ストリップラインについて

Question

スイッチ(二つの経路に分ける)を構成するのにある周波数のλ/4の長さのストリップラインにすると各経路に対するアイソレーションが良くなるとの話をききました。この理論が良く分からずにいます。この高周波の分野は、初めてですので、分かりにくいかもしれませんが宜しくお願いします。

Answer

初めまして　Ｑと申します。

文章では難しいのですが　簡単に説明します。
λ/4波長のストリップラインはショートスタブとして働かせます。　
信号はλ/4波長のアンテナの原理と同様の波の乗り方、１周期の１／４がライン上に乗ります。つまり　末端は電圧最大　一方の端は電圧が最低となります。ストリップラインが１つの周波数で　１／４波長で共振してる状態では　入力部は電圧最大、つまりハイインピーダンスですから　入力に信号を入れて末端の一方はＧＮＤにショートしていても、入力部の信号はそのままで電圧は落ちません。　ショートスタブはこの原理を利用しています。
良くわからない場合は　１／４波長アンテナ　で検索してみてください。
この波形の乗り方を頭に置いて考えると良くわかります。

質問の　スイッチ(二つの経路に分ける)を構成する　には
スイッチの入力端から２本のλ/4波長ストリップラインを枝分かれさせておき
一方の端をＧＮＤに落とし　もう一方の端を負荷に接続します。
大電力を扱わないのならＧＮＤに落とす部分をダイオードスイッチにすることが出来ます。
スイッチを操作すると

・通過側　負荷に接続された側が伝送線路としてのマイクロストリップライン
・遮断側　ＧＮＤに落ちた側がショートスタブ　
として動作します。

入力から見れば　ＧＮＤに落ちたほうはラインが共振していますから直接ＧＮＤは見えません。（信号ラインに１／４λ共振器が接続されただけの回路）

通過側：
伝送したい側（スイッチを入れている側）は確実にインピーダンスマッチングをさせて伝送しますからパターン設計時のインピーダンスはそれに合わせます。入力機器インピーダンス　伝送線路インピーダンス　負荷インピーダンスが　それぞれ５０Ωでマッチングしているならば配線波長にはほとんど関係なく信号は伝送できます。

遮断側：
アイソレーションを大きくしたい側（スイッチを切っている側）は　ＧＮＤ間のスイッチを入れた瞬間に　λ/4波長のストリップラインは伝送線路から　λ/4波長の共振器（λ/4波長のアンテナの共振原理と同様）に変化します。
入力から信号を入れると　配線そのものが１／４波長で共振していますから入力部のインピーダンスが最大となります。

共振型のスイッチの欠点は　１つの周波数に特定されてしまうことです。
共振範囲からはずれると全体のインピーダンスマッチングがずれます。
特定の周波数のみで広帯域が必要でない場合は有効です。

この方式のスイッチは　ＳＰＤＴスイッチに使われています。
ネット上でＳＰＤＴスイッチで　検索するとヒットするはずです。

アイソレーションが大きい理由を追記します。

遮断側の出力から見ると　遮断時には信号がＧＮＤショートとなり信号は０に近くなります。（アイソレーションの値は残る）
入力がＧＮＤショートしてはいけない場合は　ＧＮＤ間スイッチのあとに　もう１つ１／４λのマイクロストリップを入れておきます。

特定の周波数で使う分には　その端がショートしても入力端では　機器出力をショートするわけではありません。
インピーダンスが乱れなければ　５０Ωで伝送できますから　さらに複数の１／４λのマイクロストリップラインを直列に入れるケースもあります。

ストリップラインの利点とは？