；和采用鐵電材料作為基材的鐵電傳輸線路層上的短截線，順電傳輸線路層和鐵電傳輸線路層通過接地導體層疊在一起，混合耦合器和短截線通過穿過接地導體的通孔相連接，并且構成鐵電傳輸線路層上的傳輸線的導體間的距離大于構成順電傳輸線路層上的傳輸線的導體間的距離。
于是，能夠獲得一種提供有效相移量，并且用較少的工序制造的低成本移相器，從而能夠用較少的工序制造相控陣天線，因此能夠降低相控陣天線的制造成本。
根據本發明的權利要求4，提供一種相控陣天線，它包括在介電基體上的多個天線元件；和具有被施加高頻功率的饋送端，和通過從饋送端分叉的饋送線，與各個天線端子連接，并且以電方式改變經過各個天線端子和饋送端之間的高頻信號的相位的移相器的天線控制單元，所述移相器被布置在各個饋送線上的某些位置，其中所述移相器包括采用順電材料作為基材的順電傳輸線路層上的混合耦合器；和采用鐵電材料作為基材的鐵電傳輸線路層上的短截線，順電傳輸線路層和鐵電傳輸線路層通過接地導體層疊在一起，混合耦合器和短截線通過在接地導體中形成的耦合窗電磁連接，并且構成鐵電傳輸線路層上的傳輸線的導體間的距離大于構成順電傳輸線路層上的傳輸線的導體間的距離。
于是，能夠獲得一種提供更有效的相移量，并且用更少的制造工序制造的低成本移相器，從而能夠用更少的工序制造相控陣天線，因此能夠降低相控陣天線的制造成本。
根據本發明的權利要求5，提供一種天線控制單元，包括被施加高頻功率的饋送端；當m＝2^k(2的k次冪)時(m，k是整數)，來自饋送端，在第k級分支分成m條線路的饋送線；設置在m條饋送線的各端并排成一行，用于連接天線元件的m個天線端子，所述天線端子分別被稱為第一、第二、...和第m天線端子；均具有相同的特性曲線，并且以電方式改變通過饋送線的高頻信號的相位的MK個移相器(MK＝M(K-1)×2+2^(k-1)，當K≥1并且M1＝1時)；和均具有相同的特性曲線，并且具有和移相器的傳輸損耗量相等的傳輸損耗量的MK個損耗元件，其中移相器被布置在分成m條線路的饋送線上的某些位置，以致位于第(n+1)個天線端子(n為從1～m-1的整數)和饋送端之間的移相器的數目比位于第n個天線端子和饋送端之間的移相器的數目大1，并且損耗元件被布置在分成m條線路的饋送線上的某些位置，以致從第n個天線端子到饋送端的傳輸損耗量比從第(n+1)個天線端子到饋送端的傳輸損耗量大與一個移相器對應的傳輸損耗量。
于是，能夠避免給m個天線端子的分布功率的數量的變化，從而能夠避免射束形狀的變形，或者射束方向變化量的減小。于是，能夠實現具有突出的射束(大的方向性增益)和令人滿意的射束傾斜量的天線控制單元。
根據本發明的權利要求6，提供一種天線控制單元，包括被施加高頻功率的饋送端；當m＝2^k(2的k次冪)時(m，k是整數)，來自饋送端，在第k級分支分成m條線路的饋送線；設置在m條饋送線的各端并排成一行，用于連接天線元件的m個天線端子，所述天線端子分別被稱為第一、第二、...和第m天線端子；均具有相同的特性曲線，并且以電方式沿正方向改變通過饋送線的高頻信號的相位的MK個正射束傾斜移相器(MK＝M(K-1)×2+2^(k-1)，當K≥1并且M1＝1時)；和均具有相同的特性曲線，并且以電方式沿負方向改變通過饋送線的高頻信號的相位的MK個負射束傾斜移相器，其中正射束傾斜移相器被布置在分成m條線路的饋送線上的某些位置，以致位于第(n+1)個天線端子(n為從1～m-1的整數)和饋送端之間的正射束傾斜移相器的數目比位于第n個天線端子和饋送端之間的正射束傾斜移相器的數目大1，并且負射束傾斜移相器被布置在分成m條線路的饋送線上的某些位置，以致位于第n個天線端子和饋送端之間的負射束傾斜移相器的數目比位于第(n+1)個天線端子和饋送端之間的負射束傾斜移相器的數目大1。
于是，能夠避免給m個天線端子的分布功率的數量的變化，從而能夠避免射束形狀的變形，或者射束方向變化量的減小，另外，即使移相器的相移量較小，也能夠避免射束傾斜量的減小。于是，能夠實現具有更突出的射束(大的方向性增益)和更令人滿意的射束傾斜的天線控制單元。
根據本發明的權利要求7，提供一種二維天線控制單元，包括m2行天線控制單元和一列天線控制單元，該行天線控制單元是權利要求5的天線控制單元，包括m＝m1個天線端子(m1是整數)，該列天線控制單元是權利要求5的天線控制單元，包括m＝m2個天線端子(m2是整數)，其中m2行天線控制單元的饋送端分別與該列天線控制單元的m2個天線端子連接。
于是，能夠實現一種具有突出的射束(大的方向性增益)和令人滿意的射束傾斜量，并且能夠實現X軸和Y軸射束傾斜的二維天線控制單元。
根據本發明的權利要求8，提供一種二維天線控制單元，包括m2行天線控制單元和一列天線控制單元，該行天線控制單元是權利要求6的天線控制單元，包括m＝m1個天線端子(m1是整數)，該列天線控制單元是權利要求6的天線控制單元，包括m＝m2個天線端子(m2是整數)，其中m2行天線控制單元的饋送端分別與該列天線控制單元的m2個天線端子連接。
于是，能夠實現一種具有更突出的射束(更大的方向性增益)和更令人滿意的射束傾斜，并且能夠實現X軸和Y軸射束傾斜的二維天線控制單元。
根據本發明的權利要求9，在權利要求3的相控陣天線中，天線控制單元是權利要求5或6的天線控制單元。
于是，能夠用較少的工序制造具有突出的射束(大的方向性增益)和令人滿意的射束傾斜量的二維天線控制單元，從而降低制造成本。
根據本發明的權利要求10，在權利要求3的相控陣天線中，天線控制單元是權利要求7或8的天線控制單元。
于是，能夠用較少的工序制造具有突出的射束(大的方向性增益)和令人滿意的射束傾斜量，并且能夠實現X軸和Y軸射束傾斜的相控陣天線，從而降低制造成本。
根據本發明的權利要求11，在權利要求4的相控陣天線中，天線控制單元是權利要求5或6的天線控制單元。
于是，能夠用較少的工序制造具有更突出的射束(更大的方向性增益)和更令人滿意的射束傾斜量的相控陣天線，從而降低制造成本。
根據本發明的權利要求12，在權利要求4的相控陣天線中，天線控制單元是權利要求7或8的天線控制單元。
于是，能夠用更少的工序制造具有更突出的射束(更大的方向性增益)和更令人滿意的射束傾斜量，并且能夠實現X軸和Y軸射束傾斜的相控陣天線，從而降低制造成本。
圖1是圖解說明根據本發明第一實施例的移相器的結構的透視圖(圖1(a))和橫截面圖(圖1(b))，所述移相器用于相控陣天線。
圖2是圖解說明根據本發明第二實施例的移相器的結構的透視圖(圖2(a))和橫截面圖(圖2(b))，所述移相器用于相控陣天線。
圖3圖解說明根據本發明第三實施例的相控陣天線的結構(圖3(a))，和表示該相控陣天線的方向性(圖3(b))。
圖4圖解說明根據本發明第四實施例的相控陣天線的結構(圖4(a))，和表示該相控陣天線的方向性(圖4(b))。
圖5圖解說明根據本發明第五實施例的相控陣天線的結構。
圖6圖解說明根據本發明第六實施例的相控陣天線的結構。
圖7是表示根據第六實施例的天線控制單元或相控陣天線中，分支級數(k)，天線元件的數目(m)和移相器的數目(MK)的關系的表格。
圖8表示當k＝1和m＝2(圖8(a))時，當k＝2和m＝4(圖8(b))時和當k＝3和m＝8(圖8(c))時，移相器的布置。
圖9圖解說明常規相控陣天線中采用的移相器的結構(圖9(a))，并且表示鐵電材料的介電常數變化特性曲線(圖9(b))。
圖10表示常規相控陣天線的結構和工作原理(圖10(a))，并且表示常規相控陣天線的方向性(圖10(b))。
具體實施例方式
下面，參考圖1，說明本發明的第一實施例。
在第一實施例中，將說明用于本發明的相控陣天線的移相器。
圖1是圖解說明根據本發明第一實施例的移相器的結構的透視圖(圖1(a))和橫截面圖(圖1(b))，所述移相器用于本發明的相控陣天線。
圖1中，附圖標記100表示移相器。附圖標記101表示順電基材，附圖標記102表示順電傳輸線路層，附圖標記103表示微帶混合耦合器，附圖標記104表示鐵電基材，附圖標記105表示鐵電傳輸線路層，附圖標記106表示微帶短截線，附圖標記107表示接地導體，附圖標記108表示通孔，借助所述通孔108，微帶混合耦合器103和微帶短截線106穿過接地導體107被連接在一起。
首先，詳細說明根據第一實施例的移相器100的特征，移相器100優于常規移相器700。
如上所述，在圖9(a)中所示的移相器700中，微帶混合耦合器703的單位長度線路的分布電容Cn和微帶短截線704的單位長度線路的分布電容Cf有很大不同，因此，來自微帶混合耦合器703的功率不會有效地進入微帶短截線704，從而不能獲得足夠的相移量。為了克服這個問題，當如現有技術1中所示那樣，向移相器700的微帶短截線704中加入磁性材料，以提高單位長度線路的分布電感L時，通過把相同平面上的區域分別分配給鐵電基材702和順電基材701，成塊地形成的常規移相器700的構成需要更多的工序，從而增大了制造成本。
從而，在第一實施例的移相器100中，如圖1(a)中所示，微帶混合耦合器103形成于采用順電材料作為基材101的順電傳輸線路層102上，微帶短截線106形成于采用鐵電材料作為基材104的鐵電傳輸線路層105上，這兩個傳輸線路層102和105通過接地導體107層疊在一起，隨后借助穿過接地導體107的通孔108，連接微帶混合耦合器103和微帶短截線106。此外，如圖1(b)中所示，構成鐵電導體線路層103的傳輸線的導體之間的距離Hf大于構成順電傳輸線路層102的傳輸線的導體之間的距離Hn。因此，可使微帶混合耦合器103和微帶短截線106的線路阻抗Z匹配，從而，能夠用較簡單的制造工序制造提供有效相移量的移相器100。
下面詳細說明移相器。例如，假定作為微帶混合耦合器103的基材的順電基材101的介電常數為εn，作為微帶短截線106的基材的鐵電基材104的介電常數為εf，微帶混合耦合器103的單位長度線路的分布電容Cn由表達式Cn＝εn·W/Hn給出，微帶短截線106的單位長度線路的分布電容Cf由表達式Cf＝εf·W/Hf給出。當相互比較Cn和Cf時，如上所述建立關系式εn＜＜εf，但是如圖1(b)中所示建立了關系式Hn＜Hf，從而微帶混合耦合器103的單位長度線路的分布電容Cn和微帶短截線106的單位長度線路的分布電容Cf之間的差異變小。于是，能夠避免微帶混合耦合器103和微帶短截線106的線路阻抗Z之間的匹配度的降低，從而來自微帶混合耦合器103的功率有效地進入微帶短截線106，于是，能夠獲得足夠的相移量。
下面，說明根據第一實施例的移相器的工作原理。
在移相器100中，使用順電基材101的微帶混合耦合器103，接地導體107，和使用鐵電基材104的微帶短截線106被層疊，微帶混合耦合器103和微帶短截線106通過穿過接地導體107的通孔108被連接。這樣構成移相器100，以致通過微帶混合耦合器103的高頻功率的相移量依照施加于微帶短截線106的DC控制電壓而變化。
換句話說，移相器100的基材由順電基材101，接地導體107，和鐵電基材104組成。矩形環狀導體層103a布置在順電基材101上，矩形環狀導體層103a和順電基材101形成微帶混合耦合器103。
在鐵電基材104下，布置兩個線性導體層106a1和106a2，使得分別借助通孔108，與矩形環狀導體層103a的兩個相對線性部分103a1和103a2的一端連接。這兩個導體層106a1和106a2，以及鐵電基材104形成微帶短截線106。
在順電基材101上，布置導體層115a和120a，以位于所述兩個線性部分103a1和103a2的延長線上，并且分別與所述兩個線性部分103a1和103a2的另一端連接。
導體層115a和順電基材101形成輸入線115，導體層120a和順電基材101形成輸出線120。這里，環狀導體層103a的線性部分103a1的一端和另一端分別是微帶混合耦合器103的端口2和1，環狀導體層103a的線性部分103a2的一端和另一端分別是微帶混合耦合器103的端口3和4。
在具有上述結構的移相器100中，當向微帶短截線106施加DC控制電壓時，通過微帶短截線的高頻功率的相移量發生變化。
下面進行詳細說明。在具有這種結構，即相同的反射元件(微帶短截線106)通過通孔108，與適當設計的微帶混合耦合器103的相鄰兩個端口(端口2和3)連接的移相器100中，從輸入端口(端口1)進入的高頻功率(power)不是通過輸入端口1被輸出，而是只通過輸出端口(端口4)輸出該高頻功率，來自反射元件的反射功率被反射到所述高頻功率上。從而，當向微帶短截線106施加控制電壓時，產生偏壓場，當控制電壓被改變時，對于高頻功率微帶短截線106的有效介電常數發生變化。因此，對于高頻功率微帶短截線106的等效功率長度發生變化，微帶短截線106的相位依據等效功率長度的改變而發生變化，從而通過輸出端口(端口4)輸出的高頻功率的相位發生變化。
如上所述，通過層疊平板形材料，即順電基材101，接地導體107和鐵電基材104，并形成穿過接地導體107的通孔108，從而把形成于順電傳輸線路層102上的微帶混合耦合器103，和形成于鐵電傳輸線路層105上的微帶短截線106相互連接，構成根據第一實施例的移相器100，在該移相器中，設置有微帶短截線106的鐵電傳輸線路層105的基材的厚度Hf大于設置有微帶混合耦合器103的順電傳輸線路層102的基材的厚度Hn。于是，微帶混合耦合器103和微帶短截線106之間的線路阻抗匹配的惡化受到抑制，從而能夠獲得提供有效相移量的移相器。此外，和如同常規移相器700中那樣，在把相同平面上的區域分配給各個基材的情況下布置基材的方法相比，可用較少的制造工序制造移相器100，從而能夠用較低的成本生產移相器。
此外，當把移相器100用于相控陣天線，能夠用較少的工序制造相控陣天線，從而降低了制造成本。
下面參考圖2，說明本發明的第二實施例。
在第二實施例中，將說明用于本發明的相控陣天線的移相器。
圖2是圖解說明根據第二實施例的移相器的結構的透視圖(圖2(a))和橫截面圖(圖2(b))，所述移相器用于本發明的相控陣天線。
圖2中，附圖標記200表示移相器。附圖標記201表示順電基材，附圖標記202表示順電傳輸線路層，附圖標記203表示微帶混合耦合器，附圖標記204表示鐵電基材，附圖標記205表示鐵電傳輸線路層，附圖標記206表示微帶短截線，附圖標記207表示接地導體，附圖標記208表示形成于接地導體207中的耦合窗，用于電磁耦合微帶混合耦合器203和微帶短截線206。
首先，詳細說明根據第二實施例的移相器200的特征，移相器200優于常規移相器700。
如第一實施例中所述，當如同現有技術1中所示，向圖9(a)中所示的常規移相器700的微帶短截線704中加入磁性材料，以提高單位長度線路的分布電感L，以便解決不能獲得常規移相器700的足夠相移量的問題時，通過把相同平面上的區域分別分配給鐵電基材702和順電基材701，成塊地形成的常規移相器700需要更多的工序，從而增大了制造成本。
在如圖2(a)中所示，根據第二實施例的移相器200中，微帶混合耦合器203形成于采用順電材料作為基材201的順電傳輸線路層202上，微帶短截線206形成于采用鐵電材料作為基材204的鐵電傳輸線路層205上，之后，這兩個傳輸線路層202和205通過接地導體207層疊在一起，借助形成于接地導體207中的耦合窗208，電磁耦接微帶混合耦合器203和微帶短截線206，此外，如圖2(b)中所示，構成鐵電傳輸線路層205上的傳輸線的導體之間的距離Hf大于構成順電傳輸線路層202上的傳輸線的導體之間的距離Hn。因此，可使微帶混合耦合器203和微帶短截線206的線路阻抗Z匹配，從而，能夠用較簡單的制造工序制造提供有效相移量的移相器200。
下面進行詳細說明。例如，假定作為微帶混合耦合器203的基材的順電基材201的介電常數為εn，作為微帶短截線206的基材的鐵電基材104的介電常數為εf，微帶混合耦合器203的單位長度線路的分布電容Cn由表達式Cn＝εn·W/Hn給出，微帶短截線206的單位長度線路的分布電容Cf由表達式Cf＝εf·W/Hf給出。當相互比較Cn和Cf時，εn＜＜εf，但是在第二實施例中，如圖2(b)中所示Hn＜Hf，從而微帶混合耦合器203的單位長度線路的分布電容Cn和微帶短截線206的單位長度線路的分布電容Cf之間的差異變小。于是，能夠避免微帶混合耦合器203和微帶短截線206的線路阻抗Z之間的匹配的惡化，從而來自微帶混合耦合器203的功率有效進入微帶短截線206，能夠獲得足夠的相移量。
下面，說明根據第二實施例的移相器的工作原理。
在移相器200中，使用順電基材201的微帶混合耦合器203，接地導體207，和使用鐵電基材204的微帶短截線206被層疊，微帶混合耦合器203和微帶短截線206通過形成于接地導體207中的耦合窗208電磁連接。這樣構成移相器200，以致通過微帶混合耦合器203的高頻功率的相移量依照施加于微帶短截線206的DC控制電壓而變化。
換句話說，移相器200的基材由順電基材201，接地導體207，和鐵電基材204組成。矩形環狀導體層203a布置在順電基材201上，矩形環狀導體層203a和順電基材201形成微帶混合耦合器203。
在鐵電基材204下，布置兩個線性導體層206a1和206a2，以借助耦合窗208，分別與矩形環狀導體層203a的兩個相對線性部分203a1和203a2的一端電磁連接。這兩個導體層206a1和206a2，以及鐵電基材204形成微帶短截線206。
此外，在順電基材201上，布置導體層215a和220a，以位于所述兩個線性部分203a1和203a2的延長線上，并且分別與所述兩個線性部分203a1和203a2的另一端連接。
導體層215a和順電基材201形成輸入線215，導體層220a和順電基材201形成輸出線220。這里，環狀導體層203a的線性部分203a1的一端和另一端分別是微帶混合耦合器203的端口2和1，環狀導體層203a的線性部分203a2的一端和另一端分別是微帶混合耦合器203的端口3和4。
在具有上述結構的移相器中，當向微帶短截線206施加DC控制電壓時，通過微帶短截線的高頻功率的相移量發生變化。
下面進行詳細說明。在其中相同的反射元件(微帶短截線206)通過耦合窗208，與適當設計的微帶混合耦合器203的相鄰兩個端口(端口2和3)連接的移相器200中，從輸入端口(端口1)進入的高頻功率不是從輸入端口1被輸出，只通過輸出端口(端口4)輸出高頻功率，來自反射元件的反射功率被反射到所述高頻功率上。從而，當向微帶短截線206施加控制電壓時，產生偏壓場，當控制電壓被改變時，對于高頻功率微帶短截線206的有效介電常數相應發生變化。因此，對于高頻功率微帶短截線206的等效電長度發生變化，從而從輸出端口(端口4)輸出的高頻功率的相位發生變化。
如上所述，根據第二實施例，通過層疊平板形材料，即順電基材201，包括耦合窗208的接地導體207，和鐵電基材204，構成移相器200，其中，設置有微帶短截線206的鐵電傳輸線路層205的基材的厚度Hf大于設置有微帶混合耦合器203的順電傳輸線路層202的基材的厚度Hn。于是，微帶混合耦合器203和微帶短截線206之間的線路阻抗匹配的惡化受到抑制，從而能夠獲得提供有效相移量的移相器。此外，和如同常規移相器700中那樣，布置基材以致一個平面上的區域被分配給各個基材的方法相比，可用較少的制造工序制造移相器200，從而能夠用較低的成本生產該移相器。
此外，當把移相器200用于相控陣天線，能夠用較少的工序制造相控陣天線，從而降低了制造成本。
下面參考圖3，說明本發明的第三實施例。
圖3(a)圖解說明根據第三實施例的相控陣天線的結構，圖3(b)表示在施加射束傾斜電壓的情況下，和在不施加射束傾斜電壓的情況下，根據第三實施例的相控陣天線的方向性。
在圖3(a)中，根據第三實施例的相控陣天線330包括天線控制單元300，執行如圖3(b)中所示的方向性(射束傾斜)控制的射束傾斜電壓320，和四個天線元件(element)310a-310d。天線控制單元300包括一個輸入端(饋送端)301，四個天線端子307a-307D，四個移相器308a1-308a4，四個損耗元件309a1-309a4，高頻阻止元件311，DC阻止元件312，來自輸入端301的傳輸線(饋送線)302，在第一分支303分叉的兩個傳輸線304a和304b，和在第二分支305a和305b從傳輸線304a和304b分叉的四個傳輸線306a-306d。
下面，更詳細地說明構成根據第三實施例的相控陣天線330的天線控制單元300的結構。
根據第三實施例的天線控制單元300包括一個輸入端301，來自輸入端301的傳輸線302在第一分支303分成兩個傳輸線304a和304b，并且在第一分支303分叉的兩個傳輸線304a和304b在第二分支305a和305b再分成兩個傳輸線，從而獲得分叉的四個傳輸線306a-306d。
另外，輸入端301通過阻止元件312與第一分支303連接，射束傾斜電壓302通過高頻阻止元件311與第一分支303連接。
所述四個傳輸線306a-306d具備四個天線端子307a-307d，用于連接四個天線元件310a-310d。
當四個天線端子307a-307d排列成行(它們分別被稱為第一、第二、第三和第四天線端子)時，并且當假定n為滿足0＜n＜4的整數時，移相器308a1-308a4被布置成使得位于第(n+1)個天線端子307和輸入端301之間的移相器308a的數目，比位于第n個天線端子307和輸入端301之間的移相器308a的數目大1。這里，各個移相器308a1-308a4具有相同的特性曲線。
此外，在根據第三實施例的天線控制單元300中，布置傳輸損耗均等于對應于一個移相器308a的傳輸損耗量的損耗元件309a1-309a4，使得位于第n個天線端子307和輸入端301之間的損耗元件309a的數目，比位于第(n+1)個天線端子307和輸入端301之間的損耗元件309a的數目大1。于是，從所有天線端子307a-307d到輸入端301的傳輸損耗量相同。
在常見的相控陣天線中，當從各個天線元件310a-310d到作為功率合成點的輸入端301的傳輸損耗量彼此不同時，功率合成效果被降低，從而如圖3(b)中所示的射束的形狀變形，難以獲得突出的射束(pointed beam)(大的方向性增益)，另外，射束傾斜量被降低，因此天線的方向性的控制惡化。
但是，在根據第三實施例的天線控制單元300中，布置損耗元件309a，使得從第n個天線端子307(n是滿足0＜n＜4的整數)到輸入端301的傳輸損耗量，比從第(n+1)個天線端子307到輸入端301的傳輸損耗量大和與一個移相器308a對應的傳輸損耗相同的數量。于是，從所有天線元件310a-310d到輸入端301的傳輸損耗量相同，從而能夠實現具有突出的射束，和令人滿意的射束傾斜量的相控陣天線。
如上所述，根據第三實施例，當n是滿足0＜n＜4的整數時，移相器308a被布置成使得位于第(n+1)個天線端子307和輸入端301之間的移相器308a的數目，比位于第n個天線端子307和輸入端301之間的移相器308a的數目大1，另外，損耗元件309a被布置成使得從第n個天線端子307到輸入端301的傳輸損耗量，比從第(n+1)個天線端子307到輸入端301的傳輸損耗量大和與一個移相器308a對應的傳輸損耗相同的數量。于是，即使在移相器308a1-308a4中產生了任意通道損耗，各個天線元件310a-310d的分布功率的數量也彼此不同，從而，能夠獲得天線控制單元300，借助所述天線控制單元300，射束形狀不會被變形，射束方向的變化不會被減小。此外，當把天線控制單元300用于相控陣天線時，可使從所有天線元件310a-310d到輸入端301的傳輸損耗量相等，從而能夠實現具有突出的射束，和令人滿意的射束傾斜量的相控陣天線。
此外，當把第一或第二實施例中描述的移相器用于根據第三實施例的相控陣天線時，能夠進一步降低相控陣天線的制造成本。
下面參考圖4，說明第四實施例。
在第四實施例中，將詳細說明具有不同于第三實施例的結構的相控陣天線中的天線控制單元。
圖4(a)圖解說明根據第四實施例的相控陣天線的結構，圖4(b)表示在施加射束傾斜電壓的情況下，和在不施加射束傾斜電壓的情況下，根據第四實施例的相控陣天線的方向性。
在圖4(a)中，根據第四實施例的相控陣天線430包括天線控制單元400，如圖4(b)中所示，分別實現負和正方向性(射束傾斜)控制的負射束傾斜電壓421和正射束傾斜電壓422，和四個天線元件410a-410d。天線控制單元400包括輸入端401，四個天線端子407a-407D，四個正射束傾斜移相器408a1-408a4，四個負射束傾斜移相器408b1-408b4，高頻阻止元件411a-411f，DC阻止元件412a-412f，來自輸入端401的傳輸線402，在第一分支403分叉的兩個傳輸線404a和404b，和在第二分支405a和405b從傳輸線404a和404b分叉的四個傳輸線406a-406d。
下面，更詳細地說明構成根據第四實施例的相控陣天線430的天線控制單元400。
第四實施例的天線控制單元400包括一個輸入端401，來自輸入端401的傳輸線402在第一分支403分成兩個傳輸線404a和404b，并且在第一分支403分叉的兩個傳輸線404a和404b分別在第二分支405a和405b再分成兩個傳輸線，從而得到四個傳輸線406a-406d。
在第一分支403分叉的兩個傳輸線404a和404b都具有一個DC阻止元件412，分別在第二分支405a和405b分叉的四個傳輸線406a-406d分別具有一個DC阻止元件412。高頻阻止元件411被布置在各個負射束傾斜移相器408b1、408b4和408b2的一端，以及在各個正射束傾斜移相器408a1、408a4和408a2的一端。
四個傳輸線406a-406d分別具備四個天線端子407a-407d，以便與四個天線元件410a-410d連接。
分別被稱為第一、第二、第三和第四天線端子的四個天線端子407a-407d被排成一行，當假定n為滿足0＜n＜4的整數時，正射束傾斜移相器408a1-408a4被布置成使得位于從第(n+1)個天線端子407到輸入端401的移相器的數目，比位于從第n個天線端子407到輸入端401的移相器的數目大1。
此外，負射束傾斜移相器408b1-408b4被布置成使得位于第n個天線端子407和輸入端401之間的移相器的數目，比位于第(n+1)個天線端子407和輸入端401之間的移相器的數目大1。
這里，正射束傾斜移相器408a1-408a4和負射束傾斜移相器408b1-408b4都具有相同的特性曲線(相同的傳輸損耗量)。
于是，在具有上述結構的天線控制單元400中，從所有天線端子407a-407d到輸入端401的傳輸損耗量相同。
在常見的相控陣天線中，當從各個天線元件410a-410d到作為功率合成點的輸入端401的傳輸損耗量彼此不同時，電功率合成效果被降低，從而如圖4(b)中所示的射束的形狀變形，于是難以獲得突出的射束(大的方向性增益)，另外，射束傾斜量被降低，因此天線的方向性的控制惡化。
此外，在把鐵電材料用于移相器408的相控陣天線中，當鐵電材料的介電常數的變化率較小時，一個移相器408能夠實現的相移量較小，從而很難獲得射束傾斜量大的相控陣天線。
但是，在根據第四實施例的天線控制單元400中，從所有天線元件410a-410d到輸入端401的傳輸損耗量相同，另外設置了正射束傾斜移相器408a和負射束傾斜移相器408b。于是，每個移相器408只負責較小的相移量，從而能夠實現具有更突出的射束，和更令人滿意的射束傾斜量的相控陣天線。
如上所述，根據第四實施例，當n是滿足0＜n＜4的整數時，正射束傾斜移相器408a1-408a4被布置成使得位于第(n+1)個天線端子407和輸入端401之間的正射束傾斜移相器408a的數目，比位于第n個天線端子407和輸入端401之間的正射束傾斜移相器408a的數目大1，另外，負射束傾斜移相器408b1-408b4被布置成使得位于第n個天線端子407和輸入端401之間的負射束傾斜移相器408b的數目，比位于第(n+1)個天線端子407和輸入端401之間的負射束傾斜移相器408b的數目大1。于是，每個移相器408只負責較小的相移量，從而，能夠獲得即使當每個移相器408的鐵電材料的介電常數變化率較小時，也不會減小射束傾斜量的天線控制單元400。此外，當采用天線控制單元400時，可使從所有天線元件410a-410d到輸入端401的傳輸損耗量相等，從而能夠實現具有更突出的射束，和更令人滿意的射束傾斜量的相控陣天線。
此外，當把第一或第二實施例中描述的移相器用于根據第四實施例的相控陣天線時，能夠進一步降低相控陣天線的制造成本。
下面參考圖5，說明本發明的第五實施例。
在第五實施例中，將說明包括二維天線控制單元的相控陣天線，通過組合多個第三實施例中描述的天線控制單元，獲得所述二維天線控制單元，所述二維天線控制單元能夠控制X軸方向和Y軸方向的方向性。
圖5圖解說明根據第五實施例的相控陣天線的結構。
圖5中，根據第五實施例的相控陣天線530包括天線元件510a(1-4)-510d(1-4)，執行X軸方向性(射束傾斜)控制的X軸天線控制單元500a1-500a4，執行Y軸方向性(射束傾斜)控制的Y軸天線控制單元500b，X軸射束傾斜電壓520a，和Y軸射束傾斜電壓520b。每個X軸天線控制單元500a包括天線端子507a-507d，和輸入端501a。Y軸天線控制單元500b包括天線端子507a-507d，和輸入端501b。這里，假定每個X軸天線控制單元500a1-500a4和Y軸天線控制單元500b具有與上面在第三實施例中描述的天線控制單元300相同的結構。
下面，將具體說明根據本實施例的相控陣天線530。
X軸天線控制單元500a1-500a4的輸入端501a1-501a4分別與Y軸天線控制單元500b的天線端子507a-507d連接。雖然這里未示出，不過如第三實施例中所述那樣，如圖3中所示在每個X軸天線控制單元500a1-500a4和Y軸天線控制單元500b中布置均具有相同傳輸損耗量的四個移相器308a和四個損耗元件309a。
于是，根據第五實施例的相控陣天線530，從所有天線端子507a-507d到X軸天線控制單元500a1-500a4中的輸入端501a的傳輸損耗量具有相同值，另外，從所有天線端子507a-507d到Y軸天線控制單元500b中的輸入端501b的傳輸損耗量具有相同值。因此，能夠實現具有突出的射束(大的方向性增益)和令人滿意的射束傾斜量，并且能夠控制X軸方向性和Y軸方向性的相控陣天線。
如上所述，第五實施例的相控陣天線采用包括控制X軸方向性的X軸天線控制單元500a1-500a4，和控制Y軸方向性的Y軸天線控制單元500b的天線控制單元，并且采用如第三實施例中所述的具備移相器308a和與移相器308a一樣多的損耗元件309a的天線控制單元作為X軸和Y軸天線控制單元500，每個損耗元件具有和移相器308a相同的傳輸損耗量，從而當在移相器308中產生任何通道損耗時，同樣使到各個天線元件510的分布功率相等，從而防止射束形狀的變形，或者防止射束傾斜變化的減小。于是，能夠實現具有突出的射束(大的方向性增益)和令人滿意的射束傾斜量，并且能夠控制X軸方向性和Y軸方向性的相控陣天線。
下面參考圖6，說明本發明的第六實施例。
在第六實施例中，將說明具有二維天線控制單元的相控陣天線，通過組合多個第四實施例中描述的天線控制單元，獲得所述二維天線控制單元，所述二維天線控制單元能夠控制X軸和Y軸方向性。
圖6圖解說明根據第六實施例的相控陣天線的結構。
圖6中，第六實施例的相控陣天線630包括天線元件610a(1-4)-610d(1-4)，執行X軸方向性(射束傾斜)控制的X軸天線控制單元600a1-600a4，執行Y軸方向性(射束傾斜)控制的Y軸天線控制單元600b，X軸負射束傾斜電壓621a，X軸正射束傾斜電壓622a，Y軸負射束傾斜電壓621b，和Y軸正射束傾斜電壓622b。此外，每個X軸天線控制單元600a包括天線端子607a-607d，和輸入端601a。Y軸天線控制單元600b包括天線端子607a-607d，和輸入端601b。這里，假定每個X軸天線控制單元600a1-600a4和Y軸天線控制單元600b具有與在第四三實施例中具體描述的天線控制單元400相同的結構。
下面，將更詳細地說明根據第六實施例的相控陣天線630。
X軸天線控制單元600a1-600a4的輸入端601a1-601a4分別與Y軸天線控制單元600b的天線端子607a-607d連接。雖然這里未示出，不過如第三實施例中所述那樣，如圖4中所示在每個X軸天線控制單元600a1-600a4和Y軸天線控制單元600b中包括四個正射束傾斜移相器408a和四個負射束傾斜移相器408b。
于是，根據第六實施例的相控陣天線630，在每個X軸天線控制單元600a1-600a4和Y軸天線控制單元600b中，從所有天線端子607a-607d到輸入端601a的傳輸損耗量相同，每個移相器只負責較小的相移量，從而能夠實現具有更突出的射束和更令人滿意的射束傾斜量，并且能夠控制X軸方向性和Y軸方向性的相控陣天線。
如上所述，根據第六實施例，相控陣天線包括控制X軸方向性的X軸天線控制單元600a1-600a4，和控制Y軸方向性的Y軸天線控制單元600b。另外，采用如第四實施例中所述，其中布置均具有相同傳輸損耗量的相同數目的正射束傾斜移相器408a和負射束傾斜移相器408b的天線控制單元，作為X軸和Y軸天線控制單元600，從而即使當每個移相器408的鐵電材料的介電常數變化率較低時，每個移相器408只負責較小的相移量，從而避免射束傾斜的減小，另外，即使當在每個移相器中出生通道損耗時，也可使到各個天線單元610的分布功率相等，從而能夠防止射束形狀的變形，或者防止射束方向變化的減小。于是，能夠實現具有更突出的射束和更令人滿意的射束傾斜量，并且能夠控制X軸方向性和Y軸方向性的相控陣天線。
此外，在構成第六實施例的相控陣天線的每個天線控制單元600中，當X軸正射束傾斜移相器，X軸負射束傾斜移相器，Y軸正射束傾斜移相器，和Y軸負射束傾斜移相器被布置在不同層上時，除了上面提及的效果之后，還能夠實現密度更高，更緊致的天線控制單元。
在任意上述實施例的說明中，構成移相器的微帶混合耦合器和微帶短截線的傳輸線是微帶線型傳輸線。但是，當采用任意類型的介電波導(wave guide)，例如帶狀線型介電波導，H-線介電波導，或者NRE介電波導時，可獲得和上面所述相同的效果。
此外，雖然在任意上述實施例中采用四個天線元件，不過也可采用其它數目的天線元件。例如，當饋送線(傳輸線)從被施加高頻功率的輸入端，通過k級分支，分成m條線路時(m＝2^k(2的k次冪)，(k是整數))，只需要m件天線元件，隨后需要的移相器的數目MK可由下面的表達式給出MK＝M(K-1)×2+2^(k-1)(當K≥1，M1＝1時)下面，參考圖7和8進行詳細說明。圖7表示根據第六實施例的天線控制單元或相控陣天線中，分支級數(k)，天線元件的數目(m)和移相器的數目(MK)的關系。圖8表示在圖7中k＝1和m＝2的情況下(圖8(a))，在k＝2和m＝4的情況下(圖8(b))，和在k＝3和m＝8的情況下(圖8(c))，移相器的布置。
例如，當分支級數k＝3時，天線元件的數目m＝2^3＝8，如圖7中所示，移相器的數目M3＝M2×2+2^2＝12。這種情況下的移相器如圖8(c)中所示排列，以致位于第(n+1)個天線端子(0＜n＜8)和輸入端之間的移相器的數目比位于第n個天線端子和輸入端之間的移相器的數目大1。為了簡化說明，圖8中只表示了MK個移相器，但是在如第三實施例中所述的天線控制單元300，和采用該天線控制單元300的相控陣天線330中，還布置和移相器一樣多的MK個損耗元件，如圖3中所示。就如第四實施例中所述的天線控制單元400，和采用該天線控制單元400的相控陣天線430來說，當該圖中所示的MK個移相器是正射束傾斜移相器時，還布置MK個負射束傾斜移相器，如圖4中所示。
工業可應用性根據本發明的天線控制單元和相控陣天線特別有益于實現具有突出的射束(大的方向性增益)和令人滿意的射束傾斜量，以及能夠用更少的制造工序制造的低成本天線控制單元和相控陣天線。該天線控制單元和相控陣天線特別適合于用在識別無線電設備或汽車防撞雷達的移動單元中。
權利要求
1.一種包括與天線元件相連的多個天線端子，被施加高頻功率的饋送端，和通過從饋送端分叉的饋送線與各個天線端子連接、并以電方式改變經過各個天線端子和饋送端間的高頻信號的相位的移相器的天線控制單元，所述移相器被布置在饋送線上的某些位置，其中所述移相器包括采用順電材料作為基材的順電傳輸線路層上的混合耦合器；和采用鐵電材料作為基材的鐵電傳輸線路層上的短截線，順電傳輸線路層和鐵電傳輸線路層通過接地導體層疊在一起，混合耦合器和短截線通過穿過接地導體的通孔相連接，并且構成鐵電傳輸線路層上的傳輸線的導體間的距離大于構成順電傳輸線路層上的傳輸線的導體間的距離。
2.一種包括與天線元件相連的多個天線端子，被施加高頻功率的饋送端，和通過從饋送端分叉的饋送線與各個天線端子連接、并以電方式改變經過各個天線端子和饋送端間的高頻信號的相位的移相器的天線控制單元，所述移相器被布置在饋送線上的某些位置，其中所述移相器包括采用順電材料作為基材的順電傳輸線路層上的混合耦合器；和采用鐵電材料作為基材的鐵電傳輸線路層上的短截線，順電傳輸線路層和鐵電傳輸線路層通過接地導體層疊在一起，混合耦合器和短截線通過在接地導體上形成的耦合窗電磁連接，并且構成順電傳輸線路層上的傳輸線的導體間的距離大于構成鐵電傳輸線路層上的傳輸線的導體間的距離。
3.一種相控陣天線，它包括在介電基體上的多個天線元件；和具有被施加高頻功率的饋送端，以及通過從饋送端分叉的饋送線與各個天線元件連接、并以電方式改變經過各個天線元件和饋送端間的高頻信號的相位的移相器的天線控制單元，所述移相器被布置在饋送線上的某些位置，其中所述移相器包括采用順電材料作為基材的順電傳輸線路層上的混合耦合器；和采用鐵電材料作為基材的鐵電傳輸線路層上的短截線，順電傳輸線路層和鐵電傳輸線路層通過接地導體層疊在一起，混合耦合器和短截線通過穿過接地導體的通孔相連接，并且構成鐵電傳輸線路層上的傳輸線的導體間的距離大于構成順電傳輸線路層上的傳輸線的導體間的距離。
4.一種相控陣天線，它包括在介電基體上的多個天線元件；和具有被施加高頻功率的饋送端，和通過從饋送端分叉的饋送線與各個天線端子連接，并且以電方式改變經過各個天線端子和饋送端之間的高頻信號的相位的移相器的天線控制單元，所述移相器被布置在各個饋送線上的某些位置，其中所述移相器包括采用順電材料作為基材的順電傳輸線路層上的混合耦合器；和采用鐵電材料作為基材的鐵電傳輸線路層上的短截線，順電傳輸線路層和鐵電傳輸線路層通過接地導體層疊在一起，混合耦合器和短截線通過在接地導體中形成的耦合窗電磁連接，并且構成鐵電傳輸線路層上的傳輸線的導體間的距離大于構成順電傳輸線路層上的傳輸線的導體間的距離。
5.一種天線控制單元，包括被施加高頻功率的饋送端；當m＝2^k(2的k次冪)(m，k是整數)時，來自饋送端在第k級分支分成m條線路的饋送線；設置在m條饋送線的各端并排成一行，用于連接天線元件的m個天線端子，所述天線端子分別被稱為第一、第二、...和第m天線端子；均具有相同的特性曲線，并且以電方式改變通過饋送線的高頻信號的相位的MK個移相器(MK＝M(K-1)×2+2^(k-1)，當K≥1并且M1＝1時)；和均具有相同的特性曲線，并且具有和移相器的傳輸損耗量相等的傳輸損耗量的MK個損耗元件，其中移相器被布置在分成m條線路的饋送線上的某些位置，使得位于第(n+1)個天線端子(n為從1～m-1的整數)和饋送端之間的移相器的數目比位于第n個天線端子和饋送端之間的移相器的數目大1，并且損耗元件被布置在分成m條線路的饋送線上的某些位置，使得從第n個天線端子到饋送端的傳輸損耗量比從第(n+1)個天線端子到饋送端的傳輸損耗量大與一個移相器對應的傳輸損耗量。
6.一種天線控制單元，包括被施加高頻功率的饋送端；當m＝2^k(2的k次冪)(m，k是整數)時，來自饋送端在第k級分支分成m條線路的饋送線；設置在m條饋送線的各端并排成一行，用于連接天線元件的m個天線端子，所述天線端子分別被稱為第一、第二、...和第m天線端子；均具有相同的特性曲線，并且以電方式沿正方向改變通過饋送線的高頻信號的相位的MK個正射束傾斜移相器(MK＝M(K-1)×2+2^(k-1)，當K≥1并且M1＝1時)；和均具有相同的特性曲線，并且以電方式沿負方向改變通過饋送線的高頻信號的相位的MK個負射束傾斜移相器，其中正射束傾斜移相器被布置在分成m條線路的饋送線上的某些位置，使得位于第(n+1)個天線端子(n為從1～m-1的整數)和饋送端之間的正射束傾斜移相器的數目比位于第n個天線端子和饋送端之間的正射束傾斜移相器的數目大1，并且負射束傾斜移相器被布置在分成m條線路的饋送線上的某些位置，使得位于第n個天線端子和饋送端之間的負射束傾斜移相器的數目比位于第(n+1)個天線端子和饋送端之間的負射束傾斜移相器的數目大1。
7.一種二維天線控制單元，包括m2行天線控制單元和一列天線控制單元，所述行天線控制單元是權利要求5的天線控制單元，包括m＝m1個天線端子(m1是整數)，所述列天線控制單元是權利要求5的天線控制單元，包括m＝m2個天線端子(m2是整數)，其中m2行天線控制單元的饋送端分別與所述列天線控制單元的m2個天線端子連接。
8.一種二維天線控制單元，包括m2行天線控制單元和一列天線控制單元，所述行天線控制單元是權利要求6的天線控制單元，包括m＝m1個天線端子(m1是整數)，所述列天線控制單元是權利要求6的天線控制單元，包括m＝m2個天線端子(m2是整數)，其中m2行天線控制單元的饋送端分別與所述列天線控制單元的m2個天線端子連接。
9.按照權利要求3所述的相控陣天線，其中所述天線控制單元是權利要求5或6的天線控制單元。
10.按照權利要求3所述的相控陣天線，其中所述天線控制單元是權利要求7或8的天線控制單元。
11.按照權利要求4所述的相控陣天線，其中所述天線控制單元是權利要求5或6的天線控制單元。
12.按照權利要求4所述的相控陣天線，其中所述天線控制單元是權利要求7或8的天線控制單元。
全文摘要
如圖1中所示，順電傳輸線路層102和鐵電傳輸線路層105通過接地導體107被層疊在一起，在所有天線端子和被施加高頻功率的輸入端之間，從輸入端分叉的饋送線上的某些位置，在這兩個傳輸線路層上布置借助穿過接地導體107的通孔108連接的多個移相器。另外，布置均具有與移相器相同的傳輸損耗量的損耗元件，以使從所有天線端子到輸入端的傳輸損耗量相等。因此，能夠獲得可用更少的制造工序制造的，并且具有突出的射束和大的射束傾斜量的天線控制單元，以及采用這種天線控制單元的相控陣天線。
文檔編號H01Q21/00GK1647316SQ0380871
公開日2005年7月27日 申請日期2003年6月13日 優先權日2002年6月13日
發明者桐野秀樹 申請人:松下電器產業株式會社