(57)【要約】【課題】小形化及び低損失化を実現することができる移相器を得ることを目的とする。【解決手段】一端が高周波信号を入出力する入出力端子１と接続され、他端が高周波信号を入出力する入出力端子２と接続されたインダクタ３と、一端が入出力端子２と接続されたキャパシタ４とを設け、スイッチ５の一端をキャパシタ４の他端と接続し、スイッチ５の他端をグランド６と接続するようにする。これにより、小形化及び低損失化を実現することができる効果が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が高周波信号を入出力する第１の入出力端子と接続され、他端が高周波信号を入出力する第２の入出力端子と接続されたインダクタと、一端が上記第２の入出力端子と接続されたキャパシタと、一端が上記キャパシタの他端と接続され、他端がグランドと接続されたスイッチとを備えた移相器。
【請求項２】
一端が高周波信号を入出力する第１の入出力端子と接続され、他端が高周波信号を入出力する第２の入出力端子と接続されたインダクタと、一端が上記第１の入出力端子と接続された第１のキャパシタと、一端が上記第２の入出力端子と接続された第２のキャパシタと、一端が上記第１のキャパシタの他端と接続され、他端がグランドと接続された第１のスイッチと、一端が上記第２のキャパシタの他端と接続され、他端がグランドと接続された第２のスイッチとを備えた移相器。
【請求項３】
スイッチとして片持ち梁構造スイッチが用いられ、上記片持ち梁構造スイッチにおける片持ち梁の支持端がグランドと接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の移相器。
【請求項４】
片持ち梁構造スイッチは、支持端がグランドと接続されている片持ち梁の自由端に設けられた可動電極と、上記可動電極と対向する位置に設けられた固定電極と、上記片持ち梁の撓みを制御して、上記可動電極と上記固定電極間の接続と非接続を切り替える制御手段とから構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の移相器。
【請求項５】
コプレーナ線路又はマイクロストリップ線路を構成するストリップ導体と、一方の面が上記ストリップ導体と接し、他方の面が固定電極と接している絶縁体とが設けられていることを特徴とする請求項４記載の移相器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高周波信号の通過位相を変化させることができる移相器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、非特許文献１に開示されている従来の移相器は、以下のように構成されている。
（１）高周波信号を入出力する第１の入出力端子と、高周波信号を入出力する第２の入出力端子との間に、第１、第２及び第３のハイインピーダンス線路を直列に接続する。
（２）第１、第２及び第３のハイインピーダンス線路と並列に、第１、第２及び第３の両持ちブリッジ型ＭＥＭＳスイッチを接続する。
（３）第１、第２及び第３の両持ちブリッジ型ＭＥＭＳスイッチとグランドの間に、第１、第２及び第３のキャパシタを接続する。
【０００３】
従来の移相器では、第１、第２及び第３の両持ちブリッジ型ＭＥＭＳスイッチがＯＦＦ状態であるときに、第１の入出力端子と第２の入出力端子間を通過する高周波信号の位相を基準状態とし、高周波信号の位相を変化させるとき、第１、第２及び第３の両持ちブリッジ型ＭＥＭＳスイッチをＯＮ状態にする。
第１、第２及び第３の両持ちブリッジ型ＭＥＭＳスイッチがＯＮ状態になると、第１、第２及び第３のキャパシタの作用により、第１の入出力端子と第２の入出力端子間を通過する高周波信号の位相が変化する。
【０００４】
【非特許文献１】Andrea Borgioli著  「Low-Loss Distributed MEMS Phase Shifter」IEEE Microwave and Guided wave Letters,VOL10,No1,JAN 2000
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の移相器は以上のように構成されているので、第１、第２及び第３の両持ちブリッジ型ＭＥＭＳスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替えれば、第１の入出力端子と第２の入出力端子間を通過する高周波信号の位相を変化させることができる。しかし、両持ちブリッジ型ＭＥＭＳスイッチを実装すると、移相器のサイズが大きくなってしまう課題があった。
両持ちブリッジ型ＭＥＭＳスイッチの代わりに、片持ち梁構造スイッチを用いれば、サイズの小形化を図ることができるが、その片持ち梁構造スイッチを駆動するためには高抵抗を実装する必要が生じ、高周波線路では、高抵抗に信号が流れるため、移相器の損失が大きくなってしまう課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、小形化及び低損失化を実現することができる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】
【０００７】
この発明に係る移相器は、一端が高周波信号を入出力する第１の入出力端子と接続され、他端が高周波信号を入出力する第２の入出力端子と接続されたインダクタと、一端が第２の入出力端子と接続されたキャパシタとを設け、スイッチの一端をキャパシタの他端と接続し、スイッチの他端をグランドと接続するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、一端が高周波信号を入出力する第１の入出力端子と接続され、他端が高周波信号を入出力する第２の入出力端子と接続されたインダクタと、一端が第２の入出力端子と接続されたキャパシタとを設け、スイッチの一端をキャパシタの他端と接続し、スイッチの他端をグランドと接続するように構成したので、小形化及び低損失化を実現することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による移相器を示す構成図であり、図において、入出力端子１は高周波信号を入出力する端子であり、入出力端子１は第１の入出力端子を構成している。
入出力端子２は高周波信号を入出力する端子であり、入出力端子２は第２の入出力端子を構成している。
インダクタ３は一端が入出力端子１と接続され、他端が入出力端子２と接続されている。
キャパシタ４は一端が入出力端子２と接続されている。
スイッチ５は一端がキャパシタ４の他端と接続され、他端がグランド６と接続されている。
【００１０】
図２は図１の移相器の基準状態を示す等価回路であり、図３は図１の移相器の移相状態を示す等価回路である。
なお、図１から図３では、インダクタ３の規格化リアクタンスをＸで表し、キャパシタ４の規格化サセプタンスをＢで表している。
【００１１】
次に動作について説明する。
スイッチ５がオフ状態のときは、高周波信号がキャパシタ４に流れないため、移相器の等価回路は、図２に示すような回路になる。
このとき、入出力端子１から高周波信号が入力されると、その高周波信号は、インダクタ３の作用により位相偏移が生じ、位相偏移後の高周波信号が入出力端子２から出力される。
【００１２】
以下、この状態を「基準状態」と称するが、この基準状態における高周波信号の反射振幅｜Ｓ11｜と通過位相θ1は、次式のように表される。
【数１】
2009038499.tif 000003
【００１３】
次に、スイッチ５がオン状態のときは、高周波信号がキャパシタ４にも流れるため、移相器の等価回路は、図３に示すような回路になる。
このとき、入出力端子１から高周波信号が入力されると、その高周波信号は、インダクタ３及びキャパシタ４の作用により位相偏移が生じ、位相偏移後の高周波信号が入出力端子２から出力される。
【００１４】
以下、この状態を「移相状態」と称するが、この移相状態における高周波信号の反射振幅｜Ｓ11’｜と通過位相θ2は、次式のように表される。
【数２】
2009038499.tif 000004
【００１５】
ここで、Ｂ・Ｘ ＜＜ １とすると、移相器の移相量Δθは以下のように表される。
【数３】
2009038499.tif 000005
【００１６】
したがって、スイッチ５のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、高周波信号の通過位相θ1，θ2が変化し、その通過位相θ1，θ2の差分が移相器の移相量Δθとして得られることがわかる。
また、基準状態及び移相状態における反射損失を低くするために、｜Ｓ11｜＝｜Ｓ11’｜の条件を課すと、所要の移相量Δθを得るに際して、最適な規格化リアクタンスＸと規格化サセプタンスＢは、次式で与えられる。
Ｘ＝Ｂ／２＝ｔａｎθ
【００１７】
以下、例として、所要の移相量Δθが“１１．２５°”である場合について述べる。
図４は移相量Δθが“１１．２５°”であるときの規格化リアクタンスＸと規格化サセプタンスＢの関係を示す説明図である。
図４において、“△”及び“□”の記号は、基準状態と移相状態の反射振幅を表している。
また、実線は、基準状態と移相状態の両状態における反射振幅の最悪値を表しており、点線は、所要の移相量Δθ＝１１．２５°を得るための規格化サセプタンスＢを表している。
【００１８】
図４から明らかなように、Ｘ＝０．２のとき、反射振幅が最小となることがわかる。
よって、インダクタ３とキャパシタ４を適切に選ぶことで、スイッチ５のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、所要の移相量Δθが得られる反射損失の小さい小形な移相器が構成される。
なお、スイッチ５の他端がグランド６と接続されているので、そのスイッチ５を駆動するために高抵抗を実装する必要がない。したがって、当該高抵抗に信号が流れないため、移相器の損失が大きくなることがない。
【００１９】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、一端が高周波信号を入出力する入出力端子１と接続され、他端が高周波信号を入出力する入出力端子２と接続されたインダクタ３と、一端が入出力端子２と接続されたキャパシタ４とを設け、スイッチ５の一端をキャパシタ４の他端と接続し、スイッチ５の他端をグランド６と接続するように構成したので、小形化及び低損失化を実現することができる効果を奏する。
【００２０】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による移相器を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
キャパシタ１１は一端が入出力端子１と接続されており、キャパシタ１１は第１のキャパシタを構成している。
キャパシタ１２は一端が入出力端子２と接続されており、キャパシタ１２は第２のキャパシタを構成している。
スイッチ１３は一端がキャパシタ１１の他端と接続され、他端がグランド１５と接続されており、スイッチ１３は第１のスイッチを構成している。
スイッチ１４は一端がキャパシタ１２の他端と接続され、他端がグランド１６と接続されており、スイッチ１４は第２のスイッチを構成している。
【００２１】
図６は図５の移相器の基準状態を示す等価回路であり、図７は図５の移相器の移相状態を示す等価回路である。
なお、図５から図７では、インダクタ３の規格化リアクタンスをＸで表し、キャパシタ１１，１２の規格化サセプタンスをＢで表している。
【００２２】
次に動作について説明する。
スイッチ１３，１４がオフ状態のときは、高周波信号がキャパシタ１１，１２に流れないため、移相器の等価回路は、図６に示すような回路になる。
このとき、入出力端子１から高周波信号が入力されると、その高周波信号は、インダクタ３の作用により位相偏移が生じ、位相偏移後の高周波信号が入出力端子２から出力される。
【００２３】
以下、この状態を「基準状態」と称するが、この基準状態における高周波信号の反射振幅｜Ｓ11｜と通過位相θ1は、次式のように表される。
【数４】
2009038499.tif 000006
【００２４】
次に、スイッチ１３，１４がオン状態のときは、高周波信号がキャパシタ１１，１２にも流れるため、移相器の等価回路は、図７に示すような回路になる。
このとき、入出力端子１から高周波信号が入力されると、その高周波信号は、インダクタ３及びキャパシタ１１，１２の作用により位相偏移が生じ、位相偏移後の高周波信号が入出力端子２から出力される。
【００２５】
以下、この状態を「移相状態」と称するが、この移相状態における高周波信号の反射振幅｜Ｓ11’｜と通過位相θ2は、次式のように表される。
【数５】
2009038499.tif 000007
【００２６】
ここで、Ｂ・Ｘ ＜＜ １とすると、移相器の移相量Δθは以下のように表される。
【数６】
2009038499.tif 000008
【００２７】
したがって、スイッチ１３，１４のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、高周波信号の通過位相θ1，θ2が変化し、その通過位相θ1，θ2の差分が移相器の移相量Δθとして得られることがわかる。
また、基準状態及び移相状態における反射損失を低くするために、｜Ｓ11｜＝｜Ｓ11’｜の条件を課すと、所要の移相量Δθを得るに際して、最適な規格化リアクタンスＸと規格化サセプタンスＢは、次式で与えられる。
Ｘ＝Ｂ＝ｔａｎθ
【００２８】
以下、例として、所要の移相量Δθが“２２．５°”である場合について述べる。
図８は移相量Δθが“２２．５°”であるときの規格化リアクタンスＸと規格化サセプタンスＢの関係を示す説明図である。
図８において、“△”及び“□”の記号は、基準状態と移相状態の反射振幅を表している。
また、実線は、基準状態と移相状態の両状態における反射振幅の最悪値を表しており、点線は、所要の移相量Δθ＝２２．５°を得るための規格化サセプタンスＢを表している。
【００２９】
図８から明らかなように、Ｘ＝０．４のとき、反射振幅が最小となることがわかる。
よって、インダクタ３とキャパシタ１１，１２を適切に選ぶことで、スイッチ１３，１４のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、所要の移相量Δθが得られる反射損失の小さい小形な移相器が構成される。
なお、スイッチ１３，１４の他端がグランド１５，１６と接続されているので、そのスイッチ１３，１４を駆動するために高抵抗を実装する必要がない。したがって、当該高抵抗に信号が流れないため、移相器の損失が大きくなることがない。
【００３０】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、一端が高周波信号を入出力する入出力端子１と接続され、他端が高周波信号を入出力する入出力端子２と接続されたインダクタ３と、一端が入出力端子１と接続されたキャパシタ１１と、一端が入出力端子２と接続されたキャパシタ１２とを設け、スイッチ１３，１４の一端をキャパシタ１１，１２の他端と接続し、スイッチ１３，１４の他端をグランド１５，１６と接続するように構成したので、小形化及び低損失化を実現することができる効果を奏する。
【００３１】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３による移相器を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
片持ち梁構造スイッチ２０は図１のスイッチ５と同様に、一端がキャパシタ４の他端と接続され、他端がグランド６と接続されている。
【００３２】
図１０はこの発明の実施の形態３による移相器の片持ち梁構造スイッチ２０を示す断面図である。
図において、基板２１の上にはグランド６と接続されている高周波線路２２と、キャパシタ４と接続されている高周波線路２３が形成されている。
高周波線路２２は片持ち梁２２ａが形成されており、片持ち梁２２ａの支持端２２ｂが基板２１に支持されている。また、片持ち梁２２ａの自由端２２ｃには可動電極２４が設けられている。
【００３３】
高周波線路２３には固定電極２５が設けられており、固定電極２５は可動電極２４と対向する位置に配置されている。
制御電源２７は基板２１上に形成されている制御電極２６に対する電圧の印加を制御することにより、片持ち梁２２ａの撓みを制御して、可動電極２４と固定電極２５間の接続と非接続を切り替える処理を行う。
なお、制御電極２６及び制御電源２７から制御手段が構成されている。
【００３４】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１では、キャパシタ４とグランド６の間にスイッチ５が接続されているものについて示したが、そのスイッチ５として、片持ち梁構造スイッチ２０を用いるようにしてもよい。
なお、図９は、スイッチ５として、片持ち梁構造スイッチ２０を用いるものを示しているが、上記実施の形態２における図５のスイッチ１３，１４として、片持ち梁構造スイッチ２０を用いるようにしてもよい。
【００３５】
片持ち梁構造スイッチ２０をオン状態にする場合、制御電源２７が制御電極２６に電圧を印加する。
これにより、制御電極２６から電磁力が発生して、片持ち梁２２ａを支点として、可動電極２４が制御電極２６に引き寄せられることにより、可動電極２４が固定電極２５と接触し、片持ち梁構造スイッチ２０がオン状態になる。
このように、片持ち梁構造スイッチ２０がオン状態になると、高周波線路２２と高周波線路２３が接続されるため、キャパシタ４とグランド６が接続される（図３を参照）。
なお、片持ち梁構造スイッチ２０における片持ち梁２２ａの支持端２２ｂがグランド６と接続されているので、片持ち梁構造スイッチ２０を高抵抗を介してグランド６に接続する必要がなくなり、低損失の移相器を実現することができる。
【００３６】
一方、片持ち梁構造スイッチ２０をオフ状態にする場合、制御電源２７が制御電極２６に印加している電圧を取り去るようにする。
これにより、制御電極２６の電磁力が消失して、可動電極２４が制御電極２６から引き寄せられなくなることにより、可動電極２４と固定電極２５の接触が解除し、片持ち梁構造スイッチ２０がオフ状態になる。
このように、片持ち梁構造スイッチ２０がオフ状態になると、高周波線路２２と高周波線路２３が開放される（図２を参照）。
【００３７】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、スイッチ５として片持ち梁構造スイッチ２０を用いて、片持ち梁構造スイッチ２０における片持ち梁２２ａの支持端２２ｂをグランド６と接続するように構成したので、低損失の移相器を実現することができる効果を奏する。
【００３８】
実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４による移相器を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
キャパシタスイッチ３０は一端が入出力端子２と接続され、他端がグランド６と接続されている。
【００３９】
図１２はこの発明の実施の形態４による移相器のキャパシタスイッチ３０を示す平面図である。
また、図１３は図１２のキャパシタスイッチ３０におけるＸ−Ｘ’断面図であり、図１４は図１２のキャパシタスイッチ３０におけるＹ−Ｙ’断面図である。
図１２から図１４において、図１及び図１０と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ストリップ導体３１はグランド３２，３３と共に、コプレーナ線路を構成している。
ただし、図１２では、ストリップ導体３１がコプレーナ線路を構成しているものを示しているが、ストリップ導体３１がマイクロストリップ線路を構成していてもよい。
絶縁体３４は一方の面がストリップ導体３１と接し、他方の面が固定電極２５と接している。
【００４０】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１では、キャパシタ４とグランド６の間にスイッチ５が接続されているものについて示したが、キャパシタ４及びスイッチ５として、キャパシタスイッチ３０を用いるようにしてもよい。
なお、図１１は、キャパシタ４及びスイッチ５として、キャパシタスイッチ３０を用いるものを示しているが、上記実施の形態２における図５のキャパシタ１１，１２及びスイッチ１３，１４として、キャパシタスイッチ３０を用いるようにしてもよい。
【００４１】
キャパシタスイッチ３０の片持ち梁構造スイッチ２０をオン状態にする場合、上記実施の形態３と同様に、制御電源２７が制御電極２６に電圧を印加する。
片持ち梁構造スイッチ２０がオン状態になると、ストリップ導体３１の下部にある固定電極２５がグランド３３と導通されるため、ストリップ導体３１、絶縁物３４及び固定電極２５によって、コプレーナ線路に対してシャントのキャパシタを構成することになる。
【００４２】
一方、キャパシタスイッチ３０の片持ち梁構造スイッチ２０をオフ状態にする場合、上記実施の形態３と同様に、制御電源２７が制御電極２６に印加している電圧を取り去るようにする。
片持ち梁構造スイッチ２０がオフ状態になると、ストリップ導体３１の下部にある固定電極２５がグランド３３と導通されないため、コプレーナ線路が通過状態となる。
【００４３】
以上で明らかなように、キャパシタスイッチ３０の片持ち梁構造スイッチ２０のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、上記実施の形態３と同様の作用が得られ、低損失の移相器を実現することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の実施の形態１による移相器を示す構成図である。
【図２】図１の移相器の基準状態を示す等価回路である。
【図３】図１の移相器の移相状態を示す等価回路である。
【図４】移相量Δθが“１１．２５°”であるときの規格化リアクタンスＸと規格化サセプタンスＢの関係を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態２による移相器を示す構成図である。
【図６】図５の移相器の基準状態を示す等価回路である。
【図７】図５の移相器の移相状態を示す等価回路である。
【図８】移相量Δθが“２２．５°”であるときの規格化リアクタンスＸと規格化サセプタンスＢの関係を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態３による移相器を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による移相器の片持ち梁構造スイッチ２０を示す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による移相器を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態４による移相器のキャパシタスイッチ３０を示す平面図である。
【図１３】図１２のキャパシタスイッチ３０におけるＸ−Ｘ’断面図である。
【図１４】図１２のキャパシタスイッチ３０におけるＹ−Ｙ’断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  入出力端子（第１の入出力端子）、２  入出力端子（第２の入出力端子）、３  インダクタ、４  キャパシタ、５  スイッチ、６  グランド、１１  キャパシタ（第１のキャパシタ）、１２  キャパシタ（第２のキャパシタ）、１３  スイッチ（第１のスイッチ）、１４  スイッチ（第２のスイッチ）、２０  片持ち梁構造スイッチ、２１  基板、
２２，２３  高周波線路、２２ａ  片持ち梁、２２ｂ  支持端、２２ｃ  自由端、２４  可動電極、２５  固定電極、２６  制御電極（制御手段）、２７  制御電源（制御手段）、３０  キャパシタスイッチ、３１  ストリップ導体、３２，３３  グランド、３４  絶縁体。
【図１】
2009038499.tif 000009
【図２】
2009038499.tif 000010
【図３】
2009038499.tif 000011
【図４】
2009038499.tif 000012
【図５】
2009038499.tif 000013
【図６】
2009038499.tif 000014
【図７】
2009038499.tif 000015
【図８】
2009038499.tif 000016
【図９】
2009038499.tif 000017
【図１０】
2009038499.tif 000018
【図１１】
2009038499.tif 000019
【図１２】
2009038499.tif 000020
【図１３】
2009038499.tif 000021
【図１４】
2009038499.tif 000022