JPH114149A - 高周波スイッチマトリクス - Google Patents

高周波スイッチマトリクス

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JPH114149A
JPH114149A JP15516997A JP15516997A JPH114149A JP H114149 A JPH114149 A JP H114149A JP 15516997 A JP15516997 A JP 15516997A JP 15516997 A JP15516997 A JP 15516997A JP H114149 A JPH114149 A JP H114149A
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JP
Japan
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amplification
output
amplifier
switch
switch matrix
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JP15516997A
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English (en)
Inventor
Norio Komiyama
典男 小宮山
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NEC Engineering Ltd
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NEC Engineering Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチエレメントがオン状態のまま故障し
ても、確実な回復手段を持つ高周波スイッチマトリクス
を得る。 【解決手段】 同一の出力ハイプリッド52〜54に接
続された高周波増幅器64〜69は、何れかをアクティ
プとして使用し、スイッチエレメント例えば1−1〜4
−1の少なくとも1個が故障の場合に、そのスイッチエ
レメントが接続されている出力合成器例えば12に、接
続される高周波増幅器64を非動作とすることにより、
本スイッチマトリクスシステムから切り放し、他方の出
力側の増幅器例えば65、及びマトリクススイッチ群1
01の出力増幅器例えば65と関係する、スイッチエレ
メント群に制御信号を切り替えることにより、システム
の機能を回復することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高周波スイッチマト
リクスに関し、特に人工衛星搭載用に好適なマイクロ波
帯の高周波スイッチマトリクスに関する。
【0002】
【従来の技術】本発明の関連する高周波スイッチマトリ
クスは、人工衛星等に搭載し、多数のマイクロ波帯等の
高周波信号を数10nsの高速で切り替えるものであ
る。スイッチ素子がマトリクス状に配置され、任意の入
力ポートへの入力信号を、サイクリックに発生する接続
制御信号に従って、任意の出力ポートに接続するマトリ
クススイッチである。
【0003】従来の人手による部品交換での修理が不可
能な人工衛星のような系における、故障対策を施した冗
長構成スイッチマトリクスの構成は図4,5に示すよう
に、高周波信号を接続制御信号に従って、任意の入力ポ
ート1〜4からの入力信号を、任意の出力ポート5〜7
に出力する高周波スイッチマトリクスにおいて、入力信
号分配器と出力信号合成器の交点に、配置されたスイッ
チエレメント1−1〜4−6に故障が生じた場合、予備
の回路に切り替えて、機能を回復するようになってい
る。
【0004】図4,5では4入力・3出力(便宜上以下
すべて4入力・3出力のマトリクススイッチについて説
明するが、これに限定されるわけではないことはいうま
でもない)の場合のスイッチマトリクスを示し、4つの
高周波入力端子1〜4と入力信号分配器8〜11を持
ち、3個の出力端子5〜7に対して、故障予備として2
倍の几長性のある高周波出力合成器12〜17を持つ。
【0005】入力分配器8〜11と出力合成器との各交
点にスイッチエレメント1−1〜1−6,2−1〜2−
6,3−1〜3−6,4−1〜4−6が夫々配置されて
いる。各々のスイッチエレメントは、制御信号発生装置
100の信号群101に従って駆動され、オン/オフ状
態のいずれかに設定される。
【0006】更に、マトリクスの内部構成について、詳
しく述べる。図6,7に信号分配器及び信号合成器の構
成例を夫々示す。図6に示す信号合成器では、高周波信
号カプラ117〜122を縦続接続し、入力端子110
からの高周波信号は出力端子111〜116に分配して
出力される。図7に示す信号合成器では、高周波信号カ
プラ135〜138を縦続接続し、入力端子131〜1
34の高周波信号は出力端子130に合成されて出力さ
れる。ただし、抵抗器R0 はすべて終端抵抗器である。
【0007】高周波信号分配用カプラ117〜122
と、高周波信号合成用カプラ135〜138の交点の構
成例を図8に示す。高周波入力端子140からの入力信
号は、高周波信号分配用カプラ141によって信号の一
部が取り出され、高周波スイッチ142によってオン/
オフされ、高周波信号合成用カプラ143によって合成
され、出力端子144から出力される。
【0008】図9〜12にスイッチエレメントの構成例
を示す。FETトランジスタ150〜153やPINダ
イオード156〜159を、高周波信号のスイッチエレ
メントとして構成した例を示しており、所望の性能に合
わせて段数を重ねている。
【0009】ここで、端子162,164,169,1
72は高周波信号入力端子、端子163,165,17
0,173は高周波信号出力端子、端子167,16
8,171,174はオン/オフ制御入力、増幅器15
4,155,160,161はオン/オフ制御信号の増
幅器、C1 はカップリングキャパシタ、C2 は(高周
波)バイパスキャパシタ、L1 はアイソレーションイン
ダクタ、R1 はバイアス抵抗器、R3 はゲート抵抗器、
R4 はアイソレーション抵抗器である。
【0010】図4において、現用出力合成器例えば12
は、予備出力合成器例えば13とともに例えばハイブリ
ッド52に接続されているので、スイッチエレメント例
えば1−1〜4−1の少なくとも1個が故障した場合に
は、予備側出力合成器例えば13に接続されているスイ
ッチエレメント例えば1−2〜4−2に、接続制御を切
り替えて用いることにより、機能を回復することができ
る。
【0011】図5においてスイッチエレメントが故障の
場合には、現用出力ライン例えば12から、予備出力ラ
イン例えば13に接続されるスイッチエレメント1−2
〜4−2に、接続制御を切り替えると同時に、出力信号
切り替えスイッチ、例えば52を切り替えることによ
り、機能を回復する能力を有している
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図4に示
すマトリクスにおいて、スイッチエレメントがオン状態
のまま故障した場含、例えば図9〜図12のスイッチエ
レメントの構成例のなかで、FETトランジスタ150
や152、若しくはPlNダイオード156、157、
159などがショート故障となったか、あるいはスイッ
チ駆動回路154、155、160、161が故障した
場含に、オン状態のまま、またはアイソレーション特性
が著しく劣化したままになってしまい、入力信号が出力
端子に漏洩してきて、機能回復が不可能であった。
【0013】また図5において、スイッチエレメントが
オン状態のまま故障しても、若しくはアイソレーション
特性が著しく劣化したままになってしまっても、出力合
成器52〜54を切り替えることにより機能を回復でき
る。しかしながら、切り替えスイッチ52〜54自体が
故障し、接続されたまま、または中途半端な接続のまま
故障した場合には、故障スイッチのラインに接続された
信号線から必要な信号が出力されないか、または、漏洩
信号が出力されて、システム故障となり、例えぱ、非修
理系である衛星搭載装置では、致命的な故障となってし
まう。
【0014】本発明の目的は、スイッチエレメントがオ
ン状態のまま故障しても、確実な回復手段を持つ高周波
スイッチマトリクスを提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明による高周波スイ
ッチマトリクスは、n個の入力に接続されるn本の入力
信号分配器と、m個の出力に出力される2倍の冗長性を
持つm対計2m本の出力信号合成器とでn×mのマトリ
クスを構成する高周波スイッチマトリクスであって、前
記各出力信号合成器の出力端に接続され高周波信号を増
幅するm対計2m個の増幅手段と、前記m対計2m個の
増幅手段の内前記各m対のいずれかをオンに他方をオフ
になるように制御する増幅制御手段と、前記m対の増幅
手段の2出力を合成するハイブリッド手段とを含むこと
を特徴とする。
【0016】また、前記増幅手段が、前記増幅制御手段
のオン/オフ制御により増幅機能/非増幅機能を制御で
き、前記増幅手段自体の故障の有無に関わらずその増幅
利得/非増幅利得の比がスイッチマトリクスのアイソレ
ーション特性を越えていることを特徴とする。
【0017】さらに、前記増幅制御手段が、制御信号を
入力する形で前記増幅手段をオン/オフ制御する手段で
あることを特徴とする。
【0018】さらにまた、前記増幅制御手段が、電源電
圧をオン/オフする形で前記増幅手段をオン/オフ制御
する手段であることを特徴とする。
【0019】本発明の作用は次の通りである。増幅機能
/非増幅機能を制御でき、かつ、増幅器自体の故障の有
無に関わらずその増幅利得/非増幅利得の比が、スイッ
チマトリクスのアイソレーション特性を越えている増幅
器を、増幅器としての機能の他に、増幅器が故障しても
オフ状態に設定できる切り替え器として機能させる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例について
図面を参照して説明する。
【0021】図1は本発明による高周波スイッチマトリ
クスの実施例の構成を示すブロック図であり、図2〜1
2と同等部分は同一符号にて示している。なお、重複す
る説明は一部省略している。
【0022】図1において本発明による高周波スイッチ
マトリクスは、高周波信号を接続制御信号に従って、任
意の入力ポート1〜4から、任意の出力ポート5〜7に
出力する高周波スイッチマトリクスである。なお図1に
おいても、説明の容易さのため、入出力ボートが少な
い、4入力・3出力(一般にはn入力、m出力)の場舎
のスイッチマトリクスを示すこととする。
【0023】本発明による高周波スイッチマトリクス
は、4つの高周波入力端子1〜4と入力信号分配器(一
端は入力端子1〜4に接続され、他端は抵抗器R0 で終
端されている)8〜11を持ち、3個の出力端子5〜7
に対して、故障予備として2倍の冗長性を持つ高周波出
力合成器12〜17を持つ。入力分配器と出力合成器と
の各交点に、スイッチエレメント1−1〜1−6,2−
1〜2−6,3−1〜3−6,4−1〜4−6が配置さ
れている。各々のスイッチエレメントは、制御信号発生
装置100の信号群101に従って駆動され、オン/オ
フ状態のいずれかに設定される。
【0024】出力信号合成器12〜17は、一端は増幅
器64〜69に接続され、他端は抵抗器R0 で終端され
て、増幅器駆動制御回路102の制御58〜63により
オン/オフ制御、または増幅器電源制御回路103の電
源104の出力をスイッチ105で、各増幅器64〜6
9の電源のオン/オフにより、その増幅機能/非増幅機
能を制御でき、かつ、増幅器自体故障の有無にかかわら
ずその増幅利得/非増幅利得の比が、スイッチマトリク
スのアイソレーション特性を越えている増幅器64〜6
9に接続されている。また、増幅器64〜69の出力は
1対ずつハイブリッド52〜54に接続され、高周波信
号は高周波出力端子5〜7より出力される。
【0025】図1において、同一の出力ハイブリッド5
2〜54に接続された高周波増幅器64〜69は、何れ
かをアクティブとして使用し、スイッチエレメント例え
ば1−1〜4−1の少なくとも1個が故障の場合に、そ
のスイッチエレメントが接続されている出力合成器例え
ば12に、接続される高周波増幅器64を非動作とする
ことにより、スイッチマトリクスシステムから切り放
し、他方の出力側の増幅器例えば65、及びマトリクス
スイッチ群101の出力増幅器例えば65と関係する、
スイッチエレメント群に制御信号を切り替えることによ
り、システムの機能を回復することができる。
【0026】故障のエレメントがオン状態のまま、若し
くはアイソレーション特性が著しく劣化したままでも機
能回復が可能であるし、また出力合成器例えば12に接
続されている増幅器例えば64自体が故障したとして
も、その増幅器例えば64の機能を非動作に制御する
か、または、増幅器例えば64自体の電源をオフにする
ことにより、その増幅器例えば64のアイソレーション
特性で、機能的に故障出力合成器例えば12から切り放
すことができる。また、増幅器自体が短絡故障のような
場合にも、増幅/非増幅の比のアイソレーションが得ら
れるので、確実にシステム故障からは、免れる構成であ
るといえる。
【0027】増幅機能/非増幅機能を制御でき、かつ、
増幅器自体の故障の有無にかかわらずその増幅利得/非
増幅利得の比が、スイッチマトリクスのアイソレーショ
ン特性を越えている増幅器64〜69の構成例を図2に
示す。
【0028】この増幅器64〜69は、FETトランジ
スタ201〜202及びインピーダンス整合回路204
〜206からなる、2段のFET増幅器と、増幅器オン
/オフ駆動用トランジスタ203及び周辺回路よりなっ
ている。高周波入力端子210から入力された高周波信
号は2段のFET増幅器で増幅され、高周波出力端子2
11から出力される。
【0029】オン/オフ制御信号入力端子212からの
制御信号に対応して、この増幅器のゲートバイアスを印
加(変化)することにより、増幅器をオン/オフでき
る。この増幅器の利得変化を図4に示す。この2状態の
利得変化は、レシオが60dB以上もあり、スイッチと
して機能することを示している。この2状態の利得変化
は、本回路のようにゲートの電圧を制御するか、あるい
は、増幅器電源制御回路103により増幅器電源104
をスイッチ105により、増幅器の電源をオン/オフす
ることにより実現できる。
【0030】このような構成をとれば、本増幅器のFE
Tトランジスタが故障したとしても、上述の説明のよう
にゲート電圧の制御か、あるいは、電源のオフ状態設定
により、増幅器をオフ状態とすることができる。
【0031】以上のように、増幅機能/非増幅機能を制
御でき、かつ、増幅器自体の故障の有無にかかわらず、
その増幅利得/非増幅利得の比が、スイッチマトリクス
のアイソレーション特性を越えている増幅器を、増幅器
としての機能の他に、増幅器が故障してもオフ状態に設
定できる切り替え器として機能させることによって、例
えば、非修理系である衛星搭載装置においては、致命的
な故障をさけることができ、極めて、有用である。
【0032】図1に示す本発明による高周波スイッチマ
トリクスは、出力側に増幅器を配置した構成について示
したが、信号のレベルダイアグラムに差はあるが、入力
側に増幅器を配置した構成によっても、同様な効果をも
つスイッチマトリクスを構成することができる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、増幅機能
/非増幅機能を制御でき、かつ、増幅器自体の故障の有
無にかかわらず、その増幅利得/非増幅利得の比が、ス
イッチマトリクスのアイソレーション特性を越えている
増幅器を、増幅器としての機能の他に、増幅器が故障し
てもオフ状態に設定できる切り替え器として機能させる
ことによって、例えば、非修理系である衛星搭載装置に
おいては、致命的な故障をさけることができる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のブロック図である。
【図2】オン/オフ機能付き増幅器の構成の一例を示す
回路図である。
【図3】増幅器の利得変化の説明図である。
【図4】従来の高周波スイッチマトリクスの一例を示す
ブロック図である。
【図5】従来の高周波スイッチマトリクスの他の一例を
示すブロック図である。
【図6】信号分配器の構成例を示す回路図である。
【図7】信号合成器の構成例を示す回路図である。
【図8】信号分配器と信号合成器の交点部分の構成例を
示す回路図である。
【図9】スイッチエレメントの一例の構成を示す回路図
である。
【図10】スイッチエレメントの他の一例の構成を示す
回路図である。
【図11】スイッチエレメントのさらに他の一例の構成
を示す回路図である。
【図12】スイッチエレメントのさらに他の一例の構成
を示す回路図である。
【符号の説明】
1〜4 高周波入力端子 1−1〜1−6 2−1〜2−6 3−1〜3−6 4−1〜4−6 スイッチエレメント 5〜7 高周波出力端子 52〜54 ハイブリッド 64〜69 増幅器 100 制御信号発生装置 102 増幅器駆動制御回路 103 増幅器電源制御回路 104 電源 105 スイッチ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 n個の入力に接続されるn本の入力信号
    分配器と、m個の出力に出力される2倍の冗長性を持つ
    m対計2m本の出力信号合成器とでn×mのマトリクス
    を構成する高周波スイッチマトリクスであって、前記各
    出力信号合成器の出力端に接続され高周波信号を増幅す
    るm対計2m個の増幅手段と、前記m対計2m個の増幅
    手段の内前記各m対のいずれかをオンに他方をオフにな
    るように制御する増幅制御手段と、前記m対の増幅手段
    の2出力を合成するハイブリッド手段とを含むことを特
    徴とする高周波スイッチマトリクス。
  2. 【請求項2】 前記増幅手段が、前記増幅制御手段のオ
    ン/オフ制御により増幅機能/非増幅機能を制御でき、
    前記増幅手段自体の故障の有無にかかわらずその増幅利
    得/非増幅利得の比がスイッチマトリクスのアイソレー
    ション特性を越えていることを特徴とする請求項1記載
    の高周波スイッチマトリクス。
  3. 【請求項3】 前記増幅制御手段が、制御信号を入力す
    る形で前記増幅手段をオン/オフ制御する手段であるこ
    とを特徴とする請求項1あるいは2記載の高周波スイッ
    チマトリクス。
  4. 【請求項4】 前記増幅制御手段が、電源電圧をオン/
    オフする形で前記増幅手段をオン/オフ制御する手段で
    あることを特徴とする請求項1あるいは2記載の高周波
    スイッチマトリクス。
JP15516997A 1997-06-12 1997-06-12 高周波スイッチマトリクス Withdrawn JPH114149A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006503498A (ja) * 2002-10-18 2006-01-26 メイコム インコーポレイテッド シリコンゲルマニウム・ヘテロ結合バイポーラトランジスタを使用した高速クロスポイントスイッチ及び方法
JP2007281585A (ja) * 2006-04-03 2007-10-25 Alps Electric Co Ltd テレビジョンチューナの入力回路
US8310750B2 (en) 2008-06-30 2012-11-13 Fujitsu Limited Waveform shaping circuit and optical switching device

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Effective date: 20040907