JP2018157279A - Signal switching apparatus, electromagnetic wave transmitting/receiving apparatus, variable attenuator, and variable phase shifter - Google Patents
Signal switching apparatus, electromagnetic wave transmitting/receiving apparatus, variable attenuator, and variable phase shifter Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018157279A JP2018157279A JP2017050512A JP2017050512A JP2018157279A JP 2018157279 A JP2018157279 A JP 2018157279A JP 2017050512 A JP2017050512 A JP 2017050512A JP 2017050512 A JP2017050512 A JP 2017050512A JP 2018157279 A JP2018157279 A JP 2018157279A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- line
- input
- switching device
- diode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Transceivers (AREA)
- Attenuators (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
Description
本発明の実施形態は、信号切替装置、電磁波送受信装置、可変減衰器、および可変移相器に関する。 Embodiments described herein relate generally to a signal switching device, an electromagnetic wave transmission / reception device, a variable attenuator, and a variable phase shifter.
従来、線路に供給された信号を切り替える信号切替装置が知られている。信号切替装置では、信号を切り替える場合に信号が損失し、信号レベルが低下する場合があった。 Conventionally, a signal switching device that switches a signal supplied to a line is known. In the signal switching device, when the signal is switched, the signal may be lost and the signal level may be lowered.
本発明が解決しようとする課題は、信号を切り替える場合における信号損失を抑制することができる信号切替装置、電磁波送受信装置、可変減衰器、および可変移相器を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a signal switching device, an electromagnetic wave transmitting / receiving device, a variable attenuator, and a variable phase shifter that can suppress signal loss when switching signals.
実施形態の信号切替装置は、第1の信号入出力部と、第1の線路と、第2の信号入出力部と、第2の線路と、インピーダンス変換回路と、ダイオードと、を持つ。前記第1の信号入出力部には、信号が供給される。前記第1の線路は、前記第1の信号入出力部に接続される。前記第2の信号入出力部は、前記第1の線路に接続される。前記第2の線路は、前記第1の線路における前記第1の信号入出力部と前記第2の信号入出力部の間の分岐点に接続される。前記インピーダンス変換回路は、前記第2の線路に接続される。前記ダイオードは、前記インピーダンス変換回路と接地端子との間に接続されたダイオードであって、前記第2の線路から供給された信号の反射状態を第1の状態と第2の状態との間で切り替える。前記ダイオードは、前記第1の状態である場合に、前記第2の線路から供給された信号を、前記第1の信号入出力部から前記分岐点に入力された信号と同じ位相で前記分岐点に反射させ、反射させた信号と前記第1の信号入出力部から前記分岐点に入力された信号とを前記第2の信号入出力部に出力させる。 The signal switching device according to the embodiment includes a first signal input / output unit, a first line, a second signal input / output unit, a second line, an impedance conversion circuit, and a diode. A signal is supplied to the first signal input / output unit. The first line is connected to the first signal input / output unit. The second signal input / output unit is connected to the first line. The second line is connected to a branch point between the first signal input / output unit and the second signal input / output unit in the first line. The impedance conversion circuit is connected to the second line. The diode is a diode connected between the impedance conversion circuit and a ground terminal, and the reflection state of the signal supplied from the second line is changed between the first state and the second state. Switch. When the diode is in the first state, the diode supplies the signal supplied from the second line with the same phase as the signal input from the first signal input / output unit to the branch point. And the reflected signal and the signal input to the branch point from the first signal input / output unit are output to the second signal input / output unit.
以下、実施形態の信号切替装置、電磁波送受信装置、可変減衰器、および可変移相器を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a signal switching device, an electromagnetic wave transmission / reception device, a variable attenuator, and a variable phase shifter according to embodiments will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1および図2は、第1の実施形態の信号切替装置100の一例を示す図であり、図1は、点XからPINダイオード130側が理想的な短絡状態である場合の動作を示す図であり、図2は、点XからPINダイオード130側が理想的な開放状態である場合の動作を示す図である。信号切替装置100は、入出力端子P1から入出力端子P2に出力される信号を、信号S1と信号S1#との間で切り替えるものである。信号切替装置100は、例えば、入出力端子P1と、入出力端子P2と、信号線路110Aと、信号線路110Bと、インピーダンス変換回路120と、PINダイオード130とを備える。
(First embodiment)
1 and 2 are diagrams illustrating an example of the
入出力端子P1には、信号Sが供給される。入出力端子P1に供給される信号Sは、例えば、アンテナ素子(不図示)により生成された数GHzといった高周波帯の受信信号、またはアンテナ素子に信号切替装置100を介して供給する数GHzといった高周波帯の送信信号である。
A signal S is supplied to the input / output terminal P1. The signal S supplied to the input / output terminal P1 is, for example, a received signal in a high frequency band such as several GHz generated by an antenna element (not shown) or a high frequency such as several GHz supplied to the antenna element via the
信号線路110Aは、例えば、配線基板(不図示)に形成された薄膜の導電体である。信号線路110Aは、所定温度以下において超伝導状態となる材料を含んでよい。信号線路110Aは、入出力端子P1に接続される。入出力端子P2は、信号線路110Aを介して入出力端子P1に接続される。入出力端子P2には、信号線路110Aにより伝送された信号S1が供給される。
The
信号線路110Bは、例えば、配線基板(不図示)に形成された薄膜の導電体である。信号線路110Bは、所定温度以下において超伝導状態となる材料を含んでよい。信号線路110Bは、信号線路110Aの分岐点110aに接続される。信号線路110Bは、線路の材料、および信号の周波数に基づく電気長が調整されている。信号の周波数とは、例えば、その信号の中心周波数を意味する。信号線路110Bの電気長は、N×λ/4となるように調整されているが、これに限定されない。λは、信号Sの波長であり、Nは、1以上の奇数である。信号線路110Bには、分岐点110aにおいて分岐した信号が供給される。信号線路110Bは、分岐した信号をインピーダンス変換回路120およびPINダイオード130に伝送する。
The
インピーダンス変換回路120は、電気長および特性インピーダンスが調整された信号線路である。インピーダンス変換回路120は、信号線路110Bを介して分岐点110aに接続されている。インピーダンス変換回路120は、信号線路110BとPINダイオード130との間を接続して点Xからインピーダンス変換回路120側をみたインピーダンスを変換する。すなわち、インピーダンス変換回路120は、電気長および特性インピーダンスが調整されることで、信号線路110BとPINダイオード130と間の線路のインピーダンスを元のインピーダンスから異なるインピーダンスに変換する。
The
PINダイオード130は、順方向にバイアスが印加されることで低インピーダンス状態に遷移し、逆方向にバイアスが印加されることで高インピーダンス状態に遷移する半導体デバイスである。PINダイオード130のアノードは、インピーダンス変換回路120に接続されている。PINダイオード130のカソードは、接地端子に接続される。PINダイオード130は、外部装置から供給された切替信号に従って、低インピーダンス状態と、高インピーダンス状態との間で状態が切り替えられる。PINダイオード130が低インピーダンス状態である場合、分岐点110aから信号線路110Bをみた時、開放状態となる。PINダイオード130が高インピーダンス状態である場合、分岐点110aから信号線路110Bをみた時、短絡状態となる。短絡状態とは、電気的に接地端子に短絡している状態であり、且つ理想的なインピーダンスが0の状態である。開放状態とは、電気的に開放している状態であり、且つ理想的なインピーダンスが無限大の状態である。
The
図1に示すように、点XからPINダイオード130側が理想的な短絡状態である場合、信号線路110Bから供給された信号Sは、入出力端子P1に入力された信号Sと同じ位相で分岐点110aに反射され(第1の状態)、反射された信号S2と入出力端子P1に入力された信号Sとが入出力端子P2に出力される。反射された信号S2と入出力端子P1に入力された信号Sとが、信号S1に相当する。例えば信号線路110Bの電気長が1/4波長である場合、入出力端子P1から分岐点110aに分岐した信号は、接地端子に向けて1/4波長分だけ伝送されて、接地端子で反射することにより位相が反転する。位相が反転された信号は、接地端子に向けて1/4波長分だけ伝送される。これにより、入出力端子P1から分岐点110aに伝送された信号Sと、分岐点110aに反射された信号S2とは、1波長分だけ位相がずれた同相の関係となり、この結果、信号Sおよび信号S2の双方は、入出力端子P2に伝送される。
As shown in FIG. 1, when the
図2に示すように、点XからPINダイオード130側が理想的な開放状態である場合、信号線路110Bから供給された信号は、入出力端子P1に入力された信号Sと異なる位相で分岐点110aに反射され(第2の状態)、反射された信号S2#が入出力端子P1に入力された信号Sを打ち消す。これにより、信号Sは、減衰された信号S1#として入出力端子P2に伝送される。例えば信号線路110Bの電気長が1/4波長である場合、入出力端子P1から分岐点110aに分岐した信号は、接地端子に向けて1/4波長分だけ伝送されて、接地端子で反転することなく反射される。反射された信号は、接地端子に向けて1/4波長分だけ伝送される。これにより、入出力端子P1から分岐点110aに伝送された信号Sと、分岐点110aに反射された信号S2とは、1/2波長分だけ位相がずれた逆相の関係となり、この結果、信号Sは信号S2により減衰される。
As shown in FIG. 2, when the
なお、信号線路110Bの電気長は、図1に示すように点XからPINダイオード130側が理想的な短絡状態である場合、N×λ/4となることが理想的である。また、信号線路110Bの電気長は、図2に示すように点XからPINダイオード130側が理想的な開放状態である場合、N×λ/4となることが理想的である。しかしながら、信号線路110B、PINダイオード130および接地端子のレイアウトにより信号線路110Bの電気長はN×λ/4よりずれることとなるが、信号Sの波長に対して無視できるような電気長であるものとして説明する。
Note that the electrical length of the
以上説明したように、第1の実施形態の信号切替装置100によれば、PINダイオード130が低インピーダンス状態である場合に、入出力端子P1から入出力端子P2に信号を伝送することができるので、信号線路110Aにスイッチを設ける必要がない。この結果、第1の実施形態の信号切替装置100によれば、信号を切り替える場合における信号の損失を抑制することができる。
As described above, according to the
なお、第1の実施形態の信号切替装置100は、PINダイオード130に代えて、バラクタダイオードを備えていてよい。バラクタダイオードを備えた信号切替装置の利点などは、後述する。
Note that the
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について説明する。図3は、第2の実施形態の信号切替装置100Aの一例を示す図である。信号切替装置100Aは、例えば、入出力端子P1と、入出力端子P2と、信号線路110Aと、信号線路110Bと、信号線路110Cと、インピーダンス変換回路120Aと、インピーダンス変換回路120Bと、PINダイオード130Aと、PINダイオード130Bと、制御部150とを含む。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the
入出力端子P1には、信号Sが供給される。入出力端子P2は、信号線路110Aを介して入出力端子P1に接続される。入出力端子P2には、信号線路110Aにより伝送された信号S1が供給される。信号線路110A、信号線路110B、および信号線路110Cは、例えば、配線基板(不図示)に形成された薄膜の導電体である。信号線路110Aは、例えば、所定温度以下において超伝導状態となる材料を含んでよい。
A signal S is supplied to the input / output terminal P1. The input / output terminal P2 is connected to the input / output terminal P1 via the
信号線路110Bは、信号線路110Aの分岐点110aに接続される。信号線路110Cは、信号線路110Aにおける分岐点110aよりも入出力端子P2側の分岐点110bに接続される。信号線路110Bおよび信号線路110Cの電気長はλ/4となるように調整されている。信号線路110Aの電気長は、N×λ/4となるように調整されているが、これに限定されない。
The
インピーダンス変換回路120Aおよび120Bは、電気長および特性インピーダンスが調整された信号線路である。インピーダンス変換回路120Aは、信号線路110Bを介して分岐点110aに接続されている。インピーダンス変換回路120Aは、信号線路110BとPINダイオード130Aとの間を接続する線路のインピーダンスを変換する。インピーダンス変換回路120Bは、信号線路110Cを介して分岐点110bに接続されている。インピーダンス変換回路120Bは、信号線路110CとPINダイオード130Bとの間を接続する線路のインピーダンスを変換する。
The
PINダイオード130Aのアノードは、インピーダンス変換回路120Aに接続されている。PINダイオード130Aのカソードは、接地端子に接続される。この逆に、PINダイオード130Aのカソードがインピーダンス変換回路120Aに接続され、PINダイオード130Aのアノードが接地端子に接続されてもよい。PINダイオード130Bのアノードは、インピーダンス変換回路120Bに接続されている。PINダイオード130Bのカソードは、接地端子に接続される。この逆に、PINダイオード130Bのカソードがインピーダンス変換回路120Bに接続され、PINダイオード130Bのアノードが接地端子に接続されてもよい。
The anode of the
PINダイオード130AおよびPINダイオード130Bは、制御部150から供給された制御信号に従って、点X1から見たPINダイオード130A側、および点X2から見たPINダイオード130Bを、それぞれ短絡状態と開放状態のいずれかにするように切り替えられる。短絡状態である場合、信号線路110Bおよび信号線路110Cは、1/4波長終端短絡スタブとして動作する。これにより、入出力端子P1に入力された信号Sは、信号線路110Aを介して入出力端子P2に伝送される。一方、開放状態である場合、入出力端子P1に入力された信号Sは、信号線路110Bおよび信号線路110Cに流れる。信号線路110Bおよび信号線路110Cに流れた信号は、PINダイオード130AおよびPINダイオード130Bにより反射され、信号線路110Aに流れている信号Sとは異なる位相となる。この結果、入出力端子P1から入出力端子P2に流れる信号Sは減衰される。
The
制御部150は、例えばCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、これらの機能部のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、またはFPGA(Field-Programmable Gate Array)等のハードウェアにより実現されてもよい。制御部150は、PINダイオード130AおよびPINダイオード130Bに制御信号を出力することで、PINダイオード130AおよびPINダイオード130Bの状態を低インピーダンス状態と高インピーダンス状態との間で切り替える。
The
以上説明したように、第2の実施形態の信号切替装置100Aによれば、PINダイオード130AおよびPINダイオード130Bが短絡状態(第1の状態)である場合に、入出力端子P1から入出力端子P2に信号を伝送することができるので、信号線路110Aにスイッチを設ける必要がない。この結果、第2の実施形態の信号切替装置100Aによれば、信号を切り替える場合における信号の損失を抑制することができる。
As described above, according to the
なお、第2の実施形態の信号切替装置100Aは、PINダイオードに代えて、バラクタダイオードを備えていてよい。バラクタダイオードを備えた信号切替装置の利点などは、後述する。
Note that the
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について説明する。図4は、第3の実施形態の信号切替装置100Bの一例を示す図である。信号切替装置100Bは、例えば、入出力端子P1と、入出力端子P2と、入出力端子P3と、入出力端子P4と、信号線路110Aと、信号線路110Bと、信号線路110Cと、信号線路110Dと、信号線路110Eと、信号線路110Fと、インピーダンス変換回路120Aと、インピーダンス変換回路120Bと、PINダイオード130Aと、PINダイオード130Bと、制御部150とを備える。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the
入出力端子P1には、信号Sが供給される。入出力端子P2は、信号線路110Aを介して入出力端子P1に接続される。入出力端子P4は、信号線路110Bおよび信号線路110Dを介して分岐点110aに接続される。入出力端子P3は、信号線路110Cおよび信号線路110Eを介して分岐点110bに接続される。信号線路110A、信号線路110B、信号線路110C、信号線路110D、信号線路110E、および信号線路110Fは、例えば、配線基板(不図示)に形成された薄膜の導電体である。信号線路110Aは、例えば、所定温度以下において超伝導状態となる材料を含んでよい。
A signal S is supplied to the input / output terminal P1. The input / output terminal P2 is connected to the input / output terminal P1 via the
信号線路110Aは、入出力端子P1および入出力端子P2に接続される。信号線路110Aの電気長は、N×λ/4となるように調整されている。Nは、1以上の奇数である。λは、伝送する信号の中心周波数の波長を意味する。
The
信号線路110Bは、信号線路110Aの分岐点110aに接続される。信号線路110Bの電気長はN×λ/4となるように調整されている。Nは、1以上の奇数である。信号線路110Dは、信号線路110Bおよび入出力端子P4に接続される。信号線路110Dの電気長は、(L−N)×λ/4となるように調整されている。Lは2から始まる偶数である。ただし、LはNよりも大きい(L>N)。信号線路110Bおよび信号線路110Dには、インピーダンス変換回路120Aを介して、PINダイオード130Aが接続される。PINダイオード130Aは、例えば、信号線路110Bおよび信号線路110Dの接続点に結合される。
The
信号線路110Cは、信号線路110Aにおける分岐点110aよりも入出力端子P2側の分岐点110bに接続される。信号線路110Cの電気長はN×λ/4となるように調整されている。信号線路110Eは、信号線路110Cおよび入出力端子P3に接続される。信号線路110Eの電気長は、(L−N)×λ/4となるように調整されている。信号線路110Cおよび信号線路110Eには、インピーダンス変換回路120Bを介して、PINダイオード130Bが接続される。PINダイオード130Bは、例えば、信号線路110Cおよび信号線路110Eの接続点に結合される。
The
信号線路110Fは、信号線路110Dと信号線路110Eとを繋ぐ線路であって、入出力端子P3および入出力端子P4に接続される。すなわち、信号線路110Fには、入出力端子P4側の接続点110cに信号線路110Dが接続され、入出力端子P3側の接続点110dに信号線路110Eが接続される。信号線路110Fの電気長は、P×λ/4となるように調整されている。Pは、N+2×M(Mは奇数)で表される。
The
入出力端子P3には、終端器140が接続される。終端器140は、入出力端子P3に入力された信号が信号線路110Eおよび信号線路110Fに反射しないように特性インピーダンスが調整されている。
A
インピーダンス変換回路120Aおよび120Bは、電気長および特性インピーダンスが調整された信号線路である。インピーダンス変換回路120Aは、信号線路110Bを介して分岐点110aに接続されている。インピーダンス変換回路120Aは、信号線路110BとPINダイオード130Aとの間を接続して点X1からインピーダンス変換回路120A側をみたインピーダンスを変換する。インピーダンス変換回路120Bは、信号線路110Cを介して分岐点110bに接続されている。インピーダンス変換回路120Bは、信号線路110CとPINダイオード130Bとの間を接続して点X2からインピーダンス変換回路120B側をみたインピーダンスを変換する。
The
PINダイオード130Aのアノードは、インピーダンス変換回路120Aに接続されている。PINダイオード130Aのカソードは、接地端子に接続される。PINダイオード130Bのアノードは、インピーダンス変換回路120Bに接続されている。PINダイオード130Bのカソードは、接地端子に接続される。
The anode of the
PINダイオード130AおよびPINダイオード130Bは、制御部150から供給された制御信号に従って、点X1から見たPINダイオード130A側、および点X2から見たPINダイオード130Bを、それぞれ短絡状態と開放状態のいずれかにするように切り替えられる。
The
図5は、第3の実施形態の信号切替装置100Bにおける点X1からPINダイオード130A側、および点X2からPINダイオード130B側が短絡状態である場合の信号経路の一例を示す図である。図5の信号切替装置100Bは、N=1、M=1、L=2の場合の構成を示している。入出力端子P1に入力された信号Sを入出力端子P2に伝送させる場合、制御部150は、PINダイオード130AおよびPINダイオード130Bを、それぞれインピーダンス変換回路120Aおよび120Bと合わせて短絡状態に見えるように制御する。この場合において、入出力端子P1から入出力端子P2の経路1に伝送される信号S10は、入出力端子P3および入出力端子P4には伝送されない。これにより、入出力端子P3および入出力端子P4は、アイソレーションポートとして機能する。この結果、入出力端子P1に供給された信号S10は、入出力端子P2に伝送され、入出力端子P2から出力される。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a signal path when the point X1 to the
図6は、第3の実施形態の信号切替装置100Bにおいて点X1からPINダイオード130A側、および点X2からPINダイオード130B側を短絡状態に切り替えた時の信号周波数と信号振幅との関係を示す図である。図6に示した信号の信号振幅は、図5に示した信号切替装置100Bの構成において、信号周波数を変化させた場合のシミュレーション結果である。図6によれば、入出力端子P1と入出力端子P2との間に流れる信号S(2,1)の信号振幅に対し、入出力端子P1に戻る信号S(1,1)および入出力端子P2と入出力端子P4との間に流れる信号S(4,2)の信号振幅が小さいことが分かる。したがって、入出力端子P2と入出力端子P4との間には、高いアイソレーション特性が得られていることが分かる。
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between the signal frequency and the signal amplitude when the point X1 to the
図7は、第3の実施形態の信号切替装置100Bにおける点X1からPINダイオード130A側、および点X2からPINダイオード130B側が開放状態である場合の信号経路の一例を示す図である。図7の信号切替装置100Bは、N=1、M=1、L=2の場合の構成を示している。入出力端子P1に入力された信号Sを入出力端子P4に伝送させる場合、制御部150は、PINダイオード130AおよびPINダイオード130Bを、それぞれインピーダンス変換回路120Aおよび120Bと合わせて開放状態に見えるように制御する。この場合において、入出力端子P1から入出力端子P4の経路2に伝送される信号S20は、入出力端子P2には伝送されない。これにより、入出力端子P2および入出力端子P3は、アイソレーションポートとして機能する。この結果、入出力端子P1に供給された信号S20は、入出力端子P4に伝送され、入出力端子P4から出力される。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a signal path when the point X1 to the
図8は、第3の実施形態の信号切替装置100Bにおいて点X1からPINダイオード130A側、および点X2からPINダイオード130B側の状態が開放状態である場合の信号周波数と信号振幅との関係を示す図である。図8に示した信号の信号振幅は、図7に示した信号切替装置100Bの構成において、信号周波数を変化させた場合のシミュレーション結果である。図8によれば、入出力端子P1と入出力端子P4との間に流れる信号S(4,1)の信号振幅に対し、入出力端子P1に戻る信号S(1,1)および入出力端子P2と入出力端子P4との間に流れる信号S(4,2)の信号振幅が小さいことが分かる。したがって、入出力端子P4と入出力端子P2との間には、高いアイソレーション特性が得られていることが分かる。
FIG. 8 shows the relationship between the signal frequency and the signal amplitude when the state from the point X1 to the
以下、図9、図10、図11、および図12を参照して、信号線路110Bの端部および信号線路110Cの端部を開放させた場合における信号切替装置100Bにおける信号同士の関係を説明する。図9は、第3の実施形態の信号切替装置100BにおいてN=1、M=1、L=2とした場合の信号線路を示す図である。信号線路110Bおよび信号線路110Dは、一つに纏めると、λ/2の電気長を有する線路になる。同様に、信号線路110Cおよび信号線路110Eは、一つに纏めると、λ/2の電気長を有する線路になる。
Hereinafter, with reference to FIG. 9, FIG. 10, FIG. 11, and FIG. 12, the relationship between signals in the
図10は、第3の実施形態の信号切替装置100Bにおいて入出力端子P2に流れる信号の関係を示す図である。入出力端子P1に入力された信号Sは、分岐点110aにおいて、信号線路110Aに伝送される信号S30と、信号線路110B、信号線路110D、信号線路110F、信号線路110E、および信号線路110Cに伝送される信号S31とに分割される。信号S30は、λ/4分の位相が進む。信号S31は、λ/2と3λ/4とλ/2を合計した分の位相が進む。信号S30と信号S31との位相差が180度となる。すなわち、信号S30と信号S31とは逆相の関係となる。この結果、信号S30と信号S31とが打ち消し合う。このように、信号切替装置100Bは、入出力端子P2を、アイソレーションポートとして機能させることができる。
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship of signals flowing through the input / output terminal P2 in the
図11は、第3の実施形態の信号切替装置100Bにおいて入出力端子P3に流れる信号の関係を示す図である。入出力端子P1に入力された信号Sは、分岐点110aにおいて、信号線路110A、信号線路110C、および信号線路110Eに伝送される信号S32と、信号線路110B、信号線路110D、および信号線路110Fに伝送される信号S33とに分割される。信号S32は、λ/4とλ/2とを合計した分の位相が進む。信号S33は、λ/2と3λ/4とを合計した分の位相が進む。信号S30と信号S31との位相差が180度となる。すなわち、信号S32と信号S33とは逆相の関係となる。この結果、信号S32と信号S33とが打ち消し合う。このように、信号切替装置100Bは、入出力端子P3を、アイソレーションポートとして機能させることができる。
FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship of signals flowing through the input / output terminal P3 in the
図12は、第3の実施形態の信号切替装置100Bにおいて入出力端子P4に流れる信号の関係を示す図である。入出力端子P1に入力された信号Sは、分岐点110aにおいて、信号線路110Bおよび信号線路110Dに伝送される信号S34と、信号線路110A、信号線路110C、信号線路110E、および信号線路110Fに伝送される信号S35とに分割される。信号S34は、λ/2分の位相が進む。信号S35は、λ/4とλ/2と3λ/4とを合計した分の位相が進む。信号S30と信号S31との位相差が360度となる。すなわち、信号S34と信号S35とは同相の関係となる。この結果、信号S34と信号S35との双方は入出力端子P3に流れる。このように、信号切替装置100Bは、入出力端子P4を、出力ポートとして機能させることができる。
FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship of signals flowing through the input / output terminal P4 in the
以上説明したように、第3の実施形態の信号切替装置100Bは、第1のN/4波長線路(110A)と、第2のN/4波長線路(110B)と、第3のN/4波長線路(110C)と、を備えることにより、信号線路110Bの端部および信号線路110Cの端部を短絡させた場合に、入出力端子P1と入出力端子P2との間に信号経路を形成することができる。
As described above, the
また、第3の実施形態の信号切替装置100Bは、第1のN/4波長線路(110B)を介して第1の分岐点(110a)に接続された第1の(L−N)/4波長線路(110D)と、第3のN/4波長線路(110C)を介して第2の分岐点(110b)に接続された第2の(L−N)/4波長線路(110E)と、第1の(L−N)/4波長線路(110D)と第2の(L−N)/4波長線路(110E)とを繋ぐP/4波長線路(110F)を備えることにより、信号線路110Bの端部および信号線路110Cの端部を開放させた場合に、入出力端子P1と入出力端子P4との間に信号経路を形成することができる。
In addition, the
第3の実施形態の信号切替装置100Bによれば、PINダイオード130AおよびPINダイオード130Bを低インピーダンス状態と高インピーダンス状態との間で切り替えることにより、信号経路を切り替えることができる。第3の実施形態の信号切替装置100Bによれば、入出力端子P1と入出力端子P2との間の信号経路、および入出力端子P1と入出力端子P4との間の信号経路に直列にスイッチを備える必要がない。この結果、信号切替装置100Bによれば、信号経路における信号の損失を抑制することができる。
According to the
また、第3の実施形態の信号切替装置100Bによれば、図10〜図12を参照して説明したように、信号経路の電気長の相違により入出力端子P2およびP3に供給される信号同士を逆相とすることで、入出力端子P2およびP3をアイソレーションポートとして機能させるので、高いアイソレーション特性を実現することができる。
Further, according to the
なお、第3の実施形態の信号切替装置100Bによれば、信号線路110A、信号線路110B、信号線路110C、信号線路110D、信号線路110E、および信号線路110Fを、所定温度以下において超伝導状態となる材料を含むものとすることで、さらに信号経路を低損失化することができる。
According to the
以下、上述した第3の実施形態において信号線路とPINダイオード130との間にインピーダンス変換回路120を設けることで、PINダイオード130の状態を理想的な短絡状態および開放状態に近づけることができることについて説明する。
Hereinafter, it will be described that by providing the
まず、PINダイオード130単体における素子特性について説明する。図13は、信号線路にPINダイオード130と接地端子とが直列接続されている比較例を示す図である。図14は、インピーダンス変換回路120を備えない比較例において、PINダイオードに順バイアスを印加した場合の素子特性およびPINダイオードに逆バイアスを印加した場合の素子特性の一例を示すスミスチャートである。図14に示したように、PINダイオードに印加する電圧を順バイアスと逆バイアスとの間で切り替えることで、PINダイオードの状態を低インピーダンス状態および高インピーダンス状態の間で切り替えても、理想的な短絡状態および開放状態が実現されていないことが分かる。図15は、比較例において、経路1、2ごとに、信号周波数に対する信号の信号振幅を示す図である。比較例において、PINダイオードに順バイアスを印加した場合において経路1に流れる信号の信号振幅は、PINダイオードに逆バイアスを印加した場合において経路2に流れる信号の信号振幅よりも低くなることがわかる。
First, element characteristics of the
次に、PINダイオード130とインピーダンス変換回路120とを組み合わせた回路の素子特性について説明する。図16は、信号線路にインピーダンス変換回路120およびPINダイオード130と接地端子とが直列接続されている構成例を示す図である。図17は、実施形態において、PINダイオードおよびインピーダンス変換回路120に順バイアスを印加した場合の素子特性およびPINダイオードおよびインピーダンス変換回路120に逆バイアスを印加した場合の素子特性の一例を示すスミスチャートである。図17に示したように、PINダイオードに印加する電圧を順バイアスと逆バイアスとの間で切り替えることで、素子特性をスミスチャート上における角度180度に近づけることができていることが分かる。図18は、実施形態において、経路1、2ごとに、信号周波数に対する信号の信号振幅を示す図である。実施形態において、PINダイオードに順バイアスを印加した場合において経路1に流れる信号の信号振幅は、比較例において示した信号振幅よりも大きい。また、PINダイオードに順バイアスを印加した場合において経路1に流れる信号の信号振幅は、PINダイオードに逆バイアスを印加した場合において経路2に流れる信号の信号振幅と同等になっていることがわかる。
Next, element characteristics of a circuit in which the
以上より、第3の実施形態の信号切替装置によれば、信号線路とPINダイオード130との間にインピーダンス変換回路120を設けることで、信号線路とPINダイオード130との間にインピーダンス変換回路120を設けない場合よりも、PINダイオード130の状態を理想的な短絡状態および開放状態に近づけることができることができる。この結果、第3の実施形態の信号切替装置によれば、経路1および経路2の双方において低損失で信号を切り替えることができる。
As described above, according to the signal switching device of the third embodiment, the
(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態について説明する。図19は、第4の実施形態の信号切替装置100Cの一例を示す図である。信号切替装置100Cは、PINダイオード130Aおよび130Bに代えて、バラクタダイオード132Aおよび132Bを備える点で、第3の実施形態の信号切替装置100Bとは異なる。以下、この点を中心に説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment will be described. FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a signal switching device 100C according to the fourth embodiment. The signal switching device 100C is different from the
信号切替装置100Cは、例えば、入出力端子P1と、入出力端子P2と、入出力端子P3と、入出力端子P4と、信号線路110Aと、信号線路110Bと、信号線路110Cと、信号線路110Dと、信号線路110Eと、信号線路110Fと、インピーダンス変換回路120Aと、インピーダンス変換回路120Bと、バラクタダイオード132Aと、バラクタダイオード132Bと、制御部150Aとを備える。入出力端子P1、入出力端子P2、入出力端子P3、入出力端子P4、信号線路110A、信号線路110B、信号線路110C、信号線路110D、および信号線路110Eは、第3の実施形態の信号切替装置100Bと同様であるので、説明を省略する。
For example, the signal switching device 100C includes an input / output terminal P1, an input / output terminal P2, an input / output terminal P3, an input / output terminal P4, a
インピーダンス変換回路122Aおよび122Bは、電気長および特性インピーダンスが調整された信号線路である。インピーダンス変換回路122Aは、信号線路110Bを介して分岐点110aに接続されている。インピーダンス変換回路122Aは、信号線路110Bとバラクタダイオード132Aとの間を接続する線路のインピーダンスを変換する。具体的に、インピーダンス変換回路122Aは、後述するように、バラクタダイオード132Aの状態を理想的な状態に近づけるようにインピーダンスを変換する。インピーダンス変換回路122Bは、信号線路110Cを介して分岐点110bに接続されている。インピーダンス変換回路122Bは、信号線路110Cとバラクタダイオード132Bとの間を接続する線路のインピーダンスを変換する。具体的に、インピーダンス変換回路122Bは、後述するように、バラクタダイオード132Bの状態を理想的な状態に近づけるようにインピーダンスを変換する。
The
バラクタダイオード132Aおよび132Bは、静電容量が変化することで素子特性が遷移するダイオードである。バラクタダイオード132Aおよび132Bは、逆バイアス電圧値に基づいて低インピーダンス状態から高インピーダンス状態に遷移する。バラクタダイオード132Aのアノードは、接地端子に接続されている。バラクタダイオード132Aのカソードは、インピーダンス変換回路122Aに接続されている。この逆に、バラクタダイオード132Aのカソードが接地端子に接続され、バラクタダイオード132Aのアノードがインピーダンス変換回路122Aに接続されてもよい。バラクタダイオード132Bのアノードは、接地端子に接続されている。バラクタダイオード132Bのカソードは、インピーダンス変換回路122Bに接続されている。この逆に、バラクタダイオード132Bのカソードが接地端子に接続され、バラクタダイオード132Bのアノードがインピーダンス変換回路122Bに接続されてもよい。バラクタダイオード132Aおよび132Bは、制御部150Aから供給された制御信号に従って、信号線路110Bおよび信号線路110Dを接地端子に短絡させる短絡状態と、信号線路110Bおよび信号線路110Dを開放させる開放状態との間で状態が切り替えられる。
The
以下、上述した第4の実施形態において信号線路とバラクタダイオード132との間にインピーダンス変換回路122を設けることで、バラクタダイオード132の状態を理想的な短絡状態および開放状態に近づけることができることについて説明する。
Hereinafter, it will be described that the
まず、バラクタダイオード単体における素子特性について説明する。図20は、信号線路にバラクタダイオードと接地端子とが直列接続されている比較例を示す図である。図21は、インピーダンス変換回路122を備えない比較例において、バラクタダイオードにバイアスを印加しない場合の素子特性およびバラクタダイオードに逆バイアスを印加した場合の素子特性の一例を示すスミスチャートである。逆バイアスの変化によってバラクタダイオードにおける静電容量が変化するため、図21に示したように、逆バイアスの電圧の大きさによりスミスチャートにおいて異なる素子特性を持つことが分かる。すなわち、バラクタダイオードに対する逆バイアスの電圧を調整しても、理想的な短絡状態および開放状態が実現されていないことが分かる。
First, element characteristics of a single varactor diode will be described. FIG. 20 is a diagram illustrating a comparative example in which a varactor diode and a ground terminal are connected in series to a signal line. FIG. 21 is a Smith chart showing an example of element characteristics when no bias is applied to the varactor diode and element characteristics when a reverse bias is applied to the varactor diode in a comparative example that does not include the
次に、バラクタダイオード132とインピーダンス変換回路122を組み合わせた回路の素子特性について説明する。図22は、第4の実施形態において、信号線路にインピーダンス変換回路122、バラクタダイオード132、および接地端子が直列接続されている様子を示す図である。図23は、第4の実施形態のバラクタダイオード132およびインピーダンス変換回路122に印加する逆バイアスを調整した場合の素子特性の一例を示すスミスチャートである。図23に示したように、バラクタダイオード132に印加する逆バイアス電圧を変化させることで、素子特性をスミスチャート上における角度180度に近づけることができていることが分かる。図24は、第4の実施形態において、経路1、2ごとに、信号周波数に対する信号の信号振幅を示す図である。経路1に流れる信号の信号振幅と経路2に流れる信号の信号振幅とが同等になっていることがわかる。
Next, element characteristics of a circuit in which the
図25は、PINダイオードの発熱量とバラクタダイオードの発熱量とを比較して説明する図である。PINダイオードを駆動することで信号経路を切り替える場合、順バイアスをPINダイオードに印加した時に100[mA]程度の電流が流れるため、PINダイオードは0.2[W]程度発熱する。一方、バラクタダイオードを駆動することで信号経路を切り替える場合、逆バイアスの電圧を調整するため、バラクタダイオードには、20[μA]しか電流が流れない。この結果、バラクタダイオードの発熱量は、PINダイオードの発熱量の500分の1程度である。 FIG. 25 is a diagram illustrating a comparison between the heat generation amount of the PIN diode and the heat generation amount of the varactor diode. When the signal path is switched by driving the PIN diode, since a current of about 100 [mA] flows when a forward bias is applied to the PIN diode, the PIN diode generates heat of about 0.2 [W]. On the other hand, when the signal path is switched by driving the varactor diode, only 20 [μA] flows through the varactor diode in order to adjust the reverse bias voltage. As a result, the calorific value of the varactor diode is about 1/500 of the calorific value of the PIN diode.
以上より、第4の実施形態の信号切替装置100Cによれば、信号線路とバラクタダイオード132との間にインピーダンス変換回路122を設けることで、信号線路とバラクタダイオード132との間にインピーダンス変換回路122を設けない場合よりも、バラクタダイオード132の状態を理想的な短絡状態および開放状態に近づけることができることができる。この結果、第4の実施形態の信号切替装置100Cによれば、経路1および経路2の双方において低損失で信号を切り替えることができる。
As described above, according to the
また、第4の実施形態の信号切替装置100Cによれば、バラクタダイオード132を備えることで、発熱量を抑制することができる。信号切替装置100Cは、冷凍機などを利用した低温環境において使用される場合がある。この場合、第4の実施形態の信号切替装置100Cによれば、冷凍能力が低い小型冷凍機を利用することができるので、システムの小型化を図ることができる。
Further, according to the signal switching device 100C of the fourth embodiment, the amount of heat generation can be suppressed by including the
以下、インピーダンス変換回路の具体的な構成例について説明する。
図26は、インピーダンス変換回路120の一例を示す構成図である。インピーダンス変換回路120は、複数の信号線路を組み合わせて構成されている。インピーダンス変換回路120は、インピーダンス変換回路120およびPINダイオード130を含む素子特性を理想的な短絡状態および開放状態に近づけるように、全体のインピーダンスおよび電気長が調整されている。
Hereinafter, a specific configuration example of the impedance conversion circuit will be described.
FIG. 26 is a configuration diagram illustrating an example of the
インピーダンス変換回路120は、例えば、第1信号線路120aと、第2信号線路120bと、第3信号線路120cとを備える。第1信号線路120a、第2信号線路120b、および第3信号線路120cは、この順で、PINダイオード130のアノードに直列接続されている。第1信号線路120a、第2信号線路120b、および第3信号線路120cのそれぞれは、インピーダンス[Ω]および電気長[deg]が調整されている。例えば、第1信号線路120aのインピーダンスは50[Ω]であり、第1信号線路120aの電気長はX[deg]である。Xは任意の電気長である。例えば、第2信号線路120bのインピーダンスはZ[Ω]であり、第2信号線路120bの電気長は90[deg]である。Zは任意のインピーダンスである。例えば、第3信号線路120cのインピーダンスは50[Ω]であり、第3信号線路120cの電気長は45[deg]である。なお、第1信号線路120aのインピーダンス(50[Ω])は、図4に示した線路(110A、110B、110C、110D、110E、および110F)を含むハイブリッド回路のインピーダンスと等しくなるように調整されている。
The
図27は、インピーダンス変換回路120の各部と、順バイアスを印加した時の図29〜図32におけるスミスチャート上にプロットされた素子特性との対応関係を示す図である。図28は、インピーダンス変換回路120の各部と、逆バイアスを印加した時の図29〜図32におけるスミスチャート上にプロットされた素子特性との対応関係を示す図である。図29〜図32は、インピーダンス変換回路120を調整することによる素子特性の変化を示すスミスチャートである。
FIG. 27 is a diagram showing a correspondence relationship between each part of the
図27中の(1)に示すPINダイオード130に順バイアスを印加した場合のPINダイオード130の素子特性について考える。PINダイオード130に順バイアスを印加した場合、PINダイオード130の素子特性は、図29に示すように、スミスチャート上おける(1)の位置にプロットされる特性となる。図27中の(3)に示すPINダイオード130および第1信号線路120aに順バイアスを印加した場合、素子特性は、図29に示すように、スミスチャート上おける(1)から、(3)の位置にプロットされる特性に回転移動する。(1)から(3)への素子特性の回転移動量は、第1信号線路120aの電気長X[deg]に依存する。
Consider element characteristics of the
次に、図28中の(2)に示すPINダイオード130に逆バイアスを印加した場合のPINダイオード130の素子特性について考える。PINダイオード130に逆バイアスを印加した場合、PINダイオード130の素子特性は、図29に示すように、スミスチャート上おける(2)の位置にプロットされる特性となる。図28中の(4)に示すPINダイオード130および第1信号線路120aに逆バイアスを印加した場合、素子特性は、図29に示すように、スミスチャート上おける(2)から、(4)の位置にプロットされる特性に回転移動する。(2)から(4)への素子特性の回転移動量は、第1信号線路120aの電気長X[deg]に依存する。第1信号線路120aにおける電気長X[deg]を適当な長さに調整することで、順バイアスを印加した時の素子特性(3)と逆バイアスを印加した時の素子特性(4)とを、スミスチャートにおける実軸に対して対称な位置に移動させることができる。
Next, consider the element characteristics of the
次に、図27中の(5)に示すPINダイオード130、第1信号線路120a、および第2信号線路120bに順バイアスを印加した場合の素子特性について考える。第2信号線路120bのインピーダンスZは50[Ω]であるものと仮定して考える。図27中の(5)に示すPINダイオード130、第1信号線路120a、および第2信号線路120bに順バイアスを印加した場合、素子特性は、図30に示すように、スミスチャート上における(3)から、(5)の位置にプロットされる特性に回転移動する。すなわち、素子特性は、180[deg]だけ回転移動する。図28中の(6)に示すPINダイオード130、第1信号線路120a、および第2信号線路120bに逆バイアスを印加した場合の素子特性について考える。PINダイオード130、第1信号線路120a、および第2信号線路120bに逆バイアスを印加した場合、素子特性は、図30に示すように、スミスチャート上おける(4)から、(6)の位置にプロットされる特性に回転移動する。すなわち、素子特性は、180[deg]だけ回転移動する。第2信号線路120bの電気長[deg]は、順バイアスを印加した時の素子特性および逆バイアスを印加した時の素子特性がスミスチャートにおける実軸に対して対称となるように90[deg]の整数倍の長さに調整されている。本例において、第2信号線路120bの電気長は、単純に考えるために、90[deg]に調整されている。
Next, element characteristics when forward bias is applied to the
第2信号線路120bのインピーダンスZを変化させることで、PINダイオード130、第1信号線路120a、および第2信号線路120bに順バイアスを印加した場合の素子特性を、スミスチャートにおける外周に沿って回転移動させることができる。同様に、PINダイオード130、第1信号線路120a、および第2信号線路120bに逆バイアスを印加した場合の素子特性も、スミスチャートにおける外周に沿って回転移動させることができる。具体的に、PINダイオード130、第1信号線路120a、および第2信号線路120bに順バイアスを印加した場合の素子特性は、図31に示すように、スミスチャート上における(5)から、(5#)の位置にプロットされる特性に回転移動する。PINダイオード130、第1信号線路120a、および第2信号線路120bに逆バイアスを印加した場合の素子特性は、図31に示すように、スミスチャート上における(6)から、(6#)の位置にプロットされる特性に回転移動する。第2信号線路120bにおけるインピーダンスZ[Ω]を適当な値に調整することで、順バイアスを印加した時の素子特性(5#)と逆バイアスを印加した時の素子特性(6#)とを、スミスチャートにおける実軸を挟んで上下方向に対称な位置に移動させることができる。
By changing the impedance Z of the
最後に、図27中の(7)に示すPINダイオード130、第1信号線路120a、第2信号線路120b、および第3信号線路120cに順バイアスを印加した場合の素子特性について考える。PINダイオード130、第1信号線路120a、第2信号線路120b、および第3信号線路120cに順バイアスを印加した場合、素子特性は、図32に示すように、スミスチャート上における(5#)から、(7)の位置にプロットされる特性に回転移動する。図27中の(8)に示すPINダイオード130、第1信号線路120a、第2信号線路120b、および第3信号線路120cに逆バイアスを印加した場合の素子特性について考える。PINダイオード130、第1信号線路120a、第2信号線路120b、および第3信号線路120cに逆バイアスを印加した場合、素子特性は、図32に示すように、スミスチャート上おける(6#)から、(8)の位置にプロットされる特性に回転移動する。この結果、インピーダンス変換回路120およびPINダイオード130に順バイアスを印加した時の素子特性、およびインピーダンス変換回路120およびPINダイオード130に逆バイアスを印加した時の素子特性は、スミスチャート上における角度180度に近づいていることが分かる。すなわち、インピーダンス変換回路120およびPINダイオード130に順バイアスを印加した時の素子特性は、理想的な短絡特性に近づいていることが分かる。また、インピーダンス変換回路120およびPINダイオード130に逆バイアスを印加した時の素子特性は、理想的な開放特性に近づいていることが分かる。
Finally, element characteristics when forward bias is applied to the
以上より、実施形態の信号切替装置によれば、インピーダンス変換回路120を3種類の信号線路で構成し、且つ、インピーダンス変換回路120におけるインピーダンスおよび電気長を適切に調整することで、理想的な短絡特性および開放特性から離れた素子特性を持つPINダイオード130を使用した場合であっても、理想状態に近づけて切替動作を実施することができる。この結果、信号切替装置によれば、経路1および経路2の双方の経路において低い損失特性を実現することができる。
As described above, according to the signal switching device of the embodiment, the
以下、インピーダンス変換回路の他の構成例について説明する。
図33は、インピーダンス変換回路120#の一例を示す構成図である。インピーダンス変換回路120#は、2つの信号線路を組み合わせて構成されている。インピーダンス変換回路120#は、インピーダンス変換回路120#およびPINダイオード130を含む素子特性を理想的な短絡状態および開放状態に近づけるように、全体のインピーダンスおよび電気長が調整されている。
Hereinafter, another configuration example of the impedance conversion circuit will be described.
FIG. 33 is a block diagram showing an example of the
インピーダンス変換回路120#は、例えば、第4信号線路120dと、第5信号線路120eとを備える。第4信号線路120dおよび第5信号線路120eは、この順で、PINダイオード130のアノードに直列接続されている。第4信号線路120dおよび第5信号線路120eのそれぞれは、インピーダンス[Ω]および電気長[deg]が調整されている。例えば、第4信号線路120dのインピーダンスは50[Ω]であり、第4信号線路120dの電気長はX[deg]である。Xは任意の電気長である。例えば、第5信号線路120eのインピーダンスはZ[Ω]であり、第5信号線路120eの電気長は90[deg]である。Zは任意のインピーダンスである。なお、第4信号線路120dのインピーダンス(50[Ω])は、図4に示した線路(110A、110B、110C、110D、110E、および110F)を含むハイブリッド回路のインピーダンスと等しくなるように調整されている。
The
図34は、インピーダンス変換回路120#の各部と、順バイアスを印加した時の図36および図37におけるスミスチャート上にプロットされた素子特性との対応関係を示す図である。図35は、インピーダンス変換回路120#の各部と、逆バイアスを印加した時の図36および図37におけるスミスチャート上にプロットされた素子特性との対応関係を示す図である。図36および図37は、インピーダンス変換回路120#を調整することによる素子特性の変化を示すスミスチャートである。
FIG. 34 is a diagram showing a correspondence relationship between each part of the
図34中の(1)に示すPINダイオード130に順バイアスを印加した場合のPINダイオード130の素子特性について考える。PINダイオード130に順バイアスを印加した場合、PINダイオード130の素子特性は、図36に示すように、スミスチャート上おける(1)の位置にプロットされる特性となる。図34中の(3)に示すPINダイオード130および第4信号線路120dに順バイアスを印加した場合、素子特性は、図36に示すように、スミスチャート上おける(1)から、(3)の位置にプロットされる特性に回転移動する。(1)から(3)への素子特性の回転移動量は、第4信号線路120dの電気長X[deg]に依存する。
Consider element characteristics of the
次に、図35中の(2)に示すPINダイオード130に逆バイアスを印加した場合のPINダイオード130の素子特性について考える。PINダイオード130に逆バイアスを印加した場合、PINダイオード130の素子特性は、図36に示すように、スミスチャート上おける(2)の位置にプロットされる特性となる。図35中の(4)に示すPINダイオード130および第4信号線路120dに逆バイアスを印加した場合、素子特性は、図36に示すように、スミスチャート上おける(2)から、(4)の位置にプロットされる特性に移動する。(2)から(4)への素子特性の移動量は、第4信号線路120dの電気長X[deg]に依存する。第4信号線路120dにおける電気長X[deg]を適当な長さに調整することで、順バイアスを印加した時の素子特性(3)と逆バイアスを印加した時の素子特性(4)とのうちいずれか一方を、スミスチャートにおける実軸上に移動させることができる。
Next, consider the element characteristics of the
次に、図34中の(5)に示すPINダイオード130、第4信号線路120d、第5信号線路120eに順バイアスを印加した場合の素子特性について考える。第5信号線路120eのインピーダンスZは50[Ω]であるものと仮定して考える。図34中の(5)に示すPINダイオード130、第4信号線路120d、および第5信号線路120eに順バイアスを印加した場合、素子特性は、図37に示すように、スミスチャート上における(3)から、(5)の位置にプロットされる特性に移動する。図35中の(6)に示すPINダイオード130、第4信号線路120d、および第5信号線路120eに逆バイアスを印加した場合の素子特性について考える。PINダイオード130、第4信号線路120d、および第5信号線路120eに逆バイアスを印加した場合、素子特性は、図37に示すように、スミスチャート上おける(4)から、(6)の位置にプロットされる特性に移動する。
Next, element characteristics when a forward bias is applied to the
次に、第5信号線路120eのインピーダンスを変化させることで素子特性を調整することを考える。図38および図39は、第5信号線路120eのインピーダンスを変化させた場合におけるインピーダンス変換回路120#の各部と、図40におけるスミスチャート上にプロットされた素子特性との対応関係を示す図である。図40は、第5信号線路120eのインピーダンスを変化させた場合における素子特性を示すスミスチャートである。第5信号線路120eのインピーダンスを50Ω以上の範囲で変化させることで、図38中の(5#)に示すように第5信号線路120eのインピーダンスを変化させた状態で順バイアスを印加した場合、素子特性は、図40に示すように、スミスチャート上における(5)から、(5#)の位置にプロットされる特性に移動する。すなわち、素子特性は、スミスチャートにおける実軸上に沿って移動する。第5信号線路120eのインピーダンスを50Ω以上の範囲で変化させることで、図39中の(6#)に示すように第5信号線路120eのインピーダンスを変化させた状態で逆バイアスを印加した場合、素子特性は、図40に示すように、スミスチャート上における(6)から、(6#)の位置にプロットされる特性に移動する。すなわち、素子特性は、スミスチャートにおける外周に沿って移動する。
Next, consider adjusting the element characteristics by changing the impedance of the
図40によれば、PINダイオード130に順バイアスを印加した場合の素子抵抗は大きくなるが、PINダイオード130に逆バイアスを印加した場合のインピーダンスを開放点に大きく近づけることができる。すなわち、順バイアス印加時の素子抵抗の増加分よりも、逆バイアス印加時のインピーダンスの改善幅を大きくすることができる。
According to FIG. 40, the element resistance when a forward bias is applied to the
図41は、第5信号線路120eのインピーダンスと、インピーダンス変換回路120#の挿入損失との関係を示す図である。PINダイオード130に順バイアスを印加した場合において、第5信号線路120eのインピーダンスを小さくするほど、インピーダンス変換回路120#の挿入損失を小さくすることができる。PINダイオード130に逆バイアスを印加した場合において、第5信号線路120eのインピーダンスを大きくするほど、インピーダンス変換回路120#の挿入損失を小さくすることができる。実施形態の信号切替装置によれば、第5信号線路120eのインピーダンスを調整することで、順バイアス印加時の挿入損失または逆バイアス印加時の挿入損失のどちらか一方が低くなるように調整することができる。
FIG. 41 is a diagram illustrating the relationship between the impedance of the
以上より、実施形態の信号切替装置によれば、インピーダンス変換回路120を2種類の信号線路で構成し、且つ、インピーダンス変換回路120#におけるインピーダンスおよび電気長を適切に調整することで、理想的な短絡特性および開放特性から離れた素子特性を持つPINダイオード130を使用した場合であっても、短絡特性または開放特性の少なくとも一方を理想状態に近づけて切替動作を実施することができる。この結果、信号切替装置によれば、経路1または経路2の少なくとも一方の経路において低い損失特性を実現することができる。
As described above, according to the signal switching device of the embodiment, the
(その他の実施形態)
以下、上述した実施形態の信号切替装置を含む電磁波送受信装置について説明する。図42は、実施形態の電磁波送受信装置200の一例を示すブロック図である。電磁波送受信装置200は、例えば、線路切替器210と、アンテナ220と、送信回路230と、受信回路240とを含む。
(Other embodiments)
Hereinafter, an electromagnetic wave transmission / reception apparatus including the signal switching apparatus according to the above-described embodiment will be described. FIG. 42 is a block diagram illustrating an example of the electromagnetic wave transmitting / receiving
線路切替器210は、図4に示した信号切替装置100Bと同じ構成を有するものとするが、信号切替装置100Cと同じ構成であってもよい。線路切替器210は、アンテナ220に接続された入出力部P11と、入力部P12と、出力部P13とを含む。入出力部P11は、例えば、信号切替装置100Bにおける入出力端子P1に相当する。入力部P12は、例えば、信号切替装置100Bにおける入出力端子P4に相当する。出力部P13は、例えば信号切替装置100Bにおける入出力端子P2に相当する。
The
線路切替器210は、線路が超伝導状態となる材料を含む場合、スターリング冷却機などにより冷却された基板上に形成され、内部空間を外部の熱から遮る材料で形成された筐体に収容される。また、線路切替器210は、筐体の内部空間が真空に近い状態で維持される。
The
アンテナ220は、電磁波送受信装置200に電磁波が到来した場合に、電磁波に基づく受信信号を生成する。アンテナ220は、生成した受信信号を線路切替器210に出力する。アンテナ220は、線路切替器210から送信信号が供給された場合、送信信号に応じて電波を放出する。
The
送信回路230は、外部から入力した送信信号に所定の処理を施して、線路切替器210に出力する(送信信号生成部)。受信回路240は、線路切替器210から入力された受信信号に所定の処理を施して、外部に出力する(受信信号処理部)。
The
線路切替器210は、入出力部P11と入力部P12とを接続する線路と、入出力部P11と出力部P13とを接続する線路との間で信号経路を切り替える制御信号が供給される。線路切替器210は、電磁波送受信装置200が電波を受信する場合、信号経路が入出力部P11と出力部P13とを接続する線路に切り替えられる。線路切替器210は、電磁波送受信装置200が電波を送信する場合、信号経路が入出力部P11と入力部P12とを接続する線路に切り替えられる。
The
実施形態の電磁波送受信装置200によれば、送信信号および受信信号が伝送される線路切替器210における信号の損失を抑制することができる。これにより、電磁波送受信装置200によれば、電波の受信感度を向上させることができる。
According to the electromagnetic wave transmission /
図43は、実施形態の電磁波送受信装置200の他の一例を示すブロック図である。送信回路230は、例えば、送信用移相器232と、送信アンプ234と、送信フィルタ236とを含む。送信用移相器232は、線路切替器210から放射させる送信ビームの方向に基づいて、送信信号の位相を調整する。送信アンプ234は、送信信号の振幅を増幅する。送信フィルタ236は、送信信号のうち不要な周波数の信号を抑圧することで送信信号の帯域を制限する。線路切替器210は、電磁波送受信装置200が電波を送信する場合、送信フィルタ236により出力された送信信号を、入力部P12を介して入力する。線路切替器210は、入力した送信信号を入出力部P11から出力させる。
FIG. 43 is a block diagram illustrating another example of the electromagnetic wave transmitting / receiving
受信回路240は、例えば、リミッタ242と、受信フィルタ244と、LNA(ローノイズアンプ)246と、受信用移相器248とを含む。線路切替器210には、アンテナ220から入力された受信信号が入出力部P11に入力され、出力部P13からリミッタ242に出力させる。リミッタ242は、線路切替器210から入力された受信信号の振幅を制限する。受信フィルタ244は、受信信号のうち不要な周波数の信号を取り除く。LNA246は、受信信号の振幅を増幅する。受信用移相器248は、電磁波を受信するビームの方向に基づいて、受信信号の位相を調整する。
The
図44は、実施形態の電磁波送受信装置200の他の一例を示すブロック図である。電磁波送受信装置200は、図43に示した送信フィルタ236および受信フィルタ244に代えて、アンテナ220および線路切替器210との線路に設けられた送受信フィルタ250を含む。線路切替器210は、アンテナ220から電磁波を放出させる場合に、送信用移相器232および送信アンプ234から入力部P12に送信信号が供給される。線路切替器210は、送信信号を入出力部P11から送受信フィルタ250に出力する。送受信フィルタ250は、線路切替器210から送信信号が供給された場合に、送信信号のうち不要な周波数の信号を抑圧することで送信信号の帯域を制限する。送受信フィルタ250は、アンテナ220から受信信号が供給された場合に、受信信号のうち不要な周波数の信号を取り除いて、線路切替器210に出力する。線路切替器210は、入出力部P11に供給された受信信号を、出力部P13を介して、リミッタ242、LNA246、および受信用移相器248に出力する。電磁波送受信装置200は、送信信号のフィルタと受信信号のフィルタとを共通化したので、部品数を削減することができる。
FIG. 44 is a block diagram illustrating another example of the electromagnetic wave transmitting / receiving
図45は、実施形態の電磁波送受信装置200の他の一例を示すブロック図である。電磁波送受信装置200は、図44に示した送信用移相器232および受信用移相器248に代えて、アンテナ220および線路切替器210との線路に設けられた移相器252を含む。移相器252は、送受信フィルタ250と線路切替器210との間に設けられているが、これに限られず、アンテナ220と送受信フィルタ250との間に設けられてもよい。移相器252は、送信信号に対する位相の調整量と、受信信号に対する位相の調整量とが切替可能であってもよい。
FIG. 45 is a block diagram illustrating another example of the electromagnetic wave transmitting / receiving
線路切替器210は、アンテナ220から電磁波を放出させる場合に、送信アンプ234から入力部P12に送信信号が供給される。線路切替器210は、送信信号を入出力部P11から移相器252に出力する。移相器252は、線路切替器210から放射させる送信ビームの方向に基づいて、送信信号の位相を調整する。これにより、電磁波送受信装置200は、送受信フィルタ250を介してアンテナ220に送信信号を供給して、電磁波を放出させる。また、移相器252は、電磁波を受信するビームの方向に基づいて、送受信フィルタ250から供給された受信信号の位相を調整して、線路切替器210に出力する。線路切替器210は、入出力部P11に供給された受信信号を、出力部P13を介して、リミッタ242およびLNA246に出力する。この電磁波送受信装置200によれば、送信用の移相器と受信用の移相器とを共通化したので、部品数を削減することができる。
When the
図46は、実施形態の電磁波送受信装置200の他の一例を示すブロック図である。電磁波送受信装置200は、図44に示した線路切替器210に代えて、リミッタとしての機能を有する線路切替器210Aを含む。線路切替器210Aは、入出力部P11が信号切替装置100Bの入出力端子P1に相当し、入力部P12が信号切替装置100Bの入出力端子P2に相当し、出力部P13が信号切替装置100Bの入出力端子P4に相当する。線路切替器210Aは、入力部P12に供給された送信信号を、信号線路110Aを介して入出力部P11から移相器252に出力する。一方、線路切替器210Aは、入出力部P11に供給された受信信号を、信号線路110Bおよび信号線路110Dを介して入出力端子P4に出力する。受信信号の振幅がPINダイオード130Aおよび130Bがオンとなる所定値よりも高い場合、PINダイオード130Aおよび130Bは開放状態から短絡状態に切り替わる。これにより、PINダイオード130Aおよび130Bは、受信信号を接地端子124Aおよび124Bに短絡させる。この電磁波送受信装置200によれば、PINダイオード130Aおよび130Bを受信信号のリミッタとして機能させることができるので、部品数を削減することができる。
FIG. 46 is a block diagram illustrating another example of the electromagnetic wave transmitting / receiving
図47は、実施形態の電磁波送受信装置200Aの他の一例を示すブロック図である。この電磁波送受信装置200Aは、例えば、複数のアンテナ220−1、・・・20−K(Kは1以上の自然数)と、アンテナ220−1〜20−Kに対応した送受信フィルタ250、移相器252−1〜52−K、線路切替器210A、送信アンプ234、およびLNA246と、信号処理回路260と、を含む。
FIG. 47 is a block diagram illustrating another example of the electromagnetic wave transmitting / receiving
信号処理回路260は、アンテナ220−1〜20−Kから電磁波を送信させる場合、複数の送信アンプ234に送信信号を供給する。これにより、電磁波送受信装置200Aは、送信アンプ234、線路切替器210A、移相器252−1〜52−K、および送受信フィルタ250を介して、送信信号をアンテナ220−1〜20−Kにそれぞれ供給する。このとき、移相器252−1〜52−Kは、各アンテナ220−1〜20−Kに対応した位相の調整量に基づいてそれぞれ送信信号の位相をそれぞれ調整する。これにより、電磁波送受信装置200Aは、所望の形状の送信ビームを形成する。
The
信号処理回路260は、アンテナ220−1〜220−Kにより電磁波を受信した場合、送受信フィルタ250、移相器252−1〜252−K、線路切替器210、およびLNA246を介して、K個の受信信号が供給される。このとき、移相器252−1〜252−Kは、各アンテナ220−1〜220−Kに対応した位相の調整量に基づいてそれぞれ受信信号の位相をそれぞれ調整する。信号処理回路260は、LNA246からそれぞれ入力したK個の受信信号を合成することで受信ビームに基づく信号を生成する。
When the
この電磁波送受信装置200Aによれば、線路切替器210Aにおける受信信号の損失を抑制することができるので、受信感度が高いアレイアンテナ装置を実現することができる。
According to the electromagnetic wave transmission /
図48は、実施形態の可変減衰器300の一例を示す図である。可変減衰器300は、例えば、複数のアッテネータ310−1および310−2と、複数の線路切替器320−1〜320−4とを含む。なお、実施形態の可変減衰器300は、アッテネータが2個であるが、これに限らず、2個よりも多くのアッテネータを含んでいてもよい。
FIG. 48 is a diagram illustrating an example of the
アッテネータ310−1および310−2は、例えば、信号を減衰させる所定の減衰量[dB]が設定されている抵抗器などを含む。アッテネータ310−1および310−2は、入力された信号の振幅を減衰させて出力する。アッテネータ310−1の減衰量とアッテネータ310−2の減衰量とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。 The attenuators 310-1 and 310-2 include, for example, a resistor in which a predetermined attenuation [dB] for attenuating the signal is set. Attenuators 310-1 and 310-2 attenuate the amplitude of the input signal and output it. The attenuation amount of the attenuator 310-1 and the attenuation amount of the attenuator 310-2 may be the same or different.
線路切替器320−1〜320−4は、図4に示した信号切替装置100Bと同じ構成を有するものとするが、信号切替装置100Cと同じ構成であってもよい。
The line switchers 320-1 to 320-4 have the same configuration as the
可変減衰器300は、入力端子P21に入力された信号を、線路切替器320−1に供給する。線路切替器320−1は、入出力端子P31と、入出力端子P32と、入出力端子P33とを含む。入出力端子P31は、信号切替装置100Bの入出力端子P1に相当し、入出力端子P32は、信号切替装置100Bの入出力端子P2に相当し、入出力端子P33は、信号切替装置100Bの入出力端子P4に相当する。
The
線路切替器320−2は、入出力端子P34と、入出力端子P35と、入出力端子P36とを含む。入出力端子P34は、信号切替装置100Bの入出力端子P1に相当し、入出力端子P35は、信号切替装置100Bの入出力端子P2に相当し、入出力端子P36は、信号切替装置100Bの入出力端子P4に相当する。
The line switch 320-2 includes an input / output terminal P34, an input / output terminal P35, and an input / output terminal P36. The input / output terminal P34 corresponds to the input / output terminal P1 of the
可変減衰器300は、アッテネータ310−1により信号を減衰させる場合、線路切替器320−1における入出力端子P31と入出力端子P33とを接続する線路を信号経路に切り替えると共に、線路切替器320−2における入出力端子P36と入出力端子P34とを接続する線路を信号経路に切り替える。可変減衰器300は、アッテネータ310−1により信号を減衰させない場合、線路切替器320−1における入出力端子P31と入出力端子P32とを接続する線路を信号経路に切り替えると共に、線路切替器320−2における入出力端子P35入出力端子P34とを接続する線路を信号経路に切り替える。
When the attenuator 310-1 attenuates the signal, the
線路切替器320−3は、線路切替器320−1と同様に、入出力端子P31と、入出力端子P32と、入出力端子P33とを含む。線路切替器320−4は、線路切替器320−2と同様に、入出力端子P34と、入出力端子P35と、入出力端子P36とを含む。線路切替器320−4の入出力端子P34は、出力端子P22に接続される。 The line switch 320-3 includes an input / output terminal P31, an input / output terminal P32, and an input / output terminal P33, similar to the line switch 320-1. The line switch 320-4 includes an input / output terminal P34, an input / output terminal P35, and an input / output terminal P36, like the line switch 320-2. The input / output terminal P34 of the line switch 320-4 is connected to the output terminal P22.
可変減衰器300は、アッテネータ310−2により信号を減衰させる場合、線路切替器320−3における入出力端子P31と入出力端子P33とを接続する線路を信号経路に切り替えると共に、線路切替器320−4における入出力端子P36と入出力端子P34とを接続する線路を信号経路に切り替える。可変減衰器300は、アッテネータ310−2により信号を減衰させない場合、線路切替器320−3における入出力端子P31と入出力端子P32とを接続する線路を信号経路に切り替えると共に、線路切替器320−4における入出力端子P35入出力端子P34とを接続する線路を信号経路に切り替える。
When the attenuator 310-2 attenuates the signal, the
実施形態の可変減衰器300によれば、アッテネータに信号を伝送する信号経路と、アッテネータに信号を伝送しない信号経路との間で切り替える場合における信号の損失を抑制することができる。この結果、可変減衰器300によれば、より高い精度の減衰量を実現することができる。
According to the
図49は、実施形態の可変移相器400の一例を示す図である。可変移相器400は、例えば、複数の移相器410−1および410−2と、複数の線路切替器420−1〜420−4とを含む。なお、実施形態の可変移相器400は、移相器が2個であるが、これに限らず、2個よりも多くの移相器を含んでいてもよい。
FIG. 49 is a diagram illustrating an example of the
移相器410−1および410−2は、例えば、所定の位相差が設定されている線路およびスイッチなどを含む。移相器410−1は、例えば、入力信号に対して90度位相をずらして出力し、移相器410−2は、例えば、入力信号に対して180度位相をずらして出力する。 Phase shifters 410-1 and 410-2 include, for example, a line and a switch in which a predetermined phase difference is set. For example, the phase shifter 410-1 outputs a phase shifted by 90 degrees with respect to the input signal, and the phase shifter 410-2 outputs a phase shifted by 180 degrees with respect to the input signal, for example.
線路切替器420−1〜420−4は、図4に示した信号切替装置100Bと同じ構成を有するものとするが、信号切替装置100Cと同じ構成であってもよい。
The line switchers 420-1 to 420-4 have the same configuration as the
可変移相器400は、入力端子P41に入力された信号を、線路切替器420−1に供給する。線路切替器420−1は、入出力端子P51と、入出力端子P52と、入出力端子P53とを含む。入出力端子P51は、信号切替装置100Bの入出力端子P1に相当し、入出力端子P52は、信号切替装置100Bの入出力端子P2に相当し、入出力端子P53は、信号切替装置100Bの入出力端子P4に相当する。
The
線路切替器420−2は、入出力端子P54と、入出力端子P55と、入出力端子P56とを含む。入出力端子P54は、信号切替装置100Bの入出力端子P1に相当し、入出力端子P55は、信号切替装置100Bの入出力端子P2に相当し、入出力端子P56は、信号切替装置100Bの入出力端子P4に相当する。
The line switch 420-2 includes an input / output terminal P54, an input / output terminal P55, and an input / output terminal P56. The input / output terminal P54 corresponds to the input / output terminal P1 of the
可変移相器400は、移相器410−1により信号の位相を調整させる場合、線路切替器420−1における入出力端子P51と入出力端子P53とを接続する線路を信号経路に切り替えると共に、線路切替器420−2における入出力端子P56と入出力端子P54とを接続する線路を信号経路に切り替える。可変移相器400は、移相器410−1により信号の位相を調整させない場合、線路切替器420−1における入出力端子P51と入出力端子P52とを接続する線路を信号経路に切り替えると共に、線路切替器420−2における入出力端子P55入出力端子P54とを接続する線路を信号経路に切り替える。
When the phase shifter 410-1 adjusts the phase of the signal, the
線路切替器420−3は、線路切替器420−1と同様に、入出力端子P51と、入出力端子P52と、入出力端子P53とを含む。線路切替器420−4は、線路切替器420−2と同様に、入出力端子P54と、入出力端子P55と、入出力端子P56とを含む。線路切替器420−4の入出力端子P54は、出力端子P42に接続される。 The line switch 420-3 includes an input / output terminal P51, an input / output terminal P52, and an input / output terminal P53, similarly to the line switch 420-1. The line switch 420-4 includes an input / output terminal P54, an input / output terminal P55, and an input / output terminal P56, like the line switch 420-2. The input / output terminal P54 of the line switch 420-4 is connected to the output terminal P42.
可変移相器400は、移相器410−2により信号の位相を調整させる場合、線路切替器420−3における入出力端子P51と入出力端子P53とを接続する線路を信号経路に切り替えると共に、線路切替器420−4における入出力端子P56と入出力端子P54とを接続する線路を信号経路に切り替える。可変移相器400は、移相器410−2により信号の位相を調整させない場合、線路切替器420−3における入出力端子P51と入出力端子P52とを接続する線路を信号経路に切り替えると共に、線路切替器420−4における入出力端子P55入出力端子P54とを接続する線路を信号経路に切り替える。
When the phase shifter 410-2 adjusts the phase of the signal, the
実施形態の可変移相器400によれば、移相器に信号を伝送する信号経路と、移相器に信号を伝送しない信号経路との間で切り替える場合における信号の損失を抑制することができる。
According to the
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、信号が供給される入出力端子P1と、入出力端子P1に接続された信号線路110Aと、信号線路110Aを介して入出力端子P1に接続された入出力端子P2と、信号線路110Aの分岐点110aに接続された信号線路110Bと、信号線路110Bを介して分岐点110aに接続されたインピーダンス変換回路120と、インピーダンス変換回路120と接地端子との間に接続されたPINダイオード130であって、信号線路110Bから供給された信号の反射状態を第1の状態と第2の状態との間で切り替えるPINダイオード130と、を備え、PINダイオード130が、第1の状態である場合に、第2の線路から供給された信号を、入出力端子P1から分岐点110aに入力された信号と同じ位相で分岐点110aに反射させ、反射させた信号と入出力端子P1から分岐点110aに入力された信号とを入出力端子P2に出力させるので、インピーダンス変換回路120により、当該インピーダンス変換回路120、PINダイオード130、および接地端子を含む素子特性を、理想的な短絡状態および開放状態に近づけることができる。この結果、少なくともひとつの実施形態によれば、信号を切り替える場合における信号の損失を抑制することができる。
According to at least one embodiment described above, the input / output terminal P1 to which a signal is supplied, the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
100、100A、100B、100C…信号切替装置、110a、110b…分岐点、110A、110…信号線路、110b…第2の分岐点、110B…信号線路、120、122、122A、122B…インピーダンス変換回路、130、130A、130B…PINダイオード、132、132A、132B…バラクタダイオード、150…制御部、200、200A…電磁波送受信装置、210、210A…線路切替器、220、220−1〜220−K…アンテナ、230…送信回路、240…受信回路、250…送受信フィルタ、252、252−1〜252−K…移相器、300…可変減衰器、310−1、310−2…アッテネータ、320−1、320−2、320−3、320−4…線路切替器、400…可変移相器、410−1、410−2…移相器 100, 100A, 100B, 100C ... Signal switching device, 110a, 110b ... Branch point, 110A, 110 ... Signal line, 110b ... Second branch point, 110B ... Signal line, 120, 122, 122A, 122B ... Impedance conversion circuit , 130, 130A, 130B ... PIN diodes, 132, 132A, 132B ... varactor diodes, 150 ... control unit, 200, 200A ... electromagnetic wave transmission / reception device, 210, 210A ... line switch, 220, 220-1 to 220-K ... Antenna, 230 ... Transmission circuit, 240 ... Reception circuit, 250 ... Transmission / reception filter, 252, 252-1 to 252-K ... Phase shifter, 300 ... Variable attenuator, 310-1, 310-2 ... Attenuator, 320-1 , 320-2, 320-3, 320-4 ... line switcher, 400 ... variable phase shifter 410-1, 410-2 ... phase shifter
Claims (15)
前記第1の信号入出力部に接続された第1の線路と、
前記第1の線路に接続された第2の信号入出力部と、
前記第1の線路における前記第1の信号入出力部と前記第2の信号入出力部の間の分岐点に接続された第2の線路と、
前記第2の線路に接続されたインピーダンス変換回路と、
前記インピーダンス変換回路と接地端子との間に接続されたダイオードであって、前記第2の線路から供給された信号の反射状態を第1の状態と第2の状態との間で切り替えるダイオードと、
を備え、
前記ダイオードは、前記第1の状態である場合に、前記第2の線路から供給された信号を、前記第1の信号入出力部から前記分岐点に入力された信号と同じ位相で前記分岐点に反射させ、反射させた信号と前記第1の信号入出力部から前記分岐点に入力された信号とを前記第2の信号入出力部に出力させる、
信号切替装置。 A first signal input / output unit to which a signal is supplied;
A first line connected to the first signal input / output unit;
A second signal input / output unit connected to the first line;
A second line connected to a branch point between the first signal input / output unit and the second signal input / output unit in the first line;
An impedance conversion circuit connected to the second line;
A diode connected between the impedance conversion circuit and a ground terminal, the diode switching a reflection state of a signal supplied from the second line between a first state and a second state;
With
When the diode is in the first state, the diode supplies the signal supplied from the second line with the same phase as the signal input from the first signal input / output unit to the branch point. The reflected signal and the signal input to the branch point from the first signal input / output unit are output to the second signal input / output unit.
Signal switching device.
請求項1に記載の信号切替装置。 When the diode is in the second state, the diode supplies the signal supplied from the second line with a phase different from that of the signal input from the first signal input / output unit to the branch point. The signal input to the branch point from the first signal input / output unit is attenuated by the reflected signal.
The signal switching device according to claim 1.
前記ダイオードは、前記第2の線路に接続された第一端と、一方端が前記第一端と接続可能であり他方端が接地端子に接続された第二端と、前記第1の状態である場合に、前記第一端と前記第二端とを導通させ、前記第2の状態である場合に、前記第一端と前記第二端とを遮断させる、
請求項2に記載の信号切替装置。 The second line is an N / 4 wavelength line in which N is an odd number greater than or equal to 1,
The diode has a first end connected to the second line, a second end connected at one end to the first end and the other end connected to a ground terminal, and the first state. In some cases, the first end and the second end are electrically connected, and in the second state, the first end and the second end are blocked.
The signal switching device according to claim 2.
請求項1から3のうちいずれか1項に記載の信号切替装置。 A PIN diode having an anode connected to the impedance conversion circuit and a cathode connected to the ground terminal;
The signal switching device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から3のうちいずれか1項に記載の信号切替装置。 A varactor diode having a cathode connected to the impedance conversion circuit and an anode connected to the ground terminal;
The signal switching device according to any one of claims 1 to 3.
前記第1の信号入出力部に接続され、Nを1以上の奇数とする信号のN/4波長に相当する電気長の第1のN/4波長線路と、
前記第1のN/4波長線路に接続された第2の信号入出力部と、
前記第1のN/4波長線路における前記第1の信号入出力部と前記第2の信号入出力部の間の第1の分岐点に接続され、Nを1以上の奇数とする信号のN/4波長に相当する電気長の第2のN/4波長線路と、
一方端が前記第2のN/4波長線路に接続され、Nを1以上の奇数としL(L>N)を2以上の偶数とする信号の(L−N)/4波長に相当する電気長の第1の(L−N)/4波長線路と、
前記第1の分岐点よりも前記第2の信号入出力部側の前記第1のN/4波長線路における第2の分岐点に接続され、Nを1以上の奇数とする信号のN/4波長に相当する電気長の第3のN/4波長線路と、
一方端が前記第3のN/4波長線路に接続され、Nを1以上の奇数としL(L>N)を2以上の偶数とする信号の(L−N)/4波長に相当する電気長の第2の(L−N)/4波長線路と、
前記第1の(L−N)/4波長線路の他方端と前記第2の(L−N)/4波長線路の他方端とを繋ぐ線路であって、PをN+2×Mとし、Mを奇数とする信号のP/4波長に相当する電気長のP/4波長線路と、
前記第1の(L−N)/4波長線路と前記P/4波長線路(110F)との接続点に接続された第3の信号入出力部(P4)と、
前記第2のN/4波長線路および前記第1の(L−N)/4波長線路に接続された第1のインピーダンス変換回路と、
前記第1のインピーダンス変換回路に接続された第1端と、第1の接地端子と接続された第2端とを備える第1のダイオードと、
前記第3のN/4波長線路および前記第2の(L−N)/4波長線路に接続された第2のインピーダンス変換回路と、
前記第2のインピーダンス変換回路に接続された第3端と、第2の接地端子と接続された第4端とを備える第2のダイオードと、
を備える、信号切替装置。 A first signal input / output unit to which a signal is supplied;
A first N / 4 wavelength line having an electrical length corresponding to an N / 4 wavelength of a signal connected to the first signal input / output unit, wherein N is an odd number of 1 or more;
A second signal input / output unit connected to the first N / 4 wavelength line;
N of a signal connected to a first branch point between the first signal input / output unit and the second signal input / output unit in the first N / 4 wavelength line, where N is an odd number of 1 or more A second N / 4 wavelength line of electrical length corresponding to / 4 wavelength;
Electricity corresponding to (L−N) / 4 wavelength of a signal whose one end is connected to the second N / 4 wavelength line and N is an odd number of 1 or more and L (L> N) is an even number of 2 or more. A long first (L-N) / 4 wavelength line;
N / 4 of a signal that is connected to a second branch point in the first N / 4 wavelength line on the second signal input / output unit side of the first branch point, and N is an odd number of 1 or more. A third N / 4 wavelength line of electrical length corresponding to the wavelength;
Electricity corresponding to (L−N) / 4 wavelength of a signal whose one end is connected to the third N / 4 wavelength line and N is an odd number of 1 or more and L (L> N) is an even number of 2 or more. A long second (L-N) / 4 wavelength line;
A line connecting the other end of the first (L-N) / 4 wavelength line and the other end of the second (L-N) / 4 wavelength line, where P is N + 2 × M, and M is An electrical length P / 4 wavelength line corresponding to an odd signal P / 4 wavelength;
A third signal input / output unit (P4) connected to a connection point between the first (LN) / 4 wavelength line and the P / 4 wavelength line (110F);
A first impedance conversion circuit connected to the second N / 4 wavelength line and the first (LN) / 4 wavelength line;
A first diode having a first end connected to the first impedance conversion circuit and a second end connected to a first ground terminal;
A second impedance conversion circuit connected to the third N / 4 wavelength line and the second (LN) / 4 wavelength line;
A second diode comprising a third end connected to the second impedance conversion circuit and a fourth end connected to a second ground terminal;
A signal switching device.
請求項6に記載の信号切替装置。 A controller that switches the state of the first diode between a high impedance state and a low impedance state and switches the state of the second diode between a high impedance state and a low impedance state;
The signal switching device according to claim 6.
請求項7に記載の信号切替装置。 The first diode and the second diode are PIN diodes;
The signal switching device according to claim 7.
請求項7に記載の信号切替装置。 The first diode and the second diode are varactor diodes;
The signal switching device according to claim 7.
前記複数の信号線路のうち少なくとも一つの信号線路は、前記複数の信号線路、前記第1および第2のダイオード、および前記第1および第2の接地端子を含む回路の特性がスミスチャートにおける実軸上の短絡点または開放点に近づくように、インピーダンスまたは電気長が調整されている、
請求項6から9のうちいずれか1項に記載の信号切替装置。 The first and second impedance conversion circuits include a plurality of signal lines,
At least one signal line of the plurality of signal lines has a real axis in a Smith chart having characteristics of a circuit including the plurality of signal lines, the first and second diodes, and the first and second ground terminals. The impedance or electrical length is adjusted to approach the upper short circuit or open point,
The signal switching device according to claim 6.
前記第1の信号線路の電気長は、前記第1および前記第2のダイオードに第1バイアスを印加した時の特性と前記第1および前記第2のダイオードに第2バイアスを印加した時の特性とが、スミスチャートにおける実軸に対して対称位置となるように調整され、
前記第2の信号線路のインピーダンスは、前記第1および前記第2のダイオードに第1バイアスを印加した時の特性と前記第1および前記第2のダイオードに第2バイアスを印加した時の特性とが、スミスチャートにおける中心に対して実軸を挟んで対称位置となるように調整され、
前記第3の信号線路のインピーダンスおよび電気長は、前記第1および前記第2のダイオードに第1バイアスを印加した時の特性をスミスチャートにおける実軸上の短絡点に近づけると共に、前記第1および前記第2のダイオードに第2バイアスを印加した時の特性をスミスチャートにおける実軸上の開放点に近づけるように調整されている、
請求項6から9のうちいずれか1項に記載の信号切替装置。 The first and second impedance conversion circuits include three first signal lines, second signal lines, and third signal lines that are connected to end portions of the first and second diodes in this order. With signal lines,
The electrical length of the first signal line is a characteristic when a first bias is applied to the first and second diodes and a characteristic when a second bias is applied to the first and second diodes. Are adjusted to be symmetrical with respect to the real axis in the Smith chart,
The impedance of the second signal line is a characteristic when a first bias is applied to the first and second diodes, and a characteristic when a second bias is applied to the first and second diodes. Is adjusted to be symmetrical with respect to the center of the Smith chart across the real axis,
The impedance and electrical length of the third signal line bring the characteristics when the first bias is applied to the first and second diodes closer to the short-circuit point on the real axis in the Smith chart, and The characteristics when the second bias is applied to the second diode are adjusted so as to approach the open point on the real axis in the Smith chart,
The signal switching device according to claim 6.
前記第4の信号線路の電気長は、前記第1および前記第2のダイオードに第1バイアスを印加した時の特性と前記第1および前記第2のダイオードに第2バイアスを印加した時の特性とのいずれか一方が、スミスチャートにおける実軸上に移動させるように調整され、
前記第5の信号線路のインピーダンスは、前記第1および前記第2のダイオードに第1バイアスを印加した時の特性をスミスチャートにおける実軸上の短絡点に対して移動させると共に、前記第1および前記第2のダイオードに第2バイアスを印加した時の特性をスミスチャートにおける実軸上の開放点に対して移動させるように調整されている、
請求項6から9のうちいずれか1項に記載の信号切替装置。 The first and second impedance conversion circuits include two signal lines connected in order of a fourth signal line and a fifth signal line at the ends of the first and second diodes,
The electrical length of the fourth signal line is a characteristic when a first bias is applied to the first and second diodes and a characteristic when a second bias is applied to the first and second diodes. Is adjusted to move on the real axis in the Smith chart,
The impedance of the fifth signal line moves the characteristics when a first bias is applied to the first and second diodes with respect to the short-circuit point on the real axis in the Smith chart, and It is adjusted so that the characteristic when the second bias is applied to the second diode is moved with respect to the open point on the real axis in the Smith chart,
The signal switching device according to claim 6.
アンテナに到来した電磁波に基づいて生成された受信信号を処理する受信信号処理部と、
請求項6〜12の何れか1項に記載の信号切替装置と、を備え、
前記信号切替装置は、前記アンテナにより電磁波を搬送させる場合、前記送信信号生成部と前記アンテナとを接続する線路を信号経路に切り替え、前記アンテナに到来した電磁波を受信させる場合、前記受信信号処理部と前記アンテナとを接続する線路を信号経路に切り替える、
電磁波送受信装置。 A transmission signal generator for generating a transmission signal for causing the antenna to carry electromagnetic waves;
A received signal processing unit for processing a received signal generated based on the electromagnetic wave arriving at the antenna;
A signal switching device according to any one of claims 6 to 12,
The signal switching device switches the line connecting the transmission signal generation unit and the antenna to a signal path when the electromagnetic wave is conveyed by the antenna, and receives the electromagnetic wave arriving at the antenna when receiving the electromagnetic wave arriving at the antenna. And switching the line connecting the antenna to the signal path,
Electromagnetic wave transmitter / receiver.
前記複数の減衰器のそれぞれに対応づけて設けられた、請求項6〜12の何れか1項に記載の入力側の信号切替装置、および出力側の信号切替装置と、を備え、
前記入力側の信号切替装置は、前記減衰器に接続された第1の線路と前記出力側の信号切替装置に接続された第2の線路との間で信号経路を切り替え、
前記出力側の信号切替装置は、前記減衰器に接続された第3の線路と前記第2の線路に接続された第4の線路との間で信号経路を切り替える、
可変減衰器。 Multiple attenuators,
The input-side signal switching device and the output-side signal switching device according to any one of claims 6 to 12, provided in association with each of the plurality of attenuators,
The signal switching device on the input side switches a signal path between a first line connected to the attenuator and a second line connected to the signal switching device on the output side,
The output-side signal switching device switches a signal path between a third line connected to the attenuator and a fourth line connected to the second line;
Variable attenuator.
前記複数の移相器のそれぞれに対応づけて設けられた、請求項6〜12の何れか1項に記載の入力側の信号切替装置、および出力側の信号切替装置と、を備え、
前記入力側の信号切替装置は、前記移相器に接続された第1の線路と前記出力側の信号切替装置に接続された第2の線路との間で信号経路を切り替え、
前記出力側の信号切替装置は、前記移相器に接続された第3の線路と前記第2の線路に接続された第4の線路との間で信号経路を切り替える、
可変移相器。 Multiple phase shifters;
The input-side signal switching device and the output-side signal switching device according to any one of claims 6 to 12, provided in association with each of the plurality of phase shifters,
The input side signal switching device switches a signal path between a first line connected to the phase shifter and a second line connected to the output side signal switching device,
The output-side signal switching device switches a signal path between a third line connected to the phase shifter and a fourth line connected to the second line;
Variable phase shifter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017050512A JP2018157279A (en) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | Signal switching apparatus, electromagnetic wave transmitting/receiving apparatus, variable attenuator, and variable phase shifter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017050512A JP2018157279A (en) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | Signal switching apparatus, electromagnetic wave transmitting/receiving apparatus, variable attenuator, and variable phase shifter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018157279A true JP2018157279A (en) | 2018-10-04 |
Family
ID=63718355
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017050512A Pending JP2018157279A (en) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | Signal switching apparatus, electromagnetic wave transmitting/receiving apparatus, variable attenuator, and variable phase shifter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018157279A (en) |
-
2017
- 2017-03-15 JP JP2017050512A patent/JP2018157279A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6392388B2 (en) | Technology for full duplex with a single antenna | |
KR101498335B1 (en) | Intergrated millimeter wave phase shifter and method | |
CN102270977A (en) | Digital-analog mixed phase-shift circuit | |
US10666304B2 (en) | Apparatuses and methods for compensating interfering signals in electric circuits | |
US11456764B2 (en) | Multi-function communication device with millimeter-wave range operation | |
Zhao et al. | A broadband multistage self-interference canceller for full-duplex MIMO radios | |
JPWO2019163061A1 (en) | Antenna device and wireless communication device | |
EP3483981B1 (en) | Programmable power combiner and splitter | |
JP2021500783A (en) | Lossless microwave switch | |
Brown et al. | A K-band broadband binary phase shifter | |
JP2018157279A (en) | Signal switching apparatus, electromagnetic wave transmitting/receiving apparatus, variable attenuator, and variable phase shifter | |
US11201397B2 (en) | Circuit and wireless device | |
JP2022505108A (en) | Signal distribution and signal aggregation based on transmission lines | |
JP6668268B2 (en) | Signal switching device, electromagnetic wave transmission / reception device, variable attenuator, and variable phase shifter | |
KR20120028176A (en) | Impedance tracer in adaptive tuning antenna circuit | |
US10727586B2 (en) | Non-reciprocal transceiver array architecture with a single non-reciprocal element | |
CN111817735B (en) | Self-interference elimination circuit, radio frequency communication system and method for eliminating noise signal | |
CN108881086B (en) | Circuit for modulating signal and method for modulating signal | |
US4028624A (en) | Electronic switching arrangement for a homing and traffic radio system | |
WO2019207836A1 (en) | High frequency switch and antenna device | |
RU2719571C1 (en) | Multifunctional switch for millimeter range | |
WO2023179306A1 (en) | Metasurface unit and base station thereof | |
Voitsun et al. | Multi-antenna diversity set for transmission and reception in Car-to-Car and Car-to-X Communication | |
US11075667B1 (en) | Tuneable rat-race coupler for single antenna full duplex | |
Zhao et al. | 2-bit Intelligent Reflection Surface Enhances Urban Wireless Communications: An Experimental Study |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20170913 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20170913 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190226 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20191113 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20191126 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20200623 |