JP2008544601A - 移相デバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも２つの異なる値の間に信号経路の電気的な長さを変更するように構成された移相デバイスに関し、信号の周波数を変更するために第１の位相振幅フィルタ特性を持つ少なくとも第１の信号経路（５１、５８）と、信号の周波数を変更するために第２の位相振幅フィルタ特性を持つ第２の信号経路（５３、９１）とのうち少なくとも１つを通して信号を導くため、デバイス（５０、５０ａ、５０ｂ、６４、８８、９３）を適用する。前記第１および第２の位相振幅フィルタ特性の少なくとも１つは、全パス・フィルタ（５２、５４；９２）によって実現する。本発明は２つの帯域幅モードを持つ移相デバイスに関する。

Description

本発明は少なくとも２つの異なる値間の信号経路の電気的な長さを変更するように構成した移相デバイスに関し、信号の周波数を変更するための第１の位相振幅フィルタ特性を持つ少なくとも第１の信号経路と、信号の周波数を変更するための第２の位相振幅フィルタ特性を持つ第２の信号経路とのうちの少なくとも１つを通して信号を導くために応用される。

また、本発明は上記に基づく移相器に関し、各信号経路はある帯域幅を持ち、第１の信号経路には本質的に振幅に関する帯域幅制限が無く、また第２の信号経路には振幅に関する帯域幅制限があり、帯域幅における制限の存在は、移相デバイスが使用されるシステムの帯域幅が影響を受けるか受けないかで規定される。

多くの信号処理の分野で、信号経路の電気的な長さを変更するため、個別部品の移相器を含めることに関心が持たれている。これらの移相器は制御可能であり、２つ以上の異なる長さの信号経路を得るようにしている。

多くの使用分野が上記の個別部品の移相器に考えられるが、主として周波数が無線周波数からマイクロ波周波数の範囲にわたって適用される。例えば、信号ミキサおよびデジタル無線デバイスに使用されてもよい。

移相器の１つの特別な使用分野は、電気的に制御されるアクティブ・アンテナである。そのようなアンテナでは、アンテナ放射パターンの制御が可能であり、すなわち所望の角度でメインローブを管理し、ある制限内で所望のサブローブを得ることが可能である。例えば、そこに擾乱源があり、同時に、所望の受信器または送信器がある角度でメインローブを管理する場合、非常に低い角度のアンテナ・カバレージをある角度で作り出すことが望まれるであろう。このようなアンテナは、例えばモバイル電話システムまたはレーダ装置で使用される。

そのようなアンテナは、望ましくは多数のアンテナ要素を含むアレー・アンテナの形式である。アレー・アンテナにおけるこれらのアンテナ要素の各々には、他のアンテナ要素と比較してある位相を持った信号を個別に供給する。アンテナ要素間の相対的位相を変更することにより、上記の制御可能な特徴を得ることが可能である。

各アンテナ要素に対して、アレー・アンテナに供給する信号は移相器を通過した後あるアンテナ要素に到達し、他のアンテナ要素に比較してある信号経路長を形成するように移相器を制御する。

今日では、ＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、モノリシック・マイクロ波集積回路）技術を使用して移相器を構築することが一般的である。通常、これらの移相器は、ハイパス・フィルタとローパス・フィルタの組合せを使用して実現され、これらのフィルタは２つの分岐を作り出し、分岐間の信号は切り替え可能であり、２つの分岐間で２つの可能な相対的位相差のうちの１つを実現する。このことを図１ａの従来技術に示す。移相器１には左手分岐２があり、第１の４と第２の５の接地キャパシタおよび直列インダクタ６を持つローパス・フィルタ３を含む。移相器１の右手分岐７は、第２の接地インダクタ９および第３の１０と第４の１１の直列キャパシタを持つハイパス・フィルタ８を含む。第１の１２と第２の１３のスイッチにより、左手分岐２とローパス・フィルタ３か、右手分岐７とハイパス・フィルタ８かのどちらかを選択することが可能である。スイッチは第１の１４と第２の１５の移相器接続ポイントに接続する。

図１ｂと１ｃでは、周波数に対する位相振幅特性を示す。ローパス・フィルタ３は、図１ｂの実線１６で示す位相特性および図１ｃの実線１７で示す振幅特性を持つ。ハイパス・フィルタは、図１ｂの破線１８で示す位相特性および図１ｃの破線１９で示す振幅特性を持つ。位相φと振幅Ａはｙ軸上に、また周波数ｆはｘ軸上に表す。

図１ｂから明らかなように、周波数が変化した時、フィルタ３、８間で十分なる一定位相差Ｄが得られ、すなわち位相差Ｄは完全に広帯域である。位相差Ｄの値は、フィルタ３、８の部品４、５、６；９、１０、１１の値を調節することにより調整できる。かくして、周波数に対する位相性能は移相器１の機能にとって制限要因ではない。

しかしながら、図１ｃから明らかなように、パス帯域はおおよそ狭い帯域Ｂでのみオーバラップする。この狭い帯域Ｂで、その振幅性能により、移相器は適切に機能できるが、帯域Ｂの外では移相器性能は許容できない。かくして、周波数に対する振幅性能は移相器１の機能に対して制限要因となる。これは問題であるが、その理由は、位相性能の制限された帯域幅は較正手法によって補償されるかもしれないが、この方法は振幅性能の制限された帯域幅に対しては実行可能ではないからである。

図２に示すように、図１ａに示す移相器１に基づく多数の移相器要素１ａ、１ｂが直列に接続されて縦続接続の全移相器２０を構成してもよく、その各々の移相器要素は各分岐間で位相差を持つものである。この位相長の差は各移相器要素１ａ、１ｂに対して異なる値であることが望ましく、これにより、縦続接続の全移相器２０の移相器要素数に依存した総位相をおおよそ微調整できる。スイッチＳ’、Ｓ''、Ｓ'''、Ｓ''''により、入力信号に対して経路を選択する。

上記に基づくさまざまな移相器では、移相を実現するために、いわゆる再構成可能なフィルタを使用する。このようにして、ハイパス・フィルタおよびローパス・フィルタの両方がスイッチによって１つずつ実現できるため、１つの分岐のみを必要とする。コイルのような大きな部品は再使用してもよく、これにより場所をより効率よく使用できる。そのような構成を図３に示すが、移相器要素２１は第１の２２と第２の２３の接地キャパシタ、第３の２４と第４の２５の直列キャパシタおよびコイル２６を含む。第１の２７、第２の２８、第３の２９および第４の３０のスイッチにより、ローパス・フィルタかハイパス・フィルタのどちらかを第１の３１と第２の３２の接続ポイント間で実現してもよい。図３で設定している現状のスイッチはローパス・フィルタを提供している。

また、縦続接続した全移相器を形成する縦続接続のフィルタ数に基づいて、位相をおおよそ微調整できるようにするため、これらのフィルタを前記のように縦続接続してもよい。

しかしながら、上記に基づく移相器構成の両方とも幾つかの不利な点を持つ。一般的にスイッチは、トランジスタ、ＰＩＮダイオードまたはＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ、微小電気機械システム）のような他の適用可能なデバイスによって形成される。これらのスイッチは寄生素子を含む。以下では、トランジスタによって形成されたスイッチについて説明するが、勿論、一般的な原理はＰＩＮダイオードおよび他の適用可能なデバイスに対しても適用できる。

図４ａと４ｂに、公知で広く使用されている形式のスイッチ・トランジスタ３３を示す。トランジスタ３３にはドレイン３４、ゲート３５およびソース３６があり、ドレイン３４とソース３５に間に寄生素子３７、３８が存在する。図４ａで示すように、トランジスタ３３がＯＦＦ状態であれば、すなわちスイッチが開いていれば、寄生キャパシタ３７が存在する。図４ｂで示すように、トランジスタ３３がＯＮ状態にあれば、すなわちスイッチが閉じていれば、寄生レジスタタ３８が存在する。トランジスタ３３が小さくなれば、レジスタ３８が大きくなり、キャパシタ３７は小さくなる。より大きなレジスタ３８はＯＮ状態における損失の原因となる。トランジスタ３３が大きくなると、レジスタ３８は小さくなり、キャパシタ３７は大きくなる。より大きなキャパシタ３７はＯＦＦ状態における漏洩の原因となる。

寄生素子が持つ不利な点は、スイッチを通過する信号電力が大きくなるにつれて、一層厳しくなる。かくして、ＯＮ状態では損失は更に大きくなり、ＯＦＦ状態では漏洩は更に大きくなる。

寄生素子が持つ不利な点は、その間にスイッチが置かれている二個の分岐を使用する移相器では疑いも無く明らかであり、例えば、図１ａの第１の１２と第２の１３の分岐スイッチを見られたい。これらのスイッチ１２、１３は、移相するべき全信号が通過する所にあり、スイッチがメイン信号経路と直列に結合しているため、直列スイッチと呼ぶ。したがってこの場合、寄生素子が持つ不利な点は疑いも無く明らかである。

再構成可能なフィルタを使用する移相器では、１つの分岐しかないので、分岐スイッチを使用しない。その代わりに、図３に示すように、再構成可能なフィルタ内に直列スイッチ２７、２８、２９、３０があり、そのスイッチ２７、２８、２９、３０を通して移相すべき全信号が通過する。したがってこの場合も、スイッチ内の寄生素子が持つ不利な点は疑いも無く明らかである。

幾つかの適用では、最初の確認手順の間は移相器を狭帯域のフィルタとして使用することが望まれる。したがって、第１の動作モードでは、移相器を負の方法で使用するシステムの帯域幅に影響を与えないような帯域幅を持ち、第２の動作モードでは、狭帯域のフィルタとして使用してもよい、というような移相器を提供することは、興味深いことである。

前述の公知の移相器１、２１が持つ主な不利な点は、移相器の振幅性能が前に説明したように限られた帯域幅であるということである。更に、それぞれが狭いオーバラップ帯域を持つ移相要素が厳密には同じ狭いオーバラップ帯域を持たないため、縦続接続の全移相器２０は、移相が適切に働いてもよいところでは更により狭い帯域に必然的になる。これはさらにより狭い全オーバラップ帯域をもたらす。換言すれば、全移相器の分解能が増加するので、帯域幅は減少する。上記のように、振幅性能の限られた帯域幅は、較正手法によって補償することは不可能である。

かくして、移相器を使用するシステムの帯域幅に影響を及ぼさない帯域幅をもつ移相器が必要とされている。

本発明、上記の課題に鑑みてなされたものであり、移相器を使用するシステムの帯域幅に影響を及ぼさない帯域幅をもつ移相器を提供することを目的とする。

この問題は、上記に従って本発明により解決される。さらに、本発明の特徴とするところは、前記第１および第２の位相振幅フィルタ特性を全パス・フィルタによって実現するということである。

本発明によって得られる主な利点は、移相器を使用するシステムの帯域幅に影響を及ぼさない帯域幅をもつ移相器が得られるということである。

好ましい実施形態は従属請求項から明らかである。再構成可能な移相器を使用する場合、スイッチの寄生素子を補償してもよい。

さらに、本発明はまた、少なくとも第１および第２の位相振幅フィルタ特性の１つを全パス・フィルタによって実現し、また少なくとも第１および第２の位相振幅フィルタ特性の他の１つをバンドパス・フィルタ、ローパス・フィルタ、ハイパス・フィルタまたはバンドストップ・フィルタの少なくとも１つによって実現する、ということに特徴がある。

本発明によるデバイスに、全パス・フィルタの特性を持つ第１の信号経路と、バンドパス・フィルタ、ローパス・フィルタ、ハイパス・フィルタまたはバンドストップ・フィルタの特性を持つ第２の信号経路とを含む場合、２つの帯域幅モードを実現することができる。全パス・フィルタの特性を持つ第１の信号経路を活性化する場合、デバイスは、移相器を使用するシステムの帯域幅に影響を及ぼさない帯域幅を提供する。バンドパス・フィルタ、ローパス・フィルタ、ハイパス・フィルタまたはバンドストップ・フィルタのうちの少なくとも１つの特性を持つ第２の信号経路を活性化する場合、デバイスは狭帯域フィルタとして機能する。

かくして、この実施形態は２つの動作モード、すなわち広帯域モードと狭帯域モードを可能とする。

以下、添付の図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。

いわゆる全パス・フィルタ３９を図５に示す。全パス・フィルタ３９には、第１の４０と第２の４１のインダクタおよび第１の４２と第２の４３のキャパシタを含む。全パス・フィルタを得るため、いわゆる差動信号、すなわち、接地面を使用せず、２つの異なる導体内で正電位と負電位を持つ信号を使用する必要がある。これらの電位は以下の実施形態に使用する正および負の端子を形成する。

かくして、全パス・フィルタは負の４４と正の４５の入力端子および負の４６と正の４７の出力端子を持つ。第１のキャパシタは負の入力４４と出力４６の端子に直列に接続し、第２のキャパシタは正の入力４５と出力４７の端子に直列に接続する。第１のインダクタ４０は負の入力４４と正の出力４７との端子間に接続し、第２のインダクタ４１は正の入力４５と負の出力４６との端子間に接続する。

全パス・フィルタ３９は図６ａの実線４８で示す位相特性と図６ｂの実線４９で示す振幅特性を持つ。位相φと振幅Ａはそれぞれｙ軸上に、周波数はｘ軸上に表す。

図６ａおよび６ｂで明らかなように、振幅は周波数に対して理想的に一定、すなわち使用する周波数に理想的に無関係であり、位相は低周波数の１８０°から高周波数の０°までシフトする。移相の性質、すなわちそれが起こる位置と傾斜は部品の値によって決定される。実際のフィルタでは、勿論、理想的な場合からずれが生じ、振幅は周波数に対して実質的に一定という結果になる。

図７に示すように、本発明の第１の実施形態による移相器要素５０は、第１の全パス・フィルタ５２を含む左手分岐５１と第２の全パス・フィルタ５４を含む右手分岐５３とを持つ。言い換えれば、各分岐５１、５３は、おのおの位相振幅フィルタ特性を持つ信号経路を形成する。各位相振幅フィルタ特性は、全パス・フィルタ５２、５４によって実現する。

入力信号のため、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４によって第１の全パス・フィルタまたは第２の全パス・フィルタの何れかを選択する。図では、左手分岐５１を通して入力信号を導くよう、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を設定している。

第１の全パス・フィルタは図８の実線５５で示す周波数特性を持ち、第２の全パス・フィルタは図８の破線５６で示す周波数特性を持つ。位相φはｙ軸上に、周波数ｆはｘ軸上に表す。図８から明らかなように、全パス・フィルタの位相は異なる周波数特性を持つ。この周波数特性における差異は、上記で説明したように、使用する部品に異なる値を使用することにより得られる。

全パス・フィルタ間の位相特性に差異Ｄが存在し、さらにこの差異Ｄが実質的に一定であるような周波数区間Ｆに、移相器要素５０を使用する。しかしながら、実際には位相差Ｄはこの周波数区間Ｆで若干変化するであろう。多かれ少なかれ、この変化は既知であり、したがって、できれば適切な較正手順によって補償する。

図７による移相器要素５０を使用するこの周波数区間Ｆは、従来技術のそれより広くかつより安定である。これには利点があるが、それは、それぞれが分岐間の位相差Ｄを持つ図７による移相器要素５０を多数直列に接続して、縦続接続の全移相器にしてもよいからである。これらの位相差Ｄは、できれば異なる値が望ましく、これにより縦続接続の全移相器の移相器要素数に依存する総位相をおおよそ微調整できる。振幅は周波数で大きく変化しないので、振幅性能は帯域幅制限を全く与えない。

図９に示すように、第１の移相器要素５０ａは第１の全パス・フィルタ５２ａと第２の全パス・フィルタ５４ａとを含む。この第１の移相器要素５０ａは、第３の５２ｂと第４の５４ｂとの全パス・フィルタを含む第２の移相器要素５０ｂと縦続接続される。さらに多くの縦続接続の移相器要素が使用可能であることを破線で示すが、全ての縦続接続の移相器要素５０ａ、５０ｂが連結された全移相器５７を形成する。使用する差動信号のため、負の導体と正の導体を利用しなければならない。適切な切り替え機能を得るため、全ての導体にスイッチがなければならない。以下にこれについて更に詳細に説明する。

入力差動信号は、第１の５８および第２の５９のスイッチにより、第１の全パス・フィルタ５２ａまたは第２の全パス・フィルタ５４ａのいずれかにスイッチする。第１の全パス・フィルタ５２ａからの出力差動信号は、第３の６０および第４の６１のスイッチにより、第３の全パス・フィルタ５２ｂまたは第４の全パス・フィルタ５４ｂのいずれかにスイッチする。第２の全パス・フィルタ５４ａからの出力差動信号は、第５の６２および第６の６３のスイッチにより、第３の全パス・フィルタ５２ｂまたは第４の全パス・フィルタ５４ｂのいずれかにスイッチする。図９では、スイッチ５８、５９、６０、６１、６２、６３の現在の設定は、入力信号を第１の全パス・フィルタ５２ａに、次に第４の全パス・フィルタ５４ｂに導く。

各移相器要素５０ａ；５０ｂにおける全パス・フィルタ５２ａ、５４ａ；５２ｂ、５４ｂ間のこの位相長の差は、縦続接続の移相器要素５０ａ、５０ｂで異なる値が望ましく、これにより縦続接続の全移相器５７の移相器要素数に依存する総位相をおおよそ微調整できる。図１０に、本発明の第２の実施形態による移相器要素６４を示す。ここでは全パス・フィルタは再構成可能フィルタとして実現される。この方法では１つの分岐のみが必要であるが、その理由は、スイッチにより、第１および第２の全パス・フィルタが１つずつ実現できるからである。言い換えれば、それぞれが位相振幅フィルタ特性を持つ２つの信号経路がスイッチにより得られる。位相振幅フィルタ特性を再構成可能な全パス・フィルタによって実現し、再構成可能な全パス・フィルタは１つずつ２つの個々の全パス・フィルタとして働く。

再構成可能な全パス・フィルタには、各部品は同じタイプのもう１つの部品と直列に結合するということ除けば、図５を参照して説明したものと同じタイプの部品を含む。しかしながら、これらの直列部品はスイッチによりバイパスすることが可能である。

さらに詳細には、第１のキャパシタ６５は負の入力６６および出力６７の端子と直列に接続し、第２のキャパシタ６８は正の入力６９および出力７０の端子と直列に接続する。これらのキャパシタ６５、６８は第１および第２のサブキャパシタ６５’、６８’とそれぞれ直列に接続し、サブキャパシタ６５’、６８’は、サブキャパシタ６５’、６８’をバイパスしてもよい第１および第２のキャパシタ・スイッチ７１、７２とそれぞれ並列に結合する。

更に、第１のインダクタ７３は負の入力端子６６と正の出力端子７０との間に接続し、第２のインダクタ７４は正の入力端子６９と負の出力端子６７との間に接続する。これらのインダクタ７３、７４は第１の７３’および第２の７４’のサブインダクタとそれぞれ直列に接続し、サブインダクタ７３’、７４’は、サブインダクタ７３’、７４’をバイパスしてもよい第１の７５および第２の７６のインダクタ・スイッチとそれぞれ並列に結合する。

かくして、サブキャパシタ６５’、６８’およびサブインダクタ７３’、７４’は、スイッチ状態により、対応する第１および第２のキャパシタ６５、６８並びにインダクタ７３、７４と電気的に直列結合するかバイパスする。

スイッチ７１、７２、７５、７６により、キャパシタ／インダクタ分岐の何れかが、２つの可能なキャパシタ／インダクタの値の１つを得てもよい。例えば、そのスイッチはトランジスタまたはＰＩＮダイオードによって実現されてもよい。図７による前のものに比較し、本実施形態の利点は、図７による実施形態で使用したスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を必要としないということである。その代わり、第２の実施形態では、直列スイッチである第１の７１および第２の７２のキャパシタ・スイッチがある。これらのスイッチは、第１および第２のサブキャパシタ６５’、６８’と並列に結合している。このことは、第１と第２のサブキャパシタ６５’、６８’は、第１の７１および第２の７２のキャパシタ・スイッチのスイッチ寄生キャパシタよりはるかに大きな容量を持つため、第１の７１および第２の７２のキャパシタ・スイッチのスイッチ寄生キャパシタは移相器６４に極めて小さい量の影響を及ぼす、ということを意味する。

移相器要素６４を形成する再構成可能なフィルタは、図９を参照して説明したと同じ方法で縦続接続されことが望ましい。

本発明の第３の実施形態は図１１に示すいわゆるバンドパス・フィルタを含む。バンドパス・フィルタ７７は差動信号に適応し、かくして負の７８および正の７９の入力端子と負の８０および正の８１の出力端子とを持つ。負の入力端子７８は負の出力端子８０に接続され、正の入力端子７９は正の出力端子８１に接続される。さらに、バンドパス・フィルタ７７は第１の８２および第２の８３のインダクタと第１の８４および第２の８５のキャパシタとを含み、各部品８２、８３、８４、８５は、負の端子７８、８０と正の端子７９、８１との間に並列に接続される。

バンドパス・フィルタは図１２ａの実線８６で示す位相特性と図１２ｂの実線８７で示す振幅特性を持つ。位相φと振幅Ａはそれぞれｙ軸上に、周波数ｆはそれぞれｘ軸上に表す。

図１２ａと１２ｂで明らかなように、振幅はいわゆるパスバンドＰを持ち、それは基本的に平坦であり、パスバンドＰはある帯域幅を持つ。位相は低周波数の＋９０°から高周波数の−９０°までシフトする。移相の性質、すなわちそれが起こる位置とその傾斜は、部品の値で決定される。

図１３で示すように、本発明の第３の実施形態による移相器要素８８は、バンドパス・フィルタ９０を含む左手分岐８９と全パス・フィルタ９２を含む右手分岐９１とを持つ。言い換えれば、各分岐８９、９１はそれぞれ位相振幅フィルタ特性を持つ信号経路を形成する。それぞれの信号経路に対する位相振幅フィルタ特性は、バンドパス・フィルタ９０と全パス・フィルタ９２によって実現される。

スイッチＳ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８によって、バンドパス・フィルタ９０または全パス・フィルタ９２の何れかを入力信号のために選ぶ。図では、左手分岐９０を通して入力信号を導くためにスイッチＳ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８を設定している。

全パス・フィルタは図８に示す周波数特性を持つ。図１２および図８から明らかのように、バンドパスと全パス・フィルタの位相は異なる周波数特性を持つ。使用する部品に異なる値を使用することにより、周波数特性におけるこの差異の性質を制御する。

上述の実施形態で前述したように、移相器要素はバンドパスと全パス・フィルタ間の位相特性の差異を使用する。図９を参照して説明した方法と同様にして、数個の移相器要素を好んで縦続接続し、全移相器とする。

全てのバンドパス・フィルタのみを組み込むように全移相器の全てのスイッチを設定してよいため、移相器要素にバンドパス・フィルタを使用することには利点がある。替わりに狭帯域フィルタとして全移相器を使用することが求められる場合、検証手順の間はこの動作モードを特に使用する。

更に詳細には、２つの信号経路８９、９１が得られ、各経路８９、９１はある帯域幅を持つ。第１の経路８９は基本的に振幅に関する帯域幅制限がなく、また、第２の経路９１は振幅に関する帯域幅制限を持ち、移相デバイス８８、９３を使用するシステムの帯域幅が影響を受けるか受けないかで、帯域幅における制限の存在を決定する。全てのバンドパス・フィルタのみを組み込むように全移相器を設定する場合、全移相器は、例えば上述したように、検証手順の間は利点のある狭帯域フィルタとして動作する。

本発明の第４の実施形態による移相器要素９３を図１４に示す。ここでは、バンドパス・フィルタと全パス・フィルタとを含む移相器要素と全パス・フィルタは再構成可能なフィルタとして実現している。バンドパス・フィルタと全パス・フィルタとはスイッチによって１つずつ実現できるので、この方法では一個の分岐のみが必要である。

言い換えれば、スイッチにより、各々がそれぞれ位相振幅フィルタ特性をもつ２つの信号経路が得られる。位相振幅フィルタ特性を再構成可能なフィルタによって実現し、スイッチの設定によって、再構成可能なフィルタはバンドパス・フィルタまたは全パス・フィルタとして動作する。

更に詳細には、第１のキャパシタ９４は負の入力９５および負の出力９６の端子に直列に接続され、第２のキャパシタ９７は正の入力９８および正の出力９９の端子に直列に接続される。これらのキャパシタ９４、９７は、それぞれ第１の１００および第２の１０１のスイッチによりバイパスしてもよい。

第３のキャパシタ１０２は入力端子９５、９８間に接続され、第４のキャパシタ１０３は出力端子９６、９９間に接続され、第３の１０２および第４の１０３のキャパシタは、その間に位置する第１の９４および第２の９７のキャパシタを持つ。第３の１０２および第４の１０３のキャパシタは、第３の１０４および第４の１０５のスイッチにより、再構成可能なフィルタに含めともよいし、そこから除外してもよい。第３のスイッチ１０４は第３のキャパシタ１０２と直列に接続され、第４のスイッチ１０５は第４のキャパシタ１０３と直列に接続される。

更に、第１のインダクタ１０６は負の入力端子９５と正の出力端子９９との間に接続され、第２のインダクタ１０７は正の入力端子９８と負の出力端子９６との間に接続される。

スイッチ１００、１０１、１０４、１０５を閉じると、バンドパス・フィルタが得られる。スイッチ１００、１０１、１０４、１０５を開けると、図１４に示すように、全パス・フィルタが得られる。例えば、スイッチはトランジスタまたはＰＩＮダイオードによって実現してもよい。図１０を参照して説明したのと同じ理由で、第１の１００および第２の１０１のスイッチのスイッチ寄生キャパシタは移相器９３に極めて少ない程度に影響を及ぼす。

移相器要素を形成するこの再構成可能なフィルタ９３は、上述した様に、バンドパスと全パス・フィルタ間の位相特性における差異を使用する。図９を参照して説明したことと同じ方法で、数個の移相器要素を好んで接続する。

本発明の特有の特徴と利点の要約を、以下に述べる。

本発明の基本原理は移相デバイスを形成することであり、移相デバイスは少なくとも２つの信号経路を形成する少なくとも２つの分岐で形成し、各信号経路は信号の周波数を変更するため各々位相振幅フィルタ特性を持つ。前記第１と第２の位相振幅フィルタ特性の少なくとも１つは、全パス・フィルタによって実現する。

少なくとも２つの分岐各々が全パス・フィルタ形式のフィルタを含む形式を選択することにより、従来技術よりも広帯域かつより安定な帯域幅を実現する。

例えば数種類の実施形態が考えられ、２つの独立の分岐の替わりに、いわよる再構成可能なフィルタを使用してもよく、しかも結果的に２つの異なる信号経路をもたらす。

数々のそのような移相デバイスを直列または並列に結合することにより、使用する移相デバイスの数に依存する分解能を持つ全移相器を得る。

更に、本発明のもう１つの側面によれば、少なくとも２つの信号経路には、１つの信号経路は基本的に振幅に関する帯域幅制限がなく、第２の信号経路は振幅に関する帯域幅制限があるような特性を持つフィルタを含む。移相デバイスを使用するシステムの帯域幅が影響を受けるか受けないかで、帯域幅における制限の存在を決定する。

本発明のこの側面により、広帯域機能を得た動作モードおよび狭帯域機能を得た動作モードが可能となる。例えば、移相デバイスを含む装置の検証の間は、このことは利点のあることである。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲の範囲内で自由に変更してもよい。例えば、各フィルタ形式に対する全てのフィルタ構成は、単に例示的に示したものである。勿論、ここに示されていない多くの方法で各フィルタを実現しもよく、それらは多かれ少なかれ部品を持つ。もう１つの全パス・フィルタの例を図１５に示す。

図１５では、全パス・フィルタには、負の入力端子１１０と負の出力端子１１１間に接続された第１のインダクタ１０９と、正の入力端子１１３と正の出力端子１１４間に接続された第２のインダクタ１１２とを含む。更に、全パス・フィルタ１０８には、負の入力端子１１０と正の出力端子１１４間に接続された第１のキャパシタ１１５と、正の入力端子１１３と負の出力端子１１１間に接続された第２のキャパシタ１１６を含む。

この全パス・フィルタ１０８は図６ａに示すものと同様の増幅特性を持つが、周波数が増加する場合、図６ａの破線１１７で示す位相特性は、ここでは０°から１８０°に変化する。

第３および第４の実施形態で説明したように、全パス・フィルタにバンドパス・フィルタを連結する。他の形式のフィルタ、例えばローパスまたはハイパス・フィルタを全パス・フィルタに結合してもよい、ということはあり得ることである。

更に、示した実施形態における移相器要素の直列縦続接続結合の替わりに、並列結合（示していない）もまた、あり得ることである。このような並列結合は、説明した全ての実施形態に対してあり得ることである。並列結合を直列縦続接続結合と連結してもよい。

第３および第４の実施形態において、バンドパス・フィルタを使用する替わりに、ローパス・フィルタ、ハイパス・フィルタまたはバンドストップ・フィルタの少なくとも１つを使用してもよい。

従来技術の移相器要素を示す図である。 図１による移相器要素の位相特性を示す図である。 図１による移相器要素の振幅特性を示す図である。 図１による縦続接続の移相器要素を示す図である。 図１による移相器要素の再構成可能なバージョンを示す図である。 ＯＦＦ状態のスイッチ・トランジスタを示す図である。 ＯＮ状態のスイッチ・トランジスタを示す図である。 本発明に使用する全パス・フィルタを示す図である。 図５による全パス・フィルタの位相特性を示す図である。 図５による全パス・フィルタの振幅特性を示す図である。 本発明の第１の実施形態による移相器要素を示す図である。 図７による移相器要素の位相特性を示す図である。 図８による縦続接続の移相器要素を示す図である。 図７による移相器要素の再構成可能なバージョンを示し、本発明の第２の実施形態を構成する図である。 バンドパス・フィルタを示す図である。 図１１によるバンドパス・フィルタの位相特性を示す図である。 図１１によるバンドパス・フィルタの振幅特性を示す図である。 本発明の第３の実施形態による移相器要素を示す図である。 図１３による移相器要素の再構成可能なバージョンを示し、本発明の第４の実施形態を構成する図である。 全パス・フィルタの代替バージョンを示す図である。

Claims (13)

1. 少なくとも２つの異なる値の間に信号経路の電気的な長さを変更するように構成された移相デバイスであって、
   前記デバイス（５０、５０ａ、５０ｂ、６４、８８、９３）は、信号の周波数を変更するための第１の位相振幅フィルタ特性を持つ少なくとも第１の信号経路（５１、８９）と、前記信号の周波数を変更するための第２の位相振幅フィルタ特性を持つ第２の信号経路（５３、９１）とのうちの少なくとも１つを通して信号を導くように構成され、
   前記第１及び第２の位相振幅フィルタ特性の少なくとも１つは、全パス・フィルタ（５２、５４；９２）によって実現されることを特徴とする移相デバイス。
2. 前記少なくとも第１及び第２の位相振幅フィルタ特性の他の１つは、全パス・フィルタ（５２、５４）によって実現されることを特徴とする請求項１に記載の移相デバイス。
3. 前記少なくとも第１及び第２の位相振幅フィルタ特性の他の１つは、バンドパス・フィルタ（９０）によって実現されることを特徴とする請求項１に記載の移相デバイス。
4. 前記少なくとも第１及び第２の信号経路（５１、５３；８９、９１）は、互いに並列に結合され、
   使用のために選択される前記信号経路は、電気的なスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８）によって活性化されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の移相デバイス。
5. 前記少なくとも第１及び第２の信号経路は、再構成可能なフィルタを構成するように結合され、
   前記再構成は、電気的なスイッチ（７１、７２、７５、７６；１００、１０１、１０４、１０５）によって実現されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の移相デバイス。
6. 前記スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４；７１、７２、７５、７６；Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８；１００、１０１、１０４、１０５）のいずれかは、トランジスタ又はＰＩＮダイオードによって構成されていることを特徴とする請求項４又は５の何れか１項に記載の移相デバイス。
7. 前記デバイス（５０ａ、５０ｂ）は、連結されたデバイス（５７）内で複数の同様のデバイス（５０ａ、５０ｂ）に直列又は並列のいずれかで結合され、前記連結されたデバイス（５７）を通って進む信号に対する複数の可能な経路を有効にし、
   可能な経路の各々は、ある電気的な長さを構成することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の移相デバイス。
8. 少なくとも２つの異なる値の間に信号経路の電気的な長さを変更するように構成された移相デバイスであって、
   前記デバイス（８８、９３）は、信号の周波数を変更するための第１の位相振幅フィルタ特性を持つ少なくとも第１の信号経路（８９）と、前記信号の周波数を変更するための第２の位相振幅フィルタ特性を持つ第２の信号経路（９１）とのうちの少なくとも１つを通して信号を導くように構成され、
   各信号経路（８９、９１）は、ある帯域幅を有し、
   前記第１の信号経路（８９）は、本質的に振幅に関する帯域幅制限が無く、前記第２の信号経路（９１）は、振幅に関する帯域幅制限があり、
   帯域幅における制限の存在は、前記移相デバイス（８８、９３）が使用されるシステムの帯域幅が影響を受けるか受けないかで規定され、
   前記少なくとも第１及び第２の位相振幅フィルタ特性の１つは、全パス・フィルタ（９０）によって実現され、
   前記少なくとも第１及び第２の位相振幅フィルタ特性の他の１つは、バンドパス・フィルタ（９２）、ローパス・フィルタ、ハイパス・フィルタ又はバンドストップ・フィルタの少なくとも１つによって実現されることを特徴とする移相デバイス。
9. 前記少なくとも第１及び第２の信号経路は、互いに並列に結合され、
   使用のために選択される前記信号経路（８９、９１）は、電気的なスイッチ（Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８）によって活性化されることを特徴とする請求項８に記載の移相デバイス。
10. 前記少なくとも第１及び第２の信号経路は、再構成可能なフィルタを構成するように結合され、
    前記再構成は、電気的なスイッチ（１００、１０１、１０４、１０５）によって実現されることを特徴とする請求項８又は９のいずれか１項に記載の移相デバイス。
11. 前記スイッチ（Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８；１００、１０１、１０４、１０５）のいずれかは、トランジスタ又はＰＩＮダイオードによって構成されていることを特徴とする請求項９又は１０の何れか１項に記載の移相デバイス。
12. 前記デバイス（８８、９３）は、連結されたデバイス内で複数の同様のデバイスに直列又は並列のいずれかで結合され、前記連結されたデバイスを通って進む信号に対する複数の可能な経路を有効にし、
    可能な経路の各々は、ある電気的な長さを構成することを特徴とする請求項８乃至１１の何れか１項に記載の移相デバイス。
13. 請求項１乃至１２の何れか１項に記載されたタイプの移相器に接続された複数のアンテナ要素を備えるアンテナシステム。

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