(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部導体および上部導体を有する方形導波管と、
下部面が前記方形導波管の前記下部導体に接続されて前記方形導波管内に設けられ、前記下部面からの長さが４分の１波長よりも長い導体棒と、
前記導体棒を前記方形導波管の前記上部導体と離隔する離隔部と、
一端が、前記離隔部に対向する前記上部導体の端部に接続され、前記方形導波管内に設けられた前記導体棒に対向して所定間隔を有するように形成され、他端と前記下部導体との間にギャップ面が形成されるように前記一端から前記他端までの長さが略４分の１波長として形成された導体壁と、
一方が前記導体棒に接続され、他方が前記上部導体に接続され、前記導体棒と前記上部導体との電気的接続を切り替えるスイッチング素子と
を備えることを特徴とする導波管スイッチ。
【請求項２】
請求項１に記載の導波管スイッチにおいて、
前記下部導体は、前記方形導波管の下部面から前記方形導波管内に一部が隆起したリッジ部を有し、
前記導体棒は、前記リッジ部に設けられた下部導体に接続される
ことを特徴とする導波管スイッチ。
【請求項３】
請求項２に記載の導波管スイッチにおいて、
前記リッジ部を有する前記下部導体が形成された第１の誘電体基板と、
前記上部導体および前記導体壁が形成された第２の誘電体基板と
を備えることを特徴とする導波管スイッチ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の導波管スイッチにおいて、
前記スイッチング素子は、半導体スイッチまたはＭＥＭＳスイッチであることを特徴とする導波管スイッチ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の導波管スイッチを複数個用いて構成されることを特徴とする単極多投導波管スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良好な高周波伝送特性を実現する導波管スイッチおよび単極多投導波管スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５は、従来の導波管スイッチの斜視図である。また、図１６は、図１５に示した従来の導波管スイッチの上面図である。さらに、図１７は、図１５に示した従来の導波管スイッチのＡ−Ａ'線の断面図である。
【０００３】
図１５〜１７に示すように、従来の導波管スイッチは、誘電体基板１１０の表面に、誘電体基板１１０を挟んで対向するように形成された第１の導体層１２０ａと第２の導体層１２０ｂと、第１の導体層１２０ａと第２の導体層１２０ｂとを接続する導体により構成された誘電体導波管構造と、誘電体導波管構造の内部に、第１の導体層１２０ａと第２の導体層１２０ｂとを結ぶように設けられてビアホール１３０と、第１の導体層１２０ａと第２の導体層１２０ｂのいずれかのビアホール１３０の周囲に形成され、ビアホール１３０が形成されている導体層とビアホール１３０とを隔てるスリット１４０と、ビアホール１３０とスリット１４０が形成されている導体層との電気的な接続を切替えるスイッチング素子１５１、１５２を配置している。
【０００４】
これら図１５〜図１７のように構成される導波管スイッチにおいて、スリット１４０により周囲の導体層と隔てられたビアホール１３０は、スイッチング素子１５１、１５２による電気的な接続状態により共振周波数が変化する共振器として作用する。そこで、共振周波数を変化させ、所望の周波数帯において、信号の通過と反射を切替えていた。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２２９４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
従来の導波管スイッチは、導体層にスリット１４０を有することで、通過時の損失が大きくなる欠点があった。さらに、信号の通過と反射を切替えるのに共振周波数を用いているので、通過帯域が狭くなるという欠点があった。
【０００７】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、低損失、広帯域特性を実現することができる導波管スイッチを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る導波管スイッチは、下部導体および上部導体を有する方形導波管と、下部面が方形導波管の下部導体に接続されて方形導波管内に設けられ、下部面からの長さが４分の１波長よりも長い導体棒と、導体棒を方形導波管の上部導体と離隔する離隔部と、一端が、離隔部に対向する上部導体の端部に接続され、方形導波管内に設けられた導体棒に対向して所定間隔を有するように形成され、他端と前記下部導体との間にギャップ面が形成されるように前記一端から前記他端までの長さが略４分の１波長として形成された導体壁と、一方が導体棒に接続され、他方が上部導体に接続され、導体棒と上部導体との電気的接続を切り替えるスイッチング素子とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、下部導体に接続され、上部導体とはスイッチング素子により接続状態が切り替えられる導体棒と、離隔部に対向する上部導体の端部に接続され、導体棒に対向して所定間隔を有するように形成された長さが略４分の１波長の導体壁とを備えることにより、低損失、広帯域特性を実現することができる導波管スイッチを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の導波管スイッチの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における導波管スイッチの構成図である。また、図２は、本発明の実施の形態１における図１の導波管スイッチの上面図である。また、図３は、本発明の実施の形態１における図１の導波管スイッチのＸ−Ｘ'線の断面図である。さらに、図４は、本発明の実施の形態１における図１の導波管スイッチのＹ−Ｙ'線の断面図である。
【００１２】
図１〜図４に示した導波管スイッチは、方形導波管の下部導体２１および上部導体２２、導体棒３０、スリット４０、導体壁５０、第１のスイッチング素子６１〜第４のスイッチング素子６４で構成される。ここで、スリット４０は、上部導体２２と導体棒３０とを隔てるための離隔部に相当する。
【００１３】
次に、動作について説明する。
導体棒３０は、方形導波管の下部導体２１と接続され、上部導体２２とは、スリット４０により分離されている。導体壁５０は、上部導体２２のスリット４０に対する端面と接続され、長さＬが約４分の１波長で、導体棒３０から一定距離を介して形成されている。導体棒３０と導体壁５０は、導体棒３０を内導体、導体壁５０を外導体とする長さ４分の１波長の同軸ケーブルを形成する。
【００１４】
第１のスイッチング素子６１〜第４のスイッチング素子６４は、それぞれ、一方が上部導体２２と接続され、他方が導体棒３０と接続されている。第１のスイッチング素子６１〜第４のスイッチング素子６４がＯＦＦ状態のとき、同軸ケーブルの一方の端面であるスリット４０のスリット面では、オープン状態となる。
【００１５】
このとき、同軸ケーブルの他方の端面である導体壁５０の端面と下部導体２１との間で形成されるギャップ面Ａは、同軸ケーブルの長さが４分の１波長であるため、ショート状態となる。この結果、下部導体２１と上部導体２２が中央でショート状態となるため、導波管は、遮断状態となる。
【００１６】
一方、第１のスイッチング素子６１〜第４のスイッチング素子６４がＯＮ状態のとき、同軸ケーブルの一方の端面であるスリット４０のスリット面では、ショート状態となる。このとき、同軸ケーブルの他方の端面である導体壁５０の端面と下部導体２１で形成されるギャップ面Ａは、同軸ケーブルの長さが４分の１波長であるため、オープン状態となる。この結果、導波管は、通過状態となる。
【００１７】
このように、第１のスイッチング素子６１〜第４のスイッチング素子６４を切替えることで、導波管の遮断状態と通過状態を切替えることができる。この結果、通過状態でもスリットから放射される信号が軽減できるため、低損失となる。さらに、導波管の通過状態を同軸ケーブルのオープンを用いているため、通過状態の広帯域特性が得られる。
【００１８】
以上のように、実施の形態１によれば、下部導体に接続され、上部導体とはスイッチング素子により接続状態が切り替えられる導体棒と、離隔部に対向する上部導体の端部に接続され、導体棒に対向して所定間隔を有するように形成された長さが略４分の１波長の導体壁とを備えている。これにより、スイッチング素子を切替えることで、導波管スイッチの遮断状態と、低損失で広帯域な通過状態とを容易に実現することができる。
【００１９】
なお、スイッチング素子としては、半導体スイッチやＭＥＭＳスイッチを用いた場合でも、同様の効果を得ることができる。
【００２０】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２における導波管スイッチの構成図である。また、図６は、本発明の実施の形態２における図５の導波管スイッチの上面図である。また、図７は、本発明の実施の形態２における図５の導波管スイッチのＸ−Ｘ'線の断面図である。さらに、図８は、本発明の実施の形態２における図５の導波管スイッチのＹ−Ｙ'線の断面図である。
【００２１】
図５〜図８に示した導波管スイッチは、方形導波管の下部導体２１および上部導体２２、導体棒３０、リッジ部３１、スリット４０、導体壁５０、第１のスイッチング素子６１〜第４のスイッチング素子６４で構成される。先の実施の形態１の構成と比較すると、本実施の形態２の構成は、図７、図８の断面図に示されているように、リッジ部３１を備えている点が異なっている。
【００２２】
このリッジ部３１は、方形導波管の下部面から方形導波管内に一部が隆起した部分に相当し、下部導体の一部と考えることもできる。
【００２３】
次に、動作について説明する。
導体棒３０は、方形導波管の下部導体２１に形成されたリッジ部３１と接続され、上部導体２２とは、スリット４０により分離されている。導体壁５０は、上部導体２２のスリット４０に対する端面と接続され、長さＬが約４分の１波長で、導体棒３０から一定距離を介して形成されている。導体棒３０と導体壁５０は、導体棒３０を内導体、導体壁５０を外導体とする長さ４分の１波長の同軸ケーブルを形成する。
【００２４】
第１のスイッチング素子６１〜第４のスイッチング素子６４は、それぞれ、一方が上部導体２２と接続され、他方が導体棒３０と接続されている。第１のスイッチング素子６１〜第４のスイッチング素子６４がＯＦＦ状態のとき、同軸ケーブルの一方の端面であるスリット４０のスリット面では、オープン状態となる。
【００２５】
このとき、同軸ケーブルの他方の端面である導体壁５０の端面とリッジ部３１で形成されるギャップ面Ａは、同軸ケーブルの長さが４分の１波長であるため、ショート状態となる。この結果、リッジ部３１と上部導体２２が中央でショート状態となるため、導波管は、遮断状態となる。
【００２６】
一方、第１のスイッチング素子６１〜第４のスイッチング素子６４がＯＮ状態のとき、同軸ケーブルの一方の端面であるスリット４０のスリット面では、ショート状態となる。このとき、同軸ケーブルの他方の端面である導体壁５０の端面とリッジ部３１で形成されるギャップ面Ａは、同軸ケーブルの長さが４分の１波長であるため、オープン状態となる。この結果、導波管は、通過状態となる。
【００２７】
このように、リッジ部を設けることによっても、先の実施の形態１と同様に、第１のスイッチング素子６１〜第４のスイッチング素子６４を切替えることで、導波管の遮断状態と通過状態を切替えることができる。この結果、通過状態でもスリットから放射される信号が軽減できるため、低損失となる。さらに、導波管の通過状態を同軸ケーブルのオープンを用いているため、通過状態の広帯域特性が得られる。
【００２８】
導体棒３０の長さは、先の実施の形態１の図１に示したように、導体壁５０の長さＬと、導体壁５０の端面と下部導体２１で形成されるギャップ面Ａによって規定され、自ずと上部導体２２と下部導体２１とのギャップも規定される。しかしながら、リッジ部３１を設けることにより、上部導体２２と下部導体２１とのギャップを導体棒３０の長さよりも長くした上で、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
以上のように、実施の形態２によれば、リッジ部を設けることによっても、先の実施の形態１と同様に、スイッチング素子を切替えることで、導波管スイッチの遮断状態と、低損失で広帯域な通過状態とを容易に実現することができる。これにより、上部導体と下部導体とのギャップ長を、規定された導体棒の長さよりも長くでき、設計自由度が増すこととなる。
【００３０】
なお、スイッチング素子としては、半導体スイッチやＭＥＭＳスイッチを用いた場合でも、同様の効果を得ることができる。
【００３１】
実施の形態３．
本実施の形態３では、先の実施の形態２で説明したリッジ部の構造を備えた導波管スイッチの具体例として、誘電体基板を用いた導波管スイッチについて説明する。
【００３２】
図９は、本発明の実施の形態３における導波管スイッチの構成図である。また、図１０は、本発明の実施の形態３における図９の導波管スイッチの上面図である。また、図１１は、本発明の実施の形態３における図９の導波管スイッチのＸ−Ｘ'線の断面図である。さらに、図１２は、本発明の実施の形態３における図９の導波管スイッチのＹ−Ｙ'線の断面図である。
【００３３】
図９〜図１２に示した導波管スイッチは、第１の誘電体基板１１、第２の誘電体基板１２、方形導波管の下部導体２１および上部導体２２、導体棒３０、リッジ部３１ａ、スリット４０、導体壁５０、第１のスイッチング素子６１〜第４のスイッチング素子６４、第１の接続導体７１〜第４の接続導体７４で構成される。
【００３４】
先の実施の形態２の構成と比較すると、本実施の形態３の構成は、第１の誘電体基板１１、第２の誘電体基板１２、および第１の接続導体７１〜第４の接続導体７４をさらに備え、第１の誘電体基板１１の隆起構造としてリッジ部３１ａを構成している点が異なっている。
【００３５】
ここで、第１の接続導体７１〜第４の接続導体７４は、上部導体２２と第１のスイッチング素子６１〜第４のスイッチング素子６４のそれぞれとを接続する導体である。また、方形導波管の下部導体２１と上部導体２２、リッジ部３１ａ、および導体壁５０は、第１の誘電体基板１１、第２の誘電体基板１２にＭＥＭＳ技術を用いてｃａｖｉｔｙ構造を形成し、導体をメッキすることで製造されている。また、導体棒３０、および第１の接続導体７１〜第４の接続導体７４は、貫通構造を用いてそれぞれ製造されている。
【００３６】
次に、動作について説明する。
導体棒３０は、方形導波管の第１の誘電体基板１１における突起構造部に相当するリッジ部３１ａ上に形成された下部導体２１と接続され、上部導体２２とは、スリット４０により分離されている。導体壁５０は、上部導体２２の端面と接続され、長さＬが約４分の１波長で、導体棒３０から一定距離を介して形成されている。導体棒３０と導体壁５０は、導体棒３０を内導体、導体壁５０を外導体とする長さ４分の１波長の同軸ケーブルを形成する。
【００３７】
第１のスイッチング素子６１〜第４のスイッチング素子６４は、それぞれ、第１の接続導体７１〜第１の接続導体７４を介して、一方が上部導体２２と接続され、他方が導体棒３０と接続されている。第１のスイッチング素子６１〜第４のスイッチング素子６４がＯＦＦ状態のとき、同軸ケーブルの一方の端面であるスリット４０のスリット面では、オープン状態となる。
【００３８】
このとき、同軸ケーブルの他方の端面である導体壁５０の端面とリッジ部３１ａ上の下部導体２１で形成されるギャップ面Ａは、同軸ケーブルの長さが４分の１波長であるため、ショート状態となる。この結果、リッジ部３１ａ上の下部導体２１と上部導体２２が中央でショート状態となるため、導波管は、遮断状態となる。
【００３９】
一方、第１のスイッチング素子６１〜第４のスイッチング素子６４がＯＮ状態のとき、同軸ケーブルの一方の端面であるスリット４０のスリット面では、ショート状態となる。このとき、同軸ケーブルの他方の端面である導体壁５０の端面とリッジ部３１ａ上の下部導体２１で形成されるギャップ面Ａは、同軸ケーブルの長さが４分の１波長であるため、オープン状態となる。この結果、導波管は、通過状態となる。
【００４０】
このように、規定された導体棒３０の長さに合わせて形成されたリッジ部３１ａを有する誘電体基板を用いた導波管スイッチによっても、第１のスイッチング素子６１〜第４のスイッチング素子６４を切替えることで、導波管の遮断状態と通過状態を切替えることができる。この結果、通過状態でもスリットから放射される信号が軽減できるため、低損失となる。さらに、導波管の通過状態を同軸ケーブルのオープンを用いているため、通過状態の広帯域特性が得られる。
【００４１】
以上のように、実施の形態３によれば、リッジ部を有する誘電体基板を用いた導波管スイッチによっても、スイッチング素子を切替えることで、導波管スイッチの遮断状態と、低損失で広帯域な通過状態とを容易に実現することができる。これにより、上部導体と下部導体とのギャップ長を、規定された導体棒の長さよりも長くした上で、誘電体基板を用いた導波管スイッチを設計することができ、設計自由度が増すこととなる。
【００４２】
なお、スイッチング素子としては、半導体スイッチやＭＥＭＳスイッチを用いた場合でも、同様の効果が得られる。
【００４３】
実施の形態４．
本実施の形態４では、単極双投導波管スイッチについて説明する。図１３は、本発明の実施の形態４における単極双投導波管スイッチの構成図である。図１３に示した単極双投導波管スイッチは、第１の導波管スイッチ１、第２の導波管スイッチ２、入力端子８１、第１の出力端子８２、第２の出力端子８３で構成される。ここで、第１の導波管スイッチ１および第２の導波管スイッチ２は、先の実施の形態１で説明した導波管スイッチに相当する。
【００４４】
次に、動作について説明する。
第１の導波管スイッチ１がＯＮ状態、第２の導波管スイッチ２がＯＦＦ状態の場合には、入力端子８１から入力された高周波信号は、第２の出力端子８３側がショート状態となるため、第１の出力端子８２に出力される。
【００４５】
一方、第１の導波管スイッチ１がＯＦＦ状態、第２の導波管スイッチ２がＯＮ状態の場合には、入力端子８１から入力された高周波信号は、第１の出力端子８２側がショート状態となるため、第２の出力端子８３に出力される。
【００４６】
以上のように、実施の形態４によれば、導波管スイッチを切替えることで、単極多投スイッチを構成することができる。
【００４７】
なお、上述の説明では、単極多投スイッチに用いられる導波管スイッチとして先の実施の形態１で説明した導波管スイッチを適用する場合について説明したが、先の実施の形態２または３で説明した導波管スイッチを適用することもでき、この場合にも、同様な効果が得られる。
【００４８】
また、図１３においては、単極双投スイッチに限って説明したが、先の実施の形態１〜３で説明した導波管スイッチを組み合わせることによって、単極多投スイッチを構成してもよい。図１４は、本発明の実施の形態４における単極多投導波管スイッチの構成図であり、１個の入力端子８１、４個の出力端子８２〜８５、６個の導波管スイッチ１〜６で構成される。図１４における導波管スイッチ１〜６として、先の実施の形態１〜３で説明した導波管スイッチのいずれかを適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態１における導波管スイッチの構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における図１の導波管スイッチの上面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における図１の導波管スイッチのＸ−Ｘ'線の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における図１の導波管スイッチのＹ−Ｙ'線の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２における導波管スイッチの構成図である。
【図６】本発明の実施の形態２における図５の導波管スイッチの上面図である。
【図７】本発明の実施の形態２における図５の導波管スイッチのＸ−Ｘ'線の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２における図５の導波管スイッチのＹ−Ｙ'線の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３における導波管スイッチの構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における図９の導波管スイッチの上面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における図９の導波管スイッチのＸ−Ｘ'線の断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における図９の導波管スイッチのＹ−Ｙ'線の断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４における単極双投導波管スイッチの構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態４における単極多投導波管スイッチの構成図である。
【図１５】従来の導波管スイッチの斜視図である。
【図１６】従来の導波管スイッチの上面図である。
【図１７】従来の図１５の導波管スイッチのＡ−Ａ'線の断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１〜６  導波管スイッチ、１１  第１の誘電体基板、１２  第２の誘電体基板、２１  下部導体、２２  上部導体、３０  導体棒、３１、３１ａ  リッジ部、４０  スリット（離隔部）、５０  導体壁、６１〜６４  スイッチング素子、７１〜７４  接続導体、８１  入力端子、８２〜８５  出力端子。
【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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