(57)【要約】  【課題】高周波用の可変減衰器は、トランジスタスイッチで複数個の固定減衰器を切替えて減衰量を変化させる構成となっている。このためスイッチに使用するトランジスタおよびトランジスタに使用するリアクタンス素子とチョークが多数必要となり、回路の小型化について障害となっていた。本発明はこれら小型化の障害となっていた素子を削減する構成の可変減衰器を提供することを目的とする。  【解決手段】Π型の減衰器において、スイッチングトランジスタと抵抗器とが直列接続された回路を入出力端子間に接続されている抵抗器の両端に並列に接続し、さらにこれら並列回路に上記スイッチングトランジスタと抵抗器とが直列接続された回路と同じ構成の回路を並列に複数個接続する構成としている。また、端子１および端子２とグランドとの間に複数の抵抗器を直列接続し、この抵抗器をトランジスタスイッチで切り替えながら詳細なインピーダンス整合を可能としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端がグランドに接続された第１の抵抗器と、
前記第１の抵抗器の他端に一端が接続された第２の抵抗器と、
前記第１の抵抗器と前記第２の抵抗器との接続点にソース端子またはドレイン端子が接続され、前記端子の反対側の端子であるドレイン端子またはソース端子がグランドに接続された第１のトランジスタと、
一端が前記第１のトランジスタのゲート端子に接続され、他端が第１のゲートバイアス供給端子に接続された第３の抵抗器と、
一端がグランドに接続された第４の抵抗器と、
前記第４の抵抗器の他端に一端が接続された第５の抵抗器と、
前記第４の抵抗器と前記第５の抵抗器の接続点にソース端子またはドレイン端子が接続され、前記端子の反対側の端子であるドレイン端子またはソース端子がグランドに接続された第２のトランジスタと、
一端が前記第２のトランジスタのゲート端子に接続され、他端が前記第１のゲートバイアス供給端子に接続された第６の抵抗器と、
一端が入力ポートまたは出力ポートとなる第１の端子に、他端が出力ポートまたは入力ポートとなる第２の端子に接続された第７の抵抗器と、
前記第２の端子と前記第７の抵抗器の間に一端が接続された第８の抵抗器と、
前記第１の端子と前記第７の抵抗器の間にドレイン端子またはソース端子が接続され、前記ドレイン端子またはソース端子の反対側の端子であるソース端子またはドレイン端子が前記第８の抵抗器の他端に接続された第３のトランジスタと、
一端が前記第３のトランジスタのゲート端子に接続され、他端が第３のゲートバイアス供給端子に接続された第９の抵抗器とからなり、
前記第２の抵抗器の他端は前記第１の端子と前記第７の抵抗器の間に接続され、
前記第５の抵抗器の他端は前記第２の端子と前記第７の抵抗器との間に接続されたことを特徴とする可変減衰器。
【請求項２】
請求項１に記載の可変減衰器において、
前記第３のトランジスタと、該第３のトランジスタのソース端子またはドレイン端子の何れかに接続された前記第８の抵抗器と、該第３のトランジスタのゲート端子に接続された前記第９の抵抗器とで構成された第１の減衰回路に対し、
該減衰回路と同様な構成のトランジスタおよび抵抗器を有し、且つゲート端子に接続された前記第１０の抵抗器を介してゲートバイアス電圧を供給する前記第３のゲートバイアス供給端子を有する第２の減衰回路を、前記第１の減衰回路に並列に、ｎを任意の自然数として、前記第２の減衰回路をｎ個並列接続したことを特徴とする可変減衰器。
【請求項３】
請求項１または請求項２の何れかに記載の可変減衰器において、
前記第１の可変減衰器に含まれる第８の抵抗器、または前記並列に接続したｎ個の第２の可変減衰器に含まれるトランジスタのソース端子またはドレイン端子の何れかに接続されている抵抗器の１つまたは複数個を伝送線路に置き換えたことを特徴とする可変減衰器。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の可変減衰器において、
前記第２の抵抗器および前記第５の抵抗器を、ｍを任意の自然数として、それぞれｍ個の直列接続して置き換えた第１および第２の抵抗器群と、
該第１の抵抗器群の各抵抗器の接続点にそれぞれソース端子またはドレイン端子が接続されているｍ個のトランジスタからなる第１のトランジスタ群と、
前記第２の抵抗器群の各抵抗器の接続点にそれぞれソース端子またはドレイン端子が接続されているｍ個のトランジスタからなる第２のトランジスタ群とで構成されており、
前記第１および前記第２のトランジスタ群における各トランジスタのドレイン端子またはソース端子はグランドに接続されており、
前記第１および第２のトランジスタ群の各トランジスタはそれぞれゲート抵抗を介してゲートバイアスが入力されることを特徴とする可変減衰器。
【請求項５】
請求項４に記載の可変減衰器において、
前記第１のトランジスタ群のトランジスタと、前記第２のトランジスタ群のトランジスタとで、互いに対応する位置にある一対のトランジスタのゲート電極はゲート抵抗を介してそれぞれ共通のゲートバイアス供給端子に接続されていることを特徴とする可変減衰器。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の可変減衰器において、
前記各トランジスタのゲート端子と前記各ゲートバイアス供給端子との間に接続された抵抗器の一部または全部をチョークインダクタに置き換えたことを特徴とする可変減衰器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波装置に使用する可変減衰器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４に下記非特許文献１に記載されている可変減衰器の一公知例を示す。この可変減衰器では、Π型の固定減衰器２１と伝送線路２２とを対とし、その入出力両側にＳＰＤＴ（単極双投；single-pole  double-throw）入力側スイッチ２３ａおよび出力側スイッチ２３ｂを設け、このスイッチ２３ａおよび２３ｂによって信号を固定減衰器２１で減衰させて通過させるか、伝送線路２２を通して減衰させることなく通過させるかを切り替える。
【０００３】
上記の固定減衰器２１、伝送線路２２、１組のＳＰＤＴスイッチ２３ａおよび２３ｂを単位とし、これを複数組み直列に接続すると、可変減衰器として動作させることが出来る。
【０００４】
また、下記特許文献１においては、減衰量に応じてΠ型、二重Π型あるいはＴ型と各種減衰器の組み合わせをＦＥＴスイッチ群で切り換えるマルチビットデジタル減衰器について開示されている。また、下記特許文献２においては、Ｔ型またはΠ型の固定減衰器および減衰のない入出力側を直接接続する回路を並列に接続し、この入出力を直接接続している回路、および各固定減衰器の入出力側にそれぞれＦＥＴスイッチを設けて減衰量を切り換える構成について開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１１２７６７号公報
【特許文献２】特開平８−３２３９５号公報
【非特許文献１】（参照；電子情報通信学会論文誌Ｃ  Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｃ，Ｎｏ．２，ｐｐ．９７−１０３，２００１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４に示したような可変減衰器では、１組の減衰器あたり入力側・出力側双方にそれぞれ１個、合計２個のＳＰＤＴスイッチが必要となる。ＳＰＤＴスイッチは通常２個以上のトランジスタで構成されるため、１組の減衰器あたり４個以上のトランジスタが必要となる。さらに、前記「特許文献１」では図示を省略されているが、前記「特許文献２」に記載のように高周波領域で使用するためには、各トランジスタにはそれぞれ寄生容量を相殺するためのリアクタンス素子やバイアス用のチョークが必要となり、これがスイッチング用トランジスタに付属するためスイッチ素子だけでも回路規模が大きくなるという問題がある。また、トランジスタ数が増えるとそれに従って制御も複雑になるという問題がある。このため、スイッチング用トランジスタの数が削減された可変減衰器の実現が課題となっていた。
【０００７】
本発明においては、上記課題を解決し、トランジスタの数の低減と共にリアクタンス素子やバイアス用チョークコイルの数を低減した高周波用小型可変減衰器の提供を目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１においては、一端がグランドに接続された第１の抵抗器と、前記第１の抵抗器の他端に一端が接続された第２の抵抗器と、前記第１の抵抗器と前記第２の抵抗器との接続点にソース端子またはドレイン端子が接続され、前記端子の反対側の端子であるドレイン端子またはソース端子がグランドに接続された第１のトランジスタと、一端が前記第１のトランジスタのゲート端子に接続され、他端が第１のゲートバイアス供給端子に接続された第３の抵抗器と、一端がグランドに接続された第４の抵抗器と、前記第４の抵抗器の他端に一端が接続された第５の抵抗器と、前記第４の抵抗器と前記第５の抵抗器の接続点にソース端子またはドレイン端子が接続され、前記端子の反対側の端子であるドレイン端子またはソース端子がグランドに接続された第２のトランジスタと、一端が前記第２のトランジスタのゲート端子に接続され、他端が前記第１のゲートバイアス供給端子に接続された第６の抵抗器と、一端が入力ポートまたは出力ポートになる第１の端子に、他端が出力ポートまたは入力ポートとなる第２の端子に接続された第７の抵抗器と、前記第２の端子と前記第７の抵抗器の間に一端が接続された第８の抵抗器と、前記第１の端子と前記第７の抵抗器の間にドレイン端子またはソース端子が接続され、前記ドレイン端子またはソース端子の反対側の端子であるソース端子またはドレイン端子が前記第８の抵抗器の他端に接続された第３のトランジスタと、一端が前記第３のトランジスタのゲート端子に接続され、他端が第３のゲートバイアス供給端子に接続された第９の抵抗器とからなり、前記第２の抵抗器の他端は前記第１の端子と前記第７の抵抗器の間に接続され、前記第５の抵抗器の他端は前記第２の端子と前記第７の抵抗器との間に接続された構成の可変減衰器について規定している。
【０００９】
請求項２においては、請求項１に記載の可変減衰器において、前記第３のトランジスタと、該第３のトランジスタのソース端子またはドレイン端子の何れかに接続された前記第８の抵抗器と、該第３のトランジスタのゲート端子に接続された前記第９の抵抗器とで構成された第１の減衰回路に対し、該減衰回路と同様な構成のトランジスタおよび抵抗器を有し、且つゲート端子に接続された前記第１０の抵抗器を介してゲートバイアス電圧を供給する前記第３のゲートバイアス供給端子を有する第２の減衰回路を、前記第１の減衰回路に並列に、ｎを任意の自然数として、前記第２の減衰回路をｎ個並列接続した構成の可変減衰器について規定している。
【００１０】
請求項３においては、請求項１または請求項２の何れかに記載の可変減衰器において、前記第１の可変減衰器に含まれる第８の抵抗器、または前記並列に接続したｎ個の第２の可変減衰器に含まれるトランジスタのソース端子またはドレイン端子の何れかに接続されている抵抗器の１つまたは複数個を伝送線路に置き換えた構成の可変減衰器について規定している。
【００１１】
請求項４においては、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の可変減衰器において、前記第２の抵抗器および前記第５の抵抗器を、ｍを任意の自然数として、それぞれｍ個の直列接続して置き換えた第１および第２の抵抗器群と、該第１の抵抗器群の各抵抗器の接続点にそれぞれソース端子またはドレイン端子が接続されているｍ個のトランジスタからなる第１のトランジスタ群と、前記第２の抵抗器群の各抵抗器の接続点にそれぞれソース端子またはドレイン端子が接続されているｍ個のトランジスタからなる第２のトランジスタ群とで構成されており、前記第１および前記第２のトランジスタ群における各トランジスタのドレイン端子またはソース端子はグランドに接続されており、前記第１および第２のトランジスタ群の各トランジスタはそれぞれゲート抵抗を介してゲートバイアスが入力される構成の可変減衰器について規定している。
【００１２】
請求項５においては、請求項４に記載の可変減衰器において、前記第１のトランジスタ群のトランジスタと、前記第２のトランジスタ群のトランジスタとで、互いに対応する位置にある一対のトランジスタのゲート電極はゲート抵抗を介してそれぞれ共通のゲートバイアス供給端子に接続されている構成の可変減衰器について規定している。
【００１３】
請求項６においては、請求項１乃至請求項５の何れかに記載の可変減衰器において、前記各トランジスタのゲート端子と前記各ゲートバイアス供給端子との間に接続された抵抗器の一部または全部をチョークインダクタに置き換えた構成の可変減衰器について規定している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、全てのトランジスタはグランドに対して常に直流経路を有しており、直流電位が常に確定されているため、高周波に対して安定な状態となっており、高周波の影響を除去するために使用されるリアクタンス素子やバイアス用のチョークコイル等の数を大幅に低減することが出来る。さらに、本発明による回路構成では単位減衰器の入出力両側に設けられていたスイッチを並列接続の抵抗器のＯＮ／ＯＦＦ用のスイッチ１個のみで済むためスイッチを構成するトランジスタの数も大幅に削減することができ、回路の小型化を効果的に実現することが出来た。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明による減衰器の構成を図１により説明する。  
（実施の形態１）  
図１はΠ型の減衰器に本発明を適用した場合の構成を示す。本構成による回路は入出力が対称性の有る回路であるため、端子１および端子２は入出力に関し相補的な用法が可能で、端子１が入力ポートであれば端子２は出力ポートとして、端子２が入力ポートであれば端子１が出力ポートとして使用される。端子１・端子２間を結合する抵抗器Ｒ７に、スイッチとなるトランジスタＴｒ３とそのトランジスタに直列に接続された抵抗器Ｒ８とで構成された回路を単位減衰器１１とし、同様にトランジスタＴｒ４と抵抗器Ｒ１０とを直列に接続した回路を複数個（図１においては、トランジスタＴｒ５と抵抗Ｒ１２の直列接続した回路）を前記単位減衰器に並列に接続した回路としている。
【００１６】
図１においては、減衰量の切り替えは、制御信号入力ポートであるゲートバイアス供給端子Ｖ１，Ｖ３乃至Ｖ５からゲート抵抗である抵抗器Ｒ３，Ｒ６，Ｒ９，Ｒ１１，Ｒ１３を介して入力されるでトランジスタＴｒ３乃至Ｔｒ５、およびＴｒ１とＴｒ２の各トランジスタのゲート電位を制御し、上記各抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ８，Ｒ１０，Ｒ１２の接続をＯＮ，ＯＦＦ制御することで行われる。ここで、Ｔｒ１とＴｒ２とは同一制御入力ポートであるゲートバイアス供給端子Ｖ１に接続されており、したがってこれら二つのトランジスタＴｒ１とＴｒ２とは常に同一動作を行う構成となっている。以上述べた構成により、切り替えのために使用するトランジスタの数を半減させることが出来る。さらに、並列接続させた減衰器のうちの１つ（Ｒ７）はトランジスタを省いている。これは、単位減衰器は並列に接続されているので、そのうちの１つが常時ＯＮとなっていても、減衰量を変化させるのに差し支えはないことによる。
【００１７】
ただし、上記の構成とした場合、端子１および端子２における反射特性は並列接続する抵抗Ｒ８，Ｒ１０，Ｒ１２の数により劣化する。従って、端子１側と端子２側にそれぞれ信号線とグランドとの間に抵抗器を接続し伝送線路に対して終端処理をしておく必要がある。  
この終端処理用の抵抗器は、値が大きい方が通過時の損失は少ないが反射特性は劣化し、値を小さくすると反射特性は改善するが通過損失が劣化する。従って、この抵抗器を直列の２つの抵抗器Ｒ１とＲ２およびＲ４とＲ５に分割し、それぞれの抵抗器の組の接続点、すなわちＲ１とＲ２およびＲ４とＲ５の接続点にグランドとの接続をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング用のトランジスタＴＲ１およびＴＲ２を接続する。これによって、減衰量である通過特性と反射特性の最適値を選択することができる構成としている。
【００１８】
また、上記構成によれば全てのトランジスタがグランドヘの直流電流経路が常に確保されており、直流電位が確定されている。このため、インピーダンスの比較的大きいゲート端子と各ゲートバイアス供給端子との間の抵抗器の一部または全部をチョークコイルにおきかえることが出来るが、これ以外の部分では特に必要としなくなり、サイズの大きなチョークコイルの数を削減でき、回路の小型化に寄与するところ大である。加えて、高周波領域では、トランジスタをＯＦＦにした場合でも、寄生容量のために信号を完全には遮断できないため、通常はリアクタンス素子を用いたサイズの大きい共振器を使用しているが、本発明による可変減衰器では、回路の信号系は直流電位が確定されているためにトランジスタをＯＦＦとしたときの漏洩を含めて減衰量を回路設計時に設定できるため、共振器を削減することができ、サイズの大幅な小型化が可能となる。
【００１９】
図１は、トランジスタが省かれた抵抗器Ｒ７とこれに並列に接続されるトランジスタスイッチ付の抵抗器（図１では、Ｔｒ３とＲ８）とで構成される単位減衰器１１と、この単位減衰器１１に並列接続されるトランジスと抵抗器直列接続回路１２の数ｎがｎ＝２、すなわち抵抗器Ｒ７に並列に接続される並列数が３の場合の本発明による可変減衰器の例を図１に示す。なお、図１の構成において、減衰量が０ｄＢの場合に対しては並列接続抵抗（図１においてはＲ８、Ｒ１０およびＲ１２）の何れかを伝送線路のみ（０Ω）としておけばよい。
【００２０】
この可変減衰器について、高周波シミュレータで特性を計算した結果を図２に示す。また、計算結果による信号の減衰量の例を表１に示す。図３に示すように、減衰量（Ｓ２１）は段階的に変化しており、反射特性（Ｓ１１）は図３および表１に示すように実用的に十分とされている−１０ｄＢ以下に抑えられており、本発明は十分実用的であることが知れる。
【００２１】
【表１】
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（実施の形態２）
図３に本発明における実施の形態２による回路図を示す。  
図１においては、抵抗器Ｒ１／Ｒ２とＲ４／Ｒ５のように抵抗分割点が１箇所のみの場合について示したものであるが、これをさらに抵抗器とトランジスタを増設して細かく分割すことも可能である。例えば、抵抗器Ｒ２を複数の抵抗器に分割し、この分割した各抵抗器の接続点に分割数と同じ数のスイッチング用のトランジスタ（Ｔｒ１またはＴｒ２に相当）のソース端子またはドレイン端子の何れかをそれぞれ接続する構成も可能である。ここで、この分割数を細かくすれば、それだけ端子１、端子２におけるインピーダンス整合を細かく調整することが出来、したがって、通過特性と反射特性をより最適値に近づけて選択することが出来るようになる。
【００２２】
図３において、トランジスタＴｒ３乃至Ｔｒ５、抵抗器Ｔｒ７乃至Ｔｒ１３に関しては図１の回路と同じである。本実施の形態２においては、Π型減衰器の端子１および端子２とグランド間に接続されている抵抗器、すなわち図１における抵抗器Ｒ２およびＲ５をそれぞれ複数個の直列接続した抵抗器群で置き換え、この抵抗器Ｒ２側（端子１側）および抵抗器Ｒ５側（端子２側）の抵抗器群における各抵抗器の接続点に、それぞれｍ個のトランジスタのソース端子またはドレイン端子を接続した一対のトランジスタ群を有する可変減衰器の構成としている。なお、ここで、上記トランジスタ群の各トランジスタのドレイン端子またはソース端子はグランドに接続されている。図３においては、ｍを任意の自然数として、直列接続した複数個の抵抗器の数ｍがｍ＝３の場合を示している。
【００２３】
図３において、直列接続した各抵抗Ｒ１，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３およびＲ４，Ｒ５１，Ｒ５２，Ｒ５３のそれぞれの接続点にはグランド電位への接地をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング用トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２，Ｔｒ１３およびＴｒ２１，Ｔｒ２２，Ｔｒ２３のソース端子またはドレイン端子が接続され、これら各トランジスタの反対側端子、すなわちドレイン端子またはソース端子がグランドに接続されている。また、これらトランジスタのゲート端子はそれぞれゲート抵抗Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３およびＲ６１，Ｒ６２，Ｒ６３を介してゲートバイアス供給端子Ｖ１０，Ｖ１１，Ｖ１２に接続されている。
【００２４】
ここで、入力ポート側の抵抗群Ｒ１０，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３に接続されているトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２，Ｔｒ１３のゲート抵抗Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３のゲートバイアス供給端子側は、それぞれに対応する位置にある出力ポート側の抵抗群Ｒ４０，Ｒ５１，Ｒ５２，Ｒ５３に接続されているトランジスタＴｒ２１，Ｔｒ２２，Ｔｒ２３のゲート抵抗Ｒ６１，Ｒ６２，Ｒ６３のゲートバイアス供給端子側と共通に接続されている。すなわち、トランジスタＴｒ１１とＴｒ２１、Ｔｒ１２とＴｒ２２、Ｔｒ１３とＴｒ２３はそれぞれ同じ制御入力ポートであるゲートバイアス供給端子Ｖ１０，Ｖ１１，Ｖ１２に接続されており、これらトランジスタ対はそれぞれ同時に動作することになる。  
本実施の形態２の構成により、可変減衰器の減衰特性と反射特性をより詳細に最適値に設定することが可能となり、高性能可変減衰器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態１における可変減衰器の構成を示す回路図。
【図２】本発明による可変減衰器の減衰量を示す特性図。
【図３】実施の形態２における可変減衰器の回路図。
【図４】従来用いられてきた可変減衰器の構成例を示す回路図。
【符号の説明】
【００２６】
１１：単位減衰器              １２：並列接続抵抗器
２１：Π型減衰器              ２２：伝送線路
２３：１入力２出力スイッチ（ａ）入力側スイッチ（ｂ）出力側スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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