JPH04302501A

JPH04302501A - 信号選択装置

Info

Publication number: JPH04302501A
Application number: JP3092806A
Authority: JP
Inventors: Takemasa Uno; 宇野　剛正
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1991-03-29
Publication date: 1992-10-26
Also published as: EP0556398A4; US5307032A; WO1992017912A1; EP0556398A1; DE69222750D1; EP0556398B1; DE69222750T2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、信号選択装置に関し、
とくに、低周波から高周波にわたって信号の歪が少ない
結合線路を用いた信号選択装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の信号選択装置の構成を図８に、ま
た、その等価回路を図９に示す。以下、図面を用いて従
来の技術を説明する。

【０００３】入力信号は端子Ａに供給され、直流阻止用
のコンデンサＣ１を介してダイオードＤ１及びＤ２のア
ノードに導かれる。入力信号を端子Ｂ側に切り替える場
合は、端子Ｄに負のバイアス、また、端子Ｅには正のバ
イアスを印加する。ダイオードＤ１は順方向にバイアス
されオンになる。また、ダイオードＤ２は逆方向にバイ
アスされオフになる。その結果、端子Ａと端子Ｂ間に閉
路が形成され、入力信号は端子Ｂに導かれる。　　一方
、ダイオードＤ３は逆方向にバイアスされオフになる。また、ダイオードＤ４は順方向にバイアスされオンにな
る。その結果、端子Ａと端子Ｃ間は開放され、入力信号
は端子Ｃには導かれない。ダイオードＤ１〜Ｄ４はスイ
ッチとして機能するため、図９に示すような等価回路で
表現できる。すなわち、ダイオードＤ１はスイッチＳ１
、ダイオードＤ２はスイッチＳ２、ダイオードＤ３はス
イッチＳ３、ダイオードＤ４はスイッチＳ４、にそれぞ
れ対応する。

【０００４】一方、入力信号を端子Ｃ側に切り替える場
合は、前記とは逆に、端子Ｄに正のバイアス、また、端
子Ｅには負のバイアスを印加する。ダイオードＤ３は順
方向にバイアスされオンになる。また、ダイオードＤ４
は逆方向にバイアスされオフになる。その結果、端子Ａ
と端子Ｃ間に閉路が形成され、入力信号は端子Ｃに導か
れる。一方、ダイオードＤ１は逆方向にバイアスされオ
フになる。また、ダイオードＤ２は順方向にバイアスさ
れオンになる。その結果、端子Ａと端子Ｂ間は開放され
、入力信号は端子Ｂには導かれない。この場合の等価回
路は、図９に示されるスイッチの状態とは逆にＳ１及び
Ｓ４が開放状態、また、Ｓ３及びＳ２が導通状態になる
。

【０００５】なお、図８におけるコンデンサＣ１〜Ｃ３
は、ダイオードのオン／オフを制御するための直流バイ
アスが、端子Ａ，Ｂ及びＣに接続される負荷又は信号源
に影響を与えないようにするために、直流バイアスを阻
止する目的で設けられる。また、抵抗Ｒ１〜Ｒ３は、信
号が通過する経路とバイアス源との間を高インピーダン
スに保ち、それらを分離するために設けられる。

【０００６】スイッチとして機能するダイオードに関し
て、低周波用の信号選択装置には通常のダイオードが、
また、高周波用の信号選択装置にはＰＩＮダイオードが
用いられる。ＰＩＮダイオードは、順方向にバイアスさ
れたとき、略１０ＭＨｚ以上の周波数帯では線形抵抗の
特性を呈し、その抵抗値はバイアス電圧（又は電流）の
関数で表される。線形抵抗とは、入力信号によって抵抗
値が変化しないことを意味する。略１０ＭＨｚ以下の周
波数帯では、通常のダイオードと同様な非線形特性を呈
し、信号歪を誘引する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術には次のよ
うな欠点があった。■　　信号が通過する経路に、非線
形素子であるダイオード（Ｄ１，Ｄ３）が直列に挿入さ
れるために、信号の歪が発生する。■　　ＰＩＮダイオ
ードを使用した場合であっても、略１０ＭＨｚ以下の周
波数帯ではＰＩＮダイオードが非線形特性を示すため、
信号の歪が発生する。■　　信号が通過する経路に直流
阻止用のコンデンサ（Ｃ１〜Ｃ３）が直列に挿入される
ために、直流信号を伝送することができない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の欠点を
解決した信号選択装置を提供するために、主伝送線路及
びその主伝送線路と電界又は磁界あるいはその双方によ
って結合された一個又は複数個の結合伝送線路から成る
結合線路を設け、所望の伝送線路の一端とアースの間に
開放可能な導電手段を設けた。

【０００９】

【作用】共通端１ａには選択されるべき信号１１が接続
される。各結合伝送線路２〜Ｎの一端２ａ〜Ｎａは、そ
れぞれアースに接続される。各結合伝送線路２〜Ｎは、
主伝送線路１と電界又は磁界あるいはその双方によって
結合されているため、共通端１ａに印加された信号１１
は、各結合伝送線路２〜Ｎに誘起される。信号を伝送す
べき信号選択端に対応する導電手段のみをオフにし、他
の導電手段をオンにすることによって、信号を所望の信
号選択端に伝送することができる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明による信号選択装置の一実施例
を示すの構成図である。以下、図面を用いて本発明の一
実施例を説明する。

【００１１】［構成］主伝送線路１の一端には共通端１
ａが、また、他端には信号選択端１ｂが設けられている
。結合伝送線路２〜Ｎは、主伝送線路１と電界又は磁界
あるいはその双方によって結合されている。結合伝送線
路２〜Ｎのそれぞれには、一端２ａ〜Ｎａ及び信号選択
端２ｂ〜Ｎｂが設けられている。主伝送線路１及び結合
伝送線路２〜Ｎは、結合線路１０を形成している。各信
号選択端１ｂ，２ｂ，・・・Ｎｂとアースとの間には、
それぞれ開放可能な導電手段１ｃ，２ｃ，・・・Ｎｃが
設けられている。

【００１２】［作用］以上のように構成された信号選択
装置の作用を図２を用いて説明する。共通端１ａには選
択されるべき信号１１が接続される。各結合伝送線路２
〜Ｎの一端２ａ〜Ｎａは、それぞれアースに接続される
。各結合伝送線路２〜Ｎは、主伝送線路１と電界又は磁
界あるいはその双方によって結合されているため、共通
端１ａに印加された信号１１は、各結合伝送線路２〜Ｎ
に誘起される。

【００１３】ここで、導電手段１ｃをオフにし、導電手
段２ｃ〜Ｎｃをオンにすると、信号選択端１ｂに信号が
現れるが、その他の信号選択端２ｂ〜Ｎｂには信号が現
れない。また、導電手段２ｃ〜Ｎｃのうち所望の一つを
オフ（例えば、２ｃをオフ）にし、他をすべてオン（例
えば、２ｃ以外をオン）にし、さらに導電手段１ｃをオ
ンにすると、オフにした導電手段（例えば２ｃ）に対応
する信号選択端（例えば２ｂ）に信号が現れるが、他の
信号選択端には信号が現れない。すなわち、信号を伝送
すべき信号選択端に対応するで導電手段のみをオフにし
、他の導電手段をオンにすることによって、信号を所望
の信号選択端に伝送することができる。

【００１４】［導電手段の詳細］図２における導電手段
１ｃ〜Ｎｃには、機械的な接点を有するスイッチ、リレ
ー等を用いてもよい。高速な切り替えが要求される場合
は、半導体素子を用いた導電手段が有効である。以下、
図３及び図４を用いて、半導体を用いた導電手段の詳細
を説明する。

【００１５】図３において、各信号選択端１ｂ〜Ｎｂと
アースの間には、それぞれコンデンサＣ１〜ＣＮ及びダ
イオード（例えば、ＰＩＮダイオード）Ｄ１〜ＤＮが直
列に接続され、さらに、コンデンサとダイオードの接続
点には抵抗Ｒ１〜ＲＮの一端が接続されている。抵抗の
他端は制御端子１ｄ〜Ｎｄに接続されている。

【００１６】以上のように構成された導電手段において
、制御端子１ｄに負のバイアスを、また、他の制御端子
２ｄ〜Ｎｄに正のバイアスを印加する。ダイオードＤ１
は負にバイアスされているためオフになる。すなわち、
信号選択端１ｂとアースの間は開放状態になり、共通端
１ａに加えた信号が信号選択端１ｂに現れる。また、ダ
イオードＤ２〜ＤＮは正にバイアスされているためオン
になる。すなわち、信号選択端２ｂ〜Ｎｂとアースの間
は短絡状態になり、信号選択端２ｂ〜Ｎｂには信号は現
れない。

【００１７】信号を取り出すべき信号選択端に対応した
導電手段の制御端子に負のバイアスを、それ以外の信号
選択端に対応した導電手段の制御端子に正のバイアスを
印加すればよい。

【００１８】なお、コンデンサＣ１〜ＣＮは、ダイオー
ドのオン／オフを制御するための直流バイアスが、共通
端１ａあるいは信号選択端１ｂ〜Ｎｂ接続される負荷又
は信号源に影響を与えないようにするために、直流バイ
アスを阻止する目的で設けられる。また、抵抗Ｒ１〜Ｒ
Ｎは、信号が通過する経路とバイアス源との間を高イン
ピーダンスに保ち、それらを分離するために設けられる
。

【００１９】図４はトランジスタを用いた導電手段の例
を示す構成図であり、一つの伝送線路とそれに対応する
導電手段のみを抽出して簡略化している。トランジスタ
Ｔのコレクタは、信号選択端ｂに、エミッタはアースに
、また、ベースは制御端子ｄにそれぞれ接続されている
。制御端子ｄに正のバイアスを印加すると、信号選択端
ｂとアースの間が短絡され、信号選択端ｂに信号は現れ
ない。また、制御端子ｄに負のバイアスを印加すると、
信号選択端ｂとアースの間は開放され、信号選択端ｂに
信号が現れる。

【００２０】なお、トランジスタＴを飽和状態で動作さ
せると、コレクタとエミッタ間は純抵抗の姿態を呈する
ため、直流の閉路に関係なくスイッチとして使用できる
。そのため、信号選択端ｂとトランジスタＴのコレクタ
との間にコンデンサを介在させることも設計上適宜選択
し得るものである。

【００２１】以上説明した通り、主伝送線路１及び結合
伝送線路２〜Ｎ上には、ダイオード等の非線形素子が介
在しないので、信号の歪が生じない。また、主伝送線路
１上には直流阻止用のコンデンサが介在しないので、共
通端１ａと信号選択端１ｂの間では直流の伝送が可能で
ある。この場合の導電手段には、図４に示したトランジ
スタを用いた導電手段が有効である。ただし、主伝送線
路１と各結合伝送線路２〜Ｎの間は、電界又は磁界ある
いはその双方で結合されているため、結合伝送線路２〜
Ｎには直流を伝送することはできない。

【００２２】［結合伝送線路が一つの実施例］図５は、
結合伝送線路が一つの場合の実施例を示す構成図である
。これは、信号１１を信号選択端１ｂ又は２ｂのいずれ
か一方へ信号を切り替えるものである。

【００２３】［可逆性を利用した実施例］一つの主伝送
線路と、一つ又は複数の結合伝送線路から成る結合線路
において、各結合伝送線路に設けられる信号選択端を、
主伝送線路の共通端から遠く離れた一端に設けた例を説
明した（図１〜図５）。しかし、図６に示すように結合
線路の信号選択端を共通端に近い端に設けても作用及び
効果は全く同一である。

【００２４】［結合トランスを用いた実施例］主伝送線
路と結合伝送線路から成る結合線路を用いた信号切替装
置の詳細を説明したが、図７に示すように、磁界結合ト
ランス１２を用いても作用及び効果は全く同一である。

【００２５】［結合線路の詳細］次に、結合線路の詳細
を説明する。図１０は結合線路の奇モード特性インピー
ダンスの説明図、図１１は偶モード特性インピーダンス
の説明図である。奇モード特性インピーダンスとは、図
１０に示される端子１（往路）と端子２（復路）の電流
が等しく、位相が１８０度異なるような伝送を行った場
合の特性インピーダンスである。偶モード特性インピー
ダンスとは、図１１に示されるように、両線路の電位が
等しく、アースを帰路とする伝送を行った場合（端子１
と端子２に同相の電圧を供給して測定した）の特性イン
ピーダンスである。

【００２６】奇モード特性インピーダンス（Ｚ０ｏ）は
式（１）、また、偶モード特性インピーダンス（Ｚ０ｅ
）は式（２）で表される。ここで、Ｌｒｒ：ｒ番目の線路の単位長当りの自己インダクタン
スＣｒｒ：ｒ番目の線路の単位長当りの自己容量Ｌｎｒ：
ｎ及びｒ番目の線路間の単位長当りの相互インダクタン
スＣｎｒ：ｎ及びｒ番目の線路間の単位長当りの相互容量
である。ただし、容量とインダクタンスの関係は任意に
選ぶことができず、Ｌ・Ｃ＝μ・ε の条件を満足させる必要がある。

【００２７】

【数１】

【００２８】

【数２】

【００２９】２線状結合線路の線路＃１及び＃２上の電
流をＩ１及びＩ２とし、さらに、アースに対する線路＃
１及び＃２上の電圧をＶ１及びＶ２とすれば、式（３）
に示すような伝送方程式、すなわち、［Ｆ］行列が成り
立つ。

【００３０】

【数３】

【００３１】ここで、Ｚ１１，Ｚ１２，Ｚ２２，Ｙ１１
，Ｙ１２及びＹ２２は、図１２に示すように定義された
結合線路の１次定数である。

【００３２】次に、線路の損失等の各種損失を無視すれ
ば、Ｚ１１＝ｊωＬ１１Ｚ１２＝ｊωＬ１２Ｚ２２＝ｊωＬ２２Ｙ１１＝ｊωＣ１１Ｙ１２＝ｊωＣ１２Ｙ２２＝ｊωＣ２２となる。Ｌ１１及びＬ２２は、それぞれアースと各線路
＃１及び＃２との間のインダクタンス、また、Ｃ１１及
びＣ２２は、それぞれアースと線路＃１及び＃２間の容
量を示す。Ｌ１２は線路＃１と＃２との間の相互インダ
クタンス、また、Ｃ１２は両線路間の相互容量を示す。これらの定数は、線路の単位長当りの値である。

【００３３】ここで、図１３に示すように、ｘ＝０，ｘ
＝１における電圧及び電流をＶ１ｏ，Ｖ２ｏ，Ｉ１ｏ，
Ｉ２ｏ，Ｖ１１，Ｖ２１，Ｉ１１，Ｉ２１とすれば、こ
れらの間には式（３）に示した［Ｆ］行列を介して、式
（４）の関係が得られる。

【００３４】

【数４】

【００３５】ただし、［Ｆ］行列は結合伝送線路の対称
性を考慮すれば式（５）で与えられる。

【００３６】

【数５】

【００３７】この４端子対伝送回路の［Ｆ］行列から、
スイッチの伝送特性を求めるためにスイッチの状態を示
すと、図１４及び図１５のようになる。図１４は共通端
から主伝送線路への伝送、また、図１５は共通端から結
合伝送線路への伝送の姿態を表している。

【００３８】［共通端から主伝送線路への伝送］図１４
に示した回路をＹパラメータで表すと式（６）ようにな
る。

【００３９】

【数６】

【００４０】出力端を特性インピーダンスで終端したと
き、入力端から見た反射係数Ｓ１１及び伝送係数Ｓ２１
は、式（７）及び（８）のようになる。

【００４１】

【数７】

【００４２】

【数８】

【００４３】ここで、Ｙｏｅ＋Ｙｏｏ→２となるように
、奇及び偶モードのアドミタンスを選定すれば、式（９
）のようになり、損失なしに伝送することができる。

【００４４】

【数９】

【００４５】［共通端から結合伝送線路への伝送］図１
５に示した回路をＹパラメータで表すと式（１０）よう
になる。

【００４６】

【数１０】

【００４７】出力端を特性インピーダンスで終端したと
き、入力端から見た反射係数Ｓ１１及び伝送係数Ｓ２１
は、式（１１）及び（１２）のようになる。

【００４８】

【数１１】

【００４９】

【数１２】

【００５０】ここで、Ｙｏｏ−Ｙｏｅ→２、また、Ｙｏ
ｏ・Ｙｏｅ→０となるように、奇及び偶モードのアドミ
タンスを選定すれば、式（１３）のようになり、損失な
しに伝送することができる。

【００５１】

【数１３】

【００５２】以上説明した結合線路を信号選択装置とし
て使用するためには、［共通端から主伝送線路への伝送
］（図１４）に必要な条件と、［共通端から結合伝送線
路への伝送］（図１５）に必要な条件を同時に満足させ
なければならないが、これは、Ｙｏｏ→２，　　Ｙｏｅ→０で実現することができる。なお、この条件は出来るだけ広帯域にわたって低損失で
伝送を行うための必要条件であり、それぞれの値は要求
される信号選択装置の仕様によって異なる。

【００５３】以上説明した結合線路の周波数対伝送特性
についてのシミュレーション結果を、図１６ないし図２
０に示す。図１６においては、Ｙｏｏ＝２（スイッチが
接続される信号回路の特性インピーダンスを５０Ωとし
たときＺｏｏ＝２５Ω）、また、Ｙｏｅ＝０．０５（ス
イッチが接続される信号回路の特性インピーダンスを５
０ΩとしたときＺｏｏ＝１０００Ω）とした場合の伝送
特性である。

【００５４】各図の結合線路はすべて同一であるが、ス
イッチが挿入される位置がそれぞれ異なっており、スイ
ッチが挿入される位置並びに結合線路奇モード及び偶モ
ードインピーダンスは各図面上に示されている。とくに
、図１６に示した例では、主伝送線路では全周波数範囲
にわたって良好な伝送特性を示しており、結合伝送線路
でも略４ＧＨｚから１６ＧＨｚにわたって良好な伝送特
性を示している。

【００５５】これらの実際の伝送線路は、例えば、電気
通信研究所研究実用化報告第１７巻１２号（１９６８年
発行）の１５９ページ〜１７４ページ（広帯域線路形変
成器に関する基本的考察）に開示され、とくに、１６４
ページの図５に示されるバイファイラ巻き遅延線を一つ
の例として、２本の絶縁線材を撚りあわせて磁性体の上
に巻くことによって実現できる。多くの絶縁線材を撚り
あわせて磁性体の上に巻くことによって、必要な多線状
結合線路も実現できる。

【００５６】［結合線路の構造］結合線路には、前述の
構造のほか、図２１及び図２２に示すものもある。図２
１（ａ）は伝送線路の長手方向の軸に直角な断面図、ま
た、図２１（ｂ）は該軸に平行な断面図を示す。絶縁物
から成る支持体８の一方の面に主伝送線路１が、また、
他方の面には結合伝送線路２が設けられている。主伝送
線路１の共通端１ａに対向する結合伝送線路の一端２ａ
はアースとなるケース９に接続されている。各伝送線路
１及び２の他端である信号選択１ｂ及び２ｂとアースの
間にはそれぞれスイッチ１ｃ及び２ｃが設けられている
。

【００５７】図２２は、主伝送線路及び結合伝送線路が
それぞれテーパー状である結合線路の構成を示す。その
他の構成要素及び作用は前述したものと同じである。

【００５８】［他の使用例］図２のような使用例では、
通常、いずれか１個のスイッチがオフ、他のスイッチは
すべてオンにし、スイッチがオフになっている信号選択
端から信号を得る。しかし、すべてのスイッチをオン（
すべての信号選択端に信号が導かれない）にしたり、複
数のスイッチをオフ（複数の信号選択端に信号を同時に
導く：信号分配）にするような使用例も有り得る。ただ
し、この場合は、信号の損失、インピーダンス整合等の
障害があるが、その障害が周辺回路に影響を与えない場
合は前述のような使用も可能である。

【００５９】

【発明の効果】本発明は、主伝送線路及びその主伝送線
路と電界若くは磁界又はその双方によって結合された一
個又は複数個の結合伝送線路から成る結合線路を設け、
所望の伝送線路の一端とアースの間に開放可能な導電手
段を設けたために、次のような効果がある。■　　信号
が通過する経路に非線形素子が介在しないため、信号の
歪が発生しない。■　　主伝送電路に直流阻止用のコン
デンサが介在しないため、直流信号も伝送可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の信号選択装置の構成図

【図２】本発明
の信号選択装置の他の構成図

【図３】導電手段の構成図

【図４】導電手段の他の構成図

【図５】本発明による信号選択装置の使用例を示す図

【
図６】本発明による信号選択装置の他の使用例を示す図

【図７】結合トランスを用いた伝送線路による信号選択
装置の構成図

【図８】従来の信号選択装置の構成図

【図９】従来の信号選択装置の等価回路図

【図１０】結
合線路の奇モード特性インピーダンスの説明図

【図１１】結合線路の偶モード特性インピーダンスの説
明図

【図１２】線路の１次定数の説明図

【図１３】線路の基本定数の説明図

【図１４】共通端から主伝送線路への伝送特性の説明図

【図１５】共通端から結合伝送線路への伝送特性の説明
図

【図１６】伝送特性図及びその条件回路を示す図（ａ）
は第１の使用例の伝送特性図（ｂ）は第１の使用例の条
件を示す図

【図１７】伝送特性図及びその条件回路を示す図（ａ）
は第２の使用例の伝送特性図（ｂ）は第２の使用例の条
件を示す図

【図１８】伝送特性図及びその条件回路を示す図（ａ）
は第３の使用例の伝送特性図（ｂ）は第３の使用例の条
件を示す図

【図１９】伝送特性図及びその条件回路を示す図（ａ）
は第４の使用例の伝送特性図（ｂ）は第４の使用例の条
件を示す図

【図２０】伝送特性図及びその条件回路を示す図（ａ）
は第５の使用例の伝送特性図（ｂ）は第５の使用例の条
件を示す図

【図２１】信号選択装置の他の実施例の構成を示す図（
ａ）は信号選択装置の長手方向の軸に直角な断面図（ｂ
）は長手方向の軸に平行な断面図

【図２２】テーパ状伝送線路の一例を示す図

【符号の説明】

１：主伝送線路１ａ：共通端１ｂ：信号選択端１ｃ：導電手段２：結合伝送線路２ａ：一方の信号選択端２ｂ：他方の信号選択端２ｃ：導電手段１０：結合線路Ｎ：結合伝送線路Ｎａ：一方の信号選択端Ｎｂ：他方の信号選択端Ｎｃ：導電手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一つの共通端（１ａ）を有する一個の主伝
送線路（１）と、少なくとも一つの信号選択端を有し、
且つ前記主伝送線路と電界又は磁界あるいはその双方に
より結合された一個又は複数個の結合伝送線路（２〜Ｎ
）と、前記信号選択端とアースとの間、又は前記信号選
択端及び前記主伝送線路の他端とアースとの間にそれぞ
れに介在された開放可能な導電手段（１ｃ〜Ｎｃ）とを
備えた信号選択装置。