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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-11
(45)【発行日】2024-04-19
(54)【発明の名称】ＲＦ用マイクロプラズマリミッタ、及びマイクロ波回路保護
(51)【国際特許分類】
H01P 1/00 20060101AFI20240412BHJP
H02H 7/20 20060101ALI20240412BHJP
【ＦＩ】
H01P1/00 Z
H02H7/20 E
【請求項の数】
13
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2019057794
(22)【出願日】2019-03-26
(65)【公開番号】P2019208202
(43)【公開日】2019-12-05
【審査請求日】2022-03-18
(31)【優先権主張番号】15/942,004
(32)【優先日】2018-03-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】500520743
【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】ラム， タイ アン
【審査官】齊藤 晶
(56)【参考文献】
【文献】米国特許第０４５７５６９２（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許第０４６４２５８４（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開２００８－０２２２３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－０７４７４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０３１１３２７８（ＵＳ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５２０５９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１４９２８７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０５６３３２７８（ＣＮ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２４４０４８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０８－２３６２６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１１１６８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】Lee W.CROSS et al.，“Theory and Demonstration of Narrowband Bent Hairpin Filters Integrated With AC-Coupled Plasma Limiter Elements”，IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility，2013年12月，Vol. 55, No. 6，p.1100-1106
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｐ １／００
Ｈ０２Ｈ ７／２０
ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
１つ又は複数の電子回路（１２）を高出力信号から保護するために構成された保護回路（１００）であって、伝送線（１３０）の両端に電気的に接続された第一のポート（１１０）及び第二のポート（１２０）であって、該第二のポート（１２０）は、前記１つ又は複数の電子回路（１２）に電気的に結合されている、第一のポート（１１０）及び第二のポート（１２０）と、
前記伝送線（１３０）に電気的に結合されているとともに、共振器（１４４）に連通している相転移材料（１４２）を備えるリミッタ回路（１４０）であって、前記相転移材料（１４２）は、前記第一のポート（１１０）において受領した信号のエネルギーが閾値を超えると、前記第二のポート（１２０）から出力する信号のエネルギーを制限する制限状態になるように構成されている、リミッタ回路（１４０）と、
を有し、
前記共振器（１４４）が、２つの導電性素子（１４７ａ，１４７ｂ）の間にギャップ（１４８）を有するスロット式共振器を含み、
前記相転移材料（１４２）は、前記ギャップ（１４８）に配置されており、
前記制限状態は、前記スロット式共振器の前記２つの導電性素子（１４７ａ，１４７ｂ）を電気的に接続する導電状態を含む、保護回路（１００）。
【請求項2】
前記相転移材料（１４２）は、前記第一のポート（１１０）で受領した信号のエネルギーが前記閾値未満になると、非制限状態になるように構成されている、請求項１に記載の保護回路（１００）。
【請求項3】
前記リミッタ回路（１４０）は、前記伝送線（１３０）と接地（１５０）との間で選択的に電気的に結合され、前記制限状態が、導電状態を含み、
前記相転移材料（１４２）は、前記第一のポート（１１０）において受領した信号のエネルギーが前記閾値を超えると、前記第一のポート（１１０）で受領した信号のエネルギーの少なくとも一部を接地（１５０）へと向きを変える導電状態になるように構成されている、
請求項１に記載の保護回路（１００）。
【請求項4】
前記リミッタ回路（１４０）が、前記伝送線（１３０）付近に配置されており、前記制限状態が、電磁結合状態を含み、
前記相転移材料（１４２）は、前記第一のポート（１１０）で受領した信号のエネルギーが前記閾値を超えると、前記第一のポート（１１０）のインピーダンスを前記第二のポート（１２０）のインピーダンスに対してミスマッチさせる電磁結合状態になるように構成されている、
請求項１に記載の保護回路（１００）。
【請求項5】
前記制限状態にある前記相転移材料（１４２）が、前記第二のポート（１２０）における信号のエネルギーを制限するために、前記第一のポート（１１０）で受領した信号のエネルギーの少なくとも一部を吸収する、請求項１に記載の保護回路（１００）。
【請求項6】
ギャップチップ（１４６）をさらに含み、該ギャップチップ（１４６）が、前記相転移材料（１４２）が内部に配置されている封止されたチャンバ（１６０）、
前記封止されたチャンバ（１６０）内に少なくとも部分的に配置されており、かつ前記封止されたチャンバ（１６０）から延びている、第一の導体（１６２）、
前記第一の導体（１６２）から隔てられている第二の導体（１６４）であって、前記封止されたチャンバ（１６０）内に少なくとも部分的に配置されており、かつ前記封止されたチャンバ（１６０）から延びている、第二の導体（１６４）
を備え、
前記第一の導体（１６２）及び前記第二の導体（１６４）が、前記共振器（１４４）に電気的に接続されている、
請求項１に記載の保護回路（１００）。
【請求項7】
前記リミッタ回路（１４０）が、前記共振器（１４４）に電気的に接続されたバイアスコネクタ（１７０）をさらに備え、前記閾値は、前記バイアスコネクタ（１７０）に適用されたバイアス信号によって制御される可変閾値を含む、請求項１に記載の保護回路（１００）。
【請求項8】
１つ又は複数の電子回路（１２）を高出力信号から保護する方法（２００）であって、伝送線（１３０）の第一のポート（１１０）において信号を受領すること（２１０）であって、前記伝送線（１３０）は、前記第一のポート（１１０）及び第二のポート（１２０）を両端に有し、前記第二のポート（１２０）が、前記１つ又は複数の電子回路（１２）に電気的に結合されている、伝送線（１３０）の第一のポート（１１０）において信号を受領する（２１０）こと、及び
前記第一のポート（１１０）において受領した信号のエネルギーが閾値（２２０）を超えると、制限状態になるように構成された相転移材料（１４２）を用いて、前記第二のポート（１２０）から出力する信号のエネルギーを制限すること（２３０）であって、前記相転移材料（１４２）は、前記伝送線（１３０）に電気的に接続されている共振器（１４４）と連通している、前記第二のポート（１２０）から出力する信号のエネルギーを制限すること（２３０）、
を含み、
前記閾値が可変閾値を含み、前記共振器（１４４）に適用されたバイアス信号を制御することにより、前記閾値を制御することをさらに含む、方法（２００）。
【請求項9】
前記第一のポートで受領した信号のエネルギーが前記閾値（２２０）未満であれば、非制限状態になるように構成された前記相転移材料（１４２）を用いて、前記第一のポート（１１０）で受領した信号のエネルギーを前記第二のポート（１２０）へ送ること（２４０）をさらに含む、請求項８に記載の方法（２００）。
【請求項10】
前記制限状態が、導電状態を含み、前記共振器（１４４）と連通している前記相転移材料（１４２）が、前記伝送線（１３０）と接地（１５０）との間で選択的に電気的に接続され、
前記第二のポート（１２０）から出力する信号のエネルギーを制限すること（２３０）が、前記第一のポート（１１０）で受領した前記閾値（２２０）を超える信号のエネルギーに応答して導電状態になるように構成された前記相転移材料（１４２）を用いて、前記第一のポート（１１０）で受領した信号の少なくとも一部を接地（１５０）へと向きを変えることを含む、
請求項８に記載の方法（２００）。
【請求項11】
前記制限状態が、電磁結合状態を含み、前記共振器（１４４）と連通している前記相転移材料（１４２）は、前記伝送線（１３０）付近に配置されており、
前記第二のポート（１２０）から出力する信号のエネルギーを制限すること（２３０）が、前記第一のポート（１１０）で受領した信号のエネルギーが前記閾値を超えると電磁結合状態になるように構成された前記相転移材料（１４２）を用いて、前記第一のポート（１１０）のインピーダンスを、前記第二のポート（１２０）に対してミスマッチさせることを含む、
請求項８に記載の方法（２００）。
【請求項12】
航空機（１０）の運転を制御するように構成されている１つ又は複数の電子回路（１２）、及び保護回路（１００）
を備える航空機（１０）であって、前記保護回路（１００）が、
伝送線（１３０）の両端に電気的に接続された第一のポート（１１０）及び第二のポート（１２０）であって、該第二のポート（１２０）は、前記１つ又は複数の電子回路（１２）に電気的に結合されている、第一のポート（１１０）及び第二のポート（１２０）と、
前記伝送線（１３０）に電気的に結合されているとともに、共振器（１４４）に連通している相転移材料（１４２）を備えるリミッタ回路（１４０）であって、前記相転移材料（１４２）は、前記第一のポート（１１０）において受領した信号のエネルギーが閾値を超えると、前記第二のポート（１２０）から出力する信号のエネルギーを制限する制限状態になるように構成されている、リミッタ回路（１４０）と、
を備え、
前記共振器（１４４）が、２つの導電性素子（１４７ａ，１４７ｂ）の間にギャップ（１４８）を有するスロット式共振器を含み、
前記相転移材料（１４２）は、前記ギャップ（１４８）に配置されており、
前記制限状態は、前記スロット式共振器の前記２つの導電性素子（１４７ａ，１４７ｂ）を電気的に接続する導電状態を含む、航空機（１０）。
【請求項13】
前記リミッタ回路（１４０）が、前記共振器（１４４）に電気的に接続されたバイアスコネクタ（１７０）を備え、前記閾値は、前記バイアスコネクタ（１７０）に適用されたバイアス信号によって制御される可変閾値を含む、請求項１２に記載の航空機（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
多くの電気回路は、高出力信号により引き起こされる損傷に対して敏感である。例えば、低出力信号、雑音環境にある信号などを検出するように設計されている周波数（ＲＦ）設備（例えばローノイズアンプ、ダウンコンバータミキサ回路など）は一般的に、高出力信号による損傷に対して敏感である。このような高出力信号は、様々な形態で存在することがあり（例えば高出力マイクロ波信号、電磁パルスなど）、かつ／又は多くの環境（例えばレーダー送信機による信号、落雷、電力サージ、静電気、干渉、同時送受信システムのためのコサイト（ｃｏ－ｓｉｔｅ）干渉など）によって引き起こされ得る。よって、このような高出力信号の発生を防止するか、又は繊細な電子機器をこのような高出力信号から保護するための何らかの手段を提供する必要がある。
【0002】
従来の電子システムでは、高出力信号が繊細な電子機器に到達するのを防ぐために、サージ保安器を使用することができる。現行のリミッタでは例えば、高出力信号を遮断するために、特別なダイオード（例えばＰドープ、Ｉ層、Ｎドープ（ＰＩＮ）ダイオード）を使用することができる。しかしながら、このような保護回路は高価であり、出力処理能力が限定的であり、かつ／又は挿入損失が高い。そこで、出力に敏感な電子機器を高出力信号から保護する、改善された保護回路が必要とされている。
【発明の概要】
【0003】
本開示は、高出力信号からの保護を改善するための、方法、装置、システム、コンピュータプログラム製品、ソフトウェア及び／又は媒体に関する。この目的のため、本明細書で提示する態様は、高出力信号が１つ又は複数の電子回路に到達することを防止するために、相転移材料を有するリミッタ回路を用いる。相転移材料は、適用された信号のエネルギーが閾値を超えると、関連する電気機器へと通過する信号のエネルギーを制限する制限状態になる。
【0004】
本開示は、１つ又は複数の電子回路を高出力信号から保護するために構成された保護回路を開示する。保護回路は、第一のポート、第二のポート、伝送線、及びリミッタ回路を備える。第一のポートと第二のポートは、伝送線の両端に電気的に接続されている。第二のポートは、１つ又は複数の電子回路に作動的に結合されている。リミッタ回路は、伝送線に作動的に結合されているとともに、共振器と連通している相転移材料を備える。相転移材料は、第一のポートで受領した信号のエネルギーが閾値を超えると、第二のポートにおいて信号のエネルギーを制限する制限状態になるように構成されている。
【0005】
さらなる態様によれば、相転移材料は、第一のポートで受領した信号のエネルギーが閾値未満になると、非制限状態になるように構成されている。
【0006】
さらなる態様によればリミッタ回路は、伝送線と接地との間で選択的に電気的に結合され、制限状態は導電状態を含み、相転移材料は、第一のポートで受領した信号のエネルギーが閾値を超えると、第一のポートで受領した信号のエネルギーの少なくとも一部を接地へと向きを変える導電状態になるように構成されている。
【0007】
さらなる態様によれば、リミッタ回路は、伝送線付近に配置されており、制限状態は電磁結合状態を含み、相転移材料は、第一のポートで受領した信号のエネルギーが閾値を超えると、第一のポートのインピーダンスを第二のポートのインピーダンスに対してミスマッチさせる電磁結合状態になるように構成されている。
【0008】
さらなる態様によれば、制限状態にある相転移材料は、第二のポートにおける信号のエネルギーを制限するために、第一のポートで受領した信号のエネルギーの少なくとも一部を吸収する。
【0009】
さらなる態様によれば、保護回路はさらに、封止されたチャンバ、第一の導体、及び第二の動態を備えるギャップチップを有する。相転移材料は、封止されたチャンバに配置されている。第一の導体は、封止されたチャンバ内に少なくとも部分的に配置されており、封止されたチャンバから延びている。第二の導体は、第一の導体とは隔てられており、封止されたチャンバ内に少なくとも部分的に配置されており、封止されたチャンバから延びており、第一及び第二の導体は、共振器に電気的に接続されている。
【0010】
さらなる態様によれば、相転移材料は、空気を含む。
【0011】
さらなる態様によれば、相転移材料は、希ガス、サーモクロミック材料又はエレクトロクロミック材料を含む。
【0012】
さらなる態様によれば、共振器は、２つの導体素子の間にギャップを有するスロット式共振器を含み、相転移材料は、このギャップに配置されており、制限状態は、スロット式共振器の２つの導体素子を電気的に接続する導電状態を含む。
【0013】
さらなる態様によれば、共振器は、相転移材料によって接地に選択的に接続される四分の一波長共振器を含み、制限状態は、四分の一波長共振器を接地に電気的に接続する導電状態を含む。
【0014】
さらなる態様によれば、閾値は、固定された閾値を含む。
【0015】
さらなる態様によれば、リミッタ回路はさらに、共振器に電気的に接続されたバイアスコネクタを備え、閾値は、バイアスコネクタに適用されたバイアス信号によって制御される可変閾値を含む。
【0016】
本開示はまた、１つ又は複数の電子回路を高出力信号から保護する方法を開示する。本方法は、伝送線の第一のポートで信号を受信することを含む。伝送線は、第一のポートと第二のポートを、両端に有する。第二のポートは、１つ又は複数の電子回路に作動的に結合されている。本方法はまた、第一のポートで受領した信号のエネルギーが閾値を超えると、制限状態になるように構成された相転移材料を用いて、第二のポートにおいて信号のエネルギーを制限することを含む。相転移材料は、伝送線と作動的に結合された共振器と連通している。
【0017】
さらなる態様によれば、本方法はさらに、第一のポートで受領した信号のエネルギーが閾値未満であれば、非制限状態になるように構成された相転移材料を用いて、第一のポートで受領した信号のエネルギーを第二のポートへと送ることを含む。
【0018】
さらなる態様によれば、制限状態は、導電状態を含み、共振器と連通している相転移材料は、伝送線と接地との間で選択的に電気的に結合され、第二のポートにおいて信号のエネルギーを制限することは、第一のポートで受領した閾値を超える信号のエネルギーに応答して導電状態になるように構成された相転移材料を用いて、第一のポートで受領した信号の少なくとも一部を接地へと向きを変えることを含む。
【0019】
さらなる態様によれば、制限状態は、電磁結合状態を含み、共振器と連通している相転移材料は、伝送線付近に配置されており、第二のポートで信号のエネルギーを制限することは、第一のポートで受領した信号のエネルギーが閾値を超えると、電磁結合状態になるように構成された相転移材料を用いて、第一のポートのインピーダンスを、第二のポートに対してミスマッチさせることを含む。
【0020】
さらなる態様によれば、閾値は、固定された閾値を含む。
【0021】
さらなる態様によれば、閾値は、可変閾値を含み、本方法はさらに、共振器に適用されたバイアス信号を制御することにより、閾値を制御することを含む。
【0022】
本開示はまた、１つ又は複数の電子回路と、保護回路とを備える航空機を開示する。１つ又は複数の電子回路は、航空機の運転を制御するように構成されている。保護回路は、第一のポート、第二のポート、伝送線、及びリミッタ回路を備える。第一のポートと第二のポートは、伝送線の両端に電気的に接続されている。第二のポートは、１つ又は複数の電子回路に作動的に結合されている。リミッタ回路は、伝送線に作動的に結合されているとともに、共振器と連通している相転移材料を備える。相転移材料は、第一のポートで受領した信号のエネルギーが閾値を超えると、第二のポートにおいて信号のエネルギーを制限する制限状態になるように構成されている。
【0023】
さらなる態様によれば、リミッタ回路はさらに、共振器に電気的に接続されたバイアスコネクタを備え、閾値は、バイアスコネクタに適用されたバイアス信号によって制御される可変閾値を含む。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】例示的な態様による電子システムのブロックダイアグラムを示す。
【図2】例示的な態様による高出力信号によって引き起こされる損傷から電子回路を保護する方法を示す。
【図3】例示的な態様による保護回路を示す。
【図4】別の例示的な態様による保護回路を示す。
【図5】例示的な態様による保護回路のためのリミッタ回路を示す。
【図6】例示的な態様による相転移材料のギャップチップ実装を示す。
【図7】リミッタ回路のための例示的なスロット式共振器を示す。
【図8】リミッタ回路のための例示的な四分の一波長共振器を示す。
【図9】例示的なスロット式共振器態様によるプリント回路基板（ＰＣＢ）を示す。
【図10】接地に対するシャントという例示的な態様によるＰＣＢを示す。
【図11】マルチプルリミッタ回路を含む例示的な態様によるＰＣＢを示す。
【図12】マルチプルリミッタ回路を含む別の例示的な態様によるＰＣＢを示す。
【図13】例示的な態様についてのシミュレーション結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本開示の態様は、電子回路、特に高出力信号により損傷を被り得る電子回路に適用される信号のエネルギーを制限するための、方法、装置、システム、コンピュータプログラム製品、及び／又はソフトウェアに向けられている。ここに提示される態様は、電子回路保護、特にＲＦ回路全般、とりわけ航空機におけるＲＦ回路を保護する観点で記載されている。しかしながら、ここに提示される態様は、航空機用電子部品に限られず、むしろ高出力信号に対して敏感な、また高出力信号によって損傷を被り得るあらゆる電子部品に当てはまることが評価される。
【0026】
図１は、例えば航空機における、電子システム１０の態様のブロックダイアグラムを示す。電子システム１０は、１つ又は複数の電子回路１２、及び保護回路１００を備える。電子回路１２は、高出力信号に対して敏感な、又は高出力信号によって損傷を被り得るあらゆる電子回路を含むことができる。例示的な電子回路１２には、レーダーシステム、通信システム、センサシステム、ローノイズアンプ、ダウンコンバータミキサなどが含まれるが、これらに限られない。保護回路１００は、ＳＩＧ１が高出力信号である場合、例えばＳＩＧ１のエネルギーが閾値を超えると制限状態に変わる相転移材料を用いて、高出力信号を少なくとも部分的にブロック及び／又はその向きを少なくとも部分的に変えることによって、電子回路１２を高出力／高エネルギー信号から保護する。
【0027】
図２は、本明細書に開示された態様による保護回路１００を用いた電子回路１２を保護する方法２００を示し、ここで保護回路１００は、図３及び４に示したように伝送線１３０の両端に第一のポート（Ｐ１）１１０と第二のポート（Ｐ２）１２０とを備え、第二のポート１２０は、１つ又は複数の電子回路１２に電気的に接続している。保護回路１００はまた、伝送線１３０に作動的に接続されたリミッタ回路１４０を備え、リミッタ回路１４０は、共振器と連通している相変化材料を含む。第一のポート１１０は、信号ＳＩＧ１を受領する（ブロック２１０）。受領した信号ＳＩＧ１のエネルギーが閾値Ｔを超えると（ブロック２２０）、保護回路１００は、制限状態になるように構成された相転移材料を用いて、第二のポート１２０における信号ＳＩＧ２のエネルギーを制限する（ブロック２３０）。受領した信号ＳＩＧ１のエネルギーが閾値Ｔ未満であれば（ブロック２２０）、保護回路１００は、非制限状態になるように構成された相転移材料を用いて、ＳＩＧ１を第二のエネルギーポート１２０へと通過させる（ブロック２４０）。
【0028】
１つの態様によれば閾値Ｔは、製造の間に、例えば保護回路１００に接続された電子回路１２の感度に基づいて既定された、固定閾値を含む。或いは、閾値は可変閾値、例えばバイアス信号ＳＩＧＢＩＡＳによって制御される可変閾値を含むことができる。この態様のために、保護回路１００はさらに、図３及び４に示したようにバイアスコネクタ１７０を備えることができ、ここではバイアスコネクタ１７０に適用されたバイアス信号ＳＩＧＢＩＡＳが、閾値Ｔを制御する。よって保護回路１００は、インプット信号に対するリミッタ回路１４０の感度を、必要に応じて調整することができ、例えば１つ又は複数の電子回路１２の、高出力信号に対する感度増加／低下に応答して調整できる。閾値が固定されているか又は可変であるかどうかに拘わらず、対応する電子回路１２の損傷を防止するレベルに、閾値を設定又は選択することが評価される。閾値は例えば、１ワットより大きい信号からローノイズアンプを保護するために、設定することができる。
【0029】
図３は、保護回路１００の例示的な態様を示し、ここでリミッタ回路１４０は、伝送線１３０のインピーダンスを制御する。より具体的には、この態様のためのリミッタ回路１４０は、第一のポート１１０で受領した信号のエネルギーＳＩＧ１に応答して、伝送線１３０に選択的に電磁的に（例えば容量性で又は誘導性で）結合し、これによって第二のポート１２０のインピーダンスを、第一のポート１１０のインピーダンスに対して選択的に制御する。この目的のため、リミッタ回路１４０における相転移材料が非制限状態にあるとき、リミッタ回路１４０は、伝送線１３０のインピーダンスに整合するように同調され、これによって伝送線１３０に対して電磁的に結合しなくなる。よって、第二のポート１２０のインピーダンスは、第一のポート１１０のインピーダンスに実質的に整合し、これによって第一のポート１１０に適用された信号が、ほとんど又は全く挿入損失無く、第二のポート１２０へと通過可能になる。しかしながら、第一のポート１１０に適用される信号ＳＩＧ１のエネルギーが閾値を超える場合には、相転移材料は制限状態へと移行し、これによって制御回路１４０は、電磁結合を介して伝送線１３０のインピーダンスと高度な不整合を起こす。電磁結合は、第二のポート１２０のインピーダンスを、第一のポート１１０に対して変化させる。こうして生じたインピーダンスのミスマッチは、ＳＩＧ１のエネルギーの全てではないにしろ、その大部分を第一のポート１１０へと戻すことによって、インプット信号ＳＩＧ１のエネルギーを減衰させ、これによって第二のポート１２０によりアウトプットされる信号ＳＩＧ２の出力を制限する。
【0030】
図４は、保護回路１００の別の例示的な態様を示し、ここでリミッタ回路１４０は、高出力インプット信号の向きを、第二のポート１２０から離れる方へと変える。より具体的には、この態様のためのリミッタ回路１４０は、第一のポート１１０において受領した信号のエネルギーに応答して、伝送線１３０を接地１５０に対して選択的に接続し、これによって、第一のポート１１０に適用された信号の向きを、接地１５０へと選択的に変える。この目的のため、リミッタ回路１４０にある相転移材料が非制限状態にあるとき、リミッタ回路１４０は、伝送線１３０が接地１５０に接続されることを防ぐ開放回路であり、これによって第一のポート１１０に適用された信号が、ほとんど又は全く挿入損失無く、第二のポート１２０へと通過可能になる。しかしながら、第一のポート１１０に適用された信号ＳＩＧ１のエネルギーが閾値を超えると、相転移材料は制限状態へと移行し、これによって制御回路１４０は、伝送線１３０を接地１５０に電気的に接続する。よって、相転移材料が制限状態にあるとき、制限回路１４０は、第一のポート１１０に適用された信号の向きを接地へと変え、これによってＳＩＧ１の全てではないにしろ、その大部分が、第二のポート１２０に到達することが防止される。
【0031】
図５は、リミッタ回路１４０の例示的な態様を示す。図５に示したようにリミッタ回路１４０は、選択的な部品の内部に組み込まれた、又は共振器１４４に隣接して組み込まれた、相転移材料１４２を備える。相転移材料１４２は、適用されたインプット信号のエネルギーに応答して相が変化するあらゆる材料を含むことができ、これには空気、希ガス、サーモクロミック材料、エレクトロクロミック材料（例えば酸化バナジウムＶＯ２）などが含まれるが、これらに限られない。幾つかの態様においては、相転移材料１４２が制限状態にあるとき、相転移材料１４２が、第一のポート１１０に適用された信号のエネルギーの一部を吸収可能なことが評価される。リミッタ回路１４０の特性は、相転移材料１４２のために使用される材料、及び／又は伝送線１３０に対するリミッタ回路１４０の実際の方向１４０による。導電状態にある相転移材料１４２は、プラズマに変わるガスであろうと、又は導電体に変わる絶縁材料であろうと、なおも適切な抵抗値を有するため、ジュール加熱に起因して信号の一部を吸収する。例えば、相転移材料１４２が、伝送線１３０から接地１５０へのシャントを形成する場合、高エネルギー信号は、リミッタ回路１４０を通過し、これによってＳＩＧ１のエネルギーの少なくとも一部は、相転移材料１４２によって吸収される。
【0032】
幾つかの態様において、保護回路１００は、ギャップチップ１４６を用いて実施され、ここで相転移材料１４２は、ギャップチップ１４６の封止されたチャンバ１６０に配置されている。図６は、このようなギャップチップ１４６の例を示す。この例においてギャップチップ１４６は、チャンバ１６０、相転移材料１４２、第一の電極１６２及び第二の電極１６４を含む。相転移材料１４２は、封止されたチャンバ１６０内に配置されており、電極１６２、１６４は、封止されたチャンバ１６０内に部分的に配置されており、かつ封止されたチャンバ１６０の両側から延びている（図６参照）。この結果、相転移材料１４２が制限状態にあるとき、例えば高出力信号ＳＩＧ１に応答して、相転移材料１４２が、第一の電極１６２を第二の電極１６４へと電気的に接続し、これによって所望の制限条件、例えば第一の電極１６２が伝送線１３０に対して接続し、かつ第二の電極１６４が接地１５０に接続する場合に接地へのシャントが生じる。
【0033】
共振器１４４は、既知のあらゆる共振器を含むことができ、それは例えば、スロット式共振器（図７及び９）、四分の一波長共振器（図８）、相補的な分割リング共振器（図１１）である。共振器１４４は例えば、図７に示したように、２つの導電体１４７ａ，１４７ｂの間に配置されたスロット又はギャップ１４８を有するスロット式共振器を含むことができる。この態様のために、相転移材料１４２は、相転移材料１４２が制限状態にあるとき、相転移材料１４２が一方の導電体１４７ａをもう一方の導体１４７ｂに対してのみ接続するように、ギャップ１４８に配置されている。或いは、ギャップチップ１４６は、封止されたチャンバ１６０にある相転移材料１４２が制限状態にあるとき、一方の導電体１４７ａがもう一方の導電体１４７ｂに対してのみ接続するように、２つの導電体１４７ａ，１４７ｂの間に配置されていてよい。
【0034】
別の態様によれば、共振器１４４は、図８に示したように、四分の一波長共振器を含むことができる。この態様のために、（特定の周波数における）波長の四分の一の長さを有する導電性素子１４９は、相転移材料１４２が制限状態にあるとき、相転移材料１４２によって接地１５０に対して接続されている。或いは、ギャップチップ１４６は、封止されたチャンバ１６０にある相転移材料１４２が制限状態にあるとき、導電性素子１４９が接地１５０にのみ接続（ひいては共振）するように、導電性素子１４９と接地１５０との間に配置されていてよい。
【0035】
保護回路１００は、あらゆる既存のプリント回路基板（ＰＣＢ）実装に対して加えることができる。保護回路は例えば、フリップチップボンディング又はワイヤボンディング技術を用いて、ＰＣＢに対して取り付けることができる。
【0036】
図９～１２は、本明細書に開示された態様の例示的なＰＣＢ実装を示す。図９は、スロット式共振器（例えば図７のもの）として実装されるとともに、インプット信号の出力に応答して伝送線に対して選択的に電磁的に結合するために使用される、保護回路１００のＰＣＢ実装を示す。図１０は、高出力信号の向きを接地へと変える保護回路１００のＰＣＢ実装を示す。本明細書に開示された態様は一般的に、１つのリミッタ回路１４０を備える保護回路１００の観点で記載されており、例えば図１１及び１２に示したように、マルチプルリミッタ回路１４０を使用可能なことが評価される。このようなマルチプルリミッタ回路による解決法は例えば、１つより多い向きの変更経路をもたらすため、保護回路１００によって処理可能な出力の量を増加させるため、第二のポート１２０に到達する信号レベルをさらに低下させるために、使用できる。
【0037】
図１３は、例示的な態様（例えば図９の態様）により実施された場合の、保護回路１００についての性能データを示し、ここで共振器は、１０ＧＨｚ付近での操作のために構成されている。図１３に示したように、第二のポート１２０に送られた信号は、非制限状態では－０．２３ｄＢにあり、すなわち送られた信号のほぼ１００％である。制限状態では、第二のポート１２０に送られた信号は、－２３．７６ｄＢにあり、すなわち２００倍超、減衰されている。具体的な要求及び装置の複雑さに応じて、より良好な性能設計を達成することができる。
【0038】
本明細書に開示された態様は、従来のサージ保護による解決法（すなわちＰＩＮダイオード）に対して、幾つかの利点を有する。例えば、本明細書に開示された保護回路１００は、安価に実施でき（例えば最大９０％安い）、ＰＩＮダイオードよりも高いインプット出力（例えば最大１００倍の出力又は総エネルギーを有する信号）を処理することができ、非制限状態にあるときに最小の挿入損失を有する（例えばＰＩＮダイオードについては約１ｄＢという挿入損失と比べた場合）。
【0039】
本明細書に開示された態様はもちろん、ここに記載した保護回路の基本的な特性から離れることなく、本明細書で具体的に規定した以外のやり方で実施することができる。本発明による実施形態は、あらゆる点において説明的なものであり、制限的なものとみなされるべきではなく、添付した特許請求の範囲の意味合い及び均等な範囲に入るあらゆる変更が、そこに包含されると意図されている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】