JP2001527307A

JP2001527307A - Ｒｆ３路合成・分割装置

Info

Publication number: JP2001527307A
Application number: JP2000525947A
Authority: JP
Inventors: ゲリーアレンパーカー
Original assignee: ノキアネットワークスオサケユキチュア
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2001-12-25
Also published as: DE69809796D1; WO1999033138A1; DE69809796T2; US6037845A; AU1943599A; EP1042843A1; EP1042843B1

Abstract

(57)【要約】ＰＣＢ上の単一の信号層に形成でき、そして出力の分離が良好で且つ安定抵抗の位置が改善されたＲＦ３路合成・分割装置が提供される。この合成・分割装置は、全体的に数字の８の字形状の構造体を形成するように接合された７個の１／４波長のトレースセグメントを備えている。これら７個の１／４波長のトレースセグメントは、６個の接続ポートを形成するように接続され、第１及び第２の接続ポートは、中央の入力ポートの上と下にあり、そして３つの出力ポートは、構造体の反対側に配置される。第１の安定抵抗器は第１の接続ポートに接続され、そして第２の安定抵抗器は第２の接続ポートに接続される。トレースセグメントは、まっすぐであってもよいし、合成・分割装置の物理的な長さを減少するように幾つかのトレースセグメントを折り曲げてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】

本発明は、一般に、電気回路設計に係り、より詳細には、ＲＦ３路合成・分割
装置に係る。

【０００２】

【背景技術】

高周波電力分割器は、多数の用途を有し、そのあるものは、他のものよりも厳
格な動作特性を課する。例えば、フェーズドアレーの分野では、入力信号を複数
の等位相、等振幅の非相互作用信号出力に分割することが所望され、これら出力
の数は、特定のシステムの要件に基づいて偶数又は奇数となる。

【０００３】日本電気株式会社に譲渡された１９７２年７月１８日付のクロダ・タカジ氏の
米国特許第３，６７８，４１５号は、多ポートのハイブリッド回路を開示してい
る。クロダ氏の回路は、関連ポート対を各々相互接続する第１の複数の導電性手
段と、これら第１の複数の導電性手段と交差関係で配置された第２の複数の導電
性手段とを備え、第２の複数の導電性手段の各々は、個別の接合部で第１の複数
の導電性手段の各々に交差し、これにより、隣接する個別の接合部間に介在する
第１及び第２の各導電性手段の部分は、その電気的長さが、上記ハイブリッド回
路に供給される電磁波の波長の１／４の倍数に等しくなる。４つの垂直区分をＡ
とし、上下の水平区分をＢとし、そして中間の水平区分をＣとすれば、セグメン
トＡ、Ｂ及びＣのアドミッタンスは、式１＋２Ａ²−ＢＣ＝０及びＢ＝Ｃを満足する。

【０００４】従って、電子回路設計では、２つ以上の信号を合成したり又は１つの信号を２
つ以上の成分に分割したりするために受動的な電力合成・分割装置が必要とされ
る。公知の受動的電力合成・分割装置、例えば、「ウイルキンソン」電力分割器
は、ある用途では非常に大きく且つ非常に高価である。又、３路合成・分割装置
の公知の設計では、少なくとも２つのプリント回路板（ＰＣＢ）層が必要とされ
る。更に、別の合成・分割装置の構造は、出力が接近離間されることを特徴とす
る。更に、公知の設計は、接続回路への接続部付近に安定抵抗器を有している。
これは、回路へ接続するために付加的な線の長さを必要とする。

【０００５】従って、接続を容易にするために改善された出力分離を与える３路合成・分割
装置が要望されることが明らかである。又、出力から離れて配置された安定抵抗器を含む３路合成・分割装置が要望さ
れることも明らかである。又、ＰＣＢの単一の信号層に製造することのできる３路合成・分割装置が要望
されることも明らかである。

【０００６】

【発明の開示】

上述した公知技術の制約を解消すると共に、本明細書を読んで理解したときに
明らかとなる他の制約を克服するために、本発明は、ＲＦ３路合成・分割装置を
提供する。本発明は、ＰＣＢ上の単一の信号層に形成することができ、出力の分離が良好
でありそして安定抵抗器の配置を改善したＲＦ３路合成・分割装置を提供するこ
とにより上記問題を解消する。

【０００７】本発明の原理に基づくシステムは、全体的に８の字形状の構造体を形成するよ
うに接合された７個の１／４波長のトレースセグメントを備えている。これら７
個の１／４波長のトレースセグメントは、６個の接続ポートを形成するように接
続され、第１及び第２の接続ポートは、中央の入力ポートの上と下にあり、そし
て３つの出力ポートは、構造体の反対側に配置される。第１の安定抵抗器は第１
の接続ポートに接続され、そして第２の安定抵抗器は第２の接続ポートに接続さ
れる。本発明の原理によるシステムの他の実施形態は、別の又は任意の特徴を含む。
本発明の１つのこのような特徴は、トレースセグメントが直線的なことである。

【０００８】本発明の別の特徴は、トレースセグメントの少なくとも１つを折り曲げて、そ
の物理的長さを減少できることである。本発明の更に別の特徴は、全体的に８の字形状の構造体を形成するように接合
された７個の１／４波長のトレースセグメントが、８の字の左側を形成するよう
に端−端接続された第１及び第２のトレースセグメントと、８の字の右側を形成
するように端−端接続された第３及び第４のトレースセグメントと、８の字の上
部を形成する上部トレースセグメントと、８の字の下部を形成する下部トレース
セグメントと、８の字の中央交差セグメントを形成する中央トレースセグメント
とを含むことである。

【０００９】本発明の更に別の特徴は、記第１、第２、第３及び第４トレースセグメントが
５５Ωのインピーダンス特性を含むことである。本発明の更に別の特徴は、上部トレースセグメント及び下部トレースセグメン
トの各々が２５Ωのインピーダンス特性を含むことである。本発明の更に別の特徴は、中央のトレースセグメントが２２Ωのインピーダン
ス特性を含むことである。本発明の更に別の特徴は、中央の入力ポート及び３つの出力ポートが５０Ωの
入力インピーダンスを含むことである。

【００１０】本発明の更に別の特徴は、第１及び第２の安定抵抗器が３０Ωのインピーダン
スを含むことである。本発明の更に別の特徴は、３つの出力ポートが上部、中央及び下部出力ポート
より成り、中央の出力ポートは、上部及び下部の出力ポートより９０°進む位相
特性を含むことである。本発明の更に別の特徴は、７個の１／４波長トレースセグメントと、第１及び
第２の安定抵抗器が同一平面上にあることである。本発明の更に別の特徴は、ＲＦ３路合成・分割装置が中央の入力ポートと３つ
の各出力ポートとの間に−４．９ｄＢ未満のロス特性を更に含むことである。

【００１１】本発明の更に別の特徴は、３つの出力ポートが１７ｄＢより大きいポート対ポ
ート分離を更に含むことである。本発明を特徴付けるこれら及び他の種々の効果及び新規な特徴は、請求の範囲
において特に指摘される。しかしながら、本発明、その効果及び目的を良く理解
するために、本発明の装置を例示する添付図面を参照して、本発明を以下に詳細
に説明する。

【００１２】

【発明を実施するための最良の形態】

図面全体にわたって対応部分が同じ参照番号で示された添付図面を参照して、
本発明の実施形態を説明する。本発明の範囲から逸脱せずに構造上の変更を行う
ことができるので、他の実施形態も使用できることを理解されたい。本発明は、ＰＣＢ上の単一の信号層に形成することができ、出力の分離が良好
でありそして安定抵抗器の配置を改善したＲＦ３路合成・分割装置を提供する。図１は、公知技術の３路合成・分割装置１００を示す。図１の３路合成・分割
装置１００は、１０個の集合素子、即ちキャパシタ１１１、キャパシタ１１３、
キャパシタ１１５、キャパシタ１１７、インダクタ１１９、インダクタ１２１、
インダクタ１２３、抵抗器１２５、抵抗器１２７及び抵抗器１２９を含む。

【００１３】３路合成・分割装置の特性インピーダンスが各ポートにおいてＺ₀Ωであることが所望されるときには、各抵抗器の値が３Ｚ₀Ωに等しい。キャパシタ１１１のキャパシタンスは、同じ値のキャパシタ１１３、キャパシタ１１５又はキャパ
シタ１１７のキャパシタンスの３倍に等しい。中心周波数がω₀ラジアン／秒の狭帯域信号が３路合成・分割装置に供給されるときには、キャパシタ１１３、１
１５、１１７のキャパシタンスが、次のようになり、Ｃ＝１／Ｚ₀ω₀√Ｎファラッドそしてインダクタ１１７及びインダクタ１１９のインダクタンスが、次のように
なる。Ｌ＝Ｚ₀√Ｎ／ω₀ ヘンリーしかしながら、図１の３路合成・分割装置１００は、接続を容易にするために出
力の良好な分離を与えない。更に、図１の３路合成・分割装置１００は、出力に
配置された安定抵抗器を含む。最後に、図１の３路合成・分割装置１００は、Ｐ
ＣＢ上の単一の信号層に形成することができない。

【００１４】図２は、本発明による３路合成・分割装置２００を示す。このプリント回路板
構造体２００は、３つの個別のチャンネルからのＲＦを合成するか、又はＲＦを
３つの個別のチャンネルに等しく分割する。この構造体２００は、ＰＣＢにエッ
チングされたトレース２１０と、２つの負荷安定抵抗器２１２、２１４とを使用
することにより達成される。この装置２００は、整相、ラインインピーダンス、
及び安定抵抗器２１２、２１４が所望の電気的特性を保持するように接続された
（ほぼ）１／４波長の構造体２１０を経てＲＦを分割することによって機能し、
そして伝送線理論によって説明することができる。本発明の３路合成・分割装置２００は、同等の誘電体基板における他の既知の
装置よりも物理的に小型である。更に、公知の合成・分割装置の設計は、２路分
割しか達成しないか又は多数の層を必要とする。

【００１５】図２に示すように、エッチングされたトレース２１０は、全体的に数字の「８
」の字形状に接合された厳密に７個のほぼ１／４波長の直線的なトレースセグメ
ント２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２で構成される。
４つのセグメント２２０、２２２、２２４、２２６は、構造体の垂直の外縁を形
成し、そして３つの残りのセグメント２２８、２３０、２３２は、構造体の水平
部分を形成する。３路合成・分割装置２００は、６個の接続ポート２４０、２４
２、２４４、２４６、２４８、２５０を含む。第１の接続ポート２４０は、ＲＦ
入力であり、中央の水平セグメント２３０の左側に配置される。左側の上角２４
０及び下角２４４は、安定抵抗器の接続部である。右側の上角２４６及び下角２
５０と、中央の水平セグメント２３０の中央右接合部２４８は、３つの出力ＲＦ
ポート、Ｐ２＿ＲＦ＿Ｏｕｔｐｕｔ２６０、Ｐ３＿ＲＦ＿Ｏｕｔｐｕｔ２６２、
及びＰ４＿ＲＦ＿Ｏｕｔｐｕｔ２６４である。

【００１６】垂直の４つの素子２２０、２２２、２２４、２２６は、特性ＲＦインピーダン
スが約５５Ωである。上の水平素子２２８及び下の水平素子２３２は、特性ＲＦ
インピーダンスが約２５Ωである。中央の水平素子２３０は、特性ＲＦインピー
ダンスが約２２Ωである。入力ポート２７０、及び３つの出力ポート２６０、２
６２、２６４は、全て、特性インピーダンスが５０Ωであり、そして終端安定抵
抗器２１２、２１４は、特性ＲＦインピーダンスが約３０Ωである。入力ポート２２０がポート１であるとすれば、３つの出力、即ち出力ポート２
（２６０）、出力ポート３（２６２）及び出力ポート４（２６４）があり、出力
ポート３（２６２）の位相は、他の２つの出力ポート２６０、２６４より９０°
進む。それ故、等しい位相が重要である場合には、更に別の位相補償を追加しな
ければならない。構造体２００は、１９６０ＭＨｚにおいて挿入ロスが約０．１
５ｄＢである。

【００１７】出力ポート２６０、２６２、２６４間の垂直の分離は、良好な接続を与える。
というのは、出力２６０、２６２、２６４は、各部品へまっすぐに入り込みそし
て出て来るからである。これに対して、ウイルキンソン型の分割器では、出力が
互いに物理的に接近しそして回路へ接続するための余分なライン長さを必要とす
る。図１に示すように、別の合成／分割構造体、即ちウイルキンソンの３路合成
・分割装置においては、安定抵抗器の配置も非常に不便であり、ＰＣＢの単一の
信号層において達成することができない。しかしながら、本発明による３路合成
・分割装置２００では、安定抵抗器２１２、２１４は、出力２６０、２６２、２
６４から充分離れて配置され、しかも、通常３つ（ウイルキンソンの場合）では
なく、２つの安定抵抗器２１２、２１４しか必要とされず、そして全ての要素、
即ち安定抵抗器２１２、２１４、及び７個のエッチングされたトレースセグメン
ト２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２は、単一の信号層
に拘束される。

【００１８】図３及び４を参照し、３路合成・分割装置の性能特性３００、４００について
説明する。図３において、左側のｙ軸３１０は、５０インピーダンス特性を有す
るポートがどれほど多く現れるかの測定値を示す。右側のｙ軸３２０は、各ポー
トロスの測定値である。従って、右側のｙ軸３２０を読むと、図３は、出力ポー
トが全て５０Ωの入力から−４．８ないし−４．９ｄＢであることを示しており
（３２２）、これは、ほぼロスのない３路電力分割に対して予想されるものであ
る（ロスのない理想的な電力分割は−４．７８ｄＢである）。図４においては、図３に示したのと同様に、左側のｙ軸４１０は、５０インピ
ーダンス特性を有するポートがどれほど多く現れるかの測定値を示す。右側のｙ
軸４２０は、ポート対ポートロスの測定値を示す。図４では、ポート２とポート
４との間の出力ポート対ポート分離は、−１７ｄＢである（４３０）。ポート２
とポート３との間及びポート３とポート４との間の出力ポート対ポート分離は、
最小−２０ｄＢである（４４０）。

【００１９】図３又は図４において左側のｙ軸３１０、４１０から明らかなように、ポート
２又はポート４に向かって見える測定ロスは最小−２０ｄＢである（３５２）。
又、ポート１に向かって見える測定ロスも、最小−２０ｄＢである（２５０）。
最後に、ポート３に向かって見える測定ロスは、最小−１７ｄＢに過ぎない（３
６０）。本発明の実施形態についての以上の説明は、単に本発明を例示するものに過ぎ
ない。本発明は、ここに開示した厳密な形態に限定されるものではない。上記の
技術に鑑み、多数の変更や修正が考えられる。従って、本発明の範囲は、請求の
範囲のみによって限定されるものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知の３路合成・分割装置１００を示す図である。

【図２】本発明による３路合成・分割装置２００を示す図である。

【図３】図２の３路合成・分割装置のインピーダンスマッチング特性及びポートロス特
性を示す図である。

【図４】図２の３路合成・分割装置のインピーダンスマッチング特性及びポート対ポー
トロスを示す図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年１２月２７日（１９９９．１２．２７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】全体的に８の字形状の構造体を形成するように接合された７
個の１／４波長のトレースセグメントを備え、これら７個のトレースセグメント
は、６個の接続ポートを形成するように接続し、第１及び第２の接続ポートは、
中央の入力ポートの上と下にあり、そして３つの出力ポートは、構造体の反対側
に配置され、そして第１及び第２の安定抵抗器を更に備え、第１の安定抵抗器は第１の接続ポート
に接続され、そして第２の安定抵抗器は第２の接続ポートに接続されることを特
徴とするＲＦ３路合成・分割装置。
【請求項２】上記トレースセグメントはまっすぐである請求項１に記載の
ＲＦ３路合成・分割装置。
【請求項３】上記トレースセグメントの少なくとも１つは、その物理的長
さを減少するように折り曲げられる請求項１に記載のＲＦ３路合成・分割装置。
【請求項４】全体的に８の字形状の構造体を形成するように接合された７
個の１／４波長のトレースセグメントは、８の字の左側を形成するように端−端
接続された第１及び第２のトレースセグメントと、８の字の右側を形成するよう
に端−端接続された第３及び第４のトレースセグメントと、８の字の上部を形成
する上部トレースセグメントと、８の字の下部を形成する下部トレースセグメン
トと、８の字の中央交差セグメントを形成する中央トレースセグメントとを含む
請求項１に記載のＲＦ３路合成・分割装置。
【請求項５】上記第１、第２、第３及び第４トレースセグメントは、５５
Ωのインピーダンス特性を含む請求項４に記載のＲＦ３路合成・分割装置。
【請求項６】上部トレースセグメント及び下部トレースセグメントの各々
は、２５Ωのインピーダンス特性を含む請求項４に記載のＲＦ３路合成・分割装
置。
【請求項７】中央のトレースセグメントは、２２Ωのインピーダンス特性
を含む請求項４に記載のＲＦ３路合成・分割装置。
【請求項８】中央の入力ポート及び３つの出力ポートは、５０Ωの入力イ
ンピーダンスを含む請求項１に記載のＲＦ３路合成・分割装置。
【請求項９】第１及び第２の安定抵抗器の各々は、３０Ωのインピーダン
スを含む請求項１に記載のＲＦ３路合成・分割装置。
【請求項１０】３つの出力ポートは、上部、中央及び下部出力ポートより
成り、中央の出力ポートは、上部及び下部の出力ポートより９０°進む位相特性
を含む請求項１に記載のＲＦ３路合成・分割装置。
【請求項１１】７個の１／４波長トレースセグメントと、第１及び第２の
安定抵抗器は、同一平面上にある請求項１に記載のＲＦ３路合成・分割装置。
【請求項１２】中央の入力ポートと３つの各出力ポートとの間に−４．９
ｄＢ未満のロス特性を含む請求項１に記載のＲＦ３路合成・分割装置。
【請求項１３】３つの出力ポートは、１７ｄＢより大きいポート対ポート
分離を更に含む請求項１に記載のＲＦ３路合成・分割装置。
【請求項１４】プリント回路板の単一の信号層上にＲＦ３路合成・分割装
置を製造する方法において、全体的に８の字形状の構造体を形成するようにプリント回路板の単一の信号層
上に７個の１／４波長のトレースセグメントを形成し、これら７個のトレースセ
グメントは、６個の接続ポートを形成するように接続され、第１及び第２の接続
ポートは、中央の入力ポートの上と下にあり、そして３つの出力ポートは、構造
体の反対側に配置され、第１の安定抵抗器を第１の接続ポートに接続し、そして第２の安定抵抗器を第２の接続ポートに接続する、という段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】７個の１／４波長トレースセグメントを形成する上記段階
は、７個のまっすぐな１／４波長トレースセグメントを形成する段階を更に含む
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】７個の１／４波長トレースセグメントを形成する上記段階
は、物理的な長さを減少するためにその形成段階中にトレースセグメントの少な
くとも１つを折り曲げる段階を更に含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】７個の１／４波長トレースセグメントを形成する上記段階
は、８の字の左側を形成するように第１及び第２のトレースセグメントを端−端
接続し、８の字の右側を形成するように第３及び第４のトレースセグメントを端
−端接続し、８の字の上部を形成するように８の字の左側及び右側の上部に上部
トレースセグメントを接続し、８の字の下部を形成するように８の字の左側及び
右側の下部に下部トレースセグメントを接続し、そして８の字の中央交差セグメ
ントを形成するように８の字の左側及び右側の中央に中央トレースセグメントを
形成するという段階を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】上記第１、第２、第３及び第４トレースセグメントは、５
５Ωのインピーダンス特性を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】上部トレースセグメント及び下部トレースセグメントの各
々は、２５Ωのインピーダンス特性を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】中央のトレースセグメントは、２２Ωのインピーダンス特
性を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】中央の入力ポート及び３つの出力ポート各々は、５０Ωの
入力インピーダンスを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】第１及び第２の安定抵抗器各々は、３０Ωのインピーダン
スを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】３つの出力ポートは、上部、中央及び下部出力ポートより
成り、中央の出力ポートは、上部及び下部の出力ポートより９０°進む位相特性
を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】中央の入力ポートと３つの各出力ポートとの間に−４．９
ｄＢ未満のロス特性を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】３つの出力ポートは、１７ｄＢより大きいポート対ポート
分離を更に含む請求項１４に記載の方法。