JP2005101946A - Power divider/combiner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウィルキンソン型の電力分配合成器に関する。 The present invention relates to a Wilkinson type power distribution synthesizer.
マイクロ波帯からミリ波帯領域で利用される電力分配合成器としては、例えば、図7に示すウィルキンソン型の電力分配合成器が知られている。図7に示すように、このウィルキンソン型の電力分配合成器は、入力端子である第1の端子(ポート1)111、2つの分配端子である第2の端子(ポート2)112、第3の端子(ポート3)113の端子を有し、それぞれの端子のインピーダンスはZoとされている。第1の端子111には、第1の分布定数線路(L1)と第2の分布定数線路(L2)の一端が接続されている。この第1の分布定数線路L1と第2の分布定数線路L2のインピーダンスは√2Zoとされ、その長さは使用周波数帯の中心周波数の1/4波長の長さとされている。さらに、第2の端子112と第3の端子113との間には、2Zoのインピーダンスとされたアイソレーション抵抗R1が接続されている。
For example, a Wilkinson power distribution synthesizer shown in FIG. 7 is known as a power distribution synthesizer used in the microwave band to the millimeter wave band region. As shown in FIG. 7, this Wilkinson type power distribution synthesizer includes a first terminal (port 1) 111 that is an input terminal, a second terminal (port 2) 112 that is two distribution terminals, a third terminal A terminal (port 3) 113 is provided, and the impedance of each terminal is Zo. The
ここで、上記第1の分布定数線路L1と第2の分布定数線路L2のインダクタンスLは、
L=Zo/(√2πf0) 〔nH〕 ・・・(1)
で表され、
上記アイソレーション抵抗R1の抵抗Rは、
R=2Zo 〔Ω〕 ・・・(2)
で表される。なお、上記式において、Zoはインピーダンス、f0は中心周波数である。
Here, the inductance L of the first distributed constant line L1 and the second distributed constant line L2 is:
L = Zo / (√2πf 0 ) [nH] (1)
Represented by
The resistance R of the isolation resistor R1 is
R = 2Zo [Ω] (2)
It is represented by In the above formula, Zo is the impedance, f 0 is the center frequency.
上記のように構成されたウィルキンソン型の電力分配合成器では、第1の端子111に入力された信号電力は、それぞれ1/2ずつ第2の端子112と第3の端子113に分配されて出力(−3dB)されるようになる。
In the Wilkinson power distribution synthesizer configured as described above, the signal power input to the
また、第2の端子112と第3の端子113から入力された信号電力は、その約1/2ずつが合成されて第1の端子111から出力される。
In addition, the signal powers input from the
なお、上記の分布定数線路L1、L2はストリップラインが一般的であるが、約2GHz以下ならチップインダクタでも構成可能である。 The distributed constant lines L1 and L2 are generally strip lines, but can be configured with chip inductors as long as they are about 2 GHz or less.
こうしたウィルキンソン型の電力分配合成器に関連する公知技術としては、例えば、各ポートでのインピーダンス整合と入出力ポート間でアイソレーションを得ることのできる電力分配合成器が挙げられる(例えば、特許文献1参照)。
上記のようなウィルキンソン型の電力分配合成器を実際に使用する際には、接続する回路とのインピーダンス整合が必要となる。それ故、実用的なウィルキンソン型の電力分配合成器においては、図8に示すようなキャパシタC3〜C6を第1の分布定数線路L1と第2の分布定数線路L2にインピーダンス整合させるように、接続するのが通例となっている。 When actually using the Wilkinson type power distribution and synthesizer as described above, impedance matching with a circuit to be connected is required. Therefore, in a practical Wilkinson-type power distribution synthesizer, the capacitors C3 to C6 as shown in FIG. It is customary to do this.
また、上記接続する回路として、例えば、電力増幅器をウィルキンソン型の電力分配合成器に接続した場合、上記した分配/合成の入出力端でのインピーダンス不整合や基板等の不要容量等の影響で周波数特性(損失が均等にならない)やアイソレーション特性が変化してしまう。さらに、第2の端子(ポート2)112、第3の端子(ポート3)113のいずれの片側端子を終端して使用した場合には、ポート間での反射係数が異なってしまい反射特性が変化してしまう。そこで、上記キャパシタC3〜C6を接続することで、これらの特性の改善がなされている。 Further, as a circuit to be connected, for example, when a power amplifier is connected to a Wilkinson type power distribution / combining device, the frequency is affected by the impedance mismatch at the input / output terminals of the distribution / combining described above and the unnecessary capacity of the substrate or the like. Characteristics (loss is not uniform) and isolation characteristics change. Furthermore, when either one of the second terminal (port 2) 112 and the third terminal (port 3) 113 is terminated and used, the reflection coefficient varies between the ports and the reflection characteristics change. Resulting in. Therefore, these characteristics are improved by connecting the capacitors C3 to C6.
このように従来のウィルキンソン型の電力分配合成器では、第1の分布定数線路L1と第2の分布定数線路L2間にキャパシタC3〜C6が接続される。このため、素子数が多くなり、回路面積が大きくなってしまうという問題があった。 As described above, in the conventional Wilkinson-type power distribution combiner, the capacitors C3 to C6 are connected between the first distributed constant line L1 and the second distributed constant line L2. This increases the number of elements and increases the circuit area.
ここで、上記キャパシタC3〜C6の容量値Cは、
C=1(2√2πf0Zo) 〔pF〕 ・・・(3)
で表される。
Here, the capacitance value C of the capacitors C3 to C6 is:
C = 1 (2√2πf 0 Zo) [pF] (3)
It is represented by
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、回路面積を増大させずに簡単容易に構成することのできる電力分配合成器を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a power distribution synthesizer that can be configured easily and easily without increasing the circuit area. .
上記課題を解決するため、本発明は、請求項1に記載されるように、入力端子と、2つの分配端子と、前記入力端子及び前記分配端子の間をそれぞれ接続する2つの分岐線路と、前記分配端子間に接続されたアイソレーション抵抗とを備えた電力分配合成器において、 前記2つの分配端子間に第1のコンデンサ、さらに、前記入力端子とGND間に第2のコンデンサを設けたことを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention provides an input terminal, two distribution terminals, two branch lines connecting the input terminal and the distribution terminal, respectively, as described in
また、本発明の請求項2によれば、前記電力分配合成器において、前記第2のコンデンサの容量を、前記第1のコンデンサ容量に比較して大きな値に設定することを特徴としている。 According to claim 2 of the present invention, in the power distribution synthesizer, the capacity of the second capacitor is set to a larger value than the first capacitor capacity.
また、本発明の請求項3によれば、前記電力分配合成器において、前記第2のコンデンサの容量を、前記第1のコンデンサ容量の整数倍に設定して成ることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the power distribution synthesizer, the capacity of the second capacitor is set to an integral multiple of the first capacitor capacity.
また、本発明の請求項4によれば、前記電力分配合成器において、前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサが可変容量コンデンサであることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the power distribution synthesizer, the first capacitor and the second capacitor are variable capacitors.
上記本発明によれば、第1のコンデンサをポート1の入力端子とGND間に、第2のコンデンサを2つの分配端子間に配置することにより、通過特性を劣化させずに、部品点数を少なく、簡単容易に構成する電力分配合成器を実現することが可能である。
According to the present invention, the first capacitor is disposed between the input terminal of the
本発明によれば、第1のコンデンサをポート1の入力端子とGND間に、第2のコンデンサを2つの分配端子間に配置することにより、通過特性を劣化させずに、部品点数を少なく、簡単容易に構成する電力分配合成器を実現することが可能である。
According to the present invention, by disposing the first capacitor between the input terminal of the
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る電力分配合成器1の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
図1において、L1、L2はマイクロストリップ線路(又は固定インダクタ)で構成された分配線路、21はポート1の入力端子、22、23はポート2、ポート3の分配端子、R1はアイソレーション抵抗である。分配線路L1、L2は、ポート1の入力端子21から供給される信号を2分配して伝搬する線路であり、1/4波長の電気長を有している。
In FIG. 1, L1 and L2 are distribution lines composed of microstrip lines (or fixed inductors), 21 is an input terminal of
この発明の特徴的部分は、従来マイクロストリップ線路(又は固定インダクタ)で構成された分配線路L1、L2の両端にコンデンサC3〜C6を設けていたのに対し、コンデンサC1(請求項に記載の第2のコンデンサに対応)をポート1の入力端子とGND間に、コンデンサC2(請求項に記載の第1のコンデンサに対応)をポート1とポート2の分配端子間に配置した点である。
The characteristic part of the present invention is that the capacitors C3 to C6 are provided at both ends of the distribution lines L1 and L2 which are conventionally constituted by microstrip lines (or fixed inductors), whereas the capacitor C1 (the first claim) 2) (corresponding to the capacitor No. 2) is arranged between the input terminal of the
図2は、本実施形態における電力分配合成器1において、入力端子21に高周波信号を入力し、ポート1、ポート2の分配端子のいずれを片側終端した場合の周波数特性(通過特性)を示す図で、1.5GHz帯近辺の信号を減衰域として削減する場合を示している。同図において、縦軸は、信号レベル(dBm)を表し、横軸は、周波数を表し、スパン(SPAN)は2000MHzである。
FIG. 2 is a diagram illustrating frequency characteristics (pass characteristics) when a high-frequency signal is input to the
ここで、同回路の各素子の定数は、
C1:1.5pF
C2:3pF
L:10nH
R:100Ω
に設定されているものとする。
Here, the constant of each element of the circuit is
C1: 1.5 pF
C2: 3pF
L: 10nH
R: 100Ω
It is assumed that it is set to.
同図に示す如く、本実施形態の電力分配合成器1によれば、不要とされる特定の周波数帯域(本例では、1.5GHz帯)の信号がコンデンサC1及びコンデンサC2の効果により削減されているのがわかる。上記設定したコンデンサC1とコンデンサC2の定数は使用基板や部品、パターン幅、アースパターン、前後のインピーダンス等の影響を考慮して決められるが、
C1=C〔F〕
C2=2C1〔F〕の計算式の関係が上記周波数特性から最良な関係とされ、それにより良好な周波数特性を得ることができる。すなわち、コンデンサC1の容量とコンデンサC2の容量の比をおよそ1:2とすればよい。なお、上記Cの容量は、前述した(3)式により表される。
As shown in the figure, according to the
C1 = C [F]
The relationship of the calculation formula of C2 = 2C1 [F] is made the best relationship from the above frequency characteristics, whereby a good frequency characteristic can be obtained. That is, the ratio of the capacity of the capacitor C1 and the capacity of the capacitor C2 may be about 1: 2. The C capacity is expressed by the above-described equation (3).
図3及び図4は図2に示す通過特性の周波数帯域のスパンを広げて(SPAN=2GHz)測定した例であり、図3は、従来の電力分配合成器における通過特性を表し、図4は本実施形態における電力分配合成器による通過特性を表している。同図において、縦軸は、信号レベル(dBm)を表し、横軸は、周波数を表している。図4に示されるように、本実施形態における電力分配合成器の通過特性は、図3の従来の電力分配合成器と比して、減衰域の特性はほとんど変化しないことがわかる。 3 and FIG. 4 are examples in which the span of the frequency band of the pass characteristic shown in FIG. 2 is expanded (SPAN = 2 GHz), FIG. 3 shows the pass characteristic in the conventional power distribution synthesizer, and FIG. The pass characteristic by the electric power distribution synthesizer in this embodiment is represented. In the figure, the vertical axis represents the signal level (dBm), and the horizontal axis represents the frequency. As shown in FIG. 4, it can be seen that the pass characteristic of the power distribution synthesizer in this embodiment is almost the same as that of the conventional power distribution synthesizer of FIG.
このように本実施形態における電力分配合成器によれば、コンデンサC1をポート1の入力端子とGND間に、コンデンサC2をポート1とポート2の分配端子間に配置し、定数を上記式に基づいて設定することで、不必要な帯域を削除することができる。また、必要とするコンデンサの数が従来と比して少なくなるので、回路構成は簡素となり、回路の小型化、低コスト化、並びに低消費電力化が可能となる。
As described above, according to the power distribution synthesizer in this embodiment, the capacitor C1 is disposed between the input terminal of the
上記図2は、分配端子を片側終端した場合の周波数特性を示したが、図5は、ポート1の分配端子をオープンにした場合の周波数特性を示す図で、図6は、ポート2の分配端子をオープンにした場合の周波数特性を示す図である。同図が示すように、いずれかの分配端子をオープンにした場合であっても、不必要な帯域を削除できることがわかる。
2 shows the frequency characteristic when the distribution terminal is terminated on one side, while FIG. 5 shows the frequency characteristic when the distribution terminal of
なお、上記実施形態の電力分配合成器は、例えば、電力増幅器や受信モジュールに備えられていてもよい。 Note that the power distribution synthesizer of the above embodiment may be provided in, for example, a power amplifier or a reception module.
1 電力分配合成器
L1、L2 マイクロストリップ線路
R1 抵抗
C1〜C6 コンデンサ
21、111 入力端子(ポート1)
22、112 分配端子(ポート2)
23、113 分配端子(ポート3)
DESCRIPTION OF
22, 112 Distribution terminal (port 2)
23, 113 Distribution terminal (port 3)
Claims (4)
前記2つの分配端子間に第1のコンデンサ、さらに、前記入力端子とGND間に第2のコンデンサを設けたことを特徴とする電力分配合成器。 In a power distribution synthesizer comprising an input terminal, two distribution terminals, two branch lines connecting the input terminal and the distribution terminal, respectively, and an isolation resistor connected between the distribution terminals,
A power distribution synthesizer, wherein a first capacitor is provided between the two distribution terminals, and a second capacitor is provided between the input terminal and GND.
前記第2のコンデンサの容量を、前記第1のコンデンサ容量に比較して大きな値に設定することを特徴とする電力分配合成器。 The power distribution synthesizer according to claim 1.
The power distribution synthesizer characterized in that the capacity of the second capacitor is set to a value larger than the capacity of the first capacitor.
前記第2のコンデンサの容量を、前記第1のコンデンサ容量の整数倍に設定して成ることを特徴とする電力分配合成器。 The power distribution combiner according to claim 2,
The power distribution synthesizer characterized in that the capacity of the second capacitor is set to an integral multiple of the capacity of the first capacitor.
前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサが可変容量コンデンサであることを特徴とする電力分配合成器。 The power distribution combiner according to any one of claims 1 to 3,
The power distribution combiner, wherein the first capacitor and the second capacitor are variable capacitors.
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