(57)【要約】【課題】信号を切り替える場合における信号損失を抑制することができる信号切替装置、電磁波送受信装置、可変減衰器、および可変移相器を提供することである。【解決手段】実施形態の信号切替装置は、第１信号入出力部と、第１線路と、第２信号入出力部と、第２線路と、インピーダンス変換回路と、ダイオードと、を持つ。第１信号入出力部には信号が供給される。第１線路は第１信号入出力部に接続される。第２信号入出力部は第１線路を介して第１信号入出力部に接続される。第２線路は第１線路の分岐点に接続される。インピーダンス変換回路は第２線路を介して分岐点に接続される。ダイオードはインピーダンス変換回路と接地端子との間に接続される。ダイオードは、第１状態である場合に、第２線路から供給された信号を第１信号入出力部から分岐点に入力された信号と同じ位相で分岐点に反射させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号が供給される第１の信号入出力部と、
前記第１の信号入出力部に接続された第１の線路と、
前記第１の線路に接続された第２の信号入出力部と、
前記第１の線路における前記第１の信号入出力部と前記第２の信号入出力部の間の分岐点に接続された第２の線路と、
前記第２の線路に接続されたインピーダンス変換回路と、
前記インピーダンス変換回路と接地端子との間に接続されたダイオードであって、前記第２の線路から供給された信号の反射状態を第１の状態と第２の状態との間で切り替えるダイオードと、
を備え、
前記ダイオードは、前記第１の状態である場合に、前記第２の線路から供給された信号を、前記第１の信号入出力部から前記分岐点に入力された信号と同じ位相で前記分岐点に反射させ、反射させた信号と前記第１の信号入出力部から前記分岐点に入力された信号とを前記第２の信号入出力部に出力させる、
信号切替装置。
【請求項２】
前記ダイオードは、前記第２の状態である場合に、前記第２の線路から供給された信号を、前記第１の信号入出力部から前記分岐点に入力された信号と異なる位相で前記分岐点に反射させ、反射させた信号で前記第１の信号入出力部から前記分岐点に入力された信号を減衰させる、
請求項１に記載の信号切替装置。
【請求項３】
前記第２の線路は、Ｎを１以上の奇数とするＮ／４波長線路であり、
前記ダイオードは、前記第２の線路に接続された第一端と、一方端が前記第一端と接続可能であり他方端が接地端子に接続された第二端と、前記第１の状態である場合に、前記第一端と前記第二端とを導通させ、前記第２の状態である場合に、前記第一端と前記第二端とを遮断させる、
請求項２に記載の信号切替装置。
【請求項４】
アノードが前記インピーダンス変換回路に接続され、カソードが前記接地端子に接続されるＰＩＮダイオードである、
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の信号切替装置。
【請求項５】
カソードが前記インピーダンス変換回路に接続され、アノードが前記接地端子に接続されるバラクタダイオードである、
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の信号切替装置。
【請求項６】
信号が供給される第１の信号入出力部と、
前記第１の信号入出力部に接続され、Ｎを１以上の奇数とする信号のＮ／４波長に相当する電気長の第１のＮ／４波長線路と、
前記第１のＮ／４波長線路に接続された第２の信号入出力部と、
前記第１のＮ／４波長線路における前記第１の信号入出力部と前記第２の信号入出力部の間の第１の分岐点に接続され、Ｎを１以上の奇数とする信号のＮ／４波長に相当する電気長の第２のＮ／４波長線路と、
一方端が前記第２のＮ／４波長線路に接続され、Ｎを１以上の奇数としＬ（Ｌ＞Ｎ）を２以上の偶数とする信号の（Ｌ−Ｎ）／４波長に相当する電気長の第１の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路と、
前記第１の分岐点よりも前記第２の信号入出力部側の前記第１のＮ／４波長線路における第２の分岐点に接続され、Ｎを１以上の奇数とする信号のＮ／４波長に相当する電気長の第３のＮ／４波長線路と、
一方端が前記第３のＮ／４波長線路に接続され、Ｎを１以上の奇数としＬ（Ｌ＞Ｎ）を２以上の偶数とする信号の（Ｌ−Ｎ）／４波長に相当する電気長の第２の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路と、
前記第１の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路の他方端と前記第２の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路の他方端とを繋ぐ線路であって、ＰをＮ＋２×Ｍとし、Ｍを奇数とする信号のＰ／４波長に相当する電気長のＰ／４波長線路と、
前記第１の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路と前記Ｐ／４波長線路（１１０Ｆ）との接続点に接続された第３の信号入出力部（Ｐ４）と、
前記第２のＮ／４波長線路および前記第１の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路に接続された第１のインピーダンス変換回路と、
前記第１のインピーダンス変換回路に接続された第１端と、第１の接地端子と接続された第２端とを備える第１のダイオードと、
前記第３のＮ／４波長線路および前記第２の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路に接続された第２のインピーダンス変換回路と、
前記第２のインピーダンス変換回路に接続された第３端と、第２の接地端子と接続された第４端とを備える第２のダイオードと、
を備える、信号切替装置。
【請求項７】
前記第１のダイオードを高インピーダンス状態と低インピーダンス状態との間で状態を切り替えるとともに、前記第２のダイオードを高インピーダンス状態と低インピーダンス状態との間で状態を切り替える制御部を備える、
請求項６に記載の信号切替装置。
【請求項８】
前記第１のダイオードおよび前記第２のダイオードは、ＰＩＮダイオードである、
請求項７に記載の信号切替装置。
【請求項９】
前記第１のダイオードおよび前記第２のダイオードは、バラクタダイオードである、
請求項７に記載の信号切替装置。
【請求項１０】
前記第１および前記第２のインピーダンス変換回路は、複数の信号線路を備え、
前記複数の信号線路のうち少なくとも一つの信号線路は、前記複数の信号線路、前記第１および第２のダイオード、および前記第１および第２の接地端子を含む回路の特性がスミスチャートにおける実軸上の短絡点または開放点に近づくように、インピーダンスまたは電気長が調整されている、
請求項６から９のうちいずれか１項に記載の信号切替装置。
【請求項１１】
前記第１および前記第２のインピーダンス変換回路は、前記第１および前記第２のダイオードの端部に第１の信号線路、第２の信号線路、第３の信号線路の順に接続された３つの信号線路を備え、
前記第１の信号線路の電気長は、前記第１および前記第２のダイオードに第１バイアスを印加した時の特性と前記第１および前記第２のダイオードに第２バイアスを印加した時の特性とが、スミスチャートにおける実軸に対して対称位置となるように調整され、
前記第２の信号線路のインピーダンスは、前記第１および前記第２のダイオードに第１バイアスを印加した時の特性と前記第１および前記第２のダイオードに第２バイアスを印加した時の特性とが、スミスチャートにおける中心に対して実軸を挟んで対称位置となるように調整され、
前記第３の信号線路のインピーダンスおよび電気長は、前記第１および前記第２のダイオードに第１バイアスを印加した時の特性をスミスチャートにおける実軸上の短絡点に近づけると共に、前記第１および前記第２のダイオードに第２バイアスを印加した時の特性をスミスチャートにおける実軸上の開放点に近づけるように調整されている、
請求項６から９のうちいずれか１項に記載の信号切替装置。
【請求項１２】
前記第１および前記第２のインピーダンス変換回路は、前記第１および前記第２のダイオードの端部に第４の信号線路、第５の信号線路の順に接続された２つの信号線路を備え、
前記第４の信号線路の電気長は、前記第１および前記第２のダイオードに第１バイアスを印加した時の特性と前記第１および前記第２のダイオードに第２バイアスを印加した時の特性とのいずれか一方が、スミスチャートにおける実軸上に移動させるように調整され、
前記第５の信号線路のインピーダンスは、前記第１および前記第２のダイオードに第１バイアスを印加した時の特性をスミスチャートにおける実軸上の短絡点に対して移動させると共に、前記第１および前記第２のダイオードに第２バイアスを印加した時の特性をスミスチャートにおける実軸上の開放点に対して移動させるように調整されている、
請求項６から９のうちいずれか１項に記載の信号切替装置。
【請求項１３】
アンテナに電磁波を搬送させる送信信号を生成する送信信号生成部と、
アンテナに到来した電磁波に基づいて生成された受信信号を処理する受信信号処理部と、
請求項６〜１２の何れか１項に記載の信号切替装置と、を備え、
前記信号切替装置は、前記アンテナにより電磁波を搬送させる場合、前記送信信号生成部と前記アンテナとを接続する線路を信号経路に切り替え、前記アンテナに到来した電磁波を受信させる場合、前記受信信号処理部と前記アンテナとを接続する線路を信号経路に切り替える、
電磁波送受信装置。
【請求項１４】
複数の減衰器と、
前記複数の減衰器のそれぞれに対応づけて設けられた、請求項６〜１２の何れか１項に記載の入力側の信号切替装置、および出力側の信号切替装置と、を備え、
前記入力側の信号切替装置は、前記減衰器に接続された第１の線路と前記出力側の信号切替装置に接続された第２の線路との間で信号経路を切り替え、
前記出力側の信号切替装置は、前記減衰器に接続された第３の線路と前記第２の線路に接続された第４の線路との間で信号経路を切り替える、
可変減衰器。
【請求項１５】
複数の移相器と、
前記複数の移相器のそれぞれに対応づけて設けられた、請求項６〜１２の何れか１項に記載の入力側の信号切替装置、および出力側の信号切替装置と、を備え、
前記入力側の信号切替装置は、前記移相器に接続された第１の線路と前記出力側の信号切替装置に接続された第２の線路との間で信号経路を切り替え、
前記出力側の信号切替装置は、前記移相器に接続された第３の線路と前記第２の線路に接続された第４の線路との間で信号経路を切り替える、
可変移相器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、信号切替装置、電磁波送受信装置、可変減衰器、および可変移相器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、線路に供給された信号を切り替える信号切替装置が知られている。信号切替装置では、信号を切り替える場合に信号が損失し、信号レベルが低下する場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２３００７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、信号を切り替える場合における信号損失を抑制することができる信号切替装置、電磁波送受信装置、可変減衰器、および可変移相器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の信号切替装置は、第１の信号入出力部と、第１の線路と、第２の信号入出力部と、第２の線路と、インピーダンス変換回路と、ダイオードと、を持つ。前記第１の信号入出力部には、信号が供給される。前記第１の線路は、前記第１の信号入出力部に接続される。前記第２の信号入出力部は、前記第１の線路に接続される。前記第２の線路は、前記第１の線路における前記第１の信号入出力部と前記第２の信号入出力部の間の分岐点に接続される。前記インピーダンス変換回路は、前記第２の線路に接続される。前記ダイオードは、前記インピーダンス変換回路と接地端子との間に接続されたダイオードであって、前記第２の線路から供給された信号の反射状態を第１の状態と第２の状態との間で切り替える。前記ダイオードは、前記第１の状態である場合に、前記第２の線路から供給された信号を、前記第１の信号入出力部から前記分岐点に入力された信号と同じ位相で前記分岐点に反射させ、反射させた信号と前記第１の信号入出力部から前記分岐点に入力された信号とを前記第２の信号入出力部に出力させる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態の信号切替装置１００の一例を示す図であって、点ＸからＰＩＮダイオード１３０側が理想的な短絡状態である場合の動作を示す図。
【図２】第１の実施形態の信号切替装置１００の一例を示す図であって、点ＸからＰＩＮダイオード１３０側が理想的な開放状態である場合の動作を示す図。
【図３】第２の実施形態の信号切替装置１００Ａの一例を示す図。
【図４】第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂの一例を示す図。
【図５】第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおける点Ｘ１からＰＩＮダイオード１３０Ａ側、および点Ｘ２からＰＩＮダイオード１３０Ｂ側が短絡状態である場合の信号経路の一例を示す図。
【図６】第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおいて点Ｘ１からＰＩＮダイオード１３０Ａ側、および点Ｘ２からＰＩＮダイオード１３０Ｂ側を短絡状態に切り替えた時の信号周波数と信号振幅との関係を示す図。
【図７】第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおける点Ｘ１からＰＩＮダイオード１３０Ａ側、および点Ｘ２からＰＩＮダイオード１３０Ｂ側が開放状態である場合の信号経路の一例を示す図。
【図８】第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおいて点Ｘ１からＰＩＮダイオード１３０Ａ側、および点Ｘ２からＰＩＮダイオード１３０Ｂ側の状態が開放状態である場合の信号周波数と信号振幅との関係を示す図。
【図９】第３の実施形態の信号切替装置１００ＢにおいてＮ＝１、Ｍ＝１、Ｌ＝２とした場合の信号線路を示す図。
【図１０】第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおいて入出力端子Ｐ２に流れる信号の関係を示す図。
【図１１】第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおいて入出力端子Ｐ３に流れる信号の関係を示す図。
【図１２】第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおいて入出力端子Ｐ４に流れる信号の関係を示す図。
【図１３】信号線路にＰＩＮダイオード１３０と接地端子とが直列接続されている比較例を示す図。
【図１４】インピーダンス変換回路１２０を備えない比較例において、ＰＩＮダイオードに順バイアスを印加した場合の素子特性およびＰＩＮダイオードに逆バイアスを印加した場合の素子特性の一例を示すスミスチャート。
【図１５】比較例において、経路１、２ごとに、信号周波数に対する信号の信号振幅を示す図。
【図１６】実施形態の信号線路にインピーダンス変換回路１２０およびＰＩＮダイオード１３０と接地端子とが直列接続されている構成例を示す図。
【図１７】実施形態において、ＰＩＮダイオードおよびインピーダンス変換回路１２０に順バイアスを印加した場合の素子特性およびＰＩＮダイオードおよびインピーダンス変換回路１２０に逆バイアスを印加した場合の素子特性の一例を示すスミスチャート。
【図１８】実施形態において、経路１、２ごとに、信号周波数に対する信号の信号振幅を示す図。
【図１９】第４の実施形態の信号切替装置１００Ｃの一例を示す図。
【図２０】信号線路にバラクタダイオードと接地端子とが直列接続されている比較例を示す図。
【図２１】インピーダンス変換回路１２２を備えない比較例において、バラクタダイオードにバイアスを印加しない場合の素子特性およびバラクタダイオードに逆バイアスを印加した場合の素子特性の一例を示すスミスチャート。
【図２２】第４の実施形態において、信号線路にインピーダンス変換回路１２２、バラクタダイオード１３２、および接地端子が直列接続されている様子を示す図。
【図２３】第４の実施形態のバラクタダイオード１３２およびインピーダンス変換回路１２２に逆バイアスを印加した場合の素子特性の一例を示すスミスチャート。
【図２４】第４の実施形態において、経路１、２ごとに、信号周波数に対する信号の信号振幅を示す図。
【図２５】ＰＩＮダイオードの発熱量とバラクタダイオードの発熱量とを比較して説明する図。
【図２６】インピーダンス変換回路１２０の一例を示す構成図。
【図２７】インピーダンス変換回路１２０の各部と、順バイアスを印加した時の図２９〜図３２におけるスミスチャート上にプロットされた素子特性との対応関係を示す図。
【図２８】インピーダンス変換回路１２０の各部と、逆バイアスを印加した時の図２９〜図３２におけるスミスチャート上にプロットされた素子特性との対応関係を示す図。
【図２９】インピーダンス変換回路１２０を調整することによる素子特性の変化を示すスミスチャート。
【図３０】インピーダンス変換回路１２０を調整することによる素子特性の変化を示すスミスチャート。
【図３１】インピーダンス変換回路１２０を調整することによる素子特性の変化を示すスミスチャート。
【図３２】インピーダンス変換回路１２０を調整することによる素子特性の変化を示すスミスチャート。
【図３３】インピーダンス変換回路１２０＃の一例を示す構成図。
【図３４】インピーダンス変換回路１２０＃の各部と、順バイアスを印加した時の図３６および図３７におけるスミスチャート上にプロットされた素子特性との対応関係を示す図。
【図３５】インピーダンス変換回路１２０＃の各部と、逆バイアスを印加した時の図３６および図３７におけるスミスチャート上にプロットされた素子特性との対応関係を示す図。
【図３６】インピーダンス変換回路１２０＃を調整することによる素子特性の変化を示すスミスチャート。
【図３７】インピーダンス変換回路１２０＃を調整することによる素子特性の変化を示すスミスチャート。
【図３８】インピーダンス変換回路１２０＃の各部と、順バイアスを印加した時の図４０におけるスミスチャート上にプロットされた素子特性との対応関係を示す図。
【図３９】インピーダンス変換回路１２０＃の各部と、逆バイアスを印加した時の図４０におけるスミスチャート上にプロットされた素子特性との対応関係を示す図。
【図４０】インピーダンス変換回路１２０＃におけるインピーダンスを調整することによる素子特性の変化を示すスミスチャート。
【図４１】第５信号線路１２０ｅのインピーダンスと、インピーダンス変換回路１２０＃の挿入損失との関係を示す図。
【図４２】実施形態の電磁波送受信装置２００の一例を示すブロック図。
【図４３】実施形態の電磁波送受信装置２００の他の一例を示すブロック図。
【図４４】実施形態の電磁波送受信装置２００の他の一例を示すブロック図。
【図４５】実施形態の電磁波送受信装置２００の他の一例を示すブロック図。
【図４６】実施形態の電磁波送受信装置２００の他の一例を示すブロック図。
【図４７】実施形態の電磁波送受信装置２００Ａの他の一例を示すブロック図。
【図４８】実施形態の可変減衰器３００の一例を示す図。
【図４９】実施形態の可変移相器４００の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の信号切替装置、電磁波送受信装置、可変減衰器、および可変移相器を、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１および図２は、第１の実施形態の信号切替装置１００の一例を示す図であり、図１は、点ＸからＰＩＮダイオード１３０側が理想的な短絡状態である場合の動作を示す図であり、図２は、点ＸからＰＩＮダイオード１３０側が理想的な開放状態である場合の動作を示す図である。信号切替装置１００は、入出力端子Ｐ１から入出力端子Ｐ２に出力される信号を、信号Ｓ１と信号Ｓ１＃との間で切り替えるものである。信号切替装置１００は、例えば、入出力端子Ｐ１と、入出力端子Ｐ２と、信号線路１１０Ａと、信号線路１１０Ｂと、インピーダンス変換回路１２０と、ＰＩＮダイオード１３０とを備える。
【０００９】
入出力端子Ｐ１には、信号Ｓが供給される。入出力端子Ｐ１に供給される信号Ｓは、例えば、アンテナ素子（不図示）により生成された数ＧＨｚといった高周波帯の受信信号、またはアンテナ素子に信号切替装置１００を介して供給する数ＧＨｚといった高周波帯の送信信号である。
【００１０】
信号線路１１０Ａは、例えば、配線基板（不図示）に形成された薄膜の導電体である。信号線路１１０Ａは、所定温度以下において超伝導状態となる材料を含んでよい。信号線路１１０Ａは、入出力端子Ｐ１に接続される。入出力端子Ｐ２は、信号線路１１０Ａを介して入出力端子Ｐ１に接続される。入出力端子Ｐ２には、信号線路１１０Ａにより伝送された信号Ｓ１が供給される。
【００１１】
信号線路１１０Ｂは、例えば、配線基板（不図示）に形成された薄膜の導電体である。信号線路１１０Ｂは、所定温度以下において超伝導状態となる材料を含んでよい。信号線路１１０Ｂは、信号線路１１０Ａの分岐点１１０ａに接続される。信号線路１１０Ｂは、線路の材料、および信号の周波数に基づく電気長が調整されている。信号の周波数とは、例えば、その信号の中心周波数を意味する。信号線路１１０Ｂの電気長は、Ｎ×λ／４となるように調整されているが、これに限定されない。λは、信号Ｓの波長であり、Ｎは、１以上の奇数である。信号線路１１０Ｂには、分岐点１１０ａにおいて分岐した信号が供給される。信号線路１１０Ｂは、分岐した信号をインピーダンス変換回路１２０およびＰＩＮダイオード１３０に伝送する。
【００１２】
インピーダンス変換回路１２０は、電気長および特性インピーダンスが調整された信号線路である。インピーダンス変換回路１２０は、信号線路１１０Ｂを介して分岐点１１０ａに接続されている。インピーダンス変換回路１２０は、信号線路１１０ＢとＰＩＮダイオード１３０との間を接続して点Ｘからインピーダンス変換回路１２０側をみたインピーダンスを変換する。すなわち、インピーダンス変換回路１２０は、電気長および特性インピーダンスが調整されることで、信号線路１１０ＢとＰＩＮダイオード１３０と間の線路のインピーダンスを元のインピーダンスから異なるインピーダンスに変換する。
【００１３】
ＰＩＮダイオード１３０は、順方向にバイアスが印加されることで低インピーダンス状態に遷移し、逆方向にバイアスが印加されることで高インピーダンス状態に遷移する半導体デバイスである。ＰＩＮダイオード１３０のアノードは、インピーダンス変換回路１２０に接続されている。ＰＩＮダイオード１３０のカソードは、接地端子に接続される。ＰＩＮダイオード１３０は、外部装置から供給された切替信号に従って、低インピーダンス状態と、高インピーダンス状態との間で状態が切り替えられる。ＰＩＮダイオード１３０が低インピーダンス状態である場合、分岐点１１０ａから信号線路１１０Ｂをみた時、開放状態となる。ＰＩＮダイオード１３０が高インピーダンス状態である場合、分岐点１１０ａから信号線路１１０Ｂをみた時、短絡状態となる。短絡状態とは、電気的に接地端子に短絡している状態であり、且つ理想的なインピーダンスが０の状態である。開放状態とは、電気的に開放している状態であり、且つ理想的なインピーダンスが無限大の状態である。
【００１４】
図１に示すように、点ＸからＰＩＮダイオード１３０側が理想的な短絡状態である場合、信号線路１１０Ｂから供給された信号Ｓは、入出力端子Ｐ１に入力された信号Ｓと同じ位相で分岐点１１０ａに反射され（第１の状態）、反射された信号Ｓ２と入出力端子Ｐ１に入力された信号Ｓとが入出力端子Ｐ２に出力される。反射された信号Ｓ２と入出力端子Ｐ１に入力された信号Ｓとが、信号Ｓ１に相当する。例えば信号線路１１０Ｂの電気長が１／４波長である場合、入出力端子Ｐ１から分岐点１１０ａに分岐した信号は、接地端子に向けて１／４波長分だけ伝送されて、接地端子で反射することにより位相が反転する。位相が反転された信号は、接地端子に向けて１／４波長分だけ伝送される。これにより、入出力端子Ｐ１から分岐点１１０ａに伝送された信号Ｓと、分岐点１１０ａに反射された信号Ｓ２とは、１波長分だけ位相がずれた同相の関係となり、この結果、信号Ｓおよび信号Ｓ２の双方は、入出力端子Ｐ２に伝送される。
【００１５】
図２に示すように、点ＸからＰＩＮダイオード１３０側が理想的な開放状態である場合、信号線路１１０Ｂから供給された信号は、入出力端子Ｐ１に入力された信号Ｓと異なる位相で分岐点１１０ａに反射され（第２の状態）、反射された信号Ｓ２＃が入出力端子Ｐ１に入力された信号Ｓを打ち消す。これにより、信号Ｓは、減衰された信号Ｓ１＃として入出力端子Ｐ２に伝送される。例えば信号線路１１０Ｂの電気長が１／４波長である場合、入出力端子Ｐ１から分岐点１１０ａに分岐した信号は、接地端子に向けて１／４波長分だけ伝送されて、接地端子で反転することなく反射される。反射された信号は、接地端子に向けて１／４波長分だけ伝送される。これにより、入出力端子Ｐ１から分岐点１１０ａに伝送された信号Ｓと、分岐点１１０ａに反射された信号Ｓ２とは、１／２波長分だけ位相がずれた逆相の関係となり、この結果、信号Ｓは信号Ｓ２により減衰される。
【００１６】
なお、信号線路１１０Ｂの電気長は、図１に示すように点ＸからＰＩＮダイオード１３０側が理想的な短絡状態である場合、Ｎ×λ／４となることが理想的である。また、信号線路１１０Ｂの電気長は、図２に示すように点ＸからＰＩＮダイオード１３０側が理想的な開放状態である場合、Ｎ×λ／４となることが理想的である。しかしながら、信号線路１１０Ｂ、ＰＩＮダイオード１３０および接地端子のレイアウトにより信号線路１１０Ｂの電気長はＮ×λ／４よりずれることとなるが、信号Ｓの波長に対して無視できるような電気長であるものとして説明する。
【００１７】
以上説明したように、第１の実施形態の信号切替装置１００によれば、ＰＩＮダイオード１３０が低インピーダンス状態である場合に、入出力端子Ｐ１から入出力端子Ｐ２に信号を伝送することができるので、信号線路１１０Ａにスイッチを設ける必要がない。この結果、第１の実施形態の信号切替装置１００によれば、信号を切り替える場合における信号の損失を抑制することができる。
【００１８】
なお、第１の実施形態の信号切替装置１００は、ＰＩＮダイオード１３０に代えて、バラクタダイオードを備えていてよい。バラクタダイオードを備えた信号切替装置の利点などは、後述する。
【００１９】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。図３は、第２の実施形態の信号切替装置１００Ａの一例を示す図である。信号切替装置１００Ａは、例えば、入出力端子Ｐ１と、入出力端子Ｐ２と、信号線路１１０Ａと、信号線路１１０Ｂと、信号線路１１０Ｃと、インピーダンス変換回路１２０Ａと、インピーダンス変換回路１２０Ｂと、ＰＩＮダイオード１３０Ａと、ＰＩＮダイオード１３０Ｂと、制御部１５０とを含む。
【００２０】
入出力端子Ｐ１には、信号Ｓが供給される。入出力端子Ｐ２は、信号線路１１０Ａを介して入出力端子Ｐ１に接続される。入出力端子Ｐ２には、信号線路１１０Ａにより伝送された信号Ｓ１が供給される。信号線路１１０Ａ、信号線路１１０Ｂ、および信号線路１１０Ｃは、例えば、配線基板（不図示）に形成された薄膜の導電体である。信号線路１１０Ａは、例えば、所定温度以下において超伝導状態となる材料を含んでよい。
【００２１】
信号線路１１０Ｂは、信号線路１１０Ａの分岐点１１０ａに接続される。信号線路１１０Ｃは、信号線路１１０Ａにおける分岐点１１０ａよりも入出力端子Ｐ２側の分岐点１１０ｂに接続される。信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｃの電気長はλ／４となるように調整されている。信号線路１１０Ａの電気長は、Ｎ×λ／４となるように調整されているが、これに限定されない。
【００２２】
インピーダンス変換回路１２０Ａおよび１２０Ｂは、電気長および特性インピーダンスが調整された信号線路である。インピーダンス変換回路１２０Ａは、信号線路１１０Ｂを介して分岐点１１０ａに接続されている。インピーダンス変換回路１２０Ａは、信号線路１１０ＢとＰＩＮダイオード１３０Ａとの間を接続する線路のインピーダンスを変換する。インピーダンス変換回路１２０Ｂは、信号線路１１０Ｃを介して分岐点１１０ｂに接続されている。インピーダンス変換回路１２０Ｂは、信号線路１１０ＣとＰＩＮダイオード１３０Ｂとの間を接続する線路のインピーダンスを変換する。
【００２３】
ＰＩＮダイオード１３０Ａのアノードは、インピーダンス変換回路１２０Ａに接続されている。ＰＩＮダイオード１３０Ａのカソードは、接地端子に接続される。この逆に、ＰＩＮダイオード１３０Ａのカソードがインピーダンス変換回路１２０Ａに接続され、ＰＩＮダイオード１３０Ａのアノードが接地端子に接続されてもよい。ＰＩＮダイオード１３０Ｂのアノードは、インピーダンス変換回路１２０Ｂに接続されている。ＰＩＮダイオード１３０Ｂのカソードは、接地端子に接続される。この逆に、ＰＩＮダイオード１３０Ｂのカソードがインピーダンス変換回路１２０Ｂに接続され、ＰＩＮダイオード１３０Ｂのアノードが接地端子に接続されてもよい。
【００２４】
ＰＩＮダイオード１３０ＡおよびＰＩＮダイオード１３０Ｂは、制御部１５０から供給された制御信号に従って、点Ｘ１から見たＰＩＮダイオード１３０Ａ側、および点Ｘ２から見たＰＩＮダイオード１３０Ｂを、それぞれ短絡状態と開放状態のいずれかにするように切り替えられる。短絡状態である場合、信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｃは、１／４波長終端短絡スタブとして動作する。これにより、入出力端子Ｐ１に入力された信号Ｓは、信号線路１１０Ａを介して入出力端子Ｐ２に伝送される。一方、開放状態である場合、入出力端子Ｐ１に入力された信号Ｓは、信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｃに流れる。信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｃに流れた信号は、ＰＩＮダイオード１３０ＡおよびＰＩＮダイオード１３０Ｂにより反射され、信号線路１１０Ａに流れている信号Ｓとは異なる位相となる。この結果、入出力端子Ｐ１から入出力端子Ｐ２に流れる信号Ｓは減衰される。
【００２５】
制御部１５０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現されてもよい。制御部１５０は、ＰＩＮダイオード１３０ＡおよびＰＩＮダイオード１３０Ｂに制御信号を出力することで、ＰＩＮダイオード１３０ＡおよびＰＩＮダイオード１３０Ｂの状態を低インピーダンス状態と高インピーダンス状態との間で切り替える。
【００２６】
以上説明したように、第２の実施形態の信号切替装置１００Ａによれば、ＰＩＮダイオード１３０ＡおよびＰＩＮダイオード１３０Ｂが短絡状態（第１の状態）である場合に、入出力端子Ｐ１から入出力端子Ｐ２に信号を伝送することができるので、信号線路１１０Ａにスイッチを設ける必要がない。この結果、第２の実施形態の信号切替装置１００Ａによれば、信号を切り替える場合における信号の損失を抑制することができる。
【００２７】
なお、第２の実施形態の信号切替装置１００Ａは、ＰＩＮダイオードに代えて、バラクタダイオードを備えていてよい。バラクタダイオードを備えた信号切替装置の利点などは、後述する。
【００２８】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について説明する。図４は、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂの一例を示す図である。信号切替装置１００Ｂは、例えば、入出力端子Ｐ１と、入出力端子Ｐ２と、入出力端子Ｐ３と、入出力端子Ｐ４と、信号線路１１０Ａと、信号線路１１０Ｂと、信号線路１１０Ｃと、信号線路１１０Ｄと、信号線路１１０Ｅと、信号線路１１０Ｆと、インピーダンス変換回路１２０Ａと、インピーダンス変換回路１２０Ｂと、ＰＩＮダイオード１３０Ａと、ＰＩＮダイオード１３０Ｂと、制御部１５０とを備える。
【００２９】
入出力端子Ｐ１には、信号Ｓが供給される。入出力端子Ｐ２は、信号線路１１０Ａを介して入出力端子Ｐ１に接続される。入出力端子Ｐ４は、信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄを介して分岐点１１０ａに接続される。入出力端子Ｐ３は、信号線路１１０Ｃおよび信号線路１１０Ｅを介して分岐点１１０ｂに接続される。信号線路１１０Ａ、信号線路１１０Ｂ、信号線路１１０Ｃ、信号線路１１０Ｄ、信号線路１１０Ｅ、および信号線路１１０Ｆは、例えば、配線基板（不図示）に形成された薄膜の導電体である。信号線路１１０Ａは、例えば、所定温度以下において超伝導状態となる材料を含んでよい。
【００３０】
信号線路１１０Ａは、入出力端子Ｐ１および入出力端子Ｐ２に接続される。信号線路１１０Ａの電気長は、Ｎ×λ／４となるように調整されている。Ｎは、１以上の奇数である。λは、伝送する信号の中心周波数の波長を意味する。
【００３１】
信号線路１１０Ｂは、信号線路１１０Ａの分岐点１１０ａに接続される。信号線路１１０Ｂの電気長はＮ×λ／４となるように調整されている。Ｎは、１以上の奇数である。信号線路１１０Ｄは、信号線路１１０Ｂおよび入出力端子Ｐ４に接続される。信号線路１１０Ｄの電気長は、（Ｌ−Ｎ）×λ／４となるように調整されている。Ｌは２から始まる偶数である。ただし、ＬはＮよりも大きい（Ｌ＞Ｎ）。信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄには、インピーダンス変換回路１２０Ａを介して、ＰＩＮダイオード１３０Ａが接続される。ＰＩＮダイオード１３０Ａは、例えば、信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄの接続点に結合される。
【００３２】
信号線路１１０Ｃは、信号線路１１０Ａにおける分岐点１１０ａよりも入出力端子Ｐ２側の分岐点１１０ｂに接続される。信号線路１１０Ｃの電気長はＮ×λ／４となるように調整されている。信号線路１１０Ｅは、信号線路１１０Ｃおよび入出力端子Ｐ３に接続される。信号線路１１０Ｅの電気長は、（Ｌ−Ｎ）×λ／４となるように調整されている。信号線路１１０Ｃおよび信号線路１１０Ｅには、インピーダンス変換回路１２０Ｂを介して、ＰＩＮダイオード１３０Ｂが接続される。ＰＩＮダイオード１３０Ｂは、例えば、信号線路１１０Ｃおよび信号線路１１０Ｅの接続点に結合される。
【００３３】
信号線路１１０Ｆは、信号線路１１０Ｄと信号線路１１０Ｅとを繋ぐ線路であって、入出力端子Ｐ３および入出力端子Ｐ４に接続される。すなわち、信号線路１１０Ｆには、入出力端子Ｐ４側の接続点１１０ｃに信号線路１１０Ｄが接続され、入出力端子Ｐ３側の接続点１１０ｄに信号線路１１０Ｅが接続される。信号線路１１０Ｆの電気長は、Ｐ×λ／４となるように調整されている。Ｐは、Ｎ＋２×Ｍ（Ｍは奇数）で表される。
【００３４】
入出力端子Ｐ３には、終端器１４０が接続される。終端器１４０は、入出力端子Ｐ３に入力された信号が信号線路１１０Ｅおよび信号線路１１０Ｆに反射しないように特性インピーダンスが調整されている。
【００３５】
インピーダンス変換回路１２０Ａおよび１２０Ｂは、電気長および特性インピーダンスが調整された信号線路である。インピーダンス変換回路１２０Ａは、信号線路１１０Ｂを介して分岐点１１０ａに接続されている。インピーダンス変換回路１２０Ａは、信号線路１１０ＢとＰＩＮダイオード１３０Ａとの間を接続して点Ｘ１からインピーダンス変換回路１２０Ａ側をみたインピーダンスを変換する。インピーダンス変換回路１２０Ｂは、信号線路１１０Ｃを介して分岐点１１０ｂに接続されている。インピーダンス変換回路１２０Ｂは、信号線路１１０ＣとＰＩＮダイオード１３０Ｂとの間を接続して点Ｘ２からインピーダンス変換回路１２０Ｂ側をみたインピーダンスを変換する。
【００３６】
ＰＩＮダイオード１３０Ａのアノードは、インピーダンス変換回路１２０Ａに接続されている。ＰＩＮダイオード１３０Ａのカソードは、接地端子に接続される。ＰＩＮダイオード１３０Ｂのアノードは、インピーダンス変換回路１２０Ｂに接続されている。ＰＩＮダイオード１３０Ｂのカソードは、接地端子に接続される。
【００３７】
ＰＩＮダイオード１３０ＡおよびＰＩＮダイオード１３０Ｂは、制御部１５０から供給された制御信号に従って、点Ｘ１から見たＰＩＮダイオード１３０Ａ側、および点Ｘ２から見たＰＩＮダイオード１３０Ｂを、それぞれ短絡状態と開放状態のいずれかにするように切り替えられる。
【００３８】
図５は、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおける点Ｘ１からＰＩＮダイオード１３０Ａ側、および点Ｘ２からＰＩＮダイオード１３０Ｂ側が短絡状態である場合の信号経路の一例を示す図である。図５の信号切替装置１００Ｂは、Ｎ＝１、Ｍ＝１、Ｌ＝２の場合の構成を示している。入出力端子Ｐ１に入力された信号Ｓを入出力端子Ｐ２に伝送させる場合、制御部１５０は、ＰＩＮダイオード１３０ＡおよびＰＩＮダイオード１３０Ｂを、それぞれインピーダンス変換回路１２０Ａおよび１２０Ｂと合わせて短絡状態に見えるように制御する。この場合において、入出力端子Ｐ１から入出力端子Ｐ２の経路１に伝送される信号Ｓ１０は、入出力端子Ｐ３および入出力端子Ｐ４には伝送されない。これにより、入出力端子Ｐ３および入出力端子Ｐ４は、アイソレーションポートとして機能する。この結果、入出力端子Ｐ１に供給された信号Ｓ１０は、入出力端子Ｐ２に伝送され、入出力端子Ｐ２から出力される。
【００３９】
図６は、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおいて点Ｘ１からＰＩＮダイオード１３０Ａ側、および点Ｘ２からＰＩＮダイオード１３０Ｂ側を短絡状態に切り替えた時の信号周波数と信号振幅との関係を示す図である。図６に示した信号の信号振幅は、図５に示した信号切替装置１００Ｂの構成において、信号周波数を変化させた場合のシミュレーション結果である。図６によれば、入出力端子Ｐ１と入出力端子Ｐ２との間に流れる信号Ｓ（２，１）の信号振幅に対し、入出力端子Ｐ１に戻る信号Ｓ（１，１）および入出力端子Ｐ２と入出力端子Ｐ４との間に流れる信号Ｓ（４，２）の信号振幅が小さいことが分かる。したがって、入出力端子Ｐ２と入出力端子Ｐ４との間には、高いアイソレーション特性が得られていることが分かる。
【００４０】
図７は、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおける点Ｘ１からＰＩＮダイオード１３０Ａ側、および点Ｘ２からＰＩＮダイオード１３０Ｂ側が開放状態である場合の信号経路の一例を示す図である。図７の信号切替装置１００Ｂは、Ｎ＝１、Ｍ＝１、Ｌ＝２の場合の構成を示している。入出力端子Ｐ１に入力された信号Ｓを入出力端子Ｐ４に伝送させる場合、制御部１５０は、ＰＩＮダイオード１３０ＡおよびＰＩＮダイオード１３０Ｂを、それぞれインピーダンス変換回路１２０Ａおよび１２０Ｂと合わせて開放状態に見えるように制御する。この場合において、入出力端子Ｐ１から入出力端子Ｐ４の経路２に伝送される信号Ｓ２０は、入出力端子Ｐ２には伝送されない。これにより、入出力端子Ｐ２および入出力端子Ｐ３は、アイソレーションポートとして機能する。この結果、入出力端子Ｐ１に供給された信号Ｓ２０は、入出力端子Ｐ４に伝送され、入出力端子Ｐ４から出力される。
【００４１】
図８は、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおいて点Ｘ１からＰＩＮダイオード１３０Ａ側、および点Ｘ２からＰＩＮダイオード１３０Ｂ側の状態が開放状態である場合の信号周波数と信号振幅との関係を示す図である。図８に示した信号の信号振幅は、図７に示した信号切替装置１００Ｂの構成において、信号周波数を変化させた場合のシミュレーション結果である。図８によれば、入出力端子Ｐ１と入出力端子Ｐ４との間に流れる信号Ｓ（４，１）の信号振幅に対し、入出力端子Ｐ１に戻る信号Ｓ（１，１）および入出力端子Ｐ２と入出力端子Ｐ４との間に流れる信号Ｓ（４，２）の信号振幅が小さいことが分かる。したがって、入出力端子Ｐ４と入出力端子Ｐ２との間には、高いアイソレーション特性が得られていることが分かる。
【００４２】
以下、図９、図１０、図１１、および図１２を参照して、信号線路１１０Ｂの端部および信号線路１１０Ｃの端部を開放させた場合における信号切替装置１００Ｂにおける信号同士の関係を説明する。図９は、第３の実施形態の信号切替装置１００ＢにおいてＮ＝１、Ｍ＝１、Ｌ＝２とした場合の信号線路を示す図である。信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄは、一つに纏めると、λ／２の電気長を有する線路になる。同様に、信号線路１１０Ｃおよび信号線路１１０Ｅは、一つに纏めると、λ／２の電気長を有する線路になる。
【００４３】
図１０は、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおいて入出力端子Ｐ２に流れる信号の関係を示す図である。入出力端子Ｐ１に入力された信号Ｓは、分岐点１１０ａにおいて、信号線路１１０Ａに伝送される信号Ｓ３０と、信号線路１１０Ｂ、信号線路１１０Ｄ、信号線路１１０Ｆ、信号線路１１０Ｅ、および信号線路１１０Ｃに伝送される信号Ｓ３１とに分割される。信号Ｓ３０は、λ／４分の位相が進む。信号Ｓ３１は、λ／２と３λ／４とλ／２を合計した分の位相が進む。信号Ｓ３０と信号Ｓ３１との位相差が１８０度となる。すなわち、信号Ｓ３０と信号Ｓ３１とは逆相の関係となる。この結果、信号Ｓ３０と信号Ｓ３１とが打ち消し合う。このように、信号切替装置１００Ｂは、入出力端子Ｐ２を、アイソレーションポートとして機能させることができる。
【００４４】
図１１は、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおいて入出力端子Ｐ３に流れる信号の関係を示す図である。入出力端子Ｐ１に入力された信号Ｓは、分岐点１１０ａにおいて、信号線路１１０Ａ、信号線路１１０Ｃ、および信号線路１１０Ｅに伝送される信号Ｓ３２と、信号線路１１０Ｂ、信号線路１１０Ｄ、および信号線路１１０Ｆに伝送される信号Ｓ３３とに分割される。信号Ｓ３２は、λ／４とλ／２とを合計した分の位相が進む。信号Ｓ３３は、λ／２と３λ／４とを合計した分の位相が進む。信号Ｓ３０と信号Ｓ３１との位相差が１８０度となる。すなわち、信号Ｓ３２と信号Ｓ３３とは逆相の関係となる。この結果、信号Ｓ３２と信号Ｓ３３とが打ち消し合う。このように、信号切替装置１００Ｂは、入出力端子Ｐ３を、アイソレーションポートとして機能させることができる。
【００４５】
図１２は、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂにおいて入出力端子Ｐ４に流れる信号の関係を示す図である。入出力端子Ｐ１に入力された信号Ｓは、分岐点１１０ａにおいて、信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄに伝送される信号Ｓ３４と、信号線路１１０Ａ、信号線路１１０Ｃ、信号線路１１０Ｅ、および信号線路１１０Ｆに伝送される信号Ｓ３５とに分割される。信号Ｓ３４は、λ／２分の位相が進む。信号Ｓ３５は、λ／４とλ／２と３λ／４とを合計した分の位相が進む。信号Ｓ３０と信号Ｓ３１との位相差が３６０度となる。すなわち、信号Ｓ３４と信号Ｓ３５とは同相の関係となる。この結果、信号Ｓ３４と信号Ｓ３５との双方は入出力端子Ｐ３に流れる。このように、信号切替装置１００Ｂは、入出力端子Ｐ４を、出力ポートとして機能させることができる。
【００４６】
以上説明したように、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂは、第１のＮ／４波長線路（１１０Ａ）と、第２のＮ／４波長線路（１１０Ｂ）と、第３のＮ／４波長線路（１１０Ｃ）と、を備えることにより、信号線路１１０Ｂの端部および信号線路１１０Ｃの端部を短絡させた場合に、入出力端子Ｐ１と入出力端子Ｐ２との間に信号経路を形成することができる。
【００４７】
また、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂは、第１のＮ／４波長線路（１１０Ｂ）を介して第１の分岐点（１１０ａ）に接続された第１の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路（１１０Ｄ）と、第３のＮ／４波長線路（１１０Ｃ）を介して第２の分岐点（１１０ｂ）に接続された第２の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路（１１０Ｅ）と、第１の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路（１１０Ｄ）と第２の（Ｌ−Ｎ）／４波長線路（１１０Ｅ）とを繋ぐＰ／４波長線路（１１０Ｆ）を備えることにより、信号線路１１０Ｂの端部および信号線路１１０Ｃの端部を開放させた場合に、入出力端子Ｐ１と入出力端子Ｐ４との間に信号経路を形成することができる。
【００４８】
第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂによれば、ＰＩＮダイオード１３０ＡおよびＰＩＮダイオード１３０Ｂを低インピーダンス状態と高インピーダンス状態との間で切り替えることにより、信号経路を切り替えることができる。第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂによれば、入出力端子Ｐ１と入出力端子Ｐ２との間の信号経路、および入出力端子Ｐ１と入出力端子Ｐ４との間の信号経路に直列にスイッチを備える必要がない。この結果、信号切替装置１００Ｂによれば、信号経路における信号の損失を抑制することができる。
【００４９】
また、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂによれば、図１０〜図１２を参照して説明したように、信号経路の電気長の相違により入出力端子Ｐ２およびＰ３に供給される信号同士を逆相とすることで、入出力端子Ｐ２およびＰ３をアイソレーションポートとして機能させるので、高いアイソレーション特性を実現することができる。
【００５０】
なお、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂによれば、信号線路１１０Ａ、信号線路１１０Ｂ、信号線路１１０Ｃ、信号線路１１０Ｄ、信号線路１１０Ｅ、および信号線路１１０Ｆを、所定温度以下において超伝導状態となる材料を含むものとすることで、さらに信号経路を低損失化することができる。
【００５１】
以下、上述した第３の実施形態において信号線路とＰＩＮダイオード１３０との間にインピーダンス変換回路１２０を設けることで、ＰＩＮダイオード１３０の状態を理想的な短絡状態および開放状態に近づけることができることについて説明する。
【００５２】
まず、ＰＩＮダイオード１３０単体における素子特性について説明する。図１３は、信号線路にＰＩＮダイオード１３０と接地端子とが直列接続されている比較例を示す図である。図１４は、インピーダンス変換回路１２０を備えない比較例において、ＰＩＮダイオードに順バイアスを印加した場合の素子特性およびＰＩＮダイオードに逆バイアスを印加した場合の素子特性の一例を示すスミスチャートである。図１４に示したように、ＰＩＮダイオードに印加する電圧を順バイアスと逆バイアスとの間で切り替えることで、ＰＩＮダイオードの状態を低インピーダンス状態および高インピーダンス状態の間で切り替えても、理想的な短絡状態および開放状態が実現されていないことが分かる。図１５は、比較例において、経路１、２ごとに、信号周波数に対する信号の信号振幅を示す図である。比較例において、ＰＩＮダイオードに順バイアスを印加した場合において経路１に流れる信号の信号振幅は、ＰＩＮダイオードに逆バイアスを印加した場合において経路２に流れる信号の信号振幅よりも低くなることがわかる。
【００５３】
次に、ＰＩＮダイオード１３０とインピーダンス変換回路１２０とを組み合わせた回路の素子特性について説明する。図１６は、信号線路にインピーダンス変換回路１２０およびＰＩＮダイオード１３０と接地端子とが直列接続されている構成例を示す図である。図１７は、実施形態において、ＰＩＮダイオードおよびインピーダンス変換回路１２０に順バイアスを印加した場合の素子特性およびＰＩＮダイオードおよびインピーダンス変換回路１２０に逆バイアスを印加した場合の素子特性の一例を示すスミスチャートである。図１７に示したように、ＰＩＮダイオードに印加する電圧を順バイアスと逆バイアスとの間で切り替えることで、素子特性をスミスチャート上における角度１８０度に近づけることができていることが分かる。図１８は、実施形態において、経路１、２ごとに、信号周波数に対する信号の信号振幅を示す図である。実施形態において、ＰＩＮダイオードに順バイアスを印加した場合において経路１に流れる信号の信号振幅は、比較例において示した信号振幅よりも大きい。また、ＰＩＮダイオードに順バイアスを印加した場合において経路１に流れる信号の信号振幅は、ＰＩＮダイオードに逆バイアスを印加した場合において経路２に流れる信号の信号振幅と同等になっていることがわかる。
【００５４】
以上より、第３の実施形態の信号切替装置によれば、信号線路とＰＩＮダイオード１３０との間にインピーダンス変換回路１２０を設けることで、信号線路とＰＩＮダイオード１３０との間にインピーダンス変換回路１２０を設けない場合よりも、ＰＩＮダイオード１３０の状態を理想的な短絡状態および開放状態に近づけることができることができる。この結果、第３の実施形態の信号切替装置によれば、経路１および経路２の双方において低損失で信号を切り替えることができる。
【００５５】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について説明する。図１９は、第４の実施形態の信号切替装置１００Ｃの一例を示す図である。信号切替装置１００Ｃは、ＰＩＮダイオード１３０Ａおよび１３０Ｂに代えて、バラクタダイオード１３２Ａおよび１３２Ｂを備える点で、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂとは異なる。以下、この点を中心に説明する。
【００５６】
信号切替装置１００Ｃは、例えば、入出力端子Ｐ１と、入出力端子Ｐ２と、入出力端子Ｐ３と、入出力端子Ｐ４と、信号線路１１０Ａと、信号線路１１０Ｂと、信号線路１１０Ｃと、信号線路１１０Ｄと、信号線路１１０Ｅと、信号線路１１０Ｆと、インピーダンス変換回路１２０Ａと、インピーダンス変換回路１２０Ｂと、バラクタダイオード１３２Ａと、バラクタダイオード１３２Ｂと、制御部１５０Ａとを備える。入出力端子Ｐ１、入出力端子Ｐ２、入出力端子Ｐ３、入出力端子Ｐ４、信号線路１１０Ａ、信号線路１１０Ｂ、信号線路１１０Ｃ、信号線路１１０Ｄ、および信号線路１１０Ｅは、第３の実施形態の信号切替装置１００Ｂと同様であるので、説明を省略する。
【００５７】
インピーダンス変換回路１２２Ａおよび１２２Ｂは、電気長および特性インピーダンスが調整された信号線路である。インピーダンス変換回路１２２Ａは、信号線路１１０Ｂを介して分岐点１１０ａに接続されている。インピーダンス変換回路１２２Ａは、信号線路１１０Ｂとバラクタダイオード１３２Ａとの間を接続する線路のインピーダンスを変換する。具体的に、インピーダンス変換回路１２２Ａは、後述するように、バラクタダイオード１３２Ａの状態を理想的な状態に近づけるようにインピーダンスを変換する。インピーダンス変換回路１２２Ｂは、信号線路１１０Ｃを介して分岐点１１０ｂに接続されている。インピーダンス変換回路１２２Ｂは、信号線路１１０Ｃとバラクタダイオード１３２Ｂとの間を接続する線路のインピーダンスを変換する。具体的に、インピーダンス変換回路１２２Ｂは、後述するように、バラクタダイオード１３２Ｂの状態を理想的な状態に近づけるようにインピーダンスを変換する。
【００５８】
バラクタダイオード１３２Ａおよび１３２Ｂは、静電容量が変化することで素子特性が遷移するダイオードである。バラクタダイオード１３２Ａおよび１３２Ｂは、逆バイアス電圧値に基づいて低インピーダンス状態から高インピーダンス状態に遷移する。バラクタダイオード１３２Ａのアノードは、接地端子に接続されている。バラクタダイオード１３２Ａのカソードは、インピーダンス変換回路１２２Ａに接続されている。この逆に、バラクタダイオード１３２Ａのカソードが接地端子に接続され、バラクタダイオード１３２Ａのアノードがインピーダンス変換回路１２２Ａに接続されてもよい。バラクタダイオード１３２Ｂのアノードは、接地端子に接続されている。バラクタダイオード１３２Ｂのカソードは、インピーダンス変換回路１２２Ｂに接続されている。この逆に、バラクタダイオード１３２Ｂのカソードが接地端子に接続され、バラクタダイオード１３２Ｂのアノードがインピーダンス変換回路１２２Ｂに接続されてもよい。バラクタダイオード１３２Ａおよび１３２Ｂは、制御部１５０Ａから供給された制御信号に従って、信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄを接地端子に短絡させる短絡状態と、信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄを開放させる開放状態との間で状態が切り替えられる。
【００５９】
以下、上述した第４の実施形態において信号線路とバラクタダイオード１３２との間にインピーダンス変換回路１２２を設けることで、バラクタダイオード１３２の状態を理想的な短絡状態および開放状態に近づけることができることについて説明する。
【００６０】
まず、バラクタダイオード単体における素子特性について説明する。図２０は、信号線路にバラクタダイオードと接地端子とが直列接続されている比較例を示す図である。図２１は、インピーダンス変換回路１２２を備えない比較例において、バラクタダイオードにバイアスを印加しない場合の素子特性およびバラクタダイオードに逆バイアスを印加した場合の素子特性の一例を示すスミスチャートである。逆バイアスの変化によってバラクタダイオードにおける静電容量が変化するため、図２１に示したように、逆バイアスの電圧の大きさによりスミスチャートにおいて異なる素子特性を持つことが分かる。すなわち、バラクタダイオードに対する逆バイアスの電圧を調整しても、理想的な短絡状態および開放状態が実現されていないことが分かる。
【００６１】
次に、バラクタダイオード１３２とインピーダンス変換回路１２２を組み合わせた回路の素子特性について説明する。図２２は、第４の実施形態において、信号線路にインピーダンス変換回路１２２、バラクタダイオード１３２、および接地端子が直列接続されている様子を示す図である。図２３は、第４の実施形態のバラクタダイオード１３２およびインピーダンス変換回路１２２に印加する逆バイアスを調整した場合の素子特性の一例を示すスミスチャートである。図２３に示したように、バラクタダイオード１３２に印加する逆バイアス電圧を変化させることで、素子特性をスミスチャート上における角度１８０度に近づけることができていることが分かる。図２４は、第４の実施形態において、経路１、２ごとに、信号周波数に対する信号の信号振幅を示す図である。経路１に流れる信号の信号振幅と経路２に流れる信号の信号振幅とが同等になっていることがわかる。
【００６２】
図２５は、ＰＩＮダイオードの発熱量とバラクタダイオードの発熱量とを比較して説明する図である。ＰＩＮダイオードを駆動することで信号経路を切り替える場合、順バイアスをＰＩＮダイオードに印加した時に１００［ｍＡ］程度の電流が流れるため、ＰＩＮダイオードは０．２［Ｗ］程度発熱する。一方、バラクタダイオードを駆動することで信号経路を切り替える場合、逆バイアスの電圧を調整するため、バラクタダイオードには、２０［μＡ］しか電流が流れない。この結果、バラクタダイオードの発熱量は、ＰＩＮダイオードの発熱量の５００分の１程度である。
【００６３】
以上より、第４の実施形態の信号切替装置１００Ｃによれば、信号線路とバラクタダイオード１３２との間にインピーダンス変換回路１２２を設けることで、信号線路とバラクタダイオード１３２との間にインピーダンス変換回路１２２を設けない場合よりも、バラクタダイオード１３２の状態を理想的な短絡状態および開放状態に近づけることができることができる。この結果、第４の実施形態の信号切替装置１００Ｃによれば、経路１および経路２の双方において低損失で信号を切り替えることができる。
【００６４】
また、第４の実施形態の信号切替装置１００Ｃによれば、バラクタダイオード１３２を備えることで、発熱量を抑制することができる。信号切替装置１００Ｃは、冷凍機などを利用した低温環境において使用される場合がある。この場合、第４の実施形態の信号切替装置１００Ｃによれば、冷凍能力が低い小型冷凍機を利用することができるので、システムの小型化を図ることができる。
【００６５】
以下、インピーダンス変換回路の具体的な構成例について説明する。
図２６は、インピーダンス変換回路１２０の一例を示す構成図である。インピーダンス変換回路１２０は、複数の信号線路を組み合わせて構成されている。インピーダンス変換回路１２０は、インピーダンス変換回路１２０およびＰＩＮダイオード１３０を含む素子特性を理想的な短絡状態および開放状態に近づけるように、全体のインピーダンスおよび電気長が調整されている。
【００６６】
インピーダンス変換回路１２０は、例えば、第１信号線路１２０ａと、第２信号線路１２０ｂと、第３信号線路１２０ｃとを備える。第１信号線路１２０ａ、第２信号線路１２０ｂ、および第３信号線路１２０ｃは、この順で、ＰＩＮダイオード１３０のアノードに直列接続されている。第１信号線路１２０ａ、第２信号線路１２０ｂ、および第３信号線路１２０ｃのそれぞれは、インピーダンス［Ω］および電気長［ｄｅｇ］が調整されている。例えば、第１信号線路１２０ａのインピーダンスは５０［Ω］であり、第１信号線路１２０ａの電気長はＸ［ｄｅｇ］である。Ｘは任意の電気長である。例えば、第２信号線路１２０ｂのインピーダンスはＺ［Ω］であり、第２信号線路１２０ｂの電気長は９０［ｄｅｇ］である。Ｚは任意のインピーダンスである。例えば、第３信号線路１２０ｃのインピーダンスは５０［Ω］であり、第３信号線路１２０ｃの電気長は４５［ｄｅｇ］である。なお、第１信号線路１２０ａのインピーダンス（５０［Ω］）は、図４に示した線路（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ、１１０Ｅ、および１１０Ｆ）を含むハイブリッド回路のインピーダンスと等しくなるように調整されている。
【００６７】
図２７は、インピーダンス変換回路１２０の各部と、順バイアスを印加した時の図２９〜図３２におけるスミスチャート上にプロットされた素子特性との対応関係を示す図である。図２８は、インピーダンス変換回路１２０の各部と、逆バイアスを印加した時の図２９〜図３２におけるスミスチャート上にプロットされた素子特性との対応関係を示す図である。図２９〜図３２は、インピーダンス変換回路１２０を調整することによる素子特性の変化を示すスミスチャートである。
【００６８】
図２７中の（１）に示すＰＩＮダイオード１３０に順バイアスを印加した場合のＰＩＮダイオード１３０の素子特性について考える。ＰＩＮダイオード１３０に順バイアスを印加した場合、ＰＩＮダイオード１３０の素子特性は、図２９に示すように、スミスチャート上おける（１）の位置にプロットされる特性となる。図２７中の（３）に示すＰＩＮダイオード１３０および第１信号線路１２０ａに順バイアスを印加した場合、素子特性は、図２９に示すように、スミスチャート上おける（１）から、（３）の位置にプロットされる特性に回転移動する。（１）から（３）への素子特性の回転移動量は、第１信号線路１２０ａの電気長Ｘ［ｄｅｇ］に依存する。
【００６９】
次に、図２８中の（２）に示すＰＩＮダイオード１３０に逆バイアスを印加した場合のＰＩＮダイオード１３０の素子特性について考える。ＰＩＮダイオード１３０に逆バイアスを印加した場合、ＰＩＮダイオード１３０の素子特性は、図２９に示すように、スミスチャート上おける（２）の位置にプロットされる特性となる。図２８中の（４）に示すＰＩＮダイオード１３０および第１信号線路１２０ａに逆バイアスを印加した場合、素子特性は、図２９に示すように、スミスチャート上おける（２）から、（４）の位置にプロットされる特性に回転移動する。（２）から（４）への素子特性の回転移動量は、第１信号線路１２０ａの電気長Ｘ［ｄｅｇ］に依存する。第１信号線路１２０ａにおける電気長Ｘ［ｄｅｇ］を適当な長さに調整することで、順バイアスを印加した時の素子特性（３）と逆バイアスを印加した時の素子特性（４）とを、スミスチャートにおける実軸に対して対称な位置に移動させることができる。
【００７０】
次に、図２７中の（５）に示すＰＩＮダイオード１３０、第１信号線路１２０ａ、および第２信号線路１２０ｂに順バイアスを印加した場合の素子特性について考える。第２信号線路１２０ｂのインピーダンスＺは５０［Ω］であるものと仮定して考える。図２７中の（５）に示すＰＩＮダイオード１３０、第１信号線路１２０ａ、および第２信号線路１２０ｂに順バイアスを印加した場合、素子特性は、図３０に示すように、スミスチャート上における（３）から、（５）の位置にプロットされる特性に回転移動する。すなわち、素子特性は、１８０［ｄｅｇ］だけ回転移動する。図２８中の（６）に示すＰＩＮダイオード１３０、第１信号線路１２０ａ、および第２信号線路１２０ｂに逆バイアスを印加した場合の素子特性について考える。ＰＩＮダイオード１３０、第１信号線路１２０ａ、および第２信号線路１２０ｂに逆バイアスを印加した場合、素子特性は、図３０に示すように、スミスチャート上おける（４）から、（６）の位置にプロットされる特性に回転移動する。すなわち、素子特性は、１８０［ｄｅｇ］だけ回転移動する。第２信号線路１２０ｂの電気長［ｄｅｇ］は、順バイアスを印加した時の素子特性および逆バイアスを印加した時の素子特性がスミスチャートにおける実軸に対して対称となるように９０［ｄｅｇ］の整数倍の長さに調整されている。本例において、第２信号線路１２０ｂの電気長は、単純に考えるために、９０［ｄｅｇ］に調整されている。
【００７１】
第２信号線路１２０ｂのインピーダンスＺを変化させることで、ＰＩＮダイオード１３０、第１信号線路１２０ａ、および第２信号線路１２０ｂに順バイアスを印加した場合の素子特性を、スミスチャートにおける外周に沿って回転移動させることができる。同様に、ＰＩＮダイオード１３０、第１信号線路１２０ａ、および第２信号線路１２０ｂに逆バイアスを印加した場合の素子特性も、スミスチャートにおける外周に沿って回転移動させることができる。具体的に、ＰＩＮダイオード１３０、第１信号線路１２０ａ、および第２信号線路１２０ｂに順バイアスを印加した場合の素子特性は、図３１に示すように、スミスチャート上における（５）から、（５＃）の位置にプロットされる特性に回転移動する。ＰＩＮダイオード１３０、第１信号線路１２０ａ、および第２信号線路１２０ｂに逆バイアスを印加した場合の素子特性は、図３１に示すように、スミスチャート上における（６）から、（６＃）の位置にプロットされる特性に回転移動する。第２信号線路１２０ｂにおけるインピーダンスＺ［Ω］を適当な値に調整することで、順バイアスを印加した時の素子特性（５＃）と逆バイアスを印加した時の素子特性（６＃）とを、スミスチャートにおける実軸を挟んで上下方向に対称な位置に移動させることができる。
【００７２】
最後に、図２７中の（７）に示すＰＩＮダイオード１３０、第１信号線路１２０ａ、第２信号線路１２０ｂ、および第３信号線路１２０ｃに順バイアスを印加した場合の素子特性について考える。ＰＩＮダイオード１３０、第１信号線路１２０ａ、第２信号線路１２０ｂ、および第３信号線路１２０ｃに順バイアスを印加した場合、素子特性は、図３２に示すように、スミスチャート上における（５＃）から、（７）の位置にプロットされる特性に回転移動する。図２７中の（８）に示すＰＩＮダイオード１３０、第１信号線路１２０ａ、第２信号線路１２０ｂ、および第３信号線路１２０ｃに逆バイアスを印加した場合の素子特性について考える。ＰＩＮダイオード１３０、第１信号線路１２０ａ、第２信号線路１２０ｂ、および第３信号線路１２０ｃに逆バイアスを印加した場合、素子特性は、図３２に示すように、スミスチャート上おける（６＃）から、（８）の位置にプロットされる特性に回転移動する。この結果、インピーダンス変換回路１２０およびＰＩＮダイオード１３０に順バイアスを印加した時の素子特性、およびインピーダンス変換回路１２０およびＰＩＮダイオード１３０に逆バイアスを印加した時の素子特性は、スミスチャート上における角度１８０度に近づいていることが分かる。すなわち、インピーダンス変換回路１２０およびＰＩＮダイオード１３０に順バイアスを印加した時の素子特性は、理想的な短絡特性に近づいていることが分かる。また、インピーダンス変換回路１２０およびＰＩＮダイオード１３０に逆バイアスを印加した時の素子特性は、理想的な開放特性に近づいていることが分かる。
【００７３】
以上より、実施形態の信号切替装置によれば、インピーダンス変換回路１２０を３種類の信号線路で構成し、且つ、インピーダンス変換回路１２０におけるインピーダンスおよび電気長を適切に調整することで、理想的な短絡特性および開放特性から離れた素子特性を持つＰＩＮダイオード１３０を使用した場合であっても、理想状態に近づけて切替動作を実施することができる。この結果、信号切替装置によれば、経路１および経路２の双方の経路において低い損失特性を実現することができる。
【００７４】
以下、インピーダンス変換回路の他の構成例について説明する。
図３３は、インピーダンス変換回路１２０＃の一例を示す構成図である。インピーダンス変換回路１２０＃は、２つの信号線路を組み合わせて構成されている。インピーダンス変換回路１２０＃は、インピーダンス変換回路１２０＃およびＰＩＮダイオード１３０を含む素子特性を理想的な短絡状態および開放状態に近づけるように、全体のインピーダンスおよび電気長が調整されている。
【００７５】
インピーダンス変換回路１２０＃は、例えば、第４信号線路１２０ｄと、第５信号線路１２０ｅとを備える。第４信号線路１２０ｄおよび第５信号線路１２０ｅは、この順で、ＰＩＮダイオード１３０のアノードに直列接続されている。第４信号線路１２０ｄおよび第５信号線路１２０ｅのそれぞれは、インピーダンス［Ω］および電気長［ｄｅｇ］が調整されている。例えば、第４信号線路１２０ｄのインピーダンスは５０［Ω］であり、第４信号線路１２０ｄの電気長はＸ［ｄｅｇ］である。Ｘは任意の電気長である。例えば、第５信号線路１２０ｅのインピーダンスはＺ［Ω］であり、第５信号線路１２０ｅの電気長は９０［ｄｅｇ］である。Ｚは任意のインピーダンスである。なお、第４信号線路１２０ｄのインピーダンス（５０［Ω］）は、図４に示した線路（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ、１１０Ｅ、および１１０Ｆ）を含むハイブリッド回路のインピーダンスと等しくなるように調整されている。
【００７６】
図３４は、インピーダンス変換回路１２０＃の各部と、順バイアスを印加した時の図３６および図３７におけるスミスチャート上にプロットされた素子特性との対応関係を示す図である。図３５は、インピーダンス変換回路１２０＃の各部と、逆バイアスを印加した時の図３６および図３７におけるスミスチャート上にプロットされた素子特性との対応関係を示す図である。図３６および図３７は、インピーダンス変換回路１２０＃を調整することによる素子特性の変化を示すスミスチャートである。
【００７７】
図３４中の（１）に示すＰＩＮダイオード１３０に順バイアスを印加した場合のＰＩＮダイオード１３０の素子特性について考える。ＰＩＮダイオード１３０に順バイアスを印加した場合、ＰＩＮダイオード１３０の素子特性は、図３６に示すように、スミスチャート上おける（１）の位置にプロットされる特性となる。図３４中の（３）に示すＰＩＮダイオード１３０および第４信号線路１２０ｄに順バイアスを印加した場合、素子特性は、図３６に示すように、スミスチャート上おける（１）から、（３）の位置にプロットされる特性に回転移動する。（１）から（３）への素子特性の回転移動量は、第４信号線路１２０ｄの電気長Ｘ［ｄｅｇ］に依存する。
【００７８】
次に、図３５中の（２）に示すＰＩＮダイオード１３０に逆バイアスを印加した場合のＰＩＮダイオード１３０の素子特性について考える。ＰＩＮダイオード１３０に逆バイアスを印加した場合、ＰＩＮダイオード１３０の素子特性は、図３６に示すように、スミスチャート上おける（２）の位置にプロットされる特性となる。図３５中の（４）に示すＰＩＮダイオード１３０および第４信号線路１２０ｄに逆バイアスを印加した場合、素子特性は、図３６に示すように、スミスチャート上おける（２）から、（４）の位置にプロットされる特性に移動する。（２）から（４）への素子特性の移動量は、第４信号線路１２０ｄの電気長Ｘ［ｄｅｇ］に依存する。第４信号線路１２０ｄにおける電気長Ｘ［ｄｅｇ］を適当な長さに調整することで、順バイアスを印加した時の素子特性（３）と逆バイアスを印加した時の素子特性（４）とのうちいずれか一方を、スミスチャートにおける実軸上に移動させることができる。
【００７９】
次に、図３４中の（５）に示すＰＩＮダイオード１３０、第４信号線路１２０ｄ、第５信号線路１２０ｅに順バイアスを印加した場合の素子特性について考える。第５信号線路１２０ｅのインピーダンスＺは５０［Ω］であるものと仮定して考える。図３４中の（５）に示すＰＩＮダイオード１３０、第４信号線路１２０ｄ、および第５信号線路１２０ｅに順バイアスを印加した場合、素子特性は、図３７に示すように、スミスチャート上における（３）から、（５）の位置にプロットされる特性に移動する。図３５中の（６）に示すＰＩＮダイオード１３０、第４信号線路１２０ｄ、および第５信号線路１２０ｅに逆バイアスを印加した場合の素子特性について考える。ＰＩＮダイオード１３０、第４信号線路１２０ｄ、および第５信号線路１２０ｅに逆バイアスを印加した場合、素子特性は、図３７に示すように、スミスチャート上おける（４）から、（６）の位置にプロットされる特性に移動する。
【００８０】
次に、第５信号線路１２０ｅのインピーダンスを変化させることで素子特性を調整することを考える。図３８および図３９は、第５信号線路１２０ｅのインピーダンスを変化させた場合におけるインピーダンス変換回路１２０＃の各部と、図４０におけるスミスチャート上にプロットされた素子特性との対応関係を示す図である。図４０は、第５信号線路１２０ｅのインピーダンスを変化させた場合における素子特性を示すスミスチャートである。第５信号線路１２０ｅのインピーダンスを５０Ω以上の範囲で変化させることで、図３８中の（５＃）に示すように第５信号線路１２０ｅのインピーダンスを変化させた状態で順バイアスを印加した場合、素子特性は、図４０に示すように、スミスチャート上における（５）から、（５＃）の位置にプロットされる特性に移動する。すなわち、素子特性は、スミスチャートにおける実軸上に沿って移動する。第５信号線路１２０ｅのインピーダンスを５０Ω以上の範囲で変化させることで、図３９中の（６＃）に示すように第５信号線路１２０ｅのインピーダンスを変化させた状態で逆バイアスを印加した場合、素子特性は、図４０に示すように、スミスチャート上における（６）から、（６＃）の位置にプロットされる特性に移動する。すなわち、素子特性は、スミスチャートにおける外周に沿って移動する。
【００８１】
図４０によれば、ＰＩＮダイオード１３０に順バイアスを印加した場合の素子抵抗は大きくなるが、ＰＩＮダイオード１３０に逆バイアスを印加した場合のインピーダンスを開放点に大きく近づけることができる。すなわち、順バイアス印加時の素子抵抗の増加分よりも、逆バイアス印加時のインピーダンスの改善幅を大きくすることができる。
【００８２】
図４１は、第５信号線路１２０ｅのインピーダンスと、インピーダンス変換回路１２０＃の挿入損失との関係を示す図である。ＰＩＮダイオード１３０に順バイアスを印加した場合において、第５信号線路１２０ｅのインピーダンスを小さくするほど、インピーダンス変換回路１２０＃の挿入損失を小さくすることができる。ＰＩＮダイオード１３０に逆バイアスを印加した場合において、第５信号線路１２０ｅのインピーダンスを大きくするほど、インピーダンス変換回路１２０＃の挿入損失を小さくすることができる。実施形態の信号切替装置によれば、第５信号線路１２０ｅのインピーダンスを調整することで、順バイアス印加時の挿入損失または逆バイアス印加時の挿入損失のどちらか一方が低くなるように調整することができる。
【００８３】
以上より、実施形態の信号切替装置によれば、インピーダンス変換回路１２０を２種類の信号線路で構成し、且つ、インピーダンス変換回路１２０＃におけるインピーダンスおよび電気長を適切に調整することで、理想的な短絡特性および開放特性から離れた素子特性を持つＰＩＮダイオード１３０を使用した場合であっても、短絡特性または開放特性の少なくとも一方を理想状態に近づけて切替動作を実施することができる。この結果、信号切替装置によれば、経路１または経路２の少なくとも一方の経路において低い損失特性を実現することができる。
【００８４】
（その他の実施形態）
以下、上述した実施形態の信号切替装置を含む電磁波送受信装置について説明する。図４２は、実施形態の電磁波送受信装置２００の一例を示すブロック図である。電磁波送受信装置２００は、例えば、線路切替器２１０と、アンテナ２２０と、送信回路２３０と、受信回路２４０とを含む。
【００８５】
線路切替器２１０は、図４に示した信号切替装置１００Ｂと同じ構成を有するものとするが、信号切替装置１００Ｃと同じ構成であってもよい。線路切替器２１０は、アンテナ２２０に接続された入出力部Ｐ１１と、入力部Ｐ１２と、出力部Ｐ１３とを含む。入出力部Ｐ１１は、例えば、信号切替装置１００Ｂにおける入出力端子Ｐ１に相当する。入力部Ｐ１２は、例えば、信号切替装置１００Ｂにおける入出力端子Ｐ４に相当する。出力部Ｐ１３は、例えば信号切替装置１００Ｂにおける入出力端子Ｐ２に相当する。
【００８６】
線路切替器２１０は、線路が超伝導状態となる材料を含む場合、スターリング冷却機などにより冷却された基板上に形成され、内部空間を外部の熱から遮る材料で形成された筐体に収容される。また、線路切替器２１０は、筐体の内部空間が真空に近い状態で維持される。
【００８７】
アンテナ２２０は、電磁波送受信装置２００に電磁波が到来した場合に、電磁波に基づく受信信号を生成する。アンテナ２２０は、生成した受信信号を線路切替器２１０に出力する。アンテナ２２０は、線路切替器２１０から送信信号が供給された場合、送信信号に応じて電波を放出する。
【００８８】
送信回路２３０は、外部から入力した送信信号に所定の処理を施して、線路切替器２１０に出力する（送信信号生成部）。受信回路２４０は、線路切替器２１０から入力された受信信号に所定の処理を施して、外部に出力する（受信信号処理部）。
【００８９】
線路切替器２１０は、入出力部Ｐ１１と入力部Ｐ１２とを接続する線路と、入出力部Ｐ１１と出力部Ｐ１３とを接続する線路との間で信号経路を切り替える制御信号が供給される。線路切替器２１０は、電磁波送受信装置２００が電波を受信する場合、信号経路が入出力部Ｐ１１と出力部Ｐ１３とを接続する線路に切り替えられる。線路切替器２１０は、電磁波送受信装置２００が電波を送信する場合、信号経路が入出力部Ｐ１１と入力部Ｐ１２とを接続する線路に切り替えられる。
【００９０】
実施形態の電磁波送受信装置２００によれば、送信信号および受信信号が伝送される線路切替器２１０における信号の損失を抑制することができる。これにより、電磁波送受信装置２００によれば、電波の受信感度を向上させることができる。
【００９１】
図４３は、実施形態の電磁波送受信装置２００の他の一例を示すブロック図である。送信回路２３０は、例えば、送信用移相器２３２と、送信アンプ２３４と、送信フィルタ２３６とを含む。送信用移相器２３２は、線路切替器２１０から放射させる送信ビームの方向に基づいて、送信信号の位相を調整する。送信アンプ２３４は、送信信号の振幅を増幅する。送信フィルタ２３６は、送信信号のうち不要な周波数の信号を抑圧することで送信信号の帯域を制限する。線路切替器２１０は、電磁波送受信装置２００が電波を送信する場合、送信フィルタ２３６により出力された送信信号を、入力部Ｐ１２を介して入力する。線路切替器２１０は、入力した送信信号を入出力部Ｐ１１から出力させる。
【００９２】
受信回路２４０は、例えば、リミッタ２４２と、受信フィルタ２４４と、ＬＮＡ（ローノイズアンプ）２４６と、受信用移相器２４８とを含む。線路切替器２１０には、アンテナ２２０から入力された受信信号が入出力部Ｐ１１に入力され、出力部Ｐ１３からリミッタ２４２に出力させる。リミッタ２４２は、線路切替器２１０から入力された受信信号の振幅を制限する。受信フィルタ２４４は、受信信号のうち不要な周波数の信号を取り除く。ＬＮＡ２４６は、受信信号の振幅を増幅する。受信用移相器２４８は、電磁波を受信するビームの方向に基づいて、受信信号の位相を調整する。
【００９３】
図４４は、実施形態の電磁波送受信装置２００の他の一例を示すブロック図である。電磁波送受信装置２００は、図４３に示した送信フィルタ２３６および受信フィルタ２４４に代えて、アンテナ２２０および線路切替器２１０との線路に設けられた送受信フィルタ２５０を含む。線路切替器２１０は、アンテナ２２０から電磁波を放出させる場合に、送信用移相器２３２および送信アンプ２３４から入力部Ｐ１２に送信信号が供給される。線路切替器２１０は、送信信号を入出力部Ｐ１１から送受信フィルタ２５０に出力する。送受信フィルタ２５０は、線路切替器２１０から送信信号が供給された場合に、送信信号のうち不要な周波数の信号を抑圧することで送信信号の帯域を制限する。送受信フィルタ２５０は、アンテナ２２０から受信信号が供給された場合に、受信信号のうち不要な周波数の信号を取り除いて、線路切替器２１０に出力する。線路切替器２１０は、入出力部Ｐ１１に供給された受信信号を、出力部Ｐ１３を介して、リミッタ２４２、ＬＮＡ２４６、および受信用移相器２４８に出力する。電磁波送受信装置２００は、送信信号のフィルタと受信信号のフィルタとを共通化したので、部品数を削減することができる。
【００９４】
図４５は、実施形態の電磁波送受信装置２００の他の一例を示すブロック図である。電磁波送受信装置２００は、図４４に示した送信用移相器２３２および受信用移相器２４８に代えて、アンテナ２２０および線路切替器２１０との線路に設けられた移相器２５２を含む。移相器２５２は、送受信フィルタ２５０と線路切替器２１０との間に設けられているが、これに限られず、アンテナ２２０と送受信フィルタ２５０との間に設けられてもよい。移相器２５２は、送信信号に対する位相の調整量と、受信信号に対する位相の調整量とが切替可能であってもよい。
【００９５】
線路切替器２１０は、アンテナ２２０から電磁波を放出させる場合に、送信アンプ２３４から入力部Ｐ１２に送信信号が供給される。線路切替器２１０は、送信信号を入出力部Ｐ１１から移相器２５２に出力する。移相器２５２は、線路切替器２１０から放射させる送信ビームの方向に基づいて、送信信号の位相を調整する。これにより、電磁波送受信装置２００は、送受信フィルタ２５０を介してアンテナ２２０に送信信号を供給して、電磁波を放出させる。また、移相器２５２は、電磁波を受信するビームの方向に基づいて、送受信フィルタ２５０から供給された受信信号の位相を調整して、線路切替器２１０に出力する。線路切替器２１０は、入出力部Ｐ１１に供給された受信信号を、出力部Ｐ１３を介して、リミッタ２４２およびＬＮＡ２４６に出力する。この電磁波送受信装置２００によれば、送信用の移相器と受信用の移相器とを共通化したので、部品数を削減することができる。
【００９６】
図４６は、実施形態の電磁波送受信装置２００の他の一例を示すブロック図である。電磁波送受信装置２００は、図４４に示した線路切替器２１０に代えて、リミッタとしての機能を有する線路切替器２１０Ａを含む。線路切替器２１０Ａは、入出力部Ｐ１１が信号切替装置１００Ｂの入出力端子Ｐ１に相当し、入力部Ｐ１２が信号切替装置１００Ｂの入出力端子Ｐ２に相当し、出力部Ｐ１３が信号切替装置１００Ｂの入出力端子Ｐ４に相当する。線路切替器２１０Ａは、入力部Ｐ１２に供給された送信信号を、信号線路１１０Ａを介して入出力部Ｐ１１から移相器２５２に出力する。一方、線路切替器２１０Ａは、入出力部Ｐ１１に供給された受信信号を、信号線路１１０Ｂおよび信号線路１１０Ｄを介して入出力端子Ｐ４に出力する。受信信号の振幅がＰＩＮダイオード１３０Ａおよび１３０Ｂがオンとなる所定値よりも高い場合、ＰＩＮダイオード１３０Ａおよび１３０Ｂは開放状態から短絡状態に切り替わる。これにより、ＰＩＮダイオード１３０Ａおよび１３０Ｂは、受信信号を接地端子１２４Ａおよび１２４Ｂに短絡させる。この電磁波送受信装置２００によれば、ＰＩＮダイオード１３０Ａおよび１３０Ｂを受信信号のリミッタとして機能させることができるので、部品数を削減することができる。
【００９７】
図４７は、実施形態の電磁波送受信装置２００Ａの他の一例を示すブロック図である。この電磁波送受信装置２００Ａは、例えば、複数のアンテナ２２０−１、・・・２０−Ｋ（Ｋは１以上の自然数）と、アンテナ２２０−１〜２０−Ｋに対応した送受信フィルタ２５０、移相器２５２−１〜５２−Ｋ、線路切替器２１０Ａ、送信アンプ２３４、およびＬＮＡ２４６と、信号処理回路２６０と、を含む。
【００９８】
信号処理回路２６０は、アンテナ２２０−１〜２０−Ｋから電磁波を送信させる場合、複数の送信アンプ２３４に送信信号を供給する。これにより、電磁波送受信装置２００Ａは、送信アンプ２３４、線路切替器２１０Ａ、移相器２５２−１〜５２−Ｋ、および送受信フィルタ２５０を介して、送信信号をアンテナ２２０−１〜２０−Ｋにそれぞれ供給する。このとき、移相器２５２−１〜５２−Ｋは、各アンテナ２２０−１〜２０−Ｋに対応した位相の調整量に基づいてそれぞれ送信信号の位相をそれぞれ調整する。これにより、電磁波送受信装置２００Ａは、所望の形状の送信ビームを形成する。
【００９９】
信号処理回路２６０は、アンテナ２２０−１〜２２０−Ｋにより電磁波を受信した場合、送受信フィルタ２５０、移相器２５２−１〜２５２−Ｋ、線路切替器２１０、およびＬＮＡ２４６を介して、Ｋ個の受信信号が供給される。このとき、移相器２５２−１〜２５２−Ｋは、各アンテナ２２０−１〜２２０−Ｋに対応した位相の調整量に基づいてそれぞれ受信信号の位相をそれぞれ調整する。信号処理回路２６０は、ＬＮＡ２４６からそれぞれ入力したＫ個の受信信号を合成することで受信ビームに基づく信号を生成する。
【０１００】
この電磁波送受信装置２００Ａによれば、線路切替器２１０Ａにおける受信信号の損失を抑制することができるので、受信感度が高いアレイアンテナ装置を実現することができる。
【０１０１】
図４８は、実施形態の可変減衰器３００の一例を示す図である。可変減衰器３００は、例えば、複数のアッテネータ３１０−１および３１０−２と、複数の線路切替器３２０−１〜３２０−４とを含む。なお、実施形態の可変減衰器３００は、アッテネータが２個であるが、これに限らず、２個よりも多くのアッテネータを含んでいてもよい。
【０１０２】
アッテネータ３１０−１および３１０−２は、例えば、信号を減衰させる所定の減衰量［ｄＢ］が設定されている抵抗器などを含む。アッテネータ３１０−１および３１０−２は、入力された信号の振幅を減衰させて出力する。アッテネータ３１０−１の減衰量とアッテネータ３１０−２の減衰量とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
【０１０３】
線路切替器３２０−１〜３２０−４は、図４に示した信号切替装置１００Ｂと同じ構成を有するものとするが、信号切替装置１００Ｃと同じ構成であってもよい。
【０１０４】
可変減衰器３００は、入力端子Ｐ２１に入力された信号を、線路切替器３２０−１に供給する。線路切替器３２０−１は、入出力端子Ｐ３１と、入出力端子Ｐ３２と、入出力端子Ｐ３３とを含む。入出力端子Ｐ３１は、信号切替装置１００Ｂの入出力端子Ｐ１に相当し、入出力端子Ｐ３２は、信号切替装置１００Ｂの入出力端子Ｐ２に相当し、入出力端子Ｐ３３は、信号切替装置１００Ｂの入出力端子Ｐ４に相当する。
【０１０５】
線路切替器３２０−２は、入出力端子Ｐ３４と、入出力端子Ｐ３５と、入出力端子Ｐ３６とを含む。入出力端子Ｐ３４は、信号切替装置１００Ｂの入出力端子Ｐ１に相当し、入出力端子Ｐ３５は、信号切替装置１００Ｂの入出力端子Ｐ２に相当し、入出力端子Ｐ３６は、信号切替装置１００Ｂの入出力端子Ｐ４に相当する。
【０１０６】
可変減衰器３００は、アッテネータ３１０−１により信号を減衰させる場合、線路切替器３２０−１における入出力端子Ｐ３１と入出力端子Ｐ３３とを接続する線路を信号経路に切り替えると共に、線路切替器３２０−２における入出力端子Ｐ３６と入出力端子Ｐ３４とを接続する線路を信号経路に切り替える。可変減衰器３００は、アッテネータ３１０−１により信号を減衰させない場合、線路切替器３２０−１における入出力端子Ｐ３１と入出力端子Ｐ３２とを接続する線路を信号経路に切り替えると共に、線路切替器３２０−２における入出力端子Ｐ３５入出力端子Ｐ３４とを接続する線路を信号経路に切り替える。
【０１０７】
線路切替器３２０−３は、線路切替器３２０−１と同様に、入出力端子Ｐ３１と、入出力端子Ｐ３２と、入出力端子Ｐ３３とを含む。線路切替器３２０−４は、線路切替器３２０−２と同様に、入出力端子Ｐ３４と、入出力端子Ｐ３５と、入出力端子Ｐ３６とを含む。線路切替器３２０−４の入出力端子Ｐ３４は、出力端子Ｐ２２に接続される。
【０１０８】
可変減衰器３００は、アッテネータ３１０−２により信号を減衰させる場合、線路切替器３２０−３における入出力端子Ｐ３１と入出力端子Ｐ３３とを接続する線路を信号経路に切り替えると共に、線路切替器３２０−４における入出力端子Ｐ３６と入出力端子Ｐ３４とを接続する線路を信号経路に切り替える。可変減衰器３００は、アッテネータ３１０−２により信号を減衰させない場合、線路切替器３２０−３における入出力端子Ｐ３１と入出力端子Ｐ３２とを接続する線路を信号経路に切り替えると共に、線路切替器３２０−４における入出力端子Ｐ３５入出力端子Ｐ３４とを接続する線路を信号経路に切り替える。
【０１０９】
実施形態の可変減衰器３００によれば、アッテネータに信号を伝送する信号経路と、アッテネータに信号を伝送しない信号経路との間で切り替える場合における信号の損失を抑制することができる。この結果、可変減衰器３００によれば、より高い精度の減衰量を実現することができる。
【０１１０】
図４９は、実施形態の可変移相器４００の一例を示す図である。可変移相器４００は、例えば、複数の移相器４１０−１および４１０−２と、複数の線路切替器４２０−１〜４２０−４とを含む。なお、実施形態の可変移相器４００は、移相器が２個であるが、これに限らず、２個よりも多くの移相器を含んでいてもよい。
【０１１１】
移相器４１０−１および４１０−２は、例えば、所定の位相差が設定されている線路およびスイッチなどを含む。移相器４１０−１は、例えば、入力信号に対して９０度位相をずらして出力し、移相器４１０−２は、例えば、入力信号に対して１８０度位相をずらして出力する。
【０１１２】
線路切替器４２０−１〜４２０−４は、図４に示した信号切替装置１００Ｂと同じ構成を有するものとするが、信号切替装置１００Ｃと同じ構成であってもよい。
【０１１３】
可変移相器４００は、入力端子Ｐ４１に入力された信号を、線路切替器４２０−１に供給する。線路切替器４２０−１は、入出力端子Ｐ５１と、入出力端子Ｐ５２と、入出力端子Ｐ５３とを含む。入出力端子Ｐ５１は、信号切替装置１００Ｂの入出力端子Ｐ１に相当し、入出力端子Ｐ５２は、信号切替装置１００Ｂの入出力端子Ｐ２に相当し、入出力端子Ｐ５３は、信号切替装置１００Ｂの入出力端子Ｐ４に相当する。
【０１１４】
線路切替器４２０−２は、入出力端子Ｐ５４と、入出力端子Ｐ５５と、入出力端子Ｐ５６とを含む。入出力端子Ｐ５４は、信号切替装置１００Ｂの入出力端子Ｐ１に相当し、入出力端子Ｐ５５は、信号切替装置１００Ｂの入出力端子Ｐ２に相当し、入出力端子Ｐ５６は、信号切替装置１００Ｂの入出力端子Ｐ４に相当する。
【０１１５】
可変移相器４００は、移相器４１０−１により信号の位相を調整させる場合、線路切替器４２０−１における入出力端子Ｐ５１と入出力端子Ｐ５３とを接続する線路を信号経路に切り替えると共に、線路切替器４２０−２における入出力端子Ｐ５６と入出力端子Ｐ５４とを接続する線路を信号経路に切り替える。可変移相器４００は、移相器４１０−１により信号の位相を調整させない場合、線路切替器４２０−１における入出力端子Ｐ５１と入出力端子Ｐ５２とを接続する線路を信号経路に切り替えると共に、線路切替器４２０−２における入出力端子Ｐ５５入出力端子Ｐ５４とを接続する線路を信号経路に切り替える。
【０１１６】
線路切替器４２０−３は、線路切替器４２０−１と同様に、入出力端子Ｐ５１と、入出力端子Ｐ５２と、入出力端子Ｐ５３とを含む。線路切替器４２０−４は、線路切替器４２０−２と同様に、入出力端子Ｐ５４と、入出力端子Ｐ５５と、入出力端子Ｐ５６とを含む。線路切替器４２０−４の入出力端子Ｐ５４は、出力端子Ｐ４２に接続される。
【０１１７】
可変移相器４００は、移相器４１０−２により信号の位相を調整させる場合、線路切替器４２０−３における入出力端子Ｐ５１と入出力端子Ｐ５３とを接続する線路を信号経路に切り替えると共に、線路切替器４２０−４における入出力端子Ｐ５６と入出力端子Ｐ５４とを接続する線路を信号経路に切り替える。可変移相器４００は、移相器４１０−２により信号の位相を調整させない場合、線路切替器４２０−３における入出力端子Ｐ５１と入出力端子Ｐ５２とを接続する線路を信号経路に切り替えると共に、線路切替器４２０−４における入出力端子Ｐ５５入出力端子Ｐ５４とを接続する線路を信号経路に切り替える。
【０１１８】
実施形態の可変移相器４００によれば、移相器に信号を伝送する信号経路と、移相器に信号を伝送しない信号経路との間で切り替える場合における信号の損失を抑制することができる。
【０１１９】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、信号が供給される入出力端子Ｐ１と、入出力端子Ｐ１に接続された信号線路１１０Ａと、信号線路１１０Ａを介して入出力端子Ｐ１に接続された入出力端子Ｐ２と、信号線路１１０Ａの分岐点１１０ａに接続された信号線路１１０Ｂと、信号線路１１０Ｂを介して分岐点１１０ａに接続されたインピーダンス変換回路１２０と、インピーダンス変換回路１２０と接地端子との間に接続されたＰＩＮダイオード１３０であって、信号線路１１０Ｂから供給された信号の反射状態を第１の状態と第２の状態との間で切り替えるＰＩＮダイオード１３０と、を備え、ＰＩＮダイオード１３０が、第１の状態である場合に、第２の線路から供給された信号を、入出力端子Ｐ１から分岐点１１０ａに入力された信号と同じ位相で分岐点１１０ａに反射させ、反射させた信号と入出力端子Ｐ１から分岐点１１０ａに入力された信号とを入出力端子Ｐ２に出力させるので、インピーダンス変換回路１２０により、当該インピーダンス変換回路１２０、ＰＩＮダイオード１３０、および接地端子を含む素子特性を、理想的な短絡状態および開放状態に近づけることができる。この結果、少なくともひとつの実施形態によれば、信号を切り替える場合における信号の損失を抑制することができる。
【０１２０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１２１】
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ…信号切替装置、１１０ａ、１１０ｂ…分岐点、１１０Ａ、１１０…信号線路、１１０ｂ…第２の分岐点、１１０Ｂ…信号線路、１２０、１２２、１２２Ａ、１２２Ｂ…インピーダンス変換回路、１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ…ＰＩＮダイオード、１３２、１３２Ａ、１３２Ｂ…バラクタダイオード、１５０…制御部、２００、２００Ａ…電磁波送受信装置、２１０、２１０Ａ…線路切替器、２２０、２２０−１〜２２０−Ｋ…アンテナ、２３０…送信回路、２４０…受信回路、２５０…送受信フィルタ、２５２、２５２−１〜２５２−Ｋ…移相器、３００…可変減衰器、３１０−１、３１０−２…アッテネータ、３２０−１、３２０−２、３２０−３、３２０−４…線路切替器、４００…可変移相器、４１０−１、４１０−２…移相器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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