JPH03143101A - マイクロ波半導体移相器 - Google Patents

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］ この発明は、マイクロ波半導体移相器に関するものであ
る。

［従来の技術］ 第４図は例えば特公平１−１９７６１号公報に示された
従来のマイクロ波半導体移相器の例を示す構成図である
。この例ではスイッチング素子として電界効果トランジ
スタを用いた場合を示している。図において、（１）は
半導体基板、（２）は地導体、（３）は半導体基板（１
）の面上に形成されたマイクロストリップ線路からなる
主線路、（４）は同じくマイクロストリップ線路からな
る概略１７２波長の長さの分岐線路、（５）はそのドレ
イン電極、ソース電極が上記主線路（３）に直列に接続
されている第１の電界効果トランジスタ、（６）は上記
分岐線路（４）の主線路（３）との接続点から概略１／
４波長の位置に並列に接続される第２の電界効果トラン
ジスタ、（７）は第２の電界効果トランジスタ（６）の
一方の電極を接地するために設けたスルホール、（８）
は第１および第２の電界効果トランジスタ（５）、（６
）のゲート電極にバイアスを印加するためのバイアス回
路、（９）は外部のバイアス駆動回路を接続するバイア
ス端子である。ここで、第１および第２の電界効果トラ
ンジスタ（５）（６）はドレイン、ソース、ゲートの３
つの電極を持つが、ゲート電極にバイアスを印加するこ
とにより、他のドレイン、ソースの２電極間を導通状態
、遮断状態と切り換えることができスイッチング素子と
して用いることかできる。即ち、ドレイン、ソース電極
はダイオードの陽極、陰極に対応する。

従来のマイクロ波半導体移相器は上記のように構成され
ているので第１および第２の電界効果トランジスタ（５
）、　　（６）が共に導通状態になるようにゲート電極
にＯ電位のバイアス電圧を印加した場合、第２の電界効
果トランジスタ（６）で分岐線路（４）が主線路（３）
との接続点から１／４波長の位置で接地されるため主線
路（３）から分岐線路（４）側を見たインピーダンスが
高くなり、この分岐線路（４）は主線路（３）を伝搬す
る電波になんら影響しない。従って、主線路（３）を伝
搬する電波は導通状態にある第１の電界効果トランジス
タ（５）を通過する経路をとる。

つぎに第１および第２の電界効果トランジスタ（５）、
　　（６）が」（に遮断状態になるようにゲート電極に
工１のバイアス電圧を印加した場合、主線路（３）を伝
搬する電波は第１の電界効果トランジスタ（５）が遮断
状態のため分岐線路（４）側を伝搬し第２の電界効果ト
ランジスタ（６）も遮断状態のためこの電波は第２の電
界効果トランジスタ（６）が接地されていることの影響
を受けない。従って、一方の主線路（３）から入射した
電波は概略１／２波長の長さの分岐線路（４）側を通り
他方の主線路（３）へと伝搬していく。このようにして
第１および第２の電界効果トランジスタ（５）、（６）
を共に導通状態から遮断状態に切り換えることにより入
射した電波は分岐線路（４）の長さに相当する位相変化
１８０度を受け１８０度移相器が構成される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来のマイクロ波半導体移相器は電界効果
トランジスタがバイアス電圧により遮断状態、導通状態
と切り換わることを利用しスイッチング素子として用い
ている。しかし、一般に理想的なスイッチ特性は得られ
ず特に周波数が高くなると遮断状態は容量性のインピー
ダンスを呈し、導通状態は抵抗を持つインピーダンスと
なる。そのため経路切り換えが理想的には行われず特に
遮断状態の容量性のインピーダンスを介して電波が主線
路側へ漏れ込み、これにより反射が増大し損失が大きく
なるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、電界効果トランジスタやダイオードなどのス
イッチング素子が理想的なスイッチ特性を持たない場合
でも、良好な反射特性、低損失な特性を有するマイクロ
波半導体移相器得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 半導体または誘電体基板に、マイクロ波半導体素子でな
る第１のスイッチング素子が直列に挿入接続された主線
路と、第１のスイッチング素子を迂回する概略１７２波
長の長さの分岐線路と、上記分岐線路の中間部で、かつ
、主線路から概略１７４波長となる位置に一電極が接続
されたマイクロ波半導体素子でなる第２のスイッチング
素子とが設けられ、第１お−よび第２のスイッチング素
子を切り換えて主線路と分岐線路との経路差に相当する
１８０度の位相変化を得るマイクロ波半導体移相器にお
いて、上記分岐線路の特性インピーダンスを上記主線路
の特性インピーダンスの概略２倍に設定した。

［作用］ この発明におけるマイクロ波半導体移相器は分岐線路の
特性インピーダンスを主線路の特性インピーダンスの概
略２倍に設定しているので、理想的なスイッチ特性を持
たないスイッチング素子を使った場合でも、主線路と分
岐線路との特性インピーダンスが違うことで生じる反射
により、スイッチング素子での電波の漏れ込みによる反
射を打ち消すことができ、マイクロ波半導体移相器の反
射係数Ｆを常に０とする。

［実施例］ 第１、図はこの発明のマイクロ波半導体移相器の一実施
例を示す構成図である。図において、（１）〜（３）、
（５）〜（９）は−に記第４図に示した従来のマイクロ
波半導体移相器と同一のものであり、（１０）は半導体
基板（１）の面上に形成されたマイクロストリップ線路
からなり、第１の電界効果トランジスタ（５）の電極が
接続された主線路（３）の近傍に接続され、第１の電界
効果トランジスタ（５）を迂回する概略１７２波長の長
さの分岐線路である。ここで、分岐線路（１０）の特性
インピーダンスは例えば線路の幅を変えるなどの手段に
より主線路（３）の特性インピーダンスの２倍の大きさ
に設定されている。なお、Ｌ記以外の構成は第４図に示
した従来のマイクロ波半導体移相器の構成と同じであり
、分岐線路（１０）の主線路（３）との接続点から概略
１／４波長の位置には第２の電界効果トランジスタ（５
）の−電極が接続されており、他方の電極はスルホール
（７）を介して接地されている。

なお、上記マイクロ波半導体移相器の動作は第４図に示
した従来のマイクロ波半導体移相器の動作と同様であり
、ここでは説明を省略する。

上記のように構成されたマイクロ波半導体移相器では、
スイッチング素子である第１および第２の電界効果トラ
ンジスタ（５）、　　（６）が理想的なスイッチ動作を
しない場合でも、分岐線路（１０）の特性インピーダン
スが主線路（３）の特性インピーダンスの２倍の大きさ
に設定されているので、原理的にマイクロ波半導体移相
器の反射係数をＯにすることができ、良好な反射特性を
有する、低損失な１８０度移相器が実現できる。

これは、以下に示す理由によるものである。

マイクロ波半導体移相器を偶モード、奇モードで励振し
た場合、主線路（３）と分岐線路（４）の接続点におけ
る偶モード、奇モードの反射係数をＩ’ｅＸＩ”ｏとす
ると次式で与えられる。

ｒ　ｅ　＝（Ｚｌ　：！　　２Ｚｏ　−Ｚｓ）／（Ｚｌ
　’　＋２Ｚｏ　　Ｚｓ）・・・　（１） ｒ　Ｏ＝　（Ｚｓ／２　−ｚ　ｏ　）／（Ｚｓ／２　　
＋ｚ　（１）・　・　・　（２） ここで、Ｚ　Ｏｓ　Ｚ　’はそれぞれ主線路（３）と分
岐線路（４）の特性インピーダンス、Ｚｓはスイッチン
グ素子のインピーダンスである。

このとき、マイクロ波半導体移相器の反射係数ＦはＦｅ
とＦｏとの和の１７２で与えられ、ｒ’−（ｒ’　ｅ＋
ｒ　ｏ）　／２　　　　　　・・・　（３）となる。

従って、（３）式から、ｒｅとＩ’ｏが同じ大きさで逆
の符号を持つように設定すればマイクロ波半導体移相器
の反射係数Ｆは常に０となり、この条件は、（１）、（
２）式から、ｚｌがＺ。０２倍のとき得られるというも
のである。

なお、上記実施例では半導体基板（１）を用いて移相器
回路を構成し、スイッチング素子として電界効果トラン
ジスタを用いた場合について説明したが、この発明はこ
れに限らず、誘電体基板に移相器回路を構成しても良い
し、スイッチング素子としてＰＩＮダイオードを用いて
も良い。

第２図はこの発明のマイクロ波半導体移相器の他の実施
例を示す構成図であり、図において、（１１）は誘電体
基板、（１０ａ）は誘電体基板（１１）の面上に形成さ
れたマイクロストリップ線路からなる分岐線路、（１２
ａ）（１２ｂ）は第１および第２のＰＩＮダイオード、
（１３）は第１および第２のＰＩＮダイオード（１２ａ
）（１２ｂ）に同時にバイアスを印加するためのＰＩＮ
ダイオード用バイアス回路、（Ｆｏは第１および第２の
ＰＩＮダイオード（１２ａ）　　（１２ｂ）に同時にバ
イアスを印加するためＰＩＮダイオード用バイアス回路
（１３）と分岐線路（１０ａ）に挿入したＤＣカット用
のＤＣカット用キャパシタであり、（２）（３）（７）
（９）は第１図に示した実施例と同一のものである。な
お、その他の構成は上記実施例と同様であり、第２のＰ
ＩＮダイオード（１２ｂ）の一端はスルホール（７）を
介して接地されている。ここでは、第１および第２のＰ
ＩＮダイオード（１２ａ）（１２ｂ）に順方向または逆
方向のバイアスを印加してスイッチングするもので、他
の動作は上記実施例と同様であり省略する。この実施例
では、ＰＩＮダイオードを用い、↓つのバイアス回路で
構成しており、構成が簡単で安価にできる効果があり、
上記実施例同様良好な反射特性を有する、低損失な１８
０度移相器が実現できる。

また、第３図はこの発明のマイクロ波半導体移相器のさ
らに他の実施例を示す構成図であり、第２図に示した実
施例におけるり、Ｃカット用キャパシタ（１４）の代り
に特性インピーダンスが分岐線路（１０ａ）と等しい１
７４波長結合線路を用いたものである。図において、（
１５）は特性インピーダンスが分岐線路（１０ａ）と等
しい１７４波長結合線路であり、（２）（３）（７）（
９）〜（１３）は第２図に示した実施例と同一のもので
ある。ここで、１／４波長波長線路（１５）は２つの線
路を近接して配列し、電波を結合させるものであり、Ｄ
Ｃカットの働きをする。なお、その他の構成および動作
は第２図に示した実施例と同様であり省略する。この実
施例では、１／４波長波長線路（１５）を用いることに
より部品数を削減でき、］―記実施例と同様の効果が得
られる。

なお、上記第２および第３の実施例では、スイッチング
素子としてＰＩＮダイオードを用いたものを示したが、
これに限らずショットキーダイオド、バラクタダイオー
ドを用いても同様の効果がある。

さらに、以上はマイクロストリップ線路を用いた構成に
ついて述べたが、この発明はこれに限らずトリプレート
形ストリップ線路、コプラナー線路等のマイクロ波ＩＣ
用線路を用いて構成しても良い。

また、以上は１つの半導体または誘電体基板上にマイク
ロ波半導体移相器を一体に形成した構成について示した
が、この発明はこれに限らず分割して構成しても良い。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば分岐線路の特性インピ
ーダンスを主線路の特性インピーダンスの２倍に設定し
た構成とすることにより、良好な反射特性のマイクロ波
半導体移相器が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のマイクロ波半導体移相器の一実施例
を示す構成図、第２図はこの発明のマイクロ波半導体移
相器の他の実施例を示す構成図、第３図はこの発明のマ
イクロ波半導体移相器のさらに他の実施例を示す構成図
、第４図は従来のマイクロ波半導体移相器の構成を示す
図である。 図において、（１）は半導体基板、（２）は地導体、（
３）は主線路、（４）は分岐線路、（５）は第１の電界
効果トランジスタ、（６）は第２の電界効果トランジス
タ、（７）はスルホール、（８）はバイアス回路、（９
）はバイアス端子、（１０）　　（１０ａ）は分岐線路
、（１１）は誘電体基板、（１２ａ）　　（１２ｂ）は
第１および第２のＰＩＮダイオード、（１３）はバイア
ス回路、（１４）はＤＣカット用キャパシタ、（１５）
は１７４波長結合線路である。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体または誘電体基板と、マイクロ波半導体素子でな
   る第１のスイッチング素子と、上記半導体または誘電体
   基板に形成され、上記第１のスイッチング素子が直列に
   挿入接続された主線路と、上記半導体または誘電体基板
   に形成され、上記第１のスイッチング素子の各電極が接
   続された上記主線路近傍に接続され、上記第１のスイッ
   チング素子を迂回する概略１／２波長の長さの分岐線路
   と、上記分岐線路の中間部で、かつ、主線路から概略１
   ／４波長となる位置に一電極が接続されたマイクロ波半
   導体素子でなる第２のスイッチング素子と、上記第一お
   よび第２のスイッチング素子にバイアスを印加するバイ
   アス回路とを備え、上記第１および第２のスイッチング
   素子を共に順バイアスあるいは逆バイアスと切り換えて
   上記主線路と分岐線路との経路差に相当する１８０度の
   位相変化を得るマイクロ波半導体移相器において、上記
   分岐線路の特性インピーダンスを上記主線路の特性イン
   ピーダンスの概略２倍に設定したことを特徴とするマイ
   クロ波半導体移相器。