JP2012004635A - 温度可変減衰器 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波においても、V．S．W．Rの劣化がなく、入手性の良い負温度係数温度可変抵抗器を用いて所望の特性が容易に得られるようにする。
【解決手段】伝送線路１に直列に、略λ／４の長さの線路からなる２つの第１遅延回路１４が接続され、これら第１遅延回路１４の両端に、略λ／４の長さの線路からなる第２遅延回路１５が接続され、この第２遅延回路１５と接地との間に、負温度係数のサーミスタ１６及び固定抵抗器５からなる温度可変抵抗体１７が接続される。即ち、第１遅延回路１４と１対の第２遅延回路１５と１対の温度可変抵抗体１７にて構成したπ型回路が２組配置され、また４個の同一の負温度係数のサーミスタ１６が使用される。これによれば、サーミスタ１６により生じるリアクタンス成分がπ型回路によって相殺され、V.S.W.Rが良好な値に維持される。
【選択図】図１

Description

本発明は温度可変減衰器、特に周囲温度に応じて減衰量を変えることができる温度可変減衰器の構成に関する。

図１０には、従来の温度可変減衰器（下記特許文献１）の構成が示されており、この減衰器では、伝送線路１において使用周波数の略λ／４（λ：使用周波数の波長）の長さの２つの線路（遅延回路）２が設けられ、この２つの線路２のそれぞれを挟む３つの点と接地（ＧＮＤ）との間に、サーミスタ４及び抵抗器５からなる抵抗体（温度可変抵抗体）６が並列に３組配置されている。

図１１には、上記図１０の温度可変減衰器の等価回路、図１２には、当該減衰器における減衰量対抵抗値の特性が示されており、図１１のように、上記抵抗体６はＲａとＲｂの可変抵抗値を持つことになる。このような減衰器（低周波での動作）では、周囲温度が上昇すると、図１０の抵抗体６は正温度係数抵抗体であるため、図１２に示されるように、抵抗体５の抵抗値Ｒａ及びＲｂが上昇して減衰量は低下し、反対に周囲温度が下降するときは逆の動作となる。

そして、この温度可変減衰器が特性インピーダンスＺ_０に整合している場合、上記Ｒａ及びＲｂの抵抗値と減衰量Ｌとの関係は、図１２に示す特性の下、その関係式は次の式に示すようになる。

ここで、Ｌは減衰量（ｄＢ）、Ｚ_０は特性インピーダンスである。

特開２００９−２００６７１号公報

しかしながら、従来の温度可変減衰器では、第１に、上記サーミスタ４等の温度可変抵抗器が使用されており、この温度可変抵抗器が持つリアクタンス成分により高周波においてV.S.W.R（電圧定在波比）が劣化するという問題がある。

図１３（Ａ）には、温度可変抵抗器である一般的なチップ型温度可変抵抗器（サーミスタ）の側面断面図が示され、図１３（Ｂ）にはその等価回路が示されている。図１３（Ａ）において、温度可変抵抗器８は、両端の電極９と、この電極９に接続される２つの固定導体板１０を有し、この固定導体板１０は、常温の抵抗値を調整するために、温度で変化する抵抗体内部に挿入される。従って、２つの固定導体板１０の間にコンデンサ成分が生じ、図１３（Ｂ）に示されるように、温度可変抵抗器の等価回路では、純粋な抵抗Ｒに並列にリアクタンス成分であるコンデンサＣが付加される。

図１４には、温度可変抵抗器を用いた場合の高周波での等価回路が示されており、この図１４に示されるように、温度可変減衰器でも、抵抗Ｒａに並列にリアクタンス成分Ｘａ、抵抗Ｒｂに並列にリアクタンス成分Ｘｂが付加され、従来の温度可変減衰器においては、このリアクタンス成分Ｘａ,Ｘｂの影響により高周波においてV.S.W.Rが劣化するという問題がある。

図１５には、低周波（Ｌ−Ｂａｎｄ帯）における周囲温度と減衰量及びV.S.W.Rとの関係、図１６には、高周波（Ｋｕ−Ｂａｎｄ帯）における周囲温度と減衰量及びV.S.W.Rとの関係が示されており、これらの図から分かるように、減衰量については低周波と高周波に大きな差異はないが、回路の整合性の指針であるV.S.W.Rは、低周波（Ｌ−Ｂａｎｄ帯）に比べて高周波（Ｋｕ−Ｂａｎｄ帯）の方が劣化することになる。このV.S.W.Rは、完全に特性インピーダンスと整合されたときは数値１．０であるが、アンプ及びミキサ等の他の回路との接続において好ましいレベルは、一般的に１．２以下である。

なお、上記V.S.W.Rを劣化させるコンデンサＣ成分は温度可変抵抗の定数毎に異なるため、温度可変減衰器の減衰特性を変える目的で温度可変抵抗器の抵抗を変更した際には、上記V.S.W.Rの劣化度も変化し安定した特性を維持することが困難となる。

第２に、従来の温度可変減衰器に用いられる正温度係数温度可変抵抗器は、負温度係数温度可変抵抗器に比べて常温における抵抗値及び温度変化幅の種類が僅少であり、所望の特性が得られ難いという問題がある。

一般に、温度可変減衰器は、アンプやミキサ等の回路と組み合わせた複合回路において、その複合回路の利得温度変動を緩和するために使用される。そのため、この複合回路が低温になった場合は、図１５及び図１６の減衰量特性線にも示されるように、温度可変減衰器の減衰量を増加させ、逆に高温に推移した場合には減衰量を低下させる動作が要求される。即ち、図１２に示した抵抗値と減衰量との関係から分かるように、従来の温度可変減衰器に使用される温度可変抵抗器８（及び図１１の６）は、正温度係数であることが理解できる。

しかしながら、実際には正温度係数温度可変抵抗器は、負温度係数温度可変抵抗器に比べて常温における抵抗値及び温度変化幅の種類が僅少であるため、所望の特性が得られ難いという不都合がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高周波においても、V．S．W．Rの劣化がなく、入手性の良い負温度係数温度可変抵抗器を用いて所望の特性が容易に得られる温度可変減衰器を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る温度可変減衰器は、伝送線路に直列に接続され、使用周波数の略１／４波長の奇数倍の透過位相を有する第１遅延回路と、この第１遅延回路の両端のそれぞれに接続され、使用周波数の略１／４波長の奇数倍の透過位相を有する１対の第２遅延回路と、この１対の第２遅延回路のそれぞれと接地との間に配置され、負温度係数温度可変抵抗器及び固定抵抗器が並列に接続された１対の温度可変抵抗体と、を備え、上記第１遅延回路、１対の第２遅延回路及び１対の温度可変抵抗体にてπ型回路を構成するようにしたことを特徴とする。
請求項２の発明は、上記第１遅延回路、１対の第２遅延回路及び１対の温度可変抵抗体からなるπ型回路を少なくとも２組、伝送線路に直列に接続したことを特徴とする。

上記請求項１の構成によれば、温度可変抵抗体により生じるリアクタンス成分がπ型構成の第１遅延回路及び第２遅延回路によって相殺され、高周波においても、特性インピーダンスに対する整合の悪化が僅少となり、V.S.W.Rは良好な値に維持される。また、負温度係数温度可変抵抗器により、低温に推移する場合は減衰量が増加し、逆に高温に推移する場合は減衰量が低下するという動作が維持される。
上記請求項２の構成によれば、２組以上のπ型回路によって、温度可変減衰器において更に良好なV.S.W.R値を得ることができる。

本発明の温度可変減衰器によれば、高周波においても、劣化のない良好なV．S．W．R値が得られ、高周波にも対応できるという効果を奏し、また入手性の良い負温度係数温度可変抵抗器を用いて所望の温度可変特性が容易に得られるという利点がある。

本発明の実施例に係る温度可変減衰器の構成を示す回路図である。 実施例の温度可変減衰器の等価回路を示す図である。 実施例におけるＬ−Ｂａｎｄ帯での周囲温度と減衰量及びV.S.W.Rとの関係を示すグラフ図である。 実施例におけるＫｕ−Ｂａｎｄ帯での周囲温度と減衰量及びV.S.W.Rとの関係を示すグラフ図である。 実施例の温度可変減衰器のリアクタンス等価回路を示す図である。 実施例の温度可変減衰器における１組のπ型回路のリアクタンス等価回路を示す図である。 実施例の温度可変減衰器のV.S.W.R補償を説明するための図である。 実施例の温度可変減衰器の動作を説明するための回路図である。 実施例減衰器のＫｕ−Ｂａｎｄ帯での周囲温度と減衰量及び抵抗値との関係を示すグラフ図である。 従来の温度可変減衰器の構成を示す回路図である。 従来の温度可変減衰器の低周波での等価回路を示す図である。 従来の温度可変減衰器の減衰量と抵抗値との関係を示すグラフ図である。 従来のチップ温度可変抵抗器の側面断面図［図（Ａ）］及びその等価回路図［図（Ｂ）］である。 従来の温度可変減衰器の高周波での等価回路を示す図である。 従来におけるＬ−Ｂａｎｄ帯での周囲温度と減衰量及びV.S.W.Rとの関係を示すグラフ図である。 従来におけるＫｕ−Ｂａｎｄ帯での周囲温度と減衰量及びV.S.W.Rとの関係を示すグラフ図である。

図１には、本発明の実施例に係る温度可変減衰器の構成が示されており、図１に示される伝送線路１は、マイクロストリップライン、コプレーナーウェーブガイド等であり、この伝送線路１には、使用周波数の波長をλとすると、略λ／４の長さ（略λ／４の奇数倍の長さ）の線路からなる第１遅延回路（λ／４分布定数線路）１４が２つ設けられる。そして、この２つの第１遅延回路１４のそれぞれにおいて、その第１遅延回路１４の両端に、略λ／４の長さ（略λ／４の奇数倍の長さ）の線路からなる第２遅延回路１５が接続され、この第２遅延回路１５と接地（ＧＮＤ）との間に、負温度係数のサーミスタ（負温度係数温度可変抵抗器）１６及び固定抵抗器５からなる温度可変抵抗体１７が接続される。即ち、第１遅延回路１４と１対の第２遅延回路１５と１対の温度可変抵抗体１７にてπ型回路が構成され、実施例では、このπ型回路が２組配置され、また４個の同一特性の負温度係数サーミスタ１６が使用されることになる。

図２には、実施例の温度可変減衰器の等価回路が示されており、実施例によれば、λ／４の長さの第１遅延回路１４の両端のそれぞれと接地との間に、抵抗値Ｒとリアクタンス成分Ｘが並列に存在することになり、このようなπ型回路によって、良好なV.S.W.R値を得ることができる。

図３には、実施例における低周波であるＬ−Ｂａｎｄ帯の周囲温度に対する減衰量及びV.S.W.Rの値、図４には、高周波であるＫｕ−Ｂａｎｄ帯の周囲温度に対する減衰量及びV.S.W.Rの値が示されており、これらを従来の図１５及び図１６と比較すると、低周波において、減衰量、V.S.W.Rは共に従来と同様に良好な値が得られ、また高周波においては、V.S.W.R値が１．２以下となり、従来のような悪化がなく、大幅に改善していることが分かる。

次に、実施例においてV.S.W.Rが改善する理由を、図５乃至図７により説明する。即ち、図２の等価回路のリアクタンス成分Ｘに着目すると、V.S.W.Rの悪化をもたらすリアクタンス成分Ｘは従来回路の場合と同値であるが、図５に示されるように、リアクタンス成分Ｘは、伝送線路１に設けられたλ／４の第１遅延回路１４を介して、接地に対しπ型回路となるように接続され、このπ型回路が２組、直列に配置される形になる。

そして、このπ型回路の１組に着目すると、図６の等価回路のようになるが、この回路において、図のａ点〜ｄ点から矢印方向を見たときのインピーダンスは、図７に示されるようになる。図７は、インピーダンスをスミスチャートで示したものであるが、ａ点で整合状態にあっても、ｂ点では一方のリアクタシス成分Ｘの影響によって特性インピーダンスに対する整合から逸脱し、更にλ／４の第１遅延回路１４により９０°位相が回転することによりｃ点に移行するが、入力端であるｄ点では、他方のリアクタンス成分Ｘが上記リアクタンス成分Ｘの影響を打ち消すように働くことで、概ね特性インピーダンスに対する整合点（V.S.W.R＝１．０）となる。

実施例では、このようなπ型回路を２組、直列接続することで、温度可変減衰器のリアクタンス成分Ｘの影響が相殺により解消されることとなり、高周波においても特性インピーダンスに対する整合の悪化が僅少となる。

図８には、実施例の温度可変減衰器においてリアクタンス成分Ｘが相殺された等価回路が示され、図９には、実施例の高周波（Ｋｕ−Ｂａｎｄ帯）での周囲温度に対する抵抗値（Ｒ）及び減衰量（Ｌ）の値が示されている。図８に示されるように、リアクタンス成分Ｘの影響が解消された実施例においては、第１遅延回路１４の両端のそれぞれと接地との間に、λ／４の第２遅延回路１５と温度可変抵抗体１７が直列接続されたものとなり、この温度可変抵抗体１７の抵抗値Ｒは、負温度係数サーミスタ１６と固定抵抗器５との並列抵抗値となる。

そして、上記抵抗値Ｒと減衰量及びV.S.W.Rとの関係は、次の式３、式４で表わされる。

そして、図９の抵抗値特性線に示されるように、本発明がπ型回路の構成にすることから、上記温度可変抵抗体１７の抵抗値Ｒは、負温度係数（温度上昇に伴って抵抗値が低くなる特性）を持つものとなり、これによって、図９の減衰量特性線のように、温度上昇に伴って減衰量が低下する特性を得ることができる。即ち、上述のように、温度可変減衰器はアンプやミキサ等の回路と組み合わせた複合回路等において利得温度変動を緩和するために使用され、低温になると減衰量を増加させ、逆に高温になると減衰量を低下させる動作が要求されるが、実施例では、π型回路の構成に対応して、負温度係数の温度可変抵抗体１７を用いることにより、上記動作を確保することができる。従って、本発明では、このための温度可変抵抗体１７として、多くの種類について入手性の高い負温度係数のものを用いることにより、温度可変減衰器において所望の特性を得ることができるという利点がある。

実施例では、π型回路を２組配置したが、このπ型回路は、１組でも、３組以上でもよい。

１…伝送線路、 ２…λ／４線路、
４…正温度係数サーミスタ、 ５…固定抵抗器、
６，１７…温度可変抵抗体、 ８…温度可変抵抗器、
９…電極、 １０…固定導体板、
１４…λ／４の第１遅延回路、１５…λ／４の第２遅延回路、
１６…負温度係数サーミスタ。

Claims (2)

1. 伝送線路に直列に接続され、使用周波数の略１／４波長の奇数倍の透過位相を有する第１遅延回路と、
   この第１遅延回路の両端のそれぞれに接続され、使用周波数の略１／４波長の奇数倍の透過位相を有する１対の第２遅延回路と、
   この１対の第２遅延回路のそれぞれと接地との間に配置され、負温度係数温度可変抵抗器及び固定抵抗器が並列に接続された１対の温度可変抵抗体と、を備え、
   上記第１遅延回路、１対の第２遅延回路及び１対の温度可変抵抗体にてπ型回路を構成するようにした温度可変減衰器。
2. 上記第１遅延回路、１対の第２遅延回路及び１対の温度可変抵抗体からなるπ型回路を少なくとも２組、伝送線路に直列に接続したことを特徴とする請求項１記載の温度可変減衰器。

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