(57)【要約】  【課題】  非放射性誘電体線路用の振幅変調器として、オンの時の損失が抑制され、良好なスイッチ特性を有するものを提供する。  【解決手段】  平行平板導体間に、高周波信号を伝搬させる誘電体線路１，２と、誘電体線路２の先端に設置された基板４上に幅の広い線路５ｂと幅の狭い線路５ａとを交互に形成して成るチョーク型バイアス供給線路５の途中に接続された線路導体６の途中の途切れた部位にＰＩＮダイオード３を接続したミリ波変調用スイッチと、誘電体線路２の先端部の延長方向上にＰＩＮダイオード３を透過したミリ波信号を終端するように配置された無反射終端器９とを具備しており、ＰＩＮダイオード３が誘電体線路２の端面に対向するように設置されており、ミリ波変調用スイッチは、基板４上のＰＩＮダイオード３の片側または両側に島状導体７が形成されている振幅変調器（ＡＳＫ変調器Ｍ１）である。オン時の損失を小さくすることができる。【選択図】  図２
2005159736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、前記高周波信号を伝搬させる誘電体線路と、該誘電体線路の先端に設置された基板上に幅の広い線路と幅の狭い線路とを交互に形成して成るチョーク型バイアス供給線路の途中に接続された線路導体の途中の途切れた部位に高周波変調用素子を接続用導体を介して接続した高周波変調用スイッチと、前記誘電体線路の前記先端部の延長方向上に前記高周波変調用素子を透過した前記高周波信号を終端するように配置された無反射終端器とを具備しており、前記高周波変調用素子が前記誘電体線路の端面に対向するように設置されている非放射性誘電体線路用の振幅変調器において、前記高周波変調用スイッチは、前記基板上の前記高周波変調用素子の片側または両側に島状導体が形成されていることを特徴とする非放射性誘電体線路用の振幅変調器。
【請求項２】
前記線路導体の幅が、前記チョーク型バイアス供給線路の前記幅の狭い線路よりも広く、前記幅の広い線路よりも狭くなっていることを特徴とする請求項１記載の非放射性誘電体線路用の振幅変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非放射性誘電体線路を用いたミリ波集積回路やミリ波レーダモジュール等に組み込まれる、ミリ波信号を振幅変調する振幅変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロ波やミリ波等の高周波信号を伝送する非放射性誘電体線路（Non-Radiative Dielectric Waveguide、以下、ＮＲＤガイドともいう。）を用いた振幅変調器に関する技術が提案されている。従来の振幅変調器の例について、図５乃至図７を用いて説明する。図５はＮＲＤガイドの基本的構成を示す部分破断斜視図、図６（ａ）および（ｂ）はそれぞれＮＲＤガイドを用いた振幅変調器の基本的構成の例を示す斜視図および平面図、図７は図６に示す振幅変調器を構成する基板の例を示す平面図である。
【０００３】
振幅変調器を構成するＮＲＤガイドの基本的構成は、図５に示すように、所定の間隔ａをもって平行に配置された平行平板導体11，12間に、断面が長方形等の矩形状の誘電体線路13を、間隔ａを高周波信号の波長λに対してａ≦λ／２として配置したものである。これにより、外部から誘電体線路13へのノイズの侵入をなくし、かつ外部への高周波信号の放射をなくして、誘電体線路13中で高周波信号をほとんど損失なく伝搬させることができる。なお、波長λは使用周波数における空気中（自由空間）での高周波信号の波長である。このようなＮＲＤガイドは、例えば70ＧＨｚ程度のミリ波帯の高周波信号の伝送に好適に用いることができ、これに種々のミリ波帯用の高周波装置を組み込んで回路を形成したミリ波回路が開発されている。
【０００４】
次に、このようなＮＲＤガイドを用いた振幅変調器の一種であるＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調器の基本的構成の例を図６に示す（非特許文献１を参照）。なお、図６において、ＮＲＤガイドを構成する平行平板導体は図示を省略している。
【０００５】
図６において、20は高周波信号（電磁波）を伝搬させる四フッ化エチレン，ポリスチレン等から成る誘電体線路であり、この誘電体線路20の一端面には、所定の空隙21をあけて、同じく四フッ化エチレン，ポリスチレン等から成る他の誘電体線路22が配置され、さらにその端面に誘電体線路20，22とは比誘電率の異なるアルミナセラミックス等から成る誘電体シート23が配置されている。そして、誘電体シート23を介して、ダイオード25が実装された基板26が配置される。
【０００６】
このダイオード25が実装された基板26は、図７に示すように、基板26上に銅箔等から成るチョーク型バイアス供給線路24が形成されており、そのチョーク型バイアス供給線路24の途中に高周波変調用素子であるショットキーバリアダイオード（Schottky Barrier Diode、以下、ＳＢＤともいう。）等のダイオード25が実装されて接続されている。
【０００７】
なお、図６に示した振幅変調器の基本的構成の中では、空隙21および誘電体シート23は、誘電体線路20と基板26上のダイオード25の実装部との間のインピーダンス整合手段として働く。また、チョーク型バイアス供給線路24はチョークインダクタとして働き、ダイオード25、ここではＳＢＤは、高周波信号を検波する手段として働く。
【０００８】
以上のように構成された振幅変調器は、次のように動作する。誘電体線路20を伝搬した高周波信号は、その先の空隙21，誘電体線路22および誘電体シート23を通じて基板26上のＳＢＤ25に入射すると、ＳＢＤ25に順方向にバイアス電圧をかけたときには、ＳＢＤ25にその高周波信号の電磁波による検波電流が流れ、その高周波信号はＳＢＤ25に吸収される。一方、無バイアスまたはＳＢＤ25に逆方向バイアス電圧が印加されたときには検波電流は流れず、高周波信号はＳＢＤ25で反射され、再び誘電体線路20へ戻って出力される。このようにして、ＳＢＤ25に順方向または逆方向のバイアス電圧を印加することにより、それに対応して高周波信号に振幅変調（パルス変調）を施すことができる。なお、振幅変調の度合いを大きくすると、スイッチング制御することもできる。
【０００９】
このようなＮＲＤガイド用の振幅変調器においては、ＳＢＤ25と誘電体線路20とのインピーダンス整合をとることが重要であり、それを解決する構成として、チョーク型バイアス供給線路24のＳＢＤ25が接続される電極間の隙間を狭くし、電極のインピーダンスをＳＢＤ25と同程度に低く設定する構成が提案されている（例えば、非特許文献２を参照。）。また、ＳＢＤ25等の高周波変調用素子を実装した基板26のチョーク型バイアス供給線路24の終端部に整合用の反射線路を接続し、さらにその終端面に反射部材を張り合わせた構成が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【００１０】
さらに、本出願人は、特願2002−375752において、高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、前記高周波信号を伝搬させる誘電体線路と、この誘電体線路の途中に挿置されるかまたは一端に設置された、配線基板上に幅の広い線路と幅の狭い線路とを交互に形成して成るチョーク型バイアス供給線路の前記幅の広い線路の途中の途切れた部位に高周波変調用素子を接続用導体を介して接続した高周波変調用スイッチとを具備しており、前記高周波変調用素子が前記誘電体線路の端面に対向するように設置されている非放射性誘電体線路用の振幅変調器において、前記高周波変調用スイッチは、前記接続用導体と前記チョーク型バイアス供給線路との間に、前記接続用導体よりも幅が広く前記幅の広い線路よりも幅が狭い直線状の線路導体が形成されていることを特徴とする非放射性誘電体線路用の高周波変調器を提案した。
【００１１】
また、前述のようなＳＢＤ25を用いた振幅変調器に関する技術に対して、高周波変調用素子として高周波信号に対して検波作用を有していないＰＩＮダイオードを用いた振幅変調器に関する技術についても、例えば、特許文献２に開示されている。
【非特許文献１】黒木太司、外４名（Futoshi Kuroki，Masayuki Sugioka，Shinji Matsukawa，Kengo Ikeda，and T．Yoneyama），“ハイ−スピード・ＡＳＫ・トランシーバ・ベースト・オン・ザ・ＮＲＤ−ガイド・テクノロジー・アット・60ＧＨｚ・バンド（High-Speed ASK Transceiver Based on the NRD-Guide Technology at 60-GHz Band）”，アイイーイーイー・トランザクション・オン・マイクロウエーブ・セオリー・アンド・テクニクス（IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniqes），（米国），アイイーイーイー（IEEE），第46巻，第６号，1998年６月，p.806−810
【非特許文献２】黒木  太司、向井  友幸、米山  務、「ＮＲＤガイドビームリードダイオード回路素子の広帯域化と低損失化」、1998年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会講演論文集，社団法人電子情報通信学会，1998年９月７日発行，Vol.１，Ｃ−２−25，ｐ．51
【特許文献１】特開平８−181511号公報
【特許文献２】特開平10−270944号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、高周波変調用素子としてＳＢＤを用いた従来の振幅変調器では、検波電流の増減に従ってＳＢＤに流れるバイアス電流が変動することとなり、それにより変調出力として取り出される高周波信号の強度が変動するという問題点があった。
【００１３】
通常、ミリ波信号に対する振幅変調器にはガン発振器等で発生させたミリ波信号が入力されるが、一般的には入力されるミリ波信号の強度は変動するので、それに従ってＳＢＤの検波電流が変動し、結果として検波電流を含むＳＢＤのバイアス電流も変動することとなる。ところが、ＳＢＤに流れるバイアス電流の大きさによってＳＢＤにより反射されて出力されるミリ波信号の強度が変化するので、その結果、ガン発振器の出力の不安定性がそのままミリ波変調器の出力特性の不安定性につながってしまうという問題点があった。そして、これによって、例えば振幅変調器がミリ波信号のＡＳＫ変調器として用いられる場合であれば、ミリ波変調出力のオン状態の強度とオフ状態の強度との比で表されるオン／オフ比特性（スイッチ特性）が不安定になってしまうという深刻な問題点が引き起こされていた。
【００１４】
また、高周波変調用素子としてＰＩＮダイオードを用いた従来の振幅変調器では、特許文献２に開示されているように、ＰＩＮダイオードはミリ波帯の高周波信号に対して検波作用を有していないので、ＳＢＤを用いた振幅変調器における前述の問題点はないが、ＰＩＮダイオードに順方向バイアス電圧を印加したときに高周波信号はＰＩＮダイオードで吸収されずに透過するため、その透過した高周波信号を受けるよう誘電体線路を介してに無反射終端器を設けて終端する必要がある。ところが、従来の振幅変調器におけるＰＩＮダイオードが実装された基板では、本出願人が特願2002−375752で提案したものも含めて、ＰＩＮダイオードに逆方向バイアス電圧を印加してほとんどの高周波信号をＰＩＮダイオードで反射させようとするときに、高周波信号の一部がダイオード周辺のチョーク型バイアス供給線路を介して無反射終端器側に結合し、無反射終端器に漏洩してしまうため、振幅変調器がオンの時の損失がＳＢＤを用いた振幅変調器よりも大きくなるという問題点があった。
【００１５】
以上のように、従来の振幅変調器では、ＡＳＫ変調等のミリ波変調が不十分なものとなり、変調器特性として重要なオンの時の損失が大きくなり、ミリ波レーダ等に適用した際に探知できる距離が短くなったり、探知精度が悪くなったりするという問題点があった。
【００１６】
本発明は上記のような従来の技術における問題点を解決すべく案出されたものであり、その目的は、非放射性誘電体線路を用いたミリ波送受信器に使用される振幅変調器として、オンの時の損失を抑制することができ、良好なスイッチ特性を有する非放射性誘電体線路用の振幅変調器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の非放射性誘電体線路用の振幅変調器は、高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、前記高周波信号を伝搬させる誘電体線路と、この誘電体線路の先端に設置された基板上に幅の広い線路と幅の狭い線路とを交互に形成して成るチョーク型バイアス供給線路の途中に接続された線路導体の途中の途切れた部位に高周波変調用素子を接続用導体を介して接続した高周波変調用スイッチと、前記誘電体線路の前記先端部の延長方向上に前記高周波変調用素子を透過した前記高周波信号を終端するように配置された無反射終端器とを具備しており、前記高周波変調用素子が前記誘電体線路の端面に対向するように設置されている非放射性誘電体線路用の振幅変調器において、前記高周波変調用スイッチは、前記基板上の前記高周波変調用素子の片側または両側に島状導体が形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の非放射性誘電体線路用の振幅変調器は、上記構成において、前記線路導体の幅が、前記チョーク型バイアス供給線路の前記幅の狭い線路よりも広く、前記幅の広い線路よりも狭くなっていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の非放射性誘電体線路用の振幅変調器によれば、高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、高周波信号を伝搬させる誘電体線路と、この誘電体線路の先端に設置された基板上に幅の広い線路と幅の狭い線路とを交互に形成して成るチョーク型バイアス供給線路の途中に接続された線路導体の途中の途切れた部位に高周波変調用素子を接続用導体を介して接続した高周波変調用スイッチと、誘電体線路の先端部の延長方向上に高周波変調用素子を透過した高周波信号を終端するように配置された無反射終端器とを具備しており、高周波変調用素子が誘電体線路の端面に対向するように設置されている非放射性誘電体線路用の振幅変調器において、高周波変調用スイッチは、基板上の高周波変調用素子の片側または両側に島状導体が形成されていることから、チョーク型バイアス供給線路から離れて高周波変調用素子の片側または両側に形成された島状導体と線路導体およびチョーク型バイアス供給線路の高周波変調用素子の近傍との間で容量（キャパシタンス）が形成され、この容量が、高周波信号の電界を閉じこめて高周波信号の電界が無反射終端器側に漏れないように働くので、高周波信号が無反射終端器側に結合しにくくなり、オンの時の損失を抑制することができるものとなる。
【００２０】
また、本発明の非放射性誘電体線路用の振幅変調器によれば、線路導体の幅が、チョーク型バイアス供給線路の幅の狭い線路よりも広く、チョーク型バイアス供給線路の幅の広い線路よりも狭くなっているときには、誘電体線路の先端に設置された基板のインピーダンスを誘電体線路に伝搬する高周波信号から見て誘導性にできるのに加えて容量性にもできるため、これによって誘電体線路と高周波変調用素子が接続された基板の誘電体線路が対向する部分とがインピーダンス整合するように調節できるので、様々なインピーダンスを有する高周波変調用素子に対して所望の動作周波数で広帯域にインピーダンス整合が行なえるものとなる。その結果、高周波変調用素子が接続された基板の誘電体線路が対向する部分における高周波信号の反射を小さくすることができ、オフの時の減衰が大きくとれて、オン／オフ比特性を向上させることができるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の非放射性誘電体線路用の振幅変調器の実施の形態の例について、ＡＳＫ変調器を例にとって以下に詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の非放射性誘電体線路用の振幅変調器の実施の形態の一例としてのＡＳＫ変調器Ｍ１を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図である。図１において、１，２は誘電体線路、３はＰＩＮダイオード、４はＰＩＮダイオード３を設ける基板、９は無反射終端器である。また、図２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１に示すＡＳＫ変調器Ｍ１の構成要素である基板の例を示す平面図である。図２において、３は高周波変調用素子としてのＰＩＮダイオード、４はＰＩＮダイオード３を設ける基板、５，６および７はそれぞれ基板４上に形成されたチョーク型バイアス供給線路，線路導体および導体パターンである。なお、図１および図２において、平行平板導体は図示していない。
【００２３】
図１および図２に示す本発明の実施の形態の一例であるＡＳＫ変調器Ｍ１は、高周波信号ここではミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、ミリ波信号を伝搬させる誘電体線路１，２と、誘電体線路２の先端に設置された基板４上に幅の広い線路５ｂと幅の狭い線路５ａとを交互に形成して成るチョーク型バイアス供給線路５の途中に接続された線路導体６の途中の途切れた部位にＰＩＮダイオード３を接続用導体を介して接続したミリ波変調用スイッチと、誘電体線路２の先端部の延長方向上にＰＩＮダイオード３を透過したミリ波信号を終端するように配置された無反射終端器９とを具備しており、ＰＩＮダイオード３が誘電体線路２の端面に対向するように設置されている。そして、このミリ波変調用スイッチは、基板４上のＰＩＮダイオード３の片側または両側の、ＰＩＮダイオード３の通電方向に垂直な方向にチョーク型バイアス供給線路５から離れたところに、島状導体７が形成されている。なお、図２に示す例では、島状導体７はＰＩＮダイオード３の両側に形成している。
【００２４】
ＰＩＮダイオード３は、線路導体６の途中の途切れた部位の各端部に導体バンプ等の接続用導体（図示せず）を介して接続されている。また、ＰＩＮダイオード３は、そのバイアス電圧印加方向がＮＲＤガイドを伝搬するミリ波信号のＬＳＭモードの電磁波の電界方向（図１（ａ）に矢印で示す。）に合致するように配置される。なお、このＰＩＮダイオード３は高周波信号に対して検波作用を有していない高周波変調用素子である。
【００２５】
誘電体線路１，２の材料は、四フッ化エチレン，ポリスチレン等の樹脂、または低比誘電率のコーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）セラミックス，アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックス，ガラスセラミックス等のセラミックスが好ましく、これらはミリ波帯域において低損失である。また、ＰＩＮダイオード３はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）製のものが好ましく、これは応答速度が速く急峻な振幅変調を行なうのに適している。
【００２６】
また、基板４は、四フッ化エチレン，ポリスチレン，ガラスセラミックス，ガラスエポキシ樹脂，エポキシ樹脂等から成る板状の基体の一主面に、アルミニウム（Ａｌ），金（Ａｕ），銅（Ｃｕ）等から成るストリップ導体等によるチョーク型バイアス供給線路５，線路導体６および導体パターン７を形成したものが使用される。
【００２７】
ＮＲＤガイド用の平行平板導体には、高い電気伝導度および良好な加工性等の点で、銅，アルミニウム，鉄（Ｆｅ），銀（Ａｇ），金（Ａｕ），白金（Ｐｔ），ＳＵＳ（ステンレススチール），真鍮（Ｃｕ−Ｚｎ合金）等の金属から成る導体板が好適である。あるいは、セラミックス，樹脂等から成る絶縁板の表面にこれらの金属から成る導体層を形成したものでもよい。
【００２８】
なお、本発明でいう高周波信号の周波数帯域は、数10〜数100ＧＨｚ帯域のマイクロ波帯域およびミリ波帯域に相当し、例えば30ＧＨｚ以上、特に50ＧＨｚ以上、さらには70ＧＨｚ以上の高周波帯域が好適である。特に、76〜77ＧＨｚが好ましく、本発明のＡＳＫ変調器Ｍ１を作動周波数が76〜77ＧＨｚ程度である自動車用のミリ波レーダモジュール等のミリ波送受信器に用いた場合には、ＰＩＮダイオードを用いた振幅変調器は上記の通り入力される高周波信号の出力が変化しても安定に動作するので、高周波発振器の出力が温度等で変化しても、安定な振幅変調特性が得られるものとなる。
【００２９】
図１および図２に示す本発明の振幅変調器の実施の形態の一例であるＡＳＫ変調器Ｍ１は、次の通りに動作する。ＡＳＫ変調器Ｍ１において、誘電体線路１の一端側から入射した波長λのミリ波信号は、誘電体線路１の他端に接続された誘電体線路２を介してＰＩＮダイオード３に電磁的に入射される。そして、線路導体６に接続されたチョーク型バイアス供給線路５に電圧を印加することによってＰＩＮダイオード３にバイアス電圧が供給され、バイアス電圧をオン−オフすることによって、ＰＩＮダイオード３でミリ波信号を吸収させたり、反射させたりすることができる。これによりミリ波信号をＡＳＫ変調もしくはスイッチング制御することができる。
【００３０】
そして、このＡＳＫ変調器Ｍ１では、誘電体線路２の先端部の延長方向上にＰＩＮダイオード３を透過したミリ波信号を終端するように配置された無反射終端器９を具備しており、ＰＩＮダイオード３が誘電体線路２の端面に対向するように設置されており、基板４上のＰＩＮダイオード３の近傍の、ＰＩＮダイオード３への通電方向に垂直な方向の片側または両側のチョーク型バイアス供給線路５からは離れたところに、島状導体７が形成されていることから、ＰＩＮダイオード３の片側または両側の島状導体７と線路導体６との間で容量（キャパシタンス）が形成され、この容量が、ミリ波信号の電界を閉じこめてミリ波信号の電界が無反射終端器９側に漏れないように働くので、ミリ波信号が無反射終端器９に結合しなくなり、オンの時の損失を抑制することができるものとなる。
【００３１】
このことについて、本発明の実施の形態の一例であるＡＳＫ変調器Ｍ１およびその比較用としての従来のＡＳＫ変調器について電磁界シミュレーションモデルによってそのシミュレーション結果である電界強度分布を調べたところ、従来のＡＳＫ変調器では、電界の強い領域がＰＩＮダイオード実装部から無反射終端器側に広がっているのに対して、ＡＳＫ変調器Ｍ１では、電界の強い領域がＰＩＮダイオード３実装部から無反射終端部９側に従来のＡＳＫ変調器よりも広がっておらず、誘電体線路１，２からＰＩＮダイオード３へ入射されたミリ波信号の無反射終端器９側への結合が抑制されていることが確認できた。このようにミリ波信号の無反射終端器９側への結合が抑制されるのは、基板４上のＰＩＮダイオード３の両側に島状導体７が形成されていることによるものであり、線路導体６と島状導体７との間に容量（キャパシタンス）が形成されることによるものである。また、島状導体７がＰＩＮダイオード３の片側に形成されている場合についても同様に調べたところ、同じようにミリ波信号の無反射終端器９側への結合が抑制されていることが確認できた。
【００３２】
従って、基板４上のＰＩＮダイオード３の片側または両側に島状導体７を形成することによって、このような無反射終端器９を必要とするＡＳＫ変調器において、ミリ波信号がＡＳＫ変調器がオンの時に無反射終端器９に結合するのを効果的に抑制することができ、オン時の損失を簡便な構成で効果的に抑制することができるものとなる。
【００３３】
島状導体７は、基板４上にＰＩＮダイオード（高周波変調用素子）３，チョーク型バイアス供給線路５および線路導体６から独立して形成された導体パターンであり、その形状，寸法および配置は、これらにより後述するＰＩＮダイオード３と誘電体線路１，２とのインピーダンス整合にも影響が及ぶので、このインピーダンス整合と、ＡＳＫ変調器Ｍ１がオンの時の損失との両方を考慮して決める。形状については、図２に示したような矩形の他にも円形，楕円形，多角形またはこれらを複数組み合わせてできる複雑な形状であってもよい。また、その寸法および配置は、例えば島状導体７の面積を大きくするか、または島状導体７と線路導体６との間隔を狭くすると、線路導体６と島状導体７との間の容量値が大きくなり、その逆にするとその容量値が小さくなるので、その容量値がインピーダンス整合とオン時の損失との両方を適切に満たすようにそれら寸法および配置を調節すればよい。
【００３４】
なお、ＰＩＮダイオード（高周波変調用素子）３は基板４上に複数個を配置してもよく、その場合には島状導体７も各ＰＩＮダイオード（高周波変調用素子）３の片側または両側に形成すればよく、それによって、それぞれの配置に対応した容量を分布させて各々についてオンの時の損失を抑制することができるものとなる。
【００３５】
本発明の振幅変調器の実施の形態の一例であるＡＳＫ変調器Ｍ１では、線路導体６の幅が、チョーク型バイアス供給線路５の幅の狭い線路５ａよりも広く、チョーク型バイアス供給線路５の幅の広い線路５ｂよりも狭くなっている。
【００３６】
これによって、誘電体線路２の先端に設置された基板４のインピーダンスを誘電体線路２に伝搬する高周波信号から見て誘導性にできるのに加えて容量性にもできるため、これによって誘電体線路２とＰＩＮダイオード３等の高周波変調用素子が接続された基板４の誘電体線路２が対向する部分とがインピーダンス整合するように調節できるので、様々なインピーダンスを有するＰＩＮダイオード３等の高周波変調用素子に対し、所望の動作周波数で広帯域にインピーダンス整合を行なえるものとなる。その結果、ＰＩＮダイオード３が接続された基板４の誘電体線路２が対向する部分におけるミリ波信号の反射を小さくすることができ、オフの時の減衰が大きくとれて良好なオン／オフ比特性を有するものとなる。
【００３７】
このことについて、次に詳細に説明する。まず、インピーダンス整合について考える上で、ＰＩＮダイオード３の特性を知ることが重要である。図３（ａ）に、ＰＩＮダイオード３の電気的な等価回路を回路図で示す。ＰＩＮダイオード３の順方向バイアス時のインピーダンスＺｄ１は、
Ｚｄ１＝Ｒｓ＋Ｒｊ＋ｊω・Ｌｂ
で表される。ただし、ＲｓはＰＩＮダイオード３を構成する半導体基板（通常はｎ＋ドープ層である。）の抵抗とエピタキシャル層（ｎ層）の抵抗とバックコンタクトの抵抗とが直列に接続された合成抵抗、Ｒｊは接合部の非線形抵抗、Ｌｂは接合部へのコンタクト配線であるリードのインダクタンスである。
【００３８】
また、図３（ａ）に示すようにＰＩＮダイオード３の無バイアス時のインピーダンスＺｄ０は、
Ｚｄ０＝Ｒｊ／（１＋ｊω・Ｒｊ・Ｃｊ）＋Ｒｓ＋ｊω・Ｌｂ
で表される。ただし、Ｃｊは接合部の電気的な容量（キャパシタンス）である。
【００３９】
また、ＰＩＮダイオード３の遮断周波数ｆｃは、
ｆｃ＝１／（２π・Ｃｊ・Ｒｓ）
で表される。
【００４０】
これらＰＩＮダイオード３の特性を決めるパラメータのうち、動作周波数を決める遮断周波数ｆｃが最も重要なので、通常、それが初めに決められる。一般的に、遮断周波数ｆｃを大きくするためにはＣｊ，Ｒｓともに小さくすることが要求される。このうちＲｓは、キャリア密度とキャリアの移動度とによって決まる値であるが、移動度は半導体材料に固有の値で決まっており、通常の設計では、キャリア密度についてしか変える余地がない。ところが、キャリア密度はＣｊにも影響を与える値であって、Ｒｓが小さくなるようにキャリア密度を設定すると、逆にＣｊが大きくなってしまう傾向にある。そのため、動作周波数を高くするときには、Ｃｊを小さくするような設計が行なわれるのが一般的である。
【００４１】
ＡＳＫ変調器Ｍ１では、ＰＩＮダイオード３を高速に振幅変調動作させるので、特にＣｊを小さくすることが肝要である。そのため、ＡＳＫ変調器Ｍ１に用いられるＰＩＮダイオード３では、リードのインダクタンスＬｂによってＺｄ１の誘導性リアクタンスが大きくなる傾向にある。
【００４２】
例えば、Ｌｂ＝0.2ｎＨを有する一般的なＰＩＮダイオード３に順方向バイアス電圧を印加し、75ＧＨｚのミリ波信号を入射させたときには、Ｚｄ１のリアクタンス成分Ｉｍ｛Ｚｄ１｝は約94Ωの誘導性リアクタンスとなる。Ｉｍ｛Ｚｄ１｝は、キャパシタ等の容量性リアクタンスによって、インピーダンスが整合するように補正可能であるが、ＰＩＮダイオード３自体でそれを実現することは、素子サイズの制限上十分な容量を得ることが難しいため、また量産性や信頼性の観点からも困難が伴う。
【００４３】
これに対して、本発明者らは、図３（ｂ）にＡＳＫ変調器の等価回路を模式図で示すように、誘電体線路１，２（インピーダンスＺＮＲＤ）とＰＩＮダイオード３（インピーダンスＺｄ）との間に設けられた基板４（インピーダンスＺＬ）が容量性リアクタンスを持つようにすると、容易かつ確実に良好なインピーダンス整合が行なえることを見出した。
【００４４】
すなわち、ＰＩＮダイオード３の遮断周波数ｆｃを高速な振幅変調に適合するように設計した結果、誘導性リアクタンスを持つ傾向にあるＰＩＮダイオード３と容量性リアクタンスを持たせた基板４とを組み合わせて構成することによって、誘電体線路２のインピーダンスとＰＩＮダイオード３等の高周波変調用素子が接続された基板４の誘電体線路２が対向する部分のインピーダンス（ＰＩＮダイオード３のインピーダンスＺｄと基板４のインピーダンスＺＬとの合成インピーダンスＺｄ＋ＺＬに対応する。）とが整合するように調節できるものとなる。
【００４５】
このように基板４に形成した線路導体６に容量性リアクタンスを持たせるには、基板４上にＰＩＮダイオード３の左右に形成した直線状の線路導体６（６ａ，６ｂ）の幅を、幅の狭い線路５ａよりも広く、かつ幅の広い線路５ｂよりも狭くすればよい。線路導体６（６ａ，６ｂ）の幅を狭くして面積を小さくするほど、ＰＩＮダイオード３から見た基板４のインピーダンスをＺＬとすれば、ＺＬのリアクタンス成分Ｉｍ｛ＺＬ｝の容量性リアクタンスが大きくなるように作用し、より大きな誘導性リアクタンスを有するＰＩＮダイオード３と誘電体線路１，２とのインピーダンス整合を良好にとることができる。
【００４６】
また、基板４側の条件によって線路導体６に容量性リアクタンスを持たせるようにするには、基板４を構成する誘電体基板の誘電率を誘電体線路１，２より低くしてもよい。基板４の誘電体基板の誘電率を誘電体線路１，２よりも低くするほど、Ｉｍ｛ＺＬ｝の容量性リアクタンスが大きくなるように作用し、誘導性リアクタンスを有するＰＩＮダイオード３と誘電体線路１，２とのインピーダンス整合を良好にとることができる。
【００４７】
また、基板４の誘電体基板の誘電率を誘電体線路１，２よりも低くする代わりに、基板４と誘電体線路２との間に空隙を設ける構成としてもよく、または基板４と誘電体線路２との間にそれらよりも低い誘電率の誘電体部材を挿入する構成としてもよく、またはこれらの構成を組み合わせることもできる。これらの場合にもＩｍ｛ＺＬ｝の容量性リアクタンスを大きくすることができる。
【００４８】
この構成においては、基板４の誘電体基板の誘電率または基板４と誘電体線路１，２との間の間隔を制御することにより、ＰＩＮダイオード３のリアクタンス成分が広い範囲で変化しても、それに追従して適切なインピーダンスを設定することができ、良好なインピーダンス整合を行なうことができる。
【００４９】
また、基板４およびＰＩＮダイオード３によってインピーダンス整合が行なえるので、誘電体線路１，２の終端部においてインピーダンス整合を行なって、ミリ波信号の波長λを中心に広い帯域で良好なインピーダンス整合を行なうことができる。そのうえ、誘電体線路１，２側の誘電率や幅等の調整は不要であり、誘電体線路１，２と基板４との配置も容易になる。
【００５０】
また、従来のＡＳＫ変調器では、線路導体６（６ａ，６ｂ）の幅Ｗに相当する部分の幅が1.2〜1.4ｍｍ程度であり、ＰＩＮダイオード３を線路導体６（６ａ，６ｂ）に相当する部分に接続する接続用導体の幅の10倍以上であったが、本発明のＡＳＫ変調器Ｍ１では、線路導体６（６ａ，６ｂ）の幅Ｗを接続用導体の幅の５倍以下としておくことがよく、より好ましくは、幅Ｗを接続用導体の幅と同じか、または接続用導体が接続されるＰＩＮダイオード３の電極の幅と同じとしておくことがよい。このように、線路導体６（６ａ，６ｂ）の幅Ｗを接続用導体の幅の５倍以下とすることにより、Ｉｍ｛ＺＬ｝が−50Ω（リアクタンスが負であるのは容量性であることを示している。）程度まで設定でき、誘導性または容量性リアクタンスのいずれでも設定でき、−100Ω〜＋200Ω程度（Ｌｂ＝0.1ｎＨを整合する程度）までの範囲のリアクタンスを有するＰＩＮダイオード３に対して、良好にインピーダンス整合を行なうことができる。
【００５１】
線路導体６（６ａ，６ｂ）の幅Ｗが接続用導体の幅の５倍よりも大きいと、適当な容量性または誘電性リアクタンスを持たせることが困難となり、大きな誘電性または容量性リアクタンスを持つＰＩＮダイオード３に整合させることができなくなる場合がある。また、線路導体６（６ａ，６ｂ）の幅Ｗが接続用導体の幅より小さくなると、接続用導体を接続してＰＩＮダイオード３の実装を行なうのに十分な接合面積を確保することが困難となり、ＰＩＮダイオード３を基板４に十分な強度で固定することが困難となって、ＡＳＫ変調器Ｍ１の信頼性が低下する傾向にある。また、ＰＩＮダイオード３の実装自体が困難となる傾向もある。
【００５２】
また、さらに、線路導体６（６ａ，６ｂ）の長さＬおよびそれらの間隔Ｄを制御しても、Ｉｍ｛ＺＬ｝を調整することができるので、従来よりも調整範囲が広くなる。すなわち、線路導体６（６ａ，６ｂ）は、その長さＬがミリ波信号の波長λのｎ／４倍（ｎは自然数）であることがよい。この場合、Ｉｍ｛ＺＬ｝は容量性となり、誘導性のＩｍ｛Ｚｄ１｝の整合により好適である。より好ましくは、Ｌ＝λ／４（ｎ＝１）とするのがよく、このときには、配線基板４の長さを最小にできるとともにミリ波信号の損失を最小にすることができる。
【００５３】
また、図２（ｂ）に示すように、線路導体６（６ａ，６ｂ）は、その長さＬがミリ波信号の波長のｍ／４倍（ｍは２以上の自然数）であり、その長さ方向の接続用導体からミリ波信号の波長の１／４倍の部位にミリ波信号を遮断するための線路導体６（６ａ，６ｂ）よりも幅広のスタブ８が形成されていることが好ましい。この場合、線路導体６（６ａ，６ｂ）においてミリ波信号を共振させるとともにスタブ８でインピーダンスを変えることができ、これによってＩｍ｛ＺＬ｝はさらに大きな容量性を有することとなり、誘導性のＩｍ｛Ｚｄ１｝の整合に好適なものとなる。
【００５４】
このようなスタブ８は、線路導体６（６ａ，６ｂ）の長さ方向の接続用導体からミリ波信号の波長の１／４倍の部位に形成されていればよいが、これとともに線路導体６（６ａ，６ｂ）の長さに応じて、さらに波長の２／４倍，３／４倍等のｋ／４倍（ｋはｍより小さい自然数）の部位にも形成しておいても構わない。このように複数の部位にスタブ８を形成したときは、より大きな容量性または誘導性リアクタンスを持たせることができ、より大きな誘導性または容量性リアクタンスを持つＰＩＮダイオード３に対しても良好にインピーダンス整合を行なうことができるものとなる。
【００５５】
また、スタブ８を形成するに当たっては、その線路導体６（６ａ，６ｂ）からの高さｈによって誘導性から容量性に変わるため、ＰＩＮダイオード３のインピーダンスに整合するようにｈを決める。例えば、大きな容量性を持たせるためには、ｈ＝λ／４とすればよい。線路導体６（６ａ，６ｂ）の長さ方向のスタブ８の幅ｔについては特に制限はなく、例えば幅の狭い線路５ａと同じ幅とすればよい。なお、図２（ｂ）に示すように、スタブ８を形成する場合における線路導体６（６ａ，６ｂ）の長さＬは、図２（ａ）の場合と同様に決めればよい。
【実施例】
【００５６】
図１に示すＡＳＫ変調器Ｍ１を図２（ａ）に示す基板４を用いて以下のように構成した。平行平板導体として厚さ６ｍｍの２枚のＡｌ板を1.8ｍｍの間隔で配置し、それらの間に、断面形状が1.8ｍｍ（高さ）×0.8ｍｍ（幅）の矩形状であり、比誘電率が4.8のコーディライトセラミックスから成る誘電体線路１を配置した。さらに、その一端側に、断面形状が1.8ｍｍ（高さ）×0.8ｍｍ（幅）の矩形状で長さが3.6ｍｍであり、比誘電率が4.8のガラスセラミックスから成る誘電体線路２を接続して配置した。
【００５７】
この誘電体線路２の誘電体線路１と反対側の端面に、厚さ0.2ｍｍの低誘電率の熱可塑性樹脂から成る有機樹脂基板（比誘電率εr＝3.0）からなる基板４を用いたミリ波変調用スイッチを配置した。ミリ波変調用スイッチの一主面（誘電体線路２と反対側の面）には、幅の広い線路５ｂと幅の狭い線路５ａとを交互に形成して成る銅から成るチョーク型バイアス供給線路５を形成し、幅の広い線路５ｂの長さはλ１／４＝0.7ｍｍ（ミリ波信号の周波数76.5ＧＨｚの波長約４ｍｍに対してλ１は2.8ｍｍであり、誘電体基板において短波長化されている。）とし、幅の狭い線路５ａの長さはλ１／４＝0.7ｍｍとし、幅の広い線路５ｂの幅は1.5ｍｍ、幅の狭い線路５ａの幅は0.2ｍｍとした。
【００５８】
線路導体６ａ，６ｂは、銅から成るものとし、チョーク型バイアス供給線路５に接続しており、線路導体６ａ，６ｂ間の隙間Ｄは0.2ｍｍ、線路導体６ａ，６ｂの幅Ｗは0.2ｍｍとした。
【００５９】
島状導体７は、線路導体６ａ，６ｂのＰＩＮダイオード３の実装部の両側に配置した。島状導体７の形状およびサイズは1.2ｍｍ（長さ）×0.4ｍｍ（幅）の矩形とし、島状導体７と線路導体６ａ，６ｂとの間隔は0.13ｍｍにした。また、比較用として、この島状導体７が形成されていないものも別に作製した。
【００６０】
そして、線路導体６ａ，６ｂの各端部にフリップチップタイプのＰＩＮダイオード３を直径0.1ｍｍの接続用導体としてのはんだバンプで接続して実装した。ＰＩＮダイオード３のはんだバンプが接続される電極の幅は0.13ｍｍとした。
【００６１】
このようにして作製したＡＳＫ変調器Ｍ１および比較例について、ネットワークアナライザを用いて75〜83ＧＨｚのミリ波帯域の反射特性（Ｓ１１）を測定した。その結果を図４のグラフに示す。
【００６２】
図４は、ＰＩＮダイオード３に逆方向バイアス電流を流した場合（ミリ波信号は反射されて出力される：オン状態）の状態について、ＡＳＫ変調器Ｍ１のＳ１１を測定した結果を示すグラフである。図４において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）、縦軸はＳ１１（単位：ｄＢ）を表し、実線の特性曲線は本発明によるＡＳＫ変調器Ｍ１である島状導体７を有しているものの特性を示しており、破線の特性曲線は比較例のＡＳＫ変調器である島状導体７を有していないものの特性を示している。
【００６３】
本実施例では、76.5±0.3ＧＨｚを目的の周波数帯域としており、図４に示す結果から、この周波数帯域でのオン時の透過特性は、比較例のＡＳＫ変調器では0.61ｄＢであったのに対して、本発明によるＡＳＫ変調器Ｍ１では0.06ｄＢとなっており、大幅に改善された結果が得られたことが分かる。この結果より、本発明によれば、無反射終端器および高周波変調用素子としてＰＩＮダイオードを用いたＡＳＫ変調器において、オンの時の損失を大幅に低減できることが確認できた。
【００６４】
かくして、本発明によれば、非放射性誘電体線路を用いたミリ波送受信器等に使用される振幅変調器として、オンの時の損失を抑制することができ、良好なスイッチ特性を有する非放射性誘電体線路用の振幅変調器を提供することができた。
【００６５】
なお、本発明は以上の実施の形態の例および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。例えば、島状導体に導体を後付けする等して島状導体の厚さを線路導体の厚さよりも厚くする構成としてもよく、その場合には、島状導体と線路導体との間の容量（キャパシタンス）がより誘電体線路側で形成されるため、より一層効果的に、高周波信号の電界が無反射終端器側に漏れないように働くので、高周波信号が無反射終端器側に結合しにくくなり、オンの時の損失をさらに抑制することができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の非放射性誘電体線路用の振幅変調器の実施の形態の一例であるＡＳＫ変調器Ｍ１を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１に示すＡＳＫ変調器Ｍ１の構成要素である基板４の例を示す平面図である。
【図３】一般的な非放射性誘電体線路用のＡＳＫ変調器の一般的な等価回路を示す図であり、（ａ）はＰＩＮダイオードの一般的な等価回路図、（ｂ）はＡＳＫ変調器の模式的な等価回路図である。
【図４】本発明の実施例のＡＳＫ変調器Ｍ１の反射特性（Ｓ１１）を示すグラフである。
【図５】非放射性誘電体線路（ＮＲＤガイド）の基本的構成を示す部分破断斜視図である。
【図６】従来のＮＲＤガイド用のＡＳＫ変調器の基本的構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図７】従来のＡＳＫ変調器の構成要素である基板の例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１，２：誘電体線路
３：ＰＩＮダイオード（高周波変調用素子）
４：基板
５：チョーク型バイアス供給線路
５ａ：幅の狭い線路
５ｂ：幅の広い線路
６，６ａ，６ｂ：線路導体
７：島状導体
８：スタブ
９：無反射終端器
Ｍ１：ＡＳＫ変調器
【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】
2005159736.tif 000007
【図６】
2005159736.tif 000008
【図７】
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