JP4385227B2 - Phase shifter and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は移相器及びその制御方法に関し、特に反射型の移相器に関するものである。 The present invention relates to a phase shifter and a control method thereof, and more particularly to a reflective phase shifter.
移相器とは、印加する直流電圧変化により、各種信号の位相を任意に制御できるデバイスである。無線通信機器、またその他の電子機器分野において、移相器は非常に有用であり、リニアライザなどの様々な用途に使用されている。移相器に求められる性能としては、まず、位相可変範囲が大きいことが第一であるが、その他にも、位相変化時の通過損失変動が小さいことが挙げられる。位相変化時に移相器の通過損失変動が大きいと、これを補正すべく、可変減衰器による調整を行う必要があるためである。 A phase shifter is a device that can arbitrarily control the phase of various signals by changing the applied DC voltage. In the field of wireless communication equipment and other electronic equipment, phase shifters are very useful and are used for various applications such as linearizers. As performance required for the phase shifter, first, a large phase variable range is the first, but in addition, there is a small passage loss fluctuation at the time of phase change. This is because if the variation in the passage loss of the phase shifter is large at the time of phase change, it is necessary to perform adjustment using a variable attenuator to correct this.
移相器の回路構成一例として、バラクタダイオードを使用したものが従来から存在する。バラクタダイオードのアノード電極またはカソード電極のどちらか一方が接地され、もう一方の電極に逆バイアス電圧が印加される。この逆バイアス電圧を変化することにより、バラクタダイオードの端子間容量を変化させる。端子間容量変化させてバラクタダイオードの反射インピーダンスを変化させることにより、信号の位相変化を実現する。 As an example of the circuit configuration of the phase shifter, there has conventionally been one using a varactor diode. Either the anode electrode or the cathode electrode of the varactor diode is grounded, and a reverse bias voltage is applied to the other electrode. By changing the reverse bias voltage, the capacitance between the terminals of the varactor diode is changed. The phase change of the signal is realized by changing the reflection impedance of the varactor diode by changing the capacitance between the terminals.
ここで、バラクタダイオードの反射係数は端子間容量変化に伴い変化する。これは、バラクタダイオードの等価直列抵抗Rs に起因するものである。前述した容量変化に伴うバラクタダイオードの反射係数変化は、移相器の通過損失の変動に直結する。 Here, the reflection coefficient of the varactor diode changes as the inter-terminal capacitance changes. This is due to the equivalent series resistance Rs of the varactor diode. The above-described change in the reflection coefficient of the varactor diode due to the change in capacitance is directly linked to the fluctuation of the passage loss of the phase shifter.
前述の通過損失変動を解決する手法の一例として、特許文献1に開示の例がある。これはバラクタダイオードと並列に抵抗を接続することにより、端子間容量変化に伴うバラクタダイオードの反射係数変化をほぼ一定に保ち、結果、位相変化時の移相器の通過損失変動を抑圧するというものである。ところが、実際のバラクタダイオードの等価直列抵抗Rs は、端子間容量変化に伴い変化する。この端子間容量変化に伴う等価直列抵抗Rs 変化のため、前記した、バラクタダイオードと並列に抵抗を接続することによる、端子間容量変化に伴うバラクタダイオードの反射係数を一定に保つ効果は低減してしまい、位相変化時の移相器の通過損失変動抑圧効果も低減してしまう。
As an example of a technique for solving the above-described passage loss fluctuation, there is an example disclosed in
従って、位相変化時の移相器の通過損失変動を更に抑圧するため、バラクタダイオードの等価直列抵抗変化を抑圧して、通過損失変動を抑制するような手法が必要である。 Therefore, in order to further suppress the passage loss fluctuation of the phase shifter at the time of the phase change, a technique is required to suppress the passage loss fluctuation by suppressing the equivalent series resistance change of the varactor diode.
図6に従来の反射型移相器の回路構成の一例を示す。図6を参照すると、従来のこの種の反射型移相器は、高周波信号入力端子1、高周波信号出力端子2、可変容量素子7a及び7bの端子間容量を変化させるための直流電圧を印加する直流電圧印加端子3、直流電圧遮断用コンデンサ4a及び4b、RFチョークコイル5a及び5b、可変容量素子の端子間容量変化により移相された高周波信号を同相合成し、且つ高周波信号入力端子1と高周波信号出力端子2との間をアイソレートするための90度3dBハイブリッド6、可変容量素子としてのバラクタダイオード7a及び7bから構成される。
FIG. 6 shows an example of a circuit configuration of a conventional reflective phase shifter. Referring to FIG. 6, the conventional reflection type phase shifter of this type applies a DC voltage for changing the inter-terminal capacitance of the high-frequency
なお、説明のために、図6の一部を抽出した(図6では左右対称のために、その一方のみ)回路構成を図7に示しており、図7において、図6と同等素子は同一番号もって示す。また図7の回路構成において、バラクタダイオード7に印加する逆バイアス電圧を変化させ、すなわち、直流電圧印加端子3に印加する電圧を変化させ、バラクタダイオード7の端子間容量を変化させた時の、高周波信号入力端子1における反射係数の軌跡を、スミスチャート上に描いたものが、図8である。
For the sake of explanation, a part of FIG. 6 is extracted (only one of them is symmetrical in FIG. 6), and the circuit configuration is shown in FIG. 7. In FIG. Show by number. Further, in the circuit configuration of FIG. 7, when the reverse bias voltage applied to the
図8を参照すると、バラクタダイオード7の端子間容量最小点Aにおける反射係数|ΓA|と、端子間容量最大点Bにおける反射係数|ΓB|とが相違しており、すなわち、A点とB点とで、反射減衰量が異なっていることになる。これは、バラクタダイオード7の直流抵抗Rs に起因するものである。このように、バラクタダイオード7の端子間容量変化時に反射減衰量が変化するために、図6に示す構成の反射型移相器では、バラクタダイオード7a及び7bに印加する逆バイアス電圧を変化させ、バラクタダイオードの端子間容量を変化させた時に、移相器自身の通過損失が変動してしまうことになる。
Referring to FIG. 8, the reflection coefficient | ΓA | at the terminal-to-terminal capacitance minimum point A of the
これを解決する手法の一例として、上述した特許文献1に開示の例がある。この回路構成を図9に示す。図6に示した反射型移相器に、コンデンサ8a及び8b、抵抗9a及び9bを追加した構成である。抵抗9a及び9bの抵抗値Ra は、移相器本体の特性インピーダンスをZ0 とし、バラクタダイオード7a及び7bの等価直列抵抗をRs とした時、式(1)から導出される値になっている。
Ra =Z0 [1+√{1+4(Rs /Z0 )2}]/(2Rs /Z0 )
……(1)
As an example of a technique for solving this, there is an example disclosed in
Ra = Z0 [1 + √ {1 + 4 (Rs / Z0) 2 }] / (2Rs / Z0)
...... (1)
この抵抗9a及び9bにより、スミスチャート上の反射係数の軌跡は、中心に対してほぼ同心円上を移動することになり、すなわち反射係数がバラクタダイオード7a及び7bの容量変化に対してほぼ一定値となり、結果的に移相器の通過損失変動が抑圧できることになる。
Due to the
しかし、実際のバラクタダイオードのRs は、端子間容量の変化に対して一定では無く、図10に示すような特性を有している。。図10は、一般的なバラクタダイオードの一例として、ある会社から販売されている製品のカタログから読み取った、端子間容量の変化に対する、Rs 変化の一例を示したものである。このバラクタダイオードの端子間容量変化に対するRs 変化を考慮して、バラクタダイオード単体の反射係数をシミュレーションした結果を図11に示す。式(1)より導出した抵抗値Ra の、抵抗Rs の有無での特性を比較している。 However, Rs of an actual varactor diode is not constant with respect to a change in inter-terminal capacitance, and has characteristics as shown in FIG. . FIG. 10 shows an example of a change in Rs with respect to a change in inter-terminal capacitance read from a catalog of products sold by a company as an example of a general varactor diode. FIG. 11 shows the result of simulating the reflection coefficient of a single varactor diode in consideration of the change in Rs with respect to the change in capacitance between terminals of the varactor diode. The characteristics of the resistance value Ra derived from the equation (1) with and without the resistance Rs are compared.
この図11(A)は反射係数の特性であり、図11(B)は端子間容量に対する反射損失の特性である。この図11をみると、確かに抵抗無し時と比較し、抵抗有りとした時の特性の方がバラクタダイオードの端子間容量変化に対する反射係数の変動、反射損失の変動が小さく抑えられていることが分かる。 FIG. 11A shows the characteristic of the reflection coefficient, and FIG. 11B shows the characteristic of the reflection loss with respect to the inter-terminal capacitance. As can be seen from FIG. 11, the characteristics with the resistance are smaller in the variation of the reflection coefficient and the variation in the reflection loss with respect to the change in the capacitance between the terminals of the varactor diode as compared with the case without the resistance. I understand.
しかし、0.5〜7.2pFの範囲で、端子間容量を変化した時、抵抗有りとした場合でも、この結果例では0.4dBp−p程度の反射損失変動が依然として残っている。従って、バラクタダイオードの端子間容量変化に伴う通過損失変動を更に低減するためには、端子間容量を変化させたときのバラクタダイオードのRs の変動を出来る限り小さくする必要がある。 However, even when the resistance is present when the inter-terminal capacitance is changed in the range of 0.5 to 7.2 pF, in this example, the reflection loss fluctuation of about 0.4 dBp-p still remains. Therefore, in order to further reduce the passage loss fluctuation due to the change in the capacitance between the terminals of the varactor diode, it is necessary to reduce the fluctuation of Rs of the varactor diode when the capacitance between the terminals is changed as much as possible.
なお、特許文献2には、バラクタダイオードに直列にPINダイオードを接続して、高周波スイッチ付の高周波移相器が開示されている。この場合のPINダイオードは、スイッチ機能として動作させるためのものであり、そのために、PINダイオードへの直流バイアスの供給方法は、当該PINダイオードをオンオフさせるためのものとなっている。
本発明の目的は、端子間容量変化に伴うバラクタダイオードの等価直列抵抗の変化を抑制し、移送変化時における通過損失を変動を小さく抑えることが可能な反射型移相器及びその制御方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a reflection type phase shifter capable of suppressing a change in equivalent series resistance of a varactor diode due to a change in capacitance between terminals and suppressing a variation in a passage loss at the time of a transfer change, and a control method thereof. It is to be.
本発明による移相器は、可変容量素子としてのバラクタダイオードと、前記バラクタダイオードの容量の変化により移相された信号を同相合成すると共に信号入出力端子間をアイソレートするためのハイブリッドとを含む移相器であって、前記バラクタダイオードに直列接続されて前記バラクタダイオードの容量の変化時に伴う抵抗変化を打ち消すPINダイオードを含むことを特徴とする。 A phase shifter according to the present invention includes a varactor diode as a variable capacitance element and a hybrid for synthesizing a signal phase-shifted by a change in capacitance of the varactor diode and isolating between signal input / output terminals. The phase shifter includes a PIN diode that is connected in series to the varactor diode and cancels a change in resistance caused when the capacitance of the varactor diode changes.
また、本発明による移相器の制御方法は、可変容量素子としてのバラクタダイオードと、前記バラクタダイオードの容量の変化により移相された信号を同相合成すると共に信号入出力端子間をアイソレートするためのハイブリッドと、前記バラクタダイオードに直列接続されて前記バラクタダイオードの容量の変化時に伴う抵抗変化を打ち消すPINダイオードを含むことを移相器の制御方法であって、前記バラクタダイオードの容量を変化させるためにこのバラクタダイオードに印加する逆バイアス電圧の変化に応じて、前記PINダイオードに対して変化する順バイアス電圧を生成するステップを含むことを特徴とする。 In addition, the method for controlling a phase shifter according to the present invention combines the varactor diode as a variable capacitance element and the signal phase-shifted due to the change in capacitance of the varactor diode, and isolates the signal input / output terminals. A phase shifter control method for changing the capacitance of the varactor diode, and a PIN diode that is connected in series to the varactor diode and cancels a resistance change caused when the capacitance of the varactor diode changes. And a step of generating a forward bias voltage that changes with respect to the PIN diode in accordance with a change in the reverse bias voltage applied to the varactor diode.
本発明の作用を述べる。高周波信号入出力端子間をアイソレートするためのハイブリッドと、可変容量素子としてのバラクタダイオードと、このバラクタダイオードの端子間容量を変化させるために直流電圧を印加する直流電圧印加端子と、バラクタダイオードの端子間容量変化により移相された高周波信号を同相合成し、且つ高周波信号入出力端子における、バラクタダイオードの端子間容量変化に伴う、バラクタダイオードの反射減衰量変化を抑圧するための抵抗と、この抵抗に直流電圧が印加されるのを防止するためのコンデンサを有する反射型移相器において、バラクタダイオードと直列にPINダイオードを接続し、バラクタダイオードの端子間容量変化に伴う、バラクタダイオードの等価直列抵抗の変化を抑圧して、移相器の通過損失変動を抑止する。 The operation of the present invention will be described. A hybrid for isolating high-frequency signal input / output terminals, a varactor diode as a variable capacitance element, a DC voltage application terminal for applying a DC voltage to change the capacitance between terminals of the varactor diode, and a varactor diode A high-frequency signal shifted in phase due to a change in capacitance between terminals, and a resistor for suppressing a change in the return loss of the varactor diode due to a change in capacitance between the terminals of the varactor diode at the high-frequency signal input / output terminal, In a reflection type phase shifter having a capacitor for preventing a DC voltage from being applied to a resistor, a PIN diode is connected in series with a varactor diode, and an equivalent series of varactor diodes accompanying a change in capacitance between terminals of the varactor diode Suppresses changes in resistance and suppresses the passage loss fluctuation of the phase shifter.
本発明によれば、端子間容量変化に伴うバラクタダイオードの等価直列抵抗の変化を抑制し、移相変化時における反射型移相器の通過損失を変動を小さく抑えることが可能であるという効果がある。 According to the present invention, it is possible to suppress the variation of the equivalent series resistance of the varactor diode due to the change in the capacitance between the terminals, and to suppress the fluctuation of the passage loss of the reflection type phase shifter at the time of the phase shift change. is there.
以下に、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は本発明の一実施の形態の回路図であり、図6,9と同等部分は同一符号により示している。上述した従来の課題である端子間容量変化時のバラクタダイオードのRs 変化を抑圧するために、PINダイオード10a及び10bがバラクタダイオード9a及び9bと直列にそれぞれ接続されている。一般的に、PINダイオードは、順バイアス電圧を印加した場合、等価的に純抵抗とみなすことができ、また順方向バイアス電流を変化することでその抵抗値を変化することができる可変抵抗素子である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIGS.
順方向バイアス電流を増加させると、等価直列抵抗値は指数関数的に減少する。この順方向バイアス電流変化により、抵抗値を変化することができるというPINダイオードの特性を利用して、端子間容量変化時のバラクタダイオードのRs 変化を抑圧するのである。図3は、PINダイオードの特性を利用し、端子間容量変化時のバラクタダイオードのRs 変化を抑圧する手段の説明用に示した図である。図3中の菱形印でプロットした特性は、図10で示した、製品のRs 変化の様子を、横軸を直流電圧端子3に印加するバラクタダイオードの逆バイアス電圧の絶対値としてプロットし直したものである。
As the forward bias current is increased, the equivalent series resistance value decreases exponentially. By utilizing the characteristic of the PIN diode that the resistance value can be changed by this forward bias current change, the change in Rs of the varactor diode when the capacitance between terminals is changed is suppressed. FIG. 3 is a diagram for explaining the means for suppressing the change in Rs of the varactor diode when the capacitance between the terminals is changed using the characteristics of the PIN diode. The characteristics plotted with diamonds in FIG. 3 are obtained by re-plotting the state of Rs change of the product shown in FIG. 10 as the absolute value of the reverse bias voltage of the varactor diode applied to the
これに対して、グラフ中の三角印でプロットした特性は、同じく横軸を直流電圧端子3に印加するバイアス電圧の絶対値とした時に、PINダイオードに望まれる抵抗値の変化をプロットしたものである。そして、グラフ中のバツ印でプロットした特性は、菱形印でプロットした特性をもつバラクタダイオードと、三角印でプロットした特性をもつPINダイオードとを、直列接続した場合の合成抵抗値をプロットしたものである。グラフに示すように合成抵抗値特性は、直流電圧端子3に印加するバイアス電圧に対して、一定値(この例では2Ω)に保たれている。
On the other hand, the characteristic plotted with a triangle mark in the graph is a plot of the change in resistance value desired for the PIN diode when the horizontal axis is the absolute value of the bias voltage applied to the
図1に示した今回提案する反射型移相器の回路構成の一部(図1では左右対称のために、その一方のみ)を抽出した回路構成図を図2に示しており、図1と同等部分は同一番号で示す。PINダイオード10とバラクタダイオード7とが直列接続されている。PINダイオード10のアノード電極には、直流電圧印加端子3に印加された直流電圧が、直流回路網15、RFチョークコイル12を通して加えられる。また、PINダイオード10のカソード電極には、基準電圧印加端子14に印加された一定の直流電圧がRFチョークコイル13を通して加えられる。
FIG. 2 shows a circuit configuration diagram in which a part of the circuit configuration of the reflection type phase shifter proposed this time shown in FIG. 1 is extracted (only one of them is symmetrical in FIG. 1). Equivalent parts are indicated by the same numbers. A
図3に示す通り、端子間容量変化時のバラクタダイオード7のRs 変化を抑圧するためには、直流電圧印加端子3に印加される電圧の絶対値が大きくなるに従い、抵抗値が増加するような特性がPINダイオード10に要求される。しかし、PINダイオード10単体では、順バイアス電圧の増加に伴い、抵抗値が減少する特性である。この相反する特性を補正するため、基準電圧印加端子14に一定の直流電圧が印加される。直流電圧印加端子3から、直流回路網15、RFチョークコイル12を通してPINダイオード10のアノード電極に印加される電圧が−5V〜0Vである場合、基準電圧印加端子14には、PINダイオード10のアノード電極に印加される電圧範囲の中で、絶対値が最大である−5Vが印加される。
As shown in FIG. 3, in order to suppress the Rs change of the
これにより、直流電圧印加端子に印加される電圧の絶対値が大きくなると、PINダイオード10のアノード−カソード間の電位差は小さくなり、要求される特性を実現することができる。なお、直流電圧遮断用コンデンサ11は、直流電圧印加端子14に印加される一定電圧が、バラクタダイオード7のアノード電極に重畳されるのを防止するためのものである。また、直流回路網15は抵抗、またはOP(演算)アンプ等から構成される直流回路であり、直流電圧印加端子3に印加される電圧を適切に変換し、図3中に三角印でプロットした所望PINダイオード特性を実現するためのものである。
As a result, when the absolute value of the voltage applied to the DC voltage application terminal increases, the potential difference between the anode and cathode of the
また抵抗9の抵抗値Ra'は、移相器本体の特性インピーダンスをZ0 とし、バラクタダイオード7とPINダイオード10の直列接続における等価直列抵抗値をRs'とすると、後述の式(2)から導出される値になっている。図2に示す回路構成において、高周波信号入力端子1における反射係数を、バラクタダイオード7の端子間容量を変化させ、シミュレーションした結果を図4(A),(B)に示す。これをみると、スミスチャート上の反射係数の軌跡はスミスチャートの中心に対して同心円上を動き、またバラクタダイオード7の端子間容量変化に対する反射損失特性も一定(この結果例では0.7dB)となっていることがわかる。
The resistance value Ra ′ of the resistor 9 is derived from the equation (2) described later, where Z0 is the characteristic impedance of the phase shifter body and Rs ′ is the equivalent series resistance value in series connection of the
再度図1を参照すると、今回提案する反射型移相器の回路構成を示す。高周波信号入力端子1と、高周波信号出力端子2と、可変容量素子の端子間容量を変化させるための直流電圧を印加する直流電圧端子3と、直流電圧遮断用コンデンサ4a及び4bと、RFチョークコイル5a及び5bと、可変容量素子の端子間容量変化により移相させた高周波信号を同相合成し、且つ高周波信号入力端子1と高周波信号出力端子2を独立させるための90度3dBハイブリッド6と、可変容量素子としてのバラクタダイオード7a及び7bと、バラクタダイオードの端子間容量変化に伴う、バラクタダイオードの反射減衰量変化を抑圧するための抵抗9a及び9bと、これら抵抗9a及び9bに直流電圧が印加されるのを防止するための直流電圧遮断用コンデンサ8a及び8bと、バラクタダイオードの端子間容量変化に伴う、バラクタダイオードのRs 変化を抑圧するためのPINダイオード10a及び10bと、直流電圧遮断用コンデンサ11a及び11bと、RFチョークコイル12a,12b,13a,13bと、基準電圧印加端子14と、PINダイオードに印加する直流電圧を最適化するための直流回路網15とから構成される。
Referring to FIG. 1 again, a circuit configuration of the reflection type phase shifter proposed this time is shown. High-frequency
実施例の動作の説明のために、図1の一部を抽出した図2の回路構成を参照して説明する。高周波信号入力端子1、可変容量素子の端子間容量を変化させるための直流電圧を印加する直流電圧端子3、直流電圧遮断用コンデンサ4、RFチョークコイル5、可変容量素子としてのバラクタダイオード7、バラクタダイオードの端子間容量変化に伴う、バラクタダイオードの反射減衰量変化を抑圧するための抵抗9、抵抗9に直流電圧が印加されるのを防止するための直流電圧遮断用コンデンサ8、バラクタダイオードの端子間容量変化に伴う、バラクタダイオードのRs 変化を打ち消すためのPINダイオード10、直流電圧遮断用コンデンサ11、RFチョークコイル12及び13、基準電圧印加端子14、PINダイオードに印加する直流電圧を最適化するための直流回路網15が示されている。
For the description of the operation of the embodiment, the operation will be described with reference to the circuit configuration of FIG. High-frequency
ここで、直流電圧遮断用コンデンサ4,8,11には、使用する信号周波数において、十分低いインピーダンスをもつ容量のものが使用されるものとする。バラクタダイオード7のアノード電極またはカソード電極のどちらか一方(今回の例では、カソード電極)が接地され、もう一方の電極(今回の例では、アノード電極)には、直流電圧印加端子3に印加される。バラクタダイオード7の端子間容量を変化させるための逆バイアス電圧(今回の例では、負電圧)がRFチョークコイル5を通して印加される。
Here, as the DC
この逆バイアス電圧を変化させることにより、バラクタダイオードの端子間容量が変化する。端子間容量変化によりバラクタダイオードの反射インピーダンスを変化させ信号の位相変化を実現する。PINダイオード10は、直流電圧遮断用コンデンサ11を挟んでバラクタダイオード7のアノード電極側に、直列に接続される。PINダイオード10のアノード電極には、直流電圧印加端子3に印加されるバラクタダイオード7の端子間容量を変化させるための可変電圧(今回の例では、負電圧)が、直流回路網15、RFチョークコイル12を通して加えられる。
By changing the reverse bias voltage, the capacitance between the terminals of the varactor diode is changed. The phase change of the signal is realized by changing the reflection impedance of the varactor diode by changing the capacitance between terminals. The
また、PINダイオードのカソード電極には、基準電圧印加端子14に印加された一定の直流電圧がRFチョークコイル13を通して加えられる。図3に、直流電圧印加端子3に印加する電圧絶対値を変化させたときの、バラクタダイオード7のRs の変化の様子を菱形印でプロットする。これに対し、三角印でプロットしたものは、所望のPINダイオード特性である。バラクタダイオード7とPINダイオード10とは、直列に接続されているために、合成抵抗値は単純に足し合わせたものとなり、すなわち図3中のバツ印で示したような、直流電圧印加端子3に印加する電圧変化に対して一定の特性を示すことになる。
A constant DC voltage applied to the reference
ここで、図3に示す通り、直流電圧印加端子3に印加される電圧の増加に伴い、抵抗値が減少する特性がPINダイオード10に要求される。しかし、PINダイオード10単体では、順バイアス電圧の増加に伴い、抵抗値が減少するといった逆の特性を示す。これを解決するため、基準電圧印加端子14に一定の直流電圧が印加される。ここで、例えばPINダイオード10のアノード電極に印加される可変電圧が−5〜0Vである場合、その範囲内で絶対値が最大である−5Vが基準電圧印加端子14に印加される。
Here, as shown in FIG. 3, the
これにより、直流電圧印加端子に印加される電圧の絶対値が大きくなると、PINダイオード10のアノード−カソード間の電位差は小さくなり、すなわち直流電圧印加端子3に印加される電圧の増加に伴い、抵抗値が減少するという所望の特性を得ることができる。
As a result, when the absolute value of the voltage applied to the DC voltage application terminal increases, the potential difference between the anode and the cathode of the
なお、直流電圧遮断用コンデンサ11は、直流電圧印加端子14に印加される一定電圧が、バラクタダイオード7のアノード電極に重畳されるのを防止するためのものである。直流回路網15は抵抗、またはOPアンプ等から構成される直流回路網であり、直流電圧印加端子3に印加される可変電圧を変換し、図3中に三角印でプロットした所望のPINダイオード特性を実現するためのものである。
The DC
また抵抗9の抵抗値Ra'は、移相器本体の特性インピーダンスをZ0 とし、バラクタダイオード7とPINダイオード10の直列接続における等価直列抵抗値をRs'とすると、式(2)から導出される値になっている。
Ra'=Z0 [1+√{1+4(Rs'/Z0 )2}]/(2Rs'/Z0 )
……(2)
The resistance value Ra ′ of the resistor 9 is derived from the equation (2), where Z0 is the characteristic impedance of the phase shifter body and Rs ′ is the equivalent series resistance value in series connection of the
Ra '= Z0 [1 + √ {1 + 4 (Rs' / Z0) 2 }] / (2Rs' / Z0)
(2)
図2に示す回路構成において、高周波信号入力端子1における反射係数を、バラクタダイオード7の端子間容量を変化させ、シミュレーションした結果を図3(A),(B)に示す。これをみると、スミスチャート上の反射係数の軌跡はスミスチャートの中心に対して同心円上を動き、またバラクタダイオード7の端子間容量変化に対する反射損失特性も一定(この結果例では、0.7dB)となっていることがわかる。
In the circuit configuration shown in FIG. 2, the simulation result of the reflection coefficient at the high-frequency
以上説明したPINダイオード、バラクタダイオード等素子を2組み使用し、それらを90度3dBハイブリッド6で接続することにより、図1に示すような今回提案する反射型移相器が構成できる。高周波信号入力端子1から入力された信号は、直流電圧遮断用コンデンサ4aを通り、90度3dBハイブリッド6により、PINダイオード10a、直流電圧遮断用コンデンサ8a,11a、バラクタダイオード7a、RFチョークコイル5a,12a,13a、抵抗9aのルートと、PINダイオード10b、直流電圧遮断用コンデンサ8b,11b、バラクタダイオード7b、RFチョークコイル5b,12b,13b、抵抗9bのルートに分配される。
By using two sets of elements such as the PIN diode and the varactor diode described above and connecting them by a 90 ° 3
各ルートで移相された信号は、再び90度3dBハイブリッド6で合成され、直流電圧遮断用コンデンサ4bを通り、高周波信号出力端子2から出力されることになる。この時、高周波信号出力端子2から出力される信号は、直流電圧印加端子3に印加する電圧変化により、位相を変化させた時、通過損失の変動無く、ほぼ一定となる。
The signals phase-shifted in each route are again synthesized by the 90 ° 3
以上の構成及び動作により、端子間容量変化に伴う、バラクタダイオードの等価直列抵抗値変化を抑圧でき、また、位相変化時に、反射型移相器の通過損失変動を小さくできることになる。 With the above configuration and operation, a change in the equivalent series resistance value of the varactor diode due to a change in the capacitance between terminals can be suppressed, and a variation in the passage loss of the reflective phase shifter can be reduced when the phase changes.
本発明の実施の形態として90度3dBハイブリッドを使用した反射型移相器への適用を挙げているが、図5に示すように、90度3dBハイブリッド6の替わりにサーキュレータ16を使用した反射型移相器にも適用可能である。なお、図5において、図1や図2と同等部分は同一符号にて示している。
As an embodiment of the present invention, application to a reflection type phase shifter using a 90 ° 3 dB hybrid is mentioned. As shown in FIG. 5, a reflection type using a
1 高周波入力端子
2 高周波出力端子
3 バイアス端子
4,8,11 コンデンサ
5,12,13 チョークコイル
6 ハイブリッド回路
7 バラクタダイオード
9 抵抗
10 PINダイオード
15 直流回路網
16 サーキュレータ
1 High frequency input terminal
2 High frequency output terminal
3
6 Hybrid circuit
7 Varactor diode
9 Resistance
10 PIN diode
15 DC network
16 Circulator
Claims (6)
前記バラクタダイオードに直列接続されて前記バラクタダイオードの容量の変化時に伴う抵抗変化を打ち消すPINダイオードを含むことを特徴とする移相器。 A phase shifter comprising: a varactor diode as a variable capacitance element; and a hybrid for synthesizing a signal phase-shifted due to a change in capacitance of the varactor diode and isolating the signal input / output terminals.
A phase shifter comprising a PIN diode connected in series to the varactor diode and canceling a resistance change caused when the capacitance of the varactor diode changes.
前記バラクタダイオードの容量を変化させるためにこのバラクタダイオードに印加する逆バイアス電圧の変化に応じて、前記PINダイオードに対して変化する順バイアス電圧を生成するステップを含むことを特徴とする移相器の制御方法。 A varactor diode as a variable capacitance element, a hybrid for synthesizing a signal phase-shifted due to a change in capacitance of the varactor diode and isolating between signal input / output terminals, and connected in series to the varactor diode A phase shifter control method including a PIN diode that cancels a resistance change caused by a change in capacitance of a varactor diode,
Generating a forward bias voltage that changes with respect to the PIN diode in response to a change in a reverse bias voltage applied to the varactor diode in order to change the capacitance of the varactor diode; Control method.
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