JP6668268B2 - 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 - Google Patents

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。

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。この信号切替装置は、信号を切り替える場合に、信号が損失することにより信号レベルが低下する場合があった。

特開２０１４−２３００７１号公報

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。

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Ｎ／４波長線路と、第２の信号入出力部と、第２のＮ／４波長線路と、第１の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路と、第３のＮ／４波長線路と、第２の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路と、Ｐ／４波長線路と、第３の信号入出力部と、第１のスイッチと、第２のスイッチとを持つ。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Ｎ／４波長線路は、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である。前記第２の信号入出力部は、前記第１のＮ／４波長線路を介して接続される。前記第２のＮ／４波長線路は、前記第１のＮ／４波長線路の第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である。前記第１の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路は、前記第２のＮ／４波長線路を介して一方端が前記第１の分岐点に接続され、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である。前記第３のＮ／４波長線路は、前記第１のＮ／４波長線路において前記第１の分岐点よりも前記第２の信号入出力部側の第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である。前記第２の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路は、前記第３のＮ／４波長線路を介して一方端が前記第２の分岐点に接続され、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である。前記Ｐ／４波長線路は、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である。前記第３の信号入出力部は、前記第１の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路と前記Ｐ／４波長線路との接続点に接続される。前記第１のスイッチは、前記第２のＮ／４波長線路を介して前記第１の分岐点に接続されると共に前記第１の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路を介して前記第３の信号入出力部に接続され、前記第２のＮ／４波長線路を開放端である第三端と接続する状態と、前記第２のＮ／４波長線路を接地端子に接続された第二端と接続する状態との間で切り替える。前記第２のスイッチは、前記第３のＮ／４波長線路を介して前記第２の分岐点に接続されると共に前記第２の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路を介して前記第２の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路と前記Ｐ／４波長線路との接続点に接続され、前記第３のＮ／４波長線路を開放端と接続する状態と、前記第３のＮ／４波長線路を前記第二端と接続する状態との間で切り替える。

第１の実施形態の信号切替装置１００の一例を示す図。 第１の実施形態の信号切替装置１００の一例を示す図。 第２の実施形態の信号切替装置１００Ａの一例を示す図。 第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂの一例を示す図。 第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおけるスイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂが短絡状態である場合の信号経路の一例を示す図。 第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおいてスイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂを短絡させた時の信号周波数と通過振幅との関係を示す図。 第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおけるスイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂが開放状態である場合の信号経路の一例を示す図。 第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおいてスイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂを開放させた時の信号周波数と通過振幅との関係を示す図。 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。 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。 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。 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。 第４の実施形態の信号切替装置１００Ｃの一例を示す図。 第４の実施形態の信号切替装置１００Ｃの他の一例を示す図。 第５の実施形態の信号切替装置１００Ｄの一例を示す図。 第６の実施形態の信号切替装置１００Ｅの一例を示す図。 第６の実施形態の信号切替装置１００Ｅの他の一例を示す図。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 実施形態の可変減衰器３００の一例を示す図。 実施形態の可変移相器４００の一例を示す図。

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。

（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、スイッチ１２０が導通状態である場合の動作を示す図であり、図２は、スイッチ１２０が遮断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Ｓ１と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、スイッチ１２０とを含む。

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供給する数ＧＨｚといった高周波帯の送信信号である。

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。

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、分岐した信号をスイッチ１２０に伝送する。

スイッチ１２０は、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）などの半導体スイッチである。また、スイッチ１２０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スイッチなどの機械的なスイッチであってもよい。スイッチ１２０は、信号線路に接続された第一端ａと、第二端ｂとを含む。スイッチ１２０の第一端ａは、信号線路１１０Ｂを介して分岐点１１０ａに接続される。スイッチ１２０の第二端ｂは、接地端子Ｇに接続される。スイッチ１２０は、外部装置から供給された制御信号に従って、導通状態と、遮断状態との間で状態が切り替えられる。スイッチ１２０が導通状態である場合、分岐点１１０ａから見た信号線路１１０Ｂは、開放状態となる。スイッチ１２０が遮断状態である場合、分岐点１１０ａから見た信号線路１１０Ｂは、短絡状態となる。開放状態とは、分岐点１１０ａが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。短絡状態とは、分岐点１１０ａが電気的に接地端子Ｇ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。

スイッチ１２０は、図１に示すように、導通状態である場合に、信号線路１１０Ｂから供給された信号Ｓを、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に反射し（第１の状態）、反射した信号Ｓ２と入出力端子Ｐ１に入力された信号Ｓとを入出力端子Ｐ２に出力させる。反射した信号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Ｇに向けて１／４波長分だけ伝送されて、接地端子Ｇ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Ｇ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。

スイッチ１２０は、図２に示すように、遮断状態である場合に、信号線路１１０Ｂから供給された信号を、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に反射し（第２の状態）、反射した信号Ｓ２＃で入出力端子Ｐ１に入力された信号Ｓを打ち消させる。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Ｇに向けて１／４波長分だけ伝送されて、接地端子Ｇ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Ｇ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。

なお、信号線路１１０Ｂの電気長は、図１に示すようにスイッチ１２０が導通状態である場合、分岐点１１０ａから接地端子Ｇまでの電気長が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に示すようにスイッチ１２０が遮断状態である場合、分岐点１１０ａからスイッチ１２０の第一端ａまでの電気長が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、スイッチ１２０および接地端子Ｇ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。

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、スイッチ１２０が導通状態である場合に、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。

また、第１の実施形態の信号切替装置１００によれば、スイッチ１２０が遮断状態である場合に、信号線路１１０Ｂに分岐された信号を、入出力端子Ｐ１から信号線路１１０Ａに入力される信号と異なる位相で反射させることができる。これにより信号切替装置１００によれば、信号Ｓ１と異なる信号を入出力端子Ｐ１から入出力端子Ｐ２に供給することができ、低損失で信号の切替を行うことができる。

（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、スイッチ１２０Ａと、スイッチ１２０Ｂと、制御部１３０とを含む。

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。

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。

スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂは、例えばＦＥＴなどの半導体スイッチである。また、スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂは、ＭＥＭＳスイッチなどの機械的なスイッチであってもよい。スイッチ１２０Ａの第一端ａは、信号線路１１０Ｂを介して分岐点１１０ａに接続される。スイッチ１２０Ａの第二端ｂは、接地端子Ｇに接続される。スイッチ１２０Ｂの第一端ａは、信号線路１１０Ｃを介して分岐点１１０ｂに接続される。スイッチ１２０Ｂの第二端ｂは、接地端子Ｇに接続される。

スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂは、制御部１３０から供給された制御信号に従って、導通状態と遮断状態との間で切り替えられる。スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂが導通状態である場合、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、スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂが遮断状態である場合、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、スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂ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。

制御部１３０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１３０は、スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂに制御信号を出力することで、スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂの状態を導通状態と遮断状態との間で切り替える。

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、スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂが第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。

（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、スイッチ１２０Ａと、スイッチ１２０Ｂと、制御部１３０とを含む。

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。

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。

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、スイッチ１２０Ａが接続される。スイッチ１２０Ａ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。

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、スイッチ１２０Ｂが接続される。スイッチ１２０Ｂ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。

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。

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抵抗値が調整されている。

スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂは、例えばＦＥＴなどの半導体スイッチである。また、スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂは、ＭＥＭＳスイッチなどの機械的なスイッチであってもよい。スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂの第三端ａは、開放される。スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂの第二端ｂは、接地端子Ｇに接続される。スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂは、制御部１３０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導通状態と、信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄを開放させる遮断状態との間で状態が切り替えられる。

図５は、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおけるスイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂが導通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１３０は、スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂを導通状態（第二端ｂに接続）に制御する。すなわち、制御部１３０は、信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｃの端部を短絡させる。スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂが導通状態である場合において、入出力端子Ｐ１から入出力端子Ｐ２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。

図６は、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおいてスイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂを導通状態に切り替えた時の信号周波数と通過振幅との関係を示す図である。図６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信号の通過振幅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）の通過振幅に対し、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）の通過振幅が低いことが分かる。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。

図７は、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおけるスイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂが遮断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１３０は、スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂを遮断状態（第三端ａに接続）に制御する。すなわち、制御部１３０は、信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｃの端部を開放させる。スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂが第三端ａに切り替えられた状態において、入出力端子Ｐ１から入出力端子Ｐ４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。

図８は、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおいてスイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂを遮断させた時の信号周波数と通過振幅との関係を示す図である。図８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信号の通過振幅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）の通過振幅に対し、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）の通過振幅が低いことが分かる。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。

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の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。

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。すなわち、信号Ｓ３０と信号Ｓ３１との位相差が１８０度となるため、信号Ｓ３０と信号Ｓ３１とは逆相の関係となり、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。

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。すなわち、信号Ｓ３０と信号Ｓ３１との位相差が１８０度となるため、信号Ｓ３２と信号Ｓ３３とは逆相の関係となり、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。

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。すなわち、信号Ｓ３０と信号Ｓ３１との位相差が３６０度となるため、信号Ｓ３４と信号Ｓ３５とは同相の関係となり、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。

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。

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。

第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂによれば、スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂを導通状態と遮断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。

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。

さらに、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したので、さらに信号経路を低損失化することができる。

（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１３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、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂの接地端子Ｇに代えて、スイッチ１２０Ａの第二端ｂに調整用線路１５０Ａを接続している。同様に、信号切替装置１００Ｃは、スイッチ１２０Ｂの第二端ｂに調整用線路１５０Ｂを接続している。調整用線路１５０Ａおよび１５０Ｂの一方端は、スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂにおける第二端ｂに接続される。調整用線路１５０Ａおよび１５０Ｂの第三端ａは、開放される。

線路１５０Ａの電気長は、信号線路１１０Ｂおよびスイッチ１２０Ａを合計した電気長と、所望の電気長との差分となるように調整されている。所望の電気長とは、信号線路１１０Ｂ、スイッチ１２０Ａ、および調整用線路１５０Ａからなる線路が、信号の中心周波数において短絡状態または開放状態として機能する電気長である。所望の電気長は、例えば、λ／２である。所望の電気長がλ／２である場合、調整用線路１５０Ａが開放されているので、分岐点１１０ａから調整用線路１５０Ａの終端で反射された信号は反転せずに、分岐点１１０ａに伝送される。分岐点１１０ａに伝送された信号は、入出力端子Ｐ１から分岐点１１０ａに伝送された信号に対して同相となるため、信号線路１１０Ａに伝送される。なお、調整用線路１５０Ｂの電気長は、調整用線路１５０Ａと同様に調整されている。

図１４は、第４の実施形態の信号切替装置１００Ｃの他の一例を示す図である。第４の実施形態の信号切替装置１００Ｃは、図１４に示すように、調整用線路１５０Ａに接地端子１５２Ａを接続してもよい。同様に、信号切替装置１００Ｃは、調整用線路１５０Ｂに接地端子１５２Ｂを接続してもよい。調整用線路１５０Ａおよび調整用線路１５０Ｂは、接地端子１５２Ａおよび接地端子１５２Ｂを接続することで、終端が短絡されたスタブとして機能する。

信号線路１１０Ｂ、スイッチ１２０Ａおよび線路１５０Ａの電気長がＮ×λ／４に調整されている場合、調整用線路１５０Ａにより短絡状態にされているので、分岐点１１０ａから線路１５０Ａの接地端子１５２Ａで反射された信号は反転して、分岐点１１０ａに伝送される。分岐点１１０ａに伝送された信号は、入出力端子Ｐ１から分岐点１１０ａに伝送された信号に対して同相となるため、信号線路１１０Ａに伝送される。なお、調整用線路１５０Ｂに接続された接地端子１５２Ｂも同様に、機能する。

なお、第４の実施形態は、図１３に示したように、スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂの双方に終端が開放された調整用線路１５０Ａおよび１５０Ｂを接続し、図１４に示したように、スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂの双方に終端が短絡された調整用線路１５０Ａおよび１５０Ｂを接続したが、これに限定されない。第４の実施形態は、スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂの一方に端部が開放された線路を接続し、スイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂの他方に端部が短絡された線路を接続してもよい。

以上説明したように、第４の実施形態の信号切替装置１００Ｃによれば、上述した実施形態と同様に、信号経路における信号の損失を抑制することができる。また、信号切替装置１００Ｃは、信号線路１１０Ｂの電気長を調整する調整用線路１５０Ａをスイッチ１２０Ａに接続したので、調整用線路１５０Ａの長さを調整することで、信号線路１１０Ｂ、スイッチ１２０Ａ、および線路１５０Ａの電気長を所望の電気長に近づけることができる。これにより、信号切替装置１００Ｃによれば、入出力端子Ｐ１と入出力端子Ｐ２との間の信号経路における信号の損失を更に低くすることができる。

（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態について説明する。図１５は、第５の実施形態の信号切替装置１００Ｄの一例を示す図である。信号切替装置１００Ｄは、上述した実施形態のスイッチ１２０Ａおよびスイッチ１２０Ｂに代えて、ＰＩＮダイオード１２２Ａおよび１２２Ｂを備える。ＰＩＮダイオード１２２Ａは、アノード側が信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄに接続され、カソード側が接地端子１２４Ａに接続される。ＰＩＮダイオード１２２Ｂは、アノード側が信号線路１１０Ｃおよび信号線路１１０Ｅに接続され、カソード側が接地端子１２４Ｂに接続される。

ＰＩＮダイオード１２２Ａおよび１２２Ｂは、制御部１３０の制御信号により順バイアスが印加されている場合に低インピーダンスとなる。ＰＩＮダイオード１２２Ａおよび１２２Ｂは、制御部１３０の制御信号により逆バイアスが印加されている場合に高インピーダンスとなる。

制御部１３０は、信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄを信号経路に切り替える場合、ＰＩＮダイオード１２２Ａに逆バイアスを印加することでＰＩＮダイオード１２２Ａを遮断状態に制御する。この場合、入出力端子Ｐ１と入出力端子Ｐ４との間に印加される電圧が大きくなると、ＰＩＮダイオード１２２Ａは、遮断状態から導通状態に切り替わる。これにより、ＰＩＮダイオード１２２Ａは、信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄに流れる電流値を制限するリミッタとして機能する。

制御部１３０は、信号線路１１０Ａを信号経路に切り替える場合、ＰＩＮダイオード１２２Ａおよび１２２Ｂに順バイアスを印加することで、ＰＩＮダイオード１２２Ａおよび１２２Ｂを導通状態に制御する。この場合、入出力端子Ｐ１に入力された信号は入出力端子Ｐ２に流れるため、ＰＩＮダイオード１２２Ａおよび１２２Ｂはリミッタとして機能しない。

なお、第５の実施形態において、ＰＩＮダイオード１２２Ａは、カソード側が信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄに接続され、アノード側が接地端子１２４Ａに接続されてもよい。また、ＰＩＮダイオード１２２Ｂは、カソード側が信号線路１１０Ｃおよび信号線路１１０Ｅに接続され、アノード側が接地端子１２４Ｂに接続されてもよい。この場合、制御部１３０は、信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄを信号経路に切り替える場合、ＰＩＮダイオード１２２Ａに順バイアスを印加することでＰＩＮダイオード１２２Ａを遮断状態に制御する。また、制御部１３０は、信号線路１１０Ａを信号経路に切り替える場合、ＰＩＮダイオード１２２Ａおよび１２２Ｂに逆バイアスを印加することで、ＰＩＮダイオード１２２Ａおよび１２２Ｂを導通状態に制御する。

以上説明した第５の実施形態の信号切替装置１００Ｄによれば、上述した実施形態と同様に、信号経路における信号の損失を抑制することができる。また、信号切替装置１００Ｄは、ＰＩＮダイオード１２２Ａおよび１２２Ｂを備えることで、信号経路に過剰に振幅が大きな信号が供給された場合にリミッタとして機能させることができる。

（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態について説明する。図１６は、第６の実施形態の信号切替装置１００Ｅの一例を示す図である。第６の実施形態の信号切替装置１００Ｅは、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接続されたスイッチ１２６Ａを備える。また、信号切替装置１００Ｅは、入出力端子Ｐ２と入出力端子Ｐ３との間の信号経路に直列に接続されたスイッチ１２６Ｂを備える。

スイッチ１２６Ａおよびスイッチ１２６Ｂは、例えば、ＦＥＴなどの半導体スイッチである。また、スイッチ１２６Ａおよびスイッチ１２６Ｂは、ＭＥＭＳスイッチなどの機械的なスイッチであってもよい。スイッチ１２６Ａおよびスイッチ１２６Ｂは、制御部１３０により出力された制御信号により、導通状態と遮断状態との間で切り替えられる。

スイッチ１２６Ａが遮断状態である場合、分岐点１１０ａからみた信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄが開放状態となる。同様に、スイッチ１２６Ｂが遮断状態である場合、分岐点１１０ｂからみた信号線路１１０Ｃおよび信号線路１１０Ｅが開放状態となる。この場合、信号切替装置１００Ｅは、信号経路を信号線路１１０Ａに切り替えることができる。

スイッチ１２６Ａが導通状態である場合、分岐点１１０ａからみた信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄが短絡状態となる。同様に、スイッチ１２６Ｂが導通状態である場合、分岐点１１０ｂからみた信号線路１１０Ｃおよび信号線路１１０Ｅが短絡状態となる。この場合、信号切替装置１００Ｅは、信号経路を信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄに切り替えることができる。

図１７は、第６の実施形態の信号切替装置１００Ｅの他の一例を示す図である。第６の実施形態の信号切替装置１００Ｅは、信号線路１１０Ｂと信号線路１１０Ｄとの間の信号経路に直列に接続されたスイッチ１２８Ａを備える。また、信号切替装置１００Ｅは、信号線路１１０Ｃと信号線路１１０Ｅとの間の信号経路に直列に接続されたスイッチ１２８Ｂを備える。

スイッチ１２８Ａおよびスイッチ１２８Ｂは、例えば、ＦＥＴなどの半導体スイッチである。また、スイッチ１２８Ａおよびスイッチ１２８Ｂは、ＭＥＭＳスイッチなどの機械的なスイッチであってもよい。スイッチ１２８Ａは、信号線路１１０Ｂに接続された第１の端子ａと、信号線路１１０Ｄに接続された第２の端子ｂと、接地端子Ｇに接続された第３の端子ｃとを含む。スイッチ１２８Ｂは、信号線路１１０Ｃに接続された第４の端子ａと、信号線路１１０Ｅに接続された第５の端子ｂと、接地端子Ｇに接続された第６の端子ｃとを含む。

スイッチ１２８Ａが接地端子Ｇに導通された状態である場合、分岐点１１０ａからみた信号線路１１０Ｂが開放状態となる。同様に、スイッチ１２８Ｂが接地端子Ｇに導通された状態である場合、分岐点１１０ｂからみた信号線路１１０Ｃが開放状態となる。この場合、信号切替装置１００Ｅは、信号経路を信号線路１１０Ａに切り替えることができる。

スイッチ１２８Ａが信号線路１１０Ｄに導通された状態である場合、信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄが導通状態となる。同様に、スイッチ１２８Ｂが信号線路１１０Ｅに導通された状態である場合、信号線路１１０Ｃおよび信号線路１１０Ｅが導通状態となる。この場合、信号切替装置１００Ｅは、信号経路を信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄに切り替えることができる。

以上説明した第６の実施形態の信号切替装置１００Ｅによれば、上述した実施形態と同様に、信号経路を切り替えることができる。

（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１８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。

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、他の信号切替装置１００Ｃ、１００Ｄまたは１００Ｅ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。

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。

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。

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）。

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。

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。

図１９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。

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）４６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。

図２０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１９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。

図２１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２０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。

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。

図２２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２０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、上述した図１５に示した信号切替装置１００Ｄに相当する。線路切替器２１０Ａは、入出力部Ｐ１１が信号切替装置１００Ｄの入出力端子Ｐ１に相当し、入力部Ｐ１２が信号切替装置１００Ｄの入出力端子Ｐ２に相当し、出力部Ｐ１３が信号切替装置１００Ｄ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１２２Ａおよび１２２Ｂがオンとなる所定値よりも高い場合、ＰＩＮダイオード１２２Ａおよび１２２Ｂは遮断状態から導通状態に切り替わる。これにより、ＰＩＮダイオード１２２Ａおよび１２２Ｂ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１２２Ａおよび１２２Ｂ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。

図２３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。

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。

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。7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。

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。

図２４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。

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。

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、他の信号切替装置１００Ｃ、１００Ｄまたは１００Ｅと同じ構成であってもよい。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図２５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。

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。

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、他の信号切替装置１００Ｃ、１００Ｄまたは１００Ｅと同じ構成であってもよい。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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スイッチ１２０を持ち、信号線路１１０Ｂ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に反射させるので、線路上にスイッチを設けることなく信号を切り替えることができ、信号の損失を抑制することができる。

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。

１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ…信号切替装置、１１０ａ、１１０ｂ…分岐点、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ、１１０Ｅ、１１０Ｆ…信号線路、１２０、１２６Ａ、１２６Ｂ、１２８Ａ、１２８Ｂ…スイッチ、１２２Ａ、１２２Ｂ…ダイオード、１３０…制御部、１５０Ａ、１５０Ｂ…線路、１２４Ａ、１２４Ｂ、１５２Ａ、１５２Ｂ…接地端子、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

Claims (11)

1. 信号が供給される第１の信号入出力部と、
   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波長線路を介して接続された第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、
   前記第２のＮ／４波長線路を介して一方端が前記第１の分岐点に接続され、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Ｎ／４波長線路において前記第１の分岐点よりも前記第２の信号入出力部側の第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、
   前記第３のＮ／４波長線路を介して一方端が前記第２の分岐点に接続され、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波長線路との接続点に接続された第３の信号入出力部と、
   前記第２のＮ／４波長線路を介して前記第１の分岐点に接続されると共に前記第１の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路を介して前記第３の信号入出力部に接続され、前記第２のＮ／４波長線路を開放端である第三端と接続する状態と、前記第２のＮ／４波長線路を接地端子に接続された第二端と接続する状態との間で切り替える第１のスイッチと、
   前記第３のＮ／４波長線路を介して前記第２の分岐点に接続されると共に前記第２の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路を介して前記第２の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路と前記Ｐ／４波長線路との接続点に接続され、前記第３のＮ／４波長線路を開放端と接続する状態と、前記第３のＮ／４波長線路を前記第二端と接続する状態との間で切り替える第２のスイッチと、
   を備える、信号切替装置。
2. 前記第１のスイッチを制御することで、前記第２のＮ／４波長線路を開放端と接続する状態と、前記第２のＮ／４波長線路を前記第二端と接続する状態との間で切り替えるとともに、前記第２のスイッチを制御することで、前記第３のＮ／４波長線路を開放端と接続する状態と、前記第３のＮ／４波長線路を前記第二端と接続する状態との間で切り替える制御部を備える、
   請求項１に記載の信号切替装置。
3. 前記第１のスイッチには、前記第２のＮ／４波長線路と前記第１のスイッチを含む電気長が信号のＮ／４波長となるように調整される調整用の線路が接続され、
   前記第２のスイッチには、前記第３のＮ／４波長線路と前記第２のスイッチまたは前記第２のスイッチを含む電気長が信号のＮ／４波長となるように調整される調整用の線路が接続される、
   請求項１または２に記載の信号切替装置。
4. 前記第１のスイッチは、前記第２のＮ／４波長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る前記第三端と、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前記第二端と、を備え、前記第１のスイッチの前記調整用の線路は、前記接地端子と前記第１のスイッチの前記第二端との間に接続され、
   前記第２のスイッチは、前記第３のＮ／４波長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る前記開放端と、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前記第二端と、を備え、前記第２のスイッチの前記調整用の線路は、前記接地端子と前記第２のスイッチの前記第二端との間に接続される、
   請求項３に記載の信号切替装置。
5. 前記第１のスイッチは、アノードが前記第２のＮ／４波長線路に接続され、カソードが接地端子に接続されたダイオードであり、
   前記第２のスイッチは、アノードが前記第３のＮ／４波長線路に接続され、カソードが接地端子に接続されたダイオードである、
   請求項１または２に記載の信号切替装置。
6. 前記第１のスイッチは、カソードが前記第２のＮ／４波長線路に接続され、アノードが接地端子に接続されたダイオードであり、
   前記第２のスイッチは、カソードが前記第３のＮ／４波長線路に接続され、アノードが接地端子に接続されたダイオードである、
   請求項１または２に記載の信号切替装置。
7. 信号が供給される第１の信号入出力部と、
   前記第１の信号入出力部に接続され、Ｎを１以上の奇数とする第１のＮ／４波長線路と、
   前記第１のＮ／４波長線路を介して接続された第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、
   前記第２のＮ／４波長線路を介して一方端が前記第１の分岐点に接続され、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Ｎ／４波長線路において前記第１の分岐点よりも前記第２の信号入出力部側の第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、
   前記第３のＮ／４波長線路を介して一方端が前記第２の分岐点に接続され、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波長線路との接続点に接続された第３の信号入出力部と、
   前記第２のＮ／４波長線路と前記第１の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路とにより形成される信号経路上に設けられ、導通状態と遮断状態との間で状態が切り替えられる第１のスイッチと、
   前記第３のＮ／４波長線路と前記第２の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路とにより形成される信号経路上に設けられ、導通状態と遮断状態との間で状態が切り替えられる第２のスイッチと、
   を備える、信号切替装置。
8. 前記第１のスイッチは、前記第２のＮ／４波長線路に接続された第１の端子と、一方端が前記第１の端子と接続可能であり他方端が前記第１の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路に接続された第２の端子と、一方端が前記第１の端子と接続可能であり他方端が接地端子に接続された第３の端子と、を備え、
   前記第２のスイッチは、前記第３のＮ／４波長線路に接続された第４の端子と、一方端が前記第１の端子と接続可能であり他方端が前記第２の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路に接続された第５の端子と、一方端が前記第４の端子と接続可能であり他方端が接地端子に接続された第６の端子と、を備える、
   請求項７に記載の信号切替装置。
9. アンテナに電磁波を搬送させる送信信号を生成する送信信号生成部と、
   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１〜８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。
10. 複数の減衰器と、
    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１〜８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。
11. 複数の移相器と、
    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１〜８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。

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