JP2000106501A - 電力分配回路、電力合成回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウィルキンソン型電力分配回路および電力合
成回路において使用する抵抗が寄生成分を有するため、
リターンロスの増大、端子間のアイソレーションの低下
等、理想的な動作を得ることができない。 【解決手段】 抵抗１０６の寄生成分を、集中定数素子
を使わずに、分布定数線路１０７、１０８で補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は移動体通信基地局の
電力増幅器に用いる電力分配、合成回路に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信基地局の電力増幅器におい
て、ウィルキンソン型電力分配、合成回路が用いられて
いる。

【０００３】従来のウィルキンソン型電力分配、合成回
路を図９に示す。このウィルキンソン型電力分配、合成
回路は、１つの入力端子（出力端子）９０１と、２つの
出力端子（入力端子）９０２および９０３との間に主回
路を含む。入力端子（出力端子）９０１に接続する電気
長が伝送信号の４分の１波長の第１の分布定数線路９０
４および第２の分布定数線路９０５と、抵抗９０６より
構成されている。これを電力分配器として動作させた場
合、入力端子９０１から入力された信号は出力端子９０
２及び９０３に分配、出力され、電力合成器として動作
させた場合、入力端子９０２及び９０３から入力された
信号は、出力端子９０１から合成、出力される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の電力分配回路、電力合成回路においては、抵
抗９０６が寄生インダクタ及び寄生キャパシタを有する
ため、端子９０１、９０２、９０３におけるリターンロ
スの増大、端子９０２、９０３の間のアイソレーション
の低下といった問題点があった。

【０００５】また、この寄生成分を補正するために、抵
抗９０６に直列あるいは並列にインダクタやキャパシタ
を接続する方法もあるが、部品点数が増加するうえ、素
子のバラツキによる特性劣化も考えられる。

【０００６】本発明は、部品点数を増やすことなく、低
リターンロスで、端子間のアイソレーションが大きい電
力分配回路、電力合成回路を提供することを目的とする
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、第１の本発明（請求項１に対応）は、信号の入
力端子となる第１の端子と、前記信号の出力端子となる
第２及び第３の端子と、前記第１の端子と前記第２の端
子との間に接続された第１の分布定数線路と、前記第１
の端子と前記第３の端子との間に接続された第２の分布
定数線路と、前記第２の端子と前記第３の端子との間に
接続された抵抗と、前記抵抗の一方の端部と前記第２の
端子との間に接続された第３の分布定数線路と、前記抵
抗のもう一方の端部と前記第３の端子との間に接続され
た第４の分布定数線路とを備えたことを特徴とする電力
分配回路である。

【０００８】また第２の本発明（請求項２に対応）は、
前記第１及び第２の分布定数線路は、電気長が１／４波
長であり、前記第３及び第４の分布定数線路は、前記抵
抗の寄生キャパシタンス及び／または寄生インダクタン
スを減少していることを特徴とする第１の発明に記載の
電力分配回路である。

【０００９】また第３の本発明（請求項３に対応）は、
前記第２及び第３の端子のアイソレーションが大きい範
囲は、前記第１から第４の分布定数線路の線路幅と線路
長を調整することにより広げられていることを特徴とす
る第１の発明に記載の電力分配回路である。

【００１０】また第４の本発明（請求項４に対応）は、
信号の出力端子となる第１の端子と、前記信号の入力端
子となる第２及び第３の端子と、前記第１の端子と前記
第２の端子との間に接続された第１の分布定数線路と、
前記第１の端子と前記第３の端子との間に接続された第
２の分布定数線路と、前記第２の端子と前記第３の端子
との間に接続された抵抗と、前記抵抗の一方の端部と前
記第２の端子との間に接続された第３の分布定数線路
と、前記抵抗のもう一方の端部と前記第３の端子との間
に接続された第４の分布定数線路とを備えたことを特徴
とする電力合成回路である。

【００１１】また第５の本発明（請求項５に対応）は、
前記第１及び第２の分布定数線路は、電気長が１／４波
長であり、前記第３及び第４の分布定数線路は、前記抵
抗の寄生キャパシタンス及び／または寄生インダクタン
スを減少していることを特徴とする第４の発明に記載の
電力合成回路である。

【００１２】また第６の本発明（請求項６に対応）は、
前記第３の分布定数線路は、少なくとも１個のオープン
スタブ及び／または少なくとも１個のショートスタブを
有し、前記第４の分布定数線路は、少なくとも１個のオ
ープンスタブ及び／または少なくとも１個のショートス
タブを有することを特徴とする第１〜３の発明のいずれ
かに記載の電力分配回路である。

【００１３】また第７の本発明（請求項７に対応）は、
前記第３の分布定数線路は、少なくとも１個のオープン
スタブ及び／または少なくとも１個のショートスタブを
有し、前記第４の分布定数線路は、少なくとも１個のオ
ープンスタブ及び／または少なくとも１個のショートス
タブを有することを特徴とする第４または５の発明に記
載の電力合成回路である。

【００１４】また第８の本発明（請求項８に対応）は、
第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層の主面側に存在
する遮蔽電極と、その遮蔽電極を挟むように前記第１の
誘電体層とは反対側に積層された第２の誘電体層とを備
え、前記第１の端子、前記第２の端子、前記第３の端
子、前記第１の分布定数線路、前記第２の分布定数線路
及び前記抵抗は、前記第１の誘電体層上に前記遮蔽電極
とは反対側に構成され、前記第３の分布定数線路と前記
第４の分布定数線路は、前記第２の誘電体層上に前記遮
蔽電極とは反対側に構成され、前記第３の分布定数線路
と前記第４の分布定数線路は、スルーホールを通して前
記抵抗と前記第２の端子及び前記第３の端子との間にそ
れぞれ接続され、前記遮蔽電極は、前記第１の分布定数
線路及び／または前記第２の分布定数線路と、前記第３
の分布定数線路及び／または前記第４の分布定数線路と
が互いに電磁的に結合することを防ぐことを特徴とする
第１〜３、６の発明のいずれかに記載の電力分配回路で
ある。

【００１５】また第９の本発明（請求項９に対応）は、
第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層の主面側に存在
する遮蔽電極と、その遮蔽電極を挟むように前記第１の
誘電体層とは反対側に積層された第２の誘電体層とを備
え、前記第１の端子、前記第２の端子、前記第３の端
子、前記第１の分布定数線路、前記第２の分布定数線路
及び前記抵抗は、前記第１の誘電体層上に前記遮蔽電極
とは反対側に構成され、前記第３の分布定数線路と前記
第４の分布定数線路は、前記第２の誘電体層上に前記遮
蔽電極とは反対側に構成され、前記第３の分布定数線路
と前記第４の分布定数線路は、スルーホールを通して前
記抵抗と前記第２の端子及び前記第３の端子との間にそ
れぞれ接続され、前記遮蔽電極は、前記第１の分布定数
線路及び／または前記第２の分布定数線路と、前記第３
の分布定数線路及び／または前記第４の分布定数線路と
が互いに電磁的に結合することを防ぐことを特徴とする
第４、５、７の発明のいずれかに記載の電力合成回路で
ある。

【００１６】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
実施の形態１について、図１および図２を参照して説明
する。ここでは例として電力分配器としての動作を説明
する。

【００１７】図１において、入力端子１０１と出力端子
１０２、１０３の間に、第１の分布定数線路１０４と第
２の分布定数線路１０５がそれぞれ接続されている。ま
た、抵抗１０６の両端に第３の分布定数線路１０７と、
第４の分布定数線路１０８が接続された回路が、出力端
子１０２、１０３の間に、接続されている。

【００１８】次にこのような本実施の形態の動作を説明
する。入力端子１０１に入力された信号は、出力端子１
０２、及び１０３から分配出力される。

【００１９】ところで、ウィルキンソン型電力分配器の
理論によると、入力側のインピーダンスをＲ１、出力側
のインピーダンスをＲ２とすると、出力端子間に挿入す
る抵抗の大きさＲはＲ＝２・Ｒ２、第１の分布定数線路
と第２の分布定数線路はその特性インピーダンスＺをＺ
＝（２・Ｒ１・Ｒ２）^1/2、その電気長を、伝送信号の
波長の４分の１としたとき、理想的な動作がえられる。

【００２０】しかしながら、抵抗１０６は図１に示した
ように、寄生インダクタ、寄生キャパシタを有してい
る。このため、これら寄生成分の補正なしでは、入力端
子および出力端子におけるリターンロスが増大し、出力
端子間のアイソレーションが低下する。そこで、適当な
線路幅、線路長をもつ第３の分布定数線路１０７と、第
４の分布定数線路１０８を挿入することにより、部品点
数を増やすことなく、これら寄生成分を補正し、ウィル
キンソン型電力分配器としての理想的な動作がえられ
る。また、第１の分布定数線路１０４、第２の分布定数
線路１０５、第３の分布定数線路１０７及び第４の分布
定数線路１０８の線路幅、線路長をも変化させ、出力端
子間のアイソレーションがとれる周波数帯域を広くする
構成も可能である。

【００２１】実際にウィルキンソン型電力分配回路にお
いて、補正回路なしのときのＳパラメータを図２に、補
正回路を挿入したときのＳパラメータを図３に示す。入
力端子をポート１、出力端子をポート２およびポート３
とし、抵抗は５０Ωのものを用いて、ポート１側のイン
ピーダンスを５０Ω、ポート２側のインピーダンスを２
５Ωとした。また動作周波数は２．１６ＧＨｚとした。
このときの補正に用いた１対の分布定数線路１０７、１
０８は、比誘電率２．６、基板厚０．８ｍｍ、金属膜厚
０．０１８ｍｍの基板を用いたとき、線路幅２．９ｍ
ｍ、線路長４２．６ｍｍであった。これらのグラフにお
いて横軸は信号の周波数（単位はGHz）をあらわし、縦
軸は反射電力あるいは通過電力（単位はｄB）をあらわ
す。Ｓ１１はポート１における入射電力に対する反射電
力の比、Ｓ２２はポート２における入射電力に対する反
射電力の比、Ｓ２１はポート１における入射電力に対す
るポート２への通過電力の比、Ｓ２３はポート３におけ
る入射電力に対するポート２への通過電力の比である。

【００２２】図２と図３を比較すると、第１の分布定数
線路１０７と第２の分布定数線路１０８により、入力端
子１０１および出力端子１０２、１０３におけるリター
ンロス、出力端子１０２、１０３間のアイソレーション
が改善されていることが分かる。また、第１の分布定数
線路１０４、第２の分布定数線路１０５の線路幅、線路
長および、第３の分布定数線路１０７、第４の分布定数
線路１０８の線路幅、線路長を調整することにより、出
力端子１０２、１０３間のアイソレーションの周波数帯
域を広げることができる。このときのＳパラメータを図
４に示す。図４においても、横軸は周波数（単位はGH
z）をあらわし、縦軸は反射電力あるいは通過電力（単
位はｄB）をあらわしている。

【００２３】また、図１のブロック図を誘電体基板上に
実装したときの様子を図５に示す。入力端子５０１と出
力端子５０２、５０３の間に、第１の分布定数線路５０
４、第２の分布定数線路５０５がそれぞれ接続され、出
力端子５０２、５０３の間に、抵抗５０６の両端に第３
の分布定数線路５０７、第４の分布定数線路５０８が接
続された回路が接続されており、これらが誘電体基板上
に構成されている。

【００２４】さらに、図６の構成も考えられる。図６に
おいて、入力端子６０１と出力端子６０２、６０３の間
に、第１の分布定数線路６０４、第２の分布定数線路６
０５がそれぞれ接続されている。また、抵抗６０６の両
端に第３の分布定数線路６０７、第４の分布定数線路６
０８が接続され、さらに第３の分布定数線路６０７、第
４の分布定数線路６０８に、オープンスタブ６０９、６
１０がそれぞれ接続された回路が、出力端子６０２、６
０３の間に接続されている。

【００２５】図６のブロック図を誘電体基板上に構成し
たものを図７に示す。図７において、入力端子７０１と
出力端子７０２、７０３の間に、第１の分布定数線路７
０４、第２の分布定数線路７０５がそれぞれ接続されて
いる。また、抵抗７０６の両端に第３の分布定数線路７
０７、第４の分布定数線路７０８が接続され、さらに第
３の分布定数線路７０７、第４の分布定数線路７０８に
オープンスタブ７０９、７１０が、それぞれ接続された
回路が、出力端子７０２、７０３の間に接続され、これ
らが誘電体基板上に構成されている。

【００２６】なお本発明の第３の分布定数線路と第４の
分布定数線路は本実施の形態におけるようにオープンス
タブを有する構成に限らず、ショートスタブを有する構
成、オープンスタブとショートスタブを有する構成な
ど、要するにオープンスタブ及び／またはショートスタ
ブを有する構成でありさえすればよい。

【００２７】オープンスタブ６０９、６１０及び／また
はショートスタブを接続することにより、第３の分布定
数線路６０７、第４の分布定数線路６０８の線路長を短
縮でき、回路の小型化が可能となる。

【００２８】図１、図６の回路を電力合成器として動作
させた場合も同様のことがいえる。 （実施の形態２）本発明の実施の形態２について図８を
参照して説明する。以下、本発明の実施の形態２につい
て、本発明の実施の形態２の電力分配回路、電力合成回
路のブロック図である図８を参照して説明する。ここで
は例として電力分配器としての動作を説明する。

【００２９】図８において、入力端子８０１と出力端子
８０２、８０３の間に、第１の分布定数線路８０４、第
２の分布定数線路８０５がそれぞれ接続されている。ま
た、抵抗８０６の両端にスルーホール８０９、８１０、
８１１、８１２を介して、第３の分布定数線路８０７、
第４の分布定数線路８０８が接続された回路が、出力端
子８０２、８０３の間に、接続されている。第１の分布
定数線路８０４、第２の分布定数線路８０５のある面
と、第３の分布定数線路８０７、第４の分布定数線路８
０８のある面との間には接地電極８１３があり、第１の
分布定数線路８０４、第２の分布定数線路８０５と、第
３の分布定数線路８０７、第４の分布定数線路８０８と
の電磁的結合を防いでいる。また２つの接地電極８１３
と８１４はスルーホール（図示省略）により、電気的に
接続されている。

【００３０】このような、多層基板構成とすることによ
り、より小型の電力分配器が実現できる。

【００３１】なお本実施の形態の接地電極は本発明の遮
蔽電極の例である。

【００３２】さらに、本発明の第３の分布定数線路と第
４の分布定数線路は本実施の形態に限らず、オープンス
タブ及び／またはショートスタブを有する構成にしても
よい。このような構成を採用することによってさらに回
路の小型化が可能になる。

【００３３】この図８の回路を電力合成器として動作さ
せた場合も同様のことがいえる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の電力分配回
路、電力合成回路の請求項１〜５の構成によれば、部品
点数を増やすことなく、入力端子におけるリターロスを
低減し、分配側の端子間のアイソレーションを大きくす
ることができる電力分配回路、電力合成回路を提供する
ことができる。また第１、第２の分布定数線路の線路
幅、線路長を調整するか、または第１、第２、第３、第
４の分布定数線路の線路幅、線路長を調整することによ
り、端子間のアイソレーションの大きい周波数帯域を広
くすることが可能な電力分配回路、電力合成回路を提供
することができる。

【００３５】請求項６および７の構成によれば、オープ
ンスタブ及び／またはショートスタブを挿入することに
より、第３、第４の分布定数線路の線路長を短縮するこ
とができ、回路を小型化できる電力分配回路、電力合成
回路を提供することができる。

【００３６】請求項８および９の構成によれば、多層化
により、さらに回路の小型化が可能となる電力分配回
路、電力合成回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のブロック図。

【図２】補正回路を挿入しない場合の電力分配器のＳパ
ラメータを示す図。

【図３】補正回路を挿入した場合の電力分配器のＳパラ
メータを示す図。

【図４】出力端子間のアイソレーションの周波数帯域を
広げたときの電力分配器のＳパラメータを示す図。

【図５】本発明の第１の実施の形態における誘電体基板
上に図１のブロック図を実装した場合の斜視図。

【図６】本発明の第１の実施の形態におけるオープンス
タブを用いている場合のブロック図。

【図７】本発明の第１の実施の形態における誘電体基板
上に図６のブロック図を実装した場合の斜視図。

【図８】本発明の第２の実施の形態における接地電極を
用いて分布定数線路間の電磁的な結合を防いでいる場合
の斜視図。

【図９】従来のウィルキンソン型電力分配回路、電力増
幅回路の斜視図。

【符号の説明】

１０１ 入力端子（出力端子） １０２、１０３ 出力端子（入力端子） １０４ 第１の分布定数線路 １０５ 第２の分布定数線路 １０６ 抵抗 １０７ 第３の分布定数線路 １０８ 第４の分布定数線路 ５０１ 入力端子（出力端子） ５０２、５０３ 出力端子（入力端子） ５０４ 第１の分布定数線路 ５０５ 第２の分布定数線路 ５０６ 抵抗 ５０７ 第３の分布定数線路 ５０８ 第４の分布定数線路 ６０１ 入力端子（出力端子） ６０２、６０３ 出力端子（入力端子） ６０４ 第１の分布定数線路 ６０５ 第２の分布定数線路 ６０６ 抵抗 ６０７ 第３の分布定数線路 ６０８ 第４の分布定数線路 ６０９、６１０ オープンスタブ ７０１ 入力端子（出力端子） ７０２、７０３ 出力端子（入力端子） ７０４ 第１の分布定数線路 ７０５ 第２の分布定数線路 ７０６ 抵抗 ７０７ 第３の分布定数線路 ７０８ 第４の分布定数線路 ７０９、７１０ オープンスタブ ８０１ 入力端子（出力端子） ８０２、８０３ 出力端子（入力端子） ８０４ 第１の分布定数線路 ８０５ 第２の分布定数線路 ８０６ 抵抗 ８０７ 第３の分布定数線路 ８０８ 第４の分布定数線路 ８０９、８１０、８１１、８１２ スルーホール ８１３、８１４ 接地面 ９０１ 入力端子（出力端子） ９０２、９０３ 出力端子（入力端子） ９０４ 第１の分布定数線路 ９０５ 第２の分布定数線路 ９０６ 抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小杉 裕昭 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 久郷 伸一 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号の入力端子となる第１の端子と、 前記信号の出力端子となる第２及び第３の端子と、 前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続された第
   １の分布定数線路と、 前記第１の端子と前記第３の端子との間に接続された第
   ２の分布定数線路と、 前記第２の端子と前記第３の端子との間に接続された抵
   抗と、 前記抵抗の一方の端部と前記第２の端子との間に接続さ
   れた第３の分布定数線路と、 前記抵抗のもう一方の端部と前記第３の端子との間に接
   続された第４の分布定数線路とを備えたことを特徴とす
   る電力分配回路。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２の分布定数線路は、電
   気長が１／４波長であり、前記第３及び第４の分布定数
   線路は、前記抵抗の寄生キャパシタンス及び／または寄
   生インダクタンスを減少していることを特徴とする請求
   項１記載の電力分配回路。
3. 【請求項３】 前記第２及び第３の端子のアイソレーシ
   ョンが大きい範囲は、前記第１から第４の分布定数線路
   の線路幅と線路長を調整することにより広げられている
   ことを特徴とする請求項１記載の電力分配回路。
4. 【請求項４】 信号の出力端子となる第１の端子と、 前記信号の入力端子となる第２及び第３の端子と、 前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続された第
   １の分布定数線路と、 前記第１の端子と前記第３の端子との間に接続された第
   ２の分布定数線路と、 前記第２の端子と前記第３の端子との間に接続された抵
   抗と、 前記抵抗の一方の端部と前記第２の端子との間に接続さ
   れた第３の分布定数線路と、 前記抵抗のもう一方の端部と前記第３の端子との間に接
   続された第４の分布定数線路とを備えたことを特徴とす
   る電力合成回路。
5. 【請求項５】 前記第１及び第２の分布定数線路は、電
   気長が１／４波長であり、前記第３及び第４の分布定数
   線路は、前記抵抗の寄生キャパシタンス及び／または寄
   生インダクタンスを減少していることを特徴とする請求
   項４記載の電力合成回路。
6. 【請求項６】 前記第３の分布定数線路は、少なくとも
   １個のオープンスタブ及び／または少なくとも１個のシ
   ョートスタブを有し、前記第４の分布定数線路は、少な
   くとも１個のオープンスタブ及び／または少なくとも１
   個のショートスタブを有することを特徴とする請求項１
   〜３のいずれかに記載の電力分配回路。
7. 【請求項７】 前記第３の分布定数線路は、少なくとも
   １個のオープンスタブ及び／または少なくとも１個のシ
   ョートスタブを有し、前記第４の分布定数線路は、少な
   くとも１個のオープンスタブ及び／または少なくとも１
   個のショートスタブを有することを特徴とする請求項４
   または５に記載の電力合成回路。
8. 【請求項８】 第１の誘電体層と、 前記第１の誘電体層の主面側に存在する遮蔽電極と、 その遮蔽電極を挟むように前記第１の誘電体層とは反対
   側に積層された第２の誘電体層とを備え、 前記第１の端子、前記第２の端子、前記第３の端子、前
   記第１の分布定数線路、前記第２の分布定数線路及び前
   記抵抗は、前記第１の誘電体層上に前記遮蔽電極とは反
   対側に構成され、前記第３の分布定数線路と前記第４の
   分布定数線路は、前記第２の誘電体層上に前記遮蔽電極
   とは反対側に構成され、前記第３の分布定数線路と前記
   第４の分布定数線路は、スルーホールを通して前記抵抗
   と前記第２の端子及び前記第３の端子との間にそれぞれ
   接続され、前記遮蔽電極は、前記第１の分布定数線路及
   び／または前記第２の分布定数線路と、前記第３の分布
   定数線路及び／または前記第４の分布定数線路とが互い
   に電磁的に結合することを防ぐことを特徴とする請求項
   １〜３、６のいずれかに記載の電力分配回路。
9. 【請求項９】 第１の誘電体層と、 前記第１の誘電体層の主面側に存在する遮蔽電極と、 その遮蔽電極を挟むように前記第１の誘電体層とは反対
   側に積層された第２の誘電体層とを備え、 前記第１の端子、前記第２の端子、前記第３の端子、前
   記第１の分布定数線路、前記第２の分布定数線路及び前
   記抵抗は、前記第１の誘電体層上に前記遮蔽電極とは反
   対側に構成され、前記第３の分布定数線路と前記第４の
   分布定数線路は、前記第２の誘電体層上に前記遮蔽電極
   とは反対側に構成され、前記第３の分布定数線路と前記
   第４の分布定数線路は、スルーホールを通して前記抵抗
   と前記第２の端子及び前記第３の端子との間にそれぞれ
   接続され、前記遮蔽電極は、前記第１の分布定数線路及
   び／または前記第２の分布定数線路と、前記第３の分布
   定数線路及び／または前記第４の分布定数線路とが互い
   に電磁的に結合することを防ぐことを特徴とする請求項
   ４、５、７のいずれかに記載の電力合成回路。