JPH0695601B2 - マイクロ波半導体移相器 - Google Patents

マイクロ波半導体移相器

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JPH0695601B2
JPH0695601B2 JP28232289A JP28232289A JPH0695601B2 JP H0695601 B2 JPH0695601 B2 JP H0695601B2 JP 28232289 A JP28232289 A JP 28232289A JP 28232289 A JP28232289 A JP 28232289A JP H0695601 B2 JPH0695601 B2 JP H0695601B2
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  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、マイクロ波半導体移相器に関するものであ
る。
[従来の技術] 第4図は例えば特公平1−19761号公報に示された従来
のマイクロ波半導体移相器の例を示す構成図である。こ
の例ではスイッチング素子として電界効果トランジスタ
を用いた場合を示している。図において、(1)は半導
体基板、(2)は地導体、(3)は半導体基板(1)の
面上に形成されたマイクロストリップ線路からなる主線
路、(4)は同じくマイクロストリップ線路からなる概
略1/2波長の長さの分岐線路、(5)はそのドレイン電
極、ソース電極が上記主線路(3)に直列に接続されて
いる第1の電界効果トランジスタ、(6)は上記分岐線
路(4)の主線路(3)との接続点から概略1/4波長の
位置に並列に接続される第2の電界効果トランジスタ、
(7)は第2の電界効果トランジスタ(6)の一方の電
極を接地するために設けたスルホール、(8)は第1お
よび第2の電界効果トランジスタ(5),(6)のゲー
ト電極にバイアスを印加するためのバイアス回路、
(9)は外部のバイアス駆動回路を接続するバイアス端
子である。ここで、第1および第2の電界効果トランジ
スタ(5)(6)はドレイン、ソース、ゲートの3つの
電極を持つが、ゲート電極にバイアスを印加することに
より、他のドレイン、ソースの2電極間を導通状態、遮
断状態と切り換えることができスイッチング素子として
用いることができる。即ち、ドレイン、ソース電極はダ
イオードの陽極、陰極に対応する。
従来のマイクロ波半導体移相器は上記のように構成され
ているので第1および第2の電界効果トランジスタ
(5),(6)が共に導通状態になるようにゲート電極
に0電位のバイアス電圧を印加した場合、第2の電界効
果トランジスタ(6)で分岐線路(4)が主線路(3)
との接続点から1/4波長の位置で接地されるため主線路
(3)から分岐線路(4)側を見たインピーダンスが高
くなり、この分岐線路(4)は主線路(3)を伝搬する
電波になんら影響しない。従って、主線路(3)を伝搬
する電波は導通状態にある第1の電界効果トランジスタ
(5)を通過する経路をとる。つぎに第1および第2の
電界効果トランジスタ(5),(6)が共に遮断状態に
なるようにゲート電極に負のバイアス電圧を印加した場
合、主線路(3)を伝搬する電波は第1の電界効果トラ
ンジスタ(5)が遮断状態のため分岐線路(4)側を伝
搬し第2の電界効果トランジスタ(6)も遮断状態のた
めこの電波は第2の電界効果トランジスタ(6)が接地
されていることの影響を受けない。従って、一方の主線
路(3)から入射した電波は概略1/2波長の長さの分岐
線路(4)側を通り他方の主線路(3)へと伝搬してい
く。このようにして第1および第2の電界効果トランジ
スタ(5),(6)を共に導通状態から遮断状態に切り
換えることにより入射した電波は分岐線路(4)の長さ
に相当する位相変化180度を受け180度移相器が構成され
る。
[発明が解決しようとする課題] 上記のような従来のマイクロ波半導体移相器は電界効果
トランジスタがバイアス電圧により遮断状態、導通状態
と切り換わることを利用しスイッチング素子として用い
ている。しかし、一般に理想的なスイッチ特性は得られ
ず特に周波数が高くなると遮断状態は容量性のインピー
ダンスを呈し、導通状態は抵抗を持つインピーダンスと
なる。そのため経路切り換えが理想的には行われず特に
遮断状態の容量性のインピーダンスを介して電波が主線
路側へ漏れ込み、これにより反射が増大し損失が大きく
なるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、電界効果トランジスタやダイオードなどのス
イッチング素子が理想的なスイッチ特性を持たない場合
でも、良好な反射特性、低損失な特性を有するマイクロ
波半導体移相器得ることを目的とする。
[課題を解決するための手段] 半導体または誘電体基板に、マイクロ波半導体素子でな
る第1のスイッチング素子が直列に挿入接続された主線
路と、第1のスイッチング素子を迂回する概略1/2波長
の長さの分岐線路と、上記分岐線路の中間部で、かつ、
主線路から概略1/4波長となる位置および接地とにそれ
ぞれ電極が接続されたマイクロ波半導体素子でなる第2
のスイッチング素子とが設けられ、第1および第2のス
イッチング素子を切り換えて主線路と分岐線路との経路
差に相当する180度の位相変化を得るマイクロ波半導体
移相器において、上記分岐線路の特性インピーダンスを
上記主線路の特性インピーダンスの概略2倍に設定し
た。
[作用] この発明におけるマイクロ波半導体移相器は分岐線路の
特性インピーダンスを主線路の特性インピーダンスの概
略2倍に設定しているので、理想的なスイッチ特性を持
たないスイッチング素子を使った場合でも、主線路と分
岐線路との特性インピーダンスが違うことで生じる反射
により、スイッチング素子での電波の漏れ込みによる反
射を打ち消すことができ、マイクロ波半導体移相器の反
射係数Γを常に0とする。
[実施例] 第1図はこの発明のマイクロ波半導体移相器の一実施例
を示す構成図である。図において、(1)〜(3)、
(5)〜(9)は上記第4図に示した従来のマイクロ波
半導体移相器と同一のものであり、(10)は半導体基板
(1)の面上に形成されたマイクロストリップ線路から
なり、第1の電界効果トランジスタ(5)の電極が接続
された主線路(3)の近傍に接続され、第1の電界効果
トランジスタ(5)を迂回する概略1/2波長の長さの分
岐線路である。ここで、分岐線路(10)の特性インピー
ダンスは例えば線路の幅を変えるなどの手段により主線
路(3)の特性インピーダンスの2倍の大きさに設定さ
れている。なお、上記以外の構成は第4図に示した従来
のマイクロ波半導体移相器の構成と同じであり、分岐線
路(10)の主線路(3)との接続点から概略1/4波長の
位置には第2の電界効果トランジスタ(6)の一電極が
接続されており、他方の電極はスルホール(7)を介し
て接地されている。
なお、上記マイクロ波半導体移相器の動作は第4図に示
した従来のマイクロ波半導体移相器の動作と同様であ
り、ここでは説明を省略する。
上記のように構成されたマイクロ波半導体移相器では、
スイッチング素子である第1および第2の電界効果トラ
ンジスタ(5),(6)が理想的なスイッチ動作をしな
い場合でも、分岐線路(10)の特性インピーダンスが主
線路(3)の特性インピーダンスの2倍の大きさに設定
されているので、原理的にマイクロ波半導体移相器の反
射係数を0にすることができ、良好な反射特性を有す
る、低損失な180度移相器が実現できる。
これは、以下に示す理由によるものである。
マイクロ波半導体移相器を偶モード、奇モードで励振し
た場合、主線路(3)と分岐線路(10)の接続点におけ
る偶モード、奇モードの反射係数をΓe、Γoとすると
次式で与えられる。
Γe=(Z1 2−2Z0・Zs)/(Z1 2+2Z0・Zs) ・・・
(1) Γo=(Zs/2−Z0)/(Zs/2+Z0) ・・・(2) ここで、Z0、Z1はそれぞれ主線路(3)と分岐線路(1
0)の特性インピーダンス、Zsはスイッチング素子のイ
ンピーダンスである。
このとき、マイクロ波半導体移相器の反射係数ΓはΓe
とΓoとの和の1/2で与えられ、 Γ=(Γe+Γo)/2 ・・・(3) となる。
従って、(3)式から、ΓeとΓoが同じ大きさで逆の
符号を持つように設定すればマイクロ波半導体移相器の
反射係数Γは常に0となり、この条件は、(1)、
(2)式から、Z1がZ0の2倍のとき得られるというもの
である。
なお、上記実施例では半導体基板(1)を用いて移相器
回路を構成し、スイッチング素子として電界効果トラン
ジスタを用いた場合について説明したが、この発明はこ
れに限らず、誘電体基板に移相器回路を構成しても良い
し、スイッチング素子としてPINダイオードを用いても
良い。
第2図はこの発明のマイクロ波半導体移相器の他の実施
例を示す構成図であり、図において、(11)は誘電体基
板、(10a)は誘電体基板(11)の面上に形成されたマ
イクロストリップ線路からなる分岐線路、(12a)(12
b)は第1および第2のPINダイオード、(13)は第1お
よび第2のPINダイオード(12a)(12b)に同時にバイ
アスを印加するためのPINダイオード用バイアス回路、
(14)は第1および第2のPINダイオード(12a)(12
b)に同時にバイアスを印加するためPINダイオード用バ
イアス回路(13)と分岐線路(10a)に挿入したDCカッ
ト用のDCカット用キャパシタであり、(2)(3)
(7)(9)は第1図に示した実施例と同一のものであ
る。なお、その他の構成は上記実施例と同様であり、第
2のPINダイオード(12b)の一端はスルホール(7)を
介して接地されている。ここでは、第1および第2のPI
Nダイオード(12a)(12b)に順方向または逆方向のバ
イアスを印加してスイッチングするもので、他の動作は
上記実施例と同様であり省略する。この実施例では、PI
Nダイオードを用い、1つのバイアス回路で構成してお
り、構成が簡単で安価にできる効果があり、上記実施例
同様良好な反射特性を有する、低損失な180度移相器が
実現できる。
また、第3図はこの発明のマイクロ波半導体移相器のさ
らに他の実施例を示す構成図であり、第2図に示した実
施例におけるDCカット用キャパシタ(14)の代りに特性
インピーダンスが分岐線路(10a)と等しい1/4波長結合
線路を用いたものである。図において、(15)は特性イ
ンピーダンスが分岐線路(10a)と等しい1/4波長結合線
路であり、(2)(3)(7)(9)〜(13)は第2図
に示した実施例と同一のものである。ここで、1/4波長
結合線路(15)は2つの線路を近接して配列し、電波を
結合させるものであり、DCカットの働きをする。なお、
その他の構成および動作は第2図に示した実施例と同様
であり省略する。この実施例では、1/4波長結合線路(1
5)を用いることにより部品数を削減でき、上記実施例
と同様の効果が得られる。
なお、上記第2および第3の実施例では、スイッチング
素子としてPINダイオードを用いたものを示したが、こ
れに限らずショットキーダイオード、バラクタダイオー
ドを用いても同様の効果がある。
さらに、以上はマイクロストリップ線路を用いた構成に
ついて述べたが、この発明はこれに限らずトリプレート
形ストリップ線路、コプラナー線路等のマイクロ波IC用
線路を用いて構成しても良い。
また、以上は1つの半導体または誘電体基板上にマイク
ロ波半導体移相器を一体に形成した構成について示した
が、この発明はこれに限らず分割して構成しても良い。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば分岐線路の特性インピ
ーダンスを主線路の特性インピーダンスの2倍に設定し
た構成とすることにより、良好な反射特性のマイクロ波
半導体移相器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のマイクロ波半導体移相器の一実施例
を示す構成図、第2図はこの発明のマイクロ波半導体移
相器の他の実施例を示す構成図、第3図はこの発明のマ
イクロ波半導体移相器のさらに他の実施例を示す構成
図、第4図は従来のマイクロ波半導体移相器の構成を示
す図である。 図において、(1)は半導体基板、(2)は地導体、
(3)は主線路、(4)は分岐線路、(5)は第1の電
界効果トランジスタ、(6)は第2の電界効果トランジ
スタ、(7)はスルホール、(8)はバイアス回路、
(9)はバイアス端子、(10)(10a)は分岐線路、(1
1)は誘電体基板、(12a)(12b)は第1および第2のP
INダイオード、(13)はバイアス回路、(14)はDCカッ
ト用キャパシタ、(15)は1/4波長結合線路である。 なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体または誘電体基板と、マイクロ波半
    導体素子でなる第1のスイッチング素子と、上記半導体
    または誘電体基板に形成され、上記第1のスイッチング
    素子が直列に挿入接続された主線路と、上記半導体また
    は誘電体基板に形成され、上記第1のスイッチング素子
    の各電極が接続された上記主線路近傍に接続され、上記
    第1のスイッチング素子を迂回する概略1/2波長の長さ
    の分岐線路と、上記分岐線路の中間部で、かつ、主線路
    から概略1/4波長となる位置および接地とにそれぞれ電
    極が接続されたマイクロ波半導体素子でなる第2のスイ
    ッチング素子と、上記第1および第2のスイッチング素
    子にバイアスを印加するバイアス回路とを備え、上記第
    1および第2のスイッチング素子を共に順バイアスある
    いは逆バイアスと切り換えて上記主線路と分岐線路との
    経路差に相当する180度の位相変化を得るマイクロ波半
    導体移相器において、上記分岐線路の特性インピーダン
    スを上記主線路の特性インピーダンスの概略2倍に設定
    したことを特徴とするマイクロ波半導体移相器。
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