JPH088442B2 - ステップ可変式高周波減衰器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は高速切替と、大電流での使用を可能にすると
ともに位相変化を少なくしたステップ可変式高周波減衰
器に関する。

（従来の技術） 従来、マイクロ波帯におけるＴ−CAS（衝突防止シス
テム装置）、モードＳ（SSR二次レーダー）、ECM等の送
信出力の調整には第４図に示したような固定抵抗減衰器
または第５図のようなPINダイオードを用いた装荷型可
変減衰器が用いられていた。

第４図の固定抵抗減衰器は、主に所定の減衰量を有す
る同軸固定抵抗を多数並配列し、同軸固定抵抗器の切換
えを行うことによって所定の減衰を得るようにしたもの
である。第４図はこの代表的な構成例を示したものであ
り、入力端及び出力端（RFin、RFout）に設けられたRF
切換えスイッチ101、102と、この両RFスイッチ間に配設
され減衰量の異なる複数の減衰素子から成る減衰抵抗器
103と、RFスイッチ回路の切換えを外部のコントロール
信号（順方向バイアス）により行うRFスイッチドライバ
ー回路104とで概略構成されている。

RFスイッチ回路101、102としては同軸リレー、或は印
加電圧によりマイクロ波インピーダンスが変化する特性
を利用する半導体素子スイッチ等が使用される。

減衰抵抗器103は、例えば直結ライン103a、1dbの減衰
抵抗素子103b、2dbの減衰抵抗素子103cから、ndbの減衰
抵抗素子103nまでを夫々並列に接続した構成を有し、減
衰を必要としない場合にはRFスイッチ101、102間を直結
ライン103aで直結し、1dbの減衰を得る場合には減衰抵
抗素子103bを、2dbの減衰を得る場合には減衰抵抗素子1
03cを、ndbの減衰を得る場合には減衰抵抗素子103nを夫
々選択的に切り替えるようにしている。これらの切換え
操作はRFスイッチ101、102によって行われる。

各減衰抵抗素子103a〜103nとしては、同軸型固定抵抗
器か、ストリップラインにチップ抵抗体を用いたものを
使用することが多い。

第５図は一般に使用されているPINダイオード装荷型
可変減衰器を示し、このPINダイオード装荷型可変減衰
器は印加電圧（順方向バイアス）の変化に伴ってインピ
ーダンスが変化するPINダイオード素子の特性を利用す
るものである。入出力端には夫々電圧遮断用のコンデン
サーC1、C2が配設されるとともに、各コンデンサーC1、
C2間にはアースされたPINダイオードD1、D2がインピー
ダンス整合を図るために所要間隔例えばλ/4間隔をおい
て配設されている。可変減衰器たるPINダイオードD1、D
2は、リニアドライバー回路120によって駆動される。減
衰量切換えのための指示は、外部からのコントロール信
号によって行われる。なお、順方向バイアス線121に配
設されたチョークコイルCHと貫通コンデンサPCは、いず
れも高周波信号がリニアドライバー回路120へ重畳する
ことを防止するためのものである。

上述した固定抵抗減衰器と、PINダイオード装荷型可
変減衰器においては、高周波信号の通路は全て所定のイ
ンピーダンスを有すべく整合が図られている。

しかしながら、従来の固定抵抗減衰器及びPINダイオ
ード装荷型可変減衰器にあっては、夫々次のような問題
点を有する。

まず、固定抵抗減衰器にあっては、高速での切替えが
困難である。半導体スイッチの場合、素子の種類にもよ
るが切換えに要する時間は概ね1ms以上を必要とする。
抵抗素子自体の構造や、配列した抵抗体とRFスイッチ回
路との接続リードの長さを原因とした挿入損失が生じ
る。切換え回路長が比較的長いため、分布容量の影響に
よって位相変化を生じる。更に、固定抵抗素子が発熱す
るため、大電流で使用する場合に大型の放熱板を必要と
し、構成が大型化し、コストも増大する。

PINダイオード装荷型可変減衰器は、小型化が可能で
あるが、素子の特性上、大電流における使用が不可能で
あり、高速切換えが困難である（切換え時間は概ね200m
s以上になる）。印加電圧の変化により素子インピーダ
ンスが変化するために大きな位相変化を生じ、位相の安
定性を要求されるシステムには不向きである。素子の構
造から挿入点の伝送線路インピーダンスが変化し、損入
損失が大きくなる。素子の非直線的特性上、温度変化に
対して減衰量及び位相が変化し易い。通過電力が大きく
なると自己発熱によってサチレーションを起こすことが
ある。

（発明の目的） 本発明は上記に鑑みてなされたものであり、高速切換
えと、大電力の使用を可能にするとともに、位相変化の
発生を防止し、更に減衰器挿入損失を大幅に低減し、各
回路の減衰量を低減させて最終的には大電力の減衰量を
得ることができるステップ可変式高周波減衰器を提供す
るものである。

（発明の概要） 上記目的を達成するため、高周波電力伝送線路に沿っ
て配設された複数の電力吸収減衰回路を有した高周波減
衰器であって、該各電力吸収減衰回路は、伝送線路との
間において所定の減衰量を得るために伝送線路と平行に
配置され所定の結合度の分布定数回路を構成する検出ラ
インと、該検出ラインの両端に夫々所定の抵抗値を有す
る抵抗を介して配設され検出ラインとアースとの間を断
接するスイッチング手段とから夫々構成され、該スイッ
チング素子を断接することによって夫々の電力吸収減衰
回路の高周波電力伝送線路に対する作用を制御し、該高
周波減衰器全体の減衰量を同一の電力吸収減衰回路を組
合せて又は前記伝送線路と検出ラインとの結合度が異な
る各電力吸収減衰回路を組合せて作動させることによっ
て段階的に変化させたことを特徴とする。

また、高周波電力伝送線路に沿って配設された複数の
電力吸収減衰回路を有した高周波減衰器であって、該各
電力吸収減衰回路は、伝送線路との間において所定の減
衰量を得るために伝送線路と平行に配置され所定の結合
度の分布定数回路を構成する検出ラインと、該検出ライ
ンの両端に夫々所定の抵抗値を有する抵抗を介して配設
され検出ラインとアースとの間を断接する半導体スイッ
チング素子とから夫々構成され、前記半導体スイッチン
グ素子にはガリウム砒素型FETを用い、該FETのドレーン
には前記検出ライン端が、ソースにはアースが夫々接続
され、ゲートに順方向バイアスが印加され、該スイッチ
ング素子を断接することによって夫々の電力吸収減衰回
路の高周波電力伝送線路に対する作用を制御し、該高周
波減衰器全体の減衰量を同一の電力吸収減衰回路を組合
せて又は前記伝送線路と検出ラインとの結合度が異なる
各電力吸収減衰回路を組合せて作動させることによって
段階的に変化させたことを特徴とする。

また、高周波電力伝送線路に沿って配設された複数の
電力吸収減衰回路を有した高周波減衰器であって、該各
電力吸収減衰回路は、伝送線路との間において所定の減
衰量を得るために伝送線路と平行に配置され所定の結合
度の分布定数回路を構成する検出ラインと、該検出ライ
ンの両端に夫々所定の抵抗値を有する抵抗を介して配設
され検出ラインとアースとの間を断接する半導体スイッ
チング素子とから夫々構成され、前記半導体スイッチン
グ素子にはPIN型ダイオードを用い、該PIN型ダイオード
のアノードは検出ライン端と、カソードはアースと夫々
接続され、アノードに順方向バイアスが印加され、該ス
イッチング素子を断接することによって夫々の電力吸収
減衰回路の高周波電力伝送線路に対する作用を制御し、
該高周波減衰器全体の減衰量を同一の電力吸収減衰回路
を組合せて又は前記伝送線路と検出ラインとの結合度が
異なる各電力吸収減衰回路を組合せて作動させることに
よって段階的に変化させたことを特徴とする。

（実施例） 以下、本発明のステップ可変式高周波減衰器について
詳細に説明する。

第１図はGaAs FETをスイッチング素子として用いた
本発明の一実施例の構成説明図であり、このステップ可
変式高周波減衰器は、伝送線路１に対して−6.8dbBの結
合度を有する電波吸収可変減衰回路２と、−4.3dbの結
合度を有する電波吸収可変減衰回路３と、−3dbの結合
度を有する電波吸収可変減衰回路４及び５とで概略構成
されている。各電波吸収可変減衰回路２、３、４、５の
各結合値（デジベル）は、伝送線路１の中心導体に沿っ
て結合した方向性結合器の検出ライン21、31、41、51の
結合度を可変にしている。伝送線路１の中心導体を伝搬
する電波と共振するよう各検出ラインの長さはλ/4とし
た。

電波吸収可変減衰回路２は、検出ライン21と、検出ラ
イン21の両端に夫々接続した無反射終端抵抗2Ra、2Rb
と、各無反射終端抵抗2Ra、2Rbの各他端にドレーンを接
続したGaAs FETスイッチング素子2Ta、2Tbとを有し、
スイッチング素子2Ta、2Tbの各ソースは接地され、ゲー
トは順方向バイアスを送出するコントロール回路６の印
加端No.1と接続されている。

他の電波吸収可変減衰回路３、４、５もこの電波吸収
可変減衰回路２と同様の構成を有するが、伝送線路１に
対する各電波吸収可変減衰回路３、４、５の各検出ライ
ン31、41、51の結合度が異なっている。

電波吸収可変減衰回路３の検出ライン31の結合度は−
4.3dbであり、電波吸収可変減衰回路４、５の検出ライ
ンの伝送線路１との結合度は、夫々−3dbである。

これらの電波吸収可変減衰回路２、３、４、５は、Ga
As FETスイッチング素子2Ta、2Tb、3Ta、3Tb、4Ta、4T
b、5Ta、6Tbの各ソースにスレシホールドレベルの電圧
（順方向バイアス）を印加してGaAs FETスイッチング
素子を導通接地することにより、所定値の電波の吸収減
衰を行うものである。なお、各電波吸収可変減衰回路に
於いては、検出ラインとFETスイッチング素子とのイン
ピーダンスマッチングを実現すべく、検出ラインの両端
に夫々無反射終端抵抗を接続したことによって、FETス
イッチング素子を導通接地した際、無反射終端抵抗は伝
送線路１から検出ラインに吸収される電波を反射するこ
となく全てFETスイッチング素子に供給し、伝送線路１
と各検出ラインとの結合度に見合った電波の吸収減衰を
可能とする。

各GaAs FETスイッチング素子の各ソースへの順方向
バイアスは、コントロール回路６によって行われるが、
RFin−RFout間における所望の減衰量を得るために作動
する各電波吸収可変減衰回路間の組合せはコントロール
回路６に入力される外部からの組合せを指示するコント
ロール信号によって決定される。

第２図は電波吸収可変減衰回路２、３、４、５の組合
せによって得られる送信機出力電力の減衰量を示したも
のである。

同図において20項は送信機出力電力減衰量を21、21項
は電波吸収可変減衰回路の区分番号、22項はGaAs FET
スイッチング素子2Ta、2Tb、3Ta、3Tb、4Ta、4Tb、5Ta
の各ソースの印加電圧（順方向バイアス）を示す。−Ｖ
は、これら素子が非導通状態になる値を、＋Ｖはスレシ
ホールドレベルで導通になる値を夫々示すものである。
従って、全ての電波吸収可変減衰回路の全てのGaAs FE
Tスイッチング素子のソースにコントロール回路スレシ
ホールドレベルの順方向バイアスが印加されると、減衰
量は最大の9dbとなり、各GaAs FETスイッチング素子が
非導通になる電圧（−Ｖ）が印加されると、その減衰量
は0dbとなる。

なお、上記実施例においては最大減衰量の値として9d
bを例示したが、最大減衰量はこの数値に限定されるも
のではなく、自由に所望の減衰量値に設定することが可
能である。即ち、各電波吸収可変減衰回路２、３、４、
５の検出ライン21、31、41、51の伝送線路１との結合度
の設定を希望する最大減衰量に応じて行えば良い。

本発明の要旨は、伝送線路を中心導体に減衰素子を接
続することなく、しかも減衰素子を並列に配列して予め
定めた範囲内における所望の減衰量を得るために、作動
する減衰素子の組合せを可変にすることにある。従っ
て、スイッチング素子としては、GaAs FET以外のもの
を使用することも可能である。例えば、PINダイオード
等で代替することも可能である。但し、PINダイオード
はGaAs FETに比して応答速度に伝播遅延時間を有して
いる。

第３図にはPINダイオードを用いた回路を第２の実施
例として示した。各構成部分の作動は前記第１の実施例
の変わるところがないので、説明を省略する。

このように、本発明においては、伝送線路の中心導体
に結合度の異なる検出ライン所要間隔で４本配列し、各
検出ラインの両端にスイッチング素子（GaAs FET）を
接続して、夫々の減衰量の異なる減衰回路を形成してい
る。このGaAs FETの駆動（ON−OFF）は、コントロール
回路から送出される順方向バイアス信号をゲートに印加
することによって行われるが、全ての減衰回路の合計減
衰量は各減衰回路の組合せによって設定される。

以上のように本発明においては、伝送線路に対する結
合度が夫々異なる複数の検出ラインを伝送線路に配列
し、各検出ラインの両端部にはスイッチング素子を接続
している。また、検出ライン端とスイッチング素子との
間には伝送線路の抵抗に近似する値の抵抗を直列に接続
している。従って、伝送線路と検出ラインとの結合度及
び電波吸収可変減衰回路数とを適宜に組合せることによ
って、任意の減衰量及び減衰ステップ数を設定すること
ができる。更に、各検出ライン両端の負荷変動は同一で
あるから、伝送線路上に部分的に影響を与えることがな
く、位相変化を伴うことなく所望の減衰レベルを調整す
ることができる。

（発明の効果） 以上のように本発明のステップ可変式高周波減衰器は
次のような効果を有する。

（１） スイッチング素子としてGaAs FETを使用して
いるため、マイクロ波帯電力吸収減衰を高速（5ns）で
行うことができる。しかも微少の位相変化によって出力
を自由に変化させることができる。このため、送信機の
出力可変は勿論、可変出力の位相が重視されるＴ−CA
S、モードＳ、ECM等のシステムにも適用することができ
る。

（２） スイッチング素子を伝送線路に直接接続せず、
電力吸収は同軸構造体内の中心導体に平行に配設した検
出ラインによって行う。また、可変減衰回路はその検出
ライン長をλ/4とし、検出ラインの両端から伝送線路イ
ンピーダンスに等しい抵抗を介してスイッチング素子の
GaAs FETに接続されている。当該抵抗はスイッチング
素子が作動したときに無反射終端抵抗として作動すると
ともに、非作動時はGaAs FETが高インピーダンスであ
ることから、伝送線路に対して電気的影響を与えること
が極めて少ない。従って、減衰器挿入による損失が生じ
ることがなく、伝送線路上における分布容量の変化が少
なく位相変化を生じにくい。これらの利点は、出力可変
時の位相変化を重視するＴ−CAS、モードＳ、ECM等のシ
ステムにおける利用を可能とする。

（３） 各検出ラインと伝送線路との組合度を異ならし
めた複数の減衰量が異なる減衰回路を組み合わせて作動
させることによって所望の減衰量を得ることができるよ
うにして居る。従って、所望減衰量は夫々作動させた減
衰回路の合計によって得ることができる。換言すれば、
個々の減衰回路の電力吸収減衰量は小さいが、これらを
合成して大電流の電力吸収減衰量を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はGaAs FETを用いた本発明の一実施例の可変減
衰器の構成説明図、第２図は電波吸収可変減衰回路の組
合せによって得られる送信機出力電力の減衰量を示した
図、第３図はPINダイオードを用いた本発明の一実施例
の構成説明図、第４図は従来の可変減衰器を示す説明
図、第５図は従来のPINダイオードを用いた可変減衰器
の構成説明図。 １……伝送線路、２、３、４、５……電波吸収可変減衰
回路、６……コントロール回路、21、31、41、51……検
出ライン、2Ra、2Rb……無反射終端抵抗、2Ta、2Tb、3T
a、3Tb、4Ta、4Tb、5Ta、6Tb……GaAs FETスイッチン
グ素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高周波伝力電送線路に沿って配設された複
   数の電力吸収減衰回路を有した高周波減衰器であって、 該各電力吸収減衰回路は、伝送線路との間において所定
   の減衰量を得るために伝送線路と平行に配置され所定の
   結合度の分布定数回路を構成する検出ラインと、該検出
   ラインの両端に夫々所定の抵抗値を有する抵抗を介して
   配設され検出ラインとアースとの間を断接するスイッチ
   ング手段とから夫々構成され、 該スイッチング素子を断接することによって夫々の電力
   吸収減衰回路の高周波電力伝送線路に対する作用を制御
   し、該高周波減衰器全体の減衰量を同一の電力吸収減衰
   回路を組合せて又は前記伝送線路と検出ラインとの結合
   度が異なる各電力吸収減衰回路を組合せて作動させるこ
   とによって段階的に変化させたことを特徴とするステッ
   プ可変式高周波減衰器。
2. 【請求項２】高周波電力伝送線路に沿って配設された複
   数の電力吸収減衰回路を有した高周波減衰器であって、 該各電力吸収減衰回路は、伝送線路との間において所定
   の減衰量を得るために伝送線路と平行に配置され所定の
   結合度の分布定数回路を構成する検出ラインと、該検出
   ラインの両端に夫々所定の抵抗値を有する抵抗を介して
   配設され検出ラインとアースとの間を断接する半導体ス
   イッチング素子とから夫々構成され、 前記半導体スイッチング素子にはガリウム砒素型FETを
   用い、該FETのドレーンには前記検出ライン端が、ソー
   スにはアースが夫々接続され、ゲートに順方向バイアス
   が印加され、 該スイッチング素子を断接することによって夫々の電力
   吸収減衰回路の高周波電力伝送線路に対する作用を制御
   し、 該高周波減衰器全体の減衰量を同一の電力吸収減衰回路
   を組合せて又は前記伝送線路と検出ラインとの結合度が
   異なる各電力吸収減衰回路を組合せて作動させることに
   よって段階的に変化させたことを特徴とするステップ可
   変式高周波減衰器。
3. 【請求項３】高周波電力伝送線路に沿って配設された複
   数の電力吸収減衰回路を有した高周波減衰器であって、 該各電力吸収減衰回路は、伝送線路との間において所定
   の減衰量を得るために伝送線路と平行に配置され所定の
   結合度の分布定数回路を構成する検出ラインと、該検出
   ラインの両端に夫々所定の抵抗値を有する抵抗を介して
   配設され検出ラインとアースとの間を断接する半導体ス
   イッチング素子とから夫々構成され、 前記半導体スイッチング素子にはPIN型ダイオードを用
   い、該PIN型ダイオードのアノードは検出ライン端と、
   カソードはアースと夫々接続され、アノードに順方向バ
   イアスが印加され、 該スイッチング素子を断接することによって夫々の電力
   吸収減衰回路の高周波電力伝送線路に対する作用を制御
   し、 該高周波減衰器全体の減衰量を同一の電力吸収減衰回路
   を組合せて又は前記伝送線路と検出ラインとの結合度が
   異なる各電力吸収減衰回路を組合せて作動させることに
   よって段階的に変化させることを特徴とするステップ可
   変式高周波減衰器。