JP2011199368A

JP2011199368A - 電力分配器

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Publication number: JP2011199368A
Application number: JP2010060955A
Authority: JP
Inventors: Naoki Iso; 直樹磯
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-03-17
Also published as: JP5346853B2

Abstract

【課題】電力分配器を小型化する。
【解決手段】背面にグランドパターンを形成した誘電体基板１の表面に形成する導体線路２における分岐部と抵抗結合部間の分岐路部を誘電体基板の辺（外縁）と近接した位置で該辺と並行となる直線状の外側路部２ｃ１，２ｃ２，２ｄ１，２ｄ２と内側路部２ｃ３，２ｄ３と内外連結路部２ｃ４，２ｃ５，２ｄ４，２ｄ５に区分し、前記外側路部は前記誘電体基板の辺と近接した位置で該辺と並行するように位置させ、前記内側路部は前記誘電体基板において前記外側路部よりも内側に位置させ、前記外側路部と内側路部を前記内外連結路部により電気的に直列に繋げてミアンダ状に形成することにより、外側路部と誘電体基板の辺との間の距離を短縮可能にする。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線通信等に用いられる高周波信号を複数の高周波信号に分配する電力分配器に関する。

従来の電力分配器として、導体線路（マイクロストリップライン）を用いた伝送線路型（ウイルキンソン型）の電力分配器が知られている（特許文献１、２）。

このウイルキンソン型の電力分配器は、図１に示すように、誘電体基板１と、この誘電体基板１の一方の面（図１では背面）に形成されたグランドパターン（図示省略）と、この誘電体基板１の他方の面（図１では表面）に形成された導体線路２を備える。

導体線路２は、入力ポート２ａから分岐部２ｂ、誘電体基板１の両側の辺（外縁）に沿って伸びる２つの分岐路部２ｃ，２ｄ、前記分岐路部２ｃ，２ｄ間を接続する抵抗結合部２ｅ、出力ポート２ｆ，２ｇの順に繋がる構成である。この導体線路２の線路長は、分岐部２ｂから抵抗結合部２ｅまで（つまり、各分岐路部２ｃ，２ｄの長さ）がλ／４である。

このような電力分配器は、例えば、高周波で無線通信を行う無線端末等の機器に搭載される。

特開２００１−２８５０７号公報特許第２６８２７３７号公報

このような電力分配器を搭載する機器は小型化が望まれていることから、電力分配器もより一層の小型化が望まれている。

本発明の目的は、より小型の電力分配器を実現することにある。

本発明は、誘電体基板と、前記誘電体基板の背面に形成されたグランドパターンと、前記誘電体基板の表面に形成された導体線路を備え、前記導体線路は、分岐部と、前記分岐部から分岐して前記誘電体基板の両側の辺（外縁）に沿って伸びる分岐路部と、前記分岐路部間を接続する抵抗結合部を備えた電力分配器において、前記導体線路における分岐部と抵抗結合部間の分岐路部を外側路部と内側路部と内外連結路部に区分し、前記外側路部は前記誘電体基板の辺と近接した位置で該辺と並行するように位置させ、前記内側路部は前記誘電体基板において前記外側路部よりも内側に位置させ、前記外側路部と内側路部を前記内外連結路部により電気的に直列に繋げてミアンダ状に形成することにより、誘電体基板の外縁と外側路部の間の距離を短縮するものである。

本発明は、誘電体基板に形成する導体線路における分岐部と抵抗結合部間の分岐路部を外側路部と内側路部と内外連結路部に区分し、前記外側路部は前記誘電体基板の辺と近接した位置で該辺と並行するように位置させ、前記内側路部は前記誘電体基板において前記外側路部よりも内側に位置させ、前記外側路部と内側路部を前記内外連結路部により電気的に直列に繋げてミアンダ状にすることにより、伝送特性を判定基準以下にまで劣化させることなく、誘電体基板の外縁と外側路部の間の距離を短縮できるため、電力分配器を小型化することができる。

従来のウイルキンソン型電力分配器の平面図である。図１に示した電力分配器の特性曲線図である。本発明の実施例１におけるウイルキンソン型電力分配器の平面図である。実施例１の電力分配器の特性曲線図である。本発明の実施例２におけるウイルキンソン型電力分配器の平面図である。実施例２の電力分配器の特性曲線図である。

図１に示した従来のウイルキンソン型電力分配器の分配比を電力等分配（分配比１：１）にすると、導体線路２における分岐部２ｂから抵抗結合部２ｅまでの長さがλ／４である同じ特性インピーダンスを持つ２つの分岐路部（マイクロストリップライン）２ｃ，２ｄと１つ前記抵抗結合部（抵抗素子）２ｅの構成となる。なお、入・出力インピーダンスを５０Ωで設計し、前記マイクロストリップラインの特性インピーダンスを７０．７Ω、抵抗素子を１００Ωとした。また、設計周波数は７００ＭＨｚとした。

このとき、λ／４はおよそ１０７ｍｍとなる。ただし、誘電率を持つ材料を使用した誘電体基板１で設計した場合、誘電体による波長短縮効果により、線路長Ｌは短縮される（Ｌ＜１０７ｍｍ）。この例では、厚さ０．８ｍｍのテフロン（登録商標）材（誘電率２．６）を使用し、分岐部２ｂから抵抗結合部２ｅまでの線路長Ｌは６６ｍｍとした。因みに、入力ポート２ａから抵抗結合部２ｄまでの線路長は７２ｍｍである。

図１に示した電力分配器における寸法は以下のようになる。

ａ＝２８．８ｍｍ、ｂ＝５６．４ｍｍ、ｃ＝１．２ｍｍ、ｄ＝３８．４ｍｍ。

Ａ＝０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．９ｍｍ、１．２ｍｍ、２．４ｍｍ。

図２は、電力分配器における誘電体基板１の辺（外縁）と近接した位置で該辺と並行となる導体線路２と前記辺の間の距離Ａに応じた該電力分配器の通過特性（伝送特性）を示す特性曲線である。（ａ）は入力ポート２ａから出力ポート２ｆへの通過特性（伝送特性）、（ｂ）は入力ポート２ａから出力ポート２ｇへの通過特性（伝送特性）を示している。

図２に示す特性曲線において、距離Ａが０．９ｍｍ以上の場合は、望ましい所定の伝送特性を示しているが、距離Ａが小さくなってくると徐々に伝送特性に変化が現れ、距離Ａが０．５ｍｍ付近から伝送特性が劣化しているのが分かる。ここで、設計周波数である７００ＭＨｚにおける伝送損失が３．０５ｄＢ以上になったときを基準（判定基準）にして伝送特性（通過特性）の劣化を判断すると、伝送損失は、距離Ａが０．８ｍｍのときには−３．０３ｄＢ、０．７ｍｍのときには−３．０４ｄＢ、０．６ｍｍのときには−３．０４ｄＢである。しかし、距離Ａが０．５ｍｍになると、−３．０５ｄＢとる。これらの伝送損失の値は、出力ポート２ｆ，２ｇで同じである。したがって、距離Ａが０．６ｍｍ（λ／７１３）以上のときは、通過特性（伝送特性）が劣化することはないものの、距離Ａが０．５ｍｍ以下になると、伝送特性が劣化することが分かる。なお、前記特性曲線は、シミュレーションソフト「Sonnet（有限会社ソネット技研）」を使用して解析して求めた計算結果である。

そこで、本発明は、判定基準以下にまで伝送特性を劣化させずにこの距離Ａを短くすることにより、電力分配器の小型化を実現するものである。

図３は、この実施例１における電力等分配のウイルキンソン型電力分配器の平面図である。

この実施例１の電力分配器は、背面にグランドパターン（図示省略）を形成した誘電体基板１の表面に形成する導体線路（マイクロストリップライン）２における分岐部２ｂと抵抗結合部２ｅ間の分岐路部を直線状の外側路部２ｃ１，２ｃ２，２ｄ１，２ｄ２と内側路部２ｃ３，２ｄ３と内外連結路部２ｃ４，２ｃ５，２ｄ４，２ｄ５に区分し、前記外側路部２ｃ１，２ｃ２，２ｄ１，２ｄ２は前記誘電体基板１の辺（外縁）と近接した位置で該辺と並行するように位置させ、前記内側路部２ｃ３，２ｄ３は前記誘電体基板１において前記外側路部２ｃ１，２ｃ２，２ｄ１，２ｄ２よりも内側に位置させ、前記外側路部２ｃ１，２ｃ２，２ｄ１，２ｄ２と内側路部２ｃ３，２ｄ３を前記内外連結路部２ｃ４，２ｃ５，２ｄ４，２ｄ５により電気的に直列に繋げてミアンダ状（ジグザグ状）に形成したものである。２ｅは抵抗結合部、２ｆ，２ｇは出力ポートである。そして、設計周波数は７００ＭＨｚであり、分岐部２ｂから抵抗結合部２ｅまでの線路長Ｌは６６ｍｍとした。なお、入力ポート２ａから抵抗結合部２ｅまでの線路長は７２ｍｍである。

図３に示した電力分配器における寸法関係は以下のようになる。

ｅ＝２８．２ｍｍ、ｆ＝３７．２ｍｍ、ｇ＝１．２ｍｍ、ｈ＝７．２ｍｍ、
ｉ＝４．８ｍｍ、ｊ＝７．２ｍｍ。

Ｂ＝０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、１．２ｍｍ、２．４ｍｍ。

図４は、この電力分配器における誘電体基板１の辺と近接した位置で該辺と並行となる導体線路２における外側路部２ｃ１，２ｃ２，２ｄ１，２ｄ２と前記辺の間の距離Ｂに応じた該電力分配器の通過特性（伝送特性）を示す特性曲線図である。（a）は入力ポート２ａから出力ポート２ｆへの通過特性（伝送特性）、（ｂ）は入力ポート２ａから出力ポート２ｇへの通過特性（伝送特性）を示している。

図４に示す特性曲線において、距離Ｂが０．３ｍｍ（λ／１４２７）でも通過特性（伝送特性）にほとんど劣化がない。伝送損失は、距離Ｂが０．３ｍｍのときに−３．０４ｄＢであるが、距離Ｂが０．２ｍｍのときには−３．０５ｄＢとなる。したがって、距離Ｂが０．２ｍｍ（λ／２４１０）以下になると、伝送特性が判定基準以下に劣化する。

この実施例１のように、導体線路２における分岐路部を外側路部２ｃ１，２ｃ２，２ｄ１，２ｄ２と内側路部２ｃ３，２ｄ３と内外連結路部２ｃ４，２ｃ５，２ｄ４，２ｄ５に区分してミアンダ状に形成し、誘電体基板１の辺と近接した位置で該誘電体基板１の辺と並行となる外側路部２ｃ３，２ｄ３の長さを短くすることにより、伝送特性を劣化させずに距離Ｂを短縮することができる。

この実施例１の電力分配器では、距離Ａが０．６ｍｍまで伝送特性の劣化が見られず、距離Ａが０．５ｍｍで伝送特性の劣化が見られた図１に示すウイルキンソン型電力分配器と比較すると、伝送特性が基準値以下に劣化しない距離Ｂを距離Ａの１／２（０．３ｍｍ／０．６ｍｍ）に短縮することが可能であり、誘電体基板１の幅方向（図面の上下方向）の寸法を小さくして電力分配器を小型化することが可能である。

なお、前記特性曲線は、シミュレーションソフトSonnetを使用して解析して求めた計算結果である。

結局、この実施例１の電力分配器では、誘電体基板１の幅方向の寸法における距離Ｂを、伝送特性を判定基準以下にまで劣化させることなく、０．３ｍｍ（λ／１４２７）まで短縮できるため、電力分配器を小型化することができる。

図５は、この実施例２における電力等分配のウイルキンソン型電力分配器の平面図である。

この実施例２の電力分配器は、図３に示した実施例１の電力分配器における導体路線２の外側路部２ｃ１，２ｃ２，２ｄ１，２ｄ２と内側路部２ｃ３，２ｄ３の長さを変えた構成である。

この実施例２の電力分配器は、導体線路（マイクロストリップライン）２における外側路部２ｃ１，２ｃ２，２ｄ１，２ｄ２の長さを短くし、内側路部２ｃ３，２ｄ３の長さを長くするように変えた構成である。その他の構成は、実施例１と同様である。

図５に示した電力分配器における寸法は以下のようになる。

ｋ＝２７．８ｍｍ、ｌ＝３７．２ｍｍ、ｍ＝１．２ｍｍ、ｎ＝４．８ｍｍ、
ｏ＝９．６ｍｍ、ｐ＝４．８ｍｍ。

Ｃ＝０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、１．２ｍｍ、２．４ｍｍ。

図６は、この電力分配器における距離Ｃに応じた該電力分配器の通過特性（伝送特性）を示す特性曲線図である。(ａ)は入力ポート２ａから出力ポート２ｆへの通過特性（伝送特性）、(ｂ)は入力ポート２ａから出力ポート２ｇへの通過特性（伝送特性）を示している。

図６に示す特性曲線において、距離Ｃが０．１ｍｍ（λ／４２８０）では通過特性（伝送特性）にほとんど劣化がない。伝送損失は、距離Ｃが０．２ｍｍ（λ／２１４０）のときに−３．０４ｄＢ、０．１ｍｍのときに−３．０４ｄＢである。したがって、距離Ｃが少なくとも０．１ｍｍ（λ／４２８０）までは伝送特性の劣化が見られない。

この実施例２の電力分配器では、距離Ａが０．６ｍｍまで伝送特性の劣化が見られず、距離Ａが０．５ｍｍで伝送特性の劣化が見られた図１に示すウイルキンソン型電力分配器と比較すると、伝送特性が判定基準値以下に劣化しない距離Ｃを少なくとも距離Ａの１／６（０．１ｍｍ／０．６ｍｍ）に短縮することが可能である。

また、実施例１の電力分配器と比較すると、この実施例２では、長さ方向の寸法は同じままで、幅方向の寸法における距離Ｃを少なくとも距離Ｂの１／３とすることができる。

この実施例２のように、誘電体基板１の辺と近接した位置で該誘電体基板１の辺と並行となる外側路部２ｃ３，２ｄ３の長さを短くすることにより、誘電体基板１の幅方向の寸法を更に短くして電力分配器を小型化することができる。

なお、前記特性曲線は、シミュレーションソフトSonnetを使用し解析して求めた計算結果である。

結局、この実施例２の電力分配器では、誘電体基板１の幅方向の寸法における距離Ｃを、伝送特性を判定基準以下にまで劣化させることなく、０．１ｍｍ（λ／４２８０）まで短縮できるため、電力分配器を小型化することができる。

広帯域化を狙った多段のウイルキンソン型電力分配器に適用することができる。

多段の電力分配器は、導体線路が、分岐部から分岐路部、抵抗結合部、λ／４の電気長の導体線路、抵抗結合部、λ／４の電気長の導体線路……のように順次に繋がり、前記λ／４の電気長の導体線路と抵抗結合部の繋がりを繰り返す電力分配器を意味する（トーナメント状の分配構造ではない）。このように構造が複雑になるほど、削減できる誘電体基板の総面積が多くなり、本発明を適用することにより、電力分配器の小型化の効果が一層顕著になる。

各実施例において、電力分配比を不等比とするときには、分岐路部の導体線路の線路幅を違える（分配比に比例した線路幅にする）ことになる。このようなときには、分岐して対向する分岐路部のミアンダ形状（線路配置）を非対称（線路幅が大きい分岐路部の屈曲段数を少なくする）とすることにより、誘電体基板における長さ方向の寸法拡大を抑制して小型化することができる。

各実施例における誘電体基板１の材料としては、前記実施例におけるテフロン（登録商標）材のほかにも、ガラスエポキシ材などを用いることができる。

１…誘電体基板、２…導体線路、２ａ…入力ポート、２ｂ…分岐部、２ｃ，２ｄ…分岐路部、２ｃ１，２ｃ２，２ｄ１，２ｄ２…外側路部、２ｃ３，２ｄ３…内側路部、２ｃ４，２ｃ５，２ｄ４，２ｄ５…内外連結路部、２ｅ…抵抗結合部（抵抗素子）、２ｆ，２ｇ…出力ポート。

Claims

誘電体基板と、前記誘電体基板の背面に形成されたグランドパターンと、前記誘電体基板の表面に形成された導体線路を備え、前記導体線路は、分岐部と、前記分岐部から分岐して前記誘電体基板の両側の辺に沿って伸びる分岐路部と、前記分岐路部間を接続する抵抗結合部を備えた電力分配器において、
前記導体線路における分岐部と抵抗結合部間の分岐路部を外側路部と内側路部と内外連結路部に区分し、前記外側路部は前記誘電体基板の辺と近接した位置で該辺と並行するように位置させ、前記内側路部は前記誘電体基板において前記外側路部よりも内側に位置させ、前記外側路部と内側路部を前記内外連結路部により電気的に直列に繋げてミアンダ状に形成したことを特徴とする電力分配器。
請求項１において、前記外側路部の長さを前記内側路部よりも短く構成したことを特徴とする電力分配器。
請求項１又は２において、前記分岐路部の線幅を電力分配比に応じた寸法にすると共にミアンダ形状を非対称とすることを特徴とする電力分配器。
請求項１〜３の１項において、
前記導体線路は、分岐部から分岐路部と抵抗結合部とλ／４の電気長の導体線路と抵抗結合部が順次に繋がり、前記λ／４の電気長の導体線路と抵抗結合部の繋がりが繰り返すことを特徴とする多段の電力分配器。