JP2005333375A - Microwave phase shifter and wireless machine using it - Google Patents

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Hiroshi Kosakata
寛 小坂田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microwave phase shifter stabilizing frequency-change characteristics of a phase-shift quantity to voltage characteristics to a wider frequency. <P>SOLUTION: Capacitive stubs 10 are connected in series with two variable capacity elements 6 constituting the microwave phase shifter, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、マイクロ波帯のレーダ装置あるいは通信装置などに用いるマイクロ波移相器に関する。またこのマイクロ波移相器を用いた無線機に関するものである。   The present invention relates to a microwave phase shifter used for a microwave band radar device or a communication device. The present invention also relates to a radio using this microwave phase shifter.

マイクロ波帯の通信装置等にはマイクロ波の信号を増幅あるいは制御するための送信モジュールあるいは受信モジュールが用いられる。これらのモジュールでは、周囲温度に対して、振幅、位相が変化しないものが望ましいので、温度特性を補償するための減衰器や移相器が用いられる。この発明はこのような位相補償などを行うための移相器に関するものである。   A transmission module or a reception module for amplifying or controlling a microwave signal is used for a communication device or the like in the microwave band. In these modules, those whose amplitude and phase do not change with respect to the ambient temperature are desirable, and therefore an attenuator and a phase shifter for compensating the temperature characteristics are used. The present invention relates to a phase shifter for performing such phase compensation.

例えば、特許文献1の図13には、従来のマイクロ波移相器の構成が開示されている。同図には90°ハイブリッド1、入力端子2、アイソレーション端子3、結合端子4、通過端子5、可変容量素子(後述のバラクタダイオード素子またはFET)6、チョーク回路7、直流電源8が図示されている。   For example, FIG. 13 of Patent Document 1 discloses a configuration of a conventional microwave phase shifter. The figure shows a 90 ° hybrid 1, an input terminal 2, an isolation terminal 3, a coupling terminal 4, a passing terminal 5, a variable capacitance element (a varactor diode element or FET described later) 6, a choke circuit 7, and a DC power supply 8. ing.

この移相器は4端子を有する90°ハイブリッド1の結合端子4と接地間、通過端子5と接地間にそれぞれ可変容量素子6が設けられており、各可変容量素子6に所望の直流バイアス電圧を印加するために、各可変容量素子6にはマイクロ波周波数をカットするチョーク回路7を介して直流電源8が接続されている。   This phase shifter is provided with a variable capacitance element 6 between the coupling terminal 4 of the 90 ° hybrid 1 having four terminals and the ground, and between the passage terminal 5 and the ground, and each variable capacitance element 6 has a desired DC bias voltage. Is applied to each variable capacitance element 6 through a choke circuit 7 that cuts the microwave frequency.

90°ハイブリッド1としては、いわゆるブランチラインカップラ、インターディジタルカップラ等の形式のもの、即ち、結合端子4と通過端子5とに同振幅で、その位相差が90°異なるものが出力される形式のものが用いられている。   The 90 ° hybrid 1 is of a type such as a so-called branch line coupler, an interdigital coupler, or the like, that is, a type in which the coupling terminal 4 and the passing terminal 5 have the same amplitude and a phase difference of 90 ° is output. Things are used.

可変容量素子6としては、バラクタダイオード素子、FET等が用いられる。一般にバラクタダイオードは前述の図に等価回路で示されているように、素子内/外部のボンディングワイヤに起因するインダクタLdと直列抵抗Riおよび接合キャパシタCjの直列回路で表される。この接合キャパシタCjは印加された直流電源8の電圧VRによって制御され、VRが高くなるほどCjが小さくなる。   As the variable capacitance element 6, a varactor diode element, an FET, or the like is used. In general, a varactor diode is represented by a series circuit of an inductor Ld, a series resistance Ri, and a junction capacitor Cj caused by bonding wires inside / outside the element, as shown in an equivalent circuit in the above-described figure. This junction capacitor Cj is controlled by the applied voltage VR of the DC power supply 8, and Cj decreases as VR increases.

チョーク回路7はマイクロ波特性に影響を与えないように、所望周波数帯で高インピーダンスとなるように設計されており、このチョーク回路7を介して直流電源8から所望の電圧VRを可変容量素子6に印加することによりその容量を変化させる。   The choke circuit 7 is designed to have a high impedance in a desired frequency band so as not to affect the microwave characteristics, and a desired voltage VR is supplied from the DC power supply 8 via the choke circuit 7 to the variable capacitance element. 6 to change its capacity.

従来のマイクロ波移相器の課題を説明する前に、理解を助けるため前述の図に開示されたものの動作について説明する。入力端子2から入力されたマイクロ波信号は90°ハイブリッド1で結合端子4と通過端子5にそれぞれ同振幅、90°位相差で分配される。分配されたマイクロ波信号はそれぞれ可変容量素子6に供給される。供給されたそれぞれのマイクロ波信号は可変容量素子6の容量に応じた反射位相で90°ハイブリッド1側に反射される。さらに反射されたそれぞれのマイクロ波信号は入力端子2では逆相合成、アイソレーション端子3では同相合成となるため、全てアイソレーション端子3に出力される。   Before explaining the problems of the conventional microwave phase shifter, the operation of what has been disclosed in the above-mentioned drawings will be described for the sake of understanding. The microwave signal input from the input terminal 2 is distributed by the 90 ° hybrid 1 to the coupling terminal 4 and the passing terminal 5 with the same amplitude and 90 ° phase difference, respectively. The distributed microwave signals are respectively supplied to the variable capacitance elements 6. The supplied microwave signals are reflected to the 90 ° hybrid 1 side with a reflection phase corresponding to the capacitance of the variable capacitance element 6. Further, each reflected microwave signal is output to the isolation terminal 3 because the input terminal 2 performs reverse-phase synthesis and the isolation terminal 3 performs in-phase synthesis.

従来のマイクロ波移相器の課題を説明するために図14と図16に可変容量素子6単独のインピーダンスZa軌跡をスミスチャート上に表す。図14は使用する周波数が比較的低い場合、図16は使用する周波数が比較的高い場合を示す。図14では角周波数ω=ω0を一定とし(同図のω1の場合と、ω2の場合については後述する)、可変容量素子6に印加する電圧VRをVR1、VR0、VR2と(電圧の大小関係はVR1<VR0<VR2である)変化させ、かつ、規格化インピーダンスZ0(通常50Ω)で規格化した場合について示している。周波数が低い場合、ボンディングワイヤに起因するインダクタLdのインピーダンスが低く影響が小さいため、図14の可変容量素子6のインピーダンスは容量性(−jの側)を示す。   In order to explain the problem of the conventional microwave phase shifter, FIGS. 14 and 16 show the impedance Za locus of the variable capacitance element 6 on the Smith chart. FIG. 14 shows a case where the frequency used is relatively low, and FIG. 16 shows a case where the frequency used is relatively high. In FIG. 14, the angular frequency ω = ω0 is constant (the case of ω1 and ω2 in the figure will be described later), and the voltage VR applied to the variable capacitor 6 is VR1, VR0, VR2 (the magnitude relationship of the voltages). (VR1 <VR0 <VR2), and is normalized with a normalized impedance Z0 (usually 50Ω). When the frequency is low, since the impedance of the inductor Ld caused by the bonding wire is low and the influence is small, the impedance of the variable capacitance element 6 in FIG. 14 is capacitive (−j side).

また、図14に示すように直流電源8の電圧VRをVR1からVR2まで高くすることにより、可変容量素子6の接合キャパシタCjは徐々に小さくなり、Zaは抵抗成分一定の線上を反時計回りに変化する。
更に、可変容量素子6における反射係数の絶対値はスミスチャートの中心からの距離できまり、バラクタダイオードの内部抵抗値Riは非常に小さい(≒0オーム)ことから、反射係数の絶対値はほぼ1でVRが高くなるほど位相は進むようになる。この種のマイクロ波移相器の損失は反射係数の絶対値に反比例し、絶対値が大きいほど損失は小さくなる。
また、図14に示すように角周波数ωをω1まで低くすると(ωの大小関係はω1<ω0<ω2)、容量性の影響が小さくなるため、一定の電圧変化に対する位相の変化量が小さくなってしまう(スミスチャート上でVR1とVR2との間隔が狭くなる)。
この関係を図15に示す。
Further, as shown in FIG. 14, by increasing the voltage VR of the DC power supply 8 from VR1 to VR2, the junction capacitor Cj of the variable capacitance element 6 is gradually decreased, and Za is counterclockwise on a line having a constant resistance component. Change.
Furthermore, the absolute value of the reflection coefficient in the variable capacitance element 6 is determined by the distance from the center of the Smith chart, and the internal resistance value Ri of the varactor diode is very small (≈0 ohms). As VR increases, the phase advances. The loss of this type of microwave phase shifter is inversely proportional to the absolute value of the reflection coefficient, and the loss decreases as the absolute value increases.
Also, as shown in FIG. 14, when the angular frequency ω is lowered to ω1 (the magnitude relationship of ω is ω1 <ω0 <ω2), the influence of the capacitance is reduced, so that the amount of phase change with respect to a constant voltage change is reduced. (The interval between VR1 and VR2 becomes narrow on the Smith chart).
This relationship is shown in FIG.

また、マイクロ波周波数が高い場合の図16は、可変容量素子6に印加する電圧VRをVR1、VR0、VR2、また角周波数ωをω1、ω0、ω2と変化させ、かつ、規格化インピーダンスZ0(通常50Ω)で規格化した図である。周波数を高くしたことにより可変容量素子6の内/外に用いられているボンディングワイヤのインダクタLdのインピーダンスが大きくなって、その影響が表れ、特性は総体に誘導性(+jの側)を示す。そして、図16に示すように角周波数ωをω2まで高くするとき、一定の電圧変化に対する位相の変化量が小さくなってしまう(スミスチャート上でVR1とVR2との間隔が狭くなる)。
この関係を図17に示す。
FIG. 16 shows a case where the microwave frequency is high. In FIG. 16, the voltage VR applied to the variable capacitance element 6 is changed to VR1, VR0, VR2, the angular frequency ω is changed to ω1, ω0, ω2, and the normalized impedance Z0 ( It is a figure normalized by (normally 50Ω). By increasing the frequency, the impedance of the inductor Ld of the bonding wire used inside / outside the variable capacitance element 6 becomes large, and the influence appears, and the characteristic shows inductivity (+ j side) as a whole. Then, as shown in FIG. 16, when the angular frequency ω is increased to ω2, the amount of phase change with respect to a constant voltage change becomes small (the interval between VR1 and VR2 becomes narrow on the Smith chart).
This relationship is shown in FIG.

図15と図17とから、一定の電圧変化幅に対する移相変化量の周波数特性は、周波数ωがきわめて高い、またきわめて低い領域で使用すると中程の周波数の時に比べて小さくなる。
このような特性を有するマイクロ波移相器の直流電源電圧VRを、モジュールの温度変化に応じて制御することにより温度に応じて位相を制御することができるものが従来から使用されている。一般にマイクロ波送受信モジュールを構成する増幅器、減衰器等は温度変化に対して位相が変化する。従って、このマイクロ波移相器をモジュールに搭載し、モジュールの位相の温度変動に応じて直流電圧VRを変化させることにより、モジュールの位相変動を相殺することができるので、温度に対して位相変動の小さなマイクロ波モジュールを得る方法として用いられているのである。
しかし、図15、図17の特性図のように、中心周波数から離れた高い、または低い周波数での移相量・対・電圧VR特性は、中心周波数での移相量・対・電圧VR特性とは異なっているから、一定温度変化に対する電圧制御量を周波数の高低によって変化させなければならず、同じレベルで制御してしまうと温度変動特性を正確に抑えることができなくなるという課題があった。
なお、このような課題の対策として、マイクロ波移相器の移相量・対・電圧特性について、適当な周波数間隔毎にテーブルを持ち、使用周波数の変化に応じてテーブルを使い分けるという方法もあるが、制御が複雑になってしまう上、一つの周波数の送受信の場合のみに適用可能であり、周波数が大きく隔たった複数信号の同時送受信ではテーブルを1つ選択するということができないため適用不可能であった。
From FIG. 15 and FIG. 17, the frequency characteristic of the amount of phase shift with respect to a constant voltage change width becomes smaller than that at the middle frequency when the frequency ω is used in a very high or very low region.
Conventionally, a microwave phase shifter having such characteristics that can control the phase according to the temperature by controlling the DC power supply voltage VR according to the temperature change of the module has been used. In general, the phase of amplifiers, attenuators, and the like that constitute a microwave transmission / reception module changes with temperature. Therefore, by mounting this microwave phase shifter on the module and changing the DC voltage VR according to the temperature fluctuation of the phase of the module, the phase fluctuation of the module can be offset, so the phase fluctuation with respect to the temperature It is used as a method for obtaining a small microwave module.
However, as shown in the characteristic diagrams of FIGS. 15 and 17, the phase shift amount vs. voltage VR characteristics at a high or low frequency far from the center frequency are the phase shift amount vs. voltage VR characteristics at the center frequency. Therefore, the voltage control amount for a constant temperature change must be changed according to the level of the frequency, and if it is controlled at the same level, there is a problem that the temperature fluctuation characteristic cannot be suppressed accurately. .
As a countermeasure for such a problem, there is a method of having a table for each appropriate frequency interval for the phase shift amount, the voltage characteristic, and the voltage characteristic of the microwave phase shifter, and selectively using the table according to the change of the operating frequency. However, the control is complicated, and it can be applied only to transmission / reception of one frequency, and cannot be applied because it is not possible to select one table for simultaneous transmission / reception of a plurality of signals with a large frequency difference. Met.

特開2003-264403JP 2003-264403 A

以上の説明のように、従来のマイクロ波移相器では、中心周波数から離れた高いまたは低い周波数での移相量・対・電圧特性と、中心周波数での移相量・対・電圧特性とが異なっているため、一定の移相量・対・電圧特性で制御すると、周波数が高く/低くなったとき所定の移相量を得られないという課題があった。   As described above, in the conventional microwave phase shifter, the phase shift amount vs. voltage characteristics at a high or low frequency far from the center frequency and the phase shift amount vs. voltage characteristics at the center frequency Therefore, there is a problem that when the frequency is controlled to be high / low, a predetermined phase shift amount cannot be obtained when the control is performed with a constant phase shift amount / vs. Voltage characteristic.

本発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、移相量対電圧特性の周波数変化特性をより広い周波数に対して安定化した(以下、広帯域化という)マイクロ波移相器を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and the microwave phase shift in which the frequency change characteristic of the phase shift amount versus the voltage characteristic is stabilized with respect to a wider frequency (hereinafter referred to as a broad band). The purpose is to provide a vessel.

この発明のマイクロ波移相器は、入力端子,結合端子,通過端子およびアイソレーション端子を有する90°ハイブリッド、 前記結合端子および通過端子にそれぞれ一端が接続された可変容量素子、
前記可変容量素子のそれぞれの他端に接続されるとともに、前記他端から見たインピーダンスが容量性となるよう調整された容量性スタブを備えたものである。
The microwave phase shifter of the present invention includes a 90 ° hybrid having an input terminal, a coupling terminal, a passing terminal, and an isolation terminal, a variable capacitance element having one end connected to the coupling terminal and the passing terminal,
A capacitive stub is connected to each other end of the variable capacitance element and adjusted so that the impedance viewed from the other end is capacitive.

また、この発明の無線通信装置は前記マイクロ波移相器を備えたものである。   The wireless communication device of the present invention includes the microwave phase shifter.

また、マイクロ波を送受信する通信モジュール、
請求項1から7のいずれかに記載のマイクロ波移相器、
前記容量性素子に直流バイアス電圧を供給する電源回路、
前記通信モジュールの温度を検出し、この温度に基づいて前記電源回路の出力電圧を制御する制御回路を備えたものである。
Also, a communication module that transmits and receives microwaves,
The microwave phase shifter according to any one of claims 1 to 7,
A power supply circuit for supplying a DC bias voltage to the capacitive element;
A control circuit that detects the temperature of the communication module and controls the output voltage of the power supply circuit based on the temperature is provided.

本発明によれば、電圧対移相量の周波数特性を広帯域化できる。これを送受信モジュールの位相の温度補償に適用することにより、広帯域に渡る周波数において、温度に対して位相変動の小さなモジュールを得ることができる。   According to the present invention, the frequency characteristic of the voltage versus phase shift amount can be widened. By applying this to the temperature compensation of the phase of the transmission / reception module, it is possible to obtain a module having a small phase variation with respect to temperature at a wide frequency range.

実施の形態1.
以下の図の説明において同一符号は同一または相当部分を示す。図1は実施の形態1のマイクロ波移相器の構成を示すもので、比較的高い周波数での特性を改善することに効果がある。図において、90°ハイブリッド1、入力端子2、アイソレーション端子3、結合端子4、通過端子5、可変容量素子6、チョーク回路7、直流電源8、容量性スタブ10、接地用チョーク11を示している。
Embodiment 1 FIG.
In the following description of the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts. FIG. 1 shows the configuration of the microwave phase shifter according to the first embodiment, which is effective in improving the characteristics at a relatively high frequency. In the figure, a 90 ° hybrid 1, an input terminal 2, an isolation terminal 3, a coupling terminal 4, a passing terminal 5, a variable capacitance element 6, a choke circuit 7, a DC power supply 8, a capacitive stub 10, and a grounding choke 11 are shown. Yes.

90°ハイブリッド1の結合端子4と可変容量素子6の間、および通過端子5と可変容量素子6の間のそれぞれと接地との間に接地用チョーク11を接続して、これらの点を直流的にアースする。また、可変容量素子6の終端に容量性スタブ10(先端を短絡または開放して使用周波数において見かけのインピーダンスが容量性となるように長さを調整した給電線)を接続する。図中に示すように、容量性スタブ10は等価的にコンデンサ10aと交流的なアース10bとで表すことができる。   A grounding choke 11 is connected between the coupling terminal 4 and the variable capacitance element 6 of the 90 ° hybrid 1 and between each of the passage terminal 5 and the variable capacitance element 6 and the ground, and these points are connected in a direct current manner. To earth. In addition, a capacitive stub 10 (a feeder line whose length is adjusted so that the apparent impedance becomes capacitive at the operating frequency by short-circuiting or opening the tip) is connected to the terminal of the variable capacitive element 6. As shown in the figure, the capacitive stub 10 can be equivalently represented by a capacitor 10a and an alternating earth 10b.

図1の可変容量素子6単独でのインピーダンスZa軌跡は、高い周波数では従来の説明で示した図16である。図16に示すように角周波数ωをω2まで高くすると、ボンディングワイヤに起因するインダクタLdの影響が大きくなるため、VRを一定変化したときの位相の変化量が小さくなってしまう。従って、角周波数ωが高い領域で使用すると、移相量の周波数特性が大きくなる。   The impedance Za locus of the variable capacitor 6 alone in FIG. 1 is FIG. 16 shown in the conventional explanation at a high frequency. As shown in FIG. 16, when the angular frequency ω is increased to ω2, the influence of the inductor Ld caused by the bonding wire is increased, so that the amount of change in phase when VR is constantly changed is decreased. Therefore, when used in a region where the angular frequency ω is high, the frequency characteristic of the phase shift amount becomes large.

そこで、図1のように適当な値の容量性スタブ10を直列接続することにより、Za軌跡は、図2に示すように、容量性スタブ10を介して見た可変容量素子6のインピーダンスZb軌跡に移動する。このとき、周波数の高いω2でも、電圧VRをVR1からVR2まで変化させたときの位相変化が大きくなり、逆に角周波数の低いω1では、電圧VRを変化させたときの位相変化が図16に示したよりも小さくなる。図3は、電圧VRを変化させたときの電圧対移相量特性の周波数特性を示すグラフであり、中心電圧VR0での位相で規格化したものである。容量性スタブ10の値を適当に調整することにより、中心角周波数ω0で平坦化された移相量周波数特性にすることができる。   Therefore, by connecting the capacitive stubs 10 of appropriate values in series as shown in FIG. 1, the Za locus becomes the impedance Zb locus of the variable capacitance element 6 viewed through the capacitive stub 10 as shown in FIG. 2. Move to. At this time, even when the frequency ω2 is high, the phase change when the voltage VR is changed from VR1 to VR2 becomes large. Conversely, at ω1 where the angular frequency is low, the phase change when the voltage VR is changed is shown in FIG. Smaller than shown. FIG. 3 is a graph showing the frequency characteristic of the voltage versus phase shift amount characteristic when the voltage VR is changed, normalized by the phase at the center voltage VR0. By appropriately adjusting the value of the capacitive stub 10, the phase shift amount frequency characteristic flattened at the central angular frequency ω0 can be obtained.

なお、可変容量素子6としてバラクタダイオードを用いた場合、その内部抵抗値Riは非常に小さいことから、Ri=0オームとしたとき、電圧を変化させたときの移相量の変化が最大となる角周波数ω0は、以下の式で求められる。   When a varactor diode is used as the variable capacitance element 6, the internal resistance value Ri is very small. Therefore, when Ri = 0 ohms, the change in the phase shift amount when the voltage is changed is maximized. The angular frequency ω0 is obtained by the following equation.

Figure 2005333375
Figure 2005333375

図4に図1のマイクロ波移相器の構造例を示す。回路は一辺が数10mmの基板100の上に展開されている。接地ラインは図示を省略している。電源回路8は外付けである。各部分の寸法はマイクロ波の波長を勘案して適切に設計され、全体は図示しないシールドケースに収納されている。
以上のように、この発明のマイクロ波移相器では所望の周波数帯域において、電圧対移相量特性の周波数特性を広帯域化することができる。
FIG. 4 shows an example of the structure of the microwave phase shifter shown in FIG. The circuit is developed on a substrate 100 having a side of several tens of millimeters. The ground line is not shown. The power supply circuit 8 is externally attached. The dimensions of each part are appropriately designed in consideration of the wavelength of the microwave, and the whole is housed in a shield case (not shown).
As described above, the microwave phase shifter according to the present invention can broaden the frequency characteristic of the voltage versus phase shift amount characteristic in a desired frequency band.

実施の形態2.
図5は実施の形態2のマイクロ波移相器の構成を示すもので、比較的低い周波数で改善効果がある。2つの可変容量素子6と接地との間に(ハイブリッド1に接続されていない側に)、それぞれ可変容量素子6に直列接続されるように誘導性素子12を設けたものである。
この直列接続は可変容量素子6のどちら側でもよい。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 shows the configuration of the microwave phase shifter according to the second embodiment, and there is an improvement effect at a relatively low frequency. Inductive elements 12 are provided between the two variable capacitance elements 6 and the ground (on the side not connected to the hybrid 1) so as to be connected in series to the variable capacitance elements 6, respectively.
This series connection may be on either side of the variable capacitance element 6.

可変容量素子6単独のインピーダンス軌跡は、低い周波数では従来例の図10に示したものである。同図に示し、前述したとおり角周波数ωをω1まで低くすることにより、容量性の影響が小さくなるため、VRを変化することによる位相の変化量が小さくなってしまう。従って、角周波数ωが低い領域で使用すると、移相量の周波数特性が大きくなるという課題があった。   The impedance locus of the variable capacitor 6 alone is shown in FIG. 10 of the conventional example at a low frequency. As shown in the figure, as described above, when the angular frequency ω is lowered to ω1, the influence of the capacitance is reduced, so that the amount of change in phase due to the change in VR is reduced. Therefore, when used in a region where the angular frequency ω is low, there is a problem that the frequency characteristic of the phase shift amount becomes large.

そこで、図5のように適当な値の誘導性素子12を直列接続することにより、図10のインピーダンス軌跡は、図6に示すように、誘導性素子12を介して見た可変容量素子6のインピーダンスZb軌跡に移動する。このとき、角周波数の低いω1でも、電圧VRをVR1からVR2まで変化させたときの位相変化が大きくなり、逆に角周波数の高いω2では、電圧VRを変化させたときの位相変化がさきほどよりも小さくなる。図7は、電圧VRを変化させたときの電圧対移相量特性の周波数特性を示すグラフであり、中心電圧VR0での位相で規格化したものである。誘導性素子12の値を適当に調整することにより、中心周波数ω0で平坦化された周波数特性にすることができる。   Therefore, by connecting inductive elements 12 having appropriate values in series as shown in FIG. 5, the impedance locus of FIG. 10 can be obtained from the variable capacitance element 6 viewed through the inductive elements 12 as shown in FIG. 6. Move to the impedance Zb locus. At this time, even when ω1 has a low angular frequency, the phase change when the voltage VR is changed from VR1 to VR2 becomes large. Conversely, with ω2 having a high angular frequency, the phase change when the voltage VR is changed is much greater. Becomes smaller. FIG. 7 is a graph showing the frequency characteristic of the voltage versus phase shift amount characteristic when the voltage VR is changed, normalized by the phase at the center voltage VR0. By appropriately adjusting the value of the inductive element 12, it is possible to obtain a frequency characteristic flattened at the center frequency ω0.

また、実施の形態1と同様に、バラクタダイオードの内部抵抗値Riは非常に小さいことから、Ri=0オームとしたとき、電圧を変化させたときの移相量の変化が最大となる角周波数ωは、実施の形態1の式(1)、(2)で求められる。   Similarly to the first embodiment, since the internal resistance value Ri of the varactor diode is very small, when Ri = 0 ohms, the angular frequency at which the change in the phase shift amount when the voltage is changed is maximized. ω is obtained by the equations (1) and (2) of the first embodiment.

図8に図5のマイクロ波移相器の構造の実施例を示す。回路は一辺が数10mmの基板100の上に展開されている。接地ラインは図示を省略している。電源回路8は外付けである。各部分の寸法はマイクロ波の波長を勘案して適切に設計され、全体は図示しないシールドケースに収納されている。実施の形態1の図4との違いは、対象とする周波数が低くなったことによりハイブリッド1の寸法が大きくなっている。
以上のように、この実施の形態のマイクロ波移相器では所望の角周波数帯域において、電圧対移相量特性の周波数特性を広帯域化できる。
FIG. 8 shows an embodiment of the structure of the microwave phase shifter shown in FIG. The circuit is developed on a substrate 100 having a side of several tens of millimeters. The ground line is not shown. The power supply circuit 8 is externally attached. The dimensions of each part are appropriately designed in consideration of the wavelength of the microwave, and the whole is housed in a shield case (not shown). The difference from FIG. 4 of the first embodiment is that the size of the hybrid 1 is increased because the target frequency is lowered.
As described above, the microwave phase shifter according to this embodiment can broaden the frequency characteristic of the voltage versus phase shift amount characteristic in a desired angular frequency band.

実施の形態3.
図9は実施の形態3のマイクロ波移相器の構成を示すものである。2つの可変容量素子6と接地との間(可変容量素子6のハイブリッド1に接続されていない側)に、それぞれ可変容量素子6に直列接続されるように誘導性スタブ13を設けたものである。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 9 shows the configuration of the microwave phase shifter of the third embodiment. Inductive stubs 13 are provided between the two variable capacitance elements 6 and the ground (the side not connected to the hybrid 1 of the variable capacitance elements 6) so as to be connected in series to the variable capacitance elements 6, respectively. .

このマイクロ波移相器は実施の形態2の図5に示した誘導性素子12の代わりに誘導性スタブ13を用いた他は図5のものと基本構成は同じである。図5の誘導性素子12と同じインダクタンス値の誘導性スタブ13を用いている。動作原理は、実施の形態2と全く同じなので説明を省略する。
図10に図9のマイクロ波移相器の構造例を示す。回路は一辺が数10mmの基板100の上に展開されている。接地ラインは図示を省略している。電源回路8は外付けである。各部分の寸法はマイクロ波の波長を勘案して適切に設計され、全体は図示しないシールドケースに収納されている。
This microwave phase shifter has the same basic configuration as that of FIG. 5 except that an inductive stub 13 is used instead of the inductive element 12 shown in FIG. 5 of the second embodiment. An inductive stub 13 having the same inductance value as that of the inductive element 12 in FIG. 5 is used. Since the operation principle is exactly the same as in the second embodiment, description thereof is omitted.
FIG. 10 shows a structural example of the microwave phase shifter of FIG. The circuit is developed on a substrate 100 having a side of several tens of millimeters. The ground line is not shown. The power supply circuit 8 is externally attached. The dimensions of each part are appropriately designed in consideration of the wavelength of the microwave, and the whole is housed in a shield case (not shown).

実施の形態4.
この実施の形態のマイクロ波移相器は実施の形態1のものと同様に、高い周波数に効果が大きいものである。図11と図12は実施の形態4のマイクロ波移相器の構成を示すもので、可変容量素子6に直列に容量性素子9を接続したものである。直列接続する方法は図11のようでもよいし、図12のようにしてもよい。
Embodiment 4 FIG.
Similar to the first embodiment, the microwave phase shifter according to this embodiment is highly effective for high frequencies. FIGS. 11 and 12 show the configuration of the microwave phase shifter according to the fourth embodiment, in which a capacitive element 9 is connected in series with a variable capacitive element 6. The method of serial connection may be as shown in FIG. 11 or as shown in FIG.

図11、図12のように適当な値の容量性素子9を直列接続することにより、Za軌跡は、実施の形態1の図2に示したと同様に、容量性素子9を介して見た可変容量素子6のインピーダンスZb軌跡に移動する。このとき、角周波数の高いω2でも、電圧VRをVR1からVR2まで変化させたときの位相変化が大きくなり、逆に角周波数の低いω1では、電圧VRを変化させたときの位相変化がさきほどよりも小さくなる。そして実施の形態1の図3に示したような電圧対移相量特性の周波数特性のグラフとなる。容量性素子9の値を適当に調整することにより、中心角周波数ω0で平坦化された移相量周波数特性にすることができる。   By connecting the capacitive elements 9 having appropriate values in series as shown in FIGS. 11 and 12, the Za locus can be changed through the capacitive element 9 as shown in FIG. 2 of the first embodiment. It moves to the impedance Zb locus of the capacitive element 6. At this time, even when ω2 has a high angular frequency, the phase change when the voltage VR is changed from VR1 to VR2 becomes large. Conversely, with ω1 having a low angular frequency, the phase change when the voltage VR is changed is much greater. Becomes smaller. Then, a graph of frequency characteristics of voltage versus phase shift amount characteristics as shown in FIG. 3 of the first embodiment is obtained. By appropriately adjusting the value of the capacitive element 9, the phase shift amount frequency characteristic flattened at the center angular frequency ω 0 can be obtained.

また、バラクタダイオードの内部抵抗値Riは非常に小さいことから、Ri=0オームとしたとき、電圧を変化させたときの移相量の変化が最大となる角周波数ω0は、実施の形態1の式(1),(2)で求められる。
図13に図11のマイクロ波移相器の構造例を示す。回路は一辺が数10mmの基板100の上に展開されている。接地ラインは図示を省略している。電源回路8は外付けである。各部分の寸法はマイクロ波の波長を勘案して適切に設計され、全体は図示しないシールドケースに収納されている。
Also, since the internal resistance value Ri of the varactor diode is very small, when Ri = 0 ohms, the angular frequency ω0 at which the change in the amount of phase shift when the voltage is changed is the maximum in the first embodiment. It is obtained by equations (1) and (2).
FIG. 13 shows a structural example of the microwave phase shifter of FIG. The circuit is developed on a substrate 100 having a side of several tens of millimeters. The ground line is not shown. The power supply circuit 8 is externally attached. The dimensions of each part are appropriately designed in consideration of the wavelength of the microwave, and the whole is housed in a shield case (not shown).

この発明のマイクロ波移相器は、マイクロ波を利用する送受信機、通信装置、レーダに利用することができる。   The microwave phase shifter of the present invention can be used for a transceiver, a communication device, and a radar that use microwaves.

この発明による実施の形態1のマイクロ波移相器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the microwave phase shifter of Embodiment 1 by this invention. 図1のものの動作を説明するための特性図である。It is a characteristic view for demonstrating operation | movement of the thing of FIG. 図1のマイクロ波移相器の特性図である。It is a characteristic view of the microwave phase shifter of FIG. 図1のマイクロ波移相器の構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the microwave phase shifter of FIG. この発明による実施の形態2のマイクロ波移相器の構成図である。It is a block diagram of the microwave phase shifter of Embodiment 2 by this invention. 図5の動作を説明するための特性図である。It is a characteristic view for demonstrating the operation | movement of FIG. 図5のマイクロ波移相器の特性図である。It is a characteristic view of the microwave phase shifter of FIG. 図5のマイクロ波移相器の構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the microwave phase shifter of FIG. この発明による実施の形態3のマイクロ波移相器の構成図である。It is a block diagram of the microwave phase shifter of Embodiment 3 by this invention. 図9のマイクロ波移相器の構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the microwave phase shifter of FIG. この発明による実施の形態4のマイクロ波移相器の構成図である。It is a block diagram of the microwave phase shifter of Embodiment 4 by this invention. この発明による実施の形態4のマイクロ波移相器の他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of the microwave phase shifter of Embodiment 4 by this invention. 図11のマイクロ波移相器の構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the microwave phase shifter of FIG. 従来のマイクロ波移相器の課題を説明するための特性説明図である。It is characteristic explanatory drawing for demonstrating the subject of the conventional microwave phase shifter. 図14の特性の問題点を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the problem of the characteristic of FIG. 従来のマイクロ波移相器の課題を説明するための特性説明図である。It is characteristic explanatory drawing for demonstrating the subject of the conventional microwave phase shifter. 図16の特性の問題点を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the problem of the characteristic of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 90°ハイブリッド、 2 入力端子、 3 アイソレーション端子、
4 結合端子、 5 通過端子、 6 可変容量素子、 7 チョーク回路、
8 直流電源、 9 容量性素子、 10 容量性スタブ、 11 チョーク回路、
12 誘導性素子、 13 誘導性スタブ、 100 プリント基板。
1 90 ° hybrid, 2 input terminals, 3 isolation terminals,
4 coupling terminal, 5 passing terminal, 6 variable capacitance element, 7 choke circuit,
8 DC power supply, 9 capacitive element, 10 capacitive stub, 11 choke circuit,
12 inductive elements, 13 inductive stubs, 100 printed circuit boards.

Claims (9)

入力端子,結合端子,通過端子およびアイソレーション端子を有する90°ハイブリッド、 前記結合端子および通過端子にそれぞれ一端が接続された可変容量素子、
前記可変容量素子のそれぞれの他端に接続されるとともに、前記他端から見たインピーダンスが容量性となるよう調整された容量性スタブを備えたことを特徴とするマイクロ波移相器。
A 90 ° hybrid having an input terminal, a coupling terminal, a passing terminal and an isolation terminal, a variable capacitance element having one end connected to the coupling terminal and the passing terminal,
A microwave phase shifter comprising a capacitive stub connected to each other end of the variable capacitance element and adjusted so that impedance seen from the other end is capacitive.
入力端子,結合端子,通過端子およびアイソレーション端子を有する90°ハイブリッド、 前記結合端子および通過端子にそれぞれ一端が接続された可変容量素子、
前記可変容量素子のそれぞれの他端と接地端子との間に接続された誘導性素子とを備えたことを特徴とするマイクロ波移相器。
A 90 ° hybrid having an input terminal, a coupling terminal, a passing terminal and an isolation terminal, a variable capacitance element having one end connected to the coupling terminal and the passing terminal,
A microwave phase shifter comprising an inductive element connected between the other end of each of the variable capacitance elements and a ground terminal.
入力端子,結合端子,通過端子およびアイソレーション端子を有する90°ハイブリッド、 前記結合端子および通過端子にそれぞれ一端が接続された可変容量素子、
前記可変容量素子のそれぞれの他端に接続されるとともに、前記他端から見たインピーダンスが誘導性となるよう調整された誘導性スタブを備えたことを特徴とするマイクロ波移相器。
A 90 ° hybrid having an input terminal, a coupling terminal, a passing terminal and an isolation terminal, a variable capacitance element having one end connected to the coupling terminal and the passing terminal,
A microwave phase shifter comprising an inductive stub connected to each other end of the variable capacitance element and adjusted so that an impedance viewed from the other end is inductive.
入力端子,結合端子,通過端子およびアイソレーション端子を有する90°ハイブリッド、 前記結合端子および通過端子にそれぞれ一端が接続された可変容量素子、
前記可変容量素子のそれぞれの他端と接地端子との間に接続された容量性素子とを備えたことを特徴とするマイクロ波移相器。
A 90 ° hybrid having an input terminal, a coupling terminal, a passing terminal and an isolation terminal, a variable capacitance element having one end connected to the coupling terminal and the passing terminal,
A microwave phase shifter comprising: a capacitive element connected between the other end of each of the variable capacitive elements and a ground terminal.
入力端子,結合端子,通過端子およびアイソレーション端子を有する90°ハイブリッド、 前記結合端子および通過端子にそれぞれ一端が接続された容量性素子、
前記容量性素子の他端にそれぞれ接続され、他端が接地された可変容量素子を備えたことを特徴とするマイクロ波移相器。
A 90 ° hybrid having an input terminal, a coupling terminal, a passing terminal and an isolation terminal, a capacitive element having one end connected to the coupling terminal and the passing terminal,
A microwave phase shifter comprising: a variable capacitance element connected to the other end of the capacitive element and having the other end grounded.
前記容量性スタブは先端開放スタブであることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波移相器。   The microwave phase shifter according to claim 1, wherein the capacitive stub is an open-ended stub. 前記誘導性スタブは先端短絡スタブであることを特徴とする請求項3に記載のマイクロ波移相器。   The microwave phase shifter according to claim 3, wherein the inductive stub is a tip short-circuited stub. 請求項1から7のいずれかに記載のマイクロ波移相器を備えたことを特徴とする無線機。   A wireless device comprising the microwave phase shifter according to claim 1. マイクロ波を送受信する通信モジュール、
請求項1から7のいずれかに記載のマイクロ波移相器、
前記容量性素子に直流バイアス電圧を供給する電源回路、
前記通信モジュールの温度を検出し、この温度に基づいて前記電源回路の出力電圧を制御する制御回路を備えたことを特徴とする無線機。
A communication module that transmits and receives microwaves,
The microwave phase shifter according to any one of claims 1 to 7,
A power supply circuit for supplying a DC bias voltage to the capacitive element;
A wireless device comprising a control circuit that detects a temperature of the communication module and controls an output voltage of the power supply circuit based on the temperature.
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