JP2000236202A

JP2000236202A - マイクロ波移相回路

Info

Publication number: JP2000236202A
Application number: JP11035274A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Suzuki; 義則鈴木; Takashi Ohira; 孝大平
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1999-02-15
Filing date: 1999-02-15
Publication date: 2000-08-29
Anticipated expiration: 2019-02-15
Also published as: JP3329759B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】マイクロ波移相回路に関し、回路面積の小さ
な移相器を実現する。【解決手段】入・出力端子１ａおよび１ｂの間に第１
〜第２ｎのリアクタンス回路が直列接続されていて、第
１〜第２ｎ−１の奇数番目のリアクタンス回路のリアク
タンス値はｘ、第２〜第２ｎの偶数番目のリアクタンス
回路のリアクタンス値は−ｘである。該リアクタンス回
路の第１〜第２ｎ−１の接続点には、それぞれ一端を接
地さたサセプタンス値２（１／ｘ²−１）^1/2の回路が
接続さており、入力端子にはそれぞれ一端を接地されて
いるリアクタンス値−ｘの回路と、サセプタンス値（１
／ｘ²−１）^1/2の回路が、出力端子にはそれぞれ一端
を接地されているリアクタンス値ｘの回路と、サセプタ
ンス値（１／ｘ²−１）^1/2の回路が接続されている。
全てのサセプタンス回路の符号を反転させて、通過位相
変化を得るように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線通信用機器な
どの高周波回路に用いられるマイクロ波移相回路に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来のマイクロ波移相回路の等
価回路を示す図であって、ローデットライン型の移相器
の構成を示している。同図において、数字符号１ａは入
力端子、１ｂは出力端子、１２ａ、１２ｂはスイッチＦ
ＥＴ、１３は特性インピーダンスＺｃの１／４波長線路
を表している。

【０００３】この従来の例は、文献「相川、大平、徳
満、広田、村口著モノリシックマイクロ波集積回路、電
子情報通信学会平成９年初版発行、初版ｐｐ．１８２」
に記載されている。

【０００４】本構成において、スイッチＦＥＴ１２ａ、
１２ｂをＯＮ／ＯＦＦ切換することにより、２状態に切
り換えて移相差を生じさせる。この場合の回路の整合条
件、移相量は、図９を参照して説明する。図９（ａ）
は、従来のマイクロ波移相回路の等価回路であり、図９
（ｂ）は、特性アドミタンスＹｃの１／４波長線路に接
続されるアドミタンス回路の等価回路である。

【０００５】これらの等価回路から、「松永、片木によ
る論文；直列変成器型ローデツトライン移相器、電子情
報通信学会論文誌、Ｃ−Ｉ．Ｖｏｌ．Ｊ７７−Ｃ−ＩＮ
０．１０ｐｐ．５４２−５５０、１９９４年１０月発
行」を参考に算出すると、入出力のアドミタンスをＹｏ
としたとき整合条件は、１／４波長線路の特性アドミタ
ンスをＹｃ、主線路に対する並列装荷回路のサセプタン
スをＢｉとすると、Ｙｃ＝（Ｙｏ²＋Ｂｉ²）^1/2とな
る。切り換えによる２状態のサセプタンス成分が士Ｂｉ
となるとき整合条件を満たすことがわかり、このときの
通過位相は“数１”として与えられるため、２状態の切
換による移相量の変化は“数２”となるため、１ビット
の移相制御が可能になる。

【０００６】

【数１】

【０００７】

【数２】

【０００８】

【発明が解決しようとする課顕】上述のような、従来の
例では、１／４波長程度の伝送線路を複数使用するため
形状が非常に大きくなる。特に多値の移相量を得る場合
には、複数の移相器の従属接続が必要となるため、その
影響が非常に顕著なものになる。本発明は、形状の大き
くなる主要因である伝送線路を必要としない回路面積の
小さな移相器を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は形状の大きくな
る主要因である伝送線路を必要としない回路面積の小さ
な移相器を構成することを最も主要な特徴とする。移相
回路を実現する手段として、第１から第２ｎ−１までの
奇数番目のリアクタンス回路のリアクタンス値はｘであ
り、該第２から第２ｎまでの偶数番目のリアクタンス回
路のリアクタンス値は−ｘであり、第１から第２ｎのリ
アクタンス回路が直列接続されている。第１のリアク
タンス回路の一端は入力端子に、第２ｎのリアクタンス
回路の一端は出力端子に接続されている。

【００１０】該リアクタンス回路の第１の接続点から第
２ｎ−１の接続点には、それぞれ一端を接地されている
サセプタンス値２（１／ｘ²−１）^1/2のサセプタンス
回路が接続さている。

【００１１】入力端子には一端を接地されているリアク
タンス値−ｘのリアクタンス回路と、一端を接地されて
いるサセプタンス値のサセプタンス回路が接続されてい
る。出力端子には一端を接地されているリアクタンス値
ｘのリアクタンス回路と、一端を接地されているサセプ
タンス値（１／ｘ²−１）^1/2のサセプタンス回路が接
続されている。

【００１２】全てのサセプタンス回路の符号を反転させ
ることによって、通過位相変化を得るマイクロ波移相回
路であり、その等価回路は図１に示すようになる。同図
に示すマイクロ波移相回路をＫ行列を用いて解析する。

【００１３】並列接続された、一端を接地したサセプタ
ンス値ｂのサセプタンス回路はＫ行列では、“数３”と
表され、これをＫｂとする。

【００１４】

【数３】

【００１５】直列接続されたリアクタンス値ｘのリアク
タンス回路は“数４”と表せ、これをＫｘ＋とする。

【００１６】

【数４】

【００１７】並列接続された、一端を接地したリアクタ
ンス値ｘのリアクタンス回路は“数５”と表せ、これを
Ｋｍ＋とする。

【００１８】

【数５】

【００１９】ｎ＋１のマイクロ波移相回路のＫ行列（こ
の場合リアクタンス回路の直列接続数が２であるので段
数を２とする）Ｋ_M=2は、ｂ＝（１／ｘ²−１）^1/2と
すると、“数６”で表すことができる。

【００２０】

【数６】

【００２１】

【数７】

【００２２】このとき、“数７”は伝送線路θのＫ行列
と等価であり、マイクロ波移相回路が通過移相θの伝送
線路として扱うことができる。このとき全てのサセプタ
ンス回路の符号を反転させることで“数８”の位相変化
が得られる。

【００２３】

【数８】

【００２４】すなわち、１ビット可変移相器として動作
する。また、該第１から第２ｎ＋１までの奇数番目のリ
アクタンス回路のリアクタンス値はｘであり、該第２か
ら第２ｎまでの偶数番目のリアクタンス回路のリアクタ
ンス値は−ｘである第１から第２ｎ＋１のリアクタンス
回路が直列接続されている。

【００２５】第１の該リアクタンス回路の一端は入力端
子に、第ｎの該リアクタンス回路の一端は出力端子に接
続されている。該リアクタンス回路の第１の接続点から
第２ｎの接続点には、それぞれ一端を接地されているサ
セプタンス値２（１／ｘ²−１）^1/2のサセプタンス回
路が接続されている。

【００２６】入出力端子には、一端を接地されているリ
アクタンス値−ｘのリアクタンス回路と、一端を接地さ
れているサセプタンス値（１／ｘ²−１）^1/2のサセプ
タンス回路が接続されている。全てのサセプタンス回路
の符号を反転させることによって、通過位相変化を得る
ことを特徴とするマイクロ波移相回路であり、等価回路
図を図１に示す。図２に示すマイクロ波移相回路をＫ行
列を用いて解析する。

【００２７】ｎ＝１のマイクロ波移相回路のＫ行列Ｋ
_M-3は、ｂ＝（１／ｘ²−１）^1/2とすると“数９”で
表すことができる。

【００２８】

【数９】

【００２９】

【数１０】

【００３０】

【数１１】

【００３１】このとき、“数１０”は、伝送線路θのＫ
行列と等価であり、マイクロ波移相回路が通過移相θの
伝送線路として扱うことができる。このとき全てのサセ
プタンス回路の符号を反転させることで“数１１”の位
相変化が得られる。すなわち１ビット可変移相器として
動作する。また、段数が偶数段の時のＫ行列は“数１
２”で表せる。

【００３２】

【数１２】

【００３３】また、奇数段の時のＫ行列は“数１３”で
表されサセプタンス回路の符号の状態を変化させること
により、“数１４”の移相が変化するため、１ビット移
相器として動作する。

【００３４】

【数１３】

【００３５】

【数１４】

【００３６】また、該サセプタンス回路を実現する手段
として、サセプタンス素子と可変容量素子を並列接続
し、該可変容量素子の値を変化させることによって、符
号の異なるサセプタンス値を得ることができる。

【００３７】ここで、サセプタンス値（１／ｘ²−１）
^1/2、２（１／ｘ²−１）^1/2を有するサセプタンス回
路を構成するサセプタンス素子のサセプタンス値、可変
容量比をＮ（Ｃｍａｘ−ＮＣｍｉｎ）として“数１
５”、また可変容量最小値を“数１６”（角周波数をω
とする）のとき、該可変容量素子の値を最小から最大に
状態を変化させることにより、無反射、無損失の条件を
満たし、前記“数１４”の移相変化を実現できる。

【００３８】

【数１５】

【００３９】

【数１６】

【００４０】また、該サセプタンス回路を実現する手段
として、サセプタンス素子と可変容量素子を直列接続
し、該可変容量素子の値を変化させることによって、符
号の異なるサセプタンス値を得ることができる。

【００４１】ここで、サセプタンス値（１／ｘ²−１）
^1/2、２（１／ｘ²−１）^1/2を有するサセプタンス回
路を構成するサセプタンス素子のリアクタンス値は、可
変容量比をＮ（Ｃｍａｘ＝ＮＣｍｉｎ）として“数１
７”、また、可変容量最小値を“数１８”（角周波数を
ωとする）のとき、該可変容量素子の値を最小から最大
に状態を変化させることにより、無反射、無損失の条件
を満たし、前記“数１４”の移相変化を実現できる。

【００４２】

【数１７】

【００４３】

【数１８】

【００４４】また、該サセプタンス回路を実現する手段
として、１入力２出力の切換スイッチの入力端を接続
し、該切換スイッチの２つの出力にサセプタンス値がそ
れぞれ±（１／ｘ²−１）^1/2、±２（１／ｘ²−１）
^1/2の一端を接地したサセプタンス回路を接続し、該切
換スイッチの状態を変化させることにより、無反射、無
損失の条件を満たし、前記“数１４”の移相変化を実現
できる。

【００４５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態の第
１の例のマイクロ波移相回路の等価回路を示す図であっ
て、請求項１の発明に対応している。同図において、第
１から第２ｎのリアクタンス回路２、３が直列接続され
ている。

【００４６】該第１から第２ｎ−１までの奇数番目のリ
アクタンス回路２のリアクタンス値はｘであり、該第２
から第２ｎまでの偶数番目のリアクタンス回路３のリア
クタンス値は−ｘである。（図では表示が繁雑になるこ
とを避けるため、リアクタンス回路を“Ｘ”、サセプタ
ンス回路を“Ｂ”として表示している。これは以下に説
明する図２に関しても同様である）。

【００４７】第１のリアクタンス回路の一端は入力端子
１ａに、第２ｎのリアクタンス回路３の一端は出力端子
１ｂに接続されている。リアクタンス回路の第１の接続
点から第２ｎ−１の接続点には、それぞれ一端を接地さ
れているサセプタンス値２（１／ｘ²−１）^1/2のサセ
プタンス回路４が接続さている。

【００４８】入力端子には、一端を接地されているリア
クタンス値−ｘのリアクタンス回路と、一端を接地され
ているサセプタンス値（１／ｘ²−１）^1/2のサセプタ
ンス回路５が接続されている。

【００４９】出力端子には一端を接地されているリアク
タンス値Ｘのリアクタンス回路と、一端を接地されてい
るサセプタンス値（１／ｘ²−１）^1/2のサセプタンス
回路５が接続されている。全てのサセプタンス回路の符
号を反転させることによってマイクロ波移相回路は、通
過位相変化を得る。

【００５０】該マイクロ波移相回路において、入力端子
１ａから入力された信号は、全てのサセプタンス回路の
符号を反転させることによって、出力端子１ｂには、Ｍ
＝２ｎとすると前記“数１４”の移相変化を実現でき
る。

【００５１】図２は、本発明の実施の形態の第２の例の
マイクロ波移相回路の等価回路を示す図であって、請求
項２の発明に対応している。同図において、第１から第
２ｎ＋１のリアクタンス回路が直列接続されている。該
第１から第２ｎ＋１までの奇数番目のリアクタンス回路
２のリアクタンス値はｘである。

【００５２】該第２から第２ｎまでの偶数番目のリアク
タンス回路３のリアクタンス値は−ｘである。第１のリ
アクタンス回路２の一端は入力端子に、第２ｎ＋１のリ
アクタンス回路２の一端は出力端子に接続されている。
該リアクタンス回路の第１の接続点から第２ｎの接続点
には、それぞれ一端を接地されているサセプタンス値２
（１／ｘ²−１）^1/2のサセプタンス回路４が接続さて
いる。

【００５３】入出力端子には一端を接地されているリア
クタンス値−ｘのリアクタンス回路３と、一端を接地さ
れているサセプタンス値（１／ｘ²−１）^1/2のサセプ
タンス回路５が接続されている。全てのサセプタンス回
路の符号を反転させることによって、マイクロ波移相回
路は通過位相変化を得る。

【００５４】該マイクロ波移相回路において、入力端子
１ａから入力された信号は、全てのサセプタンス回路の
符号を反転させることによって、出力端子１ｂには、Ｍ
＝２ｎ＋ｌとすると前記“数１４”に示す移相変化を実
現できる。

【００５５】図３は本発明に係るマイクロ波移相回路の
サセプタンス回路の第１の例を示す図であって、請求項
３の発明に対応する。ここで、サセプタンス値（１／ｘ
²−１）^1/2、２（１／ｘ²−１）^1/2を有するサセプ
タンス回路を構成するサセプタンス素子６のサセプタン
ス値、可変容量比をＮ（Ｃｍａｘ−ＮＣｍｉｎ）として
前記“数１５”、また可変容量最小値を前記“数１６”
（角周波数をωとする）のとき、該可変容量素子７の値
を最小から最大に状態を変化させることにより、無反
射、無損失の条件を満たし、前記“数１４”の移相変化
を実現できる。

【００５６】図４は本発明に係るマイクロ波移相回路の
サセプタンス回路の第２の例を示す図であって、請求項
４の発明に対応する。サセプタンス値（１／ｘ²−１）
^1/2、２（１／ｘ²−１）^1/2を有するサセプタンス回
路を構成するサセプタンス素子６のリアクタンス値は、
可変容量比をＮ（Ｃｍａｘ−ＮＣｍｉｎ）として前記
“数１７”、また可変容量最小値を前記“数１８”（角
周波数をωとする）のとき、該可変容量素子７の値を最
小から最大に状態を変化させることにより、無反射、無
損失の条件を満たし、前記“数１４”の移相変化を実現
できる。

【００５７】図５は、本発明に係るマイクロ波移相回路
のサセプタンス回路の第３の例を示す図であって、請求
項５の発明に対応する。サセプタンス回路５は、１入力
２出力の切換スイッチ８の入力端を接続し、該切換スイ
ッチ８の２つの出力に、それぞれ一端を接地した符号の
異なるサセプタンス値をもつサセプタンス素子を接続し
て、該切換スイッチ８の状態を変化させることによっ
て、所望の移相量を設定する。

【００５８】このサセプタンス回路は、請求項１記載の
マイクロ波移相回路において、入力端子１ａから入力さ
れた信号は、該切換スイッチ８の２つの出力にサセプタ
ンス値を、それぞれ±（１／ｘ²−１）^1/2、±２（１
／ｘ²−１）^1/2に選ぶと、該切換スイッチ６の状態を
変化させることにより、無反射、無損失の条件を満た
し、前記“数１４”の移相変化を実現できる。

【００５９】図６は、本発明に係るマイクロ波移相回路
のサセプタンス回路の第４の例を示す図であって、請求
項３、４の発明に対応する。該マイクロ波移相回路にお
ける、可変容量素子７はゲート電圧制御のＦＥＴ９の、
ゲート９ａ、ドレイン９ｂ間容量およびゲート９ａ、ソ
ース９ｃ間容量で構成される請求項１および２記載のマ
イクロ波移相回路である。

【００６０】図７は、本発明に係るマイクロ波移相回路
のサセプタンス回路の第５の例を示す図であって、請求
項３、４の発明に対応する。この例は、請求項１又は請
求項２記載のマイクロ波移相回路において、サセプタン
ス回路の、可変容量素子８が可変容量ダイオード１０で
構成される。

【００６１】

【発明の効果】本発明のマイクロ波移相回路は、回路面
積を大きくする要因となる伝送線路を必要としない構成
であるため、回路面積を大幅に削減できる。特に多値の
移相量を制御するために移相器を従属接続する場合の回
路面積削減に与える効果は絶大である。

【００６２】また、可変容量素子としてゲート電圧制御
のＦＥＴのゲートソース間容量及びゲートドレイン間容
量を用いた場合、ソースドレイン間には電位差がなく、
ＦＥＴには電流が流れないから消費電力零で制御するこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１の例のマイクロ波
移相回路の等価回路を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態の第２の例のマイクロ波
移相回路の等価回路を示す図である。

【図３】サセプタンス回路の第１の例を示す図であ
る。

【図４】サセプタンス回路の第２の例を示す図であ
る。

【図５】サセプタンス回路の第３の例を示す図であ
る。

【図６】サセプタンス回路の第４の例を示す図であ
る。

【図７】サセプタンス回路の第５の例を示す図であ
る。

【図８】従来のマイクロ波移相回路の等価回路を示す
図である。

【図９】従来例の整合条件と移相量を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１、１ａ入力端子１ｂ出力端子２リアクタンス回路３リアクタンス回路４サセプタンス回路５サセプタンス回路６サセプタンス素子７可変容量素子８切換スイッチ９ＦＥＴ９ａゲート端子、９ｂソース端子、９ｃドレイン端子１０可変容量ダイオード１１制御端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記（１）〜（７）の条件を満たし、全
てのサセプタンス回路の符号を反転させることによっ
て、通過位相変化を得る構成であることを特徴とするマ
イクロ波移相回路。（１）第１から第２ｎのリアクタンス回路が直列接続さ
れている。（２）第１から第２ｎ−１までの奇数番目のリアクタン
ス回路のリアクタンス値はｘである。（３）第２から第２ｎまでの偶数番目のリアクタンス回
路のリアクタンス値は−ｘである。（４）第１のリアクタンス回路の一端は入力端子に、第
２ｎのリアクタンス回路の一端は出力端子に接続されて
いる。（５）該リアクタンス回路の第１の接続点から第２ｎ−
１の接続点には、それぞれ一端を接地されているサセプ
タンス値２（１／ｘ²−１）^1/2のサセプタンス回路
が接続さている。（６）入力端子には一端を接地されているリアクタンス
値−ｘのリアクタンス回路と、一端を接地されているサ
セプタンス値（１／ｘ²−１）^1/2のサセプタンス回
路が接続されている。（７）出力端子には一端を接地されているリアクタンス
値ｘのリアクタンス回路と、一端を接地されているサセ
プタンス値（１／ｘ²−１）^1/2のサセプタンス回路
が接続されている。
【請求項２】下記（１）〜（７）の条件を満たし、全
てのサセプタンス回路の符号を反転させることによっ
て、通過位相変化を得る構成であることを特徴とするマ
イクロ波移相回路。（１）第１から第２ｎ＋１のリアクタンス回路が直列接
続されている。（２）第１から第２ｎ＋１までの奇数番目のリアクタン
ス回路のリアクタンス値はＸである。（３）第２から第２ｎまでの偶数番目のリアクタンス回
路のリアクタンス値は−ｘである。（４）第１のリアクタンス回路の一端は入力端子に、第
２ｎ＋１のリアクタンス回路の一端は出力端子に接続さ
れている。（５）リアクタンス回路の第１の接続点から第２ｎの接
続点には、それぞれ一端を接地されているサセプタンス
値２（１／ｘ²−１）^1/2のサセプタンス回路が接続
さている。（６）入出力端子には一端を接地されているリアクタン
ス値−ｘのリアクタンス回路と、一端を接地されている
サセプタンス値（１／ｘ²−１）^1/2のサセプタンス
回路が接続されている。
【請求項３】サセプタンス回路は、サセプタンス素子
と可変容量素子を並列接続したものである請求項１、ま
たは請求項２に記載のマイクロ波移相回路。
【請求項４】サセプタンス回路は、サセプタンス素子
と可変容量素子を直列接続したものである請求項１、ま
たは請求項２に記載のマイクロ波移相回路。
【請求項５】リアクタンス回路の両端に、それぞれ１
入力２出力の切換スイッチの入力端を接続し、該切換ス
イッチの２つの出力それぞれに、一端を接地した符号の
異なるサセプタンス値をもつサセプタンス素子を接続し
た請求項１、または請求項２に記載のマイクロ波移相回
路。
【請求項６】可変容量素子は、ゲート電圧制御のＦＥ
Ｔのゲートドレイン間容量およびゲートソース間容量で
構成される請求項３又は請求項４に記載のマイクロ波移
相回路。
【請求項７】可変容量素子は、可変容量ダイオードで
構成される請求項３又は請求項４に記載のマイクロ波移
相回路。