WO2024116538A1 - デジタル式可変リアクタンス素子、移相器およびインピーダンス整合回路 - Google Patents

デジタル式可変リアクタンス素子、移相器およびインピーダンス整合回路 Download PDF

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variable reactance
reactance element
variable
phase shifter
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波 楊
真毅 篠原
豪 梶原
貴行 岡田
毅明 宮迫
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株式会社村田製作所
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    • H03H7/38—Impedance-matching networks

Definitions

  • the present invention relates to a digitally variable reactance element, a phase shifter, and an impedance matching circuit.
  • variable reactance elements are used in phase shifters used in microwave circuits.
  • Known examples of such variable reactance elements include variable capacitors, varicaps, varactor diodes, and other variable capacitors (see, for example, Patent Document 1).
  • variable reactance element With a larger variable width of reactance (1/2 ⁇ fc) is required.
  • variable reactance element is a variable inductor.
  • conventional variable reactance elements only use either a variable capacitor or a variable inductor.
  • the reactance (impedance) changes in the direction of the arrow D_C.
  • the reactance (impedance) changes in the direction of the arrow D_L. In this way, the change in reactance caused by a variable capacitor and the change in reactance caused by a variable inductor are mutually different, unidirectional changes.
  • the present invention aims to provide a digital variable reactance element, phase shifter, and impedance matching circuit with a wide variable range.
  • the digital variable reactance element of the present invention is a digital variable reactance element that digitally varies reactance, and includes a plurality of digital capacitors and a plurality of digital inductors.
  • the plurality of digital capacitors and the plurality of digital inductors are connected in series or in parallel.
  • Each of the plurality of digital capacitors has a capacitor and a first digital switch connected in series or in parallel, and the first digital switch can be switched between two states, an on state or an off state.
  • Each of the plurality of digital inductors has an inductor and a second digital switch connected in series or in parallel, and the second digital switch can be switched between two states, an on state or an off state.
  • the phase shifter according to the present invention includes the digitally variable reactance element described above, and generates an output signal in which the phase of the input signal is digitally varied.
  • the impedance matching circuit of the present invention includes the digitally variable reactance element described above, and matches the characteristic impedance of the connected line.
  • variable range of a digital variable reactance element it is possible to widen the phase shift range of a phase shifter. Also, according to the present invention, it is possible to widen the matching range of an impedance matching circuit.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a digital variable reactance element according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a circuit diagram showing a digital variable reactance element according to a first modified example of the present embodiment.
  • FIG. 11 is a circuit diagram showing a digital variable reactance element according to a second modified example of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a phase shifter according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is a circuit diagram showing another example of the phase shifter according to the present embodiment.
  • FIG. 5 illustrates an example design of the phase shifter shown in FIG. 4 .
  • 1 is a circuit diagram showing an example of an impedance matching circuit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a Smith chart illustrating an example of reactance characteristics.
  • Fig. 1 is a circuit diagram showing a digital variable reactance element according to the present embodiment.
  • the digital variable reactance element 1 is an element that digitally varies reactance.
  • the digital variable reactance element 1 includes a plurality of digital capacitors 2 and a plurality of digital inductors 4.
  • the digital variable reactance element 1 may also include a digital resistor 6.
  • the plurality of digital capacitors 2, the plurality of digital inductors 4, and the digital resistor 6 are connected in parallel.
  • the digital capacitor 2 has a capacitor C1 and a digital switch (first digital switch) Q connected in series.
  • the digital switch Q is not particularly limited, but a switching element such as a FET (Field Effect Transistor) can be used.
  • the digital switch Q can be switched between two states: on and off. This allows the digital capacitor 2 to be switched between two values: a first value which is the capacitance of the capacitor C1 (digital switch Q is on), or a second value which is a capacitance of 0 (digital switch Q is off). In other words, the digital capacitor 2 can digitally switch capacitance.
  • the digital inductor 4 has an inductor L1 and a digital switch (second digital switch) Q connected in series.
  • the digital switch Q is not particularly limited, but may be a switching element such as a FET (Field Effect Transistor).
  • the digital switch Q can be switched between two states: on and off. This allows the digital inductor 4 to be switched between two values: a first value which is the inductance of the inductor L1 (digital switch Q is on), or a second value which is an inductance of 0 (digital switch Q is off). In other words, the digital inductor 4 is capable of digitally switching the inductance.
  • the digital resistor 6 has a resistor R1 and a digital switch Q connected in series.
  • the digital switch Q is not particularly limited, but may be a switching element such as a FET (Field Effect Transistor).
  • the digital switch Q can be switched between two states: on and off. This allows the digital resistor 6 to be switched between two values: a first value which is the resistance value of the resistor R1 (digital switch Q is on), or a second value which is a resistance value of 0 (digital switch Q is off). In other words, the digital resistor 6 is capable of digitally switching the resistance value.
  • variable reactance element 1 can digitally vary the reactance by switching the digital switches Q between on and off. Furthermore, the variable reactance element 1 can digitally vary its impedance, particularly its impedance to an RF signal (radio frequency signal), by switching the digital switches Q between on and off.
  • RF signal radio frequency signal
  • the reactance of the multiple capacitors C1 and multiple inductors L1 is digitally variable by control of the digital switch Q.
  • the impedance of the multiple capacitors C1, multiple inductors L1, and resistor R1 is digitally variable by control of the digital switch Q.
  • variable capacitors or multiple variable inductors are not used, and the control signals for the multiple variable capacitors or multiple variable inductors do not become complicated.
  • variable reactance element 1 is exemplified in which each digital capacitor 2 has a capacitor C1 and a digital switch Q connected in series, each digital inductor 4 has an inductor and a digital switch connected in series or parallel, and multiple digital capacitors 2 and multiple digital inductors 4 are connected in parallel.
  • the present invention is not limited to this, and can be applied to various variable reactance elements in which each digital capacitor has a capacitor and a digital switch connected in series or parallel, each digital inductor has an inductor and a digital switch connected in series or parallel, and multiple digital capacitors and multiple digital inductors are connected in series or parallel.
  • modified examples 1 and 2 of this embodiment are given below.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a digital variable reactance element according to a first modified example of this embodiment.
  • the digital variable reactance element 1A is an element that digitally varies reactance.
  • the digital variable reactance element 1A includes a plurality of digital capacitors 2A and a plurality of digital inductors 4A.
  • the digital variable reactance element 1A may also include a digital resistor 6A.
  • the plurality of digital capacitors 2A, the plurality of digital inductors 4A, and the digital resistor 6A are connected in series.
  • the digital capacitor 2A has a capacitor C1 and a digital switch (first digital switch) Q connected in series, and also has a capacitor C2 and the digital switch Q connected in parallel. Specifically, in the digital capacitor 2A, the series circuit of the capacitor C1 and the digital switch Q and the capacitor C2 are connected in parallel.
  • the digital switch Q is the same as described above. This allows the digital capacitor 2A to be switched between two values: a first value (digital switch Q is on) which is the combined capacitance of the capacitors C1 and C2, or a second value (digital switch Q is off) which is the capacitance of the capacitor C2. In other words, the digital capacitor 2A is capable of digitally switching capacitance.
  • the digital inductor 4A has an inductor L1 and a digital switch (second digital switch) Q connected in series, and also has an inductor L2 and the digital switch Q connected in parallel. Specifically, in the digital inductor 4A, the series circuit of the inductor L1 and the digital switch Q and the inductor L2 are connected in parallel.
  • the digital switch Q is the same as described above. This allows the digital inductor 4A to be switched between two values: a first value (digital switch Q is on) which is the combined inductance of inductor L1 and inductor L2, and a second value (digital switch Q is off) which is the inductance of inductor L2. In other words, the digital inductor 4A is capable of digitally switching inductance.
  • the digital resistor 6A has a resistor R1 and a digital switch Q connected in parallel.
  • the digital switch Q is the same as described above. This allows the digital resistor 6A to be switched between two values: a first value that is a resistance value of 0 (digital switch Q is on), and a second value that is the resistance value of resistor R1 (digital switch Q is off). In other words, the digital resistor 6A is capable of digitally switching the resistance value.
  • variable reactance element 1A can digitally vary the reactance by switching the digital switches Q between on and off. Furthermore, the variable reactance element 1A can digitally vary the impedance, particularly the impedance to an RF signal (radio frequency signal), by switching the on or off state of each digital switch Q.
  • RF signal radio frequency signal
  • the digital variable reactance element 1A of this modified example 1 has the same advantages as the digital variable reactance element 1 of this embodiment described above.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a digital variable reactance element according to a second modified example of this embodiment.
  • the digital variable reactance element 1B is an element that digitally varies reactance.
  • the digital variable reactance element 1B includes a plurality of the above-mentioned digital capacitors 2A and a plurality of the above-mentioned digital inductors 4.
  • the plurality of digital capacitors 2A are connected in series
  • the plurality of digital inductors 4 are connected in parallel
  • the series circuit of the digital capacitors 2A and the parallel circuit of the digital inductors 4 are connected in series.
  • variable reactance element 1B can digitally vary the reactance by switching the digital switches Q between on and off. Furthermore, the variable reactance element 1B can digitally vary its impedance, particularly the impedance to an RF signal (radio frequency signal), by switching the digital switches Q between on and off.
  • RF signal radio frequency signal
  • the digital variable reactance element 1B of this modified example 2 has the same advantages as the digital variable reactance element 1 of this embodiment described above.
  • phase shifter and an impedance matching circuit will be described as examples of devices to which the above-mentioned digital variable reactance element is applied.
  • the digital variable reactance element of this embodiment is not limited to these, and can be applied to various devices that require variable reactance or impedance, such as variable loads, MRI (Magnetic Resonance Imaging) detection circuits, VCOs (Voltage Controlled Oscillators), phase-locked loop circuits, and frequency synthesizers.
  • Fig. 4 is a circuit diagram showing an example of the phase shifter according to the present embodiment
  • Fig. 5 is a circuit diagram showing another example of the phase shifter according to the present embodiment.
  • the phase shifter 10 shown in Fig. 4 is a hybrid coupled type radio frequency (RF) phase shifter composed of quarter wavelength lines 11 and 12 with a characteristic impedance of Z0 and quarter wavelength lines 13 and 14 with a characteristic impedance of Z0/ ⁇ 2.
  • RF radio frequency
  • one end of the line 11 is an input terminal RF_IN
  • the other end of the line 11 is an output terminal RF_OUT.
  • the phase shifter 10 includes the variable reactance elements 1 (1A, 1B) described above that terminate the output terminal 13_OUT on the line 13 side and the output terminal 14_OUT on the line 14 side, respectively.
  • phase shifter 10 the RF signal input from input terminal RF_IN is distributed by hybrid coupled lines 11, 12, 13, and 14, and transmitted to output terminal 13_OUT on the line 13 side and output terminal 14_OUT on the line 14 side. Since these output terminals 13_OUT and 14_OUT are terminated by the variable reactance element 1 (1A, 1B) described above, the signals transmitted to these output terminals are reflected with a phase change that depends on the reactance of variable reactance element 1 (1A, 1B). The signals reflected at these output terminals 13_OUT and 14_OUT are recombined by hybrid coupled lines 11, 12, 13, and 14, and output from output terminal RF_OUT. At this time, the output signal undergoes a phase change that depends on the reactance of the variable reactance element 1 (1A, 1B) described above, and by changing the reactance of the variable reactance element described above, it operates as a phase shifter.
  • FIG. 4 shows an example in which the above-mentioned variable reactance element 1 (1A, 1B) is applied to a hybrid coupled type phase shifter 10, as shown in FIG. 5, the above-mentioned variable reactance element 1 (1A, 1B) may also be applied to a loaded line type phase shifter 10 composed of a quarter-wavelength line 11 with a characteristic impedance of Z0.
  • FIG. 6 is a diagram showing the design of an example of the phase shifter shown in FIG. 4.
  • the phase shift amount ps of the phase shifter shown in FIG. 4 was measured using a network analyzer while varying the capacitance C of the digital capacitor or the inductance L of the digital inductor.
  • a phase shift characteristic of approximately 360° was obtained.
  • the reactance can be widely varied to both capacitive and inductive, making it possible to realize a low-loss high-frequency (RF) phase shifter with a large phase shift range.
  • RF high-frequency
  • Fig. 7 is a circuit diagram showing an example of an impedance matching circuit according to the present embodiment.
  • the impedance matching circuit 20 shown in Fig. 7 includes an inductor 21 connected in series between one input terminal RF_IN+ of a pair of input terminals RF_IN+, RF_IN- and one output terminal RF_OUT+ of a pair of output terminals RF_OUT+, RF_OUT-, and the variable reactance element 1 (1A, 1B) described above connected between the pair of input terminals RF_IN+, RF_IN- and between the pair of output terminals RF_OUT+, RF_OUT-, respectively.
  • the impedance matching circuit 20 operates as an impedance matching circuit by changing the impedance of the variable reactance element 1 (1A, 1B) described above.
  • the reactance can be widely varied in both capacitive and inductive directions, making it possible to realize an impedance matching circuit with low loss and a wide impedance adjustment range.

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Abstract

可変幅が広いデジタル式可変リアクタンス素子を提供する。デジタル式可変リアクタンス素子１は、複数のデジタル式キャパシタ２と複数のデジタル式インダクタ４とを備え、複数のデジタル式キャパシタ２と複数のデジタル式インダクタ４とは、直列または並列に接続されており、複数のデジタル式キャパシタ２の各々は、直列または並列に接続されたキャパシタＣ１と第１デジタルスイッチＱとを有し、第１デジタルスイッチＱはオン状態またはオフ状態の２状態に切り換え可能であり、複数のデジタル式インダクタ４の各々は、直列または並列に接続されたインダクタＬ１と第２デジタルスイッチＱとを有し、第２デジタルスイッチＱはオン状態またはオフ状態の２状態に切り換え可能である。

Description

デジタル式可変リアクタンス素子、移相器およびインピーダンス整合回路
　本発明は、デジタル式可変リアクタンス素子、移相器およびインピーダンス整合回路に関する。
　例えば、マイクロ波回路で用いる移相器では、可変リアクタンス素子が用いられている。このような可変リアクタンス素子としては、バリアブルコンデンサ、バリキャップまたはバラクタダイオード等の可変キャパシタが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平０９－０７４３２５号公報
　高周波移相器のように周波数ｆが高くなると、移相器の移相幅が小さくなり、損失が大きくなる。そのため、より大きなリアクタンス（１／２πｆｃ）の可変幅を有する可変リアクタンス素子が要求される。
　ところで、可変リアクタンス素子としては、可変インダクタがある。しかし、従来の可変リアクタンス素子は、可変キャパシタおよび可変インダクタのいずれか一方のみを用いていた。
　図８のスミスチャートに示すように、キャパシタを挿入すると、あるいはキャパシタンスが大きくなると、リアクタンス（インピーダンス）が矢印方向Ｄ＿Ｃに変化する。一方、インダクタを挿入すると、あるいはインダクタンスが大きくなると、リアクタンス（インピーダンス）が矢印方向Ｄ＿Ｌに変化する。このように、可変キャパシタによるリアクタンスの変化と可変インダクタによるリアクタンスの変化とは、互いに異なる片方向の変化である。
　そのため、リアクタンスの可変幅をより広く制御する場合、複数の可変キャパシタまたは複数の可変インダクタを用いる必要があり、複数の可変キャパシタまたは複数の可変インダクタの制御信号が複雑であった。
　そこで、本発明は、可変幅が広いデジタル式可変リアクタンス素子、移相器およびインピーダンス整合回路を提供することを目的とする。
　本発明に係るデジタル式可変リアクタンス素子は、デジタル式にリアクタンスを可変するデジタル式可変リアクタンス素子であって、複数のデジタル式キャパシタと、複数のデジタル式インダクタとを備える。前記複数のデジタル式キャパシタと前記複数のデジタル式インダクタとは、直列または並列に接続されている。前記複数のデジタル式キャパシタの各々は、直列または並列に接続されたキャパシタと第１デジタルスイッチとを有し、前記第１デジタルスイッチはオン状態またはオフ状態の２状態に切り換え可能である。前記複数のデジタル式インダクタの各々は、直列または並列に接続されたインダクタと第２デジタルスイッチとを有し、前記第２デジタルスイッチはオン状態またはオフ状態の２状態に切り換え可能である。
　本発明に係る移相器は、上記のデジタル式可変リアクタンス素子を備え、入力信号の位相をデジタル式に可変した出力信号を生成する。
　本発明に係るインピーダンス整合回路は、上記のデジタル式可変リアクタンス素子を備え、接続された線路に対して特性インピーダンスを整合する。
　本発明によれば、デジタル式可変リアクタンス素子の可変幅を広くすることができる。また、本発明によれば、移相器の移相幅を広くすることができる。また、本発明によれば、インピーダンス整合回路の整合幅を広くすることができる。
本実施形態に係るデジタル式可変リアクタンス素子を示す回路図である。 本実施形態の変形例１に係るデジタル式可変リアクタンス素子を示す回路図である。 本実施形態の変形例２に係るデジタル式可変リアクタンス素子を示す回路図である。 本実施形態に係る移相器の一例を示す回路図である。 本実施形態に係る移相器の他の一例を示す回路図である。 図４に示す移相器の一例の設計を示す図である。 本実施形態に係るインピーダンス整合回路の一例を示す回路図である。 リアクタンス特性の一例を示すスミスチャート図である。
　以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
（本実施形態のデジタル式可変リアクタンス素子）
　図１は、本実施形態に係るデジタル式可変リアクタンス素子を示す回路図である。図１に示すように、デジタル式可変リアクタンス素子１は、デジタル式にリアクタンスを可変する素子である。デジタル式可変リアクタンス素子１は、複数のデジタル式キャパシタ２と複数のデジタル式インダクタ４とを備える。なお、デジタル式可変リアクタンス素子１は、デジタル式抵抗器６を備えてもよい。デジタル式可変リアクタンス素子１において、複数のデジタル式キャパシタ２と、複数のデジタル式インダクタ４と、デジタル式抵抗器６とは並列に接続されている。
　デジタル式キャパシタ２は、直列に接続されたキャパシタＣ１とデジタルスイッチ（第１デジタルスイッチ）Ｑとを有する。デジタルスイッチＱとしては、特に限定されないが、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）などのスイッチ素子が用いられる。デジタルスイッチＱは、オン状態またはオフ状態の２状態に切り換え可能である。これにより、デジタル式キャパシタ２は、キャパシタＣ１のキャパシタンスである第１値（デジタルスイッチＱがオン状態）、または、キャパシタンス０である第２値（デジタルスイッチＱがオフ状態）の２値に切り換え可能である。すなわち、デジタル式キャパシタ２は、キャパシタンスをデジタル式に切り換え可能である。
　デジタル式インダクタ４は、直列に接続されたインダクタＬ１とデジタルスイッチ（第２デジタルスイッチ）Ｑとを有する。デジタルスイッチＱとしては、特に限定されないが、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）などのスイッチ素子が用いられる。デジタルスイッチＱは、オン状態またはオフ状態の２状態に切り換え可能である。これにより、デジタル式インダクタ４は、インダクタＬ１のインダクタンスである第１値（デジタルスイッチＱがオン状態）、または、インダクタンス０である第２値（デジタルスイッチＱがオフ状態）の２値に切り換え可能である。すなわち、デジタル式インダクタ４は、インダクタンスをデジタル式に切り換え可能である。
　デジタル式抵抗器６は、直列に接続された抵抗器Ｒ１とデジタルスイッチＱとを有する。デジタルスイッチＱとしては、特に限定されないが、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）などのスイッチ素子が用いられる。デジタルスイッチＱは、オン状態またはオフ状態の２状態に切り換え可能である。これにより、デジタル式抵抗器６は、抵抗器Ｒ１の抵抗値である第１値（デジタルスイッチＱがオン状態）、または、抵抗値０である第２値（デジタルスイッチＱがオフ状態）の２値に切り換え可能である。すなわち、デジタル式抵抗器６は、抵抗値をデジタル式に切り換え可能である。
　これにより、可変リアクタンス素子１は、各デジタルスイッチＱのオン状態またはオフ状態が切り替えられることにより、リアクタンスをデジタル式に可変することができる。
　また、可変リアクタンス素子１は、各デジタルスイッチＱのオン状態またはオフ状態が切り替えられることにより、インピーダンス、特にＲＦ信号（高周波信号）に対するインピーダンス、をデジタル式に可変することができる。
　以上説明したよう、本実施形態のデジタル式可変リアクタンス素子１によれば、複数のキャパシタＣ１および複数のインダクタＬ１によるリアクタンスを、デジタルスイッチＱによる制御によりデジタル式に可変する。また、デジタル式可変リアクタンス素子１によれば、複数のキャパシタＣ１、複数のインダクタＬ１および抵抗器Ｒ１によるインピーダンスを、デジタルスイッチＱによる制御によりデジタル式に可変する。
　また、キャパシタンスの可変だけでなくインダクタンスの可変も可能であり、リアクタンスを容量性（１/２πｆｃ）から誘導性（２πｆＬ）まで幅広く可変することができる。そのため、リアクタンス（１/２πｆｃ＋２πｆＬ）の可変幅を広くすることができる。
　また、複数の可変キャパシタまたは複数の可変インダクタを用いることがなく、複数の可変キャパシタまたは複数の可変インダクタの制御信号が複雑になることがない。
　また、低損失で、移相幅が大きい高周波（ＲＦ）移相器を実現することが可能となる。
　上述した実施形態では、各デジタル式キャパシタ２が直列に接続されたキャパシタＣ１とデジタルスイッチＱとを有し、各デジタル式インダクタ４が直列または並列に接続されたインダクタとデジタルスイッチとを有し、複数のデジタル式キャパシタ２と複数のデジタル式インダクタ４とが並列に接続された可変リアクタンス素子１を例示した。しかし、本発明は、これに限定されず、各デジタル式キャパシタが直列または並列に接続されたキャパシタとデジタルスイッチとを有し、各デジタル式インダクタが直列または並列に接続されたインダクタとデジタルスイッチとを有し、複数のデジタル式キャパシタと複数のデジタル式インダクタとが直列または並列に接続された種々の可変リアクタンス素子に適用可能である。例えば、以下に本実施形態の変形例１，２について例示する。
（変形例１のデジタル式可変リアクタンス素子）
　図２は、本実施形態の変形例１に係るデジタル式可変リアクタンス素子を示す回路図である。図２に示すように、デジタル式可変リアクタンス素子１Ａは、デジタル式にリアクタンスを可変する素子である。デジタル式可変リアクタンス素子１Ａは、複数のデジタル式キャパシタ２Ａと複数のデジタル式インダクタ４Ａとを備える。なお、デジタル式可変リアクタンス素子１Ａは、デジタル式抵抗器６Ａを備えてもよい。デジタル式可変リアクタンス素子１Ａにおいて、複数のデジタル式キャパシタ２Ａと、複数のデジタル式インダクタ４Ａと、デジタル式抵抗器６Ａとは直列に接続されている。
　デジタル式キャパシタ２Ａは、直列に接続されたキャパシタＣ１とデジタルスイッチ（第１デジタルスイッチ）Ｑとを有し、また、並列に接続されたキャパシタＣ２と当該デジタルスイッチＱとを有する。具体的には、デジタル式キャパシタ２Ａにおいて、キャパシタＣ１とデジタルスイッチＱとの直列回路と、キャパシタＣ２とが、並列に接続されている。デジタルスイッチＱとしては上述同様である。これにより、デジタル式キャパシタ２Ａは、キャパシタＣ１とキャパシタＣ２との合成キャパシタンスである第１値（デジタルスイッチＱがオン状態）、または、キャパシタＣ２のキャパシタンスである第２値（デジタルスイッチＱがオフ状態）の２値に切り換え可能である。すなわち、デジタル式キャパシタ２Ａは、キャパシタンスをデジタル式に切り換え可能である。
　デジタル式インダクタ４Ａは、直列に接続されたインダクタＬ１とデジタルスイッチ（第２デジタルスイッチ）Ｑとを有し、また、並列に接続されたインダクタＬ２と当該デジタルスイッチＱとを有する。具体的には、デジタル式インダクタ４Ａにおいて、インダクタＬ１とデジタルスイッチＱとの直列回路と、インダクタＬ２とが、並列に接続されている。デジタルスイッチＱとしては上述同様である。これにより、デジタル式インダクタ４Ａは、インダクタＬ１とインダクタＬ２との合成インダクタンスである第１値（デジタルスイッチＱがオン状態）、または、インダクタＬ２のインダクタンスである第２値（デジタルスイッチＱがオフ状態）の２値に切り換え可能である。すなわち、デジタル式インダクタ４Ａは、インダクタンスをデジタル式に切り換え可能である。
　デジタル式抵抗器６Ａは、並列に接続された抵抗器Ｒ１とデジタルスイッチＱとを有する。デジタルスイッチＱとしては上述同様である。これにより、デジタル式抵抗器６Ａは、抵抗値０である第１値（デジタルスイッチＱがオン状態）、または、抵抗器Ｒ１の抵抗値である第２値（デジタルスイッチＱがオフ状態）の２値に切り換え可能である。すなわち、デジタル式抵抗器６Ａは、抵抗値をデジタル式に切り換え可能である。
　これにより、可変リアクタンス素子１Ａは、各デジタルスイッチＱのオン状態またはオフ状態が切り替えられることにより、リアクタンスをデジタル式に可変することができる。
　また、可変リアクタンス素子１Ａは、各デジタルスイッチＱのオン状態またはオフ状態が切り替えられることにより、インピーダンス、特にＲＦ信号（高周波信号）に対するインピーダンス、をデジタル式に可変することができる。
　この変形例１のデジタル式可変リアクタンス素子１Ａでも、上述した本実施形態のデジタル式可変リアクタンス素子１と同様の利点を有する。
（変形例２のデジタル式可変リアクタンス素子）
　図３は、本実施形態の変形例２に係るデジタル式可変リアクタンス素子を示す回路図である。図３に示すように、デジタル式可変リアクタンス素子１Ｂは、デジタル式にリアクタンスを可変する素子である。デジタル式可変リアクタンス素子１Ｂは、複数の上述のデジタル式キャパシタ２Ａと複数の上述のデジタル式インダクタ４とを備える。デジタル式可変リアクタンス素子１Ｂにおいて、複数のデジタル式キャパシタ２Ａは直列に接続されており、複数のデジタル式インダクタ４は並列に接続されており、デジタル式キャパシタ２Ａの直列回路とデジタル式インダクタ４の並列回路は直列に接続されている。
　これにより、可変リアクタンス素子１Ｂは、各デジタルスイッチＱのオン状態またはオフ状態が切り替えられることにより、リアクタンスをデジタル式に可変することができる。
　また、可変リアクタンス素子１Ｂは、各デジタルスイッチＱのオン状態またはオフ状態が切り替えられることにより、インピーダンス、特にＲＦ信号（高周波信号）に対するインピーダンス、をデジタル式に可変することができる。
　この変形例２のデジタル式可変リアクタンス素子１Ｂでも、上述した本実施形態のデジタル式可変リアクタンス素子１と同様の利点を有する。
　以下では、上述したデジタル式可変リアクタンス素子を適用するデバイスの一例として、移相器およびインピーダンス整合回路について説明する。なお、本実施形態のデジタル式可変リアクタンス素子は、これらに限定されず、例えば、可変負荷、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）の検波回路、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）、位相同期回路および周波数シンセサイザ等の、リアクタンスまたはインピーダンスの可変を要する種々のデバイスに適用可能である。
（本実施形態の移相器）
　図４は、本実施形態に係る移相器の一例を示す回路図であり、図５は、本実施形態に係る移相器の他の一例を示す回路図である。図４に示す移相器１０は、特性インピーダンスがＺ０の１／４波長線路１１，１２および特性インピーダンスがＺ０／√２の１／４波長線路１３，１４で構成されたハイブリッドカップルド（Hybrid Coupled）型の高周波（ＲＦ）移相器である。移相器１０は、線路１１の一端側を入力端子ＲＦ＿ＩＮとし、線路１１の他端側を出力端子ＲＦ＿ＯＵＴとする。移相器１０は、線路１３側の出力端子１３＿ＯＵＴと線路１４側の出力端子１４＿ＯＵＴとをそれぞれ終端する上述した可変リアクタンス素子１（１Ａ，１Ｂ）を備える。
　移相器１０において、入力端子ＲＦ＿ＩＮから入力されたＲＦ信号は、ハイブリッドカップルド（Hybrid Coupled）型の線路１１，１２，１３，１４で分配され、線路１３側の出力端子１３＿ＯＵＴと線路１４側の出力端子１４＿ＯＵＴとに伝達される。これらの出力端子１３＿ＯＵＴ，１４＿ＯＵＴは上述した可変リアクタンス素子１（１Ａ，１Ｂ）により終端されているため、これらの出力端子に伝達された信号は可変リアクタンス素子１（１Ａ，１Ｂ）のリアクタンス量に依存した位相変化をうけ反射される。これらの出力端子１３＿ＯＵＴ，１４＿ＯＵＴにて反射された信号はハイブリッドカップルド（Hybrid Coupled）型の線路１１，１２，１３，１４で再び合成され出力端子ＲＦ＿ＯＵＴから出力される。このとき、出力信号は上述した可変リアクタンス素子１（１Ａ，１Ｂ）のリアクタンス量に依存した位相変化を受けており、上述した可変リアクタンス素子のリアクタンス量を変化させることにより移相器として動作する。
　なお、図４では、ハイブリッドカップルド（Hybrid Coupled）型の移相器１０に上述した可変リアクタンス素子１（１Ａ，１Ｂ）を適用した一例を示したが、図５に示すように、特性インピーダンスがＺ０の１／４波長線路１１で構成されたローデッドライン（Loaded line）型の移相器１０に上述した可変リアクタンス素子１（１Ａ，１Ｂ）を適用してもよい。
　図６は、図４に示す移相器の一例の設計を示す図である。図６では、デジタル式キャパシタのキャパシタンスＣまたはデジタル式インダクタのインダクタンスＬを可変しつつ、ネットワークアナライザを用いて図４に示す移相器の移相量ｐｓを測定した。図６に示すように、概ね３６０°の移相特性が得られた。このように、上述した実施形態のデジタル式可変リアクタンス素子を適用した高周波移相器によれば、リアクタンスを容量性および誘導性の両方に幅広く可変することができるため、低損失で、移相幅が大きい高周波（ＲＦ）移相器を実現することが可能となる。
（本実施形態の整合回路）
　図７は、本実施形態に係るインピーダンス整合回路の一例を示す回路図である。図７に示すインピーダンス整合回路２０は、一対の入力端子ＲＦ＿ＩＮ＋，ＲＦ＿ＩＮ－のうちの一方の入力端子ＲＦ＿ＩＮ＋と、一対の出力端子ＲＦ＿ＯＵＴ＋，ＲＦ＿ＯＵＴ－のうちの一方の出力端子ＲＦ＿ＯＵＴ＋との間に直列に接続されたインダクタ２１と、一対の入力端子ＲＦ＿ＩＮ＋，ＲＦ＿ＩＮ－の間、および、一対の出力端子ＲＦ＿ＯＵＴ＋，ＲＦ＿ＯＵＴ－の間にそれぞれ接続された上述した可変リアクタンス素子１（１Ａ，１Ｂ）とを備える。
　インピーダンス整合回路２０は、上述した可変リアクタンス素子１（１Ａ，１Ｂ）のインピーダンス量を変化させることによりインピーダンス整合回路として動作する。
　このように、上述した実施形態のデジタル式可変リアクタンス素子を適用したインピーダンス整合回路によれば、リアクタンスを容量性および誘導性の両方に幅広く可変することができるため、低損失で、インピーダンス調整幅が大きいインピーダンス整合回路を実現することが可能となる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。
　１，１Ａ，１Ｂ　デジタル式可変リアクタンス素子
　２，２Ａ　デジタル式キャパシタ
　４，４Ａ　デジタル式インダクタ
　６，６Ａ　デジタル式抵抗器
　Ｃ１，Ｃ２　キャパシタ
　Ｌ１，Ｌ２　インダクタ
　Ｒ１　抵抗器
　Ｑ　デジタルスイッチ
　１０　移相器
　２０　インピーダンス整合回路

Claims (3)

  1. 　デジタル式にリアクタンスを可変するデジタル式可変リアクタンス素子であって、
    　複数のデジタル式キャパシタと、
    　複数のデジタル式インダクタと、
    を備え、
    　前記複数のデジタル式キャパシタと前記複数のデジタル式インダクタとは、直列または並列に接続されており、
    　前記複数のデジタル式キャパシタの各々は、直列または並列に接続されたキャパシタと第１デジタルスイッチとを有し、前記第１デジタルスイッチはオン状態またはオフ状態の２状態に切り換え可能であり、
    　前記複数のデジタル式インダクタの各々は、直列または並列に接続されたインダクタと第２デジタルスイッチとを有し、前記第２デジタルスイッチはオン状態またはオフ状態の２状態に切り換え可能である、
    デジタル式可変リアクタンス素子。
  2. 　請求項１に記載のデジタル式可変リアクタンス素子を備え、
    　入力信号の位相をデジタル式に可変した出力信号を生成する、
    移相器。
  3. 　請求項１に記載のデジタル式可変リアクタンス素子を備え、
    　接続された線路に対して特性インピーダンスを整合する、
    インピーダンス整合回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0974325A (ja) 1995-09-04 1997-03-18 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 可変リアクタンス素子およびこれを用いた移相回路
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