JP3310670B2 - 無線装置用方向性結合器 - Google Patents

無線装置用方向性結合器

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JP3310670B2 JP50519793A JP50519793A JP3310670B2 JP 3310670 B2 JP3310670 B2 JP 3310670B2 JP 50519793 A JP50519793 A JP 50519793A JP 50519793 A JP50519793 A JP 50519793A JP 3310670 B2 JP3310670 B2 JP 3310670B2
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Description

【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は、一般に無線周波数装置のための方向性結合
器に関する。さらに詳しくは、結合器に入力された信号
の望ましくない成分を削減するインテグラル・フィルタ
（integral filter）を有する無線周波数方向性結合器
に関する。
方向性結合器は、無線周波数装置に関してよく知られ
ている要素である。この装置により、入力端子に入力さ
れ、出力端子で出力される無線周波数信号のサンプルを
入力信号から抽出することができる。適切に設計される
と、方向性結合器は入力端子に入力される信号と出力端
子に入力される信号とを区別することができる。この特
性は、入力信号と不整合なアンテナから反射された信号
の両方が独立して監視される無線周波数送信機に特有の
用途である。これらの信号のいずれか一方または両方を
電力制御回路で利用して、送信機の出力電力を制御する
ことができる。
送信機の出力回路でよく知られている別の要素に、高
調波フィルタがあるが、これは望ましい出力信号の高調
波周波数においてアンテナに結合されたエネルギを削減
するために用いられる。アンテナに結合された送信機に
より構成されるシステムにおいては、高調波フィルタは
比較的単純な低域フィルタでよいが、送信機が他の装置
と同じアンテナを共用しなければならないシステム、た
とえばコンパニオン受信機においては、高調波フィルタ
は多少複雑な構造をとることもある。たとえば、送信機
が動作するように設計された比較的狭い帯域の周波数の
みを通過させ、他の周波数はすべて拒絶する帯域フィル
タが、セルラ無線電話などの重要な用途で用いられてき
た。実際の寸法を最小限にして挿入損を最小限にするた
めには、ヘリカル（helical）または同軸共振器などの
周波数共振構造が、無線装置の設計者にとっての選択肢
であった。残念ながら、共振構造は、ほぼ奇数調波の帯
域周波数である周波数においては、減衰特性が低下して
しまう。このような応答はフライバック（flyback）と
して知られている。フライバック応答を克服するため
に、装置の設計者は共振構造帯域フィルタに直列に追加
のフィルタ構造を配置した。このような追加のフィルタ
構造の一例は、米国特許第5,023,866号に見られる。
高性能の無線装置を設計したいと願う無線装置の設計
者は、方向性結合器，共振構造帯域フィルタおよび奇数
調波フライバック・フィルタを採用することもできる
が、今までのところ、従来実現されている個々の回路素
子を用いざるをえない。個々の回路素子をもつこのよう
な構造は、故障率が高い可能性があり、装置の寸法と価
格とが増大することがある。
発明の概要 本発明は、無線信号が第１送信ラインの入力ポートに
結合され、そこから第２送信ラインの第１ポートに結合
されて、無線信号の一部が前記第１ポートにおいて出力
される無線装置のための方向性結合器を含む。前記無線
信号の望ましくない成分の四分の一波長の整数倍に等し
い電気長を有する第３送信ラインが、前記第１送信ライ
ンに結合されて、望ましくない成分が第１送信ラインの
出力ポートで削減される。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明を採用する無線トランシーバのブロ
ック図である。
第２図は、本発明を採用する代替の無線トランシーバ
設計のブロック図である。
第３図は、本発明を採用する方向性結合器の等角図で
ある。
第４図は、トランシーバに利用され本発明を採用する
３方向電力スプリッタ回路のブロック図である。
第５図は、第４図の３方向電力スプリッタの断面図で
ある。
発明の実施例 第１図に、本発明の方向性結合器を利用するトランシ
ーバがブロック図で示される。無線電話用の従来の設計
をもつ無線送信機101は、方向性結合器103の入力に結合
され、方向性結合器103の出力は、（送信機101からの出
力信号の基本波までの最低量の減衰を受けた後）従来の
アイソレータ105に結合される。好適な実施例における
アイソレータ105は、帯域フィルタ107またはアンテナ10
9のインピーダンスの不整合あるいは付近の送信機から
の送信により起こされる、送信機101に戻される反射電
力の量を削減する。反射電力が送信機全体の設計におい
て問題とならないと考えられる場合は、アイソレータ10
5を削除することは設計者の選択に委ねられる。アイソ
レータは帯域フィルタ107に結合され、フィルタ107は、
好適な実施例においてはセラミック・ブロック誘電共振
器帯域フィルタで、送信機101からの基本周波数出力の
帯域の挿入損を低く抑えながら、フィルタの帯域外の望
ましくない信号をかなり減衰させる。帯域フィルタ107
は、アンテナ109に結合される。
受信機111は、トランシーバの他の部分を構成し、帯
域フィルタ113により選択された、アンテナ109からの無
線周波数信号を受信する。
方向性結合器103は、12dB減衰され、順方向電力ポー
トから結合された送信機出力信号のサンプルを電力制御
回路115に送る。電力制御回路115は、従来の方法でサン
プリングされた出力信号を整流および処理する。電力制
御回路115の出力は、送信機101の制御信号で、望ましい
電力レベルから一定の許容値範囲内に維持される送信機
出力信号を設けるためのものである。第１図に示される
実施例のもう一方の結合されたポート（反射電力がある
場合はその一部を方向性結合器103の外の回路構成に結
合する）は、第１図の実施例では用いられない。
方向性結合器103を採用するトランシーバの別の設計
が第２図のブロック図に示される。方向性結合器103の
位置が変更され、帯域フィルタ107から出力された信号
が方向性結合器103の入力に結合され、方向性結合器103
の出力がアンテナ109に結合されるようになっている。
本実施例の方向性結合器103の反射電力ポートもまた、
電力制御回路203に結合され、ここで逆の電力信号が整
流され、送信機101の出力電力をさらに制御するために
用いられる。
帯域フィルタ107の動作を強化する帯域阻止性能を有
する方向性結合器103を具現したものが第３図の等角図
に示される。4.5の誘電率を有する２枚の誘電基板301,3
03が積層され、この２枚の基板の間に導電性金属被覆部
305が挟まれる。さらに導電性領域307が積層された基板
群の一方の外表面に付着され、別の金属被覆部が積層さ
れた基板群のもう一方の外表面に付着されている。多重
導電層の全体構造は、多層プリント回路板として比較的
よく知られている。
好適な実施例の方向性結合器の具体例において、マイ
クロストリップ導体パターン309が多層回路板の一方の
外表面に配置され、ストリップライン導体回路が多層回
路板の内部層または挟まれた層の上に配置される。マイ
クロストリップ309は、有効接地として、多層プリント
回路板の反対側の外表面に置かれた導体層307を利用す
る。ストリップライン311は、有効接地として、導電層3
07とマイクロストリップ309とを利用する。好適な実施
例においては、導体層305（これも内部層上に配置され
ている）は、ストリップライン導体311から少なくとも
0.25cmの距離に維持される。
方向性結合器103を、約940MHzないし960MHzの周波数
帯域で動作する無線トランシーバに採用するときは、望
ましい帯域の周波数の第３高調波に等しい周波数の帯域
を阻止することが望ましい。方向性結合器103により行
われるこの追加的な阻止により、第３高調波（2.820GHz
ないし2.880GHz）におけるセラミック帯域フィルタ107
の動作が強化される。２個の開回路スタブ（open circu
it stubs）313,315が、入力端子317と出力端子（図示せ
ず）との間のマイクロストリップに付着される。１オン
スの銅被覆部（.0036cm厚の銅）を有する多層プリント
回路板上に構築される場合、マイクロストリップ309の
長さは1.78cmで幅は.22cmである。好適な実施例におい
ては、ストリップライン311は、マイクロストリップ309
の直下の挟まれている層内に置かれ、マイクロストリッ
プ309から.053cm、すなわち誘電材料301の厚みの分だけ
離れて配置される。ストリップライン311の長さは1.5cm
で幅は.05cmである。このような寸法により、マイクロ
ストリップとストリップラインの特性インピーダンスは
50オームとなる。
好適な実施例においては、マイクロストリップ送信ラ
イン・スタブ313,315は、開回路四分の一波長（quarter
wave）送信ライン・スタブで、その幅は、送信機101か
ら出力された所望の基本周波数に対しての挿入損が最低
となるようにできるだけ狭く設計されている。送信ライ
ン・スタブ313,315のそれぞれは、長さＬが1.56cmで、
幅は.013cmであり、各送信ラインに関して導電層307と
示されるマイクロストリップ送信ラインとして137オー
ムの特性インピーダンスを与える。（ノッチ319は導体
層305の対向スタブ315内に残り、ノッチ（図示せず）が
導体層305の対向スタブ313内に残るので、送信ライン接
地基準は導電層307に相対する。）好適な実施例におい
ては、スタブ313,315はそれぞれ所望の基本周波数の第
３高調波において開回路であるので、その結果得られる
第３高調波におけるマイクロストリップ送信ライン309
の効果は、短絡回路のものである。マイクロストリップ
309の入力ポート317と出力ポートとの間で、第３高調波
の四分の一波長の距離（Ｌ）だけスタブ313,315を互い
に離すと、第３高調波において高い減衰が得られ、基本
波において挿入損が低くなる。さらに、第３高調波の減
衰も、ストリップライン311から結合された信号に現れ
る。この機能を、本発明の電力分岐に利用することがで
きる。
好適な実施例においては用いられていないが、フィル
タ・スタブを、第３および第５高調波などの異なる周波
数で阻止ができるように調整してもよい。また、フィル
タ・スタブを基本周波数に高調波として関わる周波数以
外の望ましくない周波数で阻止を行うように調整するこ
ともできる。本発明の方向性結合器の利用は、さらに第
４図のブロック図に示されるような３方向電力分岐ネッ
トワークにも見られる。３方向電力スプリッタ401は、
電圧制御発振器403から主要結合ストリップライン送信
ライン405への入力信号を受け取り、送信ライン405か
ら、電圧制御発振器403から来た信号は２本のマイクロ
ストリップ送信ライン407,409に結合される。ストリッ
プライン405からの出力は、受信機411に結合され、結合
されたマイクロストリップ・ライン407からの出力は周
波数シンセサイザ413に入力されて、電圧制御発振器403
の周波数を制御する。マイクロストリップ送信ライン40
9からの出力は、送信機415に入力される。送信ライン・
スタブ417,419は、四分の一波長送信ライン・スタブと
して、電圧制御発振器403から出力された信号の周波数
の高調波に同調されて、この高調波が送信機415に入力
されないようにする。
第５図に方向性結合器401の断面図が示される。多層
基板501には、中央の金属被覆部として主要ストリップ
ライン送信ライン405と、基板の上面にマイクロストリ
ップ・ライン407,409（送信ライン・スタブ417,419を含
む）とが含まれる。接地導体は、基板501の底面に配置
される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01P 5/18 H01P 1/203 H04B 1/04

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】無線信号が印加され得る入力ポートと出力
    ポートとを有する第１送信ライン； 少なくとも第１ポートを有し、主として前記第１送信ラ
    インに結合されて前記無線信号の被減衰部分が前記第１
    ポートで出力されるところの、第２送信ライン；および 近端および末端を有する第３送信ラインであって、該第
    ３送信ラインの末端は前記第２送信ラインから離れて配
    置され、前記近端において主として前記第１送信ライン
    に結合され、前記無線信号の望ましくない成分の四分の
    一波長の奇数倍に等しい電気長を有し、前記の望ましく
    ない成分が少なくとも前記出力ポートにおいて削減され
    るところの、前記第３送信ライン； によって構成されることを特徴とする無線装置用の方向
    性結合器。
  2. 【請求項２】２面を有する平坦な基板であって、第１面
    はその上に前記第１送信ラインが配置され、第２面はそ
    の上に前記第２送信ラインが配置され、前記第１および
    第２送信ラインが互いに反対方向に向けられている前記
    基板を具備することを特徴とする請求項１記載の方向性
    結合器。
  3. 【請求項３】前記第２面上に配置されるが、前記第２送
    信ラインからは離れて配置される導電性領域であって、
    それにより前記第１送信ラインと前記導電性領域の間の
    結合が削減される導電性領域をさらに具備することを特
    徴とする請求項２記載の方向性結合器。
  4. 【請求項４】第１および第２面を有する第２の平坦な基
    板であって、前記第２平坦基板の前記第１面が前記第２
    送信ラインと接し、前記第２平坦基板の前記第２面が前
    記第1,第２および第３送信ラインに少なくとも対向して
    配置される導電性材料を有する第２の平坦な基板をさら
    に具備することを特徴とする請求項２記載の方向性結合
    器。
  5. 【請求項５】前記無線信号の前記の望ましくない成分の
    四分の一波長の奇数倍に等しい電気長を有し、前記第３
    送信ラインの前記第１送信ラインへの結合の位置から、
    前記無線信号の前記の望ましくない成分の四分の一波長
    の奇数倍だけ隔てた位置で前記第１送信ラインに結合さ
    れた第４送信ラインをさらに具備することを特徴とする
    請求項１記載の方向性結合器。
  6. 【請求項６】方向性結合器を採用して送信機の無線周波
    数出力信号をアンテナに供給し、供給された無線周波数
    出力信号を代表する信号を無線周波数出力信号の電力を
    制御するコントローラに与える無線送信機であって、そ
    の方向性結合器が： 送信機に接続された入力ポートと、アンテナに接続され
    た出力ポートとを有する第１送信ライン； 主に前記第１送信ラインに結合され、コントローラに接
    続された第１ポートを有して、前記無線周波数出力信号
    の一部をコントローラに送る第２送信ライン；および 主として前記第１送信ラインに結合され、前記無線周波
    数出力信号の望ましくない成分の四分の一波長の奇数倍
    に等しい電気長を有する第３送信ラインであって、それ
    により前記の望ましくない成分を少なくとも前記出力ポ
    ートにおいて削減する第３送信ライン； によって構成されることを特徴とする無線送信機。
  7. 【請求項７】２面を有する平坦な基板であって、第１面
    はその上に前記第１送信ラインが配置され、第２面はそ
    の上に前記第２送信ラインが配置され、前記第１および
    第２送信ラインが互いに反対方向に向けられている前記
    基板を具備することを特徴とする請求項６記載の無線送
    信機。
  8. 【請求項８】前記第２面上に配置されるが、前記第２送
    信ラインからは離れて配置される導電性領域であって、
    それにより前記第１送信ラインと前記導電性領域の間の
    結合が削減される導電性領域をさらに具備することを特
    徴とする請求項７記載の無線送信機。
  9. 【請求項９】第１および第２面を有する第２の平坦な基
    板であって、前記第２平坦基板の前記第１面が前記第２
    送信ラインと接し、前記第２平坦基板の前記第２面が前
    記第1,第２および第３送信ラインに少なくとも対向して
    配置される導電性材料を有する第２の平坦な基板をさら
    に具備することを特徴とする請求項７記載の無線送信
    機。
  10. 【請求項１０】前記無線周波数出力信号の望ましくない
    成分の四分の一波長の奇数倍に等しい電気長を有し、前
    記第３送信ラインから前記第１送信ラインへの結合の位
    置から、前記無線周波数出力信号の望ましくない成分の
    四分の一波長の奇数倍だけ隔てられた位置で前記第１送
    信ラインに結合された第４送信ラインをさらに具備する
    ことを特徴とする請求項６記載の無線送信機。
  11. 【請求項１１】少なくとも第1,第２および内部表面を有
    する多層基板； 前記第１表面上に配置された第１導電性材料； 前記第２表面上で、前記第１導電性材料に対向して配置
    された第１導電性パターンであって： （ａ）無線周波数信号が印加される入力ポートを有する
    第１送信ライン；および （ｂ）所定位置で主として前記第１送信ラインに結合さ
    れ、前記無線信号の望ましくない成分の四分の一波長の
    奇数倍に等しい電気長を有する第２送信ラインであっ
    て、それにより前記の望ましくない成分が少なくとも前
    記出力ポートにおいて削減される第２送信ライン； によって構成される第１導電性パターン；および 前記第１導電性材料に対向して前記内部表面上に配置さ
    れ、主として前記第１導電性パターンに結合され、少な
    くとも１個の出力ポートを有する第２導電性パターンで
    あって、それにより前記無線周波数信号の被減衰部分が
    前記の少なくとも１個の出力ポートにおいて出力される
    第２導電性パターン； によって構成されることを特徴とする無線周波数電力結
    合器。
  12. 【請求項１２】前記内部表面上に配置され、前記第２導
    電性パターンからは離れて配置され、前記第２送信ライ
    ンに対向する前記内部表面の領域とは接しない第３導電
    性パターンをさらに具備することを特徴とする請求項11
    記載の無線周波数電力結合器。
  13. 【請求項１３】前記第１導電性パターンが、前記無線信
    号の前記の望ましくない成分の四分の一波長の奇数倍に
    等しい電気長を有し、前記第２送信ラインを前記第１送
    信ラインに結合する前記所定位置から、前記無線信号の
    前記の望ましくない成分の四分の一波長の奇数倍だけ離
    れた位置で前記第１送信ラインに結合された第３送信ラ
    インをさらに具備することを特徴とする請求項11記載の
    無線周波数電力結合器。
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