JP2008054174A

JP2008054174A - ９０度ハイブリッド回路

Info

Publication number: JP2008054174A
Application number: JP2006230289A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Oshima; 毅大島; Hideyuki Saotome; 秀之早乙女; Masataka Otsuka; 昌孝大塚
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】回路面積を小形にでき、かつ、異なる２つの周波数帯域において高性能に動作する９０度ハイブリッド回路を得る。
【解決手段】同一構成からなる４つの整合回路を備え、４つの接続部５〜８のそれぞれの間に４つの伝送線路９〜１２を接続し、４つの接続部５〜８のそれぞれと４つの入出力端子１〜４のそれぞれとの間に４つの整合回路のそれぞれを接続してなる９０度ハイブリッド回路であって、４つの伝送線路９〜１２のそれぞれは、異なる２つの周波数帯の相加平均値において略１／４波長となる長さを有し、４つの整合回路のそれぞれは、異なる２つの周波数帯の相乗平均値と略同一となる共振周波数を有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波帯やミリ波帯で使用される９０度ハイブリッド回路に関するものである。

従来の９０度ハイブリッド回路は、入出力ポート１ないし４と、特性インピーダンスＺ_１、Ｚ_２の１／４波長線路と、特性インピーダンスＺ_３の１／４波長先端開放スタブあるいは１／２波長先端短絡スタブにより構成される。特性インピーダンスＺ_１、Ｚ_２の１／４波長線路により９０度ハイブリッド回路が構成され、整合回路として特性インピーダンスＺ_３の１／４波長先端開放スタブあるいは１／２波長先端短絡スタブを装荷することで、第１の周波数帯と第２の周波数帯において９０度ハイブリッド回路として動作させている。

特性インピーダンスＺ_１、Ｚ_２の１／４波長線路と、特性インピーダンスＺ_３の１／４波長先端開放スタブの長さは、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相加平均値において１／４波長となるように設定され、特性インピーダンスＺ_３の１／２波長先端短絡スタブの長さは、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相加平均値において１／２波長となるように設定されている（例えば、非特許文献１参照）。

Ｋ．−Ｋ．Ｍ．Ｃｈｅｎｇ，Ｆ．−Ｌ．Ｗｏｎｇ，"Ａｎｏｖｅｌａｐｐｒｏａｃｈｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｄｕａｌ−ｂａｎｄｃｏｍｐａｃｔｐｌａｎａｒ９０° ｂｒａｎｃｈ−ｌｉｎｅｃｏｕｐｌｅｒ，"ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｈｅｏｒｙＴｅｃｈ．，ｖｏｌ．５２，ｐｐ．２４５８−２４６３，Ｎｏｖ．２００４．

しかしながら、従来の９０度ハイブリッド回路では、整合回路として１／４波長の長さを有する特性インピーダンスＺ_３の１／４波長先端開放スタブ、あるいは１／２波長の長さを有する特性インピーダンスＺ_３の１／２波長先端短絡スタブを使用しているため、回路面積が大きくなってしまうという課題があった。

また、従来の９０度ハイブリッド回路では、９０度ハイブリッド回路として動作する第１の周波数帯および第２の周波数帯の帯域幅が狭く、例えば、現在日本国内の携帯電話に割り当てられている８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯の両周波数帯での使用においては、良好な伝送特性を確保できないという課題もあった。

本発明は前記のような課題を解決するためになされたもので、回路面積を小形にでき、かつ、異なる２つの周波数帯域において高性能に動作する９０度ハイブリッド回路を得ることを目的とする。

本発明に係る９０度ハイブリッド回路は、第１の入出力端子ないし第４の入出力端子と、第１の接続部ないし第４の接続部と、第１の伝送線路ないし第４の伝送線路と、キャパシタンスおよびインダクタンスを有する同一構成からなる４つの整合回路とを備え、第１の接続部と第２の接続部との間に第１の伝送線路が接続され、第２の接続部と第３の接続部との間に第２の伝送線路が接続され、第３の接続部と第４の接続部との間に第３の伝送線路が接続され、第４の接続部と第１の接続部との間に第４の伝送線路が接続され、第１の接続部と第１の入出力端子との間、第２の接続部と第２の入出力端子との間、第３の接続部と第３の入出力端子との間、および第４の接続部と第４の入出力端子との間のそれぞれに、４つの整合回路のそれぞれが接続された構成を有する９０度ハイブリッド回路であって、第１の伝送線路ないし第４の伝送線路は、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相加平均値において略１／４波長となる長さを有し、４つの整合回路のそれぞれは、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相乗平均値と略同一となる共振周波数を有するものである。

本発明によれば、異なる２つの周波数帯の相加平均値において１／４波長の長さを有する伝送線路と、異なる２つの周波数帯の相乗平均値と同一の共振周波数を有する直列共振回路および並列共振回路からなる整合回路を、キャパシタンスとインダクタンスとで構成することにより、回路面積を小形にでき、かつ、異なる２つの周波数帯域において高性能に動作する９０度ハイブリッド回路を得ることができる。

以下、本発明の９０度ハイブリッド回路の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る９０度ハイブリッド回路の構成を示す回路図である。図１の９０度ハイブリッド回路は、４つの入出力端子として、第１の入出力端子１、第２の入出力端子２、第３の入出力端子３、第４の入出力端子４を備えている。また、４つの接続部として、第１の接続部５、第２の接続部６、第３の接続部７、第４の接続部８を備えている。また、４つの伝送線路として、第１の伝送線路９、第２の伝送線路１０、第３の伝送線路１１、第４の伝送線路１２を備えている。

さらに、４つの整合回路１３を備えており、その詳細な回路について、次に説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る９０度ハイブリッド回路に含まれる整合回路１３の詳細な構成を示す回路図である。本発明における整合回路１３は、第１の整合回路による１段の整合回路、あるいは第１の整合回路から第Ｎの整合回路（Ｎは２以上の整数）までのＮ段の整合回路を直列接続することにより構成される。図２には、Ｎ段の整合回路が直列接続される様子が例示的に記載されており、さらに、第１の整合回路１４、第２の整合回路１５、第３の整合回路１６の３つの整合回路の詳細な回路構成が記載されている。

ここで、第１の整合回路１４は、一端が接地された第１の直列共振回路１４ｂで構成されている。また、第２の整合回路１５は、第２の並列共振回路１５ａと第２の直列共振回路１５ｂとを直列接続して構成され、第２の並列共振回路１５ａの一端が第１の整合回路１４に接続され、第２の直列共振回路１５ｂの一端が第３の整合回路１６に接続されている。

さらに、第３の整合回路１６は、一端が接地された第３の並列共振回路１６ａの他端と一端が接地された第３の直列共振回路１６ｂの他端とを接続して構成されている。そして、整合回路１３における第１の整合回路１４側が第１の接続部５〜第４の接続部８に接続され、第３の整合回路１６側が第１の入出力端子１〜第４の入出力端子４にそれぞれ接続される。

図１に示す９０度ハイブリッド回路は、第１の接続部５と第２の接続部６との間に第１の伝送線路９が接続され、第２の接続部６と第３の接続部７との間に第２の伝送線路１０が接続され、第３の接続部７と第４の接続部８との間に第３の伝送線路１１が接続され、さらに、第４の接続部８と第１の接続部５との間に第４の伝送線路１２が接続されている。

また、図２に示した整合回路１３を、第１の接続部５と第１の入出力端子１との間、第２の接続部６と第２の入出力端子２との間、第３の接続部７と第３の入出力端子３との間、および第４の接続部８と第４の入出力端子４との間の４箇所に配置している。さらに、第１の入出力端子１〜第４の入出力端子４には、それぞれ負荷抵抗Ｒ_ｇが接続される。

また、図１に示す９０度ハイブリッド回路において、第１の伝送線路９および第３の伝送線路１１の特性インピーダンスをＺｃ１とし、第２の伝送線路１０および第４の伝送線路１２の特性インピーダンスをＺｃ２とする。

図２に示す整合回路１３において、１段目である第１の整合回路１４に含まれる第１の直列共振回路１４ｂは、第１の直列共振用キャパシタンスＣ_１と第１の直列共振用インダクタンスＬ_１とから構成されている。また、２段目である第２の整合回路１５に含まれる第２の並列共振回路１５ａは、第２の並列共振用キャパシタンスＣ_２ ^ａと第２の並列共振用インダクタンスＬ_２ ^ａとから構成され、第２の直列共振回路１５ｂは、第２の直列共振用キャパシタンスＣ_２ ^ｂと第２の直列共振用インダクタンスＬ_２ ^ｂとから構成されている。

さらに、３段目である第３の整合回路１６に含まれる第３の並列共振回路１６ａは、第３の並列共振用キャパシタンスＣ_３ ^ａと第３の並列共振用インダクタンスＬ_３ ^ａとから構成され、第３の直列共振回路１６ｂは、第３の直列共振用キャパシタンスＣ_３ ^ｂと第３の直列共振用インダクタンスＬ_３ ^ｂとから構成されている。

なお、図２に示す整合回路１３において、第３の整合回路１６より先に接続される４段目以降の整合回路も、キャパシタンスとインダクタンスからなる直列共振回路あるいは並列共振回路により構成される。そこで、２段目以降の第ｉ（ｉ＝２、３、・・・、Ｎ）の整合回路の並列共振回路の第ｉの並列共振用キャパシタンスをＣ_ｉ ^ａ、第ｉの並列共振用インダクタンスをＬ_ｉ ^ａとし、第ｉの整合回路の直列共振回路の第ｉの直列共振用キャパシタンスをＣ_ｉ ^ｂ、第ｉの直列共振用インダクタンスをＬ_ｉ ^ｂとする。

次に、この実施の形態１に係る９０度ハイブリッド回路の動作について説明する。
まず、９０度ハイブリッド回路として動作させる２つの周波数帯域のうち、低い方の周波数帯域を第１の周波数帯とし、高い方の周波数帯域を第２の周波数帯とする。ここでは、第１の周波数帯の下端の周波数をｆ_１ ^Ｌ、上端の周波数をｆ_２ ^Ｌとし、下端の周波数ｆ_１ ^Ｌと上端の周波数ｆ_２ ^Ｌの間の周波数をｆ_０ ^Ｌとする。また、第２の周波数帯の下端の周波数をｆ_１ ^Ｈ、上端の周波数をｆ_２ ^Ｈとし、下端の周波数ｆ_１ ^Ｈと上端の周波数ｆ_２ ^Ｈの間の周波数をｆ_０ ^Ｈとする。

さらに、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂ、第ｉ（ｉ＝２、３、・・・、Ｎ）の整合回路を構成する直列共振回路および並列共振回路の共振周波数をｆ_０とする。

この時、前記の周波数ｆ_１ ^Ｌ、ｆ_０ ^Ｌ、ｆ_２ ^Ｌ、ｆ_０、ｆ_１ ^Ｈ、ｆ_０ ^Ｈ、ｆ_２ ^Ｈを、下式（１）を満足するように設定する。

上式（１）の上から１〜３番目の数式に示すように、整合回路を構成する直列共振回路および並列共振回路の共振周波数ｆ_０は、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相乗平均値として与える。

一方、第１の伝送線路９〜第４の伝送線路１２の長さは、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相加平均値において、１／４波長となるように設定する。具体的には、第１の周波数帯の下端の周波数ｆ_１ ^Ｌと第２の周波数帯の上端の周波数ｆ_２ ^Ｈの相加平均値において、１／４波長となるように与える。

次に、第１の伝送線路９〜第４の伝送線路１２の特性インピーダンスＺ_ｃ１あるいはＺ_ｃ２の値、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂの第１の直列共振用キャパシタンスＣ_１と第１の直列共振用インダクタンスＬ_１の値、および第ｉ（ｉ＝２、３、・・・、Ｎ）の整合回路を構成する並列共振回路の第ｉの並列共振用キャパシタンスＣ_ｉ ^ａと第ｉの並列共振用インダクタンスＬ_ｉ ^ａの値、直列共振回路の第ｉの直列共振用キャパシタンスＣ_ｉ ^ｂと第ｉの直列共振用インダクタンスＬ_ｉ ^ｂの値を、整合回路の段数Ｎに応じて、段数Ｎが奇数ならば下式（２）により与える。

また、段数Ｎが偶数ならば下式（３）により与える。

ただし、上式（２）、（３）において、係数ｍと係数ｗは、下式（４）により与える。

また、上式（２）、（３）において、係数ｇ_ｉ（ｉ＝２、３、・・・、Ｎ）と係数ｇ_Ｎ＋１の値は、文献（Ｇ．Ｍａｔｔｈａｅｉ，Ｌ．Ｙｏｕｎｇ，ａｎｄＥ．Ｍ．Ｔ．Ｊｏｎｅｓ：Ｍｉｃｒｏｗａｖｅｆｉｌｔｅｒｓ，ｉｍｐｅｄａｎｃｅ−ｍａｔｃｈｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋｓ，ａｎｄｃｏｕｐｌｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ＡｒｔｅｃｈＨｏｕｓｅ，ＮｅｗＹｏｒｋ，１９８０．）において示されている方法を利用して求めることができる。

算出方法を要約すると、下記の通りである。係数ｇ_ｉ（ｉ＝２、３、・・・、Ｎ）と係数ｇ_Ｎ＋１は、下式（５）のように与えられる。

上式（５）において、係数Ｈは、チェビシェフリップル、係数δは、ｄｅｃｒｅｍｅｎｔを表す。この実施の形態１に係る９０度ハイブリッド回路では、係数δを下式（６）のように与える。

また、第１の周波数帯および第２の周波数帯における反射振幅の最大値｜Γ｜_ｍａｘは、下式（７）により求められる。

上式（５）、（７）から、第１の周波数帯および第２の周波数帯における反射振幅の最大値｜Γ｜_ｍａｘは、係数δ、整合回路の段数Ｎ、チェビシェフリップルＨにより表される。係数δと段数Ｎの各値を固定すると、第１の周波数帯および第２の周波数帯における反射振幅の最大値｜Γ｜_ｍａｘは、チェビシェフリップルＨの値のみに依存する。

この実施の形態１に係る９０度ハイブリッド回路では、第１の周波数帯および第２の周波数帯における反射を抑制するために、チェビシェフリップルＨの値を、第１の周波数帯および第２の周波数帯における反射振幅の最大値｜Γ｜_ｍａｘが最小になるように選択する。

前記にしたがって、係数ｇ_ｉ（ｉ＝２、３、・・・、Ｎ）とｇ_Ｎ＋１の値を求めて、整合回路の段数Ｎの偶奇に応じて、式（２）、（４）あるいは式（３）、（４）に代入することで、第１の伝送線路９〜第４の伝送線路１２の特性インピーダンスＺ_ｃ１あるいはＺ_ｃ２の値、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂの第１の直列共振用キャパシタンスＣ_１と第１の直列共振用インダクタンスＬ_１の値、第ｉ（ｉ＝２、３、・・・、Ｎ）の整合回路を構成する並列共振回路の第ｉの並列共振用キャパシタンスＣ_ｉ ^ａと第ｉの並列共振用インダクタンスＬ_ｉ ^ａの値、直列共振回路の第ｉの直列共振用キャパシタンスＣ_ｉ ^ｂと第ｉの直列共振用インダクタンスＬ_ｉ ^ｂの値を決定することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相加平均値において１／４波長の長さを有する伝送線路と、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相乗平均値と同一の共振周波数を有する直列共振回路および並列共振回路からなる整合回路を、キャパシタンスとインダクタンスとにより構成したので、回路面積を小形にでき、かつ、異なる２つの周波数帯域において高性能に動作する９０度ハイブリッド回路を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態２以降では、所望の伝送特性を有する９０度ハイブリッド回路の設計について、具体的に説明する。
図３は、本発明の実施の形態２に係る９０度ハイブリッド回路における整合回路の構成を示す回路図である。本実施の形態２における整合回路１３は、先の実施の形態１の図２に示した整合回路１３を、第１の整合回路１４のみの１段で構成したものである。図３において、図２と同符号は、同一または相当部分を示すものであり、説明を省略する。

次に、図３の構成を有する整合回路の伝送特性を具体的に説明する。
説明の便宜上、整合回路の段数Ｎを１にするとともに、第１の入出力端子１〜第４の入出力端子４に接続される負荷抵抗Ｒ_ｇを５０Ωに設定する。また、９０度ハイブリッド回路として動作させる２つの周波数帯域として、日本国内の携帯電話に割り当てられている８００ＭＨｚ帯（８１０〜９５８ＭＨｚ）と２ＧＨｚ帯（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）を想定する。

ここでは、第１の周波数帯の下端の周波数ｆ_１ ^Ｌを８１０ＭＨｚ、第２の周波数帯の上端の周波数ｆ_２ ^Ｈを２１７０ＭＨｚに設定する。さらに、前記の２ＧＨｚ帯より８００ＭＨｚ帯の方が、周波数比帯域幅が大きいことから、両周波数帯において良好な伝送特性を確保するために、第１の周波数帯の上端の周波数ｆ_２ ^Ｌを９５８ＭＨｚに設定する。

これら周波数ｆ_１ ^Ｌ＝８１０ＭＨｚ、ｆ_２ ^Ｌ＝９５８ＭＨｚ、ｆ_２ ^Ｈ＝２１７０ＭＨｚを、上式（１）に代入すると、残りの４つの周波数が求められる。具体的には、第１の周波数帯の下端と上端の間の周波数ｆ_０ ^Ｌは８８８ＭＨｚ、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂの共振周波数ｆ_０は１３２６ＭＨｚ、第２の周波数帯の下端の周波数は１８３５ＭＨｚ、第２の周波数帯の下端と上端の間の周波数ｆ_０ ^Ｈは１９８０ＭＨｚとなる。

従って、第１の伝送線路９〜第４の伝送線路１２の長さは、第１の周波数帯の下端の周波数ｆ_１ ^Ｌ＝８１０ＭＨｚと第２の周波数帯の上端の周波数ｆ_２ ^Ｈ＝２１７０ＭＨｚの相加平均値：１４９０ＭＨｚにおいて、１／４波長となるように設定する。

前記の周波数ｆ_１ ^Ｌ＝８１０ＭＨｚ、ｆ_２ ^Ｌ＝９５８ＭＨｚ、ｆ_０＝１３２６ＭＨｚ、ｆ_１ ^Ｈ＝１８３５ＭＨｚ、ｆ_２ ^Ｈ＝２１７０ＭＨｚを、上式（４）、（６）に代入すると、係数ｍは０．８２４、係数ｗは０．３６４、係数δは１．４４７と求まる。

係数δ＝１．４４７と整合回路の段数Ｎ＝１の各値を、上式（５）、（７）に代入して、前記の第１の周波数帯および第２の周波数帯における反射振幅の最大値｜Γ｜_ｍａｘが最小となるチェビシェフリップルＨを求めると、１．０９７となる。そして、係数δ＝１．４４７、整合回路の段数Ｎ＝１、およびチェビシェフリップルＨ＝１．０９７の各値を上式（５）に代入すると、係数ｇ_２＝０．８２３と求まる。

さらに、前記の負荷抵抗Ｒ_ｇ＝５０Ω、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂの共振周波数ｆ_０＝１３２６ＭＨｚ、係数ｍ＝０．８２４、係数ｗ＝０．３６４、およびｇ_２＝０．８２３の各値を、整合回路の段数Ｎを１（奇数）としていることから、上式（２）に代入する。

この結果、第１の伝送線路９および第３の伝送線路１１の特性インピーダンスＺ_ｃ１、第２の伝送線路１０および第４の伝送線路１２の特性インピーダンスＺ_ｃ２、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂの第１の直列共振用キャパシタンスＣ_１、第１の直列共振用インダクタンスＬ_１の値は、それぞれＺ_ｃ１＝４２．９８Ω、Ｚ_ｃ２＝６０．７８Ω、Ｃ_１＝２．５４ｐＦ、Ｌ_１＝５．６７ｎＨと求まる。

このように、第１の直列共振用キャパシタンスＣ_１と第１の直列共振用インダクタンスＬ_１の各値から、第１の直列共振回路１４ｂの共振周波数は、１３２６ＭＨｚとなり、前記のｆ_０の値と一致する。

次に、このようにして各素子の値が決定された整合回路の周波数特性について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態２において、図３の整合回路を用いた場合の９０度ハイブリッド回路の伝送特性を表すＳパラメータの一例を示す説明図である。図４においては、説明の便宜上、第１の入出力端子１から高周波信号を入力した場合の伝送特性を示している。

図４（ａ）は、第１の入出力端子１で反射される高周波信号の大きさ、すなわち、反射振幅｜Ｓ_１１｜の周波数特性を示したものである。図４（ｂ）は、第１の入出力端子１から第４の入出力端子４へ伝送される高周波信号の大きさ、すなわち、アイソレーション｜Ｓ_４１｜の周波数特性を示したものである。

図４（ｃ）は、第１の入出力端子１から第２の入出力端子２および第３の入出力端子３へ分配される高周波信号の大きさ、すなわち、分配振幅｜Ｓ_２１｜、｜Ｓ_３１｜の周波数特性を示したものである。さらに、図４（ｄ）は、第１の入出力端子１から第２の入出力端子２および第３の入出力端子３へ分配される高周波信号の位相差、すなわち、分配位相差∠（Ｓ_２１／Ｓ_３１）の周波数特性を示したものである。

また、図４（ａ）〜（ｄ）において、一点鎖線は、想定した８００ＭＨｚ帯（８１０〜９５８ＭＨｚ）と２ＧＨｚ帯（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）のそれぞれの帯域端の周波数を表す。

図４（ａ）〜（ｄ）に示すＳパラメータの周波数特性から、８００Ｍｚ帯および２ＧＨｚ帯において、低反射振幅、高アイソレーション、等分配振幅、かつ９０度位相差特性が確保されており、９０度ハイブリッドとして動作している様子がわかる。

そのため、第１の入出力端子１から、８００ＭＨｚ帯（８１０〜９５８ＭＨｚ）および２ＧＨｚ帯（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）の両高周波信号を入力した場合、第１の入出力端子１でほとんど反射せずに９０度ハイブリッド回路へ入力され、第４の入出力端子４へほとんど分配されずに、第２の入出力端子２および第３の入出力端子３へ９０度の位相差で等分配される。

このような伝送特性は、第２の入出力端子２、第３の入出力端子３、あるいは第４の入出力端子４のいずれから高周波信号を入力した場合でも、本実施の形態１による９０度ハイブリッド回路の構成上の対称性から同様となる。

以上のように、実施の形態２によれば、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相加平均値において１／４波長の長さを有する伝送線路と、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相乗平均値と同一の共振周波数を有する直列共振回路からなる１段の整合回路を、キャパシタンスとインダクタンスとにより構成している。この結果、回路面積を小形にでき、かつ、異なる２つの周波数帯域において動作する９０度ハイブリッド回路を得ることができる。

実施の形態３．
先の実施の形態２では、整合回路１３を第１の整合回路１４のみの１段で構成した場合の９０度ハイブリッド回路について説明した。本実施の形態３では、整合回路１３を第１の整合回路１４および第２の整合回路１５の２段で構成した場合の９０度ハイブリッド回路について説明する。

図５は、本発明の実施の形態３に係る９０度ハイブリッド回路における整合回路の構成を示す回路図である。本実施の形態３における整合回路１３は、先の実施の形態１の図２に示した整合回路１３を、第１の整合回路１４および第２の整合回路１５の２段で構成したものである。図５において、図２と同符号は、同一または相当部分を示すものであり、説明を省略する。

次に、図５の構成を有する整合回路の伝送特性を具体的に説明する。
説明の便宜上、整合回路の段数Ｎを２にするとともに、第１の入出力端子１〜第４の入出力端子４に接続される負荷抵抗Ｒ_ｇを５０Ωに設定する。また、９０度ハイブリッド回路として動作させる２つの周波数帯域として、日本国内の携帯電話に割り当てられている８００ＭＨｚ帯（８１０〜９５８ＭＨｚ）と２ＧＨｚ帯（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）を想定する。

これら周波数ｆ_１ ^Ｌ＝８１０ＭＨｚ、ｆ_２ ^Ｌ＝９５８ＭＨｚ、ｆ_２ ^Ｈ＝２１７０ＭＨｚを、上式（１）に代入すると、残りの４つの周波数が求められる。具体的には、第１の周波数帯の下端と上端の間の周波数ｆ_０ ^Ｌは８８８ＭＨｚ、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂおよび第２の整合回路１５を構成する第２の直列共振回路１５ｂ、第２の並列共振回路１５ａの共振周波数ｆ_０は１３２６ＭＨｚ、第２の周波数帯の下端の周波数は１８３５ＭＨｚ、第２の周波数帯の下端と上端の間の周波数ｆ_０ ^Ｈは１９８０ＭＨｚとなる。

係数δ＝１．４４７と整合回路の段数Ｎ＝２の各値を、上式（５）、（７）に代入して、前記の第１の周波数帯および第２の周波数帯における反射振幅の最大値｜Γ｜_ｍａｘが最小となるチェビシェフリップルＨを求めると、１．００８となる。そして、係数δ＝１．４４７、整合回路の段数Ｎ＝２、およびチェビシェフリップルＨ＝１．００８の各値を上式（５）に代入すると、係数ｇ_２＝０．４６８、ｇ_３＝１．２１６と求まる。

さらに、前記の負荷抵抗Ｒ_ｇ＝５０Ω、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂおよび第２の整合回路１５を構成する第２の直列共振回路１５ｂ、第２の並列共振回路１５ａの共振周波数ｆ_０＝１３２６ＭＨｚ、係数ｍ＝０．８２４、係数ｗ＝０．３６４、およびｇ_２＝０．８２３、ｇ_３＝１．２１６の各値を、整合回路の段数Ｎを２（偶数）としていることから、上式（３）に代入する。

この結果、第１の伝送線路９および第３の伝送線路１１の特性インピーダンスＺ_ｃ１、および第２の伝送線路１０および第４の伝送線路１２の特性インピーダンスＺ_ｃ２は、それぞれＺ_ｃ１＝４２．９８Ω、Ｚ_ｃ２＝６０．７８Ωと求まる。

同様に、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂの第１の直列共振用キャパシタンスＣ_１と第１の直列共振用インダクタンスＬ_１の値、第２の整合回路１５を構成する第２の並列共振回路１５ａの第２の並列共振用キャパシタンスＣ_２ ^ａと第２の並列共振用インダクタンスＬ_２ ^ａの値、第２の直列共振回路１５ｂの第２の直列共振用キャパシタンスＣ_２ ^ｂと第２の直列共振用インダクタンスＬ_２ ^ｂの値は、それぞれＣ_１＝２．５４ｐＦ、Ｌ_１＝５．６７ｎＨ、Ｃ_２ ^ａ＝２．２７ｐＦ、Ｌ_２ ^ａ＝６．３５ｎＨ、Ｃ_２ ^ｂ＝１．５４ｐＦ、Ｌ_２ ^ｂ＝９．３６ｎＨと求まる。

このように、第１の直列共振用キャパシタンスＣ_１と第１の直列共振用インダクタンスＬ_１、第２の並列共振用キャパシタンスＣ_２ ^ａと第２の並列共振用インダクタンスＬ_２ ^ａ、および第２の直列共振用キャパシタンスＣ_２ ^ｂと第２の直列共振用インダクタンスＬ_２ ^ｂの各値から、第１の直列共振回路１４ｂ、第２の並列共振回路１５ａ、および第２の直列共振回路１５ｂのそれぞれの共振周波数は１３２６ＭＨｚとなり、前記のｆ_０の値と一致する。

次に、このようにして各素子の値が決定された９０度ハイブリッド回路の周波数特性について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態３において、図５の整合回路を用いた場合の９０度ハイブリッド回路の伝送特性を表すＳパラメータの一例を示す説明図である。

図６においては、説明の便宜上、第１の入出力端子１から高周波信号を入力した場合の伝送特性を示している。さらに、図６（ａ）〜（ｄ）において、一点鎖線は、想定した８００ＭＨｚ帯（８１０〜９５８ＭＨｚ）と２ＧＨｚ帯（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）のそれぞれの帯域端の周波数を表す。

図６（ａ）〜（ｄ）に示すＳパラメータの周波数特性から、８００Ｍｚ帯および２ＧＨｚ帯において、低反射振幅、高アイソレーション、等分配振幅、かつ９０度位相差特性が確保されており、９０度ハイブリッドとして動作している様子がわかる。さらに、本実施の形態３においては、整合回路の段数Ｎを増やしたことにより、実施の形態２における１段の整合回路を有する９０度ハイブリッド回路と比較して、より高性能に動作している様子がわかる。

以上のように、実施の形態３によれば、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相加平均値において１／４波長の長さを有する伝送線路と、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相乗平均値と同一の共振周波数を有する直列共振回路および並列共振回路からなる整合回路を、キャパシタンスとインダクタンスとにより構成している。この結果、回路面積を小形にでき、かつ、異なる２つの周波数帯域において、さらに高性能に動作する９０度ハイブリッド回路を得ることができる。

なお、上述の実施の形態２、３においては、１段および２段の整合回路における具体的な設計例を示したが、Ｎ＝３段以上の整合回路においても、同様の設計を施すことにより、回路面積を小形にでき、かつ、異なる２つの周波数帯域において、さらに高性能に動作する９０度ハイブリッド回路を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る９０度ハイブリッド回路の構成を示す回路図である。本発明の実施の形態１に係る９０度ハイブリッド回路に含まれる整合回路の詳細な構成を示す回路図である。本発明の実施の形態２に係る９０度ハイブリッド回路における整合回路の構成を示す回路図である。本発明の実施の形態２において、図３の整合回路を用いた場合の９０度ハイブリッド回路の伝送特性を表すＳパラメータの一例を示す説明図である。本発明の実施の形態３に係る９０度ハイブリッド回路における整合回路の構成を示す回路図である。本発明の実施の形態３において、図５の整合回路を用いた場合の９０度ハイブリッド回路の伝送特性を表すＳパラメータの一例を示す説明図である。

符号の説明

１第１の入出力端子、２第２の入出力端子、３第３の入出力端子、４第４の入出力端子、５第１の接続部、６第２の接続部、７第３の接続部、８第４の接続部、９第１の伝送線路、１０第２の伝送線路、１１第３の伝送線路、１２第４の伝送線路、１３整合回路、１４第１の整合回路、１４ｂ第１の直列共振回路、１５第２の整合回路、１５ａ第２の並列共振回路、１５ｂ第２の直列共振回路、１６第３の整合回路、１６ａ第３の並列共振回路、１６ｂ第３の直列共振回路。

Claims

第１の入出力端子ないし第４の入出力端子と
第１の接続部ないし第４の接続部と、
第１の伝送線路ないし第４の伝送線路と、
キャパシタンスおよびインダクタンスを有する同一構成からなる４つの整合回路と
を備え、
前記第１の接続部と前記第２の接続部との間に前記第１の伝送線路が接続され、前記第２の接続部と前記第３の接続部との間に前記第２の伝送線路が接続され、前記第３の接続部と前記第４の接続部との間に前記第３の伝送線路が接続され、前記第４の接続部と前記第１の接続部との間に前記第４の伝送線路が接続され、前記第１の接続部と前記第１の入出力端子との間、前記第２の接続部と前記第２の入出力端子との間、前記第３の接続部と前記第３の入出力端子との間、および前記第４の接続部と前記第４の入出力端子との間のそれぞれに、前記４つの整合回路のそれぞれが接続された構成を有する９０度ハイブリッド回路であって、
前記第１の伝送線路ないし第４の伝送線路は、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相加平均値において略１／４波長となる長さを有し、
前記４つの整合回路のそれぞれは、前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯の相乗平均値と略同一となる共振周波数を有する
ことを特徴とする９０度ハイブリッド回路。
請求項１に記載の９０度ハイブリッド回路において、
前記４つの整合回路のそれぞれは、
第１の直列共振用キャパシタンスおよび第１の直列共振用インダクタンスを直列接続し、一端が接地された第１の直列共振回路で構成された第１の整合回路であり、前記第１の直列共振回路の共振周波数を前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯の相乗平均値と略同一とする
ことを特徴とする９０度ハイブリッド回路。
請求項１に記載の９０度ハイブリッド回路において、
前記４つの整合回路のそれぞれは、
第１の直列共振用キャパシタンスおよび第１の直列共振用インダクタンスを直列接続し、一端が接地された第１の直列共振回路で構成された第１の整合回路と、第２の直列共振用キャパシタンスおよび第２の直列共振用インダクタンスを直列接続した第２の直列共振回路、および第２の並列共振用キャパシタンスおよび第２の並列共振用インダクタンスを並列接続した第２の並列共振回路を従属接続して構成された第２の整合回路とを有し、前記第１の整合回路および前記第２の整合回路を直列接続して構成され、前記第１の直列共振回路、前記第２の直列共振回路および前記第２の並列共振回路のそれぞれの共振周波数を前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯の相乗平均値と略同一とする
ことを特徴とする９０度ハイブリッド回路。
請求項１に記載の９０度ハイブリッド回路において、
前記４つの整合回路のそれぞれは、
第１の直列共振用キャパシタンスおよび第１の直列共振用インダクタンスを直列接続し、一端が接地された第１の直列共振回路で構成された第１の整合回路と、第２の直列共振用キャパシタンスおよび第２の直列共振用インダクタンスを直列接続した第２の直列共振回路、および第２の並列共振用キャパシタンスおよび第２の並列共振用インダクタンスを並列接続した第２の並列共振回路を従属接続して構成された第２の整合回路と、第３の直列共振用キャパシタンスおよび第３の直列共振用インダクタンスを直列接続し、一端が接地された第３の直列共振回路、および第３の並列共振用キャパシタンスおよび第３の並列共振用インダクタンスを並列接続し、一端が接地された第３の並列共振回路を従属接続して構成された第３の整合回路とを有し、前記第１の整合回路、前記第２の整合回路および前記第３の整合回路を直列接続して構成され、前記第１の直列共振回路、前記第２の直列共振回路、前記第３の直列共振回路、前記第２の並列共振回路および前記第３の並列共振回路のそれぞれの共振周波数を前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯の相乗平均値と略同一とする
ことを特徴とする９０度ハイブリッド回路。
請求項１に記載の９０度ハイブリッド回路において、
前記４つの整合回路のそれぞれは、
第１の直列共振用キャパシタンスおよび第１の直列共振用インダクタンスを直列接続し、一端が接地された第１の直列共振回路で構成された第１の整合回路と、第ｊの直列共振用キャパシタンスおよび第ｊの直列共振用インダクタンスを直列接続した第ｊの直列共振回路、および第ｊの並列共振用キャパシタンスおよび第ｊの並列共振用インダクタンスを並列接続した第ｊの並列共振回路を従属接続して構成された第ｊの整合回路（ｊ＝２、４、６、・・・で表される偶数）と、第ｋの直列共振用キャパシタンスおよび第ｋの直列共振用インダクタンスを直列接続し、一端が接地された第ｋの直列共振回路、および第ｋの並列共振用キャパシタンスおよび第ｋの並列共振用インダクタンスを並列接続し、一端が接地された第ｋの並列共振回路を従属接続して構成された第ｋの整合回路（ｋ＝３、５、７、・・・で表される奇数）とを有し、前記第１の整合回路に前記第ｊの整合回路と前記第ｋの整合回路とを交互に順番に直列接続して構成され、前記第１の直列共振回路、前記第ｊの直列共振回路、前記第ｋの直列共振回路、前記第ｊの並列共振回路、および前記第ｋの並列共振回路のそれぞれの共振周波数を前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯の相乗平均値と略同一とする
ことを特徴とする９０度ハイブリッド回路。