JP2007174376A - 分配回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】入力端子に接続される負荷抵抗と分配端子に接続される負荷抵抗を異なる値に設定することができ、また、動作する周波数帯域を広く、損失を小さくすることができる分配回路を得る。
【解決手段】第1の端子1と、第2の端子2と、第3の端子3と、前記第1の端子に並列接続された第1及び第2のインダクタと、前記第1の端子にそれぞれの一端が接続された第1及び第2のキャパシタと、前記第1及び第2のキャパシタの他端間に接続された第1の抵抗と、前記第1のキャパシタの他端に並列接続された第3及び第5のインダクタと、前記第1のキャパシタの他端及び前記第2の端子間に接続された第4のキャパシタと、前記第2のキャパシタの他端に接続された第4のインダクタと、前記第2のキャパシタの他端に接続された第3のキャパシタと、前記第2のキャパシタの他端及び前記第3の端子間に接続された第6のインダクタとを設けた。
【選択図】図1

Description

この発明は、高周波数帯の分配回路に関するものである。
従来の分配回路について図7及び図8を参照しながら説明する(例えば、非特許文献1及び非特許文献2参照)。図7は、従来の分配回路の構成を示す回路図である。また、図8(a)〜(e)は、従来の分配回路の周波数特性(Sパラメータの周波数特性)の一例を示す図である。従来の分配回路は、インダクタL21、L22、L23、L24と、一端を接地したキャパシタC21、C22、C23、C24と、一端を接地した抵抗Rと、端子1、2、3とにより構成される。インダクタL21、L22、L23、L24と、キャパシタC21、C22、C23、C24と、抵抗Rの値は、端子1、2、3に接続される負荷抵抗と、所定の周波数から与えられる。このような分配回路は、90°ハイブリッドという名称で良く知られている。
小西良弘著「マイクロ波回路の基礎とその応用」総合電子出版社、1992年8月20日第1版発行、第195頁−第197頁 R.E.Collin:Foundations for Microwave Engineering(Second Edition),McGraw−Hill lnc.,New York,1992,pp.432−434
従来の分配回路は、端子1、2、3に接続される負荷抵抗を同じ値に設定する必要があり、また動作する周波数帯域が狭く、抵抗Rで消費される損失が大きいという問題点があった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、入力端子に接続される負荷抵抗と分配端子に接続される負荷抵抗を異なる値に設定することができ、また、動作する周波数帯域を広く、損失を小さくすることができる分配回路を得るものである。
この発明に係る分配回路は、第1の端子と、第2の端子と、第3の端子と、前記第1の端子にそれぞれの一端が並列接続されそれぞれの他端が接地された第1及び第2のインダクタと、前記第1の端子にそれぞれの一端が接続された第1及び第2のキャパシタと、前記第1及び第2のキャパシタの他端間に接続された第1の抵抗と、前記第1のキャパシタの他端にそれぞれの一端が並列接続されそれぞれの他端が接地された第3及び第5のインダクタと、前記第1のキャパシタの他端及び前記第2の端子間に接続された第4のキャパシタと、前記第2のキャパシタの他端に一端が接続され他端が接地された第4のインダクタと、前記第2のキャパシタの他端に一端が接続され他端が接地された第3のキャパシタと、前記第2のキャパシタの他端及び前記第3の端子間に接続された第6のインダクタとを設けたものである。
この発明に係る分配回路は、入力端子に接続される負荷抵抗と分配端子に接続される負荷抵抗を異なる値に設定することができ、また、動作する周波数帯域を広く、損失を小さくすることができるという効果を奏する。
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る分配回路について図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係る分配回路の構成を示す回路図である。また、図2(a)〜(e)は、この発明の実施の形態1に係る分配回路の周波数特性(Sパラメータの周波数特性)の一例を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図1において、第1の端子1に、他端を接地した第1のインダクタLの一端と、他端を接地した第2のインダクタLの一端と、第1のキャパシタCの一端と、第2のキャパシタCの一端が接続されている。
第1のキャパシタCの他端に、他端を接地した第3のインダクタLの一端と、他端を接地した第5のインダクタLの一端と、第4のキャパシタCの一端が接続されている。
第2のキャパシタCの他端に、他端を接地した第4のインダクタLの一端と、他端を接地した第3のキャパシタCの一端と、第6のインダクタLの一端が接続されている。
第4のキャパシタCの他端に第2の端子2が接続され、第6のインダクタLの他端に第3の端子3が接続されている。
第1の抵抗Rの一端が、第1のキャパシタCと、第3のインダクタLと、第5のインダクタLと、第4のキャパシタCの接点と接続され、第1の抵抗Rの他端が、第2のキャパシタCと、第4のインダクタLと、第3のキャパシタCと、第6のインダクタLの接点と接続されている。上記の各要素が、分配回路を構成する。
つぎに、この実施の形態1に係る分配回路の動作について図面を参照しながら説明する。
端子1には負荷抵抗R、端子2と3には負荷抵抗Rが接続されており、負荷抵抗RとRの値は同一であっても異なっていてもよい。また、分配回路を動作させる周波数帯域の中心周波数をfとし、第1の端子1から所定の周波数成分を有する信号を入力して、第2の端子2と第3の端子3へ分配される信号の位相差をΔθとする。
第1のインダクタL、第2のインダクタL、第3のインダクタL、第4のインダクタL、第5のインダクタL、第6のインダクタL、第1のキャパシタC、第2のキャパシタC、第3のキャパシタC、第4のキャパシタC、第1の抵抗Rを、次の数式群(1)により与える。
Figure 2007174376
ここでは、説明の便宜上、第1の端子1に接続された負荷抵抗R、第2の端子2および第3の端子3に接続された負荷抵抗Rを50Ωとし、また、中心周波数fを1GHz、位相差Δθを90°に選択する。数式群(1)にしたがって分配回路を構成するインダクタ、キャパシタおよび抵抗の値を求めると、L=L=L=L=L=15.9nH、L=7.96nH、C=C=C=1.59pF、C=3.18pF、R=200Ωとなる。
このように与えた分配回路のSパラメータの周波数特性は、図2(a)〜(e)に示すようになる。図2(a)〜(e)において、横軸は周波数を表し、縦軸は、端子1、2、3それぞれから信号を入力した場合の反射係数の大きさ、即ち反射振幅|S11|、|S22|、|S33|、端子2から信号を入力した場合に端子3へ伝送される信号の大きさ、或いは端子3から信号を入力した場合に端子2へ伝送される信号の大きさ、即ちアイソレーション、端子1から信号を入力した場合に端子2と3それぞれへ分配される信号の大きさ、即ち分配振幅|S21|、|S31|、端子1から信号を入力した場合に端子2と3へ分配される信号の位相差、即ち分配位相差、端子1から信号を入力した場合に抵抗Rで消費される電力(挿入損失)を、それぞれ表す。
図2に示すSパラメータの周波数特性から、中心周波数fにおいて、端子1から入力した信号は反射することなく、端子2と3へ等振幅で且つ90°の位相差で伝送される。また、端子2と3は完全にアイソレーションされることから、仮に端子2と3に接続されたアンテナ等の負荷との間に不整合が生じて反射波が発生しても、その反射波は互いの端子へ伝送されることなく、安定した分配回路として動作する。また、抵抗Rで電力が消費されないため、分配回路内で消費される電力は零となる。
性能比較のため、図7に示した90°ハイブリッドの負荷抵抗を50Ω、中心周波数fを1GHzに設定した場合のSパラメータの周波数特性を図8に示す。横軸および縦軸は上記したのと同様である。図8に示す各特性から、中心周波数fでは本実施の形態1による分配回路と同様の特性を有する。
しかし一方で、中心周波数fから外れた周波数では、本実施の形態1に係る分配回路の方が、中心周波数fにおける各特性からのずれが小さい。即ち、信号が有する周波数帯域が広い場合であっても優れた分配回路として機能する。
このような分配回路は、例えばインダクタとキャパシタおよび抵抗をチップ部品により実現し、これらチップ部品を誘電体基板上にそれぞれ配置して、チップ部品間を誘電体基板上に形成したストリップ導体パターン、接地導体で接続することにより構成できる。
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、インダクタとキャパシタと抵抗により回路を構成したので、広い周波数帯域に渡り動作し且つ低損失な分配回路が得られる効果を奏する。
なお、この実施の形態1では、負荷抵抗R、Rを同じ値、端子2と3に伝送される信号の位相差Δθを90°に設定した場合について説明したが、負荷抵抗RとRが異なる値の場合であっても、また、端子2と3に伝送される信号の位相差Δθが90°以外の場合であっても、数式群(1)にしたがって分配回路を構成するインダクタ、キャパシタおよび抵抗を与えることで、同様の効果を得ることができる。
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係る分配回路について図3を参照しながら説明する。図3は、この発明の実施の形態2に係る分配回路の構成を示す回路図である。
図3において、第12のインダクタL12は、上記実施の形態1に係る分配回路のインダクタLとLを1つのインダクタで構成したものであり、第35のインダクタL35は、上記実施の形態1に係る分配回路のインダクタLとLを1つのインダクタで構成したものである。インダクタLとLは同じ接点を有する並列回路、インダクタLとLも同じ接点を有する並列回路となることから、それぞれのインダクタを次の数式群(2)により与える。
Figure 2007174376
つぎに、この実施の形態2に係る分配回路の動作について図面を参照しながら説明する。
ここでは、説明の便宜上、上記実施の形態1の場合と同様、端子1に接続された負荷抵抗R、端子2および3に接続された負荷抵抗Rを50Ωとし、また、中心周波数fを1GHz、位相差Δθを90°に選択する。そのため、数式群(1)にしたがって分配回路を構成するインダクタ、キャパシタおよび抵抗の値を求めると、L=L=L=L=L=15.9nH、L=7.96nH、C=C=C=1.59pF、C=3.18pF、R=200Ωとなる。さらに、数式群(2)にしたがうと、第12のインダクタL12は7.96nH、第35のインダクタL35は5.31nHとなる。
このように与えた分配回路のSパラメータの周波数特性は、図2と同様になる。ただし、上記実施の形態1に係る分配回路に比べて、インダクタの個数を2つ低減できるため、回路をより小形に形成できる特徴を有する。
以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、インダクタの個数を低減する構成としたので、広い周波数帯域に渡り動作し且つ低損失で小形な分配回路が得られる効果を奏する。
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係る分配回路について図4及び図5を参照しながら説明する。図4は、この発明の実施の形態3に係る分配回路の構成を示す回路図である。また、図5(a)〜(e)は、この発明の実施の形態3に係る分配回路の周波数特性(Sパラメータの周波数特性)の一例を示す図である。
図4において、第1の端子1に、他端を接地した第5のキャパシタCの一端と、他端を接地した第6のキャパシタCの一端と、第7のインダクタLの一端と、第8のインダクタLの一端が接続されている。
第7のインダクタLの他端に、他端を接地した第7のキャパシタCの一端と、他端を接地した第9のインダクタLの一端と、第10のキャパシタC10の一端が接続されている。
第8のインダクタLの他端に、他端を接地した第8のキャパシタCの一端と、他端を接地した第9のキャパシタCの一端と、第10のインダクタL10の一端が接続されている。
第10のキャパシタC10の他端に第2の端子2が接続され、第10のインダクタL10の他端に第3の端子3が接続されている。
第2の抵抗Rの一端が、第7のインダクタLと、第7のキャパシタCと、第9のキャパシタCと、第10のキャパシタC10の接点と接続されている。
第2の抵抗Rの他端が、第8のインダクタLと、第8のキャパシタCと、第9のキャパシタCと、第10のインダクタL10の接点に接続されている。上記の各要素が、分配回路を構成する。
つぎに、この実施の形態3に係る分配回路の動作について図面を参照しながら説明する。
端子1には負荷抵抗R、端子2と3には負荷抵抗Rが接続されており、負荷抵抗RとRの値は同一であっても異なっていてもよい。分配回路を動作させる周波数帯域の中心周波数をfとし、端子1から所定の周波数成分を有する信号を入力して端子2と端子3へ分配される信号の位相差をΔθとする。
第7のインダクタL、第8のインダクタL、第9のインダクタL、第10のインダクタL10、第5のキャパシタC、第6のキャパシタC、第7のキャパシタC、第8のキャパシタC、第9のキャパシタC、第10のキャパシタC10、第2の抵抗Rを、次の数式群(3)により与える。
Figure 2007174376
ここでは、説明の便宜上、端子1に接続された負荷抵抗R、端子2および3に接続された負荷抵抗Rを50Ωとし、また、中心周波数fを1GHz、位相差Δθを90°に選択する。数式群(3)にしたがって分配回路を構成するインダクタ、キャパシタおよび抵抗の値を求めると、L=L=L=15.9nH、L10=7.96nH、C=C=C=C=C10=1.59pF、C=3.18pF、R=200Ωとなる。
このように与えた分配回路のSパラメータの周波数特性は、図5(a)〜(e)に示すようになる。図5(a)〜(e)において、横軸は周波数を表し、縦軸は、端子1、2、3それぞれから信号を入力した場合の反射係数の大きさ、即ち反射振幅|S11|、|S22|、|S33|、端子2から信号を入力した場合に端子3へ伝送される信号の大きさ、或いは端子3から信号を入力した場合に端子2へ伝送される信号の大きさ、即ちアイソレーション、端子1から信号を入力した場合に端子2と3それぞれへ分配される信号の大きさ、即ち分配振幅|S21|、|S31|、端子1から信号を入力した場合に端子2と3へ分配される信号の位相差、即ち分配位相差、端子1から信号を入力した場合に抵抗Rで消費される電力(挿入損失)を、それぞれ表す。
図5に示すSパラメータの周波数特性から、中心周波数fにおいて、端子1から入力した信号は反射することなく、端子2と3へ等振幅で且つ90°の位相差で伝送される。また、端子2と3は完全にアイソレーションされることから、仮に端子2と3に接続されたアンテナ等の負荷との間に不整合が生じて反射波が発生しても、その反射波は互いの端子へ伝送されることなく、安定した分配回路として動作する。また、抵抗Rで電力が消費されないため、分配回路内で消費される電力は零となる。
上記したように、図7に示した90°ハイブリッドの負荷抵抗を50Ω、中心周波数を1GHzに設定した場合のSパラメータの周波数特性(図8)と比較すると、中心周波数fから外れた周波数では、本実施の形態3に係る分配回路の方が、中心周波数fにおける各特性からのずれが小さい。即ち、信号が有する周波数帯域が広い場合であっても優れた分配回路として機能する。
このような分配回路は、例えばインダクタとキャパシタおよび抵抗をチップ部品により実現し、これらチップ部品を誘電体基板上にそれぞれ配置して、チップ部品間を誘電体基板上に形成したストリップ導体パターン、接地導体で接続することにより構成できる。
以上で明らかなように、この実施の形態3によれば、インダクタとキャパシタと抵抗により回路を構成したので、広い周波数帯域に渡り動作し且つ低損失な分配回路が得られる効果を奏する。
なお、この実施の形態3では、負荷抵抗R、Rを同じ値、端子2と3に伝送される信号の位相差Δθを90°に設定した場合について示したが、負荷抵抗RとRが異なる値の場合であっても、また、端子2と3に伝送される信号の位相差Δθが90°以外の場合であっても、数式群(3)にしたがって分配回路を構成するインダクタ、キャパシタおよび抵抗を与えることで、同様の効果を得ることができる。
実施の形態4.
この発明の実施の形態4に係る分配回路について図6を参照しながら説明する。図6は、この発明の実施の形態4に係る分配回路の構成を示す回路図である。
図6において、第56のキャパシタC56は、上記実施の形態3に係る分配回路のキャパシタCとCを1つのキャパシタで構成したものであり、第89のキャパシタC89は、本実施の形態3に係る分配回路のキャパシタCとCを1つのキャパシタで構成したものである。キャパシタCとCは同じ接点を有する並列回路、キャパシタCとCも同じ接点を有する並列回路となることから、それぞれのキャパシタを次の数式群(4)により与える。
Figure 2007174376
つぎに、この実施の形態4に係る分配回路の動作について図面を参照しながら説明する。
ここでは、説明の便宜上、上記実施の形態端子3の場合と同様、端子1に接続された負荷抵抗R、端子2および3に接続された負荷抵抗Rを50Ωとし、また、中心周波数fを1GHz、位相差Δθを90°に選択する。そのため、数式群(3)にしたがって分配回路を構成するインダクタ、キャパシタおよび抵抗の値を求めると、L=L=L=15.9nH、L10=7.96nH、C=C=C=C=C10=1.59pF、C=3.18pF、R=200Ωとなる。さらに、数式群(4)にしたがうと、第56のキャパシタC56は3.18pF、第89のキャパシタC89は4.78pFとなる。
このように与えた分配回路のSパラメータの周波数特性は、図5と同様になる。ただし、上記実施の形態3に係る分配回路に比べて、キャパシタの個数を2つ低減できるため、回路をより小形に形成できる特徴を有する。
以上で明らかなように、この実施の形態4によれば、キャパシタの個数を低減する構成としたので、広い周波数帯域に渡り動作し且つ低損失で小形な分配回路が得られる効果を奏する。
この発明の実施の形態1に係る分配回路の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態1に係る分配回路の周波数特性(Sパラメータの周波数特性)の一例を示す図である。 この発明の実施の形態2に係る分配回路の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態3に係る分配回路の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態3に係る分配回路の周波数特性(Sパラメータの周波数特性)の一例を示す図である。 この発明の実施の形態4に係る分配回路の構成を示す回路図である。 従来の分配回路の構成を示す回路図である。 従来の分配回路の周波数特性(Sパラメータの周波数特性)の一例を示す図である。
符号の説明
1 第1の端子、2 第2の端子、3 第3の端子、C、C、C、C、C、C、C、C、C、C10、C56、C89、 キャパシタ、f 中心周波数、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L10、L12、L35 インダクタ、R、R 抵抗。

Claims (5)

  1. 第1の端子と、
    第2の端子と、
    第3の端子と、
    前記第1の端子にそれぞれの一端が並列接続されそれぞれの他端が接地された第1及び第2のインダクタと、
    前記第1の端子にそれぞれの一端が接続された第1及び第2のキャパシタと、
    前記第1及び第2のキャパシタの他端間に接続された第1の抵抗と、
    前記第1のキャパシタの他端にそれぞれの一端が並列接続されそれぞれの他端が接地された第3及び第5のインダクタと、
    前記第1のキャパシタの他端及び前記第2の端子間に接続された第4のキャパシタと、
    前記第2のキャパシタの他端に一端が接続され他端が接地された第4のインダクタと、
    前記第2のキャパシタの他端に一端が接続され他端が接地された第3のキャパシタと、
    前記第2のキャパシタの他端及び前記第3の端子間に接続された第6のインダクタと
    を備えたことを特徴とする分配回路。
  2. 前記並列接続された第1及び第2のインダクタと、前記並列接続された第3及び第5のインダクタとを、それぞれ1つのインダクタで構成した
    ことを特徴とする請求項1記載の分配回路。
  3. 第1の端子と、
    第2の端子と、
    第3の端子と、
    前記第1の端子にそれぞれの一端が並列接続されそれぞれの他端が接地された第5及び第6のキャパシタと、
    前記第1の端子にそれぞれの一端が接続された第7及び第8のインダクタと、
    前記第7及び第8のインダクタの他端間に接続された第2の抵抗と、
    前記第7のインダクタの他端に一端が接続され他端が接地された第7のキャパシタと、
    前記第7のインダクタの他端に一端が接続され他端が接地された第9のインダクタと、
    前記第7のインダクタの他端及び前記第2の端子間に接続された第10のキャパシタと、
    前記第8のインダクタの他端にそれぞれの一端が並列接続されそれぞれの他端が接地された第8及び第9のキャパシタと、
    前記第8のインダクタの他端及び前記第3の端子間に接続された第10インダクタと
    を備えたことを特徴とする分配回路。
  4. 前記並列接続された第5及び第6のキャパシタと、前記並列接続された第8及び第9のキャパシタとを、それぞれ1つのキャパシタで構成した
    ことを特徴とする請求項3記載の分配回路。
  5. 誘電体基板と、
    前記誘電体基板に形成された導体パターンと、
    前記誘電体基板に形成された接地導体とをさらに備え、
    前記誘電体基板に、端子、インダクタ、キャパシタ及び抵抗を配置して、前記端子、前記インダクタ、前記キャパシタ及び前記抵抗の間を、前記導体パターン又は前記接地導体により接続した
    ことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかに記載の分配回路。
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