專利名稱：移相器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種移相器。
背景技術(shù)：
例如，在日本特開2001-196804號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中公開了以下這樣的移相器。即，具有外導(dǎo)體和收納在外導(dǎo)體內(nèi)部的2個(gè)內(nèi)導(dǎo)體，上述2個(gè)內(nèi)導(dǎo)體由分別與2個(gè)端子連接的2個(gè)固定內(nèi)導(dǎo)體和可變內(nèi)導(dǎo)體構(gòu)成，可變內(nèi)導(dǎo)體具有折疊成U字形的形狀，并構(gòu)成為能確保與固定內(nèi)導(dǎo)體的高頻連接而且能滑動(dòng)。專利文獻(xiàn)1中所示的本移相器由于是使可變內(nèi)導(dǎo)體滑動(dòng)，從而使阻抗發(fā)生變化的機(jī)械式，因此動(dòng)作速度低。
另外，在日本特開平7-99425號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)的實(shí)施例1中公開了如圖27所示的移相器。圖27所示的移相器2000包括具有輸入端子2005的SPDT(單刀雙擲，Single Pole Double Throw)開關(guān)2001，由端子2006與SPDT開關(guān)2001連接的LPF(低通濾波器，LowPass Filter)2002，由端子2007與SPDT開關(guān)2001連接的HPF(高通濾波器，High Pass Filter)2003，以及由端子2008與LPF2002連接、由端子2009與HPF2003連接而且具有輸出端子2010的SPDT開關(guān)2004。
圖28表示移相器2000所包含的LPF2002的電路圖。圖28所示的LPF2002包括電感器L271和L272、電容器C271、電阻R271～R273、FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管，F(xiàn)ield Effect Transistor)F271～F273和柵極偏壓端子2011。另外，端子2006和2008與圖27所示的相同。FETF271的源極與端子2006連接，漏極與電感器L271連接，柵極經(jīng)由電阻R271與柵極偏壓端子2011連接。一端與FETF271的漏極連接的電感器L271的另一端與電感器L272和電容器C271連接。一端與電感器L271和電容器C271連接的電感器L272的另一端與FETF272的源極連接。一端與電感器L271和電感器L272連接的電容器C271的另一端與FETF273的源極連接。FETF273的柵極經(jīng)由電阻R273與柵極偏壓端子2011連接，漏極接地。FETF272的柵極經(jīng)由電阻R272與柵極偏壓端子2011連接，漏極與端子2008連接。
為了說明移相器2000的動(dòng)作，首先說明LPF2002的動(dòng)作。FETF271～F273由柵極偏壓端子2011的電壓共同控制。即，F(xiàn)ETF271～F273為全部導(dǎo)通(ON)或者全部截止(OFF)的任一狀態(tài)。
圖29A表示FETF271～F273全部導(dǎo)通時(shí)作為L(zhǎng)PF2002的等效電路的LPF2002a。在FETF271～F273全部導(dǎo)通時(shí)，理想情況下，F(xiàn)ETF271～F273能在等效電路中省略。由此，LPF2002a包括電感器L271和L272以及電容器C271。這里，電感器L271和L272串聯(lián)連接在端子2006和端子2008之間；電容器C271與電感器L271和L272的連接點(diǎn)連接，其另一端接地；電感器L271和L272以及電容器C271與圖28所示的相同，端子2006和2008與圖27所示的相同。LPF2002a的電抗部分由電感器L271和L272構(gòu)成，電納部分僅由電容器C271構(gòu)成。
另外，圖29B表示FETF271～F273全部截止時(shí)作為L(zhǎng)PF2002的等效電路的LPF2002b。在FETF271～F273全部截止時(shí)，F(xiàn)ET能視為具有特定電容的電容器，因此在等效電路中用電容器表現(xiàn)FET。在圖29B中，LPF2002b包括電感器L271和L272、電容器C271、以及電容器F271a～F273a。另外，電感器L271和L272以及電容器C271與圖28所示的相同，電容器F271a～F273a是與圖28所示的FETF271～F273相對(duì)應(yīng)的電容器，端子2006和2008與圖27所示的相同。這里，電容器F271a、電感器L271和L272、以及電容器F272a按該順序串聯(lián)連接在端子2006和端子2008之間。另外，電容器C271與電感器L271和L272的連接點(diǎn)連接，其另一端與電容器F273a連接。一端與電容器C271連接的電容器F273a的另一端接地。LPF2002b的電抗部分由電感器L271和L272、以及電容器F271a和F272a構(gòu)成，電納部分由電容器C271和電容器F273a構(gòu)成。
接下來，對(duì)圖29A所示的LPF2002a與圖29B所示的LPF2002b進(jìn)行比較。LPF2002b的電抗部分是在LPF2002a的電抗部分中加入了與FETF271和F272相對(duì)應(yīng)的電容器F271a和F272a。另外，LPF2002b的電納部分是在LPF2002a的電納部分中加入了與FETF273相對(duì)應(yīng)的電容器F273a。由此，LPF2002a和LPF2002b的標(biāo)準(zhǔn)化電抗和標(biāo)準(zhǔn)化電納不同。通過用FET的開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生該標(biāo)準(zhǔn)化電抗和標(biāo)準(zhǔn)化電納不同的2種狀態(tài)，能得到2個(gè)不同的LPF2002的移相量。雖然沒有圖示，但是在圖27所示的HPF2003中也包括FET，與LPF2002一樣，通過該FET的開關(guān)動(dòng)作能得到2個(gè)不同的移相量。移相器2000的移相量由LPF2002的移相量和HPF2003的移相量決定，因此作為整個(gè)移相器2000，能通過FET的開關(guān)動(dòng)作得到不同的移相量。例如，在專利文獻(xiàn)2的實(shí)施例1中記載了把結(jié)構(gòu)元件設(shè)計(jì)成使得由LPF2002得到的2個(gè)移相量為-67.5°和-22.5°，由HPF2003得到的2個(gè)移相量為22.5°和67.5°，一個(gè)移相器2000能實(shí)現(xiàn)45°與90°的切換。但是，該移相器2000得到的移相量是離散的，不能使移相量連續(xù)地變化。
另外，在日本特開平7-99425號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)的實(shí)施例2中公開了圖30所示的移相器。圖30所示的移相器3000包括分別與輸入端子3003和輸出端子3004連接的LPF3001和HPF3002。即，LPF3001與HPF3002相互并聯(lián)。
LPF3001包括電感器L291和L292、以及可變電容元件C291～C293?？勺冸娙菰﨏291、電感器L291和L292、以及可變電容元件C292按該順序串聯(lián)連接在輸入端子3003和輸出端子3004之間。另外，可變電容元件C293與電感器L291和L292的連接點(diǎn)連接，其另一端接地。
HPF3002包括電感器L293、可變電容元件C294～C296?？勺冸娙菰﨏294和C295按該順序串聯(lián)連接在輸入端子3003和輸出端子3004之間。另外，電感器L293與可變電容元件C294和C295的連接點(diǎn)連接，其另一端與可變電容元件C296連接。一端與電感器L293連接的可變電容元件C296的另一端接地。
用圖31說明圖30所示的移相器3000的工作原理。在圖31中，用圓的中心角表示移相量，用從圓的中心向圓周方向延伸的矢量表示信號(hào)成分。圖31中，信號(hào)成分3010表示使LPF3001的通過移相量為-45°時(shí)通過LPF3001的信號(hào)成分，信號(hào)成分3011表示使HPF3002的通過移相量為45°時(shí)通過HPF3002的信號(hào)成分。圖31表示移相器3000的通過移相量θ由信號(hào)成分3010與信號(hào)成分3011的矢量合成得到。即，不是通過使LPF3001和HPF3002的每個(gè)移相量變化，而是使它們的輸入輸出阻抗變化并進(jìn)行矢量合成決定移相器3000的通過移相量θ。另外，為了使移相器3000的輸入輸出阻抗為50Ω不變，調(diào)整LPF3001和HPF3002的輸入輸出阻抗。根據(jù)這種工作原理，在由LPF3001和HPF3002的移相量以及信號(hào)成分3010和3011決定的特定范圍內(nèi)，能得到所要的移相量。其詳細(xì)情況在后面記述。
另外，在日本特開平11-168354號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)中公開了以下這樣的移相器。即，在2個(gè)FET的漏極和源極之間分別連接電感器或者電容器，當(dāng)在上述FET的柵極上施加了導(dǎo)通電壓時(shí)，從FET的源極原樣地輸出從上述FET的漏極輸入的信號(hào)。另外，在上述FET的柵極上施加了夾斷電壓時(shí)，F(xiàn)ET成為截止?fàn)顟B(tài)，上述輸入信號(hào)通過上述電感器或者電容器。在該專利文獻(xiàn)3中記載的移相器通過把2個(gè)FET的導(dǎo)通或者截止的狀態(tài)組合起來，使通過相位按4種相位變化。但是，該變化是離散的，不能使移相量連續(xù)變化。
另外，在日本特開2000-315902號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)4)中公開了以下這樣的移相器。即，把在第1陶瓷基板上形成的高頻信號(hào)用的導(dǎo)體線路和在第2陶瓷基板上形成的作為接地面的金屬膜，以使導(dǎo)體線路和上述金屬膜相對(duì)置的狀態(tài)，配置在上述兩個(gè)基板之間，并具有由樹脂和分散在該樹脂中的液晶構(gòu)成的液晶-樹脂復(fù)合體。本專利文獻(xiàn)4所述的移相器通過控制電壓使液晶-樹脂復(fù)合體的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使移相量發(fā)生變化，但是具有控制電壓高這樣的難點(diǎn)。
另外，在美國(guó)專利第4837532號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)5)中公開了圖32所示的移相器。該美國(guó)專利的移相器4000通過串聯(lián)連接多個(gè)單位單元而構(gòu)成，該單位單元由串聯(lián)連接的2個(gè)電感器和一端與該電感器的連接點(diǎn)連接而且另一端接地的可變電容元件構(gòu)成。即，如圖32所示，包括與輸入端子Q0連接的作為單位單元的段S-1、由連接點(diǎn)Q1與段S-1連接的段S-2、…、與未圖示的段S-(n-1)連接而且與輸出端子Qn連接的段S-n。在作為單位單元的第1級(jí)的段S-1中，電感器L1a和電感器L1b串聯(lián)連接在輸入端子Q0和連接點(diǎn)Q1之間，可變電容元件C1與電感器L1a和L1b的連接點(diǎn)連接，其另一端接地。同樣，在作為單位單元的第2級(jí)的段S-2中，電感器L2a和L2b串聯(lián)連接在連接點(diǎn)Q1和Q2之間，可變電容元件C2與電感器L2a和L2b的連接點(diǎn)連接，其另一端接地。在作為單位單元的最末級(jí)的段S-n中，電感器Lna和Lnb串聯(lián)連接在未圖示的連接點(diǎn)Q(n-1)和輸出端子Qn之間，可變電容元件Cn與電感器Lna和Lnb的連接點(diǎn)連接，其另一端接地。另外，移相器4000還包括偏壓用電感器L311和偏壓用電容器C311，偏壓用電感器L311和偏壓用電容器C311串聯(lián)連接在輸出端子Qn與接地點(diǎn)之間，偏壓用電感器L311和偏壓用電容器C311的連接點(diǎn)成為偏壓電壓輸入端子4003。
更具體地講，各電感器Lia和Lib(i是1～n的整數(shù))的電感相等，分別用L/2表示。把各可變電容元件Ci的電容調(diào)整為相等，用C表示。這時(shí)，移相器4000的特性阻抗Z0用以下的公式表示。即，特性阻抗Z0為可變電容元件Ci的電容C的函數(shù)。但是，由于只是根中的分母變動(dòng)，因此特性阻抗將產(chǎn)生變化。
Z0(C)=LC-ω2L24---(1)]]>由于特性阻抗的變化產(chǎn)生阻抗的失配，并與由反射引起的移相器的通過損耗有關(guān)，因此希望沒有特性阻抗的變化。在專利文獻(xiàn)5中示出了這樣的情況在用一級(jí)單位單元構(gòu)成移相器4000時(shí)，由于必須使可變電容元件C1的靜電電容大幅度地變化，因此特性阻抗變動(dòng)很大，由此，阻抗的失配變大，而通過多級(jí)化能減小各單位單元中的可變電容元件Ci的靜電電容的調(diào)整程度，因此能控制阻抗的失配。理想情況下，如果使級(jí)數(shù)接近無限大，則通過損耗接近于零，但是在實(shí)際中由于級(jí)數(shù)是有限的，因此存在某種程度的通過損耗。由此，傳輸效率惡化。
另外，目前存在圖1所示的天線應(yīng)用。圖1所示的天線應(yīng)用例如是智能天線，由在半導(dǎo)體襯底14上形成的陣列天線塊11、毫米波電路塊12、以及邏輯電路塊13構(gòu)成。陣列天線塊11包括多個(gè)天線11a。圖2表示各個(gè)天線11a的結(jié)構(gòu)。天線11a的接收部21、衰減器A21和移相器S21按該順序串聯(lián)連接。接收部21接收的信號(hào)由衰減器A21衰減，由移相器S21調(diào)節(jié)移相量，并輸出到圖1所示的毫米波電路塊12內(nèi)的信號(hào)合成部22。信號(hào)合成部22對(duì)陣列天線塊11上的所有天線的輸入信號(hào)進(jìn)行合成，并把信號(hào)輸出到例如毫米波電路塊12內(nèi)的未圖示的解調(diào)器。
在圖1所示的天線應(yīng)用中，要求低電壓驅(qū)動(dòng)、連續(xù)移相變化、高速移相變化這樣的條件，但是在上述的專利文獻(xiàn)1～4所述的移相器中都不滿足全部這些條件。專利文獻(xiàn)5的移相器4000雖然實(shí)現(xiàn)了低電壓驅(qū)動(dòng)、連續(xù)移相變化和高速移相變化，但是如上所述，由于特性阻抗隨著移相量的變化而發(fā)生變化，因此傳輸效率惡化。
專利文獻(xiàn)1日本特開2001-196804號(hào)專利文獻(xiàn)2日本特開平7-99425號(hào)專利文獻(xiàn)3日本特開平11-168354號(hào)專利文獻(xiàn)4日本特開2000-315902號(hào)專利文獻(xiàn)5美國(guó)專利第4837532號(hào)發(fā)明內(nèi)容如上所述，本發(fā)明的目的在于提供滿足低電壓驅(qū)動(dòng)、連續(xù)移相變化和高速移相變化這樣的條件而且傳輸效率良好的移相器。
另外，本發(fā)明的其它目的在于提供滿足低電壓驅(qū)動(dòng)、連續(xù)移相變化和高速移相變化這樣的條件而且能使阻抗匹配的新結(jié)構(gòu)的移相器。
本發(fā)明第1方案的移相器具有移相部，該移相部包括包含第1可變電容元件的電抗部分和與該電抗部分串聯(lián)連接而且包含第2可變電容元件的電納部分；以及控制部，該控制部向移相部輸出使第1可變電容元件和第2可變電容元件的靜電電容連續(xù)變化的控制信號(hào)。如果使電抗部分和電納部分兩者中所包含的可變電容元件連續(xù)變化，則也能使移相量連續(xù)變化。另外，這些元件能形成在半導(dǎo)體上，還能實(shí)現(xiàn)低電壓驅(qū)動(dòng)和高速響應(yīng)性。另外，通過調(diào)整2個(gè)可變電容元件，還能控制阻抗的變化。即，能提高傳輸效率。
另外，上述控制部還可以輸出滿足使Z0=XB]]>(X是電抗部分的電抗，B是電納部分的電納)保持恒定的條件的控制信號(hào)。通過使阻抗Z0保持恒定，能使通過損耗無限地接近于零。
另外，上述控制部還可以同時(shí)控制第1可變電容元件和第2可變電容元件。
本發(fā)明第2方案的移相器具有移相部，該移相部包括包含第1可變電容元件的電抗部分和與該電抗部分串聯(lián)連接而且包含第2可變電容元件的電納部分；以及向移相部輸出控制信號(hào)的控制部；是串聯(lián)連接多個(gè)移相部的移相器。如果使電抗部分和電納部分兩者中所包含的可變電容元件連續(xù)變化，則移相量也能連續(xù)變化。另外，這些元件能形成在半導(dǎo)體上，還能實(shí)現(xiàn)低電壓驅(qū)動(dòng)和高速響應(yīng)性。并且，通過調(diào)整2個(gè)可變電容元件，還能控制阻抗的變化。即，能夠提高傳輸效率。另外，通過移相部的多級(jí)化能減輕對(duì)各個(gè)移相部控制的負(fù)擔(dān)。
另外，上述控制部還可以輸出使Z0=XB]]>
(X是電抗部分的電抗，B是電納部分的電納)保持恒定的控制信號(hào)。
另外，上述控制部還可以同時(shí)控制第1可變電容元件和第2可變電容元件。
本發(fā)明第3方案的移相器具有移相部，該移相部包括包含第1可變電容元件的電抗部分和與該電抗部分串聯(lián)連接而且包含第2可變電容元件的電納部分；以及向移相部輸出控制信號(hào)的控制部；控制部對(duì)第1可變電容元件輸出第1控制信號(hào)，以及對(duì)第2可變電容元件輸出與第1控制信號(hào)獨(dú)立的第2控制信號(hào)。如果使電抗部分和電納部分兩者中所包含的可變電容元件連續(xù)變化，則也能使移相量連續(xù)變化。另外，這些元件能在半導(dǎo)體上形成，還能實(shí)現(xiàn)低電壓驅(qū)動(dòng)和高速響應(yīng)性。并且，通過用第1和第2控制信號(hào)調(diào)整2個(gè)可變電容元件，還能控制阻抗的變化。即，能提高傳輸效率。
另外，上述控制部還可以輸出使Z0=XB]]>(X是電抗部分的電抗，B是電納部分的電納)保持恒定的控制信號(hào)。
本發(fā)明第4方案的移相器具有移相部，該移相部包括包含第1可變電容元件的電抗部分和與該電抗部分串聯(lián)連接而且包含第2可變電容元件的電納部分；以及向移相部輸出控制信號(hào)的控制部；第1可變電容元件和第2可變電容元件以預(yù)定的容量比構(gòu)成，控制信號(hào)對(duì)于第1可變電容元件和第2可變電容元件是共同的。如果使電抗部分和電納部分兩者中所包含的可變電容元件連續(xù)變化，則也能使移相量連續(xù)變化。另外，這些元件能在半導(dǎo)體上形成，還能實(shí)現(xiàn)低電壓驅(qū)動(dòng)和高速響應(yīng)性。并且，通過以預(yù)定的容量比構(gòu)成第1可變電容元件和第2可變電容元件，能對(duì)各個(gè)元件使用共同的控制信號(hào)，能容易地控制整個(gè)移相器。另外，通過用控制信號(hào)調(diào)整2個(gè)可變電容元件，還能控制阻抗的變化。即，能提高傳輸效率。
另外，上述控制部還可以輸出使Z0=XB]]>(X是電抗部分的電抗，B是電納部分的電納)保持為恒定的控制信號(hào)。另外，上述預(yù)定的容量比也可以由第1可變電容元件和第2可變電容元件的面積比決定。
另外，在本發(fā)明的第1～第4方案的移相器中，上述控制部還可以進(jìn)行控制，使第1可變電容元件和第2可變電容元件的靜電電容向同一方向變化。
另外，在本發(fā)明的第1～第3方案的移相器中，上述控制部，在使第2可變電容元件的靜電電容增加時(shí)，還可以輸出進(jìn)一步滿足使第1可變電容元件的靜電電容也增加這樣的條件的控制信號(hào)。通過進(jìn)行這樣的控制，有時(shí)能使阻抗匹配。
另外，在本發(fā)明的第1～第4方案的移相器中，上述控制部，在使移相器的通過移相量增大時(shí)，還可以輸出進(jìn)一步滿足使第1可變電容元件和第2可變電容元件的靜電電容同時(shí)增加這樣的條件的控制信號(hào)。通過進(jìn)行這樣的控制，有時(shí)也能使阻抗匹配，實(shí)現(xiàn)所要的移相量。
根據(jù)本發(fā)明，能提供滿足低電壓驅(qū)動(dòng)、連續(xù)移相變化和高速移相變化這樣的條件、而且傳輸效率良好的移相器。
另外，作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，能提供滿足低電壓驅(qū)動(dòng)、連續(xù)移相變化和高速移相變化這樣的條件、并能使阻抗匹配的新的結(jié)構(gòu)的移相器。


圖1表示安裝了本發(fā)明移相器的天線應(yīng)用的一個(gè)例子。
圖2表示天線應(yīng)用中所包含的天線的結(jié)構(gòu)。
圖3表示用于說明本發(fā)明構(gòu)思的電路。
圖4A～圖4D表示用于說明本發(fā)明構(gòu)思的電路。
圖5表示用于說明本發(fā)明基本概念的電路。
圖6表示用于說明本發(fā)明基本概念的電路。
圖7表示本發(fā)明第1實(shí)施方式中的移相器的結(jié)構(gòu)。
圖8用于說明本發(fā)明第1實(shí)施方式中的移相器的控制。
圖9表示本發(fā)明第1實(shí)施方式中的移相器和現(xiàn)有移相器的通過量。
圖10表示本發(fā)明第1實(shí)施方式中的移相器和現(xiàn)有移相器的回波損耗。
圖11表示本發(fā)明第1實(shí)施方式中的移相器和現(xiàn)有移相器的移相特性。
圖12表示本發(fā)明第2實(shí)施方式中的移相器的結(jié)構(gòu)。
圖13用于說明本發(fā)明第2實(shí)施方式中的移相器的控制。
圖14用于說明本發(fā)明第2實(shí)施方式中的常數(shù)k的設(shè)計(jì)思想。
圖15用于說明本發(fā)明第2實(shí)施方式中的常數(shù)k的設(shè)計(jì)思想。
圖16表示作為本發(fā)明第2實(shí)施方式中的移相器的比較對(duì)象的移相器的結(jié)構(gòu)。
圖17表示作為本發(fā)明第2實(shí)施方式中的移相器的比較對(duì)象的移相器的移相特性。
圖18表示作為本發(fā)明第2實(shí)施方式中的移相器的比較對(duì)象的移相器的通過量。
圖19表示本發(fā)明第3實(shí)施方式中的移相器的結(jié)構(gòu)。
圖20用于說明本發(fā)明第3實(shí)施方式中的移相器的控制。
圖21用于說明與決定本發(fā)明第3實(shí)施方式中的電路常數(shù)有關(guān)的設(shè)計(jì)思想。
圖22用于說明與決定本發(fā)明第3實(shí)施方式中的電路常數(shù)有關(guān)的設(shè)計(jì)思想。
圖23表示本發(fā)明第4實(shí)施方式中的移相器的結(jié)構(gòu)(安裝例)。
圖24表示本發(fā)明第4實(shí)施方式中的移相器的結(jié)構(gòu)(電路)。
圖25表示本發(fā)明第5實(shí)施方式中的移相器的結(jié)構(gòu)(安裝例)。
圖26表示本發(fā)明第5實(shí)施方式中的移相器的結(jié)構(gòu)(電路)。
圖27表示現(xiàn)有移相器的結(jié)構(gòu)。
圖28表示現(xiàn)有移相器的結(jié)構(gòu)的一部分。
圖29A和圖29B用于說明現(xiàn)有移相器的工作原理。
圖30表示現(xiàn)有移相器的結(jié)構(gòu)。
圖31用于說明現(xiàn)有移相器的工作原理。
圖32表示現(xiàn)有移相器的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
(發(fā)明的構(gòu)思)專利文獻(xiàn)5所述的移相器4000存在由于僅使電納部分發(fā)生變化，因此特性阻抗發(fā)生了變化這樣的問題。為此，研究在電抗部分中也使用可變?cè)?。如果用公式表示這一點(diǎn)則成為以下的公式(2)。
這里，L是電抗部分的電抗，C是電納部分的電納，箭頭表示是可變?cè)?。這樣，在決定特性阻抗Z0的公式的根內(nèi)的分母中出現(xiàn)可變電容元件的靜電電容，在分子中出現(xiàn)可變電感元件的電感，因此認(rèn)為調(diào)整可變電容元件的靜電電容和可變電感元件的電感，能使特性阻抗Z0保持為恒定值。
圖3表示基于上述構(gòu)思的移相器的電路圖。圖3所示的移相器包括分別構(gòu)成電抗部分的可變電感器L31～L35，以及分別構(gòu)成電納部分的可變電容器C31～C34。可變電感器L31、L32、L33、L34和L35按該順序串聯(lián)連接在輸入端子31和輸出端子32之間。另外，可變電容器C31的一端與可變電感器L31和L32的連接點(diǎn)連接，可變電容器C31的另一端接地；可變電容器C32的一端與可變電感器L32和L33的連接點(diǎn)連接，可變電容器C32的另一端接地；可變電容器C33的一端與可變電感器L33和L34的連接點(diǎn)連接，可變電容器C33的另一端接地；可變電容器C34的一端與可變電感器L34和L35的連接點(diǎn)連接，可變電容器C34的另一端接地；圖3所示的移相器的級(jí)數(shù)(這里是與電納部分相當(dāng)?shù)臄?shù)量)為4級(jí)，而這只是一個(gè)例子，也可以是其它的級(jí)數(shù)。圖3所示的移相器由于在電抗部分和電納部分的兩者中都存在可變?cè)虼巳绻刂齐娍共糠趾碗娂{部分使得滿足公式(2)，則能不改變特性阻抗而改變移相量。但是，實(shí)際中可變電感器僅能用必需機(jī)械動(dòng)作的元件實(shí)現(xiàn)，因此在圖1所示的天線應(yīng)用中不能使用。
因此，在本發(fā)明中利用圖4A～圖4D所示的原理。在圖4A～圖4D中，說明把可變電感器置換為電感量固定的電感器和可變電容器。首先，在圖4A中示出了電感為L(zhǎng)41的電感器L41。在特定的頻率下，圖4A的電感器L41能用圖4B所示的等效電路表現(xiàn)。即，在圖4B中，電感器L42和電容器C41按該順序串聯(lián)連接。
圖4C把圖4A的電感器置換成了可變電感器。即，在圖4C中示出了可變電感器L43。與在圖4A和圖4B中所述的關(guān)系一樣，在特定的頻率下，圖4C的可變電感器能用圖4D所示的等效電路表現(xiàn)。即，在圖4D中，電感器L44和可變電容器C42按該順序串聯(lián)連接。
這時(shí)，如果設(shè)圖4A和圖4B是等效的，則以下所示的公式(3)成立，如果設(shè)圖4C和圖4D是等效的，則以下所示的公式(4)成立。
C41=1ω2(L42-L41)---(3)]]> 這里，C41表示電容器C41的電容，C42表示電容器C42的電容，L41表示電感器L41的電感，L42表示電感器L42的電感，L43表示電感器L43的電感，L44表示電感器L44的電感，ω表示特定頻率中的角頻率，箭頭表示可變?cè)撵o電電容或者電感。
這樣，在特定頻率下，可變電感器能置換為固定的電感器和可變電容器。如果利用該原理，則能在半導(dǎo)體襯底上形成所有的元件，因此能實(shí)現(xiàn)高速響應(yīng)性和低電壓驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。即，能使傳輸效率提高。
(發(fā)明的基本概念)接下來，基于上述本發(fā)明的構(gòu)思說明本發(fā)明的基本概念。
圖5表示與本發(fā)明基本概念相關(guān)的移相器的電路圖。如圖5所示，本發(fā)明的移相器通過把多個(gè)單位單元串聯(lián)連接構(gòu)成。即，由點(diǎn)劃線包圍的單位單元a、單位單元b、…、單位單元n(n是自然數(shù))按該順序串聯(lián)連接在輸入端子51和輸出端子52之間。另外，在單位單元a中包括可變電容器C51a、C52a和Cv51a，以及電感器L51a和L52a。這里，可變電容器C51a、電感器L51a、可變電容器C52a和電感器L52a構(gòu)成電抗部分，并按該順序串聯(lián)連接在輸入端子51和單位單元b之間。另外，可變電容器Cv51a的一端與電感器L51a和可變電容器C52a的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv51a的另一端接地。可變電容器Cv51a構(gòu)成電納部分。同樣，在單位單元b中包括可變電容器C51b、C52b和Cv51b，以及電感器L51b和L52b。這里，可變電容器C51b、電感器L51b、可變電容器C52b和電感器L52b構(gòu)成電抗部分，并按該順序串聯(lián)連接在單位單元a和未圖示的單位單元c之間。另外，可變電容器Cv51b的一端與電感器L51b和可變電容器C52b的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv51b的另一端接地?？勺冸娙萜鰿v51b構(gòu)成電納部分。以下同樣地進(jìn)行重復(fù)，在單位單元n中包括可變電容器C51n、C52n和Cv51n，以及電感器L51n和L52n。這里，可變電容器C51n、電感器L51n、可變電容器C52n和電感器L52n構(gòu)成電抗部分，并按該順序串聯(lián)連接在未圖示的單位單元(n-1)與輸出端子52之間。另外，可變電容器Cv51n的一端與電感L51n和可變電容器C52n的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv51n的另一端接地?？勺冸娙萜鰿v51n構(gòu)成電納部分。
圖5中，可變電容器C51a、C52a、C51b、C52b、…、C51n和C52n全部是相同的可變電容元件，其電容的可變區(qū)域也完全相同。另外，電感器L51a、L52a、L51b、L52b、…、L51n和L52n的電感完全相同。并且，可變電容器C51a、C51b、…、Cv51(n-1)和Cv51n全部是相同的可變電容元件，其電容的可變區(qū)域也完全相同。
在圖5所示的移相器中，如果設(shè)移相量為θ，電納部分的電納為B，電抗部分的電抗為X，特性阻抗為Z0，則決定移相量θ的條件如公式(5)所示，阻抗匹配的條件如公式(6)所示。
θ=tan-1B-2X+BX22(1-BX)---(5)]]>Z0=XB---(6)]]>另外，在公式(5)和公式(6)中，X和B表示如下。
X＝2(jωL+1/jωC)B＝ωCV另外，L是電感器L51a、L52a、L51b、L52b、…、L51n或者L52n的電感，C是可變電容器C51a、C52a、C51b、C52b、…、C51n或者C52n的電容，Cv是可變電容器Cv51a、Cv51b、…、Cv51(n-1)或者Cv51n的電容。
在本發(fā)明中，可以使B和X變化以滿足這2個(gè)條件。即，必須調(diào)整C和Cv。如果這樣，則能獲得阻抗匹配，傳輸效率變得良好。
這里，著眼于圖5的用虛線圍起的電路53。電路53中，可變電容器C52a、電感器L52a、可變電容器C51b和電感器L51b按該順序串聯(lián)連接。因此，在實(shí)際的電路中，可變電容器C52a和C52b也可以整理成與串聯(lián)連接了可變電容器C52a和C52b的電路等效的可變電容器。同樣，電感器L52a和L51b在實(shí)際的電路中可以整理成具有與串聯(lián)連接了電感器L52a和L51b的電路等效的電感的電感器。這樣，能減少電路內(nèi)的元件數(shù)量，從而能形成更小型而且廉價(jià)的移相器。該元件數(shù)量的減少不僅適用于跨接單位單元a和單位單元b的電路53，也能適用于其它部分中。即，既可以是跨接單位單元b和未圖示的單位單元c的電路，也可以是跨接未圖示的單位單元(n-1)和單位單元n的電路。
圖6表示最大限度地削減了圖5中的移相器的元件數(shù)量時(shí)的電路。圖5所示的移相器與圖6所示的移相器是等效的。圖6所示的移相器包括可變電容器C51a、C62、…和C52n，可變電容器Cv51a、Cv51b、…和Cv51n，以及電感器L51a、L62、…和L52n。另外，可變電容器C51a和C52n，可變電容器Cv51a、Cv51b、…和Cv51n，以及電感器L51a和L52n與圖5中所示的相同。虛線部分表示的電路63是圖5中的電路53的等效電路。在電路63中，把與串聯(lián)連接了可變電容器C52a和C51b的部分相等的可變電容器C62，以及與串聯(lián)連接了電感器L52a和L51b的部分相等的電感器L62串聯(lián)連接起來。這里，由可變電容器C51a和電感器L51a構(gòu)成電抗部分，由可變電容器Cv51a構(gòu)成電納部分，它們串聯(lián)連接。并且，由可變電容器C62和電感器L62構(gòu)成電抗部分，由可變電容器Cv51b構(gòu)成電納部分，它們串聯(lián)連接。以下同樣，電抗部分與電納部分串聯(lián)連接。
另外，在圖6所示的移相器中，以下的2個(gè)公式成立。
X＝j(luò)ωL+1/(jωC)B＝ωCV這里，X是電抗部分的電抗，B是電納部分的電納，ω是角頻率，L是電感器L62的電感，C是可變電容器C62的電容，Cv是Cv51a～Cv51n中任一個(gè)的電容。
在該圖6所示的移相器中，也可以使B和X變化，以滿足公式(5)和公式(6)所示的條件。即，需要調(diào)整C和Cv。如果這樣，則能獲得阻抗的匹配，從而傳輸效率變好。
(相對(duì)于在先技術(shù)的差異)在現(xiàn)有技術(shù)的欄中所述的各移相器與在本發(fā)明中在發(fā)明的構(gòu)思和基本概念的欄中所述的事項(xiàng)方面有很大的差異。但是，在現(xiàn)有的移相器中，存在著與本發(fā)明的移相器和電路的一部分共同的部分。由此，從業(yè)者如果能把現(xiàn)有的移相器的電路組合起來，則也許能由此想到本發(fā)明。例如，專利文獻(xiàn)2的實(shí)施例2中的移相器的電路和專利文獻(xiàn)5的移相器的電路的組合。但是，把這2個(gè)移相器的電路組合起來，這本身根本沒有必然性，組合本身具有難度。以下，詳細(xì)地論述其理由。
首先，在電抗部分和電納部分中包含可變電容器這一方面，說明與本發(fā)明的移相器共同的在專利文獻(xiàn)2的實(shí)施例2中所述的移相器。另外，本專利文獻(xiàn)2的移相器的結(jié)構(gòu)和工作原理如前面圖30和圖31的說明所示，在這里說明圖30所示的移相器3000的移相量θ和控制該移相器3000內(nèi)的可變電容元件的關(guān)系。
這里，移相器3000所包含的LPF3001的通過移相量θL是固定的，例如為-45°，HPF3002的通過移相量θH是固定的，例如為45°，完全沒有研究使它們動(dòng)態(tài)地發(fā)生變化的情況。另外，對(duì)于整個(gè)移相器3000的阻抗固定為例如50Ω。從而決定了移相器3000要得到的所要的移相量θ。這樣，根據(jù)圖31所示的工作原理，可求得LPF3001的輸入輸出阻抗ZL和HPF3002的輸入輸出阻抗ZH。并且，如果決定了ZL，則可求得LPF3001的電抗部分的電抗XL和電納部分的電納BL。如果決定了XL，則可決定可變電容元件C291和可變電容元件C292的靜電電容，如果決定了BL，則可決定可變電容元件C293的靜電電容。與LPF3001一樣，在HPF3002中，也可求得電抗部分的電抗XH和電納部分的電納BH。如果決定了XH，則可決定可變電容元件C294和可變電容元件C295的靜電電容，如果決定了BH，則可決定可變電容元件C296的靜電電容。為了得到整個(gè)移相器3000的所要的移相量θ，要象上述那樣控制各個(gè)可變電容元件。
該移相器3000的特征在于(1)使LPF3001和HPF3002本身的通過移相量固定，把LPF3001和HPF3002組合起來決定整個(gè)移相器3000的移相量θ，(2)為了使整個(gè)移相器3000的阻抗固定為例如50Ω，調(diào)整LPF3001的輸入輸出阻抗ZL和HPF3002的輸入輸出阻抗ZH。
其次，研究專利文獻(xiàn)5中所述的移相器4000。該移相器4000在串聯(lián)連接了多個(gè)包括串聯(lián)連接的電抗部分和電納部分的單位單元這一點(diǎn)與本發(fā)明的移相器相同。另外，在電納部分中包括可變電容器這一點(diǎn)也相同。但是，在現(xiàn)有技術(shù)的欄中記述過，在電抗部分中不包括可變電容器，因此將必然發(fā)生阻抗的失配。對(duì)于這一點(diǎn)沒有示出任何解決對(duì)策。另外，本專利文獻(xiàn)5的移相器4000的結(jié)構(gòu)和工作原理如前面圖32和公式(1)的說明所示。
這里，考察把具有與本發(fā)明的移相器共同的部分、在專利文獻(xiàn)2的實(shí)施例2中所述的移相器3000的LPF3001應(yīng)用于同樣具有與本發(fā)明的移相器共同的部分、在專利文獻(xiàn)5中所述的移相器4000中的問題。即，如果從移相器3000中僅抽出LPF3001，并象移相器4000的結(jié)構(gòu)那樣串聯(lián)連接多個(gè)，則似乎也能導(dǎo)出在本發(fā)明的基本概念的欄中示出的移相器(圖5)的結(jié)構(gòu)。但是，在對(duì)該組合進(jìn)行討論時(shí)，需要在其文獻(xiàn)或技術(shù)中表示出對(duì)組合的動(dòng)機(jī)形成，上述那樣的組合在以下幾方面應(yīng)被否定。
首先第1，僅抽出專利文獻(xiàn)2的移相器3000的LPF3001進(jìn)行討論是不合理的。移相器3000如果不是LPF3001與HPF3002的組合則不能正常地動(dòng)作。上面也敘述過，僅有LPF3001，移相量是固定的，為了使整個(gè)移相器的阻抗固定，就必須使LPF3001的阻抗發(fā)生變化。而且，作為其結(jié)果電抗部分和電納部分的可變電容器的靜電電容必須離散地變化。這樣僅有LPF3001，作為移相器是不完整的電路，僅專注于該電路進(jìn)行利用本身有難度。
第2，對(duì)于阻抗匹配存在想法的差異。即，對(duì)于專利文獻(xiàn)5的移相器4000，雖然對(duì)阻抗匹配指出了問題，但是并沒有想進(jìn)行任何解決。另外，對(duì)于專利文獻(xiàn)2的實(shí)施例2中的移相器3000的作為討論對(duì)象的LPF3001，完全沒有考慮阻抗匹配。這樣，在本發(fā)明中，作為非常重要的構(gòu)思和課題的阻抗匹配在要進(jìn)行組合的現(xiàn)有技術(shù)中并沒有作為要解決的課題。因此，即使例如進(jìn)行了組合，但是不能期待解決阻抗匹配這樣的課題，在獲得阻抗匹配的角度，沒有組合的動(dòng)機(jī)形成。
第3，電抗部分的電抗和電納部分的電納的設(shè)計(jì)思想完全不同。如上所述，專利文獻(xiàn)5的移相器4000為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)移相變化，使可變電容器的靜電電容發(fā)生變化，而專利文獻(xiàn)2的移相器3000的LPF3001，使移相量固定而使可變電容器的靜電電容發(fā)生變化，以使得阻抗發(fā)生變化，因此對(duì)可變電容器的調(diào)整是在完全不同的設(shè)計(jì)思想下進(jìn)行的。把具有這種結(jié)構(gòu)差異的移相器彼此組合起來在技術(shù)上是困難的。
第4，使電抗部分的電抗和電納部分的電納變化時(shí)所產(chǎn)生的移相量不同。從上面所述的事項(xiàng)可知，在專利文獻(xiàn)2的移相器3000的LPF3001中移相量是固定的，在專利文獻(xiàn)5的移相器4000中移相量連續(xù)地變化。因此，效果也完全不同。
如上所述，把前提、課題、結(jié)構(gòu)和效果完全不同的移相器3000的LPF3001應(yīng)用在移相器4000中并沒有任何妥當(dāng)?shù)膭?dòng)機(jī)形成，進(jìn)行這種組合本身有是有困難的。另外，例如，假設(shè)即使存在其組合并不困難的部分，但是如何使可變電容器的靜電電容變化這一點(diǎn)也不是顯而易見的。
實(shí)施方式1圖7表示本發(fā)明第1實(shí)施方式的移相器的結(jié)構(gòu)。如圖7所示，第1實(shí)施方式的移相器70由包括可變電容器C71～C78、可變電容器Cv71～Cv77、以及電感器L71～L78的移相部和控制部73構(gòu)成。另外，在本實(shí)施方式的移相器中，由于不使用電容固定的電容器，因此對(duì)于所有的可變電容器使用以電容器的符號(hào)進(jìn)行的簡(jiǎn)易標(biāo)記?？勺冸娙萜鰿71、電感器L71、可變電容器C72、電感器L72、可變電容器C73、電感器L73、可變電容器C74、電感器L74、可變電容器C75、電感器L75、可變電容器C76、電感器L76、可變電容器C77、電感器L77、可變電容器C78和電感器L78，按該順序串聯(lián)連接在輸入端子71和輸出端子72之間。另外，可變電容器Cv71的一端與電感器L71和可變電容器C72的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv71的另一端接地；可變電容元件Cv72的一端與電感器L72和可變電容器C73的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv72的另一端接地；可變電容器Cv73的一端與電感器L73和可變電容器C74的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv73的另一端接地；可變電容器Cv74的一端與電感器L74和可變電容器C75的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv74的另一端接地；可變電容器Cv75的一端與電感器L75和可變電容器C76的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv75的另一端接地；可變電容器Cv76的一端與電感器L76和可變電容元件C77的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv76的另一端接地；可變電容器Cv77的一端與電感器L77和可變電容器C78的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv77的另一端接地。
可變電容器C71和電感器L71、可變電容器C72和電感器L72、可變電容器C73和電感器L73、可變電容器C74和電感器L74、可變電容器C75和電感器L75、可變電容器C76和電感器L76、可變電容器C77和電感器L77、以及可變電容器C78和電感器L78分別構(gòu)成電抗部分。另外，可變電容器Cv71～Cv77分別構(gòu)成電納部分。一個(gè)電抗部分與一個(gè)電納部分串聯(lián)連接。
可變電容器C71和C78是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用C1表示)的可變區(qū)域也相同。同樣，可變電容器C72～C77是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用C2表示)的可變區(qū)域也完全相同。并且，可變電容器Cv71～Cv77是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用Cv表示)的可變區(qū)域也完全相同。
另外，從控制部73延伸出的箭頭表示對(duì)各個(gè)可變電容器傳輸控制信號(hào)的控制信號(hào)線。更具體地講，控制信號(hào)線V71是對(duì)可變電容器C71和C78傳輸控制信號(hào)V71的信號(hào)線，控制信號(hào)線V72是對(duì)可變電容器C72～C77傳輸控制信號(hào)V72的信號(hào)線，控制信號(hào)線V73是對(duì)可變電容器Cv71～Cv77傳輸控制信號(hào)V73的信號(hào)線，即，對(duì)相同的可變電容元件使用共同的控制信號(hào)。其中，在本實(shí)施方式中，控制部73對(duì)控制信號(hào)線V71～V73輸出各自獨(dú)立的控制信號(hào)。
本實(shí)施方式的移相器70中的各元件的電路常數(shù)，在把移相器70的使用條件設(shè)為輸入輸出阻抗為50Ω而且頻率為1GHz時(shí)，例如成為如下情形。即，C1＝5.96～14.47(pF)，C2＝3.62～12.67(pF)，Cv＝1.0～3.0(pF)，L1＝5.5(nH)，L2＝9.5(nH)。這里，L1表示電感器L71和L78的電感，L2表示電感器L72～L77的電感。在實(shí)現(xiàn)特定的移相量θ時(shí)，決定各可變區(qū)域內(nèi)的特定的值，使得滿足公式(6)，即獲得阻抗匹配。
圖8示出了表示滿足公式(6)的Cv、C1和C2的關(guān)系的曲線圖。圖8中，縱軸表示C1、C2(pF)，橫軸表示Cv(pF)。另外，用實(shí)線表示的曲線81表示Cv根據(jù)控制信號(hào)V73從1.0變化到3.0(pF)時(shí)的C1的變化，用虛線表示的曲線82表示Cv根據(jù)控制信號(hào)V73同樣地從1.0變化到3.0時(shí)的C2的變化。另外，如上所述，C1表示基于控制信號(hào)V71產(chǎn)生的C1的變化，C2表示基于控制信號(hào)V72產(chǎn)生的C2的變化。在該曲線圖中，為了得到滿足公式(6)的靜電電容的設(shè)置，首先確定Cv的值。接著，在該曲線圖上根據(jù)與通過該Cv的特定值而且平行于縱軸的直線和表示C1的變化的曲線81的交點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的縱軸的值，特定C1的值。同樣，在該曲線圖上根據(jù)與通過該Cv的特定值而且平行于縱軸的直線和表示C2的變化的曲線82的交點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的縱軸的值，特定C2的值。圖8中，例如當(dāng)確定了Cv＝2.0(pF)時(shí)，特定為C1＝8(pF)左右，C2＝6(pF)左右。這樣，可以得到滿足公式(6)的C1、C2和Cv的靜電電容的設(shè)置。另外，根據(jù)圖8的曲線圖，曲線81和82都向右上方傾斜，控制部73在輸出使Cv增加的控制信號(hào)V73時(shí)，輸出使C1和C2增加的控制信號(hào)V71和V72。
其次，用圖9～圖11對(duì)本實(shí)施方式的移相器70和現(xiàn)有的移相器的特性進(jìn)行比較。此處的現(xiàn)有移相器為去除了圖7所示的移相器70的全部可變電容器C71～C78的移相器。即，如在專利文獻(xiàn)5中所述的移相器那樣，僅在電納部分使用了可變電容器。
圖9表示對(duì)通過量進(jìn)行比較的曲線圖。圖9中，縱軸表示通過量(dB)，橫軸表示Cv(pF)。另外，實(shí)線91表示移相器70的通過量，粗線92表示現(xiàn)有的移相器的通過量。對(duì)于現(xiàn)有的移相器，描繪出了在大約1.3(pF)、通過量大約-0.077(dB)，以及大約2.7(pF)、通過量大約-0.072(dB)時(shí)表現(xiàn)出低值的近似正弦曲線的曲線。與此相對(duì)，對(duì)于移相器70，在大約2.25(pF)、通過量大約-0.017(dB)，以及大約3.0(pF)、通過量大約-0.02(dB)時(shí)表現(xiàn)出良好的值。特別是從1.0到1.5(pF)，通過量幾乎是0(dB)。從大約1.85到2.2(pF)，現(xiàn)有的移相器表現(xiàn)出良好的值，但在總體上移相器70明顯地表現(xiàn)出了良好的數(shù)值。這是基于公式(6)的阻抗匹配的效果。
圖10表示對(duì)回波損耗進(jìn)行比較的曲線圖。圖10中，縱軸表示回波損耗(dB)，橫軸表示Cv(pF)。另外，實(shí)線101表示移相器70的回波損耗，粗線102表示現(xiàn)有的移相器的回波損耗。對(duì)于現(xiàn)有的移相器，在大約1.32(pF)時(shí)回波損耗大約-17.5(dB)，為最大。與此相對(duì)，對(duì)于移相器70，在3.0(pF)時(shí)回波損耗大約-23(dB)，為最大。即，與現(xiàn)有的移相器相比，回波損耗減少。從大約1.85到2.2(pF)，現(xiàn)有的移相器表現(xiàn)出良好的值，但如果從總體觀察，移相器70表現(xiàn)出了良好的數(shù)值。這是基于公式(6)的阻抗匹配的效果。
圖11表示對(duì)移相特性進(jìn)行比較的曲線圖。圖11中，縱軸表示移相量(deg)，橫軸表示Cv(pF)。另外，實(shí)線111表示移相器70的移相量，粗線112表示現(xiàn)有的移相器的移相量?，F(xiàn)有的移相器即使Cv從1.0變化到3.0(pF)，也僅能得到大約146(deg)的移相量。與此相對(duì)，移相器70通過使Cv同樣地變化，能得到大約264(deg)這樣的更多的移相量。另外，從圖11可知，現(xiàn)有的移相器和移相器70實(shí)現(xiàn)了基于Cv的連續(xù)變化的移相量的連續(xù)變化。另外，控制部73在使移相量減少的情況下輸出使Cv減少的控制信號(hào)V73，另外，根據(jù)圖8的曲線圖可知還輸出使C1和C2減少的控制信號(hào)V71和V72。在使移相量增加時(shí)進(jìn)行相反的控制。
實(shí)施方式2圖12表示本發(fā)明第2實(shí)施方式的移相器的結(jié)構(gòu)。如圖12所示，第2實(shí)施方式的移相器120由包括可變電容器C121～C125、可變電容器Cv121～Cv124、以及電感器L121～L125的移相部和控制部123構(gòu)成。另外，在本實(shí)施方式的移相器中，由于不使用電容固定的電容器，因此對(duì)于所有的可變電容器使用以電容的符號(hào)進(jìn)行的簡(jiǎn)易標(biāo)記?？勺冸娙萜鰿121、電感器L121、可變電容器C122、電感器L122、可變電容器C123、電感器L123、可變電容器C124、電感器L124、可變電容器C125和電感器L125按該順序串聯(lián)連接在輸入端子121和輸出端子122之間。另外，可變電容器Cv121的一端與電感器L121和可變電容器C122的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv121的另一端接地；可變電容器Cv122的一端與電感器L122和可變電容器C123的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv122的另一端接地；可變電容器Cv123的一端與電感器L123和可變電容器C124的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv123的另一端接地；可變電容器Cv124的一端與電感器L124和可變電容器C125的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv124的另一端接地。
可變電容器C121和電感器L121、可變電容器C122和電感器L122、可變電容器C123和電感器L123、可變電容器C124和電感器L124、以及可變電容器C125和電感器L125分別構(gòu)成電抗部分。另外，可變電容器Cv121～Cv124分別構(gòu)成電納部分。一個(gè)電抗部分與一個(gè)電納部分串聯(lián)連接。
可變電容器C121和C125是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用C1表示)的可變區(qū)域也相同。同樣，可變電容元件C122～C124是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用C2表示)的可變區(qū)域也完全相同。并且，可變電容器Cv121～Cv124是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用Cv表示)的可變區(qū)域也完全相同。
另外，從控制部123延伸出的箭頭表示對(duì)各可變電容器傳輸控制信號(hào)的控制信號(hào)線。更具體地講，控制信號(hào)線V121是對(duì)可變電容器C121～C125和對(duì)可變電容器Cv121～Cv124傳輸控制信號(hào)的信號(hào)線，即，對(duì)相同的可變電容元件使用共同的控制信號(hào)。這樣，由于控制部123可以只生成一種控制信號(hào)，因此控制部123的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
本實(shí)施方式的移相器120中的各元件的電路常數(shù)在把移相器120的使用條件設(shè)為輸入輸出阻抗為50Ω而且頻率為1GHz時(shí)，例如，成為如下的情形。即，C1＝k·Cv(pF)，C2＝0.5·k·Cv(pF)，Cv＝1.0～3.0(pF)，L1＝4.9(nH)，L2＝9.8(nH)。這里，L1表示電感器L121和L125的電感，L2表示電感器L122～L124的電感。另外，k是常數(shù)，在本實(shí)施方式中例如k＝7。在實(shí)現(xiàn)特定的移相量θ時(shí)，決定各可變區(qū)域內(nèi)的特定的值，使得滿足公式(6)，即獲得阻抗匹配。并且，在本實(shí)施方式中，C1和C2用Cv乘以常數(shù)的函數(shù)表示。即，C1、C2和Cv成為下式這樣的預(yù)定的容量比。
C1∶C2∶Cv＝k∶0.5k∶1該容量比例如能由可變電容器的面積比決定。
圖13示出了表示滿足公式(6)的Cv、C1和C2的關(guān)系的曲線圖。圖13中，縱軸表示C1、C2(pF)，橫軸表示Cv(pF)。另外，用實(shí)線表示的直線131表示Cv根據(jù)控制信號(hào)V121從1.0變化到3.0(pF)時(shí)的C1的變化，用虛線表示的直線132表示Cv根據(jù)控制信號(hào)V121從1.0變化到3.0(pF)時(shí)的C2的變化。與第1實(shí)施方式不同，在第2實(shí)施方式中，C1和C2也由控制信號(hào)V121控制。在該曲線圖中，為了得到滿足公式(6)的靜電電容的設(shè)置，首先確定Cv的值。接著，在該曲線圖上根據(jù)與通過該Cv的特定值而且平行于縱軸的直線和表示C1的變化的直線131的交點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的縱軸的值，特定C1的值。同樣，在該曲線圖上根據(jù)與通過該Cv的特定值而且平行于縱軸的直線和表示C2的變化的直線132的交點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的縱軸的值，特定C2的值。圖13中，例如當(dāng)確定了Cv＝2.0(pF)時(shí)，特定為C1＝14(pF)左右，C2＝7(pF)左右。這樣，可以得到滿足公式(6)的C1、C2和Cv的靜電電容的設(shè)置。另外，根據(jù)圖13的曲線圖，直線131和132都向右上方傾斜，控制部123輸出使Cv、C1和C2線性增加或者線性減少的同一控制信號(hào)V121。
用圖14和圖15說明本實(shí)施方式的常數(shù)k的設(shè)計(jì)思想。在圖14所示的由一級(jí)單位單元構(gòu)成的移相器中，可變電容器C141、電感器L141、可變電容器C143、以及電感器L142按該順序串聯(lián)連接在輸入端子141和輸出端子142之間?？勺冸娙萜鰿142的一端與電感器L141和可變電容器C143的連接點(diǎn)連接，可變電容器C142的另一端接地。可變電容器C141、電感器L141、可變電容器C143和電感器L142構(gòu)成電抗部分，可變電容器C142構(gòu)成電納部分。電抗部分與電納部分串聯(lián)連接。
這里，如果把可變電容器C141和C143的電容設(shè)為Cb，把可變電容器C142的電容設(shè)為Cv，把電感器L141和L142的電感設(shè)為L(zhǎng)b，則該移相器的阻抗Z0滿足以下的公式(7)。另外，對(duì)于Lb求解公式(7)得到公式(8)。
Z0=2(Lb-1Cbω2)Cv---(7)]]>Lb=Z02Cv2+1Cbω2---(8)]]>這里如果假設(shè)Cb＝k·Cv(k是大于0的常數(shù))，則Lb，Cv和k的關(guān)系成為圖15所示的曲線圖。另外，在本實(shí)施方式中由于把使用頻率定為1GHz，因此把公式(8)的ω作為常數(shù)使用。圖15中，縱軸表示Lb(nH)，橫軸表示Cv(pF)。另外，各曲線是使k離散變化時(shí)以Cv作為變量的Lb的曲線圖。更具體地講，用粗虛線表示的曲線151表示k＝3的情況，用粗線表示的曲線152表示k＝4的情況，用雙點(diǎn)劃線表示的曲線153表示k＝5的情況，用虛線表示的曲線154表示k＝6的情況，用實(shí)線表示的曲線155表示k＝7的情況，用單點(diǎn)劃線表示的曲線156表示k＝8的情況。在圖15所示的曲線圖中，Lb隨著Cv的變化產(chǎn)生變動(dòng)，而Lb原本是固定的電感，因此在該假定中也希望變動(dòng)盡量少。由于曲線151～156的變動(dòng)量各自不同，因此可以選擇變動(dòng)量最少的條件。如果讀取各曲線的變動(dòng)量，則對(duì)于曲線151至少是2.4(nH)，對(duì)于曲線152大約是2(nH)，對(duì)于曲線153大約是1.3(nH)，對(duì)于曲線154大約是1(nH)，對(duì)于曲線155大約是0.7(nH)，對(duì)于曲線156大約是0.8(nH)。即，表示k＝7的情況的曲線155的變動(dòng)量最少。由此，在本實(shí)施方式中作為一個(gè)例子，采用k＝7。其中，k的值不是整數(shù)也可以，可以用接近7的其它數(shù)值代替。另外，如果移相器的頻率等使用條件不同，則k的值需要與之同時(shí)再次計(jì)算，有時(shí)成為遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離7的數(shù)值。
用圖16～18說明本實(shí)施方式的移相器120的特性。作為比較對(duì)象的移相器，研究圖16所示的移相器160。移相器160由電抗部分和電納部分構(gòu)成的單位單元的級(jí)數(shù)與移相器120不同，設(shè)計(jì)成只有當(dāng)電納部分的可變電容器的電容為2.0(pF)時(shí)阻抗才匹配。
如圖16所示，移相器160包括可變電容器C161～C168、可變電容器Cv161～Cv167、以及電感器L161～L168?？勺冸娙萜鰿161、電感器L161、可變電容器C162、電感器L162、可變電容器C163、電感器L163、可變電容器C164、電感器L164、可變電容器C165、電感器L165、可變電容器C166、電感器L166、可變電容器C167、電感器L167、可變電容器C168和電感L168按該順序串聯(lián)連接在輸入端子161和輸出端子162之間。另外，可變電容器Cv161的一端與電感器L161和可變電容器C162的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv161的另一端接地；可變電容器Cv162的一端與電感器L162和可變電容器C163的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv162的另一端接地；可變電容器Cv163的一端與電感器L163和可變電容器C164的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv123的另一端接地；可變電容器Cv164的一端與電感L164和可變電容器C165的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv164的另一端接地；可變電容元件Cv165的一端與電感器L165和可變電容器C166的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv165的另一端接地；可變電容器Cv166的一端與電感器L166和可變電容器C167的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv166的另一端接地；可變電容器Cv167的一端與電感器L167和可變電容元件C168的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv167的另一端接地。
可變電容器C161和電感器L161、可變電容器C162和電感器L162、可變電容器C163和電感器L163、可變電容器C164和電感器L164、可變電容器C165和電感器L165、可變電容器C166和電感器L166、可變電容器C167和電感器L167、以及可變電容器C168和電感器L168分別構(gòu)成電抗部分。另外，可變電容器Cv161～Cv167分別構(gòu)成電納部分。一個(gè)電抗部分與一個(gè)電納部分串聯(lián)連接。
可變電容器C161～C168是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用C1a表示)的可變區(qū)域也相同。同樣，可變電容器C162～C167是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用C2a表示)的可變區(qū)域也完全相同。并且，可變電容器Cv161～Cv167是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用Cva表示)的可變區(qū)域也完全相同。
移相器160中的各元件的電路常數(shù)，在把使用條件設(shè)為與移相器120相同時(shí)，例如，成為如下的情形。即，C1a＝ka·Cva(pF)，C2a＝0.5·ka·Cva(pF)，Cva＝1.0～3.0(pF)。ka是常數(shù)，移相器160中ka＝3。另外，圖15中，在ka＝3、Cva＝2.0(pF)時(shí)，設(shè)定電感器L161和L168的電感為大約6.8(nH)，電感器L162～L167的電感為大約13.6(nH)，以獲得阻抗匹配。觀察圖15的k＝3的曲線151可知，如果使電感器L161～168固定，則在Cva＝2.0(pF)以外的部分中不能獲得阻抗匹配。
圖17表示對(duì)移相量特性進(jìn)行比較的曲線圖。圖17中，縱軸表示移相量(deg)，橫軸表示Cv或者Cva(pF)。另外，實(shí)線171表示移相器120的移相量，粗線172表示移相器160的移相量。如果使Cva從1.0變化到3.0(pF)，則移相器160可以得到大約245(deg)的移相量。與此相對(duì)，移相器120通過使Cv同樣地變化，可以得到大約260(deg)的移相量。與移相器160相比，移相器120的移相量大一些。另外，由圖17可知，移相器120實(shí)現(xiàn)了基于Cv的連續(xù)變化的移相器的連續(xù)變化。
圖18表示對(duì)通過量進(jìn)行比較的曲線圖。圖18中，縱軸表示通過量(dB)，橫軸表示Cv或者Cva(pF)。另外，實(shí)線181表示移相器120的通過量，粗線182表示移相器160的通過量。按照設(shè)計(jì)，移相器160在2.0(pF)時(shí)通過量幾乎為0(dB)，但是如果Cva比2.0(pF)低，則通過特性急劇惡化，在1.0(pF)、大約-7.5(dB)時(shí)出現(xiàn)了低的值。與此相對(duì)，移相器120，在Cv為1.0～3.0(pF)的范圍中的通過量幾乎為0(dB)，具有良好的通過特性。這樣，即使電感固定，如果盡可能選擇能獲得阻抗匹配的適當(dāng)?shù)膋，則對(duì)于通過量和移相量，能得到更好的特性。
另外，控制部123在使移相量增大的情況下，輸出使Cv增加的控制信號(hào)。另外，根據(jù)圖13，使Cv增加的控制信號(hào)還使C1和C2也增加。
實(shí)施方式3圖19表示本發(fā)明第3實(shí)施方式的移相器的結(jié)構(gòu)。如圖19所示，第3實(shí)施方式的移相器190由包括可變電容器C191～C195、可變電容器Cv191～Cv194、以及電感器L191～L195的移相部和控制部193構(gòu)成。另外，在本實(shí)施方式的移相器中，由于不使用電容固定的電容器，因此對(duì)于所有的可變電容器使用以電容器的符號(hào)進(jìn)行的簡(jiǎn)易標(biāo)記?？勺冸娙萜鰿191、電感器L191、可變電容器C192、電感器L192、可變電容器C193、電感器L193、可變電容器C194、電感器L194、可變電容器C195和電感器L195按該順序串聯(lián)連接在輸入端子191和輸出端子192之間。另外，可變電容器Cv191的一端與電感器L191和可變電容器C192的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv191的另一端接地；可變電容器Cv192的一端與電感器L192和可變電容器C193的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv192的另一端接地；可變電容器Cv193的一端與電感器L193和可變電容器C194的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv193的另一端接地；可變電容器Cv194的一端與電感器L194和可變電容器C195的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv194的另一端接地。
可變電容器C191和電感器L191、可變電容器C192和電感器L192、可變電容器C193和電感器L193、可變電容器C194和電感器L194、以及可變電容器C195和電感器L195分別構(gòu)成電抗部分。另外，可變電容器Cv191～Cv194分別構(gòu)成電納部分。一個(gè)電抗部分與一個(gè)電納部分串聯(lián)連接。
可變電容器C191和C195是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用C1表示)的可變區(qū)域也相同。同樣，可變電容器C192～C194是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用C2表示)的可變區(qū)域也完全相同。并且，可變電容器Cv191～Cv194是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用Cv表示)的可變區(qū)域也完全相同。
另外，從控制部193延伸出的箭頭表示對(duì)各個(gè)可變電容器傳輸控制信號(hào)的控制信號(hào)線。更具體地講，控制信號(hào)線V191是對(duì)可變電容器C191和C195傳輸控制信號(hào)V191的信號(hào)線，控制信號(hào)線V192是對(duì)可變電容器C192～C194傳輸控制信號(hào)V192的信號(hào)線，控制信號(hào)線V193是對(duì)可變電容器Cv191～Cv194傳輸控制信號(hào)V193的信號(hào)線，即，對(duì)相同的可變電容元件使用共同的控制信號(hào)。其中，在本實(shí)施方式中，控制部193對(duì)控制信號(hào)線V191～V193輸出分別獨(dú)立的控制信號(hào)。
本實(shí)施方式的移相器190中的各元件的電路常數(shù)在把移相器190的使用條件設(shè)為輸入輸出阻抗為50Ω而且頻率為44GHz時(shí)，例如，成為以下情形。即，C1＝0.0141～0.0229(pF)、C2＝0.007～0.0115(pF)、Cv＝0.052～0.073(pF)、L1＝1(nH)、L2＝2(nH)。這里，L1表示電感器L191和L195的電感，L2表示電感器L192～L194的電感。在實(shí)現(xiàn)特定的移相量θ時(shí)，決定各可變區(qū)域內(nèi)的特定的值，使得滿足公式(6)，即獲得阻抗匹配。在后面敘述決定的過程。
圖20示出了表示滿足公式(6)的Cv、C1、C2和移相器190的移相量的關(guān)系的曲線圖。圖20中，右邊的縱軸表示C1、C2(pF)，左邊的縱軸表示Cv(pF)，橫軸表示移相器190的移相量(deg)。另外，用四邊形標(biāo)繪的點(diǎn)表示在特定的移相量下根據(jù)控制信號(hào)V191應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的C1的值，用三角形標(biāo)繪的點(diǎn)表示在特定的移相量下根據(jù)控制信號(hào)V192應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的C2的值，用橢圓標(biāo)繪的點(diǎn)表示在特定的移相量下根據(jù)控制信號(hào)V193應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的Cv的值。為了滿足公式(6)并得到特定的移相量θ，可以使用與該θ相對(duì)應(yīng)地標(biāo)繪的C1、C2和Cv的值的設(shè)置。
用圖21和22說明與決定本實(shí)施方式的移相器190的電路常數(shù)有關(guān)的設(shè)計(jì)思想。該設(shè)計(jì)思想的宗旨在于把一個(gè)單位單元中的傳遞函數(shù)定為1。即，出發(fā)思想是通過使一個(gè)單位單元的通過損耗為0(dB)，使整個(gè)移相器190的通過量也為0(dB)。
首先，假定圖21所示的用一級(jí)單位單元構(gòu)成的移相器210。移相器210的輸入端子213連接有內(nèi)部阻抗為Z的輸入端口211。另外，移相器210的輸出端子214連接有內(nèi)部阻抗為Z的輸出端口212。在移相器210中，從輸入一側(cè)到輸出一側(cè)，串聯(lián)連接電感相等的電感器L211和L212?？勺冸娙萜鰿v211的一端與電感L211和L212的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv211的另一端接地。電感器L211和L212分別構(gòu)成電抗部分，可變電容器Cv211構(gòu)成電納部分。另外，電路211和212的阻抗Z與移相器190的使用條件一致，定為Z＝50Ω。同樣，移相器210的使用頻率也與移相器190相同，定為44GHz。
這里，如果把電抗部分的電抗設(shè)為X，電納部分的電納設(shè)為B，電感器L211和L212的電感設(shè)為L(zhǎng)a，可變電容器Cv211的可變區(qū)域內(nèi)的特定的電容設(shè)為Cva，設(shè)ω為角頻率，則以下的2個(gè)公式成立。
X＝ωLa(9)B＝ωCva (10)這時(shí)，移相器210的傳遞函數(shù)用以下的公式(11)表示。另外，用于得到移相量的公式用把公式(11)的分子中的實(shí)數(shù)部分作為分母、把虛數(shù)部分作為分子的公式(12)表示。并且，當(dāng)把所要的移向量設(shè)為300°(或者-60°)時(shí)，對(duì)于X求解公式(12)，成為公式(13)。
2iBZ(Z+iX)(Z+iX-2iB)=2Z[2Z(1-XB)+i(X2B-2X-BZ2)](Z+iX)(Z-iX)(2-XB+iBZ)(2-XB-iBZ)---(11)]]>
X=12B[23ZB+2-24B2Z2+1]---(13)]]>圖22示出了表示設(shè)移相器210的移相量為300°(或者-60°)時(shí)Cva和傳遞函數(shù)的通過量的關(guān)系的曲線圖。圖22中，縱軸表示傳遞函數(shù)的通過量(dB)，橫軸表示Cva(pF)。圖22所示的曲線向上凸，當(dāng)Cva為大約0.063(pF)時(shí)，傳遞函數(shù)的通過量為0(dB)。即，在移相器210的移相量是300°(或者-60°)的情況下，實(shí)現(xiàn)移相器210的傳遞函數(shù)＝1的可變電容器Cv211的調(diào)整值Cva大約是0.063(pF)。由于在移相器210中使用頻率是固定的，因此ω作為常數(shù)使用，如果Cva確定了，則可從公式(10)求出B。如上所述，由于Z是50Ω，因此如果B確定了，則可按順序根據(jù)公式(13)和公式(9)求出L，從而可確定移相器210所包含的所有元件的電路常數(shù)。另外，在移相器210中La為0.104(nH)。
其次，研究在移相器190中應(yīng)用移相器210所示的原理。如在本發(fā)明的構(gòu)思欄中所述，電感器能置換為電感器與電容器的串聯(lián)連接，可變電感器能置換為電感固定的電感器與可變電容器的串聯(lián)連接。在本發(fā)明中，由于在電抗部分中采用了可變電容器，因此在把移相器210的原理應(yīng)用在移相器190中的情況下，電感器L211和L212都可以視為可變電感器。由此，電感器L211和L212分別能置換為電感固定的電感器和可變電容器。由于置換后的電感和電容的關(guān)系如公式(4)所示，因此應(yīng)用公式(4)，能確定移相器190中的C1和L1。并且，在移相器190中，電容為C2的可變電容器與串聯(lián)連接了2個(gè)電容為C1的可變電容器的電容器等效，電感為L(zhǎng)2的電感器與串聯(lián)連接了2個(gè)電感為L(zhǎng)1的電感器的電感器等效。即，以下的2個(gè)公式成立。
C2＝0.5·C1
L2＝2·L1由此，還能求出C2和L1。
這樣，在移相器190中，可確定特定的移相量中的C1、C2和Cv的電容的設(shè)置。在以上的說明中把移相量設(shè)為300°(或者-60°)，但對(duì)于任意的移相量可以同樣地確定C1、C2和Cv的電容的設(shè)置。如果以60°間隔表示其結(jié)果，則成為前面所述的圖20那樣的曲線圖。在圖20所示的曲線圖中，C1、C2和Cv的值乍看是離散的。但是，如果對(duì)于C1、C2和Cv分別把標(biāo)繪的點(diǎn)連接起來，則成為變化緩慢的曲線。即，對(duì)于C1和C2是向右上方傾斜的曲線，對(duì)于Cv是向上凸的曲線。即，在使移相器190的移相量連續(xù)變化的情況下，控制部193可以使C1、C2和Cv的值沿著各條曲線連續(xù)變化。另外，如果移相量在0～180(deg)的范圍內(nèi)，則控制部193在輸出使Cv增加的控制信號(hào)V193的情況下，輸出使C1和C2增加的控制信號(hào)V191和V192。
如以上所述，本實(shí)施方式的移相器190由于控制成使得所要的移相量中的傳遞函數(shù)的通過量為0(dB)，因此能實(shí)現(xiàn)通過特性優(yōu)良的移相器。另外，如圖20所示，實(shí)現(xiàn)了能使360度移相量連續(xù)變化的移相器。
實(shí)施方式4圖23表示本發(fā)明第4實(shí)施方式的移相器的安裝例。圖23所示的第4實(shí)施方式的移相器230根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式2的移相器120的設(shè)計(jì)思想，在半導(dǎo)體襯底上構(gòu)成元件。其中，作為移相器120，由電抗部分和電納部分構(gòu)成的單位單元的級(jí)數(shù)不同。
用圖24說明連接關(guān)系。圖24是移相器230的電路圖，符號(hào)全部與圖23相同。即，如果是相同的符號(hào)，則表示相同的電路元件。但是，在圖24中，接地線231和232由于進(jìn)行了最小限度的圖示因此沒有標(biāo)注符號(hào)。移相器230包括包含耦合電容器C231～C234、電感器L231～234、可變電容器Cv231～Cv237和扼流電感器Lc231～Lc234的移相部，包含扼流電感器Lc235～Lc237和旁路電容器C235～C237的控制線部，輸入端子T231和輸出端子T232，以及接地線231和232。
耦合電容器C231、電感器L231、可變電容器Cv231、電感器L232、可變電容器Cv232、耦合電容器C232、電感器L233、可變電容器Cv233、耦合電容器C233、電感器L234、可變電容器Cv234和耦合電容器C234按該順序串聯(lián)連接在輸入端子T231和輸出端子T232之間。
另外，扼流電感器Lc231的一端與耦合電容器C231和電感器L231的連接點(diǎn)連接，扼流電感器Lc231的另一端與接地線232連接；扼流電感器Lc235的一端和可變電容器Cv235的一端與可變電容器Cv231和電感L232的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv235的另一端與接地線232連接。扼流電感器Lc235的另一端與控制電壓端子233和旁路電容器C235的一端連接，旁路電容器C235的另一端與接地線231連接；扼流電感器Lc232的一端與可變電容器Cv232和耦合電容器C232的連接點(diǎn)連接，扼流電感器Lc232的另一端與接地線232連接；扼流電感器Lc236的一端和可變電容器Cv236的一端與耦合電容器C232和電感器L233的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv236的另一端與接地線232連接；扼流電感器Lc236的另一端與控制電壓端子233和旁路電容器C236的一端連接，旁路電容器C236的另一端與接地線231連接；扼流電感器Lc233的一端與可變電容器Cv233和耦合電容器C233的連接點(diǎn)連接，扼流電感器Lc233的另一端與接地線232連接；扼流電感器Lc237的一端和可變電容器Cv237的一端與耦合電容器C233和電感器L234的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv237的另一端與接地線232連接；扼流電感器Lc237的另一端與控制電壓端子233和旁路電容器C237的一端連接，旁路電容器C237的另一端與接地線231連接；扼流電感器Lc234的一端與可變電容器Cv234和耦合電容器C234的連接點(diǎn)連接，扼流電感器Lc234的另一端與接地線232連接。
電感器L231和可變電容器Cv231、電感器L232和可變電容器Cv232、電感器L233和可變電容器Cv233、以及電感器L234和可變電容器Cv234分別構(gòu)成電抗部分。另外，可變電容器Cv235～Cv237分別構(gòu)成電納部分。一個(gè)電抗部分與一個(gè)電納部分串聯(lián)連接。
另外，旁路電容器C235～C237和扼流電感器Lc235～Lc237是用于對(duì)可變電容器Cv231～Cv237施加控制電壓的元件。另外，耦合電容器C231～C234是用于隔斷提供給可變電容器Cv231～Cv237的控制電壓的直流成分的電容器。
可變電容器Cv231和Cv234是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用C1表示)的可變區(qū)域也相同。同樣，可變電容器Cv232和Cv233是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用C2表示)的可變區(qū)域也完全相同。并且，可變電容器Cv235～Cv237是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用Cv表示)的可變區(qū)域也完全相同。
如圖24所示，僅從控制電壓端子233輸入移相器230的控制信號(hào)(控制電壓)。更具體地講，從控制電壓端子233輸入的控制信號(hào)傳輸給可變電容器Cv231～Cv237。即，在本實(shí)施方式中，與第2實(shí)施方式相同，對(duì)所有的可變電容元件使用共同的控制信號(hào)。這樣，則由于未圖示的控制部可以僅生成一種控制信號(hào)，因此控制部的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
本實(shí)施方式中的移相器230的可變電容元件的靜電電容按照與第2實(shí)施方式的移相器120相同的想法決定。即，C1＝k·Cv(pF)，C2＝0.5·k·Cv(pF)。k是常數(shù)。因此，容量比如下C1∶C2∶Cv＝k∶0.5k∶1該容量比例如能根據(jù)可變電容器的面積比實(shí)現(xiàn)，在圖23中，用虛線框表示各個(gè)可變電容器的面積，雖然不嚴(yán)密，但是表現(xiàn)出了按面積比實(shí)現(xiàn)上述的容量比。
實(shí)施方式5圖25表示本發(fā)明第5實(shí)施方式的移相器的安裝例。圖25所示的第5實(shí)施方式的移相器250把本發(fā)明實(shí)施方式4的移相器230所包括的所有扼流電感器都置換為高電阻元件。在預(yù)定的條件下，由于扼流電感器與高電阻元件(以下在本實(shí)施方式中簡(jiǎn)單地稱為電阻)等效，因此移相器250與移相器230實(shí)質(zhì)上是等效的。另外，與移相器230相同，移相器250也根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式2的移相器120的設(shè)計(jì)思想，在半導(dǎo)體襯底上構(gòu)成了元件。但是，作為移相器120，由電抗部分和電納部分構(gòu)成的單位單元的級(jí)數(shù)不同。
用圖26說明連接關(guān)系。圖26是移相器250的電路圖，符號(hào)全部與圖25相同。即，如果是相同的符號(hào)則表示相同的電路元件。但是，在圖26中，接地線251和252由于進(jìn)行了最小限度的圖示，因此沒有標(biāo)注符號(hào)。移相器250包括包含耦合電容器C251～C254、電感器L251～254、可變電容器Cv251～Cv257和電阻R251～R254的移相部，包含電阻R255～R257和旁路電容器C255～C257的控制線部，輸入端子T251和輸出端子T252，以及接地線251和252。
耦合電容器C251、電感器L251、可變電容器Cv251、電感器L252、可變電容器Cv252、耦合電容器C252、電感器L253、可變電容器Cv253、耦合電容器C253、電感器L254、可變電容器Cv254和耦合電容器C254按該順序串聯(lián)連接在輸入端子T251和輸出端子T252之間。
另外，電阻R251的一端與耦合電容器C251和電感器L251的連接點(diǎn)連接，電阻R251的另一端與接地線252連接；電阻R255的一端和可變電容器Cv255的一端與可變電容器Cv251和電感器L252的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv255的另一端與接地線252連接；電阻R255的另一端與控制電壓端子253和旁路電容器C255的一端連接，旁路電容器C255的另一端與接地線251連接；電阻R252的一端與可變電容器Cv252和耦合電容器C252的連接點(diǎn)連接，電阻R252的另一端與接地線252連接；電阻R256的一端和可變電容器Cv256的一端與耦合電容器C252和電感器L253的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv256的另一端與接地點(diǎn)252連接；電阻R256的另一端與控制電壓端子253和旁路電容器C256的一端連接，旁路電容器C256的另一端與接地線251連接；電阻R253的一端與可變電容器Cv253與耦合電容器C253的連接點(diǎn)連接，電阻R253的另一端與接地線252連接；電阻R257的一端和可變電容器Cv257的一端與耦合電容器C253和電感器L254的連接點(diǎn)連接，可變電容器Cv257的另一端與接地線252連接；電阻R257的另一端與控制電壓端子253和旁路電容器C257的一端連接，旁路電容器C257的另一端與接地線251連接；電阻R254的一端與可變電容器Cv254和耦合電容器C254的連接點(diǎn)連接，電阻R254的另一端與接地線252連接。
電感器L251和可變電容器Cv251、電感器L252和可變電容器Cv252、電感器L253和可變電容器Cv253、以及電感器L254和可變電容器Cv254分別構(gòu)成電抗部分。另外，可變電容器Cv255～Cv257分別構(gòu)成電納部分。一個(gè)電抗部分與一個(gè)電納部分串聯(lián)連接。
另外，旁路電容器C255～C257和電阻R255～R257是用于對(duì)可變電容器Cv251～Cv257施加控制電壓的元件。另外，耦合電容器C251～C254是用于隔斷提供給可變電容器Cv251～Cv257的控制電壓的直流成分的電容器。
可變電容器Cv251和Cv254是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用C1表示)的可變區(qū)域也相同。同樣，可變電容器Cv252和Cv253是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用C2表示)的可變區(qū)域也完全相同。并且，可變電容器Cv255～Cv257是相同的可變電容元件，其電容(以下在本實(shí)施方式中用Cv表示)的可變區(qū)域也完全相同。
如圖26所示，僅從控制電壓端子253輸入移相器250的控制信號(hào)(控制電壓)。更具體地講，從控制電壓端子253輸入的控制信號(hào)傳輸?shù)娇勺冸娙萜鰿v251～Cv257。即，在本實(shí)施方式中，與第2實(shí)施方式相同，對(duì)所有的可變電容元件使用共同的控制信號(hào)。如果這樣做，則由于未圖示的控制部可以僅生成一種控制信號(hào)，因此控制部的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
本實(shí)施方式的移相器250的可變電容元件的靜電電容按照與第2實(shí)施方式的移相器120相同的想法決定。即，C1＝k·Cv(pF)，C2＝0.5·k·Cv(pF)。k是常數(shù)。從而，容量比如下
C1∶C2∶Cv＝k∶0.5k∶1該容量比例如能根據(jù)可變電容器的面積比實(shí)現(xiàn)，在圖25中，用虛線框表示各個(gè)可變電容元件的面積，雖然不嚴(yán)密，但是表現(xiàn)出了按照面積比實(shí)現(xiàn)上述的容量比。
以上說明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本發(fā)明并不限于此。例如，電路圖是一個(gè)例子，還能用與在各個(gè)實(shí)施方式中所述的電路等效的電路實(shí)現(xiàn)。另外，如果移相器的使用條件發(fā)生變化，則也可以變更由電抗部分和電納部分構(gòu)成的單位單元的級(jí)數(shù)或者電路常數(shù)。另外，實(shí)施方式2、4和5中所述的可變電容器的容量比的實(shí)現(xiàn)既可以根據(jù)可變電容器的面積比實(shí)現(xiàn)，也可以用其它的方法。另外，實(shí)施方式4和5中所述的安裝例也是一個(gè)例子，也可以是其它的配置。而且，控制部還可以同時(shí)控制第1可變電容元件和第2可變電容元件。
權(quán)利要求
1.一種移相器，其特征在于具有移相部，包括包含第1可變電容元件的電抗部分和與上述電抗部分串聯(lián)連接而且包含第2可變電容元件的電納部分；以及控制部，向上述移相部輸出使上述第1可變電容元件和上述第2可變電容元件的靜電電容連續(xù)變化的控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移相器，其特征在于上述控制部輸出進(jìn)一步滿足使Z0=XB]]>保持恒定的條件的控制信號(hào)，其中X是上述電抗部分的電抗，B是上述電納部分的電納。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移相器，其特征在于上述控制部同時(shí)控制上述第1可變電容元件和上述第2可變電容元件。
4.一種移相器，其特征在于具有移相部，包括包含第1可變電容元件的電抗部分和與上述電抗部分串聯(lián)連接而且包含第2可變電容元件的電納部分；以及控制部，向上述移相部輸出控制信號(hào)；多個(gè)上述移相部串聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的移相器，其特征在于上述控制部輸出使Z0=XB]]>保持恒定的控制信號(hào)，其中X是上述電抗部分的電抗，B是上述電納部分的電納。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的移相器，其特征在于上述控制部同時(shí)控制上述第1可變電容元件和上述第2可變電容元件。
7.一種移相器，其特征在于具有移相部，包括包含第1可變電容元件的電抗部分和與上述電抗部分串聯(lián)連接而且包含第2可變電容元件的電納部分；以及控制部，向上述移相部輸出控制信號(hào)；上述控制部輸出對(duì)上述第1可變電容元件的第1控制信號(hào)，以及對(duì)上述第2可變電容元件的與上述第1控制信號(hào)獨(dú)立的第2控制信號(hào)。
8.一種移相器，其特征在于具有移相部，包括包含第1可變電容元件的電抗部分和與上述電抗部分串聯(lián)連接而且包含第2可變電容元件的電納部分；以及控制部，向上述移相部輸出控制信號(hào)；上述第1可變電容元件和上述第2可變電容元件以預(yù)定的容量比構(gòu)成，上述控制信號(hào)對(duì)于上述第1可變電容元件和上述第2可變電容元件是共同的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的移相器，其特征在于上述預(yù)定的容量比由上述第1可變電容元件和上述第2可變電容元件的面積比決定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種移相器，該移相器是滿足低電壓驅(qū)動(dòng)、連續(xù)移相變化和高速移相變化這樣的條件，而且傳輸效率高或者能進(jìn)行阻抗匹配的新結(jié)構(gòu)的移相器，具有移相部，其包括包含第1可變電容元件的電抗部分和與該電抗部分串聯(lián)連接而且包含第2可變電元件的電納部分；以及控制部，向移相部輸出使第1可變電容元件和第2可變電容元件的靜電電容連續(xù)變化的控制信號(hào)。如果使可變電容元件連續(xù)變化，則移相量也能連續(xù)變化。這些元件能形成在半導(dǎo)體上，還能實(shí)現(xiàn)低電壓驅(qū)動(dòng)和高速響應(yīng)性，通過調(diào)整2個(gè)可變電容元件，能控制阻抗的變化，從而能提高傳輸效率。
文檔編號(hào)H03H7/00GK1577970SQ20041006880
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月8日
發(fā)明者中島邦彥, 太田謙一, 巖崎譽(yù)志紀(jì) 申請(qǐng)人:太陽誘電株式會(huì)社