WO2006100726A1 - 可変減衰器及び集積回路 - Google Patents

可変減衰器及び集積回路 Download PDF

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variable attenuator
resistance element
variable
transmission
output
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Inventor
Yusuke Inoue
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Fujitsu Limited
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/22Attenuating devices

Definitions

  • the present invention relates to a variable attenuator having broadband characteristics and an integrated circuit using the same.
  • a T-type variable attenuator configured by connecting a field effect transistor (FET) in a T shape or a ⁇ shape is used.
  • FET field effect transistor
  • a ⁇ -type variable attenuator is known.
  • a variable attenuator has been proposed that can switch between a type and a ⁇ type by controlling the gate voltage of the FET (see, for example, Patent Document 1).
  • a broadband variable attenuator is required to have good input / output characteristics and a large attenuation.
  • FIG. 10 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional variable attenuator.
  • the variable attenuator 100 has transmission lines 3a, 3b, 3c, and 3d connected in series between the input terminal 1 and the output terminal 2.
  • Transmission lines 3a-3d are transmission lines with a quarter-wavelength ( ⁇ / 4).
  • the variable attenuator 100 functions as a variable resistance element, and includes FETs 4a, 4b, and 4c for adjusting the impedance (AC resistance) in the variable attenuator 100, that is, the amount of attenuation by the variable attenuator 100.
  • FET4a-4c is provided to correspond to each interconnection point (between 3a-3b, 3b-3c, and 3c-3d) of the transmission line.
  • the drains of FETs 4a and 4c are connected to the interconnection points between transmission lines 3a and 3b and 3c and 3d via resistance elements 101 and 102, and the drains of FET 4b are connected to each other between transmission lines 3b and 3c. Connected to the connection point.
  • the source of FET4a—4c is connected to ground (grounded)
  • the gates of the FETs 4a-4c are connected to the control terminal 6 via resistance elements 5a-5c, respectively.
  • the resistance elements 101 and 102 are inserted to improve the input / output reflection characteristics by the variable attenuator 100 to obtain good input / output characteristics, and their resistance values (impedances) are ZO (eg about 50 ohms each).
  • FIG. 11 is a diagram showing an equivalent circuit at the time of maximum attenuation of the conventional variable attenuator 100 shown in FIG. During maximum attenuation, FE T4a- 4c is turned on by a control voltage supplied through a control terminal 6 (the ON resistance value and RON.) 0
  • the resistance value Z0 of the resistance elements 101 and 102 is set between the on-resistance RON of the FET between the signal line constituted by the transmission lines 3a to 3d and the ground. Join. For this reason, the impedance seen from the node Nil in the signal line is sufficiently large. The impedance seen from the node N12 does not increase due to the influence of the resistance element 102, and the force that cannot sufficiently increase the attenuation. I got it.
  • variable attenuator when a variable attenuator is configured by inserting a resistance element in series between the signal line and the ground in order to obtain good input / output characteristics, the inserted resistance element Suppresses the increase in impedance in the force signal line. As a result, the amount of attenuation (attenuation performance) in the variable attenuator deteriorated, and a large amount of attenuation could not be obtained.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 6-112767
  • An object of the present invention is to provide a variable attenuator having good input / output characteristics and improved maximum attenuation.
  • the variable attenuator of the present invention includes a plurality of transmission lines connected in series between an input terminal and an output terminal, and first and second resistance elements for improving input / output characteristics. .
  • the first resistance element is connected in parallel to the transmission line connected to the input terminal, and the second resistance element is connected in parallel to the transmission line connected to the output terminal.
  • the first and second resistance elements connected in parallel to the transmission line can suppress the reflection at the input / output and obtain a good input / output characteristic, and the first attenuation at the time of maximum attenuation.
  • impedance in the signal line without being suppressed by the second resistance element Increases and a large attenuation can be obtained.
  • FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration example of a variable attenuator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the variable attenuator shown in FIG. 1 at maximum attenuation.
  • FIG. 3A is a diagram showing characteristics (maximum attenuation) of the variable attenuator according to the present embodiment.
  • FIG. 3B is a diagram showing characteristics (maximum attenuation) of a conventional variable attenuator.
  • FIG. 4A is a diagram showing a reflection characteristic (at the time of minimum attenuation) of the variable attenuator according to the present embodiment.
  • FIG. 4B is a diagram showing a reflection characteristic (at the maximum attenuation) of the variable attenuator according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a layout example of a variable attenuator according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of an integrated circuit capable of configuring the variable attenuator according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing another circuit configuration example of the variable attenuator according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a transistor applicable to the variable attenuator according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a transceiver device using the variable attenuator according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional variable attenuator.
  • FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of the conventional variable attenuator shown in FIG. 10 at the maximum attenuation.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration example of a variable attenuator according to an embodiment of the present invention.
  • the variable attenuator 10 according to the present embodiment is a wideband variable attenuator having a wideband characteristic in a high frequency region and capable of adjusting the attenuation, and as shown in FIG. 1, the transmission lines 3a, 3b, 3c, and 3d And field effect transistors (FETs) 4a, 4b, and 4c, and resistance elements 7 and 8 [0018]
  • the plurality of transmission lines 3a to 3d are connected in series between an input terminal (IN) 1 to which a signal is input and an output terminal (OUT) 2 to output the attenuated signal.
  • Each of the transmission lines 3a-3d has a line length (electric length) of a quarter wavelength ( ⁇ / 4).
  • the reflection at the input end and the transmission line are The transmission and reflection reflected at the output end and returned to the input end cancel each other, and the reflection is apparently lost.
  • the FETs 4a-4c are provided corresponding to the respective interconnection points of the transmission lines 3a-3d.
  • Each FET 4a-4c has its drain and source connected in series between the interconnection point of the transmission lines 3a-3d and the ground (ground).
  • the drain force of the FET 4a is connected to the interconnection point of the transmission lines 3a and 3b, and the source is connected to the ground (grounded).
  • the drain of the FET 4b is connected to the interconnection point between the transmission lines 3b and 3c
  • the drain of the FET 4c is connected to the interconnection point between the transmission lines 3c and 3d
  • the sources of the FETs 4b and 4c are connected to the ground.
  • the gates of FET4a-4c are connected to control terminals (CONT) 6 to which a control voltage is supplied through resistance elements 5a-5c, respectively.
  • CONT control terminals
  • the resistance value of the FET 4a-4c is controlled according to the control voltage supplied from the control terminal 6.
  • FET4a-4c is connected in series between the interconnection point of transmission lines 3a-3d and the ground, and adjusts the impedance of variable attenuator 10, that is, the amount of signal attenuation by variable attenuator 10.
  • Function as a variable resistance element Function as a variable resistance element.
  • FET field-effect transistor
  • the resistance value can be adjusted electrically. It is not limited to this as long as it is a variable resistance element.
  • the resistance elements 7 and 8 are for matching input / output and improving input / output reflection characteristics, and their resistance values (impedances) are Z0 (for example, about 50 ohms each).
  • the resistance element 7 is connected in parallel to a transmission line 3 a having one end connected to the input terminal 1, and the resistance element 8 is connected in parallel to a transmission line 3 d having one end connected to the output terminal 2.
  • the resistance element 7 has one end connected to the interconnection point between the input terminal 1 and the transmission line 3a, and the other end connected to the interconnection point between the transmission lines 3a and 3b.
  • Resistive element 8 One end is connected to the interconnection point between the transmission lines 3c and 3d, and the other end is connected to the interconnection point between the transmission line 3d and the output terminal 2.
  • variable attenuator 10 shown in Fig. 1 has the gate voltage of FET4a-4c applied from the control terminal 6
  • variable attenuator 10 By controlling the resistance of FET4a-4c based on (control voltage), the impedance of the signal line in variable attenuator 10 is adjusted. That is, in the variable attenuator 10, the attenuation amount at the variable attenuator 10 is controlled by the control voltage applied from the control terminal 6 so that the signal is attenuated by a desired attenuation amount, and is input from the input terminal 1. The signal is attenuated and output from output terminal 2.
  • FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit at the time of maximum attenuation of the variable attenuator 10 shown in FIG.
  • the FET 4a-4c is turned on by the control voltage applied from the control terminal 6, and its resistance value (ON resistance) becomes RON.
  • variable attenuator 10 uses the transmission lines 3a-3d as shown in FIG.
  • the only impedance between the configured signal line and ground is the on-resistance RON of the FET.
  • variable attenuator 10 can improve the maximum attenuation compared to the conventional case in which the input / output characteristics are deteriorated.
  • FIGS. 3A and 3B are diagram showing the characteristics (maximum attenuation) of the variable attenuator according to the present embodiment
  • FIG. 3B is a diagram showing the characteristics (maximum attenuation) of the conventional variable attenuator for comparison and reference. is there.
  • the horizontal axis represents signal input power
  • the vertical axis represents signal output power and attenuation (difference between output power and input power).
  • OP1 indicates the output power according to the input power
  • MAI indicates the maximum attenuation according to the input power.
  • OP2 and MA2 indicate the output power and the maximum attenuation according to the input power, respectively.
  • the maximum attenuation (about 12 dB) of the variable attenuator according to the present embodiment is the maximum attenuation (about 1 dB) of the conventional variable attenuator.
  • the maximum attenuation of the variable attenuator larger than 8dB) is improved.
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams showing the reflection characteristics of the variable attenuator according to the present embodiment.
  • FIG. 4A shows the case of the minimum attenuation
  • FIG. 4B shows the case of the maximum attenuation.
  • the horizontal axis represents the signal frequency
  • the vertical axis represents the reflection amount (right axis) and the loss amount (left axis).
  • S11 indicates the amount of reflection
  • S21 indicates the amount of loss.
  • variable attenuator can obtain a good input / output characteristic with a small amount of reflection at both the minimum attenuation and the maximum attenuation.
  • amount of reflection is preferably (-10 dB) or less.
  • the variable attenuator according to the present embodiment has a reflection amount of (1 OdB) in the microwave band (about 3 GHz or more). And has very good input / output characteristics.
  • FIG. 5 is a diagram showing a layout example of the variable attenuator according to the present embodiment.
  • 51 is an input terminal
  • 52 is an output terminal
  • 56 is a control terminal, which correspond to the input terminal 1, output terminal 2, and control terminal 6 shown in FIG. 53a-53d is a quarter-wave transmission line, and corresponds to the transmission lines 3a-3d shown in FIG.
  • Reference numerals 54a to 54c denote FETs, which correspond to the FETs 4a to 4c shown in FIG.
  • FET 54a-54c for example, a high electron mobility transistor (HEMT) using gallium nitride (GaN) is applied.
  • HEMT high electron mobility transistor
  • GaN gallium nitride
  • HBT hetero-junction bipolar transistor
  • Reference numerals 57 and 58 denote resistors having a resistance value of 50 ohms, which correspond to the resistance elements 7 and 8 shown in FIG. In FIG. 5, the connection between the gate of the FET 54a-54c and the control terminal 56 Wiring etc. are not shown in the figure.
  • variable attenuator has a circuit element on the same semiconductor plate such as an MMIC (microwave monolithic integrated circuit) shown in a schematic sectional view in FIG. It can be configured as a monolithic integrated circuit monolithically integrated.
  • MMIC microwave monolithic integrated circuit
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a part of the MMIC that can configure the variable attenuator according to the present embodiment.
  • GaN HEMT is shown as an example, 61 is a substrate (for example, SiC), 62 is a (high purity) channel layer (for example, GaN), 64 is a carrier supply layer (operation layer), 63 is an insulating layer (for example, SiO 2). 65 is connected to the drain electrode D
  • Wiring 66 is a wiring (for example, ground wiring) connected to the source electrode S, and 67 is an arbitrary wiring. In FIG. 6, the wiring connected to the gate electrode G is not shown.
  • variable attenuator according to the present embodiment can also be configured as a monolithic integrated circuit using these.
  • variable attenuator uses GaN, InP, GaAs, Si, and the like to integrate active elements such as FETs on a semiconductor substrate and integrate passive elements on an insulating substrate such as an alumina substrate. It can also be configured as a multi-chip integrated circuit in which a semiconductor substrate on which active elements are integrated and an insulating substrate on which passive elements are integrated.
  • FIG. 7 is a diagram showing another circuit configuration example of the variable attenuator according to the present embodiment.
  • components having the same functions as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • variable attenuator 70 shown in FIG. 7 is configured in the same manner as the variable attenuator 10 shown in FIG. 1.
  • a resistive element 7 for matching input / output and improving input / output reflection characteristics
  • variable resistance elements 71 and 72 are used as a resistive element for matching input / output and improving input / output reflection characteristics.
  • the variable resistance elements 71 and 72 are composed of transistors such as FETs, for example.
  • the variable resistance element 71 is connected in parallel to the transmission line 3 a having one end connected to the input terminal 1, and the variable resistance element 72 is connected in parallel to the transmission line 3 d having one end connected to the output terminal 2.
  • the operating principle is the same as that of the variable attenuator 10 shown in FIG. Is omitted.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of an apparatus for an RF transceiver configured using the variable attenuator according to the present embodiment described above.
  • 81 is a high output voltage controlled oscillator (VCO), 82 is a mixer (up-comparator), 83 is dry, 84 is a bandpass filter (BPF), 85 is a variable attenuator, 86 is High power amplifier (AMP), 87 is an antenna. 88 is a low noise amplifier (LNA), 89 is a bandpass filter (BPF), 90 is a variable attenuator, 91 is a mixer (down converter), SW1 and SW2 are SPDT (single pole double throw) switches.
  • VCO voltage controlled oscillator
  • 82 is a mixer (up-comparator)
  • 83 is dry
  • 84 is a bandpass filter (BPF)
  • 85 is a variable attenuator
  • 86 is High power amplifier (AMP)
  • 87 is an antenna.
  • 88 is a low noise amplifier (LNA)
  • 89 is a bandpass filter (BPF)
  • 90 is a variable attenuator
  • 91 is a mixer
  • Transmission signal input terminal The transmission IF signal (intermediate frequency signal) input from the SS is transmitted by the up-converter 82 based on the oscillation signal of the high output VC081 supplied via the switch SW 1. RF signal Converted to (high frequency signal). The transmission RF signal output from the up-converter 82 is filtered by the BPF 84 via the driver 83, and unnecessary frequency components are cut.
  • the transmission RF signal output from BPF 84 is attenuated by a predetermined attenuation amount by variable attenuator 85, the output level is adjusted, and further amplified by AMP 86.
  • the transmit RF signal amplified by AMP86 is supplied to antenna 87 via switch SW2 and transmitted from antenna 87.
  • the output level can be adjusted by providing the variable attenuator according to this embodiment on the transmission side.
  • the received RF signal received by antenna 87 is sent to LNA 88 via switch SW2. Supplied and amplified by LNA88.
  • the received RF signal amplified by LNA 88 is supplied to down converter 91 after being filtered by BPF 84.
  • the received RF signal supplied to the down converter 91 is converted into a reception IF signal by the down converter 91 based on the local oscillation signal based on the oscillation signal of the high output VC081, and output from the reception signal output terminal RS.
  • the local oscillation signal supplied to the down converter 91 is a signal obtained by attenuating the oscillation signal of the high output VC081 by the variable attenuator 85 with a predetermined attenuation amount.
  • the oscillation signal of the high output VC081 is also used to downconvert the received RF signal by the down converter 91. If the output is too large, inconvenience may occur in the reception side processing.
  • the variable attenuator according to the present embodiment between the high output VC081 and the down converter 91, the level of the local oscillation signal supplied to the down converter 91 can be adjusted.
  • FIG. 9 shows the RF transceiver device using the variable attenuator according to the present embodiment on both the transmission side and the reception side, but this embodiment is implemented on either the transmission side or the reception side.
  • a variable attenuator can be applied depending on the configuration.
  • the resistance element for improving the input / output reflection characteristics is connected in parallel to the transmission line connected to the input terminal and the output terminal.
  • the amount of attenuation without deteriorating the input / output characteristics of the variable attenuator can be increased compared to the conventional case, and the maximum attenuation can be improved while having good input / output characteristics.

Landscapes

  • Networks Using Active Elements (AREA)
  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
  • Transceivers (AREA)
  • Transmitters (AREA)

Abstract

 入力端子と出力端子との間に直列接続された複数の伝送線路により入力端子に入力された信号を減衰して出力端子から出力する可変減衰器にて、入出力特性を改善するための第1及び第2の抵抗素子を、入力端子に接続される伝送線路及び出力端子に接続される伝送線路にそれぞれ並列接続するようにして、第1及び第2の抵抗素子により入出力における反射を抑制して良好な入出力特性を得るとともに、第1及び第2の抵抗素子により抑制されることなく最大減衰時に信号線におけるインピーダンスを増加させ大きな減衰量が得られるようにする。

Description

可変減衰器及び集積回路
技術分野
[0001] 本発明は、広帯域特性を有する可変減衰器、及びそれを用いた集積回路に関す る。
背景技術
[0002] 高度情報社会の発展に伴い、マイクロ波帯の開拓が進められており、高性能なマイ クロ波コンポ一ネンッに対する需要が増大している。その 1つに、高周波領域で広い 帯域を有するとともに減衰量を調整可能な広帯域可変減衰器がある。
[0003] 例えば、マイクロ波帯で使用される広帯域可変減衰器としては、電界効果トランジス タ (FET)を T字状に接続して構成される T型可変減衰器や π字状に接続して構成さ れる π型可変減衰器が知られている。さらには、 FETのゲート電圧等を制御すること で Τ型と π型を切り替え可能にした可変減衰器が提案されて ヽる(例えば、特許文献 1参照。)。
[0004] 広帯域可変減衰器は、良好な入出力特性及び大きな減衰量が要求される。しかし ながら、従来の広帯域可変減衰器において、良好な入出力特性と大きな減衰量とい う 2つの特性を同時に得ることは非常に困難であった。
[0005] 図 10は、従来の可変減衰器の回路構成を示す図である。可変減衰器 100は、入 力端子 1と出力端子 2との間に直列に接続された伝送線路 3a、 3b、 3c、及び 3dを有 する。伝送線路 3a— 3dは、その線路長が 4分の 1波長( λ /4)の伝送線路である。
[0006] また、可変減衰器 100は、可変抵抗素子として機能し、可変減衰器 100におけるィ ンピーダンス(交流抵抗)、すなわち可変減衰器 100による減衰量を調節するための FET4a、 4b、及び 4cを有する。 FET4a— 4cは、伝送線路の各相互接続点(3a— 3b 間、 3b-3c間、及び 3c-3d間)に対応するように設けられている。
[0007] FET4a、 4cのドレインは、抵抗素子 101、 102を介して伝送線路 3a— 3b間、 3c— 3 d間の相互接続点に接続され、 FET4bのドレインは伝送線路 3b— 3c間の相互接続 点に接続されている。また、 FET4a— 4cのソースはグランドに接続され (接地され)、 FET4a— 4cのゲートはそれぞれ抵抗素子 5a— 5cを介して制御端子 6に接続されて いる。
[0008] ここで、抵抗素子 101、 102は、可変減衰器 100にて入出力反射特性を改善して 良好な入出力特性を得るために挿入されたものであり、その抵抗値 (インピーダンス) は ZO (例えばそれぞれ約 50オーム)である。
[0009] 図 11は、図 10に示した従来の可変減衰器 100の最大減衰時における等価回路を 示す図である。最大減衰時には、制御端子 6を介して供給される制御電圧により FE T4a— 4cがオンされる(オン抵抗値を RONとする。 )0
[0010] このとき、図 11に示したように伝送線路 3a— 3dで構成される信号線とグランドとの 間には FETのオン抵抗 RONにカ卩えて抵抗素子 101、 102の抵抗値 Z0が加わる。そ のため、信号線においてノード Ni lから見たインピーダンスは十分大きくなる力 ノー ド N12から見たインピーダンスは抵抗素子 102の影響により大きくはならず、減衰量 を十分に大きくすることができな力つた。
[0011] すなわち、図 10に示したように、良好な入出力特性を得るために信号線とグランドと の間に抵抗素子を直列に挿入して可変減衰器を構成すると、その挿入した抵抗素子 力 信号線におけるインピーダンスの増加を抑制する。その結果、可変減衰器にお ける減衰量 (減衰性能)を悪化させ、大きな減衰量が得られなカゝつた。
[0012] 特許文献 1 :特開平 6— 112767号公報
発明の開示
[0013] 本発明は、良好な入出力特性を有し、かつ最大減衰量を向上させた可変減衰器を 提供することを目的とする。
[0014] 本発明の可変減衰器は、入力端子と出力端子との間に直列接続された複数の伝 送線路と、入出力特性を改善するための第 1及び第 2の抵抗素子とを有する。そして 、入力端子に接続される伝送線路に第 1の抵抗素子が並列接続されるとともに、出力 端子に接続される伝送線路に第 2の抵抗素子が並列接続される。
[0015] 本発明によれば、伝送線路に並列接続された第 1及び第 2の抵抗素子により入出 力における反射を抑制して良好な入出力特性を得ることができるとともに、最大減衰 時に第 1及び第 2の抵抗素子により抑制されることなく信号線におけるインピーダンス が増加し大きな減衰量が得られるようになる。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]図 1は、本発明の実施形態による可変減衰器の回路構成例を示す図である。
[図 2]図 2は、図 1に示す可変減衰器の最大減衰時における等価回路図である。
[図 3A]図 3Aは、本実施形態による可変減衰器の特性 (最大減衰量)を示す図である
[図 3B]図 3Bは、従来の可変減衰器の特性 (最大減衰量)を示す図である。
[図 4A]図 4Aは、本実施形態による可変減衰器の反射特性 (最小減衰時)を示す図 である。
[図 4B]図 4Bは、本実施形態による可変減衰器の反射特性 (最大減衰時)を示す図 である。
[図 5]図 5は、本実施形態による可変減衰器のレイアウト例を示す図である。
[図 6]図 6は、本実施形態による可変減衰器を構成可能な集積回路の構成例を模式 的に示す断面図である。
[図 7]図 7は、本実施形態による可変減衰器の他の回路構成例を示す図である。
[図 8]図 8は、本実施形態による可変減衰器に適用可能なトランジスタの一例を示す 図である。
[図 9]図 9は、本実施形態による可変減衰器を用いたトランシーバー装置の構成例を 示す図である。
[図 10]図 10は、従来の可変減衰器の回路構成を示す図である。
[図 11]図 11は、図 10に示す従来の可変減衰器の最大減衰時における等価回路図 である。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図 1は、本発明の実施形態による可変減衰器の回路構成例を示す図である。本実 施形態による可変減衰器 10は、高周波領域で広帯域な特性を有するとともに減衰 量を調整可能な広帯域可変減衰器であり、図 1に示すように、伝送線路 3a、 3b、 3c、 及び 3dと、電界効果トランジスタ (FET) 4a、 4b、及び 4cと、抵抗素子 7、 8とを有する [0018] 複数の伝送線路 3a— 3dは、信号が入力される入力端子 (IN) 1と、減衰された当該 信号を出力する出力端子 (OUT) 2との間に直列接続される。伝送線路 3a— 3dは、 それぞれ 4分の 1波長( λ /4)の線路長(電気長)を有しており、各伝送線路 3a— 3d において、その入力端での反射と、伝送線路を伝送し出力端で反射され入力端に戻 つてきたものとが打ち消しぁ 、反射が見かけ上なくなるように構成されて 、る。
[0019] また、 FET4a— 4cは、伝送線路 3a— 3dの各相互接続点に対応して設けられる。
各 FET4a— 4cは、そのドレイン、ソース間が伝送線路 3a— 3dの相互接続点とグラン ド (接地)との間に直列接続される。
[0020] 具体的には、 FET4aのドレイン力 伝送線路 3a、 3bの相互接続点に接続され、ソ ースがグランドに接続される(接地される)。同様に、 FET4bのドレインが伝送線路 3b 、 3cの相互接続点に接続され、 FET4cのドレインが伝送線路 3c、 3dの相互接続点 に接続され、 FET4b、 4cのソースがグランドに接続される。また、 FET4a— 4cのゲ ートは、制御電圧が供給される制御端子 (CONT) 6に、それぞれ抵抗素子 5a— 5c を介して接続される。この制御端子 6より供給される制御電圧に応じて、 FET4a-4c の抵抗値が制御される。
[0021] 言い換えれば、 FET4a— 4cは、伝送線路 3a— 3dの相互接続点とグランドとの間 に直列接続され、可変減衰器 10におけるインピーダンス、すなわち可変減衰器 10に よる信号の減衰量を調節するための可変抵抗素子として機能する。なお、本実施形 態では、可変減衰器 10にて信号の減衰量を調節するための可変抵抗素子として FE Tを用いた場合を一例として示しているが、抵抗値を電気的に調整可能な可変抵抗 素子であれば良ぐこれに限定されるものではない。
[0022] 抵抗素子 7、 8は、入出力の整合を取り、入出力反射特性を改善するためのもので あり、その抵抗値 (インピーダンス)は Z0 (例えばそれぞれ約 50オーム)である。抵抗 素子 7は、入力端子 1に一端が接続された伝送線路 3aに並列接続され、抵抗素子 8 は、出力端子 2に一端が接続された伝送線路 3dに並列接続される。
[0023] より詳細には、抵抗素子 7は、その一端が入力端子 1と伝送線路 3aとの相互接続点 に接続され、他端が伝送線路 3aと 3bの相互接続点に接続される。また、抵抗素子 8 は、その一端が伝送線路 3cと 3dの相互接続点に接続され、他端が伝送線路 3dと出 力端子 2との相互接続点に接続される。
[0024] 図 1に示した可変減衰器 10は、制御端子 6より印加する FET4a— 4cのゲート電圧
(制御電圧)を基に FET4a— 4cの抵抗値を制御することで、可変減衰器 10における 信号線のインピーダンスが調整される。つまり、可変減衰器 10は、所望の減衰量で 信号が減衰されるように、制御端子 6から印加される制御電圧により可変減衰器 10で の減衰量が制御され、入力端子 1から入力される信号を減衰して出力端子 2より出力 する。
[0025] 次に、本実施形態による可変減衰器 10の最大減衰時における回路機能について 説明する。図 2は、図 1に示した可変減衰器 10の最大減衰時における等価回路を示 す図である。可変減衰器 10は、最大減衰時には、制御端子 6より印加される制御電 圧により FET4a— 4cがオンされ、その抵抗値 (オン抵抗)が RONとなる。
[0026] この最大減衰時において、図 10及び図 11に示した従来の可変減衰器 100とは異 なり、本実施形態による可変減衰器 10では、図 2に示すように伝送線路 3a— 3dで構 成される信号線とグランドとの間におけるインピーダンスは FETのオン抵抗 RONだけ になる。
[0027] これにより、入出力特性を改善するために抵抗素子 7、 8を設けたことにより良好な 入出力特性が得られるとともに、抵抗素子 7、 8にはかかわらず、信号線においてノー ド N1から見たインピーダンス及びノード N2から見たインピーダンスの両方とも十分大 きくすることが可能となる。したがって、可変減衰器 10は、入出力特性を悪化させるこ となぐ従来よりも最大減衰量を向上させることができる。
[0028] 次に、図 1に示した本実施形態による可変減衰器の各特性について説明する。
まず、マイクロ波帯 (周波数が例えば 3GHz)における減衰特性 (最大減衰量)につ いて、図 3A及び図 3Bを参照して説明する。図 3Aは、本実施形態による可変減衰器 の特性 (最大減衰量)を示す図であり、図 3Bは、比較参照するための従来の可変減 衰器の特性 (最大減衰量)を示す図である。
[0029] 図 3A及び図 3Bにおいて、横軸は信号の入力パワーであり、縦軸は信号の出力パ ヮー及び減衰量(出力パワーと入力パワーとの差分)である。また、図 3Aにおいて、 OP1は入力パワーに応じた出力パワーを示しており、 MAIは入力パワーに応じた最 大減衰量を示している。同様に、図 3Bにおいて、 OP2及び MA2は、入力パワーに 応じた出力パワー及び最大減衰量をそれぞれ示して 、る。
[0030] 図 3A及び図 3Bから明らかなように信号の入力パワーにかかわらず、本実施形態 による可変減衰器の最大減衰量 (一 12dB程度)は、従来の可変減衰器の最大減衰 量 (一 8dB程度)よりも大きぐ可変減衰器の最大減衰量は向上して 、る。
[0031] 次に、本実施形態による可変減衰器の反射特性について、図 4A及び図 4Bを参照 して説明する。図 4A、図 4Bは、本実施形態による可変減衰器の反射特性を示す図 であり、図 4Aに最小減衰時の場合を示し、図 4Bに最大減衰時の場合を示している。
[0032] 図 4A、図 4Bにおいて、横軸は信号の周波数であり、縦軸は反射量 (右軸)及び損 失量 (左軸)である。また、図 4A、図 4Bにおいて、 S11が反射量を示しており、 S21 が損失量を示している。
[0033] 図 4A及び図 4Bに示されるように、本実施形態による可変減衰器は、最小減衰時 及び最大減衰時とも反射量が少なぐ良好な入出力特性が得られることがわかる。ま た、可変減衰器では、一般に反射量は (-10dB)以下が望ましいとされている力 本 実施形態による可変減衰器は、マイクロ波帯 (約 3GHz以上)において反射量が (一 1 OdB)以下であり、非常に良好な入出力特性を有する。
[0034] 図 5は、本実施形態による可変減衰器のレイアウト例を示す図である。
図 5において、 51は入力端子、 52は出力端子、 56は制御端子であり、それぞれ図 1に示した入力端子 1、出力端子 2、制御端子 6に相当する。また、 53a— 53dは 4分 の 1波長伝送線路であり、図 1に示した伝送線路 3a— 3dに相当する。
[0035] 54a— 54cは FETであり、図 1に示した FET4a— 4cに相当する。 FET54a— 54cと しては、例えば窒化ガリウム (GaN)を用いた高電子移動度トランジスタ (HEMT: high electron mobility transistor)が適用される。また、後述するように FET54a— 54 cとして、ヘテロ接合ノイポーラトランジスタ (HBT:hetero— junction bipolar transistor )を適用しても良い。
[0036] 57及び 58は 50オームの抵抗値を有する抵抗であり、図 1に示した抵抗素子 7、 8 に相当する。なお、図 5においては、 FET54a— 54cのゲートと制御端子 56との間の 配線等にっ ヽては省略し図示して ヽな 、。
[0037] ここで、上述した本実施形態による可変減衰器は、例えば図 6に模式的な断面図を 示す MMIC (microwave monolithic integrated circuit)のよつな、同一の半導体せ板 上に回路素子をモノリシックに集積したモノリシック集積回路として構成可能である。
[0038] 図 6は、本実施形態による可変減衰器を構成可能な MMICの一部の模式的な断 面図を示す図である。図 6においては GaN HEMTを一例として示しており、 61は 基板 (例えば SiC)、 62は(高純度)チャネル層(例えば GaN)、 64はキャリア供給層 ( 動作層)、 63は絶縁層(例えば SiO )である。また、 65はドレイン電極 Dに接続される
2
配線、 66はソース電極 Sに接続される配線 (例えばグランド配線)、 67は任意の配線 である。図 6にお ヽてはゲート電極 Gに接続される配線にっ 、ては図示して ヽな 、。
[0039] なお、図 6においては、窒化ガリウムを用いたモノリシック集積回路を一例として示し たが、これに限定されず、例えばインジウムリン (InP)、ガリウム砒素(GaAs)、珪素( Si)の何れかを用いたモノリシック集積回路としても本実施形態による可変減衰器は 構成可能である。
[0040] また、本実施形態による可変減衰器は、 GaN、 InP、 GaAs, Siなどを用いて FET などの能動素子を半導体基板上に集積し、受動素子をアルミナ基板などの絶縁基板 上に集積し、能動素子を集積した半導体基板と受動素子を集積した絶縁基板とを実 装したマルチチップ集積回路としても構成可能である。
[0041] 図 7は、本実施形態による可変減衰器の他の回路構成例を示す図である。この図 7 において、図 1に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を 付し、重複する説明は省略する。
[0042] 図 7に示す可変減衰器 70は、図 1に示した可変減衰器 10と同様に構成され、入出 力の整合を取り入出力反射特性を改善するための抵抗素子として、抵抗素子 7、 8に 替えて可変抵抗素子 71、 72を用いている。可変抵抗素子 71、 72は、例えば FETな どのトランジスタにより構成される。可変抵抗素子 71は、入力端子 1に一端が接続さ れた伝送線路 3aに並列接続され、可変抵抗素子 72は、出力端子 2に一端が接続さ れた伝送線路 3dに並列接続される。
[0043] なお、動作原理等については、図 1に示した可変減衰器 10と同様であるので説明 は省略する。
[0044] 図 7に示した可変抵抗素子 71、 72や、図 1及び図 7に示した可変減衰器 10、 70に おいて可変抵抗素子として機能する FET4a— 4cに適用可能なトランジスタの一例を 図 8に示している。図 8において、例示したトランジスタに付してある記号は、丸、三角 、バッの順に適性が低くなるものとする。
[0045] 図 9は、上述した本実施形態による可変減衰器を用いて構成した RFトランシーバ 一装置の構成例を示す図である。
[0046] 図 9において、 81は高出力電圧制御発振器 (VCO)、 82はミキサ(アップコンパ一 タ)、 83はドライノく、 84はバンドパスフィルタ(BPF)、 85は可変減衰器、 86は高出力 増幅器 (AMP)、 87はアンテナである。また、 88は低雑音増幅器 (LNA)、 89はバン ドパスフィルタ(BPF)、 90は可変減衰器、 91はミキサ(ダウンコンバータ)、 SW1及 び SW2は SPDT (単極双投)スィッチである。ここで、可変減衰器 85、 90は、上述し た本実施形態による可変減衰器が用いられる。
[0047] 送信信号入力端子 SSより入力される送信 IF信号(中間周波信号)は、スィッチ SW 1を介して供給される高出力 VC081の発振信号を基に、アップコンバータ 82にて送 信 RF信号 (高周波信号)に変換される。アップコンバータ 82から出力された送信 RF 信号は、ドライバ 83を介して BPF84にてフィルタ処理が施され不要な周波数成分が カットされる。
[0048] そして、 BPF84から出力された送信 RF信号は、可変減衰器 85にて所定の減衰量 で減衰されて出力レベル調整され、さらに AMP86にて増幅される。 AMP86で増幅 された送信 RF信号は、スィッチ SW2を介してアンテナ 87に供給され、アンテナ 87よ り送信される c
[0049] ここで、図 9に示すような RFトランシーバー装置の出力を大きくするには、 AMP86 の出力を大きくすることが不可欠である。しかしながら、送信に要する出力は、そのと きの天候や環境などによっても左右され、常に装置としての最大出力を要するとは限 らない。そこで、上述した本実施形態による可変減衰器を送信側に設けることで、出 カレベルの調整を行うことができる。
[0050] また、アンテナ 87で受信された受信 RF信号は、スィッチ SW2を介して LNA88に 供給され、 LNA88にて増幅される。 LNA88で増幅された受信 RF信号は、 BPF84 にてフィルタ処理が施された後、ダウンコンバータ 91に供給される。
[0051] ダウンコンバータ 91に供給された受信 RF信号は、高出力 VC081の発振信号に 基づくローカル発振信号を基に、ダウンコンバータ 91にて受信 IF信号に変換され、 受信信号出力端子 RSより出力される。なお、ダウンコンバータ 91に供給されるロー カル発振信号は、高出力 VC081の発振信号を可変減衰器 85にて所定の減衰量で 減衰した信号である。
[0052] ここで、 RFトランシーバー装置の出力を大きくするには、高出力の VCOを使用する ことも必要である。しカゝしながら、高出力 VC081の発振信号は、受信 RF信号をダウ ンコンバータ 91でダウンコンバートするためにも使用されるので出力が大きすぎると 受信側処理で不都合が生じる場合がある。そこで、本実施形態による可変減衰器を 高出力 VC081とダウンコンバータ 91との間に設けることで、ダウンコンバータ 91に 供給するローカル発振信号のレベル調整を行うことができる。
[0053] なお、図 9においては、送信側及び受信側の両方に本実施形態による可変減衰器 を用いた RFトランシーバー装置を示して 、るが、送信側又は受信側の何れか一方に 本実施形態による可変減衰器を適用するようにしても良 ヽ。
[0054] また、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一 例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈され てはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴 力も逸脱することなぐ様々な形で実施することができる。
産業上の利用可能性
[0055] 以上のように、本発明によれば、入出力反射特性を改善するための抵抗素子を、 入力端子、出力端子に接続される伝送線路に対して並列に接続する。これにより、可 変減衰器における入出力特性を悪化させることなぐ減衰量を従来と比較して大きく することができ、良好な入出力特性を有しながらも最大減衰量を向上させることがで きる。

Claims

請求の範囲
[1] 入力端子に入力された信号を減衰して出力端子力 出力する可変減衰器であって 上記入力端子と上記出力端子との間に直列接続された複数の伝送線路と、 上記入力端子に接続された上記伝送線路に並列接続された第 1の抵抗素子と、 上記出力端子に接続された上記伝送線路に並列接続された第 2の抵抗素子とを 備えることを特徴とする可変減衰器。
[2] 上記直列接続された伝送線路間の各相互接続点に、当該相互接続点と接地との 間に直列に接続され、信号の減衰量を調整するための可変抵抗素子をそれぞれ備 えることを特徴とする請求項 1記載の可変減衰器。
[3] 上記可変抵抗素子は、ドレインが上記伝送線路の相互接続点に接続され、ソース が接地され、ゲートに供給される制御電圧に応じて抵抗値が制御されるトランジスタ であることを特徴とする請求項 2記載の可変減衰器。
[4] 上記第 1の抵抗素子及び第 2の抵抗素子の少なくとも一方が可変抵抗素子である ことを特徴とする請求項 1記載の可変減衰器。
[5] 上記可変抵抗素子は、トランジスタを用いて構成されることを特徴とする請求項 4記 載の可変減衰器。
[6] 入力端子と出力端子との間に直列接続された複数の 4分の 1波長伝送線路と、 上記複数の伝送線路間の各相互接続点に対応して設けられ、ドレインが上記伝送 線路の相互接続点に接続され、ソースが接地され、ゲートに制御電圧が供給されるト ランジスタと、
上記入力端子に接続された上記伝送線路に並列接続された第 1の抵抗素子と、 上記出力端子に接続された上記伝送線路に並列接続された第 2の抵抗素子とを 備えることを特徴とする可変減衰器。
[7] 上記抵抗素子は、可変抵抗素子であることを特徴とする請求項 6記載の可変減衰
[8] 上記可変抵抗素子は、 HEMT (high electron
mobility transistor)を用いて構成されて ヽることを特徴とする請求項 7記載の可変減 衰器。
[9] 上記可変抵抗素子は、 HBT (hetero- junction
bipolar transistor)を用いて構成されて ヽることを特徴とする請求項 7記載の可変減 衰器。
[10] 中間周波信号を高周波信号に変換する送信側ミキサと、
減衰量が調整可能であるとともに、上記送信側ミキサより出力された上記高周波信 号を減衰し出力する送信側可変減衰器と、
上記送信側可変減衰器より出力された上記高周波信号を増幅しアンテナに出力す る送信側増幅器とを備え、
上記送信側可変減衰器は、入力端子と出力端子との間に直列接続された複数の 伝送線路と、上記入力端子に接続された上記伝送線路に並列接続された第 1の抵 抗素子と、上記出力端子に接続された上記伝送線路に並列接続された第 2の抵抗 素子とを有することを特徴とする集積回路。
[11] アンテナで受信した高周波信号が供給され、当該高周波信号を増幅して出力する 受信側増幅器と、
減衰量が調整可能であるとともに、ローカル発振信号を減衰し出力する受信側可 変減衰器と、
上記受信側可変減衰器より出力された上記ローカル発振信号を基に、上記受信側 増幅器より出力された高周波信号を中間周波信号に変換する受信側ミキサとを備え 上記受信側可変減衰器は、入力端子と出力端子との間に直列接続された複数の 伝送線路と、上記入力端子に接続された上記伝送線路に並列接続された第 1の抵 抗素子と、上記出力端子に接続された上記伝送線路に並列接続された第 2の抵抗 素子とを有することを特徴とする請求項 10記載の集積回路。
[12] アンテナで受信した高周波信号が供給され、当該高周波信号を増幅して出力する 受信側増幅器と、
減衰量が調整可能であるとともに、ローカル発振信号を減衰し出力する受信側可 変減衰器と、 上記受信側可変減衰器より出力された上記ローカル発振信号を基に、上記受信側 増幅器より出力された高周波信号を中間周波信号に変換する受信側ミキサとを備え 上記受信側可変減衰器は、入力端子と出力端子との間に直列接続された複数の 伝送線路と、上記入力端子に接続された上記伝送線路に並列接続された第 1の抵 抗素子と、上記出力端子に接続された上記伝送線路に並列接続された第 2の抵抗 素子とを有することを特徴とする集積回路。
[13] 請求項 1記載の可変減衰器の能動素子を集積した半導体基板と当該可変減衰器 の受動素子を集積した絶縁基板とを備えることを特徴とする集積回路。
[14] 請求項 1記載の可変減衰器を構成する各回路素子を同一の半導体基板上にモノリ シックに集積したことを特徴とする集積回路。
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