JP4402201B2

JP4402201B2 - ステップアッテネータ

Info

Publication number: JP4402201B2
Application number: JP17901499A
Authority: JP
Inventors: 実飯田
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2019-06-24
Also published as: JP2001007672A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スルー側とアッテネータ側とを電子スイッチで切り換えるステップアッテネータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の例について、図１１〜図１５を参照して説明する。
最初に、従来のステップアッテネータの構成について説明する。
図１５に示すように、従来のステップアッテネータは、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６と、アッテネータ２０、３０、４０とで構成している。
【０００３】
アッテネータ２０、３０、４０の回路は、図１３に示すように、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３で構成するＴ型アッテネータ、または図１４に示すように、抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６で構成するπ型アッテネータ等がある。
例えば、π型アッテネータは、図１１に示すようにプリント配線基板の上にパターン構成している。
【０００４】
抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６の抵抗値は、アッテネータとしての特性インピーダンスと減衰量から決まる。
例えば、アッテネータ２０、３０、４０を、特性インピーダンス５０Ωで、減衰量２０ｄＢでそれぞれ構成する。
また、アッテネータ２０、３０、４０をπ型アッテネータとした場合、図１１に示すパターン幅ｅは、特性インピーダンス５０Ωとなるようにする。
【０００５】
スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６は、例えば、電磁石で接点を切り換える機械式のスイッチである。
【０００６】
次に、０から２０ｄＢステップで６０ｄＢまで減衰させるステップアッテネータの動作について説明する。
この場合、アッテネータ２０、３０、４０は、それぞれ２０ｄＢの減衰量とする。
【０００７】
減衰量を０ｄＢとするときは、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をすべてａ側に切り換えスルーとする。
【０００８】
減衰量を２０ｄＢとするときは、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をｂ側に、スイッチＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をａ側に切り換える。
【０００９】
減衰量を４０ｄＢとするときは、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４をｂ側に、スイッチＳＷ５、ＳＷ６をａ側に切り換える。
【００１０】
減衰量を６０ｄＢとするときは、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をすべてｂ側に切り換える。
【００１１】
スイッチとして機械式スイッチを使用した場合、スイッチ自体による減衰量は、例えば図１２に示すように、８ＧＨｚにおいて２ｄＢ（以下、８ＧＨｚにおける減衰量がｘｄＢの場合をｘｄＢ／８ＧＨｚと表記する）と少ない。
しかし、機械式スイッチを使用した場合、切換速度が遅く、寿命も短い。
【００１２】
一方、電子式スイッチを使用してステップアッテネータを構成した場合、切換速度が早く、寿命も長くなるが、電子式スイッチ自体による減衰量が大きい。
例えば図１０に示すように、電子式スイッチを６個使用した場合、８ＧＨｚにおいて９ｄＢ／８ＧＨｚの減衰量がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記説明のように、機械式スイッチを使用した場合、スイッチ自体による減衰量は少ないが、切換速度が遅く、寿命も短い。
また、電子式スイッチを使用した場合、切換速度が早く、寿命も長くなるが、スイッチ自体の減衰量が大きいという実用上の問題があった。
そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、その目的は、電子スイッチによる減衰量を補正した、切換速度が早く、寿命も長い、広帯域で使用できるステップアッテネータを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
即ち、上記目的を達成するためになされた本発明の第１は、
スルー側とアッテネータ側とを電子スイッチで切り換えるステップアッテネータにおいて、
ステップ減衰量を与える側に、周波数が高くなるほど減衰量が少なくなる逆特性の補正アッテネータを設けて、
スルー側の経路は２つの電子スイッチで切り換えていることを特徴としたステップアッテネータを要旨としている。
【００１５】
また、上記目的を達成するためになされた本発明の第２は、
スルー側とアッテネータ側とを電子スイッチで切り換えるステップアッテネータにおいて、
ステップ減衰量を与える側に、周波数が高くなるほど減衰量が少なくなる逆特性の補正アッテネータを設けて、前記電子スイッチの減衰量を補正していることを特徴としたステップアッテネータを要旨としている。
【００１６】
そして、逆特性の補正アッテネータは、信号をＧＮＤ側にバイパスする抵抗と直列にインダクタンスを設けた本発明第１又は２に記載のステップアッテネータを要旨としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、下記の実施例において説明する。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
本発明の実施例について、図１〜図１４を参照して説明する。
本発明の実施例１の電子式スイッチによるステップアッテネータは、図１に示すように、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６と、アッテネータ２０、３０と、補正アッテネータ１０とで構成している。
【００１９】
スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６は、例えば、ＳＰＤＴ(single-pole double-throw）の電子スイッチである。
【００２０】
アッテネータ２０、３０の回路は、図１３または図１４に示すように、従来と同じ構成で実現しているので説明を省略する。
【００２１】
補正アッテネータ１０は、図１３または図１４に示すように、直流的には従来と同じ回路構成と抵抗値で実現している。
つまり、抵抗値は、アッテネータとしての特性インピーダンスと減衰量から決まる。
但し、補正アッテネータ１０の減衰量の周波数特性は、図８に示すように、周波数が高いほど減衰量が少なくなる逆特性としている。
【００２２】
次に、図１１に示す通常のπ型アッテネータのパターンを、逆特性の補正アッテネータ１０のパターンとするための方法について説明する。
高周波において、π型アッテネータの減衰量を少なくするために、信号をＧＮＤ側にバイパスする抵抗Ｒ４と、Ｒ６と直列にインダクタンス成分を付加する。
【００２３】
インダクタンス成分の付加は、シミュレーションによりパターン形状を最適化して求めるが、その方法について、箇条書きで以下説明する。
（１）例えば、図２に示すように、抵抗Ｒ４と、抵抗Ｒ６側の直列パターンにおいて、パターンの長さｈでパターン幅をｇとし、所定の特性インピーダンスの幅ｆよりも狭くしてインダクタンスとしている。
【００２４】
（２）パターンの長さｈでパターン幅ｇとしたときの、減衰量の周波数特性を求める。
【００２５】
（３）一方、抵抗Ｒ４と、抵抗Ｒ６側のパターンにインダクタンスを付加したことにより、特性インピーダンスが変化するため、アッテネータとしてのリターンロスが増加する。
【００２６】
（４）そのため、図３に示すように、抵抗Ｒ５の両端のパターンを狭くしてインダクタンスを直列に付加し、リターンロスを減少させている。
【００２７】
（５）例えば、パターンｉの長さでパターン幅ｍと、パターンｋの長さでパターン幅ｊとしてインダクタンスを抵抗Ｒ５の両端に設ける。
その場合、パターン幅ｇのパターンの長さがｈからｎに長くなっている。
【００２８】
（６）従って、抵抗Ｒ４と、抵抗Ｒ６側のパターンのインダクタンスも特性インピーダンスも変化するため、減衰量の周波数特性を再度求めてインダクタンスを修正する。
【００２９】
（７）上記（３）から（６）までを繰り返して、使用周波数帯域において所望の逆特性の減衰量とリターンロス特性となるようにパターンの最適化をはかる。
以上の方法で、補正アッテネータ１０のパターンを形成する。
【００３０】
次に、図１の回路を参照して、０〜６０ｄＢの減衰量を２０ｄＢステップで可変するアッテネータの具体例で特性と動作について説明する。
ここで、アッテネータ２０、３０は、２０ｄＢの減衰量とする。
補正アッテネータ１０は、図８に示すように、減衰量２０ｄＢで、８ＧＨｚにおける減衰量が２ｄＢ少なくなる逆特性の周波数特性とする。
また、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６の８ＧＨｚにおける各減衰量は、１．５ｄＢ／８ＧＨｚとする。
従って、図１０に示すように、８ＧＨｚにおけるスイッチ６個分と２個分の差の減衰量は、６ｄＢ／８ＧＨとなる。
【００３１】
（１）減衰量を０ｄＢとする場合は、スイッチＳＷ１、ＳＷ６をａ側とし、スイッチＳＷ２〜ＳＷ５は動作させない。
このとき、信号経路は、スイッチＳＷ１とＳＷ６との２個分となる。
従って、減衰量０ｄＢの周波数特性は、図９示すように、８ＧＨｚにおいて基準値０ｄＢに対して３ｄＢ／８ＧＨｚ減衰量誤差となる。
【００３２】
（２）減衰量を２０ｄＢとする場合は、スイッチＳＷ１、ＳＷ６をｂ側とし、スイッチＳＷ２〜ＳＷ５はａ側とする。
この場合、スイッチ６個分と２個分の差の減衰量が、補正アッテネータ１０の逆特性の減衰量により減少する。
従って、減衰量２０ｄＢの周波数特性は、図９示すように、８ＧＨｚにおいて基準値２０ｄＢに対して７ｄＢ／８ＧＨｚの減衰量誤差となる。
【００３３】
（３）減衰量を４０ｄＢとする場合は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ６をｂ側とし、スイッチＳＷ４、ＳＷ５はａ側とする。
減衰量２０ｄＢの場合と同様に、スイッチ６個分と２個分の差の減衰量が、補正アッテネータ１０の逆特性の減衰量により減少する。
従って、減衰量４０ｄＢの周波数特性は、図９示すように、８ＧＨｚにおいて基準値４０ｄＢに対して７ｄＢ／８ＧＨｚの減衰量誤差となる。
【００３４】
（４）減衰量６０ｄＢとする場合は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ６をすべてｂ側とする。
減衰量２０ｄＢの場合と同様に、スイッチ６個分と２個分の差の減衰量が、補正アッテネータ１０の逆特性の減衰量により減少する。
従って、減衰量６０ｄＢの周波数特性は、図９示すように、８ＧＨｚにおいて基準値６０ｄＢに対して７ｄＢ／８ＧＨｚの減衰量誤差となる。
【００３５】
ところで、本実施例１では、２０ｄＢステップのステップアッテネータとして説明したが、アッテネータ２０、３０の減衰量を変えることにより所望のステップ減衰量が得られる。
また、減衰量のステップ数は、２つの電子スイッチと１つのアッテネータで構成するスルーとアッテネータとの切換ブロックを１つとしたり、又は増加することによりステップ数を少なくしたり多くしたりできる。
【００３６】
（実施例２）
本発明の実施例２の電子スイッチのステップアッテネータは、図４に示すように、スイッチＳＷ７、ＳＷ８、ＳＷ９、ＳＷ１０と、アッテネータ２０、３０と、補正アッテネータ１０とで構成している。
【００３７】
スイッチＳＷ７、ＳＷ８は、例えば、ＳＰＤＴ(single-pole double-throw）の電子スイッチである。
スイッチＳＷ９、ＳＷ１０は、例えば、ＳＰ３Ｔ(single-pole 3-throw）の電子スイッチである。
【００３８】
補正アッテネータ１０と、アッテネータ２０、３０は、実施例１と同じ構成であるから説明を省略する。
【００３９】
次に、図４の回路を参照して、０〜６０ｄＢの減衰量を２０ｄＢステップで可変するアッテネータの具体例で動作を説明する。
ここで、アッテネータ２０、３０は、２０ｄＢのアッテネータとする。
また、実施例１と同様に、本実施例２の各スイッチの８ＧＨにおける減衰量を、１．５ｄＢ／８ＧＨｚ、補正アッテネータ１０の８ＧＨにおける補正減衰量を２ｄＢ／８ＧＨｚとする。
従って、スイッチ４個分と２個分との差の減衰量は、３ｄＢ／８ＧＨとなる。
【００４０】
（１）減衰量を０ｄＢとする場合は、スイッチＳＷ１、ＳＷ６をａ側とし、スイッチＳＷ２〜ＳＷ５は動作させない。
このとき、信号経路は、スイッチＳＷ１と、ＳＷ６との２個分となる。
従って、減衰量０ｄＢのときは、８ＧＨｚにおいて基準値０ｄＢに対して３ｄＢ／８ＧＨｚ減衰量誤差となる。
【００４１】
（２）減衰量を２０ｄＢとする場合は、スイッチＳＷ９、ＳＷ１０をｂ側とし、スイッチＳＷ７、ＳＷ８はａ側とする。
この場合、スイッチ４個分と２個分の減衰量誤差が、補正アッテネータ１０の逆特性の減衰量により減少する。
従って、減衰量２０ｄＢのときは、８ＧＨｚにおいて基準値２０ｄＢに対して４ｄＢ／８ＧＨｚの減衰量誤差となる。
【００４２】
（３）減衰量を４０ｄＢとする場合は、スイッチＳＷ９をｃ側とし、スイッチＳＷ７はｂ側とし、スイッチＳＷ８はａ側とし、スイッチＳＷ１０はｂ側とする。
減衰量２０ｄＢの場合と同様に、減衰量４０ｄＢのときは、８ＧＨｚにおいて基準値４０ｄＢに対して４ｄＢ／８ＧＨｚの減衰量誤差となる。
【００４３】
（４）減衰量６０ｄＢとする場合は、スイッチＳＷ９をｃ側とし、スイッチＳＷ７はｂ側とし、スイッチＳＷ８はｂ側とし、スイッチＳＷ１０はｃ側とする。
減衰量２０ｄＢの場合と同様に、減衰量６０ｄＢのときは、８ＧＨｚにおいて基準値６０ｄＢに対して４ｄＢ／８ＧＨｚの減衰量誤差となる。
【００４４】
（応用例）
図５に示すように、スルーとアッテネータとの切換ブロックは、２つの電子スイッチと１つのアッテネータで構成する例で説明したが、図６又は図７に示すように構成してもよい。
例えば、図６の抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のＴ型アッテネータとスイッチＳ１、Ｓ２で構成して、アッテネータとするときは、Ｓ１をＯＦＦとし、Ｓ２をＯＮとし、スルーとするときは、Ｓ１をＯＮとし、Ｓ２をＯＦＦとする。
図７のπ型アッテネータの動作も同様であるので、説明を省略する。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
即ち、本発明のステップアッテネータは、電子スイッチを使用しているので、切換速度が早く、寿命も長くできる効果がある。
また、本発明のステップアッテネータは、電子スイッチによる誤差減衰量を補正アッテネータで補正しているので減衰量の誤差が少ない広帯域で使用できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のステップアッテネータの回路図である。
【図２】補正アッテネータの平面図である。
【図３】補正アッテネータの平面図である。
【図４】本発明の実施例２のステップアッテネータの回路図である。
【図５】スルーとアッテネータとの切換ブロック図である。
【図６】スルーとＴ型アッテネータとの切換回路図である。
【図７】スルーとπ型アッテネータとの切換回路図である。
【図８】補正アッテネータの周波数特性図である。
【図９】本発明のアッテネータと従来のアッテネータとの周波数特性図である。
【図１０】電子式スイッチの周波数特性図である。
【図１１】アッテネータの平面図である。
【図１２】機械式スイッチを使用したステップアッテネータの周波数特性図である。
【図１３】Ｔ型アッテネータの回路図である。
【図１４】π型アッテネータの回路図である。
【図１５】従来のステップアッテネータの回路図である。
【符号の説明】
１０補正アッテネータ
２０、３０、４０アッテネータ

Claims

スルー側とアッテネータ側とを電子スイッチで切り換えるステップアッテネータにおいて、
ステップ減衰量を与える側に、周波数が高くなるほど減衰量が少なくなる逆特性の補正アッテネータを備え、
前記逆特性の補正アッテネータは、
信号を受ける入力端と、
前記入力端において受けた前記信号が減衰したものが出力される出力端と、
前記入力端に入力側インダクタンスを介して接続され、前記出力端に出力側インダクタンスを介して接続された抵抗と、
前記入力側インダクタンスに接続された入力側バイパス用インダクタンスと、
前記出力側インダクタンスに接続された出力側バイパス用インダクタンスと、
前記入力側バイパス用インダクタンスに直列に接続され、前記信号をＧＮＤ側にバイパスする入力側バイパス用抵抗と、
前記出力側バイパス用インダクタンスに直列に接続され、前記信号をＧＮＤ側にバイパスする出力側バイパス用抵抗と、
を有する、
ステップアッテネータ。