(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024175856
(43)【公開日】2024-12-19
(54)【発明の名称】デジタル移相器
(51)【国際特許分類】
H01P 1/185 20060101AFI20241212BHJP
【FI】
H01P1/185
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023093906
(22)【出願日】2023-06-07
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-08-30
(71)【出願人】
【識別番号】000005186
【氏名又は名称】株式会社フジクラ
(74)【代理人】
【識別番号】100141139
【弁理士】
【氏名又は名称】及川 周
(74)【代理人】
【識別番号】100169764
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100206081
【弁理士】
【氏名又は名称】片岡 央
(74)【代理人】
【識別番号】100188891
【弁理士】
【氏名又は名称】丹野 拓人
(72)【発明者】
【氏名】上道 雄介
(57)【要約】
【課題】従来よりも小型で所望の移相特性を実現することができるデジタル移相器を提供する。
【解決手段】デジタル移相器A1は、縦続接続された複数のデジタル移相回路B
1~B
nを有する移相器であって、デジタル移相回路B
1~B
nは、信号線路10と、第1平行線路を含む第1線路21と、第2平行線路、第1交差線路22c1、第3平行線路22p3、及び屈曲部CRが形成された屈曲線路22bを含む第2線路22と、第1接地導体31と、第2接地導体32と、第1電子スイッチと、第2電子スイッチと、を備え、第1平行線路と第2平行線路との間に信号線路10が位置し、デジタル移相回路が隣り合う部分において、第1接地導体31と第2接地導体32とが共通化されており、デジタル移相回路が隣り合う部分において、第2線路22の屈曲線路22bは、隣り合うデジタル移相回路における第2線路22の第1交差線路22c1に接続されている。
【選択図】
図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
縦続接続された複数のデジタル移相回路を有する移相器であって、
前記デジタル移相回路は、信号線路と、
前記信号線路と平行に延びる第1平行線路を含む第1線路と、
前記信号線路と平行に延びる第2平行線路と、前記第2平行線路の一方の端部から前記信号線路の長手方向と交差する交差方向において前記信号線路から遠ざかるように延びる第1交差線路と、前記第1交差線路の一方の端部から前記信号線路と平行に延び、第2平行線路の長さより短い第3平行線路と、前記第3平行線路の一方の端部に接続され、前記交差方向において前記信号線路に近づくように前記第1交差線路の長さより短く延びてから前記信号線路と平行に延びる屈曲部が形成された屈曲線路と、を含む第2線路と、
前記第1平行線路の一方の端部及び前記第2平行線路の一方の端部に電気的に接続された第1接地導体と、
前記第2線路の一方の端部に接続された第2接地導体と、
前記第1平行線路の他方の端部と前記第2接地導体との間に設けられた第1電子スイッチと、
前記第2平行線路の他方の端部と前記第2接地導体との間に設けられた第2電子スイッチと、を備え、
前記第1平行線路と前記第2平行線路との間に前記信号線路が位置し、
前記デジタル移相回路が隣り合う部分において、前記第1接地導体と前記第2接地導体とが共通化されており、
前記デジタル移相回路が隣り合う部分において、前記第2線路の前記屈曲線路は、隣り合う前記デジタル移相回路における前記第2線路の前記第1交差線路に接続されている、
デジタル移相器。
【請求項2】
前記デジタル移相回路が隣り合う部分において、前記第2線路の前記屈曲線路は、隣り合う前記デジタル移相回路における前記第2線路の前記第1交差線路に対して垂直に接続されている、請求項1記載のデジタル移相器。
【請求項3】
前記信号線路の一方の端部に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサと前記第1接地導体との間に設けられた第3電子スイッチと、
を更に備え、
前記第1接地導体の一方の端部は、前記交差方向において前記信号線路から遠ざかるように延びて前記第3電子スイッチに接続されている、
請求項1記載のデジタル移相器。
【請求項4】
前記第1電子スイッチ、前記第2電子スイッチ、及び前記第3電子スイッチは、電界効果トランジスタであり、
前記第1電子スイッチ及び前記第2電子スイッチをなす電界効果トランジスタのサイズは、前記第3電子スイッチをなす電界効果トランジスタのサイズの2倍以上である、
請求項3記載のデジタル移相器。
【請求項5】
前記第1平行線路の他方の端部に設けられた第1上側パッドと、
前記第2平行線路の他方の端部に設けられた第2上側パッドと、
を更に備え、
前記第1上側パッドの前記交差方向における寸法の最大値は、前記第1平行線路の幅よりも大きく、
前記第2上側パッドの前記交差方向における寸法の最大値は、前記第2平行線路の幅よりも大きい、
請求項1から請求項4の何れか一項に記載のデジタル移相器。
【請求項6】
ビアを介して前記第1上側パッドに接続されるとともに、前記第1電子スイッチが接続される第1下側パッドと、
ビアを介して前記第2上側パッドに接続されるとともに、前記第2電子スイッチが接続される第2下側パッドと、
を更に備え、
前記第1下側パッドの前記交差方向における寸法の最大値は、前記第1上側パッドの前記交差方向における寸法の最大値よりも大きく、
前記第2下側パッドの前記交差方向における寸法の最大値は、前記第2上側パッドの前記交差方向における寸法の最大値よりも大きい、
請求項5記載のデジタル移相器。
【請求項7】
前記信号線路の一方の端部と前記第1接地導体との間に設けられた第4電子スイッチを更に備える請求項1記載のデジタル移相器。
【請求項8】
前記デジタル移相回路の少なくとも1つは、他の前記デジタル移相回路とは、前記交差方向における前記第2平行線路の中心線と前記第3平行線路の中心線との間の距離が異なる、請求項1記載のデジタル移相器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、デジタル移相器に関する。
【背景技術】
【0002】
以下の非特許文献1には、マイクロ波、準ミリ波、或いはミリ波を対象とするデジタル制御型の移相回路(デジタル移相回路)が開示されている。このデジタル移相回路は、非特許文献1の
図2に示されているように、信号線路(signal line)、一対の内側線路(inner lines)、一対の外側線路(outer lines)、第1接地バー、第2接地バー、及び一対のNMOSスイッチ等を備える。一対の内側線路は、信号線路の両側に設けられる。一対の外側線路は、一対の内側線路の外側に設けられる。第1接地バーは、各内側線路及び各外側線路の一端に接続される。第2接地バーは、各外側線路の他端に接続される。各NMOSスイッチは、各内側線路の他端と第2接地バーとの間に設けられる。
【0003】
このようなデジタル移相回路は、信号線路における信号波の伝送に起因して一対の内側線路或いは一対の外側線路に流れるリターン電流を一対のNMOSスイッチの開/閉に応じて切り替えることにより、動作モードを低遅延モードと高遅延モードとに切り替える。即ち、デジタル移相回路は、一対の内側線路にリターン電流が流れる場合に動作モードが低遅延モードとなり、一対の外側線路にリターン電流が流れる場合に動作モードが高遅延モードとなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】A Ka-band Digitally-Controlled Phase Shifter with sub-degree Phase Precision (2016,IEEE,RFIC)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上述したようなデジタル移相回路において、限られた面積で移相量を確保するには、回路定数の1つであるインダクタンスについて、高遅延モード時の値(インダクタンス値)を低遅延モード時のインダクタンス値に対して十分に大きくすることが望ましい。しかしながら、上述した従来のデジタル移相回路において、高遅延モード時のインダクタンス値を大きくするためには、信号線路に対して外側線路を離す(或いは、外側線路の長さを長くする)必要があることから、サイズが大きくなってしまう。デジタル移相器は、複数のデジタル移相回路が縦続接続された構成であるから、デジタル移相回路のサイズが大きくなると、デジタル移相器が大型化してしまうという問題があった。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも小型で所望の移相特性を実現することができるデジタル移相器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様によるデジタル移相器(A1~A3)は、縦続接続された複数のデジタル移相回路(B、B1~Bn)を有する移相器であって、前記デジタル移相回路は、信号線路(10)と、前記信号線路と平行に延びる第1平行線路(21p1)を含む第1線路(21)と、前記信号線路と平行に延びる第2平行線路(22p2)と、前記第2平行線路の一方の端部から前記信号線路の長手方向と交差する交差方向(Y)において前記信号線路から遠ざかるように延びる第1交差線路(22c1)と、前記第1交差線路の一方の端部から前記信号線路と平行に延び、第2平行線路(22p2)の長さより短い第3平行線路(22p3)と、前記第3平行線路の一方の端部に接続され、前記交差方向において前記信号線路に近づくように前記第1交差線路(22c1)の長さより短く延びてから前記信号線路と平行に延びる屈曲部(CR)が形成された屈曲線路(22b)と、を含む第2線路(22)と、前記第1平行線路の一方の端部及び前記第2平行線路の一方の端部に電気的に接続された第1接地導体(31)と、前記第2線路の一方の端部に接続された第2接地導体(32)と、前記第1平行線路の他方の端部と前記第2接地導体との間に設けられた第1電子スイッチ(41)と、前記第2平行線路の他方の端部と前記第2接地導体との間に設けられた第2電子スイッチ(42)と、を備え、前記第1平行線路と前記第2平行線路との間に前記信号線路が位置し、前記デジタル移相回路が隣り合う部分において、前記第1接地導体と前記第2接地導体とが共通化されており、前記デジタル移相回路が隣り合う部分において、前記第2線路の前記屈曲線路は、隣り合う前記デジタル移相回路における前記第2線路の前記第1交差線路に接続されている。
【0008】
本発明の第1の態様によるデジタル移相器では、第1電子スイッチ及び第2電子スイッチが閉状態に設定される低遅延モードでは、第1線路の一部をなす第1平行線路に第1リターン電流が流れるとともに、第2線路の一部をなす第2平行線路に第2リターン電流が流れる。これに対し、第1電子スイッチ及び第2電子スイッチがオフ状態に設定される高遅延モードでは、第2線路の一部をなす屈曲線路、第3平行線路、及び第1交差線路に第3リターン電流が流れる。これにより、従来よりも小型で所望の移相特性を実現することができる。
【0009】
本発明の第2の態様によるデジタル移相器は、本発明の第1の態様によるデジタル移相器において、前記デジタル移相回路が隣り合う部分において、前記第2線路の前記屈曲線路は、隣り合う前記デジタル移相回路における前記第2線路の前記第1交差線路に対して垂直に接続されている。
【0010】
本発明の第3の態様によるデジタル移相器は、本発明の第1又は第2の態様によるデジタル移相器において、前記信号線路の一方の端部に接続されたコンデンサ(60)と、前記コンデンサと前記第1接地導体との間に設けられた第3電子スイッチ(43)と、を更に備え、前記第1接地導体の一方の端部が、前記交差方向において前記信号線路から遠ざかるように延びて前記第3電子スイッチに接続されている。
【0011】
本発明の第4の態様によるデジタル移相器は、本発明の第3の態様によるデジタル移相器において、前記第1電子スイッチ、前記第2電子スイッチ、及び前記第3電子スイッチが、電界効果トランジスタであり、前記第1電子スイッチ及び前記第2電子スイッチをなす電界効果トランジスタのサイズが、前記第3電子スイッチをなす電界効果トランジスタのサイズの2倍以上である。
【0012】
本発明の第5の態様によるデジタル移相器は、本発明の第1から第4の何れかの態様によるデジタル移相器において、前記第1平行線路の他方の端部に設けられた第1上側パッド(21d2)と、前記第2平行線路の他方の端部に設けられた第2上側パッド(22d)と、を更に備え、前記第1上側パッドの前記交差方向における寸法の最大値が、前記第1平行線路の幅よりも大きく、前記第2上側パッドの前記交差方向における寸法の最大値は、前記第2平行線路の幅よりも大きい。
【0013】
本発明の第6の態様によるデジタル移相器は、本発明の第5の態様によるデジタル移相器において、ビア(50)を介して前記第1上側パッドに接続されるとともに、前記第1電子スイッチが接続される第1下側パッド(33a)と、ビア(50)を介して前記第2上側パッドに接続されるとともに、前記第2電子スイッチが接続される第2下側パッド(33b)と、を更に備え、前記第1下側パッドの前記交差方向における寸法の最大値が、前記第1上側パッドの前記交差方向における寸法の最大値よりも大きく、前記第2下側パッドの前記交差方向における寸法の最大値が、前記第2上側パッドの前記交差方向における寸法の最大値よりも大きい。
【0014】
本発明の第7の態様によるデジタル移相器は、本発明の第1から第6の何れかの態様によるデジタル移相器において、前記信号線路の一方の端部と前記第1接地導体との間に設けられた第4電子スイッチ(44)を更に備える。
【0015】
本発明の第8の態様によるデジタル移相器は、本発明の第1から第7の何れかの態様によるデジタル移相器において、前記デジタル移相回路の少なくとも1つは、他の前記デジタル移相回路とは、前記交差方向における前記第2平行線路の中心線と前記第3平行線路の中心線との間の距離(D1)が異なる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、従来よりも小型で所望の移相特性を実現することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【
図1】本発明の第1実施形態によるデジタル移相器を構成するデジタル移相回路の基本構成を示す平面図である。
【
図2】
図1中のII-II線に沿う断面矢視図である。
【
図3】
図1中のIII-III線に沿う断面矢視図である。
【
図4】本発明の第1実施形態によるデジタル移相回路における接続パッドと第1,第2電子スイッチとの接続関係を示す平面図である。
【
図5】本発明の第1実施形態によるデジタル移相器の要部構成を示す平面図である。
【
図6】本発明の第2実施形態によるデジタル移相器の要部構成を示す平面図である。
【
図7】本発明の第3実施形態によるデジタル移相器の要部構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、図面を参照して本発明の実施形態によるデジタル移相器について詳細に説明する。尚、以下で参照する図面では、理解を容易にするために、必要に応じて各部材の寸法を適宜変えて図示している。
【0019】
〔第1実施形態〕
〈デジタル移相回路〉
図1は、本発明の第1実施形態によるデジタル移相器を構成するデジタル移相回路の基本構成を示す平面図である。
図2は、
図1中のII-II線に沿う断面矢視図である。
図3は、
図1中のIII-III線に沿う断面矢視図である。
【0020】
図1に示す通り、デジタル移相回路Bは、信号線路10と、第1線路21と、第2線路22と、上側パッド25と、第1接地導体31と、第2接地導体32と、を備える。本実施形態における第1線路21は、第1平行線路21p1と、一対の上側パッド21d1,21d2と、を含む。本実施形態における第2線路22は、第2平行線路22p2と、第1交差線路22c1と、第3平行線路22p3と、屈曲線路22b、第2交差線路22c2と、上側パッド22dと、を含む。また、本実施形態におけるデジタル移相回路Bは、4つの電子スイッチ41~44と、複数の接続導体50と、コンデンサ60と、複数の接続パッドP1~P4と、を備える(
図2及び
図3も参照)。
【0021】
信号線路10は、
図1に示す通り、一方向に延在する直線状の帯状導体である。即ち、信号線路10は、一定の幅、一定の厚さ及び所定の長さを有する長尺板状の導体である。信号線路10には、
図1における紙面左側から紙面右側に向かって、つまり紙面左側の端部(入力端)から紙面右側の端部(出力端)に向かって信号電流が流れる。この信号電流は、上述したマイクロ波、準ミリ波、或いはミリ波の波長域を有する高周波信号である。
【0022】
ここで、本実施形態では、信号線路10の長手方向(信号線路10が延在する方向)を、単に長手方向Xという。長手方向Xに沿って、信号線路10の入力端から出力端に向かう向きを、+Xの向き又は右方という。右方とは反対の向きを、左方又は-Xの向きという。信号線路10に交差する(例えば、直交する)方向を、交差方向Yという。交差方向Yに沿う一つの向きを、奥側又は+Yの向きという。奥側とは反対の向きを、手前側又は-Yの向きという。長手方向X及び交差方向Yの双方に交差する(例えば、直交する)方向を、上下方向Zという。上下方向Zに沿う一つの向きを、上方又は+Zの向きという。
上方とは反対の向きを、下方又は-Zの向きという。上下方向Zから見ることを、平面視という。
【0023】
信号線路10は、電気的には集中定数回路素子としてのインダクタンスL1を有する。このインダクタンスL1は、信号線路10の長さ等、信号線路10の形状に応じた大きさを有する寄生インダクタンスである。また、信号線路10は、電気的には集中定数回路素子としての静電容量C1をも有する。この静電容量C1は、信号線路10と第1平行線路21p1(詳細は後述)との間、信号線路10と第2平行線路22p2(詳細は後述)との間、信号線路10と第3平行線路22p3(詳細は後述)との間、または信号線路10とシリコン基板(不図示)との間等における寄生容量である。
【0024】
第1平行線路21p1は、信号線路10の他方の側方(-Y側)に設けられた直線状の帯状導体である。第1平行線路21p1は、一定の幅、一定の厚さ、及び所定の長さを有する長尺板状の導体である。第1平行線路21p1は、信号線路10と平行(長手方向X)に延びている。第1平行線路21p1と信号線路10とは、交差方向Yに間隔を空けて配されている。
【0025】
上側パッド21d1は、第1平行線路21p1の一端(-X側)に接続された長方形状の平板導体である。上側パッド21d1の長辺は交差方向Yに延びており、上側パッド21d1の短辺は長手方向Xに延びている。上側パッド21d1の一方の短辺(+Y側)は、第1平行線路21p1の一方の側縁(+Y側)と交差方向Yにおいて略同一の位置にある。また、上側パッド21d1の他方の短辺(-Y側)は、第1平行線路21p1の他方の側縁(-Y側)よりも手前側(-Y側)に位置する。つまり、上側パッド21d1の交差方向Yにおける寸法は、第1平行線路21p1の幅(交差方向Yにおける寸法)よりも大きい。
【0026】
上側パッド21d2は、第1平行線路21p1の他端(+X側)に接続された長方形状の平板導体である。上側パッド21d2の長辺は交差方向Yに延びており、上側パッド21d2の短辺は長手方向Xに延びている。上側パッド21d2の一方の短辺(+Y側)は、第1平行線路21p1の一方の側縁(+Y側)と交差方向Yにおいて略同一の位置にある。また、上側パッド21d2の他方の短辺(-Y側)は、第1平行線路21p1の他方の側縁(-Y側)よりも手前側(-Y側)に位置する。つまり、上側パッド21d2の交差方向Yにおける寸法は、第1平行線路21p1の幅(交差方向Yにおける寸法)よりも大きい。
【0027】
第2平行線路22p2は、信号線路10の一方の側方(+Y側)に設けられた直線状の帯状導体である。第2平行線路22p2は、一定の幅、一定の厚さ、及び所定の長さを有する長尺板状の導体である。第2平行線路22p2は、信号線路10と平行(長手方向X)に延びている。第2平行線路22p2と信号線路10とは、交差方向Yに間隔を空けて配されている。
【0028】
第2平行線路22p2は、信号線路10に対して第1平行線路21p1とは逆側に設けられている。言い換えれば、第2平行線路22p2は、信号線路10が交差方向Yにおいて第1平行線路21p1及び第2平行線路22p2の間に位置するように、配置されている。
【0029】
第1交差線路22c1は、第2平行線路22p2の一端(-X側)に接続された直線状の帯状導体である。第1交差線路22c1は、一定の幅、一定の厚さ、及び所定の長さを有する長尺板状の導体である。第1交差線路22c1は、第2平行線路22p2の一端(-X側)から、交差方向Yにおいて信号線路10から遠ざかるように延びている。つまり、本実施形態における第1交差線路22c1は、第2平行線路22p2の一端(-X側)から奥側(+Y側)に向けて延びている。第1交差線路22c1の手前側の端縁(-Y側)は、第2平行線路22p2の一方の側縁(-Y側)と交差方向Yにおいて略同一の位置にある。
【0030】
上側パッド22dは、第2平行線路22p2の他端(+X側)に接続された長方形状の平板導体である。上側パッド22dの長辺は交差方向Yに延びており、上側パッド22dの短辺は長手方向Xに延びている。上側パッド22dの他方の短辺(-Y側)は、第2平行線路22p2の他方の側縁(-Y側)と交差方向Yにおいて略同一の位置にある。また、上側パッド22dの一方の短辺(+Y側)は、第2平行線路22p2の一方の側縁(+Y側)よりも奥側(+Y側)に位置する。つまり、上側パッド22dの交差方向Yにおける寸法は、第2平行線路22p2の幅(交差方向Yにおける寸法)よりも大きい。
【0031】
第3平行線路22p3は、第1交差線路22c1の一端(+Y端)に接続された直線状の帯状導体である。第3平行線路22p3は、一定の幅、一定の厚さ、及び所定の長さを有する長尺板状の導体である。第3平行線路22p3は、第1交差線路22c1の一端(+Y側)から、信号線路10と平行(長手方向X)に延びている。つまり、本実施形態における第3平行線路22p3は、第1交差線路22c1の一端(+Y側)から右側(+X側)に向けて延びている。第3平行線路22p3の長さは第2平行線路22p2の長さより短い。
【0032】
第3平行線路22p3は、信号線路10の一方側(+Y側)において、第2平行線路22p2よりも信号線路10から遠い位置に設けられている。言い換えれば、第3平行線路22p3は、第2平行線路22p2が交差方向Yにおいて信号線路10と第3平行線路22p3との間に位置するように、配置されている。
【0033】
図1に示す通り、交差方向Yにおいて、第2平行線路22p2の中心線と第3平行線路22p3の中心線との間の距離D1は、第2平行線路22p2の中心線と第1接地導体31(後述)の奥側の外縁(第3平行線路22p3側の外縁)との間の距離D2よりも大きい。
【0034】
屈曲線路22bは、第3平行線路22p3の一端(+X側)に接続され、屈曲部CRが形成された帯状導体である。屈曲線路22bは、第3平行線路22p3の一端(+X側)から、交差方向Yにおいて信号線路10に近づくように延びる部分線路22b1と、この部分線路22b1の一端(-Y側)から信号線路10と平行(長手方向X)に延びる部分線路22b2とからなる。屈曲線路22bをなす部分線路22b1,22b2はそれぞれ、一定の幅、一定の厚さ、及び所定の長さを有する長尺板状の導体である。部分線路22b1の長さは第1交差線路22c1の長さより短い。
【0035】
第2交差線路22c2は、屈曲線路22bを構成する部分線路22b2の一端(+X側)から、交差方向Yにおいて信号線路10に近づくように延びている。つまり、本実施形態における第2交差線路22c2は、屈曲線路22bの一端(+X端)から手前側(-Y側)に向けて延びている。
【0036】
本実施形態における第2交差線路22c2の一端縁(-Y側)は、上側パッド22dの一方の短辺(-Y側)及び第2平行線路22p2の一方の側縁(-Y側)と交差方向Yにおいて略同一の位置にある。また、上側パッド22dと第2交差線路22c2とは、長手方向Xにおいて間隔を空けて配されている。また、本実施形態における第2交差線路22c2の左側縁(-X側)は、信号線路10の右端縁(+X側)と長手方向Xにおいて略同一の位置にある。
【0037】
また、本実施形態における第2交差線路22c2の一端(-Y側)は、不図示の導体によって、第2接地導体32(後述)と常時電気的に接続されている。言い換えれば、第2線路22の一端は、不図示の導体によって、第2接地導体32と常時電気的に接続されている。
【0038】
以上説明した第1交差線路22c1、第3平行線路22p3、屈曲線路22b、及び第2交差線路22c2は、奥側(+Y側)に凸となるループ線路を構成している。
【0039】
上側パッド25は、第1線路21の一部をなす上側パッド21d1,21d2、及び第2線路22の一部をなす上側パッド22dと同様の長方形状の平板導体である。上側パッド25の長辺は交差方向Yに延びており、上側パッド25の短辺は長手方向Xに延びている。上側パッド25の一方の短辺(+Y側)は、第1平行線路21p1の一方の側縁(+Y側)と交差方向Yにおいて略同一の位置にある。また、上側パッド25の他方の短辺(-Y側)は、第1平行線路21p1の他方の側縁(-Y側)よりも手前側(-Y側)に位置する。つまり、上側パッド25の交差方向Yにおける寸法は、第1線路21の一部をなす上側パッド21d1,21d2と同様に、第1平行線路21p1の幅(交差方向Yにおける寸法)よりも大きい。また、上側パッド25は、第2交差線路22c2の一端(-Y側)と同様に、不図示の導体によって、第2接地導体32と常時電気的に接続されている。
【0040】
第1接地導体31は、信号線路10の入力端側(-X側)に設けられる板状の導体である。第1接地導体31は、電気的に接地されている。第1接地導体31は、長辺が交差方向Yに延び、短辺が長手方向Xに延びる長方形状を有する。また、第1接地導体31は、上側パッド21d1及び第1交差線路22c1の手前側(-Y側)端部と上下方向Zにおいて重なっている。第1接地導体31は、
図2に示す通り、信号線路10、第1線路21(上側パッド21d1)、及び第2線路22(第1交差線路22c1)よりも下方(-Z側)に位置する。
【0041】
第2接地導体32は、信号線路10の出力端側(+X側)に設けられる板状の導体である。第2接地導体32は、電気的に接地されている。詳細な図示は省略するが、第2接地導体32は、信号線路10、第1線路21、第2線路22(第2交差線路22c2)、及び上側パッド25よりも下方(-Z側)に位置する。
【0042】
第1接続パッドP1は、
図2に示す通り、上述した上側パッド21d1と、第1中間パッド71aと、第2中間パッド71bと、第3中間パッド71cと、第1接地導体31と、を含む。上側パッド21d1、第1中間パッド71a、第2中間パッド71b、第3中間パッド71c、及び第1接地導体31は、平面視において互いに重なっている。また、上側パッド21d1、第1中間パッド71a、第2中間パッド71b、第3中間パッド71c、及び第1接地導体31は、上側(+Z側)から下側(-Z側)に向けてこの順に並んでおり、上下方向Zにおいて間隔を空けて配されている。
【0043】
図2に示す通り、上側パッド21d1と第1中間パッド71aとは、複数の接続導体50によって電気的且つ機械的に接続されている。また、第1中間パッド71aと第2中間パッド71bとは、複数の接続導体50によって電気的且つ機械的に接続されている。また、第2中間パッド71bと第3中間パッド71cとは、複数の接続導体50によって電気的且つ機械的に接続されている。また、第3中間パッド71cと第1接地導体31とは、複数の接続導体50によって電気的且つ機械的に接続されている。これにより、第1接続パッドP1は、第1平行線路21p1の一端(-X側)と第1接地導体31とを、常時電気的に接続している。
【0044】
尚、本明細書において「接続導体50」は、上下方向Zに延在する導体であり、接続導体50の上端に接続される部材と接続導体50の下端に接続される部材とを電気的且つ機械的に接続する部材である。接続導体50は、例えば絶縁層(不図示)を上下方向Zに貫通するビアである。
【0045】
第2接続パッドP2は、
図2に示す通り、上述した第1交差線路22c1の手前側(-Y側)端部と、第1中間パッド72aと、第2中間パッド72bと、第3中間パッド72cと、第1接地導体31と、を含む。第1交差線路22c1の手前側(-Y側)端部、第1中間パッド72a、第2中間パッド72b、第3中間パッド72c、及び第1接地導体31は、平面視において互いに重なっている。また、第1交差線路22c1の手前側(-Y側)端部、第1中間パッド72a、第2中間パッド72b、第3中間パッド72c、及び第1接地導体31は、上側(+Z側)から下側(-Z側)に向けてこの順に並んでおり、上下方向Zにおいて間隔を空けて配されている。
【0046】
図2に示す通り、第1交差線路22c1の手前側(-Y側)端部と第1中間パッド72aとは、複数の接続導体50によって電気的且つ機械的に接続されている。また、第1中間パッド72aと第2中間パッド72bとは、複数の接続導体50によって電気的且つ機械的に接続されている。また、第2中間パッド72bと第3中間パッド72cとは、複数の接続導体50によって電気的且つ機械的に接続されている。また、第3中間パッド72cと第1接地導体31とは、複数の接続導体50によって電気的且つ機械的に接続されている。これにより、第2接続パッドP2は、第2平行線路22p2の一端(-X側)と第1接地導体31とを、常時電気的に接続している。
【0047】
第3接続パッドP3は、
図3に示す通り、上述した上側パッド21d2と、第1中間パッド73aと、第2中間パッド73bと、第3中間パッド73cと、下側パッド33aと、を含む。上側パッド21d2、第1中間パッド73a、第2中間パッド73b、第3中間パッド73c、及び下側パッド33aは、平面視において互いに重なっている。また、上側パッド21d2、第1中間パッド73a、第2中間パッド73b、第3中間パッド73c、及び下側パッド33aは、上側(+Z側)から下側(-Z側)に向けてこの順に並んでおり、上下方向Zにおいて間隔を空けて配されている。
【0048】
ここで、下側パッド33aは、
図1に示す通り、長辺が交差方向Yに延び、短辺が長手方向Xに延びる長方形状の平板導体である。下側パッド33aは、第2接地導体32とは別体に設けられる。下側パッド33aと第2接地導体32とは、第1電子スイッチ41(後述)の状態に応じて、電気的接続の有無が切り替わる。従って、下側パッド33aは、第1電子スイッチ41の状態に応じて、電気的接地の有無が切り替わる。
【0049】
図3に示す通り、上側パッド21d2と第1中間パッド73aとは、複数の接続導体50によって電気的且つ機械的に接続されている。また、第1中間パッド73aと第2中間パッド73bとは、複数の接続導体50によって電気的且つ機械的に接続されている。また、第2中間パッド73bと第3中間パッド73cとは、複数の接続導体50によって電気的且つ機械的に接続されている。また、第3中間パッド73cと下側パッド33aとは、複数の接続導体50によって電気的且つ機械的に接続されている。これにより、第3接続パッドP3は、第1平行線路21p1の他端(+X側)と第1電子スイッチ41とを、常時電気的に接続している。
【0050】
第4接続パッドP4は、
図3に示す通り、上述した上側パッド22dと、第1中間パッド74aと、第2中間パッド74bと、第3中間パッド74cと、下側パッド33bと、を含む。上側パッド22d、第1中間パッド74a、第2中間パッド74b、第3中間パッド74c、及び下側パッド33bは、平面視において互いに重なっている。また、上側パッド22d、第1中間パッド74a、第2中間パッド74b、第3中間パッド74c、及び下側パッド33bは、上側(+Z側)から下側(-Z側)に向けてこの順に並んでおり、上下方向Zにおいて間隔を空けて配されている。
【0051】
ここで、下側パッド33bは、
図1に示す通り、長辺が交差方向Yに延び、短辺が長手方向Xに延びる長方形状の平板導体である。下側パッド33bは、第2接地導体32及び下側パッド33aとは別体に設けられる。下側パッド33bと第2接地導体32とは、第2電子スイッチ42(後述)の状態に応じて、電気的接続の有無が切り替わる。従って、下側パッド33bは、第2電子スイッチ42の状態に応じて、電気的接地の有無が切り替わる。
【0052】
図3に示す通り、上側パッド22dと第1中間パッド74aとは、複数の接続導体50によって電気的且つ機械的に接続されている。また、第1中間パッド74aと第2中間パッド74bとは、複数の接続導体50によって電気的且つ機械的に接続されている。また、第2中間パッド74bと第3中間パッド74cとは、複数の接続導体50によって電気的且つ機械的に接続されている。また、第3中間パッド74cと下側パッド33bとは、複数の接続導体50によって電気的且つ機械的に接続されている。これにより、第4接続パッドP4は、第2平行線路22p2の他端(+X側)と第2電子スイッチ42とを、常時電気的に接続している。
【0053】
ここで、
図3に示す通り、接続パッドP3の一部をなす下側パッド33aの交差方向Yにおける寸法D12は、接続パッドP3の一部をなす上側パッド21d2の交差方向Yにおける寸法D11よりも大きい。また、接続パッドP4の一部をなす下側パッド33bの交差方向Yにおける寸法D22は、接続パッドP4の一部をなす上側パッド22dの交差方向Yにおける寸法D21よりも大きい。詳細は後述するが、これは高周波信号の損失を低減するために、下側パッド33a,33bに接続される第1電子スイッチ41及び第2電子スイッチ42のサイズを大きくしたことに伴うものである。
【0054】
コンデンサ60は、例えば、
図2に示す通り、上部電極が信号線路10に接続され、下部電極が第3電子スイッチ43を介して第1接地導体31に接続される平行平板である。コンデンサ60は、平行平板の対向面積に応じた静電容量Caを有する。即ち、この静電容量Caは、信号線路10と第1接地導体31との間に設けられる回路定数である。但し、コンデンサ60は櫛歯型コンデンサであってもよい。
【0055】
第1電子スイッチ41は、
図1に示す通り、第3接続パッドP3の下側パッド33aと第2接地導体32とを開閉自在に接続するトランジスタである。本実施形態における第1電子スイッチ41は、
図1に示す通り、例えばMOS型FETであり、ドレイン端子が第3接続パッドP3の下側パッド33aに接続され、ソース端子が第2接地導体32に接続され、またゲート端子がスイッチ制御部80に接続されている。
【0056】
第1電子スイッチ41は、スイッチ制御部80からゲート端子に入力されるゲート信号に基づいて、ドレイン端子とソース端子との導通状態を開状態或いは閉状態に切り替える。即ち、第1電子スイッチ41は、スイッチ制御部80によって、第1平行線路21p1の他端(+X側)と第2接地導体32との間を導通状態又は遮断状態にする。
【0057】
第2電子スイッチ42は、
図1に示す通り、第4接続パッドP4の下側パッド33bと第2接地導体32とを開閉自在に接続するトランジスタである。本実施形態における第2電子スイッチ42は、
図1に示す通り、例えばMOS型FETであり、ドレイン端子が第4接続パッドP4の下側パッド33bに接続され、ソース端子が第2接地導体32に接続され、またゲート端子がスイッチ制御部80に接続されている。
【0058】
第2電子スイッチ42は、スイッチ制御部80からゲート端子に入力されるゲート信号に基づいて、ドレイン端子とソース端子との導通状態を開状態或いは閉状態に切り替える。即ち、第2電子スイッチ42は、スイッチ制御部80によって、第2平行線路22p2の他端(+X側)と第2接地導体32との間を導通状態又は遮断状態にする。
【0059】
図4は、本発明の第1実施形態によるデジタル移相回路における接続パッドと第1,第2電子スイッチとの接続関係を示す平面図である。
図4に示す通り、第1電子スイッチ41及び第2電子スイッチ42は、例えば、平面視形状が矩形形状のMOS型FETであり、ドレイン端子DT及びソース端子STを備える。尚、
図4においては、ゲート端子の図示は省略している。
【0060】
上述した通り、第1電子スイッチ41及び第2電子スイッチ42は、高周波信号の損失を低減するためにサイズ(具体的には、ゲート幅W)を大きくしている。第1電子スイッチ41及び第2電子スイッチ42のサイズが大きくなると、
図4に示す通り、ドレイン端子DT及びソース端子STのY方向における長さも長くなる。
【0061】
下側パッド33aの交差方向Yにおける寸法D12(
図3参照)が、上側パッド21d2の交差方向Yにおける寸法D11と同程度であると、第1電子スイッチ41は、ドレイン端子DTの一部のみが下側パッド33aに接続されることとなる。同様に、下側パッド33bの交差方向Yにおける寸法D22(
図3参照)が、上側パッド22dの交差方向Yにおける寸法D21と同程度であると、第2電子スイッチ42は、ドレイン端子DTの一部のみが下側パッド33bに接続されることとなる。
【0062】
本実施形態では、下側パッド33aの交差方向Yにおける寸法D12を、第1電子スイッチ41のドレイン端子DTのY方向における長さに合わせて長くしている。つまり、下側パッド33aの交差方向Yにおける寸法D12を、上側パッド21d2の交差方向Yにおける寸法D11よりも大きくしている。これにより、第1電子スイッチ41のドレイン端子DTの全体が下側パッド33aに接続されるようにしている。
【0063】
同様に、下側パッド33bの交差方向Yにおける寸法D22を、第2電子スイッチ42のドレイン端子DTのY方向における長さに合わせて長くしている。つまり、下側パッド33bの交差方向Yにおける寸法D22を、上側パッド22dの交差方向Yにおける寸法D21よりも大きくしている。これにより、第2電子スイッチ42のドレイン端子DTの全体が下側パッド33bに接続されるようにしている。
【0064】
尚、第2接地導体32の他方の短辺(-Y側)は、下側パッド33aの他方の短辺(-Y側)と交差方向Yにおいて略同一の位置にある。つまり、第2接地導体32は、Y方向において、下側パッド33bの一方の短辺(+Y側)から下側パッド33aの他方の短辺(-Y側)まで延在している。このため、
図4に示す通り、第1電子スイッチ41及び第2電子スイッチ42のソース端子STも、全体が第2接地導体32に接続されている。
【0065】
第3電子スイッチ43は、
図2に示す通り、コンデンサ60の下部電極と第1接地導体31とを開閉自在に接続するトランジスタである。第3電子スイッチ43は、例えばMOS型FETであり、ドレイン端子がコンデンサ60の下部電極に接続され、ソース端子が第1接地導体31に接続され、またゲート端子がスイッチ制御部80に接続されている。
【0066】
ここで、第3電子スイッチ43は、
図2に示す通り、信号線路10から奥側(+Y側)に離れた位置に配置されている。また、第1接地導体31の一端(+Y側)は、交差方向Yにおいて、信号線路10から遠ざかるように延びて第3電子スイッチ43に接続されている。このような配置にするのは、特定の半導体製造装置において、コンデンサ60の下部電極の接続には設計ルール上の制約があるためである。
【0067】
具体的には、コンデンサ60の下部電極は、一旦、接続配線及びビアを介して上の配線層(例えば、信号線路10が形成されている層)に接続し、その配線層からビアを介して下の配線層に接続しなければならないないという制約である。尚、
図2においては、コンデンサ60の下部電極と第3電子スイッチ43との接続経路を簡略化して図示している。この制約のために、第3電子スイッチ43を、コンデンサ60が形成されている位置(例えば、
図1に示す信号線路10の入力端側(-X側))の近傍に配置することはできず、信号線路10から奥側(+Y側)に離れた位置に配置しなければならない。第1接地導体31は、このような位置に配置された第3電子スイッチ43のソース端子に接続されるために、交差方向Yにおいて、信号線路10から遠ざかるように延びている。
【0068】
第3電子スイッチ43は、スイッチ制御部80からゲート端子に入力されるゲート信号に基づいて、ドレイン端子とソース端子との導通状態を開状態或いは閉状態に切り替える。即ち、第3電子スイッチ43は、スイッチ制御部80によって、コンデンサ60の下部電極と第1接地導体31との間を導通状態又は遮断状態にする。
【0069】
ここで、第1電子スイッチ41及び第2電子スイッチ42のサイズ(ゲート幅)は、例えば、第3電子スイッチ43のサイズ(ゲート幅)の2倍以上に設定される。尚、第1電子スイッチ41及び第2電子スイッチ42のサイズ(ゲート幅)は、第3電子スイッチ43のサイズ(ゲート幅)の5倍以上であることが好ましい。
【0070】
詳細は後述するが、本実施形態では、高遅延モードにおける高周波信号の損失を格段に低減することができる。高遅延モードにおける高周波信号の損失と低遅延モードにおける高周波信号の損失との差は極力小さいことが望ましいため、高遅延モードにおける高周波信号の損失が低減されれば、低遅延モードにおける高周波信号の損失も低減させる必要がある。このため、第1電子スイッチ41及び第2電子スイッチ42のサイズを、第3電子スイッチ43のサイズよりも大きくしている。
【0071】
尚、高遅延モードにおける高周波信号の損失と低遅延モードにおける高周波信号の損失との差を小さくするためには、1電子スイッチ41及び第2電子スイッチ42のサイズを、少なくとも第3電子スイッチ43のサイズの2倍以上に設定する必要がある。また、第1電子スイッチ41及び第2電子スイッチ42のサイズを、第3電子スイッチ43のサイズの5倍以上にすれば、高遅延モードにおける高周波信号の損失と低遅延モードにおける高周波信号の損失とを同程度にすることができる。
【0072】
第4電子スイッチ44は、
図2に示す通り、信号線路10の入力端側(-X側)と第1接地導体31とを開閉自在に接続するトランジスタである。この第4電子スイッチ44は、上述した第1電子スイッチ41、第2電子スイッチ42、及び第3電子スイッチ43と同様に、MOS型FETであり、ドレイン端子が信号線路10の入力端側(-X側)に接続され、ソース端子が第1接地導体31に接続され、またゲート端子がスイッチ制御部80に接続されている。尚、第4電子スイッチ44は、信号線路10の入力端側(-X側)と第1接地導体31との間ではなく、信号線路10の出力端側(+X側)と第2接地導体32との間に設けてもよい。
【0073】
第4電子スイッチ44は、スイッチ制御部80からゲート端子に入力されるゲート信号に基づいて、ドレイン端子とソース端子との導通状態を開状態或いは閉状態に切り替える。即ち、第4電子スイッチ44は、スイッチ制御部80によって、信号線路10の入力端側(-X側)と第1接地導体31との間を導通状態又は遮断状態にする。
【0074】
スイッチ制御部80は、上述した第1電子スイッチ41、第2電子スイッチ42、第3電子スイッチ43、及び第4電子スイッチ44を制御する制御回路である。スイッチ制御部80は、4つの出力ポートを備えており、各出力ポートから第1電子スイッチ41、第2電子スイッチ42、第3電子スイッチ43、及び第4電子スイッチ44の各ゲート端子にゲート信号を個別に出力する。即ち、スイッチ制御部80は、上記ゲート信号によって、第1電子スイッチ41、第2電子スイッチ42、第3電子スイッチ43、及び第4電子スイッチ44を開状態又は閉状態にする。
【0075】
次に、以上のように構成されたデジタル移相回路Bの作用について説明する。
【0076】
本実施形態におけるデジタル移相回路Bは、第1~第3電子スイッチ41~43の導通状態に応じて動作モードが切り替えられる。即ち、デジタル移相回路Bの動作モードには、スイッチ制御部80によって第1電子スイッチ41及び第2電子スイッチ42が閉状態に設定され、第3電子スイッチ43が開状態に設定される低遅延モードと、スイッチ制御部80によって第1電子スイッチ41及び第2電子スイッチ42が開状態に設定され、第3電子スイッチ43が閉状態に設定される高遅延モードと、がある。
【0077】
低遅延モードにおいて、スイッチ制御部80は、第1電子スイッチ41及び第2電子スイッチ42を閉状態に設定し、第3電子スイッチ43を開状態に設定する。即ち、低遅延モードでは、高周波信号が信号線路10の入力端(左端)から出力端(右端)まで伝播するまでの第1伝搬遅延時間TLによって、出力端(右端)における位相が、高遅延モードにおける第2の位相θHよりも小さな第1の位相θLとなる。以下、低遅延モードについて更に詳しく説明する。
【0078】
第1電子スイッチ41が閉状態に設定されることにより、第1平行線路21p1の他端(+X側)は、第3接続パッドP3を介して、第2接地導体32と接続される(
図1参照)。一方、第1平行線路21p1の一端(-X側)は、第1接続パッドP1を介して、第1接地導体31と常時接続されている(
図1及び
図2参照)。従って、第1平行線路21p1は、他端(+X側)が第1電子スイッチ41を介して第2接地導体32に接続されることによって、一端(-X側)と他端(+X側)との間に電流が流れ得る第1通電経路を形成する。
【0079】
また、第2電子スイッチ42が閉状態に設定されることにより、第2平行線路22p2の他端(+X側)は、第4接続パッドP4を介して、第2接地導体32と接続される(
図1参照)。一方、第2平行線路22p2の一端(-X側)は、第2接続パッドP2を介して、第1接地導体31と常時接続されている(
図1及び
図2参照)。従って、第2平行線路22p2は、他端(+X側)が第2電子スイッチ42を介して第2接地導体32に接続されることによって、一端(-X側)と他端(+X側)との間に電流が流れ得る第2通電経路を形成する。
【0080】
そして、第1平行線路21p1及び第2平行線路22p2の両端接続状態において、信号線路10に入力端から出力端に向けた信号電流が流れると、当該信号電流の伝播に起因して、第1平行線路21p1及び第2平行線路22p2にリターン電流が生じる。当該リターン電流は、第1平行線路21p1及び第2平行線路22p2を、他端(+X側)から一端(-X側)に向かって流れる。
【0081】
即ち、第1通電経路を形成する第1平行線路21p1には、信号線路10における信号電流の通電によって、信号電流の通電の向きとは逆向きの第1リターン電流が流れる。また、第2通電経路を形成する第2平行線路22p2には、信号線路10における信号電流の通電によって、信号電流の通電の向きとは逆向き、つまり第1リターン電流と同じ向きの第2リターン電流が流れる。
【0082】
ここで、第1平行線路21p1に流れる第1リターン電流及び第2平行線路22p2に流れる第2リターン電流は、何れも、信号電流の通電の向きとは逆向きである。従って、第1リターン電流及び第2リターン電流は、信号線路10と第1平行線路21p1との電磁気的な結合(相互誘導)及び信号線路10と第2平行線路22p2との電磁気的な結合(相互誘導)に起因して、デジタル移相回路Bの全体のインダクタンスを減少させるように作用する。信号線路10のインダクタンスをLslow、リターン経路(第1平行線路21p1及び第2平行線路22p2)のインダクタンスをLglow、信号線路10とリターン経路との相互インダクタンスをMlowとする。低遅延モードにおけるデジタル移相回路Bの全体のインダクタンスLlowは、Lslow+Lglow-Mlowとなる。
【0083】
また、信号線路10は、上述した通り寄生容量としての静電容量C1を有している。低遅延モードでは、第3電子スイッチ43が開状態に設定されるので、コンデンサ60は、信号線路10と第1接地導体31との間に接続されていない。即ち、コンデンサ60の静電容量Caは、信号線路10を伝播する高周波信号に影響を与えない。従って、信号線路10を伝播する高周波信号には、(Llow×C1)1/2に比例した第1伝搬遅延時間TLが作用する。
【0084】
そして、信号線路10の出力端における高周波信号は、このような第1伝搬遅延時間TLに起因して、信号線路10の入力端における高周波信号より位相が第1の位相θLだけ遅れたものとなる。即ち、低遅延モードでは、第1リターン電流及び第2リターン電流に起因してデジタル移相回路Bの全体のインダクタンスがインダクタンスLlowになることによって、伝搬遅延時間が減少する。
【0085】
一方、高遅延モードにおいて、スイッチ制御部80は、第1電子スイッチ41及び第2電子スイッチ42を開状態に設定し、第3電子スイッチ43を閉状態に設定する。尚、第4電子スイッチ44は、開状態に設定される。即ち、高遅延モードでは、高周波信号が信号線路10の入力端(左端)から出力端(右端)まで伝播するまでの第2伝搬遅延時間THによって、出力端(右端)における位相が、低遅延モードにおける第1の位相θLよりも大きな第2の位相θHとなる。以下、高遅延モードについて更に詳しく説明する。
【0086】
上述した通り、高遅延モードでは、第1電子スイッチ41及び第2電子スイッチ42が開状態に設定される。よって、第1平行線路21p1には上述した第1導電経路が形成されず、また、第2平行線路22p2には上述した第2導電経路が形成されない。従って、第1平行線路21p1に流れる第1リターン電流は極めて小さくなり、また、第2平行線路22p2に流れる第2リターン電流は極めて小さくなる。
【0087】
これに対して、第1交差線路22c1の手前側(-Y側)端部は、第2接続パッドP2を介して、第1接地導体31と常時接続されている(
図2参照)。また、第2交差線路22c2の一端(-Y側)は、上述した通り、第2接地導体32と常時接続されている。従って、第1交差線路22c1、第3平行線路22p3、屈曲線路22b、及び第2交差線路22c2には、第2交差線路22c2の一端(-Y側)と第1交差線路22c1の手前側(-Y側)端部との間に電流が流れ得る第3通電経路が予め形成されている。このため、高遅延モードでは、信号線路10における信号電流に起因して、第2交差線路22c2の一端(-Y側)から屈曲線路22b及び第3平行線路22p3を経由して第1交差線路22c1の手前側(-Y側)端部に向かう第3リターン電流が流れる。
【0088】
ここで、第3リターン電流は、信号線路10と平行な第3平行線路22p3及び屈曲線路22bの部分線路22b2において、信号線路10における信号電流の通電の向きとは逆向きに流れる。また、屈曲線路22bの部分線路22b1、第3平行線路22p3、及び第1交差線路22c1は、信号線路10とは反対側(+Y側)に凸となるループ線路を構成している。従って、リターン経路(第3リターン電流が流れる経路)がループ線路を構成していない従来の構成と比較してリターン経路のインダクタンスを増大させることができる。これにより、デジタル移相回路Bの全体のインダクタンスを増加させることができる。信号線路10のインダクタンスをLshigh、リターン経路(第2交差線路22c2、屈曲線路22b、第3平行線路22p3、第1交差線路22c1)のインダクタンスをLghigh、信号線路10とリターン経路との相互インダクタンスをMhighとする。尚、Lshigh=Lslowである。高遅延モードにおけるデジタル移相回路Bの全体のインダクタンスLhighは、Lshigh+Lghigh-Mhighとなる。ここで、明らかに、Lglow<Lghigh及びMlow>Mhighが成り立つから、Lhigh>Llowが成り立つ。
【0089】
尚、第3リターン電流がリターン経路のインダクタンスを増加させるように作用する原理は次のように説明できる。つまり、第3リターン電流が屈曲線路22bの部分線路22b1を流れる際に発生させる磁界、第3リターン電流が第3平行線路22p3を流れる際に発生させる磁界、及び第3リターン電流が第1交差線路22c1を流れる際に発生させる磁界は、何れも、上記ループ線路内において同一の向き(+Zの向き)である。このため、これらの磁界は互いに強め合う。従って、第3リターン電流が流れる線路がループ線路を構成していない従来の構成と比較して、第3リターン電流が生じさせる磁界を大きくし、リターン経路のインダクタンスを増大させることができる。また、ループの高さ(即ち、第3平行線路22p3の交差方向Yにおける位置、並びに、第1交差線路22c1及び屈曲線路22bの部分線路22b1を調整することにより、リターン経路のインダクタンスの値を大きく変化させることができる。
【0090】
一方、信号線路10は寄生容量としての静電容量C1を有している。また、高遅延モードでは、第3電子スイッチ43が閉状態に設定されるので、信号線路10と第1接地導体31との間には、コンデンサ60が接続されている。即ち、信号線路10は、コンデンサ60の静電容量Caと静電容量C1(寄生容量)とを合算した静電容量Cbを有する。従って、信号線路10を伝播する高周波信号には、伝送系のインダクタンスの増加と、合算した静電容量Cbと、に係る第2伝搬遅延時間THが作用する。
【0091】
そして、信号線路10の出力端における高周波信号は、このような第2伝搬遅延時間THに起因して、信号線路10の入力端における高周波信号より位相が第2の位相θHだけ遅れたものとなる。即ち、高遅延モードでは、第3リターン電流に起因して伝送系のインダクタンスが増大されることによって、伝搬遅延時間が増大する。
【0092】
ここで、高遅延モードでは、電子スイッチ44を閉状態に設定することにより、信号線路10の損失を意図的に増加させてもよい。この損失付与は、高遅延モードにおける高周波信号の損失を、低遅延モードにおける高周波信号の損失と同程度にしようとするためのものである。
【0093】
〈デジタル移相器〉
図5は、本発明の第1実施形態によるデジタル移相器の要部構成を示す平面図である。
図5に示す通り、本実施形態のデジタル移相器A1は、複数のデジタル移相回路B
1,B
2,B
3,…,B
n-1,B
nを長手方向Xに縦続接続したものである。尚、デジタル移相回路B
1,B
2,B
3,…,B
n-1,B
nの基本構成は、
図1~
図4を用いて説明したデジタル移相回路Bと同様である。
【0094】
デジタル移相器A1は、デジタル移相回路B
1から入力された高周波信号をデジタル移相回路B
nから出力し、又は、デジタル移相回路B
nから入力された高周波信号をデジタル移相回路B
1から出力する。尚、以下では、デジタル移相回路B
1から入力された高周波信号をデジタル移相回路B
nから出力する場合を例に挙げて説明する。尚、見やすさのため、
図5以降の図においては、第1電子スイッチ41、第2電子スイッチ42、及びスイッチ制御部80の図示は省略している。
【0095】
図5に示す通り、デジタル移相器A1は、第1線路21が信号線路10の他方側(-Y側)にのみ位置し、第2線路22が信号線路10の一方側(+Y側)にのみ位置するように長手方向Xに縦続接続されている。つまり、デジタル移相器A1は、信号線路10の一方側(+Y側)にのみループ線路が配置された構成である。このような構成にするのは、デジタル移相器A1の小型化を図るためである。
【0096】
本実施形態によるデジタル移相器A1において、デジタル移相回路B1~Bn-1は、右側(+X側)に隣接するデジタル移相回路B2~Bnに対し、一部が入り込むように接続されている。尚、実施形態によるデジタル移相器A1において、デジタル移相回路B2~Bnは、左側(-X側)に隣接するデジタル移相回路B1~Bn-1に対し、一部が入り込むように接続されているということもできる。
【0097】
より具体的には、デジタル移相回路が隣り合う部分において、第1接地導体31と第2接地導体32とが共通化されており、第1交差線路22c1の一部と第2交差線路22c2とが共通化されており、上側パッド21d1と上側パッド25とが共通化されている。
図5に示す例では、例えば、デジタル移相回路B
1の第2接地導体32と、デジタル移相回路B
2の第1接地導体31とが共通化されており、デジタル移相回路B
1の第2交差線路22c2と、デジタル移相回路B
2の第1交差線路22c1の一部とが共通化されており、デジタル移相回路B
1の上側パッド25と、デジタル移相回路B
2の上側パッド21d1とが共通化されている。
【0098】
このため、デジタル移相回路B2の第1接地導体31は、デジタル移相回路B1の第2接地導体32としても機能する。また、デジタル移相回路B2の第1交差線路22c1の一部は、デジタル移相回路B1の第2交差線路22c2としても機能する。また、デジタル移相回路B2の上側パッド21d1は、デジタル移相回路B1の上側パッド25としても機能する。
【0099】
また、デジタル移相回路Bが隣り合う部分において、第2線路22の屈曲線路22bは、隣り合うデジタル移相回路Bにおける第2線路22の第1交差線路22c1に接続されている。ここで、デジタル移相回路Bが隣り合う部分において、第2線路22の屈曲線路22bは、隣り合うデジタル移相回路Bにおける第2線路22の第1交差線路22c1に対して垂直に接続されているのが望ましい。
図5に示す例では、例えば、デジタル移相回路B
1における第2線路22の屈曲線路22bをなす部分線路22b2は、デジタル移相回路B
1における第2線路22の第1交差線路22c1に対して垂直に接続されている。
【0100】
このような接続を行うことで、隣り合うデジタル移相回路Bが互いに干渉し合うことで生ずる磁界の低下を軽減することができる。その結果、隣り合うデジタル移相回路Bの間における相互インダクタンスを小さくすることができる。
【0101】
このように、本実施形態のデジタル移相器A1では、前述した通り、デジタル移相回路B1~Bnの各々において、第3リターン電流が流れる線路が、信号線路10とは反対側(+Y側)に凸となるループ線路を構成している。このため、従来に比べて磁界の発生効率を高めることができる。また、本実施形態のデジタル移相器A1では、上述の通り、隣り合うデジタル移相回路B間における相互インダクタンスを小さくすることができる。これにより、本実施形態のデジタル移相器A1は、信号線路10の一方側(+Y側)にのみループ線路が配置された構成であっても、必要な移相量を確保することができる。
【0102】
また、本実施形態のデジタル移相器A1では、例えば、デジタル移相回路B1を除き、隣接するデジタル移相回路が高遅延モードに設定された場合に、第3リターン電流が第2接続パッドP2を介さない経路を流れる。例えば、デジタル移相回路B1~B3が高遅延モードに設定されたとすると、第3リターン電流は、デジタル移相回路B2,B3の第2接続パッドP2及び第1接地導体31(第2接地導体32)等のロスの大きい障害物を介することなく、図中の経路PTを流れる。このため、本実施形態のデジタル移相器A1は、高遅延モードにおいて、高周波信号の損失を格段に低減することができる。
【0103】
このように、本実施形態のデジタル移相器A1は、高遅延モードにおいて、高周波信号の損失を格段に低減することができる。その結果、低遅延モードにおける第1リターン電流及び第2リターン電流の電流経路に配置されている第1電子スイッチ41及び第2電子スイッチ42の大きさを大きくすることができる。なぜならば、高遅延モードにおける高周波信号の損失と低遅延モードにおける高周波信号の損失との差は極力小さいことが望ましいため、高遅延モードにおける高周波信号の損失が低減されれば、低遅延モードにおける高周波信号の損失も低減させる必要があるからである。このように、本実施形態のデジタル移相器A1は、全体として高周波信号の損失を低減することができる。
【0104】
以上の通り、本実施形態のデジタル移相器A1は、縦続接続された複数のデジタル移相回路B1~Bnを有する移相器である。複数のデジタル移相回路B1~Bnはそれぞれ、信号線路10、第1線路21、第2線路22、第1接地導体31、第2接地導体32、第1電子スイッチ41、及び第2電子スイッチ42を備える。第1線路21は、信号線路10と平行に延びる第1平行線路21p1を含む。第2線路22は、信号線路10と平行に延びる第2平行線路22p2と、第2平行線路22p2の一方の端部から信号線路10の長手方向と交差する交差方向Yにおいて信号線路10から遠ざかるように延びる第1交差線路22c1と、第1交差線路22c1の一方の端部から信号線路10と平行に延び、第2平行線路22p2の長さより短い第3平行線路22p3と、第3平行線路22p3の一方の端部に接続され、交差方向Yにおいて信号線路10に近づくように第1交差線路22c1の長さより短く延びてから信号線路10と平行に延びる屈曲部CRが形成された屈曲線路22bと、を備える。
【0105】
また、複数のデジタル移相回路B1~Bnはそれぞれ、第1接地導体31と第2接地導体32と第1電子スイッチ41と第2電子スイッチ42とを備える。第1接地導体31は、第1平行線路21p1の一方の端部及び第2平行線路22p2の一方の端部に電気的に接続されており、第2接地導体32は、第2線路22の一方の端部に接続されている。第1電子スイッチ41は、第1平行線路21p1の他方の端部と第2接地導体32との間に設けられており、第2電子スイッチ42は、第2平行線路22p2の他方の端部と第2接地導体32との間に設けられている。
【0106】
また、複数のデジタル移相回路B1~Bnのそれぞれにおいては、第1平行線路21p1と第2平行線路22p2との間に信号線路10が位置する。本実施形態のデジタル移相器A1においては、デジタル移相回路が隣り合う部分において、第1接地導体31と第2接地導体32とが共通化されている。また、デジタル移相回路が隣り合う部分において、第2線路22の屈曲線路22bは、隣り合うデジタル移相回路における第2線路22の第1交差線路22c1に接続されている。以上の構成により、従来よりも小型で所望の移相特性を実現することができる。
【0107】
〔第2実施形態〕
〈デジタル移相器〉
図6は、本発明の第2実施形態によるデジタル移相器の要部構成を示す平面図である。
図6に示す通り、本実施形態のデジタル移相器A2は、
図5に示すデジタル移相器A1と概ね同様の構成であるが、デジタル移相回路B
1,B
2,B
3,…,B
n-1,B
nの基本構成が、
図5に示すものと若干異なる。
【0108】
具体的には、本実施形態におけるデジタル移相回路B
1,B
2,B
3,…,B
n-1,B
nは、第2線路22の屈曲線路22bに屈曲部CRが2つ形成されている点が、
図5に示すものとは異なる。つまり、本実施形態において、第2線路22の屈曲線路22bは、4つの部分線路22b1,22b2,22b3,22b4からなる。尚、第2線路22の屈曲線路22bには、3つ以上の屈曲部CRが形成されていてもよい。
【0109】
部分線路22b1は、第3平行線路22p3の一端(+X側)から、交差方向Yにおいて信号線路10に近づくように第1交差線路22c1の長さより短く延びる線路である。部分線路22b2は、部分線路22b2の一端(-Y側)から信号線路10と平行(長手方向X)に第2平行線路22p2の長さより短く延びる線路である。部分線路22b3は、部分線路22b2の一端(+X側)から、交差方向Yにおいて信号線路10に近づくように第1交差線路22c1の長さより短く延びる線路である。部分線路22b4は、部分線路22b3の一端(-Y側)から信号線路10と平行(長手方向X)に第2平行線路22p2の長さより短く延びる線路である。屈曲線路22bをなす部分線路22b1,22b2,22b3,22b4はそれぞれ、一定の幅、一定の厚さ、及び所定の長さを有する長尺板状の導体である。
【0110】
本実施形態のデジタル移相器A2では、上述した通り、デジタル移相回路B1,B2,B3,…,Bn-1,Bnが備える第2線路22の屈曲線路22bには、屈曲部CRが2つ形成されている。このため、第1実施形態のデジタル移相器A1よりも移相量をより大きくすることができる。尚、本実施形態では、デジタル移相回路B1,B2,B3,…,Bn-1,Bnが備える第2線路22の屈曲線路22bに、2つの屈曲部CRが形成されている例について説明したが、屈曲線路22bには、3つ以上の屈曲部CRが形成されていてもよい。
【0111】
以上の通り、本実施形態のデジタル移相器A2は、屈曲線路22bに形成される屈曲部CRの数が異なるものの、基本的には、
図5に示すデジタル移相器A1と同様の構成である。このため、
図5に示すデジタル移相器A1と同様に、従来よりも小型で所望の移相特性を実現することができる。
【0112】
〔第3実施形態〕
〈デジタル移相器〉
図7は、本発明の第3実施形態によるデジタル移相器の要部構成を示す平面図である。
図7に示す通り、本実施形態のデジタル移相器A3は、
図5に示すデジタル移相器A1と概ね同様の構成であるが、デジタル移相回路B
1,B
2,B
3,…,B
n-1,B
nの構成が、
図5に示すものと若干異なる。
【0113】
具体的に、本実施形態におけるデジタル移相回路B
1,B
2,B
3,…,B
n-1,B
nは、交差方向Yにおける第2平行線路22p2の中心線と第3平行線路22p3の中心線との間の距離D1(
図1参照)が、隣り合うデジタル移相回路において異なる。例えば、偶数番目のデジタル移相回路(デジタル移相回路B
2,B
4,B
6,…)における上記の距離D1は、奇数番目のデジタル移相回路(デジタル移相回路B
1,B
3,B
5,…)における上記の距離D1よりも短く設定されている。これにより、本実施形態のデジタル移相器A3では、第1実施形態のデジタル移相器A1よりも移相量を大きくすることができる。
【0114】
以上の通り、本実施形態のデジタル移相器A3は、隣り合うデジタル移相回路において、交差方向Yにおける第2平行線路22p2の中心線と第3平行線路22p3の中心線との間の距離D1(
図1参照)が異なるものの、基本的には、
図5に示すデジタル移相器A1と同様の構成である。このため、
図5に示すデジタル移相器A1と同様に、従来よりも小型で所望の移相特性を実現することができる。
【0115】
尚、
図7に示したデジタル移相器A3は、交差方向Yにおける第2平行線路22p2の中心線と第3平行線路22p3の中心線との間の距離D1(
図1参照)が、隣り合うデジタル移相回路において異なるものであった。しかしながら、隣り合うデジタル移相回路において上記の距離D1が異なっている必要は必ずしもない。少なくとも1つのデジタル移相回路における上記の距離D1が、他のデジタル移相回路における上記の距離D1と異なっていればよい。また、上記の距離D1は、2種類に制限される訳ではなく、3種類以上であってもよい。
【0116】
以上、本発明の実施形態によるデジタル移相器について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、第2実施形態と第3実施形態とを組み合わせてもよい。つまり、
図6に示すデジタル移相器A2において、デジタル移相回路B
1,B
2,B
3,…,B
n-1,B
nの、交差方向Yにおける第2平行線路22p2の中心線と第3平行線路22p3の中心線との間の距離を、隣り合うデジタル移相回路において異なるようにしてもよい。
【符号の説明】
【0117】
10…信号線路、21…第1線路、21d2…上側パッド、21p1…第1平行線路、22…第2線路、22b…屈曲線路、22c1…第1交差線路、22d…上側パッド、22p2…第2平行線路、22p3…第3平行線路、31…第1接地導体、32…第2接地導体、33a,33b…下側パッド、41…第1電子スイッチ、42…第2電子スイッチ、43…第3電子スイッチ、44…第4電子スイッチ、50…接続導体、60…コンデンサ、A1~A3…デジタル移相器、B,B1~Bn…デジタル移相回路、CR…屈曲部、D1…距離、Y…交差方向