JP2018074346A - バラン - Google Patents

Abstract

【課題】広い周波数帯域において使用可能なバランを実現する。【解決手段】バラン１は、不平衡ポート１１と、第１の平衡ポート２１と、第２の平衡ポート２２と、主線路１０と、副線路２０と、キャパシタＣ１と、インピーダンス整合部３０を備えている。副線路２０は、主線路１０に対して電磁結合する。主線路１０は、互いに反対側に位置する第１端１０ａと第２端１０ｂを有している。副線路２０は、互いに反対側に位置する第１端２０ａと第２端２０ｂを有している。キャパシタＣ１は、主線路１０の第１端１０ａと不平衡ポート１１との間に設けられている。インピーダンス整合部３０は、副線路２０の第２端２０ｂと第２の平衡ポート２２との間に設けられている。主線路１０の第２端１０ｂは、グランドに接続されている。副線路２０の第１端２０ａは、第１の平衡ポート２１に接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、広帯域で使用可能なバランに関する。

テレビジョン放送用通信機器、携帯電話機、無線ＬＡＮ通信機器等の無線通信機器の送受信回路に使用され得る電子部品の１つとして、不平衡信号と平衡信号との間の変換を行うバランがある。バランは、不平衡信号が入出力される不平衡ポートと、平衡信号を構成する２つの平衡要素信号が入出力される２つの平衡ポートを備えている。

バランには、広い周波数帯域において振幅バランス特性および位相バランス特性が良好であることが求められる。振幅バランス特性が良好であるというのは、不平衡ポートに不平衡信号を入力したときに２つの平衡ポートから出力される２つの平衡要素信号の振幅の差が０に近いことである。位相バランス特性が良好であるというのは、不平衡ポートに不平衡信号を入力したときに２つの平衡ポートから出力される２つの平衡要素信号の位相差が１８０度に近いことである。

比較的広い周波数帯域で使用可能な従来のバランとしては、例えば特許文献１に記載されているようなマーチャントバランが知られている。

特開２００６−９４４６１号公報

近年、テレビジョン放送技術や移動体通信技術等の進歩に伴い、無線通信機器の使用周波数帯域の広帯域化が進んでいる。このような無線通信機器に使用されるバランには、使用可能な周波数帯域をより広くすることが求められている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、広い周波数帯域において使用可能なバランを提供することにある。

本発明のバランは、不平衡ポートと、第１の平衡ポートと、第２の平衡ポートと、主線路と、副線路と、第１のキャパシタと、インピーダンス整合部とを備えている。主線路は、互いに反対側に位置する第１端と第２端を有している。副線路は、互いに反対側に位置する第１端と第２端を有し、主線路に対して電磁結合する。第１のキャパシタは、主線路の第１端と不平衡ポートとの間に設けられている。インピーダンス整合部は、副線路の第２端と第２の平衡ポートとの間に設けられている。主線路の第２端は、グランドに接続されている。副線路の第１端は、第１の平衡ポートに接続されている。

本発明のバランにおいて、インピーダンス整合部は、インダクタと第２のキャパシタとを含むＬＣ回路であってもよい。

また、本発明のバランにおいて、インピーダンス整合部は、副線路の第２端と第２の平衡ポートとを接続する第１の経路と、第１の経路とグランドとを接続する第２の経路とを有していてもよい。第１の経路は、インダクタを含んでいてもよい。第２の経路は、第２のキャパシタを含んでいてもよい。

インピーダンス整合部が第１の経路と第２の経路とを有する場合、第１の経路は、それぞれインダクタンスを有し互いに誘導結合する第１のインダクタンス要素と第２のインダクタンス要素を含んでいてもよい。第１のインダクタンス要素と第２のインダクタンス要素の各々は、互いに反対側に位置する第１端と第２端を有している。第１のインダクタンス要素の第１端は、副線路の第２端に接続されている。第２のインダクタンス要素の第１端は、第２の平衡ポートに接続されている。第１のインダクタンス要素の第２端と第２のインダクタンス要素の第２端は、互いに接続され、第２の経路を介してグランドに接続されている。第２の経路は、第２のキャパシタを含んでいる。

第１のインダクタンス要素は第１の線路であってもよく、第２のインダクタンス要素は第２の線路であってもよい。この場合、第１の線路と第２の線路は、互いに容量結合してもよい。また、第１の線路は第１の線路部分を含んでいてもよく、第２の線路は、第１の線路部分に対向する第２の線路部分を含んでいてもよい。第１の線路部分は、回路構成上、副線路の第２端に最も近い第１の端縁と、その反対側の第２の端縁とを有している。第２の線路部分は、回路構成上、第２の平衡ポートに最も近い第１の端縁と、その反対側の第２の端縁とを有している。第２の線路部分の第１の端縁は、物理的に、第１の線路部分のうち、第１の線路部分の第２の端縁に最も近く、第２の線路部分の第２の端縁は、物理的に、第１の線路部分のうち、第１の線路部分の第１の端縁に最も近い。

また、本発明のバランは、更に、不平衡ポート、第１および第２の平衡ポート、主線路、副線路、第１のキャパシタおよびインピーダンス整合部を一体化するための積層体を備えていてもよい。積層体は、積層された複数の誘電体層と複数の導体層とを含んでいる。

本発明のバランでは、主線路と第１のキャパシタによって構成される直列共振回路の共振を利用して、マーチャントバランに比べて、使用可能な周波数帯域を広くすることが可能になる。従って、本発明によれば、広い周波数帯域において使用可能なバランを実現することが可能になるという効果を奏する。

本発明の一実施の形態に係るバランの回路構成を示す回路図である。 図１に示したバランにおけるインピーダンス整合部の回路構成の第１の例を示す回路図である。 図１に示したバランにおけるインピーダンス整合部の回路構成の第２の例を示す回路図である。 図１に示したバランにおけるインピーダンス整合部の回路構成の第３の例を示す回路図である。 図１に示したバランにおけるインピーダンス整合部の回路構成の第４の例を示す回路図である。 本発明の一実施の形態に係るバランの斜視図である。 図６に示したバランの積層体の内部を示す斜視図である。 図６に示したバランの積層体の内部の一部を示す斜視図である。 図６に示したバランの積層体における１層目ないし３層目の誘電体層のパターン形成面を示す説明図である。 図６に示したバランの積層体における４層目ないし８層目の誘電体層のパターン形成面を示す説明図である。 図６に示したバランの積層体における９層目および１０層目の誘電体層のパターン形成面を示す説明図である。 図６に示したバランの積層体における１１層目ないし１４層目の誘電体層のパターン形成面を示す説明図である。 図６に示したバランの積層体における１５層目ないし１８層目の誘電体層のパターン形成面を示す説明図である。 図６に示したバランの積層体における１９層目ないし２１層目の誘電体層のパターン形成面を示す説明図である。 比較例のバランの回路構成を示す回路図である。 本発明の一実施の形態に係るバランと比較例のバランの反射特性の一例を示す特性図である。 本発明の一実施の形態に係るバランと比較例のバランの通過特性の一例を示す特性図である。 本発明の一実施の形態に係るバランと比較例のバランの振幅バランス特性の一例を示す特性図である。 本発明の一実施の形態に係るバランと比較例のバランの位相バランス特性の一例を示す特性図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係るバランの回路構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るバランの回路構成を示している。図１に示したように、バラン１は、不平衡ポート１１と、第１の平衡ポート２１と、第２の平衡ポート２２と、主線路１０と、副線路２０と、第１のキャパシタＣ１と、インピーダンス整合部３０とを備えている。副線路２０は、主線路１０に対して電磁結合する。

主線路１０は、互いに反対側に位置する第１端１０ａと第２端１０ｂを有している。副線路２０は、互いに反対側に位置する第１端２０ａと第２端２０ｂを有している。第１のキャパシタＣ１は、主線路１０の第１端１０ａと不平衡ポート１１との間に設けられている。インピーダンス整合部３０は、副線路２０の第２端２０ｂと第２の平衡ポート２２との間に設けられている。主線路１０の第２端１０ｂは、グランドに接続されている。副線路２０の第１端２０ａは、第１の平衡ポート２１に接続されている。

インピーダンス整合部３０は、第１および第２の平衡ポート２１，２２から見たバラン１のインピーダンスが、第１および第２の平衡ポート２１，２２に接続される平衡線路の特性インピーダンスに等しいか近い値になるように、インピーダンス整合を行う回路である。また、インピーダンス整合部３０は、バラン１の使用周波数帯域において、良好な位相バランス特性が得られるように、インピーダンス整合部３０を通過する信号に対して位相の変化を生じさせる。

次に、図２ないし図５を参照して、インピーダンス整合部３０の回路構成の第１ないし第４の例について説明する。始めに、図２に示した第１の例と図３に示した第２の例について説明する。第１および第２の例では、インピーダンス整合部３０は、副線路２０の第２端２０ｂと第２の平衡ポート２２とを接続する第１の経路３１と、第１の経路３１とグランドとを接続する第２の経路３２とを有している。第１の経路３１は、それぞれインダクタンスを有し互いに誘導結合する第１のインダクタンス要素Ｌ１と第２のインダクタンス要素Ｌ２を含んでいる。第１のインダクタンス要素Ｌ１と第２のインダクタンス要素Ｌ２の各々は、互いに反対側に位置する第１端および第２端を有している。以下、第１のインダクタンス要素Ｌ１の第１端と第２端をそれぞれ符号Ｌ１ａ，Ｌ１ｂで表し、第２のインダクタンス要素Ｌ２の第１端と第２端をそれぞれ符号Ｌ２ａ，Ｌ２ｂで表す。

第１のインダクタンス要素Ｌ１の第１端Ｌ１ａは、副線路２０の第２端２０ｂに接続されている。第２のインダクタンス要素Ｌ２の第１端Ｌ２ａは、第２の平衡ポート２２に接続されている。第１のインダクタンス要素Ｌ１の第２端Ｌ１ｂと第２のインダクタンス要素Ｌ２の第２端Ｌ２ｂは、互いに接続され、且つ第２の経路３２を介してグランドに接続されている。図２および図３に示したように、第２の経路３２は、第２のキャパシタＣ２を含んでいる。

ここで、第１のインダクタンス要素Ｌ１と第２のインダクタンス要素Ｌ２の構成について詳しく説明する。第１のインダクタンス要素Ｌ１と第２のインダクタンス要素Ｌ２は、それぞれ、線路であってもよいし、集中定数素子であるインダクタであってもよい。図２に示した第１の例は、第１のインダクタンス要素Ｌ１と第２のインダクタンス要素Ｌ２がそれぞれ線路である例である。図３に示した第２の例は、第１のインダクタンス要素Ｌ１と第２のインダクタンス要素Ｌ２がそれぞれインダクタである例である。

第１の例では、第１のインダクタンス要素Ｌ１を第１の線路とし、第２のインダクタンス要素Ｌ２を第２の線路とする。第１の線路と第２の線路は、少なくとも誘導結合する。第１の線路と第２の線路は、更に、分布定数回路のように、第１の線路と第２の線路の間のキャパシタンスが第１および第２の線路に沿って連続的に分布するように容量結合してもよい。

また、第１の例では、第１の線路は、第１の線路部分を含んでいてもよく、第２の線路は、第１の線路部分に対向する第２の線路部分を含んでいてもよい。第１の線路部分は、回路構成上、副線路２０の第２端２０ｂに最も近い第１の端縁と、その反対側の第２の端縁とを有している。第２の線路部分は、回路構成上、第２の平衡ポート２２に最も近い第１の端縁と、その反対側の第２の端縁とを有している。第２の線路部分の第１の端縁は、物理的に、第１の線路部分のうち、第１の線路部分の第２の端縁に最も近い。第２の線路部分の第２の端縁は、物理的に、第１の線路部分のうち、第１の線路部分の第１の端縁に最も近い。第１および第２の線路部分については、後で更に詳しく説明する。

第２の例では、図３に示したように、第１のインダクタンス要素Ｌ１と第２のインダクタンス要素Ｌ２は、集中定数素子であるキャパシタを介して容量結合してもよい。具体的に説明すると、図３に示したインピーダンス整合部３０は、更に、第１のインダクタンス要素Ｌ１の第１端Ｌ１ａと第２のインダクタンス要素Ｌ２の第１端Ｌ２ａを接続する第３の経路３３を有していてもよい。第３の経路３３は、第１のインダクタンス要素Ｌ１と第２のインダクタンス要素Ｌ２を容量結合させる第３のキャパシタＣ３を含んでいる。

次に、図４に示した第３の例について説明する。第３の例では、インピーダンス整合部３０は、インダクタＬ１１と第２のキャパシタＣ１１とを含むＬＣ回路である。第３の例の回路構成は、特にローパスフィルタの回路構成である。第３の例では、インピーダンス整合部３０は、第１および第２の例と同様に、副線路２０の第２端２０ｂと第２の平衡ポート２２とを接続する第１の経路３１と、第１の経路３１とグランドとを接続する第２の経路３２とを有している。第３の例では、第１の経路３１は、インダクタＬ１１を含んでいる。第２の経路３２は、第２のキャパシタＣ１１を含んでいる。

第３の例では、第２の経路３２は、更に、第３のキャパシタＣ１２を含んでいる。第２のキャパシタＣ１１は、インダクタＬ１１の一端とグランドとの間に設けられている。第３のキャパシタＣ１２は、インダクタＬ１１の他端とグランドとの間に設けられている。

次に、図５に示した第４の例について説明する。第４の例では、インピーダンス整合部３０は、インダクタＬ２１と第２のキャパシタＣ２１とを含むＬＣ回路である。また、第４の例では、インピーダンス整合部３０は、第１ないし第３の例と同様に、副線路２０の第２端２０ｂと第２の平衡ポート２２とを接続する第１の経路３１と、第１の経路３１とグランドとを接続する第２の経路３２とを有している。第４の例では、第１の経路３１は、インダクタＬ２１を含んでいる。第２の経路３２は、第２のキャパシタＣ２１を含んでいる。

第４の例では、第２の経路３２は、更に、第２のキャパシタＣ２１に対して直列に接続されたインダクタＬ２２を含んでいる。第２のキャパシタＣ２１は、インダクタＬ２１の一端とインダクタＬ２２の一端との間に設けられている。インダクタＬ２２の他端は、グランドに接続されている。第４の例では、第２の経路３２は、更に、インダクタＬ２１の他端とインダクタＬ２２の一端との間に設けられた第３のキャパシタＣ２２を含んでいる。

次に、バラン１の構造の一例について説明する。ここでは、図２に示した第１の例の回路構成に対応するインピーダンス整合部３０を備えたバラン１の構造の一例について説明する。図６は、バラン１の斜視図である。図６に示したバラン１は、不平衡ポート１１、第１および第２の平衡ポート２１，２２、主線路１０、副線路２０、第１のキャパシタＣ１およびインピーダンス整合部３０を一体化するための積層体５０を備えている。後で詳しく説明するが、積層体５０は、積層された複数の誘電体層と複数の導体層とを含んでいる。

積層体５０は、外周部を有する直方体形状をなしている。積層体５０の外周部は、上面５０Ａと、底面５０Ｂと、４つの側面５０Ｃ〜５０Ｆとを含んでいる。上面５０Ａと底面５０Ｂは互いに反対側を向き、側面５０Ｃ，５０Ｄも互いに反対側を向き、側面５０Ｅ，５０Ｆも互いに反対側を向いている。側面５０Ｃ〜５０Ｆは、上面５０Ａおよび底面５０Ｂに対して垂直になっている。積層体５０において、上面５０Ａおよび底面５０Ｂに垂直な方向が、複数の誘電体層および複数の導体層の積層方向である。図６では、この積層方向を、記号Ｔを付した矢印で示している。上面５０Ａと底面５０Ｂは、積層方向Ｔの両端に位置する。

図６に示したバラン１は、第１ないし第６の端子１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６を備えている。第１、第３および第４の端子１１１，１１３，１１４は、それぞれ、図１に示した不平衡ポート１１、第１の平衡ポート２１および第２の平衡ポート２２に対応している。第２、第５および第６の端子１１２，１１５，１１６は、グランドに接続される。端子１１１〜１１６は、積層体５０の底面５０Ｂに配置されている。

次に、図７ないし図１４を参照して、積層体５０について詳しく説明する。積層体５０は、積層された２１層の誘電体層を有している。以下、この２１層の誘電体層を、下から順に１層目ないし２１層目の誘電体層と呼ぶ。図７は、積層体５０の内部を示す斜視図である。図８は、積層体５０の内部の一部を示す斜視図である。図９において、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ１層目ないし３層目の誘電体層のパターン形成面を示している。図１０において、（ａ）は４層目ないし７層目の誘電体層のパターン形成面を示し、（ｂ）は８層目の誘電体層のパターン形成面を示している。図１１において、（ａ），（ｂ）は、それぞれ９層目および１０層目の誘電体層のパターン形成面を示している。図１２において、（ａ）は１１層目の誘電体層のパターン形成面を示し、（ｂ）は１２層目および１３層目の誘電体層のパターン形成面を示し、（ｃ）は１４層目の誘電体層のパターン形成面を示している。図１３において、（ａ）は１５層目の誘電体層のパターン形成面を示し、（ｂ）は１６層目の誘電体層のパターン形成面を示し、（ｃ）は１７層目および１８層目の誘電体層のパターン形成面を示している。図１４において、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、１９層目ないし２１層目の誘電体層のパターン形成面を示している。

図９（ａ）に示したように、１層目の誘電体層５１のパターン形成面には、第１ないし第６の端子１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６が形成されている。また、誘電体層５１には、それぞれ端子１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６に接続されたスルーホール５１Ｔ１，５１Ｔ２，５１Ｔ３，５１Ｔ４，５１Ｔ５，５１Ｔ６が形成されている。

図９（ｂ）に示したように、２層目の誘電体層５２のパターン形成面には、第１のキャパシタＣ１を構成するために用いられる導体層５２１が形成されている。また、誘電体層５２には、スルーホール５２Ｔ２，５２Ｔ３，５２Ｔ４，５２Ｔ５，５２Ｔ６が形成されている。スルーホール５２Ｔ２〜５２Ｔ６には、それぞれ図９（ａ）に示したスルーホール５１Ｔ２〜５１Ｔ６が接続されている。図９（ａ）に示したスルーホール５１Ｔ１は、導体層５２１に接続されている。

図９（ｃ）に示したように、３層目の誘電体層５３のパターン形成面には、第１のキャパシタＣ１を構成するために用いられる導体層５３１が形成されている。また、誘電体層５３には、スルーホール５３Ｔ１，５３Ｔ２，５３Ｔ３，５３Ｔ４，５３Ｔ５，５３Ｔ６が形成されている。スルーホール５３Ｔ１は、導体層５３１に接続されている。スルーホール５３Ｔ２〜５３Ｔ６には、それぞれ図９（ｂ）に示したスルーホール５２Ｔ２〜５２Ｔ６が接続されている。

図１０（ａ）に示したように、４層目ないし７層目の誘電体層５４，５５，５６，５７の各々には、スルーホール５４Ｔ１，５４Ｔ２，５４Ｔ３，５４Ｔ４，５４Ｔ５，５４Ｔ６が形成されている。誘電体層５４〜５７では、上下に隣接する同じ符号のスルーホール同士が互いに接続されている。誘電体層５４に形成されたスルーホール５４Ｔ１〜５４Ｔ６には、それぞれ図９（ｃ）に示したスルーホール５３Ｔ１〜５３Ｔ６が接続されている。

図１０（ｂ）に示したように、８層目の誘電体層５８には、スルーホール５８Ｔ１，５８Ｔ２，５８Ｔ３，５８Ｔ４，５８Ｔ５，５８Ｔ６が形成されている。スルーホール５８Ｔ１〜５８Ｔ６には、それぞれ図１０（ａ）に示した誘電体層５７に形成されたスルーホール５４Ｔ１〜５４Ｔ６が接続されている。

図１１（ａ）に示したように、９層目の誘電体層５９のパターン形成面には、主線路１０を構成するために用いられる導体層５９１が形成されている。導体層５９１は、第１端と第２端を有している。また、誘電体層５９には、スルーホール５９Ｔ３，５９Ｔ４，５９Ｔ５，５９Ｔ６が形成されている。スルーホール５９Ｔ３〜５９Ｔ６には、それぞれ図１０（ｂ）に示したスルーホール５８Ｔ３〜５８Ｔ６が接続されている。図１０（ｂ）に示したスルーホール５８Ｔ１は、導体層５９１における第１端の近傍部分に接続されている。図１０（ｂ）に示したスルーホール５８Ｔ２は、導体層５９１における第２端の近傍部分に接続されている。

図１１（ｂ）に示したように、１０層目の誘電体層６０のパターン形成面には、副線路２０を構成するために用いられる導体層６０１が形成されている。導体層６０１は、第１端と第２端を有している。また、誘電体層６０には、スルーホール６０Ｔ４，６０Ｔ５，６０Ｔ６，６０Ｔ７が形成されている。スルーホール６０Ｔ４〜６０Ｔ６には、それぞれ図１１（ａ）に示したスルーホール５９Ｔ４〜５９Ｔ６が接続されている。スルーホール６０Ｔ７は、導体層６０１における第２端の近傍部分に接続されている。図１１（ａ）に示したスルーホール５９Ｔ３は、導体層６０１における第１端の近傍部分に接続されている。

図１２（ａ）に示したように、１１層目の誘電体層６１のパターン形成面には、導体層６１１が形成されている。また、誘電体層６１には、スルーホール６１Ｔ４，６１Ｔ５，６１Ｔ６，６１Ｔ７が形成されている。スルーホール６１Ｔ４〜６１Ｔ６には、それぞれ図１１（ｂ）に示したスルーホール６０Ｔ４〜６０Ｔ６が接続されている。スルーホール６１Ｔ７と、図１１（ｂ）に示したスルーホール６０Ｔ７は、導体層６１１に接続されている。

図１２（ｂ）に示したように、１２層目および１３層目の誘電体層６２，６３の各々には、スルーホール６２Ｔ４，６２Ｔ５，６２Ｔ６，６２Ｔ７が形成されている。誘電体層６２，６３では、上下に隣接する同じ符号のスルーホール同士が互いに接続されている。誘電体層６２に形成されたスルーホール６２Ｔ４〜６２Ｔ７には、それぞれ図１２（ａ）に示したスルーホール６１Ｔ４〜６１Ｔ７が接続されている。

図１２（ｃ）に示したように、１４層目の誘電体層６４には、スルーホール６４Ｔ４，６４Ｔ５，６４Ｔ６，６４Ｔ７が形成されている。スルーホール６４Ｔ４〜６４Ｔ７には、それぞれ図１２（ｂ）に示した誘電体層６３に形成されたスルーホール６２Ｔ４〜６２Ｔ７が接続されている。

図１３（ａ）に示したように、１５層目の誘電体層６５のパターン形成面には、第２のキャパシタＣ２を構成するために用いられる導体層６５１と、導体層６５２とが形成されている。また、誘電体層６５には、スルーホール６５Ｔ４，６５Ｔ７が形成されている。スルーホール６５Ｔ４には、図１２（ｃ）に示したスルーホール６４Ｔ４が接続されている。スルーホール６５Ｔ７と、図１２（ｃ）に示したスルーホール６４Ｔ７は、導体層６５２に接続されている。図１２（ｃ）に示したスルーホール６４Ｔ５，６４Ｔ６は、導体層６５１に接続されている。

図１３（ｂ）に示したように、１６層目の誘電体層６６のパターン形成面には、第２のキャパシタＣ２を構成するために用いられる導体層６６１が形成されている。また、誘電体層６６には、スルーホール６６Ｔ４，６６Ｔ７，６６Ｔ８が形成されている。スルーホール６６Ｔ４，６６Ｔ７には、それぞれ図１３（ａ）に示したスルーホール６５Ｔ４，６５Ｔ７が接続されている。スルーホール６６Ｔ８は、導体層６６１に接続されている。

図１３（ｃ）に示したように、１７層目および１８層目の誘電体層６７，６８の各々には、スルーホール６７Ｔ４，６７Ｔ７，６７Ｔ８が形成されている。誘電体層６７，６８では、上下に隣接する同じ符号のスルーホール同士が互いに接続されている。誘電体層６７に形成されたスルーホール６７Ｔ４，６７Ｔ７，６７Ｔ８には、それぞれ図１３（ｂ）に示したスルーホール６６Ｔ４，６６Ｔ７，６６Ｔ８が接続されている。

図１４（ａ）に示したように、１９層目の誘電体層６９のパターン形成面には、第１のインダクタンス要素Ｌ１を構成するために用いられる導体層６９１が形成されている。導体層６９１は、第１端と第２端を有している。また、誘電体層６９には、スルーホール６９Ｔ４，６９Ｔ８が形成されている。スルーホール６９Ｔ４には、図１３（ｃ）に示した誘電体層６８に形成されたスルーホール６７Ｔ４が接続されている。スルーホール６９Ｔ８と、図１３（ｃ）に示した誘電体層６８に形成されたスルーホール６７Ｔ８は、導体層６９１における第２端の近傍部分に接続されている。図１３（ｃ）に示した誘電体層６８に形成されたスルーホール６７Ｔ７は、導体層６９１における第１端の近傍部分に接続されている。

図１４（ｂ）に示したように、２０層目の誘電体層７０のパターン形成面には、第２のインダクタンス要素Ｌ２を構成するために用いられる導体層７０１が形成されている。導体層７０１は、第１端と第２端を有している。図１４（ａ）に示したスルーホール６９Ｔ４は、導体層７０１における第１端の近傍部分に接続されている。図１４（ａ）に示したスルーホール６９Ｔ８は、導体層７０１における第２端の近傍部分に接続されている。

図１４（ｃ）に示したように、２１層目の誘電体層７１のパターン形成面には、マーク７１１が形成されている。

図６に示した積層体５０は、１層目の誘電体層５１のパターン形成面が積層体５０の底面５０Ｂになるように、１層目ないし２１層目の誘電体層５１〜７１が積層されて構成される。図７は、積層体５０の内部を示している。図７では、マーク７１１を省略している。図８は、積層体５０の内部の一部を示している。

以下、図１に示したバラン１の回路の構成要素および図２に示したインピーダンス整合部３０の第１の例の回路の構成要素と、図９ないし図１４に示した積層体５０の内部の構成要素との対応関係について説明する。主線路１０は、図１１（ａ）に示した導体層５９１によって構成されている。導体層５９１における第１端の近傍部分は、スルーホール５３Ｔ１，５４Ｔ１，５８Ｔ１を介して、図９（ｃ）に示した導体層５３１に接続されている。導体層５９１における第２端の近傍部分は、スルーホール５１Ｔ２，５２Ｔ２，５３Ｔ２，５４Ｔ２，５８Ｔ２を介して、第２の端子１１２に接続されている。

副線路２０は、図１１（ｂ）に示した導体層６０１によって構成されている。導体層６０１における第１端の近傍部分は、スルーホール５１Ｔ３，５２Ｔ３，５３Ｔ３，５４Ｔ３，５８Ｔ３，５９Ｔ３を介して、第３の端子１１３に接続されている。導体層６０１における第２端の近傍部分は、スルーホール６０Ｔ７、導体層６１１、スルーホール６１Ｔ７，６２Ｔ７，６４Ｔ７、導体層６５２、スルーホール６５Ｔ７，６６Ｔ７，６７Ｔ７を介して、図１４（ａ）に示した導体層６９１に接続されている。

第１のキャパシタＣ１は、図９（ｂ），（ｃ）に示した導体層５２１，５３１と、導体層５２１，５３１の間の誘電体層５２とによって構成されている。導体層５２１は、スルーホール５１Ｔ１を介して、第１の端子１１１に接続されている。導体層５３１は、スルーホール５３Ｔ１，５４Ｔ１，５８Ｔ１を介して、主線路１０を構成する導体層５９１に接続されている。

第１のインダクタンス要素Ｌ１は、図１４（ａ）に示した導体層６９１によって構成されている。導体層６９１における第１端の近傍部分は、スルーホール６０Ｔ７、導体層６１１、スルーホール６１Ｔ７，６２Ｔ７，６４Ｔ７、導体層６５２、スルーホール６５Ｔ７，６６Ｔ７，６７Ｔ７を介して、副線路２０を構成する導体層６０１に接続されている。導体層６９１における第２端の近傍部分は、スルーホール６６Ｔ８，６７Ｔ８を介して図１３（ｂ）に示した導体層６６１に接続されていると共に、スルーホール６９Ｔ８を介して図１４（ｂ）に示した導体層７０１に接続されている。導体層６９１と、誘電体層６８に形成されたスルーホール６７Ｔ７との接続箇所は、第１のインダクタンス要素Ｌ１の第１端Ｌ１ａに対応する。導体層６９１と、誘電体層６８に形成されたスルーホール６７Ｔ８との接続箇所は、第１のインダクタンス要素Ｌ１の第２端Ｌ１ｂに対応する。

第２のインダクタンス要素Ｌ２は、図１４（ｂ）に示した導体層７０１によって構成されている。導体層７０１における第１端の近傍部分は、スルーホール５１Ｔ４，５２Ｔ４，５３Ｔ４，５４Ｔ４，５８Ｔ４，５９Ｔ４，６０Ｔ４，６１Ｔ４，６２Ｔ４，６４Ｔ４，６５Ｔ４，６６Ｔ４，６７Ｔ４，６９Ｔ４を介して、第４の端子１１４に接続されている。導体層７０１における第２端の近傍部分は、スルーホール６９Ｔ８を介して、第１のインダクタンス要素Ｌ１を構成する導体層６９１に接続されている。導体層７０１とスルーホール６９Ｔ４との接続箇所は、第２のインダクタンス要素Ｌ２の第１端Ｌ２ａに対応する。導体層７０１とスルーホール６９Ｔ８との接続箇所は、第２のインダクタンス要素Ｌ２の第２端Ｌ２ｂに対応する。

第２のキャパシタＣ２は、図１３（ａ），（ｂ）に示した導体層６５１，６６１と、導体層６５１，６６１の間の誘電体層６５とによって構成されている。導体層６５１は、スルーホール５１Ｔ５，５１Ｔ６，５２Ｔ５，５２Ｔ６，５３Ｔ５，５３Ｔ６，５４Ｔ５，５４Ｔ６，５８Ｔ５，５８Ｔ６，５９Ｔ５，５９Ｔ６，６０Ｔ５，６０Ｔ６，６１Ｔ５，６１Ｔ６，６２Ｔ５，６２Ｔ６，６４Ｔ５，６４Ｔ６を介して、第５および第６の端子１１５，１１６に接続されている。導体層６６１は、スルーホール６６Ｔ８，６７Ｔ８を介して、第１のインダクタンス要素Ｌ１を構成する導体層６９１に接続されている。

前述のように、インピーダンス整合部３０の第１の例では、第１のインダクタンス要素Ｌ１は第１の線路であり、第２のインダクタンス要素Ｌ２は第２の線路である。第１の線路は、図１４（ａ）に示した導体層６９１によって構成されている。第２の線路は、図１４（ｂ）に示した導体層７０１によって構成されている。

第１の線路は、第１の線路部分３１Ａを含んでいる。図１４（ａ）では、第１の線路部分３１Ａを、ハッチングを付して表している。第１の線路部分３１Ａは、回路構成上、副線路２０に最も近い第１の端縁３１Ａａと、その反対側の第２の端縁３１Ａｂとを有している。第１の端縁３１Ａａは、第１のインダクタンス要素Ｌ１の第１端Ｌ１ａの近傍に位置する。第２の端縁３１Ａｂは、第１のインダクタンス要素Ｌ１の第２端Ｌ１ｂの近傍に位置する。

第２の線路は、第１の線路部分３１Ａに対向する第２の線路部分３１Ｂを含んでいる。図１４（ｂ）では、第２の線路部分３１Ｂを、ハッチングを付して表している。第２の線路部分３１Ｂは、回路構成上、第２の平衡ポート２２に最も近い第１の端縁３１Ｂａと、その反対側の第２の端縁３１Ｂｂとを有している。第１の端縁３１Ｂａは、第２のインダクタンス要素Ｌ２の第１端Ｌ２ａの近傍に位置する。第２の端縁３１Ｂｂは、第２のインダクタンス要素Ｌ２の第２端Ｌ２ｂの近傍に位置する。

図１４（ａ），（ｂ）に示したように、第２の線路部分３１Ｂの第１の端縁３１Ｂａは、物理的に、第１の線路部分３１Ａのうち、第２の端縁３１Ａｂに最も近い。第２の線路部分３１Ｂの第２の端縁３１Ｂｂは、物理的に、第１の線路部分３１Ａのうち、第１の端縁３１Ａａに最も近い。

次に、本実施の形態に係るバラン１の作用および効果について説明する。バラン１では、不平衡ポート１１において不平衡信号が入出力され、第１の平衡ポート２１において第１の平衡要素信号が入出力され、第２の平衡ポート２２において第２の平衡要素信号が入出力される。第１の平衡要素信号と第２の平衡要素信号は、平衡信号を構成する。バラン１は、不平衡信号と平衡信号との間の変換を行う。

副線路２０とインピーダンス整合部３０は、バラン１の使用周波数帯域において、不平衡ポート１１に不平衡信号を入力したときに第１および第２の平衡ポート２１，２２から出力される第１および第２の平衡要素信号の位相差が１８０度またはそれに近い値になるように設計される。例えば、主線路１０と副線路２０は、いずれも、バラン１の使用周波数帯域内の所定の周波数に対応する波長の１／２に相当する長さまたはそれに近い長さを有する線路であってもよい。この場合、インピーダンス整合部３０は、上記の所定の周波数の信号がインピーダンス整合部３０を通過する際に、その信号に対して３６０度またはそれに近い値の位相の変化を生じさせるように設計されてもよい。

本実施の形態に係るバラン１では、主線路１０と第１のキャパシタＣ１によって直列共振回路が構成される。これにより、バラン１の反射特性において、上記直列共振回路の共振による減衰極を生じさせることができる。この減衰極が生じる周波数すなわち上記直列共振回路の共振周波数は、バラン１の使用周波数帯域内に存在するように調整されることが好ましい。本実施の形態によれば、バラン１の反射特性において上記の減衰極を生じさせることにより、マーチャントバランに比べて、通過特性および反射特性が良好な周波数帯域を広くすることが可能になる。従って、本実施の形態によれば、広い周波数帯域において使用可能なバラン１を実現することが可能になる。

また、本実施の形態に係るバラン１では、インピーダンス整合部３０の構成としては、第１ないし第４の例に限らず、インピーダンス整合の機能と位相の変化を生じさせる機能を発揮できるものであれば、種々の構成を採用することができる。そのため、本実施の形態によれば、バラン１に要求される特性や形状等の条件に応じて、インピーダンス整合部３０およびバラン１を幅広く設計することが可能である。

以下、本実施の形態に係るバラン１と比較例のバラン２０１の特性を比較したシミュレーションの結果を参照して、本実施の形態に係るバラン１の効果について更に説明する。比較例のバラン２０１は、マーチャントバランである。

図１５は、比較例のバラン２０１の回路構成を示す回路図である。図１５に示したように、比較例のバラン２０１は、不平衡ポート２１１と、第１の平衡ポート２２１Ａと、第２の平衡ポート２２１Ｂと、第１の不平衡伝送線路２１０Ａと、第２の不平衡伝送線路２１０Ｂと、第１の平衡伝送線路２２０Ａと、第２の平衡伝送線路２２０Ｂとを含んでいる。

第１の不平衡伝送線路２１０Ａと第２の不平衡伝送線路２１０Ｂは、直列に接続されている。第１の平衡伝送線路２２０Ａは、第１の不平衡伝送線路２１０Ａに対して電磁結合する。第２の平衡伝送線路２２０Ｂは、第２の不平衡伝送線路２１０Ｂに対して電磁結合する。

第１の不平衡伝送線路２１０Ａの一端は、不平衡ポート２１１に接続されている。第１の不平衡伝送線路２１０Ａの他端は、第２の不平衡伝送線路２１０Ｂの一端に接続されている。

第１の平衡伝送線路２２０Ａの一端は、第１の平衡ポート２２１Ａに接続されている。第２の平衡伝送線路２２０Ｂの一端は、第２の平衡ポート２２１Ｂに接続されている。第１の平衡伝送線路２２０Ａの他端と第２の平衡伝送線路２２０Ｂの他端は、グランドに接続されている。

シミュレーションでは、バラン１，２０１の通過帯域の中心周波数が等しくなるように、バラン１，２０１を設計した。また、シミュレーションでは、バラン１，２０１について、反射特性、通過特性、振幅バランス特性および位相バランス特性を求めた。

図１６は、バラン１，２０１の反射特性の一例を示している。ここでは、バランの反射特性を、不平衡ポートに不平衡信号を入力したときに不平衡ポートから出力される信号の応答を表すシングルエンデッドＳパラメータを用いて表す。以下、このＳパラメータを反射損失と言う。図１６において、横軸は周波数を示し、縦軸は反射損失を示している。また、図１６において、符号８１を付した線はバラン１の反射特性を示し、符号８２を付した線はバラン２０１の反射特性を示している。

図１６に示したように、バラン２０１の反射特性８２では、図１６の横軸の周波数範囲において、１つの減衰極が生じている。これに対し、バラン１の反射特性８１では、図１６の横軸の周波数範囲において、第１の減衰極９１と第２の減衰極９２の２つの減衰極が生じている。第１の減衰極９１は、主線路１０と第１のキャパシタＣ１によって構成された直列共振回路の共振によるものである。第２の減衰極９２は、バラン１のうちの、主線路１０、副線路２０およびインピーダンス整合部３０からなる部分の共振によるものである。

反射損失の値を−ＲｄＢと表したときに、バランの反射特性としては、広い周波数帯域において、Ｒの値が十分に大きいことが求められる。バラン１の反射特性８１では、２つの減衰極９１，９２が生じていることにより、広い周波数帯域において、Ｒの値が十分に大きくなっている。例えば、Ｒの値が３以上となる周波数帯域の広さを比較すると、バラン２０１の反射特性８２に比べてバラン１の反射特性８１の方が明らかに広い。従って、バラン１の反射特性８１は、バラン２０１の反射特性８２に比べて、より広い周波数帯域において良好であると言える。

図１７は、バラン１，２０１の通過特性の一例を示している。ここでは、バランの通過特性を、不平衡ポートに不平衡信号を入力したときに２つの平衡ポートから出力される２つの平衡要素信号の差信号の応答を表すミックスト・モードＳパラメータを用いて表す。以下、このＳパラメータを挿入損失と言う。図１７において、横軸は周波数を示し、縦軸は挿入損失を示している。また、図１７において、符号８３を付した線はバラン１の通過特性を示し、符号８４を付した線はバラン２０１の通過特性を示している。

挿入損失の値を−ＩｄＢと表したときに、バランの通過特性としては、広い周波数帯域において、Ｉの値が十分に小さいことが求められる。例えば、Ｉの値が３以下となる周波数帯域の広さを比較すると、バラン２０１の通過特性８４に比べてバラン１の通過特性８３の方が明らかに広い。従って、バラン１の通過特性８３は、バラン２０１の通過特性８４に比べて、より広い周波数帯域において良好であると言える。この効果は、前述のように、バラン１の反射特性８１において２つの減衰極９１，９２が生じていることによるものである。

図１８は、バラン１，２０１の振幅バランス特性の一例を示している。ここでは、バランの振幅バランス特性を、不平衡ポートに不平衡信号を入力したときに２つの平衡ポートから出力される２つの平衡要素信号の振幅の差（以下、振幅差と言う。）を用いて表す。振幅差は、第１の平衡要素信号の振幅が第２の平衡要素信号の振幅よりも大きい場合には正の値で表し、第１の平衡要素信号の振幅が第２の平衡要素信号の振幅よりも小さい場合には負の値で表す。図１８において、横軸は周波数を示し、縦軸は振幅差を示している。また、図１８において、符号８５を付した線はバラン１の振幅バランス特性を示し、符号８６を付した線はバラン２０１の振幅バランス特性を示している。

図１８の横軸の周波数範囲において、バラン１の振幅差とバラン２０１の振幅差は、いずれも０（ｄＢ）に近い。従って、図１８の横軸の周波数範囲において、バラン１の振幅バランス特性８５とバラン２０１の振幅バランス特性８６は、いずれも良好である。

図１９は、バラン１，２０１の位相バランス特性の一例を示している。ここでは、バランの位相バランス特性を、不平衡ポートに不平衡信号を入力したときに２つの平衡ポートから出力される２つの平衡要素信号の位相の差（以下、位相差と言う。）を用いて表す。位相差は、第２の平衡要素信号の位相に対して第１の平衡要素信号の位相が進んでいる大きさを表している。図１９において、横軸は周波数を示し、縦軸は位相差を示している。また、図１９において、符号８７を付した線はバラン１の位相バランス特性を示し、符号８８を付した線はバラン２０１の位相バランス特性を示している。

図１９の横軸の周波数範囲において、バラン１の位相差とバラン２０１の位相差は、いずれも１８０度（ｄｅｇ）に近い。従って、図１９の横軸の周波数範囲において、バラン１の位相バランス特性８７とバラン２０１の位相バランス特性８８は、いずれも良好である。

図１６および図１７から分かるように、本実施の形態に係るバラン１によれば、比較例のバラン２０１すなわちマーチャントバランに比べて、通過特性および反射特性が良好な周波数帯域を広くすることができる。図１６ないし図１９に示した例のバラン１の使用周波数帯域は、少なくとも、１０００〜７０００ＭＨｚ（１〜７ＧＨｚ）の周波数帯域を含んでいる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、インピーダンス整合部３０は、図２に示した構成に加えて、第１のインダクタンス要素Ｌ１の第１端Ｌ１ａと第２のインダクタンス要素Ｌ２の第１端Ｌ２ａを接続する第３の経路を有していてもよい。この第３の経路は、集中定数素子である第３のキャパシタを含んでいる。この場合、第１のインダクタンス要素Ｌ１である第１の線路と、第２のインダクタンス要素Ｌ２である第２の線路は、第１の線路と第２の線路の間のキャパシタンスが第１および第２の線路に沿って連続的に分布するように容量結合してもよいし、しなくてもよい。また、インピーダンス整合部３０は、線路からなる遅延線であってもよい。

１…バラン、１０…主線路、１１…不平衡ポート、２０…副線路、２１…第１の平衡ポート、２２…第２の平衡ポート、３０…インピーダンス整合部、Ｃ１…第１のキャパシタ。

Claims (8)

1. 不平衡ポートと、
   第１の平衡ポートと、
   第２の平衡ポートと、
   互いに反対側に位置する第１端と第２端を有する主線路と、
   互いに反対側に位置する第１端と第２端を有し、前記主線路に対して電磁結合する副線路と、
   前記主線路の前記第１端と前記不平衡ポートとの間に設けられた第１のキャパシタと、
   前記副線路の前記第２端と前記第２の平衡ポートとの間に設けられたインピーダンス整合部とを備え、
   前記主線路の前記第２端は、グランドに接続され、
   前記副線路の前記第１端は、前記第１の平衡ポートに接続されていることを特徴とするバラン。
2. 前記インピーダンス整合部は、インダクタと第２のキャパシタとを含むＬＣ回路であることを特徴とする請求項１記載のバラン。
3. 前記インピーダンス整合部は、前記副線路の前記第２端と前記第２の平衡ポートとを接続する第１の経路と、前記第１の経路とグランドとを接続する第２の経路とを有し、
   前記第１の経路は、インダクタを含み、
   前記第２の経路は、第２のキャパシタを含むことを特徴とする請求項１記載のバラン。
4. 前記インピーダンス整合部は、前記副線路の前記第２端と前記第２の平衡ポートとを接続する第１の経路と、前記第１の経路とグランドとを接続する第２の経路とを有し、
   前記第１の経路は、それぞれインダクタンスを有し互いに誘導結合する第１のインダクタンス要素と第２のインダクタンス要素を含み、
   前記第１のインダクタンス要素と前記第２のインダクタンス要素の各々は、互いに反対側に位置する第１端と第２端を有し、
   前記第１のインダクタンス要素の前記第１端は、前記副線路の前記第２端に接続され、
   前記第２のインダクタンス要素の前記第１端は、前記第２の平衡ポートに接続され、
   前記第１のインダクタンス要素の前記第２端と前記第２のインダクタンス要素の前記第２端は、互いに接続され、且つ前記第２の経路を介してグランドに接続され、
   前記第２の経路は、第２のキャパシタを含むことを特徴とする請求項１記載のバラン。
5. 前記第１のインダクタンス要素は第１の線路であり、前記第２のインダクタンス要素は第２の線路であることを特徴とする請求項４記載のバラン。
6. 前記第１の線路と前記第２の線路は、互いに容量結合することを特徴とする請求項５記載のバラン。
7. 前記第１の線路は、第１の線路部分を含み、
   前記第２の線路は、前記第１の線路部分に対向する第２の線路部分を含み、
   前記第１の線路部分は、回路構成上、前記副線路の前記第２端に最も近い第１の端縁と、その反対側の第２の端縁とを有し、
   前記第２の線路部分は、回路構成上、前記第２の平衡ポートに最も近い第１の端縁と、その反対側の第２の端縁とを有し、
   前記第２の線路部分の前記第１の端縁は、物理的に、前記第１の線路部分のうち、前記第１の線路部分の前記第２の端縁に最も近く、前記第２の線路部分の前記第２の端縁は、物理的に、前記第１の線路部分のうち、前記第１の線路部分の前記第１の端縁に最も近いことを特徴とする請求項５または６記載のバラン。
8. 更に、前記不平衡ポート、前記第１および第２の平衡ポート、前記主線路、前記副線路、前記第１のキャパシタおよび前記インピーダンス整合部を一体化するための積層体であって、積層された複数の誘電体層と複数の導体層とを含む積層体を備えたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のバラン。

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