JP2004023243A

JP2004023243A - バラン回路およびアンテナ装置

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Publication number: JP2004023243A
Application number: JP2002172622A
Authority: JP
Inventors: Akiomi Sato; 佐藤　明臣
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】バラン回路を自己補対アンテナの給電回路に接続して広帯域なアンテナ装置を構成する場合、不平衡信号ポートに接続するＲＦ回路と平衡信号ポートに接続する広帯域アンテナとのインピーダンス値の差が大きく、広帯域な電圧定在波比の特性が得られないという問題があった。
【解決手段】マイクロストリップ線路のストリップと導体層をテーパ形状にし、且つ滑らかに特性インピーダンスの変換を行うことで、不平衡信号ポートに接続するＲＦ回路と、平衡信号ポートに接続する自己補対アンテナのインピーダンス値の差を緩和し、広帯域な電圧定在波比の特性を得ることができる。
【選択図】　　　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、不平衡信号を平衡信号へ変換または逆変換するバラン回路、およびバラン回路が接続されたアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、Ａｒｔｅｃｈ　Ｈｏｕｓｅが出版しているＲＦ　ａｎｄ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ−Ｌｉｎｅ（以下文献１）の４１９ページに記載された従来のバラン回路の構成図である。
【０００３】
図において、１は不平衡信号ポート、２はマイクロストリップ線路、３はマーチャンドバラン部、４は不平衡信号を平衡信号へ変換する変換部、５は平衡二線線路、６は平衡信号ポートである。
【０００４】
次に動作について図を用いて説明する。図における従来の構成において、不平衡信号ポート１から不平衡信号のマイクロ波をマイクロストリップ線路２に入力する。
【０００５】
マイクロストリップ線路２に入力された不平衡信号のマイクロ波は前記マイクロストリップ線路２を介してマーチャンドバラン部３へ入力される。前記マーチャンドバラン部３へ入力された不平衡信号のマイクロ波は前記マーチャンドバラン部３の不平衡信号を平衡信号へ変換する変換部４で平衡信号のマイクロ波に変換され平衡二線線路５へ出力される。
【０００６】
さらに、平衡二線線路５へ出力された平衡信号のマイクロ波は前記平衡二線線路５を介して平衡信号ポート６に出力されることにより、不平衡信号を平衡信号に変換するバラン回路となる。
【０００７】
例えば、アンテナの給電回路に従来のバラン回路を適用した場合について説明する。なお、アンテナはＺ１の特性インピーダンスを有しているものとする。このとき、平衡信号ポート６の特性インピーダンスは前記アンテナが接続されるためＺ１と一意で決まり、また平衡二線線路５の特性インピーダンスも平衡信号ポート６との整合を取るためＺ１と一意で決まる。
【０００８】
一方、不平衡信号ポート１にＺ２の特性インピーダンスを有するＲＦ回路が接続された場合、不平衡信号ポート１の特性インピーダンスはＲＦ回路と整合を取るためＺ２と一意で決まり、また前記不平衡信号ポート１に接続されるマイクロストリップ線路２の特性インピーダンスは前記不平衡信号ポート１と整合を取るためＺ２と一意で決まる。
【０００９】
従来のバラン特性において、不平衡信号ポート１から信号が入力された場合のマーチャンドバラン部３における入力インピーダンスＺ３は、例えば、上述した文献１の４１７ページに記載されている式（１１．２８）に示される。
上記のアンテナの特性インピーダンスであるＺ１と、上記ＲＦ回路の特性インピーダンスであるＺ２を、式（１１．２８）のＺａとＺＬにそれぞれ代入した場合、数１となる。なお、数１のＺ１は平衡信号ポート６に接続されるアンテナの特性インピーダンス、Ｚ２は不平衡信号ポート１に接続されるＲＦ回路の特性インピーダンス、ｆｃはバラン回路の所望周波数帯域の中心周波数、ｆは周波数、πは円周率である。
【００１０】
【数１】

【００１１】
数１において、マーチャンドバラン部３における入力インピーダンスＺ３は、平衡信号ポート６に接続されるアンテナの特性インピーダンスであるＺ１と不平衡信号ポート１に接続されるＲＦ回路の特性インピーダンスであるＺ２とで一意に決まる。
【００１２】
上記アンテナの特性インピーダンスであるＺ１と、上記ＲＦ回路の特性インピーダンスであるＺ２のインピーダンス比による従来のバラン回路の広帯域特性は、上述した文献１の４１８ページのＦｉｇｕｒｅ１１．２６に記載されているようになる。例えば、平衡二線線路６側に接続するアンテナの特性インピーダンスＺ１が７０オーム、また不平衡ポート１側に接続されるＲＦ回路の特性インピーダンスが５０オームとなる。このように、前記２つのインピーダンス比が１．５以下となるような前記アンテナの特性インピーダンスＺ１と前記ＲＦ回路の特性インピーダンスＺ２を選択することによって、電圧定在波比が２以下となる周波数帯域をアンテナが動作する周波数帯域としたアンテナ装置に用いる場合、広帯域な電圧定在波比の特性が得られる。
【００１３】
なお、上述した文献１のＦｉｇｕｒｅ１１．２６に記載のＶＳＷＲは、電圧定在波比と等価なものであり、アンテナの周波数帯域特性を示す一般的なものである。また、バラン回路の不平衡信号ポート１に接続されるＲＦ回路には送信機、受信機等があるが、前記ＲＦ回路の特性インピーダンスは５０オームが一般的であり、また前記ＲＦ回路は不平衡信号のマイクロ波で動作しているのが一般的である。
【００１４】
また、上述した文献１の４２０ページから４２１ページ、およびＦｉｇｕｒｅ１１．２８に記載されているダイポールアンテナに適用した例においても、不平衡信号ポート１の特性インピーダンスである５０オームとダイポールアンテナの特性インピーダンスである８０オームとの特性インピーダンスの差を緩和するために、６３オームの特性インピーダンスを有するマイクロストリップ線路を介して接続を行っている。例えば、電圧定在波比が２以下となる周波数帯域をアンテナが動作する周波数帯域としたアンテナ装置に用いる場合、１１ＧＨｚ〜１６ＧＨｚの約１．５倍の周波数帯域で使用可能となる。
【００１５】
ところで、多くの情報を伝達するためには、例えば約３倍の周波数帯域を有する広帯域の通信用アンテナ装置が必要となる。上記で説明したダイポールアンテナは、使用可能な周波数帯域が１．５倍の帯域であって帯域不足のため、このような広帯域の通信用アンテナ装置に用いることはできない。
【００１６】
このため、広帯域の通信用アンテナ装置には、３倍の周波数帯域で定インピーダンス特性を有し、かつ３倍の周波数帯域で平滑な放射効率を有するアンテナとして、例えば自己補対アンテナを用いる必要がある。自己補対アンテナの例としては、スパイラルアンテナ等がある。
【００１７】
従来のバラン回路に、上記自己補対アンテナを適用した例について、数１を用いて説明する。自己補対アンテナは、一般的に虫明の定理により１８８オームの定インピーダンス特性を有しているため、数１のＺ１に自己補対アンテナの特性インピーダンスである１８８オームを代入し、また数１のＺ２にはＲＦ回路の一般的な特性インピーダンスである５０オームを代入して、マーチャンドバランの入力インピーダンスであるＺ３を計算する。マーチャンドバラン部３の入力における電圧定在波比を、数２を用いて計算すると図１０となる。ここで、数２におけるＺ２はＲＦ回路の特性インピーダンス、Ｚ３はマーチャンドバラン部３の入力インピーダンス、Γは反射係数、ＶＳＷＲはＶｏｌｔａｇｅ　Ｓｔａｎｄｉｎｇ　Ｗａｖｅ　Ｒａｔｉｏの略で電圧定在波比を示す。
【００１８】
【数２】

【００１９】
図１０より、例えば電圧定在波比が２以下となる周波数帯域で良好にアンテナが動作するとした場合、図１０の従来のバランに自己補対アンテナを接続した場合のアンテナが良好に動作する周波数帯域２５が動作可能な周波数帯域となり、ｆｃの２分の１倍の周波数からｆｃの２分の３倍の所望周波数帯域内では電圧定在波比が２以上となってしまうため、アンテナが良好に動作しない問題が発生する。なお、図１１において、所望周波数帯域の中心周波数をｆｃとした場合、３倍の周波数帯域はｆｃの２分の１倍の周波数からｆｃの２分の３倍の周波数帯域を示す。
【００２０】
以上のように、ダイポールアンテナを従来のバラン回路に適用する場合、ＲＦ回路とダイポールアンテナとの特性インピーダンス比が、１．５以下と比較的小さいため、ＲＦ回路とダイポールアンテナの特性インピーダンスとの中間値の特性インピーダンスを有するマイクロストリップ線路を用いることによって、ＲＦ回路とダイポールアンテナの特性インピーダンス比が緩和され、アンテナの動作に支障を生じない。
【００２１】
しかし、自己補対アンテナを従来のバラン回路に適用する場合、ＲＦ回路の特性インピーダンス比が３．５を超えるようなときには、インピーダンス整合の不連続が大きくなり、電圧定在波比の特性が悪くなる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
従来のバラン回路は、平衡信号ポートを有した自己補対アンテナ等と、不平衡信号ポートを有し平衡信号ポート側とインピーダンスの異なるＲＦ回路とを接続するインピーダンス変換器として用いる場合、インピーダンス整合において不連続な部分が生じるため、中心周波数の３倍もの広帯域に渡って良好な電圧定在波比の特性を得るように動作させることができないという問題があった。
【００２３】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、中心周波数の３倍の帯域で使用可能な広帯域なバラン回路の実現を目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この発明によるバラン回路は、一端が平衡信号ポートに接続された平衡二線線路と、一端が不平衡信号ポートに接続されたマイクロストリップ線路と、前記平衡二線線路の他端と前記マイクロストップ線路の他端との間で平衡信号と不平衡信号を変換するマーチャンドバラン回路とを備え、
前記マイクロストリップ線路は、テーパ形状のストリップ導体層を有するものである。
【００２５】
また、この発明によるバラン回路は、一端が平衡信号ポートに接続された平衡二線線路と、一端が不平衡信号ポートに接続されたマイクロストリップ線路と、前記平衡二線線路の他端と前記マイクロストップ線路の他端との間で平衡信号と不平衡信号を変換するマーチャンドバラン回路とを備え、
前記平衡二線線路はテーパ形状のストリップ導体層を有するものである。
【００２６】
また、前記マイクロストリップ線路のテーパ形状のストリップ導体層は、前記マーチャンドバランに接続する側の特性インピーダンスと、前記平衡信号ポートの特性インピーダンスとの比が、１対２のインピーダンス比となるテーパ比率を有したものであってもよい。
【００２７】
また、前記平衡二線線路のテーパ形状のストリップ導体層は、前記平衡二線線路のマーチャンドバランに接続する側の特性インピーダンスと、前記平衡二線線路の平衡信号ポート側の特性インピーダンスとの比が、１対２のインピーダンス比となるテーパ比率を有したものであってもよい。
【００２８】
この発明によるアンテナ装置は、上記請求項１から請求項４記載のバラン回路と、このバラン回路の平衡信号ポートに接続された自己補対アンテナとを備えたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示すバラン回路の構成を示す図である。
図１において、１は不平衡信号ポート、５は平衡二線線路、６は平衡信号ポート、９はＲＦ回路、１０は線路幅をテーパ形状に変化させたマイクロストリップ線路であって、図ではバラン回路の基板裏面に設けられた状態を破線で示している。１１はマイクロストリップ線路幅が狭まったマーチャンドバラン部、１２はマイクロストリップ線路幅が狭まった不平衡信号を平衡信号へ変換する変換部、１３は自己補対アンテナである。また、ＡＡは線路幅をテーパ形状に変化させるマイクロストリップ線路の断面線、ＢＢは平衡二線線路の断面線を示す。
【００３０】
図２は、図１の線路幅をテーパ形状に変化させたマイクロストリップ線路のＡＡ線断面図である。図２における１４は、テーパ形状に変化させたマイクロストリップ線路のストリップ導体層、１５はテーパ形状に変化させたマイクロストリップ線路の誘電体層、１６はテーパ形状に変化させたマイクロストリップ線路のグランド層である。
【００３１】
図３は、図１の平衡二線線路におけるＢＢ線断面図である。１７は平衡二線線路のストリップ導体層、１８は平衡二線線路の誘電体層である。
【００３２】
図２より、テーパ形状に変化させたマイクロストリップ線路１０は一般的なマイクロストリップ線路の構成を有しているため、マイクロ波を伝送する動作においても一般的なマイクロストリップ線路と同じである。
【００３３】
図３より、平衡二線線路５は平衡二線線路の誘電体層１８上に２つのストリップ線路が並行に置かれて構成された平衡二線線路のストリップ導体層１７で構成されているが、動作は一般的な平衡二線線路と同じである。
【００３４】
次に、動作について図を用いて説明する。図１のバランの構成において、不平衡信号ポート１に接続されたＲＦ回路９から不平衡信号ポート１にマイクロ波が入力され、不平衡信号ポート１を介して不平衡信号のマイクロ波の線路幅をテーパ形状に変化させたマイクロストリップ線路１０に入力する。
【００３５】
前記線路幅をテーパ形状に変化させたマイクロストリップ線路１０に入力された不平衡信号のマイクロ波はテーパ形状によってマイクロストリップ線路幅が狭まったマーチャンドバラン部１１に入力される以前に、ストリップ導体層１４を伝送されることによって不平衡信号ポート１のインピーダンスから或る特性インピーダンスに変換され、マイクロストリップ線路幅が狭まったマーチャンドバラン部１１へ入力される。
【００３６】
前記マイクロストリップ線路幅が狭まったマーチャンドバラン部１１へ入力された不平衡信号のマイクロ波は、マイクロストリップ線路幅が狭まった不平衡信号を平衡信号へ変換する変換部１２で平衡信号のマイクロ波に変換され、平衡二線線路５へ出力される。
【００３７】
さらに、平衡二線線路５に入力された平衡信号は平衡信号ポート６に出力され、前記平衡信号ポート６に接続された自己補対アンテナ１３に平衡二線線路を送り放射される。以上のことから、図１の前記ＲＦ回路９と自己補対アンテナ１３を除いた部分が不平衡信号を平衡信号に変換するバラン回路となる。
【００３８】
次に、自己補対アンテナの給電回路に実施の形態１のバラン回路を適用した場合の電気特性について説明する。なお、自己補対アンテナ１３は虫明の定理により定インピーダンスな１８８オームの特性インピーダンスを有しているものとする。このとき、平衡信号ポート６の特性インピーダンスは前記自己補対アンテナ１３が接続されるため１８８オームと一意で決まり、また平衡二線線路５の特性インピーダンスも平衡信号ポート６との整合を取るため１８８オームと一意で決まる。
【００３９】
一方、不平衡信号ポート１には特性インピーダンス５０オームを有するＲＦ回路９が接続された場合、不平衡信号ポート１はＲＦ回路９との整合を取るため、５０オームと一意で決まる。また、不平衡信号ポート１に接続される線路幅をテーパ形状に変化させたマイクロストリップ線路１０の不平衡信号ポート１に接続される側の特性インピーダンスは前記不平衡信号ポート１と整合を取るため５０オームと一意で決まる。
【００４０】
線路幅をテーパ形状に変化させたマイクロストリップ線路１０のテーパ形状の働きにより、前記線路幅をテーパ形状に変化させたマイクロストリップ線路１０の特性インピーダンスは５０オームから特性インピーダンスＺ４に変換され、マイクロストリップ線路幅が狭まったマーチャンドバラン部１１に接続され、前記特性インピーダンスＺ４は任意に選択できる。
【００４１】
不平衡信号ポート１から信号が入力された場合のマイクロストリップ線路幅が狭まったマーチャンドバラン部１１における入力インピーダンスのＺ３は、従来のバラン回路の説明で示した数１においてＺ２をＺ４に置き換えた数３となる。よってＺ３は不平衡信号ポート１に接続するＲＦ回路９の特性インピーダンスとは無関係となる。なお、数３のＺ１は平衡信号ポート６に接続される自己補対アンテナ１３の特性インピーダンス、Ｚ４は線路幅をテーパ形状に変化させたマイクロストリップ線路１０のマイクロストリップ線路幅が狭まったマーチャンドバラン部１１側の任意に選択できる特性インピーダンス、ｆｃはバラン回路が動作する周波数帯域の中心周波数、ｆは周波数、πは円周率である。
【００４２】
【数３】

【００４３】
このとき、数３のＺ１には虫明の定理より得られる自己補対アンテナ１３の特性インピーダンスである１８８オームを代入する。また、数３のＺ４には自己補対アンテナ１３の特性インピーダンスの同値となる１８８オームを選択し、例えば電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が２以下となる周波数帯域でアンテナが動作するとした場合、その電圧定在波比は図４に示すとおりとなる。図において、実施の形態１のバラン回路に自己補対アンテナを接続した場合の電圧定在波比が２以下となる周波数帯域１９は、所望周波数ｆｃの３倍の周波数帯域内で広範囲に渡って連続な特性となる。
【００４４】
よって、この実施の形態１のバラン回路を自己補対アンテナ１３に適用した場合、マイクロストリップ線路幅が狭まったマーチャンドバラン部１１における入力インピーダンスのＺ３は、平衡信号ポート６に接続する自己補対アンテナ１３の特性インピーダンスであるＺ１には依存するが、ＲＦ回路９の特性インピーダンスＺ２には依存せず、自己補対アンテナ１３の特性インピーダンスＺ４と同値に選択できる。その結果、自己補対アンテナと同値のインピーダンス値でマイクロストリップ線路幅が狭まったマーチャンドバラン部１１にマイクロ波を入力できるため、広帯域な特性を得ることが可能となる。
【００４５】
また、テーパ形状に変化させたマイクロストリップ線路１０のストリップ導体が連続的なテーパ形状になっているため、自己補対アンテナ１３の特性インピーダンスである１８８オーム等の高い特性インピーダンスのアンテナを接続した場合にも滑らかにインピーダンス変換ができるため、インピーダンス変換による反射を軽減できる。
【００４６】
また、この実施の形態１のバランを自己補対アンテナ１３に接続し、図１に示す構成とすることによって、３倍の周波数帯域で良好なアンテナの動作をする広帯域なアンテナ装置を実現できる。
【００４７】
ここで、実施の形態１のバランの更なる利点を説明するため、図６および図７に示す他の広帯域アンテナ装置と、この実施の形態１による広帯域アンテナ装置との相違点についても述べる。
この図６、７に示した他の広帯域アンテナ装置では、従来バラン回路としてよく用いられているマイクロストリップテーパバランを用いている。図６はマイクロストリップテーパバランのグランド導体層２１側の構成図であり、また、図７はマイクロストリップテーパバランのストリップ導体層２３側の構成図である。さらに、図６と図７には、図１と同一の１、６、９、１３が接続されているものとする。
【００４８】
マイクロストリップテーパバランは、図６に示すマイクロストリップテーパバランのグランド導体層２１を不平衡信号ポート１から平衡信号ポート６に向けて狭くすることにより、不平衡信号ポート１近くでは一般的なマイクロストリップ線路として働く。また、平衡信号ポート６へ向かうに従い、緩やかに不平衡信号を平衡信号へ変換し、平衡信号ポート６近くではマイクロストリップテーパバランの誘電体層を挟んだ一般的な平衡二線線路として働くため、不平衡信号を平衡信号へ変換するバラン回路となる。このようなマイクロストリップテーパバラン回路は、テーパバランを構成するストリップ導体層に対して、或る程度の物理長を持たせなくては不平衡信号を平衡信号への連続な変換ができず、反射が悪くなるという欠点がある。このため、この回路を搭載したアンテナ装置が厚くなる。
【００４９】
しかし、この実施の形態１による広帯域アンテナ装置では、上記の図６、７に示した広帯域アンテナ装置のような緩やかに不平衡信号を平衡信号へ変換する方式ではなく、図１のマイクロストリップ線路幅が狭まった不平衡信号を平衡信号へ変換する変換部１２のように、表面の導体間の空隙とそれと垂直に置かれた裏側に設けられたストリップ線路との間で、マイクロ波回路として一般的に知られている電磁結合を利用して信号伝送するため、バラン回路の寸法が図６、７に示した広帯域アンテナ装置より薄くできる。
【００５０】
以上により、この実施の形態によるバラン回路は、マイクロストリップ線路の線路幅をマーチャンドバランに向かってテーパ形状に変化させたため、自己補対アンテナのような広帯域なアンテナに適用した際に、広帯域な動作を可能にする効果が得られる。また、マイクロストリップ線路をテーパ形状にしたため、連続的なインピーダンス変換となるため、インピーダンス変換に伴う反射劣化が小さくなる。
【００５１】
また、この実施の形態によるバラン回路を自己補対アンテナの給電回路に用いることにより、広帯域な特性を有するとともに、比較的薄型のアンテナ装置を実現でき、前記広帯域アンテナ装置の実装空間の小さい場所においても実装が可能となる。
【００５２】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２を示すバラン回路の構成図である。
また、図において、１、６は図１と同一のものであり、２、３、４は図９に示す従来のバラン回路と同一のものであり、２０は線路幅をテーパ形状に変化させた平衡二線線路である。また、図には示していないが不平衡信号ポート１には図１と同一のＲＦ回路９が接続され、また、平衡信号ポート６には図１と同一の自己補対アンテナが接続されているものとする。
【００５３】
次に動作について図を用いて説明する。図５のバランの構成において、ＲＦ回路９から不平衡信号ポート１を介し不平衡信号のマイクロ波をマイクロストリップ線路２に入力する。
【００５４】
マイクロストリップ線路２から入力された不平衡信号のマイクロ波は前記マイクロストリップ線路２を介してマーチャンドバラン部３へ入力される。前記マーチャンドバラン部３へ入力された不平衡信号のマイクロ波は不平衡信号を平衡信号へ変換する変換部４で平衡信号のマイクロ波に変換され線路幅をテーパ形状に変化させた平衡二線線路２０へ出力される。
【００５５】
前記線路幅をテーパ形状に変化させた平衡二線線路２０に入力された平衡信号のマイクロ波はマーチャンドバラン部３の特性インピーダンスから平衡信号ポート６の特性インピーダンスへ変換されて平衡信号ポート６に出力され自己補対アンテナ１３よりマイクロ波が放射されることにより不平衡信号を平衡信号に変換するバラン回路となる。
【００５６】
例えば、実施の形態１と同様に自己補対アンテナ１３の給電回路に従来のバラン回路を適用した場合について説明する。なお、前記自己補対アンテナ１３は虫明の定理により広帯域において実施の形態１と同様に定インピーダンスなＺ１の特性インピーダンスを有しているものとする。このとき、平衡信号ポート６の特性インピーダンスは前記自己補対アンテナ１３が接続されているためＺ１と一意で決まる。また、線路幅をテーパ形状に変化させた平衡二線線路２０の平衡信号ポート６側の線路インピーダンスも平衡信号ポート６との整合を取るためＺ１と一意で決まる。
【００５７】
線路幅をテーパ形状に変化させた平衡二線線路２０のマーチャンドバラン部３側の特性インピーダンスはテーパ形状の働きにより、特性インピーダンスＺ１から特性インピーダンスＺ５に変換され、マーチャンドバラン部３に接続される。このとき、特性インピーダンスＺ５は任意に選択できる。
【００５８】
一方、不平衡信号ポート１には特性インピーダンスがＺ２であるＲＦ回路９が接続された場合、不平衡信号ポート１はＲＦ回路９との整合を取るためＺ２と一意で決まる。また、不平衡信号ポート１に接続されたマイクロストリップ線路２も不平衡信号ポート１との整合を取るため、Ｚ２と一意で決まる。
【００５９】
不平衡信号ポート１から信号が入力された場合のマーチャンドバラン部３における入力インピーダンスのＺ３は従来のバラン回路の説明で示した数１においてＺ１をＺ５に置き換えた数３となる。よってＺ３は平衡信号ポート６に接続する自己補対アンテナ１３の特性インピーダンスのＺ１とは無関係となる。なお、数３のＺ２は不平衡信号ポート１に接続されるＲＦ回路９の特性インピーダンス、Ｚ５は線路幅をテーパ形状に変化させた平衡二線線路２０のマーチャンドバラン部３に接続する側の任意に選択できる特性インピーダンス、ｆｃはバラン回路が動作する周波数帯域の中心周波数、ｆは周波数、πは円周率である。
【００６０】
【数４】

【００６１】
このとき、数４のＺ２には不平衡信号ポート１に接続されるＲＦ回路９の特性インピーダンスである５０オームを代入し、また数４のＺ５にはＲＦ回路９の特性インピーダンスと同値である５０オームを選択した場合、その電圧定在波比についても、実施の形態１のバラン回路と同様に図４に示すような広帯域な特性となる。
【００６２】
よって、実施の形態２のバラン回路を広帯域アンテナに適用した場合、マーチャンドバラン部３における入力インピーダンスのＺ３は不平衡信号ポート１に接続するＲＦ回路９の特性インピーダンスであるＺ２には依存するが、平衡信号ポート６に接続する自己補対アンテナ１３の特性インピーダンスＺ１には依存せず、特性インピーダンスＺ５をＲＦ回路９側の特性インピーダンスの同値に選択できるため、実施の形態１と同様に広帯域特性を得ることが可能となる。
【００６３】
また、実施の形態１のバラン回路では、ＭＩＣ基板等の高誘電率基板を用いて小形なバラン回路を実現する場合、テーパ形状のマイクロストリップ線路１０における、マイクロストリップ線路幅が狭まったマーチャンドバラン部１１側の線路を、自己補対アンテナ１３の特性インピーダンスである１８８オームで構成することによって、その線路幅が細くなる。
【００６４】
しかし、実施の形態２におけるバラン回路においては、線路幅をテーパ形状に変化させた平衡二線線路２０に特性インピーダンス変換機能を有しているため、特性インピーダンスが線路幅と線路間の距離の２つのパラメータで決定できることから、高インピーダンスな線路を容易に製造でき、実施の形態１と比べて生産性がより向上する。
【００６５】
実施の形態３．
この実施の形態では、実施の形態１による線路幅をテーパ形状にしたマイクロストリップ線路１０において、その線路幅をテーパ形状にしたマイクロストリップ線路１０による変換後の特性インピーダンスであるＺ４と、自己補対アンテナの特性インピーダンスであるＺ１とのインピーダンス比が、１：２となるようなテーパ比で構成する。
【００６６】
これによって、数３より図８に示すように、実施の形態３の電圧定在波比が２以下となる周波数帯域２４が、所望周波数ｆｃの３倍の周波数帯域全てにおいて連続で広帯域な特性が得られる。また、この実施の形態の広帯域アンテナ装置において、実施の形態１のバラン回路をアンテナ装置に用いた場合、最も広い電圧定在波比の特性を得るバラン回路となる。
また、３倍の周波数帯域を超える最も広帯域なアンテナ装置の実現が可能となる。
【００６７】
実施の形態４．
さらに、実施の形態２のバラン回路をアンテナ装置に用いた場合、線路幅をテーパ形状にした平衡二線線路２０を、ＲＦ回路の特性インピーダンスであるＺ２と、線路幅をテーパ形状にした平衡二線線路２０による変換後の特性インピーダンスであるＺ５とのインピーダンス比が、１：２とよるなるようなテーパ比で構成することにより、数４より図８に示すような実施の形態３と同等な電圧定在波比の特性を得ることができ、実施の形態２のバラン回路をアンテナ装置に用いた場合、最も広い電圧定在波比の特性を得ることができる。
また、３倍の周波数帯域を超える最も広帯域なアンテナ装置の実現が可能となる。
【００６８】
【発明の効果】
この発明によるバラン回路は、マイクロストリップ線路の線路幅をマーチャンドバランに向かってテーパ形状に変化させることにより、自己補対アンテナのような広帯域なアンテナに適用した際に、広帯域な動作が可能となる。
また、マイクロストリップ線路をテーパ形状にしたため、連続的なインピーダンス変換となるため、インピーダンス変換に伴う反射劣化が小さい。
【００６９】
また、この発明によるバラン回路は、平衡二線線路の線路幅をマーチャンドバランに向かってテーパ形状に変化させることにより、広帯域な動作を可能にし、且つＭＩＣ基板等の高誘電率基板で製作し易い小型化な回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示すバラン回路の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示すバラン回路のテーパ形状に変化させたマイクロストリップ線路の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１を示すバラン回路の平衡二線線路の断面図である。
【図４】実施の形態１と実施の形態２における自己補対アンテナが接続されたバラン回路の電圧定在波比の周波数特性を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２を示すバラン回路の構成図である。
【図６】他の広帯域アンテナに用いるバラン回路のグランド導体層側の構成図である。
【図７】他の広帯域アンテナに用いるバラン回路のストリップ導体層側の構成図である。
【図８】この発明の実施の形態４における電圧定在波比の周波数特性を示す図である。
【図９】従来のバラン回路を示す構成図である。
【図１０】従来のバラン回路における電圧定在波比の周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
１　不平衡信号ポート、　２　マイクロストリップ線路、　３　マーチャンドバラン部、　４　不平衡信号を平衡信号へ変換する変換部、　５　平衡二線線路、　６　平衡信号ポート、　９　ＲＦ回路、　１０　線路幅をテーパ形状に変化させたマイクロストリップ線路、　１１　マイクロストリップ線路幅が狭まったマーチャンドバラン部、　１２　マイクロストリップ線路幅が狭まった不平衡信号を平衡信号へ変換する変換部、　１３　自己補対アンテナ、　２０　線路幅をテーパ形状に変化させた平衡二線線路。

Claims

一端が平衡信号ポートに接続された平衡二線線路と、
一端が不平衡信号ポートに接続されたマイクロストリップ線路と、
前記平衡二線線路の他端と前記マイクロストップ線路の他端との間で平衡信号と不平衡信号を変換するマーチャンドバラン回路とを備え、
前記マイクロストリップ線路は、テーパ形状のストリップ導体層を有することを特徴とするバラン回路。
一端が平衡信号ポートに接続された平衡二線線路と、
一端が不平衡信号ポートに接続されたマイクロストリップ線路と、
前記平衡二線線路の他端と前記マイクロストップ線路の他端との間で平衡信号と不平衡信号を変換するマーチャンドバラン回路とを備え、
前記平衡二線線路はテーパ形状のストリップ導体層を有することを特徴とするバラン回路。
前記マイクロストリップ線路のストリップ導体層は、前記マーチャンドバランに接続する側の特性インピーダンスと、前記平衡信号ポートの特性インピーダンスとの比が、１対２のインピーダンス比となるテーパ比率を有したことを特徴とするバラン回路。
前記平衡二線線路のストリップ導体層は、前記平衡二線線路のマーチャンドバランに接続する側の特性インピーダンスと、前記平衡二線線路の平衡信号ポート側の特性インピーダンスとの比が、１対２のインピーダンス比となるテーパ比率を有したことを特徴とするバラン回路。
上記請求項１から請求項４記載のバラン回路と、このバラン回路の平衡信号ポートに接続された自己補対アンテナとを備えたことを特徴とするアンテナ装置。