專利名稱：相控陣天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種相控陣天線。更詳細而言涉及在具有使用介電常數根據施加電場而變化的可變介 電常數電介質來構成的可變移相器的相控陣天線中，能夠實現即使在波 束傾斜時波束形狀的畸形少、并可以維持高指向性增益的天線的技術。
背景技術：
l)首先，對背景技術l進行說明。以往，作為具有使用介電常數根據施加電場而變化的可變介電常數電介質來構成的可變移相器的相控陣天線，存在如下的天線通過將可 變移相器分成右側傾斜用以及左側傾斜用這2個組并相互獨立地控制這 些的移相量，通過抑制向各天線元件分配的電力的偏差和移相的偏差， 從而即使在波束傾斜時不使尖銳波束形狀畸變而可以維持高指向性增益 (例如參照專利文獻1的圖4 )。另外，以往，作為具有使用介電常數根據施加電場而變化的可變介 電常數電介質來構成的可變移相器的相控陣天線的構造，例如存在如下 的天線通過作為可變移相器內的前端開放線路的支撐絕緣體使用可變 介電常數電介質，構成傳播特性可變線路，通過對傳播特性可變線路導 體和接地導體之間施加電壓，可以使傳播特性可變線路的傳輸特性變化， 來控制可變移相器的移相量(例如參照專利文獻2 )。另外，通過將可變移相器區域設為2層的微帶線路構造，使用可變 介電常數電介質作為其中一層的支撐絕緣體，構成傳播特性可變線路， 利用通孔來連接兩層的線路導體間(參照專利文獻1的實施方式1以及
圖1)，或者利用電磁場結合來連接兩層的線路導體間(參照專利文獻l 的實施方式2以及圖2 ),對傳播特性可變線路導體和接地導體之間施加電壓，從而可以使傳播特性可變線路的傳播特性變化來控制可變移相器 的移相量。此處，使用附圖來說明上述以往的相控陣天線。圖3是示出可變介電常數電介質的電場施加時的介電常數變化特性 的一個例子的圖，圖4是使用可變介電常數電介質的可變移相器的透視 圖。一般，強電介質等可變介電常數電介質如圖3所示具有介電常數根 據施加的電場而變化的性質。在使用該可變介電常數電介質來構成可變 移相器時，例如如圖4所示，在導波路徑用接地導體401上的導波5M圣 用絕緣體402上層疊有導波路徑用導體的微帶線路構造中，制作具有輸 入輸出線路403a、 403b的混合式耦合器404，并且向混合式耦合器404 的1對隔離端口連接相同長度的前端開放線路405，而僅在形成該前端開 放線路的導波路徑用絕緣體406中使用可變介電常數電介質即可。此處，通過對可變移相器400的導波路徑用導體403 ~ 405和接地導 體401之間施加偏置電壓而由偏置電壓所制成的電場(TEM模式)、和 在微帶線路上傳播的高頻電力所制成的電場(準TEM模式)，這些的朝 向大致平行，所以前端開放線路405作為可以通過偏置電壓對傳播的高 頻電力的傳播特性進行控制的傳播特性可變線路405發揮作用。另外，由于構成可變移相器400的導波路徑用導體403~405全部為 直流地連接的連續導體，所以對于對可變介電常數電介質406上的導波 路徑用導體405和導波路徑用接地導體401之間施加的偏置電壓，從這 些導波路徑用導體上的任意位置輸入即可。此處，形成有輸入輸出線路403以及混合式耦合器404的區域的導以作為高頻電力的傳播特性不、變化的傳播特性固定線路發揮作用。在這樣構成的可變移相器400中，從作為輸入輸出線路403的一方 的輸入輸出線路403a輸入的高頻信號經由混合式耦合器404輸出到2個 傳播特性可變線路405。由2個傳播特性可變線路405的開放前端反射的 高頻信號接受反映出所施加的偏置電壓的傳播相位延遲并再次輸入到混合式耦合器404，通過了混合式耦合器404的高頻信號在另 一方的輸入輸 出線路403b中相互合成并輸出。另外，在從另 一方的輸入輸出線路403b輸入來高頻信號的情況下， 僅是輸入輸出反轉，高頻信號接受同樣的傳播相位延遲并輸出到一方的 輸入輸出線路403a。而且，傳播特性可變線路405經由混合式耦合器404還與輸入輸出 線路403直流地連接，所以即使將多個可變移相器400相互串聯地連接 來使用的情況下，通過對相互連接的多個可變移相器所連續的導波路徑 用導體上的任意位置施加偏置電壓，對所有的可變移相器同時施加相同 偏置電壓，由此可以實現偏置電路的結構簡單的多級可變移相器。接下來，以下示出使用上述的可變移相器的相控陣天線的原理。圖5示出使用上述的可變移相器的相控陣天線的原理。以下，對將本天線用于接收時的動作進行說明。W1 W4表示向天線到達的到達波的波面，各波面在如從Wl向 W2、從W2向W3、從W3向W4那樣在空間中傳播的期間，分別接受 ①的移相(傳播相位延遲)。在此，當著眼于波面W1時，由天線元件501接收的信號分量在空 間中不接受移相，而在供電移相部500內，通過了 3個可變移相器505、 506、 507,逐次接受①移相，以合計3①的移相量到達供電端子509。另外，由天線元件502接收的信號分量在空間中從Wl向W2的位 置傳播的期間，接受①的移相，在供電移相部500內，通過了 2個可變 移相器506、 507，逐次接受①，以合計3屯的移相量到達供電端子509。另外，由天線元件503接收的信號分量在空間中從Wl向W3的位 置傳播的期間，接受2①的移相，在供電移相部500內，通過了 1個可 變移相器508，接受①的移相，以合計3①的移相量到達供電端子509。進而，由天線元件504接收的信號分量在空間中從Wl向W4的位 置傳播的期間，接受3①的移相，在供電移相部500內，1個可變移相器 也不通過，所以不接受移相，而以合計3①的移相量到達供電端子509。即，上述的相控陣天線具有在供電端子509中以同相合成具有波面Wl的到達電波的功能，由此在圖中用0表示的到達方向上形成主波束。 即，作為在用0表示的到來方向上具有指向性的天線來動作。而且，供電移相部500內的移相器505 ~ 508是具有完全相同特性的 可變移相器，所以相對于相同控制電壓取得相同移相量，由此即使對任 意的控制電壓值，也具有l個主波束。進而，供電電路部500由直流地 連接的連續導體構成，所以可以通過1個偏置電壓510，改變主波束方向。另夕卜，從圖5可知，主波束方向0才艮據可變移相器的移相量O和天 線元件間隔d，滿足<formula>formula see original document page 8</formula> €>/d )的關系。接下來，作為通過一邊具有上述的波束控制的原理一邊將可變移相 器分成右側傾斜用以及左側傾斜用這2個組并相互獨立地控制移相量來 抑制向各天線元件分配的電力的偏差和移相的偏差，由此即使在波束傾 斜時也不使尖銳的波束形狀畸變而可以維持高指向性增益的方式的例 子，針對專利文獻1的圖4所示的相控陣天線，使用圖6來進行說明。圖6是專利文獻1的圖4中公開的相控陣天線的可變移相器的配置 圖，在圖中，600為供電移相部，601為供電端子，602 (602a 602d) 為右側傾斜用的可變移相器組，603 (603a~603d)為左側傾斜用的可變 移相器組，604為右側傾斜用偏置電壓，605為左側傾斜用偏置電壓，606 ,(606a~606d)為天線元件，607為用于4吏高頻信號通過并分離右側傾 斜用偏置電壓和左側傾斜用偏置電壓的直流阻斷元件，608為用于對各可 變移相器施加偏置電壓并阻斷高頻信號的高頻阻斷元件。在上述的圖5所示的相控陣天線的原理中，可變移相器配置成左右 非對稱，在該結構中，從供電端子到各天線元件之間設置的可變移相器 ;的個數不同，另外，在各可變移相器中，存在基于電介質損耗、導體損 耗產生的通過損耗、進而基于不匹配產生的反射損耗，所以造成在對各 天線元件分配的電力和移相中產生偏差，難以取得左右對稱波束形狀。作為解決該問題的方法，在圖6所示的與專利文獻1的圖4相同的 結構中，將從供電端子601到各天線元件606a ~ 606d之間設置的可變移相器，針對所有路徑設置同一種類且相同數量，并且使可變移相器的配置^:為左右對稱。而且，針對波束控制，采用將全部可變移相器分成右側傾斜用的可 變移相器以及左側傾斜用的可變移相器這2個組、并通過獨立的偏置電壓604和605來控制各組的方法。另外，從圖6可知，當將右側傾斜用可變移相器的移相量設為①R， 并將左側傾斜用可變移相器的移相量設為①L時，波面Wl在到達供電 端子601之前，在空間中和供電移相部600內接受的移相量的合計，對于由天線元件606a接收的分量為Ox (①R-①L)[空間中l+3乂必11 + (^€>14供電移相部內=3€>R 對于由天線元件606b接收的分量為lx (①R-①L)[空間中+2乂0>11 + ^必14供電移相部內=30>R 對于由天線元件606c接收的分量為2x (OR-①L)[空間中+ lxOR + 2xOL[供電移相部內-3①R 對于由天線元件606d接收的分量為3x (①R-OL)[空間中+(^011 + 3乂01^[供電移相部內=3<DR, 全部以30>R同相合成，所以與圖5的情況同樣地，主波束方向0 在將天線元件間隔設為d時，滿足 O = arccos ((抓-肌)/d) 的關系。接下來，使用圖7來說明具有上述的原理的專利文獻2以及專利文 獻l的相控陣天線的構造。圖7 (a)是專利文獻2所公開的基于多層構造的相控陣天線的平面 圖和剖面圖。在圖7 (a)中，位于圖中最上側的部分是示出^L射面一側觀察天 線的狀態的平面圖。以下，示出朝向圖中的下側依次表示在平面圖的A -A線、B-B線、C-C線處切斷天線時的剖面的狀態的A-A線剖面 圖、B-B線剖面圖、C-C線剖面圖。即，將A-A線剖面圖、B-B線剖面圖、C-C線剖面圖是將專利文獻2的圖4所示的有源相控陣天線的剖面圖分為針對各區域的每一個 的剖面來更詳細表示的圖。另外，圖7 (a)中的平面圖是僅抽出圖6的虛線部609區域的圖， 平面圖的表示方向為將圖6沿著順時針方向旋轉90度的朝向。進而，在該平面圖中，用虛線示出包含在圖6所示的移相器602中 的、即與圖4所示的混合式耦合器404、傳播特性可變線路405對應的圖 案704、 705、以及與圖6所示的直流阻斷元件607對應的圖案706、進 而與圖6所示的高頻阻斷元件608對應的圖案707。另外，在該平面圖中，708表示天線元件，709表示輸入端子，710 表示偏置端子、711表示供電線路圖案，712表示供電線路圖案711和天 線元件708的結合窗，這些區域與混合式耦合器704的區域一起成為即 使被施加偏置電壓、針對高頻的傳播特性也不會變化的傳播特性固定線 路。另一方面，在圖7 (a)的A-A線剖面圖、B-B線剖面圖、C-C 線剖面圖中示出構成天線的層構造和其部件種類(結構部件)。在這些A-A線剖面圖、B-B線剖面圖、C-C線剖面圖中，713~ 716構成用于構成天線部的平面導波路徑構造，713為天線元件支撐用的 絕緣體層，714為成為天線元件的導體層，715為為了構成平面導波路徑 構造而所需的絕緣體用的空氣層,716為為了構成平面導波路徑構造而所 i需的接地導體層。另外，716~719構成用于構成供電移相部的平面導波路徑構造，716 為為了構成平面導波路徑構造而所需的接地導體層，其與天線部共用。 另外，717為為了構成平面導波路徑構造而所需的絕緣體用的空氣層，718 為成為供電移相部的各圖案的導體層，719為供電移相部圖案支撐用的絕 ;緣體層，720為傳播特性可變線路用的可變介電常數電介質。另外，對于714、 716、 718這3個導體層，為了易于得知各層的圖 案形狀，在圖7 (b)中針對各層中的每一層獨立表示。在上述那樣構成的專利文獻2公開的相控陣天線中，如A-A線剖 面圖、B-B線剖面圖、C-C線剖面圖所示，由絕緣體層713、導體層714、空氣層715、接地導體層716這4層構成天線部用的第1倒置型(另 稱懸吊型)微帶構造，由接地導體層716、空氣層717、導體層718、 絕緣體層719這4層來構成供電移相部用的第2倒置型微帶構造。另外，如平面圖所示，天線元件708 (A-A線剖面圖中的714)和 供電線路圖案711 (A-A線剖面圖中的718)經由由天線部和供電移相 部共用的接地導體層716上形成的結合窗712 (A - A線剖面圖中的結合 窗721)相互在電磁場上結合，進行高頻電力的交接。進而，對于偏置電壓，通過將其施加到在導體層718上制作的偏置 端子710和接地導體層716之間，經由高頻阻斷元件圖案707、供電線路 圖案711、混合式耦合器圖案704施加到傳播特性可變線路705。而且，由于在傳播特性可變線路705上傳播的高頻電力所制成的電 場(準TEM模式)和偏置電壓所制成的電場(TEM模式)的朝向相互 大致平行，所以可以通過偏置電壓來對在傳播特性可變線路705上傳播 的高頻電力的傳播特性進4亍控制。另外，圖8 (a)是專利文獻l的實施方式l公開的基于多層構造的 相控陣天線的平面圖和剖面圖。在圖8(a)中，位于圖中最上側的部分是示出M射面一側觀察天 線的狀態的平面圖。以下，示出向圖中的下側依次表示在平面圖的A-A 線、B-B線、C-C線處切斷天線時的剖面的狀態的A-A線剖面圖、 ,B-B線剖面圖、C-C線剖面圖。即，將A-A線剖面圖、B-B線剖面圖、C-C線剖面圖是將專利 文獻2的圖1所示的有源相控陣天線的加上天線部的構造的剖面分為各 區域的每一個剖面分開來更詳細表示的圖。此處，對于圖8 (a)中的平面圖的表示區域，與圖7的表示區域相;同。另外，在該平面圖中，用虛線示出混合式耦合器的圖案804、傳播特 性可變線路的圖案805、直流阻斷元件的圖案806、高頻阻斷元件的圖案 807。另外，在該平面圖中，808表示天線元件，809表示輸入端子，810表示偏置端子、811表示供電線路圖案，812表示供電線路圖案811和天 線元件808的結合窗，813表示連接供電線路圖案811和傳播特性可變線 路圖案805的通孔，這些區域與混合式耦合器804的區域一起成為即使 被施加偏置電壓、針對高頻的傳播特性也不會變化的傳播特性固定線路。另一方面，在圖8 (a)的A-A線剖面圖、B-B線剖面圖、C-C 線剖面圖中示出構成天線的層構造和其結構部件。在這些A-A線剖面圖、B-B線剖面圖、C-C線剖面圖中，814~ 817構成用于構成天線部的平面導波路徑構造，814為天線元件支撐用的 絕緣體層，815為成為天線元件的導體層，816為為了構成平面導波路徑 構造而所需的絕緣體用的空氣層，817為為了構成平面導波路徑構造而所 需的接地導體層。另外，819~821構成用于構成傳播特性可變線路以外的供電移相部 的平面導波路徑構造，819為成為傳播特性可變線路以外的供電移相部的 各圖案的導體層，820為為了構成平面導波路徑構造而所需的絕緣體用的 電介質層，821為為了構成平面導波路徑構造而所需的接地導體層。進而，821 ~ 823構成用于構成傳播特性可變線路的平面導波路徑構 造，821為為了構成平面導波路徑構造而所需的接地導體層，其與供電移 相部共用。822為為了構成平面導波路徑構造而所需的可變介電常數電介 質層，823為制作傳播特性可變線路的導體層。另外，818為作為相互連接天線部的平面導波路徑構造和供電移相部 的平面導波路徑構造的中間層的空氣層。另外，對于815、 817、 819、 821、 823這5個導體層，為了易于得 知各層的圖案形狀，在圖8(b)中針對各層中的每一層獨立表示，在上述那樣構成的專利文獻1的實施方式1 7>開的相控陣天線中， 如A-A線剖面圖、B-B線剖面圖、C-C線剖面圖所示，由絕緣體層 814、導體層815、空氣層816、接地導體層817這4層構成天線部用的 第l倒置型(另稱懸吊型)微帶構造，由導體層819、電介質層820、 接地導體層821這3層來構成傳播特性可變線路以外的供電移相部用的 第2微帶構造，進而由接地導體層821、可變介電常數電介質層822、導體層823這3層構成傳播特性可變線路用的笫3微帶構造。另外，如平面圖所示，天線元件808 (A-A線剖面圖中的815)和 供電線路圖案811 (A-A線剖面圖中的819)經由在天線部的接地導體 層817上形成的結合窗812 (A-A線剖面圖中的824)相互在電磁場上 結合，進行高頻電力的交接，進而供電線路圖案811 (A-A線剖面圖中 的819)和傳播特性可變線路圖案805 (C-C線剖面圖中的823)經由 通孔813 (B-B線剖面圖中的825)結合。進而，對于偏置電壓，通過將其施加到在導體層819上制作的偏置 端子810和接地導體層821之間，經由高頻阻斷元件圖案807、供電線路 圖案811、混合式耦合器圖案804施加到傳播特性可變線路805上。而且，由于在傳播特性可變線路805上傳播的高頻電力所制成的電 場(準TEM模式)和偏置電壓所制成的電場(TEM模式)的朝向相互 大致平行，所以可以通過偏置電壓對在傳播特性可變線路805上傳播的 高頻電力的傳播特性進行控制。另外，圖9 (a)是專利文獻l的實施方式2公開的基于多層構造的 相控陣天線的平面圖和剖面圖。在圖9 (a)中，位于圖中最上側的部分是示出M射面一側觀察天 線的狀態的平面圖。以下，示出向圖中的下側依次表示在平面圖的A-A 線、B-B線、C-C線處切斷天線時的剖面的狀態的A-A線剖面圖、 B-B線剖面圖、C-C線剖面圖。即，A-A線剖面圖、B-B線剖面圖、C-C線剖面圖是對專利文 獻2的圖2所示的移相器的構造加上天線部的構造，并分為各區域的每 一個剖面分開來更詳細表示的圖。此處，對于平面圖的表示區域，與圖7的表示區域相同。另外，在平面圖中，用虛線示出混合式耦合器的圖案卯4、傳播特性 可變線路的圖案卯5。進而，在平面圖中，906表示天線元件，907表示輸入端子，卯8表 示偏置端子、卯9表示供電線路圖案，910表示供電線路圖案909和天線 元件906的結合窗，911表示與直流阻斷元件對應的圖案，912表示將直流阻斷元件圖案911和傳播特性可變線路圖案905相互在電磁場上結合 的結合窗，913表示與高頻阻斷元件對應的圖案，這些區域與混合式耦合 器卯4的區域一起成為即使被施加偏置電壓、針對高頻的傳播特性也不 會變化的傳播特性固定線路。另一方面，在圖9 (a)的A-A線剖面圖、B-B線剖面圖、C-C 線剖面圖中示出構成天線的層構造和其構成部件。在這些A-A線剖面圖、B-B線剖面圖、C-C線剖面圖中，914~ 917構成用于構成天線部的平面導波路徑構造，914為天線元件支撐用的 絕緣體層，915為制作天線元件的導體層，916為為了構成平面導波路徑 構造而所需的絕緣體用的空氣層,917為為了構成平面導波路徑構造而所 需的接地導體層。進而，919 ~ 921構成用于構成傳播特性可變線路以外的供電移相部 的平面導波路徑構造，919為制作傳播特性可變線路以外的供電移相部的 各圖案的導體層，920為為了構成平面導波路徑構造而所需的絕緣體用的 電介質層，921為為了構成平面導波路徑構造而所需的接地導體層。進而，921 ~ 923構成用于構成傳播特性可變線路的平面導波路徑構 造，921為為了構成平面導波路徑構造而所需的接地導體層，其與供電移 相部共用。922為為了構成平面導波路徑構造而所需的可變介電常數電介 質層，923為制作傳播特性可變線路的導體層。另外，918為作為連接天線部的平面導波路徑構造和供電移相部的平 面導波路徑構造的中間層的空氣層。另外，對于915、 917、 919、 921、 923這5個導體層，為了易于得 知各層的圖案形狀，在圖9 (b)中針對各層中的每一層獨立表示。在上述那樣構成的專利文獻1的實施方式2 />開的相控陣天線中， 如A-A線剖面圖、B-B線剖面圖、C-C線剖面圖所示，由絕緣體層 914、導體層915、空氣層916、接地導體層917這4層構成天線部用的 第l倒置型(另稱懸吊型)微帶結構，由導體層919、電介質層920、 接地導體層921這3層來構成傳播特性可變線路以外的供電移相部用的 第2微帶構造，進而由接地導體層921、可變介電常數電介質層922、導體層923這3層構成傳播特性可變線路用的第3微帶構造。另外，如平面圖所示，天線元件906 (A-A線剖面圖中的915)和 供電線路圖案909 (A-A線剖面圖中的919)經由在天線部的接地導體 層917上形成的結合窗910 (A-A線剖面圖中的924)相互在電磁場上 結合，進行高頻電力的交接，進而對于供電線路圖案909 (A-A線剖面 圖中的919)和傳播特性可變線路圖案905 (C-C線剖面圖中的923)， 經由為了構成平面導波路徑構造而所需的接地導體層921(與供電移相部 共用)上形成的結合窗912 (B - B線剖面圖中的926 )，與直流阻斷元件 對應的圖案911 (B - B線剖面圖中的925 )和傳播特性可變線路圖案卯5 (C - C線剖面圖中的923 )相互在電磁場上結合，阻斷作為可變移相器 的控制電壓的直流(偏置電壓)，并且進行高頻電力的交接。進而，對于偏置電壓，通過將其施加到在導體層923上制作的偏置 端子908和接地導體層921之間，經由高頻阻斷元件圖案913施加到傳 播特性可變線路905。而且，由于在傳播特性可變線路卯5上傳播的高頻電力所制成的電 場(準TEM模式)和偏置電壓所制成的電場(TEM模式)的朝向相互 大致平行，所以可以通過偏置電壓對在傳播特性可變線路905上傳播的 高頻電力的傳播特性進行控制。2)接下來，對背景技術2進行說明。使用介電常數根據施加電場而變化的可變介電常數電介質來構成的 可變移相器成為其可變介電常數電介質可視為電介質M而得到的微帶 線路。通過對這樣微帶線路和成為地導體(地面)的金屬電極之間施加 控制電壓，可變介電常數電介質的分子的定向發生變化。在該情況下，在可變介電常數電介質中存在基于分子定向產生的介 電各向異性，所以當分子的定向發生變化時，與在微帶線路上傳播的電 磁波相對的介電常lt良生變化。電磁波在長度1的微帶線路上傳播時的 基于傳播延遲的相位延遲①通過式(1)來表示。<formula>formula see original document page 15</formula>其中，seff:微帶線路的等價介電常數f:在微帶線路上傳播的電磁波的頻率 c:真空中的光的速度作為具有該可變移相器的以往的相控陣天線，存在如下的天線通 過將可變移相器分成右側傾斜用以及左側傾斜用這2個組并獨立地控制 這些的移相量，抑制向各天線元件分配的電力的偏差和移相的偏差，由 此即使在波束傾斜時也不使尖銳波束形狀畸變而可以維持高指向性增益 (例如參照專利文獻l)。另外，作為具有使用介電常數根據施加電場而變化的可變介電常數 電介質來構成的可變移相器的相控陣天線的構造，例如存在如下的天線 的構造通過作為可變移相器內的前端開放線路的支撐絕緣體，使用可 變介電常數電介質來構成傳播特性可變線路，通過對傳播特性可變線路 導體和接地導體之間施加電壓，可以使傳播特性可變線路的傳輸特性變 化，來控制可變移相器的移相量(例如參照專利文獻2)。進而，將可變移相器區域設為2層的微帶線路構造，并作為一方的用通孔來連接兩層的線路導體間，或者利用電磁場結合來連接兩層的線 路導體間，通過對傳播特性可變線路和接地導體之間施加電壓，可以使 傳播特性可變線路的電磁波產生相位延遲，來控制可變移相器的移相量(例如參照專利文獻l)。另一方面，利用向列型液晶作為可變介電常數電介質的可變移相器 作為微波帶可變移相器，已經在D.Dolfi， M. Labeyrie， P. Joffre and P. Huiqard中作出報告(參照非專利文獻1 )。在本非專利文獻l中，示出如下的技術將向列型液晶夾入2張陶 資基板間，通過對在一方的陶資基板上形成的主導體(線路)和在另一 方的陶瓷M上形成的地導體之間施加控制電壓，通過使在由上述向列 型液晶構成的微帶線路上傳播的電磁波產生相位延遲，從而可以實現移 相器。在該移相器中，為了以預定的時間間隔對放射波束進行掃描，需要 使液晶的介電常數以預定的速度發生變化。存在如下的方法為了使電壓斷開時的液晶分子的電壓響應性提高， 在可變移相器中，代替作為在液晶顯示裝置的領域中公知的液晶，通過 在2個基板上的導體間配置使液晶在樹脂中分散的樹脂復合體，實現該 目的(例如參照專利文獻3)。另外，存在如下的例子將包含液晶的可變移相器設為諧振器型移 相器，通過向平板狀部件或多孔質膜浸漬液晶的纖維電介質來構成該液 晶層(例如參照專利文獻4)。在使用可變介電常數電介質來構成可變移相器時，例如如圖19所示， 在導波路徑用接地導體401上的導波路徑用絕緣體402上層疊有導波路 徑用導體的微帶線路構造中，制作具有輸入輸出線路403a、 403b的混合 式耦合器404 ，并且向混合式耦合器404的1對隔離端口連接相同長度的 前端開放線路405，僅在形成該前端開放線路的區域的導波路徑用絕緣體 406中使用可變介電常數電介質即可。此處，通過對可變移相器400的導波路徑用導體403~405和接地導 體401之間施加偏置電壓，由于對于偏置電壓所制成的電場(TEM模式) 和在微帶線路上傳播的電磁波所制成的電場(準TEM模式)它們的朝 向大致平行，所以前端開放線路405作為可以通過偏置電壓對傳播的電 磁波的相位進行控制的傳播特性可變線路405發揮作用。在這樣構成的可變移相器400中，從輸入輸出線路403的一方的輸 入輸出線路403a輸入的電磁波經由混合式耦合器404輸出到2個傳播特 性可變線路405。由2個傳播特性可變線路405的開放前端反射的電磁波 接受反映出所施加的偏置電壓的傳播相位延遲并再次輸入到混合式耦合 器404中，通過了混合式耦合器404的電磁波在另一方的輸入輸出線路 403b中相互合成并輸出。而且，傳播特性可變線路405經由混合式耦合器404還與輸入輸出 線路403直流地連接，所以即使在相互串聯地連接多個可變移相器400 來使用的情況下，通過對相互連接的多個可變移相器所連續的導波路徑 用導體上的任意位置施加偏置電壓，對所有的可變移相器同時施加相同 的偏置電壓，由此可以實現偏置電路的結構筒單的多級可變移相器。專利文獻l專利文獻2 專利文獻3 專利文獻4日本特開2004 - 23228號公報 曰本特開2000 - 236207號公才艮 曰本特開2000 - 315卯2號 >報 日本特開2003 - 17912號7>凈艮 非專利文獻l: D.Dolfi, M. Labeyrie， P. Joffre and P. Huiqard， "Liquid crystal microwave phase shifter, "Electron. Lett., Vol. 29， No. 10， pp.926-927， 1999但是，在上述背景技術1敘述的以往的相控陣天線的結構中，存在 難以即使在波束傾斜時也不會使波束形狀畸變而確保高指向性增益的課 題l。即，在上述以往的相控陣天線中，為了以左右對稱的波束形狀來實 現高指向性增益，構成為如圖6所示那樣將可變移相器分成右側傾斜用 的可變移相器組和左側傾斜用的可變移相器組，由此可以相互獨立地控 制移相量，但為了直流地分離兩個偏置電壓，在專利文獻2以及專利文 獻1的實施方式1公開的供電移相部中，在供電線路圖案上需要直流阻 斷元件用的圖案。另外，在專利文獻l的實施方式2公開的供電移相部斷元件用的圖案。但是，在這些情況下，由于在使高頻信號傳播的線路上插入多個的 直流阻斷元件中的不匹配累積，所以即使將供電移相部設計成使波束傾 斜量成為零、即當波束處于正面方向時具有高指向性增益，其也只不過 是通過元件的追加或線路參數的最佳化來消除單純地基于直流阻斷元件 的不匹配累積，所以如果在波束傾斜時不匹配累積狀態發生變化時，則 不匹配累積的消除狀態被破壞，由此造成波束形狀畸變而難以維持高指 向性增益。另外，本發明者在對上述背景技術2中說明的以往技術進行研究的 結果，發現以下的問題點(課題2)。作為以往的可變移相器，在將液晶、或包含液晶的材料、即液晶和 樹脂的復合體、或者使液晶浸漬在平板狀部件或多孔質膜的纖維電介質作為可變介電常數電介質層使用的情況下，需要一樣地向可變介電常數 電介質層注入液晶，但在上述背景技術中完全沒有示出可以實現該點的 對策。因此，在將上述背景技術直接實施時，存在如下問題相位特性產 生偏差，在多個可變移相器的可變介電常數特性中產生偏差，在波束傾 斜時波束形狀發生畸變、波束指向性降低。具體而言，在向成為可變移相器的容器注入液晶時，如果氣泡進入 并在該狀態下施加電場，則氣泡根據電場而移動，所以在各可變移相器 的相位特性中產生偏差。另外，在對液晶進行定向處理的情況下，在注 入后無法使其方向成為恒定。另外，在形成液晶和樹脂的復合體的情況 下，存在無法以相同比例實現其反應的問題。這樣，為了在具有多個使用介電常數根據施加電場而變化的可變介 電常數電介質來構成的可變移相器的相控陣天線中，實現即使在波束傾 斜時波束形狀的畸變少、并可以維持高指向性增益的天線，需要 第一，將供電移相部設為多個孤立的可變介電常數電介質層； 第二，形成具有相同的可變介電常數特性的可變移相器。 另外，對于可變介電常數電介質的材料的特性，優選為低介電損耗 的材料。進而，優選為可變介電常數電介質和作為通常的基板的固定介 電常數電介質的電磁耦合性好的材料、即可變介電常數電介質的介電常 數接近于a的介電常數的材料。對可變介電常數電介質施加的電壓還 依賴于實際的天線用途，但優選為可以通過100V以下的低電壓驅動來改 變介電常數的材料。發明內容本發明是為了解決上述以往的課題1而完成的，其目的在于提供一 種相控陣天線，具有使用介電常數根據施加電場而變化的可變介電常數 電介質來構成的可變移相器，其中，在為了實現高指向性增益而構成為 如圖6所示那樣將可變移相器分成右側傾斜用的可變移相器組和左側傾 斜用的可變移相器組并相互獨立地控制移相量的情況下，不需要成為不匹配的主要原因的直流阻斷元件，由此在波束傾斜時波束形狀的畸變少， 并可以維持高指向性增益。另外，本發明是為了解決上述以往的課題2而完成的，其目的在于 提供一種相控陣天線，在作為構成相控陣天線的多個可變移相器的施加 電壓可變介電常數電介質，特別使用液晶、或包含液晶的材料、例如液 晶或無機材料的復合體、或液晶和作為有機材料的樹脂的復合體、或使 液晶浸漬平板狀部件或多孔質膜的纖維電介質的結構中，降低多個可變 移相器間的可變介電常數電介質層的介電常數的偏差，在波束傾斜時波 束形狀的畸變少，可以維持高指向性增益。為了解決上述以往的課題1 ，本申請的第1方面的發明涉及的相控陣 天線具有使用可變介電常數電介質來構成的可變移相器，其中所述可變 介電常數電介質的介電常數根據施加電場而變化，該相控陣天線的特征 在于，具備供電移相部，該供電移相部具有將至少接地導體層、絕緣體 層、主導體層、可變介電常數電介質層、副導體層按照該順序層疊而形 成的層疊構造。另外，本申請的第2方面的發明涉及的相控陣天線的特征在于，在 第1方面記載的相控陣天線中，上述供電移相部具有傳播特性固定線 路，不使高頻電力的傳播特性變化；以及傳播特性可變線路，使高頻電 力的傳播特性可變化。另外，本申請的第3方面的發明涉及的相控陣天線的特征在于，在 第2方面記載的相控陣天線中，上述傳播特性固定線路在與上述主導體 層上設置的線路相當的上述副導體層上的區域不具有線路，把在該主導 體層上設置的線路上傳播的高頻電力制成的電場集中在上述主導體層和 上述接地導體層之間來傳播，上迷傳播特性可變線路在與上述主導體層 上設置的線路相當的上述副導體層上的區域具有線路，把在該主導體層 上設置的線路上傳播的高頻電力制成的電場分配在上述主導體層和上述 接地導體層間、以及上述主導體層和上述副導體層間來傳播，在上述主連續的導體,另外，本申請的第4方面的發明涉及的相控陣天線的特征在于，在 第3方面記載的相控陣天線中，上述傳播特性可變線路通it^t上述主導 體層和上述副導體層間施加偏置電壓，使構成上述可變介電常數電介質 層的可變介電常數電介質的介電常數變化來對高頻電力的傳播特性進行 控制。另外，本申請的第5方面的發明涉及的相控陣天線的特征在于，在 第1方面記載的相控陣天線中，上述可變介電常數電介質層由液晶或包 含液晶的材料構成。另外，本申請的第6方面的發明涉及的相控陣天線的特征在于，在 第1方面記載的相控陣天線中，上述層疊構造在上述副導體層的與上述 可變介電常數電介質層相反側具有第2絕緣層，在形成于上述絕緣層以 及上述第2絕緣層之間的密閉的空間內保持有上述可變介電常數電介質 層。另夕卜，為了解決上述以往的課題2，本發明的第7方面的發明涉及的 相控陣天線使用可變介電常數電介質來構成，所述可變介電常數電介質 的介電常數根據施加電場而變化，該相控陣天線的特征在于，具備供電 移相部，該供電移相部具有將至少接地導體層、絕緣體層、傳播特性可 變線路、可變介電常數電介質層、偏置電極層按照該順序層疊而形成的 層疊構造，上述供電移相部包括多個孤立的可變介電常數電介質層，上 述各可變介電常數電介質層具有開孔，上述開孔沿著相對于W目控陣天 線的主面垂直的方向而形成，在與該主面相反側的主面上具有其開口。另外，本發明的第8方面的發明涉及的相控陣天線的特征在于，在 第7方面記載的相控陣天線中，上述供電移相部在上述可變介電常數電 介質層內包括1根傳播特性可變線路，在相對于傳播特性可變線路的中 心相互對置的位置至少形成有1對上述開口。另外，本發明的笫9方面的發明涉及的相控陣天線的特征在于，在 第7方面記載的相控陣天線中，上述供電移相部在上述可變介電常數電 介質層內包括多根傳播特性可變線路，在多個傳播特性可變線路的外側 的位置相互對置地至少形成有一對上述開口。另外，本發明的第IO方面的發明涉及的相控陣天線的特征在于，在 第7~9的任意一個方面記載的相控陣天線中，上述開口設在將連接上迷 傳播特性可變線路的中心和該傳播特性可變線路端的直線設為半徑的圓 弧的外側的上述可變介電常數電介質層上。另外，本發明的第ll方面的發明涉及的相控陣天線的特征在于，在 第7~9的任意一個方面記載的相控陣天線中，上述開口設在上述可變介線路上傳播的電磁波的波長相當的J巨離;至少3;的位置上。 P '另外，本發明的第12方面的發明涉及的相控陣天線的特征在于，在 第7~11的任意一個方面記載的相控陣天線中，上述可變介電常數電介 質層由上述液晶或包含液晶的材料構成。另外，本發明的第13方面的發明涉及的相控陣天線的特征在于，在 第12方面記載的相控陣天線中，上述可變介電常數電介質層是經由上述 開口注入上述液晶或包含液晶的材料而成的。根據本發明，在具有使用介電常數根據施加電場而變化的可變介電 常數電介質來構成的可變移相器的相控陣天線中，在為了實現高指向性 增益而構成為針對右側傾斜用的可變移相器組和左側傾斜用的可變移相 器組可以相互獨立地控制移相量的情況下，不需要成為不匹配的主要原 因的用于直流地分離2個偏置電壓的直流阻斷元件，由此能夠實現在波 束傾斜時波束形狀的畸變少，并可以維持高指向性增益的天線。另外，根據本發明，在具有使用介電常數根據施加電場而變化的可 變介電常數電介質來構成的可變移相器的相控陣天線中，向構成相控陣 天線的可變移相器的可變介電常數電介質層，通過真空注入法或毛細管 注入法來注入液晶或包含液晶的復合材料，所以可以向成為可變介電常 數電介質層的液晶容器內均勻地注入液晶或包含液晶的復合材料，由此， 可以抑制可變介電常數電介質層的介電常數的偏差，具有能夠實現在波 束傾斜時波束形狀的畸變少，并可以維持高指向性增益的效果。圖l(a)是本發明的實施方式l的相控陣天線的平面圖以及剖面圖。 圖l(b)是本發明的實施方式l的相控陣天線的各導體層的平面圖。 圖1 (c)是本發明的實施方式1的相控陣天線的主導體層和副導體
層附近的電場分布圖。
圖2 U)是本發明的實施方式2的相控陣天線的平面圖以及剖面圖。 圖2 (b)是本發明的實施方式2的相控陣天線的主導體層和副導體
層附近的電場分布圖。
圖3是示出可變介電常數電介質的特性例子的圖。
圖4是示出移相器的原理的圖。
圖5是示出相控陣天線的原理的圖。
圖6是示出高增益相控陣天線的移相器的配置的圖。
圖7 (a)是專利文獻2中示出的以往的相控陣天線的平面圖以及剖面圖。
圖7 (b)是專利文獻2中示出的以往的相控陣天線的各導體層的平 面圖。
圖8 (a)是專利文獻l的技術方案l中示出的以往的相控陣天線的 平面圖以及剖面圖。
圖8 (b)是專利文獻l的技術方案1中示出的以往的相控陣天線的 各導體層的平面圖。
圖9 (a)是專利文獻l的技術方案2中示出的以往的相控陣天線的 平面圖以及剖面圖。
圖9 (b)是專利文獻l的技術方案2中示出的以往的相控陣天線的
各導體層的平面圖。
圖10是本發明的實施方式3的相控陣天線的平面圖。 圖11是本發明的實施方式3的可變移相器的平面圖。 圖12是本發明的實施方式4的針對每個傳播特性可變線路設置液晶
注入孔的可變移相器的平面圖。
圖13是示出本發明的實施方式3的相控陣天線的整體概要的剖面圖。圖14是示出本發明的實施方式3的圖10的各剖面的圖。
圖15是示出本發明的實施方式3的相控陣天線的制造方法的剖面
圖16是本發明的實施方式5的可變移相器的平面圖。 圖17是示出本發明的實施方式5的可變移相器的另一例子的圖。 圖18是示出本發明的實施方式5的可變移相器的又一例子的圖。 圖19是用于說明可變移相器的動作原理的圖。
標號說明
04混合式耦合器
05傳播特性可變線路
06天線元件
07輸入端子
08偏置端子
09供電線路
10偏置線路
11偏置電壓供給通孔
12通孔用焊盤
13結合窗
14絕緣體層
15導體層
16絕緣體用的空氣層
17接地導體層
18絕緣體用的空氣層
19主導體層
20可變介電常數電介質層
21副導體層
22絕緣體層
23導體層124結合窗
125在主導體層上傳播的高頻電力制成的電場
126在主導體層和副導體層上傳播的高頻電力制成的電場
130供電移相部
204混合式耦合器
205傳播特性可變線路
206天線元件
207輸入端子
208偏置端子
209供電線路
210偏置線路
211偏置電壓供給通孔
212通孔用焊盤
213結合窗
214絕緣體層
215導體層
216絕緣體用的空氣層 217接地導體層 218絕緣體層 219主導體層
220可變介電常數電介質層 221副導體層 222絕緣體層 223導體層 224結合窗
225在主導體層上傳播的高頻電力制成的電場
226在主導體層和副導體層上傳播的高頻電力制成的電場
230供電移相部
240隔片250空間
401導波路徑用接地導體 402導波路徑用絕緣體 403輸入輸出線路 404混合式耦合器 405前端開放線路
406前端開放線路的導波路徑用絕緣體
500供電移相部
501 ~ 504天線元件
505 ~ 508可變移相器
509供電端子
510偏置電壓
600供電移相部
601供電端子
602右側傾斜用的可變移相器組 603左側傾斜用的可變移相器組 604右側傾斜用偏置電壓 605左側傾斜用偏置電壓 606天線元件 607直流阻斷元件 608高頻阻斷元件
609圖1、圖2、圖7、圖8、圖9中提出的區域
704混合式耦合器
705傳播特性可變線路
706直流阻斷元件
707高頻阻斷元件
708天線元件
709輸入端子
710偏置端子711供電線路 712結合窗 713絕緣體層 714導體層
715絕緣體用的空氣層
716接地導體層
717絕緣體用的空氣層
718導體層
719絕緣體層
720可變介電常數電介質
721結合窗
804混合式耦合器
805傳播特性可變線路
806直流阻斷元件
807高頻阻斷元件
808天線元件
809輸入端子
810偏置端子
811供電線路
812結合窗
813通孔
814絕緣體層
815導體層
816絕緣體用的空氣層 817接地導體層 818空氣層 819導體層
820絕緣體用的電介質層 821接地導體層822可變介電常數電介質層
823導體層
824結合窗
825通孔
卯4混合式耦合器
卯5傳播特性可變線路
906天線元件
907輸入端子
卯8偏置端子
909供電線路
910結合窗
911直流阻斷元件
912結合窗
913高頻阻斷元件
914絕緣體層
915導體層
916絕緣體用的空氣層
917接地導體層
918空氣層
919導體層
920電^h質層
921接地導體層
922可變介電常數電介質層
923導體層
924結合窗
925直流阻斷元件
926結合窗
110輸入端子
111供電線路112混合式耦合器 113天線元件 114結合窗
115傳播特性可變線路
116偏置電壓供給通孔
117通孔用焊盤
118副導體(偏置電極面)
119偏置線路
120偏置端子
121可變介電常數電介質層
122開口
123第2開口
124傳播特性可變線路端
130第1絕緣體層
131導體層(天線元件)
132結合窗
133第2絕緣體層
134接地導體層
135傳播特性固定線路
136第3絕緣體層
137傳播特性可變線路
138可變介電常數電介質層
139副導體層(偏置線路)
140偏置電壓供給通孔
141通孔用焊盤
142在第2絕緣體層中與可變介電常數電介質層相接的面 143在第3絕緣體層中與可變介電常數電介質層相接的面 144開孔
215傳播特性可變線路250第l開口中心251第2開口中心260第1傳播特性可變線路端261第2傳播特性可變線路端262第3傳播特性可變線路端264第4傳播特性可變線路端270連接第1開口的中心250和交點260的直線271連接第1開口的中心250和交點261的直線272連接第1開口的中心250和交點262的直線273連接第1開口的中心250和交點263的直線280連接第1開口 122的中心250和第2開口 123的中心251的直線281將第1開口 122的中心250和交點263設為半徑，可變介電常 數電介質層121內的圓弧曲線 301供電口 302第l可變移相器 303第2可變移相器 304天線貼片 305開口 (注入孔) 306可變移相器的集合體 307高頻電路 308供電移相部 309天線部 310連接線路 401導波路徑用接地導體 402導波路徑用絕緣體 403輸入輸出線路 404混合式耦合器 405前端開放線路406前端開放線路的導波路徑用絕緣體具體實施方式
以下，根據附圖詳細說明本發明的相控陣天線的實施方式。 (實施方式l)首先，針對本發明的相控陣天線，對作為可變介電常數電介質層使 用固體的電介質時的實施方式進行說明。圖l(a)是本發明的實施方式l的相控陣天線的平面圖以及剖面圖。在圖1 (a)中，位于圖中最上側的部分是示出從放射面一側觀察天 線的狀態的平面圖。以下，示出向圖中的下側依次表示在平面圖的A-A 線、B-B線、C-C線處切斷天線時的剖面的狀態的A-A線剖面圖、 B-B線剖面圖、C-C線剖面圖。此處，對于平面圖的表示區域，與以往例子的天線的圖7的表示區 域相同。另夕卜，在平面圖中，用虛線來表示混合式耦合器的圖案104、傳播特 性可變線路的圖案105。進而，在該平面圖中，106表示天線元件，107表示輸入端子，108 表示偏置端子、109表示供電線路圖案，IIO表示偏置線路，111表示偏 置電壓供給通孔，U2表示通孔用焊盤，U3表示使供電線路圖案109和 天線元件106相互在電磁場上結合的結合窗，這些區域與混合式耦合器 104的區域一起成為即使被施加偏置電壓、針對高頻的傳播特性也不會變 化的傳播特性固定線路。另一方面，在圖1 (a)的A-A線剖面圖、B-B線剖面圖、C-C 線剖面圖中示出構成天線的層構造和其結構部件。在這些A-A線剖面圖、B-B線剖面圖、C-C線剖面圖中，114~ 117構成用于構成天線部的平面導波路徑構造，114為天線元件支撐用的 絕緣體層，115為成為天線元件的導體層，116為作為為了構成平面導波 路徑構造而所需的絕緣體層的空氣層，117為為了構成平面導波路徑構造 而所需的接地導體層。另外，117 ~ 123構成用于構成供電移相部130的平面導波路徑構造， 117為為了構成平面導波路徑構造而所需的接地導體層，其與天線部共 用。另夕卜，118為作為為了構成平面導波路徑構造而所需的絕緣體層的空 氣層，119為成為供電移相部的各圖案的主導體層，120為傳播特性可變 線路用的可變介電常數電介質層，121為成為使傳播特性可變線路的電場 分布狀態變化的偏置線路的副導體層，122為用于使偏置電壓供給電路與 主導體層119在電磁場上隔離的絕緣體層，123為制作偏置電壓供給電路 的布線圖案的導體層。另外，對于導體層U5、接地導體層117，主導體層119、副導體層 121、導體層123這5個導體層，為了易于得知各層的圖案形狀，在圖l (b)中針對各層中的每一層獨立地進行表示。在上述那樣構成的本實施方式的相控陣天線中，如A - A線剖面圖、 B-B線剖面圖、C-C線剖面圖所示，由絕緣體層114、導體層115、空 氣層116、接地導體層117這4層構成天線部用的第l倒置型(另稱懸 吊型)微帶構造，由接地導體層117、空氣層118、主導體層119、可變 介電常數電介質層120這4層來構成供電移相部用的第2倒置型微帶構 造，但在第2倒置型微帶構造中，成為夾著接地導體層117和主導體層 119在相反側(在C - C線剖面圖中下側)追加有副導體層121、絕緣體 層122、導體層123這3層的改良型的線路。如上所述，在本實施方式1的相控陣天線中，具備具有至少將接地 導體層117、作為空氣層的絕緣體層118、主導體層119、可變介電常數 電介質層120、副導體層121按照該順序層疊而形成的層疊構造的供電移 相部117 ~ 121。另外，如圖1 (a)的平面圖所示，天線元件106 (A-A線剖面圖中 的115)和供電線路圖案109 (B - B線剖面圖中的119 )經由由天線部和 供電移相部共用的接地導體層117上形成的結合窗113 (A - A線剖面圖 中的結合窗124)相互在電磁場上結合，進行高頻電力的交接。進而，對于偏置電壓，通過將其施加到在導體層123上制作的偏置 端子108、和主導體層119以及接地導體層117之間(其中，將主導體層119和接地導體層117之間設為相同電位)，經由通孔用焊盤112 ~偏置 電壓供給通孔111施加到偏置線路110。如上所述，在本實施方式l的相控陣天線中，供電移相部117 123 通過將傳播高頻電力而不使傳播特性變化的傳播特性固定線路104以及 109、和利用與偏置電壓對應的傳播特性來傳播高頻電力的傳播特性可變 線路105相互連續的導體而設在主導體層119上，在形成傳播特性固定 線路104以及109的區域，在副導體層121上不具有偏置線路，而在形 成傳播特性可變線路105的區域，在副導體層121上具有偏置線路110。此處，使用將B-B線剖面圖以及C-C線剖面圖的主導體的周邊 部放大的圖l(c)，更詳細地說明傳播特性固定線路和傳播特性可變線路 的動作。圖1 (c)示出在B-B線剖面圖的主導體層119上、和在B-B線 剖面圖的主導體層119以及副導體層121上傳播的高頻電力的電場分布。在圖1 (c)中，117為接地導體層，118為絕緣體用的空氣層，120 為可變介電常數電介質層，122為絕緣體層。進一步，125表示在B - B線剖面圖中的主導體層上傳播的高頻電力 制成的電場，126表示在C - C線剖面圖中的主導體層和副導體層上傳播 的高頻電力制成的電場。此處，如圖1 (c)所示，在B-B線剖面圖的區域，在與設在主導 體層上的線路面式重疊的區域，在副導體層上沒有設有偏置線路，所以 從主導體層輸出的電力線通過可變介電常數電介質層中的部分少，而集 中在主導體層和接地導體層間傳播。因此，當對移相器施加偏置電壓時，在主導體層的周圍的可變介電 常數電介質層中不會發生基于偏置電壓的電場，因此可變介電常數電介 質層的介電常數不變化，針對在主導體層上傳播的高頻電力的傳播特性 也不變化，所以該區域的主導體構成傳播特性固定線路。另一方面，如圖l(c)所示，在C-C線剖面圖的區域，在與設在 主導體層上的線路面式重疊的區域，在副導體層上設有偏置線路，所以 從主導體層輸出的電力線不僅在主導體層和接地導體層間，而且還在主導體層和副導體層間分配并傳播。該分配并傳播的電力線通過可變介電 常數電介質層中的部分較多。因此，當對移相器施加偏置電壓時，在主導體層和偏置線路之間發 生基于偏置電壓的電場，但基于該偏置電壓的電場、和分配在主導體層119與副導體層間的高頻電力制成的電場126分量相互大致并行，所以主 導體層和偏置線路之間的可變介電常數電介質層的介電常數發生變化， 針對在主導體層上傳播的高頻電力的傳播特性變化，該區域的主導體層 構成傳播特性可變線路。即，在本實施方式1的相控陣天線中，構成為通過使對主導體層和 副導體層之間施加的偏置電壓變化，使傳播特性可變線路的可變介電常 數電介質層的介電常數變化，由此使傳播特性可變線路的傳播特性變化 來控制移相量。另外，在傳播特性固定線路中為可變介電常數電介質層介于主導體 層和副導體層之間的構造，所以即使對接地導體層和副導體層之間施加 偏置電壓，也不會在主導體層和副導體層之間施加直流電壓。因此，右 側傾斜用控制電壓和左側傾斜用控制電壓不會經由主導體層沖突，所以 成為不需要直流阻斷元件的結構。這樣，根據本實施方式1的相控陣天線，把該供電移相部設為具有 將接地導體層、絕緣體層、主導體層、可變介電常數電介質層、副導體 層按照該順序層疊而形成的層疊結構，所以無需在高頻電力傳播的線路 上設置直流阻斷元件，而可以由偏置電壓絕緣高頻電力傳播的線路。因 此，在為了實現高指向性增益而構成為將可變移相器分成右側傾斜用的 可變移相器組和左側傾斜用的可變移相器組并相互獨立地控制移相量的 情況下，不會產生基于直流阻斷元件的不匹配的累積，由此能夠實現在 波束傾斜時波束形狀的畸變少，并可以維持高指向性增益的天線。另外，在圖l (a)的平面圖中，本實施方式1的相控陣天線沒有設 有與專利文獻2以及專利文獻1所示的高頻阻斷元件相當的線路圖案， 其原因在于，在偏置線路110上流過的高頻電流的大部分集中在與主導 體層119側面對的表面上，所以如圖1所示，通過采用從與主導體層119側相反側供電的層疊結構，從而可以不需要高頻阻斷元件。另外，在本實施方式1中，作為可變介電常數電介質層，可以使用BaTi03、 BaSrTi03 - MgO等強電介質材料。另外，作為絕緣體層，除了空氣層以外，當然還可以使用熱硬化型 的環氧樹脂、氣基甲酸乙酯樹脂、二甲^M脂，紫外線硬化型的丙烯酸 樹脂、環氧樹脂、苯酚樹脂、以及聚四氟乙烯(PTFE)、液晶聚合體、 聚酰亞胺、聚酰胺、環氧等樹脂或這些的復合材料、玻璃、陶瓷、光聚 合性聚合體、熱聚合性聚合體等所構成的層。 (實施方式2)接下來，針對本發明的相控陣天線，對作為可變介電常數電介質層 使用液晶等液體電介質時的實施方式進行說明。圖2 (a)是本發明的實施方式2的相控陣天線的平面圖和剖面圖。在圖2 (a)中，位于圖中最上側的部分是示出M射面一側觀察天 線的狀態的平面圖。以下，示出向圖中的下側依次表示在平面圖的A-A 線、B-B線、C-C線處切斷天線時的剖面的狀態的A-A線剖面圖、 B-B線剖面圖、C-C線剖面圖。此處，對于平面圖的表示區域，與示出以往例子的天線的圖7的表 示區域相同。另夕卜，在平面圖中，用虛線來表示混合式耦合器的圖案204、傳播特 性可變線路的圖案205。進而，平面圖中的^素206 213與實施方式1的圖1的M素相同。另一方面，在A-A線剖面圖、B-B線剖面圖、C-C線剖面圖中 示出構成天線的層構造和其結構部件。在A-A線剖面圖、B-B線剖面圖、C-C線剖面圖中，214~217 構成用于構成天線部的平面導波路徑構造，對于該部分為與實施方式1 的圖l相同的結構。另外，217 ~ 223構成用于構成供電移相部230的平面導波路徑構造， 217為為了構成平面導波路徑構造而所需的接地導體層，其與天線部共用。另外，218為為了構成平面導波路徑構造而所需的絕緣體層，219為 成為供電移相部的各圖案的主導體層,220為傳播特性可變線路用的可變 介電常數電介質層，221為成為使傳播特性可變線路的電場分布狀態變化 的偏置線路的副導體層，222為用于4吏偏置電壓供給電路與主導體層219 在電磁場上隔離的絕緣體層，223為成為偏置電壓供給電路的布線圖案的 導體層。此處，在本實施方式2中示出作為可變介電常數電介質層220使用 液晶等液體的情況，對于218和222這2個絕緣體層，其端部通過由與 絕緣體層218、 222相同材料構成的隔片240相互連接，如A-A線剖面 圖、B-B線剖面圖、C-C線剖面圖所示，在天線端中構成將液體圍起 來保持的箱形狀，由此作為液晶等液體電介質的可變介電常數電介質層 220穩定地保持(收容)在箱形狀的絕緣體層內部的密閉的空間250內。另外，主導體層219由于無法在液體層上形成，所以形成在絕緣體 層218的表面上。另外，對于215、 217， 219、 221、 223這5個導體層，與實施方式l 相同，各層的圖案形狀與圖1 (b)相同。在上述那樣構成的本實施方式的相控陣天線中，如A-A線剖面圖、 B-B線剖面圖、C-C線剖面圖所示，由絕緣體層214、導體層215、 空氣層216、接地導體層217這4層構成天線部用的第l倒置型(另稱 懸吊型)微帶構造，由接地導體層217、絕緣體層218、主導體層219、 可變介電常數電介質層220這4層來構成供電移相部用的第2倒置型微 帶構造，但在第2倒置型微帶構造中成為夾著接地導體層217和主導體 層219且在相反側(在C - C線剖面圖中下側)追加有副導體層221、絕 緣體層222、導體層223這3層的改良型的線路。此處，使用將B-B線剖面圖、C-C線剖面圖的主導體的周邊部放 大的圖2(b),更詳細地說明傳播特性固定線路以及傳播特性可變線路 的動作。圖2 (b)示出在B-B線剖面圖的主導體層219上、和在C-C線 剖面圖的主導體層219以及副導體層221上傳播的高頻電力的電場分布。另外，在圖2(b)中，217為接地導體層，218為絕緣體層，220為 可變介電常數電介質層，222為絕緣體層。另外，225表示在B - B線剖面圖中的主導體層219上傳播的高頻電 力制成的電場，226表示在C - C線剖面圖中的主導體層219和副導體層 221上傳播的高頻電力制成的電場。此處，如圖2(b)所示，在B-B線剖面圖的區域，在與設在主導 體層上的線路面式重疊的區域，在副導體層上沒有設有偏置線路，所以 從主導體層輸出的電力線通過可變介電常數電介質層中的部分少，而集 中在主導體層和接地導體層間傳播。因此，當對移相器施加偏置電壓時，在主導體層的周圍的可變介電 常數電介質層中不會發生基于偏置電壓的電場，因此可變介電常數電介 質層的介電常數不變化，針對在主導體層上傳播的高頻電力的傳播特性 也不變化，所以該區域的主導體層構成傳播特性固定線路。另一方面，如圖2(b)所示，在C-C線剖面圖的區域，在與設在 主導體層上的線路面式重疊的區域，在副導體層上設有偏置線路，所以 從主導體層輸出的電力線不僅在主導體層和接地導體層間，而且還在主 導體層和副導體層間分配并傳播。該分配并傳播的電力線通過可變介電常數電介質層中的部分較多。因此，當對移相器施加偏置電壓時，在主導體層和偏置線路之間發 生基于偏置電壓的電場，但基于該偏置電壓的電場、和分配在主導體層 219與副導體層間的高頻電力制成的電場226分量相互大致并行，所以主 導體層和偏置線路之間的可變介電常數電介質層的介電常數發生變化， 針對在主導體層上傳播的高頻電力的傳播特性變化，該區域的主導體層 構成傳播特性可變線路。即，在本實施方式2的相控陣天線中，與實施方式l同樣地，構成 為通過使對主導體層和副導體層之間施加的偏置電壓變化，使傳播特性 可變線路的可變介電常數電介質的介電常數變化，由此使傳播特性可變 線路的傳播特性變化來控制移相量。另外，在傳播特性固定線路中，構成為可變介電常數電介質層介于主導體層和副導體層之間，所以即使對副導體層施加偏置電壓，也不會 對主導體層直接施加偏置電壓。因此，右側傾斜用控制電壓和左側傾斜 用控制電壓不會經由主導體層沖突，所以成為不需要直流阻斷元件的結 構。這樣，根據本實施方式2，與實施方式l同樣地，把該供電移相部設 為具有將接地導體層、絕緣體層、主導體層、可變介電常數電介質層、 副導體層按照該順序層疊而形成的層疊結構，所以不需要在高頻電力傳 播的線路上設置直流阻斷元件，而可以從高頻電力傳播的線路絕緣偏置 電壓。因此，在為了實現高指向性增益而構成為將可變移相器分成右側 傾斜用的可變移相器組和左側傾斜用的可變移相器組并相互獨立地控制 移相量的情況下，不會產生基于直流阻斷元件的不匹配的累積，由此能 夠實現在波束傾斜時波束形狀的畸變少，并可以維持高指向性增益的相 控陣天線。另外，根據本實施方式2，作為可變介電常數電介質層，使用液晶，線。另外，在本實施方式2中，作為液體狀的可變介電常數電介質層， 當然還可以使用向列型液晶、近晶相液晶、膽甾醇型液晶、碟狀液晶、 強介電性液晶等、還有液晶和樹脂的復合材料。另外，將獨立的絕緣體層218、 222以及隔片240連接來形成具有在 內部收容可變介電常數電介質層220的空間250的箱形狀的絕緣體層， 但只要可以穩定地保持液體的可變介電常數電介質層220，則也可以將其 一體地形成。進而，只要可以穩定地保持液體的可變介電常數電介質層220，也可 以釆用與本實施方式2不同的構造。進而，當然也可以將實施方式2的穩定地保持液晶的箱形狀的可變 介電常數電介質層作為實施方式1的可變介電常數電介質層來使用，在 該情況下當然還可以取得如下的2個優點作為主導體線路的絕緣體層 可以使用介電損耗極少的空氣，并且作為可變介電常數電介質可以使用液晶、可變介電常數電介質材料的選擇范圍寬。另外，在實施方式1以及實施方式2中，即使將傳播特性可變線路 部中的主導體層和副導體層的線路形狀設為具有1/2波長或其整數倍的 長度的直線狀諧振線路形狀、還有環狀或盤狀的諧振線路形狀，當然也 可以同樣地取得傳播特性可變特性。另外，在實施方式2中，為了回避主導體層以及副導體層的導體金 屬直揍接觸到液晶，也可以在兩導體層表面設置緩沖層。 (實施方式3)接下來，針對本發明的相控陣天線，對在構成具有層疊構造的相控 陣天線之后一樣地注入液晶或含有液晶的材料來構成可變介電常數電介 質層時的實施方式進行說明。圖10是示出本發明的實施方式3的相控陣天線的一個例子的平面 圖。在圖10中，相控陣天線由供電移相部308和天線部309的層疊構造 構成。供電移相部308具有供電口301;可變移相器302，如圖11所示 那樣相互大致平行地配置有2根傳播特性可變線路115;可變移相器303， 如圖12所示那樣在相互大致同一直線上配置有2根傳播特性可變線路 115;移相量控制部(未圖示)；高頻電路307;以及可變電介質用電壓發 生電路(未圖示)。305為后述的各可變移相器的可變介電常數電介質層上設置的開口 ， 306為后述的可變移相器的集合體。圖10的相控陣天線具有包括圖11 所示的相互孤立的多個介電常數電介質層的多個可變移相器302和303。具體而言，圖10的相控陣天線具有48個圖11所示的可變移相器(各 移相器為302 )和16個圖12所示的可變移相器(各移相器為303 )。另 外，移相器的數量不限于上述的數量，而由使用的電磁波的頻率和天線 的波束指向性增益、波束的接觸角來確定移相器的數量。另外，對于后述的傳播特性可變移相線路115的形狀，只要是以行 為單位(圖11的橫向)相同的可變移相特性即可，不限于圖11以及圖 12所示的形狀。^h電常數電介質層為了注入液晶而具有開口 122。對于可變介電常 數電介質， 一般如果介電損耗小時，無需將像本發明那樣的供電移相部 設為多個孤立的可變介電常數電介質層的分割構造，可以在相控陣天線 整個面上一體形成可變介電常數電介質。但是，當上述的作為形成具有同一可變介電常數特性的可變移相器 的滿足期望的可變介電常數電介質的液晶、或包含液晶的材料的介電損 耗在每一個移相器中大到大約為0.5dB,并且將可變介電常數電介質設置 到傳播特性固定線路部分時，無法取得天線的電力增益。此處，在本發明(實施方式3)中，通過將可變介電常數電介質層僅 配置在形成有可變移相器的區域，從而可以極力降低介電損耗。另一方 面，天線部具有多個由多個天線貼片304構成的天線貼片列，各天線貼 片列的各天線貼片304彼此經由連接線路310相互沿著圖10中的縱向連 接而構成天線貼片列。使用圖11來說明本發明的相控陣天線中的可變移相器302的具體構 造。在圖ll中，IIO為傳播信號的輸入端子，lll為供電線路，112為混 合式耦合器，113為天線元件，114為結合窗，115為傳播特性可變線路， 116為偏置電壓供給通孔，117為通孔用焊盤，118為偏置電極面(副導 體)，119為偏置線路，120為偏置端子，121為可變介電常數電介質層， 122為后述的開孔144的開口 。圖10中的移相器302由圖11中的供電線路111、混合式耦合器112、 具有相互大致同等的傳播特性的2根傳播特性可變線路115構成。本發 明的可變介電常數電介質層121至少形成在包括構成上述1個可變移相 器的1根傳播特性可變線路115的區域上即可。在圖11中，在包括2根傳播特性可變線路115的區域，形成有可變 介電常數電介質層121 (圖11中的用虛線圍成的區域)。可變介電常數電 介質層121需要形成為在傳播特性可變線路115整個域上具有均勻的介 電特性。因此，在作為該可變介電常數電介質，使用液晶或包含液晶的 材料的情況下，需要從開口 122以具有均勻的介電特性的方式注入液晶。開口 122如圖11那樣在可變介電常數電介質層121上具有至少1個即可。關于開口122的位置，優選為滿足將傳播特性可變線路115的中 性166設為該開口的中心并將連接上迷中心116和傳播特性可變線路端 124的直線設為半徑的圓弧的一部分的外側的位置、或者、優選避開傳播 特性可變線路115且當將傳播的電磁波信號的波長設為X(電磁信號強度 衰減3dB的距離)時位于各可變介電常數電介質層121內并從傳播特性 可變線路115的中心116離開距離以上的位置的至少某一方的位置。其原因在于，為了極力降低開口 122對在線路上傳播的電磁波的影 響。作為液晶的注入方法，可以使用作為液晶顯示裝置中的注入法而公 知的真空注入法或毛細管注入法。另夕卜，圖ll是本發明的通過真空注入法注入液晶時的可變移相器的 平面圖。在該制造方法中，如圖10所示，在通過熱壓焊來使構成相控陣 天線的各J41粘合之后，在與上述各介電常數電介質層內對應的位置， 在與天線面(天線部309 )相反側的基仗面上，通過對其沿著垂直方向進 行切削，從而形成開孔144 (參照圖14 )。在基板面上形成有開孔144的 開口 122。接下來，對液晶注入方法的具體方法進行說明。將用于注入液晶的 管(未圖示)連接到各可變移相器的開口 122。接下來，將向各可變介電 常數電介質層121的開口 122連接了管的狀態下的相控陣天線^真空 槽并減壓到真空度10"Torr以下。接下來，通過將可變介電常數電介質層中設置的所有管浸入設在真 空槽內的容器中包含的液晶面，向開口吸入液晶，之后還原到大氣壓， 從而可以向所有的可變介電常數電介質層121注入液晶。之后，取下管， 使用急速硬化環氧系列強力粘接劑、例如產品名"Rapid Araldite" (Huntsman Advanced Material (公司)制，銷售昭和高分子。>司)) 來密封開口 122,從而完成形成有可變介電常數電介質121的相控陣天 線。圖13是示出該相控陣天線的整體概要的剖面圖。可變介電常數電介質121從電介質損耗、導體損耗以及插入損耗的 觀點來看，優選設在形成傳播特性可變線路115的區域(以下稱為傳播 特性可變線路部分)。因此，在傳播特性可變線路115部分以外的供電線路lll中，為了盡量不設置可變介電常數電介質層121,需要針對各移相 器302、 303的每一個，分割成可變介電常數電介質層121的單元，密封 液晶。因此，通過如后述那樣將可變介電常數電介質層121分成多個組， 可以降低結合損耗(由電介質損耗、導體損耗、以及插入損耗構成)。接下來，使用圖14來詳細說明構成本發明的相控陣天線的圖11的 可變移相器的A-A線剖面、B-B線剖面、C-C線剖面、D-D線剖 面。在圖14的A-A線剖面圖中，130為第1絕緣體層。131為導體層， 且作為圖10的天線元件113發揮作用。作為第1絕緣體層130， Teflon(注冊商標)制基敗(以下稱為Teflon (注冊商標)基板)從低介電損 耗的觀點來看是優選的。進而作為第1絕緣體層130，還可以使用將Teflon(注冊商標)浸漬到玻璃纖維布的M、液晶聚合體基板、氧化鋁陶瓷 、氧化鋁復合材料H藍寶石M。在作為第1絕緣體層130，使用作為介電損耗稍微高的基板的玻璃環 氧勤良、例如FR4的情況下，天線元件上部需要使絕緣體層開口而成為 空氣層等形狀的工序。作為導體層131，使用作為金屬電極的銅、銀、金 等具有高導電率的金屬或金屬合金、金屬多層膜、金屬復合材料的薄膜 或厚膜。132為結合窗，由空氣層構成，相當于圖11的結合窗114。 133為第 2絕緣體層，Teflon (注冊商標)M從低介電損耗的觀點來看是優選的。 進一步，作為第2絕緣體層133，還可以使用將Teflon (注冊商標)浸漬 到玻璃纖維布的基敗、液晶聚合體基仗、氧化鋁陶瓷基&、氧化鋁復合材料M、藍寶石M。134為接地導體層，使用作為金屬電極的銅、銀、金等具有高導電率 的金屬或金屬合金、金屬多層膜、金屬復合材料的薄膜或厚膜。135為主 導體層，作為傳播特性固定線路、傳播特性可變線路115的供電線路來 發揮作用。136為第3絕緣體層，Teflon (注冊商標)絲從低介電損耗 的觀點來看是優選的。另夕卜，作為第3絕緣體層136，還可以使用將Teflon (注冊商標)浸潰到玻璃纖維布的基板、液晶聚合體m、氧化鋁陶瓷基板、氧化鋁復 合材料J^、藍寶石_^。在圖14的B-B線剖面圖中，135為主導體層，在A-A線剖面圖 中由于主導體層135向沿著A-A線的方向配設，所以圖示成寬度寬， 但在該B - B線剖面圖中按照與B - B線正交的方法配設，所以圖示成寬 度窄。在圖14的C-C線剖面圖中，137與A-A線剖面圖的135同樣地 為主導體層，但作為圖11的傳播特性可變線路115發揮作用。作為傳播 特性可變線路137，使用作為金屬電極的銅、銀、金等具有高導電率的金 屬或金屬合金、金屬多層膜、金屬復合材料的薄膜或厚膜。138為可變介電常數電介質層，使用液晶或包含液晶的材料來構成。 作為液晶，使用作為介電各向異性大的液晶的向列型液晶、膽甾醇型液 晶、近晶相液晶、或者這些的混合液晶、為了使電壓響應性提高而向這 些液晶混合了無機材料或有機材料的混合物。作為該無機材料，可以使用作為金屬氧化物的氧化鎂(MgO)、氧化 鈣(CaO )、氧化鍶(SrO )、氧化鋇(BaO )、氧化鋁(A1203 )、氧化鋯 (Zr02)、氧化鈦(Ti02)、氧化鋅(ZnO)、作為金屬疏化物的硫化鎘 (CdS)、硫化鋅(ZnS)、作為復合氧化物的SiO廣MgO、 Si02_CaO、 A1203 —MgO、 Si02 — Al203、 Si02-Ti02、 Ti02-Zr02、這些的混合物。這些無機材料可以作為微粒子^i:在液晶中，或者也可以是具有多 孔質構造的無機材料。作為有機材料，可以使用丙烯酸樹脂、異丁烯酸 樹脂、環氧樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、聚苯乙烯、聚乙烯醇、氟樹脂、 或這些的共聚體。另外，還可以使用上述液晶以及這些無機材料和有機材料的混合物。 139為副導體層，作為向可變介電常數電介質的偏置電壓面118發揮作 用。作為副導體層139，使用作為金屬電極的銅、銀、金等具有高導電率 的金屬或金屬合金、金屬多層膜、金屬復合材料的薄膜或厚膜。副導體 層139經由實施于第3絕緣體層136上的偏置電極供給通孔140 (圖11 中的116)的金屬電鍍與導體層141連接。在圖14的D -D線剖面圖中，144為用于注入液晶的開孔。開孔144 以可變介電常數電介質層為起點并與基仗面垂直地形成，在與具有導體 層131中形成的天線元件113的天線面對置的^4l面上具有開口 122。對傳播特性可變線路137 (圖11中的115)施加的偏置電壓從偏置 端子120經由偏置線路119和偏置電壓供給通孔140的金屬電鍍施加到 副導體層139 (圖11中的偏置線路119 )。因此，可以實現向偏置線路119和傳播特性可變線路115之間的可 變介電常數電介質138的電壓控制，利用偏置電壓，對構成可變介電常 數電介質138的液晶的定向進行控制，從而可以改變其介電常數，由此， 可以實現移相控制。對于液晶或含有液晶的材料，還可以在與線路平行的面142、 143上 進行定向處理。通過進行定向處理使介電各向異性成為最大，可以使可 變移相量成為最大。對于上述定向處理，可以使用作為液晶顯示裝置的領域中公知的方 法，例如在形成相控陣天線之前對絕緣體面142以及143涂覆聚酰亞胺 或聚乙烯醇并摩擦處理的方法、使含有液晶的樹脂沿著絕緣體面142以 及143大致成為平行那樣地延伸的方法，或者通it^f含有液晶的樹脂面 沿著一個方向摩擦而物理地形成微細的擦傷的樹脂。然后，從開口 122 ^進行了定向處理的液晶，之后，進行密封， 從而可以形成在電壓斷開時具有定向的可變介電常數電介質層。以下，使用圖15來說明以上那樣的相控陣天線的詳細的制造方法。首先，在第2絕緣體層133上形成接地導體層134 (參照圖15 (a )、 (b))。接下來，在第2絕緣體層133的形成有接地導體層134的主面相反 側的主面上的整個面形成導體層，并對其進行圖案形成，從而形成傳播 特性固定線路135 (參照圖15 (c))。其中，在第2絕緣體層133的形成 有傳播特性固定線路135的位置，預先形成槽。接下來，在第2絕緣體層133的形成有傳播特性固定線路135 —側 的主面上，接合第2絕緣體層133 (參照圖15 (d))。其中，在該其他第2絕緣體層133的成為可變介電常數電介質層138的部分,通過模壓成形 形成有成為液晶容器的凹部(參照圖15 (d)的左側)。接下來，在通過該圖15 (d)的工序形成的第2絕緣體層133的下 側形成第3絕緣體層136 (參照圖15 (e))。然后，在該第3絕緣體層136 的第2絕緣體層133側的主面上形成槽，并在包括該槽的整個面上形成 導體層，進行圖案形成，從而形成副導體層139(參照圖15(e)的左側)。接下來，在笫3絕緣體層136內，形成在內部填充有導體的通孔140 (參照圖15 (f)的左側)，在第3絕緣體層136的形成有副導體層139 的主面相反側的主面上，以覆蓋通孔140的露出面的形式形成通孔用焊 盤141 (參照圖15 (g)的左側)。之后，準備在圖15 (d)的接地導體層134上配置的第2絕緣體層 133(參照圖15(h)),在其之上形成第1絕緣體層130(參照圖15(i))， 之后，在圖15 (g)上進行熱壓焊，從而完成相控陣天線。然后，從這樣完成的相控陣天線的形成有焊盤141 一側的主面，形 成直達成為可變介電常數電介質層138的空洞(凹部)的開孔，通過真 空注入法或毛細管注入法注入液晶或包含液晶的材料，從而可以形成抑 制介電常數的偏差的可變介電常數電介質層138。另外，也可以并行地進行圖15 (a)至(g)的工序和圖15 (h)至 (i)的工序。這樣，根據本實施方式3(1) 因為一樣地注入液晶電介質、或液晶和無機材料的復合體、或 與樹脂的復合體、或者、針對液晶層向平板狀部件或多孔質膜浸漬液晶 的纖維電介質來構成可變介電常數電介質層，所以可以降低多個可變移 相器的介電常數的偏差，實現可通過單一的施加電壓來控制的多個可變 移相器，從而可以提供波束傾斜特性優良的平面天線。(2) 另外，由于僅在形成有可變移相器的區域配置與傳播特性可變 線路相接的可變介電常數電介質層，所以可以提供抑制介電損耗的波束 指向性增益良好的平面天線。(實施方式4)以下，使用圖12 (圖12)來說明本發明的實施方式4。在該實施方 式4中，傳播特性可變線路115的形狀與實施方式3 (圖11)不同。圖12示出相控陣天線中使用的圖10的可變移相器303的平面圖。 與圖ll的不同點在于，構成為一對傳播特性可變線路115在同一直線上 相互離開地配置。進而，構成為伴隨一對傳輸特性可變線路115離開地 配置，將構成可變移相器的可變介電常數電介質層121分割成2個。在圖12中，110為傳掩ft號的輸入端子，lll為供電線路，112為混 合式耦合器，113為天線元件，114為結合窗，115為傳播特性可變線路， 116為偏置電壓供給通孔，117為通孔用焊盤，118為偏置電極面(副導 體)，119為偏置線路，121a、 121b為可變介電常數電介質層，122a、 122b 為開口。移相器303由圖12中的供電線路111、混合式耦合器112、具有大 概同等的傳播特性的2根傳播特性可變線路115構成。開口 122a以及 122b形成分別以介電常數電介質層121a以及121b為起點并垂直于各可 變介電常數電介質層而形成的開孔，并沿著相對于天線元件113面對置 的M面上制作的大概垂直方向而形成。在對于1個可變介電常數電介 質層121形成1個開口 122的情況下，與實施方式1同樣地通過真空注 入法來注入液晶并密封，從而可以制作移相器303。這樣，根據本實施方式4，在傳播特性可變線路115的形狀與實施方 式1不同的相控陣天線中，向構成相控陣天線的可變移相器的可變介電 常數電介質層，通過真空注入法或毛細管注入法來注入液晶或包含液晶 的復合材料，所以可以降低多個可變移相器的介電常數的偏差，實現可 以通過單一的施加電壓來控制的多個可變移相器，從而可以提供波束傾 斜特性優良的平面天線。另外，僅在形成有可變移相器的區域配置與傳播特性可變線路相接 的可變介電常數電介質層，所以可以提供抑制介電損耗的波束指向性增 益良好的平面天線。 (實施方式5)以下，^f吏用圖16來說明本發明的實施方式5。該實施方式5 (圖16)與實施方式4 (圖12)的不同點在于可變介 電常數電介質層的開口 122的個數。在作為液晶密封法使用毛細管法的 情況下，如在液晶顯示裝置的液晶注入法中公知的那樣需要排氣口和液 晶^LX口這至少2個開口 122。即，對于開口，在可變介電常數電介質層內包括1根傳播特性可變 線路的情況下，在相對于傳播特性可變線路的中心大概對置的位置形成 有至少一對開口。當將第1開口設為122并將第2開口設為123時，對 于這些可變移相器用開口，能夠以傳播特性可變線路115為中心的關于 偏置電壓供給通孔116處于與第1開口 122對置的位置的方式形成第2 開口 123。另夕卜，對于開口 122以及開口 123中的哪一個成為排氣口、哪 一個成為液晶^U^口，可以任意設定。然后， 一邊從排氣口減壓， 一邊從吸入口注入液晶或包含液晶的材 料，從而可以向液晶容器內均勻地注入液晶或包含液晶的材料。另外，如圖16所示，l對開口形成在形成液晶容器的區域的對角線 上，從而與將1對開口形成在其他位置的情況相比開口間的距離變長， 所以即使假設在注入的液晶中殘存有氣泡，也可以將該氣泡對介電常數 的偏差帶來的惡劣影響抑制成最小限度。接下來，使用圖17，對在可變介電常數電介質層121內包含多根(在 圖8的例子中為2根)傳播特性可變線路115時的1對開口 122的配置 進行說明。在圖17, 215a為第1傳播特性可變線路，215b為第2傳播特性可 變線路。開口 122在由可變介電常數電介質121的傳播特性可變線路215a 和215b構成的區域的外側，相互在對角線上對置地配置。對于開口 122a 和122b的位置，優選設在各傳播特性可變線路215a、 215b的外側的可 變介電常數電介質層121內。進而優選為配置在從鄰近的傳播特性可變線路離開距離以上的位 置。其中，X為在傳播特性可變線路上傳播的電磁波信號的波長。其原因 為，當從傳播特性可變線路215a、 215b離開3X時，電磁波信號強度減 少3dB,可以抑制自開口 122以及123對傳播特性可變線路的影響。此處，對作為傳播特性可變線路包含2根的情況進行了說明，但當然也可 以適用于傳播特性可變線路為3根以上的情況。另外，圖18示出通過1個可變介電常數電介質層121來構成用于構 成相互相鄰的2個可變移相器的可變介電常數電^h質層的情況。對于將 可變介電常數電介質層121設為共用的可變移相器的個數，只要可變介 電常數電介質層121不與傳播特性固定線路135、即是供電線路111且為 傳播特性可變線路U5以外的線路交叉，則可以是任意的。在作為可變介電常數電介質層121通過真空注入法來注入液晶的情 況下，對于開口 122的數量，針對各可變介電常數電介質層121的每一 個至少有1個即可。開口 122的位置設在與天線面對置的基tl面上即可。另一方面，在通過毛細管法來注入液晶的情況下，對于開口 122，針 對各可變介電常數電介質層121的每一個，需要設置排氣口和注入口這 至少2個。對于通過毛細管法來注入液晶時的開口 122的優選的位置， 使用圖18來詳細說明。在圖18中，121為可變介電常數電介質層，122為第1開口， 123 為第2開口 ， 250為第1開口 122的中心，251為第2開口 123的中心， 260為第1傳播特性可變線路端，為最接近于第1開口 122的傳播特性可 變線路和可變介電常數電介質層121的交點(最接近傳播特性可變線路 端)。270為連接第l開口的中心250和交點260的直線，具有長度L1。同樣地，261為第2傳播特性可變線路端，為第2接近于第1開口 122的傳播特性可變線路和可變介電常數電介質層121的第2交點。271 為連接第l開口的中心250和交點261的直線，具有長度L2。同樣地， 262、 263為第3、第4傳播特性可變線路端，為第3、第4接近于第1 開口 122的傳播特性可變線路和可變介電常數電介質層121的交點。將 分別連接第1開口的中心250和交點262、 263的直線i殳為272、 273，將 直線272的長度i史為L3，將直線273的長度設為L4。280為連接第1開口 122的中心250和第2開口 123的中心251的直 線，具有長度LO。曲線281為將第l開口的中心250設為中心，并將可 變介電常數電介質層121內的長度LO的直線設為半徑的圓弧。通過將第2開口 123配置在可變介電常數電介質層121內、圃弧281 的外側，即，通過將第2開口 123的位置配置成滿足LOL^L3〉L2〉Ll 的關系，可以抑制對傳播特性可變線路的電磁波的影響。通過以上的配置和制造方法，可以向設為共用的可變介電常數電介 質層121 —樣地均勻地注入液晶。這樣，根據本實施方式5，因為設置達到構成相控陣天線的可變移相 器的可變介電常數電介質層的一對開口 ，通過毛細管注入法來注入液晶 或包含液晶的復合材料，所以降低多個可變移相器的介電常數的偏差， 實現可以通過單一的施加電壓來控制的多個可變移相器，從而可以提供 波束傾斜特性優良的平面天線。另外，僅在形成有可變移相器的區域配置與傳播特性可變線路相接 的可變介電常數電介質層，所以可以提供抑制介電損耗的波束指向性增 益良好的平面天線。另外，在實施方式3至5中，作為可變移相器的例子，例示出微帶 線路，但本發明的傳送線路不限于微帶線路，可以應用于所有具有多個 孤立的可變移相器的共面線路、帶線路等的使用電介質作為高頻信號的 傳送介質的傳送線路。以上，根據上述實施方式l至5來具體示出了本發明，但本發明不 限于上述實施方式1~5，當然可以在不脫離其宗旨的范圍內進行各種變 更。產業上的可利用性如上所述，本發明具有如下的特點在具有使用介電常數根據施加 電場而變化的可變介電常數電介質來構成的可變移相器的相控陣天線 中，在為了實現高指向性增益而構成為將可變移相器分成右側傾斜用的 可變移相器組和左側傾斜用的可變移相器組并相互獨立地控制移相量的 情況下，不需要成為不匹配的主要原因的直流阻斷元件，由此能夠實現 在波束傾斜時波束形狀的畸變少，并可以維持高指向性增益的天線，作 為車載雷達或衛星通信用天線等是有用的。另外，在本發明的相控陣天線中，可以利用液晶或包含液晶的材料來一樣地構成用于構成各可變移相器的可變介電常數電介質，可以極力 降低介電損耗，并且能夠提供在波束傾斜時波束形狀的畸變少，并可以 維持高指向性增益的相控陣天線，作為車栽雷達或衛星通信用天線、毫米波傳感器等是有用的。
權利要求
1. 一種相控陣天線，具有使用可變介電常數電介質來構成的可變移相器，其中所述可變介電常數電介質的介電常數根據施加電場而變化，該相控陣天線的特征在于，具備供電移相部，該供電移相部具有將至少接地導體層、絕緣體層、主導體層、可變介電常數電介質層、副導體層按照該順序層疊而形成的層疊構造。
2. 根據權利要求l所述的相控陣天線，其特征在于， 上述供電移相部具有傳播特性固定線路，不使高頻電力的傳播特性變化；以及 傳播特性可變線路，使高頻電力的傳播特性變化。
3. 根據權利要求2所述的相控陣天線，其特征在于， 上述傳播特性固定線路在與上述主導體層上設置的線路相當的上述副導體層上的區域不具有線路，把在該主導體層上設置的線路上傳播的 高頻電力制成的電場集中在上述主導體層和上述接地導體層之間來傳上述傳播特性可變線路在與上述主導體層上設置的線路相當的上迷 副導體層上的區域具有線路，把在該主導體層上設置的線路上傳播的高 頻電力制成的電場分配在上述主導體層和上述接地導體層間、以及上述 主導體層和上述副導體層間來傳播，在上述主導體層上將上述傳播特性固定線路和上述傳播特性可變線 路構成為相互連續的導體。
4. 根據權利要求3所述的相控陣天線，其特征在于， 上述傳播特性可變線路通過對上述主導體層和上述副導體層間施加偏置電壓，使構成上述可變介電常數電介質層的可變介電常數電介質的 介電常數變化來對高頻電力的傳播特性進行控制。
5. 根據權利要求l所述的相控陣天線，其特征在于， 上述可變介電常數電介質層由液晶或包含液晶的材料構成。
6. 根據權利要求l所述的相控陣天線，其特征在于， 上述層疊構造在上述副導體層的與上述可變介電常數電介質層相反側具有第2絕緣層，在形成于上述絕緣層以及上述第2絕緣層之間的密閉的空間內保持 有上述可變介電常數電介質層。
7. —種相控陣天線，具有使用可變介電常數電介質來構成的可變移 相器，所述可變介電常數電介質的介電常數根據施加電場而變化，該相 控陣天線的特征在于，具備供電移相部，該供電移相部具有將至少接地導體層、絕緣體層、 傳播特性可變線路、可變介電常數電介質層、偏置電極層按照該順序層 疊而形成的層疊構造，上述供電移相部包括多個孤立的可變介電常數電介質層，上述各可變介電常數電介質層具有開孔，上述開孔沿著相對于本相控陣天線的主面垂直的方向而形成，在與 該主面相反側的主面上具有其開口 。
8. 根據權利要求7所述的相控陣天線，其特征在于， 上述供電移相部在上述可變介電常數電介質層內包括1根傳播特性可變線路，在相對于傳播特性可變線路的中心相互對置的位置至少形成有1對 上述開口。
9. 根據權利要求7所述的相控陣天線，其特征在于， 上述供電移相部在上述可變介電常數電介質層內包括多根傳播特性可變線路，在多個傳播特性可變線路的外側的位置相互對置地至少形成有一對 上述開口。
10. 根據權利要求7~9中的任意一項所述的相控陣天線，其特征在于，上述開口設在將連接上述傳播特性可變線路的中心和該傳播特性可 變線路端的直線設為半徑的圓弧的外側的上述可變介電常數電介質層上。
11. 根據權利要求7~9中的任意一項所述的相控陣天線，其特征在于，上述開口設在上述可變介電常數電介質層內且從上述傳播特性可變 線路離開與在該傳播特性可變線路上傳播的電磁波的波長相當的距離的至少3倍的位置上。
12. 才艮據權利要求7~9中的任意一項所述的相控陣天線，其特征在于，上述可變介電常數電介質層由上述液晶或包含液晶的材料構成。
13. 根據權利要求12所述的相控陣天線，其特征在于， 上述可變介電常數電介質層是經由上述開口注入上述液晶或包含液晶的材料而成的。
全文摘要
本發明提供一種相控陣天線，實現在具有使用介電常數根據施加電場而變化的可變介電常數電介質來構成的可變移相器的相控陣天線中，在構成為將可變移相器分成右側、左側傾斜用的組并獨立地控制移相量的情況下，不需要成為不匹配的主要原因的直流阻斷元件，在波束傾斜時波束形狀的畸變少。具備具有將至少接地導體層(117)、絕緣體層(118)、主導體層(119)、可變介電常數電介質層(120)、副導體層(121)按照該順序層疊而形成的層疊構造的供電移相部(130)，在供電移相部中，在與主導體層上的線路面式重疊的區域，在副導體層上設置具有線路的傳播特性可變線路(105)。通過對主導體層和副導體層間施加電壓，使傳播特性可變線路部分的可變介電常數電介質的介電常數變化來控制傳輸特性。由此，不需要串聯插入供電線路的直流阻斷元件。
文檔編號H01Q3/30GK101283480SQ200680037870
公開日2008年10月8日 申請日期2006年10月11日 優先權日2005年10月11日
發明者平中弘一, 桐野秀樹, 畑山健 申請人:松下電器產業株式會社