JPH0656948B2 - 超高周波電気信号の切替用マトリクス - Google Patents

超高周波電気信号の切替用マトリクス

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JPH0656948B2
JPH0656948B2 JP59169886A JP16988684A JPH0656948B2 JP H0656948 B2 JPH0656948 B2 JP H0656948B2 JP 59169886 A JP59169886 A JP 59169886A JP 16988684 A JP16988684 A JP 16988684A JP H0656948 B2 JPH0656948 B2 JP H0656948B2
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ジヨン・マガルシヤツク
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トムソン―セエスエフ
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/693Switching arrangements with several input- or output-terminals, e.g. multiplexers, distributors

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  • Electronic Switches (AREA)
  • Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超高周波電気信号の切替用マトリクスに係る。
マトリクスのすべての交点は同一であり、かつ特に個々
の切替点または接続点で損失を補正または平衡化するこ
とを可能にする利得をもつ電界効果トランジスタ(以下
FETと略記)よりなる能動素子で構成される。
超高周波電気信号の切替用マトリクスは電気通信におい
てビームの通路をベースバンドでの復調なしに切替える
ために使用されている。このシステムはハイブリッド構
造を有しており、従ってその面積および体積は集積回路
より大きなものとなる。さらに固有利得をもたない能動
素子を有している切替用マトリクスでは、個々のカップ
ラの損失を考慮する必要があるため、交点はマトリクス
内での位置に従ってすべて異なり、従って結合は各点で
異なり、カップラも同様に違う。
本発明の目的は、超高周波電気信号を入力チャンネルか
ら出力チャンネルへ切替えるときに超高周波電気信号の
減衰による損失を少なくし得る切替用のマトリクスを提
供することにある。
本発明によれば前記目的は、超高周波電気信号の伝達が
入力チャンネルと出力チャンネルとの交点で行われる、
複数の入力チヤンネルから複数の出力チヤンネルへの超
高周波電気信号の切替用マトリクスであって、前記マト
リクスは、複数の交点が各入力チャンネル上に直列に配
置されている直列分配構造を有しており、更に、一つの
交点に配設されるとともに1つの入力チヤンネルに接続
されており、前記1つの入力チヤンネルから供給される
電気信号を受取って該受取った電気信号を2つの等信号
に分割し、分割された等信号を出力する電力分割器と、
前記電力分割器と接続されており供給される制御信号を
受取ったときに前記電力分割器から供給される等信号を
出力する制御スイツチと、前記制御スイツチ及び出力チ
ヤンネルと夫々接続されており前記制御スイツチから供
給される等信号を出力チヤンネルへ出力する電力結合器
とを備えており、前記制御スイツチ及び前記電力結合器
は夫々少なくとも一つの電界効果トランジスタから構成
されており、前記電力分割器は、ソースが互いに接続さ
れ且つ前記電気信号が入力チャンネルから各々のゲート
に入力されるべく構成された2つの電界効果トランジス
タを有し、更に出力が夫々各ドレインから取り出される
べく構成されており、結合損失を最小限にするべく構成
された超高周波電気信号の切替用マトリクスによって達
成される。
本発明の超高周波電気信号の切替用マトリクスにおいて
は、電力分割器が電気信号を複数の等信号に分割して出
力し、制御スイッチが制御信号を受取ったときに電力分
割器から供給される等信号を出力し、電力結合器が制御
スイッチから供給される等信号を出力チャンネルへ出力
し、かつ電力分割器は、ソースが互いに接続され且つ電
気信号が入力チャンネルから各々のゲートに入力される
べく構成された2つの電界効果トランジスタを有してお
り、制御スイッチ及び電力結合器は夫々少なくとも一つ
の電界効果トランジスタら構成されているが故に、超高
周波電気信号を入力チャンネルから出力チャンネルへ切
替えたときに電気信号の減衰量を低減し得、利得調整器
を入力チャンネルか出力チャンネルの少なくともいずれ
か一つに設けることなく電気信号を確実に切替え得る。
また、本発明による切替用マトリクスは、遠距離通信用
に最適であり、特に1〜10GHz 領域の超高周波電気信号
の切替えに有効に動作し得る。
モノリシック技術は切替用マトリクスの製造に完璧に適
しており、体積の面でも熱放散の面でも節約が可能であ
る。二つの基本素子、主としてPINダイオードとFE
Tとが用いられる。
これら2種の素子は、超高周波電気通信の工業化によっ
て独創的かつ興味深い解決法をもたらすモノリシック集
積回路よりなる二種の異なる構造に対応する。
本発明の切替用マトリクスの好ましい実施例では、マト
リクスはモノリシックであり、切替信号を前記の方法に
より切替損失とは無関係に平衡化しうる利得を有する能
動素子を使用している。本実施例では切替点が全部同一
であり、従って集積回路の製造が容易化されるという利
点を有する。
また、入力チャンネルから送出される信号は、ソースが
互いに接続され且つ電気信号が入力チャンネルから各々
のゲートに入力されるべく構成された2つのFETを有
する電力分割器によって分割される。この信号の出力チ
ャンネルへの伝送は、一個の2ゲートFETか、二個の
直列形FETか、もしくは一個のPINダイオードかに
よって制御される。入力チャンネルの信号と出力チャン
ネルとの結合は電力結合器により得られるが、この電力
結合器は切替システム、すなわち一個の多重ゲートトラ
ンジスタまたは複数個の直列形トランジスタと同一であ
りうる。モノリシック集積回路では、集積回路チップの
基板面上に金属ラインの形で形成された切替用マトリク
スの通路の交点は、誘電層により絶縁されたブリッジ、
二本の通路を空中で交差させるエアブリッジ、または半
導体材料で二本の通路を交差させるかまたはメタリゼー
ションホールを用いて集積回路チップの第1面から第2
面に伝わる多重レベルシールディングによる公知形の絶
縁ブリッジ技術によって製造することができる。
従って本発明の切替用マトリクスの実施例を製造するた
めに使用される手段は、それらが集積回路であり、FE
Tであり、導電性の金属付着部、好ましくはPINダイ
オードであることから、これら全部が一個の半導体材料
チップ上に作り得る。このことは、酸化ベリリウムまた
はアルミナの基板上にマイクロストリップを形成するハ
イブリッド技術を用いる公知形切替用マトリクスと比較
して明らかに有利である。
本発明の実施例は特に、複数個の入力チャンネルすなわ
ち行から複数個の出力チャンネルすなわち列へ超高周波
電気信号を切替えるためのマトリクスであって、入力チ
ャンネルから出力チャンネルへの信号の伝達が交点でお
こなわれ、夫々の切替点が、 −入力チャンネルにより伝送される信号を入力側で受信
し、複数個の等信号に分割された信号を出力側で送出す
る電力分割器、 −外部信号により制御され、電力分割器から送出される
信号を電力結合器に転送する制御スイッチ(前記電力結
合器は前記スイッチにより伝達された信号を出力チャン
ネルに伝達し、電力分割器、制御スイッチおよび電力結
合器により構成されるシステムはFET形能動素子によ
り得られる。) を包含することを特徴とする。
以下に本発明の切替用マトリクスのいくつかの実施例に
つき添付図面を参照しさらに詳しく説明する。
第1図は交点が各入力チャンネル上に直列に配置された
直列分配構造を有する切替用マトリクスの概略図であ
る。このマトリクスでは、簡単のため行と呼称する複数
のチャンネル、たとえば、L〜Lが、列と呼称する
複数のチャンネルC〜Cと切替え可能である。第1
行、たとえば、Lは、所定数の切替交点P〜P
で、チャンネルC〜Cの任意の1列と切替えるこ
とができる。夫々の切替交点で、第1図の矢印は、行L
からの信号が、列C〜Cのうち1列又はそれ以上
に切替えられうる制御動作をあらわす。
第1図は、図を理解しやすくなるためのマトリクスのご
く一部をだけを示しており、従って、実際は、マトリク
スは多数のチャンネルを有している。
今まで、とくに本発明の実施例がカバーする超高周波範
囲では、マトリクスは、第2に示す変動手段を用いて製
作されてきた。
第1図では、行Lは、たとえば、列Cと切替え得
る。先行技術によれば行Lは、行Lに属するマイク
ロストリップよりなるカップラと、第1マイクロストリ
ップ1と並列に配置された第2マイクロストリップ2を
含有する。マイクロストリップ1,2 よりなるカップラの
抽出する電力は、列Cへ向かい、列Cは、さらに、
行Lのマイクロストリップ2と結合するマイクロスト
リップ4および列Cに属するマイクロストリップ5に
より構成される第2カップラを有する。
行Lと列Cとの間の結合は、制御スイッチ3によっ
て制御される。スイッチが開くと、交点Pには結合が
なく、このスイッチ3が閉じると、結合がおこなわれ
る。今までは、スイッチは主として、PINダイオード
で構成され、また時には、電界効果トランジスタで構成
されている。
このタイプの交点は受動手段により全体が構成され、電
界効果トランジスタがスイッチとして使用される場合
は、結合損失を補償するための利得が何ら供給しない。
従って、先行技術のマトリクスは、各交点P,P
…Pで損失があり、電力がスイッチのすべての行
に均等に分配されるためには、カップラ内のこれらの損
失を考慮しなければならない。従って、マイクロストリ
ップの寸法が各交点について差があるとすれば、結合レ
ベルは、種々の交点に対して1/10,1/8,1/2
である。
本発明の実施例によれば、マトリクスのすべての交点
は、全く同じである。なぜならば、これらの交点が、利
得をもち、かつマトリクス行内に分配された電力にバラ
ンスをつけるため電気信号により制御されうる能動素
子、すなわち、電界効果トランジスタで構成されるから
である。
第3図は、直列分配構造を有する切替用マトリクスのた
めの本発明の実施例に従う交点の構成を示す。第3図
は、比較を容易にするため、同じ行Lが同じ列C
で切替えられる第2図と比較すれば有利である。
行Lから送られる信号は、二個の出力7,8 をもつ電力
分配器6としてあらわされている電力2分割器により各
交点について先ず分割される。第1の出力7は、行L
を連続させ、第3図は、交点Pを例として示している
から、次の交点Pに向けられる。第2の出力8は、制
御スイッチ9に向かい、このスイッチ9は第1入力口で
分割器6からの信号を受信し、第2入力口で制御信号10
を受信する。スイッチ9の出力信号は、電力結合器12に
伝えられ、この結合器12は分割器6とスイッチ9を介し
て行Lからの第1入力信号11を第1入力口で受信す
る。第2入力口では、列Cからの信号13を受信し、結
合器12からの出力信号は、列Cの出力となる。
第3図の電力分割器、電力結合器および制御スイッチは
信号的に示されている。分割器6は、ソースが互いに接
続され且つ電気信号が入力チャンネルから各々のゲート
に入力されるべく構成された2つの電界効果トランジス
タを備えている。重要なことは、分解器6の入力口に伝
送される信号が二個の出力7および8の間で等信号に細
分割されることである。
スイッチ9は、2ゲート形電界効果トランジスタであっ
て、ゲートの一方は分割器6からの入力信号を集めるた
めのものであり、制御信号10は、他方のゲートに印加さ
れる。このスイッチ9は、さらに二個の直列電界効果ト
ランジスタを含むことができ、これらは二個で一個の2
ゲート形電界効果トランジスタに相当する。スイッチ9
は、二つの2進状態0および1に適合されることが望ま
しい。開路状態での絶縁はきわめて重要で、40dB以上で
なければならない。
結合器12は、二個の入力と一個の出力を備える増幅器で
あって、入力と出力の間に相互作用が存在しないことが
必要である。結合器12の好ましい実施例は、2ゲート形
FETであって、ここでは、分割器6、スイッチ9及び
結合器12はFETによって、すなわち同一技術を用いて
形成されるから、集積回路の製造を簡単化することがで
きる。結合器12は、2ゲート形FETであるか、または
制御スイッチの場合と同様、直列接続された単一ゲート
形の二個のFETで構成してもよい。
第4図は、各入力チャンネルの電気信号が複数の出力チ
ャンネルに並列に分配し得る並列分配構造を有する切替
用マトリクスの概略図である。このマトリクスの構造に
よれば、Eのような入力チャンネルは、出力チャンネ
ルS,S,Sのような複数個の他チャンネルと並
列ではなく直列に接続されうる。入力チャンネルE
ら送出される信号は、電力分割器Dによって複数個の
信号に分割され、これらの信号は夫々、再結合デバイス
,R,Rを介して出力チャンネルに付加される
が、その前にスイッチ3を通過する。少数の入力チャン
ネルE〜Eおよび出力チャンネルS〜Sが図面
を簡単にするため使用されているだけだが、本発明の実
施例のスイッチの範囲はこれのみに限定されない。並列
分配構造では、第1図の直列分配構造での交点P〜P
のような交点は存在しない。また各信号は出力信号の
数に等しい数に再分割される。各チャンネルは別個に切
換えられ、出力は単一の操作でマトリクスの1つの出力
上に再集合され、再結合される。
先行技術では、第4図の電力分割器D〜Dは、縦続
接続形のウィルキンソン式分割結合器である。本発明の
実施例では、それらは多重入力または多重出力FET、
すなわち多重ソース、多重ドレインまたは多重ゲート形
FETであるが、この種のトランジスタについては、信
号レベルを一定に維持する利得をもたせるのが有利であ
る。
スイッチ3はここでも2ゲートFETである。再結合装
置R〜Rは好ましく多重入力または多重出力FE
T、すなわち多重ソース、多重ドレインまたは多重ゲー
ト形FETである。分割または再結合システムは多重ソ
ース、多重ドレインまたは多重ゲート、トランジスタで
あることは明らかである。夫々の接続法は夫々の可能性
と欠点があり、本発明の実施例の集積回路を形成するた
めの好ましい接続形式については後に検討する。これら
は、集積回路の構造を簡単化する接続法であって、好ま
しくは反復装置内の交点の同一機能についてはすべて同
形のトランジスタを使用するの好ましい。
第5図は、本発明の切替用マトリクスの直列分配構造の
非限定的な一例をあらわす。第5図は第3図を正確に引
写したものであるが、さらに細部を記入してある。従っ
て行Lからの信号は、交点Pで列Cと接続する。
第3図と比較すれば、電力結合器12は、電圧Vを電源
とする2ゲートFETであり、第1ゲートでは、スイッ
チ9からの信号11を、第2ゲートでは列Cからの信号
13を受信することがわかる。
第3図のスイッチ9は、第5図に示すように電圧V
印加される2ゲートFETにより構成され、第1ゲート
では電力分割システムからの信号8を第2ゲートでは制
御信号10を受信する。スイッチ9および結合器12は同一
技術で構成された2ゲートFETであることが有利であ
る。
最後に、第3図の分割器6は、第5図に示すように二個
のFET14,15により構成される。これらは共通ソース
方式で接続され、電流ソース方式の他のFET16によっ
て給電される。切替マトリクス行Lにより搬送される
信号はトランジスタ14、15の2個のゲートに同時に付与
され、二個の等信号、すなわち行Lの7に送られる一
個と制御スイッチ9の8に送られる一個に分割される。
二個のトランジスタ14,15 よりなる構成に代って、行L
に伝えられる信号が付加される単1ゲートと、行L
の7に対応する第1ドレインと制御スイッチの8に対応
する第2ドレインの2個のドレインとを有する単一個の
トランジスタを使用することもできよう。また1ゲー
ト、2ソースを有する単一個のトランジスタを使用する
こともできるが、この場合は切替損失を補償するための
利得は何も存在しない。最後に、二個の増幅器を並列に
接続して使用してもよい。
この場合は、スイッチ9は二個のゲートを有する単一ト
ランジスタとして示されている。二個の直列接続した単
一ゲートトランジスタは2ゲートトランジスタ一個と等
量であることは公知である。これら二個のトランジスタ
は一個のドレイン、一個のソースにより接続され、第1
のトランジスタのゲートは電力分割器から信号を受信
し、第2のトランジスタのゲートは制御信号を受信し、
第1のトランジスタのソースはバイアスを受け、第2の
トランジスタのドレインは出力システムを構成し、この
出力は信号結合器のゲートに適用される。尚、第5図に
示した、それぞれが電界効果トランジスタを具備した電
力分割器、制御スイッチ、及び電力結合器の結合は、ス
トリップ線路又は誘電体線路等によって達成される。
第6図は、第4図の並列切替用マトリクスの1実施例で
ある。但しこの種のマトリクスの並列分配構造は、直列
分配構造を有する切替用マトリクスの場合のように交点
を分離することができない。少くとも二個の交点を示す
必要があり、第6図は第2図との対応をよくするため非
限定的にそのうちの三個を使用している。
但し、本発明の実施例の構成単位を明確にするため、電
力分割器は第6図では61,62,63で示している。これらは
第3図の電力分割器6に対応しており、制御スイッチは
91〜99で、電力結合器は121,122,123 で示し、第3図の
制御スイッチ9および電力結合器12に対応している。
三個の入力E,E,Eから発出する信号は、本発
明の並列分配構造を有する切替用マトリクスの実施例内
では、第4図の分割システムD、D、Dに対応す
る三個のFET61,62,63の三個のゲートに付加される。
これらのトランジスタは複数個のドレインを有し、個々
のトランジスタは、給電される出力チャンネルと同数の
ドレイン、すなわちこの場合は三個の出力チャンネルに
対して三個のドレインを備えている。電力分割器トラン
ジスタ61,62,63より発する信号は、入力チャンネルに出
力チャンネル数を乗じた数と同数のFET91〜99に付与
される。トランジスタ91〜99は制御スイッチで、第6図
に示した方法で接続され、分割器61からの信号はトラン
ジスタ91のソースに与えられる。これらのトランジスタ
はまた第5図のトランジスタ9について示したように2
ゲートトランジスタでもよい。二個のゲートのうち一方
は電力分割器から信号を受信し他方のゲートは制御信号
を受信する。第6図の場合、各制御トランジスタのゲー
ト上の矢印は制御作用をあらわす。
最後に、入力チャンネルからの信号は、個々の場合に入
力チャンネルと同数のゲートをもつ結合器トランジスタ
121,122,123 に付加される。これらのFET121,122,12
3 はアースされたソースをもち、出力列S,S,S
はトランジスタ121,122,123 のドレインにそれぞれ接
続する。
第4図を、第6図に適合して観察すれば、三個の入力チ
ャンネルと三個の出力チャンネルが見分けられるが、こ
れは限定的なものではなく、可変数の入力ラインと、入
力ラインの数に等しくない可変数の出力ラインより構成
することもできる。但し、たとえば、8入力、8出力ま
たは16入力、16出力のマトリクスについて、二個ないし
三個のゲートをもつトランジスタが可変数の信号を結合
しうるような数の結合器トランジスタ121,122,123 を再
集合することが好ましい。尚、第6図に示した、それぞ
れが電界効果トランジスタを具備した電力分割器、制御
スイッチ、及び電力結合器の結合は、ストリップ線路又
は誘電体線路等によって達成される。
本発明の切替用マトリクスの特徴は、入力−出力ライン
即ちマトリクス形式の関数としての行及び列を形成する
金属付着部を交差させることである。いずれの場合で
も、この種の金属付着部は第1の能動素子を第2の能動
素子に結びつけるために交差している。切替用マトリク
スは主として極超短波に関係するから、集積回路を形成
する半導体材料のチップには接続の問題が生じる。この
ため、考え得る種々の解決方法のうち、エアーブリッジ
またはチップ内のメタリゼーションホールを介して二個
の導体を交差させるような公知技術が好ましい。二個の
交差する金属ライン間の接続を防ぐため、シールディン
グをおこなう必要があるだろう。すなわち、二個の金属
ライン間にアースした金属コーティングを被覆し、この
金属コーティングを二つの絶縁層によって二個の金属ラ
インから分離する。
以上詳細に説明した様に、本発明による切替用マトリク
スにおける電力分割器、制御スイッチ及び電力結合器は
夫々少なくとも一つの電界効果トランジスタから構成さ
れたので、超高周波電気信号を入力チャンネルから出力
チャンネルへ切替えたときに電気信号の減衰量を低減し
得、利得調整器を入力チャンネルから出力チャンネルの
少なくともいずれか一つに設けることなくで電気信号を
切替え得る。さらに、上記切替用スイッチは、遠距離通
信用に最適であり、特に1〜10GHz 領域の超高周波電気
信号の切替えに有効に動作し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、直列分配構造を有する切替用マトリクスの概
略図、第2図は先行技術の交点をあらわす説明図、第3
図は直列分配構造のための交点をあらわす説明図、第4
図は並列分配構造を有する切替用マトリクスの概略図、
第5図は直列分配構造のための交点をあらわす説明図、
第6図は並列分配構造のための交点をあらわす説明図で
ある。 L〜L……行、C〜C……列、P〜P……
交点、1,2……マイクロストリップ、3……スイッ
チ、4,5……マイクロストリップ、6……分割器、
7,8……出力、9……制御スイッチ、10……制御信
号、11,13……ゲート信号、12……電力結合器。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超高周波電気信号の伝達が入力チャンネル
    と出力チャンネルとの交点で行われる、複数の入力チヤ
    ンネルから複数の出力チヤンネルへの超高周波電気信号
    の切替用マトリクスであって、前記マトリクスは、 複数の交点が各入力チャンネル上に直列に配置されてい
    る直列分配構造を有しており、更に、 一つの交点に配設されるとともに1つの入力チヤンネル
    に接続されており、前記1つの入力チヤンネルから供給
    される電気信号を受取って該受取った電気信号を2つの
    等信号に分割し、分割された等信号を出力する電力分割
    器と、 前記電力分割器と接続されており供給される制御信号を
    受取ったときに前記電力分割器から供給される等信号を
    出力する制御スイツチと、 前記制御スイツチ及び出力チヤンネルと夫々接続されて
    おり前記制御スイツチから供給される等信号を出力チヤ
    ンネルへ出力する電力結合器とを備えており、 前記制御スイツチ及び前記電力結合器は夫々少なくとも
    一つの電界効果トランジスタから構成されており、 前記電力分割器は、ソースが互いに接続され且つ前記電
    気信号が入力チャンネルから各々のゲートに入力される
    べく構成された2つの電界効果トランジスタを有し、更
    に出力が夫々各ドレインから取り出されるべく構成され
    ており、結合損失を最小限にするべく構成された超高周
    波電気信号の切替用マトリクス。
  2. 【請求項2】前記制御スイツチは、単一ゲート電界効果
    トランジスタの複数及び多重ゲート電界効果トランジス
    タのいずれか一つから構成されている特許請求の範囲第
    1項記載のマトリクス。
  3. 【請求項3】前記電力結合器は、単一ゲート電界効果ト
    ランジスタの複数及び多重ゲート電界効果トランジスタ
    のいずれか一つから構成されている特許請求の範囲第1
    項又は第2項に記載のマトリクス。
  4. 【請求項4】前記電力分割器は、電界効果トランジスタ
    の利得によって出力が等信号になるように増幅するべく
    構成されている特許請求の範囲第1項から第3項のいず
    れか一項に記載のマトリクス。
  5. 【請求項5】前記電力分割器、前記制御スイツチ及び前
    記電力結合器は、モノリシツク集積回路により構成され
    ている特許請求の範囲第1項から第4項のいずれか一項
    に記載のマトリクス。
JP59169886A 1983-08-17 1984-08-14 超高周波電気信号の切替用マトリクス Expired - Lifetime JPH0656948B2 (ja)

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FR8313391A FR2550890B1 (fr) 1983-08-17 1983-08-17 Matrice de commutation de signaux electriques hyperfrequences
FR8313391 1983-08-17

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