JP2012195755A

JP2012195755A - 電力分配器及び電力分配器体

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Publication number: JP2012195755A
Application number: JP2011057948A
Authority: JP
Inventors: Eiji Takeda; 英次竹田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-10-11

Abstract

【課題】周波数が高くて比帯域が広い場合でも、良好な反射特性の電力分配器を得る。
【解決手段】入力側導体パターン１より分岐された２つの前段導体パターン２１，３１と、２つの前段導体パターン２１，３１の出力側間に架橋して設けられた前段抵抗パターン４１とを有して前段の分配器を構成し、前段の分配器の２つの前段導体パターン２１，３１の出力側にそれぞれに接続された２つの後段導体パターン２２，３２と、２つの後段導体パターン２２，３２の出力側間に架橋して設けられた後段抵抗パターン４２とを有して構成した後段の分配器を１つ以上備え、後段の分配器の２つの後段導体パターン２２，３２の出力側とそのそれぞれの出力側導体パターン２６，３６間に互いに対向する導体パターン２４，３４で形成された結合線路１０２を接続した。
【選択図】図１

Description

この発明は、誘電体基板上に形成したマイクロストリップ線路を用いた電力分配器及び電力分配器体に関するものである。

電力分配器は、高周波信号を分配／合成するために広く用いられている。マイクロストリップ線路を用いた電力分配器の構成として、ウイルキンソン型分配器が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された電力分配器は、入力電力を任意の分配比をもって複遂に分配する各分岐線路として、三導体又は二導体構成によるマイクロ波ストリップラインを用い、前記各分岐線路の交点からほぼ１／４波長の整数倍の位置にそれぞれこれら分岐線路から突出する突起線路を設け、これら各突起線路間にアイソレーション抵抗を取り付けている。

実開昭６１−５０３０５号公報

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。特許文献１のような従来の電力分配器においては、周波数が高くなった場合に、分岐線路から突出する突起線路とアイソレーション抵抗の位相成分が無視できなくなり、特性劣化の要因となる。また、帯域が狭い場合には外部で調整することも可能であるが、多段構成にして比帯域が１００％程度になると、特定の周波数を良くすると、他の周波数が悪くなるので調整も難しくなる。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、周波数が高くて比帯域が広い場合でも、良好な反射特性の電力分配器及び電力分配器体を得るものである。

この発明に係わる電力分配器は、誘電体基板と、前記誘電体基板上に形成された導体パターンと抵抗パターンとで構成される電力分配器であって、入力側導体パターンと出力側導体パターンとを有し、前記入力側導体パターンより分岐された２つの前段導体パターンと、前記２つの前段導体パターンの出力側間に架橋して設けられアイソレーションを良くする前段抵抗パターンとを有して前段の分配器を構成し、前記前段の分配器の前記２つの前段導体パターンの出力側にそれぞれ接続された２つの後段導体パターンと、前記２つの後段導体パターンの出力側間に架橋して設けられアイソレーションを良くする後段抵抗パターンとを有して構成した後段の分配器を１つ以上備え、前記２つの後段導体パターンの出力側とそのそれぞれの前記出力端導体パターン間に互いに対向する導体パターンで形成された結合線路を接続したものである。

この発明の電力分配器によれば、周波数が高く、比帯域を広くするために多段に構成された電力分配器でも、出力側に結合線路を設けることで、簡単に良好な反射特性の電力分配器を得ることができる。

この発明の実施の形態１における電力分配器を示す平面図である。この発明の実施の形態１における電力分配器と従来の電力分配器の特性を比較する図である。従来の電力分配器を示す平面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における電力分配器を示す平面図である。この発明はマイクロストリップ線路を用いた電力分配器に係わるものである。マイクロストリップ線路は、誘電体基板の一面の（電力分配器が構成される）主線路と、他面の地導体パターンで構成される。他面の地導体パターンは、誘電体基板の他面の全面がグランドパターンになっており、主線路に対になる電流が流れる。図において、電力分配器は、誘電体基板５の表面に入力ポートＰ１となる入力側導体パターン１が設けられ、（前段）導体パターン２１と（前段）導電パターン３１に分岐されている。導体パターン２１，３１の出力側には、出力側間に架橋して設けられアイソレーションを良くする（前段）抵抗パターン４１がつながっている。導体パターン２１，３１と抵抗パターン４１で前段の分配器を構成している。また、導体パターン２１には（後段）導体パターン２２が、導体パターン３１には（後段）導体パターン３２がつながっており、導体パターン２２，３２の出力側には、出力側間に架橋して設けられアイソレーションを良くする（後段）抵抗パターン４２がつながっている。導体パターン２２，３２と抵抗パターン４２で後段の分配器を構成している。

さらに、導体パターン２２には（続く後段）導体パターン２３が、導体パターン３２は（続く後段）導体パターン３３がつながっており、導体パターン２３，３３の出力側には、出力側間に架橋して設けられアイソレーションを良くする（続く後段）抵抗パターン４３がつながっている。導体パターン２３，３３と抵抗パターン４３で続く後段の分配器を構成している。導体パターン２３は、出力ポートＰ２となる出力側導体パターン２６に接続され、導体パターン３３は、出力ポートＰ３となる出力側導体パターン３６に接続される。導体パターン１、導体パターン２１，３１と抵抗パターン４１で構成される前段の分配器、導体パターン２２，３２と抵抗パターン４２で構成される後段の分配器、導体パターン２３，３３と抵抗パターン４３で構成される続く後段の分配器、出力側導体パターン２６，３６で、３段構成の電力分配回路１０１を形成している。入力側導体パターン１と出力側導体パターン２６，３６と導体パターン２１，２２，２３及び導体パターン３１，３２，３３は、マイクロストリップ線路で形成されている。

導体パターン２１，２２，２３及び導体パターン３１，３２，３３は、それぞれインピーダンスを１００Ωから５０Ωに変換する変成器であり、この変成器の数が多いほど比帯域を大きくすることができる。つまり、多段に構成するほど広帯域にすることができる。必要とする所望の広帯域幅により、導体パターン２３，３３と抵抗パターン４３で構成される続く後段の分配器を省略した２段構成の電力分配回路１０１としてもよいし、さらに、もう一段付加して４段構成の電力分配回路１０１としてもよい。

さらに、変成器ごとに抵抗パターンを入れることで出力ポートＰ２と出力ポートＰ３間のアイソレーションを高くすることができ、入力ポートＰ１から入力された出力ポートＰ２の入力信号が出力ポートＰ３へ漏れ出しにくくすることができる。

しかし、周波数が高くなると、アイソレーション抵抗の物理的長さがアイソレーション抵抗部分の位相成分として表れ、アイソレーション抵抗が理論値からずれ、さらには各々の分配線路の物理的公差によるアンバランスにより顕著になるため、図３に示すような従来の電力分配器の構成では反射特性が悪化していた。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。さらに、帯域が広くなると、特性の悪い周波数で反射特性を調整すると、特性の良かった他の周波数で特性が悪くなり、所望の周波数帯域全体での改善が難しかった。

そこで、導体パターン２３，３３の出力側に導体パターン２４、導体パターン３４をつなげ、導体パターン２４と導体パターン３４を並行に、例えば平行に対向して配置し、結合線路１０２を構成している。結合線路１０２の導体パターン２４，３４の長さは、所望の周波数帯域全体の中心周波数のほぼ１／４波長である。波長は周波数と誘電体基板５の実行誘電率の平方根に反比例する。周波数と誘電体基板５の誘電率が決まれば、１／４波長の長さが決まる。また、結合線路１０２の導体パターン２４，３４の結合度は、所望の周波数帯域全体において、−２０ｄＢ以下となるように、導体パターン２４，３４との間隔を設定している。結合線路の結合量は誘電体基板５の誘電率、厚さによって変わる。アンバランスを改善するには、結合量を大きい（パターン間隔が小さい）方が良いが、近すぎると、図２（ｃ）の値が−２０ｄＢより大きくなるので、そうならない範囲内で最適な値をとる。

図２は実施の形態１における電力分配器（図１）と従来の電力分配器（図３）の特性を比較する図で、シミュレーション結果を示す。破線は電力分配回路１０１のみの構成（図３）における電気特性であり、実線は実施の形態１における電力分配回路１０１と結合線路１０２との構成（図１）における電気特性である。図２では、所望の周波数帯域全体において、（ａ）は入力反射特性（ｄＢ）、（ｂ）は出力反射特定（ｄＢ）、（ｃ）はアイソレーション（ｄＢ）、（ｄ）は通過損失（ｄＢ）をそれぞれ示す。所望の周波数帯域全体において、ｆＣは中心周波数、ｆＬは低域周波数、ｆＨは高域周波数を示す。図２に示すように、この結合線路１０２を入れることで、各々の分配線路のアンバランスが抑制され、所望の周波数帯域全体の反射特性の劣化が抑制される。図２に示すように、従来例（図３）では入力反射特性（ａ）で−１６ｄＢ程度、出力反射特性（ｂ）で−１９ｄＢ程度の結果であったが、実施例（図１）では、入力反射特性（ａ）で−１９ｄＢ程度、出力反射特性（ｂ）で−２４ｄＢ程度となっており、特に高域周波数ｆＨ側の特性改善が顕著になっている。反射損が低減されたことにより、通過損失（ｄ）も従来例より実施例の方がｆＨ側でよくなっている。

実施の形態２．
実施の形態１では、導体パターンと抵抗パターンで構成される電力分配回路１０１は、３段構成としたが、所望の複数段数（例えば、２段構成、４段構成）についても同様の効果が得られる。

実施の形態３．
電力分配器（図１）１個で２分配器の機能を果たしたが、電力分配器（図１）を３個用意し、第１電力分配器の出力ポートＰ２に第２電力分配器の入力ポートＰ１をつなぎ、第１電力分配器の出力ポートＰ３に第３電力分配器の入力ポートＰ１をつなぐことにより、第１電力分配器の入力ポートＰ１の信号を第２，第３電力分配器の出力ポートＰ２，Ｐ３，Ｐ２，Ｐ３の信号に４分配する４分配器の機能を果たすことができる。このように、複数の電力分配器をトーナメント状に接続して複数の分配器の機能を果たす電力分配器体を構成しても同様の効果が得られる。

１入力側導体パターン５誘電体基板
２１〜２４導体パターン２６出力側導体パターン
３１〜３４導体パターン３６出力側導体パターン
４１〜４３抵抗パターンＰ１入力ポート
Ｐ２出力ポートＰ２出力ポート
１０１電力分配回路１０２結合線路

Claims

誘電体基板と、前記誘電体基板上に形成された導体パターンと抵抗パターンとで構成される電力分配器であって、
入力側導体パターンと出力側導体パターンとを有し、
前記入力側導体パターンより分岐された２つの前段導体パターンと、前記２つの前段導体パターンの出力側間に架橋して設けられアイソレーションを良くする前段抵抗パターンとを有して前段の分配器を構成し、
前記前段の分配器の前記２つの前段導体パターンの出力側にそれぞれ接続された２つの後段導体パターンと、前記２つの後段導体パターンの出力側間に架橋して設けられアイソレーションを良くする後段抵抗パターンとを有して構成した後段の分配器を１つ以上備え、前記２つの後段導体パターンの出力側とそのそれぞれの前記出力側導体パターン間に互いに対向する導体パターンで形成された結合線路を接続したことを特徴とする電力分配器。
互いに対向する導体パターンで形成された前記結合線路は、互いに平行に形成されている請求項１記載の電力分配器。
１つ以上備える前記後段の分配器は、２つ備えられている請求項１又は請求項２記載の電力分配器。
互いに対向する導体パターンで形成された前記結合線路は、その長さが所望の周波数帯域全体の中心周波数のほぼ１／４波長であり、前記結合線路を形成する互いに対向する導体パターンの結合度は、所望の周波数帯域全体において、−２０ｄＢ以下となるに、導体パターンの間隔を設定している請求項１又は請求項２記載の電力分配器。
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載された電力分配器の複数個で、前段電力分配器と後段電力分配器を構成し、前段電力分配器の出力ポートに前記後段電力分配器の入力ポートを接続して多分配器を構成した電力分配器体。