JP2010011043A - Transmission line, branch line coupler, and wilkinson division circuit - Google Patents
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この発明は、マイクロ波やミリ波の高周波帯の高周波回路に使用する伝送線路、ブランチラインカプラおよびウィルキンソン分配回路に関するものである。 The present invention relates to a transmission line, a branch line coupler, and a Wilkinson distribution circuit used in a high frequency circuit of a microwave or millimeter wave high frequency band.
マイクロ波やミリ波の高周波帯において分布定数回路として機能する伝送線路は、適用される機器の小形化に伴って、プリント基板で形成されるマイクロストリップラインやストリップラインで構成されるものが多用されるようになった。マイクロストリップラインやストリップラインの伝送線路は高周波特性や再現性、コスト等の点で優れているため、方向性結合器、分配回路などの高周波回路部品も、この種の伝送線路を組み合わせることによって小形化されてきた。今日では、例えば携帯電話機に見られるように高密度実装が進められており、上記伝送線路や高周波部品も更なる小形化が求められている。
長手方向に延びる単一の伝送線路の小形化を図る方法としてとしては、図14に示すように、1本の伝送線路20の入力端子1に第1のオープンスタブ21を接続し、出力端子2に第2のオープンスタブ22を接続する技術が提案されている(例えば非特許文献1参照)。一般に、伝送線路は擬似的に並列容量成分と直列誘導成分で近似される。また、オープンスタブは一般的に容量性として機能することが知られている。したがって、図14のように、伝送線路20にオープンスタブ21,22を接続した場合、並列容量が装荷された伝送線路とみなすことができる。このため、オープンスタブによる容量成分を装荷した場合、その分の伝送線路長を短縮することで、元の単一の伝送線路と等価な特性が得られることになる。
Transmission lines that function as distributed constant circuits in the microwave and millimeter wave high-frequency bands are often used that are made up of microstrip lines and strip lines formed of printed circuit boards as the equipment to be applied is miniaturized. It became so. Microstrip lines and stripline transmission lines are superior in terms of high-frequency characteristics, reproducibility, cost, etc. High-frequency circuit components such as directional couplers and distribution circuits can also be reduced by combining this type of transmission line. It has become. Today, high-density mounting is being promoted as seen in, for example, mobile phones, and further miniaturization of the transmission line and the high-frequency components is required.
As a method of reducing the size of a single transmission line extending in the longitudinal direction, a first
しかしながら、上記のようにオープンスタブを接続して伝送線路を構成した場合、オープンスタブによる容量性と、元の単一の伝送線路の容量性では周波数特性が異なるため、広い周波数帯域に渡っては等価な特性が得られないという問題がある。 However, when a transmission line is configured by connecting open stubs as described above, the frequency characteristics differ between the capacities of the open stubs and the capacities of the original single transmission line. There is a problem that an equivalent characteristic cannot be obtained.
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、広帯域に渡って単一の伝送線路と等価な特性を持ち、小形化を可能にする伝送線路およびこの伝送線路を適用したブランチラインカプラおよびウィルキンソン分配回路を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and has a transmission line that has characteristics equivalent to a single transmission line over a wide band and enables miniaturization, and a branch line to which this transmission line is applied. The object is to obtain a coupler and a Wilkinson distribution circuit.
この発明に係る伝送線路は、入出力端子間に少なくとも2本の線路パターンを並列に接続してなるものである。 The transmission line according to the present invention is formed by connecting at least two line patterns in parallel between input and output terminals.
この発明によれば、広い周波数帯域に渡って単一の伝送線路と等価な特性を得ることができ、2本の線路パターンをメアンダ状に配置することにより、長さ方向を短縮して小形にできる。また、2本の線路パターンを長短の組み合わせにして長い方の線路パターンをメアンダ状に配置することで、線路幅を小さく、かつ長さ方向も短縮できるため小形の伝送線路を構成できる。したがって、高周波回路や高周波部品の伝送線路に適用して回路や部品の小形化が図れる。 According to the present invention, characteristics equivalent to a single transmission line can be obtained over a wide frequency band, and by arranging the two line patterns in a meander shape, the length direction can be shortened and the size can be reduced. it can. Further, by arranging the two line patterns in a long and short combination and arranging the longer line pattern in a meander shape, the line width can be reduced and the length direction can be shortened, so that a small transmission line can be configured. Therefore, the circuit and components can be miniaturized by applying to transmission lines of high-frequency circuits and high-frequency components.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による伝送線路の基本構成を示す回路図、図2は、単一の長手方向に延びる伝送線路を実施の形態1による伝送線路で置き換える方法について示す説明図である。
図1において、実施の形態1による伝送線路は、入力端子1と出力端子2間に2本の伝送線路3,4を並列に接続した構成となっている。なお、この発明の説明では、説明上の紛らわしさを解消するために、3,4等に相当する伝送線路を「線路パターン」と称することにする。
図2(a)に示すように、単一の伝送線路TL1の特性アドミタンスをYconventional、電気長を2θconventionalとし、図2(b)に示すように、この実施の形態1の2本の線路パターンTL3,TL4のそれぞれの特性アドミタンス(インピーダンスの逆数)をY1,Y2、伝送線路長を2θ1,2θ2とする。単一の伝送線路TL1と2本の線路パターンTL3,TL4からなる伝送線路が等価な特性を持っているとした場合、(1)式が成り立つ。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic configuration of a transmission line according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method for replacing a single transmission line extending in the longitudinal direction with the transmission line according to the first embodiment. It is.
In FIG. 1, the transmission line according to
As shown in FIG. 2 (a), the characteristic admittance of a single transmission line TL1 and Y Conventional, the electrical length and 2 [Theta] Conventional, as shown in FIG. 2 (b), 2 pieces of line of the first embodiment The characteristic admittances (reciprocals of impedance) of the patterns TL3 and TL4 are Y 1 and Y 2 , and the transmission line lengths are 2θ 1 and 2θ 2 . When a transmission line composed of a single transmission line TL1 and two line patterns TL3 and TL4 has equivalent characteristics, equation (1) holds.
次に、入力端子1における反射特性と、入力端子1から出力端子2への通過特性の計算結果を図3に示す。
図3(a)に、特性インピーダンスを25Ω、動作中心周波数2GHzにおける電気長を90度とした元の単一の伝送線路TL1を示す。一方、図3(b)に、元の単一の伝送線路TL1に置き換えたこの実施の形態1の伝送線路の諸元を示す。すなわち、2本の線路パターンTL3,TL4の特性インピーダンスをそれぞれ50Ω、動作中心周波数2GHzにおける電気長を90度に設定している。この条件でシミュレーションすることにより、図3(c)の反射特性、図3(d)の通過振幅、図3(e)の通過位相が得られた。実施の形態1の2本の線路パターンからなる伝送線路は、元の単一の伝送線路TL1とほぼ同じ特性になっていることがわかる。
元の単一の伝送線路を2本の線路パターンに分割することにより、それぞれの線路パターンの幅は、元の単一の伝送線路の線路幅の半分になる。この実施の形態1の伝送線路を実際に形成する場合は、線路パターン3,4を、例えば図4に示すようにメアンダ状にした配置とする。このことで、入出力端子間の長さ方向を短縮して小形な構成にできる。
Next, the calculation result of the reflection characteristic at the
FIG. 3A shows an original single transmission line TL1 having a characteristic impedance of 25Ω and an electrical length of 90 degrees at an operation center frequency of 2 GHz. On the other hand, FIG. 3B shows specifications of the transmission line according to the first embodiment, which is replaced with the original single transmission line TL1. That is, the characteristic impedances of the two line patterns TL3 and TL4 are set to 50Ω, respectively, and the electrical length at the operation center frequency of 2 GHz is set to 90 degrees. By simulating under this condition, the reflection characteristic of FIG. 3C, the passing amplitude of FIG. 3D, and the passing phase of FIG. 3E were obtained. It can be seen that the transmission line composed of the two line patterns of the first embodiment has substantially the same characteristics as the original single transmission line TL1.
By dividing the original single transmission line into two line patterns, the width of each line pattern is half the line width of the original single transmission line. When the transmission line according to the first embodiment is actually formed, the
以上のように、この実施の形態1の伝送線路は、入出力端子間に少なくとも2本の線路パターンを並列に接続し、2本の線路パターンの特性アドミタンスと電気長をそれぞれ同じ値に設定することで、広い周波数帯域に渡って単一の伝送線路と等価な特性を得ることができる。また、2本の線路パターンを、メアンダ状に配置することにより、等価な単一の伝送線路よりも長さ方向を短縮して小形にできる。したがって、高周波回路や高周波部品で用いる伝送線路に適用して回路や部品の小形化が図れる。 As described above, in the transmission line of the first embodiment, at least two line patterns are connected in parallel between the input and output terminals, and the characteristic admittance and the electrical length of the two line patterns are set to the same value, respectively. Thus, a characteristic equivalent to a single transmission line can be obtained over a wide frequency band. Further, by arranging the two line patterns in a meander shape, the length direction can be shortened to be smaller than that of an equivalent single transmission line. Therefore, the circuit and parts can be miniaturized by applying to transmission lines used in high frequency circuits and high frequency parts.
実施の形態2.
この実施の形態2による伝送線路は、実施の形態1と同様に2本の線路パターンで構成されているが、互いの線路長が異なるように設定したものである。この場合も、(1)式により、実施の形態1と同様、元の単一の伝送線路と等価な特性を持たせることができる。
The transmission line according to the second embodiment is composed of two line patterns as in the first embodiment, but is set so that the line lengths are different from each other. Also in this case, the characteristic equivalent to the original single transmission line can be given by the expression (1) as in the first embodiment.
次に、入力端子1における反射特性と、入力端子1から出力端子2への通過特性の計算結果を図5に示す。
図5(a)に、特性インピーダンスを25Ω、動作中心周波数2GHzにおける電気長を90度とした元の単一の伝送線路TL1を示す。図5(b)に、元の単一の伝送線路TL1に置き換えたこの実施の形態2の伝送線路の諸元を示す。すなわち、2本の線路パターンの一方TL31の特性インピーダンスを58Ω、動作中心周波数2GHzにおける電気長を60度に、他方TL41の特性インピーダンスを58Ω、動作中心周波数2GHzにおける電気長を120度に設定している。これらの値によりシミュレーションすることにより、図5(c)の反射特性、図5(d)の通過振幅、図5(e)の通過位相が得られた。元の単一の伝送線路TL1と、動作中心周波数2GHzにおいて同じ特性となっていることがわかる。
この実施の形態2の伝送線路の場合、2本の線路パターンの線路長を異なる値としているため、両線路パターンの幅の和は元の単一の伝送線路の幅に比べて小さくなる。また、この実施の形態2の伝送線路を実際に形成する場合は、例えば図6に示すように、短い方の線路パターン3に合わせて長い方の線路パターン4をメアンダ状にした配置とする。このことで、等価な単一の伝送線路よりも線路幅だけでなく長さ方向も短縮した小形な構成にできる。
なお、ここでは2本の線路パターンで構成する場合について示したが、さらに線路パターンの本数を増やす構成としてもよい。
Next, the calculation result of the reflection characteristic at the
FIG. 5A shows an original single transmission line TL1 having a characteristic impedance of 25Ω and an electrical length of 90 degrees at an operation center frequency of 2 GHz. FIG. 5B shows the specifications of the transmission line according to the second embodiment replaced with the original single transmission line TL1. That is, the characteristic impedance of one TL31 of the two line patterns is set to 58Ω, the electrical length at the
In the case of the transmission line according to the second embodiment, since the line lengths of the two line patterns have different values, the sum of the widths of both line patterns is smaller than the width of the original single transmission line. When the transmission line of the second embodiment is actually formed, for example, as shown in FIG. 6, the
In addition, although it showed about the case where it comprises with two line patterns here, it is good also as a structure which increases the number of line patterns further.
以上のように、この実施の形態2の伝送線路は、入出力端子間に少なくとも2本の線路パターンを並列に接続し、2本の線路パターンの特性アドミタンスを同じ値とし、電気長を互いに異なる値に設定することで、動作中心周波数で単一の伝送線路と等価な特性を得ることができ、両線路パターンの幅の和が元の単一の伝送線路の幅に比べて小さくなる。また、少なくとも長い方の線路パターンをメアンダ状に配置することで、元の単一の伝送線路よりも長さ方向を短縮し小形な構成とすることができる。したがって、高周波回路や高周波部品で用いている伝送線路に適用して回路や部品の小形化が図れる。 As described above, in the transmission line of the second embodiment, at least two line patterns are connected in parallel between the input and output terminals, the characteristic admittances of the two line patterns are set to the same value, and the electrical lengths are different from each other. By setting the value, it is possible to obtain a characteristic equivalent to a single transmission line at the operating center frequency, and the sum of the widths of both line patterns becomes smaller than the width of the original single transmission line. Further, by arranging at least the longer line pattern in a meander shape, the length direction can be shortened and the configuration can be made smaller than the original single transmission line. Therefore, the circuit and parts can be miniaturized by applying to transmission lines used in high frequency circuits and high frequency parts.
実施の形態3.
図7は、この発明の実施の形態3に係る伝送線路の基本構成を示す回路図である。図において、図1と同一な部分には同一符号を付して示す。
この実施の形態3では、線路パターン3,4のそれぞれの中心を別の線路パターン5により接続した構成としている。
上記実施の形態2のように線路長が異なる2本の線路パターンで構成した伝送線路の場合、図5に示したように動作中心周波数では元の単一の伝送線路と等価な特性となるが、高域の周波数では特性が大きくずれてしまう。これは、図8(a)に示すように、2本の線路パターンで形成されるループにより高域においてループ共振が生じるためである。このループ発振周波数は線路パターンの長さに反比例する。そこで、この実施の形態2では、2本の線路パターン3,4のそれぞれの中心を第3の線路パターン5で接続して、図8(b)に示すように2つのループを形成し、1つのループの長さを短縮している。これにより、ループ発振周波数はより高域にシフトするため、そのループ共振による特性のずれの影響が小さくなり、広帯域に渡り元の単一の伝送線路と等価な特性を得ることができる。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a basic configuration of a transmission line according to
In the third embodiment, the center of each of the
In the case of a transmission line constituted by two line patterns having different line lengths as in the second embodiment, the operation center frequency has characteristics equivalent to the original single transmission line as shown in FIG. The characteristics are greatly shifted at high frequencies. This is because, as shown in FIG. 8 (a), loop resonance occurs in a high band by a loop formed by two line patterns. This loop oscillation frequency is inversely proportional to the length of the line pattern. Therefore, in the second embodiment, the centers of the two
次に、入力端子1における反射特性と、入力端子1から出力端子2への通過特性の計算結果を図9に示す。
図9(a)に、特性インピーダンスを25Ω、動作中心周波数2GHzにおける電気長を90度とした元の単一の伝送線路TL1を示す。図9(b)に、元の単一の伝送線路TL1に置き換えた実施の形態3の伝送線路の諸元を示す。すなわち、2本の線路パターンの一方TL31(=TL311+TL312)の特性インピーダンスを55Ω、動作中心周波数2GHzにおける電気長を62度に、他方TL41(=TL411+TL412)の特性インピーダンス55Ω、動作中心周波数2GHzにおける電気長を126度にし、それぞれの中心部を接続した線路パターンTL5の特性インピーダンス55Ω、動作中心周波数2GHzにおける電気長を2度に設定している。これらの値によりシミュレーションすることにより、図9(c)の反射特性、図9(d)の通過振幅、図9(e)の通過位相が得られた。元の単一の伝送線路TL1とほぼ同じ特性になっていることがわかる。したがって、広帯域に渡り元の単一な伝送線路と等価特性を持つ伝送線路を得ることができる。なお、上記計算例では接続する線路パターンTL5の電気長が短い場合について示したが、長くてもよい。
Next, the calculation result of the reflection characteristic at the
FIG. 9A shows an original single transmission line TL1 having a characteristic impedance of 25Ω and an electrical length of 90 degrees at an operation center frequency of 2 GHz. FIG. 9B shows specifications of the transmission line according to the third embodiment, which is replaced with the original single transmission line TL1. That is, the characteristic impedance of one of the two line patterns TL31 (= TL311 + TL312) is 55Ω and the electrical length at the
この実施の形態3の伝送線路を実際に形成する場合は、例えば図10に示すように、短い方の線路パターン3に合わせて長い方の線路パターン4をメアンダ状にし、両線路パターン3,4の中心に別の線路パターン5で接続した配置とする。このことで、広帯域に渡り元の単一な伝送線路と等価特性を持ち、単一の伝送線路よりも線路幅だけでなく長さ方向も短縮した小形な構成を得ることができる。
When the transmission line according to the third embodiment is actually formed, for example, as shown in FIG. 10, the
以上のように、この実施の形態3の伝送線路は、上記実施の形態2の構成に加え、2本の線路パターンのそれぞれの中心間を別の線路パターンで接続した構成としたので、広帯域に渡り元の単一な伝送線路と等価特性が得られる。 As described above, the transmission line of the third embodiment has a configuration in which the centers of the two line patterns are connected by different line patterns in addition to the configuration of the second embodiment. Equivalent characteristics can be obtained with a single transmission line.
実施の形態4.
図11は、この発明の実施の形態4によるブランチラインカプラの構成を示す回路図である。
図11において、ブランチラインカプラは、入力端子6と通過端子7の間に伝送線路12を接続し、結合端子8とアイソレーション端子9の間に伝送線路13を接続し、入力端子6とアイソレーション端子9の間に伝送線路10を接続し、通過端子7と結合端子8に伝送線路11を接続した構成を持つ。通常のブランチラインカプラの場合、伝送線路10,11,12,13としては電気長90度の単一の伝送線路が使用されているが、この実施の形態4の場合は、図に示すように、上記実施の形態3で説明した、電気長90度とする伝送線路を使用している。そのため、通常のブランチラインカプラよりも小形にレイアウトできるという効果がある。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a structure of a branch line coupler according to
In FIG. 11, the branch line coupler connects the
なお、ここでは伝送線路10〜13のすべてを2本の線路パターンからなる伝送線路で置き換えた場合について示しているが、2つの伝送線路(例えば12,13)のみを2本の線路パターンからなる伝送線路で置き換えた構成としてもよい。また、実施の形態3による2本の線路パターン間に別の線路パターンを装荷したものを適用した場合について示したが、実施の形態1または実施の形態2に示した伝送線路で構成してもよい。
Note that, here, a case where all of the
実施の形態5.
図12は、この発明の実施の形態4によるウィルキンソン分配回路の構成を示す回路図である。
図12において、ウィルキンソン分配回路は、入力端子14と2つの分配端子15,16間にそれぞれ電気長90度の2つの伝送線路17,18を接続し、分配端子15,16間にアイソレーション抵抗19を接続した構成を持つ。通常のウィルキンソン分配回路の場合、伝送線路17,18としては電気長90度の単一の伝送線路が使用されているが、この実施の形態5の場合は、図に示すように、上記実施の形態3で説明した、電気長90度とする伝送線路が使用している。そのため、通常のウィルキンソン分配回路よりも小形にレイアウトできるという効果がある。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration of a Wilkinson distribution circuit according to
In FIG. 12, the Wilkinson distribution circuit connects two
また、図13に示すような従来のウィルキンソン分配回路ではアイソレーション抵抗の接続のために新たな伝送線路を設けているが、この実施の形態5で使用する伝送線路の場合、レイアウトに自由度があるため、伝送線路端を接近させることでアイソレーション抵抗を接続することができ、より小形になる。
なお、図12の構成では、実施の形態3による2本の線路パターン間に別の線路パターンを装荷したものを適用した場合について示したが、実施の形態1または実施の形態2に示した伝送線路で構成してもよい。
Further, in the conventional Wilkinson distribution circuit as shown in FIG. 13, a new transmission line is provided for connection of the isolation resistor. However, in the case of the transmission line used in the fifth embodiment, the layout has a degree of freedom. For this reason, the isolation resistance can be connected by bringing the transmission line end closer, and the size becomes smaller.
In the configuration of FIG. 12, the case where another line pattern loaded between two line patterns according to the third embodiment is applied, but the transmission shown in the first or second embodiment is applied. You may comprise with a track.
1,6,14 入力端子、2 出力端子、3,4,5,TL3,TL4,TL31,TL41 線路パターン、8 結合端子、9 アイソレーション端子、10〜13,17,18 伝送線路、15,16 分配端子、19 アイソレーション抵抗。 1, 6, 14 Input terminal, 2 Output terminal, 3, 4, 5, TL3, TL4, TL31, TL41 Line pattern, 8 Coupling terminal, 9 Isolation terminal, 10-13, 17, 18 Transmission line, 15, 16 Distribution terminal, 19 Isolation resistor.
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