(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力端子にそれぞれの一端が接続された第1の高周波線路と第２の高周波線路と、一端が接地され他端が前記第１の高周波線路の他端に接続された第１のキャパシタと、一端が接地され他端がスイッチング素子を介して前記第２の高周波線路の他端に接続された第２のキャパシタと、を備え、前記スイッチング素子の状態に基づいて前記入出力端子から入力される信号に位相偏移を与えて反射することを特徴とする移相回路。
【請求項２】
入出力端子に一端が接続された先端開放スタブと、前記入出力端子に一端が接続された第３の高周波線路と、一端が接地され他端がスイッチング素子を介して前記第３の高周波線路の他端に接続された第３のキャパシタと、を備え、前記スイッチング素子の状態に基づいて前記入出力端子から入力される信号に位相偏移を与えて反射することを特徴とする移相回路。
【請求項３】
前記入出力端子から入力されて反射される信号の前記スイッチング素子の状態変化に基づく位相偏移の差を概略９０°とする前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路の電気長を６°から１８°としたことを特徴とする請求項１記載の移相回路。
【請求項４】
前記入出力端子から入力されて反射される信号の前記スイッチング素子の状態変化に基づく位相偏移の差を概略９０°とする前記第３の高周波線路の電気長を２°から１８°としたことを特徴とする請求項２記載の移相回路。
【請求項５】
前記スイッチング素子をMEMSスイッチで形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の移相回路。
【請求項６】
入力端子、出力端子、通過端子、結合端子を有する９０度ハイブリッド回路の前記通過端子と前記結合端子のそれぞれに請求項１〜５のいずれか１項に記載の移相回路を前記入出力端子を介して接続し、前記通過端子と前記結合端子のそれぞれに接続された２つの移相回路の前記スイッチング素子の状態に基づく位相偏移を揃えるように前記スイッチング素子の状態を変化させることを特徴とする反射型移相器。
【請求項７】
少なくとも、入力端子、出力端子、接続端子を有するサーキュレータの前記接続端子に請求項１〜５のいずれか１項に記載の移相回路を前記入出力端子を介して接続し、前記スイッチング素子の状態を変化させることを特徴とする反射型移相器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、反射型移相器に関し、より詳細には、広帯域にわたって移相量の変動を低減する移相回路に関する。さらに、この発明はこのような移相回路を有する反射型移相器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１は、従来の反射型移相器の移相回路を説明するための回路図である。図１１において、１０は入出力端子、４２ａおよび４２ｂは第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子、３２ａおよび３２ｂは第１のキャパシタおよび第２のキャパシタである。入出力端子１０と、一方が、前記入出力端子１０に接続された第１のスイッチング素子４２ａと、前記第１のスイッチング素子４２ａの他方に接続された第１のキャパシタ３２ａと、一方が前記入出力端子１０に接続された第２のスイッチング素子４２ｂと、前記第２のスイッチング素子４２ｂの他方に接続された第２のキャパシタ３２ｂを備えて構成されている。
【０００３】
次に動作について説明する。
図１２は、第１のスイッチング素子４２ａをオン時、第２のスイッチング素子４２ｂをオフ時の従来の移相器の移相回路の回路図である。高周波信号が入出力端子１０から入力されると、第１のキャパシタ３２ａで位相偏移を生じて反射され入出力端子１０から出力される。このときの位相状態を位相基準状態とする。
また、図１３は、第１のスイッチング素子４２ａをオフ時、第２のスイッチング素子４２ｂをオン時の従来の移相器の移相回路の回路図である。高周波信号が入出力端子１０から入力されると、第２のキャパシタ３２ｂで位相偏移を生じて反射され入出力端子１０から出力される。このときの位相状態を位相遅れ状態とする。
【０００４】
従来の反射型移相器の移相回路は以上のように構成されており、スイッチング素子を切り替えることで位相基準状態と位相遅れ状態の反射位相を切り替え、位相基準状態と位相遅れ状態の反射位相を入出力端子10から出力する。したがって、第1のキャパシタ３２ａおよび第2のキャパシタ32bを適切に選ぶことで位相基準状態と位相遅れ状態の反射位相を設定でき、両者の差としての所要の移相量を得られる。（例えば、非特許文献１参照）
【０００５】
【非特許文献１】伊山  義忠  他著「等損失化広帯域ハイブリッド結合形移相器」信学技報、1995年2月、P67〜71
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の反射型移相器の移相回路は、上記のように構成されているので所要帯域が広くなるにつれて、反射位相の差である移相量が一定でなくなるという問題点があった。
【０００７】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、広帯域にわたって移相量の変動を低減した反射型移相器の移相回路を得ることを目的とする。
また、該移相回路を用いた反射型移相器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わる移相回路は、入出力端子にそれぞれの一端が接続された第1の高周波線路と第２の高周波線路と、一端が接地され他端が前記第１の高周波線路の他端に接続された第１のキャパシタと、一端が接地され他端がスイッチング素子を介して前記第２の高周波線路の他端に接続された第２のキャパシタとを備え、前記スイッチング素子の状態に基づいて前記入出力端子から入力される信号に位相偏移を与えて反射することを特徴とするものである。
【０００９】
また、この発明に係わる反射型移相器は、入力端子、出力端子、通過端子、結合端子を有する９０度ハイブリッド回路の前記通過端子と前記結合端子のそれぞれに前記移相回路を前記入出力端子を介して接続し、前記通過端子と前記結合端子のそれぞれに接続された２つの移相回路の前記スイッチング素子の状態に基づく位相偏移を揃えるように前記スイッチング素子の状態を変化させることを特徴とするものである。
また、少なくとも、入力端子、出力端子、接続端子を有するサーキュレータの前記接続端子に前記移相回路を前記入出力端子を介して接続し、前記スイッチング素子の状態を変化させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、前記スイッチング素子の状態に基づいて前記入出力端子から入力される信号に位相偏移を与えて反射するので、広帯域にわたって移相量の変動を低減した反射型移相器の移相回路を得られる。
また、この移相回路を用いて反射型移相器を形成することにより、広帯域にわたって移相量の変動を低減した反射型移相器を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる反射型移相器の移相回路を示す回路構成説明図である。図において、10は入出力端子、20aおよび20bは第1の高周波線路および第2の高周波線路、30aおよび30bは第1のキャパシタおよび第2のキャパシタ、40はスイッチング素子である。ここで、高周波線路のインピーダンスをZ0とする。また、入出力端子１０に接続される系のインピーダンスをZ0とする。なお、第1の高周波線路20aと第2の高周波線路20b、および入出力端子１０に接続される系のインピーダンスは必ずしも同じにする必要はない。
【００１２】
次に動作について説明する。
図２は、スイッチング素子40をオフにした状態の移相回路を示す回路構成説明図である。高周波信号が入出力端子10から入力されると、第1の高周波線路20aを介して接続された第1のキャパシタ30aおよび第2の高周波線路20bからなる並列回路で位相偏移を生じて反射され入出力端子10から出力される。このときの反射位相θ1は、第1の高周波線路20aおよび第2の高周波線路20bの線路長（電気長）をθL、第1のキャパシタ30aのサセプタンスをB1とすると、次式のように求まる。
【００１３】
【数１】
0004462233.tif 000002
【００１４】
この状態を位相基準状態とする。なお、ここで述べたサセプタンスB1は、系のインピーダンスで規格化したサセプタンスである。
【００１５】
図3は、スイッチング素子40をオンにした状態の移相回路を示す回路構成説明図である。高周波信号が入出力端子10から入力されると、第1の高周波線路20aを介して接続された第1のキャパシタ30aおよび第2の高周波線路20bを介して接続された第2のキャパシタ30bからなる並列回路で位相偏移が生じて反射され入出力端子10から出力される。このときの反射位相θ2は、第1の高周波線路20aおよび第2の高周波線路20bの線路長をθL、第1のキャパシタ30aと第2のキャパシタ30bのサセプタンスをそれぞれB1とB2とすると、次式のように求まる。
【００１６】
【数２】
0004462233.tif 000003
【００１７】
この位相状態を位相遅れ状態とする。なお、ここで述べたサセプタンスB1とB2は、系のインピーダンスで規格化したサセプタンスである。
ここで、位相基準状態θ1と位相遅れ状態θ2の差Δθ=θ1-θ2を所要の移相量とする。
したがって、スイッチング素子40のオン、オフを切替えることによって、位相基準状態θ1と位相遅れ状態θ2の反射位相が入出力端子10から出力され、それらの差として所要の移相量Δθが得られる。
【００１８】
次に、例として所要の移相量を90°とした場合について述べる。
図4は第1および第2の高周波線路の線路長θL[deg]、第1のキャパシタ30aのサセプタンスB1をパラメータとし、所要の移相量を90°とした場合の移相量誤差をグラフ化したものを示す図である。ここで、第2のキャパシタ30bは所要の移相量90°となるように、θL、B1から選んだ。また、移相量誤差とは、帯域内で所要移相量90°に対しての誤差の最大値を表したものである。したがって、図４において移相量誤差が小さくなる領域で用いることで、広帯域特性が得られる。例えば、図４の最小の領域で、左端の不連続部分がない部分の高周波線路の線路長θLの6°から右端の18°の間で高周波線路の線路長θLを設定することで、移相量誤差が小さくなる領域を広く用いることができ、サセプタンスがばらついても広帯域特性を得ることができる。このことから、第1のキャパシタ30aおよび第2のキャパシタ30bに対する要求性能を緩和することができる。
【００１９】
以上のように、実施の形態１の移相回路によれば、第1の高周波線路20a、第2の高周波線路20bおよび第1のキャパシタ30a、第2のキャパシタ30bを適切に選ぶことで、スイッチング素子40のオン、オフを切替えることにより、所要の移相量Δθを広帯域にわたって一定に得ることができる。
【００２０】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係わる反射型移相器の移相回路を示す回路構成説明図である。図において、10は入出力端子、21は先端開放スタブ、22は高周波線路、31はキャパシタ、41はスイッチング素子である。ここで、高周波線路のインピーダンスをZ0とする。また、入出力端子１０に接続される系のインピーダンスをZ0とする。
【００２１】
次に動作について説明する。
図６は、スイッチング素子41をオフにした状態の移相回路を示す回路構成説明図である。高周波信号が入出力端子10から入力されると、先端開放スタブ21および高周波線路22からなる並列回路で位相偏移を生じて反射され入出力端子10から出力される。このときの反射位相θ3は、先端開放スタブ21の線路長（電気長）をθOP、高周波線路22の線路長をθL（電気長）とすると、次式のように求まる。
【００２２】
【数３】
0004462233.tif 000004
【００２３】
この位相状態を位相基準状態とする。なお、ここで述べたサセプタンスとは、系のインピーダンスで規格化したサセプタンスである。
【００２４】
図7は、スイッチング素子41をオンにした状態の移相回路を示す回路構成説明図である。高周波信号が入出力端子10から入力されると、先端開放スタブ21および高周波線路22を介して接続されたキャパシタ31からなる並列回路で位相偏移が生じて反射され入出力端子10から出力される。このときの反射位相θ4は、先端開放スタブ21の線路長をθOP、高周波線路22の線路長をθLおよびキャパシタ31のサセプタンスをB3とすると、次式のように求まる。
【００２５】
【数４】
0004462233.tif 000005
【００２６】
この位相状態を位相遅れ状態とする。なお、ここで述べたサセプタンスとは、系のインピーダンスで規格化したサセプタンスである。
上記の基準状態と位相遅れ状態の差を、所要の移相量とする。スイッチング素子41のオン、オフを切替えることによって、所要の移相量を得て反射され入出力端子10から出力される。
【００２７】
ここで、例として所要の移相量を90°とした場合について述べる。
図8は高周波線路22の線路長θL[deg]、先端開放スタブ21の線路長θOP[deg]をパラメータとし、所要の移相量を90°とした場合の移相量誤差をグラフ化したものを示す図である。ここで、キャパシタ31は所要の移相量90°となるように、θL、θOPから選んだ。また、移相量誤差とは、帯域内で所要移相量90°に対しての誤差の最大値を表したものである。したがって、図８において移相量誤差が小さくなる領域で用いることで、広帯域特性が得られる。例えば、図８の最小の領域で、左端の高周波線路の線路長θLの2°から右端の18°の間で高周波線路の線路長θLを設定することで、移相量誤差が小さくなる領域を広く用いることができ、サセプタンスがばらついても広帯域特性を得ることができる。このことから、キャパシタに対する要求性能を緩和することができる。
【００２８】
以上のように、実施の形態２の移相回路によれば、先端開放スタブ21、高周波線路22およびキャパシタ31を適切に選ぶことで、スイッチング素子41のオン、オフを切替えることにより、所要の移相量Δθを広帯域にわたって一定に得ることができる。
【００２９】
実施の形態３．
図9は、この発明の実施の形態３に係わる反射型移相器の構成を示す構成説明図である。図において、50は入力端子１０、出力端子１１、および、それぞれが通過端子と結合端子となる２つの端子12a、12bを有する９０度ハイブリッド回路であり、端子12aと端子12bにはそれぞれ同じ構成を有する反射型移相器の移相回路60aおよび60bが接続されている。ここで、移相回路60aおよび60bとしては、前記実施の形態1または実施の形態2に例示した移相回路を用いることができる。
【００３０】
次に動作について説明する。
高周波信号が入力端子10から90°ハイブリッドカプラ50に入力されると、90°ハイブリッドカプラ50から前記入力端子10から入力された高周波信号（原高周波信号と称す）と同相の高周波信号が一方の移相回路60aに入力されるとともに、原高周波信号より90度位相が遅れた高周波信号が他方の移相回路60bに入力される。移相回路60aに入力された高周波信号と同相の高周波信号、および移相回路60bに入力された高周波信号より90度位相が遅れた高周波信号は、それぞれ移相回路60aおよび60bで所望の位相偏移を生じて反射される。なお、移相回路60aと移相回路60bとは、相互に同じ位相状態を保持するように制御される。
【００３１】
ここで、移相回路60aから反射され、原高周波信号に対して所望の位相偏移を生じた高周波信号が再び端子12aを介して90°ハイブリッドカプラ50に入力され、入力端子10へ出力されるとともに、原高周波信号に対して所望の位相偏移を生じるとともに90度位相が遅れた高周波信号が出力端子11へ出力される。
【００３２】
また、移相回路60bから反射され、原高周波信号に対して所望の位相偏移を生じるとともに90度位相が遅れた高周波信号が再び端子12bを介して90°ハイブリッドカプラ50に入力され、出力端子11へ出力されるとともに、原高周波信号に対して所望の位相偏移を生じるとともにさらに90度位相が遅れた（180度位相が遅れた）高周波信号が入力端子10へ出力される。
【００３３】
以上のことから、入力端子10では、原高周波信号に対して所望の位相偏移を生じた高周波信号と原高周波信号に対して所望の位相偏移を生じるとともに180度位相が遅れた高周波信号とが重なり、２つの高周波信号が互いに相殺される。また、出力端子11では、原高周波信号に対して所望の位相偏移を生じるとともに90度位相が遅れた2つの高周波信号が同期して出力として取り出される。
【００３４】
したがって、移相回路60aと移相回路60bとが同じ位相状態を保持するように、移相回路60aおよび60bにおけるスイッチング素子の切り替えを（同時に）行うことで、所望の移相量を有する高周波出力信号を得られる。
以上のように、この実施の形態３によれば、移相回路60aと移相回路60bに実施の形態１または実施の形態２の移相回路を用いて反射型移相器を構成したので、広帯域にわたって移相量の変動が低減された反射型移相器を得ることができる。
【００３５】
実施の形態４．
図10は、この発明の実施の形態４に係わる反射型移相器の構成を示す構成説明図である。図において、５１は入力端子１０、出力端子１１、および、端子１３を有するサーキュレータであり、端子１３には反射型移相器の移相回路６１が接続されている。ここで、移相回路６１としては、前記実施の形態1または実施の形態2に例示した移相回路を用いることができる。
【００３６】
次に動作について説明する。
高周波信号が入力端子10からサーキュレータ51に入力されると、前記入力端子10から入力された高周波信号（原高周波信号と称す）は端子13を介して移相回路61に入力され、所望の位相偏移を生じて反射される。移相回路61で反射されて原高周波信号に対して所望の位相偏移を生じた高周波信号が再び端子13を介してサーキュレータ51に入力されると、原高周波信号に対して所望の位相偏移を生じた高周波信号が出力端子11へ出力される。
【００３７】
したがって、移相回路61におけるスイッチング素子の切り替えを行うことで、所望の移相量を有する高周波出力信号を得られる。
以上のように、この実施の形態４によれば、移相回路６１に実施の形態１または実施の形態２の移相回路を用いて反射型移相器を構成したので、広帯域にわたって移相量の変動が低減された反射型移相器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の実施の形態１に係わる反射型移相器の移相回路を示す回路構成説明図である。
【図２】図１において、スイッチング素子40をオフにした状態の移相回路を示す回路構成説明図である。
【図３】図１において、スイッチング素子40をオンにした状態の移相回路を示す回路構成説明図である。
【図４】図１において、第1および第2の高周波線路の線路長θL[deg]、第1のキャパシタ30aのサセプタンスB1をパラメータとし、所要の移相量を90°とした場合の移相量誤差をグラフ化したものを示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係わる反射型移相器の移相回路を示す回路構成説明図である。
【図６】図５において、スイッチング素子41をオフにした状態の移相回路を示す回路構成説明図である。
【図７】図５において、スイッチング素子41をオンにした状態の移相回路を示す回路構成説明図である。
【図８】図５において、高周波線路22の線路長θL[deg]、先端開放スタブ21の線路長θOP[deg]をパラメータとし、所要の移相量を90°とした場合の移相量誤差をグラフ化したものを示す図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係わる反射型移相器の構成を示す構成説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係わる反射型移相器の構成を示す構成説明図である。
【図１１】従来の反射型移相器の移相回路を説明するための回路図である。
【図１２】図１１において、第1のスイッチング素子42aをオン時、第2のスイッチング素子42bをオフ時の従来の移相器の移相回路の回路図である。
【図１３】図１１において、第1のスイッチング素子42aをオフ時、第2のスイッチング素子42bをオン時の従来の移相器の移相回路の回路図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  入出力端子、１１  出力端子、１２ａ，１２ｂ，１３  端子、２０ａ  第１の高周波線路、２０ｂ  第２の高周波線路、２１  先端開放スタブ、２２  高周波線路、３０ａ  第１のキャパシタ、３０ｂ  第２のキャパシタ、３１  キャパシタ、３２ａ  第１のキャパシタ、３２ｂ  第２のキャパシタ、４０，４１  スイッチング素子、４２ａ  第１の４スイッチング素子、４２ｂ  第２のスイッチング素子、５０  ９０°ハイブリッドカプラ，５１  サーキュレータ、６０ａ，６０ｂ，６１  移相回路。
【図１】
0004462233.tif 000006
【図２】
0004462233.tif 000007
【図３】
0004462233.tif 000008
【図４】
0004462233.tif 000009
【図５】
0004462233.tif 000010
【図６】
0004462233.tif 000011
【図７】
0004462233.tif 000012
【図８】
0004462233.tif 000013
【図９】
0004462233.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0004462233.tif 000017
【図１３】
0004462233.tif 000018