(57)【要約】【課題】可変抵抗素子としてＦＥＴを用いた場合の電力飽和特性を改善し、ダイナミックレンジの大きい可変減衰器を提供すること。【解決手段】ドレイン端子Ｄおよびソース端子Ｓ、ゲート端子Ｇの３つの端子を有し、ドレイン端子Ｄおよびソース端子Ｓ間に流れる電流がゲート端子に印加する電圧によって制御される電界効果トランジスタ１３と、ドレイン端子Ｄに直列に接続されたダイオード１２とを具備している。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子および第２端子、第３端子の３つの端子を有し、前記第１端子および前記第２端子間に流れる電流が前記第３端子に印加する電圧によって制御される電界効果トランジスタと、前記第１端子または前記第２端子に直列に接続されたダイオードとを具備したことを特徴とする可変減衰器。
【請求項２】
第１端子および第２端子の一方が高周波信号の伝送する伝送線路に接続され、前記第１端子および前記第２端子の他方が接地されている請求項１記載の可変減衰器。
【請求項３】
それそれが第１端子および第２端子、第３端子の３つの端子を有し、かつ、前記第１端子および前記第２端子間に流れる電流が前記第３端子に印加する電圧によって制御される複数の電界効果トランジスタと、前記複数の電界効果トランジスタの前記第１端子どうしが伝送線路を介して接続され、かつ、前記複数の電界効果トランジスタの前記第１端子または前記第２端子のいずれかに直列に接続されたダイオードとを具備したことを特徴とする可変減衰器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波集積回路やモノリシックマイクロ波集積回路などのマイクロ波回路に用いられる可変減衰器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波通信装置などでは、信号レベルの調整に可変減衰器が使用されている。可変減衰器は可変抵抗素子を用いて構成され、可変抵抗素子にはたとえば電界効果トランジスタ（以下ＦＥＴと略す）が使用されている。
【０００３】
ここで、ＦＥＴを用いた可変減衰器について図５を参照して説明する。ＦＥＴ４１はドレイン端子Ｄおよびゲート端子Ｇ、ソース端子Ｓの３つの端子を有している。ドレイン端子Ｄは、たとえば点Ｘにおいて高周波信号が伝送する伝送線路に接続され、ソース端子Ｓは接地されている。ゲート端子Ｇは抵抗Ｒを介して制御端子Ｔに接続され、制御端子Ｔにはゲート制御電圧Ｖｃが供給される。
【０００４】
ＦＥＴ４１は、ゲート端子Ｇに印加されるゲート制御電圧Ｖｃが変化すると、ドレイン−ソース間の抵抗値が変化する特性がある。したがって、ゲート制御電圧Ｖｃを変化させると、ドレイン−ソース間に流れる電流が変化し、ＦＥＴ４１で吸収される電力が制御される。これにより、伝送線路を伝送する信号に通過損が発生し、ＦＥＴ４１が可変抵抗素子として機能する。
【０００５】
次に、ＦＥＴ４１のドレイン−ソース間の抵抗値をゲート端子Ｇに印加する電圧によって制御する動作について図６を参照して説明する。図６の横軸はドレイン−ソース間電圧ＶＤＳ（Ｖ）、縦軸はドレイン−ソース間電流ＩＤＳ（Ａ）で、符号ａ、ｂ、ｃは、ゲート−ソース間電圧ＶＧＳをパラメータにしたＦＥＴの電圧電流特性曲線である。
【０００６】
図６の特性は、ＦＥＴがＮチャネルの場合で、ＶＧＳはゲート端子がソース端子に対して正のときに＋符号、またＶＤＳはドレイン端子がソース端子に対して正のときに＋符号と定義し、Ｖｐ（Ｖ）はピンチオフ電圧（絶対値）である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＥＴの電圧電流特性は、図６のａ、ｂ、ｃに示すように、ＶＧＳの値によって変化する。特性曲線ａはＶＧＳ＝−２Ｖｐの場合で、ＶＤＳが正の場合、ＶＤＳの増加に対してＩＤＳはほとんど増加しない。＋Ｖまで傾きは０のままで、ドレイン−ソース間抵抗が非常に大きい状態であることを示している。この状態はＯＦＦ状態と呼ばれる。ＶＤＳが負の場合、ＶＤＳの負側の増加に対して、−Ｖｋまで曲線の傾きはほとんど０で、ドレイン−ソース間抵抗が非常に高い状態であることを示している。しかし、ＶＤＳが−Ｖｋ程度からさらに負側に大きくなると、ＩＤＳは負側に急激に増加する。これはドレイン−ソース間抵抗が減少することを示している。
【０００８】
特性曲線ｃはＶＧＳ＝０の場合で、ＶＤＳが正の場合、ＶＤＳ＝０（Ｖ）近傍までＩＤＳは直線的に増加する。この状態はＯＮ状態と呼ばれる。ＶＤＳ＝Ｖｋ近傍よりもさらに大きい範囲で飽和する。一方、ＶＤＳが負の場合、ＶＤＳは負側にほぼ直線的に増加し、正側のような飽和特性は生じない。
【０００９】
特性曲線ｂはＶＧＳ＝−Ｖｐの場合で、２つの特性曲線ｂ、ｃの中間に位置し、ＶＤＳが正の場合は、ＶＧＳ＝−２Ｖｐの場合と同様、ＩＤＳの傾きは小さく、ドレイン−ソース間抵抗が非常に高い状態であることを示している。ＶＤＳが負の場合、ＶＤＳを負側に増加させると、ＩＤＳは指数関数的に増加する。したがって、ＶＤＳが正側と負側とでドレイン−ソース間抵抗が大きく相違する。このため、抵抗値が小さい領域たとえばＶＤＳが負側の特性が主体的になり線形性が悪くなる。
【００１０】
上記したように、ＦＥＴはＶＧＳの値によって、ドレイン−ソース間の電圧電流特性が変化する。しかし、ＶＧＳがＯＮ状態とＯＦＦ状態との中間付近の場合、つまり特性曲線ａと特性曲線ｂで挟まれた領域では、ＶＤＳの正側と負側とでドレイン−ソース間抵抗が大きく相違し、線形性が低下する。
【００１１】
したがって、上記した特性のＦＥＴを、高周波信号の伝送線路に並列に接続して可変減衰器を構成した場合、大信号の入力時すなわちドレイン−ソース間の電圧振幅が大きくなると、小信号の入力時に比べてドレイン−ソース間抵抗が減少し、減衰量を増加させる。この特性は電力飽和特性を低下させるため、通信システム用の可変減衰器として用いる場合に問題となる。
【００１２】
本発明は、上記した欠点を解決し、可変抵抗素子としてＦＥＴを用いた場合の電力飽和特性を改善し、ダイナミックレンジの大きい可変減衰器を提供することを目的にする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の可変減衰器は、第１端子および第２端子、第３端子の３つの端子を有し、前記第１端子および前記第２端子間に流れる電流が前記第３端子に印加する電圧によって制御される電界効果トランジスタと、前記第１端子または前記第２端子に直列に接続されたダイオードとを具備したことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図１を参照して説明する。
【００１５】
入力側端子ＩＮおよび出力側端子ＯＵＴ間に高周波信号が伝送する第１伝送線路１１ａおよび第２伝送線路１１ｂが接続され、伝送線路１１ａ、１１ｂに並列に、ダイオード１２およびＦＥＴ１３の直列接続回路１４が接続されている。
【００１６】
たとえば第１伝送線路１１ａおよび第２伝送線路１１ｂの中間点Ｘにダイオード１２のアノードＡが接続され、ダイオード１２のカソードＣがＦＥＴ１３のドレイン端子Ｄに接続されている。ＦＥＴ１３のソース端子Ｓは接地され、ＦＥＴ１３のゲート端子Ｇは抵抗Ｒを介して、ゲート制御電圧Ｖｃが供給される制御端子Ｔに接続されている。
【００１７】
上記の構成において、ゲート制御電圧Ｖｃを制御し、ゲート端子Ｇに印加する電圧を変化させる。このとき、ドレイン−ソース間に流れる電流が変化し、直列接続回路１４で吸収される電力が制御され、伝送線路１１ａ、１１ｂを伝送する信号に通過損が発生し、可変減衰器として機能する。
【００１８】
ここで、上記した回路の特性について説明する。ＦＥＴ１３の電圧電流特性は、従来技術で説明した図３に示すような曲線群ａ、ｂ、ｃで示される。一方、ダイオード１２の電圧電流特性は、図２の符号Ｐに示すような順方向・逆方向電圧電流特性となっている。図２の電圧（−Ｖｂ）は逆方向降伏電圧で、この電圧よりも負側に高い電圧を印加すると電流は急激に増加する。
【００１９】
図１の構成では、ダイオード１２とＦＥＴ１３が直列に接続されているため、ダイオード１２およびＦＥＴ１３を合わせた電圧電流特性は図３の符号ａ、ｂ、ｃに示すようになる。図３では、図６に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明は一部省略する。
【００２０】
ＶＤＳが負の場合、ダイオード逆方向降伏電圧（−Ｖｂ）までは電流ＩＤＳはほぼ０になる。一方、ＶＤＳが正の場合は、ＦＥＴが単独で、かつＶＤＳが正の場合の特性と同様の電圧電流特性となる。この場合、ダイオード１２の立ち上がり電圧の影響で、ＶＤＳが小さい範囲で若干の非線形性が生じる。しかし、立ち上がり電圧が十分小さいダイオードを用いれば、この非線形性の影響は小さくできる。
【００２１】
上記した構成によれば、ＶＤＳの負電圧領域では主体的な状態が存在しないため、ＶＤＳの正電圧領域のみで動作する。その結果、ＶＤＳが負電圧の場合に発生するような非線形性の影響が排除され、良好な電力飽和特性をもつ可変減衰器が得られる。
【００２２】
たとえばＦＥＴの飽和特性は、一般に、ＶＤＳの増加に対してドレイン−ソース間抵抗が増加する特性で現れる。一方、ダイオードの非線形性は、ＶＤＳの増加に対して抵抗値が減少するという特性で現れる。したがって、ＦＥＴの特性およびダイオードの特性が互いに補償し合う形となり、大信号時の飽和特性が改善される。
【００２３】
図１では、ダイオード１２がドレイン端子Ｄに接続されているが、ダイオード１２をソース端子Ｓに直列に接続しても同様の効果が得られる。
【００２４】
次に、本発明の他の実施形態について図４を参照して説明する。図４では、図１に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明は一部省略する。
【００２５】
この実施形態では、入力側端子ＩＮおよび出力側端子ＯＵＴ間に、たとえば高周波信号が伝送する第１伝送線路１１ａおよび第３伝送線路１１ｃ、第２伝送線路１１ｂが順に接続されている。そして、これらの各伝送線路１１ａ、１１ｃ、１１ｂに並列に、ダイオード１２およびＦＥＴ１３が直列に接続された２つの直列接続回路１４ａ、１４ｂが第３伝送線路１１ｃの両端に接続されている。
【００２６】
このように、ダイオード１２およびＦＥＴ１３からなる複数の直列接続回路１４ａ、１４ｂを、高周波信号が伝送する伝送線路に並列に所定間隔で接続することもできる。
【００２７】
この場合も、制御端子Ｔに供給するゲート制御電圧Ｖｃの制御で、それぞれの直列接続回路１４ａ、１４ｂによって、各伝送線路１１ａ、１１ｃ、１１ｂを伝送する信号電力が制御され、伝送信号に通過損が発生し、可変減衰器として機能する。
【００２８】
上記した構成によれば、ＶＤＳの負電圧領域では主体的な状態は存在せず、正電圧領域のみで動作し、ＶＤＳが負電圧領域の場合に発生する非線形性の影響が排除され、良好な電力飽和特性を有する可変減衰器が得られる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、ＦＥＴを可変抵抗素子として用いた場合に、電力飽和特性が改善され、ダイナミックレンジの大きい可変減衰器が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための回路図である。
【図２】本発明の実施形態を説明するためのダイオードの電圧電流特性図である。
【図３】本発明の実施形態を説明するための特性図である。
【図４】本発明の他の実施形態を説明するための回路図である。
【図５】従来例を説明するための回路図である。
【図６】従来例を説明するための特性図である。
【符号の説明】
１１ａ…第１伝送線路
１１ｂ…第２伝送線路
１２…ダイオード
１３…ＦＥＴ
１４…直列接続回路
Ｄ…ドレイン
Ｓ…ソース
Ｇ…ゲート
【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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