JP2688531B2

JP2688531B2 - 電力分配／合成器

Info

Publication number: JP2688531B2
Application number: JP2048562A
Authority: JP
Inventors: 正人阿佐; 政幸中嶋
Original assignee: 株式会社トキメック
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1997-12-10
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JPH03250902A; US5150084A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、マイクロ波帯において好適に用いられる電
力分配／合成器に関し、特に、フィルタ機能を備えた分
布定数型の電力分配／合成器に関する。

［従来の技術］マイクロ波送信機、受信機等のマイクロ波回路におい
て用いられる回路素子として、電力分配／合成器や、フ
ィルタがある。

従来、この種の電力分配／合成器としては、第10図に
示すように、1/4波長変成器31,32を、共通ポート１と各
分配ポート2,3との間に設けて構成されるものがある。
このような構成において、共通ポート１から入力される
マイクロ波電力は、分配ポート2,3に等分配される。ま
た、分配ポート2,3から入力されるマイクロ波電力は、
合成されて共通ポート１から出力される。

また、フィルタとしては、例えば、ローパスフィルタ
であれば、第11図に示すような、ハイインピーダンス線
路33にオープンスタブ34を設けて構成されるものがあ
る。

なお、この種の電力分配／合成器については、例え
ば、（S.B.Chon“A Class of Bloadband Three-Part TE
M-Mode Hybrid"IEEE Trans.Microwave Theory Thec,MTT
-16,No.2（Fed,1968）pp.110〜116）等に記載されてい
る。また、この種のフィルタについては、（G.L.Matiha
ei,L.Toung and E.M.T.Jones“Microwave Filters,Impe
dance-Matching Networks,and Coupling Structures"Mc
GRAW-HILL BOOK COMPANY 1984）等に記載されている。

［発明が解決しようとする課題］ところで、マイクロ波回路では、電力分配器に、フィ
ルタを縦列接続して用いることが多く行なわれている。
しかし、従来は、それぞれ独立の回路素子として設けら
れている。そのため、使用部品数が多くなると共に、回
路が大きくならざるを得なかった。特に、マイクロ波回
路を集積回路化する場合には、回路部品の占める面積を
少なくして、できる限り小型化するため、部品数の減少
が望まれている。

また、従来の電力分配／合成器は、上述したように、
1/4波長変成器を用いるため、その形状が大きいという
問題があった。例えば、第10図に示すものでは、共通ポ
ート１から分配ポート２、３の両端の長さL2が、約60mm
となる。そのため、小型化の障害となっているため、こ
の点についても、解決すべき課題となっていた。

本発明の目的は、素子を小型化すると共に、電力分配
／合成機能に、フィルタ機能を併せて持たせて、回路素
子の複合化を図り、部品数の減少を可能とする電力分配
／合成器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するため、本発明は、フィルタ機能を
有するインピーダンス変成器を、共通ポートと各分配ポ
ートとの間に設けて構成され、マイクロ波電力の分配／
合成を行なう電力分配／合成器を提供する。

また、本発明は、共通ポートとＮ個の分配ポートとの
間に、インピーダンス変成機能を有するフィルタをそれ
ぞれ備えて構成される電力分配／合成器を提供する。こ
こで、フィルタは、例えば、分配ポート側の特性インピ
ーダンスより大きいインピーダンスを有するインピーダ
ンス線路に共振素子を設けて達成することができる。

［作用］本発明は、共通ポートと各分配ポートとの間に設けら
れるインピーダンス変成機能により、共通ポートに入力
されるマイクロ波電力が、各分配ポートに分配される。
ここで、インピーダンス変成比をn:1と設定すれば（ｎ
は分配数）、電力は等分配される。

また、本発明は、インピーダンス変成器と共に、共通
ポートと各分配ポートとの間にフィルタ機能が設けられ
ている。このフィルタ機能により、共通ポートに入力さ
れるマイクロ波電力が、そのフィルタ特性に応じて周波
数が選択されて各分配ポートに分配出力される。

以上は電力の分配の場合である。合成の場合は、分配
ポートからマイクロ波電力を入力すると、共通ポートか
ら合成されたマイクロ波電力が得られる。この場合、フ
ィルタ機能も同様に作用し、フィルタ特性に応じて選択
された周波数のマイクロ波電力が合成される。

このように、本発明によれば、マイクロ波の電力分配
／合成器と共に、フィルタ機能を併せて備えているの
で、回路素子の複合化が図れて、部品数の減少が可能と
なる。また、二つの機能が、分配／合成器またはフィル
タの一方の素子と同等の大きさで実現される。従って、
ある程度の面積を必要とする分布定数型の電力分配／合
成器およびフィルタを、小さな面積で実現することがで
き、素子の小型化が可能となる。

［実施例］以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明
する。

第１図および第２図に、トリプレート構造のストリッ
プラインを用いて構成した、ローパスフィルタ特性を有
する、本発明の分配／合成器の一実施例の構成を示す。
なお、第１図は、ストリップ線路パターンを、また、第
２図は本実施例断面構造を、それぞれ模式的に示す。

本実施例は、共通ポート１と、２個の分配ポート2,3
との間に、フィルタ機能を有するインピーダンス変成器
６をそれぞれ設け、これらとアイソレーション抵抗７と
を、接地導体8,9間に、誘電体10を介して配置すること
により構成される。

インピーダンス変成器６は、共通ポート１と２個の分
配ポート2,3とを接続するハイインピーダンス線路５
に、オープンスタブ４を設けて構成される。

本実施例では、このインピーダンス変成器６は、は、
２本が並行に配置される。従って、インピーダンス変成
器６は、変成比2:1となるように設定する。もっとも、
２本に限らず、さらに多数のインピーダンス変成器６を
用いて、多数（ｎ本）の分配を行なうことも可能であ
る。この場合、分配数ｎに応じて、インピーダンス変成
器６を変成比がn:1となるように設定する。

オープンスタブ４の突出長さ、幅、個数は、フィルタ
特性および変成比n:1によって適宜設定することができ
る。本実施例では、オープンスタブ４は、20GHzをカッ
トオフ周波数とするローパスフィルタを構成するように
設定される。この設定は、例えば、シミュレーションに
より行なうことができる。

共通ポート１および２個の分配ポート2,3と、インピ
ーダンス変成器6,6とは、例えば、誘電体10a上に設けら
れた導体層を、予め設定したパターンに従ってフォトエ
ッチングすることにより形成される。

アイソレーション抵抗７は、第１図において斜線によ
り示すように、並行して配置される２本のインピーダン
ス線路５間に、それの線路間を渡って配置される。な
お、アイソレーション抵抗７は、その長手方向の２辺の
周辺部が、２本のインピーダンス線路５の対向辺および
その近傍部分と重なって、これを覆うように配置され
る。もっとも、インピーダンス線路５との直流的な接触
の如何は問わない。

本実施例の分配／合成器は、共通ポート１、２個の分
配ポート2,3、インピーダンス変成器６及びアイソレー
ション抵抗７をそれぞれ設けてある誘電体10aと、誘電
体10bとを順次積層したものを、ケースを構成する接地
導体8,9間に挾んで構成される。なお、上記各誘電体10a
および10bとしては、例えば、テフロン等の樹脂を用い
ることができる。

このような構成において、共通ポート１からマイクロ
波電力を入射させると、入射電力が等分配されて、分配
ポート2,3から出力される。この際、オープンスタブ４
がローパスフィルタの共振素子として作用し、20GHz以
上の周波数のマイクロ波電力が遮断され、分配ポート2,
3には、それより低い周波数のマイクロ波電力が選択的
に出力される。

これらの様子を、第３図に示す。第３図では、横軸に
周波数として0.045〜26.5GHzをとり、縦軸の上側に通過
特性および下側に反射特性について、それぞれの減衰量
を0dBから10dB単位でとってある。

同図によれば、共通ポート１から分配ポート２への通
過特性S21と、共通ポート１から分配ポート３への通過
特性S31は、同図中に付した符号ａの位置における周波
数（2GHz）では、−3.31dBの減衰となって、等分配され
ていることが分かる。また、これらは、同図中に付した
符号ｂの位置における周波数（18GHz）では、−5dBの減
衰となり、２〜18GHzの範囲で、ほぼ均等な出力でマイ
クロ波電力が分配出力され、符号ｃ（20GHz）の付近か
ら急激に減衰し、26.5GHzの位置で−60dB以上の減衰と
なることを示す。なお、通過特性S21と通過特性S31と
は、高周波数域において、若干の差を生じることを除
き、同一の特性を有している。

また、共通ポート１からマイクロ波電力を入力させた
場合における該ポートにおける反射特性S11は、同図に
示す符号ｄおよびｅ間において、−12dBを超える値とな
り、符号ｆ（20GHz）の位置を超えると、0dBに近づく。
従って、２〜18GHzの範囲で、共通ポート１からの入力
について、反射が少なくなることが分かる。

第４図にアイソレーション特性および分配ポートにお
ける出力反射特性を示す。第４図では、横軸に周波数と
して0.045〜26.5GHzをとり、縦軸の上側にアイソレーシ
ョン特性および下側に分配ポートにおける反射特性をそ
れぞれ0dBから10dB単位でとってある。

同図によれば、分配ポート３から入力されたマイクロ
波電力が分配ポート２にどの程度漏れるかを調べるアイ
ソレーション特性S23は、同図中に付した符号ｂの位置
における周波数（18GHz）では、−23.79dBの値となっ
て、大きなアイソレーション効果があることが分かる。

また、各分配ポート2,3からそれぞれマイクロ波を入
力させた場合の、それぞれのポートにおける反射特性S2
2,S33は、同図において、符号ｄの位置において、−16.
30dBより大きな値となり、符号ｅ（20GHz）の位置を超
えると、0dBに近づく。従って、２〜18GHzの範囲で、各
分配ポート2,3からのそれぞれの入力について、反射が
少なくなることが分かる。従って、電力の合成に際して
も、この範囲で行なうことができる。

このように、本実施例では、20GHz以下では電力分配
／合成器の特性を示し、20GHz以上では、ローパスフィ
ルタの遮断特性を示している。

また、本実施例の電力分配／合成器は、共通ポート１
から分配ポート２、３の両端の長さL1が、約30mmとな
る。従って、上述した第11図に示す従来の1/4波長変成
器を用いたものより、小型化されている。

なお、上記実施例では、トリプレート構造のストリッ
プラインを用いて構成した例を示したが、本発明は、マ
イクロストリップ線路により構成することができる。こ
の場合は、例えば、上記実施例におけるアイソレーショ
ン抵抗を誘電体基板に薄膜技術等により設け、この上
に、共通ポート１、２個の分配ポート2,3およびインピ
ーダンス変成器６をそれぞれ設けて構成することができ
る。

次に、本発明の他の実施例について、第５図および第
６図を参照して説明する。

第５図および第６図に、トリプレート構造のストリッ
プラインを用いて構成した、ハイパスフィルタ特性を有
する、本発明の分配／合成器の他の一実施例の構成を示
す。なお、第５図はストリップ線路パターンを、また、
第６図は本実施例の断面構造を、それぞれ模式的に示
す。

本実施例は、共通ポート１と、２個の分配ポート2,3
との間に、ハイパスフィルタ機能を有するインピーダン
ス変成器11とをそれぞれ設け、これらとアイソレーショ
ン抵抗７とを、接地導体8,9間に、誘電体13を介して配
置することにより構成される。なお、ここで、上記実施
例と共通するものについては、同一の符号を付してあ
る。

インピーダンス変成器11は、共通ポート１と２個の分
配ポート2,3とを接続するキャパシタ12に、オープンス
タブ４を設けて構成される。

本実施例では、インピーダンス変成器11は、２本が並
行に配置される。従って、このインピーダンス変成器11
は、変成比が2:1となるように設定される。もっとも、
２本に限らず、さらに多数のインピーダンス変成器11を
用いて、多数（ｎ本）の分配を行なうことも可能であ
る。この場合、分配数ｎに応じて、インピーダンス変成
器11を変成比がn:1となるように設定する。

キャパシタ12は、第５図および第６図に示すように、
誘電体13aの両面に、交互に導体14を設けて構成され
る。これらのキャパシタ12とオープンスタブ４とによっ
て、任意にカットオフ周波数を選ぶことができる。キャ
パシタ12の構造、接続段数および、オープンスタブ４の
突出長さ、幅、個数は、フィルタ特性および変成比n:1
によって適宜設定することができる。この設定は、例え
ば、シミュレーションにより行なうことができる。

共通ポート１および２個の分配ポート2,3と、インピ
ーダンス変成器11,11とは、例えば、誘電体13aの両面に
設けられた導体層を、予め設定したパターンに従って、
フォトエッチング技術を用いて形成される。

アイソレーション抵抗７は、第５図において斜線によ
り示すように、並行して配置される２本のインピーダン
ス変成器11間に、それらの線路間を渡って配置される。
なお、アイソレーション抵抗７は、その長手方向の２辺
の周辺部が、２本のインピーダンス変成器11の対向辺お
よびその近傍部分と重なって、これを覆うように配置さ
れる。もっとも、インピーダンス変成器11との直流的な
接触の如何は問わない。すなわち、両者が接触していな
くともよい。このアイソレーション抵抗７は、誘電体13
aの両面側にそれぞれ配置されるが、一方のみとしても
よい。

アイソレーション抵抗７は、誘電体13bおよび13c上
に、設けることができる。

本実施例の分配／合成器は、共通ポート１、２個の分
配ポート2,3およびインピーダンス変成器11をそれぞれ
設けてある誘電体13aと、アイソレーション抵抗７が設
けてある誘電体13bと、同じく誘電体13cとを順次積層し
たものを、ケースを構成する接地導体8,9間に挾んで構
成される。

なお、上記各誘電体13a、13bおよび13cとしては、上
記した誘電体10と同様に、例えば、テフロン等の樹脂を
用いることができる。

このような構成において、共通ポート１からマイクロ
波電力を入射させると、入射電力が等分配されて、分配
ポート2,3から出力される。この際、キャパシタ12およ
びオープンスタブ４がハイパスフィルタの共振素子とし
て作用し、カットオフ周波数より下のマイクロ波電力が
遮断され、分配ポート2,3には、それより高い周波数の
マイクロ波電力が選択的に出力される。これは、分配ポ
ート2,3からマイクロ波電力を入力して共通ポート１か
ら出力する電力合成の場合も同様である。

次に、本発明のさらに他の実施例について、第７図お
よび第８図を参照して説明する。

第７図および第８図に、マイクロストリップラインを
用いて構成した、ハイパスフィルタ特性を有する、本発
明の分配／合成器の他の一実施例の構成を示す。なお、
第７図はマイクロストリップ線路パターンを、また、第
８図は本実施例の断面構造を、それぞれ模式的に示す。

本実施例は、共通ポート１および２個の分配ポート2,
3と、それらを接続する、ハイパスフィルタ機能を有す
るインピーダンス変成器16と、アイソレーション抵抗23
とを、誘電体基板15上にそれぞれ設けることにより構成
される。なお、ここで、上記実施例と共通するものにつ
いては、同一の符号を付してある。

インピーダンス変成器16は、共通ポート１と２個の分
配ポート2,3とを接続するキャパシタ17に、オープンス
タブ４を設けて構成される。

本実施例では、このインピーダンス変成器16は、２本
が並行に配置される。従って、インピーダンス変成器16
は、変成比が2:1となるように設定する。もっとも、２
本に限らず、さらに多数のインピーダンス変成器16を用
いて、多数（ｎ本）の分配を行なうことも可能である。
この場合、分配数ｎに応じて、インピーダンス変成器16
を変成比がn:1となるように設定する。

キャパシタ17は、第７図および第８図に示すように、
誘電体基板15の上面に、下部導体層18を不連続に複数段
設け、各下部導体層18の一部に、誘電体19を搭載し、こ
の上に、上部導体層20を配置して構成される。この上部
導体層20の一端は、後段の下部導体層18に接続される。
これにより、複数段のキャパシタ17が直列に接続され
る。上部導体層20は、例えば、金箔、アルミニウム箔、
等の金属リボンを用いることができる。もちろんこれに
限定されない。

下部導体層18には、オープンスタブ４が設けてある。
また、誘電体基板15の下面側には、接地導体21が配置さ
れる。

これらの下部導体層18、誘電体19および上記導体層20
からなるキャパシタ17と、オープンスタブ４とは、任意
の周波数をカットオフ周波数とするハイパスフィルタを
構成するように設定される。キャパシタ17の素子構造、
接続段数およびオープンスタブ４の突出長さ、幅、個数
は、フィルタ特性および変成比n:1によって適宜設定す
ることができる。この設定は、例えば、シミュレーショ
ンにより行なうことができる。

アイソレーション抵抗23は、第７図において斜線によ
り示すように、並行して配置される２本のインピーダン
ス変成器16間に、下部導体層18に対応して不連続に、か
つ、それらの線路間を渡って配置される。なお、アイソ
レーション抵抗23は、その線路方向の２辺の周辺部が、
２本のインピーダンス変成器16の対向辺およびその近傍
部分と重なるように配置される。もっとも、インピーダ
ンス変成器16との直流的な接触の如何は問わない。

アイソレーション抵抗23は、誘電体基板15の上に、薄
膜技術等により設けることができる。このアイソレーシ
ョン抵抗23上に、下部導体層18が設けられ、さらに、共
通ポート１および２個の分配ポート2,3と、インピーダ
ンス変成器16,16とが、上述した構造で順次設けられ
る。

なお、上記各誘電体基板15としては、上記した誘電体
10と同様に、例えば、テフロン等の樹脂を用いることが
できる。

このような構成において、共通ポート１からマイクロ
波電力を入射させると、入射電力が等分配されて、分配
ポート2,3から出力される。この際、インピーダンス変
成器16の各キャパシタ17およびオープンスタブ４がハイ
パスフィルタの共振素子として作用し、任意の周波数以
下の周波数のマイクロ波電力が遮断されて、分配ポート
2,3には、それより高い周波数のマイクロ波電力が選択
的に出力される。これは、分配ポート2,3からマイクロ
波電力を入力して共通ポート１から出力する電力合成の
場合も同様である。

以上の実施例では、ローパスフィルタおよびハイパス
フィルタのフィルタ特性機能を備えた電力分配／合成器
の例を示したが、本発明は、これに限らず、バンドパス
フィルタ特性を備えたものも可能である。第９図にその
一例を示す。

同図に示す実施例では、通過帯域の中心周波数の1/2
波長の長さを有する線路26を、1/4波長ずつずらせて順
次配列して構成される。このようにして、バンドパスフ
ィルタ機能を有すると共に、インピーダンス変成機能を
有するインピーダンス線路27を、分配ポート数分設け
る。また、インピーダンス線路27には、対抗する線路26
間に、上記した各実施例と同様に、アイソレーション抵
抗28が設けられる。

本実施例によれば、フィルタ特性で設定される範囲の
周波数のマイクロ波電力が分配ポート2,3に選択的に出
力される。これは、分配ポート2,3からマイクロ波電力
を入力して共通ポート１から出力する出力合成の場合も
同様である。

上記各実施例では、等分配の例を示したが、分配の比
率を分配ポートにより異ならせるようにしてもよい。ま
た、フィルタ特性についても、分配ポートにより異なら
せてもよい。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、マイクロ波用
電力分配／合成器の素子を小型化することができる。ま
た、本発明によれば、電力分配／合成機能にフィルタ機
能を併せて持つことができ、回路素子の複合化を図り、
部品数の減少を可能とする効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電力分配／合成器の一実施例の構成に
用いるストリップ線路パターンを模式的に示す平面図、
第２図は上記実施例の電力分配／合成器の断面構造を模
式的に示すＡ−Ａ断面図、第３図は上記実施例の電力分
配／合成器の通過特性および反射特性を示すグラフ、第
４図は上記実施例の電力分配／合成器のアイソレーショ
ン特性および分配ポートにおける反射特性を示すグラ
フ、第５図は本発明の分配／合成器の他の一実施例の構
成に用いるストリップ線路パターンを模式的に示す平面
図、第６図は上記実施例の電力分配／合成器の断面構造
を模式的に示すＢ−Ｂ断面図、第７図は本発明の分配／
合成器のさらに他の一実施例の構成に用いるストリップ
線路パターンを模式的に示す平面図、第８図は上記実施
例の電力分配／合成器の断面構造を模式的に示すＣ−Ｃ
断面図、第９図は本発明の分配／合成器のさらに他の一
実施例の構成に用いるストリップ線路パターンを模式的
に示す平面図、第10図は1/4波長変成器を用いた従来の
電力分配／合成器を示す平面図、第11図は従来のローパ
スフィルタを示す平面図である。１……共通ポート、2,3……分配ポート、４……オープ
ンスタブ、５……ハイインピーダンス線路、６……イン
ピーダンス変成器、７……アイソレーション抵抗、8,9
……接地導体、10,10a,10b……誘電体、11……インピー
ダンス変成器、12……キャパシタ、13,13a,13b,13c……
誘電体、15……誘電体基板、16……インピーダンス変成
器、17……キャパシタ、18……下部導体層、19……誘電
体、20……上部導体層、21……接地導体。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】共通ポートとＮ個の分配ポートとの間に、
インピーダンス変成機能を有するハイパスフィルタをそ
れぞれ備え、該フィルタは、キャパシタにオープンスタ
ブを設けて構成されることを特徴とする電力分配／合成
器。
【請求項２】フィルタ機能およびインピーダンス変成機
能を併有する線路を、共通ポートと各分配ポートとの間
に設けて構成され、上記線路は、オープンスタブが付設される区間が、複数
縦列接続されることを特徴とする電力分配／合成器。