JP3357715B2

JP3357715B2 - マイクロ波移相器

Info

Publication number: JP3357715B2
Application number: JP18177293A
Authority: JP
Inventors: 英樹高須
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-07-23
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 2002-12-16
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JPH0738304A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波信号などの
入力信号の位相を制御するマイクロ波移相器に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波移相器は、マイクロ波など高
い周波数の入力信号の位相を所望の位相にして出力する
もので、フェーズドアレイアンテナなどに用いられる。

【０００３】また、モノリシックマイクロ波集積回路
は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）等の半絶縁性基板を利用
し、その基板上に電界効果トランジスタ（以後ＦＥＴと
いう）などの能動素子や抵抗、キャパシタ、インダクタ
などをマイクロ波集積回路で構成するもので、マイクロ
波移相器の小形化に期待される技術である。

【０００４】ここで、従来のマイクロ波移相器につい
て、スイッチ素子としてＦＥＴを使用したモノリシック
マイクロ波移相器を例にとり、図５の回路構成図を参照
して説明する。

【０００５】ＩＮは入力端子で、入力端子ＩＮにＦＥＴ
５１とＦＥＴ５２が接続されている。一方のＦＥＴ５１
にはマイクロストリップ線路５３、そしてＦＥＴ５４が
接続される。なお、ＦＥＴ５４は出力端子ＯＵＴに接続
されている。また他方のＦＥＴ５２にはマイクロストリ
ップ線路５５、そしてＦＥＴ５６が接続される。また、
ＦＥＴ５６は出力端子ＯＵＴに接続されている。

【０００６】なお、ＦＥＴ５１、５２、５４、５６は、
いずれもスイッチ素子として機能しており、制御端子５
７や制御端子５８から加えられる制御電圧によってオ
ン、あるいはオフ状態に制御される。また、各ＦＥＴ５
１、５２、５４、５６は、それぞれゲート電極をＧ、ド
レイン電極をＤ、ソース電極をＳで示している。なお、
マイクロストリップ線路５３、５５の特性インピーダン
スは通常５０Ωに設定される。また、入力端子ＩＮから
入力され、出力端子ＯＵＴから出力されるマイクロ波信
号の移相量はマイクロストリップ線路５３、５５によっ
て決定される。

【０００７】上記した構成のマイクロ波移相器におい
て、ＦＥＴ５１、５４のゲート電極Ｇに対し、例えば制
御端子５７から０Ｖの制御電圧を印加し、また、ＦＥＴ
５２、５６のゲート電極Ｇに対し、制御端子５８からピ
ンチオフ電圧以下の制御電圧を印加する。この場合、Ｆ
ＥＴ５１、５４はオン状態となり、一方、ＦＥＴ５２、
５６はオフ状態となる。

【０００８】このとき、入力端子ＩＮからマイクロ波信
号が入力されると、マイクロ波信号はオン状態にあるＦ
ＥＴ５１を通してマイクロストリップ線路５３側を通過
する。このため、マイクロ波信号は、ＦＥＴ５１やマイ
クロストリップ線路５３、ＦＥＴ５４を通過する移相量
をもつて、出力端子ＯＵＴから出力される。

【０００９】また、ＦＥＴ５１、５４のゲート電極Ｇに
ピンチオフ電圧以下の制御電圧が印加され、ＦＥＴ５
２、５６のゲート電極Ｇに０Ｖの制御電圧が印加される
と、この場合は、ＦＥＴ５１、５４がオフ状態になり、
ＦＥＴ５２、５６がオン状態になる。

【００１０】このとき、入力端子ＩＮから入力されたマ
イクロ波信号は、ＦＥＴ５２を通してマイクロストリッ
プ線路５５、そしてＦＥＴ５６側を通過し、出力端子Ｏ
ＵＴから出力される。したがって、マイクロ波信号は、
ＦＥＴ５２、マイクロストリップ線路５５、ＦＥＴ５６
を通過する際の移相量をもって出力される。

【００１１】なお、マイクロ波信号が一方のマイクロス
トリップ線路５３側を通過するときと、他方のマイクロ
ストリップ線路５５側を通過するときとで、それぞれ異
なる移相量となるように設定される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のマイク
ロ波移相器では、ＦＥＴ５１、５４またはＦＥＴ５２、
５６のいずれか一方の組をオンにし、他方の組をオフに
することにより、マイクロ波信号が伝送するマイクロス
トリップ線路５３、５５を切り替え、マイクロ波信号に
与える移相量を制御している。

【００１３】しかし、マイクロストリップ線路５３、５
５の切り替えに、ＦＥＴ５１、５２、５４、５６を使用
すると、ＦＥＴがオン状態にある場合にそのドレイン・
ソース間のＶＳＷＲは広帯域にわたる良好な特性が得ら
れない。このため、ＦＥＴを使用すると、広帯域に亘っ
て良好な特性のマイクロ波移相器が実現できない。ま
た、ＦＥＴのドレイン・ソース間のＶＳＷＲ特性を良く
するために、マイクロ波移相器の外部に整合回路を設け
ることが考えられる。しかし、この場合は、整合回路を
設けることになり、その分、回路全体のサイズが大きく
なり、マイクロ波移相器の小形化が図れない。

【００１４】上記したように従来のマイクロ波移相器で
は、ＦＥＴがオン状態のときのインピーダンスによって
外部回路との整合が取れず、入出力のＶＳＷＲ特性が劣
化する。したがって、広帯域に亘って特性の良いマイク
ロ波移相器を実現できない。また、マイクロ波移相器を
広帯域化するために外部に整合回路を設けると、回路全
体のサイズが大きくなり、小形化が図れなくなる。

【００１５】この発明は、上記した欠点を解決するもの
で、広帯域にわたり良好な特性を持つマイクロ波移相器
を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力端子から
入力される信号が第１のスイッチ素子および第１のマイ
クロストリップ線路、そして第２のスイッチ素子と順に
伝送するように接続された第１の伝送系と、前記入力端
子から入力される信号が第３のスイッチ素子および第２
のマイクロストリップ線路、そして第４のスイッチ素子
と順に伝送するように接続され、前記第１の伝送系に並
列に接続される第２の伝送系と、前記第２および第４の
スイッチ素子に接続される出力端子と、前記第１および
第２のスイッチ素子を同時にオンあるいはオフ状態に制
御する制御電圧を加える第１の制御端子と、前記第３お
よび第４のスイッチ素子を同時にオンあるいはオフ状態
に制御する制御電圧を加える第２の制御端子とを具備し
たマイクロ波移相器において、前記入力端子の電源側の
インピーダンスおよび前記出力端子の負荷側のインピー
ダンスが同一の値で、前記第１のマイクロストリップ線
路の前記第１のスイッチ素子との接続端から前記入力端
子側をみたインピーダンス、および前記第１のマイクロ
ストリップ線路の前記第２のスイッチ素子との接続端か
ら前記出力端子側をみたインピーダンスに、前記第１の
マイクロストリップ線路の特性インピーダンスを一致さ
せ、また、前記第２のマイクロストリップ線路の前記第
３のスイッチ素子との接続端から前記入力端子側をみた
インピーダンス、および前記第２のマイクロストリップ
線路の前記第４のスイッチ素子との接続端から前記出力
端子側をみたインピーダンスに、前記第２のマイクロス
トリップ線路の特性インピーダンスを一致させている。

【００１７】また、前記第１乃至第４のスイッチ素子を
電界効果トランジスタで構成している。

【００１８】

【作用】上記した構成によれば、第１および第２のスイ
ッチ素子を同時にオン状態にすることにより、入力端子
に入力された信号は第１のマイクロストリップ線路を通
って出力される。また、第３および第４のスイッチ素子
を同時にオン状態にすることにより、入力端子に入力さ
れた信号は第２のマイクロストリップ線路を通って出力
される。したがって入力信号が、第１および第２のマイ
クロストリップ線路を通過する際に、それぞれ所定の移
相量をもつようにすることによってマイクロ波移相器が
構成できる。

【００１９】そして、第１のマイクロストリップ線路の
特性インピーダンスを、第１のマイクロストリップ線路
の第１のスイッチ素子との接続端から入力端子側をみた
インピーダンス、あるいは第１のマイクロストリップ線
路の第２のスイッチ素子との接続端から出力端子側をみ
たインピーダンスに一致させ、また、第２のマイクロス
トリップ線路の特性インピーダンスを、第２のマイクロ
ストリップ線路の第３のスイッチ素子との接続端から入
力端子側をみたインピーダンス、あるいは第２のマイク
ロストリップ線路の第４のスイッチ素子との接続端から
出力端子側をみたインピーダンスに一致させている。

【００２０】したがって、第１および第２のマイクロス
トリップ線路と外部回路の間の整合がとれ、入出力ＶＳ
ＷＲ特性が広帯域にわたり良好なものとなり、広帯域の
マイクロ波移相器を実現できる。

【００２１】

【実施例】本発明の一実施例について、スイッチ素子と
してＦＥＴを用いるモノリシックマイクロ波移相器を例
にとり、図１の回路構成図を参照して説明する。

【００２２】ＩＮは入力端子で、入力端子ＩＮにはＦＥ
Ｔ１１とＦＥＴ１３が接続されている。一方のＦＥＴ１
１にはマイクロストリップ線路２１、そしてＦＥＴ１２
が接続され、第１の伝送系を構成している。また、ＦＥ
Ｔ１２は出力端子ＯＵＴに接続されている。また、他方
のＦＥＴ１３にはマイクロストリップ線路２２、そして
ＦＥＴ１４が接続され、第２の伝送系を構成している。
なお、ＦＥＴ１４は出力端子ＯＵＴに接続されている。

【００２３】上記したＦＥＴ１１、１２、１３、１４、
は、いずれもスイッチ素子として機能しており、制御端
子Ｓ１や制御端子Ｓ２から加えられる制御電圧によって
オン、あるいはオフ状態に制御される。また、各ＦＥＴ
１１，１２、１３、１４は、それぞれゲート電極をＧ、
ドレイン電極をＤ、ソース電極をＳで示している。

【００２４】上記した構成において、例えばＦＥＴ１
１，１２のゲート電極Ｇに制御端子Ｓ１から０Ｖの制御
電圧を印加する。そして、ＦＥＴ１３、１４のゲート電
極Ｇに制御端子Ｓ２からピンチオフ電圧以下の制御電圧
を印加する。このとき、ＦＥＴ１１、１２はオン状態と
なり、ＦＥＴ１３、１４はオフ状態となる。

【００２５】ところで、ＦＥＴ１１、１２がオン状態の
場合、ＦＥＴ１１、１２の等価回路はそのドレイン・ソ
ース間の等価抵抗で表すことができる。また、ＦＥＴ１
３、１４がオフ状態にある場合、その等価回路は、ドレ
イン・ソース間や空乏層によって形成される等価容量で
表すことができる。なお、ゲート幅が数１００μｍのＦ
ＥＴの場合、オン状態の等価抵抗は数Ωで、また、オフ
状態の等価容量は数１００ｆＦ程度である。

【００２６】ここで、ＦＥＴ１１、１２がオン状態で、
ＦＥＴ１３、１４がオフ状態である場合を、等価回路で
表すと図２のようになる。なお、図２では図１に対応す
る部分には同一の符号を付している。また、１０は電源
で、２０は負荷を示し、電源１０側、そして負荷２０側
のインピーダンスをＺ１、Ｚ２で示している。

【００２７】ところで、入力信号が数ＧＨｚのマイクロ
波帯の場合、等価容量１３、１４のインピーダンスは数
１０００Ω程度となる。これに対し、マイクロストリッ
プ線路２２の線路長が入力信号の伝搬波長の４分の１よ
り十分に小さい場合、マイクロストリップ線路２２のイ
ンピーダンスは等価容量１３、１４のインピーダンスに
比して小さくなる。したがって、接続端Ｃ１から等価容
量１３側をみたインピーダンスは実質的に開放とみなせ
る。また、接続端Ｃ２から等価容量１４側をみたインピ
ーダンスも同様に開放とみなせる。したがって、図２の
等価回路は、等価的に図３のように表すことができる。
なお、図３では図１や図２に対応する部分には同一の符
号を付している。

【００２８】図３の場合、マイクロストリップ線路２１
の入力側の端子インピーダンスは、入力端子ＩＮに接続
する電源インピーダンスＺ１（図２）と等価抵抗１１の
和になる。また、出力側の端子のインピーダンスは、出
力端子ＯＵＴに接続する負荷インピーダンスＺ２（図
２）と等価抵抗１２の和になる。また、電源および負荷
の各インピーダンスＺ１、Ｚ２は、通常、同一の値にさ
れる。したがって、マイクロストリップ線路２１の特性
インピーダンスを、電源あるいは負荷のインピーダンス
Ｚ１、Ｚ２に等価抵抗１１あるいは等価抵抗１２をプラ
スしたインピーダンスに設定すれば、マイクロストリッ
プ線路２１は外部線路との整合がとれる。このとき、広
帯域にわたり良好な入出力ＶＳＷＲ特性が実現される。

【００２９】また、図１において、ＦＥＴ１１、１２が
逆にオフ状態、そして、ＦＥＴ１３、１４がオン状態の
場合も同様で、この場合は入力端子ＩＮからＦＥＴ１１
をみたインピーダンスや出力端子ＯＵＴからＦＥＴ１２
をみたインピーダンスは開放とみなせる。この場合、マ
イクロストリップ線路２２の入力側の端子では、電源の
インピーダンスＺ１にＦＥＴ１３の等価抵抗をプラスし
たインピーダンスに、また、出力側の端子では、負荷の
インピーダンスＺ２にＦＥＴ１４の等価抵抗をプラスし
たインピーダンスになる。

【００３０】したがって、マイクロストリップ線路２２
の特性インピーダンスを、入力端子あるいは出力端子の
インピーダンスＺ１、Ｚ２にＦＥＴ１３あるいは１４の
等価抵抗をそれぞれプラスしたインピーダンスに設定す
れば、マイクロストリップ線路２２と外部回路の間の整
合がとれ、広帯域にわたり良好な入出力ＶＳＷＲ特性が
実現でき、そして広帯域のマイクロ波移相器が実現でき
る。また、特別な整合回路を必要としないので、回路全
体のサイズが大きくなることもない。

【００３１】ここで、スイッチ素子としてＦＥＴを使用
したモノリシックマイクロ波移相器の特性の例を図４に
示している。図４では、縦軸が入出力ＶＳＷＲ特性で、
横軸が周波数（ＧＨｚ）である。実線Ａが本発明の特性
で、この場合ＦＥＴがオン状態のときの等価抵抗が約３
Ωであるので、マイクロストリップ線路の特性インピー
ダンスを約５３Ωとしている。また、点線Ｂが従来の例
で、実線Ａの方が小さな値になっており、入出力ＶＳＷ
Ｒ特性が広帯域に亘り良くなっている。

【００３２】なお、上記の実施例ではＦＥＴのソース電
極をマイクロストリップ線路に接続し、ドレイン電極を
入力端子あるいは出力端子に接続している。しかし、ソ
ース電極とドレイン電極をを入れ替えて接続する構成に
してもよい。また、スイッチ素子をＦＥＴで構成してい
るが、ダイオードなどを用いて構成した場合でも同様で
ある。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、広帯域に亘り特性が良
好なマイクロ波移相器を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路構成図である。

【図２】本発明の一実施例を説明する等価回路図であ
る。

【図３】本発明の一実施例を説明する等価回路図であ
る。

【図４】本発明を説明する特性図である。

【図５】従来例を示す回路構成図である。

【符号の説明】

１１〜１４…ＦＥＴ２１、２２…マイクロストリップ線路Ｓ１、Ｓ２…制御端子ＩＮ…入力端子ＯＵＴ…出力端子Ｄ…ドレイン電極Ｓ…ソース電極Ｇ…ゲート電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01P 1/185 H01P 1/15 H03K 17/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力端子から入力される信号が第１のス
イッチ素子および第１のマイクロストリップ線路、そし
て第２のスイッチ素子と順に伝送するように接続された
第１の伝送系と、前記入力端子から入力される信号が第
３のスイッチ素子および第２のマイクロストリップ線
路、そして第４のスイッチ素子と順に伝送するように接
続され、前記第１の伝送系に並列に接続される第２の伝
送系と、前記第２および第４のスイッチ素子に接続され
る出力端子と、前記第１および第２のスイッチ素子を同
時にオンあるいはオフ状態に制御する制御電圧を加える
第１の制御端子と、前記第３および第４のスイッチ素子
を同時にオンあるいはオフ状態に制御する制御電圧を加
える第２の制御端子とを具備したマイクロ波移相器にお
いて、前記入力端子の電源側のインピーダンスおよび前
記出力端子の負荷側のインピーダンスが同一の値で、前
記第１のマイクロストリップ線路の前記第１のスイッチ
素子との接続端から前記入力端子側をみたインピーダン
ス、および前記第１のマイクロストリップ線路の前記第
２のスイッチ素子との接続端から前記出力端子側をみた
インピーダンスに、前記第１のマイクロストリップ線路
の特性インピーダンスを一致させ、また、前記第２のマ
イクロストリップ線路の前記第３のスイッチ素子との接
続端から前記入力端子側をみたインピーダンス、および
前記第２のマイクロストリップ線路の前記第４のスイッ
チ素子との接続端から前記出力端子側をみたインピーダ
ンスに、前記第２のマイクロストリップ線路の特性イン
ピーダンスを一致させたことを特徴とするマイクロ波移
相器。
【請求項２】第１のマイクロストリップ線路の第１の
スイッチ素子との接続端から入力端子側をみたインピー
ダンスは、前記入力端子に接続された電源の電源インピ
ーダンスに第１のスイッチ素子がオン状態の等価抵抗を
プラスした大きさであり、前記第１のマイクロストリッ
プ線路の第２のスイッチ素子との接続端から出力端子側
をみたインピーダンスは、出力端子に接続された負荷の
負荷インピーダンスに第２のスイッチ素子がオン状態の
等価抵抗をプラスした大きさであり、また、第２のマイ
クロストリップ線路の第３のスイッチ素子との接続端か
ら入力端子側をみたインピーダンスは、前記入力端子に
接続された前記電源の電源インピーダンスに第３のスイ
ッチ素子がオン状態の等価抵抗をプラスした大きさであ
り、前記第２のマイクロストリップ線路の第４のスイッ
チ素子との接続端から前記出力端子側をみたインピーダ
ンスは、前記出力端子に接続された前記負荷の負荷イン
ピーダンスに第４のスイッチ素子がオン状態の等価抵抗
をプラスした大きさであることを特徴とする請求項１記
載のマイクロ波移相器。
【請求項３】第１乃至第４のスイッチ素子が電界効果
トランジスタで構成されていることを特徴とする請求項
１または請求項２記載のマイクロ波移相器。