JPH02224403A

JPH02224403A - マイクロ波スイッチ

Info

Publication number: JPH02224403A
Application number: JP1322777A
Authority: JP
Inventors: Harold A Uyeda; ハロルド・エー・ウエダ
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1988-12-14
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1990-09-06
Also published as: IL92500A; EP0373634A3; US4924196A; CA2003652A1; EP0373634A2; CA2003652C; IL92500A0

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は電子切換装置、特に、マイクロ波用の導波管を
切り換えるための電子切換装置に関する。

［従来の技術］はとんどの電気及び電子装置に共通しているのは切換要
素である。切換要素は、機器の起動に使用される単純な
機械式の「オン−オフ」スイッチからデジタルコンピュ
ータに使用されるトランジスタのような高速の固体素子
構成要素に至るま、で多種多様である。

最も一般的な電子スイッチは、電子の流れを制御するた
めに電気又は電子回路に使用されるスイッチである。少
なくとも先進のマイクロ波回路の中にはマイクロ波エネ
ルギーの流れの制御にアナログスイッチを用いているも
のがある。例えば、送信機のマイクロ波出力を２つの個
別の送信アンテナ間で切り換えなければならない場合が
ある。

逆に、共通のアンテナが受信するマイクロ波信号を２つ
以上のマイクロ波信号処理装置間で切り換えなければな
らない場合もある。更に複雑なマイクロ波装置の場合、
２つ以上のソースからのマイクロ波信号を利用又は処理
するために設計された２つ以上の機器間で切り換える必
要が生じることがある。これらのマイクロ波スイッチは
、一般にスイッチが構成されると「極」及び「切換」の
数で定義される。

電子スイッチとマイクロ波スイッチは同じように定義さ
れてはいるが、電子とマイクロ派の性質は異なるので、
これらのスイッチは一般に構成、を実質的に変えなけれ
ばならない。この点で、マイクロ波スイッチは特に導波
管装置に使用されるスイッチであり、特にマイクロ波ス
イッチの切換損失を低くする必要がある場合、電子スイ
ッチを実現するよりも実質的に難しい。

ミリメートル波長範囲（約５ギガヘルツ）では特にマイ
クロ波スイッチの損失を少なくするのは難しいので、マ
イクロ波導波管のスイッチは一般に各位相器の相互接続
、直角位相の混成、導波管の終端、マジックＴ（マイク
ロは回路の方向性結合器）及びクロスオーバーネットワ
ークが必要になる。

上記のマイクロ波構成要素を有する単極双投（ＳＰ２Ｔ
）マイクロ波スイッチは既に製造されている。５Ｐ２Ｔ
マイクロ波スイツチを２個並列に配置した単極四段マイ
クロ波スイッチは、現在米国海軍が使用している軍用ハ
ードウェア、脅威反応電子交戦システムＡＮ／５ＬＱ−
１７で実現されているネットワークと更に結合される。

しかしながら、マイクロ波システムがより複、雑になり
、性能要件がより厳格になるに連れて、切換能力が大き
く損失の少ないマイクロ波スイッチが益々必要になって
いる。例えば、低損失の導波管５Ｐ８Ｔスイツチが必要
であり、ミリメートルマイクロ波範囲のＤＰ８７マイク
ロ波スイッチには可能性がある。

レーザ切換能力を有する適切な数のマイクロ波スイッチ
を使用して、直列と並列の関係で「ツリー」を構成する
ことにより、多種類のＳＰＭＴマイクロ波スイッチを作
成できることが分かる。この他、５Ｐ８Ｔマイクロ波ス
イツチは、５Ｐ４Ｔスイッチ２個でツリーを構成するか
、５Ｐ２Ｔマイクロ波スイツチの１−２−４の装置（以
下で説明）でツリーを構成することにより作ることもで
きる。

ただし、容量が少ないマイクロ波スイッチを使ってツリ
ーを構成すると、マイクロ波の重要な用途の中にはマイ
クロ波電力が過度に損失してしまっ場合がしばしばある
。こうした過度の切換損失は、−例とし７て、アンテナ
が受信する弱い受信、信号を損失する原因になる。更に
、こうした種類の合成スイッチは、より多くのマイクロ
波構成要素を使用しなければならないので、特別設計の
マイクロ波スイッチに比べて大型でコストも多額になり
、恐らくは信頓性も低くなる。しかし、本発明者の知る
限りでは、容量の少ないマイクロ波スイッチの単純なツ
リー構成を使用していない５Ｐ８Ｔ又は２Ｐ８７マイク
ロ波スイツチは開発されていないようである。本発明は
こうした特別な構造の５Ｐ８Ｔおよび５Ｐ８Ｔスイツチ
に関する。

［発明が解決しようとする課題］本発明の第１の課題は、改良された多重切換マイクロ波
スイッチを提供することである。

本発明の第２の課題は、信号分割器及び結合手段の並列
マトリックスを有するマイクロ波スイッチを提供するこ
とである。

本発明の第３の課題は、マイクロ波位相器の選択的な動
作により複数の出力の中から選択されたいずれか１つに
入力信号を切り換えることが可能な多投切換マイクロ波
スイッチを提０（することである。

本発明の第４の課題は、信号の損失が実質的に減少し、
ｔニマイクロ派スイッチを提供することである。

本発明の第５の課題は、実質的に改善された信号伝送特
性を有するマイクロ波スイッチを作成するためにマジッ
クＴの並列マトリックス、構成カプラ、磁気位相器、及
びクロスオーバーネットワークを使用し、多極入力多投
切換出力構成に適したマイクロ波スイッチを提供するこ
とである。

［課題を解決するための手段、作用、及び発明の効果〕本発明により、広い意味において、ある入力部と複数の
出力部の中から選択されたいずれかの出力部とでマイク
ロ波信号を送受信するマイクロ波スイッチが提供される
。スイッチは各出力に対するマイクロ波伝送線を有し、
各伝送線は第１及び第２動作段階で選択的に作動し、そ
こに伝送されるマイクロ波信号の位相を変換する位相変
換装置を有している。信号分割マトリックスが装備され
、これは信号の位相変換を行なわずに一組の出力部間で
入力マイクロ波信号を分割するための複数の信号分割手
段と、一組の出力部間において予め決められた位相関係
で入力マイクロ波信号を分割するための複数のマイクロ
波信号結合手段とで構成されている。結合手段は、一般
に直角位相関係を有する２つの等しい出力を伝送する。

この結合手段は、予め決められた一組の伝送線の間に接
続され、入力するマイクロ波信号を予め決められた位相
関係の複数のベクトル成分に分離する。この時、複数の
出力の中から選択されたいずれかの出力のベクトル成分
は総べて加法的であり、複数の出力の他の総べてはゼロ
のベクトル和を取る。ベクトル成分の加法及び取り消し
の関係は最終的に位相変換装置の予め決められた組み合
わせの選択的な動作で決定される。

本発明の特定の実施例では、入力マイクロ波信号は、先
ず、折り畳まれた複数のマジックＴによって分割され、
直角位相混成マイクロ派カプラの形式で結合手段が装備
されている。信号分割マ、トリックスは、一般に、ツリ
ーマトリックスとは対照的な並列マトリックスであり、
そのため事実上信号損失が減少する。

マイクロ波スイッチは、物理的に隣接する伝送線の組を
結合手段により伝送線の隣接した組の間に選択的に配置
して信号の分割を可能にする複数のマイクロ波クロスオ
ーバーネットワークを更に有している。

マイクロ波スイッチは、伝送線の隣接した組の間で結合
手段により信号を分割できるように、伝送線を選択して
物理的に隣接した組にする複数のマイクロ波クロスオー
バーネットワークを更に有している。

従って、本発明により、改良された多重切換マイクロ波
スイッチが提供される。

また、信号分割器及び結合手段の並列マトリックスを有
するマイクロ波スイッチが提供される。

更に、マイクロ波位相器の選択的な動作により複数の出
力の中から選択されたいずれか１つに入力信号を切り換
えることが可能な多投切換マイクロ波スイッチが提供さ
れる。

この他に、信号の損失が実質的に減少したマイクロ派ス
イッチが提供される。

最後に、実質的に改善された信号伝送特性を有するマイ
クロ波スイッチを作成するためにマジックＴの並列マト
リックス、構成カプラ、磁気位相器、及びクロスオーバ
ーネットワークを使用し、多極入力多投切換出力構成に
適したマイクロ波スイッチが提供される。

［実施例］第１図に単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチの概略を示す。

単極双投スイッチは本発明の基本的な構築ブロックを構
成するもので、参照符号１０により全体が示されている
。単極双投スイッチ１０はマイクロ波信号をマイクロ波
信号源（図示せず）から受信する入力部１２を有してい
る。マイクロ波信号はマイクロ波伝送線１４に送られ、
次に直角位相マイクロ波カプラ１８に送られる。直角位
相マイクロ波カプラ１８は全体として開口部などの手段
により相互接続する一組の並列マイクロ、波伝送線を構
成し、一組の出力ポート２０．２２の間のポート１６に
おいて公知の方法で信号を分割する。出力ポート２０に
出現する信号は、出力ポート２２に出現する信号の位相
に９０＠の角度でつながる。伝送線の位相変換はもちろ
ん行なわれる。しかし、信号はスイッチの総べての分岐
点において長さが等しい伝送線を介して伝播されるので
、これらの伝送線の位相変換は本質的に同じである。従
って、この変換の説明は省略する。直角位相マイクロ波
カプラ１８のその他の入力端子２４は、図示のように、
抵抗２６で終了している。

二極双投スイッチを構成する端子２４に対する１号入力
は同様に分割されて出力ポート２０及び２２に出現する
信号になり、出力ポート２２の信号は出力ポート２０の
信号に９０″の角度でっながる点に注意しなければなら
ない。出力ポート２０．２２のマイクロ波信号は、やは
りマイクロ波伝送線２８．３０により一組の位相器３２
．３４の入力部に送られる。位相器３２．３４は、例え
ば、それぞれ信号線３６．３８を介して入力信号に９反
応してその信号入力の位相を１８０”進める誘導位相器
など、所望の種類のものを用いることができる。制御信
号が存在しない場合、この信号は位相変換が行なわれず
に位相器３２又は３４を介して送られる。

位相器３２．３４の出力は、同時にもう一つの直角位相
混成カプラ４４の入力ポート４０．４２に送られる。そ
の際に、入力ポート４０に至る信号入力が出力ポート４
６．４８間で等分され、出力ポート４８の信号が同位相
で９０°だけ進められる。また、入力ポート４２に至る
信号入力が出力ポート４６．４８間で等分され、出力ポ
ート４６の信号が９０″だけ進められる。出力ポート４
６．４８は最終的に出力ポート５０．５２に接続してい
る。結局、出力ポート５０の出力信号は位相変換０°で
直角位相混成カプラ１８を通過した信号部を有しており
、同出力信号は（位相器３４の動作状態に応じて）位相
が１８０”変換しているかいないかのいずれかであり、
次に直角位相混成カプラ４４により位相が９０°進めら
れ、直角位相混成カプラ１８の出力ポート２０からの信
号成分と結合し、位相器３２の状態によりＯ″又は１８
０°位相変換されることが分かる。

位相器３２．３４は共に０９の位相変換を行なう状態に
ある場合、入力部１２に送られる信号Ｅの成分の相対的
な振幅と位相は、第１図に信号Ａないし工として示した
ようになる。この動作状態では、出力部５０に出現する
信号は同位相かつ加法的であり、出力５２に出現する総
べての信号は取り消しを有効にする振幅と位相を有する
。位）１器３２が１８０”の位相変換をするように動作
する場合、信号成分Ｈ及びＩは逆位相で取り消しであり
、出力部５２の総べての信号成分は同位相及び加法的に
なる。従って、スイッチ１０は適切なマトリックスに配
置された並列接続構成要素の全体を構成する単極双投ス
イッチであることが明らかである。

第２図に単極へ投（ＳＰ８Ｔ）スイッチ６０を示す。単
極へ投スイッチ６０は、第１図のスイッチと同じ構造及
び機能を有する４個の単極双投、スイッチアセンブリ１
０Ａ、ＩＯＢ、ＩＯＣ，及び］、ＯＤを有している。４
個の入力部６２．６４．６６．６８は単極双投アセンブ
リＩＯＡないし１０Ｄに対して、単一人力信号Ｅから３
個の混成マジックＴ７０，７２．７４のツリーマトリッ
クスに送られる４個の入力６０ないし６８を供給する。

混成マジックＴ７０．７２．７４は、単に一つの入力信
号を一組の出力信号間で分割し、各Ｔからの二つの出力
は入力信号と同位相である。Ｔからの出カフ２．７４は
、結局単極双投スイッチアセンブリＩＯＡないし１０Ｄ
に信号を送り、ここでこれらの信号は上述したように分
割され、同位１目に変換される。スイッチアセンブリＩ
ＯＡないし］、ＯＤからの出力は、端子７６．７８．８
０．８２．８４．８６．８８、及び９０に至る。

出力端子７８．８０．８６．８８に出現する信号は、次
に一次クロスオーバーネットワーク９２及び９４に送ら
れ、そこで物理的に処理されて並列伝送線の異なる組の
列になり、直角位相カプラ９６．８９．１００．１０２
のグループに入力、される。信号はカプラ９６ないし１
０２の入力と出力との間で再度分割され、出力信号の一
つはその信号に対して９０″進められる。出力端子１０
４．１０６．１０８．１１０．１１２．１１４に出現す
る出力は、混成直角位相カプラ９６ないし１０２の出力
を再調整する二次クロスオーバーネットワークに入力さ
れる。再調整された出力は、次に最後のグループの混成
直角位相カプラ１３２．１３６．１３８の入力端子１１
６．１１８．１２０１．１２４．１２６．１２８．１３
０に送られ、そこで信号は上記の方法でもう一度分割さ
れ、同位相に変換される。

伝送線の損失を無視すると、八つの出力部Ｅ１、Ｅ２、
Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７、Ｅ８における複合電圧
関数は以下のようになる。

ただし、Ｅ　−入力端子Ｅ　　−ｎ番目の端子における出力電圧ｕ　　ｍｎ番目
の位相器の位相状態ｎ＝１．２．３、・・・８伝送線の位相変換は、出力電圧のそれぞれと共通の位相
条件なので、分かり易くするために削除した。

結局、個々の位相器工ないし８が予め決められた組み合
わせで起動する場合、出力Ｅ１ないし、Ｅ８の１つの出
力電圧関数を構成する総べての信号要素は、同位相で加
法的な信号成分を構成し、他の７つの出力部の出力を表
わす他の７つの複合電圧関数の信号要素は、０出力部号
を取り消して生成する逆位相の同数の信号を構成する。

例えば、位相器４．５．６．８が起動して、その入力信
号に１８０°の位相変換を生成する場合、出力Ｅ１に出
現する総べての信号成分が同位相になり、出力Ｅ２ない
しＥ８の総べての信号成分は、出力信号０を生成する逆
位相の同数の成分を構成することが分かる。下記の表は
８つの出力部のそれぞれにおいて出力を生成するのに必
要な柊検器の起動の組み合わせである。

為検器の状態出力起動 φ、　φ２　φ３　φ４　φ５　φ６　φ７　φ８やは
り第２図から、入カフ０は、２つの入力信号の入力を可
能にする並列人力導波管をももが成することが分かる。

この場合、第２図のスイッチ６０は二極双投スイッチと
しても機能する。このスイッチは入力電力分割部分のそ
の他の終端部を更に並列に組み合わせることにより、へ
極へ投スイッチに拡張することができる。上記の説明か
ら、電力分割入力に接続された並列接続の二極双投スイ
ッチ及び相応に配置された混成カプラとマトリックス及
びクロスオーバーネットワークとを組み合わせることに
より、更に大型で複雑な多極多投スイッチを製造できる
ことが分かる。構成要素は実質的に低損失の信号伝送及
び実質的に理想的な位相変換を行なうように実質的に並
列に配置されているので、本発明の多極多投スイッチは
複数、の出力部の内の所望の１つにおいて出力信号を生
成し、複数のアンテナ又はその他のマイクロ波装置の１
つから出力信号を受信する極めて効率的な方法である。

特定の構成要素及び望ましい実施例について本発明を説
明してきたが、技術の熟練者であれば本発明の精神と範
囲を逸脱せずに本発明を各種変形できることは明らかで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する際に有用な単極双投ス
イッチの略図である。第２図は本発明に基づく単極へ投スイッチの略図である
。第３図は本発明の詳細な説明する際に有用な単純化した
ベクトル図である。ｌＯ・・・単極双投スイッチ、１２・・・入力部、１４
・・・マイクロ波伝送線、１６・・・ポート、１８・・
・直角位相マイクロ波カプラ、２０．２２・・・出力ポ
ート、２４・・・入力端子、２６・・・抵抗、３２．３
４・・・位、検器、３６．３８・・・信号線、４０．４
２・・・入力ポート、４４・・・直角位相混成カプラ、
４６．４８・・・出力ポート、５０．５２・・・出力ポ
ート、７０．７２．７４・・・混成マジックＴ出願人代理人　弁理士　鈴江　武彦

Claims

【特許請求の範囲】

１．各出力用マイクロ波伝送線と、各マイクロ波伝送線に設けられ、第１作動状態と第２作
動状態とに切り換えられ、マイクロ波伝送線を介して伝
送されるマイクロ波信号の位相を０°と１８０°との間
で変化させる位相器と、一組の出力の間のマイクロ波信
号を電気的に等しい位相変換で等分するための複数の信
号分割手段と、入力マイクロ波信号を一組の出力の間で
予め決められた位相関係で等分し、伝送線の予め決めら
れた組が相互に接続されて、入力マイクロ波信号をその
他のベクトル位相成分に対して位相関係が予め決められ
ている複数のベクトル成分に分割し、Ｎ出力の中から選
択されたいずれか１つのベクトル成分が加法的で、他の
総べてのＮ出力のベクトル成分全部がＯのベクトル和を
取り、かかる複数の出力の中から選択されたいずれか１
つのベクトル成分が加法的で、他の総べての複数の出力
のベクトル成分総べてがＯのベクトル和を取る複数のマ
イクロ波結合手段とを有する信号分割マトリックスとで
構成され、マイクロ波信号を入力部からＮ出力の選択さ
れたいずれか１つに対して伝送するためのマイクロ波ス
イッチ。
２．信号分割手段はマジックＴである請求項１に記載の
マイクロ波スイッチ。
３．結合手段は直角位相混成マイクロ波カプラである請
求項１に記載のマイクロ波スイッチ。
４．各カプラは２つの入力部及び２つの出力部を有し、
それぞれの入力がカプラの出力部において、カプラによ
って直角位相に関連する成分に等分される請求項３に記
載のマイクロ波スイッチ。
５．伝送線は複数組の伝送線の第１列として配置されて
おり、第２結合手段及び第３結合手段の間に接続されて
第１列を複数組の伝送線の第２列に変換する中間クロス
オーバーネットワーク手段、並びに第３結合手段と第４
結合手段との間に接続されて複数組の伝送線の第２列を
複数組の伝送線の第３列に変換する第３クロスオーバー
ネットワーク手段を有する請求項１に記載のマイクロ波
スイッチ。
６．クロスオーバーネットワーク手段はＮ／２個ある請求項５に記載のマイクロ波スイッチ。
７．各位相器は広帯域フェライト位相器を有する請求項
１に記載のマイクロ波スイッチ。
８．入力信号が１つでＮが８である請求項１に記載のマ
イクロ波スイッチ。
９．少なくとも１個のスイッチ入力ポート、及び第１、
第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８の出力ポー
トと、スイッチ入力ポートに接続された分割器入力ポートを有
し、各ポートが入力マイクロ波信号を４つの同位相の最
初の信号成分に等分するための一組の出力部を有する複
数の信号分割器手段と、最初の信号成分を受信するよう
に接続され、この最初の信号成分を同位相及び直角位相
の第２の信号成分に等分するための第１結合手段と、第
２の信号成分を受信するように接続され、第１の動作状
態と第２の動作状態との間で切り替え可能で、第２の信
号成分の個々の成分をそれぞれ０及び１８０°の位相変
換で出力するための位相器手段と、予め決められた成分の出力信号を位相器手段の組から受
信するように接続され、この出力信号成分を同位相及び
直角位相の第３の信号成分に等分する第２結合手段と、予め決められた組の第３の信号成分を受信するように接
続され、この第３の信号成分を同位相及び直角位相の第
４の信号成分に等分するための第３結合手段と、予め決められた組の第４の信号成分を受信するように接
続され、この第４の信号成分を同位相及び直角位相の第
５の信号成分に等分するための第４結合手段と、出力の第５の信号成分を受信するように接続され、この
第５の信号成分が、第１結合手段から第４結合手段に至
る予め決められた組の入力の組合わせ及び位相器手段の
動作状態によって位相が決められている複数の位相付信
号成分から構成され、出力ポートの中の７つの出力が０
のベクトル和を取り、出力ポートの出口の中の１つが１
のベクトル和を取る出力ポートとで構成されるマイクロ
波スイッチ。
１０．第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第
８の位相変換手段があり、第１、第４、第５、及び第８
の位相変換手段が第２の信号成分の直角位相付成分を受
信するように接続されている請求項９に記載のマイクロ
波スイッチ。
１１．第１、第２、第３、及び第４の第２結合手段があ
り、第１の第２結合手段が第１及び第２位相器手段の出
力を受信するように接続され、第２の第２結合手段が第
３の位相器手段及び第４の位相器手段の出力を受信する
ように接続されており、第３の結合手段及び第４の結合
手段が第７の位相器手段及び第８の位相器手段の出力を
受信するように接続されている請求項１０に記載のマイ
クロ波スイッチ。
１２．第１の結合手段及び第２の結合手段の１つの出力
部と第２及び第１の第３結合手段の入力部とをそれぞれ
結合する第１の中間クロスオーバーネットワークと、第
３及び第４の第２結合手段の１つの出力部と第４及び第
３の第３結合手段の入力部とを結合する第２の中間クロ
スオーバーネットワークとを更に備え、第１、第２、第
３、及び第４の結合手段のその他の出力部がそれぞれ第
１、第２、第３、及び第４の第３結合手段のその他の入
力部に接続している請求項１１に記載のマイクロ波スイ
ッチ。
１３．第１の第３結合手段の出力を第１及び第４の出力
ポートに、第２の第３結合手段の出力を第５及び第６の
出力ポートに、第３の第３結合手段の出力を第７及び第
６の出力ポートに、第３の第３結合手段の出力を第５及
び第２の出力ポートに、第４の第３結合手段の出力を第
５及び第８の出力ポートにそれぞれ接続する第３のクロ
スオーバーネットワークを備えた請求項１２に記載のマ
イクロ波スイッチ。
１４．第１、第２、第３、及び第４の第４結合手段が、
第１出力ポートと第２出力ポートとの間、第３出力ポー
トと第４出力ポートとの間、第５出力ポートと第６出力
ポートとの間、及び第７出力ポートと第８出力ポートと
の間にそれぞれ接続されている請求項１３に記載のマイ
クロ波スイッチ。
１５．信号分割手段はマジックＴである請求項１４に記
載のマイクロ波スイッチ。
１６．結合手段は直角位相混成マイクロ波カプラである
請求項１４に記載のマイクロ波スイッチ。
１７．位相器は広帯域フェライト位相器である請求項１
に記載のマイクロ波スイッチ。