(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子と出力端子との間に直列に挿入された直列挿入ＰＩＮダイオードと、前記直列挿入ＰＩＮダイオードに並列に接続された２分の１波長線路と、この２分の１波長線路の中点と接地点との間に接続されたコモンポート終端ＰＩＮダイオードと、前記直列挿入ＰＩＮダイオード及び前記コモンポート終端ＰＩＮダイオードに直列に制御電流を流す直流電流路とを含み、前記直列挿入ＰＩＮダイオードの抵抗値を前記コモンポート終端ＰＩＮダイオードの抵抗値の２倍となるよう設定したことを特徴とする可変減衰器。
【請求項２】
前記直列挿入ＰＩＮダイオードは、前記コモンポート終端ＰＩＮダイオードと特性が同一の２個の直列接続されたＰＩＮダイオードからなることを特徴とする請求項１記載の可変減衰器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変減衰器に関し、特にＰＩＮダイオードを使用した高周波用の可変減衰器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の可変減衰器の例として、特開昭６１−１３９１１０号公報に開示の回路があり、その構成を図４に示している。図４において、入力端子１と出力端子２との間には、回路系インピーダンスＺ0 と等しい抵抗値の抵抗１５と、ＰＩＮダイオード１６とが直列に接続されており、この直列回路の両端に直流阻止用コンデンサ９，１０がそれぞれ挿入されている。
【０００３】
また、１／４波長線路７，８の直列接続構成が、抵抗１５とＰＩＮダイオード１６との直列回路に並列に接続されている。１／４波長線路７，８の直列接続点（コモンポート）と接地点との間には、ＰＩＮダイオード６が接続されている。また、ＰＩＮダイオード１６と１／４波長線路８との間には、直流阻止用コンデンサ１７が挿入されている。そして、ＰＩＮダイオード１６のアノードには制御電圧端子３が接続される構成となっている。
【０００４】
２つのＰＩＮダイオード６，１６に流れる電流が零で抵抗値がほぼ無限大となったときには、入出力端子１，２の間には、１／２波長線路（１／４波長線路７，８の直列接続構成）が接続されているだけとなるので、減衰量は零となる。２つのＰＩＮダイオード６，１６の抵抗値が回路系インピーダンスと等しくなった場合、入出力端子１，２間に２Ｚ0 の抵抗素子が接続されたことになり、ウィルキンソン型の電力分配器と全く同一構成となって、減衰量は無限大となるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この図４示した回路構成では、入出力端子１，２間の直列回路に、固定抵抗１５を使用しているために、ＰＩＮダイオードの抵抗値を可変制御したときに、回路の整合を図ることができなくなり、定インピーダンスではなくなるという問題がある。また、固定抵抗を使用することにより、制御電流と減衰量との関係が、リニアな特性にならないという欠点もある。
【０００６】
本発明の目的は、減衰量の変化に対して必ず定インピーダンスを呈して回路の整合が図れるようにした可変減衰器を提供することである。本発明の他の目的は、減衰量と制御電流との関係がリニアな特性を有する可変減衰器を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、入力端子と出力端子との間に直列に挿入された直列挿入ＰＩＮダイオードと、前記直列挿入ＰＩＮダイオードに並列に接続された２分の１波長線路と、この２分の１波長線路の中点と接地点との間に接続されたコモンポート終端ＰＩＮダイオードと、前記直列挿入ＰＩＮダイオード及び前記コモンポート終端ＰＩＮダイオードに直列に制御電流を流す直流電流路とを含み、前記直列挿入ＰＩＮダイオードの抵抗値を前記コモンポート終端ＰＩＮダイオードの抵抗値の２倍となるよう設定したことを特徴とする可変減衰器が得られる。
【０００８】
そして、前記直列挿入ＰＩＮダイオードは、前記コモンポート終端ＰＩＮダイオードと特性が同一の２個の直列接続されたＰＩＮダイオードからなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の作用を述べる。入出力端子間に、２個のＰＩＮダイオードを直列接続して設け、２分の１波長線路の中点と接地点との間にも１個のＰＩＮダイオードを接続して設ける構成とする。かかる構成とすることにより、ＰＩＮダイオードがどのような高周波数抵抗値をもったとしても、必ず回路の整合が図れ、またＰＩＮダイオードに流れる電流と減衰量との関係がほぼリニアな特性となる。更に、ＰＩＮダイオードの高周波特性を高くすればするほど、信号の伝送経路は、１／２波長線路の伝送路損失のとなり、いわゆるデッドロス（減衰させないときの回路自体の挿入損失：通過損失）特性が向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。図１は本発明の実施例の回路図であり、図４と同等部分は同一符号にて示している。図において、入出力端子１，２の間には、ＰＩＮダイオード４，５が直列接続されており、また、１／４波長線路７，８が直列に接続されている。すなわち、ＰＩＮダイオード４，５の直列回路に対して、１／２波長線路が並列に接続された構成である。また、１／４波長線路７，８の接続点（コモンポート）と接地点との間には、コモンポート終端用のＰＩＮダイオード６が接続されている。
【００１１】
なお、９〜１１は直流阻止用コンデンサであり、３は制御電圧端子であり、１２は信号源、１３は信号源１２のインピーダンス、１４は負荷回路のインピーダンスをそれぞれ示している。
【００１２】
この図１の回路が、定インピーダンスになる条件を求めることにする。そのために図１の回路を図２の回路に書き直して考えることする。まず、図２のアイソレーション抵抗Ｒ2 を省いた場合のＦマトリクスは式（１）の様になる。
【００１３】
【数１】
0004236811.tif 000002
ここで、θ＝π／２（１／４波長線路）により、式（１）は式（２）となる。
【００１４】
【数２】
0004236811.tif 000003
式（２）の右辺がアイソレーション抵抗Ｒ2 を除いた回路のＦマトリクスである。これに対して、回路全体のマトリクスを求めるために、図２に示す様に、アイソレーション抵抗Ｒ2 を付加して考える。
【００１５】
先ず、式（２）の右辺のＦマトリクスをＹマトリクスに変換する。この変換したＹマトリクスは次の式（３）の様になる。
【００１６】
【数３】
0004236811.tif 000004
この式（３）のＹマトリクスに並列にアイソレーション抵抗Ｒ2 を付加するためのシリーズ抵抗のＹマトリクスは次の式（４）となる。
【００１７】
【数４】
0004236811.tif 000005
従って、アイソレーション抵抗を含んだ回路全体のＹマトリクスは以下の式（５）となる。
【００１８】
【数５】
0004236811.tif 000006
上記の式（５）の右辺が回路全体のＹマトリクスであり、このマトリクスより入力アドミッタンスを算出すると、本回路の入力アドミッタンスは以下の式（６）となる。
【００１９】
【数６】
0004236811.tif 000007
Ｒ0 を１Ωに正規化した場合において、回路がマッチングを得るための条件は、
Ｙin＝１／Ｒ0 ＝１／１＝１      …（７）
であり、この条件が満たされている場合においては、本減衰回路は可逆性により、入出力共に完全にマッチングがとれ、反射しない状態になる。なお、Ｚ0 は
Ｚ0 ＝√２      …（８）
としている。式（６）に式（７），（８）を適用すると、以下の式が得られる。
【００２０】
【数７】
0004236811.tif 000008
つまり、Ｒ1 とＲ2 との比が１：２であれば、どのような抵抗値をとっても、全体の回路入力アドミッタンスは１となり、マツチングが得られることになる。つまり、定インピーダンスであると言える。従って、本減衰回路の制御としては、Ｒ1 とＲ2 との比を１：２に保ってさえいれば、減衰量を自在に変更することができることになる。
【００２１】
次に、本減衰回路の通過損失を考える。先ず、式（５）の回路Ｙマトリクスに、式（８），（９）を適用すると、以下の式（１０）となる。
【００２２】
【数８】
0004236811.tif 000009
これが、定インピーダンス制御中の本減衰回路Ｙマトリクスである。本回路の減衰量を表す式を求めるために、このＹマトリクスからＳ21を求める。ただし、１Ωで正規化しているので、Ｇs ＝１である。
【００２３】
式（１０）のＹマトリクスからＳ21を求めるためには、
Ｓ21＝−２Ｙ21／Δ´        …（１１）
Δ´＝１＋Ｙ11＋Ｙ22＋Ｙ11Ｙ22−Ｙ12Ｙ21
であるから、これ等を計算すると、以下の様になる。
【００２４】
【数９】
0004236811.tif 000010
従って、
Δ´＝Ｒ1 ＋１／Ｒ1 ＋２
となり、よって、式（１２）が得られる。
【００２５】
【数１０】
0004236811.tif 000011
従って、本減衰回路の通過損失は以下のとおりとなる。
【００２６】
【数１１】
0004236811.tif 000012
実際には、図１に示した回路構成で実現する。図１の制御端子３からの制御電流は、アイソレーション用のＰＩＮダイオード４，５を通り、更にＰＩＮダイオード６を通ってグランドに流れるという直流電流路が形成される。この回路におけるＰＩＮダイオード４〜６を全て同一特性のものとすることで、全てのＰＩＮダイオードには、同じ電流を流すことができ、常にＲ1：Ｒ2が１：２の抵抗比となる。つまり、理想的な状態では、中心周波数におけるインピーダンス悪化がないことになる。
【００２７】
次に、本回路の減衰量が制御電流とリニアな関係になることを説明する。上記の式（１３）は減衰量に対するＲ1 、つまりＰＩＮダイオードのＲＦ抵抗値との関係式になっている。ここで、この式を減衰量と制御電流Ｉctrlとの式に置換える。一般に、ＰＩＮダイオードのＲＦ抵抗は以下の式（１４）で表され、簡略化した場合には、式（１４）の右の式となる。
【００２８】
【数１２】
0004236811.tif 000013
なお、この式（１４）において、ＩF は直流電流値、ｌはＩ層の厚さ、ρc バーは全等価固有接触抵抗、τはＩ層におけるキャリアのライフタイム、μe は電子のドリフト移動度、μh は正孔のドリフト移動度、Ａはダイオードの面積を、それぞれ示している。また、Ａ´は式（１４）を簡略化したときのＰＩＮダイオードの物性により定まる定数である。
【００２９】
ｒs ＝Ｒ1 であるので、式（１４）を用いて、式（１３）を制御電流Ｉctrl（以降Ｉとする）で表すと、
ｙ（ｄＢ）＝２０log ｛（Ａ´−Ｉ）／（Ａ´＋Ｉ）｝  …（１５）
となる。この式（１５）が制御電流Ｉ（Ｉctrl）に対する減衰量であり、パラメータＡ´（ＰＩＮダイオードの物性値）を所定に設定した場合の実測データを、図３に示す。図３からも明らかな様に、制御電流と減衰量とがほぼリニアな関係になっていることが分かる。
【００３０】
なお、減衰量零の場合の伝送損失（デッドロス）は、１／４波長線路のみとなるので、理論的にはデータロスは零とすることができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、入出力端子間に設けられたＰＩＮダイオードとコモンポートと接地間に設けられたＰＩＮダイオードとの抵抗値の関係を、２：１に常に保つ様にすることにより、低デッドロス、定インピーダンス、制御特性のリニア性が、簡単にかつ小スペースで安価に実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の回路図である。
【図２】本発明の実施例の回路の特性を説明するための回路図である。
【図３】図１の回路制御電流と減衰量との関係を示す実測データ例である。
【図４】従来の可変減衰器の例を示す図である。
【符号の説明】
１  入力端子
２  出力端子
３  制御端子
４〜６  ＰＩＮダイオード
７，８  １／４波長線路
９〜１１  直流阻止用コンデンサ
１２  信号源
１３  信号源インピーダンス
１４  負荷インピーダンス
【図１】
0004236811.tif 000014
【図２】
0004236811.tif 000015
【図３】
0004236811.tif 000016
【図４】
0004236811.tif 000017