JP2008187459A

JP2008187459A - ラットレースハイブリッド

Info

Publication number: JP2008187459A
Application number: JP2007019366A
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: 2007-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2008-08-14

Abstract

【課題】集中定数素子からなる直並列共振回路により回路を小形に構成し、且つ異なる２つの周波数帯域で動作するラットレースハイブリッドを得る。
【解決手段】第１〜第４の入出力端子１〜４と、第１〜第４の接続部５〜８と、第１〜第３の直列共振回路９〜１１と、一端を接地した第１、第２の並列共振回路１２、１３と、第３の並列共振回路１４とを設け、第１の接続部５に、第１の入出力端子１と、第１及び第２の直列共振回路９、１０の一端と、第１の並列共振回路１２の他端を接続し、第２の接続部６に、第２の入出力端子２と、第１の直列共振回路９の他端と、第３の並列共振回路１４の一端を接続し、第３の接続部７に、第３の入出力端子３と、第３の並列共振回路１４の他端と、第３の直列共振回路１１の一端を接続し、第４の接続部８に、第４の入出力端子４と、第２及び第３の直列共振回路１０、１１の他端と、第２の並列共振回路１３の他端を接続した。
【選択図】図１

Description

この発明は、マイクロ波帯やミリ波帯で使用されるラットレースハイブリッドに関するものである。

従来のラットレースハイブリッドは、４つの入出力端子と、伝送線路により構成される。これにより、第１の周波数帯と第２の周波数帯において、ラットレースハイブリッドとして動作させている（例えば、非特許文献１参照）。

Ｋ．−Ｋ．Ｍ．ＣｈｅｎｇａｎｄＦ．−Ｌ．Ｗｏｎｇ"ＡＮｏｖｅｌＲａｔＲａｃｅＣｏｕｐｌｅｒＤｅｓｉｇｎｆｏｒＤｕａｌ−ＢａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，"ＩＥＥＥＭｉｃｒｏｗ．ＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｐｏｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１５，ｎｏ．８，ｐｐ．５２１−５２３，Ａｕｇ．２００５．

従来のラットレースハイブリッドは、伝送線路を用いているため、特に低周波数帯の使用において、回路面積が大きくなってしまう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、キャパシタンスやインダクタンスといった集中定数素子からなる直並列共振回路により回路を小形に構成し、且つ異なる２つの周波数帯域において動作するラットレースハイブリッドを得るものである。

この発明に係るラットレースハイブリッドは、第１、第２、第３及び第４の入出力端子と、第１、第２、第３及び第４の接続部と、集中定数素子からなる第１、第２及び第３の直列共振回路と、集中定数素子からなり、一端を接地した第１及び第２の並列共振回路と、集中定数素子からなる第３の並列共振回路とを設け、前記第１の接続部に、前記第１の入出力端子と、前記第１及び第２の直列共振回路の一端と、前記第１の並列共振回路の他端を接続し、前記第２の接続部に、前記第２の入出力端子と、前記第１の直列共振回路の他端と、前記第３の並列共振回路の一端を接続し、前記第３の接続部に、前記第３の入出力端子と、前記第３の並列共振回路の他端と、前記第３の直列共振回路の一端を接続し、かつ前記第４の接続部に、前記第４の入出力端子と、前記第２及び第３の直列共振回路の他端と、前記第２の並列共振回路の他端を接続したものである。

この発明に係るラットレースハイブリッドは、キャパシタンスやインダクタンスといった集中定数素子からなる直並列共振回路により回路を小形に構成し、且つ異なる２つの周波数帯域において動作す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に係るラットレースハイブリッドについて図１から図３まで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に係るラットレースハイブリッドの構成を示す回路図である。なお、以降では、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、この実施の形態１に係るラットレースハイブリッドは、第１〜第４の入出力端子１〜４と、第１〜第４の接続部５〜８と、第１〜第３の直列共振回路９〜１１と、一端を接地した第１及び第２の並列共振回路１２、１３と、第３の並列共振回路１４とが設けられている。

また、図１において、第１〜第３の直列共振回路９、１０、１１は、キャパシタンスＣ_１とインダクタンスＬ_１によって構成され、一端を接地した第１及び第２の並列共振回路１２、１３は、キャパシタンスＣ_２とインダクタンスＬ_２によって構成され、第３の並列共振回路１４は、キャパシタンスＣ_３とインダクタンスＬ_３によって構成される。

図１に示すラットレースハイブリッドは、第１の接続部５に、第１の入出力端子１と、第１及び第２の直列共振回路９、１０の一端と、第１の並列共振回路１２のもう一端（他端）を接続し、第２の接続部６に、第２の入出力端子２と、第１の直列共振回路９のもう一端（他端）と、第３の並列共振回路１４の一端を接続し、第３の接続部７に、第３の入出力端子３と、第３の並列共振回路１４のもう一端（他端）と、第３の直列共振回路１１の一端を接続し、第４の接続部８に、第４の入出力端子４と、第２及び第３の直列共振回路１０、１１のもう一端（他端）と、第２の並列共振回路１３のもう一端（他端）を接続して構成される。

また、第１〜第４の入出力端子１、２、３、４には、それぞれ負荷抵抗Ｒが接続されている。

つぎに、この実施の形態１に係るラットレースハイブリッドの動作について図面を参照しながら説明する。図２及び図３は、この発明の実施の形態１に係るラットレースハイブリッドにおける伝送特性（Ｓパラメータの周波数特性）の一例を示す図である。

ラットレースハイブリッドを動作させる異なる第１の周波数帯と第２の周波数帯のそれぞれの中心周波数をｆ_１、ｆ_２とする。

中心周波数ｆ_１、ｆ_２でラットレースハイブリッドとして動作させるために、第１〜第３の直列共振回路９、１０、１１を構成するキャパシタンスＣ_１、インダクタンスＬ_１、第１及び第２の並列共振回路１２、１３を構成するキャパシタンスＣ_２、インダクタンスＬ_２、第３の並列共振回路１４を構成するキャパシタンスＣ_３、インダクタンスＬ_３を、次の数式群（１）により与える。

数式群（１）から、第１〜第３の直列共振回路９、１０、１１、並びに第１〜第３の並列共振回路１２、１３、１４の共振周波数は、中心周波数ｆ_１、ｆ_２の相乗平均値で与えられる。

ここでは、説明の便宜上、第１〜第４の入出力端子１、２、３、４に接続された負荷抵抗Ｒの値を５０Ωとし、また、第１の周波数帯の中心周波数ｆ_１を１ＧＨｚ、第２の周波数帯の中心周波数ｆ_２を２ＧＨｚに選択する。数式群（１）にしたがってラットレースハイブリッドを構成するキャパシタンスおよびインダクタンスの値を求めると、Ｃ_１＝１．１２５ｐＦ、Ｌ_１＝１１．２５４ｎＨ、Ｃ_２＝４．５０２ｐＦ、Ｌ_２＝２．８１３ｎＨ、Ｃ_３＝２．２５１ｐＦ、Ｌ_３＝５．６２７ｎＨとなる。

このようにして与えたラットレースハイブリッドのＳパラメータの周波数特性（計算値）を図２及び図３に示す。

図２では、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す。図２（ａ）〜（ｄ）において、横軸は周波数を表し、縦軸は、（ａ）では、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｜、（ｂ）では、第１の入出力端子１から第３の入出力端子３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_３１｜、（ｃ）では、第１の入出力端子１から第２、第４の入出力端子２、４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_４１｜、（ｄ）では、第１の入出力端子１から第２、第４の入出力端子２、４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_４１）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、第１及び第２の周波数帯の中心周波数ｆ_１、ｆ_２において、低反射振幅、高アイソレーション、等分配振幅、且つ０度位相差特性が確保されている様子がわかる。そのため、第１の入出力端子１から第１の周波数帯および第２の周波数帯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ラットレースハイブリッドに入力され、第３の入出力端子３へほとんど伝送されずに、第２、第４の入出力端子２、４へ０度の位相差で等分配される。

このような伝送特性は、第４の入出力端子４から高周波信号を入力した場合でも、本実施の形態１に係るラットレースハイブリッドの構成上の対称性から同様である。

また、図３では、説明の便宜上、第２の入出力端子２から高周波信号を入力した場合の伝送特性を示す。図３（ａ）〜（ｄ）において、横軸は周波数を表し、縦軸は、（ａ）では、第２の入出力端子２で反射される高周波信号の大きさ、すなわち反射振幅｜Ｓ_２２｜、（ｂ）では、第２の入出力端子２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_４２｜、（ｃ）では、第２の入出力端子２から第１、第３の入出力端子１、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_１２｜、｜Ｓ_３２｜、（ｄ）では、第２の入出力端子２から第１、第３の入出力端子１、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_３２／Ｓ_１２）を、それぞれ表す。

図３に示すＳパラメータの周波数特性から、第１及び第２の周波数帯の中心周波数ｆ_１、ｆ_２において、低反射振幅、高アイソレーション、等分配振幅、且つ１８０度位相差特性が確保されている様子がわかる。そのため、第２の入出力端子２から第１の周波数帯および第２の周波数帯の両高周波信号を入力した場合、第２の入出力端子２でほとんど反射せずにラットレースハイブリッドに入力され、第４の入出力端子４へほとんど伝送されずに、第１、第３の入出力端子１、３へ１８０度の位相差で等分配される。

このような伝送特性は、第３の入出力端子３から高周波信号を入力した場合でも、本実施の形態１に係るラットレースハイブリッドの構成上の対称性から同様である。

以上の説明から、第１の周波数帯と第２の周波数帯において、ラットレースハイブリッドとして動作することがわかる。

このようなラットレースハイブリッドは、例えばキャパシタンスおよびインダクタンス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で接続することにより、小形に構成できる。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、キャパシタンスとインダクタンスといった集中定数素子からなる直並列共振回路により回路を構成したので回路を小形に構成でき、且つ異なる２つの周波数帯域において動作するラットレースハイブリッドが得られる効果を奏する。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るラットレースハイブリッドについて図４から図６までを参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態２に係るラットレースハイブリッドの構成を示す回路図である。

図４において、この実施の形態２に係るラットレースハイブリッドは、第１〜第４の入出力端子１〜４と、第１〜第４の接続部５〜８と、第１〜第３の並列共振回路２１〜２３と、一端を接地した第１及び第２の直列共振回路２４、２５と、第３の直列共振回路２６とが設けられている。

また、図４において、第１〜第３の並列共振回路２１、２２、２３は、キャパシタンスＣ_１とインダクタンスＬ_１によって構成され、一端を接地した第１及び第２の直列共振回路２４、２５は、キャパシタンスＣ_２とインダクタンスＬ_２によって構成され、第３の直列共振回路２６は、キャパシタンスＣ_３とインダクタンスＬ_３によって構成される。

図４に示すラットレースハイブリッドは、第１の接続部５に、第１の入出力端子１と、第１及び第２の並列共振回路２１、２２の一端と、第１の直列共振回路２４のもう一端（他端）を接続し、第２の接続部６に、第２の入出力端子２と、第１の並列共振回路２１のもう一端（他端）と、第３の直列共振回路２６の一端を接続し、第３の接続部７に、第３の入出力端子３と、第３の直列共振回路２６のもう一端（他端）と、第３の並列共振回路２３の一端を接続し、第４の接続部８に、第４の入出力端子４と、第２及び第３の並列共振回路２２、２３のもう一端（他端）と、第２の直列共振回路２５のもう一端（他端）を接続して構成される。

つぎに、この実施の形態２に係るラットレースハイブリッドの動作について図面を参照しながら説明する。図５及び図６は、この発明の実施の形態２に係るラットレースハイブリッドにおける伝送特性（Ｓパラメータの周波数特性）の一例を示す図である。

中心周波数ｆ_１、ｆ_２でラットレースハイブリッドとして動作させるために、第１〜第３の並列共振回路２１、２２、２３を構成するキャパシタンスＣ_１、インダクタンスＬ_１、第１及び第２の直列共振回路２４、２５を構成するキャパシタンスＣ_２、インダクタンスＬ_２、第３の直列共振回路２６を構成するキャパシタンスＣ_３、インダクタンスＬ_３を、次の数式群（２）により与える。

数式群（２）から、第１〜第３の並列共振回路２１、２２、２３、並びに第１〜第３の直列共振回路２４、２５、２６の共振周波数は、中心周波数ｆ_１、ｆ_２の相乗平均値で与えられる。

ここでは、説明の便宜上、第１〜第４の入出力端子１、２、３、４に接続された負荷抵抗Ｒの値を５０Ωとし、また、第１の周波数帯の中心周波数ｆ_１を１ＧＨｚ、第２の周波数帯の中心周波数ｆ_２を２ＧＨｚに選択する。数式群（２）にしたがってラットレースハイブリッドを構成するキャパシタンスおよびインダクタンスの値を求めると、Ｃ_１＝２．２５１ｐＦ、Ｌ_１＝５．６２７ｎＨ、Ｃ_２＝２．２５１ｐＦ、Ｌ_２＝５．６２７ｎＨ、Ｃ_３＝１．１２５ｐＦ、Ｌ_３＝１１．２５４ｎＨとなる。

このようにして与えたラットレースハイブリッドのＳパラメータの周波数特性（計算値）を図５及び図６に示す。

図５では、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す。図５（ａ）〜（ｄ）において、横軸は周波数を表し、縦軸は、（ａ）では、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｜、（ｂ）では、第１の入出力端子１から第３の入出力端子３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_３１｜、（ｃ）では、第１の入出力端子１から第２、第４の入出力端子２、４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_４１｜、（ｄ）では、第１の入出力端子１から第２、第４の入出力端子２、４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_４１）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、第１および第２の周波数帯の中心周波数ｆ_１、ｆ_２において、低反射振幅、高アイソレーション、等分配振幅、且つ０度位相差特性が確保されている様子がわかる。そのため、第１の入出力端子１から第１の周波数帯および第２の周波数帯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ラットレースハイブリッドに入力され、第３の入出力端子３へほとんど伝送されずに、第２、第４の入出力端子２、４へ０度の位相差で等分配される。

このような伝送特性は、第４の入出力端子４から高周波信号を入力した場合でも、本実施の形態２に係るラットレースハイブリッドの構成上の対称性から同様である。

また、図６では、説明の便宜上、第２の入出力端子２から高周波信号を入力した場合の伝送特性を示す。図６（ａ）〜（ｄ）において、横軸は周波数を表し、縦軸は、（ａ）では、第２の入出力端子２で反射される高周波信号の大きさ、すなわち反射振幅｜Ｓ_２２｜、（ｂ）では、第２の入出力端子２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_４２｜、（ｃ）では、第２の入出力端子２から第１、第３の入出力端子１、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_１２｜、｜Ｓ_３２｜、（ｄ）では、第２の入出力端子２から第１、第３の入出力端子１、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_３２／Ｓ_１２）を、それぞれ表す。

図６に示すＳパラメータの周波数特性から、第１および第２の周波数帯の中心周波数ｆ_１、ｆ_２において、低反射振幅、高アイソレーション、等分配振幅、且つ１８０度位相差特性が確保されている様子がわかる。そのため、第２の入出力端子２から第１の周波数帯および第２の周波数帯の両高周波信号を入力した場合、第２の入出力端子２でほとんど反射せずにラットレースハイブリッドに入力され、第４の入出力端子４へほとんど伝送されずに、第１、第３の入出力端子１、３へ１８０度の位相差で等分配される。

このような伝送特性は、第３の入出力端子３から高周波信号を入力した場合でも、本実施の形態２に係るラットレースハイブリッドの構成上の対称性から同様である。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、キャパシタンスとインダクタンスといった集中定数素子からなる直並列共振回路により回路を構成したので回路を小形に構成でき、且つ異なる２つの周波数帯域において動作するラットレースハイブリッドが得られる効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係るラットレースハイブリッドの構成を示す回路図である。この発明の実施の形態１に係るラットレースハイブリッドにおける伝送特性（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１に係るラットレースハイブリッドにおける伝送特性（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に係るラットレースハイブリッドの構成を示す回路図である。この発明の実施の形態２に係るラットレースハイブリッドにおける伝送特性（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に係るラットレースハイブリッドにおける伝送特性（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入出力端子、２入出力端子、３入出力端子、４入出力端子、５接続部、６接続部、７接続部、８接続部、９直列共振回路、１０直列共振回路、１１直列共振回路、１２並列共振回路、１３並列共振回路、１４並列共振回路、２１並列共振回路、２２並列共振回路、２３並列共振回路、２４直列共振回路、２５直列共振回路、２６直列共振回路。

Claims

第１、第２、第３及び第４の入出力端子と、
第１、第２、第３及び第４の接続部と、
集中定数素子からなる第１、第２及び第３の直列共振回路と、
集中定数素子からなり、一端を接地した第１及び第２の並列共振回路と、
集中定数素子からなる第３の並列共振回路とを備え、
前記第１の接続部に、前記第１の入出力端子と、前記第１及び第２の直列共振回路の一端と、前記第１の並列共振回路の他端を接続し、
前記第２の接続部に、前記第２の入出力端子と、前記第１の直列共振回路の他端と、前記第３の並列共振回路の一端を接続し、
前記第３の接続部に、前記第３の入出力端子と、前記第３の並列共振回路の他端と、前記第３の直列共振回路の一端を接続し、かつ
前記第４の接続部に、前記第４の入出力端子と、前記第２及び第３の直列共振回路の他端と、前記第２の並列共振回路の他端を接続した
ことを特徴とするラットレースハイブリッド。
第１、第２、第３及び第４の入出力端子と、
第１、第２、第３及び第４の接続部と、
集中定数素子からなる第１、第２及び第３の並列共振回路と、
集中定数素子からなり、一端を接地した第１及び第２の直列共振回路と、
集中定数素子からなる第３の直列共振回路とを備え、
前記第１の接続部に、前記第１の入出力端子と、前記第１及び第２の並列共振回路の一端と、前記第１の直列共振回路の他端を接続し、
前記第２の接続部に、前記第２の入出力端子と、前記第１の並列共振回路の他端と、前
記第３の直列共振回路の一端を接続し、
前記第３の接続部に、前記第３の入出力端子と、前記第３の直列共振回路の他端と、前記第３の並列共振回路の一端を接続し、かつ
前記第４の接続部に、前記第４の入出力端子と、前記第２及び第３の並列共振回路の他端と、前記第２の直列共振回路の他端を接続した
ことを特徴とするラットレースハイブリッド。
前記第１、第２及び第３の直列共振回路、並びに前記第１、第２及び第３の並列共振回路の共振周波数は、所望の第１及び第２の周波数帯のそれぞれの中心周波数の相乗平均値で与えられる
ことを特徴とする請求項１又は２記載のラットレースハイブリッド。
前記第１、第２及び第３の直列共振回路、並びに前記第１、第２及び第３の並列共振回路は、キャパシタンスとインダクタンスにより形成した
ことを特徴とする請求項１、２又は３記載のラットレースハイブリッド。
誘電体基板と、
前記誘電体基板の表面に形成された導体パターンと、
前記誘電体基板の裏面に形成された接地導体とを備え、
前記誘電体基板の表面に、第１、第２、第３及び第４の入出力端子と、複数のキャパシタンスと、複数のインダクタンスとを配置し、
前記第１、第２、第３及び第４の入出力端子と、前記複数のキャパシタンスと、前記複数のインダクタンスとの間を、前記導体パターン及び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ラットレースハイブリッド。