JP2001292005A

JP2001292005A - 抵抗減衰器

Info

Publication number: JP2001292005A
Application number: JP2000104623A
Authority: JP
Inventors: Kiyoharu Kiyono; 清春清野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2001-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の抵抗減衰器では減衰量を可変した場
合、リターンロス特性も同時に変化するため、振幅補償
用として、この抵抗減衰器を半導体回路に用いた場合、
半導体回路の周波数特性が劣化してしまう課題があっ
た。【解決手段】特性インピーダンスが５０オームよりも
低く、所要周波数帯でほぼ１／４波長の長さを有する伝
送線路のそれぞれの端子に抵抗を接続し、減衰量を可変
する場合、それぞれの抵抗の両端を金属細線で短絡する
とともに、伝送線路の両端に容量性素子を装荷した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロ波帯の
レーダあるいは通信装置に使用され、リターンロス特性
に優れ、減衰量の可変が容易な抵抗減衰器に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】レーダ装置、通信装置等ではＦＥＴ（Ｆ
ｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ダ
イオードなどの半導体を用いた増幅器、発振器あるいは
周波数変換器などの半導体回路が用いられる。一般に、
これらの半導体は特性ばらつきが大きいため、半導体回
路には信号の振幅ばらつきを補償するための抵抗減衰器
が用いられる。

【０００３】図７（ａ）、（ｂ）は例えば特開昭６３−
２０８３０３号公報に示された従来の抵抗減衰器の構成
及び等価回路を示すもので、図中、１は誘電体基板、２
は伝送線路、３，４は抵抗、５，６は伝送線路、７は入
力端子、８は出力端子である。この抵抗減衰器は図７
（ａ）に示すように、誘電体基板１上に伝送線路５、抵
抗３、伝送線路２、抵抗４及び伝送線路６とが直列接続
されるように配置されており、これらの伝送線路２，
５，６及び抵抗３，４はマイクロ波集積回路技術により
誘電体基板１上に一体形成されている。また、伝送線路
５及び６の一端にはそれぞれ入力端子７、出力端子８が
接続された構成となっている。この抵抗減衰器を構成す
る基本要素は伝送線路２、抵抗３，４であり、伝送線路
５，６はそれぞれ抵抗３及び４の一端と誘電体基板１の
端面に設けられた入力端子７、出力端子８とを接続する
ためのものである。

【０００４】ここで伝送線路２の長さは所要周波数帯で
１／４波長に、また、特性インピーダンスＺは入力端子
７及び出力端子８にそれぞれ接続される電源インピーダ
ンス、負荷インピーダンスと等しいＺｏ、即ち、通常５
０Ωに選ばれている。また、伝送線路５，６の特性イン
ピーダンスもまたＺｏに選ばれている。さらに、所要周
波数帯で良好な特性を得るために、抵抗３，４の形状は
波長に比べ、十分小さく選ばれている。

【０００５】このため、図７（ａ）は図７（ｂ）の等価
回路で表わすことができる。ここで抵抗３，４の値をＲ
とすれば、この抵抗減衰器の透過係数Ｔ及び反射係数Γ
はそれぞれ式（１）、（２）で与えられる。

【０００６】

【数１】

【０００７】

【数２】

【０００８】例えば、Ｒ＝１０Ωとした場合、伝送線路
２の長さが１／４波長となる周波数においてはＴ＝−
１．７３ｄＢ、Γ＝−３５．７ｄＢとなる。また、３０
Ωに選んだ場合はそれぞれ−５ｄＢ，−１９．９ｄＢと
なる。このように抵抗３，４の値を設定することによ
り、所望の抵抗減衰器を得ることができる。

【０００９】この抵抗減衰器の減衰量を可変するための
一構成を図８（ａ）に示す。即ち、抵抗３，４の両端を
金属細線９で短絡したものである。従って、この等価回
路は図８（ｂ）に示すように抵抗３及び抵抗４にそれぞ
れ金属細線９に起因するインダクタが並列接続されたも
のとして表わすことができる。ここで、金属細線９の長
さを波長に比べ十分短く選んだ場合、インダクタが非常
に小さくなるため、等価的に抵抗３，４が無いものと見
なせる。従って、透過係数Ｔ及び反射係数Γは抵抗３，
４に関係なくそれぞれ０ｄＢ，−∞となる。このよう
に、抵抗３，４をそれぞれ３０Ωに選び、これらの抵抗
３，４を金属細線９で短絡することにより、５ｄＢと０
ｄＢの可変形の抵抗減衰器を得ることができる。

【００１０】次に動作原理について説明する。図７
（ａ）において、入力端子７から入力されたマイクロ波
帯の信号は伝送線路５を介して、抵抗３に供給され、そ
こで一部減衰される。残りの信号は伝送線路２を通り、
再び、抵抗４で減衰され、伝送線路６を通って出力端子
８から出力される。この減衰量は抵抗３，４に依存し、
これらの抵抗３，４を３０Ωに選んだ場合、前述のよう
に５ｄＢの減衰量となる。一方、図８（ａ）のように抵
抗３，４を金属細線９で短絡した場合、入力端子７から
入力されたマイクロ波信号は伝送線路７，２及び伝送線
路６を通って、減衰されることなく出力端子８から出力
される。

【００１１】以上のように、この抵抗減衰器を半導体回
路に用いることにより、半導体に特性ばらつきがあって
も簡単に振幅補償ができ、特性の揃った半導体回路を得
ることができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の抵抗減衰器では
伝送線路２の特性インピーダンスをＺｏに選んでいるた
め、式（２）から明らかなように、抵抗３，４がある場
合、Γは０とはならない。また、これらの抵抗３，４の
値を大きく選んだ場合、Γが大きくなり、リターンロス
が劣化することになる。これに対して、抵抗３，４を金
属細線９で短絡した場合は常にΓ＝０となり、良好なリ
ターンロス特性が得られる。このため、図９に示すよう
に抵抗３，４を短絡するか、しないかによってリターン
ロス特性が変化し、振幅補償用としてこの抵抗減衰器を
用いた場合、半導体回路の振幅の周波数特性が変化して
しまう問題点があった。また、この種の抵抗減衰器では
入力端子７に近い抵抗３での消費電力が抵抗４よりも大
きくなる。一般に抵抗３，４の耐電力は面積に比例する
が、従来の抵抗減衰器では抵抗３，４の面積を等しく選
んでいるため、入力端子７から大信号が入力された場
合、先に抵抗３が焼損してしまう問題点もあった。

【００１３】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、減衰量を可変してもリターンロス
特性の変化を小さく抑え、また、耐電力向上を図ること
のできる抵抗減衰器を得ることを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の発明による抵抗減
衰器は特性インピーダンスが５０オームよりも低く、所
要周波数帯でほぼ１／４波長の長さを有する伝送線路
と、この線路のそれぞれの端子に接続された１個の抵抗
とからなり、それぞれの抵抗の両端を金属細線で短絡す
るとともに、伝送線路の両端には容量性素子を接続し、
減衰量を可変するようにしたものである。

【００１５】また、第２の発明による抵抗減衰器は上記
第１の発明の抵抗減衰器を複数個縦続接続したものであ
る。

【００１６】第３の発明による抵抗減衰器は特性インピ
ーダンスが５０オームよりも低く、所要周波数帯でほぼ
１／４波長の長さを有する伝送線路と、この線路のそれ
ぞれの端子に接続された複数個の抵抗とからなり、複数
個の抵抗の内、所定の抵抗の両端を金属細線で短絡する
とともに、伝送線路の両端には容量性素子を接続し、減
衰量を可変するようにしたものである。

【００１７】また、第４の発明による抵抗減衰器は上記
第１から第３の抵抗減衰器を構成する抵抗の内、入力端
子側には耐電力の高い抵抗を設けたものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１（ａ）、
（ｂ）はそれぞれ実施の形態１の抵抗減衰器の構成及び
等価回路を示すものであり、図中、１０は伝送線路、１
１は容量性素子である。この抵抗減衰器は図１（ａ）に
示すように、基本構成は従来の抵抗減衰器と同じである
が、抵抗３，４間に設けられた伝送線路１０の特性イン
ピーダンスがＺｏ、即ち、５０Ωよりも低く選ばれてい
る点及び伝送線路１０のそれぞれの端子の近傍に容量性
素子１１を配置している点が従来のものと異なる。ここ
では容量性素子１１として波長に比べ、長さが十分短い
先端開放スタブで構成した場合について示している。ま
た、伝送線路１０の特性インピーダンスＺは次式のよう
に与えられる。

【００１９】

【数３】

【００２０】この式から明らかなように、伝送線路１０
の特性インピーダンスは抵抗３，４の抵抗値Ｒに依存
し、例えばＲ＝１０Ωの場合、Ｚ＝４９Ω、また、３０
Ωの場合、４０Ωに選ばれる。

【００２１】この抵抗減衰器はこのように構成されてお
り、大きな減衰量を得るために、伝送線路１０と容量性
素子１１とは接続しない。このため、図１（ａ）の等価
回路は図１（ｂ）のように表わすことができる。ここ
で、伝送線路１０の特性インピーダンスＺを式（３）の
ように選んだ場合、この発明の抵抗減衰器の透過係数
Ｔ、反射係数Γはそれぞれ式（４、（５）で与えられ
る。

【００２２】

【数４】

【００２３】

【数５】

【００２４】例えば、Ｒ＝１０Ωとした場合、伝送線路
１０の長さが１／４波長となる周波数においてはＴ＝−
１．７６ｄＢ、また、３０Ωに選んだ場合は−６．０２
ｄＢとなる。これに対して、反射係数は抵抗３，４によ
らず、常にΓ＝０すなわち−∞ｄＢとなる。以上述べた
ように、伝送線路１０の特性インピーダンスを５０Ωよ
りも低く選ぶことにより、良好なリターンロス特性を得
ることができる。

【００２５】この抵抗減衰器の減衰量を可変するための
一構成を図２（ａ）に示す。即ち、抵抗３，４の両端間
及び伝送線路１０の一端と容量性素子１１間をそれぞれ
金属細線９で接続したものである。従って、この等価回
路は図２（ｂ）に示すように抵抗３及び抵抗４にそれぞ
れ金属細線９に起因するインダクタが並列に接続され、
また、伝送線路１０のそれぞれの端子と接地間に容量性
素子１１が接続されたものとして表わすことができる。
ここで、金属細線９の長さを波長に比べ十分短く選ぶこ
とにより、抵抗３，４が無いものと見なせる。従って、
この等価回路は伝送線路１０のそれぞれの端子と接地間
に容量性素子１１が接続された簡易な等価回路となる。
この簡易な等価回路において、反射係数Γ＝０となる容
量性素子１１の値Ｃは式（６）で与えられる。

【００２６】

【数６】

【００２７】ここでωは角周波数である。このように容
量性素子１１を選ぶことにより、図２（ｂ）の入力端子
７における反射係数は０となる。従って、図３に示すよ
うに減衰量を可変した場合であってもリターンロス特性
が変化すること無く、良好な値が得られる。

【００２８】次に動作原理について説明する。図１
（ａ）において、入力端子７から入力されたマイクロ波
帯の信号は伝送線路５を介して、抵抗３に供給され、そ
こで一部減衰される。残りの信号は伝送線路１０を通
り、再び、抵抗４で減衰され、伝送線路６を通って出力
端子８から出力される。一方、図１（ｂ）のように抵抗
３，４を金属細線９で短絡した場合、入力端子７から入
力されたマイクロ波信号は伝送線路５、容量性素子１１
及び伝送線路６を通って、減衰されることなく出力端子
８から出力される。この発明の抵抗減衰器の動作として
は従来のものと変わりはないが、抵抗３，４の値を３０
Ω一定にした場合であっても、従来のものでは５ｄＢの
減衰量であったのに対し、この発明のものでは６．０２
ｄＢと伝送線路１１の特性インピーダンスが異なる分だ
け異なる。

【００２９】以上のように、この発明の抵抗減衰器では
減衰量を変化させてもリターンロス特性が変化しないた
め、この抵抗減衰器を半導体回路に用いることにより、
周波数特性を変化させることなく振幅補償ができ、特性
の揃った半導体回路を得ることができる利点がある。な
お、金属細線９の代わりに金リボンなどの金属片を用い
ても効果に変わりがない。

【００３０】実施の形態２．図４は実施の形態２の抵抗
減衰器の構成を示すものであり、図中、１２，１３は抵
抗減衰器である。この抵抗減衰器１２，１３は実施の形
態１で示したものと同じであり、この発明の抵抗減衰器
はこれらの抵抗減衰器１２，１３を縦続接続した構成の
ものである。ここで抵抗減衰器１２の抵抗３，４をそれ
ぞれ３０Ω、抵抗減衰器１３の抵抗３，４をそれぞれ１
０Ωに選んだ場合、実施の形態１で述べたように、抵抗
減衰器１２，１３の減衰量はそれぞれ６．０２ｄＢ，
１．７６ｄＢとなる。従って、図４のように抵抗減衰器
１３の抵抗３，４を金属細線９で短絡した場合、６．０
２ｄＢの減衰量が得られる。逆に、抵抗減衰器１２の抵
抗３，４を金属細線９で短絡した場合、１．７６ｄＢの
減衰量が得られる。このようにこの抵抗減衰器では抵抗
減衰器１２，１３の抵抗３，４を選択的に短絡するか、
しないかによって、０ｄＢ，１．７６ｄＢＭ，６．０２
ｄＢ，７．７８ｄＢの減衰量を得ることができる。

【００３１】以上のように、この発明の抵抗減衰器では
実施の形態１の抵抗減衰器を複数個縦続接続することに
より、減衰量をより細かく設定できる。従って、この抵
抗減衰器を半導体回路の振幅補償用として用いることに
より、より特性の揃った半導体回路を得ることができ
る。また、減衰量を可変しても抵抗減衰器のリターンロ
スが変化しないため、半導体回路の周波数特性が劣化し
てしまうことはない。なお、ここでは２個の抵抗減衰器
を縦続接続した場合について示したが、それ以上の抵抗
減衰器を接続しても良い。

【００３２】実施の形態３．図５はこの発明の実施の形
態３の抵抗減衰器の構成を示す図である。この抵抗減衰
器は実施の形態１の抵抗減衰器を構成する抵抗３，４を
複数個に分割し、分割された所定の抵抗を短絡したもの
である。図５（ａ）は抵抗３を３ａ，３ｂの２個の抵抗
に、また、抵抗４を４ａ，４ｂの２個の抵抗に分割した
場合について示している。さらに、伝送線路１０の特性
インピーダンスは抵抗３ａと３ｂとの平均値、抵抗４ａ
と４ｂとの平均値とし、式（３）より求めることができ
る。例えば、抵抗３ａ，４ａを３０Ωとし、抵抗３ｂ，
４ｂを１０Ωとした場合、伝送線路１０の特性インピー
ダンスは４５．８Ωとなる。これは抵抗３ａ，４ａある
いは３ｂ，４ｂを短絡して減衰量を可変するような場
合、リターンロスの劣化を極力小さくするためである。

【００３３】一例として、図５（ｂ）は抵抗３ｂ，４ｂ
を金属細線９でそれぞれ短絡した場合について示してい
る。この場合、特性インピーダンス４５．８Ωの伝送線
路１０の両端にそれぞれ３０Ωの抵抗３ａ，４ａが接続
されるため、透過係数及び反射係数は式（１）、式
（２）からそれぞれ−５．３７ｄＢ，−２４．６５ｄＢ
となる。逆に、抵抗３ｂ，４ｂを短絡した場合、それぞ
れ−１．９ｄＢ，−２５．５ｄＢが得られる。このよう
に、減衰量を可変した場合であってもリターンロスの変
化が小さく、劣化量も小さい。

【００３４】また、図５（ｃ）は減衰量を０ｄＢにする
ための構成例である。この図のように、分割された全て
の抵抗３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂを金属細線９で短絡し、
かつ、伝送線路１０の両端と容量性素子１１間を金属細
線９で接続することにより簡単に得られる。また、容量
性素子１１は式（６）から求めることができ、実施の形
態１で示したように良好なリターンロス特性が得られ
る。このように、この抵抗減衰器では分割された抵抗３
ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを選択的に短絡するか、しないか
によって、０ｄＢ，１．９ｄＢ，５．９７ｄＢ，６．９
５ｄＢの減衰量を得ることができ、しかも１個の伝送線
路１０で構成できるため、回路の小型化が図れる利点が
ある。

【００３５】以上のように、この抵抗減衰器を半導体回
路の振幅補償用として用いることにより、小型で、より
特性の揃った半導体回路を得ることができる。なお、こ
の抵抗減衰器では減衰量を可変した場合のリターンロス
の劣化量を小さく抑えることができ、半導体回路の周波
数特性が劣化してしまうことはない。また、抵抗３，４
をそれぞれ２個の抵抗に分割した場合について示した
が、それ以上に分割しても良い。

【００３６】実施の形態４．図６はこの発明の実施の形
態４の抵抗減衰器の構成例である。図６（ａ）は実施の
形態１の抵抗減衰器と基本構成は同じであるが、抵抗３
の面積を抵抗４よりも大きくしている点が異なる。しか
し、抵抗３と抵抗４との縦と横の寸法比は同じにしてい
る。このため、抵抗３と抵抗４とは同じ抵抗値となり、
この抵抗減衰器の減衰量は抵抗３と４の面積を同じにし
た場合と等しい。例えば、抵抗３，４を３０Ωに選んだ
場合、実施の形態１で示したように、この抵抗減衰器の
減衰量は６．０２ｄＢとなる。この抵抗減衰器に１Ｗの
電力が入力された場合、抵抗３，４で消費される電力は
それぞれ０．５Ｗ，０．２５Ｗとなり、抵抗３の方が抵
抗４よりも２倍高くなる。従って、抵抗３の面積を抵抗
４よりも２倍にすることにより、抵抗減衰器の耐電力を
２倍に向上させることができる。一般に、良好な特性の
抵抗減衰器を得るには抵抗３，４の寸法を波長に比べ、
十分小さく選ぶ必要があり、耐電力向上とは相反する。
このため、この発明の抵抗減衰器のように必要な抵抗３
のみ面積を広くすることにより、特性劣化を小さく抑え
ることができるとともに、耐電力向上を図ることができ
る。

【００３７】また、図６（ｂ）は基本的に実施の形態２
と同じ構成であり、図６（ａ）と同様に抵抗３ａ，３ｂ
の面積を抵抗４ａ，４ｂよりも大きくした場合である。
このように構成することにより、耐電力が高く、小型
で、より細かな減衰量の設定ができる抵抗減衰器を得る
ことができる。

【００３８】以上のように、この抵抗減衰器を半導体回
路の振幅補償用として用いることにより、小型で、耐電
力の高い半導体回路を得ることができる利点がある。な
お、上記実施例では耐電力向上を図るために、抵抗３の
面積を大きくした場合について示したが、耐電力の高い
チップ状の抵抗を用いても同じである。

【００３９】

【発明の効果】第１の発明によれば、特性インピーダン
スが５０オームよりも低く、所要周波数帯でほぼ１／４
波長の長さを有する伝送線路と、この線路のそれぞれの
端子に接続された１個の抵抗とからなり、それぞれの抵
抗の両端を金属細線で短絡するとともに、伝送線路の両
端に容量性素子を接続することにより、減衰量を変化さ
せてもリターンロス特性が変化しないため、この抵抗減
衰器を半導体回路に用いることにより、周波数特性を変
化させることなく振幅補償ができ、特性の揃った半導体
回路を得ることができる。

【００４０】また、第２の発明によれば、第１の発明の
抵抗減衰器を複数個縦続接続することにより、減衰量を
より細かく設定でき、この抵抗減衰器を半導体回路の振
幅補償用として用いることにより、より特性の揃った半
導体回路を得ることができる。

【００４１】また、第３の発明によれば、第１の発明の
抵抗減衰器を構成する抵抗を複数個に分割し、分割され
た所定の抵抗を短絡するとともに、伝送線路の両端に容
量性素子を接続することにより、小型で、減衰量を細か
く設定できる抵抗減衰器を得ることができ、この抵抗減
衰器を使用することにより、小型で特性の揃った半導体
回路を得ることができる。

【００４２】また、第４の発明によれば、抵抗減衰器を
構成する入力端子側の抵抗の面積を大きくすることによ
り、特性劣化を小さく抑えるとともに、耐電力の高い抵
抗減衰器を得ることができ、この抵抗減衰器を使用する
ことにより、半導体回路の耐電力向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による実施の形態１の抵抗減衰器の
構成及び等価回路を示す図である。

【図２】この発明による実施の形態１の抵抗減衰器の
減衰量を可変する場合の構成及び等価回路を示す図であ
る。

【図３】この発明による実施の形態１の抵抗減衰器の
リターンロス特性の一例を示す図である。

【図４】この発明による実施の形態２の抵抗減衰器の
構成を示す図である。

【図５】この発明による実施の形態３の抵抗減衰器の
構成を示す図である。

【図６】この発明による実施の形態４の抵抗減衰器の
構成を示す図である。

【図７】従来の抵抗減衰器の構成及び等価回路を示す
図である。

【図８】従来の抵抗減衰器の減衰量を可変する場合の
構成及び等価回路を示す図である。

【図９】従来の抵抗減衰器のリターンロス特性の一例
を示す図である。

【符号の説明】１誘電体基板、３抵抗、４抵抗、５伝送線路、
６伝送線路、７入力端子、８出力端子、９金属
細線、１０伝送線路、１１容量性素子、１２抵抗
減衰器、１３抵抗減衰器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】特性インピーダンスが５０オームよりも
低く、所要周波数帯でほぼ１／４波長の長さを有する伝
送線路と、上記伝送線路のそれぞれの端子に直列に接続
された１個の抵抗と、上記伝送線路のそれぞれの端子に
並列に装荷されるように配置された容量性素子と、上記
抵抗を短絡し、かつ、伝送線路のそれぞれの端子と容量
性素子間を接続する金属細線または金属片を具備したこ
とを特徴とする抵抗減衰器。
【請求項２】上記抵抗減衰器を複数個縦続接続したこ
とを特徴とする請求項１記載の抵抗減衰器。
【請求項３】特性インピーダンスが５０オームよりも
低く、所要周波数帯でほぼ１／４波長の長さを有する伝
送線路と、上記伝送線路のそれぞれの端子に直列に接続
された複数個の抵抗と、上記伝送線路のそれぞれの端子
に並列に装荷されるように配置された容量性素子と、上
記複数個の内、所望の抵抗を短絡し、かつ、伝送線路の
それぞれの端子と容量性素子間を接続する金属細線また
は金属片とを具備したことを特徴とする抵抗減衰器。
【請求項４】上記伝送線路の両端に接続される抵抗の
内、信号が入力される側の抵抗の耐電力が高いことを特
徴とする請求項１から３のいずれかに記載の抵抗減衰
器。