JP2006229732A - Reflection type phase shifter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、たとえば無線通信で使用される、低電圧駆動かつ、優れた特性を求められる移相器に関する。さらに詳述すれば、移相回路とスイッチを用い、スイッチを切り換え、入力された搬送波(キャリア)の位相を任意に切り換える移相器に関する。 The present invention relates to a phase shifter that is used in, for example, wireless communication and requires low voltage driving and excellent characteristics. More specifically, the present invention relates to a phase shifter that uses a phase shift circuit and a switch, switches the switch, and arbitrarily switches the phase of an input carrier wave (carrier).
無線通信において、ディジタルデータを送受信する際、送信側で搬送波に変調をかけた信号を送信し、受信側でその信号を復調し、ディジタルデータを取り出す。その変調方式のうち搬送波の位相を変化させるものが位相変調である。 In wireless communication, when digital data is transmitted / received, a signal obtained by modulating a carrier wave is transmitted on the transmission side, and the signal is demodulated on the reception side to extract digital data. Among the modulation methods, the one that changes the phase of the carrier wave is phase modulation.
例えば移相器200の従来例を図6に示す。図6の移相器200において、入力端子T1はSPDT( Single Pole Double Throw )スイッチ201の入力端子に接続され、SPDTスイッチ201の一方の出力端子aは伝送線路202にまた他方の出力端子bは伝送線路203にそれぞれ接続されている。伝送線路202の出力端子はSPDTスイッチ204の一方の入力端子cに、また伝送線路203の出力端子は他方の入力端子dにそれぞれ接続されている。そして、SPDTスイッチ204の出力端子(T2)から信号が出力される。
また、伝送線路202と203の線路長を変え任意に位相遅延量を設定できる。図6の例においては、伝送線路202の位相遅延量をθ1とし、伝送線路203の位相遅延量をθ2とする。
For example, a conventional example of the
In addition, the phase delay amount can be arbitrarily set by changing the line lengths of the
つぎに、この移相器200の動作について説明する。
入力端子T1から入力信号、たとえば搬送波がSPDTスイッチ201に供給され、SPDTスイッチ201が切り換えられ出力端子aに接続された場合、伝送線路202で位相がθ1変化(遅延)して次段のSPDTスイッチ204の入力端子cを介して出力端子T2から信号が導出される。
一方、SPDTスイッチ201が入力端子bに切り換えられると、入力端子T1から入力された信号は伝送線路203で伝送され、そこでθ2だけ位相が遅延し、次段のSPDTスイッチ204の入力端子dを介して出力端子T2から信号が導出される。
この結果、SPDスイッチ201,204を切り換えることにより得られる、伝送線路202の信号の位相遅延量θ1と伝送線路203の位相遅延量θ2の差(θ2−θ1)が全体の移相量である。
このように、信号を遅延するのに、SPDTスイッチを2個用いる必要があり、1個の信号の移相遅延のため用いるスイッチの個数が多い欠点がある。
Next, the operation of the
When an input signal, for example, a carrier wave is supplied from the input terminal T1 to the
On the other hand, when the
As a result, the difference (θ2−θ1) between the phase delay amount θ1 of the signal on the
As described above, it is necessary to use two SPDT switches to delay a signal, and there is a disadvantage that the number of switches used for delaying the phase shift of one signal is large.
また他の移相器の構成例を図7に示す。図7に示す移相器220は図6に示した移相器200を2個用い、さらに後段の移相器の伝送線路長を変えて位相遅延量が異なるようにした構成となっている。
図7の移相器220において、入力端子T1aはSPDTスイッチ221の入力端子に接続され、SPDTスイッチ221の一方の出力端子a1は位相遅延量θ1の伝送線路222にまた他方の出力端子b1は位相遅延量θ2の伝送線路223にそれぞれ接続されている。伝送線路222の出力端子はSPDTスイッチ224の一方の入力端子c1に接続され、また伝送線路223の出力端子は他方の入力端子d1にそれぞれ接続されている。そして、SPDTスイッチ224の出力は接続線230を介して後段の移相器に接続される。
後段の移相器の構成は前段の移相器と構成は同じであるが、伝送線路233の線路長が異なり、その位相遅延量がθ3となっている。
すなわち、接続線230はSPDTスイッチ231の入力端子に接続され、SPDTスイッチ231の一方の出力端子aは位相遅延量θ1の伝送線路232にまた他方の出力端子b2は位相遅延量θ3の伝送線路233にそれぞれ接続されている。伝送線路232の出力端子はSPDTスイッチ234の一方の入力端子c2に接続され、また伝送線路233の出力端子は他方の入力端子d2に接続されている。そして、SPDTスイッチ234の出力端子T2aから位相変調された信号が導出される。
A configuration example of another phase shifter is shown in FIG. The
In the
The configuration of the latter-stage phase shifter is the same as that of the preceding-stage phase shifter, but the
That is, the
つぎに移相器220の動作について説明する。
SPDTスイッチ221が切り替えられ出力端子a1に接続され、かつSPDTスイッチ224が入力端子c1に接続された状態において、SPDTスイッチ231が出力端子a2に接続され、SPDTスイッチ234の入力端子c2に接続されると、入力端子T1aから接続線230までの位相遅延量は伝送線路232によるθ1、またSPDTスイッチ231から出力端子T2aまでの位相遅延量は伝送線路232によるθ1であるので、合計2×θ1となる。
つぎに、前段の移相器のSPDTスイッチ221、224をそのまま維持して、後段の移相器のSPDTスイッチ231、234を切り換えると、SPDTスイッチ231の出力端子b2は伝送線路233に接続され、その出力端子はSPDTの入力端子d2に接続され、後段における信号の位相遅延量はθ3である。
その結果、前段の移相器の移相遅延量θ1と後段の移相器の遅延量θ3を加えた値がトータルの位相遅延量となり、その位相遅延量はθ1+θ3である。
つぎに、前段の移相器のSPDTスイッチ221が切り換えられ、出力端子b1に接続され、かつSPDTスイッチ224が入力端子d1に接続された状態において、SPDTスイッチ231が出力端子a2に接続され、SPDTスイッチ234の入力端子c2に接続されると、入力端子T1aから接続線230までの位相遅延量は伝送線路232によるθ2、またSPDTスイッチ231から出力端子T2aまでの位相遅延量は伝送線路232によるθ1であるので、合計θ2+θ1となる。
最後に、前段の移相器のSPDTスイッチをそのまま維持して、後段の移相器のSPDTスイッチを切り換えると、SPDTスイッチ231の出力端子b2は伝送線路233に接続され、その出力(側)はSPDTの入力端子d2に接続され、後段における信号の位相遅延量はθ3である。
その結果、合計の位相遅延量はθ2+θ3となる。
Next, the operation of the
In a state where the
Next, when the SPDT switches 221 and 224 of the previous phase shifter are maintained as they are and the
As a result, a value obtained by adding the phase shift delay amount θ1 of the preceding phase shifter and the delay amount θ3 of the subsequent phase shifter is a total phase delay amount, and the phase delay amount is θ1 + θ3.
Next, in a state where the
Finally, when the SPDT switch of the previous phase shifter is maintained as it is and the SPDT switch of the subsequent phase shifter is switched, the output terminal b2 of the
As a result, the total phase delay amount is θ2 + θ3.
このように、図7における移相器を2段用いた構成においては、SPDTスイッチ221,224,231,234を切り換えて伝送線路長を変えることにより、4つの位相モード(2×θ1,θ1+θ3,θ2+θ1,θ2+θ3)が実現できる。しかし、1つのSPDTスイッチで少なくとも2つのFETが必要であり、1つの位相について2つのSPDTスイッチを制御しなければならず非効率的である。
As described above, in the configuration using two stages of the phase shifter in FIG. 7, the four phase modes (2 × θ1, θ1 + θ3, 2 × θ1, θ1 + θ3) are obtained by changing the transmission line length by switching the
また図8に他の従来例であるデバイダを使用した移相器240の例を示す。
図8の移相器240において、入力端子T1bはデバイダ241の入力端子に接続され、このデバイダ241の一方の出力端子は接続線243を介してSPSTスイッチ245に接続される。SPST(Single Pole Single Throw)スイッチの出力端子aはλ/4(ここで、λは信号の波長を表す;またはλ/4移相回路)のマイクロストリップライン247の入力端子に接続され、他端はオープン(開放)となっている。
またデバイダ241の他方の出力端子はλ/8のマイクロストリップライン(λ/8移相回路)242の一方の端子に接続され、このマイクロストリップライン242の他方の端子はSPSTスイッチ244に接続される。このSPSTスイッチ244の出力端子bはλ/4のマイクロストリップライン246の一方の端子に接続され、他端はオープン(開放)となっている。
FIG. 8 shows an example of a
In the
The other output terminal of the
つぎにデバイダを用いた移相器240の動作について説明する。
SPSTスイッチ244,245がオープンのとき、入力端子Tb1において接続線路244で反射した信号(0度)とλ/8の位相遅延を持つマイクロストリップライン242で往復した信号が合成されるので、位相遅延量は約90/2=45度となる。
つぎに、SPSTスイッチ245でスイッチが端子aに接続され、端子bはそのままのオープン状態の場合、接続線243とマイクロストリップライン247で遅延する位相量は180度となる。その結果トータル位相遅延量はマイクロストリップライン247の位相遅延量とマイクロストリップライン242の位相遅延量を合成した量で、約(180+90)/2度=135度となる。
SPSTスイッチの2個が共に切り換えられ端子aと端子bに接続されると、トータルの位相遅延量はマイクロストリップライン247で発生する180度とマイクロストリップライン242,246で発生する270度を合成した値で約225度である。
この従来例の移相器240は、反射波に位相変調をかけることができるが、1つの位相についてスイッチの数を1つに減らすことができるものの、デバイダ241のロスが最低3dBあるため移相器全体のロスが大きくなってしまう。
When the
Next, when the
When two SPST switches are switched together and connected to terminals a and b, the total phase delay amount is 180 degrees generated in the
Although this
前述したように、移相器を2段用いた構成においては、伝送線路長を変えることにより、4つの位相モードが実現できるが、1つのSPDTスイッチで少なくとも2つのFETが必要であり、1つの位相について2つのSPDTスイッチを制御しなければならず非効率的である。
また、デバイダを用いた移相器においては、1つの位相についてスイッチの数を1つに減らすことができるものの、デバイダのロスが最低3dBあるため移相器全体のロスが大きくなってしまう。
さらに、無線通信において移相器の小型化、低ロス化は厳しくなっており、移相器をIC化するに伴い、同様に小型化、低ロス化をしなければならない。
As described above, in a configuration using two stages of phase shifters, four phase modes can be realized by changing the transmission line length. However, at least two FETs are required for one SPDT switch, The two SPDT switches must be controlled for phase, which is inefficient.
Further, in the phase shifter using a divider, the number of switches can be reduced to one for one phase, but the loss of the divider is at least 3 dB, so that the loss of the entire phase shifter becomes large.
Furthermore, miniaturization and low loss of phase shifters are becoming strict in wireless communications, and as the phase shifters are integrated into ICs, miniaturization and low loss must be similarly achieved.
本発明の反射型移相器は、入力された信号が反射される入力端子と、1つ以上の移相回路と、前記入力端子から入力された信号の位相を前記移相回路を用いて切り換える1つ以上の位相切り換え用電界効果トランジスタとを有し、前記入力端子、前記移相回路と前記トランジスタが同一基板上に形成されていることを特徴とする。 The reflection type phase shifter of the present invention switches an input terminal for reflecting an input signal, one or more phase shift circuits, and a phase of the signal input from the input terminal using the phase shift circuit. One or more phase switching field effect transistors are included, and the input terminal, the phase shift circuit, and the transistor are formed on the same substrate.
本発明の反射型移相器は、同一基板上に設けられた、入力された信号が反射される入力端子と、前記入力端子から入力された信号の位相を切り換える1つ以上の位相切り換え用電界効果トランジスタと、前記基板外に設けられ、前記電界効果トランジスタで位相を切り換えられる移相回路とを有する。 The reflection type phase shifter according to the present invention includes an input terminal provided on the same substrate, on which an input signal is reflected, and one or more phase switching electric fields for switching the phase of the signal input from the input terminal. An effect transistor; and a phase shift circuit provided outside the substrate and capable of switching a phase by the field effect transistor.
本発明の反射型移相器は、入力された信号が反射される入力端子と、入力端子と出力端子を持つ移相回路と、前記入力端子にドレインまたはソースを接続し、ドレインまたはソースを第1の基準電位に電気的に接続したスイッチ用第1の電界効果トランジスタと、前記移相回路の入力端子にそのドレインまたはソースを接続し、ドレインまたはソースを前記入力端子に接続したスイッチ用第2の電界効果トランジスタと、前記移相回路の出力端子にそのドレインまたはソースを接続し、ドレインまたはソースを第2の基準電位に電気的に接続したスイッチ用第3の電界効果トランジスタとを有する。 The reflection type phase shifter of the present invention includes an input terminal for reflecting an input signal, a phase shift circuit having an input terminal and an output terminal, and a drain or a source connected to the input terminal. A first switching field effect transistor electrically connected to a first reference potential; a second switching transistor having a drain or source connected to the input terminal of the phase shift circuit and a drain or source connected to the input terminal; And a third field effect transistor for switching, in which the drain or source is connected to the output terminal of the phase shift circuit, and the drain or source is electrically connected to the second reference potential.
本発明の反射型移相器は、入力された信号が反射される入力端子と、移相回路と、前記移相回路にそのドレインまたはソースを接続し、前記移相回路の入力端子に接続されていないドレインまたはソースを前記入力端子に接続したスイッチ用電界効果トランジスタと、前記移相回路と電界効果トランジスタの直列接続部が並列に2つ以上接続されたことを特徴とする。 The reflection type phase shifter of the present invention has an input terminal for reflecting an input signal, a phase shift circuit, a drain or a source connected to the phase shift circuit, and is connected to an input terminal of the phase shift circuit. A switching field effect transistor having a drain or a source not connected to the input terminal, and two or more series connection portions of the phase shift circuit and the field effect transistor are connected in parallel.
本発明の反射型移相器は、位相切り換え用スイッチの数を減らすことができ、またデバイダを用いないのでデバイダによるロスが無くなり、移相器全体のロスを削減することができる。
また、位相切り換え用電界効果トランジスタとGNDの間に受動素子、例えばキャパシタなどを挿入することによって位相の調節することが可能である。
また、上述した移相器を無線通信に用いることにより、移相器をIC化するに伴い、小型化、低ロス化が実現できる。
The reflection type phase shifter of the present invention can reduce the number of phase switching switches, and since no divider is used, loss due to the divider is eliminated, and loss of the entire phase shifter can be reduced.
The phase can be adjusted by inserting a passive element such as a capacitor between the phase switching field effect transistor and the GND.
In addition, by using the above-described phase shifter for wireless communication, downsizing and low loss can be realized as the phase shifter is integrated into an IC.
以下、図を用いて移相器の実施形態例について説明する。
図1に実施形態例である移相器10の回路構成を示す。アンテナ(Ant)11はFET(電界効果トランジスタ)1,FET2の一方の端子、たとえばNチャンネルの場合、ドレインにそれぞれ接続され、FET1の他方の端子、たとえばソースはキャパシタ13の一方の端子に接続され、このキャパシタ13の他方の端子はグランド(GND1)に接続される。またFET2の他方の端子、たとえばソースはマイクロストリップライン15の一方の端子に接続され、他方の端子(b)はFET3のドレインに接続され、このFET3のソースはキャパシタ17の一方の端子に接続され、他方の端子はグランド(GND2)に接続される。
ここで、移相回路(たとえばマイクロストリップライン)15の線路長はλ/8であり、入射される信号(搬送波)の位相が45度遅延し、信号が往復すると90度位相が遅延する。
Hereinafter, embodiments of the phase shifter will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a circuit configuration of a
Here, the line length of the phase shift circuit (for example, microstrip line) 15 is λ / 8, the phase of the incident signal (carrier wave) is delayed by 45 degrees, and when the signal reciprocates, the phase is delayed by 90 degrees.
図1の移相器10の動作について説明する。
移相器10において、片道45度、往復90度、GNDの終端で180度の位相が遅れるため、スイッチの切り換えにより反射波を90度ずつ4通りの変調をかけることが可能である。以下詳細に説明する。
例えば、FET1のゲートG1とFET2のゲートG2をしきい値以下の制御電圧にすると、FET1,FET2がOFF(オフ;開放)となり、入力される搬送波はa点で反射される。このときの位相遅延量は0度である。
つぎに、FET2のゲートG2にしきい値以上の制御電圧を供給し、またFET1のゲートG1とFET3のゲートG3をしきい値以下の電圧に設定すると、FET1がOFF且つFET2がON(オン)かつFET3がOFFとなり、搬送波はb点で反射されるが、a点での反射波の位相に比べ、移相回路15を往復しているため90度位相が遅れる。
また、FET1のゲートG1にしきい値以上の制御電圧を供給し、FET2のゲートG2をしきい値以下の電圧に設定すると、電圧FET1がON且つFET2がOFFとなり、搬送波はGND1で終端されるため、a点での反射波の位相に比べ180度位相が遅れる。
また、FET1のゲートG1をしきい値以下の電圧に設定し、FET2のゲートG2とFET3のゲートG3のゲートにしきい値以上の電圧を供給すると、FET1がOFF且つ、FET2とFET3がONとなり、移相回路15の往復とGND2の終端を考慮すると、反射波の位相はa点での反射波の位相に比べ270度遅れる。従って、スイッチFET1,FET2,FET3を切り換えることにより、90度ずつ4つの位相を設定することができる。
The operation of the
In the
For example, when the gate G1 of the FET1 and the gate G2 of the FET2 are set to control voltages equal to or lower than the threshold value, the FET1 and FET2 are turned off (off; open), and the input carrier wave is reflected at the point a. The phase delay amount at this time is 0 degree.
Next, when a control voltage higher than the threshold value is supplied to the gate G2 of the FET2, and the gate G1 of the FET1 and the gate G3 of the FET3 are set to voltages lower than the threshold value, the FET1 is turned off and the FET2 is turned on. The
If a control voltage higher than the threshold value is supplied to the gate G1 of the FET1 and the gate G2 of the FET2 is set to a voltage lower than the threshold value, the voltage FET1 is turned on and the FET2 is turned off, and the carrier wave is terminated at the GND1. , The phase is delayed by 180 degrees compared to the phase of the reflected wave at point a.
When the gate G1 of the FET 1 is set to a voltage lower than the threshold value and a voltage higher than the threshold value is supplied to the gate G2 of the
図1の例では、図8の従来例の移相器240のようにデバイダを使用していないためロスを低く抑える事が可能であり、スイッチ用FETの数も各経路に1つでよいため、回路全体の小型化が可能である。またFET1及びFET3とGNDの間に受動素子、例えばキャパシタ、インダクタなどを挿入することによって位相の調節が可能である。
In the example of FIG. 1, since no divider is used unlike the
図2に他の実施形態例である移相器30を示す。
図2は図1において移相回路15を受動素子のCLC(C;キャパシタ,L;インダクタ)のπ型回路で実現した移相回路35aの回路構成例である。図2は基本的には4つのFETと移相回路35aのみで構成されている。
アンテナ(Ant)31はFET1A(電界効果トランジスタ)32,FET2A(34),FET4A(38)の一方の端子、たとえFET1A〜4AがNチャンネルの場合、ドレインにそれぞれ接続され、FET1A(32)の他方の端子、たとえばソースはキャパシタ33に接続され、このキャパシタ33の他方の端子はグランド(GND1)に接続される。FET4A(38)の他方の端子のソースは受信用端子Rxに接続されている。またFET2A(34)の他方の端子であるソースは移相回路35aの一方の端子に接続され、他方の端子(b)はFET3A(36)のドレインに接続され、このFET3A(36)のソースはキャパシタ37の一方の端子に接続され、他方の端子はグランド(GND2)に接続される。
FIG. 2 shows a
FIG. 2 is a circuit configuration example of the
The antenna (Ant) 31 is connected to one terminal of the FET 1A (field effect transistor) 32, FET 2A (34), FET 4A (38), for example, when the FETs 1A to 4A are N-channel, respectively, and the other of the FET 1A (32). The terminal, for example, the source of the
ここで、移相回路35aは図1の線路長λ/8のマイクロストリップライン15に相当し、信号の位相が45度遅延する働きをする。また信号が往復すると90度位相が遅延することになる。
この移相回路35aの回路構成は、たとえば集中定数で構成され、FET2AのソースにキャパシタC35bの一方の端子とインダクタL35dがそれぞれ接続され、キャパシタC35bの他方の端子はGND2に接続されている。
インダクタL35dの他方の端子はFET3AのドレインとキャパシタC35cの一方の端子にそれぞれ接続され、キャパシタC35cの他方の端子はGND2に接続されている。
Here, the
The circuit configuration of the
The other terminal of the inductor L35d is connected to the drain of the FET 3A and one terminal of the capacitor C35c, and the other terminal of the capacitor C35c is connected to GND2.
図2の移相器30において、FET4A(38)はゲートG4Aにしきい値以上の制御電圧を供給して、信号を受信するときのみONにし、Ant31から搬送波が入力され、反射するときはゲートG4Aの電圧をしきい値以下にしてOFFにする。
移相器30の一部を構成する移相回路35aの移相量は片道45度、往復90度であるため、上述したように、90度ずつ4つの位相モードを実現できる。
In the
Since the amount of phase shift of the
つぎに移相器30の動作について説明する。
上述したように、搬送波を反射するときFET4A(38)のゲートG4Aをしきい値以下の電圧に設定して、OFF状態としている。この状態において、例えば、FET1AのゲートG1AとFET2AのゲートG2Aをしきい値以下の電圧に設定すると、FET1A(32),FET2A(34)はOFFとなり、入力される搬送波はa点で反射される。このときの位相遅延量は0度である。
つぎに、FET1AのゲートG1AとFET3AのゲートG3Aをしきい値以下の電圧に設定し、またFET2AのゲートG2Aにしきい値以上の制御電圧を供給すると、FET1A(32)がOFF且つFET2A(34)がONかつFET3A(36)がOFFとなり、搬送波はb点で反射されるが、a点での反射波の位相に比べ、移相回路35aを往復しているため90度位相が遅れる。
また、FET1AのゲートG1Aにしきい値以上の制御電圧を供給し、FET2AのゲートG2Aをしきい値以下の電圧に設定すると、FET1A(32)がON且つFET2A(34)がOFFとなり、搬送波はGND1で終端されるため、a点での反射波の位相に比べ180度位相が遅れる。
また、FET1AのゲートG1Aをしきい値以下の電圧に設定し、FET1AのゲートG1AとFET3AのゲートG3Aにしきい値以上の制御電圧を供給すると、FET1A(32)がOFF且つ、FET2A(34)とFET3A(36)がONとなり、移相回路35aの往復とGND2の終端を考慮すると、反射波の位相はa点での反射波の位相に比べ270度遅れる。
従って、スイッチFET1A(32),FET2A(34),FET3A(36)の切り換えにより、90度ずつ4つの位相を切り換える事ができる。
Next, the operation of the
As described above, when the carrier wave is reflected, the gate G4A of the FET 4A (38) is set to a voltage equal to or lower than the threshold value to be in the OFF state. In this state, for example, when the gate G1A of the FET 1A and the gate G2A of the FET 2A are set to voltages below the threshold value, the FET 1A (32) and FET 2A (34) are turned off, and the input carrier wave is reflected at the point a. . The phase delay amount at this time is 0 degree.
Next, when the gate G1A of the FET 1A and the gate G3A of the FET 3A are set to a voltage lower than the threshold, and a control voltage higher than the threshold is supplied to the gate G2A of the FET 2A, the FET 1A (32) is turned OFF and the FET 2A (34). Is turned on and FET 3A (36) is turned off, and the carrier wave is reflected at the point b. However, the phase is delayed by 90 degrees because the carrier wave reciprocates through the
When a control voltage equal to or higher than the threshold value is supplied to the gate G1A of the FET 1A and the gate G2A of the FET 2A is set to a voltage equal to or lower than the threshold value, the FET 1A (32) is turned on and the FET 2A (34) is turned off. Therefore, the phase is delayed by 180 degrees compared to the phase of the reflected wave at point a.
When the gate G1A of the FET 1A is set to a voltage equal to or lower than the threshold value and a control voltage higher than the threshold value is supplied to the gate G1A of the FET 1A and the gate G3A of the FET 3A, the FET 1A (32) is turned off and the FET 2A (34) When the FET 3A (36) is turned on and considering the round trip of the
Therefore, four phases can be switched by 90 degrees by switching the switches FET1A (32), FET2A (34), and FET3A (36).
このように、移相器30はFET1A(32),FET2A(34),FET3A(36)を切り換えて、90度ずつ4つの位相モードを実現できる。またスイッチ用FETの数も各経路に1つでよいため、回路全体の小型化が可能である。またFET1A及びFET3AとGNDの間に受動素子、例えばキャパシタやインダクタなどを挿入することによって、浮遊容量などの寄生成分による位相遅延を調節することができる。
Thus, the
図3に他の実施形態例の移相器50を示す。
図3の移相器50は、3つの移相回路でそれぞれ片道45度、90度、135度位相が遅れ、往復でそれぞれ90度、180度、270度位相が遅れる。
移相器50において、ANT51は接点aに接続され、さらにこの接点aはFET1B(52),FET2B(54),FET3B(56)の一方の端子たとえばNチャンネルFETの場合、ドレインにそれぞれ接続される。
FET1B(52)の他方の端子、たとえばソースはλ/8の線路長を持つマイクロストリップライン53の一方の端子に接続される。このマイクロストリップライン53の他方の端子はオープン(開放)にしている。その結果このマイクロストリップライン53で往復90度の位相が遅れることになる。
同様に、FET2B(54)の他方の端子、たとえばソースはλ/4の線路長を持つマイクロストリップライン55の一方の端子に接続される。このマイクロストリップライン55の他方の端子はオープンにしている。その結果このマイクロストリップライン55で往復180度の位相が遅れることになる。
また、FET3B(56)の他方の端子、たとえばソースは3λ/8の線路長を持つマイクロストリップライン57の一方の端子に接続される。このマイクロストリップライン57の他方の端子はオープンにしている。その結果このマイクロストリップライン53で往復270度の位相が遅れることになる。
FIG. 3 shows a
In the
In the
The other terminal, for example, the source of the FET 1B (52) is connected to one terminal of the
Similarly, the other terminal, for example, the source of the FET 2B (54) is connected to one terminal of the
The other terminal, for example, the source of the FET 3B (56) is connected to one terminal of the
つぎに、移相器50の動作について説明する。
例えば、FET1BのゲートG1BとFET2BのゲートG2BとFET3BのゲートG3Bがしきい値以下の電圧に設定されると、FETFET1B(52)がOFF且つFET2B(54)がOFF且つFET3B(56)がOFFとなり、搬送波はa点で反射され、位相遅延量は0度である。
また、FET1BのゲートG1Bにしきい値以上の制御電圧が供給され、FET2BのゲートG2BとFET3BのゲートG3Bがしきい値以下の電圧に設定されると、FET1B(52)がON且つFET2B(54)がOFF且つFET3B(56)がOFFとなり、搬送波はλ/8の線路長をもつ移相回路53で反射され、a点での反射波の位相に比べ、移相回路53を往復しているため90度位相が遅れる。
また、FET1BのゲートG1BとFET3BのゲートG3Bがしきい値以下の電圧に設定され、FET2BのゲートG2Bにしきい値以上の制御電圧が供給されると、FET1B(52)がOFF且つFET2B(54)がON且つFET3B(56)がOFFとなり、搬送波はλ/4移相回路55で反射され、a点での反射波の位相に比べ180度位相が遅れる。
また、FET1BのゲートG1BとFET2BのゲートG2Bがしきい値以下の電圧に設定され、FET3BのゲートG3Bにしきい値以上の制御電圧が供給されると、FET1B(52)がOFF且つFET2B(54)がOFF且つFET3B(56)がONとなり、3λ/8移相回路57で反射され、反射波の位相はa点での反射波の位相に比べ270度遅れる。
従って、スイッチFET1B(52),FET2B(54),FET3B(56)の切り換えにより、90度ずつ4つの位相を切り換えることができる。
Next, the operation of the
For example, when the gate G1B of the FET 1B, the gate G2B of the FET 2B, and the gate G3B of the FET 3B are set to voltages below the threshold value, the FET FET 1B (52) is turned off, the FET 2B (54) is turned off, and the FET 3B (56) is turned off. The carrier wave is reflected at point a and the phase delay amount is 0 degree.
When a control voltage equal to or higher than the threshold is supplied to the gate G1B of the FET 1B and the gate G2B of the FET 2B and the gate G3B of the FET 3B are set to voltages lower than the threshold, the FET 1B (52) is turned on and the FET 2B (54) Is OFF and the FET 3B (56) is OFF, and the carrier wave is reflected by the
Further, when the gate G1B of the FET 1B and the gate G3B of the FET 3B are set to a voltage lower than the threshold value and a control voltage higher than the threshold value is supplied to the gate G2B of the FET 2B, the FET 1B (52) is turned OFF and the FET 2B (54) Is turned on and FET 3B (56) is turned off, the carrier wave is reflected by the λ / 4
Further, when the gate G1B of the FET 1B and the gate G2B of the FET 2B are set to a voltage lower than the threshold value and a control voltage higher than the threshold value is supplied to the gate G3B of the FET 3B, the FET 1B (52) is turned OFF and the FET 2B (54) Is turned OFF and the FET 3B (56) is turned ON, and is reflected by the 3λ / 8
Therefore, four phases can be switched by 90 degrees by switching the switches FET1B (52), FET2B (54), and FET3B (56).
また図4は図2の移相器30をMMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit;マイクロ波集積回路)上で形成した場合の実施形態例である。
図4(a),(b)は移相器30をMMICに内蔵した場合の図で、図4(a)はMMICを横から見た図であり、図4(b)はMMICを上から見た図である。また図4(c)は移相回路117をMMICの外にCLC(C;キャパシタ,L;インダクタ)のπ型回路で実現した場合の図である。
図4(c)の移相回路117の移相量は片道45度、往復90度であり、移相方法は図1と同じである。MMICはGaAs基板上にFET、キャパシタ、インダクタなどで回路素子を形成したものである。
また一般にMMICなどで使用する周波数帯域はマイクロ波などのように高周波のため、ワイヤ114のインダクタンスやGaAs基板113とFET(112)間の浮遊容量などの寄生成分によって位相遅延が生じてしまう。このため、図4(c)に示すようにMMIC110のGND端子の手前にキャパシタ116を挿入することによって位相を調整することができる。また位相の回転によってはワイヤなどのインダクタを用いることもできる。
FIG. 4 shows an embodiment in which the
4 (a) and 4 (b) are diagrams when the
The phase shift amount of the
In general, the frequency band used in MMIC or the like is a high frequency wave such as a microwave, and therefore phase delay occurs due to parasitic components such as the inductance of the
図5は図4(c)に示したMMIC110の電気的特性の測定結果である。図5の測定に使用したMMICは2.4GHzでの使用を目的として作製したものである。図5(a)は反射波の位相、図5(b)は反射波のロスを示した図である。
図5(a)の電気的特性を図2の移相器30を用いて説明する。図5(a)は測定周波数を2.0GHzから3.0GHzまでスキャンしたとき、Ant31から接点a側をみた反射係数(SパラメータのS11)を示し、印は2.4GHzでの値を示している。
図2において、FET1A(32),FET2A(34)がOFFのとき、入力される搬送波はa点で反射される。このときの位相遅延量は図5(a)のS11チャートの点m17で表される。SパラメータのS11は(振幅)0.930/(位相)−35.517度である。このときの位相回転量を基準にして、各FETを切り換え位相をシフトしている。またこのときの損失(ロス)は図5(b)の点m21に示すように、約0.63dBで、このロスには基板による損失(2.4GHzにおいて約0.35dB)も含んでいる。
つぎに、FET1A(32)がOFF且つFET2A(34)がONかつFET3A(36)がOFFのとき、a点での反射波の位相に比べ、移相回路35aを往復しているため90度位相が遅れ、図5(a)のS11チャートの点m18となる。このS11は、(振幅)0.821/(位相)−126.627度である。また損失は図5(b)の点m22に示すように、約1.7dBである。
FET1A(32)がON且つFET2A(34)がOFFのとき、a点での反射波の位相に比べ180度位相が遅れ、図5(a)のS11チャートの点m19となり、S11は(振幅)0.814/(位相)−144.909度である。またこのときの損失は図5(b)のm23に示すように、約1.78dBである。
FET1A(32)がOFF且つ、FET2A(34)とFET3A(36)がONのとき、反射波の位相はa点での反射波の位相に比べ270度遅れ、図5(a)S11チャートの点m20となり、S11は(振幅)0.734/(位相)−54.150度である。またこのときの損失は図5(b)のm24に示すように、約2.683dBである。
FIG. 5 shows the measurement results of the electrical characteristics of the
The electrical characteristics of FIG. 5A will be described using the
In FIG. 2, when FET1A (32) and FET2A (34) are OFF, the input carrier wave is reflected at point a. The phase delay amount at this time is represented by a point m17 in the S11 chart of FIG. S11 of the S parameter is (amplitude) 0.930 / (phase) −35.517 degrees. Based on the phase rotation amount at this time, the switching phase of each FET is shifted. Further, the loss (loss) at this time is about 0.63 dB as indicated by a point m21 in FIG. 5B, and this loss includes a loss due to the substrate (about 0.35 dB at 2.4 GHz).
Next, when the FET 1A (32) is OFF, the FET 2A (34) is ON, and the FET 3A (36) is OFF, the phase is 90 degrees because the
When FET1A (32) is ON and FET2A (34) is OFF, the phase is delayed by 180 degrees compared to the phase of the reflected wave at point a, which becomes point m19 in the S11 chart of FIG. 5A, and S11 is (amplitude) 0.814 / (phase) -144.909 degrees. Further, the loss at this time is about 1.78 dB as indicated by m23 in FIG.
When FET1A (32) is OFF and FET2A (34) and FET3A (36) are ON, the phase of the reflected wave is 270 degrees behind the phase of the reflected wave at point a. m20, and S11 is (amplitude) 0.734 / (phase) −54.150 degrees. Further, the loss at this time is about 2.683 dB, as indicated by m24 in FIG.
このように図5(a)より、2.4GHzにおいて位相が90度ずつ4つの位相モードが実現できている事が分かる。また、他の周波数で移相器を使用する場合も、2.4GHzで使用する場合と同様に、移相回路のライン長またはCやLの値を変え、移相量をその周波数で45度にすることにより、90度シフトを実現できる。
また、図5の測定データは測定基板のロスを2.4GHzで約0.35dB含んでいるが、図5(b)の測定データより、ロスが3dB以下であり、図8のようにデバイダを使用した場合よりも本発明の回路の方がロスを低くできることが分かる。
In this way, it can be seen from FIG. 5 (a) that four phase modes can be realized at a phase of 90 degrees at 2.4 GHz. Also, when using a phase shifter at another frequency, the line length of the phase shift circuit or the value of C or L is changed, and the amount of phase shift is 45 degrees at that frequency, as in the case of using 2.4 GHz. Therefore, a 90 degree shift can be realized.
Further, the measurement data in FIG. 5 includes a loss of the measurement board of about 0.35 dB at 2.4 GHz. However, the loss is 3 dB or less from the measurement data in FIG. It can be seen that the loss of the circuit of the present invention can be made lower than when it is used.
上述した例では、FETは一般的な例としたが、具体的には化合物(GaAs)半導体基板上に構成されることから、Junction FET,HEMT,Junction HEMTなどを利用することができる。また、NチャンネルFETの例を示したが、PチャンネルFETで構成することもできる。 In the example described above, the FET is a general example, but specifically, it is configured on a compound (GaAs) semiconductor substrate, so that a junction FET, HEMT, junction HEMT, or the like can be used. Moreover, although the example of N channel FET was shown, it can also comprise by P channel FET.
上述したように、本発明の反射型移相器は、位相切り換え用スイッチの数を減らすことができ、またデバイダを用いないのでデバイダによるロスが無くなり、移相器全体のロスを削減することができる。
また、位相切り換え用電界効果トランジスタとGNDの間に受動素子、例えばキャパシタなどを挿入することによって位相の調節することが可能である。
また、上述した移相器を無線通信に用いることにより、移相器をIC化するに伴い、小型化、低ロス化が実現できる。
As described above, the reflection type phase shifter of the present invention can reduce the number of phase switching switches, and since no divider is used, loss due to the divider is eliminated, and loss of the entire phase shifter can be reduced. it can.
The phase can be adjusted by inserting a passive element such as a capacitor between the phase switching field effect transistor and the GND.
In addition, by using the above-described phase shifter for wireless communication, downsizing and low loss can be realized as the phase shifter is integrated into an IC.
10,30,50,200,220,240…移相器、11,31,51…アンテナ(Ant)、12,14,16,32,36,3852,54,56…FET(電界効果トランジスタ)、13,17,33,37,116,117b、117c…キャパシタ、15,53,55,57,242,246,247…マイクロストリップライン、70,90,110…MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)、74,94,114…ボンディングワイヤ、75,95,115…リードフレーム、201,204,221,224,231,234…SPDT(Single Pole Double Throw)スイッチ、202,203,222,223,232,233…遅延線路、241…デバイダ(Divider)、245…SPST(Single Pole Single Throw)スイッチ。
10, 30, 50, 200, 220, 240 ... phase shifter, 11, 31, 51 ... antenna (Ant), 12, 14, 16, 32, 36, 3852, 54, 56 ... FET (field effect transistor), 13, 17, 33, 37, 116, 117b, 117c ... capacitors, 15, 53, 55, 57, 242, 246, 247 ... microstrip lines, 70, 90, 110 ... MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit), 74, 94, 114 ... bonding wire, 75, 95, 115 ... lead frame, 201, 204, 221, 224, 231, 234 ... SPDT (Single Pole Double Throw) switch, 202, 203, 222, 223, 232, 233 ... delay Track, 241 ... Divider (Divider), 245 ... SPST (Single Pole Single Throw) switch.
Claims (17)
1つ以上の移相回路と、
前記入力端子から入力された信号の位相を前記移相回路を用いて切り換える1つ以上の位相切り換え用電界効果トランジスタとを有し、
前記入力端子、前記移相回路と前記トランジスタが同一基板上に形成されている、
反射型移相器。 An input terminal that reflects the input signal; and
One or more phase shift circuits;
One or more phase switching field effect transistors that switch the phase of the signal input from the input terminal using the phase shift circuit;
The input terminal, the phase shift circuit and the transistor are formed on the same substrate;
Reflective phase shifter.
請求項1記載の反射型移相器。 The reflection type phase shifter includes a receiving terminal, and a field effect transistor for switching that is formed on the substrate, has a drain or a source connected to the receiving terminal, and a drain or a source connected to the input terminal. The reflective phase shifter according to claim 1.
請求項1記載の反射型移相器。 The reflection type phase shifter according to claim 1, wherein the phase shift circuit includes a passive element.
請求項1記載の反射型移相器。 The reflection type phase shifter according to claim 1, wherein the phase shifter includes a phase adjustment element for phase adjustment between the field effect transistor and the reference potential or in the vicinity of the phase shift circuit.
請求項1記載の反射型移相器。 The reflection type phase shifter according to claim 1, wherein the field effect transistor is a junction gate type HEMT.
請求項1記載の反射型移相器。 The reflection type phase shifter according to claim 1, wherein the substrate is a compound semiconductor substrate, and the compound semiconductor substrate is sealed with a resin.
前記基板外に設けられ、前記電界効果トランジスタで位相が切り換えられる移相回路とを有する
反射型移相器。 An input terminal provided on the same substrate for reflecting an input signal; one or more phase switching field effect transistors for switching the phase of the signal input from the input terminal;
A reflection type phase shifter having a phase shift circuit provided outside the substrate and whose phase is switched by the field effect transistor.
請求項7記載の反射型移相器。 The reflective phase shifter according to claim 7, wherein the phase shift circuit includes a passive element.
請求項7記載の反射型移相器。 The reflection type phase shifter according to claim 7, wherein the phase shifter includes a phase adjustment element for phase adjustment between the field effect transistor and the reference potential or in the vicinity of the phase shift circuit.
請求項7記載の反射型移相器。 The reflection type phase shifter according to claim 7, wherein the field effect transistor is a junction gate type HEMT.
請求項7記載の反射型移相器。 The reflective phase shifter according to claim 7, wherein the substrate is a compound semiconductor substrate, and the compound semiconductor substrate is resin-sealed.
入力端子と出力端子を持つ移相回路と、
前記入力端子にドレインまたはソースを接続し、ドレインまたはソースを第1の基準電位に電気的に接続したスイッチ用第1の電界効果トランジスタと、
前記移相回路の入力端子にそのドレインまたはソースを接続し、ドレインまたはソースを前記入力端子に接続したスイッチ用第2の電界効果トランジスタと、
前記移相回路の出力端子にそのドレインまたはソースを接続し、ドレインまたはソースを第2の基準電位に電気的に接続したスイッチ用第3の電界効果トランジスタとを有する
反射型移相器。 An input terminal that reflects the input signal; and
A phase shift circuit having an input terminal and an output terminal;
A first field effect transistor for a switch having a drain or a source connected to the input terminal and the drain or source electrically connected to a first reference potential;
A second field effect transistor for a switch having a drain or a source connected to an input terminal of the phase shift circuit, and a drain or a source connected to the input terminal;
A reflection type phase shifter comprising: a third field effect transistor for switch having a drain or a source connected to an output terminal of the phase shift circuit and a drain or a source electrically connected to a second reference potential.
請求項12記載の反射型移相器。 The reflection type phase shifter according to claim 12, wherein the phase shift circuit includes a passive element.
請求項12記載の反射型移相器。 The reflection type phase shifter according to claim 12, wherein the phase shifter includes a phase adjustment element for phase adjustment between the field effect transistor and the reference potential or in the vicinity of the phase shift circuit.
請求項12記載の反射型移相器。 The reflection type phase shifter according to claim 12, wherein the field effect transistor is a junction gate type HEMT.
請求項12記載の反射型移相器。 The reflective phase shifter according to claim 12, wherein the substrate is a compound semiconductor substrate, and the compound semiconductor substrate is sealed with a resin.
移相回路と、
前記移相回路にそのドレインまたはソースを接続し、前記移相回路の入力端子に接続されていないドレインまたはソースを前記入力端子に接続したスイッチ用電界効果トランジスタと、
前記移相回路と電界効果トランジスタの直列接続部が並列に2つ以上接続されたことを特徴とする
反射型移相器。
An input terminal;
A phase shift circuit;
A field effect transistor for a switch having a drain or source connected to the phase shift circuit and a drain or source not connected to an input terminal of the phase shift circuit connected to the input terminal;
A reflection type phase shifter, wherein two or more series connection portions of the phase shift circuit and the field effect transistor are connected in parallel.
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