(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子と、第２の端子と、第３の端子の３つの端子を有し、回転方向が第１の端子、第２の端子、第３の端子の順となるサーキュレータと、一端が前記サーキュレータの前記第１の端子に接続された入力線路と、２つの端子を有し１つの端子が前記サーキュレータの前記第２の端子に接続され、ベースバンド信号によって入射した電波の透過と反射を切り替えるスイッチと、一端が前記サーキュレータの前記第３の端子に接続された位相線路と、第１の線路と第２の線路を有し、前記第１の線路の一端が前記スイッチのもう１つの端子に接続され、前記第２の線路の一端が前記位相線路のもう一端に接続された方向性結合器と、前記方向性結合器の前記第１の線路、又は第２の線路のもう一端に接続された無反射終端器と、前記無反射終端器の接続されていない前記方向性結合器の前記第１の線路、又は第２の線路のもう一端に接続された出力線路によって構成され、前記スイッチにベースバンド信号を入力することによって、前記サーキュレータの前記第１の端子から入力された搬送波の伝送経路を前記スイッチによって切り換え、また前記方向性結合器の結合度Ｃを、前記スイッチを電波の透過状態にした時の透過損をＬt（ｄＢ） 、反射状態にした時の反射損をＬr（ｄＢ）、そして、前記サーキュレータ挿入損をＬc（ｄＢ）とした時に、下記数式のごとく設定したことを特徴とするＢＰＳＫ変調器。
【数１】
0003725307.tif 000021
【請求項２】
前記位相線路の長さを任意の長さに設定し、前記サーキュレータの前記第１の端子から入力され第２の端子から出力される搬送波の一部が前記スイッチを透過し、前記搬送波電力の残りの一部が前記スイッチで反射されるように前記スイッチを設定した状態で、前記ＢＰＳＫ変調器の透過損を測定し、その結果得られるヌル点のなかでも、所望の周波数よりも低くなおかつ最も所望の周波数に近いヌル点での波長をλaとし、所望の周波数よりも高くなおかつ最も所望の周波数に近いヌル点での波長をλbとし、所望の周波数での波長をλ０とすると、前記位相線路の長さを前記ＢＰＳＫ変調器の透過損の測定時に設定した任意の長さからλb（λa−λ０）／（λa−λb）短くすることを特徴とする請求項１記載のＢＰＳＫ変調器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、経路を切り換えて被変調波の１８０°の位相差を得るＢＰＳＫ変調器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調は、ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調に比べて伝送効率の良い変調方式として多用されており、ミリ波などの高周波帯においてもＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調器に対する要求が高まりつつある。
【０００３】
以下に従来のＢＰＳＫ変調器について説明する。図４は従来のＢＰＳＫ変調器のブロック図を示すものである。図４において１１はベースバンド信号入力端子であり、３１は搬送波入力端子である。３２はサーキュレータである。また、３３は高域通過フィルタであり、３４は低域通過フィルタである。３５はＰＩＮダイオードであり、３６は反射板である。１７はＢＰＳＫ変調器の出力端である。
【０００４】
以上のように構成された従来のＢＰＳＫ変調器について、その動作を説明する。搬送波入力端子３１から入力された搬送波は、サーキュレータ３２により高域通過フィルタ３３を通過してＰＩＮダイオード３５に到達する。なお、ＰＩＮダイオード３５の導通と非導通は、ベースバンド信号入力端子１１から入力され、低域通過フィルタ３４を通して印加されるベースバンド信号によって切り換えられる。
【０００５】
ここで、ＰＩＮダイオード３５が非導通の場合には、搬送波はＰＩＮダイオード３５で反射されサーキュレータ３２を介して出力端１７に到達する。逆にＰＩＮダイオード３５が導通している場合には、ＰＩＮダイオード３５を通過した後に反射板３６で反射され、再びＰＩＮダイオード３５を通過しサーキュレータ３２を介して出力端１７に到達する。ここでＰＩＮダイオード３５と反射板３６の間の往復の経路を位相πに相当するように設定することで、ＰＩＮダイオード３５の導通と非導通をベースバンド信号で切り換えてＢＰＳＫ変調を行うことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＢＰＳＫ変調器では、簡単な回路構成でＢＰＳＫ変調を行うことができる利点を有するものの、ＰＩＮダイオード３５を搬送波が通過するときの損失により、ＰＩＮダイオード３５が導通時のＢＰＳＫ変調器の出力と、非導通時のＢＰＳＫ変調器の出力が異なるという問題点を有していた。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点を解決できる簡単な構造のＢＰＳＫ変調器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のＢＰＳＫ変調器は、第１の端子と、第２の端子と、
第３の端子の３つの端子を有し、回転方向が第１の端子、第２の端子、第３の端子の順となるサーキュレータと、一端が前記サーキュレータの前記第１の端子に接続された入力線路と、２つの端子を有し１つの端子が前記サーキュレータの前記第２の端子に接続されたスイッチと、一端が前記サーキュレータの前記第３の端子に接続された位相線路と、第１の線路と第２の線路を有し、前記第１の線路の一端が前記スイッチのもう１つの端子に接続され、前記第２の線路の一端が前記位相線路のもう一端に接続された方向性結合器と、前記方向性結合器の前記第１の線路、又は第２の線路のもう一端に接続された無反射終端器と、前記無反射終端器の接続されていない前記方向性結合器の前記第１の線路、又は第２の線路のもう一端に接続された出力線路によって構成され、前記スイッチにベースバンド信号を入力することによって、前記サーキュレータの前記第１の端子から入力された搬送波の伝送経路を前記スイッチによって切り換え、また前記方向性結合器の結合度により、前記出力線路からの出力電力を一定に保つようにした。
【０００９】
この構成により、任意の長さの迂回線路でのＢＰＳＫ変調器の透過損の周波数特性を１度測定するだけで、所望の周波数で１８０°の位相差を得るために短くすべき迂回線路長を求めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、第１の端子と、第２の端子と、第３の端子の３つの端子を有し、回転方向が第１の端子、第２の端子、第３の端子の順となるサーキュレータと、一端が前記サーキュレータの前記第１の端子に接続された入力線路と、２つの端子を有し１つの端子が前記サーキュレータの前記第２の端子に接続されたスイッチと、一端が前記サーキュレータの前記第３の端子に接続された位相線路と、第１の線路と第２の線路を有し、前記第１の線路の一端が前記スイッチのもう１つの端子に接続され、前記第２の線路の一端が前記位相線路のもう一端に接続された方向性結合器と、前記方向性結合器の前記第１の線路、又は第２の線路のもう一端に接続された無反射終端器と、前記無反射終端器の接続されていない前記方向性結合器の前記第１の線路、又は第２の線路のもう一端に接続された出力線路によって構成され、前記サーキュレータの前記第１の端子から入力された搬送波の伝送経路を前記スイッチによって切り換え、また前記方向性結合器の結合度により、前記出力線路からの出力電力を一定に保つようにした。
【００１１】
この構成において、スイッチを透過し方向性結合器を介して出力端に導かれる経路と、スイッチで反射された後にサーキュレータにより迂回線路を経由し方向性結合器を介して出力端に導かれる経路の差が半波長の奇数倍になるように予め設定しておき、ベースバンド信号でスイッチの透過状態と反射状態を切り換えてＢＰＳＫ変調を行う。ここでスイッチを電波の透過状態にしたときのスイッチに入射した電波の透過損をLt（dB）とし、スイッチを電波の反射状態にしたときにスイッチに入射した電波の反射損をLr（dB）とし、またサーキュレータの挿入損をLc（dB）とし、方向性結合器の結合度をC（dB）とするとスイッチを透過し、方向性結合器を介して出力端に導かれる電力は、半導体スイッチへの入力電力を１とした場合に（数１）となる。
【００１２】
【数１】
0003725307.tif 000002
【００１３】
またスイッチに入射した電波が反射され、サーキュレータにより迂回線路を経由し方向性結合器を介して出力端に導かれるときの電力は（数２）となる。
【００１４】
【数２】
0003725307.tif 000003
【００１５】
そこで、方向性結合器の結合度Ｃを（数１）式と（数２）式が等しいと仮定したときに得られる（数３）式の値に設定することにより、ＢＰＳＫ変調時において、両経路での出力レベルを一定に保つことができる。
【００１６】
【数３】
0003725307.tif 000004
【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記位相線路の長さを任意の長さに設定し、前記サーキュレータの前記第１の端子から入力され第２の端子から出力される搬送波の一部が前記スイッチを透過し、前記搬送波電力の残りの一部が前記スイッチで反射されるように前記スイッチを設定した状態で、前記ＢＰＳＫ変調器の透過損を測定し、その結果得られるヌル点のなかでも、所望の周波数よりも低くなおかつ最も所望の周波数に近いヌル点での波長をλaとし、所望の周波数よりも高くなおかつ最も所望の周波数に近いヌル点での波長をλbとし、所望の周波数での波長をλ０とすると、前記位相線路の長さを前記ＢＰＳＫ変調器の透過損の測定時に設定した任意の長さからλb（λa−λ０）／（λa−λb）短くしたものである。
【００１８】
この構成において、スイッチを透過する電力とスイッチで反射される電力が同時に存在するようにスイッチを設定することにより、スイッチを透過し透過線路と方向性結合器を経て出力端に導かれる電波の経路と、スイッチで反射されサーキュレータにより迂回線路を経て方向性結合器を介して出力端に導かれる電波の経路の差が半波長の奇数倍となる周波数では、両経路を伝搬してきた電波は位相が１８０°異なるために、出力レベルは他の周波数に対して急峻に減少する。両経路の経路差をΔｌ、またmを任意の整数とすると、（数４）、（数５）となる。
【００１９】
【数４】
0003725307.tif 000005
【００２０】
【数５】
0003725307.tif 000006
【００２１】
また所望の周波数で１８０°の位相差を得る為に短くすべき迂回線路の長さをαとすると、（数６）の関係式が成り立つ。
【００２２】
【数６】
0003725307.tif 000007
【００２３】
したがって上記（数４）、（数５）、（数６）式からαは（数７）として求められる。
【００２４】
【数７】
0003725307.tif 000008
【００２５】
したがってＢＰＳＫ変調器の透過損の周波数特性から所望の周波数で１８０°の位相差を得る為に短くすべき迂回線路長を容易に算出することができるという作用を有する。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態によるＮＲＤガイドＢＰＳＫ変調器の斜視図を示すものであり、図２は同ＮＲＤガイドＢＰＳＫ変調器で使用している方向性結合器の斜視図である。図１において、１２と１２’は導体板である。１と１’はフェライトディスクであり、２は２枚のフェライトディスク１，１’を支持する誘電体チューブである。３ａ，３ｂ，３ｃは不要モードを抑制するためのモードサプレッサであり、４と４’はフェライトディスク１，１’、誘電体チューブ２と同心軸上に配置した磁石であり、フェライトディスク１，１’と誘電体チューブ２及びモードサプレッサ３ａ，３ｂ，３ｃと共にサーキュレータを構成する。
【００２７】
５はサーキュレータの一端に接続した入力線路であり、６は出力線路である。１０は半導体素子を装荷したマウントであり、半導体スイッチとして機能する。９は高誘電率薄板であり、８は整合線路である。７はモードサプレッサ３ｂと整合線路８の間に設けた空隙であり、高誘電率薄板９と整合線路８とともにその長さにより、マウント１０を電波が透過するようにベースバンド信号を印加したときの、マウント１０での反射電力を抑える。１１はマウントに装荷したＰＩＮダイオード等の半導体へバイアス電圧を印加するためのベースバンド信号入力端子である。
【００２８】
１３と１３’は位相差調整線路であり、１４は１８０°ベンドであり、１５は７５°ベンドである。１６は７５°ベンド１５に接続した無反射終端器である。１８はＢＰＳＫ変調器の出力端である。なお、出力線路６と７５°ベンド１５は、両線路の最接近部で方向性結合器を形成しており、また位相差調整線路１３と１８０°ベンド１４と位相差調整線路１３’及び７５°ベンド１５で迂回線路を形成する。
【００２９】
図２において、１８は出力線路６の一部で、マウント１０に接続する方向性結合器の入力端であり、１９は７５°ベンド１５の一部である方向性結合器の入力端であり、２０は出力線路１２の一部で出力端１７に接続する方向性結合器の出力端であり、２１は７５°ベンド１５の一部で無反射終端器１６に接続する方向性結合器の出力端である。
【００３０】
以上のように構成されたＮＲＤガイドＢＰＳＫ変調器の動作について説明する。変調器への電波の入射は入力線路５から行われる。入射された電波は、フェライトディスク１，１’と誘電体チューブ２と、モードサプレッサ３ａ，３ｂ，３ｃ及び磁石４，４’で構成されるサーキュレータにより、ＰＩＮダイオード等の半導体が装荷されており、入射した電波の透過と反射を切り換えるスイッチとして機能するマウント１０に導かれる。ベースバンド信号入力端子１１からマウント１０に装荷された半導体素子に印加されるベースバンド信号により、マウント１０に入射した電波の透過と反射を切り換えるが、透過した場合には、方向性結合器を介して出力線路６に到達する。マウント１０で電波が反射された場合には、サーキュレータにより迂回線路を伝送し、方向性結合器を介して出力線路６に到達する。
【００３１】
ここで、予めマウント１０を透過して出力端１７に到達する電波の経路と、マウント１０で反射されサーキュレータにより迂回線路を経て出力端１７に達する電波の経路の差が半波長の奇数倍になるように位相差調整線路１３，１３’を設定しておくことで、マウント１０に装荷した半導体素子に印加するベースバンド信号で出力波の位相を１８０°切り換え、ＢＰＳＫ変調を行うことができる。また、マウント１０を電波が透過するようにバイアス電圧を印加したときのマウント１０の透過損Lt（dB）と方向性結合器の結合度Ｃ（dB）から、マウント１０に入射した電波が、マウント１０を透過した後に方向性結合器の入力端１８から方向性結合器の出力端２０を通過して出力端１７に達する電力の大きさはは、マウント１０に入射する電力の大きさを１とした場合に、（数８）で表すことができる。
【００３２】
【数８】
0003725307.tif 000009
【００３３】
またマウント１０で電波が反射するようにベースバンド信号を設定したときの、マウント１０での反射損Lr（dB）とサーキュレータの挿入損Lc（dB）から、マウント１０に入射した電波がマウント１０で反射され、位相差調整線路１３、１８０°ベンド１４、位相差調整線路１３’、及び方向性結合器を介して出力端１７に達する電力の大きさは、マウント１０に入射する電力の大きさを１としたときに、（数９）で表すことができる。
【００３４】
【数９】
0003725307.tif 000010
【００３５】
ここで２つの値を等しいとして得られる（数１０）式の値に、方向性結合器の結合度Ｃを設定することで、２つの経路を切り換えたときの出力端１７での出力の変動をなくすことができる。
【００３６】
【数１０】
0003725307.tif 000011
【００３７】
ここで方向性結合器の結合度とは、方向性結合器の入力端１８から入射する電波をＰＩＮとし、方向性結合器の出力端２１から出力される電力をPoutとしたとき、あるいは方向性結合器の入力端１９から入射する電力をＰＩＮとし、方向性結合器の出力端２０から出力される電力をPoutとしたときに、（数１１）式で定義される値を示す。
【００３８】
【数１１】
0003725307.tif 000012
【００３９】
次に位相差調整線路の長さの決定方法について、ＢＰＳＫ変調器の透過損の周波数特性を示す図３を用いて説明する。図３は、本発明の一実施の形態よるＮＲＤガイドＢＰＳＫ変調器の透過損の周波数特性図である。図１に示すＢＰＳＫ変調器において、マウント１０に入射した電波がマウント１０を透過する電力と、マウント１０で反射される電力が同時に存在するように、マウント１０に装荷した半導体素子に印加するベースバンド信号を設定して、透過損の周波数特性を測定した場合には、マウント１０を透過して出力端１７に達する電波とマウント７で反射し位相差調整線路１３、１８０°ベンド１４、位相差調整線路１３’、７５°ベンド１５及び方向性結合器を介して出力端１７に達する電波の経路差が半波長の奇数倍となる周波数２２，２３，２４，２５で、ヌル点２７，２８，２９，３０が生じる。経路差をΔｌとし、周波数２３での波長をλaとし、周波数２４での波長をλbとし、またｍを任意の整数とすると、（数１２）式と（数１３）式の関係が成り立つ。
【００４０】
【数１２】
0003725307.tif 000013
【００４１】
【数１３】
0003725307.tif 000014
【００４２】
また、所望の周波数２６でヌル点が生じさせるために、短くすべき伝送経路差をαとし、所望の周波数２６での波長をλ０とすると、（数１４）となる。
【００４３】
【数１４】
0003725307.tif 000015
【００４４】
（数１２）、（数１３）、（数１４）式からαを（数１５）として求めることができる。
【００４５】
【数１５】
0003725307.tif 000016
【００４６】
暫定的に長さを定めた位相差線路１４，１４’を（数１５）式のαの長さだけ短くすることにより所望の周波数２６での２つの経路の位相差を１８０°に設定することができ、マウント１０に装荷した半導体素子へのベースバンド信号で、出力波の位相を１８０°切り換えることができる。なお、ここでは暫定的に定めた位相差調整線路１３，１３’の短くすべき長さの算出方法について説明したが、伸ばすべき伝送経路差長をβとして（数１４）式の代わりに（数１６）式を用いて得られる（数１７）式の長さだけ位相差調整線路１３、１３’の長さを長くしてもよい。
【００４７】
【数１６】
0003725307.tif 000017
【００４８】
【数１７】
0003725307.tif 000018
【００４９】
以上のように、本実施の形態ではマウント１０に入射し透過した電波と、マウント１０で反射された電波の両者が方向性結合器を介して出力端１７に導かれる為、方向性結合器の結合度を（数１８）と設定することにより、２つの経路を切り換えたときの出力レベルを一定に保つことができる。
【００５０】
【数１８】
0003725307.tif 000019
【００５１】
また、暫定的に長さを定めた位相差調整線路１３，１３’を、変調器の透過損の周波数特性から得られるヌル点２８，２９での波長と１８０°の位相差を得たい所望の周波数２６の波長から、短くすべき位相差調整線路１３，１３’の長さを（数１９）と求めることができ、一度ＢＰＳＫ変調器の透過損の周波数特性を測定するだけで、短くすべき位相差調整線路１３，１３’の長さを算出することができる。
【００５２】
【数１９】
0003725307.tif 000020
【００５３】
【発明の効果】
以上の本発明によれば、出力波の位相を１８０°切り換えたときの出力レベルの変動をなくすことができる。また、２つの伝送経路の経路差の調整を、ＢＰＳＫ変調器の透過損の周波数特性の測定データから容易に算出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態よるＮＲＤガイドＢＰＳＫ変調器の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態よるＮＲＤガイドＢＰＳＫ変調器で使用している方向性結合器の斜視図
【図３】本発明の一実施の形態よるＮＲＤガイドＢＰＳＫ変調器の透過損の周波数特性図
【図４】従来のＢＰＳＫ変調器のブロック図
【符号の説明】
１，１’  フェライトディスク
２  誘電体チューブ
３ａ，３ｂ，３ｃ  モードサプレッサ
４，４’  磁石
５  入力線路
６  出力線路
７  空隙
８  整合線路
９  高誘電率薄板
１０  マウント
１１  ベースバンド信号入力端子
１２，１２’  導体板
１３，１３’  位相差調整線路
１４  １８０°ベンド
１５  ７５°ベンド
１６  無反射終端器
１７  出力端
１８，１９  方向性結合器の入力端
２０，２１  方向性結合器の出力端
２２〜２５  周波数
２６  所望の周波数
２７〜３０  ヌル点
３１  搬送波入力端子
３２  サーキュレータ
３３  高域通過フィルタ
３４  低域通過フィルタ
３５  ＰＩＮダイオード
３６  反射板
【図１】
0003725307.tif 000022
【図２】
0003725307.tif 000023
【図３】
0003725307.tif 000024
【図４】
0003725307.tif 000025