相控阵天线的制作方法

专利名称：相控阵天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种相控阵天线。更详细而言涉及在具有使用介电常数根据施加电场而变化的可变介 电常数电介质来构成的可变移相器的相控阵天线中，能够实现即使在波 束倾斜时波束形状的畸形少、并可以维持高指向性增益的天线的技术。
背景技术：
l)首先，对背景技术l进行说明。以往，作为具有使用介电常数根据施加电场而变化的可变介电常数电介质来构成的可变移相器的相控阵天线，存在如下的天线通过将可 变移相器分成右侧倾斜用以及左侧倾斜用这2个组并相互独立地控制这 些的移相量，通过抑制向各天线元件分配的电力的偏差和移相的偏差， 从而即使在波束倾斜时不使尖锐波束形状畸变而可以维持高指向性增益 (例如参照专利文献1的图4 )。另外，以往，作为具有使用介电常数根据施加电场而变化的可变介 电常数电介质来构成的可变移相器的相控阵天线的构造，例如存在如下 的天线通过作为可变移相器内的前端开放线路的支撑绝缘体使用可变 介电常数电介质，构成传播特性可变线路，通过对传播特性可变线路导 体和接地导体之间施加电压，可以使传播特性可变线路的传输特性变化， 来控制可变移相器的移相量(例如参照专利文献2 )。另外，通过将可变移相器区域设为2层的微带线路构造，使用可变 介电常数电介质作为其中一层的支撑绝缘体，构成传播特性可变线路， 利用通孔来连接两层的线路导体间(参照专利文献1的实施方式1以及

图1)，或者利用电磁场结合来连接两层的线路导体间(参照专利文献l 的实施方式2以及图2 ),对传播特性可变线路导体和接地导体之间施加电压，从而可以使传播特性可变线路的传播特性变化来控制可变移相器 的移相量。此处，使用附图来说明上述以往的相控阵天线。图3是示出可变介电常数电介质的电场施加时的介电常数变化特性 的一个例子的图，图4是使用可变介电常数电介质的可变移相器的透视 图。一般，强电介质等可变介电常数电介质如图3所示具有介电常数根 据施加的电场而变化的性质。在使用该可变介电常数电介质来构成可变 移相器时，例如如图4所示，在导波路径用接地导体401上的导波5M圣 用绝缘体402上层叠有导波路径用导体的微带线路构造中，制作具有输 入输出线路403a、 403b的混合式耦合器404，并且向混合式耦合器404 的1对隔离端口连接相同长度的前端开放线路405，而仅在形成该前端开 放线路的导波路径用绝缘体406中使用可变介电常数电介质即可。此处，通过对可变移相器400的导波路径用导体403 ~ 405和接地导 体401之间施加偏置电压而由偏置电压所制成的电场(TEM模式)、和 在微带线路上传播的高频电力所制成的电场(准TEM模式)，这些的朝 向大致平行，所以前端开放线路405作为可以通过偏置电压对传播的高 频电力的传播特性进行控制的传播特性可变线路405发挥作用。另外，由于构成可变移相器400的导波路径用导体403~405全部为 直流地连接的连续导体，所以对于对可变介电常数电介质406上的导波 路径用导体405和导波路径用接地导体401之间施加的偏置电压，从这 些导波路径用导体上的任意位置输入即可。此处，形成有输入输出线路403以及混合式耦合器404的区域的导以作为高频电力的传播特性不、变化的传播特性固定线路发挥作用。在这样构成的可变移相器400中，从作为输入输出线路403的一方 的输入输出线路403a输入的高频信号经由混合式耦合器404输出到2个 传播特性可变线路405。由2个传播特性可变线路405的开放前端反射的 高频信号接受反映出所施加的偏置电压的传播相位延迟并再次输入到混合式耦合器404，通过了混合式耦合器404的高频信号在另 一方的输入输 出线路403b中相互合成并输出。另外，在从另 一方的输入输出线路403b输入来高频信号的情况下， 仅是输入输出反转，高频信号接受同样的传播相位延迟并输出到一方的 输入输出线路403a。而且，传播特性可变线路405经由混合式耦合器404还与输入输出 线路403直流地连接，所以即使将多个可变移相器400相互串联地连接 来使用的情况下，通过对相互连接的多个可变移相器所连续的导波路径 用导体上的任意位置施加偏置电压，对所有的可变移相器同时施加相同 偏置电压，由此可以实现偏置电路的结构简单的多级可变移相器。接下来，以下示出使用上述的可变移相器的相控阵天线的原理。图5示出使用上述的可变移相器的相控阵天线的原理。以下，对将本天线用于接收时的动作进行说明。W1 W4表示向天线到达的到达波的波面，各波面在如从Wl向 W2、从W2向W3、从W3向W4那样在空间中传播的期间，分别接受 ①的移相(传播相位延迟)。在此，当着眼于波面W1时，由天线元件501接收的信号分量在空 间中不接受移相，而在供电移相部500内，通过了 3个可变移相器505、 506、 507,逐次接受①移相，以合计3①的移相量到达供电端子509。另外，由天线元件502接收的信号分量在空间中从Wl向W2的位 置传播的期间，接受①的移相，在供电移相部500内，通过了 2个可变 移相器506、 507，逐次接受①，以合计3屯的移相量到达供电端子509。另外，由天线元件503接收的信号分量在空间中从Wl向W3的位 置传播的期间，接受2①的移相，在供电移相部500内，通过了 1个可 变移相器508，接受①的移相，以合计3①的移相量到达供电端子509。进而，由天线元件504接收的信号分量在空间中从Wl向W4的位 置传播的期间，接受3①的移相，在供电移相部500内，1个可变移相器 也不通过，所以不接受移相，而以合计3①的移相量到达供电端子509。即，上述的相控阵天线具有在供电端子509中以同相合成具有波面Wl的到达电波的功能，由此在图中用0表示的到达方向上形成主波束。 即，作为在用0表示的到来方向上具有指向性的天线来动作。而且，供电移相部500内的移相器505 ~ 508是具有完全相同特性的 可变移相器，所以相对于相同控制电压取得相同移相量，由此即使对任 意的控制电压值，也具有l个主波束。进而，供电电路部500由直流地 连接的连续导体构成，所以可以通过1个偏置电压510，改变主波束方向。另夕卜，从图5可知，主波束方向0才艮据可变移相器的移相量O和天 线元件间隔d，满足<formula>formula see original document page 8</formula> €>/d )的关系。接下来，作为通过一边具有上述的波束控制的原理一边将可变移相 器分成右侧倾斜用以及左侧倾斜用这2个组并相互独立地控制移相量来 抑制向各天线元件分配的电力的偏差和移相的偏差，由此即使在波束倾 斜时也不使尖锐的波束形状畸变而可以维持高指向性增益的方式的例 子，针对专利文献1的图4所示的相控阵天线，使用图6来进行说明。图6是专利文献1的图4中公开的相控阵天线的可变移相器的配置 图，在图中，600为供电移相部，601为供电端子，602 (602a 602d) 为右侧倾斜用的可变移相器组，603 (603a~603d)为左侧倾斜用的可变 移相器组，604为右侧倾斜用偏置电压，605为左侧倾斜用偏置电压，606 ,(606a~606d)为天线元件，607为用于4吏高频信号通过并分离右侧倾 斜用偏置电压和左侧倾斜用偏置电压的直流阻断元件，608为用于对各可 变移相器施加偏置电压并阻断高频信号的高频阻断元件。在上述的图5所示的相控阵天线的原理中，可变移相器配置成左右 非对称，在该结构中，从供电端子到各天线元件之间设置的可变移相器 ;的个数不同，另外，在各可变移相器中，存在基于电介质损耗、导体损 耗产生的通过损耗、进而基于不匹配产生的反射损耗，所以造成在对各 天线元件分配的电力和移相中产生偏差，难以取得左右对称波束形状。作为解决该问题的方法，在图6所示的与专利文献1的图4相同的 结构中，将从供电端子601到各天线元件606a ~ 606d之间设置的可变移相器，针对所有路径设置同一种类且相同数量，并且使可变移相器的配置^:为左右对称。而且，针对波束控制，采用将全部可变移相器分成右侧倾斜用的可 变移相器以及左侧倾斜用的可变移相器这2个组、并通过独立的偏置电压604和605来控制各组的方法。另外，从图6可知，当将右侧倾斜用可变移相器的移相量设为①R， 并将左侧倾斜用可变移相器的移相量设为①L时，波面Wl在到达供电 端子601之前，在空间中和供电移相部600内接受的移相量的合计，对于由天线元件606a接收的分量为Ox (①R-①L)[空间中l+3乂必11 + (^€>14供电移相部内=3€>R 对于由天线元件606b接收的分量为lx (①R-①L)[空间中+2乂0>11 + ^必14供电移相部内=30>R 对于由天线元件606c接收的分量为2x (OR-①L)[空间中+ lxOR + 2xOL[供电移相部内-3①R 对于由天线元件606d接收的分量为3x (①R-OL)[空间中+(^011 + 3乂01^[供电移相部内=3<DR, 全部以30>R同相合成，所以与图5的情况同样地，主波束方向0 在将天线元件间隔设为d时，满足 O = arccos ((抓-肌)/d) 的关系。接下来，使用图7来说明具有上述的原理的专利文献2以及专利文 献l的相控阵天线的构造。图7 (a)是专利文献2所公开的基于多层构造的相控阵天线的平面 图和剖面图。在图7 (a)中，位于图中最上侧的部分是示出^L射面一侧观察天 线的状态的平面图。以下，示出朝向图中的下侧依次表示在平面图的A -A线、B-B线、C-C线处切断天线时的剖面的状态的A-A线剖面 图、B-B线剖面图、C-C线剖面图。即，将A-A线剖面图、B-B线剖面图、C-C线剖面图是将专利文献2的图4所示的有源相控阵天线的剖面图分为针对各区域的每一个 的剖面来更详细表示的图。另外，图7 (a)中的平面图是仅抽出图6的虚线部609区域的图， 平面图的表示方向为将图6沿着顺时针方向旋转90度的朝向。进而，在该平面图中，用虚线示出包含在图6所示的移相器602中 的、即与图4所示的混合式耦合器404、传播特性可变线路405对应的图 案704、 705、以及与图6所示的直流阻断元件607对应的图案706、进 而与图6所示的高频阻断元件608对应的图案707。另外，在该平面图中，708表示天线元件，709表示输入端子，710 表示偏置端子、711表示供电线路图案，712表示供电线路图案711和天 线元件708的结合窗，这些区域与混合式耦合器704的区域一起成为即 使被施加偏置电压、针对高频的传播特性也不会变化的传播特性固定线 路。另一方面，在图7 (a)的A-A线剖面图、B-B线剖面图、C-C 线剖面图中示出构成天线的层构造和其部件种类(结构部件)。在这些A-A线剖面图、B-B线剖面图、C-C线剖面图中，713~ 716构成用于构成天线部的平面导波路径构造，713为天线元件支撑用的 绝缘体层，714为成为天线元件的导体层，715为为了构成平面导波路径 构造而所需的绝缘体用的空气层,716为为了构成平面导波路径构造而所 i需的接地导体层。另外，716~719构成用于构成供电移相部的平面导波路径构造，716 为为了构成平面导波路径构造而所需的接地导体层，其与天线部共用。 另外，717为为了构成平面导波路径构造而所需的绝缘体用的空气层，718 为成为供电移相部的各图案的导体层，719为供电移相部图案支撑用的绝 ;缘体层，720为传播特性可变线路用的可变介电常数电介质。另外，对于714、 716、 718这3个导体层，为了易于得知各层的图 案形状，在图7 (b)中针对各层中的每一层独立表示。在上述那样构成的专利文献2公开的相控阵天线中，如A-A线剖 面图、B-B线剖面图、C-C线剖面图所示，由绝缘体层713、导体层714、空气层715、接地导体层716这4层构成天线部用的第1倒置型(另 称悬吊型)微带构造，由接地导体层716、空气层717、导体层718、 绝缘体层719这4层来构成供电移相部用的第2倒置型微带构造。另外，如平面图所示，天线元件708 (A-A线剖面图中的714)和 供电线路图案711 (A-A线剖面图中的718)经由由天线部和供电移相 部共用的接地导体层716上形成的结合窗712 (A - A线剖面图中的结合 窗721)相互在电磁场上结合，进行高频电力的交接。进而，对于偏置电压，通过将其施加到在导体层718上制作的偏置 端子710和接地导体层716之间，经由高频阻断元件图案707、供电线路 图案711、混合式耦合器图案704施加到传播特性可变线路705。而且，由于在传播特性可变线路705上传播的高频电力所制成的电 场(准TEM模式)和偏置电压所制成的电场(TEM模式)的朝向相互 大致平行，所以可以通过偏置电压来对在传播特性可变线路705上传播 的高频电力的传播特性进4亍控制。另外，图8 (a)是专利文献l的实施方式l公开的基于多层构造的 相控阵天线的平面图和剖面图。在图8(a)中，位于图中最上侧的部分是示出M射面一侧观察天 线的状态的平面图。以下，示出向图中的下侧依次表示在平面图的A-A 线、B-B线、C-C线处切断天线时的剖面的状态的A-A线剖面图、 ,B-B线剖面图、C-C线剖面图。即，将A-A线剖面图、B-B线剖面图、C-C线剖面图是将专利 文献2的图1所示的有源相控阵天线的加上天线部的构造的剖面分为各 区域的每一个剖面分开来更详细表示的图。此处，对于图8 (a)中的平面图的表示区域，与图7的表示区域相;同。另外，在该平面图中，用虛线示出混合式耦合器的图案804、传播特 性可变线路的图案805、直流阻断元件的图案806、高频阻断元件的图案 807。另外，在该平面图中，808表示天线元件，809表示输入端子，810表示偏置端子、811表示供电线路图案，812表示供电线路图案811和天 线元件808的结合窗，813表示连接供电线路图案811和传播特性可变线 路图案805的通孔，这些区域与混合式耦合器804的区域一起成为即使 被施加偏置电压、针对高频的传播特性也不会变化的传播特性固定线路。另一方面，在图8 (a)的A-A线剖面图、B-B线剖面图、C-C 线剖面图中示出构成天线的层构造和其结构部件。在这些A-A线剖面图、B-B线剖面图、C-C线剖面图中，814~ 817构成用于构成天线部的平面导波路径构造，814为天线元件支撑用的 绝缘体层，815为成为天线元件的导体层，816为为了构成平面导波路径 构造而所需的绝缘体用的空气层，817为为了构成平面导波路径构造而所 需的接地导体层。另外，819~821构成用于构成传播特性可变线路以外的供电移相部 的平面导波路径构造，819为成为传播特性可变线路以外的供电移相部的 各图案的导体层，820为为了构成平面导波路径构造而所需的绝缘体用的 电介质层，821为为了构成平面导波路径构造而所需的接地导体层。进而，821 ~ 823构成用于构成传播特性可变线路的平面导波路径构 造，821为为了构成平面导波路径构造而所需的接地导体层，其与供电移 相部共用。822为为了构成平面导波路径构造而所需的可变介电常数电介 质层，823为制作传播特性可变线路的导体层。另外，818为作为相互连接天线部的平面导波路径构造和供电移相部 的平面导波路径构造的中间层的空气层。另外，对于815、 817、 819、 821、 823这5个导体层，为了易于得 知各层的图案形状，在图8(b)中针对各层中的每一层独立表示，在上述那样构成的专利文献1的实施方式1 7>开的相控阵天线中， 如A-A线剖面图、B-B线剖面图、C-C线剖面图所示，由绝缘体层 814、导体层815、空气层816、接地导体层817这4层构成天线部用的 第l倒置型(另称悬吊型)微带构造，由导体层819、电介质层820、 接地导体层821这3层来构成传播特性可变线路以外的供电移相部用的 第2微带构造，进而由接地导体层821、可变介电常数电介质层822、导体层823这3层构成传播特性可变线路用的笫3微带构造。另外，如平面图所示，天线元件808 (A-A线剖面图中的815)和 供电线路图案811 (A-A线剖面图中的819)经由在天线部的接地导体 层817上形成的结合窗812 (A-A线剖面图中的824)相互在电磁场上 结合，进行高频电力的交接，进而供电线路图案811 (A-A线剖面图中 的819)和传播特性可变线路图案805 (C-C线剖面图中的823)经由 通孔813 (B-B线剖面图中的825)结合。进而，对于偏置电压，通过将其施加到在导体层819上制作的偏置 端子810和接地导体层821之间，经由高频阻断元件图案807、供电线路 图案811、混合式耦合器图案804施加到传播特性可变线路805上。而且，由于在传播特性可变线路805上传播的高频电力所制成的电 场(准TEM模式)和偏置电压所制成的电场(TEM模式)的朝向相互 大致平行，所以可以通过偏置电压对在传播特性可变线路805上传播的 高频电力的传播特性进行控制。另外，图9 (a)是专利文献l的实施方式2公开的基于多层构造的 相控阵天线的平面图和剖面图。在图9 (a)中，位于图中最上侧的部分是示出M射面一侧观察天 线的状态的平面图。以下，示出向图中的下侧依次表示在平面图的A-A 线、B-B线、C-C线处切断天线时的剖面的状态的A-A线剖面图、 B-B线剖面图、C-C线剖面图。即，A-A线剖面图、B-B线剖面图、C-C线剖面图是对专利文 献2的图2所示的移相器的构造加上天线部的构造，并分为各区域的每 一个剖面分开来更详细表示的图。此处，对于平面图的表示区域，与图7的表示区域相同。另外，在平面图中，用虚线示出混合式耦合器的图案卯4、传播特性 可变线路的图案卯5。进而，在平面图中，906表示天线元件，907表示输入端子，卯8表 示偏置端子、卯9表示供电线路图案，910表示供电线路图案909和天线 元件906的结合窗，911表示与直流阻断元件对应的图案，912表示将直流阻断元件图案911和传播特性可变线路图案905相互在电磁场上结合 的结合窗，913表示与高频阻断元件对应的图案，这些区域与混合式耦合 器卯4的区域一起成为即使被施加偏置电压、针对高频的传播特性也不 会变化的传播特性固定线路。另一方面，在图9 (a)的A-A线剖面图、B-B线剖面图、C-C 线剖面图中示出构成天线的层构造和其构成部件。在这些A-A线剖面图、B-B线剖面图、C-C线剖面图中，914~ 917构成用于构成天线部的平面导波路径构造，914为天线元件支撑用的 绝缘体层，915为制作天线元件的导体层，916为为了构成平面导波路径 构造而所需的绝缘体用的空气层,917为为了构成平面导波路径构造而所 需的接地导体层。进而，919 ~ 921构成用于构成传播特性可变线路以外的供电移相部 的平面导波路径构造，919为制作传播特性可变线路以外的供电移相部的 各图案的导体层，920为为了构成平面导波路径构造而所需的绝缘体用的 电介质层，921为为了构成平面导波路径构造而所需的接地导体层。进而，921 ~ 923构成用于构成传播特性可变线路的平面导波路径构 造，921为为了构成平面导波路径构造而所需的接地导体层，其与供电移 相部共用。922为为了构成平面导波路径构造而所需的可变介电常数电介 质层，923为制作传播特性可变线路的导体层。另外，918为作为连接天线部的平面导波路径构造和供电移相部的平 面导波路径构造的中间层的空气层。另外，对于915、 917、 919、 921、 923这5个导体层，为了易于得 知各层的图案形状，在图9 (b)中针对各层中的每一层独立表示。在上述那样构成的专利文献1的实施方式2 />开的相控阵天线中， 如A-A线剖面图、B-B线剖面图、C-C线剖面图所示，由绝缘体层 914、导体层915、空气层916、接地导体层917这4层构成天线部用的 第l倒置型(另称悬吊型)微带结构，由导体层919、电介质层920、 接地导体层921这3层来构成传播特性可变线路以外的供电移相部用的 第2微带构造，进而由接地导体层921、可变介电常数电介质层922、导体层923这3层构成传播特性可变线路用的第3微带构造。另外，如平面图所示，天线元件906 (A-A线剖面图中的915)和 供电线路图案909 (A-A线剖面图中的919)经由在天线部的接地导体 层917上形成的结合窗910 (A-A线剖面图中的924)相互在电磁场上 结合，进行高频电力的交接，进而对于供电线路图案909 (A-A线剖面 图中的919)和传播特性可变线路图案905 (C-C线剖面图中的923)， 经由为了构成平面导波路径构造而所需的接地导体层921(与供电移相部 共用)上形成的结合窗912 (B - B线剖面图中的926 )，与直流阻断元件 对应的图案911 (B - B线剖面图中的925 )和传播特性可变线路图案卯5 (C - C线剖面图中的923 )相互在电磁场上结合，阻断作为可变移相器 的控制电压的直流(偏置电压)，并且进行高频电力的交接。进而，对于偏置电压，通过将其施加到在导体层923上制作的偏置 端子908和接地导体层921之间，经由高频阻断元件图案913施加到传 播特性可变线路905。而且，由于在传播特性可变线路卯5上传播的高频电力所制成的电 场(准TEM模式)和偏置电压所制成的电场(TEM模式)的朝向相互 大致平行，所以可以通过偏置电压对在传播特性可变线路905上传播的 高频电力的传播特性进行控制。2)接下来，对背景技术2进行说明。使用介电常数根据施加电场而变化的可变介电常数电介质来构成的 可变移相器成为其可变介电常数电介质可视为电介质M而得到的微带 线路。通过对这样微带线路和成为地导体(地面)的金属电极之间施加 控制电压，可变介电常数电介质的分子的定向发生变化。在该情况下，在可变介电常数电介质中存在基于分子定向产生的介 电各向异性，所以当分子的定向发生变化时，与在微带线路上传播的电 磁波相对的介电常lt良生变化。电磁波在长度1的微带线路上传播时的 基于传播延迟的相位延迟①通过式(1)来表示。<formula>formula see original document page 15</formula>其中，seff:微带线路的等价介电常数f:在微带线路上传播的电磁波的频率 c:真空中的光的速度作为具有该可变移相器的以往的相控阵天线，存在如下的天线通 过将可变移相器分成右侧倾斜用以及左侧倾斜用这2个组并独立地控制 这些的移相量，抑制向各天线元件分配的电力的偏差和移相的偏差，由 此即使在波束倾斜时也不使尖锐波束形状畸变而可以维持高指向性增益 (例如参照专利文献l)。另外，作为具有使用介电常数根据施加电场而变化的可变介电常数 电介质来构成的可变移相器的相控阵天线的构造，例如存在如下的天线 的构造通过作为可变移相器内的前端开放线路的支撑绝缘体，使用可 变介电常数电介质来构成传播特性可变线路，通过对传播特性可变线路 导体和接地导体之间施加电压，可以使传播特性可变线路的传输特性变 化，来控制可变移相器的移相量(例如参照专利文献2)。进而，将可变移相器区域设为2层的微带线路构造，并作为一方的用通孔来连接两层的线路导体间，或者利用电磁场结合来连接两层的线 路导体间，通过对传播特性可变线路和接地导体之间施加电压，可以使 传播特性可变线路的电磁波产生相位延迟，来控制可变移相器的移相量(例如参照专利文献l)。另一方面，利用向列型液晶作为可变介电常数电介质的可变移相器 作为微波带可变移相器，已经在D.Dolfi， M. Labeyrie， P. Joffre and P. Huiqard中作出报告(参照非专利文献1 )。在本非专利文献l中，示出如下的技术将向列型液晶夹入2张陶 资基板间，通过对在一方的陶资基板上形成的主导体(线路)和在另一 方的陶瓷M上形成的地导体之间施加控制电压，通过使在由上述向列 型液晶构成的微带线路上传播的电磁波产生相位延迟，从而可以实现移 相器。在该移相器中，为了以预定的时间间隔对放射波束进行扫描，需要 使液晶的介电常数以预定的速度发生变化。存在如下的方法为了使电压断开时的液晶分子的电压响应性提高， 在可变移相器中，代替作为在液晶显示装置的领域中公知的液晶，通过 在2个基板上的导体间配置使液晶在树脂中分散的树脂复合体，实现该 目的(例如参照专利文献3)。另外，存在如下的例子将包含液晶的可变移相器设为谐振器型移 相器，通过向平板状部件或多孔质膜浸渍液晶的纤维电介质来构成该液 晶层(例如参照专利文献4)。在使用可变介电常数电介质来构成可变移相器时，例如如图19所示， 在导波路径用接地导体401上的导波路径用绝缘体402上层叠有导波路 径用导体的微带线路构造中，制作具有输入输出线路403a、 403b的混合 式耦合器404 ，并且向混合式耦合器404的1对隔离端口连接相同长度的 前端开放线路405，仅在形成该前端开放线路的区域的导波路径用绝缘体 406中使用可变介电常数电介质即可。此处，通过对可变移相器400的导波路径用导体403~405和接地导 体401之间施加偏置电压，由于对于偏置电压所制成的电场(TEM模式) 和在微带线路上传播的电磁波所制成的电场(准TEM模式)它们的朝 向大致平行，所以前端开放线路405作为可以通过偏置电压对传播的电 磁波的相位进行控制的传播特性可变线路405发挥作用。在这样构成的可变移相器400中，从输入输出线路403的一方的输 入输出线路403a输入的电磁波经由混合式耦合器404输出到2个传播特 性可变线路405。由2个传播特性可变线路405的开放前端反射的电磁波 接受反映出所施加的偏置电压的传播相位延迟并再次输入到混合式耦合 器404中，通过了混合式耦合器404的电磁波在另一方的输入输出线路 403b中相互合成并输出。而且，传播特性可变线路405经由混合式耦合器404还与输入输出 线路403直流地连接，所以即使在相互串联地连接多个可变移相器400 来使用的情况下，通过对相互连接的多个可变移相器所连续的导波路径 用导体上的任意位置施加偏置电压，对所有的可变移相器同时施加相同 的偏置电压，由此可以实现偏置电路的结构筒单的多级可变移相器。专利文献l专利文献2 专利文献3 专利文献4日本特开2004 - 23228号公报 曰本特开2000 - 236207号公才艮 曰本特开2000 - 315卯2号 >报 日本特开2003 - 17912号7>净艮 非专利文献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，在上述背景技术1叙述的以往的相控阵天线的结构中，存在 难以即使在波束倾斜时也不会使波束形状畸变而确保高指向性增益的课 题l。即，在上述以往的相控阵天线中，为了以左右对称的波束形状来实 现高指向性增益，构成为如图6所示那样将可变移相器分成右侧倾斜用 的可变移相器组和左侧倾斜用的可变移相器组，由此可以相互独立地控 制移相量，但为了直流地分离两个偏置电压，在专利文献2以及专利文 献1的实施方式1公开的供电移相部中，在供电线路图案上需要直流阻 断元件用的图案。另外，在专利文献l的实施方式2公开的供电移相部断元件用的图案。但是，在这些情况下，由于在使高频信号传播的线路上插入多个的 直流阻断元件中的不匹配累积，所以即使将供电移相部设计成使波束倾 斜量成为零、即当波束处于正面方向时具有高指向性增益，其也只不过 是通过元件的追加或线路参数的最佳化来消除单纯地基于直流阻断元件 的不匹配累积，所以如果在波束倾斜时不匹配累积状态发生变化时，则 不匹配累积的消除状态被破坏，由此造成波束形状畸变而难以维持高指 向性增益。另外，本发明者在对上述背景技术2中说明的以往技术进行研究的 结果，发现以下的问题点(课题2)。作为以往的可变移相器，在将液晶、或包含液晶的材料、即液晶和 树脂的复合体、或者使液晶浸渍在平板状部件或多孔质膜的纤维电介质作为可变介电常数电介质层使用的情况下，需要一样地向可变介电常数 电介质层注入液晶，但在上述背景技术中完全没有示出可以实现该点的 对策。因此，在将上述背景技术直接实施时，存在如下问题相位特性产 生偏差，在多个可变移相器的可变介电常数特性中产生偏差，在波束倾 斜时波束形状发生畸变、波束指向性降低。具体而言，在向成为可变移相器的容器注入液晶时，如果气泡进入 并在该状态下施加电场，则气泡根据电场而移动，所以在各可变移相器 的相位特性中产生偏差。另外，在对液晶进行定向处理的情况下，在注 入后无法使其方向成为恒定。另外，在形成液晶和树脂的复合体的情况 下，存在无法以相同比例实现其反应的问题。这样，为了在具有多个使用介电常数根据施加电场而变化的可变介 电常数电介质来构成的可变移相器的相控阵天线中，实现即使在波束倾 斜时波束形状的畸变少、并可以维持高指向性增益的天线，需要 第一，将供电移相部设为多个孤立的可变介电常数电介质层； 第二，形成具有相同的可变介电常数特性的可变移相器。 另外，对于可变介电常数电介质的材料的特性，优选为低介电损耗 的材料。进而，优选为可变介电常数电介质和作为通常的基板的固定介 电常数电介质的电磁耦合性好的材料、即可变介电常数电介质的介电常 数接近于a的介电常数的材料。对可变介电常数电介质施加的电压还 依赖于实际的天线用途，但优选为可以通过100V以下的低电压驱动来改 变介电常数的材料。发明内容本发明是为了解决上述以往的课题1而完成的，其目的在于提供一 种相控阵天线，具有使用介电常数根据施加电场而变化的可变介电常数 电介质来构成的可变移相器，其中，在为了实现高指向性增益而构成为 如图6所示那样将可变移相器分成右侧倾斜用的可变移相器组和左侧倾 斜用的可变移相器组并相互独立地控制移相量的情况下，不需要成为不匹配的主要原因的直流阻断元件，由此在波束倾斜时波束形状的畸变少， 并可以维持高指向性增益。另外，本发明是为了解决上述以往的课题2而完成的，其目的在于 提供一种相控阵天线，在作为构成相控阵天线的多个可变移相器的施加 电压可变介电常数电介质，特别使用液晶、或包含液晶的材料、例如液 晶或无机材料的复合体、或液晶和作为有机材料的树脂的复合体、或使 液晶浸渍平板状部件或多孔质膜的纤维电介质的结构中，降低多个可变 移相器间的可变介电常数电介质层的介电常数的偏差，在波束倾斜时波 束形状的畸变少，可以维持高指向性增益。为了解决上述以往的课题1 ，本申请的第1方面的发明涉及的相控阵 天线具有使用可变介电常数电介质来构成的可变移相器，其中所述可变 介电常数电介质的介电常数根据施加电场而变化，该相控阵天线的特征 在于，具备供电移相部，该供电移相部具有将至少接地导体层、绝缘体 层、主导体层、可变介电常数电介质层、副导体层按照该顺序层叠而形 成的层叠构造。另外，本申请的第2方面的发明涉及的相控阵天线的特征在于，在 第1方面记载的相控阵天线中，上述供电移相部具有传播特性固定线 路，不使高频电力的传播特性变化；以及传播特性可变线路，使高频电 力的传播特性可变化。另外，本申请的第3方面的发明涉及的相控阵天线的特征在于，在 第2方面记载的相控阵天线中，上述传播特性固定线路在与上述主导体 层上设置的线路相当的上述副导体层上的区域不具有线路，把在该主导 体层上设置的线路上传播的高频电力制成的电场集中在上述主导体层和 上述接地导体层之间来传播，上迷传播特性可变线路在与上述主导体层 上设置的线路相当的上述副导体层上的区域具有线路，把在该主导体层 上设置的线路上传播的高频电力制成的电场分配在上述主导体层和上述 接地导体层间、以及上述主导体层和上述副导体层间来传播，在上述主连续的导体,另外，本申请的第4方面的发明涉及的相控阵天线的特征在于，在 第3方面记载的相控阵天线中，上述传播特性可变线路通it^t上述主导 体层和上述副导体层间施加偏置电压，使构成上述可变介电常数电介质 层的可变介电常数电介质的介电常数变化来对高频电力的传播特性进行 控制。另外，本申请的第5方面的发明涉及的相控阵天线的特征在于，在 第1方面记载的相控阵天线中，上述可变介电常数电介质层由液晶或包 含液晶的材料构成。另外，本申请的第6方面的发明涉及的相控阵天线的特征在于，在 第1方面记载的相控阵天线中，上述层叠构造在上述副导体层的与上述 可变介电常数电介质层相反侧具有第2绝缘层，在形成于上述绝缘层以 及上述第2绝缘层之间的密闭的空间内保持有上述可变介电常数电介质 层。另夕卜，为了解决上述以往的课题2，本发明的第7方面的发明涉及的 相控阵天线使用可变介电常数电介质来构成，所述可变介电常数电介质 的介电常数根据施加电场而变化，该相控阵天线的特征在于，具备供电 移相部，该供电移相部具有将至少接地导体层、绝缘体层、传播特性可 变线路、可变介电常数电介质层、偏置电极层按照该顺序层叠而形成的 层叠构造，上述供电移相部包括多个孤立的可变介电常数电介质层，上 述各可变介电常数电介质层具有开孔，上述开孔沿着相对于W目控阵天 线的主面垂直的方向而形成，在与该主面相反侧的主面上具有其开口。另外，本发明的第8方面的发明涉及的相控阵天线的特征在于，在 第7方面记载的相控阵天线中，上述供电移相部在上述可变介电常数电 介质层内包括1根传播特性可变线路，在相对于传播特性可变线路的中 心相互对置的位置至少形成有1对上述开口。另外，本发明的笫9方面的发明涉及的相控阵天线的特征在于，在 第7方面记载的相控阵天线中，上述供电移相部在上述可变介电常数电 介质层内包括多根传播特性可变线路，在多个传播特性可变线路的外侧 的位置相互对置地至少形成有一对上述开口。另外，本发明的第IO方面的发明涉及的相控阵天线的特征在于，在 第7~9的任意一个方面记载的相控阵天线中，上述开口设在将连接上迷 传播特性可变线路的中心和该传播特性可变线路端的直线设为半径的圆 弧的外侧的上述可变介电常数电介质层上。另外，本发明的第ll方面的发明涉及的相控阵天线的特征在于，在 第7~9的任意一个方面记载的相控阵天线中，上述开口设在上述可变介线路上传播的电磁波的波长相当的J巨离;至少3;的位置上。 P '另外，本发明的第12方面的发明涉及的相控阵天线的特征在于，在 第7~11的任意一个方面记载的相控阵天线中，上述可变介电常数电介 质层由上述液晶或包含液晶的材料构成。另外，本发明的第13方面的发明涉及的相控阵天线的特征在于，在 第12方面记载的相控阵天线中，上述可变介电常数电介质层是经由上述 开口注入上述液晶或包含液晶的材料而成的。根据本发明，在具有使用介电常数根据施加电场而变化的可变介电 常数电介质来构成的可变移相器的相控阵天线中，在为了实现高指向性 增益而构成为针对右侧倾斜用的可变移相器组和左侧倾斜用的可变移相 器组可以相互独立地控制移相量的情况下，不需要成为不匹配的主要原 因的用于直流地分离2个偏置电压的直流阻断元件，由此能够实现在波 束倾斜时波束形状的畸变少，并可以维持高指向性增益的天线。另外，根据本发明，在具有使用介电常数根据施加电场而变化的可 变介电常数电介质来构成的可变移相器的相控阵天线中，向构成相控阵 天线的可变移相器的可变介电常数电介质层，通过真空注入法或毛细管 注入法来注入液晶或包含液晶的复合材料，所以可以向成为可变介电常 数电介质层的液晶容器内均匀地注入液晶或包含液晶的复合材料，由此， 可以抑制可变介电常数电介质层的介电常数的偏差，具有能够实现在波 束倾斜时波束形状的畸变少，并可以维持高指向性增益的效果。图l(a)是本发明的实施方式l的相控阵天线的平面图以及剖面图。 图l(b)是本发明的实施方式l的相控阵天线的各导体层的平面图。 图1 (c)是本发明的实施方式1的相控阵天线的主导体层和副导体
层附近的电场分布图。
图2 U)是本发明的实施方式2的相控阵天线的平面图以及剖面图。 图2 (b)是本发明的实施方式2的相控阵天线的主导体层和副导体
层附近的电场分布图。
图3是示出可变介电常数电介质的特性例子的图。
图4是示出移相器的原理的图。
图5是示出相控阵天线的原理的图。
图6是示出高增益相控阵天线的移相器的配置的图。
图7 (a)是专利文献2中示出的以往的相控阵天线的平面图以及剖面图。
图7 (b)是专利文献2中示出的以往的相控阵天线的各导体层的平 面图。
图8 (a)是专利文献l的技术方案l中示出的以往的相控阵天线的 平面图以及剖面图。
图8 (b)是专利文献l的技术方案1中示出的以往的相控阵天线的 各导体层的平面图。
图9 (a)是专利文献l的技术方案2中示出的以往的相控阵天线的 平面图以及剖面图。
图9 (b)是专利文献l的技术方案2中示出的以往的相控阵天线的
各导体层的平面图。
图10是本发明的实施方式3的相控阵天线的平面图。 图11是本发明的实施方式3的可变移相器的平面图。 图12是本发明的实施方式4的针对每个传播特性可变线路设置液晶
注入孔的可变移相器的平面图。
图13是示出本发明的实施方式3的相控阵天线的整体概要的剖面图。图14是示出本发明的实施方式3的图10的各剖面的图。
图15是示出本发明的实施方式3的相控阵天线的制造方法的剖面
图16是本发明的实施方式5的可变移相器的平面图。 图17是示出本发明的实施方式5的可变移相器的另一例子的图。 图18是示出本发明的实施方式5的可变移相器的又一例子的图。 图19是用于说明可变移相器的动作原理的图。
标号说明
04混合式耦合器
05传播特性可变线路
06天线元件
07输入端子
08偏置端子
09供电线路
10偏置线路
11偏置电压供给通孔
12通孔用焊盘
13结合窗
14绝缘体层
15导体层
16绝缘体用的空气层
17接地导体层
18绝缘体用的空气层
19主导体层
20可变介电常数电介质层
21副导体层
22绝缘体层
23导体层124结合窗
125在主导体层上传播的高频电力制成的电场
126在主导体层和副导体层上传播的高频电力制成的电场
130供电移相部
204混合式耦合器
205传播特性可变线路
206天线元件
207输入端子
208偏置端子
209供电线路
210偏置线路
211偏置电压供给通孔
212通孔用焊盘
213结合窗
214绝缘体层
215导体层
216绝缘体用的空气层 217接地导体层 218绝缘体层 219主导体层
220可变介电常数电介质层 221副导体层 222绝缘体层 223导体层 224结合窗
225在主导体层上传播的高频电力制成的电场
226在主导体层和副导体层上传播的高频电力制成的电场
230供电移相部
240隔片250空间
401导波路径用接地导体 402导波路径用绝缘体 403输入输出线路 404混合式耦合器 405前端开放线路
406前端开放线路的导波路径用绝缘体
500供电移相部
501 ~ 504天线元件
505 ~ 508可变移相器
509供电端子
510偏置电压
600供电移相部
601供电端子
602右侧倾斜用的可变移相器组 603左侧倾斜用的可变移相器组 604右侧倾斜用偏置电压 605左侧倾斜用偏置电压 606天线元件 607直流阻断元件 608高频阻断元件
609图1、图2、图7、图8、图9中提出的区域
704混合式耦合器
705传播特性可变线路
706直流阻断元件
707高频阻断元件
708天线元件
709输入端子
710偏置端子711供电线路 712结合窗 713绝缘体层 714导体层
715绝缘体用的空气层
716接地导体层
717绝缘体用的空气层
718导体层
719绝缘体层
720可变介电常数电介质
721结合窗
804混合式耦合器
805传播特性可变线路
806直流阻断元件
807高频阻断元件
808天线元件
809输入端子
810偏置端子
811供电线路
812结合窗
813通孔
814绝缘体层
815导体层
816绝缘体用的空气层 817接地导体层 818空气层 819导体层
820绝缘体用的电介质层 821接地导体层822可变介电常数电介质层
823导体层
824结合窗
825通孔
卯4混合式耦合器
卯5传播特性可变线路
906天线元件
907输入端子
卯8偏置端子
909供电线路
910结合窗
911直流阻断元件
912结合窗
913高频阻断元件
914绝缘体层
915导体层
916绝缘体用的空气层
917接地导体层
918空气层
919导体层
920电^h质层
921接地导体层
922可变介电常数电介质层
923导体层
924结合窗
925直流阻断元件
926结合窗
110输入端子
111供电线路112混合式耦合器 113天线元件 114结合窗
115传播特性可变线路
116偏置电压供给通孔
117通孔用焊盘
118副导体(偏置电极面)
119偏置线路
120偏置端子
121可变介电常数电介质层
122开口
123第2开口
124传播特性可变线路端
130第1绝缘体层
131导体层(天线元件)
132结合窗
133第2绝缘体层
134接地导体层
135传播特性固定线路
136第3绝缘体层
137传播特性可变线路
138可变介电常数电介质层
139副导体层(偏置线路)
140偏置电压供给通孔
141通孔用焊盘
142在第2绝缘体层中与可变介电常数电介质层相接的面 143在第3绝缘体层中与可变介电常数电介质层相接的面 144开孔
215传播特性可变线路250第l开口中心251第2开口中心260第1传播特性可变线路端261第2传播特性可变线路端262第3传播特性可变线路端264第4传播特性可变线路端270连接第1开口的中心250和交点260的直线271连接第1开口的中心250和交点261的直线272连接第1开口的中心250和交点262的直线273连接第1开口的中心250和交点263的直线280连接第1开口 122的中心250和第2开口 123的中心251的直线281将第1开口 122的中心250和交点263设为半径，可变介电常 数电介质层121内的圆弧曲线 301供电口 302第l可变移相器 303第2可变移相器 304天线贴片 305开口 (注入孔) 306可变移相器的集合体 307高频电路 308供电移相部 309天线部 310连接线路 401导波路径用接地导体 402导波路径用绝缘体 403输入输出线路 404混合式耦合器 405前端开放线路406前端开放线路的导波路径用绝缘体具体实施方式
以下，根据附图详细说明本发明的相控阵天线的实施方式。 (实施方式l)首先，针对本发明的相控阵天线，对作为可变介电常数电介质层使 用固体的电介质时的实施方式进行说明。图l(a)是本发明的实施方式l的相控阵天线的平面图以及剖面图。在图1 (a)中，位于图中最上侧的部分是示出从放射面一侧观察天 线的状态的平面图。以下，示出向图中的下侧依次表示在平面图的A-A 线、B-B线、C-C线处切断天线时的剖面的状态的A-A线剖面图、 B-B线剖面图、C-C线剖面图。此处，对于平面图的表示区域，与以往例子的天线的图7的表示区 域相同。另夕卜，在平面图中，用虛线来表示混合式耦合器的图案104、传播特 性可变线路的图案105。进而，在该平面图中，106表示天线元件，107表示输入端子，108 表示偏置端子、109表示供电线路图案，IIO表示偏置线路，111表示偏 置电压供给通孔，U2表示通孔用焊盘，U3表示使供电线路图案109和 天线元件106相互在电磁场上结合的结合窗，这些区域与混合式耦合器 104的区域一起成为即使被施加偏置电压、针对高频的传播特性也不会变 化的传播特性固定线路。另一方面，在图1 (a)的A-A线剖面图、B-B线剖面图、C-C 线剖面图中示出构成天线的层构造和其结构部件。在这些A-A线剖面图、B-B线剖面图、C-C线剖面图中，114~ 117构成用于构成天线部的平面导波路径构造，114为天线元件支撑用的 绝缘体层，115为成为天线元件的导体层，116为作为为了构成平面导波 路径构造而所需的绝缘体层的空气层，117为为了构成平面导波路径构造 而所需的接地导体层。另外，117 ~ 123构成用于构成供电移相部130的平面导波路径构造， 117为为了构成平面导波路径构造而所需的接地导体层，其与天线部共 用。另夕卜，118为作为为了构成平面导波路径构造而所需的绝缘体层的空 气层，119为成为供电移相部的各图案的主导体层，120为传播特性可变 线路用的可变介电常数电介质层，121为成为使传播特性可变线路的电场 分布状态变化的偏置线路的副导体层，122为用于使偏置电压供给电路与 主导体层119在电磁场上隔离的绝缘体层，123为制作偏置电压供给电路 的布线图案的导体层。另外，对于导体层U5、接地导体层117，主导体层119、副导体层 121、导体层123这5个导体层，为了易于得知各层的图案形状，在图l (b)中针对各层中的每一层独立地进行表示。在上述那样构成的本实施方式的相控阵天线中，如A - A线剖面图、 B-B线剖面图、C-C线剖面图所示，由绝缘体层114、导体层115、空 气层116、接地导体层117这4层构成天线部用的第l倒置型(另称悬 吊型)微带构造，由接地导体层117、空气层118、主导体层119、可变 介电常数电介质层120这4层来构成供电移相部用的第2倒置型微带构 造，但在第2倒置型微带构造中，成为夹着接地导体层117和主导体层 119在相反侧(在C - C线剖面图中下侧)追加有副导体层121、绝缘体 层122、导体层123这3层的改良型的线路。如上所述，在本实施方式1的相控阵天线中，具备具有至少将接地 导体层117、作为空气层的绝缘体层118、主导体层119、可变介电常数 电介质层120、副导体层121按照该顺序层叠而形成的层叠构造的供电移 相部117 ~ 121。另外，如图1 (a)的平面图所示，天线元件106 (A-A线剖面图中 的115)和供电线路图案109 (B - B线剖面图中的119 )经由由天线部和 供电移相部共用的接地导体层117上形成的结合窗113 (A - A线剖面图 中的结合窗124)相互在电磁场上结合，进行高频电力的交接。进而，对于偏置电压，通过将其施加到在导体层123上制作的偏置 端子108、和主导体层119以及接地导体层117之间(其中，将主导体层119和接地导体层117之间设为相同电位)，经由通孔用焊盘112 ~偏置 电压供给通孔111施加到偏置线路110。如上所述，在本实施方式l的相控阵天线中，供电移相部117 123 通过将传播高频电力而不使传播特性变化的传播特性固定线路104以及 109、和利用与偏置电压对应的传播特性来传播高频电力的传播特性可变 线路105相互连续的导体而设在主导体层119上，在形成传播特性固定 线路104以及109的区域，在副导体层121上不具有偏置线路，而在形 成传播特性可变线路105的区域，在副导体层121上具有偏置线路110。此处，使用将B-B线剖面图以及C-C线剖面图的主导体的周边 部放大的图l(c)，更详细地说明传播特性固定线路和传播特性可变线路 的动作。图1 (c)示出在B-B线剖面图的主导体层119上、和在B-B线 剖面图的主导体层119以及副导体层121上传播的高频电力的电场分布。在图1 (c)中，117为接地导体层，118为绝缘体用的空气层，120 为可变介电常数电介质层，122为绝缘体层。进一步，125表示在B - B线剖面图中的主导体层上传播的高频电力 制成的电场，126表示在C - C线剖面图中的主导体层和副导体层上传播 的高频电力制成的电场。此处，如图1 (c)所示，在B-B线剖面图的区域，在与设在主导 体层上的线路面式重叠的区域，在副导体层上没有设有偏置线路，所以 从主导体层输出的电力线通过可变介电常数电介质层中的部分少，而集 中在主导体层和接地导体层间传播。因此，当对移相器施加偏置电压时，在主导体层的周围的可变介电 常数电介质层中不会发生基于偏置电压的电场，因此可变介电常数电介 质层的介电常数不变化，针对在主导体层上传播的高频电力的传播特性 也不变化，所以该区域的主导体构成传播特性固定线路。另一方面，如图l(c)所示，在C-C线剖面图的区域，在与设在 主导体层上的线路面式重叠的区域，在副导体层上设有偏置线路，所以 从主导体层输出的电力线不仅在主导体层和接地导体层间，而且还在主导体层和副导体层间分配并传播。该分配并传播的电力线通过可变介电 常数电介质层中的部分较多。因此，当对移相器施加偏置电压时，在主导体层和偏置线路之间发 生基于偏置电压的电场，但基于该偏置电压的电场、和分配在主导体层119与副导体层间的高频电力制成的电场126分量相互大致并行，所以主 导体层和偏置线路之间的可变介电常数电介质层的介电常数发生变化， 针对在主导体层上传播的高频电力的传播特性变化，该区域的主导体层 构成传播特性可变线路。即，在本实施方式1的相控阵天线中，构成为通过使对主导体层和 副导体层之间施加的偏置电压变化，使传播特性可变线路的可变介电常 数电介质层的介电常数变化，由此使传播特性可变线路的传播特性变化 来控制移相量。另外，在传播特性固定线路中为可变介电常数电介质层介于主导体 层和副导体层之间的构造，所以即使对接地导体层和副导体层之间施加 偏置电压，也不会在主导体层和副导体层之间施加直流电压。因此，右 侧倾斜用控制电压和左侧倾斜用控制电压不会经由主导体层冲突，所以 成为不需要直流阻断元件的结构。这样，根据本实施方式1的相控阵天线，把该供电移相部设为具有 将接地导体层、绝缘体层、主导体层、可变介电常数电介质层、副导体 层按照该顺序层叠而形成的层叠结构，所以无需在高频电力传播的线路 上设置直流阻断元件，而可以由偏置电压绝缘高频电力传播的线路。因 此，在为了实现高指向性增益而构成为将可变移相器分成右侧倾斜用的 可变移相器组和左侧倾斜用的可变移相器组并相互独立地控制移相量的 情况下，不会产生基于直流阻断元件的不匹配的累积，由此能够实现在 波束倾斜时波束形状的畸变少，并可以维持高指向性增益的天线。另外，在图l (a)的平面图中，本实施方式1的相控阵天线没有设 有与专利文献2以及专利文献1所示的高频阻断元件相当的线路图案， 其原因在于，在偏置线路110上流过的高频电流的大部分集中在与主导 体层119侧面对的表面上，所以如图1所示，通过采用从与主导体层119侧相反侧供电的层叠结构，从而可以不需要高频阻断元件。另外，在本实施方式1中，作为可变介电常数电介质层，可以使用BaTi03、 BaSrTi03 - MgO等强电介质材料。另外，作为绝缘体层，除了空气层以外，当然还可以使用热硬化型 的环氧树脂、氣基甲酸乙酯树脂、二甲^M脂，紫外线硬化型的丙烯酸 树脂、环氧树脂、苯酚树脂、以及聚四氟乙烯(PTFE)、液晶聚合体、 聚酰亚胺、聚酰胺、环氧等树脂或这些的复合材料、玻璃、陶瓷、光聚 合性聚合体、热聚合性聚合体等所构成的层。 (实施方式2)接下来，针对本发明的相控阵天线，对作为可变介电常数电介质层 使用液晶等液体电介质时的实施方式进行说明。图2 (a)是本发明的实施方式2的相控阵天线的平面图和剖面图。在图2 (a)中，位于图中最上侧的部分是示出M射面一侧观察天 线的状态的平面图。以下，示出向图中的下侧依次表示在平面图的A-A 线、B-B线、C-C线处切断天线时的剖面的状态的A-A线剖面图、 B-B线剖面图、C-C线剖面图。此处，对于平面图的表示区域，与示出以往例子的天线的图7的表 示区域相同。另夕卜，在平面图中，用虚线来表示混合式耦合器的图案204、传播特 性可变线路的图案205。进而，平面图中的^素206 213与实施方式1的图1的M素相同。另一方面，在A-A线剖面图、B-B线剖面图、C-C线剖面图中 示出构成天线的层构造和其结构部件。在A-A线剖面图、B-B线剖面图、C-C线剖面图中，214~217 构成用于构成天线部的平面导波路径构造，对于该部分为与实施方式1 的图l相同的结构。另外，217 ~ 223构成用于构成供电移相部230的平面导波路径构造， 217为为了构成平面导波路径构造而所需的接地导体层，其与天线部共用。另外，218为为了构成平面导波路径构造而所需的绝缘体层，219为 成为供电移相部的各图案的主导体层,220为传播特性可变线路用的可变 介电常数电介质层，221为成为使传播特性可变线路的电场分布状态变化 的偏置线路的副导体层，222为用于4吏偏置电压供给电路与主导体层219 在电磁场上隔离的绝缘体层，223为成为偏置电压供给电路的布线图案的 导体层。此处，在本实施方式2中示出作为可变介电常数电介质层220使用 液晶等液体的情况，对于218和222这2个绝缘体层，其端部通过由与 绝缘体层218、 222相同材料构成的隔片240相互连接，如A-A线剖面 图、B-B线剖面图、C-C线剖面图所示，在天线端中构成将液体围起 来保持的箱形状，由此作为液晶等液体电介质的可变介电常数电介质层 220稳定地保持(收容)在箱形状的绝缘体层内部的密闭的空间250内。另外，主导体层219由于无法在液体层上形成，所以形成在绝缘体 层218的表面上。另外，对于215、 217， 219、 221、 223这5个导体层，与实施方式l 相同，各层的图案形状与图1 (b)相同。在上述那样构成的本实施方式的相控阵天线中，如A-A线剖面图、 B-B线剖面图、C-C线剖面图所示，由绝缘体层214、导体层215、 空气层216、接地导体层217这4层构成天线部用的第l倒置型(另称 悬吊型)微带构造，由接地导体层217、绝缘体层218、主导体层219、 可变介电常数电介质层220这4层来构成供电移相部用的第2倒置型微 带构造，但在第2倒置型微带构造中成为夹着接地导体层217和主导体 层219且在相反侧(在C - C线剖面图中下侧)追加有副导体层221、绝 缘体层222、导体层223这3层的改良型的线路。此处，使用将B-B线剖面图、C-C线剖面图的主导体的周边部放 大的图2(b),更详细地说明传播特性固定线路以及传播特性可变线路 的动作。图2 (b)示出在B-B线剖面图的主导体层219上、和在C-C线 剖面图的主导体层219以及副导体层221上传播的高频电力的电场分布。另外，在图2(b)中，217为接地导体层，218为绝缘体层，220为 可变介电常数电介质层，222为绝缘体层。另外，225表示在B - B线剖面图中的主导体层219上传播的高频电 力制成的电场，226表示在C - C线剖面图中的主导体层219和副导体层 221上传播的高频电力制成的电场。此处，如图2(b)所示，在B-B线剖面图的区域，在与设在主导 体层上的线路面式重叠的区域，在副导体层上没有设有偏置线路，所以 从主导体层输出的电力线通过可变介电常数电介质层中的部分少，而集 中在主导体层和接地导体层间传播。因此，当对移相器施加偏置电压时，在主导体层的周围的可变介电 常数电介质层中不会发生基于偏置电压的电场，因此可变介电常数电介 质层的介电常数不变化，针对在主导体层上传播的高频电力的传播特性 也不变化，所以该区域的主导体层构成传播特性固定线路。另一方面，如图2(b)所示，在C-C线剖面图的区域，在与设在 主导体层上的线路面式重叠的区域，在副导体层上设有偏置线路，所以 从主导体层输出的电力线不仅在主导体层和接地导体层间，而且还在主 导体层和副导体层间分配并传播。该分配并传播的电力线通过可变介电常数电介质层中的部分较多。因此，当对移相器施加偏置电压时，在主导体层和偏置线路之间发 生基于偏置电压的电场，但基于该偏置电压的电场、和分配在主导体层 219与副导体层间的高频电力制成的电场226分量相互大致并行，所以主 导体层和偏置线路之间的可变介电常数电介质层的介电常数发生变化， 针对在主导体层上传播的高频电力的传播特性变化，该区域的主导体层 构成传播特性可变线路。即，在本实施方式2的相控阵天线中，与实施方式l同样地，构成 为通过使对主导体层和副导体层之间施加的偏置电压变化，使传播特性 可变线路的可变介电常数电介质的介电常数变化，由此使传播特性可变 线路的传播特性变化来控制移相量。另外，在传播特性固定线路中，构成为可变介电常数电介质层介于主导体层和副导体层之间，所以即使对副导体层施加偏置电压，也不会 对主导体层直接施加偏置电压。因此，右侧倾斜用控制电压和左侧倾斜 用控制电压不会经由主导体层冲突，所以成为不需要直流阻断元件的结 构。这样，根据本实施方式2，与实施方式l同样地，把该供电移相部设 为具有将接地导体层、绝缘体层、主导体层、可变介电常数电介质层、 副导体层按照该顺序层叠而形成的层叠结构，所以不需要在高频电力传 播的线路上设置直流阻断元件，而可以从高频电力传播的线路绝缘偏置 电压。因此，在为了实现高指向性增益而构成为将可变移相器分成右侧 倾斜用的可变移相器组和左侧倾斜用的可变移相器组并相互独立地控制 移相量的情况下，不会产生基于直流阻断元件的不匹配的累积，由此能 够实现在波束倾斜时波束形状的畸变少，并可以维持高指向性增益的相 控阵天线。另外，根据本实施方式2，作为可变介电常数电介质层，使用液晶，线。另外，在本实施方式2中，作为液体状的可变介电常数电介质层， 当然还可以使用向列型液晶、近晶相液晶、胆甾醇型液晶、碟状液晶、 强介电性液晶等、还有液晶和树脂的复合材料。另外，将独立的绝缘体层218、 222以及隔片240连接来形成具有在 内部收容可变介电常数电介质层220的空间250的箱形状的绝缘体层， 但只要可以稳定地保持液体的可变介电常数电介质层220，则也可以将其 一体地形成。进而，只要可以稳定地保持液体的可变介电常数电介质层220，也可 以釆用与本实施方式2不同的构造。进而，当然也可以将实施方式2的稳定地保持液晶的箱形状的可变 介电常数电介质层作为实施方式1的可变介电常数电介质层来使用，在 该情况下当然还可以取得如下的2个优点作为主导体线路的绝缘体层 可以使用介电损耗极少的空气，并且作为可变介电常数电介质可以使用液晶、可变介电常数电介质材料的选择范围宽。另外，在实施方式1以及实施方式2中，即使将传播特性可变线路 部中的主导体层和副导体层的线路形状设为具有1/2波长或其整数倍的 长度的直线状谐振线路形状、还有环状或盘状的谐振线路形状，当然也 可以同样地取得传播特性可变特性。另外，在实施方式2中，为了回避主导体层以及副导体层的导体金 属直揍接触到液晶，也可以在两导体层表面设置緩冲层。 (实施方式3)接下来，针对本发明的相控阵天线，对在构成具有层叠构造的相控 阵天线之后一样地注入液晶或含有液晶的材料来构成可变介电常数电介 质层时的实施方式进行说明。图10是示出本发明的实施方式3的相控阵天线的一个例子的平面 图。在图10中，相控阵天线由供电移相部308和天线部309的层叠构造 构成。供电移相部308具有供电口301;可变移相器302，如图11所示 那样相互大致平行地配置有2根传播特性可变线路115;可变移相器303， 如图12所示那样在相互大致同一直线上配置有2根传播特性可变线路 115;移相量控制部(未图示)；高频电路307;以及可变电介质用电压发 生电路(未图示)。305为后述的各可变移相器的可变介电常数电介质层上设置的开口 ， 306为后述的可变移相器的集合体。图10的相控阵天线具有包括图11 所示的相互孤立的多个介电常数电介质层的多个可变移相器302和303。具体而言，图10的相控阵天线具有48个图11所示的可变移相器(各 移相器为302 )和16个图12所示的可变移相器(各移相器为303 )。另 外，移相器的数量不限于上述的数量，而由使用的电磁波的频率和天线 的波束指向性增益、波束的接触角来确定移相器的数量。另外，对于后述的传播特性可变移相线路115的形状，只要是以行 为单位(图11的横向)相同的可变移相特性即可，不限于图11以及图 12所示的形状。^h电常数电介质层为了注入液晶而具有开口 122。对于可变介电常 数电介质， 一般如果介电损耗小时，无需将像本发明那样的供电移相部 设为多个孤立的可变介电常数电介质层的分割构造，可以在相控阵天线 整个面上一体形成可变介电常数电介质。但是，当上述的作为形成具有同一可变介电常数特性的可变移相器 的满足期望的可变介电常数电介质的液晶、或包含液晶的材料的介电损 耗在每一个移相器中大到大约为0.5dB,并且将可变介电常数电介质设置 到传播特性固定线路部分时，无法取得天线的电力增益。此处，在本发明(实施方式3)中，通过将可变介电常数电介质层仅 配置在形成有可变移相器的区域，从而可以极力降低介电损耗。另一方 面，天线部具有多个由多个天线贴片304构成的天线贴片列，各天线贴 片列的各天线贴片304彼此经由连接线路310相互沿着图10中的纵向连 接而构成天线贴片列。使用图11来说明本发明的相控阵天线中的可变移相器302的具体构 造。在图ll中，IIO为传播信号的输入端子，lll为供电线路，112为混 合式耦合器，113为天线元件，114为结合窗，115为传播特性可变线路， 116为偏置电压供给通孔，117为通孔用焊盘，118为偏置电极面(副导 体)，119为偏置线路，120为偏置端子，121为可变介电常数电介质层， 122为后述的开孔144的开口 。图10中的移相器302由图11中的供电线路111、混合式耦合器112、 具有相互大致同等的传播特性的2根传播特性可变线路115构成。本发 明的可变介电常数电介质层121至少形成在包括构成上述1个可变移相 器的1根传播特性可变线路115的区域上即可。在图11中，在包括2根传播特性可变线路115的区域，形成有可变 介电常数电介质层121 (图11中的用虛线围成的区域)。可变介电常数电 介质层121需要形成为在传播特性可变线路115整个域上具有均匀的介 电特性。因此，在作为该可变介电常数电介质，使用液晶或包含液晶的 材料的情况下，需要从开口 122以具有均匀的介电特性的方式注入液晶。开口 122如图11那样在可变介电常数电介质层121上具有至少1个即可。关于开口122的位置，优选为满足将传播特性可变线路115的中 性166设为该开口的中心并将连接上迷中心116和传播特性可变线路端 124的直线设为半径的圆弧的一部分的外侧的位置、或者、优选避开传播 特性可变线路115且当将传播的电磁波信号的波长设为X(电磁信号强度 衰减3dB的距离)时位于各可变介电常数电介质层121内并从传播特性 可变线路115的中心116离开距离以上的位置的至少某一方的位置。其原因在于，为了极力降低开口 122对在线路上传播的电磁波的影 响。作为液晶的注入方法，可以使用作为液晶显示装置中的注入法而公 知的真空注入法或毛细管注入法。另夕卜，图ll是本发明的通过真空注入法注入液晶时的可变移相器的 平面图。在该制造方法中，如图10所示，在通过热压焊来使构成相控阵 天线的各J41粘合之后，在与上述各介电常数电介质层内对应的位置， 在与天线面(天线部309 )相反侧的基仗面上，通过对其沿着垂直方向进 行切削，从而形成开孔144 (参照图14 )。在基板面上形成有开孔144的 开口 122。接下来，对液晶注入方法的具体方法进行说明。将用于注入液晶的 管(未图示)连接到各可变移相器的开口 122。接下来，将向各可变介电 常数电介质层121的开口 122连接了管的状态下的相控阵天线^真空 槽并减压到真空度10"Torr以下。接下来，通过将可变介电常数电介质层中设置的所有管浸入设在真 空槽内的容器中包含的液晶面，向开口吸入液晶，之后还原到大气压， 从而可以向所有的可变介电常数电介质层121注入液晶。之后，取下管， 使用急速硬化环氧系列强力粘接剂、例如产品名"Rapid Araldite" (Huntsman Advanced Material (公司)制，销售昭和高分子。>司)) 来密封开口 122,从而完成形成有可变介电常数电介质121的相控阵天 线。图13是示出该相控阵天线的整体概要的剖面图。可变介电常数电介质121从电介质损耗、导体损耗以及插入损耗的 观点来看，优选设在形成传播特性可变线路115的区域(以下称为传播 特性可变线路部分)。因此，在传播特性可变线路115部分以外的供电线路lll中，为了尽量不设置可变介电常数电介质层121,需要针对各移相 器302、 303的每一个，分割成可变介电常数电介质层121的单元，密封 液晶。因此，通过如后述那样将可变介电常数电介质层121分成多个组， 可以降低结合损耗(由电介质损耗、导体损耗、以及插入损耗构成)。接下来，使用图14来详细说明构成本发明的相控阵天线的图11的 可变移相器的A-A线剖面、B-B线剖面、C-C线剖面、D-D线剖 面。在图14的A-A线剖面图中，130为第1绝缘体层。131为导体层， 且作为图10的天线元件113发挥作用。作为第1绝缘体层130， Teflon(注册商标)制基敗(以下称为Teflon (注册商标)基板)从低介电损 耗的观点来看是优选的。进而作为第1绝缘体层130，还可以使用将Teflon(注册商标)浸渍到玻璃纤维布的M、液晶聚合体基板、氧化铝陶瓷 、氧化铝复合材料H蓝宝石M。在作为第1绝缘体层130，使用作为介电损耗稍微高的基板的玻璃环 氧勤良、例如FR4的情况下，天线元件上部需要使绝缘体层开口而成为 空气层等形状的工序。作为导体层131，使用作为金属电极的铜、银、金 等具有高导电率的金属或金属合金、金属多层膜、金属复合材料的薄膜 或厚膜。132为结合窗，由空气层构成，相当于图11的结合窗114。 133为第 2绝缘体层，Teflon (注册商标)M从低介电损耗的观点来看是优选的。 进一步，作为第2绝缘体层133，还可以使用将Teflon (注册商标)浸渍 到玻璃纤维布的基敗、液晶聚合体基仗、氧化铝陶瓷基&、氧化铝复合材料M、蓝宝石M。134为接地导体层，使用作为金属电极的铜、银、金等具有高导电率 的金属或金属合金、金属多层膜、金属复合材料的薄膜或厚膜。135为主 导体层，作为传播特性固定线路、传播特性可变线路115的供电线路来 发挥作用。136为第3绝缘体层，Teflon (注册商标)絲从低介电损耗 的观点来看是优选的。另夕卜，作为第3绝缘体层136，还可以使用将Teflon (注册商标)浸溃到玻璃纤维布的基板、液晶聚合体m、氧化铝陶瓷基板、氧化铝复 合材料J^、蓝宝石_^。在图14的B-B线剖面图中，135为主导体层，在A-A线剖面图 中由于主导体层135向沿着A-A线的方向配设，所以图示成宽度宽， 但在该B - B线剖面图中按照与B - B线正交的方法配设，所以图示成宽 度窄。在图14的C-C线剖面图中，137与A-A线剖面图的135同样地 为主导体层，但作为图11的传播特性可变线路115发挥作用。作为传播 特性可变线路137，使用作为金属电极的铜、银、金等具有高导电率的金 属或金属合金、金属多层膜、金属复合材料的薄膜或厚膜。138为可变介电常数电介质层，使用液晶或包含液晶的材料来构成。 作为液晶，使用作为介电各向异性大的液晶的向列型液晶、胆甾醇型液 晶、近晶相液晶、或者这些的混合液晶、为了使电压响应性提高而向这 些液晶混合了无机材料或有机材料的混合物。作为该无机材料，可以使用作为金属氧化物的氧化镁(MgO)、氧化 钙(CaO )、氧化锶(SrO )、氧化钡(BaO )、氧化铝(A1203 )、氧化锆 (Zr02)、氧化钛(Ti02)、氧化锌(ZnO)、作为金属疏化物的硫化镉 (CdS)、硫化锌(ZnS)、作为复合氧化物的SiO广MgO、 Si02_CaO、 A1203 —MgO、 Si02 — Al203、 Si02-Ti02、 Ti02-Zr02、这些的混合物。这些无机材料可以作为微粒子^i:在液晶中，或者也可以是具有多 孔质构造的无机材料。作为有机材料，可以使用丙烯酸树脂、异丁烯酸 树脂、环氧树脂、氨基甲酸乙酯树脂、聚苯乙烯、聚乙烯醇、氟树脂、 或这些的共聚体。另外，还可以使用上述液晶以及这些无机材料和有机材料的混合物。 139为副导体层，作为向可变介电常数电介质的偏置电压面118发挥作 用。作为副导体层139，使用作为金属电极的铜、银、金等具有高导电率 的金属或金属合金、金属多层膜、金属复合材料的薄膜或厚膜。副导体 层139经由实施于第3绝缘体层136上的偏置电极供给通孔140 (图11 中的116)的金属电镀与导体层141连接。在图14的D -D线剖面图中，144为用于注入液晶的开孔。开孔144 以可变介电常数电介质层为起点并与基仗面垂直地形成，在与具有导体 层131中形成的天线元件113的天线面对置的^4l面上具有开口 122。对传播特性可变线路137 (图11中的115)施加的偏置电压从偏置 端子120经由偏置线路119和偏置电压供给通孔140的金属电镀施加到 副导体层139 (图11中的偏置线路119 )。因此，可以实现向偏置线路119和传播特性可变线路115之间的可 变介电常数电介质138的电压控制，利用偏置电压，对构成可变介电常 数电介质138的液晶的定向进行控制，从而可以改变其介电常数，由此， 可以实现移相控制。对于液晶或含有液晶的材料，还可以在与线路平行的面142、 143上 进行定向处理。通过进行定向处理使介电各向异性成为最大，可以使可 变移相量成为最大。对于上述定向处理，可以使用作为液晶显示装置的领域中公知的方 法，例如在形成相控阵天线之前对绝缘体面142以及143涂覆聚酰亚胺 或聚乙烯醇并摩擦处理的方法、使含有液晶的树脂沿着绝缘体面142以 及143大致成为平行那样地延伸的方法，或者通it^f含有液晶的树脂面 沿着一个方向摩擦而物理地形成微细的擦伤的树脂。然后，从开口 122 ^进行了定向处理的液晶，之后，进行密封， 从而可以形成在电压断开时具有定向的可变介电常数电介质层。以下，使用图15来说明以上那样的相控阵天线的详细的制造方法。首先，在第2绝缘体层133上形成接地导体层134 (参照图15 (a )、 (b))。接下来，在第2绝缘体层133的形成有接地导体层134的主面相反 侧的主面上的整个面形成导体层，并对其进行图案形成，从而形成传播 特性固定线路135 (参照图15 (c))。其中，在第2绝缘体层133的形成 有传播特性固定线路135的位置，预先形成槽。接下来，在第2绝缘体层133的形成有传播特性固定线路135 —侧 的主面上，接合第2绝缘体层133 (参照图15 (d))。其中，在该其他第2绝缘体层133的成为可变介电常数电介质层138的部分,通过模压成形 形成有成为液晶容器的凹部(参照图15 (d)的左侧)。接下来，在通过该图15 (d)的工序形成的第2绝缘体层133的下 侧形成第3绝缘体层136 (参照图15 (e))。然后，在该第3绝缘体层136 的第2绝缘体层133侧的主面上形成槽，并在包括该槽的整个面上形成 导体层，进行图案形成，从而形成副导体层139(参照图15(e)的左侧)。接下来，在笫3绝缘体层136内，形成在内部填充有导体的通孔140 (参照图15 (f)的左侧)，在第3绝缘体层136的形成有副导体层139 的主面相反侧的主面上，以覆盖通孔140的露出面的形式形成通孔用焊 盘141 (参照图15 (g)的左侧)。之后，准备在图15 (d)的接地导体层134上配置的第2绝缘体层 133(参照图15(h)),在其之上形成第1绝缘体层130(参照图15(i))， 之后，在图15 (g)上进行热压焊，从而完成相控阵天线。然后，从这样完成的相控阵天线的形成有焊盘141 一侧的主面，形 成直达成为可变介电常数电介质层138的空洞(凹部)的开孔，通过真 空注入法或毛细管注入法注入液晶或包含液晶的材料，从而可以形成抑 制介电常数的偏差的可变介电常数电介质层138。另外，也可以并行地进行图15 (a)至(g)的工序和图15 (h)至 (i)的工序。这样，根据本实施方式3(1) 因为一样地注入液晶电介质、或液晶和无机材料的复合体、或 与树脂的复合体、或者、针对液晶层向平板状部件或多孔质膜浸渍液晶 的纤维电介质来构成可变介电常数电介质层，所以可以降低多个可变移 相器的介电常数的偏差，实现可通过单一的施加电压来控制的多个可变 移相器，从而可以提供波束倾斜特性优良的平面天线。(2) 另外，由于仅在形成有可变移相器的区域配置与传播特性可变 线路相接的可变介电常数电介质层，所以可以提供抑制介电损耗的波束 指向性增益良好的平面天线。(实施方式4)以下，使用图12 (图12)来说明本发明的实施方式4。在该实施方 式4中，传播特性可变线路115的形状与实施方式3 (图11)不同。图12示出相控阵天线中使用的图10的可变移相器303的平面图。 与图ll的不同点在于，构成为一对传播特性可变线路115在同一直线上 相互离开地配置。进而，构成为伴随一对传输特性可变线路115离开地 配置，将构成可变移相器的可变介电常数电介质层121分割成2个。在图12中，110为传掩ft号的输入端子，lll为供电线路，112为混 合式耦合器，113为天线元件，114为结合窗，115为传播特性可变线路， 116为偏置电压供给通孔，117为通孔用焊盘，118为偏置电极面(副导 体)，119为偏置线路，121a、 121b为可变介电常数电介质层，122a、 122b 为开口。移相器303由图12中的供电线路111、混合式耦合器112、具有大 概同等的传播特性的2根传播特性可变线路115构成。开口 122a以及 122b形成分别以介电常数电介质层121a以及121b为起点并垂直于各可 变介电常数电介质层而形成的开孔，并沿着相对于天线元件113面对置 的M面上制作的大概垂直方向而形成。在对于1个可变介电常数电介 质层121形成1个开口 122的情况下，与实施方式1同样地通过真空注 入法来注入液晶并密封，从而可以制作移相器303。这样，根据本实施方式4，在传播特性可变线路115的形状与实施方 式1不同的相控阵天线中，向构成相控阵天线的可变移相器的可变介电 常数电介质层，通过真空注入法或毛细管注入法来注入液晶或包含液晶 的复合材料，所以可以降低多个可变移相器的介电常数的偏差，实现可 以通过单一的施加电压来控制的多个可变移相器，从而可以提供波束倾 斜特性优良的平面天线。另外，仅在形成有可变移相器的区域配置与传播特性可变线路相接 的可变介电常数电介质层，所以可以提供抑制介电损耗的波束指向性增 益良好的平面天线。 (实施方式5)以下，^f吏用图16来说明本发明的实施方式5。该实施方式5 (图16)与实施方式4 (图12)的不同点在于可变介 电常数电介质层的开口 122的个数。在作为液晶密封法使用毛细管法的 情况下，如在液晶显示装置的液晶注入法中公知的那样需要排气口和液 晶^LX口这至少2个开口 122。即，对于开口，在可变介电常数电介质层内包括1根传播特性可变 线路的情况下，在相对于传播特性可变线路的中心大概对置的位置形成 有至少一对开口。当将第1开口设为122并将第2开口设为123时，对 于这些可变移相器用开口，能够以传播特性可变线路115为中心的关于 偏置电压供给通孔116处于与第1开口 122对置的位置的方式形成第2 开口 123。另夕卜，对于开口 122以及开口 123中的哪一个成为排气口、哪 一个成为液晶^U^口，可以任意设定。然后， 一边从排气口减压， 一边从吸入口注入液晶或包含液晶的材 料，从而可以向液晶容器内均匀地注入液晶或包含液晶的材料。另外，如图16所示，l对开口形成在形成液晶容器的区域的对角线 上，从而与将1对开口形成在其他位置的情况相比开口间的距离变长， 所以即使假设在注入的液晶中残存有气泡，也可以将该气泡对介电常数 的偏差带来的恶劣影响抑制成最小限度。接下来，使用图17，对在可变介电常数电介质层121内包含多根(在 图8的例子中为2根)传播特性可变线路115时的1对开口 122的配置 进行说明。在图17, 215a为第1传播特性可变线路，215b为第2传播特性可 变线路。开口 122在由可变介电常数电介质121的传播特性可变线路215a 和215b构成的区域的外侧，相互在对角线上对置地配置。对于开口 122a 和122b的位置，优选设在各传播特性可变线路215a、 215b的外侧的可 变介电常数电介质层121内。进而优选为配置在从邻近的传播特性可变线路离开距离以上的位 置。其中，X为在传播特性可变线路上传播的电磁波信号的波长。其原因 为，当从传播特性可变线路215a、 215b离开3X时，电磁波信号强度减 少3dB,可以抑制自开口 122以及123对传播特性可变线路的影响。此处，对作为传播特性可变线路包含2根的情况进行了说明，但当然也可 以适用于传播特性可变线路为3根以上的情况。另外，图18示出通过1个可变介电常数电介质层121来构成用于构 成相互相邻的2个可变移相器的可变介电常数电^h质层的情况。对于将 可变介电常数电介质层121设为共用的可变移相器的个数，只要可变介 电常数电介质层121不与传播特性固定线路135、即是供电线路111且为 传播特性可变线路U5以外的线路交叉，则可以是任意的。在作为可变介电常数电介质层121通过真空注入法来注入液晶的情 况下，对于开口 122的数量，针对各可变介电常数电介质层121的每一 个至少有1个即可。开口 122的位置设在与天线面对置的基tl面上即可。另一方面，在通过毛细管法来注入液晶的情况下，对于开口 122，针 对各可变介电常数电介质层121的每一个，需要设置排气口和注入口这 至少2个。对于通过毛细管法来注入液晶时的开口 122的优选的位置， 使用图18来详细说明。在图18中，121为可变介电常数电介质层，122为第1开口， 123 为第2开口 ， 250为第1开口 122的中心，251为第2开口 123的中心， 260为第1传播特性可变线路端，为最接近于第1开口 122的传播特性可 变线路和可变介电常数电介质层121的交点(最接近传播特性可变线路 端)。270为连接第l开口的中心250和交点260的直线，具有长度L1。同样地，261为第2传播特性可变线路端，为第2接近于第1开口 122的传播特性可变线路和可变介电常数电介质层121的第2交点。271 为连接第l开口的中心250和交点261的直线，具有长度L2。同样地， 262、 263为第3、第4传播特性可变线路端，为第3、第4接近于第1 开口 122的传播特性可变线路和可变介电常数电介质层121的交点。将 分别连接第1开口的中心250和交点262、 263的直线i殳为272、 273，将 直线272的长度i史为L3，将直线273的长度设为L4。280为连接第1开口 122的中心250和第2开口 123的中心251的直 线，具有长度LO。曲线281为将第l开口的中心250设为中心，并将可 变介电常数电介质层121内的长度LO的直线设为半径的圆弧。通过将第2开口 123配置在可变介电常数电介质层121内、圃弧281 的外侧，即，通过将第2开口 123的位置配置成满足LOL^L3〉L2〉Ll 的关系，可以抑制对传播特性可变线路的电磁波的影响。通过以上的配置和制造方法，可以向设为共用的可变介电常数电介 质层121 —样地均匀地注入液晶。这样，根据本实施方式5，因为设置达到构成相控阵天线的可变移相 器的可变介电常数电介质层的一对开口 ，通过毛细管注入法来注入液晶 或包含液晶的复合材料，所以降低多个可变移相器的介电常数的偏差， 实现可以通过单一的施加电压来控制的多个可变移相器，从而可以提供 波束倾斜特性优良的平面天线。另外，仅在形成有可变移相器的区域配置与传播特性可变线路相接 的可变介电常数电介质层，所以可以提供抑制介电损耗的波束指向性增 益良好的平面天线。另外，在实施方式3至5中，作为可变移相器的例子，例示出微带 线路，但本发明的传送线路不限于微带线路，可以应用于所有具有多个 孤立的可变移相器的共面线路、带线路等的使用电介质作为高频信号的 传送介质的传送线路。以上，根据上述实施方式l至5来具体示出了本发明，但本发明不 限于上述实施方式1~5，当然可以在不脱离其宗旨的范围内进行各种变 更。产业上的可利用性如上所述，本发明具有如下的特点在具有使用介电常数根据施加 电场而变化的可变介电常数电介质来构成的可变移相器的相控阵天线 中，在为了实现高指向性增益而构成为将可变移相器分成右侧倾斜用的 可变移相器组和左侧倾斜用的可变移相器组并相互独立地控制移相量的 情况下，不需要成为不匹配的主要原因的直流阻断元件，由此能够实现 在波束倾斜时波束形状的畸变少，并可以维持高指向性增益的天线，作 为车载雷达或卫星通信用天线等是有用的。另外，在本发明的相控阵天线中，可以利用液晶或包含液晶的材料来一样地构成用于构成各可变移相器的可变介电常数电介质，可以极力 降低介电损耗，并且能够提供在波束倾斜时波束形状的畸变少，并可以 维持高指向性增益的相控阵天线，作为车栽雷达或卫星通信用天线、毫米波传感器等是有用的。
权利要求
1. 一种相控阵天线，具有使用可变介电常数电介质来构成的可变移相器，其中所述可变介电常数电介质的介电常数根据施加电场而变化，该相控阵天线的特征在于，具备供电移相部，该供电移相部具有将至少接地导体层、绝缘体层、主导体层、可变介电常数电介质层、副导体层按照该顺序层叠而形成的层叠构造。
2. 根据权利要求l所述的相控阵天线，其特征在于， 上述供电移相部具有传播特性固定线路，不使高频电力的传播特性变化；以及 传播特性可变线路，使高频电力的传播特性变化。
3. 根据权利要求2所述的相控阵天线，其特征在于， 上述传播特性固定线路在与上述主导体层上设置的线路相当的上述副导体层上的区域不具有线路，把在该主导体层上设置的线路上传播的 高频电力制成的电场集中在上述主导体层和上述接地导体层之间来传上述传播特性可变线路在与上述主导体层上设置的线路相当的上迷 副导体层上的区域具有线路，把在该主导体层上设置的线路上传播的高 频电力制成的电场分配在上述主导体层和上述接地导体层间、以及上述 主导体层和上述副导体层间来传播，在上述主导体层上将上述传播特性固定线路和上述传播特性可变线 路构成为相互连续的导体。
4. 根据权利要求3所述的相控阵天线，其特征在于， 上述传播特性可变线路通过对上述主导体层和上述副导体层间施加偏置电压，使构成上述可变介电常数电介质层的可变介电常数电介质的 介电常数变化来对高频电力的传播特性进行控制。
5. 根据权利要求l所述的相控阵天线，其特征在于， 上述可变介电常数电介质层由液晶或包含液晶的材料构成。
6. 根据权利要求l所述的相控阵天线，其特征在于， 上述层叠构造在上述副导体层的与上述可变介电常数电介质层相反侧具有第2绝缘层，在形成于上述绝缘层以及上述第2绝缘层之间的密闭的空间内保持 有上述可变介电常数电介质层。
7. —种相控阵天线，具有使用可变介电常数电介质来构成的可变移 相器，所述可变介电常数电介质的介电常数根据施加电场而变化，该相 控阵天线的特征在于，具备供电移相部，该供电移相部具有将至少接地导体层、绝缘体层、 传播特性可变线路、可变介电常数电介质层、偏置电极层按照该顺序层 叠而形成的层叠构造，上述供电移相部包括多个孤立的可变介电常数电介质层，上述各可变介电常数电介质层具有开孔，上述开孔沿着相对于本相控阵天线的主面垂直的方向而形成，在与 该主面相反侧的主面上具有其开口 。
8. 根据权利要求7所述的相控阵天线，其特征在于， 上述供电移相部在上述可变介电常数电介质层内包括1根传播特性可变线路，在相对于传播特性可变线路的中心相互对置的位置至少形成有1对 上述开口。
9. 根据权利要求7所述的相控阵天线，其特征在于， 上述供电移相部在上述可变介电常数电介质层内包括多根传播特性可变线路，在多个传播特性可变线路的外侧的位置相互对置地至少形成有一对 上述开口。
10. 根据权利要求7~9中的任意一项所述的相控阵天线，其特征在于，上述开口设在将连接上述传播特性可变线路的中心和该传播特性可 变线路端的直线设为半径的圆弧的外侧的上述可变介电常数电介质层上。
11. 根据权利要求7~9中的任意一项所述的相控阵天线，其特征在于，上述开口设在上述可变介电常数电介质层内且从上述传播特性可变 线路离开与在该传播特性可变线路上传播的电磁波的波长相当的距离的至少3倍的位置上。
12. 才艮据权利要求7~9中的任意一项所述的相控阵天线，其特征在于，上述可变介电常数电介质层由上述液晶或包含液晶的材料构成。
13. 根据权利要求12所述的相控阵天线，其特征在于， 上述可变介电常数电介质层是经由上述开口注入上述液晶或包含液晶的材料而成的。
全文摘要
本发明提供一种相控阵天线，实现在具有使用介电常数根据施加电场而变化的可变介电常数电介质来构成的可变移相器的相控阵天线中，在构成为将可变移相器分成右侧、左侧倾斜用的组并独立地控制移相量的情况下，不需要成为不匹配的主要原因的直流阻断元件，在波束倾斜时波束形状的畸变少。具备具有将至少接地导体层(117)、绝缘体层(118)、主导体层(119)、可变介电常数电介质层(120)、副导体层(121)按照该顺序层叠而形成的层叠构造的供电移相部(130)，在供电移相部中，在与主导体层上的线路面式重叠的区域，在副导体层上设置具有线路的传播特性可变线路(105)。通过对主导体层和副导体层间施加电压，使传播特性可变线路部分的可变介电常数电介质的介电常数变化来控制传输特性。由此，不需要串联插入供电线路的直流阻断元件。
文档编号H01Q3/30GK101283480SQ200680037870
公开日2008年10月8日 申请日期2006年10月11日 优先权日2005年10月11日
发明者平中弘一, 桐野秀树, 畑山健 申请人:松下电器产业株式会社