JPS59182605A - 位相変調回路 - 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】 この発明は、位相変調回路に関するものてあ〕、さらに
詳しく言えば位相変調の量を調整することのできる回路
に関するものである。

−１、発明の荷電：〉 位相変調回路は地上施設および空中施設の双方の通ｆ８
装置における変調器として有効てあシ、また他の位相変
調回路を位相アレー・ンーダと関連した他の応用例で使
用することができる。この発明に関連する形式をもった
従来技術による位相変調回路は、１９８１年１０月発行
のアイ・イー・イー・イー　トランザクションズ　オン
　マイクロウェーブ　セオリ　アンド　テクニークス（
ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　　ｏｎ　Ｍｉｃｒ
ｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　　ａｎｄＭｃｎｎａ　）氏
、およびヒュアング氏（Ｈ、）Ｊｕ　ａｎ　ｇ）の論文
「２重ゲー）　ＭＥＳＦＥＴを使用した広帯域能動位相
ンフタ（Ｂｒｏａｄ　−Ｂａｎｄ　Ａｃｔｉｖｅ　Ｐｈ
ａｓｅ　５ｈｉｆｔｅｒ［Ｊｓｉｎｇ　Ｊ）ｕａｌ　−
（Ｈａｔｅ　ＭＩＩＳＦＥＴ　）　Ｊ中に示されている
。この論文中に示されている位相シフト回路は３個の９
０°結合器（カプラ）と、遅延線として作用する長さの
伝送線とによって構成された１８００・・イブリッドを
使用している。従来技術による回路は、さらに２個の９
０°結合器と、３個の２ポ一ト同相合成器と、４個の２
重ゲート電界効果トランジスタ（］”ＥＴ）増幅器とを
使用している。これは、５個の９０°結合器（しかし１
８０°）・イブリッドとして使用されるものはない）と
、４個の増幅器さ、１個の２ボ一ト同相合成器とを使用
した本願発明と対照をなすものである。この発明は従来
技術のような１８０°ハイブリツドを使−用していない
ので、従来技術による回路よシも広い帯域幅をもつこと
ができる。さらに部品の点数が少ないので、回路の物理
的な寸法が小さく、好ましい特性をもっている。

〈発明の概要〉 この発明の好ましい実施例によれば、入力端子と出力端
子との間に接続された位相変調回路は、第１、第２、第
３、第４、および第５の９０°結合器と、第１、第２、
第３および第４の可調整利得増幅器と１回路の出力端子
に接続された出力ポートを有する同相合成器との組合せ
からなっている。

第１の９０’結合器の人力ボートは回路の入力端子に接
続されておシ、第１の９０°結合器の出力ポートは第２
および第３の９０°結合器の各人力ポートに接続されて
いる。第２および第３の９０°結合器は４個の可調整利
得増幅器の各々に接続されている。ｉ丁調整利得増幅器
の出力は第４および第５の９０°結合器の人力ポートに
接続されている。第４および第５の９００結合器の出力
ポートは同相合成器の各入力ボートに接続されている。

所定の態様で各増幅器の利得を調整することによシ、入
力端子の信号は出力端子において０°乃至３６００のい
ずれかでシフトされる。

く好ましい実施例の詳細な説明〉 ＠１図において、３６０°位相変調回路１０は、一般に
はマイクロウェーブ周波数の交番借料が供給される入力
端子１２と、任意の量だけ遅延され且つ一般には振幅の
シフトされた信−りが現われる出力端子１４とを具備し
ている。入力端子１２．終端インピーダンス１６が、第
１の９０°結合器２２０１対の人力ポート１８．２０の
各一方に結合されている。結合器２２は一般には相互に
交錯した結合器でよく、構成方法および電力の分割は厳
密なものでに゛ないが、一般には３ｄＢ結合器でよい。

結合器２２として使用される形式の交錯した３ｄＢ結合
器は米国特許第４３９４６２９号明細書中に示されてい
る。結合器２２の出力ポート２４．２６（および第１図
の他の点）の近くの数学式は、入力端子１２に所定の単
位値をもった信号を供給し、結合器２２およびこ＼に示
されている他の素子の導体および誘覗体損失を無視した
ときの上記の各点における信号を数学的に示したもので
ある。従って、ボート２４における信号はｃｏｓθ・ｅ
−１βｌとなる。こ＼でθは結合角（３ｄＢ結合器の場
合４５°　）、・は掛算を示し、Ｊは虚数を示し、βけ
結合器を通過する伝播定数を示し、βは結合長を示す。

ボート２４および終端インピーダンス２８は９０°結合
器３４の１対の人カポ−）３２，３０の各一方に結合さ
れておシ、一方、ポート２６および終端インピーダンス
３６は第３の９０°結合器４２の１対の人力ボート３８
．４０の各一方に結合されている。結合器３４および４
２は本質的に結合器２２と同じ構成である。ポート２４
と３２との間、ポート２６　（！−３８との間の各伝送
線の長さは実際には存在しないが、第１図では図中に数
学的な表示を挿入し易くするために示されている。

結合器４２の出力端子対４４．４６は第１および第２の
２重ゲー）　Ｍ　ＩＤ　Ｓ　Ｆ　Ｅ　Ｔ増幅器５１およ
び５２にそれぞれ接続されている。これらの各ＭＥＳＦ
ＥＴ増幅器は以Ｆの動作説明を容易にするために１．２
の番号の増幅器の記Ｈによって示されている。同様に結
合器３４の出力ポート対４８％５０は、３．４の番号で
示される第３および第４の２重ゲー）　Ｍｇ５ＦＥＴ増
幅器５３および５４にそれぞれ接続されている。増幅器
５１乃至５４は１９８１年３月発行のアイ・イー・イー
彎イー　トランザクションズ　オン　マイクロウェーブ
　セオリ　アンド　テクニークス、Ｖｔｄ　ｌ　。

ＭＴＴ　−２９／Ｆｉ１３のクマール氏およびヒュアン
グ氏の論文１２重ゲートｒｖｌＢＳＦＢ’Ｉ’　　可変
利得定出力電力増幅器（１）ｕａｌ　−（’ｔａｔｅ　
ＭＥＳＦＴ’：Ｔ　　ＶａｒｉａＬ）ｌｅ　−Ｇａｉｎ
　　Ｃｏｎ５ｔａｎｔ−Ｏｕｔｐｕｔ　　Ｐｏｗｅｒ　
　ＡＩｎｐｒｉｆｉｅｒ　）　Ｊの１８５頁乃至１８９
頁に示されている７これについてｄ以下第２図を参照し
て説明する。

第２図を参照すると１点線のブロック５１ａ内の増幅器
５１および他の増幅器５２乃至５４けポー）４４（第１
図）と実際の２重ゲートＭ１シＳＰＥ’ｌ”５ａのゲー
トＧ工吉の間に結合された人力インビーグンス整合回路
網５７とからなっている。出力整合インピーダンス５９
はＭＥＳＦＩシＴ５８のドレン（Ｄ）とポート６０（第
１図）との間に接続されている。ＭＩＤＳＦＥＴ５ａの
ソース（Ｓ）は装置の接地点に接続されているが、ゲ−
）Ｇ２は制御回路５６に接続されている。第２図には標
準のバイアス回路は示されてい々い。

増幅器５１および５２の出力は第４の９０°結合器６４
の１対の人力ポートロ０．６２のそれぞれに接続されて
おυ、−万博幅器５３および５４の出力は第５の９００
結合器７０の１対の入力ポートロ６．６８のそれぞれに
接続されている。結合器６４およびワ０は本質的に結合
器２２と同じである。結合器６４の出力ポートワ２およ
び７４は終端インピーダンス７６、同相合成器８０の入
力ポードア８にそれぞれ接続されている。同様に結合器
７０の出力ポート８２および８４け終端インピーダンス
８６および合成器８０の人力ボート９０にそれぞれ接続
されている。合成器８０の出力ポート９２は出力端子１
４に接続されておシ、一方分離用インピーダンス９４は
合成器８００Å力脚相互間に接続されている。点Ｘおよ
びＹの数学的な式は各種の増幅器５１乃至５４の状態に
依存しておシ、後程示す表に示されているようになる。

入力端子１２における人力信号に対する出力端子１４に
おける借料の実際の位相シフト量は制御回路５６によっ
て決定される増幅器５１乃至５４の各利得の関数になる
。回路５６ｕ゛、例えばＯホ゛ルトから一４ボルトまで
変化し得る４種の独立した可調整電圧ｆ：与える。可調
整電圧Ｖ」プログラムされたマイクロコンピュータのよ
うな任意適当な手段によって制御される。０から４ボル
トの制御電圧の変化によって、増幅器の利得は約＋１ｏ
ｄＢから一４０ｄＢまで変化する。結合器６４およびワ
０の出力における数学的な式は次の表に示されている。

第１図および前記表の事例１を参照する。入力端子１２
に単位入力信号か供給され、２２．３４．４２．６４お
よび９０けすべて３ｄＢ結合器であシ、θけ４５゜であ
勺、制朗ｊ回路５６の制征ｌのもとて増幅りえ２およＵ
−３は完全にカットオフであると仮定すると、点Ｘｒ（
おける信Ｓ　（ｄ　Ａｌ　＊　ｊｓｉｎθ・ｃｏｓ２θ
・ｅ　　ｊ準１／→やとなる。こ＼でφｎ増幅器を通過
するときの位相遅延・」）、・、Ｊ、θ、β、ｌはそれ
ぞれ自１１に定義した辿シである。同様に点Ｙにおける
信ｑ　（，１，Ａ４・ｃｏｓ”θ・ｅ−」３θｅ十φと
ｋる。こ＼で仮定し／＋：３（出結合器では、式ｓ　ｉ
　ｎθ・ｃｏｓ２θ　ｂ　ｃｏｓ３θけ１回か］ト１１
じ匝で一定である。双方の点ＸおよびＹ　Ｖｃ二おける
同し弐〇−Ｊ３ββ＋φは周波数に依存する式である。

しかしながら式は全く同じであるので、それらは周波数
の変化に追従する。従って、回路１ｏＩ′ｉ広帯域であ
ると考えられる。点ＸおよびＹにおける借料を表わす式
の共通のｉｌｌの項を無視すると、７貞Ｘの式はＪＡｌ
に簡略化される。Ｊけ前述の通シ虚数世を表わす。すな
わち点Ｘにおける信＠け単に増幅器１の利得の関数に簡
略化される。増幅器１の利得は制御回路５６によって決
定される。同様に５点Ｙにおける式はＡ４になシ、単に
増幅器４の利得の関数になる。信％Ａ４とＪＡｌは同相
合成器８０で比較され端子１４にＡ工とＡ４の相対的な
恒によるＯ”（！−９０’　（第３図）の間の信号を発
生する。角Ｏ０と９０°は成る任意の基準に対するもの
である。０°は端子１２における入力信号に対してＯｏ
を示すものではない。それても点ＸおよびＹにおける出
力は各増幅器５１乃至５４の利得によって決定され、第
３図に示すように互いに関連している。

第３図の０°に対する出力の実際の位相角は、八よとＡ
の大きさの関数となる。Ａよ−Ａ４であれば出力信号の
位相は４５°になる。八〇＞Ａ４であれば、角度は０°
と４５°の間にある。もしＡ４＞Ａ工であれば、角Ｉ廷
は４５°と９０°七の間にある。Ａ＝ｏで、八〇が０以
上の匝（事例５）であれば、位相角はＯｏになる。表に
示すように、増幅器のそれぞれをオン状態、オフ状態に
することによって、他の位相角が得られる。

第１図の回路は上述の位相変調に加えて、あるいは位相
変調の代シに振幅変調にも適用することができる。従っ
て、事例１に関して、Ａ□が１単位に等しく、またＡ４
が１単位に等しいと、出力端子１４において４５°の位
相シフトで１．４１４単位の出力か得られる。こ＼で、
もしＡ工、Ａ４か共に２単位に増加すると、同じ４５°
の位相シフトが維持されるが、卓子１４における出力は
２，８２８単位になる。Ａ□が２単位、Ａ４が１単位で
あれば、端子１４における出力は２，２３６単位で、位
相角Ｌ／ｉ６３．４３”になる。このように、振幅と位
相の双方が変化する。

４個の制御ゲートへの人力信号を適当に選択することに
よシ、回路１０によって次の変調機能が得られる。すな
わち、ａ）振幅変調、ｂ）パルス符号変調、Ｃ）周波数
変調、ｄ）位相変調、ｅ）連続位相変調、ｆ）２相シフ
ト・キーイング、ｇ）４相シフト・キーインク、ｈ）多
相シフト・キーインク、１）単側帯波変調、Ｊ）クオド
ラチャ振幅変調、ｋ）これらの組合わせ。

位相変調回路の別の実施例が第４図に示されている。次
にこれを参照する。第４図の回路の動作け＠１図のそれ
と同様で、入力端子１２から増幅器までの構成は第１図
の構成と同様であるから、それらは第４図には示されて
いない。第１図あるいは第４図の回路で使用される形式
の代表的なＭＥＳＦ　Ｊｉｌ　Ｔは出力インピーダンス
が約１０オームであるが、第１図の６４おまひ７０のよ
うな代表的な９００結合器は５０オームの人力および出
力インピーダンスで動作するように設計されている。従
って、ＦＥＴと９０゜結合器との間の代表的な整合回路
は１０オームを５０オームに整合させるものである。

第４図においては、第１図に示されているように、出力
整合回路網を含むと仮定した増幅器を示す通常の表示方
法とは違って、出力整合回路網１５１ａ乃至１５４ａは
それぞれに関連する増幅器１５１乃至１５４と別に示さ
れている。第４図において、９０゜結合器１６４および
１７０は第１図の結合器６４および７０と実質的に同じ
である。しかし結合器１６４および１７０は、人力ポー
ト１６０．１６２．１６６、１６８および出力ポート１
７２．１７４．１８２．１８４におけるインピーダンス
が５０オームではなく、２５オームの入力インピーダン
スである点で＠１図の結合器と異なる。このような結合
器は、１９８３年１月発行のアイ・イー・イー・イー　
トランザクションズオン　エレクトロン　デバイシズ　
（■ＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　１号１ｅ
ｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　）のＶｏｌ。

ＥＤ−３０，３６，ｌ　、２９頁乃至３２頁に掲載され
ているクマール（Ｍ　、　Ｋｕｍａ　ｒ）氏他の論文［
モノリシックＧａＡ、ｓ　　インターディジティテッド
　力プラーグ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　　　ＧａＡｓ　
　　Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ　　Ｃｏｕｐｌｅｒ
ｓ）Ｊに示されている。従って、整合回路網は増幅器１
５１乃至１５４の約１０オームの出力インピーダンスを
結合器１６４および１７０の２５オームのインピーダン
スと整合させるように設計されている。同じく第４図に
おいて、同相合成器１８０は、入カポ−）　１７８およ
び１９０において５０オームではなく２５オームのイン
ピーダンスを呈し、出力ポート１９２において通常の５
０オームのインピーダンスを呈する点を除けば第１図の
同相合成器８ｏと同様である。このような同相合成器は
、１９６５年１月発行のアイ・イー、−イー・イー　ト
ランザクションズ　オンマイタロウェーブ　セオリ　ア
ンド　テクニークス（ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓａｃｔｉ
ｏｎｓ　ｏｎ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙａｎ
ｄ　ｉ”ｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　）のＶｏｌ　、ＭＴＴ　
−１３，９１頁乃至９５頁のアンド（Ｌ、　Ｉ　、Ｐａ
ｒａｄ）氏およびモイニアン（Ｒ，Ｌ、Ｍｏｙｎｉｌ＋
ａｎ　　）氏の論文「スプリント　ティー　パワー　デ
バイダ（Ｓｐｌｉｔ−Ｔｅｅ　ＰｏｗｅｒＤｉｖｉｄｅ
ｒ）Ｊに掲載されている。２５オームの結合器を使用す
ることによって幾つかの利点が得られる第１に回路網１
５１ａ乃至１５４ａ中の整合素子の数は通常の整合回路
網で使用される素子の数に比して少なくなシ、その結果
、物理的寸法の小さい位相シフト回路が得られる。２５
オ一ム結合器は５０オ一ム結合器よ殴も借料の損失が少
ない。整合回路線用の損失が小さく、またインピーダン
ス変換比が小さいことから、５０オーム素子のみを゛使
用した回路に比して回路の帯域幅が改善される。もし１
０オ一ム結合器１６４乃至１７０を実際に構成すること
ができるならば、整合回路網１５１ａ乃至１５４ａ中の
素子の」法、従って全体の位相ソフト回路の寸法をさら
に小さくするととがてきる。従来周知の技術てけこのよ
うなインピーダンスの低い結合器を実現することが出来
ないが、将来はこのような低インピーダンス結合器を製
造することも可能になるものと信じられている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の好ましい実施例による可調整位相変
調回路の概略構造を示す回路図、第２図は第１図の回路
で有利な増幅器の概略構造を有す回路図、第３図は第１
図の位相変調回路の動作を理解するのに有効なベクトル
図、第４図１１−ｔ＠１図の位相変調回路の別の実施例
の一部の概略構造を示す回路図である。 １２・・・入力端子、１４・・・出力端子、２２・・・
第１の９０゜結合器、４２・・第２の９０°結合器、３
４・・・第３の９０゜結合器、６４・・・第４の９０°
結合器、７０・・・第５の９０゜結合器、５１・・・第
１の増幅器、５２・・第２の増幅器。 ５３・・・第３の増幅器、５４・・・第４の増幅器、１
８．２０・・・第１の９００結合器の入力ボート、１６
・・・終端インピーダンス、２４．２６・・・第１の９
００結合器の出力ポート、３６・・・終端インピーダン
ス、　３８．４０・・・第２の９０°結合器の人力ボー
ト、２８・・・終端インピーダンス。 ３２．３０・・第３の９０°結合器の入力ボート、６０
，６２・・・第４の９０°結合器の人力ポート、６６．
６８・・第５の９０°結合器の人力ポート、ワ２．７４
・・・第４　（Ｄ　９０゜結合器の出力ポート、８２．
８４・・・第５の９０°結合器の出カポ−）　＝　’７
６．８６・・・終端インピーダンス、５６・・制御手段
、８０・・・同相合成器、７８．９０・・・同相合成器
の入力ボート、９２・・・同相合成器の出力ポート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　各々１対の入力ポートと出力ポートとを有す
   る第１、°第２、第３．第４および第５の９０１合器と
   、 各々制御端子、入力ポートおよび出力ポートを有する第
   １、第２、第３および第４の可調整利得トとを有する同
   相合成器と、 上記各増幅器の制御端子に結合されていてその“利得を
   制御し、それによって入力端子と出力端子との間の信号
   の位相シフトを制御するための制御手段とからなシ、 上記第１の９０°結合器の人カポ−）Ｈ上記入力端子お
   よび終端インピーダンスにそれぞれ接続されておシ、こ
   の第１の９０°結合器の１対の出力ポートの一方と終端
   インピーダンスｆｄ−＠２の９０°結合器の各入力ポー
   トに接続されておシ、上記第１の９０°結合器の１対の
   出力ポートの他方と終端インピーダンスは上記第３の９
   ０°結合器の各入力ポートに接続されておシ、 上記第２の９０°結合器の出力ポートは上記第１および
   第２の増幅器の人力ボートにそれぞれ接続されておシ、
   上記第３の９０°結合器の出力ポートは上記第３および
   第４の増幅器の人力ポートにそれぞれ接続されておシ、
   上記第１および第２の増幅器の出力ポートは上記第４の
   ９０°結合器の各入力ポートに接続されておシ、上記第
   ３および第４の増幅器の出力ポートは上記第５の９００
   結合器の各入力ポートに接続されておシ、上記第４およ
   び第５の９００結合器の各々の対をなす出方ボートの各
   一方は上記同相合成器の上記入力ポートにそれぞれ接続
   されており、上記第４および第５の９ｏ０結合器の対を
   なす出力ポートの各他方にそれぞれ終端インピーダンス
   に接続されている。 上記入力端子と出力端子との間に接続された位相変調回
   路。