JP2015115683A - 伝送線路 - Google Patents

Abstract

【課題】付加的な回路を設けず、簡易な構成で複数周波数帯域の信号波を選択することができる伝送線路を提供する。【解決手段】誘電体基板８上に形成され、第１の直列接続回路１１１と第１の短絡接続回路１１２を含む第１の微小線路１１と、第１の微小線路１１と異なる電気特性を備え、第２の直列接続回路１２１と第２の短絡接続回路１２２を含む第２の微小線路１２とを縦続接続してなる単位回路１が、複数個縦続接続されて形成される。【選択図】図３

Description

本発明は、周波数選択型の伝送線路に関し、特に、移動通信、衛星通信、固定マイクロ波通信その他の通信技術分野において信号の送受信および選択に利用される周波数選択型の伝送線路に関する。

昨今、各種非共振型の右手／左手系複合型伝送線路（composite right- and left-handed transmission line; CRLH-TL）が提案されている（例えば特許文献１）。本伝送線路は、理想的な左手系線路に対して右手系の影響を考慮した構造を備える。伝送線路が備える直列ブランチは周波数が低い場合には容量的、周波数が高い場合には誘導的となる。一方、伝送線路が備える並列ブランチは周波数が低い場合に誘導的、周波数が高い場合には容量的となる。従ってこのような伝送線路の場合、低周波数領域に左手系伝送帯域が生じ、高周波数領域に右手系伝送帯域が生じる。更に、左手系伝送帯域と右手系伝送帯域の間で直列及び並列ブランチが共に誘導的あるいは容量的となる場合に、バンドギャップが生じる。これら左手系伝送帯域および右手系伝送帯域およびバンドギャップを組み合わせることで、２帯域もしくは広帯域の伝送線路やフィルタを構築することができる。

特開２０１０−２８５３４号公報

以下、図１、２を参照して、典型的な素子値に対する右手／左手系複合型伝送線路の一般的な分散関係について説明する。図１、２は右手／左手系複合型伝送線路の分散関係を説明する図であって、図１はUnbalancedの例、図２はbalancedの例を示す図である。図１、図２の縦軸は角周波数ω、横軸は伝搬定数βである。図１に示すように、左手系の伝搬領域と右手系の伝搬領域の間（ω_ΓＬとω_ΓＲの間）に阻止帯域が現れる。阻止帯域では伝搬定数が純実数となり、信号波は伝搬しない。また、ω_ΓＬ＝ω_ΓＲとなる特別な場合には、図２に示すように阻止帯域はなくなり、伝搬領域はひとつの帯域となる。従って、従来の右手／左手系複合型伝送線路では、伝搬可能な周波数帯域としては１または２、すなわち阻止帯域は０または１である。すなわち３以上の複数周波数帯域信号波の選択あるいは２以上の複数周波数帯域信号波の阻止を行うためには、異なる周波数帯域を選択あるいは阻止する右手／左手系複合型伝送線路が必要となるばかりでなく、更に付加回路として、分配および合成回路が必要であった。

そこで本発明では、付加的な回路を設けずに、簡易な構成で複数周波数帯域の信号波を選択することができる伝送線路を提供することを目的とする。

本発明の伝送線路は、誘電体基板上に形成され、第１の直列接続回路と第１の短絡接続回路を含む第１の微小線路と、第１の微小線路と異なる電気特性を備え、第２の直列接続回路と第２の短絡接続回路を含む第２の微小線路とを縦続接続してなる単位回路が、複数個縦続接続されて形成されている。

本発明の伝送線路によれば、付加的な回路を設けずに、簡易な構成で複数周波数帯域の信号波を選択することができる。

右手／左手系複合型伝送線路の分散関係（Unbalanced）を説明する図。 右手／左手系複合型伝送線路の分散関係（balanced）を説明する図。 本発明の実施例１の伝送線路の単位回路の回路構成を示す図。 本発明の実施例１の伝送線路の回路パターンを例示する図。 本発明の実施例１の伝送線路のＳ_１１、Ｓ_２１パラメータを示す図。 従来例の伝送線路の単位回路の回路構成を示す図。 従来例の伝送線路の回路パターンを例示する図。 従来例の伝送線路のＳ_１１、Ｓ_２１パラメータを示す図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

以下、図３を参照して本発明の実施例１の伝送線路を構成する単位回路について説明する。図３は本発明の実施例１の伝送線路の単位回路の回路構成を示す図である。図３に示すように、本実施例の伝送線路を構成する単位回路１は、第１の直列接続回路１１１と第１の短絡接続回路１１２を含む第１の微小線路１１を含む。また、単位回路１は、第１の微小線路１１と異なる電気特性を備え、第２の直列接続回路１２１と第２の短絡接続回路１２２を含む第２の微小線路１２を含む。単位回路１は、微小線路１１と微小線路１２を縦続接続してなる。本実施例の伝送線路は、この単位回路１を複数個縦続接続されて形成される。図３に示すように、第１の直列接続回路１１１は、インダクタンスＬ_Ｒ１、容量Ｃ_Ｌ１の直列回路で構成される。第１の短絡接続回路１１２は、インダクタンスＬ_Ｌ１、容量Ｃ_Ｒ１の並列回路で構成される。第２の直列接続回路１２１は、インダクタンスＬ_Ｒ２、容量Ｃ_Ｌ２の直列回路で構成される。第２の短絡接続回路１２２は、インダクタンスＬ_Ｌ２、容量Ｃ_Ｒ２の並列回路で構成される。本実施例の伝送線路１０の単位回路１は少なくともその微小線路１１と微小線路１２の電気的特性が異なるように構成されることが必要であるが、より好適な回路構成例として、Ｃ_Ｌ１とＣ_Ｌ２、Ｌ_Ｒ１とＬ_Ｒ２、Ｃ_Ｒ１とＣ_Ｒ２、Ｌ_Ｌ１とＬ_Ｌ２のいずれもが互いに異なる電気特性となるように形成してもよい。

図３に示す単位回路１を繰り返し単位とした無限周期構造に対して、Bloch-Floquetの周期境界条件および回路の可逆性を考慮して整理すると、以下の分散特性の式が導出できる。

ここで、

であり、

であるものとする。

以下、図４を参照して本発明の実施例１の伝送線路の回路パターンの例を説明する。図４は、本発明の実施例１の伝送線路の回路パターンを例示する図である。なお、図４において白抜き部分が導体を示し、この導体に囲まれている黒塗り部分が導体下面の誘電体基板が露出している部分を示している。図４の伝送線路１０は、誘電体基板８上に形成されている。伝送線路１０の両端には、入出力部１５、１６が設けられており、入出力部１５、１６から信号が入力、出力される。伝送線路１０は、前述の単位回路１と異なるパターンを有する端部回路１３、１４を含む。端部回路１３、１４の間には、単位回路１が複数個（図４の例では３つ）縦続接続されている。図４に示すように単位回路１は、第１櫛歯パターン５１、第１直列導線５２、第１直線パターン５３、第１短絡導線５４、第２櫛歯パターン６１、第２直列導線６２、第２直線パターン６３、第２短絡導線６４の縦続接続で形成できる。櫛歯パターンは、二つの櫛歯線路が噛み合うように対向配置されてなるパターンである。直線パターンは前述の櫛歯線路の歯の配列方向と平行に複数の導線が配列されてなるパターンである。第１櫛歯パターン５１は、第１の直列接続回路１１１のコンデンサ（Ｃ_Ｌ１）として機能する。第１直列導線５２は、第１の直列接続回路１１１のインダクタ（Ｌ_Ｒ１）として機能する。第１直線パターン５３は、第１の短絡接続回路１１２のコンデンサ（Ｃ_Ｒ１）として機能する。第１短絡導線５４は、第１の短絡接続回路１１２のインダクタ（Ｌ_Ｌ１）として機能する。同様に、第２櫛歯パターン６１は、第２の直列接続回路１２１のコンデンサ（Ｃ_Ｌ２）として機能する。第２直列導線６２は、第２の直列接続回路１２１のインダクタ（Ｌ_Ｒ２）として機能する。第２直線パターン６３は、第２の短絡接続回路１２２のコンデンサ（Ｃ_Ｒ２）として機能する。第２短絡導線６４は、第２の短絡接続回路１２２のインダクタ（Ｌ_Ｌ２）として機能する。このように、伝送線路１０は、単独で周波数選択機能を有するため、他に周波数選択回路等の付加的回路を含まない構成となっている。伝送線路１０の各素子値（Ｃ_Ｌ１，Ｌ_Ｒ１，Ｃ_Ｒ１，Ｌ_Ｌ１，Ｃ_Ｌ２，Ｌ_Ｒ２，Ｃ_Ｒ２，Ｌ_Ｌ２、以下素子パラメータともいう）に対応して各パターンの寸法（導体の幅など）を調整することにより、通過域及び阻止域を調整することができる。

以下、図５を参照して、伝送線路１０の各素子値（素子パラメータ）を調整して得た周波数特性の例を説明する。図５は本実施例の伝送線路１０のＳ_１１、Ｓ_２１パラメータを示す図である。図５の縦軸（右）はＳ_１１パラメータ（ｄＢ）、図５の縦軸（左）はＳ_２１パラメータ（ｄＢ）である。図５の横軸は周波数（ＧＨｚ）である。実線で示す曲線はＳ_１１パラメータ、破線で示す曲線はＳ_１１パラメータである。図５に示すように、本実施例の伝送線路１０は、４ＧＨｚ付近に狭帯域の通過帯域を持つ。具体的には、本実施例の伝送線路１０は、４ＧＨｚ付近においてＳ_１１パラメータ（反射損失）が大きくなり（５〜２５ｄＢ）、Ｓ_２１パラメータ（挿入損失）が小さくなる（０〜２ｄＢ）ため、４ＧＨｚ付近の信号を良好に通過させる。一方、本実施例の伝送線路１０は、４．５ＧＨｚ付近に狭帯域の阻止帯域を持つ。具体的には、本実施例の伝送線路１０は、４．５ＧＨｚ付近においてＳ_１１パラメータ（反射損失）が小さくなり（≒０ｄＢ、全反射に近づく）、Ｓ_２１パラメータ（挿入損失）が大きくなる（２２ｄＢ程度）ため、４．５ＧＨｚ付近の信号を良好に阻止する。同様に、本実施例の伝送線路１０は、５〜６．５ＧＨｚ帯、９〜１０．５ＧＨｚ帯、１１〜１２ＧＨｚ帯において通過特性を有し、６．５〜９ＧＨｚ帯、１０．５〜１１ＧＨｚ帯において阻止特性を有する。従って、本実施例の伝送線路１０は、４周波数選択型の伝送線路として機能する。

以下、本発明の伝送線路１０と比較するため、図６、図７、図８を参照して従来の伝送線路について説明する。図６は、従来例の伝送線路の単位回路の回路構成を示す図である。図７は従来例の伝送線路の回路パターンを例示する図である。図８は従来例の伝送線路のＳ_１１、Ｓ_２１パラメータを示す図である。図６に示すように、従来例の伝送線路の単位回路９は、第３の直列接続回路９１と第３の短絡接続回路９２を含む。従来例の伝送線路は、この単位回路９を複数個縦続接続されて形成される。図６に示すように、第３の直列接続回路９１は、インダクタンスＬ_Ｒ、容量Ｃ_Ｌの直列回路で構成される。第３の短絡接続回路９２は、インダクタンスＬ_Ｌ、容量Ｃ_Ｒの並列回路で構成される。図７の回路パターンの例に示すように、伝送線路９０は、誘電体基板８上に形成されており、伝送線路９０の両端には、入出力部１５、１６が設けられ、入出力部１５、１６から信号が入力、出力される。伝送線路９０は、単位回路９と異なるパターンを有する端部回路９３、９４を含む。端部回路９３、９４の間には、単位回路９が複数個縦続接続されている。図７に示すように単位回路９は、第３櫛歯パターン７１、第３直列導線７２、第３直線パターン７３、第３短絡導線７４の縦続接続で形成される。実施例１では、８つの回路パターンの接続によって単位回路１を構成したが、従来例では、４つの回路パターンの接続によって単位回路９を構成している。第３櫛歯パターン７１は、第３の直列接続回路９１のコンデンサ（Ｃ_Ｌ）として機能する。第３直列導線７２は、第３の直列接続回路９１のインダクタ（Ｌ_Ｒ）として機能する。第３直線パターン７３は、第３の短絡接続回路９２のコンデンサ（Ｃ_Ｒ）として機能する。第３短絡導線７４は、第３の短絡接続回路９２のインダクタ（Ｌ_Ｌ）として機能する。このように構成された従来例の伝送線路９０は、図８のような周波数特性を示す。図８に示すように、従来例の伝送線路９０は、４〜７ＧＨｚ帯、９．５〜１２．５ＧＨｚ帯において通過特性を有し、７〜９．５ＧＨｚ帯において阻止特性を有する。従って、本従来例の伝送線路９０は、２周波数選択型の伝送線路として機能する。

実施例１の伝送線路１０と従来例の伝送線路９０を比較すれば明らかなように、本実施例では、従来例よりも多くの周波数の信号を選択・阻止することができる。これは、伝送線路１０が第１の微小線路１１と、第１の微小線路１１と異なる電気特性を備える第２の微小線路１２とを従属接続した単位回路１を複数従属接続して構成したために得られた効果である。さらに前述のＣ_Ｌ１とＣ_Ｌ２、Ｌ_Ｒ１とＬ_Ｒ２、Ｃ_Ｒ１とＣ_Ｒ２、Ｌ_Ｌ１とＬ_Ｌ２のいずれもが互いに異なる電気特性となるように、これらの素子パラメータを調整すればさらに好適である。

このように、本発明の伝送線路１０によれば、複数の周波数帯域の信号波を、複数の周波数選択回路や分配回路、合成回路等の付加的回路を必要とすることなく、簡易な周期繰り返し構造の伝送線路にて、選択・阻止あるいは分岐することが可能である。

Claims (2)

1. 誘電体基板上に形成され、
   第１の直列接続回路と第１の短絡接続回路を含む第１の微小線路と、
   前記第１の微小線路と異なる電気特性を備え、第２の直列接続回路と第２の短絡接続回路を含む第２の微小線路とを、
   縦続接続してなる単位回路が、複数個縦続接続されて形成された伝送線路。
2. 請求項１に記載の伝送線路であって、
   前記第１の直列接続回路がインダクタンスＬ_Ｒ１、容量Ｃ_Ｌ１の直列回路で構成され、
   前記第１の短絡接続回路がインダクタンスＬ_Ｌ１、容量Ｃ_Ｒ１の並列回路で構成され、
   前記第２の直列接続回路がインダクタンスＬ_Ｒ２、容量Ｃ_Ｌ２の直列回路で構成され、
   前記第２の短絡接続回路がインダクタンスＬ_Ｌ２、容量Ｃ_Ｒ２の並列回路で構成され、
   前記Ｃ_Ｌ１と前記Ｃ_Ｌ２、前記Ｌ_Ｒ１と前記Ｌ_Ｒ２、前記Ｃ_Ｒ１と前記Ｃ_Ｒ２、前記Ｌ_Ｌ１と前記Ｌ_Ｌ２のいずれもが互いに異なる電気特性となるように形成された伝送線路。

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