JPH056801B2 - - Google Patents

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スイツチ回路に関し、特
に広帯域にわたつて数十ワツト級以上の連続なマ
イクロ波電力を遮断する機能及び小電力を低損失
で伝送させる機能を持つピンダイオードスイツチ
回路に関するものである。

〔従来の技術〕

第９図及び第１０図は例えばALPHA社の
Microwave Semiconductorsカタログの8.20頁か
ら8.30頁に示された従来のマイクロ波スイツチ回
路を示す断面側面図及び平面図であり、図におい
て、１は地導体、２１，２２はそれぞれ入力側、
出力側の基板、２１ａ，２２ａは該基板上にプリ
ントされた不平衡型ストリツプ線路のパターンで
あり、その一端は金リボン３１，３２によつて、
ピンダイオード４の一方の電極と接続されてい
る。またピンダイオード４の他方の電極は地導体
１に半田付あるいはダイボンドされている。

パターン２１ａ，２２ａのもう一端はそれぞれ
入力側接栓５１及び出力側接栓５２と接続されて
いる。またピンダイオード４には切換動作を行な
わせるためにバイアス端子６からワイヤ７を介し
て直流電圧／電流が供給される。

また８は入力側接栓５１の内導体とパターン２
１ａとの接合部であり、機械的接触あるいは半田
付により電気的に接続される。

次に動作について説明する。

ピンダオード４はその両電極間に逆電圧を加え
た場合は第１１図に示すような等価回路となる。
第１１図のR_pは不平衡ストリツプ線路の特性イ
ンピーダンスR₀（通常は50Ω）よりも十分大きい
ので入力電力Ｐ１（Ｐ１は小電力）はわずかな損
失を伴うだけでほとんどが出力側に透過するよう
にほぼ完全整合を取ることが可能である。

またピンダイオード４の両電極間に順電流を流
した場合はその等価回路は第１２図のようにな
る。第１２図中のR_sは上記特性インピーダンス
R₀（＝50Ω）よりも十分小さいので入力電力Ｐ２
（Ｐ２は大電力）はピンダイオード４ほとんど消
費されず、大部分が再び入力側に反射される。

この状態は第１３図に示すように伝送線路（不
平衡ストリツプ線路）内に定在波が乗つた状態で
あり、ほぼ全反射、即ち反射係数の絶対値｜Ｐ｜
を｜Ｐ｜＝１と仮定すると、線路上の電流絶対値
の最大値は負荷が特性インピーダンスR₀で整合
している状態における電流値｜I₀｜の１＋｜Ｐ｜
倍、即ち２倍になる。線路で消費される電力Ｗは
パターンを形成する導体及び基板を形成する誘電
体固有の性質に起因するもの、及び接合部での接
触状態に起因するものがあり、これを抵抗値Ｒで
代表したもの及び流れる電流｜Ｉ｜を用いて Ｗ＝｜Ｉ｜2R ……(1) で表わされる。よつて第１２図に示す完全反射の
状態では完全整合の場合に比して消費電力が2²＝
４倍となる部位ができる。(1)式のＲは上記したよ
うに接合部での接触状態にも起因するので、接続
部８のように完全な接触状態を実現することが本
質的に難しい部位ではＲが大きくなることにより
消費電力が増し、発熱量も大きくなる。ここでス
イツチ回路の使用周波数帯域が広帯域な場合に
は、この部分が第１３図に示すように例えば周波
数f3において電流定在波の最大位置に当たること
になり、この場合には集中的に大きな発熱を生じ
ることになる。接触が不完全な部位はこのように
消費電力が大きいばかりではなく、発生した熱を
伝導によつて逃がすための作用も劣る部位となる
ので発熱はさらに増幅される傾向を併せ持つこと
が多い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のマイクロ波スイツチ回路は以上のように
構成されているので、大電力を反射した場合に、
発生する定在波により接栓と不平衡ストリツプ線
路との接続部で生じる発熱が大きくなり、この部
分が熱破壊を起こす可能性が大きいという問題点
があつた。

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、大電力を反射しても熱破壊を
起こしにくいマイクロ波スイツチ回路を提供する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るマイクロ波スイツチ回路は、従
来の不平衡ストリツプ線路構成のスイツチ部を２
個使用し、それぞれの入力端、出力端に平衡型ス
トリツプ線路構成の3dBハイブリツトを接栓を介
することなく直接接続するとともに、スイツチ部
内のピンダイオードの位置を平衡型ストリツプ線
路と不平衡型ストリツプ線路との変換部から、使
用上限周波数における不平衡型ストリツプ線路内
波長の約４分の１のところに設定するようにした
ものである。

〔作用〕

この発明においては、スイツチ回路部のピンダ
イオードが順バイアス時に反射された大電力は、
入力された側の3dBハイブリツト方向に反射さ
れ、該反射波は該3dBハイブリツトの入力端子と
は異なるアイソレーシヨン端子に合成されるよう
に作動するから、入力端子及びアイソレーシヨン
端子の接栓部分は定在波が乗つていない線路上の
点となる。

また接栓とストリツプ線路との接栓部に次いで
熱的条件が悪いと考えられる平衡型ストリツプ線
路と不平衡型ストリツプ線路との接続部において
は、ピンダイオードが平衡型ストリツプ線路と不
平衡型ストリツプ線路との接続部から、使用上限
周波数における不平衡型ストリツプ線路内波長の
約４分の１付近の位置に設置されているから、該
接続部での電波定在波の振幅は最低となる。

〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。

第１図は本発明の一実施例によるマイクロ波ス
イツチ回路の横断面図及びＡ−Ａの位置で見た平
面図、第２図はその外観図、第３図は本実施例の
機能を説明するための系統図である。

図において、１は地導体、１ａ，１ｂは平衡型
ストリツプ線路の上部地導体、２１，２２は平衡
型ストリツプ線路部、不平衡型ストリツプ線路部
共有の基板、２３，２４は平衡型ストリツプ線路
部の中間層基板、２５，２６は平衡型ストリツプ
線路部の上部基板、２１ａ，２１ｂは基板２１上
にプリントされたパターン、２２ａ，２２ｂは基
板２２上にプリントされたパターン、２３ａ，２
３ｂは基板２３の上下にプリントされたパター
ン、２４ａ，２４ｂは基板２４の上下にプリント
されたパターンである。３１，３２，３３，３４
は金リボンであり、パターン２１ａ及び２２ａと
ピンダイオード４１との接続及びパターン２１ｂ
及び２２ｂとピンダイオード４２との接続に用い
られる。５１は入力側接栓、５２は出力側接栓、
５３は入力側アイソレーシヨン端子接栓、５４は
出力側アイソレーシヨン端子接栓である。６１，
６２はバイアス端子であり、ここからワイヤ７
１，７２を介してそれぞれピンダイオード４１，
４２に直流電圧／電流が供給される。

８１，８２，８３，８４はそれぞれ接栓５１の
内導体とパターン２３ａとの接続部、接栓５２の
内導体とパターン２４ｂとの接続部、接栓５３の
内導体とパターン２３ｂとの接続部、接栓５４の
内導体とパターン２４ａとの接続部である。９
１，９２，９３，９４はそれぞれパターン２３ｂ
とパターン２１ａが銅箔１０１を介して接続され
た接続部、パターン２３ａとパターン２１ｂとが
銅箔１０２を介して接続された接続部、パターン
２２ａとパターン２４ｂが銅箔１０３を介して接
続された接続部、パターン２２ｂとパターン２４
ａとが銅箔１０４を介して接続された接続部であ
り、このうち接続部９１及び９２とピンダイオー
ド４１，４２との間の距離は、使用周波数帯域中
の上限周波数における不平衡ストリツプ線路内波
長の約４分の１のところに設定される。入力側ア
イソレーシヨン端子接栓５３にはケーブル１１を
介して大電力用無反射終端１２が接続され、出力
側アイソレーシヨン端子接栓５４には直接小電力
用無反射終端１３が接続される。

本実施例は以上の細部部品より構成されるが、
第３図に示すように入力側3dBハイブリツド部１
４、スイツチ部１５及び出力側3dBハイブリツド
部１６に機能上大別できる。

次に動作について説明する。

従来例と同様に、ピンダイオード４１及び４２
に逆電圧を加えた場合には入力側接栓５１から印
加された小レベルのマイクロ波信号は入力側3dB
ハイブリツト部１４内で等振幅で90°位相差のつ
いた２信号に分配された接続部９１及び９２に現
れる。この部分で平衡型ストリツプ線路の上部地
導体１ａの構造により平衡不平衡変換が効率良く
行われ、スイツチ部１５に信号が入力される。ピ
ンダイオード４１，４２は閉状態であるから信号
は低損失で接続部９３及び９４に到達するが、こ
こでも平衡型ストリツプ線路の上部地導体１ｂの
構造により平衡不平衡変換が効率良く行われるの
で、信号は出力側3dBハイブリツド部１６に入
る。ここでの振幅、位相は入力側3dBハイブリツ
ド部１４を出た時の状態が保たれていれば２分割
された信号は出力側3dBハイブリツト部１６で再
び合成されて出力端子５２に現れ、出力側アイソ
レーシヨン端子５４では微小レベルの信号しか検
出されない。

次にピンダイオード４１及び４２に順電流を流
した場合には、入力側接栓５１から印加され入力
側3dBハイブリツト部１４で分配され、接続部９
１及び９２を通つてピンダイオード４１及び４２
のところに現れた大電力信号はここで反射され再
び接続部９１及び９２を通つて入力側3dBハイブ
リツド部１４に入り込む。ピンダイオード４１及
び４２における反射係数の位相、振幅が等しけれ
ば、この反射波は入力側3dBハイブリツド部１４
で合成されて入力側アイソレーシヨン端子５３に
現れ、入力側接栓５１には微小レベルの信号しか
戻らない。従つて接続部８１及び８３は共に定在
波の存在しない伝送線路上の点となるため、電流
は時間平均されたものとなり、この部分に流れる
電流が倍増されることはなく、発熱量は整合線路
における発熱量と同等に保たれ、完全整合を取る
ことにより発熱量は従来のスイツチ回路中で発生
する最大量の４分の１程度に抑制され、熱破壊の
可能性は大幅に低減する。

一方接続部９１及び接続部９２の部分は入射波
と反射波が同時に存在する定在波線路上の点とな
るが、この点とピンダイオード４１及び４２との
距離は使用上限周波数においては不平衡ストリツ
プ線路内波長の４分の１に設定されており、この
ため、接続部９１及び９２は電波定在波の振幅が
最小値（≒０）となる点に相当することになる。

第４図からわかるようにその他の周波数におい
ては接続部９１及び９２は電流定在波の最小点か
らはずれるが、第５図に示すように電流消費をも
らす(1)式のＲは周波数が低くなるに従つて小さく
なる一般的傾向を有すること、及び入力電力は入
力側3dBハイブリツド部１４で分配されるので(1)
式のの値は分配前の1/2となることに起因して、
結果的に接続部９１，９２での消費電力の周波数
特性の傾向は、第６図に示すように従来のスイツ
チ回路と比較して平坦な特性となり、この部分で
の熱破壊の可能性は大幅に低減されることとな
る。なお接続部９１，９２においては平衡型スト
リツプ線路の基板のうち１枚を不平衡ストリツプ
線路の基板と共通化しているので、放熱性が改善
されており、これによつても熱破壊を防止でき
る。

なお、上記実施例では不平衡ストリツプ線路１
系列についてピンダイオード１個を設けた構成に
ついて示したが、第７図にあるいは第８図に示す
ように複数個設けるようにしてもよく、上記実施
例と同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係るマイクロ波スイ
ツチ回路によれば、ピンダイオードによるスイツ
チ部の前後に電力分配／合成用の3dBハイブリツ
ド部を設けて、接栓とストリツプ線路との接続部
に定在波を重畳させないようにしたこと、さらに
スイツチ回路部のピンダイオードの位置を最適配
置としたことにより、小電力透過時の損失特性を
劣化させることなく大電力反射時の熱的破壊に対
する耐性を有した高性能スイツチ回路が得られる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるマイクロ波
スイツチ回路を示す平面図及びＡ―Ａ線断面図、
第２図はこの発明の一実施例によるマイクロ波ス
イツチ回路を示す外観図、第３図はこの発明の一
実施例によるスイツチ回路の機能を示す系統図、
第４図はこの発明の一実施例によるスイツチ回路
における線路上の電流定在波分布を示す図、第５
図はこの発明の一実施例によるスイツチ回路にお
ける平衡型ストリツプ線路と不平衡型ストリツプ
線路の接続部の電流値と抵抗値の周波数特性を示
す図、第６図はこの発明の一実施例によるスイツ
チ回路における平衡型ストリツプ線路と不平衡型
ストリツプ線路の接続部での消費電力の周波数特
性を示す図、第７図及び第８図はこの発明の他の
実施例によるスイツチ回路におけるピンダイオー
ドの配置を示す図、第９図は従来のマイクロ波ス
イツチ回路を示す平面図、第１０図は従来のマイ
クロ波スイツチ回路を示す断面図、第１１図は従
来のマイクロ波スイツチ回路においてピンダイオ
ードが透過状態にあるときの等価回路を示す図、
第１２図は従来のスイツチ回路においてピンダイ
オードが反射状態にあるときの等価回路を示す
図、第１３図は従来のスイツチ回路における線路
内の電流定在波振幅分布を示す図である。 図において、１は地導体、１ａ，１ｂは平衡型
ストリツプ線路の上部地導体、２１，２２，２
３，２４，２５，２６は基板、２１ａ，２１ｂ，
２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２４ａ，２３ｂ，２４
ｂ２５ａはパターン、３１，３２，３３，３４，
３１１，３１２，３２１，３２２，３３１，３３
２，３４１，３４２は金ボタン、４，４１，４
２，４１１，４１２，４３１，４３２はピンダイ
オード、５１は入力側接栓、５２は出力側接栓、
５３は入力側アイソレーシヨン端子接栓、５４は
出力側アイソレーシヨン端子接栓、６，６１，６
２はバイアス端子、７，７１，７２はワイヤ、
８，８１，８２，８３，８４は接栓の内導体とパ
ターンとの接続部、９１，９２，９３，９４は平
衡型ストリツプ線路のパターンと不平衡型ストリ
ツプ線路のパターンとの接続部、１０１，１０
２，１０３，１０４は銅箔、１１はケーブル、１
２は大電力用無反射終端、１４は入力側3dBハイ
ブリツド部、１５はスイツチ部、１６は出力側
3dBハイブリツド部である。なお図中同一符号は
同又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 小電力のマイクロ波信号到来時にはこれを透
   過し、大電力のマイクロ波信号到来時にはこれを
   遮断するマイクロ波スイツチ回路において、 入力マイクロ波信号を２つの信号経路に分配す
   る第１の3dBハイブリツドと、 一端が上記第１の3dBハイブリツトの出力部に
   接続され、その使用帯域中の上限周波数における
   上記不平衡ストリツプ線路内波長の約４分の１の
   長さを有する２つの同一長さの第１の不平衡スト
   リツプ線路と、 一端が上記第１の不平衡ストリツプ線路の他端
   に接続され、各信号経路毎に１個もしくは相互に
   平列になるように複数個設けられた、入出力の切
   換を行なうためのピンダイオードと、 一端が上記ピンダイオードの他端に接続され
   た、２つの同一長さの第２の不平衡ストリツプ線
   路と、 上記第２の不平衡ストリツプ線路を介して伝達
   された上記ピンダイオードの出力信号を合成して
   出力する第２の3dBハイブリツドと、 上記第２の不平衡ストリツプ線路を介して上記
   各ピンダイオードにそのオン、オフを制御するた
   めのバイアスを印加するバイアス制御回路とを備
   えたことを特徴とするマイクロ波スイツチ回路。