JP3356130B2 - 移相器 - Google Patents
移相器Info
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- JP3356130B2 JP3356130B2 JP25691199A JP25691199A JP3356130B2 JP 3356130 B2 JP3356130 B2 JP 3356130B2 JP 25691199 A JP25691199 A JP 25691199A JP 25691199 A JP25691199 A JP 25691199A JP 3356130 B2 JP3356130 B2 JP 3356130B2
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- phase shifter
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、移相器に関し、特
にマイクロ波帯、ミリ波帯におけるディジタル移相器に
関するものであり、例えばフェーズドアレイアンテナの
位相制御素子として使用するのに適した移相器に関す
る。
にマイクロ波帯、ミリ波帯におけるディジタル移相器に
関するものであり、例えばフェーズドアレイアンテナの
位相制御素子として使用するのに適した移相器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】通常、フェーズドアレイアンテナに用い
るディジタル移相器は、図１２のように位相差が１８０
゜，９０゜，４５゜，２２．５゜，…と複数の移相器を
それぞれ縦続接続することにより、複数ビットの移相器
を構成して所望の位相を実現していた。
るディジタル移相器は、図１２のように位相差が１８０
゜，９０゜，４５゜，２２．５゜，…と複数の移相器を
それぞれ縦続接続することにより、複数ビットの移相器
を構成して所望の位相を実現していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の移相器では、各ビットの移相器間に互いに干
渉しない程度の空間が必要となり、移相器全体が大きく
なってしまうという課題があった。本発明は、このよう
な課題を解決するためのものであり、従来よりも小型の
移相器を提供することを目的とする。
うな従来の移相器では、各ビットの移相器間に互いに干
渉しない程度の空間が必要となり、移相器全体が大きく
なってしまうという課題があった。本発明は、このよう
な課題を解決するためのものであり、従来よりも小型の
移相器を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係る移相器は、高周波信号をデジタ
ル的に移相する移相器において、（ａ）第１の伝送線路
（２）と、この第１の伝送線路の一端に接続された第１
の可変長伝送線路（４，７）と、上記第１の伝送線路の
他端に接続された第２の可変長伝送線路（６，８）とを
備え、上記第１および第２の可変長伝送線路は同時に同
じ線路長に切り替えられる構成を有し、上記第１の伝送
線路の両端で上記第１および第２の可変長伝送線路の線
路長を切り換えることにより移相量を調整する第１の移
相手段と、（ｂ）上記第１の可変長伝送線路と、上記第
２の可変長伝送線路と、上記第１の可変長伝送線路と上
記第２の可変長伝送線路との間に接続された第２の伝送
線路（５）とを備え、上記第２の伝送線路の両端で上記
第１および第２の可変長伝送線路の線路長を切り換える
ことにより移相量を調整する第２の移相手段と、（ｃ）
上記第１の移相手段と上記第２の移相手段とを切り換え
る切り換え手段（ＳＷａ〜ＳＷｄ）とを備えたものであ
る。
るために、本発明に係る移相器は、高周波信号をデジタ
ル的に移相する移相器において、（ａ）第１の伝送線路
（２）と、この第１の伝送線路の一端に接続された第１
の可変長伝送線路（４，７）と、上記第１の伝送線路の
他端に接続された第２の可変長伝送線路（６，８）とを
備え、上記第１および第２の可変長伝送線路は同時に同
じ線路長に切り替えられる構成を有し、上記第１の伝送
線路の両端で上記第１および第２の可変長伝送線路の線
路長を切り換えることにより移相量を調整する第１の移
相手段と、（ｂ）上記第１の可変長伝送線路と、上記第
２の可変長伝送線路と、上記第１の可変長伝送線路と上
記第２の可変長伝送線路との間に接続された第２の伝送
線路（５）とを備え、上記第２の伝送線路の両端で上記
第１および第２の可変長伝送線路の線路長を切り換える
ことにより移相量を調整する第２の移相手段と、（ｃ）
上記第１の移相手段と上記第２の移相手段とを切り換え
る切り換え手段（ＳＷａ〜ＳＷｄ）とを備えたものであ
る。
【０００５】一方、本発明はその他の態様として以下に
示す構成も含む。すなわち、上記第１の可変長伝送線路
は、第３の伝送線路と先端が開放された第４の伝送線路
と、それらの間に接続された第１のスイッチとで構成さ
れ、上記第２の可変長伝送線路は、第５の伝送線路と先
端が開放された第６の伝送線路と、それらの間に接続さ
れた第２のスイッチとで構成されていてもよい。また、
上記第１の可変長伝送線路は、第３の伝送線路と先端が
開放された第４の伝送線路と、それらの間に接続されか
つ一端が接地された第１のスイッチとで構成され、上記
第２の可変長伝送線路は、第５の伝送線路と先端が開放
された第６の伝送線路と、それらの間に接続されかつ一
端が接地された第２のスイッチとで構成されていてもよ
い。
示す構成も含む。すなわち、上記第１の可変長伝送線路
は、第３の伝送線路と先端が開放された第４の伝送線路
と、それらの間に接続された第１のスイッチとで構成さ
れ、上記第２の可変長伝送線路は、第５の伝送線路と先
端が開放された第６の伝送線路と、それらの間に接続さ
れた第２のスイッチとで構成されていてもよい。また、
上記第１の可変長伝送線路は、第３の伝送線路と先端が
開放された第４の伝送線路と、それらの間に接続されか
つ一端が接地された第１のスイッチとで構成され、上記
第２の可変長伝送線路は、第５の伝送線路と先端が開放
された第６の伝送線路と、それらの間に接続されかつ一
端が接地された第２のスイッチとで構成されていてもよ
い。
【０００６】また、上記第１の可変長伝送線路は、先端
が接地された第７の伝送線路と、この第７の伝送線路の
間に接続された第１のスイッチとで構成され、上記第２
の可変長伝送線路は、先端が接地された第８の伝送線路
と、この第８の伝送線路の間に接続された第２のスイッ
チとで構成されていてもよい。また、上記第１の可変長
伝送線路は、先端が接地された第７の伝送線路と、この
第７の伝送線路の間に接続されかつ一端が接地された第
１のスイッチとで構成され、上記第２の可変長伝送線路
は、先端が接地された第８の伝送線路と、この第８の伝
送線路の間に接続されかつ一端が接地された第２のスイ
ッチとで構成されていてもよい。
が接地された第７の伝送線路と、この第７の伝送線路の
間に接続された第１のスイッチとで構成され、上記第２
の可変長伝送線路は、先端が接地された第８の伝送線路
と、この第８の伝送線路の間に接続された第２のスイッ
チとで構成されていてもよい。また、上記第１の可変長
伝送線路は、先端が接地された第７の伝送線路と、この
第７の伝送線路の間に接続されかつ一端が接地された第
１のスイッチとで構成され、上記第２の可変長伝送線路
は、先端が接地された第８の伝送線路と、この第８の伝
送線路の間に接続されかつ一端が接地された第２のスイ
ッチとで構成されていてもよい。
【０００７】また、上記第１の伝送線路の一端に接続さ
れた信号入出力用の第９の伝送線路（１）と、上記第１
の伝送線路の他端に接続された信号入出力用の第１０の
伝送線路（３）とをさらに備えたものでもよい。また、
上記第１および第２の可変長伝送線路の電気長は、上記
第１および第２のスイッチがオフのときに−α／２＋ｎ
1 ×１８０°、上記第１および第２のスイッチがオンの
ときにα／２＋ｎ2 ×１８０°（α＝２ｔａｎ-1｛ＺS
／Ｚ0ｔａｎ（Δφ／２）｝であり、ＺS は上記第１お
よび第２の可変長伝送線路の特性インピーダンス、Ｚ0
は第９および第１０の伝送線路の特性インピーダンス、
Δφは移相量、ｎ1 は１以上の整数、ｎ2 は０以上の整
数）であってもよい。また、上記第１および第２の伝送
線路の電気長は、９０°であってもよい。
れた信号入出力用の第９の伝送線路（１）と、上記第１
の伝送線路の他端に接続された信号入出力用の第１０の
伝送線路（３）とをさらに備えたものでもよい。また、
上記第１および第２の可変長伝送線路の電気長は、上記
第１および第２のスイッチがオフのときに−α／２＋ｎ
1 ×１８０°、上記第１および第２のスイッチがオンの
ときにα／２＋ｎ2 ×１８０°（α＝２ｔａｎ-1｛ＺS
／Ｚ0ｔａｎ（Δφ／２）｝であり、ＺS は上記第１お
よび第２の可変長伝送線路の特性インピーダンス、Ｚ0
は第９および第１０の伝送線路の特性インピーダンス、
Δφは移相量、ｎ1 は１以上の整数、ｎ2 は０以上の整
数）であってもよい。また、上記第１および第２の伝送
線路の電気長は、９０°であってもよい。
【０００８】また、上記切り換え手段は、上記第１の伝
送線路の両端に接続された第３および第４のスイッチ
と、上記第２の伝送線路の両端に接続された第５および
第６のスイッチとで構成され、上記第３、第４、第５お
よび第６のスイッチを連動して切り換えることにより、
上記第１または第２の伝送線路を選択的に上記第１およ
び第２の可変長伝送線路に接続する手段であってもよ
い。また、上記伝送線路は、マイクロストリップライ
ン、スロットライン、コプレーナーラインまたは同軸線
路の何れかであってもよい。さらに、上記スイッチは、
ＰＩＮダイオード、ＦＥＴまたはマイクロマシンスイッ
チの何れかであってもよい。
送線路の両端に接続された第３および第４のスイッチ
と、上記第２の伝送線路の両端に接続された第５および
第６のスイッチとで構成され、上記第３、第４、第５お
よび第６のスイッチを連動して切り換えることにより、
上記第１または第２の伝送線路を選択的に上記第１およ
び第２の可変長伝送線路に接続する手段であってもよ
い。また、上記伝送線路は、マイクロストリップライ
ン、スロットライン、コプレーナーラインまたは同軸線
路の何れかであってもよい。さらに、上記スイッチは、
ＰＩＮダイオード、ＦＥＴまたはマイクロマシンスイッ
チの何れかであってもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一つの実施の形態
について図を用いて説明する。図１は、本発明の一つの
実施の形態を示す平面図である。なお、同図における長
さの単位は、電気的位相長（例：１８０゜が１／２波長
に相当）で表している。同図に示すように、本実施の形
態に係る移相器は、伝送線路１〜８と、各伝送線路を接
続するスイッチＳＷａ〜ＳＷｆとで構成される。高周波
の入力信号９は、所望の位相シフトが行われてから出力
信号１０として出力される。また、本実施の形態では、
スイッチＳＷａとＳＷｂがオンで、スイッチＳＷｃとＳ
Ｗｄがオフの状態（これを「状態Ｉ」と呼ぶことにす
る）と、スイッチＳＷａとＳＷｂがオフで、スイッチＳ
ＷｃとＳＷａがオンの状態（これを「状態ＩＩ」と呼ぶ
ことにする）の二つの状態が存在する。状態Ｉでは信号
の経路が、線路１、線路２および線路３により形成さ
れ、これに線路４、線路７およびスイッチＳＷｅで形成
されるスタブと、線路６、線路８およびスイッチＳＷｆ
で形成されるスタブが装荷された形態となる。この状態
を表したものが図２（ａ）である。一方、状態ＩＩでは
信号の経路が、線路１、線路４の一部、線路５、線路６
の一部および線路３により形成され、これに線路４の他
部、線路７およびスイッチＳＷｅで形成されるスタブ
と、線路６の他部、線路８およびスイッチＳＷｆで形成
されるスタブが装荷された形態となる。この状態を表し
たものが図２（ｂ）である。さらに状態Ｉでは、ＳＷｅ
とＳＷｆが共にオフの時と、共にオンの時の二つの状態
が存在する。このときの移相量をそれぞれΦ 11 およびΦ
12 とする。また状態ＩＩでも、スイッチＳＷｅとＳＷｆ
が共にオフの時と、共にオンの時の二つの状態が存在す
る。このときの移相量をそれぞれΦ 21 およびΦ 22 とす
る。したがって、この移相器では合計４つの状態が存在
する。
について図を用いて説明する。図１は、本発明の一つの
実施の形態を示す平面図である。なお、同図における長
さの単位は、電気的位相長（例：１８０゜が１／２波長
に相当）で表している。同図に示すように、本実施の形
態に係る移相器は、伝送線路１〜８と、各伝送線路を接
続するスイッチＳＷａ〜ＳＷｆとで構成される。高周波
の入力信号９は、所望の位相シフトが行われてから出力
信号１０として出力される。また、本実施の形態では、
スイッチＳＷａとＳＷｂがオンで、スイッチＳＷｃとＳ
Ｗｄがオフの状態（これを「状態Ｉ」と呼ぶことにす
る）と、スイッチＳＷａとＳＷｂがオフで、スイッチＳ
ＷｃとＳＷａがオンの状態（これを「状態ＩＩ」と呼ぶ
ことにする）の二つの状態が存在する。状態Ｉでは信号
の経路が、線路１、線路２および線路３により形成さ
れ、これに線路４、線路７およびスイッチＳＷｅで形成
されるスタブと、線路６、線路８およびスイッチＳＷｆ
で形成されるスタブが装荷された形態となる。この状態
を表したものが図２（ａ）である。一方、状態ＩＩでは
信号の経路が、線路１、線路４の一部、線路５、線路６
の一部および線路３により形成され、これに線路４の他
部、線路７およびスイッチＳＷｅで形成されるスタブ
と、線路６の他部、線路８およびスイッチＳＷｆで形成
されるスタブが装荷された形態となる。この状態を表し
たものが図２（ｂ）である。さらに状態Ｉでは、ＳＷｅ
とＳＷｆが共にオフの時と、共にオンの時の二つの状態
が存在する。このときの移相量をそれぞれΦ 11 およびΦ
12 とする。また状態ＩＩでも、スイッチＳＷｅとＳＷｆ
が共にオフの時と、共にオンの時の二つの状態が存在す
る。このときの移相量をそれぞれΦ 21 およびΦ 22 とす
る。したがって、この移相器では合計４つの状態が存在
する。
【００１０】本実施の形態に係る移相器は、後に説明す
るようにΦ 11 とΦ 21 、またはΦ 12 とΦ 22 との比較では９
０°の移相差が生じ、９０°の移相器として動作する。
また、Φ 11 とΦ 12 、またはΦ 21 とΦ 22 との比較では任意
角αの移相差が生じ、αの移相器として動作する。した
がって９０°とαの２つの独立した移相器として動作す
る。そのため、本実施の形態は、従来の２つの移相器を
縦続接続した場合と比べ、基板専有面積を小型化するこ
とができ、その場合の基板専有面積は１ビットの線路装
荷型移相器と同程度である。また、使用するスイツチ数
は、従来のものと同数で実現できる。α＝２２．５°と
した時、本発明を用いた４ビット移相器の構成は、図３
に示すようになる。
るようにΦ 11 とΦ 21 、またはΦ 12 とΦ 22 との比較では９
０°の移相差が生じ、９０°の移相器として動作する。
また、Φ 11 とΦ 12 、またはΦ 21 とΦ 22 との比較では任意
角αの移相差が生じ、αの移相器として動作する。した
がって９０°とαの２つの独立した移相器として動作す
る。そのため、本実施の形態は、従来の２つの移相器を
縦続接続した場合と比べ、基板専有面積を小型化するこ
とができ、その場合の基板専有面積は１ビットの線路装
荷型移相器と同程度である。また、使用するスイツチ数
は、従来のものと同数で実現できる。α＝２２．５°と
した時、本発明を用いた４ビット移相器の構成は、図３
に示すようになる。
【００１１】
【実施例】次に、図１を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。上述のとおり、本実施例に係る移相器
は、伝送線路１〜８およびそのスイッチＳＷａ〜ＳＷｆ
から構成される。伝送線路としては、マイクロストリッ
プライン、スロットライン、コプレーナーラインまたは
同軸線路等を用いることができ、ここではマイクロスト
リップラインを用いた場合について説明する。また、マ
イクロストリップラインのスイッチとしては、ＰＩＮダ
イオード、ＦＥＴ、マイクロマシンスイッチ等の素子が
利用できる。スイッチＳＷｅ，ＳＷｆを共にオン／オフ
させた時の移相量ΔΦは０゜から９０゜まで任意に設定
できるが、ここではΔφ＝２２．５゜として説明する。
いて説明する。上述のとおり、本実施例に係る移相器
は、伝送線路１〜８およびそのスイッチＳＷａ〜ＳＷｆ
から構成される。伝送線路としては、マイクロストリッ
プライン、スロットライン、コプレーナーラインまたは
同軸線路等を用いることができ、ここではマイクロスト
リップラインを用いた場合について説明する。また、マ
イクロストリップラインのスイッチとしては、ＰＩＮダ
イオード、ＦＥＴ、マイクロマシンスイッチ等の素子が
利用できる。スイッチＳＷｅ，ＳＷｆを共にオン／オフ
させた時の移相量ΔΦは０゜から９０゜まで任意に設定
できるが、ここではΔφ＝２２．５゜として説明する。
【００１２】スイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃ，ＳＷｄ
は連動しており、（ＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃ，ＳＷｄ）
＝（オン，オン，オフ，オフ）が状態Ｉ、（ＳＷａ，Ｓ
Ｗｂ，ＳＷｃ，ＳＷｄ）＝（オフ，オフ，オン，オン）
が状態ＩＩである（図２）。これにより９０°の移相差
を実現する。
は連動しており、（ＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃ，ＳＷｄ）
＝（オン，オン，オフ，オフ）が状態Ｉ、（ＳＷａ，Ｓ
Ｗｂ，ＳＷｃ，ＳＷｄ）＝（オフ，オフ，オン，オン）
が状態ＩＩである（図２）。これにより９０°の移相差
を実現する。
【００１３】また、スイッチＳＷｅ，ＳＷｆも連動して
おり、（ＳＷｅ，ＳＷｆ）＝（オン，オン）が「オン」
の状態、（ＳＷｅ，ＳＷｆ）＝（オフ，オフ）が「オ
フ」の状態である。これにより２２．５゜の移相差を実
現する。スイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃ，ＳＷｄとス
イッチＳＷｅ，ＳＷｆとは互いに独立に動作させること
ができるので、本発明の移相器は９０゜と２２．５゜の
独立の２ビット移相器として動作する。
おり、（ＳＷｅ，ＳＷｆ）＝（オン，オン）が「オン」
の状態、（ＳＷｅ，ＳＷｆ）＝（オフ，オフ）が「オ
フ」の状態である。これにより２２．５゜の移相差を実
現する。スイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃ，ＳＷｄとス
イッチＳＷｅ，ＳＷｆとは互いに独立に動作させること
ができるので、本発明の移相器は９０゜と２２．５゜の
独立の２ビット移相器として動作する。
【００１４】［本実施例の動作］ ・通常の線路装荷型移相器について 以下、線路装荷型移相器の切換リアクタンスをオープン
・スタブで構成した場合における、本実施例の動作につ
いて説明する。また、説明を簡略化するため、切換リア
クタンスの絶対値が互いに等しい場合、すなわちリアク
タンスがスイッチＳＷｅ，ＳＷｆにより＋Ｘ，−Ｘと切
り換えられる場合について説明する。
・スタブで構成した場合における、本実施例の動作につ
いて説明する。また、説明を簡略化するため、切換リア
クタンスの絶対値が互いに等しい場合、すなわちリアク
タンスがスイッチＳＷｅ，ＳＷｆにより＋Ｘ，−Ｘと切
り換えられる場合について説明する。
【００１５】ここで、図４に示す等価回路で、移相量Δ
φの移相器を実現するためには、以下の式（１）、（２
ａ）および（２ｂ）を満たす必要がある。なお、添字の
「１」，「２」はオープン・スタブの切換状態を示し、
スイッチでＸ1，Ｘ2を切り換える。 Ｚc ＝ Ｚ0 ｃｏｓ（Δφ／２） （１） Ｘ1 ＝ Ｚ0 ｃｏｔ（Δφ／２） （２ａ） Ｘ2 ＝ Ｚ0 ｃｏｔ（−Δφ／２） （２ｂ）
φの移相器を実現するためには、以下の式（１）、（２
ａ）および（２ｂ）を満たす必要がある。なお、添字の
「１」，「２」はオープン・スタブの切換状態を示し、
スイッチでＸ1，Ｘ2を切り換える。 Ｚc ＝ Ｚ0 ｃｏｓ（Δφ／２） （１） Ｘ1 ＝ Ｚ0 ｃｏｔ（Δφ／２） （２ａ） Ｘ2 ＝ Ｚ0 ｃｏｔ（−Δφ／２） （２ｂ）
【００１６】また、図５のような先端オープンのスタブ
によるリアクタンスＸは、式（３）で表される。 Ｘ ＝ −Ｚs ｃｏｔ（θ） （３） オープン・スタブを用いて、移相量Δφの線路装荷型移
相器を実現するためのオープン・スタブ長θ1，θ2［ｄ
ｅｇ］は、上式（２ａ）、（２ｂ）および（３）より、 Ｚ0 ｃｏｔ（＋Δφ／２） ＝ − Ｚs ｃｏｔ（θ1） Ｚ0 ｃｏｔ（−Δφ／２） ＝ − Ｚs ｃｏｔ（θ2） を満たすようにスタブ長θ1，θ2を決定すればよく、以
下のように表される。ただし、ここではスタブ長を電気
的位相長で表す。
によるリアクタンスＸは、式（３）で表される。 Ｘ ＝ −Ｚs ｃｏｔ（θ） （３） オープン・スタブを用いて、移相量Δφの線路装荷型移
相器を実現するためのオープン・スタブ長θ1，θ2［ｄ
ｅｇ］は、上式（２ａ）、（２ｂ）および（３）より、 Ｚ0 ｃｏｔ（＋Δφ／２） ＝ − Ｚs ｃｏｔ（θ1） Ｚ0 ｃｏｔ（−Δφ／２） ＝ − Ｚs ｃｏｔ（θ2） を満たすようにスタブ長θ1，θ2を決定すればよく、以
下のように表される。ただし、ここではスタブ長を電気
的位相長で表す。
【００１７】 θ1 ＝ −α／２＋ｎ1×１８０゜ （ｎ1＝１，２，３，…） θ2 ＝ ＋α／２＋ｎ2×１８０゜ （ｎ2＝０，１，２，…） α ＝ ２ｔａｎ-1（Ｚs／Ｚ0 ｔａｎ（Δφ／２）） （４）
【００１８】このときの各状態の通過位相Φは、 Φ1 ＝ −９０゜−Δφ／２ Φ2 ＝ −９０゜＋Δφ／２ であり、移相量ΔΦは、 ΔΦ＝Φ2 − Φ1＝Δφ と表せる。
【００１９】この一例として、図６のような移相器の移
相量について説明する。図６の移相器は特性インピーダ
ンスＺ0 で、スタブ長が θ1 ＝ −α／２＋１８０゜ θ2 ＝ ＋α／２＋１８０゜ であるスタブを用いている。
相量について説明する。図６の移相器は特性インピーダ
ンスＺ0 で、スタブ長が θ1 ＝ −α／２＋１８０゜ θ2 ＝ ＋α／２＋１８０゜ であるスタブを用いている。
【００２０】この移相器の通過位相Φは、 Φ1 ＝ −９０゜−β／２ Φ2 ＝ −９０゜＋β／２ である。
【００２１】ただし、β ＝ ２ｔａｎ-1（Ｚ0／Ｚs
ｔａｎ（α／２））である。Ｚs＝Ｚ0より、β＝αなの
で、上式は、 Φ1 ＝ −９０゜−α／２ Φ2 ＝ −９０゜＋α／２ となる。したがって、移相量ΔΦは、 ΔΦ＝Φ2 − Φ1＝α であるから、移相量αの移相器として動作することがわ
かる。
ｔａｎ（α／２））である。Ｚs＝Ｚ0より、β＝αなの
で、上式は、 Φ1 ＝ −９０゜−α／２ Φ2 ＝ −９０゜＋α／２ となる。したがって、移相量ΔΦは、 ΔΦ＝Φ2 − Φ1＝α であるから、移相量αの移相器として動作することがわ
かる。
【００２２】同様に、図７の移相器は特性インピーダン
スＺ0 、長さが θ1 ＝ −α／２＋９０゜＝ ＋（１８０゜−α）／２ θ2 ＝ ＋α／２＋９０゜＝ −（１８０゜−α）／２
＋１８０゜ であるスタブを用いている。
スＺ0 、長さが θ1 ＝ −α／２＋９０゜＝ ＋（１８０゜−α）／２ θ2 ＝ ＋α／２＋９０゜＝ −（１８０゜−α）／２
＋１８０゜ であるスタブを用いている。
【００２３】この移相器の通過位相Φは、 Φ1 ＝ −９０゜−β／２ Φ2 ＝ −９０゜＋β／２ である。
【００２４】ただし、β ＝ ２ｔａｎ-1（Ｚ0／Ｚs
ｔａｎ（−（１８０゜−α）／２））である。Ｚs＝Ｚ0
より、β ＝ −（１８０゜−α）なので、上式は、 Φ1 ＝ −α／２ Φ2 ＝ −１８０゜＋α／２ となり、移相量ΔΦは、 ΔΦ＝ Φ2 ― Φ1＝ −（１８０゜−α） であるから、移相量１８０゜−αの移相器として動作す
ることがわかる。
ｔａｎ（−（１８０゜−α）／２））である。Ｚs＝Ｚ0
より、β ＝ −（１８０゜−α）なので、上式は、 Φ1 ＝ −α／２ Φ2 ＝ −１８０゜＋α／２ となり、移相量ΔΦは、 ΔΦ＝ Φ2 ― Φ1＝ −（１８０゜−α） であるから、移相量１８０゜−αの移相器として動作す
ることがわかる。
【００２５】・本発明の移相器について 図８は、本実施例に係る移相器を説明するために、各状
態（すなわち、状態Ｉおよび状態ＩＩ）における回路を
わかりやすく書きかえたものであり、電気的には図２の
構成と等価である。図８を用いて本実施例に係る移相器
の動作原理を説明する。
態（すなわち、状態Ｉおよび状態ＩＩ）における回路を
わかりやすく書きかえたものであり、電気的には図２の
構成と等価である。図８を用いて本実施例に係る移相器
の動作原理を説明する。
【００２６】状態Ｉは、図６に係る移相器と等価であ
る。よって、状態ＩではスイッチＳＷｅ、スイッチＳＷ
ｆをオン／オフさせることにより、通過位相を以下のΦ
11，Φ12と切り換えて移相量αを得る。 Φ11 ＝ −９０゜−α／２ Φ12 ＝ −９０゜＋α／２
る。よって、状態ＩではスイッチＳＷｅ、スイッチＳＷ
ｆをオン／オフさせることにより、通過位相を以下のΦ
11，Φ12と切り換えて移相量αを得る。 Φ11 ＝ −９０゜−α／２ Φ12 ＝ −９０゜＋α／２
【００２７】状態ＩＩは、図７に係る移相器の両端にそ
れぞれ位相長９０゜の伝送線路が接続されたものと等価
である。この図７に係る移相器は、スイッチＳＷｅ、ス
イッチＳＷｆをオン／オフさせることにより、通過位相
を以下のΦ 21’，Φ 22’と切り換えて、α−１８０゜の
移相量を得ることができる。 Φ21’ ＝ −α／２ Φ22’ ＝ −１８０゜＋α／２
れぞれ位相長９０゜の伝送線路が接続されたものと等価
である。この図７に係る移相器は、スイッチＳＷｅ、ス
イッチＳＷｆをオン／オフさせることにより、通過位相
を以下のΦ 21’，Φ 22’と切り換えて、α−１８０゜の
移相量を得ることができる。 Φ21’ ＝ −α／２ Φ22’ ＝ −１８０゜＋α／２
【００２８】一方、状態ＩＩでは、上記通過位相にさら
に移相器両端の位相長９０゜の伝送線路に相当する１８
０゜の移相遅れが生じるので、通過位相Φ21，Φ22は以
下のように表せる。 Φ21 ＝ Φ21’−１８０゜ ＝ −１８０゜−α／２ Φ22 ＝ Φ22’−１８０゜ ＝ ＋α／２
に移相器両端の位相長９０゜の伝送線路に相当する１８
０゜の移相遅れが生じるので、通過位相Φ21，Φ22は以
下のように表せる。 Φ21 ＝ Φ21’−１８０゜ ＝ −１８０゜−α／２ Φ22 ＝ Φ22’−１８０゜ ＝ ＋α／２
【００２９】以上まとめると、スイッチＳＷａ、スイッ
チＳＷｂ、スイッチＳＷｃおよびスイッチＳＷｄを切り
換えることにより、「状態Ｉ ⇔ 状態ＩＩ」を切り換
え、「Φ11 ⇔ Φ21（スイッチＳＷｅ，ＳＷｆがオ
フ）」または「Φ12 ⇔ Φ22（スイッチＳＷｅ，ＳＷ
ｆがオン）」となるので、９０゜の移相器を得ることが
できる。
チＳＷｂ、スイッチＳＷｃおよびスイッチＳＷｄを切り
換えることにより、「状態Ｉ ⇔ 状態ＩＩ」を切り換
え、「Φ11 ⇔ Φ21（スイッチＳＷｅ，ＳＷｆがオ
フ）」または「Φ12 ⇔ Φ22（スイッチＳＷｅ，ＳＷ
ｆがオン）」となるので、９０゜の移相器を得ることが
できる。
【００３０】また、状態ＩでスイッチＳＷｅ，ＳＷｆを
切り換えると、「Φ11 ⇔ Φ12」（状態Ｉ）となるの
で、αの移相器を得るが、状態ＩＩでは「Φ21 ⇔ Φ
22」（状態ＩＩ）となるので、移相量は１８０°＋αに
なる。このとき、外部の１８０゜ビットの移相器と同時
に動作させることにより「Φ21’⇔ Φ22」（状態ＩＩ
の状態で同時に外部の１８０゜ビット移相器を動作させ
る）となり、移相量はαになる。
切り換えると、「Φ11 ⇔ Φ12」（状態Ｉ）となるの
で、αの移相器を得るが、状態ＩＩでは「Φ21 ⇔ Φ
22」（状態ＩＩ）となるので、移相量は１８０°＋αに
なる。このとき、外部の１８０゜ビットの移相器と同時
に動作させることにより「Φ21’⇔ Φ22」（状態ＩＩ
の状態で同時に外部の１８０゜ビット移相器を動作させ
る）となり、移相量はαになる。
【００３１】・動作点について 本移相器の動作点を表１および図９に示す。本移相器
は、スイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃ，ＳＷｄとスイッ
チＳＷｅ，ＳＷｆとは、互いに独立して動作する。表１
は、状態Ｉにおいて、スイッチＳＷｅ，ＳＷｆが共にオ
フまたはオンした時、通過位相が−９０°−α／２また
は−９０°＋α／２となり（表１のΦ11 またはΦ12）、
状態ＩＩにおいて、スイッチＳＷｅ，ＳＷｆが共にオフ
またはオンした時、位相は−１８０°−α／２または＋
α／２となる（表１のΦ21 またはΦ22）ことを意味す
る。各状態の上段は信号経路の移相量、中段はスタブに
よる移相量変化、下段は合計移相量である。
は、スイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃ，ＳＷｄとスイッ
チＳＷｅ，ＳＷｆとは、互いに独立して動作する。表１
は、状態Ｉにおいて、スイッチＳＷｅ，ＳＷｆが共にオ
フまたはオンした時、通過位相が−９０°−α／２また
は−９０°＋α／２となり（表１のΦ11 またはΦ12）、
状態ＩＩにおいて、スイッチＳＷｅ，ＳＷｆが共にオフ
またはオンした時、位相は−１８０°−α／２または＋
α／２となる（表１のΦ21 またはΦ22）ことを意味す
る。各状態の上段は信号経路の移相量、中段はスタブに
よる移相量変化、下段は合計移相量である。
【００３２】
【表１】
【００３３】ここで、Φ 11とΦ21、Φ12とΦ22を切り替
えることにより、９０゜の移相を実現する。さらに、状
態Ｉにおいて、Φ 11とΦ21を切り換えとαの移相を実現
することかでき、状態ＩＩでは外部の１８０゜ビット移
相器を組み合わせ、Φ21’とΦ22とを切り換えることに
より、αの移相を実現する。以上、これらは独立に動作
するので、９０゜とαの２ビット移相器として動作す
る。
えることにより、９０゜の移相を実現する。さらに、状
態Ｉにおいて、Φ 11とΦ21を切り換えとαの移相を実現
することかでき、状態ＩＩでは外部の１８０゜ビット移
相器を組み合わせ、Φ21’とΦ22とを切り換えることに
より、αの移相を実現する。以上、これらは独立に動作
するので、９０゜とαの２ビット移相器として動作す
る。
【００３４】以上説明したとおり本実施例は、９０°の
移相器とαの移相器を独立に動作させながらも、設置面
積を小さくすることが可能である。従来の移相器を用い
て９０゜と２２．５゜移相器を縦続接続すると図１０
（ａ）のようになり、両ビット間で干渉しないために１
／４波長程度移相器を離す必要があったが、本発明の移
相器はその必要がない（図１０（ｂ））。そのため、設
置面積は、（２７０゜に相当する長さ）×（１６８．７
５゜に相当する長さ）（従来型）→（９０゜に相当する
長さ）×（１９１．２５゜に相当する長さ）（本発明）
となり、設置面積を半分以下にすることができる。
移相器とαの移相器を独立に動作させながらも、設置面
積を小さくすることが可能である。従来の移相器を用い
て９０゜と２２．５゜移相器を縦続接続すると図１０
（ａ）のようになり、両ビット間で干渉しないために１
／４波長程度移相器を離す必要があったが、本発明の移
相器はその必要がない（図１０（ｂ））。そのため、設
置面積は、（２７０゜に相当する長さ）×（１６８．７
５゜に相当する長さ）（従来型）→（９０゜に相当する
長さ）×（１９１．２５゜に相当する長さ）（本発明）
となり、設置面積を半分以下にすることができる。
【００３５】［その他の実施例］図３に示した実施例で
は、本発明の移相器を誘電体基板（図示せず）上にマイ
クロストリップラインで構成した例を示したが、任意の
伝送線路、すなわちスロットライン、コプレーナー導波
路、同軸線路等でも実現可能である。
は、本発明の移相器を誘電体基板（図示せず）上にマイ
クロストリップラインで構成した例を示したが、任意の
伝送線路、すなわちスロットライン、コプレーナー導波
路、同軸線路等でも実現可能である。
【００３６】また、線路装荷型移相器を実現するため
に、オープン・スタブのリアクタンスを利用して実現し
たが、所望のリアクタンスが得られる他の方式、例えば
図１１に示すようなショート・スタブやオープンショー
ト・スタブの併用によるリアクタンスを利用して線路装
荷型移相器を構成しても実現可能である。図１１のＸ1
／Ｘ2は、それぞれスイッチがオン／オフの時のリアク
タンスを示す。ちなみに先の例では、図１１（ａ）のオ
ープン・スタブの切換により線路装荷型移相器を実現し
ている。また、線路装荷型移相器に集中分布素子（コイ
ル、コンデンサ等）を使用しても実現可能である。
に、オープン・スタブのリアクタンスを利用して実現し
たが、所望のリアクタンスが得られる他の方式、例えば
図１１に示すようなショート・スタブやオープンショー
ト・スタブの併用によるリアクタンスを利用して線路装
荷型移相器を構成しても実現可能である。図１１のＸ1
／Ｘ2は、それぞれスイッチがオン／オフの時のリアク
タンスを示す。ちなみに先の例では、図１１（ａ）のオ
ープン・スタブの切換により線路装荷型移相器を実現し
ている。また、線路装荷型移相器に集中分布素子（コイ
ル、コンデンサ等）を使用しても実現可能である。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したとおり本発明は、第１の伝
送線路と、この第１の伝送線路の一端に接続された第１
の可変長伝送線路と、上記第１の伝送線路の他端に接続
された第２の可変長伝送線路とを備え、前記第１および
第２の可変長伝送線路は同時に同じ線路長に切り替えら
れる構成を有し、上記第１の伝送線路の両端で上記第１
および第２の可変長伝送線路の線路長を切り換えること
により移相量を調整する第１の移相手段と、上記第１の
可変長伝送線路と、上記第２の可変長伝送線路と、上記
第１の可変長伝送線路と上記第２の可変長伝送線路との
間に接続された第２の伝送線路とを備え、上記第２の伝
送線路の両端で上記第１および第２の可変長伝送線路の
線路長を切り換えることにより移相量を調整する第２の
移相手段と、上記第１の移相手段と上記第２の移相手段
とを切り換える切り換え手段とを備えている。したがっ
て、本発明は、９０°の移相器とαの移相器を独立に動
作させながらも、設置面積を従来の半分以下にすること
ができる。そのため、２ビットの移相器を、１ビットの
線路装荷型移相器相当の大きさに収めることができ、フ
ェーズドアレイアンテナ等の位相を制御する装置の小型
化に効果的である。
送線路と、この第１の伝送線路の一端に接続された第１
の可変長伝送線路と、上記第１の伝送線路の他端に接続
された第２の可変長伝送線路とを備え、前記第１および
第２の可変長伝送線路は同時に同じ線路長に切り替えら
れる構成を有し、上記第１の伝送線路の両端で上記第１
および第２の可変長伝送線路の線路長を切り換えること
により移相量を調整する第１の移相手段と、上記第１の
可変長伝送線路と、上記第２の可変長伝送線路と、上記
第１の可変長伝送線路と上記第２の可変長伝送線路との
間に接続された第２の伝送線路とを備え、上記第２の伝
送線路の両端で上記第１および第２の可変長伝送線路の
線路長を切り換えることにより移相量を調整する第２の
移相手段と、上記第１の移相手段と上記第２の移相手段
とを切り換える切り換え手段とを備えている。したがっ
て、本発明は、９０°の移相器とαの移相器を独立に動
作させながらも、設置面積を従来の半分以下にすること
ができる。そのため、２ビットの移相器を、１ビットの
線路装荷型移相器相当の大きさに収めることができ、フ
ェーズドアレイアンテナ等の位相を制御する装置の小型
化に効果的である。
【図１】 本発明の一つの実施の形態を示す平面図であ
る。
る。
【図２】 図１に係る移相器の二つの状態を示す平面図
である。
である。
【図３】 図１に係る移相器の概要を示す平面図であ
る。
る。
【図４】 一般的な線路装荷型移相器を示すブロック図
である。
である。
【図５】 スタブを示す説明図である。
【図６】 θ＝（１８０°±α／２）の線路装荷型移相
器を示す平面図である。
器を示す平面図である。
【図７】 θ＝（９０°±α／２）の線路装荷型移相器
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図８】 図２に係る移相器を示す平面図である。
【図９】 図１に係る移相器の動作点を示す説明図であ
る。
る。
【図１０】 （ａ）縦続接続した従来の２ビット移相器
と、（ｂ）図１に係る移相器とを示す平面図である。
と、（ｂ）図１に係る移相器とを示す平面図である。
【図１１】 スタブのその他の構成を示す説明図であ
る。
る。
【図１２】 従来例を示す説明図である。
１，２，３，４，６，７，８…伝送線路、ＳＷａ，ＳＷ
ｂ，ＳＷｃ，ＳＷｄ，ＳＷｅ、ＳＷｆ…スイッチ。
ｂ，ＳＷｃ，ＳＷｄ，ＳＷｅ、ＳＷｆ…スイッチ。
Claims (11)
- 【請求項１】 高周波信号をデジタル的に移相する移相
器において、（ａ）第１の伝送線路と、この第１の伝送
線路の一端に接続された第１の可変長伝送線路と、前記
第１の伝送線路の他端に接続された第２の可変長伝送線
路とを備え、前記第１および第２の可変長伝送線路は同
時に同じ線路長に切り替えられる構成を有し、前記第１
の伝送線路の両端で前記第１および第２の可変長伝送線
路の線路長を切り換えることにより移相量を調整する第
１の移相手段と、（ｂ）前記第１の可変長伝送線路と、
前記第２の可変長伝送線路と、前記第１の可変長伝送線
路と前記第２の可変長伝送線路との間に接続された第２
の伝送線路とを備え、前記第２の伝送線路の両端で前記
第１および第２の可変長伝送線路の線路長を切り換える
ことにより移相量を調整する第２の移相手段と、（ｃ）
前記第１の移相手段と前記第２の移相手段とを切り換え
る切り換え手段とを備えたことを特徴とする移相器。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記第１の可変長伝送線路は、第３の伝送線路と先端が
開放された第４の伝送線路と、それらの間に接続された
第１のスイッチとで構成され、 前記第２の可変長伝送線路は、第５の伝送線路と先端が
開放された第６の伝送線路と、それらの間に接続された
第２のスイッチとで構成されていることを特徴とする移
相器。 - 【請求項３】 請求項１において、 前記第１の可変長伝送線路は、第３の伝送線路と先端が
開放された第４の伝送線路と、それらの間に接続されか
つ一端が接地された第１のスイッチとで構成され、 前記第２の可変長伝送線路は、第５の伝送線路と先端が
開放された第６の伝送線路と、それらの間に接続されか
つ一端が接地された第２のスイッチとで構成されている
ことを特徴とする移相器。 - 【請求項４】 請求項１において、 前記第１の可変長伝送線路は、先端が接地された第７の
伝送線路と、この第７の伝送線路の間に接続された第１
のスイッチとで構成され、 前記第２の可変長伝送線路は、先端が接地された第８の
伝送線路と、この第８の伝送線路の間に接続された第２
のスイッチとで構成されていることを特徴とする移相
器。 - 【請求項５】 請求項１において、 前記第１の可変長伝送線路は、先端が接地された第７の
伝送線路と、この第７の伝送線路の間に接続されかつ一
端が接地された第１のスイッチとで構成され、前記第２
の可変長伝送線路は、先端が接地された第８の伝送線路
と、この第８の伝送線路の間に接続されかつ一端が接地
された第２のスイッチとで構成されていることを特徴と
する移相器。 - 【請求項６】 請求項１において、 前記第１の伝送線路の一端に接続された信号入出力用の
第９の伝送線路と、 前記第１の伝送線路の他端に接続された信号入出力用の
第１０の伝送線路とをさらに備えたことを特徴とする移
相器。 - 【請求項７】 請求項２ないし請求項５の何れか一項に
おいて、前記第１の伝送線路の一端に接続された信号入出力用の
第９の伝送線路と、 前記第１の伝送線路の他端に接続された信号入出力用の
第１０の伝送線路とをさらに備え、 前記第１および第２の可変長伝送線路の電気長は、前記
第１および第２のスイッチがオフのときに−α／２＋ｎ
1 ×１８０°、前記第１および第２のスイッチがオンの
ときにα／２＋ｎ2 ×１８０°（α＝２ｔａｎ-1｛ＺS
／Ｚ0ｔａｎ（Δφ／２）｝であり、ＺS は前記第１お
よび第２の可変長伝送線路の特性インピーダンス、Ｚ0
は前記第９および第１０の伝送線路の特性インピーダン
ス、Δφは移相量、ｎ1 は１以上の整数、ｎ2 は０以上
の整数）であることを特徴とする移相器。 - 【請求項８】 請求項１において、 前記第１および第２の伝送線路の電気長は、９０°であ
ることを特徴とする移相器。 - 【請求項９】 請求項１において、 前記切り換え手段は、 前記第１の伝送線路の両端に接続された第３および第４
のスイッチと、前記第２の伝送線路の両端に接続された
第５および第６のスイッチとで構成され、 前記第３、第４、第５および第６のスイッチを連動して
切り換えることにより、前記第１または第２の伝送線路
を選択的に前記第１および第２の可変長伝送線路に接続
する手段であることを特徴とする移相器。 - 【請求項１０】 請求項１ないし請求項９の何れか一項
において、 前記伝送線路は、マイクロストリップライン、スロット
ライン、コプレーナーラインまたは同軸線路の何れかで
あることを特徴とする移相器。 - 【請求項１１】 請求項２ないし請求項５または請求項
９の何れか一項において、 前記スイッチは、ＰＩＮダイオード、ＦＥＴまたはマイ
クロマシンスイッチの何れかであることを特徴とする移
相器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25691199A JP3356130B2 (ja) | 1999-09-10 | 1999-09-10 | 移相器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25691199A JP3356130B2 (ja) | 1999-09-10 | 1999-09-10 | 移相器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001085902A JP2001085902A (ja) | 2001-03-30 |
| JP3356130B2 true JP3356130B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=17299104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25691199A Expired - Fee Related JP3356130B2 (ja) | 1999-09-10 | 1999-09-10 | 移相器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3356130B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104103876A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-10-15 | 哈尔滨工业大学 | 基于复合左右手传输线的电可调移相器 |
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|---|---|---|---|---|
| KR100473117B1 (ko) * | 2002-10-15 | 2005-03-10 | 한국전자통신연구원 | 가변 스위치망을 이용한 위상 천이기의 회로 |
| JP2013225827A (ja) * | 2011-08-26 | 2013-10-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 増幅装置、無線通信装置、及び負荷変動器 |
| RU2639992C1 (ru) * | 2016-11-15 | 2017-12-25 | Геннадий Алексеевич Крисламов | Дискретный СВЧ фазовращатель |
| KR101988901B1 (ko) * | 2017-11-13 | 2019-06-14 | 순천향대학교 산학협력단 | 위상 천이기 |
| CN115954630A (zh) | 2019-01-17 | 2023-04-11 | 以伊索电子股份有限公司名义经营的阿维科斯天线股份有限公司 | 毫米波射频移相器 |
-
1999
- 1999-09-10 JP JP25691199A patent/JP3356130B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104103876A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-10-15 | 哈尔滨工业大学 | 基于复合左右手传输线的电可调移相器 |
| CN104103876B (zh) * | 2014-07-15 | 2016-04-20 | 哈尔滨工业大学 | 基于复合左右手传输线的电可调移相器 |
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|---|---|
| JP2001085902A (ja) | 2001-03-30 |
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