JP2019161294A

JP2019161294A - 可変減衰器

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Publication number: JP2019161294A
Application number: JP2018041658A
Authority: JP
Inventors: 近藤　誠; Makoto Kondo; 近藤　　誠
Original assignee: Sumitomo Electric Device Innovations Inc
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Priority date: 2018-03-08
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2019-09-19
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Abstract

【課題】トランジスタをオフ状態としているときの減衰量をより低下させることができる可変減衰器を提供する。【解決手段】可変減衰器１は、下限周波数が１０ＧＨｚを超える所定の周波数帯域内の信号を対象とする可変減衰器であって、入力端４ａと出力端５ａとを相互に接続する一対の第１の伝送線路７、８と、一方の電流端子が第１の伝送線路と電気的に接続され、他方の電流端子が基準電位線と電気的に接続されたトランジスタ１１〜１４、２１〜２４と、トランジスタの一方の電流端子と他方の電流端子との間に電気的に接続され、所定の周波数帯域においてインダクタとして機能する第２の伝送線路１９ａ、１９ｂ、２９ａ、２９ｂと、を備える。トランジスタにおいて一方の電流端子と他方の電流端子との間に生じる容量と、第２の伝送線路とによって形成される共振回路の共振周波数は、所定の周波数帯域内に存在する。【選択図】図１

Description

本発明は、可変減衰器に関する。

特許文献１には、リニアライザに関する技術が記載されている。この文献に記載されたリニアライザは、いわゆるＴ型アッテネータを構成する。具体的には、このリニアライザは、互いに直列に接続される第１及び第２の抵抗と、第１及び第２の抵抗の接続点に一端が接続される第３の抵抗と、第３の抵抗の他端に接続される可変抵抗素子としてのＦＥＴと、このＦＥＴとグランドとの間に接続されるリアクタンス素子としてのインダクタと、を備える。

特許文献２には、高周波増幅回路に関する技術が記載されている。この文献に記載された高周波増幅回路は、高周波入力信号がゲートに供給されドレイン側に増幅された信号を生成する増幅トランジスタを備える。更に、この高周波増幅回路は、入力端子とゲートとの間の信号伝搬経路と電源との間に設けられた可変減衰器を備える。可変減衰器は、信号伝搬経路と電源との間において互いに直列に接続された減衰用キャパシタ及びスイッチトランジスタを含む。スイッチトランジスタの導通が制御されることにより、減衰量が可変に制御される。

特開２０００−３５７９２７号公報特開２００５−１５９８０３号公報

伝送線路と基準電位線との間にトランジスタを接続し、伝送線路を伝搬する高周波信号を、トランジスタをオン状態とすることによって減衰する可変減衰器が知られている（例えば特許文献１，２を参照）。この可変減衰器では、トランジスタのオン状態及びオフ状態を切り替えることにより、高周波信号の減衰量を制御することができる。このような構成を備える可変減衰器において、トランジスタをオフ状態としているときには、伝送効率を高めるため、減衰量が０に近いことが望ましい。しかしながら、トランジスタをオフ状態としてもそのソース−ドレイン間容量を介して高周波信号が漏洩するので、信号の損失が発生し、減衰量が十分に低下し難いという問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、トランジスタをオフ状態としているときの減衰量をより低下させることができる可変減衰器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、一実施形態に係る第１の可変減衰器は、下限周波数が１０ＧＨｚを超える所定の周波数帯域内の信号を対象とする可変減衰器であって、入力端と出力端とを相互に接続する第１の伝送線路と、一方の電流端子が第１の伝送線路と電気的に接続され、他方の電流端子が基準電位線と電気的に接続されたトランジスタと、トランジスタの一方の電流端子と他方の電流端子との間に電気的に接続され、所定の周波数帯域においてインダクタとして機能する第２の伝送線路と、を備える。トランジスタにおいて一方の電流端子と他方の電流端子との間に生じる容量と、第２の伝送線路とによって形成される共振回路の共振周波数は、所定の周波数帯域内に存在する。

一実施形態に係る第２の可変減衰器は、下限周波数が１０ＧＨｚを超える所定の周波数帯域内の信号を対象とする可変減衰器であって、入力端と出力端とを相互に接続する第１の伝送線路と、各一方の電流端子が第１の伝送線路と電気的に接続され、各他方の電流端子が基準電位線と電気的に接続され、第１の伝送線路と基準電位線との間において互いに並列に接続された複数のトランジスタと、入力端に最も近いトランジスタ及び出力端に最も近いトランジスタのうち少なくとも一方のトランジスタの一方の電流端子と他方の電流端子との間に電気的に接続され、所定の周波数帯域においてインダクタとして機能する第２の伝送線路と、を備える。少なくとも一方のトランジスタにおいて一方の電流端子と他方の電流端子との間に生じる容量と、当該トランジスタに対応する第２の伝送線路とによって形成される共振回路の共振周波数は、所定の周波数帯域内に存在する。

一実施形態に係る第３の可変減衰器は、下限周波数が１０ＧＨｚを超える所定の周波数帯域内の信号を対象とする可変減衰器であって、入力端と出力端とを相互に接続する一対の第１の伝送線路と、一方の電流端子が一方の第１の伝送線路と電気的に接続され、他方の電流端子が基準電位線と電気的に接続された第１のトランジスタと、一方の電流端子が他方の第１の伝送線路と電気的に接続され、他方の電流端子が基準電位線と電気的に接続された第２のトランジスタと、第１のトランジスタの一方の電流端子と他方の電流端子との間に電気的に接続され、所定の周波数帯域においてインダクタとして機能する第２の伝送線路と、第２のトランジスタの一方の電流端子と他方の電流端子との間に電気的に接続され、所定の周波数帯域においてインダクタとして機能する第３の伝送線路と、入力端と一対の第１の伝送線路との間に接続された第１のハイブリッドカプラと、一対の第１の伝送線路と出力端との間に接続された第２のハイブリッドカプラと、を備える。第１のトランジスタにおいて一方の電流端子と他方の電流端子との間に生じる容量と、第２の伝送線路とによって形成される共振回路の共振周波数、及び、第２のトランジスタにおいて一方の電流端子と他方の電流端子との間に生じる容量と、第３の伝送線路とによって形成される共振回路の共振周波数は、所定の周波数帯域内に存在する。

本発明による可変減衰器によれば、トランジスタをオフ状態としているときの減衰量をより低下させることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る可変減衰器１の構成を示す回路図である。図２は、トランジスタの動作特性を示すグラフである。図３は、伝送線路１９ａ，１９ｂ，２９ａ及び２９ｂが設けられない場合の信号周波数と減衰量との関係の一例を示すグラフである。図４は、伝送線路１９ａ，１９ｂ，２９ａ及び２９ｂが設けられた本実施形態の信号周波数と減衰量との関係の一例を示すグラフである。

本発明の実施形態に係る可変減衰器の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る可変減衰器１の構成を示す回路図である。同図に示されるように、可変減衰器１は、ハイブリッドカプラ２，３と、入力端４ａと、出力端５ａと、伝送線路７，８と、それぞれ２以上のトランジスタ（例えばＦＥＴ）からなるトランジスタ群１１〜１４及び２１〜２４と、伝送線路１９ａ，１９ｂと、伝送線路２９ａ，２９ｂとを備える。

入力端４ａには、減衰対象である高周波（Radio Frequency：ＲＦ）信号が入力される。入力端４ａに入力される高周波信号の周波数は、下限周波数が１０ＧＨｚを超える所定の周波数帯域に含まれる。すなわち、この可変減衰器１は、そのような高い周波数帯域内の信号を対象とする。例えば、所定の周波数帯域の下限は１０ＧＨｚ〜４４ＧＨｚの範囲内であり、所定の周波数帯域の上限は１１ＧＨｚ〜４５ＧＨｚの範囲内である。一実施例では、所定の周波数帯域は通信衛星に用いられるＫバンドに含まれ、その下限は１８ＧＨｚであり、上限は２３ＧＨｚである。また、入力端４ａに入力される高周波信号の最大電力は、例えば０．０１Ｗ〜１０Ｗの範囲内である。

伝送線路７，８は、高周波信号を伝送する一対の第１の伝送線路である。伝送線路７，８は、入力端４ａと出力端５ａとを相互に接続する。伝送線路７，８の入力側の一端は、ハイブリッドカプラ２を介して入力端４ａと電気的に接続されており、伝送線路７，８の出力側の他端は、ハイブリッドカプラ３を介して出力端５ａと電気的に接続されている。これらの伝送線路７，８は、高周波の電磁波を伝送することができる、例えばマイクロストリップラインといった伝送線路である。伝送線路７は、複数（本実施形態では３つ）の伝送線路要素７ａ，７ｂ及び７ｃを含む。これらの伝送線路要素７ａ，７ｂ及び７ｃは、或る適切な長さを有し、互いに直列に接続されている。同様に、伝送線路８は、複数（本実施形態では３つ）の伝送線路要素８ａ，８ｂ及び８ｃを含む。これらの伝送線路要素８ａ，８ｂ及び８ｃは、或る適切な長さを有し、互いに直列に接続されている。

ハイブリッドカプラ２は、入力端４ａと一対の伝送線路７，８との間に接続された第１のハイブリッドカプラである。本実施形態のハイブリッドカプラ２は例えば９０°カプラである。ハイブリッドカプラ２は、入力端子２ａと、端子２ｂと、出力端子２ｃ，２ｄとを有する。入力端子２ａは、伝送線路を介して可変減衰器１の入力端４ａに接続されており、入力端４ａから高周波信号を受ける。端子２ｂは、伝送線路を介して端子４ｂに接続されている。端子４ｂは、例えば５０Ωといった適切な抵抗値を有する抵抗素子を介して基準電位に接続される。出力端子２ｃは、伝送線路７の入力側の一端に接続されている。出力端子２ｄは、伝送線路８の入力側の一端に接続されている。ハイブリッドカプラ２は、入力端子２ａに入力された高周波信号を、出力端子２ｃ，２ｄに分岐する。このときの分岐比は１：１であり、出力端子２ｃ，２ｄからはそれぞれ電力が１／２に減じられた高周波信号が出力される。また、出力端子２ｃ，２ｄから出力される高周波信号は、互いに９０°の位相差を有する。端子２ｂからは、伝送線路７，８において反射し出力端子２ｃ，２ｄに戻った電力が合成されて出力される。これにより、入力端子２ａから入力端４ａへ戻る反射電力を低減できる。

ハイブリッドカプラ３は、一対の伝送線路７，８と出力端５ａとの間に接続された第２のハイブリッドカプラである。本実施形態のハイブリッドカプラ３は、ハイブリッドカプラ２と同様に例えば９０°カプラである。ハイブリッドカプラ３は、入力端子３ａ，３ｂと、出力端子３ｃと、端子３ｄとを有する。入力端子３ａは、伝送線路７の出力側の他端に接続されている。入力端子３ｂは、伝送線路８の出力側の他端に接続されている。出力端子３ｃは、伝送線路を介して可変減衰器１の出力端５ａに接続されており、出力端５ａに向けて減衰後の高周波信号を出力する。端子３ｄは、伝送線路を介して端子５ｂに接続されている。端子５ｂは、例えば５０Ωといった適切な抵抗値を有する抵抗素子を介して基準電位に接続される。ハイブリッドカプラ３は、入力端子３ａ，３ｂから入力された高周波信号を合成して出力端子３ｃから出力する。このとき、入力端子３ａ，３ｂから入力される互いに９０°の位相差を有する高周波信号は、その位相差が解消された状態で合成される。

トランジスタ群１１〜１４は、伝送線路７と基準電位線３１との間において互いに並列に接続されている。トランジスタ群１１は、複数（本実施形態では３つ）のトランジスタ１１ａ，１１ｂ及び１１ｃからなる。トランジスタ１１ａ，１１ｂ及び１１ｃは、伝送線路７と基準電位線３１との間において互いに直列に接続されている。具体的には、トランジスタ１１ａの一方の電流端子（例えばドレイン）は伝送線路７と電気的に接続されており、トランジスタ１１ａの他方の電流端子（例えばソース）はトランジスタ１１ｂ，１１ｃを介して基準電位線３１と電気的に接続されている。トランジスタ１１ｂの一方の電流端子はトランジスタ１１ａを介して伝送線路７と電気的に接続されており、トランジスタ１１ｂの他方の電流端子はトランジスタ１１ｃを介して基準電位線３１と電気的に接続されている。トランジスタ１１ｃの一方の電流端子はトランジスタ１１ａ，１１ｂを介して伝送線路７と電気的に接続されており、トランジスタ１１ｃの他方の電流端子は基準電位線３１と電気的に接続されている。トランジスタ１１ａ〜１１ｃの各制御端子（ゲート）は、それぞれ伝送線路１５ａ〜１５ｃを介して共通の端子６と電気的に接続されている。端子６と各制御端子とを接続する信号線には高周波信号が漏洩しないため、伝送線路に代えて或いは伝送線路とともに、抵抗を採用することもできる。トランジスタ群１１と伝送線路７との接続点（ノード）は、ハイブリッドカプラ２の出力端子２ｃと伝送線路要素７ａとの間に位置する。

トランジスタ群１２は、複数のトランジスタ１２ａ，１２ｂからなる。トランジスタ群１３は、複数のトランジスタ１３ａ，１３ｂからなる。トランジスタ群１４は、複数のトランジスタ１４ａ，１４ｂからなる。本実施形態では、トランジスタ群１２〜１４を構成するトランジスタの個数はそれぞれ２つである。このように、トランジスタ群１２〜１４を構成するトランジスタの個数は、トランジスタ群１１を構成するトランジスタの個数よりも少ない。これは、初段に位置するトランジスタ群１１にはその後段に位置するトランジスタ群１２〜１４よりも大きな電力が印加されるからである。

トランジスタ群１４のトランジスタ１４ａ及び１４ｂは、伝送線路７と基準電位線３１との間において互いに直列に接続されている。具体的には、トランジスタ１４ａの一方の電流端子（例えばドレイン）は伝送線路７と電気的に接続されており、トランジスタ１４ａの他方の電流端子（例えばソース）はトランジスタ１４ｂを介して基準電位線３１と電気的に接続されている。トランジスタ１４ｂの一方の電流端子はトランジスタ１４ａを介して伝送線路７と電気的に接続されており、トランジスタ１４ｂの他方の電流端子は基準電位線３１と電気的に接続されている。トランジスタ１４ａ，１４ｂの各制御端子（ゲート）は、それぞれ伝送線路１８ａ，１８ｂを介して共通の端子６と電気的に接続されている。トランジスタ群１４と伝送線路７との接続点（ノード）は、伝送線路要素７ｃとハイブリッドカプラ３の入力端子３ａとの間に位置する。

トランジスタ群１２，１３は、トランジスタ群１４と同様の構成を有する。すなわち、トランジスタ群１２のトランジスタ１２ａ及び１２ｂは、伝送線路７と基準電位線３１との間において互いに直列に接続されている。トランジスタ１２ａ，１２ｂの各制御端子（ゲート）は、それぞれ伝送線路１６ａ，１６ｂを介して共通の端子６と電気的に接続されている。トランジスタ群１２と伝送線路７との接続点（ノード）は、伝送線路要素７ａと伝送線路要素７ｂとの間に位置する。また、トランジスタ群１３のトランジスタ１３ａ及び１３ｂは、伝送線路７と基準電位線３１との間において互いに直列に接続されている。トランジスタ１３ａ，１３ｂの各制御端子（ゲート）は、それぞれ伝送線路１７ａ，１７ｂを介して共通の端子６と電気的に接続されている。トランジスタ群１３と伝送線路７との接続点（ノード）は、伝送線路要素７ｂと伝送線路要素７ｃとの間に位置する。

上記の構成を換言すると、伝送線路要素７ａは、トランジスタ１１ａの一方の電流端子とトランジスタ１２ａの一方の電流端子との間に接続されている。伝送線路要素７ｂは、トランジスタ１２ａの一方の電流端子とトランジスタ１３ａの一方の電流端子との間に接続されている。伝送線路要素７ｃは、トランジスタ１３ａの一方の電流端子とトランジスタ１４ａの一方の電流端子との間に接続されている。

トランジスタ１１ａ〜１１ｃのゲート幅は、トランジスタ１２ａ，１２ｂのゲート幅と同じかそれよりも大きい。トランジスタ１２ａ，１２ｂのゲート幅は、トランジスタ１３ａ，１３ｂのゲート幅と同じかそれよりも大きい。トランジスタ１３ａ，１３ｂのゲート幅は、トランジスタ１４ａ，１４ｂのゲート幅と同じかそれよりも大きい。そして、トランジスタ１１ａ〜１１ｃのゲート幅は、トランジスタ１４ａ，１４ｂのゲート幅よりも大きい。一例では、トランジスタ１１ａ〜１１ｃ，１２ａ及び１２ｂのゲート幅はそれぞれ２００μｍであり、トランジスタ１３ａ，１３ｂ，１４ａ及び１４ｂのゲート幅はそれぞれ８００μｍである。

このようにトランジスタ群１３，１４のゲート幅がトランジスタ群１１，１２のゲート幅よりも大きいのは、下記の理由による。本実施形態では、トランジスタ群１１〜１４の各トランジスタの制御端子（ゲート）に対して端子６から共通のゲートバイアスが付与される。一実施例では、オン状態のゲート電圧とオフ状態のゲート電圧との中間値に相当する電圧がゲートバイアスとして設定される。オン状態のドレイン電流の１／２程度のドレイン電流が流れる条件下においてトランジスタの歪みが最も改善されるからである。すると、トランジスタがオン状態になったときにドレイン−ソース間抵抗Ｒｄｓが比較的大きな値で残ってしまう。トランジスタ群１３，１４のゲート幅を大きくすることにより、等価的にオン状態におけるドレイン−ソース間抵抗Ｒｄｓを低減することができる。

伝送線路１９ａ，１９ｂは、本実施形態における第２の伝送線路である。伝送線路１９ａ，１９ｂは、例えばマイクロストリップラインといった伝送線路からなり、前述した所定の周波数帯域においてインダクタとして機能する。伝送線路１９ａ，１９ｂのインダクタンスは、伝送線路１９ａ，１９ｂの幅および長さに依存する。

本実施形態の伝送線路１９ａは、トランジスタ群１１〜１４のうち入力端４ａに最も近い（換言すると、出力端５ａから最も離れた）トランジスタ群１１に設けられている。更に、伝送線路１９ａは、トランジスタ群１１を構成する複数のトランジスタ１１ａ〜１１ｃのうち伝送線路７に最も近いトランジスタ１１ａ（第１のトランジスタ）に設けられている。具体的には、伝送線路１９ａは、トランジスタ１１ａに対して並列に、トランジスタ１１ａの一方の電流端子（ドレイン）と他方の電流端子（ソース）との間に電気的に接続されている。伝送線路１９ａのインダクタンスは、トランジスタ１１ａにおいて一方の電流端子と他方の電流端子との間に生じる容量（ドレイン−ソース間容量Ｃｄｓ）と、伝送線路１９ａとによって形成される共振回路の共振周波数ω_ｒ１が、前述した所定の周波数帯域内に存在するように決定される。なお、共振周波数ω_ｒ１、ドレイン−ソース間容量Ｃｄｓ及び伝送線路１９ａのインダクタンスＬは、ω_ｒ１ ^２・Ｃｄｓ・Ｌ＝１の関係を満たす。

また、本実施形態の伝送線路１９ｂは、トランジスタ群１１〜１４のうち出力端５ａに最も近い（換言すると、入力端４ａから最も離れた）トランジスタ群１４に設けられている。更に、伝送線路１９ｂは、トランジスタ群１４を構成する複数のトランジスタ１４ａ，１４ｂのうち伝送線路７に最も近いトランジスタ１４ａ（第１のトランジスタ）に設けられている。具体的には、伝送線路１９ｂは、トランジスタ１４ａに対して並列に、トランジスタ１４ａの一方の電流端子（ドレイン）と他方の電流端子（ソース）との間に電気的に接続されている。伝送線路１９ｂのインダクタンスは、トランジスタ１４ａのドレイン−ソース間容量Ｃｄｓと、伝送線路１９ｂとによって形成される共振回路の共振周波数ω_ｒ２が、前述した所定の周波数帯域内に存在するように決定される。

なお、上記の共振周波数ω_ｒ１，ω_ｒ２は、前述した所定の周波数帯域内において上限周波数若しくはその近傍に設定されてもよい。例えば、所定の周波数帯域が１８ＧＨｚ〜２３ＧＨｚである場合、共振周波数ω_ｒ１，ω_ｒ２は２２．９ＧＨｚ付近に設定されてもよい。

トランジスタ群２１〜２４は、伝送線路８と基準電位線３１との間において互いに並列に接続されている。トランジスタ群２１は、複数（本実施形態では３つ）のトランジスタ２１ａ，２１ｂ及び２１ｃからなる。トランジスタ２１ａ，２１ｂ及び２１ｃは、伝送線路８と基準電位線３１との間において互いに直列に接続されている。具体的には、トランジスタ２１ａの一方の電流端子（例えばドレイン）は伝送線路８と電気的に接続されており、トランジスタ２１ａの他方の電流端子（例えばソース）はトランジスタ２１ｂ，２１ｃを介して基準電位線３１と電気的に接続されている。トランジスタ２１ｂの一方の電流端子はトランジスタ２１ａを介して伝送線路８と電気的に接続されており、トランジスタ２１ｂの他方の電流端子はトランジスタ２１ｃを介して基準電位線３１と電気的に接続されている。トランジスタ２１ｃの一方の電流端子はトランジスタ２１ａ，２１ｂを介して伝送線路８と電気的に接続されており、トランジスタ２１ｃの他方の電流端子は基準電位線３１と電気的に接続されている。トランジスタ２１ａ〜２１ｃの各制御端子（ゲート）は、それぞれ伝送線路２５ａ〜２５ｃを介して共通の端子６と電気的に接続されている。トランジスタ群２１と伝送線路８との接続点（ノード）は、ハイブリッドカプラ２の出力端子２ｄと伝送線路要素８ａとの間に位置する。

トランジスタ群２２は、複数のトランジスタ２２ａ，２２ｂからなる。トランジスタ群２３は、複数のトランジスタ２３ａ，２３ｂからなる。トランジスタ群２４は、複数のトランジスタ２４ａ，２４ｂからなる。本実施形態では、トランジスタ群２２〜２４を構成するトランジスタの個数はそれぞれ２つである。このように、トランジスタ群２２〜２４を構成するトランジスタの個数は、トランジスタ群２１を構成するトランジスタの個数よりも少ない。これは、前述したトランジスタ群１１〜１４と同様の理由による。

トランジスタ群２４のトランジスタ２４ａ及び２４ｂは、伝送線路８と基準電位線３１との間において互いに直列に接続されている。具体的には、トランジスタ２４ａの一方の電流端子（例えばドレイン）は伝送線路８と電気的に接続されており、トランジスタ２４ａの他方の電流端子（例えばソース）はトランジスタ２４ｂを介して基準電位線３１と電気的に接続されている。トランジスタ２４ｂの一方の電流端子はトランジスタ２４ａを介して伝送線路８と電気的に接続されており、トランジスタ２４ｂの他方の電流端子は基準電位線３１と電気的に接続されている。トランジスタ２４ａ，２４ｂの各制御端子（ゲート）は、それぞれ伝送線路２８ａ，２８ｂを介して共通の端子６と電気的に接続されている。トランジスタ群２４と伝送線路８との接続点（ノード）は、伝送線路要素８ｃとハイブリッドカプラ３の入力端子３ｂとの間に位置する。

トランジスタ群２２，２３は、トランジスタ群２４と同様の構成を有する。すなわち、トランジスタ群２２のトランジスタ２２ａ及び２２ｂは、伝送線路８と基準電位線３１との間において互いに直列に接続されている。トランジスタ２２ａ，２２ｂの各制御端子（ゲート）は、それぞれ伝送線路２６ａ，２６ｂを介して共通の端子６と電気的に接続されている。トランジスタ群２２と伝送線路８との接続点（ノード）は、伝送線路要素８ａと伝送線路要素８ｂとの間に位置する。また、トランジスタ群２３のトランジスタ２３ａ及び２３ｂは、伝送線路８と基準電位線３１との間において互いに直列に接続されている。トランジスタ２３ａ，２３ｂの各制御端子（ゲート）は、それぞれ伝送線路２７ａ，２７ｂを介して共通の端子６と電気的に接続されている。トランジスタ群２３と伝送線路８との接続点（ノード）は、伝送線路要素８ｂと伝送線路要素８ｃとの間に位置する。

上記の構成を換言すると、伝送線路要素８ａは、トランジスタ２１ａの一方の電流端子とトランジスタ２２ａの一方の電流端子との間に接続されている。伝送線路要素８ｂは、トランジスタ２２ａの一方の電流端子とトランジスタ２３ａの一方の電流端子との間に接続されている。伝送線路要素８ｃは、トランジスタ２３ａの一方の電流端子とトランジスタ２４ａの一方の電流端子との間に接続されている。

トランジスタ２１ａ〜２１ｃのゲート幅は、前述したトランジスタ１１ａ〜１１ｃのゲート幅と同じである。トランジスタ２２ａ，２２ｂのゲート幅は、トランジスタ１２ａ，１２ｂのゲート幅と同じである。トランジスタ２３ａ，２３ｂのゲート幅は、トランジスタ１３ａ，１３ｂのゲート幅と同じである。トランジスタ２４ａ，２４ｂのゲート幅は、トランジスタ１４ａ，１４ｂのゲート幅と同じである。

伝送線路２９ａ，２９ｂは、本実施形態における第３の伝送線路である。伝送線路２９ａ，２９ｂは、例えばマイクロストリップラインといった伝送線路からなり、前述した所定の周波数帯域においてインダクタとして機能する。伝送線路２９ａ，２９ｂのインダクタンスは、伝送線路２９ａ，２９ｂの幅および長さに依存する。

本実施形態の伝送線路２９ａは、トランジスタ群２１〜２４のうち入力端４ａに最も近い（換言すると、出力端５ａから最も離れた）トランジスタ群２１に設けられている。更に、伝送線路２９ａは、トランジスタ群２１を構成する複数のトランジスタ２１ａ〜２１ｃのうち伝送線路８に最も近いトランジスタ２１ａ（第２のトランジスタ）に設けられている。具体的には、伝送線路２９ａは、トランジスタ２１ａに対して並列に、トランジスタ２１ａの一方の電流端子（ドレイン）と他方の電流端子（ソース）との間に電気的に接続されている。伝送線路２９ａのインダクタンスは、トランジスタ２１ａのドレイン−ソース間容量Ｃｄｓと、伝送線路２９ａとによって形成される共振回路の共振周波数ω_ｒ３が、前述した所定の周波数帯域内に存在するように決定される。

また、本実施形態の伝送線路２９ｂは、トランジスタ群２１〜２４のうち出力端５ａに最も近い（換言すると、入力端４ａから最も離れた）トランジスタ群２４に設けられている。更に、伝送線路２９ｂは、トランジスタ群２４を構成する複数のトランジスタ２４ａ，２４ｂのうち伝送線路８に最も近いトランジスタ２４ａ（第２のトランジスタ）に設けられている。具体的には、伝送線路２９ｂは、トランジスタ２４ａに対して並列に、トランジスタ２４ａの一方の電流端子（ドレイン）と他方の電流端子（ソース）との間に電気的に接続されている。伝送線路２９ｂのインダクタンスは、トランジスタ２４ａのドレイン−ソース間容量Ｃｄｓと、伝送線路２９ｂとによって形成される共振回路の共振周波数ω_ｒ４が、前述した所定の周波数帯域内に存在するように決定される。

なお、上記の共振周波数ω_ｒ３，ω_ｒ４は、前述した共振周波数ω_ｒ１，ω_ｒ２と同様に、所定の周波数帯域内において上限周波数若しくはその近傍に設定されてもよい。例えば、所定の周波数帯域が２８ＧＨｚ〜２３ＧＨｚである場合、共振周波数ω_ｒ３，ω_ｒ４は２２．９ＧＨｚ付近に設定されてもよい。一実施例では、共振周波数ω_ｒ１〜ω_ｒ４は互いに等しい。

以上の構成を備える可変減衰器１においては、端子６に入力される制御電圧が或るレベルに設定されると、トランジスタ群１１〜１４，２１〜２４の全てのトランジスタがオフ状態となる。従って、入力端４ａから入力された高周波信号は比較的低い減衰量でもって出力端５ａに到達する。また、端子６に入力される制御電圧が別のレベルに設定されると、トランジスタ群１１〜１４，２１〜２４の全てのトランジスタがオン状態となる。従って、入力端４ａから入力された高周波信号の殆どはトランジスタ群１１〜１４，２１〜２４を介して基準電位線３１に流れ込み、出力端５ａに到達する高周波信号は僅かとなる。可変減衰器１においては、このようにして減衰量を可変とすることができる。

図２は、トランジスタの動作特性を示すグラフである。横軸はドレイン電圧を示し、縦軸はドレイン電流を示す。グラフＧ１１は、トランジスタ群１１〜１４，２１〜２４の各トランジスタをオン状態（すなわち減衰動作、ゲート−ソース間電圧Ｖｇｓ＝０Ｖ）としたときの動作特性を示す。グラフＧ１２は、トランジスタ群１１〜１４，２１〜２４の各トランジスタをオフ状態（すなわち非減衰動作、ゲート−ソース間電圧Ｖｇｓ＝−５Ｖ）としたときの動作特性を示す。図１の回路図から明らかなように、各トランジスタのドレインバイアスＶｄは０Ｖであり、各トランジスタはゲート電圧のみによって駆動される。従って、可変減衰器１の実際の減衰量は、オフ状態（グラフＧ１２）での∂Ｉｄ／∂Ｖｄ｜（Ｖｄ＝０）と、オン状態（グラフＧ１１）での∂Ｉｄ／∂Ｖｄ｜（Ｖｄ＝０）との差となる。なお、図中には、ドレインバイアスＶｄが０であるときのオン状態の動作特性の傾き（∂Ｉｄ／∂Ｖｄ）を表す直線Ｇ１３が示されている。

以上に説明した本実施形態の可変減衰器１によって得られる効果について説明する。図３は、伝送線路１９ａ，１９ｂ，２９ａ及び２９ｂが設けられない場合の信号周波数と減衰量との関係の一例を示すグラフである。同図において、横軸は信号周波数（単位：ＧＨｚ）を示し、縦軸は減衰量（単位：ｄＢ）を示す。また、グラフＧ２１は、トランジスタ群１１〜１４，２１〜２４の各トランジスタをオフ状態（すなわち非減衰動作、ゲート−ソース間電圧Ｖｇｓ＝−５Ｖ）としたときの減衰量を表し、グラフＧ２２は、トランジスタ群１１〜１４，２１〜２４の各トランジスタをオン状態（すなわち減衰動作、ゲート−ソース間電圧Ｖｇｓ＝０Ｖ）としたときの減衰量を表す。図中の帯域Ａは、減衰対象である高周波信号の周波数帯域が１８ＧＨｚ〜２３ＧＨｚである場合の、設計周波数帯域（１７．５ＧＨｚ〜２３．５ＧＨｚ）を示す。

グラフＧ２２に示されるように、減衰動作時には、設計周波数帯域Ａにおける減衰量は−３２ｄＢ〜−３６ｄＢとなり、−３０ｄＢを超える十分な減衰量が得られている。しかしながら、グラフＧ２１に示されるように、非減衰動作時においても、設計周波数帯域Ａにおける減衰量が−１．６ｄＢ〜−２．８ｄＢとなっており、理想である０ｄＢから大きく離れている。これは、トランジスタをオフ状態としてもそのドレイン−ソース間容量Ｃｄｓを介して高周波信号が漏洩し、信号の損失が発生することが原因であると考えられる。この現象は、非減衰動作時における伝送効率の低下に繋がる。

これに対し、本実施形態においては、トランジスタ群１１〜１４，２１〜２４を構成する複数のトランジスタのうち一部のトランジスタ１１ａ，１４ａ，２１ａ及び２４ａそれぞれに、対象の周波数帯域においてインダクタとして機能する伝送線路１９ａ，１９ｂ，２９ａ及び２９ｂそれぞれが設けられている。そして、トランジスタ１１ａ，１４ａ，２１ａ及び２４ａのドレイン−ソース間容量Ｃｄｓと伝送線路１９ａ，１９ｂ，２９ａ及び２９ｂとによって形成される共振回路の共振周波数ω_ｒ１〜ω_ｒ４が、当該周波数帯域内に存在する。共振周波数ω_ｒ１〜ω_ｒ４において当該共振回路は理論上無限大のインピーダンスを示す（但し、伝送線路１９ａ，１９ｂ，２９ａ及び２９ｂとトランジスタ１１ａ，１４ａ，２１ａ及び２４ａのドレイン−ソース間とに抵抗値が存在するので、インピーダンスは有限値となる）。また、共振周波数ω_ｒ１〜ω_ｒ４付近においてもインピーダンスが増大する。従って、対象の周波数帯域において、ドレイン−ソース間容量Ｃｄｓを介した高周波信号の漏洩を低減することができる。

図４は、伝送線路１９ａ，１９ｂ，２９ａ及び２９ｂが設けられた本実施形態の信号周波数と減衰量との関係の一例を示すグラフである。横軸は信号周波数（単位：ＧＨｚ）を示し、縦軸は減衰量（単位：ｄＢ）を示す。グラフＧ３１は非減衰動作時の減衰量を表し、グラフＧ３２は減衰動作時の減衰量を表す。なお、この例では、共振周波数ω_ｒ１〜ω_ｒ４が２９ＧＨｚとなるように伝送線路１９ａ，１９ｂ，２９ａ及び２９ｂの幅及び長さを設定した。すなわち、伝送線路１９ａ，２９ａの幅を１０μｍとし、長さを２２０μｍとした。また、伝送線路１９ｂ，２９ｂの幅を１０μｍとし、長さを３２０μｍとした。この場合、伝送線路１９ａ，２９ａのインダクタンスは等価的に０．１８ｎＨとなり、伝送線路１９ｂ，２９ｂのインダクタンスは等価的に０．２６ｎＨとなる。本実施形態では、トランジスタ１４ａ，２４ａのゲート幅がトランジスタ１１ａ，２１ａのゲート幅よりも大きいことから、トランジスタ１４ａ，２４ａのドレイン−ソース間容量Ｃｄｓはトランジスタ１１ａ，２１ａのドレイン−ソース間容量Ｃｄｓよりも大きくなる。故に、共振周波数ω_ｒ１〜ω_ｒ４を等しくする場合には、伝送線路１９ｂ，２９ｂのインダクタンスは伝送線路１９ａ，２９ａのインダクタンスよりも大きくなる。

グラフＧ３２に示されるように、本実施形態においても、減衰動作時には設計周波数帯域Ａにおける減衰量が−３２ｄＢ〜−３６ｄＢとなり、−３０ｄＢを超える十分な減衰量が得られる。加えて、グラフＧ３１に示されるように、非減衰動作時においては、設計周波数帯域Ａにおける減衰量が−１．６ｄＢ〜−２．１ｄＢとなっており、図３と比較して理想である０ｄＢに近づいている。このように、本実施形態によれば、伝送線路１９ａ，１９ｂ，２９ａ及び２９ｂを設けることによって、非減衰動作時における減衰量（信号損失）を低減し、伝送効率を向上することができる。

また、本実施形態のように、トランジスタ群１１〜１４，２１〜２４が、伝送線路７，８と基準電位線３１との間において互いに直列に接続された二以上のトランジスタをそれぞれ有してもよい。これにより、各トランジスタのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ、ゲート−ソース間電圧Ｖｇｓ、及びゲート−ドレイン間電圧Ｖｇｄを小さく抑えて、大電力の高周波信号の減衰を可能にできる。

また、インダクタとして機能する伝送線路は全てのトランジスタに設けられることで最大の効果を発揮できるが、回路の小型化を妨げるという問題もある。そこで、本実施形態のように、トランジスタ群１１，１４，２１及び２４において伝送線路７，８に最も近いトランジスタ１１ａ，１４ａ，２１ａ及び２４ａに伝送線路１９ａ，１９ｂ，２９ａ及び２９ｂを設けてもよい。伝送線路７，８に最も近いトランジスタは最も大きな電力を受けるので、高周波信号がより漏洩し易い。インダクタとして機能する伝送線路を該トランジスタに選択的に配置することによって、小さな回路構成でもって高周波信号の漏洩を効果的に低減することができる。

また、本実施形態のように、伝送線路１９ａ，２９ａは、入力端４ａに最も近い（初段の）トランジスタ群１１，２１に設けられてもよい。可変減衰器１を構成する配線基板において、入力端４ａに最も近いトランジスタ群１１，２１のドレインは、ハイブリッドカプラ２の出力端子２ｃ，２ｄに最も近く配置されることが多く、その場合、当該ドレインは出力端子２ｃ，２ｄに晒される（露出する）。これに対し、トランジスタ群１２，１３，２２及び２３のドレインとハイブリッドカプラ２との間には伝送線路が介在することが多く、これらのドレインは、伝送線路によって出力端子２ｃ，２ｄ及び入力端子３ａ，３ｂから或る程度マスクされる。従って、上記のように入力端４ａに最も近いトランジスタ群１１，２１に伝送線路１９ａ，２９ａを選択的に配置することによって、小さな回路構成でもって高周波信号の漏洩を効果的に低減することができる。

また、本実施形態のように、伝送線路１９ｂ，２９ｂは、出力端５ａに最も近い（終段の）トランジスタ群１４，２４に設けられてもよい。出力端５ａに最も近いトランジスタ群１４，２４のドレインとハイブリッドカプラ３の入力端子３ａ，３ｂとの間には、伝送線路が介在することが多い。しかしながら、終段のトランジスタ群１４，２４にはゲート幅が比較的大きいトランジスタが用いられるので、ドレイン−ソース間容量Ｃｄｓも大きくなり、高周波信号がより漏洩し易い。従って、伝送線路１９ｂ，２９ｂを終段のトランジスタ群１４，２４に選択的に配置することにより、小さな回路構成でもって高周波信号の漏洩を効果的に低減することができる。

なお、本実施形態では初段のトランジスタ群１１，２１と終段のトランジスタ群１４，２４との双方に伝送線路１９ａ，２９ａ，１９ｂ及び２９ｂが設けられているが、インダクタとして機能する伝送線路は、初段のトランジスタ群１１，２１と終段のトランジスタ群１４，２４とのいずれか一方にのみ設けられてもよい。また、各トランジスタ１１ａ〜１４ｂ、２１ａ〜２４ｂの制御端子と共通の端子６との間に接続されている伝送線路１５ａ〜１８ｂ、２５ａ〜２８ｂは、伝送線路７、８を流れる高周波信号が各トランジスタ１１ａ〜１４ｂ、２１ａ〜２４ｂのドレインから制御端子を経て共通の端子６に漏洩することを防ぐ。この伝送線路１５ａ〜１８ｂ、２５ａ〜２８ｂには大きな電流が流れないので、伝送線路１５ａ〜１８ｂ、２５ａ〜２８ｂに代えて抵抗が設けられてもよい。

本発明による可変減衰器は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、トランジスタ群１１〜１４，２１〜２４が伝送線路７，８と基準電位線３１との間において互いに直列に接続された二以上のトランジスタをそれぞれ有しているが、各トランジスタ群１１〜１４，２１〜２４は単一のトランジスタによって構成されてもよい。また、上記実施形態では、トランジスタ群１１，１４，２１及び２４において伝送線路７，８に最も近いトランジスタ１１ａ，１４ａ，２１ａ及び２４ａに伝送線路１９ａ，１９ｂ，２９ａ及び２９ｂが設けられているが、本発明における第２及び第３の伝送線路は、第１の伝送線路から離れたトランジスタに設けられてもよく、各トランジスタ群を構成する全てのトランジスタに設けられてもよい。また、上記実施形態では、伝送線路１９ａ，１９ｂ，２９ａ及び２９ｂが、入力端４ａに最も近いトランジスタ群１１，２１、及び出力端５ａに最も近いトランジスタ群１４，２４にのみ設けられているが、本発明における第２及び第３の伝送線路は、他のトランジスタ群１２，１３，２２及び２３のうち少なくとも１つに設けられてもよい。

１…可変減衰器、２，３…ハイブリッドカプラ、２ａ…入力端子、２ｂ…端子、２ｃ，２ｄ…出力端子、３ａ，３ｂ…入力端子、３ｃ…出力端子、３ｄ…端子、４ａ…入力端、４ｂ…端子、５ａ…出力端、５ｂ…端子、６…端子、７，８…伝送線路、７ａ〜７ｃ…伝送線路要素、８ａ〜８ｃ…伝送線路要素、１１〜１４，２１〜２４…トランジスタ群、１１ａ〜１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，２１ａ〜２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ…トランジスタ、１５ａ〜１５ｃ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ，２５ａ〜２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂ…伝送線路、３１…基準電位線、Ａ…設計周波数帯域。

Claims

下限周波数が１０ＧＨｚを超える所定の周波数帯域内の信号を対象とする可変減衰器であって、
入力端と出力端とを相互に接続する第１の伝送線路と、
一方の電流端子が前記第１の伝送線路と電気的に接続され、他方の電流端子が基準電位線と電気的に接続されたトランジスタと、
前記トランジスタの前記一方の電流端子と前記他方の電流端子との間に電気的に接続され、前記所定の周波数帯域においてインダクタとして機能する第２の伝送線路と、
を備え、
前記トランジスタにおいて前記一方の電流端子と前記他方の電流端子との間に生じる容量と、前記第２の伝送線路とによって形成される共振回路の共振周波数が前記所定の周波数帯域内に存在する、可変減衰器。
前記第１の伝送線路と前記基準電位線との間に直列に接続された複数のトランジスタからなるトランジスタ群を備え、
前記第２の伝送線路が設けられた前記トランジスタは、前記複数のトランジスタのうち前記第１の伝送線路に最も近いトランジスタである、請求項１に記載の可変減衰器。
下限周波数が１０ＧＨｚを超える所定の周波数帯域内の信号を対象とする可変減衰器であって、
入力端と出力端とを相互に接続する第１の伝送線路と、
各一方の電流端子が前記第１の伝送線路と電気的に接続され、各他方の電流端子が基準電位線と電気的に接続され、前記第１の伝送線路と前記基準電位線との間において互いに並列に接続された複数のトランジスタと、
前記入力端に最も近い前記トランジスタ及び前記出力端に最も近い前記トランジスタのうち少なくとも一方のトランジスタの前記一方の電流端子と前記他方の電流端子との間に電気的に接続され、前記所定の周波数帯域においてインダクタとして機能する第２の伝送線路と、
を備え、
前記少なくとも一方のトランジスタにおいて前記一方の電流端子と前記他方の電流端子との間に生じる容量と、当該トランジスタに対応する前記第２の伝送線路とによって形成される共振回路の共振周波数が前記所定の周波数帯域内に存在する、可変減衰器。
前記第２の伝送線路が、前記入力端に最も近い前記トランジスタ及び前記出力端に最も近い前記トランジスタの双方に設けられている、請求項３に記載の可変減衰器。
前記第１の伝送線路は、互いに直列に接続された複数の伝送線路要素を含み、
各伝送線路要素は、前記複数のトランジスタの各一方の電流端子間に接続されている、請求項３または４に記載の可変減衰器。
下限周波数が１０ＧＨｚを超える所定の周波数帯域内の信号を対象とする可変減衰器であって、
入力端と出力端とを相互に接続する一対の第１の伝送線路と、
一方の電流端子が一方の前記第１の伝送線路と電気的に接続され、他方の電流端子が基準電位線と電気的に接続された第１のトランジスタと、
一方の電流端子が他方の前記第１の伝送線路と電気的に接続され、他方の電流端子が前記基準電位線と電気的に接続された第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタの前記一方の電流端子と前記他方の電流端子との間に電気的に接続され、前記所定の周波数帯域においてインダクタとして機能する第２の伝送線路と、
前記第２のトランジスタの前記一方の電流端子と前記他方の電流端子との間に電気的に接続され、前記所定の周波数帯域においてインダクタとして機能する第３の伝送線路と、
前記入力端と前記一対の第１の伝送線路との間に接続された第１のハイブリッドカプラと、
前記一対の第１の伝送線路と前記出力端との間に接続された第２のハイブリッドカプラと、
を備え、
前記第１のトランジスタにおいて前記一方の電流端子と前記他方の電流端子との間に生じる容量と、前記第２の伝送線路とによって形成される共振回路の共振周波数、及び、前記第２のトランジスタにおいて前記一方の電流端子と前記他方の電流端子との間に生じる容量と、前記第３の伝送線路とによって形成される共振回路の共振周波数が、前記所定の周波数帯域内に存在する、可変減衰器。