JP2003338723A - 集積フィルタバラン - Google Patents
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Classifications
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- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
- H03H7/42—Networks for transforming balanced signals into unbalanced signals and vice versa, e.g. baluns
- H03H7/422—Networks for transforming balanced signals into unbalanced signals and vice versa, e.g. baluns comprising distributed impedance elements together with lumped impedance elements
-
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- H01P1/00—Auxiliary devices
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-
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- H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
- H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices
Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- Filters And Equalizers (AREA)
Abstract
集積化することにより、寸法と重量の低減を行なう装置
を得る。 【解決手段】 平衡対不平衡回路(バラン、120)で
ある第1の構造と、該第1の構造とともに集積されてお
り、フィルタ(110)である第2の構造とを備えてな
る部品(100)。バランは、差動形からシングルエン
ド形に信号を変換するためのものであるか、シングルエ
ンド形から差動形に信号を変換するためのものであるか
のいずれかとすることもできる。また、第1の構造が第
2の構造のための基板として作用するものとすることも
できる。
Description
(RF)及びマイクロ波において利用するための部品に
関し、特に、集積フィルタバラン(balun)に関する。
において、シングルエンド形式から差動形式に信号を変
換する要求がしばしば存在する。例えば、受信機の典型
的な構成において、アンテナはシングルエンド形の信号
を提供する。しかしながら、差動信号のみを受け付ける
ような特定の回路や部品があるポイントが信号経路に存
在することが多い。このため、シングルエンド信号を、
そのような回路又は部品が受け入れることのできる差動
信号へと変換するための回路が必要である。
信号を変換し戻すことへの要求がしばしば存在する。例
えば送信機の設計においては、差動信号が増幅器によっ
て提供されて送信のためにアンテナに供給される。しか
しながらアンテナは典型的にシングルエンドの入力端子
を有する。したがって、増幅器によって提供される差動
信号を、アンテナによって受け入れられるシングルエン
ド信号に変換するための回路が必要である。
ける重要な部品として、シングルエンド形式から差動形
式へ、またその逆に信号を変換する機能を提供する、平
衡対不平衡回路(又は“バラン”)がある。
はフィルタである。無線通信サービスが増加してきてい
るので、わずかな周波数スペクトルの範囲にずっと多く
のチャネルを押込むようになってきた。電波同士の干渉
を避けるために、これらのシステムはきわめて厳密なフ
ィルタ処理の要求仕様に合わせなければならない。その
結果、これらのシステムがその電力レベルを扱うととも
に必要な分離を提供することを補助するようなフィルタ
部品が重要となってきている。
自身のそれぞれのハウジングを有する独立した部品とし
て提供される。この時、これらの独立した部品は、所望
の機能を達成するためにプリント回路板に典型的にはハ
ンダ付けされる。こういった独立したフィルタ部品及び
独立したバラン部品は、システムのコストを増加させ、
貴重な基板スペースを占有し、かつ余分な設計の努力を
必要とする。
の計算装置に用いられるので、回路に用いられる部品の
寸法と重量は、重要な関心事である。したがってフィル
タ機能とバラン機能を単一の部品内に集積化する技術が
望まれ、それによりボードのスペースを節約し、システ
ムのコストを減少し、かつ回路設計の努力を簡単化す
る。
の欠点を克服する集積化した部品に対する要求が存在す
る。
つによれば、第2の構造と統合された第1の構造を含む
部品が提供される。第1の構造は、集中した平衡対不平
衡回路(バラン)であり、かつ第2の構造は、共振器ベ
ースのフィルタである。このバランは、差動形からシン
グルエンド形又はシングルエンド形から差動形に信号を
変換する機能を有する。本部品は、バランを単独で実現
するのに必要な領域と同程度の領域を占める。この時、
この部品はフィルタ機能を提供する。望ましくは第1の
構造のための基板は、第2の構造のための基板としても
作用する。
明の部品は、シングルエンド入力端子及びシングルエン
ド出力端子を有するフィルタを含む。フィルタが第1段
目に用いられる場合には、バランは、フィルタの出力端
子に結合するためのシングルエンド入力端子と差動出力
端子を有する。フィルタが第2段目に用いられる場合に
は、バランは、差動入力端子と、フィルタの入力端子に
結合するためのシングルエンド出力端子とを有する。
の部品は、差動入力端子及び差動出力端子を有するフィ
ルタを含む。フィルタが第1段目に用いられる場合に
は、バランは、フィルタの出力端子に結合される差動入
力端子とシングルエンド出力端子とを有する。フィルタ
が第2段目に用いられる場合には、バランは、シングル
エンド入力端子と、フィルタの入力端子に結合される差
動出力端子とを有する。
半はしご形フィルタのように、シングルエンド入力端子
及びシングルエンド出力端子を含む共振器ベースのフィ
ルタによって実現されている。あるいはまた、フィルタ
は、全はしご形フィルタ、又は格子形フィルタ、又はそ
の組合せのように、差動入力端子及び差動出力端子を含
む共振器ベースのフィルタによって実現するものとする
ことができる。
ンピーダンス変換器として作用する伝送線によって実現
されている。あるいはまた、バランは、集中等価回路に
よって実現されている。
なく、単に例としてのみ示されている。同様な符号は類
似の要素を参照している。
る。以下の記載においては、本発明の説明のため、およ
び、全体的な理解を提供するために、特定の詳細な特徴
が数多く記載されている。しかしながら、本発明が、こ
れらの特定の詳細な特徴を用いることなく実現してもよ
いことは、当業者にとって明らかであろう。別の場合
に、本発明を不必要にわかりにくくするのを避けるため
に、周知の構造及び装置はブロック図の形で示されてい
る。
ンド出力端子を有するフィルタを利用する部品]図1及
び図2両方に示した部品は、シングルエンド入力端子及
びシングルエンド出力端子を含んでいる。
品は、シングルエンド入力端子及び差動出力端子を有
し、かつ、この部品は、本発明の1つの実施の形態によ
るシングルエンドフィルタを利用している。部品100
は、シングルエンドフィルタ110及び不平衡−平衡回
路120(以下において“バラン”とも称する)を統合
している。フィルタ110は、シングルエンド入力端子
130及びシングルエンド出力端子140を有する。
150(これはここにおいて不平衡入力端子とも称す
る)及び差動出力端子160(これはここにおいて平衡
出力端子とも称する)を含む。バラン120の差動出力
端子160は、部品100の出力端子である。バランの
機能は、信号を差動の形からシングルエンドの形に、又
はシングルエンドの形から差動の形に変換することにあ
る。本発明の1つの側面は、バランにフィルタ機能を提
供することにある。
構成されたフィルタ110によって処理され、かつそれ
から第2段目として構成されたバラン120によってさ
らに処理される。
ているが、その他のタイプのフィルタ利用してもよいこ
とと理解されるべきであることは明らかである。これら
のフィルタは、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ及
び帯域消去フィルタを含むことができるが、これに限定
されるわけではない。さらにフィルタを共振器ベースの
ものとすることができることに注意されたい。例えば共
振器ベースのフィルタは、フィルムバルク音響共振器
(FBAR)又は表面音波(SAW)技術を利用するこ
とによって構成することができる。
品は、差動入力端子及びシングルエンド出力端子を有
し、かつこの部品は、本発明の別の実施の形態によるシ
ングルエンドフィルタを利用している。部品200は、
シングルエンドフィルタ220と平衡対不平衡回路21
0(以下において“バラン”とも称する)を統合してい
る。バラン210は、差動入力端子230(これはここ
において平衡入力端子とも称する)及びシングルエンド
出力端子240(これはここにおいて不平衡出力端子と
も称する)を含む。フィルタ220は、シングルエンド
入力端子250及びシングルエンド出力端子260を有
し、この出力端子は、部品200の出力端子である。
構成されたバラン210によって処理され、かつそれか
ら第2段目として構成されたフィルタ220によってさ
らに処理される。
ルタを利用する部品]図3及び図4両方に示した部品
は、差動入力端子及び差動出力端子を有するフィルタを
含む。
品は、シングルエンド入力端子及び差動出力端子を有
し、かつこの部品は、本発明の1つの実施の形態による
差動フィルタを利用している。部品300は、平衡対不
平衡回路310(以下において“バラン”とも称する)
と差動フィルタ320とを統合している。バラン310
は、シングルエンド入力端子330(すなわち不平衡入
力端子)及び差動出力端子340(すなわち平衡出力端
子)を有する。フィルタ320は、差動入力端子350
(すなわち平衡入力端子)及び差動出力端子360(す
なわち平衡出力端子)を含み、この出力端子は、部品3
00の出力端子である。
構成されたバラン310によって処理され、それから第
2段目として構成されたフィルタ320によってさらに
処理される。
品は、差動入力端子及びシングルエンド出力端子を有
し、かつこの部品は、本発明の別の実施の形態による差
動フィルタを利用している。部品400は、差動フィル
タ410と平衡対不平衡回路420(以下において“バ
ラン”とも称する)を統合している。フィルタ410
は、部品400の入力端子である差動入力端子430
(すなわち平衡入力端子)及び差動出力端子440(す
なわち平衡出力端子)を含む。バラン420は、差動入
力端子450(すなわち平衡入力端子)及びシングルエ
ンド出力端子460(すなわち平衡入力端子)を有し、
この出力端子は、部品400の出力端子である。部品4
00の入力信号は、第1の段階として構成された差動フ
ィルタ410によって処理され、それから第2の段階と
して構成されたバラン420によってさらに処理され
る。
出力端子が交代できる(すなわち入力ポートは出力ポー
トとして利用でき、かつ出力ポートは入力ポートとして
利用できる)ことに注意する。本発明の集積フィルタバ
ラン部品を介した信号路は、両方向に利用することがで
きる。
発明の実施の形態の1つによって図1及び図2に示され
た部品に利用することができる共振器ベースのシングル
エンドフィルタの例としての半はしご形の実装を示して
いる。フィルタ500は、複数の共振器を含む。この実
施の形態において共振器は、2つの異なったグループで
ある、第1の共振器周波数Aにおいて動作する共振器の
第1のグループ520と、第2の共振器周波数Bにおい
て動作する共振器の第2のグループ530とに分類され
る。共振周波数Aが共振周波数Bより高いとき、フィル
タ500は、バンドパス特性を有するフィルタ(すなわ
ちバンドパスフィルタ)である。共振周波数Aが共振周
波数Bより低いとき、フィルタ500は、帯域消去特性
を有するフィルタ(すなわち帯域消去フィルタ)であ
る。シングルエンドフィルタのこの実装形態は、半はし
ご形実装と称する。
発明の別の実施の形態によって図3及び図4に示された
部品に利用することができる共振器ベースの差動フィル
タの例としての全はしご形の実装を示している。フィル
タ600は、複数の共振器を含む。この実施の形態にお
いて共振器は、2つの異なったグループである、第1の
共振器周波数Aにおいて動作する共振器の第1のグルー
プ620と、第2の共振器周波数Bにおいて動作する共
振器の第2のグループ630とに分類される。共振周波
数Aが共振周波数Bより高いとき、フィルタ600は、
バンドパス特性を有するフィルタ(すなわちバンドパス
フィルタ)である。共振周波数Aが共振周波数Bより低
いとき、フィルタ600は、帯域消去特性を有するフィ
ルタ(すなわち帯域消去フィルタ)である。差動フィル
タのこの実装は、全はしご形実装と称する。
の別の実施の形態によって図3及び図4に示された部品
に利用することができる共振器ベースの差動フィルタの
例としての格子形の実装を示している。フィルタ700
は、複数の共振器を含む。この実施の形態において共振
器は、2つの異なったグループである、第1の共振器周
波数Aにおいて動作する共振器の第1のグループ720
と、第2の共振器周波数Bにおいて動作する共振器の第
2のグループ730とに分類される。差動フィルタのこ
の実装は、格子形実装と称する。
は、入力及び出力ポートに関して対称である。しかしな
がら格子の深い対称性のため、共振器の対が異なった周
波数にあるときには、バンドパス特性は常に存在する。
格子消去特性もまた、全はしご形と全く異なっている。
消去帯域において、全はしご形回路網は、通過帯域の近
くにおいてきわめて強力に除去するが、この時、減衰で
はあまり効果的ではない。格子は、通過帯域の近くにお
いて強力に阻止しないが、通過帯域から遠くにおいて強
力な阻止を有する。図12は、これらのタイプのフィル
タの阻止特性を示している。第1のグラフ1210は、
はしご形フィルタの阻止特性を示し、かつ第2のグラフ
1220は、格子形フィルタの阻止特性を示している。
を実装するための多数の方法が存在する。バランの機能
を実装する第1の方法は、変圧器におけるように結合さ
れたインダクタンスコイルを利用することにある。例え
ば変圧器は、共通のフェライトコアの回りに巻かれた2
つの線材によって作ることができる。バランの機能は、
適当な基板上に作られた2つのインダクタンスコイルを
プリントすることによって実装することができる。バラ
ンの機能を実装する別の技術は、広い側で連結されたス
トリップ線路を利用することにある。バランの機能を実
装するさらに別の技術は、同軸ケーブルの利用にある。
の伝送線をプリントすることにあり、ここにおいて一方
の伝送線は、180度以上の位相シフトを有する。この
技術は、図8を引用してさらに詳細に説明する。共通し
て集中等価伝送線と称するもののなかに個別のインダク
タンスコイル及びコンデンサによって必要な180度の
位相シフト差を合成することもできる。この技術は、後
に図9を引用してさらに詳細に説明されている。
図1−図4に示した部品において利用することができる
伝送線を利用するバランの実現を示している。バラン8
00は、シングルエンド回路と差動回路との間の信号を
変換し、かつさらにその間の特性インピーダンスを変換
する。バラン800は、第1の位相シフト(例えば波長
の1/4)を提供するために第1の伝送線810、及び
第2の位相シフト(例えば波長の3/4)を提供するた
めに第2の伝送線820を含んでいる。伝送線の特性イ
ンピーダンスは、次の式によって記述することができ
る。 Zl=√((Zi*Zo)/2)
の伝送線820におけるものとの間に180度の位相差
が存在することに注意する。この実施の形態において伝
送線の長さは、種々の位相シフトを得るために変化して
もよい。
アプローチを越えるこのアプローチの利点は、伝送線が
インピーダンス変換器として作用することにある。これ
に関してインピーダンス変換を実行するために、別の部
品は必要ない。
図1−図4に示した部品において利用することができる
集中バランを示している。この実施の形態においてバラ
ン800の伝送線は、等価な集中定数回路に置き換えら
れている。例えば第1の伝送線810は、第1の等価回
路910に置き換えられており、この回路は、例えば図
示したように配置された2つのコンデンサ及び1つのイ
ンダクタンスコイルであることができる。同様に第2の
伝送線820は、第2の等価回路920に置き換えられ
ており、この回路は、例えば図示したように配置された
2つのインダクタンスコイル及び1つのコンデンサであ
ることができる。180度の位相差を提供するためには
3つの要素の伝送線近似で十分ではあるが、バラン90
0によってインピーダンス変換は行なわれない。図10
に示す追加的な要素が、インピーダンス変換を行なうた
めに必要である。
ために追加的な要素を有する図9の集中バランを示して
いる。集中部品の第1のグループ1010は、入力イン
ピーダンスZiを整合するために設けられている。集中
部品の第2のグループ1020は、出力インピーダンス
Zoを整合するために設けられている。集中要素の第1
のグループ1010及び第2のグループ1020は、図
9のバランにインピーダンス変換能力を提供し、この機
能は、集中要素によって実装される。
1つは、この部品はバランのみを実現するために必要な
領域と同程度の領域だけしか占有しないという点にあ
る。それにもかかわらず、本発明の集積フィルタバラン
部品は、バラン機能及びフィルタ機能の両方を提供す
る。望ましくは第1の構造は、バラン基板の頂部に取付
けられたフィルタを含む第2の構造のための基板として
作用する。
る統合されたフィルタ及びバランのアセンブリー110
0を示している。アセンブリー1100は、フィルタ1
110及びフィルタ1110の下に隠されたバランを含
む。アセンブリー1100は、複数の伝送線1120も
含む。
ラン構造に取付けることができる。例えばフィルタ11
10は、バラン両方を形成しかつこの取付けのための領
域も提供する基板に取付けることができる。フィルタ1
110は、基板に接着でき又はフリップ取付けすること
ができる。接着の場合、フィルタ1110の電極は、取
り付けられた線材を利用して、バランの電極に接続され
る。フリップ取付けの場合、電極は、フィルタに当たる
ことができるように配置されており、かつ電極を直接接
続できるように電極を整列している。この接続は、導通
エポキシを利用して、接触による付着、又は当業者にと
って周知のその他の技術を介したものであることができ
る。
できる応用の1つの応用は、平衡ミキサである。三重平
衡ミキサ(TBM)の場合、信号ポートはすべて差動で
ある。二重平衡ミキサにおいて、3つの信号ポートのう
ち2つが差動であり、かつ単一平衡ミキサにおいて、1
つのポートだけが差動である。しばしば混合素子は、簡
単なダイオードであり、これはシングルエンドである。
したがってミキサの平衡化のために、それぞれの平衡ポ
ートのために2つのダイオードを利用しなければならな
い。ダイオードは、平衡にするために逆相で駆動しなけ
ればならない。この平衡化は、バランによって達成する
ことができる。例えば本発明のフィルタバランは、フィ
ルタ処理機能及び変換機能(例えば差動入力をシングル
エンド出力に変換)の両方を行なうために利用すること
ができる。
フィルタバランは、単一の集積部品であるという重要な
利得を有し、それにより2つの独立した部品である、フ
ィルタ部品とバラン部品を有するRF及びマイクロ波回
路を設計するための必要性が無くなる。
定の実施の形態を引用して説明されている。しかしなが
ら本発明のさらに広い権利範囲から外れることなく、こ
れに種々の変形及び変更を行なうことができることは明
らかであろう。したがって明細書及び図面は、限定では
なく例示の意図において考慮すべきものである。
ド入力端子と差動出力端子を有しかつシングルエンドフ
ィルタを利用する部品を示す図である。
シングルエンド出力端子を有しかつシングルエンドフィ
ルタを利用する部品を示す図である。
ド入力端子と差動出力端子を有しかつ差動フィルタを利
用する部品を示す図である。
シングルエンド出力端子を有しかつ差動フィルタを利用
する部品を示す図である。
に示した部品に利用することができる共振器ベースのシ
ングルエンドフィルタの例としての半はしご形実現を示
す図である。
示した部品に利用することができる共振器ベースの差動
フィルタの例としての全はしご形実現を示す図である。
示した部品に利用することができる共振器ベースの差動
フィルタの例としての格子実現を示す図である。
示した部品に利用することができる分布バランを示す図
である。
示した部品に利用することができる集中バランを示す図
である。
的な要素を有する図9の集中バランを示す図である。
びバランを含むアセンブリーを示す図である。
の伝送応答を示す図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 平衡対不平衡回路(バラン)である第1
の構造と、 該第1の構造と共に集積されており、フィルタである第
2の構造とを備えてなる部品。 - 【請求項2】 前記バランが、差動形からシングルエン
ド形に信号を変換するためのものであるか、シングルエ
ンド形から差動形に信号を変換するためのものであるか
のいずれかである、請求項1に記載の部品。 - 【請求項3】 前記第1の構造が前記第2の構造のため
の基板として作用するものであり、前記フィルタが前記
バランの上に取付けられている、請求項1に記載の部
品。 - 【請求項4】 前記フィルタが共振器ベースのフィルタ
である、請求項1に記載の部品。 - 【請求項5】 前記フィルタがシングルエンド入力端子
及びシングルエンド出力端子を含むものである、請求項
1に記載の部品。 - 【請求項6】 前記フィルタが半はしご形共振器ベース
のフィルタによって実現されている、請求項5に記載の
部品。 - 【請求項7】 前記フィルタが差動入力端子及び差動出
力端子を有している、請求項1に記載の部品。 - 【請求項8】 前記フィルタが、全はしご形共振器ベー
スのフィルタによって実現されているか、格子形共振器
ベースのフィルタによって実現されているかのいずれか
である、請求項7に記載の部品。 - 【請求項9】 前記バランが、少なくとも2つの伝送線
によって実現されている、請求項1に記載の部品。 - 【請求項10】 前記バランが、インダクタンスコイル
及びコンデンサを含む集中素子により実現されている、
請求項1に記載の部品。
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