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Diese Erfindung betrifft eine automatische
Verstärkungssteuerschaltung oder dergleichen und insbesondere ein
einstellbares Dämpfungsglied zur Verwendung in einem Hochfrequenzband
wie beispielsweise einem Mikrowellenband.
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Herkömmlicherweise haben einstellbare Dämpfungsglieder eine
n-förmige Schaltungsform oder eine T-Brücken-Schaltungsform und
beide verwenden PIN-Dioden an den Enden von Widerständen, so
daß der Dämpfungsbetrag durch Einstellen der Widerstandswerte
der PIN-Dioden, das heißt durch Einstellen der an den PIN-
Dioden anliegenden Spannungen, eingestellt werden kann.
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Konkrete Beispiele eines herkömmlichen einstellbaren
Dämpfungsglieds sind nachstehend beschrieben.
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(1) Einstellbares Dämpfungsglied, offenbart in der
offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. Heisei 3-155210.
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In dem offenbarten herkömmlichen Beispiel wird ein inverser
logarithmischer Verstärker als Steuerschaltung zur Steuerung
von PIN-Dioden verwendet, und außerdem ist die
Dämpfungskennlinie in bezug auf die von dem inversen logarithmischen
Verstärker ausgegebene Spannung versetzt, um die Nicht-
Linearität der Dämpfungskennlinie zu korrigieren.
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(2) Einstellbares Dämpfungsglied, offenbart in der
offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. Showa 57-44314
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In dem offenbarten herkömmlichen Beispiel wird eine Lambda-
Viertel-Leitung verwendet, und die Lambda-Viertel-Leitung und
die PIN-Dioden werden zueinander parallel geschaltet, so daß
der Dämpfungsbetrag durch einen einzigen Steuerstrom
eingestellt wird, wobei ein fester Widerstand aufrechterhalten wird.
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Jedoch haben die oben beschriebenen herkömmlichen
einstellbaren Dämpfungsglieder die folgenden Probleme.
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Fig. 1(a) ist ein Schaltungsdiagramm, das eine
Hochfrequenzschaltung des in der offengelegten japanischen
Patentanmeldung Nr. Heisei 3-155210 offenbarten einstellbaren
Dämpfungsglieds zeigt, und Fig. 1(b) ist eine schematische
Ansicht, die ein Montagebeispiel der in Fig. 1(a) gezeigten
Schaltung zeigt.
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Wie in Fig. 1(a) und 1(b) gezeigt, weist das in der
offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. Heisei 3-155210
offenbarte einstellbare Dämpfungsglied ein Paar von
Widerständen 15 und 16 auf, die jeweils in Reihe zwischen den
PIN-Dioden 13 und 14 und Masse geschaltet sind.
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Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine
Hochfrequenzschaltung des in der offengelegten japanischen Patentanmeldung
Nr. Showa 57-44314 offenbarten einstellbaren Dämpfungsglieds
zeigt.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, weist die Hochfrequenzschaltung des
in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. Showa 57-
44314 offenbarten einstellbaren Dämpfungsglieds ein Paar
Lambda-Viertel-Leitungen 133 und 134, ein Paar Endwiderstände
115 und 116 und ein Paar Kondensatoren 126 und 127 zum
Entfernen von Gleichstromkomponenten auf.
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Da die herkömmlichen einstellbaren Dämpfungsglieder eine
solche Konstruktionen wie oben beschrieben haben, haben sie das
Problem, daß ein Abschirmgehäuse zur Aufnahme der
Hochfrequenzschaltung eine große Abmessung hat und die Isolierung durch
einen nutzlosen Resonanz- oder Ausbreitungsmodus verschlechtert
ist.
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Wo sie ferner in einem Mikrowellenband einer Frequenz höher
als 10 GHz verwendet werden, haben sie, da ideale Teile wie
beispielsweise Widerstände und Kondensatoren nicht verwendbar
sind, eine nichtstationäre Leitungskonstante, abhängig von den
parasitären Kapazitäten oder der Gestalt, und es besteht die
Möglichkeit, daß die Dämpfungskennlinie verschlechtert sein
kann.
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Wo ferner Widerstände oder ähnliche Elemente unter
Verwendung einer Dünnfilm- oder Dickfilmtechnologie auf eine
Schaltungsplatine aufgedruckt werden, droht das zusätzliche
Problem erhöhter Kosten.
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In der EP-A-0 151 532 ist ein spannungsgesteuertes Dioden-
Dämpfungsglied offenbart, das eine Eingangsimpedanz konstant
hält, trotz Änderungen der Dämpfung in einer Dämpfungsglied-
Anordnung mit vorgespannten Widerständen. Das Dämpfungsglied
stellt eine n-Konstruktion eines Dioden-Dämpfungsglieds bereit.
Eine erste und eine zweite Diode sind über einen ersten
Widerstand in gleiche Stromleitungsrichtung in Reihe
geschaltet. Ein Ende des ersten Widerstands ist mit der ersten
Diode verbunden und das andere Ende ist mit einem Ausgang eines
Differenzverstärkers verbunden, der eine vorgegebene
Gleichstrom-Vorspannung an die erste und zweite Diode anlegt. Eine
Referenzspannungsquelle ist mit dem ersten Eingang des
Verstärkers verbunden und eine Einrichtung für eine negative
Rückkopplung verbindet den Knoten zwischen der ersten Diode und
dem einen Ende des ersten Widerstands mit dem zweiten Eingang
des Verstärkers. Ein Steueranschluß legt über einen zweiten
Widerstand eine variable Steuerspannung an die zweite Diode.
Ein Eingang legt ein Hochfrequenzsignal an den Knoten zwischen
der ersten und zweiten Diode. Ferner weist das Dämpfungsglied
eine zweite Schaltung auf, welche, ähnlich zur ersten
Schaltung, eine dritte und vierte Diode und einen Widerstand
aufweist. Die dritte Diode ist mit einem Ende der ersten Diode
und einem Ausgang verbunden. Die vierte Diode ist mit dem
Ausgang und Masse verbunden. Der andere Widerstand ist mit dem
Ausgang und der variablen Steuerspannung verbunden.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Hinblick auf die oben
beschriebenen Probleme der herkömmlichen einstellbaren
Dämpfungsglieder gemacht, und es ist eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, ein einstellbares Dämpfungsglied
bereitzustellen, das mit geringen Kosten hergestellt werden
kann und die Erzeugung nutzloser Resonanz oder Ausbreitung
unterdrücken kann.
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Um die oben beschriebene Aufgabe zu erfüllen, wird gemäß
der vorliegenden Erfindung ein einstellbares PIN-Dioden-
Dämpfungsglied nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Das einstellbare PIN-Dioden-Dämpfungsglied ist ferner
dadurch gekennzeichnet, daß die erste bis vierte PIN-Diode auf
einer geraden Linie angebracht sind.
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Wenn in der vorliegenden Erfindung mit der oben
beschriebenen Konstruktion der Hochfrequenz-Widerstandswert der
dritten und vierten PIN-Diode höher als der charakteristische
Widerstandswert der Signalleitung ist, steuert die Vorspannung-
Steuerschaltung die Vorspannung so, daß das Produkt aus dem
durch die erste PIN-Diode hindurchfließenden Strom und dem
durch die dritte PIN-Diode hindurchfließenden Strom und das
Produkt aus dem durch die zweite PIN-Diode hindurchfließenden
Strom und dem durch die vierte PIN-Diode hindurchfließenden
Strom fest sein können, um den Dämpfungsbetrag einzustellen.
Wenn jedoch der Hochfrequenz-Widerstandswert der dritten und
vierten PIN-Diode kleiner als der charakteristische
Widerstandswert der Signalleitung ist, steuert die Vorspannung-
Steuerschaltung die Vorspannung so, um die durch die erste und
zweite PIN-Diode hindurchfließenden Ströme zu steuern, während
die durch die dritte und vierte PIN-Diode hindurchfließenden
Ströme auf Werten festgehalten werden, bei welchen die
Hochfrequenz-Widerstandswerte und der charakteristische
Widerstandswert gleich zueinander sind, um den Dämpfungsbetrag
einzustellen.
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Da die durch die PIN-Dioden hindurchfließenden Ströme
gesteuert werden, um auf diese Weise den Dämpfungsbetrag des
Ausgangs einzustellen, ist die Anzahl der für eine
Hochfrequenzschaltung erforderlichen Teile verringert und
nutzlose Resonanz oder Ausbreitung, welche sich aus einer
Größenzunahme eines Abschirmgehäuses oder aus einem anderen
Grund ergibt, wird unterdrückt.
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Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung ersichtlich, die Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen nimmt, welche ein Beispiel einer bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1(a) ist ein Schaltungsdiagramm, das eine
Hochfrequenzschaltung des in der offengelegten japanischen
Patentanmeldung Nr. Heisei 3-155210 offenbarten einstellbaren
Dämpfungsglieds zeigt, und Fig. 1(b) ist eine schematische
Ansicht eines Montagebeispiels der in Fig. 1(a) gezeigten
Schaltung;
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Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine
Hochfrequenzschaltung des in der offengelegten japanischen Patentanmeldung
Nr. Showa 57-44314 offenbarten einstellbaren Dämpfungsglieds
zeigt;
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Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Ausführungsform
eines einstellbaren PIN-Dioden-Dämpfungsglieds der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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Fig. 4(a) ist ein Graph, der eine Kennlinie einer Spannung
zeigt, die an einem in Fig. 3 gezeigten einstellbaren
Widerstand anliegt, Fig. 4(b) ist ein Graph, der Kennlinien von
Strömen zeigt, die von den in Fig. 3 gezeigten
Operationsverstärkern ausgegeben werden, Fig. 4(c) ist ein Graph, der
Spannungskennlinien an Ausgängen der in Fig. 3 gezeigten
Operationsverstärker zeigt, Fig. 4(d) ist ein Graph, der eine
Kennlinie einer Spannung zeigt, die an einem in Fig. 3
gezeigten Vorspannung-Steueranschluß anliegt, und Fig. 4(e) ist
ein Graph, der eine Kennlinie einer Spannung, die an dem in
Fig. 3 gezeigten Vorspannung-Steueranschluß anliegt, und eine
Kennlinie einer Spannung zeigt, die an einer der in Fig. 3
gezeigten PIN-Dioden anliegt;
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Fig. 5 ist ein Graph, der einen Dämpfungsbetrag und eine
Rückflußdämpfungskennlinie des in Fig. 3 gezeigten
einstellbaren Dämpfungsglieds bezüglich einer Steuerspannung
zeigt; und
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Fig. 6(a) ist eine Ansicht von oben auf das in Fig. 3
gezeigte einstellbare Dämpfungsglied, die eine Teilanordnung
der PIN-Dioden und der Verdrahtungsleitungen zeigt, und Fig.
6(b) ist eine Seitenansicht des in Fig. 3 gezeigten
einstellbaren Dämpfungsglieds, die die Teilanordnung der PIN-
Dioden und der Verdrahtungsleitungen zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Ausführungsform
eines einstellbaren PIN-Dioden-Dämpfungsglieds der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Wie in Fig. 3 gezeigt, weist die vorliegende
Ausführungsform eine Hochfrequenzschaltung 18 zur Verarbeitung eines
Hochfrequenzsignals und eine Vorspannung-Steuerschaltung 17 zur
Steuerung einer an die Hochfrequenzschaltung 18 anzulegenden
Vorspannung auf. Die Hochfrequenzschaltung 18 weist auf: einen
Hochfrequenzsignaleingang 1, an welchem ein Hochfrequenzsignal
eingegeben wird, einen Hochfrequenzsignalausgang 2, aus welchem
ein Hochfrequenzsignal ausgegeben wird, PIN-Dioden 11 und 12,
die in einer Signalleitung zwischen dem
Hochfreguenzsignaleingang 1 und dem Hochfrequenzsignalausgang 2 in Reihe
geschaltet sind und jeweils als erste PIN-Diode und zweite PIN-
Diode dienen, eine PIN-Diode 13, die zwischen dem
Hochfrequenzsignaleingang 1 und Masse geschaltet ist und als eine dritte
PIN-Diode dient, eine PIN-Diode 14, die zwischen dem
Hochfrequenzsignalausgang 2 und Masse geschaltet ist und als eine
vierte PIN-Diode dient, und drei Drosselspulen 61 und 63. Die
Vorspannung-Steuerschaltung 17 weist auf: einen Steuereingang
5, an welchem eine Steuerspannung von außen eingegeben wird, an
die Hochfrequenzschaltung 18 angeschlossene Vorspannung-
Steueranschlüsse 3 und 4 zur Übertragung eines Steuersignals an
die Hochfrequenzschaltung 18, Operationsverstärker 41 bis 43,
um gemäß eines von dem Steuereingang 5 aus dorthin eingegebenen
Steuersignals die an die PIN-Dioden 11 bis 14 anzulegenden
Spannungen zu steuern, acht Widerstände 21 bis 28, einen an
einen Eingang des Operationsverstärkers 42 angeschlossenen
einstellbaren Widerstand 20, drei Dioden 30 bis 32 und eine
Konstantspannungsdiode 35.
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Anzumerken ist, daß die PIN-Dioden 11 bis 14 so geschaltet
sind, daß sie ein n-förmiges Dämpfungsglied bilden, so daß der
Kathodenanschluß der PIN-Diode 11 und der Anodenanschluß der
PIN-Diode 13 an dem Hochfrequenzsignaleingang 1 angeschlossen
sind, der Kathodenanschluß der PIN-Diode 12 und der
Anodenanschluß der PIN-Diode 14 an dem Hochfrequenzsignalausgang 2
angeschlossen sind und die Kathodenanschlüsse der PIN-Dioden 13
und 14 geerdet sind.
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Die Funktionsweise des auf oben beschriebene Weise
konstruierten einstellbaren Dämpfungsglieds ist nachstehend
beschrieben.
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Ein an dem Hochfrequenzsignaleingang 1 eingegebenes Signal
wird über die PIN-Dioden 11 und 12 an den
Hochfrequenzsignalausgang 2 übertragen.
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Fig. 4(a) ist ein Graph, der eine Kennlinie einer Spannung
zeigt, die an dem in Fig. 3 gezeigten einstellbaren Widerstand
20 anliegt, Fig. 4(b) ist ein Graph, der Kennlinien von Strömen
zeigt, die von den in Fig. 3 gezeigten Operationsverstärkern 41
und 42 ausgegeben werden, Fig. 4(c) ist ein Graph, der
Spannungskennlinien an den Ausgängen der in Fig. 3 gezeigten
Operationsverstärker 41 und 42 zeigt, Fig. 4(d) ist ein Graph,
der eine Kennlinie einer Spannung zeigt, die an einem in Fig. 3
gezeigten Vorspannung-Steueranschluß 3 anliegt, und Fig. 4(e)
ist ein Graph, der eine Kennlinie einer Spannung, die an dem in
Fig. 3 gezeigten Vorspannung-Steueranschluß 4 anliegt, und eine
Kennlinie einer Spannung zeigt, die an der in Fig. 3 gezeigten
PIN-Diode 11 anliegt.
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Wenn die Hochfrequenzwiderstandswerte der PIN-Dioden 13 und
14 höher als ein charakteristischer Widerstandswert (in diesem
Beispiel 50 Ω) der Signalleitung sind, die den
Hochfrequenzsignaleingang 1 und den Hochfrequenzsignalausgang 2 miteinander
verbindet, werden eine Summe aus der an der PIN-Diode 11
anliegenden Spannung und der an der PIN-Diode 13 anliegenden
Spannung und eine andere Summe aus der an der PIN-Diode 12
anliegenden Spannung und der an der PIN-Diode 14 anliegenden
Spannung, das heißt V3, so gesteuert, daß sie konstant sind
(das Stromprodukt ist konstant).
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Wenn andererseits die Hochfrequenz-Widerstandswerte der
PIN-Dioden 13 und 14 kleiner als der charakteristische
Widerstandswert der Signalleitung sind, werden der durch die
PIN-Diode 13 und der durch die PIN-Diode 14 hindurchfließende
Strom auf solchen Werten gehalten, bei welchen die
Hochfrequenz-Widerstandswerte und der charakteristische
Widerstandswert der Signalleitung zueinander gleich sind (um so
14 konstant zu halten), während nur der durch die PIN-Diode 11
und der durch die PIN-Diode 12 hindurchfließende Strom
(Spannung) gesteuert werden, um den Dämpfungsbetrag
einzustellen.
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Hier in der vorliegenden Ausführungsform wird der
einstellbare Widerstand 20 vorab so eingestellt, daß der
Widerstand der PIN-Diode 13 und der Widerstand der PIN-Diode 14
fest auf 50 Ω gehalten werden.
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Fig. 5 ist ein Graph, der einen Dämpfungsbetrag und eine
Rückflußdämpfungskennlinie des in Fig. 3 gezeigten
einstellbaren Dämpfungsglieds bezüglich einer Steuerspannung zeigt.
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Wie in Fig. 5 gezeigt, wird mit dem einstellbaren
Dämpfungsglied der vorliegenden Ausführungsform eine gerade
Steuerungslinie erzielt, welche eine feste Impedanzkennlinie
hat, wobei die Rückflußdämpfung 20 dB beträgt.
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Fig. 6(a) ist eine Ansicht von oben, die eine Teilanordnung
der PIN-Dioden und der Verdrahtungsleitungen des in Fig. 3
gezeigten einstellbaren Dämpfungsglieds zeigt, und Fig. 6(b)
ist eine Seitenansicht, die eine Teilanordnung der PIN-Dioden
und der Verdrahtungsleitungen des in Fig. 3 gezeigten
einstellbaren Dämpfungsglieds zeigt.
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Wie in Fig. 6(a) und 6(b) gezeigt, sind in der vorliegenden
Ausführungsform vier PIN-Dioden 11 bis 14 als bloße Chips auf
einer geraden Linie angeordnet, und ein Abschirmgehäuse 51 ist
an der äußeren Seite der PIN-Dioden 11 bis 14 auf solche Weise
vorgesehen, um die PIN-Dioden 11 bis 14 zu umgeben.
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Aufgrund der oben beschriebenen Konstruktion kann eine
Verschlechterung der Isolierung, die sich aus einer Ausbreitung
vom Eingang zum Ausgang in einem Wellenleitermodus ergibt,
verhindert werden, und eine Gehäuseresonanzfrequenz kann eine
hohe Frequenz sein, und ein einstellbares Dämpfungsglied mit
guten Kennlinien kann realisiert werden.
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Da die vorliegende Erfindung eine solche Konstruktion wie
oben beschrieben hat, zeigen sich die folgenden Effekte.
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(1) Da sie so konstruiert ist, daß der Dämpfungsbetrag
durch Steuerung der durch die einzelnen PIN-Dioden
hindurchfließenden Ströme eingestellt wird, ist die Anzahl der
in einer Hochfrequenzschaltung erforderlichen Teile verringert,
und ein einstellbares Dämpfungsglied, das eine gute
Hochfrequenzkennlinie hat, kann auf kleinem Raum verwirklicht
werden.
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(2) Da die vorliegende Erfindung eine solche Konstruktion
hat, daß die PIN-Dioden direkt geerdet sind, sind Dünnfilm-
(oder Dickfilm-) Widerstände unnötig, und die Kosten für eine
Schaltungsplatine können reduziert werden und die Breite eines
Abschirmgehäuses kann reduziert werden.
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Folglich kann die Erzeugung nutzloser Resonanz oder
Ausbreitung unterdrückt werden.
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Selbstverständlich sind Variationen und Modifikationen des
hier offenbarten einstellbaren PIN-Dioden-Dämpfungsglieds für
Fachleute offensichtlich. Alle solche Modifikationen und
Variationen sollen im Bereich der angefügten Ansprüche mit
enthalten sein.