JP3717905B2 - バランおよびミクサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線通信システムで用いられるバラン、およびそのバランを用いたミクサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は非特許文献１に記載された、バランを用いる従来のミクサの一例としての、ＦＥＴを用いた受信用のレジスティブミクサを示す構成図であり、以下、この受信用のレジスティブミクサを例に従来のミクサを説明する。図において、１はＲＦ信号が入力される信号入力端子、２ａはＲＦ信号を逆相分配するＲＦバラン、２ｂはその入力端子、２ｃ、２ｄはその第１および第２の出力端子であり、３はＬＯ波が入力されるＬＯ波入力端子、４ａはＬＯ波を逆相分配するＬＯバラン、４ｂはその入力端子、４ｃ、４ｄはその第１および第２の出力端子である。また、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは第１、第２、第３および第４のＦＥＴであり、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄはそれらのドレイン端子、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄはゲート端子、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄはソース端子である。９ａはＩＦ信号を逆相合成するＩＦバラン、９ｂ、９ｃはその第１および第２の入力端子、９ｄはその出力端子であり、１０はＩＦ信号が出力される信号出力端子である。
【０００３】
なお、第１および第２のＦＥＴ５ａ，５ｂのドレイン端子６ａ，６ｂはＲＦバラン２ａの第１の出力端子２ｃに、第３および第４のＦＥＴ５ｃ，５ｄのドレイン端子６ｃ，６ｄはＲＦバラン２ａの第２の出力端子２ｄにそれぞれ接続され、第１および第４のＦＥＴ５ａ，５ｄのソース端子８ａ，８ｄはＩＦバラン９ａの第１の入力端子９ｂに、第２および第３のＦＥＴ５ｂ，５ｃのソース端子８ｂ，８ｃはＩＦバラン９ａの第２の入力端子９ｃにそれぞれ接続されている。また、第１および第３のＦＥＴ５ａ，５ｃのゲート端子７ａ，７ｃはＬＯバラン４ａの第１の出力端子４ｃに、第２および第４のＦＥＴ５ｂ，５ｄのゲート端子７ｂ，７ｄはＬＯバラン４ａの第２の出力端子４ｄにそれぞれ接続されている。なお、図では略しているが、各ＦＥＴ５ａ〜５ｄのドレイン端子６ａ〜６ｄとソース端子８ａ〜８ｄは直流的に接地され、ゲート端子７ａ〜７ｄには適当な負電圧が印加されている。
【０００４】
次に動作について説明する。
図１５は図１４に示したミクサの信号の流れを示す説明図であり、以下これを用いてその動作を説明する。信号入力端子１に入力されたＲＦ信号は、ＲＦバラン２ａで等振幅かつ逆相に分配される。ここで、これらの信号を同相成分および逆相成分と呼び、それぞれＲＦとＲＦ￣と表す。このうちの同相成分ＲＦはＲＦバラン２ａの第１の出力端子２ｃを経て、第１および第２のＦＥＴ５ａ、５ｂのドレイン端子６ａ、６ｂに出力される。一方、逆相成分ＲＦ￣はＲＦバラン２ａの第２の出力端子２ｄを経て、第３および第４のＦＥＴ５ｃ、５ｄのドレイン端子６ｃ、６ｄに出力される。
【０００５】
また、ＬＯ波入力端子３に入力したＬＯ波は、ＬＯバラン４ａで等振幅かつ逆相に分配される。ここでも同相成分はＬＯ、逆相成分はＬＯ￣と表す。このうちの同相成分ＬＯは、ＬＯバラン４ａの第１の出力端子４ｃを経て第１および第３のＦＥＴ５ａ、５ｃのゲート端子７ａ、７ｃに、逆相成分ＬＯ￣は、ＬＯバラン４ａの第２の出力端子４ｄを経て第２および第４のＦＥＴ５ｂ、５ｄのゲート端子７ｂ，７ｄにそれぞれ供給される。
【０００６】
各ＦＥＴ５ａ〜５ｄでは、それぞれのドレイン端子６ａ〜６ｄから入力されたＲＦ信号と、ゲート端子７ａ〜７ｄから入力されたＬＯ波によって、次に示した式（１）で表されるＩＦ信号が発生し、それがそれぞれのソース端子８ａ〜８ｄに出力される。なお、この式（１）における、Ｆｉｆ、Ｆｒｆ、Ｆｌｏはそれぞれ、ＩＦ信号、ＲＦ信号、ＬＯ波の周波数である。
Ｆｉｆ＝Ｆｒｆ−Ｆｌｏ ・・・・ （１）
【０００７】
第１のＦＥＴ５ａでは、ＲＦ信号、ＬＯ波ともに同相成分であるので出力されるＩＦ信号も同相となる。第２のＦＥＴ５ｂでは、ＲＦ信号が同相成分、ＬＯ波が逆相成分であるので出力されるＩＦ信号は逆相となる。同様にＲＦ信号とＬＯ波の位相により、第３のＦＥＴ５ｃ、第４のＦＥＴ５ｄではそれぞれ、逆相および同相のＩＦ信号が出力される。図中、同相のＩＦ信号をＩＦ、逆相のＩＦ信号をＩＦ￣で表している。
【０００８】
第１のＦＥＴ５ａのソース端子８ａと第４のＦＥＴ５ｄのソース端子８ｄから出力されたＩＦ信号は、ＩＦバラン９ａの第１の入力端子９ｂに入力される。また、第２のＦＥＴ５ｂのソース端子８ｂと第３のＦＥＴ５ｃのソース端子８ｃから出力されたＩＦ信号はＩＦバラン９ａの第２の入力端子９ｃに入力される。ＩＦバラン９ａではそれらのＩＦ信号を逆相合成して信号出力端子１０より外部へ出力する。
【０００９】
このように、図１４に示すレジスティブミクサではＲＦ信号、ＬＯ波、ＩＦ信号のいずれもバランを用いて合成・分配を行っている。このため、図２１に示すように、第１のＦＥＴ５ａのドレイン端子６ａと第２のＦＥＴ５ｂのドレイン端子６ｂの接続点と、第３のＦＥＴ５ｃのドレイン端子６ｃと第４のＦＥＴ５ｄのドレイン端子６ｄの接続点とを結ぶ軸１１上では、位相関係からＩＦ信号、ＬＯ波のいずれもが短絡となるため、ＩＦ信号とＬＯ波が軸１１上に接続されているＲＦバラン２ａを経て信号入力端子１へ漏洩することがない。
【００１０】
また、第１のＦＥＴ５ａのソース端子８ａと第４のＦＥＴ５ｄのソース端子８ｄの接続点と、第２のＦＥＴ５ｂのソース端子８ｂと第３のＦＥＴ５ｃのソース端子８ｃの接続点とを結ぶ軸１２上では、位相関係からＲＦ信号とＬＯ波のいずれもが短絡となるため、ＲＦ信号、ＬＯ波が軸１２上に接続されているＩＦバラン９ａを経て信号出力端子１０へ漏洩することがない。従って、各端子にフィルタ等を設けることなく、ＲＦ信号、ＬＯ波、ＩＦ端子の各端子間のアイソレーションを高めることができる。
【００１１】
以上のようなバランを用いて構成したミクサを、広帯域にわたって動作させるためには広帯域なバランが必要である。図１７は非特許文献１のｐ．２５８〜２６０に記載された、広帯域な特性を有するマーチャントバランを示す構成図である。図において、１３ａ、１３ｂはそれぞれ、線路長が動作帯域の中心周波数の１／４波長の、第１および第２の結合線路であり、１４ａ、１４ｂはそれらの入力端子、１５ａ、１５ｂはそれらの結合端子、１６ａ、１６ｂはそれらの出力端子、１７ａ、１７ｂはそれらのアイソレーション端子である。１８はこのマーチャントバランの入力端子であり、１９ａ、１９ｂは第１および第２の出力端子である。
【００１２】
なお、第１の結合線路１３ａの出力端子１６ａと第２の結合線路１３ｂの入力端子１４ｂとを接続し、第１の結合線路１３ａの結合端子１５ａと第２の結合線路１３ｂのアイソレーション端子１７ｂとをそれぞれ接地するとともに、第１の結合線路１３ａの入力端子１４ａと入力端子１８を接続し、第１の結合線路１３ａのアイソレーション端子１７ａを第１の出力端子１９ａに、第２の結合線路１３ｂの結合端子１５ｂを第２の出力端子１９ｂに接続して、マーチャントバランを構成している。
【００１３】
ここで、理想結合線路を用いた場合のマーチャントバランの比帯域の計算結果を図１８に示す。図中、Ｚｏｅは結合線路の偶モードインピーダンス、Ｚｏｏは結合線路の奇モードインピーダンスである。奇モードインピーダンスＺｏｏが小さく、インピーダンス比Ｚｏｅ／Ｚｏｏが大きいほど比帯域が高くなることがわかる。
【００１４】
図１７に示すマーチャントバランは結合線路で構成されているので、半導体基板上にも形成可能であり、小形なマイクロ波回路の構成が可能となるモノリシックマイクロ波集積回路に適している。
【００１５】
また、図１７に示すマーチャントバランは全線路長が１／２波長となるので、周波数が低い場合には形状が大きくなる。そのため、ＩＦバランを半導体基板上に構成する場合は、通常、図１９に示すように集中定数化ラットレースが用いられる。図中、２０は当該ＩＦバランの入力端子、２１ａ，２１ｂはそれぞれ当該ＩＦバランの第１および第２の出力端子である。２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄはそれぞれ、第１、第２、第３、第４のインダクタ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆはそれぞれ、第１、第２、第３、第４、第５、第６のキャパシタ、２４は抵抗である。
【００１６】
なお、この集中定数化ラットレースを半導体基板上に形成する場合、第１〜第４のインダクタ２２ａ〜２２ｄはスパイラルインダクタで、第１〜第６のキャパシタ２３ａ〜２３ｆはＭＩＭキャパシタでそれぞれ実現する。図２０はその一例を示した斜視図であり、図中の５０がスパイラルインダクタによるインダクタ、５１がＭＩＭキャパシタによるキャパシタであり、５２はそれらが形成される半導体基板である。
【００１７】
図１９に示した集中定数化ラットレースは受動素子で構成されているため、信号の分配と合成のいずれも可能であり、第１の出力端子２１ａおよび第２の出力端子２１ｂに印加した、互いに逆相の２信号を合成することができ、図１４に示すレジスティブミクサのＩＦバラン９ａとして使用できる。
【００１８】
ここで、広帯域な特性を得ようとした場合、広帯域なバランをいかに形成するかが課題となる。図１７に示したマーチャントバランは半導体基板上に容易に形成できるバランのうちで比較的広帯域であるが、さらなる広帯域化をはかろうとした場合には、図１８からもわかるように、奇モードインピーダンスＺｏｏを下げるか、偶モードインピーダンスＺｏｅを高めればよい。
【００１９】
なお、図２１は半導体基板上に形成された結合線路の偶モードインピーダンスＺｏｅと奇モードインピーダンスＺｏｏの関係を説明するための、当該結合線路における線路間容量と対地容量を示す概念図である。図中、２５は地導体、２６は誘電体であり、２７ａ、２７ｂはそれぞれ結合線路を構成する第１および第２の線路である。２８ａ、２８ｂはそれぞれ第１の線路２７ａおよび第２の線路２７ｂと地導体２５の間の対地容量であり、その値をそれぞれＣｇで表している。また２９は第１の線路２７ａと第２の線路２７ｂの間の線路間容量であり、その値をＣｍで表している。奇モードインピーダンスＺｏｏと偶モードインピーダンスＺｏｅは、第１の線路２７ａおよび第２の線路２７ｂの線路間容量２９の値Ｃｍと、地導体２５との間の対地容量２８ａ，２８ｂの値Ｃｇより、次の式（２）および式（３）にて与えられる。なお、この式（２）および式（３）中のｖは伝搬速度である。
Ｚｏｏ＝１／ｖ（２Ｃｇ＋Ｃｍ） ・・・・・・ （２）
Ｚｏｅ＝１／ｖ２Ｃｇ ・・・・・・ （３）
【００２０】
マーチャントバランを広帯域化するためには、第１の線路２７ａと第２の線路２７ｂとの間隔をせばめて、第１の線路２７ａおよび第２の線路２７ｂの線路間容量Ｃｍを大きくすることによって、奇モードインピーダンスＺｏｏを下げればよい。
【００２１】
なお、このような従来のミクサに関連する記載のある文献としては、非特許文献１の外にも、例えば特許文献１などがある。
【００２２】
【非特許文献１】
「Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｍｉｘｅｒｓ」Ａｒｔｅｃｋ Ｈｏｕｓｅ社、１９９６年、ｐ．３４０〜３４４
【特許文献１】
特開平８−２６５０４８号公報
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
バランを用いた従来のミクサは以上のように構成されているので、広帯域なミクサを得ようとした場合、バランとして広帯域な特性を有するものを用いる必要がある。マーチャントバランの広帯域化のためには、結合線路１３ａ，１３ｂを形成する第１の線路２７ａと第２の線路２７ｂの線路間隔をせばめて、奇モードインピーダンスＺｏｏを下げればよいが、半導体基板５２上の線路間隔は半導体の製造プロセスによって最小値が決まっているため、奇モードインピーダンスＺｏｏを下げるには限界があり、マーチャントバランの帯域が所望の値が得られないという課題があった。
【００２４】
また、ＩＦバラン９ａとして用いられる集中定数化ラットレースは、マーチャントバランに比べれば小さく形成することができるが、比帯域が４０％程度と狭いという課題があり、さらに半導体基板５２上に形成したスパイラルインダクタ５０とＭＩＭキャパシタ５１で集中定数化ラットレースを実現した場合、それらの素子で実現できるのは通常、１０ｎＨ、２０ｐＦ程度が上限であり、これを越えると半導体基板５２の面積が非常に大きくなり、現実的でなくなるため、図１９に示す従来のミクサではＩＦ信号の周波数が１〜２ＧＨｚ程度と高くなるなどの課題があった。
【００２５】
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、広帯域で良好な特性を備えたバランを得ること目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るバランは、第１の結合線路の出力端子と第２の結合線路の入力端子、第３の結合線路の出力端子と第４の結合線路の入力端子をそれぞれ接続し、第１の結合線路と第３の結合線路の結合端子、第２の結合線路と第４の結合線路のアイソレーション端子を接地して、第１の結合線路と第３の結合線路の入力端子を接続して当該バランの入力端子とし、第１の結合線路と第３の結合線路のアイソレーション端子とを接続して当該バランの第１の出力端子、第２の結合線路第３の結合線路の結合端子を接続して当該バランの第２の出力端子としたものである。
【００２７】
この発明に係るバランは、各結合線路を、互いに並行に配置されて結合している、それぞれ１本の第１の線路と第２の線路による２線条結合線路で構成し、第１の線路の一端を入力端子、他端を出力端子、第２の線路の一端を結合端子、他端をアイソレーション端子としたものである。
【００２８】
この発明に係るバランは、各結合線路を、互いに並行に配置されて結合している、少なくとも１本の第１の線路と複数本の第２の線路による多線条結合線路で構成し、第１の線路の一端を結合端子、他端をアイソレーション端子、第２の線路の一端を入力端子、他端を出力端子としたものである。
【００２９】
この発明に係るバランは、各結合線路を、互いに並行に配置されて結合している、少なくとも１本の第１の線路と複数本の第２の線路による多線条結合線路で構成し、第１の線路の一端を入力端子、他端を出力端子、第２の線路の一端を結合端子、他端をアイソレーション端子としたものである。
【００３０】
この発明に係るバランは、半導体基板上に、結合線路をその外形が四角形となるようスパイラル状に巻き込んで形成し、結合線路の内側の線路と外側の線路の長さが等しくなるように、それら各線路を交差させたものである。
【００３１】
この発明に係るバランは、四角形の第１の辺に相当する部分とそれと隣り合った第２の辺に相当する部分との接続部、および第１の辺に対向する第３の辺に相当する部分と第２の辺に対向する第４の辺に相当する部分との接続部において、結合線路の内側の線路と外側の線路とを交差させたものである。
【００３２】
この発明に係るバランは、四角形を構成している４つ辺に相当する部分の各接続部のすべてにおいて、結合線路の内側の線路と外側の線路とをそれぞれ交差させたものである。
【００３３】
この発明に係るバランは、四角形を構成している辺に相当する部分の接続部において、結合線路の最も外側の線路を最も内側に、もしくは最も内側の線路を最も外側に交差させたものである。
【００３４】
この発明に係るバランは、四角形を構成している辺に相当する部分の中央部に相当する位置において、結合線路の内側の線路と外側の線路とをそれぞれ交差させたものである。
【００３５】
この発明に係るミクサは、入力信号バランおよびＬＯ波バランとして、請求項１から請求項９のうちのいずれか1項記載のバランを用いるものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるバランを示す構成図である。図において、１３ａは第１の結合線路、１３ｂは第２の結合線路、１３ｃは第３の結合線路、１３ｄは第４の結合線路であり、その線路長はそれぞれ動作帯域の中心周波数の１／４波長に設定されている。１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄはそれぞれ、第１の結合線路１３ａ、第２の結合線路１３ｂ、第３の結合線路１３ｃ、および第４の結合線路１３ｄの入力端子であり、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄはそれぞれ、第１の結合線路１３ａ、第２の結合線路１３ｂ、第３の結合線路１３ｃ、および第４の結合線路１３ｄの結合端子である。１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄはそれぞれ、第１の結合線路１３ａ、第２の結合線路１３ｂ、第３の結合線路１３ｃ、および第４の結合線路１３ｄの出力端子であり、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄはそれぞれ、第１の結合線路１３ａ、第２の結合線路１３ｂ、第３の結合線路１３ｃ、および第４の結合線路１３ｄのアイソレーション端子である。また、１８は当該バランの入力端子であり、１９ａはその第１の出力端子、１９ｂはその第２の出力端子である。
【００３７】
また、３６ａはその一端が入力端子１４ａ、他端が出力端子１６ａとなって上記第１の結合線路１３ａを構成する第１の線路であり、３７ａはその一端が結合端子１５ａ、他端がアイソレーション端子１７ａとなり、この第１の線路３６ａに結合して上記第１の結合線路１３ａを構成する第２の線路である。３６ｂはその一端が入力端子１４ｂ、他端が出力端子１６ｂとなって上記第２の結合線路１３ｂを構成する第１の線路であり、３７ｂはその一端が結合端子１５ｂ、他端がアイソレーション端子１７ｂとなり、この第１の線路３６ｂに結合して上記第２の結合線路１３ｂを構成する第２の線路である。３６ｃはその一端が入力端子１４ｃ、他端が出力端子１６ｃとなって上記第３の結合線路１３ｃを構成する第１の線路であり、３７ｃはその一端が結合端子１５ｃ、他端がアイソレーション端子１７ｃとなり、この第１の線路３６ｃに結合して上記第３の結合線路１３ｃを構成する第２の線路である。３６ｄはその一端が入力端子１４ｄ、他端が出力端子１６ｄとなって上記第４の結合線路１３ｄを構成する第１の線路であり、３７ｄはその一端が結合端子１５ｄ、他端がアイソレーション端子１７ｄとなり、この第１の線路３６ｄに結合して上記第４の結合線路１３ｄを構成する第２の線路である。
【００３８】
この実施の形態１によるバランは、それらを以下のように接続することによって構成されている。すなわち、第１の結合線路１３ａの出力端子１６ａと第２の結合線路１３ｂの入力端子１４ｂを接続し、第３の結合線路１３ｃの出力端子１６ｃと第４の結合線路１３ｄの入力端子１４ｄを接続するとともに、第１の結合線路１３ａの結合端子１５ａ、第２の結合線路１３ｂのアイソレーション端子１７ｂ、第３の結合線路１３ｃの結合端子１５ｃ、および第４の結合線路１３ｄのアイソレーション端子１７ｄをそれぞれ接地する。また、第１の結合線路１３ａの入力端子１４ａと第３の結合線路１３ｃの入力端子１４ｃとを接続して、そこに当該バランの入力端子１８を接続するとともに、第１の結合線路１３ａのアイソレーション端子１７ａと第３の結合線路１３ｃのアイソレーション端子１７ｃとを接続して、そこに当該バランの第１の出力端子１９ａを接続し、第２の結合線路１３ｂの結合端子１５ｂと第４の結合線路１３ｄの結合端子１５ｄとを接続して、そこに当該バランの第２の出力端子１９ｂを接続する。
【００３９】
次に動作について説明する。
ここで、図２はこのように構成されたバランの動作を示す説明図である。この図２において、３８ａは図１に示したこの実施の形態１によるバランであり、偶モードインピーダンスと奇モードインピーダンスがそれぞれＺｏｅａ、Ｚｏｏａの、第１の結合線路１３ａ、第２の結合線路１３ｂ、第３の結合線路１３ｃ、および第４の結合線路１３ｄからなる。また、３８ｂは図１７に示した従来のマーチャントバランであり、偶モードインピーダンスと奇モードインピーダンスがそれぞれＺｏｅｂ、Ｚｏｏｂの、第５の結合線路１３ｅと第６の結合線路１３ｆからなる。
【００４０】
この実施の形態１によるバラン３８ａは、第１の結合線路１３ａおよび第２の結合線路１３ｂからなるマーチャントバランと、第３の結合線路１３ｃおよび第４の結合線路１３ｄからなるマーチャントバランが並列接続された構造となっているので、その特性は偶モードインピーダンスと奇モードインピーダンスがともに１／２の２つの結合線路からなる従来のマーチャントバラン３８ｂの特性と等しくなる。すなわち、図２に示すように、この実施の形態１によるバラン３８ａと従来のマーチャントバラン３８ｂの２つのバランの間には、次の式（４）および式（５）が成立する。
Ｚｏｏｂ＝Ｚｏｏａ／２ ・・・・・ （４）
Ｚｏｅｂ＝Ｚｏｅａ／２ ・・・・・ （５）
【００４１】
つまり、偶モードインピーダンスと奇モードインピーダンスがそれぞれ、Ｚｏｅａ、Ｚｏｏａである結合線路１３ａ〜１３ｄを用いて、３８ａに示すバランを構成することで、Ｚｏｅａ／２、Ｚｏｏａ／２の第５および第６の結合線路１３ｅ，１３ｆを用いたマーチャントバランを実現することができる。マーチャントバランの比帯域を高めるには、奇モードインピーダンスを低くすればよく、そのためには結合線路を構成している線路の線路間隔を狭めればよいが、通常は製造プロセスによる制限を受けて、所望の値を得られない場合がある。そこで、この実施の形態１に示すような構造とすることにより、結合線路を構成している線路の線路間隔を物理的に狭めなくとも所望のインピーダンスが得られることになる。
【００４２】
以上のように、この実施の形態１によれば、結合線路を構成する線路の線路間隔を狭めなくとも低い奇モードインピーダンスが得られるため、広帯域なバランを実現でき、このバランを適用することでミクサの動作周波数を広帯域化することが可能になるという効果が得られる。
【００４３】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、第１〜第４の結合線路として、それぞれ１本ずつの第１の線路と第２の線路による２線条結合線路を用いたものを示したが、本発明はこれに限らず、少なくとも１本の第１の線路と、この第１の線路の両側にそれぞれ少なくとも１本ずつ配置された第２の線路とによる、３線以上の多線条結合線路を用いてもよい。
【００４４】
図３はこの発明の実施の形態２によるバランの一例を示す構成図であり、ここでは３線条結合線路を用いた場合を示している。図において、３６ａは第１の結合線路１３ａを構成する１本の第１の線路であり、３７ａはこの第１の線路３６ａの両側に１本ずつ配置され、それぞれ第１の線路３６ａに結合して第１の結合線路１３ａを構成する第２の線路である。同様に、３６ｂは第２の結合線路１３ｂを構成する第１の線路、３７ｂは第２の結合線路１３ｂを構成する第２の線路であり、３６ｃは第３の結合線路１３ｃを構成する第１の線路、３７ｃは第３の結合線路１３ｃを構成する第２の線路、３６ｄは第４の結合線路１３ｄを構成する第１の線路、３７ｄは第４の結合線路１３ｄを構成する第２の線路である。
【００４５】
なお、この実施の形態２においては、各結合線路１３ａ〜１３ｄの入力端子１４ａ〜１４ｄは、それぞれの第２の線路３７ａ〜３７ｄの一端から導出されており、出力端子１６ａ〜１６ｃはその他端から導出されている。同様に、結合端子１５ａ〜１５ｄは第１の線路３６ａ〜３６ｄの一端から、アイソレーション端子１７ａ〜１７ｄはその他端からそれぞれ導出されている。
【００４６】
また、当該バランの入力端子１８は第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃのそれぞれ２つの入力端子１４ａおよび１４ｃに接続されており、第１の出力端子１９ａは第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃのアイソレーション端子１７ａおよび１７ｃに、第２の出力端子１９ｂは第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄの結合端子１５ｂおよび１５ｄにそれぞれ接続されている。第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃのそれぞれ２つの出力端子１６ａ，１６ｃは第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄのそれぞれ２つの入力端子１４ｂ，１４ｄに接続されており、第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃの結合端子１５ａ，１５ｃ、および第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄのアイソレーション端子１７ａ，１７ｃは接地されている。
【００４７】
ここで、図４は半導体基板上に形成された第１の結合線路１３ａの偶モードインピーダンスＺｏｅと奇モードインピーダンスＺｏｏの関係を説明するための、第１の結合線路１３ａにおける線路間容量と対地容量を示す概念図である。図中、２５は地導体、２６は誘電体であり、３６ａは第１の結合線路１３ａを構成する第１の線路、３７ａは第１の結合線路１３ａを構成する第２の線路である。２８ａ、２８ｂはそれぞれ第１の線路３６ａおよび第２の線路３７ａと地導体２５の間の対地容量であり、その値をそれぞれＣｇで表している。また２９ａ，２９ｂは第１の線路３６ａと第２の線路３７ａの間の線路間容量であり、その値をそれぞれＣｍで表している。なお、奇モードインピーダンスＺｏｏと偶モードインピーダンスＺｏｅは、第１の線路３６ａおよび第２の線路３７ａの線路間容量２９ａ，２９ｂの値Ｃｍと、地導体２５との間の対地容量２８ａ，２８ｂの値Ｃｇより、次の式（６）および式（７）にて与えられる。なお、この式（６）および式（７）におけるｖは伝搬速度である。
Ｚｏｏ＝１／ｖ（３Ｃｇ＋２Ｃｍ） ・・・・・・ （６）
Ｚｏｅ＝１／ｖ３Ｃｇ ・・・・・・ （７）
【００４８】
バランを広帯域化するためには、この奇モードインピーダンスＺｏｏを下げればよい。この場合、第１の線路３６ａおよび第２の線路３７ａの幅とそれらの間隔、および誘電体２６の材質と厚さが等しければ、上記式（６）で与えられる奇モードインピーダンスＺｏｏは、２線条結合線路を用いたバランの奇モードインピーダンスＺｏｏ（従来のマーチャントバランと同様に式（３）で与えられる）に比べて明らかに小さくなる。このことから、３線条結合線路を用いたバランではより広帯域な特性が得られる。
【００４９】
以上のように、この実施の形態２によれば、デザインルールで規定された線路間隔を維持しながら、２線条結合線路を用いたバランよりも第１の線路と第２の線路間の容量を大きくすることが可能となって、奇モードインピーダンスＺｏｏを容易に小さくすることがとができるため、バランのより広帯域化をはかることができる効果が得られる。
【００５０】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、少なくとも１本の第１の線路と、その両側にそれぞれ少なくとも１本ずつ配置された第２の線路とで構成された多線条結合線路において、第２の線路の一端をその入力端子、他端を出力端子とし、第１の線路の一端を結合端子、他端をアイソレーション端子としたものを示したが、本発明はこれに限らず、第１の線路の一端をその入力端子、他端を出力端子とし、第２の線路の一端を結合端子、他端をアイソレーション端子としてもよく、上記実施の形態２の場合と同様の効果を奏する。
【００５１】
図５はこの発明の実施の形態３によるバランの一例を示す構成図であり、ここでも３線条結合線路を用いた場合を示している。なお、図中の各部には、図３の相当部分と同一符号を付してその説明を省略する。図示のように、この実施の形態３においては、各結合線路１３ａ〜１３ｄの入力端子１４ａ〜１４ｄは、それぞれの第１の線路３６ａ〜３６ｄの一端から導出されており、出力端子１６ａ〜１６ｃはその他端から、結合端子１５ａ〜１５ｄは第２の線路３７ａ〜３７ｄの一端から、アイソレーション端子１７ａ〜１７ｄはその他端からそれぞれ導出されている。
【００５２】
なお、当該バランの入力端子１８は第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃの入力端子１４ａおよび１４ｃに接続され、第１の出力端子１９ａは第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃのそれぞれ２つのアイソレーション端子１７ａおよび１７ｃに、第２の出力端子１９ｂは第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄのそれぞれ２つの結合端子１５ｂおよび１５ｄに接続されている。また、第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃの出力端子１６ａ，１６ｃは第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄの入力端子１４ｂ，１４ｄに接続され、第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃのそれぞれ２つの結合端子１５ａ，１５ｃ、および第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄのそれぞれ２つのアイソレーション端子１７ｂ，１７ｄは接地されている。このように、実施の形態２における第１の線路と第２の線路の役割を入れ替えても、バランとして動作する。
【００５３】
実施の形態４．
上記実施の形態１に示したバランを半導体基板上に形成した、この発明の実施の形態４について説明する。図６はそのようなこの発明の実施の形態４によるバランの構成を示すパターン図であり、相当部分には図１と同一符号を付してその説明を省略する。図において、３９ａは第１の結合線路１３ａの第１の線路３６ａおよび第２の線路３７ａと、第３の結合線路１３ｃの第１の線路３６ｃおよび第２の線路３７ｃとを並行に並べてこれをスパイラル状に巻き込み、かつ、その外形を四角形とした第１の４線条結合線路である。３９ｂは第２の結合線路１３ｂの第１の線路３６ｂおよび第２の線路３７ｂと、第４の結合線路１３ｄの第１の線路３６ｄおよび第２の線路３７ｄとを並行に並べてこれをスパイラル状に巻き、かつ、その外形を四角形とした第２の４線条結合線路である。４０はその下に配置された線路と接触することなく、その両端の線路を接続するためのエアブリッジである。５２はこのような第１の４線条結合線路３９ａおよび第２の４線条結合線路３９ｂが形成される半導体基板である。
【００５４】
図示のように、この実施の形態４によるバランは、第１の４線条結合線路３９ａ内において、第１の結合線路１３ａおよび第３の結合線路１３ｃをスパイラル状に巻き込み、かつその外形を四角形にした場合に、その四角形を構成する第１の辺に相当する部分とそれに隣り合う第２の辺に相当する部分との接続部、および第１の辺に対向する第３の辺に相当する部分と第２の辺に対向する第４の辺に相当する部分との接続部において、各結合線路１３ａ，１３ｃを構成している第１の線路３６ａ，３６ｃと第２の線路３７ａ，３７ｃについて、その内側の線路と外側の線路をエアブリッジ４０を用いて交差させている。また、第２の４線条結合線路３９ｂ内においても同様に、外形を四角形にした第２の結合線路１３ｂおよび第４の結合線路１３ｄの、第１の辺に相当する部分と第２の辺に相当する部分との接続部、および第３の辺に相当する部分と第４の辺に相当する部分との接続部において、それらの第１の線路３６ｂ，３６ｄと第２の線路３７ｂ，３７ｄの、内側の線路と外側の線路をエアブリッジ４０を用いて交差させている。
【００５５】
ここで、このバランを構成する結合線路は、動作帯域の中心周波数で１／４波長となるので、例えば中心周波数を１２ＧＨｚとし、ガリウム砒素基板に形成した場合には、全長２ｍｍ以上になる。そこで結合線路をスパイラル状に巻き込むことで、占有面積の縮小をはかることができる。しかしながら、結合線路を構成する複数の線路のうち、同一周回において常に外側となる線路の線路長と常に内側となる線路ではその線路長に差が生じるため、分配・位相特性が劣化する。これを避けるため、図６に示すように、第１の４線条結合線路３９ａと第２の４線条結合線路３９ｂにおいて、四角形の対角となるコーナー部分で、内側の線路が外側となり、かつ、外側の線路が内側となるようにエアブリッジを用いて接続している。これにより、４線条結合線路を構成する個々の線路の長さを同一にすることができる。
【００５６】
以上のように、この実施の形態４によれば、四角形の対向する２つのコーナー部分において内側と外側の線路を交差させているので、比較的少ない数のエアブリッジによって、結合線路を構成している個々の線路の線路長を同一にすることが可能となるため、特性の良好なバランを容易に実現することができるという効果が得られる。
【００５７】
なお、上記説明では、実施の形態１に示したバランの第１の４線条結合線路３９ａ内で、第１の結合線路１３ａを構成する第２の線路３７ａ（結合端子１５ａとアイソレーション端子１７ａが導出されている線路）と第３の結合線路１３ｃを構成する第２の線路３７ｃとが隣り合い、第２の４線条結合線路３９ｂ内で、第２の結合線路１３ｂを構成する第２の線路３７ｂと、第４の結合線路１３ｄを構成する第２の線路３７ｄが隣り合うものを示したが、本発明はこれに限らず、例えば図７に示すように、第１の４線条結合線路３９ａ内で、第１の結合線路１３ａの第１の線路３６ａ（入力端子１４ａと出力端子１６ａが導出されている線路）と第３の結合線路１３ｃの第１の線路３６ｃが隣り合い、第２の４線条結合線路３９ｂ内で、第２の結合線路１３ｂの第１の線路３６ｂと第４の結合線路１３ｄの第１の線路３６ｄが隣り合うようにしてもよく、上記説明の場合と同様の効果を奏する。
【００５８】
また、上記説明では、実施の形態１に示したバランを半導体基板上に形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、結合線路を使用した回路一般に適用することができる。例えば、図１７に示した従来のマーチャントバランにおいても、結合線路をスパイラル状に巻き、かつ、その外形を四角形とすることで占有面積を縮小できるが、同一周回において常に外側となる線路と常に内側となる線路において線路長に差が生じる。そこで、コーナー部分で内側の線路が外側となるように、かつ、外側の線路が内側となるようにエアブリッジを用いて接続すれば、結合線路を構成する個々の線路長が同一となり、特性劣化を防ぐことができる。
【００５９】
実施の形態５．
上記実施の形態４では、四角形を構成する第１の辺に相当する部分とそれに隣り合う第２の辺に相当する部分の接続部、およびそれらに対向する第３の辺に相当する部分と第４の辺に相当する部分の接続部で、結合線路を構成する内外の線路が交差するようにしたものを示したが、本発明はこれに限らず、四角形を構成する４つの辺に相当する部分のすべての接続部で、結合線路を構成する内外の線路が交差するようにしてもよく、上記実施の形態４の場合と同様に、結合線路の線路長の不均一が解消でき、良好な特性のバランが実現できるという効果が得られる。
【００６０】
図８はそのようなこの発明の実施の形態５によるバランの構成を示すパターン図であり、各部には図６の相当部分と同一符号を付してその説明を省略する。図示のように、この実施の形態５によるバランは、第１の４線条結合線路３９ａ内において、その外形を四角形にした第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃの四角形を構成している第１〜第４の辺に相当する部分のすべての接続部において、それらを構成している第１の線路３６ａ，３６ｃと第２の線路３７ａ，３７ｃについて、その内側の線路と外側の線路をエアブリッジ４０を用いて交差させている。また、第２の４線条結合線路３９ｂ内においても同様に、第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄの第１〜第４の辺に相当する部分のすべての接続部において、それらの第１の線路３６ｂ，３６ｄと第２の線路３７ｂ，３７ｄの、内側の線路と外側の線路をエアブリッジ４０にて交差させている。
【００６１】
このように、結合線路の外形が四角形に構成された、第１の４線条結合線路３９ａと第２の４線条結合線路３９ｂの４つのコーナー部分のすべてにおいて、内側の線路が外側となり、かつ、外側の線路が内側となるようにエアブリッジを用いて交差させているので、４線条結合線路を構成する個々の線路が同一の線路長となる。
【００６２】
なお、この場合も実施の形態４と同様に、第１の結合線路１３ａを構成する第１の線路３６ａと、第３の結合線路１３ｃを構成する第１の線路３６ｃが隣り合い、かつ、第２の結合線路１３ｂを構成する第１の線路３６ｂと、第４の結合線路１３ｄを構成する第１の線路３６ｄが隣り合うようにしてもよく、また、バランを半導体基板５２上に形成する場合に限らず、結合線路を使用した回路一般にも適用可能であり、上記説明の場合と同様の効果を奏する。
【００６３】
実施の形態６．
上記実施の形態５では、結合線路を構成している４本の線路のすべてについて、内側と外側の線路を交差させるものを示したが、本発明はこれに限らず、４線条結合線路ではそれを構成する４本の線路のうちの１本のみを交差させるようにしてもよい。図９はそのようなこの発明の実施の形態６によるバランの構成を示すパターン図であり、各部には図６の相当部分と同一符号を付してその説明を省略する。
【００６４】
図示のように、この実施の形態６によるバランは、第１の４線条結合線路３９ａ内において、第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃの四角形を構成している第１〜第４の辺に相当する部分のすべての接続部おいて、それらを構成している第１の線路３６ａ，３６ｃと第２の線路３７ａ，３７ｃのうちの最も外側の線路が、最も内側となるようにエアブリッジ４０を用いて交差させている。また、第２の４線条結合線路３９ｂ内においても同様に、第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄの第１〜第４の辺に相当する部分のすべての接続部において、それらの第１の線路３６ｂ，３６ｄと第２の線路３７ｂ，３７ｄの内で最も外側のものが、最も内側となるようにエアブリッジ４０にて交差させている。なお、最も内側の線路を最も外側となるように交差させてもよい。
【００６５】
このように、結合線路の外形が四角形に構成された、第１の４線条結合線路３９ａと第２の４線条結合線路３９ｂの４つのコーナー部分のすべてにおいて、最も内側の線路が最も外側となるように、あるいは最も外側の線路が最も内側となるようにエアブリッジを用いて交差させているので、４線条結合線路を構成する線路をスパイラル状に巻き込むことによる線路長の差が累積されることがなくなり、内側と外側の線路長の差は最小限に抑えることができる。なお、この交差を４の倍数回だけ行うようにすれば、４本の線路の線路長を等しくすることも可能である。
【００６６】
以上のように、この実施の形態６によれば、結合線路を構成する線路をスパイラル状に巻き込むことに起因する、ここの線路の線路長の不均一を最小限に抑えることが可能となるため、特性の良好なバランを実現することができるという効果が得られる。
【００６７】
なお、この場合も実施の形態５や実施の形態６と同様に、第１の４線条結合線路３９ａ内の第１の結合線路１３ａを構成する第１の線路３６ａと第３の結合線路１３ｃを構成する第１の線路３６ｃが隣り合い、第２の４線条結合線路３９ｂ内の第２の結合線路１３ｂを構成する第１の線路３６ｂと第４の結合線路１３ｄを構成する第１の線路３６ｄが隣り合うようにしてもよく、また、バランを半導体基板５２上に形成する場合に限らず、結合線路を使用した回路一般にも適用可能であり、上記説明の場合と同様の効果を奏する。
【００６８】
実施の形態７．
上記実施の形態３から実施の形態６では、実施の形態１に示すバランを半導体基板上に形成する際、結合線路をスパイラル状に巻き込んでその外形を四角形にし、その四角形を構成する辺に相当する部分の接続部において、結合線路を構成する内外の線路が交差するようにしたものを示したが、四角形を構成するそれぞれの辺に相当する部分の中央部に相当する位置で、結合線路を構成する内外の線路が交差するようにしてもよい。図１０はそのようなこの発明の実施の形態７によるバランの構成を示すパターン図であり、各部には図６の相当部分と同一符号を付してその説明を省略する。
【００６９】
図示のように、この実施の形態７によるバランは、第１の４線条結合線路３９ａ内において、その外形を四角形にした第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃの四角形を構成している４つの辺に相当する部分のそれぞれの中央部に相当する位置において、それらを構成している第１の線路３６ａ，３６ｃと第２の線路３７ａ，３７ｃについて、その内側の線路と外側の線路をエアブリッジ４０を用いて交差させている。また、第２の４線条結合線路３９ｂ内においても同様に、第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄの４つの辺に相当する部分のそれぞれの中央部に相当する位置で、それらの第１の線路３６ｂ，３６ｄと第２の線路３７ｂ，３７ｄの、内側の線路と外側の線路をエアブリッジ４０にて交差させている。
【００７０】
このように、結合線路の外形が四角形に構成された、第１の４線条結合線路３９ａと第２の４線条結合線路３９ｂの４つの辺に相当する部分のそれぞれの中央部に相当する位置において、それらを構成している第１の線路３６ａ，３６ｃと第２の線路３７ａ，３７ｃについて、その内側の線路と外側の線路をエアブリッジ４０を用いて交差させているので、４線条結合線路を構成する線路をスパイラル状に巻き込むことによる線路長の差が累積されることがなくなり、内側と外側の線路長の差を最小限に抑えることができる。なお、この交差を４の倍数回だけ行うようにすれば、４本の線路の線路長を等しくすることも可能である。
【００７１】
以上のように、この実施の形態７によれば、結合線路を構成する線路をスパイラル状に巻き込むことに起因する、当該線路の線路長の不均一を最小限に抑えることが可能となるため、特性の良好なバランを実現することができるという効果が得られる。
【００７２】
なお、この実施の形態７においても実施の形態４から実施の形態６の場合と同様に、第１の４線条結合線路３９ａ内の第１の結合線路１３ａを構成する第１の線路３６ａと第３の結合線路１３ｃを構成する第１の線路３６ｃが隣り合い、第２の４線条結合線路３９ｂ内の第２の結合線路１３ｂを構成する第１の線路３６ｂと第４の結合線路１３ｄを構成する第１の線路３６ｄが隣り合うようにしてもよく、上記説明の場合と同様の効果を奏する。
【００７３】
また、上記説明では、すべての辺の中央部に相当する位置で、エアブリッジを用いて結合線路を構成する内外の線路が交差するようにしたものを示したが、本発明はこれに限らず、例えば図１１に示すように、ある一辺に相当する部分とそれに対向する一辺に相当する部分の中央部に相当する位置においてのみ、内側の線路と外側の線路を交差させるようにしてもよい。なお、この図１１には、図１７に示した従来のマーチャントバランを構成する結合線路のパターン構成を示している。この場合においても、同一周回において常に外側となる線路と常に内側となる線路の間で生じる線路長の不均一を最小限に抑え、特性の良好なバランを得ることができる。
【００７４】
さらに、上記説明では、実施の形態１に示したバランを半導体基板上に形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、結合線路を使用した回路一般に適用することができる。図１２はパラレルラインバランの等価回路「図１２（ａ）」と、それを構成する結合線路をスパイラル状に巻き、かつその外形を四角形とした場合のパラレルラインバランの構成「図１２（ｂ）」を示す説明図である。このように、四角形を構成する対向する辺に相当する部分の中央部に相当する位置で、内側の線路と外側の線路を交差させることで、同一周回において常に外側となる線路と常に内側となる線路との間に生じる線路長の不均一を最小限に抑制でき、特性劣化を防止することが可能となる。
【００７５】
実施の形態８．
上記実施の形態１から実施の形態７では、この発明によるバランについて説明したが、次にこれらのバランを用いて構成したミクサについて説明する。図１３はそのようなこの発明の実施の形態８によるミクサを示す構成図であり、ここでは実施の形態４によるバランを用いて半導体基板上に構成したミクサについて示している。
【００７６】
図において、１は信号入力端子であり、２ａは入力信号バランとしてのＲＦバラン、２ｂはＲＦバラン２ａの入力端子、２ｃはＲＦバラン２ａの第１の出力端子、２ｄはＲＦバラン２ａの第２の出力端子である。３はＬＯ波入力端子であり、４ａはＬＯバラン、４ｂはＬＯバラン４ａの入力端子、４ｃはＬＯバラン４ａの第１の出力端子、４ｄはＬＯバラン４ａの第２の出力端子である。５ａ〜５ｄは第１〜第４のＦＥＴ、１０は信号出力端子であり、３０ａは出力信号同相合成器としてのＩＦ信号同相合成器、３０ｂはＩＦ信号同相合成器３０ａの第１の入力端子、３０ｃはＩＦ信号同相合成器３０ａの第２の入力端子、３０ｄはＩＦ信号同相合成器３０ａの出力端子である。なお、これらは図１に同一符号を付した部分に相当するものである。
【００７７】
また、１３ａはＲＦバラン２ａもしくはＬＯバラン４ａの第１の結合線路であり、１３ｂは同じく第２の結合線路、１３ｃは同じく第３の結合線路、１３ｄは同じく第４の結合線路である。３９ａは第１の結合線路１３ａおよび第３の結合線路１３ｃを並行に並べて四角形のスパイラル状に巻き込んだ第１の４線条結合線路であり、３９ｂは第２の結合線路１３ｂおよび第４の結合線路１３ｄを並行に並べて四角形のスパイラル状に巻き込んだ第２の４線条結合線路である。５２はその上にＲＦバラン３８ａ、ＬＯバラン３８ｃ、ＩＦ信号同相合成器３０ａ、および第１〜第４のＦＥＴ５ａ〜５ｄが構成される半導体基板である。なお、これらは図６に同一符号を付した部分と同等のものである。
【００７８】
この実施の形態８によるミクサにおいては、半導体基板５２上に形成されるＲＦバラン２ａおよびＬＯバラン４ａとして、実施の形態４に示したバランを用いている。このように、実施の形態４によるバランをＲＦバラン２ａおよびＬＯバラン４ａとして用いることによって、ＲＦ周波数およびＬＯ周波数を広帯域な特性とすることができる。さらに、レジスティブミクサでは第１〜第４のＦＥＴ５ａ〜５ｄのドレイン端子とソース端子を直流的に接地する必要があるが、ＲＦバラン２ａおよびＬＯバラン４ａに実施の形態４のバランを用いることでこれらの条件が満たされるため、別に接地回路を設ける必要がなくなる。
【００７９】
以上のように、この実施の形態８によれば、ＲＦバランやＬＯバランに実施の形態４によるバランを用いているので、広帯域な特性を有するミクサを容易に実現することができ、またＦＥＴのドレイン端子とソース端子を直流的に接地するる回路を別途設ける必要がないため、ミクサの小形化も可能になるなどの効果が得られる。
【００８０】
なお、上記説明では、ＲＦバランおよびＬＯバランとして、実施の形態４によるバランを用いたものを示したが、実施の形態１から実施の形態７のいずれのバランを用いてもよく、広帯域な特設を有するミクサが容易に実現できるという効果が得られる。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、２つのマーチャントバランの入力端子、第１の出力端子、および第２の出力端子をそれぞれ並列に接続してバランを形成しているため、それぞれの結合線路の偶モードインピーダンスと奇モードインピーダンスが等価的に１／２となるので、容易に低い奇モードインピーダンスを得ることができ、マーチャントバランを構成する結合線路の線路間隔を狭めることによって奇モードインピーダンスを小さくする必要がなくなるため、半導体基板上に形成する場合でも最小線路間隔などの半導体プロセスのデザインルールの制限を受けにくくなって、広帯域な特性を有するバランが容易に得られるという効果がある。
【００８２】
この発明によれば、各結合線路として３線条結合線路もしくはそれ以上の多線条結合線路を用いているので、さらに低い奇モードインピーダンスを得ることが容易となるため、バランのより広帯域化をはかることができるという効果がある。
【００８３】
この発明によれば、結合線路を半導体基板上に、その外形が四角形となるようスパイラル状に巻き込んで形成し、結合線路の内側の線路と外側の線路の長さが等しくなるようにそれら各線路を交差させているので、結合線路を構成している線路の線路長の不均一を解消することが可能となるため、バランの特性の劣化を防ぐことができ、良好な特性のバランが得られる効果がある。
【００８４】
この発明によれば、結合線路の内側の線路と外側の線路との交差を、四角形の互いに隣り合った２つの辺に相当する部分の接続部と、それら両辺に対向する２つの辺に相当する部分の接続部において行っているので、エアブリッジの数を抑えて、良好な特性のバランが得られる効果がある。
【００８５】
この発明によれば、結合線路の内側の線路と外側の線路との交差を、四角形を構成している４つ辺に相当する部分のすべての接続部でそれぞれ行っているので、結合線路の線路長の不均一が解消でき、良好な特性のバランが得られる効果がある。
【００８６】
この発明によれば、四角形のコーナー部分において、結合線路の最も外側の線路を最も内側に、もしくは最も内側の線路を最も外側に交差させているので、さらに少ないエアブリッジ数にて、バランの特性を改善することができる効果がある。
【００８７】
この発明によれば、四角形を構成している辺に相当する部分の中央部に相当する位置において、結合線路の内側の線路と外側の線路とを交差さているので、結合線路を構成する線路の長さの差を容易に解消することが可能となり、バランの特性を改善できる効果がある。
【００８８】
この発明によれば、入力信号バランおよびＬＯ波バランに請求項１から請求項９のうちのいずれか1項記載のバランを用いているので、広帯域な特性を有するミクサが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるバランを示す構成図である。
【図２】 実施の形態１によるバランの動作を示す説明図である。
【図３】 この発明の実施の形態２によるバランを示す構成図である。
【図４】 実施の形態２によるバランにおけるインピーダンスの関係を説明するための、結合線路の構造を示す概念図である。
【図５】 この発明の実施の形態３によるバランを示す構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態４によるバランの構成を示すパターン図である。
【図７】 実施の形態４による他のバランの構成を示すパターン図である。
【図８】 この発明の実施の形態５によるバランの構成を示すパターン図である。
【図９】 この発明の実施の形態６によるバランの構成を示すパターン図である。
【図１０】 この発明の実施の形態７によるバランの構成を示すパターン図である。
【図１１】 実施の形態７による他のバランの構成を示すパターン図である。
【図１２】 実施の形態７によるさらに他のバランの等価回路と構成を示す説明図である。
【図１３】 この発明の実施の形態８によるミクサを示す構成図である。
【図１４】 従来のミクサを示す構成図である。
【図１５】 従来のミクサにおける信号の流れを示す説明図である。
【図１６】 従来のミクサの動作を示す説明図である。
【図１７】 従来のマーチャントバランを示す構成図である。
【図１８】 従来のマーチャントバランを構成する結合線路のインピーダンスと比帯域の関係を示す説明図である。
【図１９】 従来のミクサで用いられるＩＦバランを示す構成図である。
【図２０】 半導体基板上に構成されたスパイラルインダクタとＭＩＭキャパシタを示す斜視図である。
【図２１】 従来のマーチャントバランにおけるインピーダンスの関係を説明するための、結合線路の構造を示す概念図である。
【符号の説明】
１３ａ 第１の結合線路、１３ｂ 第２の結合線路、１３ｃ 第３の結合線路、１３ｄ 第４の結合線路、１４ａ 第１の結合線路の入力端子、１４ｂ 第２の結合線路の入力端子、１４ｃ 第３の結合線路の入力端子、１４ｄ 第４の結合線路の入力端子、１５ａ 第１の結合線路の結合端子、１５ｂ 第２の結合線路の結合端子、１５ｃ 第３の結合線路の結合端子、１５ｄ 第４の結合線路の結合端子、１６ａ 第１の結合線路の出力端子、１６ｂ 第２の結合線路の出力端子、１６ｃ 第３の結合線路の出力端子、１６ｄ 第４の結合線路の出力端子、１７ａ 第１の結合線路のアイソレーション端子、１７ｂ 第２の結合線路のアイソレーション端子、１７ｃ 第３の結合線路のアイソレーション端子、１７ｄ 第４の結合線路のアイソレーション端子、１８ バランの入力端子、１９ａバランの第１の出力端子、１９ｂ バランの第２の出力端子、３６ａ 第１の結合線路を構成する第１の線路、３６ｂ 第２の結合線路を構成する第１の線路、３６ｃ 第３の結合線路を構成する第１の線路、３６ｄ 第４の結合線路を構成する第１の線路、３７ａ 第１の結合線路を構成する第２の線路、３７ｂ 第２の結合線路を構成する第２の線路、３７ｃ 第３の結合線路を構成する第２の線路、３７ｄ 第４の結合線路を構成する第２の線路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線通信システムで用いられるバラン、およびそのバランを用いたミクサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は非特許文献１に記載された、バランを用いる従来のミクサの一例としての、ＦＥＴを用いた受信用のレジスティブミクサを示す構成図であり、以下、この受信用のレジスティブミクサを例に従来のミクサを説明する。図において、１はＲＦ信号が入力される信号入力端子、２ａはＲＦ信号を逆相分配するＲＦバラン、２ｂはその入力端子、２ｃ、２ｄはその第１および第２の出力端子であり、３はＬＯ波が入力されるＬＯ波入力端子、４ａはＬＯ波を逆相分配するＬＯバラン、４ｂはその入力端子、４ｃ、４ｄはその第１および第２の出力端子である。また、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは第１、第２、第３および第４のＦＥＴであり、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄはそれらのドレイン端子、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄはゲート端子、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄはソース端子である。９ａはＩＦ信号を逆相合成するＩＦバラン、９ｂ、９ｃはその第１および第２の入力端子、９ｄはその出力端子であり、１０はＩＦ信号が出力される信号出力端子である。
【０００３】
なお、第１および第２のＦＥＴ５ａ，５ｂのドレイン端子６ａ，６ｂはＲＦバラン２ａの第１の出力端子２ｃに、第３および第４のＦＥＴ５ｃ，５ｄのドレイン端子６ｃ，６ｄはＲＦバラン２ａの第２の出力端子２ｄにそれぞれ接続され、第１および第４のＦＥＴ５ａ，５ｄのソース端子８ａ，８ｄはＩＦバラン９ａの第１の入力端子９ｂに、第２および第３のＦＥＴ５ｂ，５ｃのソース端子８ｂ，８ｃはＩＦバラン９ａの第２の入力端子９ｃにそれぞれ接続されている。また、第１および第３のＦＥＴ５ａ，５ｃのゲート端子７ａ，７ｃはＬＯバラン４ａの第１の出力端子４ｃに、第２および第４のＦＥＴ５ｂ，５ｄのゲート端子７ｂ，７ｄはＬＯバラン４ａの第２の出力端子４ｄにそれぞれ接続されている。なお、図では略しているが、各ＦＥＴ５ａ〜５ｄのドレイン端子６ａ〜６ｄとソース端子８ａ〜８ｄは直流的に接地され、ゲート端子７ａ〜７ｄには適当な負電圧が印加されている。
【０００４】
次に動作について説明する。
図１５は図１４に示したミクサの信号の流れを示す説明図であり、以下これを用いてその動作を説明する。信号入力端子１に入力されたＲＦ信号は、ＲＦバラン２ａで等振幅かつ逆相に分配される。ここで、これらの信号を同相成分および逆相成分と呼び、それぞれＲＦとＲＦ￣と表す。このうちの同相成分ＲＦはＲＦバラン２ａの第１の出力端子２ｃを経て、第１および第２のＦＥＴ５ａ、５ｂのドレイン端子６ａ、６ｂに出力される。一方、逆相成分ＲＦ￣はＲＦバラン２ａの第２の出力端子２ｄを経て、第３および第４のＦＥＴ５ｃ、５ｄのドレイン端子６ｃ、６ｄに出力される。
【０００５】
また、ＬＯ波入力端子３に入力したＬＯ波は、ＬＯバラン４ａで等振幅かつ逆相に分配される。ここでも同相成分はＬＯ、逆相成分はＬＯ￣と表す。このうちの同相成分ＬＯは、ＬＯバラン４ａの第１の出力端子４ｃを経て第１および第３のＦＥＴ５ａ、５ｃのゲート端子７ａ、７ｃに、逆相成分ＬＯ￣は、ＬＯバラン４ａの第２の出力端子４ｄを経て第２および第４のＦＥＴ５ｂ、５ｄのゲート端子７ｂ，７ｄにそれぞれ供給される。
【０００６】
各ＦＥＴ５ａ〜５ｄでは、それぞれのドレイン端子６ａ〜６ｄから入力されたＲＦ信号と、ゲート端子７ａ〜７ｄから入力されたＬＯ波によって、次に示した式（１）で表されるＩＦ信号が発生し、それがそれぞれのソース端子８ａ〜８ｄに出力される。なお、この式（１）における、Ｆｉｆ、Ｆｒｆ、Ｆｌｏはそれぞれ、ＩＦ信号、ＲＦ信号、ＬＯ波の周波数である。
Ｆｉｆ＝Ｆｒｆ−Ｆｌｏ ・・・・ （１）
【０００７】
第１のＦＥＴ５ａでは、ＲＦ信号、ＬＯ波ともに同相成分であるので出力されるＩＦ信号も同相となる。第２のＦＥＴ５ｂでは、ＲＦ信号が同相成分、ＬＯ波が逆相成分であるので出力されるＩＦ信号は逆相となる。同様にＲＦ信号とＬＯ波の位相により、第３のＦＥＴ５ｃ、第４のＦＥＴ５ｄではそれぞれ、逆相および同相のＩＦ信号が出力される。図中、同相のＩＦ信号をＩＦ、逆相のＩＦ信号をＩＦ￣で表している。
【０００８】
第１のＦＥＴ５ａのソース端子８ａと第４のＦＥＴ５ｄのソース端子８ｄから出力されたＩＦ信号は、ＩＦバラン９ａの第１の入力端子９ｂに入力される。また、第２のＦＥＴ５ｂのソース端子８ｂと第３のＦＥＴ５ｃのソース端子８ｃから出力されたＩＦ信号はＩＦバラン９ａの第２の入力端子９ｃに入力される。ＩＦバラン９ａではそれらのＩＦ信号を逆相合成して信号出力端子１０より外部へ出力する。
【０００９】
このように、図１４に示すレジスティブミクサではＲＦ信号、ＬＯ波、ＩＦ信号のいずれもバランを用いて合成・分配を行っている。このため、図２１に示すように、第１のＦＥＴ５ａのドレイン端子６ａと第２のＦＥＴ５ｂのドレイン端子６ｂの接続点と、第３のＦＥＴ５ｃのドレイン端子６ｃと第４のＦＥＴ５ｄのドレイン端子６ｄの接続点とを結ぶ軸１１上では、位相関係からＩＦ信号、ＬＯ波のいずれもが短絡となるため、ＩＦ信号とＬＯ波が軸１１上に接続されているＲＦバラン２ａを経て信号入力端子１へ漏洩することがない。
【００１０】
また、第１のＦＥＴ５ａのソース端子８ａと第４のＦＥＴ５ｄのソース端子８ｄの接続点と、第２のＦＥＴ５ｂのソース端子８ｂと第３のＦＥＴ５ｃのソース端子８ｃの接続点とを結ぶ軸１２上では、位相関係からＲＦ信号とＬＯ波のいずれもが短絡となるため、ＲＦ信号、ＬＯ波が軸１２上に接続されているＩＦバラン９ａを経て信号出力端子１０へ漏洩することがない。従って、各端子にフィルタ等を設けることなく、ＲＦ信号、ＬＯ波、ＩＦ端子の各端子間のアイソレーションを高めることができる。
【００１１】
以上のようなバランを用いて構成したミクサを、広帯域にわたって動作させるためには広帯域なバランが必要である。図１７は非特許文献１のｐ．２５８〜２６０に記載された、広帯域な特性を有するマーチャントバランを示す構成図である。図において、１３ａ、１３ｂはそれぞれ、線路長が動作帯域の中心周波数の１／４波長の、第１および第２の結合線路であり、１４ａ、１４ｂはそれらの入力端子、１５ａ、１５ｂはそれらの結合端子、１６ａ、１６ｂはそれらの出力端子、１７ａ、１７ｂはそれらのアイソレーション端子である。１８はこのマーチャントバランの入力端子であり、１９ａ、１９ｂは第１および第２の出力端子である。
【００１２】
なお、第１の結合線路１３ａの出力端子１６ａと第２の結合線路１３ｂの入力端子１４ｂとを接続し、第１の結合線路１３ａの結合端子１５ａと第２の結合線路１３ｂのアイソレーション端子１７ｂとをそれぞれ接地するとともに、第１の結合線路１３ａの入力端子１４ａと入力端子１８を接続し、第１の結合線路１３ａのアイソレーション端子１７ａを第１の出力端子１９ａに、第２の結合線路１３ｂの結合端子１５ｂを第２の出力端子１９ｂに接続して、マーチャントバランを構成している。
【００１３】
ここで、理想結合線路を用いた場合のマーチャントバランの比帯域の計算結果を図１８に示す。図中、Ｚｏｅは結合線路の偶モードインピーダンス、Ｚｏｏは結合線路の奇モードインピーダンスである。奇モードインピーダンスＺｏｏが小さく、インピーダンス比Ｚｏｅ／Ｚｏｏが大きいほど比帯域が高くなることがわかる。
【００１４】
図１７に示すマーチャントバランは結合線路で構成されているので、半導体基板上にも形成可能であり、小形なマイクロ波回路の構成が可能となるモノリシックマイクロ波集積回路に適している。
【００１５】
また、図１７に示すマーチャントバランは全線路長が１／２波長となるので、周波数が低い場合には形状が大きくなる。そのため、ＩＦバランを半導体基板上に構成する場合は、通常、図１９に示すように集中定数化ラットレースが用いられる。図中、２０は当該ＩＦバランの入力端子、２１ａ，２１ｂはそれぞれ当該ＩＦバランの第１および第２の出力端子である。２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄはそれぞれ、第１、第２、第３、第４のインダクタ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆはそれぞれ、第１、第２、第３、第４、第５、第６のキャパシタ、２４は抵抗である。
【００１６】
なお、この集中定数化ラットレースを半導体基板上に形成する場合、第１〜第４のインダクタ２２ａ〜２２ｄはスパイラルインダクタで、第１〜第６のキャパシタ２３ａ〜２３ｆはＭＩＭキャパシタでそれぞれ実現する。図２０はその一例を示した斜視図であり、図中の５０がスパイラルインダクタによるインダクタ、５１がＭＩＭキャパシタによるキャパシタであり、５２はそれらが形成される半導体基板である。
【００１７】
図１９に示した集中定数化ラットレースは受動素子で構成されているため、信号の分配と合成のいずれも可能であり、第１の出力端子２１ａおよび第２の出力端子２１ｂに印加した、互いに逆相の２信号を合成することができ、図１４に示すレジスティブミクサのＩＦバラン９ａとして使用できる。
【００１８】
ここで、広帯域な特性を得ようとした場合、広帯域なバランをいかに形成するかが課題となる。図１７に示したマーチャントバランは半導体基板上に容易に形成できるバランのうちで比較的広帯域であるが、さらなる広帯域化をはかろうとした場合には、図１８からもわかるように、奇モードインピーダンスＺｏｏを下げるか、偶モードインピーダンスＺｏｅを高めればよい。
【００１９】
なお、図２１は半導体基板上に形成された結合線路の偶モードインピーダンスＺｏｅと奇モードインピーダンスＺｏｏの関係を説明するための、当該結合線路における線路間容量と対地容量を示す概念図である。図中、２５は地導体、２６は誘電体であり、２７ａ、２７ｂはそれぞれ結合線路を構成する第１および第２の線路である。２８ａ、２８ｂはそれぞれ第１の線路２７ａおよび第２の線路２７ｂと地導体２５の間の対地容量であり、その値をそれぞれＣｇで表している。また２９は第１の線路２７ａと第２の線路２７ｂの間の線路間容量であり、その値をＣｍで表している。奇モードインピーダンスＺｏｏと偶モードインピーダンスＺｏｅは、第１の線路２７ａおよび第２の線路２７ｂの線路間容量２９の値Ｃｍと、地導体２５との間の対地容量２８ａ，２８ｂの値Ｃｇより、次の式（２）および式（３）にて与えられる。なお、この式（２）および式（３）中のｖは伝搬速度である。
Ｚｏｏ＝１／ｖ（２Ｃｇ＋Ｃｍ） ・・・・・・ （２）
Ｚｏｅ＝１／ｖ２Ｃｇ ・・・・・・ （３）
【００２０】
マーチャントバランを広帯域化するためには、第１の線路２７ａと第２の線路２７ｂとの間隔をせばめて、第１の線路２７ａおよび第２の線路２７ｂの線路間容量Ｃｍを大きくすることによって、奇モードインピーダンスＺｏｏを下げればよい。
【００２１】
なお、このような従来のミクサに関連する記載のある文献としては、非特許文献１の外にも、例えば特許文献１などがある。
【００２２】
【非特許文献１】
「Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｍｉｘｅｒｓ」Ａｒｔｅｃｋ Ｈｏｕｓｅ社、１９９６年、ｐ．３４０〜３４４
【特許文献１】
特開平８−２６５０４８号公報
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
バランを用いた従来のミクサは以上のように構成されているので、広帯域なミクサを得ようとした場合、バランとして広帯域な特性を有するものを用いる必要がある。マーチャントバランの広帯域化のためには、結合線路１３ａ，１３ｂを形成する第１の線路２７ａと第２の線路２７ｂの線路間隔をせばめて、奇モードインピーダンスＺｏｏを下げればよいが、半導体基板５２上の線路間隔は半導体の製造プロセスによって最小値が決まっているため、奇モードインピーダンスＺｏｏを下げるには限界があり、マーチャントバランの帯域が所望の値が得られないという課題があった。
【００２４】
また、ＩＦバラン９ａとして用いられる集中定数化ラットレースは、マーチャントバランに比べれば小さく形成することができるが、比帯域が４０％程度と狭いという課題があり、さらに半導体基板５２上に形成したスパイラルインダクタ５０とＭＩＭキャパシタ５１で集中定数化ラットレースを実現した場合、それらの素子で実現できるのは通常、１０ｎＨ、２０ｐＦ程度が上限であり、これを越えると半導体基板５２の面積が非常に大きくなり、現実的でなくなるため、図１９に示す従来のミクサではＩＦ信号の周波数が１〜２ＧＨｚ程度と高くなるなどの課題があった。
【００２５】
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、広帯域で良好な特性を備えたバランを得ること目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るバランは、第１の結合線路の出力端子と第２の結合線路の入力端子、第３の結合線路の出力端子と第４の結合線路の入力端子をそれぞれ接続し、第１の結合線路と第３の結合線路の結合端子、第２の結合線路と第４の結合線路のアイソレーション端子を接地して、第１の結合線路と第３の結合線路の入力端子を接続して当該バランの入力端子とし、第１の結合線路と第３の結合線路のアイソレーション端子とを接続して当該バランの第１の出力端子、第２の結合線路第３の結合線路の結合端子を接続して当該バランの第２の出力端子としたものである。
【００２７】
この発明に係るバランは、各結合線路を、互いに並行に配置されて結合している、それぞれ１本の第１の線路と第２の線路による２線条結合線路で構成し、第１の線路の一端を入力端子、他端を出力端子、第２の線路の一端を結合端子、他端をアイソレーション端子としたものである。
【００２８】
この発明に係るバランは、各結合線路を、互いに並行に配置されて結合している、少なくとも１本の第１の線路と複数本の第２の線路による多線条結合線路で構成し、第１の線路の一端を結合端子、他端をアイソレーション端子、第２の線路の一端を入力端子、他端を出力端子としたものである。
【００２９】
この発明に係るバランは、各結合線路を、互いに並行に配置されて結合している、少なくとも１本の第１の線路と複数本の第２の線路による多線条結合線路で構成し、第１の線路の一端を入力端子、他端を出力端子、第２の線路の一端を結合端子、他端をアイソレーション端子としたものである。
【００３０】
この発明に係るバランは、半導体基板上に、結合線路をその外形が四角形となるようスパイラル状に巻き込んで形成し、結合線路の内側の線路と外側の線路の長さが等しくなるように、それら各線路を交差させたものである。
【００３１】
この発明に係るバランは、四角形の第１の辺に相当する部分とそれと隣り合った第２の辺に相当する部分との接続部、および第１の辺に対向する第３の辺に相当する部分と第２の辺に対向する第４の辺に相当する部分との接続部において、結合線路の内側の線路と外側の線路とを交差させたものである。
【００３２】
この発明に係るバランは、四角形を構成している４つ辺に相当する部分の各接続部のすべてにおいて、結合線路の内側の線路と外側の線路とをそれぞれ交差させたものである。
【００３３】
この発明に係るバランは、四角形を構成している辺に相当する部分の接続部において、結合線路の最も外側の線路を最も内側に、もしくは最も内側の線路を最も外側に交差させたものである。
【００３４】
この発明に係るバランは、四角形を構成している辺に相当する部分の中央部に相当する位置において、結合線路の内側の線路と外側の線路とをそれぞれ交差させたものである。
【００３５】
この発明に係るミクサは、入力信号バランおよびＬＯ波バランとして、請求項１から請求項９のうちのいずれか1項記載のバランを用いるものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるバランを示す構成図である。図において、１３ａは第１の結合線路、１３ｂは第２の結合線路、１３ｃは第３の結合線路、１３ｄは第４の結合線路であり、その線路長はそれぞれ動作帯域の中心周波数の１／４波長に設定されている。１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄはそれぞれ、第１の結合線路１３ａ、第２の結合線路１３ｂ、第３の結合線路１３ｃ、および第４の結合線路１３ｄの入力端子であり、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄはそれぞれ、第１の結合線路１３ａ、第２の結合線路１３ｂ、第３の結合線路１３ｃ、および第４の結合線路１３ｄの結合端子である。１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄはそれぞれ、第１の結合線路１３ａ、第２の結合線路１３ｂ、第３の結合線路１３ｃ、および第４の結合線路１３ｄの出力端子であり、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄはそれぞれ、第１の結合線路１３ａ、第２の結合線路１３ｂ、第３の結合線路１３ｃ、および第４の結合線路１３ｄのアイソレーション端子である。また、１８は当該バランの入力端子であり、１９ａはその第１の出力端子、１９ｂはその第２の出力端子である。
【００３７】
また、３６ａはその一端が入力端子１４ａ、他端が出力端子１６ａとなって上記第１の結合線路１３ａを構成する第１の線路であり、３７ａはその一端が結合端子１５ａ、他端がアイソレーション端子１７ａとなり、この第１の線路３６ａに結合して上記第１の結合線路１３ａを構成する第２の線路である。３６ｂはその一端が入力端子１４ｂ、他端が出力端子１６ｂとなって上記第２の結合線路１３ｂを構成する第１の線路であり、３７ｂはその一端が結合端子１５ｂ、他端がアイソレーション端子１７ｂとなり、この第１の線路３６ｂに結合して上記第２の結合線路１３ｂを構成する第２の線路である。３６ｃはその一端が入力端子１４ｃ、他端が出力端子１６ｃとなって上記第３の結合線路１３ｃを構成する第１の線路であり、３７ｃはその一端が結合端子１５ｃ、他端がアイソレーション端子１７ｃとなり、この第１の線路３６ｃに結合して上記第３の結合線路１３ｃを構成する第２の線路である。３６ｄはその一端が入力端子１４ｄ、他端が出力端子１６ｄとなって上記第４の結合線路１３ｄを構成する第１の線路であり、３７ｄはその一端が結合端子１５ｄ、他端がアイソレーション端子１７ｄとなり、この第１の線路３６ｄに結合して上記第４の結合線路１３ｄを構成する第２の線路である。
【００３８】
この実施の形態１によるバランは、それらを以下のように接続することによって構成されている。すなわち、第１の結合線路１３ａの出力端子１６ａと第２の結合線路１３ｂの入力端子１４ｂを接続し、第３の結合線路１３ｃの出力端子１６ｃと第４の結合線路１３ｄの入力端子１４ｄを接続するとともに、第１の結合線路１３ａの結合端子１５ａ、第２の結合線路１３ｂのアイソレーション端子１７ｂ、第３の結合線路１３ｃの結合端子１５ｃ、および第４の結合線路１３ｄのアイソレーション端子１７ｄをそれぞれ接地する。また、第１の結合線路１３ａの入力端子１４ａと第３の結合線路１３ｃの入力端子１４ｃとを接続して、そこに当該バランの入力端子１８を接続するとともに、第１の結合線路１３ａのアイソレーション端子１７ａと第３の結合線路１３ｃのアイソレーション端子１７ｃとを接続して、そこに当該バランの第１の出力端子１９ａを接続し、第２の結合線路１３ｂの結合端子１５ｂと第４の結合線路１３ｄの結合端子１５ｄとを接続して、そこに当該バランの第２の出力端子１９ｂを接続する。
【００３９】
次に動作について説明する。
ここで、図２はこのように構成されたバランの動作を示す説明図である。この図２において、３８ａは図１に示したこの実施の形態１によるバランであり、偶モードインピーダンスと奇モードインピーダンスがそれぞれＺｏｅａ、Ｚｏｏａの、第１の結合線路１３ａ、第２の結合線路１３ｂ、第３の結合線路１３ｃ、および第４の結合線路１３ｄからなる。また、３８ｂは図１７に示した従来のマーチャントバランであり、偶モードインピーダンスと奇モードインピーダンスがそれぞれＺｏｅｂ、Ｚｏｏｂの、第５の結合線路１３ｅと第６の結合線路１３ｆからなる。
【００４０】
この実施の形態１によるバラン３８ａは、第１の結合線路１３ａおよび第２の結合線路１３ｂからなるマーチャントバランと、第３の結合線路１３ｃおよび第４の結合線路１３ｄからなるマーチャントバランが並列接続された構造となっているので、その特性は偶モードインピーダンスと奇モードインピーダンスがともに１／２の２つの結合線路からなる従来のマーチャントバラン３８ｂの特性と等しくなる。すなわち、図２に示すように、この実施の形態１によるバラン３８ａと従来のマーチャントバラン３８ｂの２つのバランの間には、次の式（４）および式（５）が成立する。
Ｚｏｏｂ＝Ｚｏｏａ／２ ・・・・・ （４）
Ｚｏｅｂ＝Ｚｏｅａ／２ ・・・・・ （５）
【００４１】
つまり、偶モードインピーダンスと奇モードインピーダンスがそれぞれ、Ｚｏｅａ、Ｚｏｏａである結合線路１３ａ〜１３ｄを用いて、３８ａに示すバランを構成することで、Ｚｏｅａ／２、Ｚｏｏａ／２の第５および第６の結合線路１３ｅ，１３ｆを用いたマーチャントバランを実現することができる。マーチャントバランの比帯域を高めるには、奇モードインピーダンスを低くすればよく、そのためには結合線路を構成している線路の線路間隔を狭めればよいが、通常は製造プロセスによる制限を受けて、所望の値を得られない場合がある。そこで、この実施の形態１に示すような構造とすることにより、結合線路を構成している線路の線路間隔を物理的に狭めなくとも所望のインピーダンスが得られることになる。
【００４２】
以上のように、この実施の形態１によれば、結合線路を構成する線路の線路間隔を狭めなくとも低い奇モードインピーダンスが得られるため、広帯域なバランを実現でき、このバランを適用することでミクサの動作周波数を広帯域化することが可能になるという効果が得られる。
【００４３】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、第１〜第４の結合線路として、それぞれ１本ずつの第１の線路と第２の線路による２線条結合線路を用いたものを示したが、本発明はこれに限らず、少なくとも１本の第１の線路と、この第１の線路の両側にそれぞれ少なくとも１本ずつ配置された第２の線路とによる、３線以上の多線条結合線路を用いてもよい。
【００４４】
図３はこの発明の実施の形態２によるバランの一例を示す構成図であり、ここでは３線条結合線路を用いた場合を示している。図において、３６ａは第１の結合線路１３ａを構成する１本の第１の線路であり、３７ａはこの第１の線路３６ａの両側に１本ずつ配置され、それぞれ第１の線路３６ａに結合して第１の結合線路１３ａを構成する第２の線路である。同様に、３６ｂは第２の結合線路１３ｂを構成する第１の線路、３７ｂは第２の結合線路１３ｂを構成する第２の線路であり、３６ｃは第３の結合線路１３ｃを構成する第１の線路、３７ｃは第３の結合線路１３ｃを構成する第２の線路、３６ｄは第４の結合線路１３ｄを構成する第１の線路、３７ｄは第４の結合線路１３ｄを構成する第２の線路である。
【００４５】
なお、この実施の形態２においては、各結合線路１３ａ〜１３ｄの入力端子１４ａ〜１４ｄは、それぞれの第２の線路３７ａ〜３７ｄの一端から導出されており、出力端子１６ａ〜１６ｃはその他端から導出されている。同様に、結合端子１５ａ〜１５ｄは第１の線路３６ａ〜３６ｄの一端から、アイソレーション端子１７ａ〜１７ｄはその他端からそれぞれ導出されている。
【００４６】
また、当該バランの入力端子１８は第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃのそれぞれ２つの入力端子１４ａおよび１４ｃに接続されており、第１の出力端子１９ａは第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃのアイソレーション端子１７ａおよび１７ｃに、第２の出力端子１９ｂは第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄの結合端子１５ｂおよび１５ｄにそれぞれ接続されている。第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃのそれぞれ２つの出力端子１６ａ，１６ｃは第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄのそれぞれ２つの入力端子１４ｂ，１４ｄに接続されており、第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃの結合端子１５ａ，１５ｃ、および第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄのアイソレーション端子１７ａ，１７ｃは接地されている。
【００４７】
ここで、図４は半導体基板上に形成された第１の結合線路１３ａの偶モードインピーダンスＺｏｅと奇モードインピーダンスＺｏｏの関係を説明するための、第１の結合線路１３ａにおける線路間容量と対地容量を示す概念図である。図中、２５は地導体、２６は誘電体であり、３６ａは第１の結合線路１３ａを構成する第１の線路、３７ａは第１の結合線路１３ａを構成する第２の線路である。２８ａ、２８ｂはそれぞれ第１の線路３６ａおよび第２の線路３７ａと地導体２５の間の対地容量であり、その値をそれぞれＣｇで表している。また２９ａ，２９ｂは第１の線路３６ａと第２の線路３７ａの間の線路間容量であり、その値をそれぞれＣｍで表している。なお、奇モードインピーダンスＺｏｏと偶モードインピーダンスＺｏｅは、第１の線路３６ａおよび第２の線路３７ａの線路間容量２９ａ，２９ｂの値Ｃｍと、地導体２５との間の対地容量２８ａ，２８ｂの値Ｃｇより、次の式（６）および式（７）にて与えられる。なお、この式（６）および式（７）におけるｖは伝搬速度である。
Ｚｏｏ＝１／ｖ（３Ｃｇ＋２Ｃｍ） ・・・・・・ （６）
Ｚｏｅ＝１／ｖ３Ｃｇ ・・・・・・ （７）
【００４８】
バランを広帯域化するためには、この奇モードインピーダンスＺｏｏを下げればよい。この場合、第１の線路３６ａおよび第２の線路３７ａの幅とそれらの間隔、および誘電体２６の材質と厚さが等しければ、上記式（６）で与えられる奇モードインピーダンスＺｏｏは、２線条結合線路を用いたバランの奇モードインピーダンスＺｏｏ（従来のマーチャントバランと同様に式（３）で与えられる）に比べて明らかに小さくなる。このことから、３線条結合線路を用いたバランではより広帯域な特性が得られる。
【００４９】
以上のように、この実施の形態２によれば、デザインルールで規定された線路間隔を維持しながら、２線条結合線路を用いたバランよりも第１の線路と第２の線路間の容量を大きくすることが可能となって、奇モードインピーダンスＺｏｏを容易に小さくすることがとができるため、バランのより広帯域化をはかることができる効果が得られる。
【００５０】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、少なくとも１本の第１の線路と、その両側にそれぞれ少なくとも１本ずつ配置された第２の線路とで構成された多線条結合線路において、第２の線路の一端をその入力端子、他端を出力端子とし、第１の線路の一端を結合端子、他端をアイソレーション端子としたものを示したが、本発明はこれに限らず、第１の線路の一端をその入力端子、他端を出力端子とし、第２の線路の一端を結合端子、他端をアイソレーション端子としてもよく、上記実施の形態２の場合と同様の効果を奏する。
【００５１】
図５はこの発明の実施の形態３によるバランの一例を示す構成図であり、ここでも３線条結合線路を用いた場合を示している。なお、図中の各部には、図３の相当部分と同一符号を付してその説明を省略する。図示のように、この実施の形態３においては、各結合線路１３ａ〜１３ｄの入力端子１４ａ〜１４ｄは、それぞれの第１の線路３６ａ〜３６ｄの一端から導出されており、出力端子１６ａ〜１６ｃはその他端から、結合端子１５ａ〜１５ｄは第２の線路３７ａ〜３７ｄの一端から、アイソレーション端子１７ａ〜１７ｄはその他端からそれぞれ導出されている。
【００５２】
なお、当該バランの入力端子１８は第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃの入力端子１４ａおよび１４ｃに接続され、第１の出力端子１９ａは第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃのそれぞれ２つのアイソレーション端子１７ａおよび１７ｃに、第２の出力端子１９ｂは第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄのそれぞれ２つの結合端子１５ｂおよび１５ｄに接続されている。また、第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃの出力端子１６ａ，１６ｃは第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄの入力端子１４ｂ，１４ｄに接続され、第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃのそれぞれ２つの結合端子１５ａ，１５ｃ、および第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄのそれぞれ２つのアイソレーション端子１７ｂ，１７ｄは接地されている。このように、実施の形態２における第１の線路と第２の線路の役割を入れ替えても、バランとして動作する。
【００５３】
実施の形態４．
上記実施の形態１に示したバランを半導体基板上に形成した、この発明の実施の形態４について説明する。図６はそのようなこの発明の実施の形態４によるバランの構成を示すパターン図であり、相当部分には図１と同一符号を付してその説明を省略する。図において、３９ａは第１の結合線路１３ａの第１の線路３６ａおよび第２の線路３７ａと、第３の結合線路１３ｃの第１の線路３６ｃおよび第２の線路３７ｃとを並行に並べてこれをスパイラル状に巻き込み、かつ、その外形を四角形とした第１の４線条結合線路である。３９ｂは第２の結合線路１３ｂの第１の線路３６ｂおよび第２の線路３７ｂと、第４の結合線路１３ｄの第１の線路３６ｄおよび第２の線路３７ｄとを並行に並べてこれをスパイラル状に巻き、かつ、その外形を四角形とした第２の４線条結合線路である。４０はその下に配置された線路と接触することなく、その両端の線路を接続するためのエアブリッジである。５２はこのような第１の４線条結合線路３９ａおよび第２の４線条結合線路３９ｂが形成される半導体基板である。
【００５４】
図示のように、この実施の形態４によるバランは、第１の４線条結合線路３９ａ内において、第１の結合線路１３ａおよび第３の結合線路１３ｃをスパイラル状に巻き込み、かつその外形を四角形にした場合に、その四角形を構成する第１の辺に相当する部分とそれに隣り合う第２の辺に相当する部分との接続部、および第１の辺に対向する第３の辺に相当する部分と第２の辺に対向する第４の辺に相当する部分との接続部において、各結合線路１３ａ，１３ｃを構成している第１の線路３６ａ，３６ｃと第２の線路３７ａ，３７ｃについて、その内側の線路と外側の線路をエアブリッジ４０を用いて交差させている。また、第２の４線条結合線路３９ｂ内においても同様に、外形を四角形にした第２の結合線路１３ｂおよび第４の結合線路１３ｄの、第１の辺に相当する部分と第２の辺に相当する部分との接続部、および第３の辺に相当する部分と第４の辺に相当する部分との接続部において、それらの第１の線路３６ｂ，３６ｄと第２の線路３７ｂ，３７ｄの、内側の線路と外側の線路をエアブリッジ４０を用いて交差させている。
【００５５】
ここで、このバランを構成する結合線路は、動作帯域の中心周波数で１／４波長となるので、例えば中心周波数を１２ＧＨｚとし、ガリウム砒素基板に形成した場合には、全長２ｍｍ以上になる。そこで結合線路をスパイラル状に巻き込むことで、占有面積の縮小をはかることができる。しかしながら、結合線路を構成する複数の線路のうち、同一周回において常に外側となる線路の線路長と常に内側となる線路ではその線路長に差が生じるため、分配・位相特性が劣化する。これを避けるため、図６に示すように、第１の４線条結合線路３９ａと第２の４線条結合線路３９ｂにおいて、四角形の対角となるコーナー部分で、内側の線路が外側となり、かつ、外側の線路が内側となるようにエアブリッジを用いて接続している。これにより、４線条結合線路を構成する個々の線路の長さを同一にすることができる。
【００５６】
以上のように、この実施の形態４によれば、四角形の対向する２つのコーナー部分において内側と外側の線路を交差させているので、比較的少ない数のエアブリッジによって、結合線路を構成している個々の線路の線路長を同一にすることが可能となるため、特性の良好なバランを容易に実現することができるという効果が得られる。
【００５７】
なお、上記説明では、実施の形態１に示したバランの第１の４線条結合線路３９ａ内で、第１の結合線路１３ａを構成する第２の線路３７ａ（結合端子１５ａとアイソレーション端子１７ａが導出されている線路）と第３の結合線路１３ｃを構成する第２の線路３７ｃとが隣り合い、第２の４線条結合線路３９ｂ内で、第２の結合線路１３ｂを構成する第２の線路３７ｂと、第４の結合線路１３ｄを構成する第２の線路３７ｄが隣り合うものを示したが、本発明はこれに限らず、例えば図７に示すように、第１の４線条結合線路３９ａ内で、第１の結合線路１３ａの第１の線路３６ａ（入力端子１４ａと出力端子１６ａが導出されている線路）と第３の結合線路１３ｃの第１の線路３６ｃが隣り合い、第２の４線条結合線路３９ｂ内で、第２の結合線路１３ｂの第１の線路３６ｂと第４の結合線路１３ｄの第１の線路３６ｄが隣り合うようにしてもよく、上記説明の場合と同様の効果を奏する。
【００５８】
また、上記説明では、実施の形態１に示したバランを半導体基板上に形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、結合線路を使用した回路一般に適用することができる。例えば、図１７に示した従来のマーチャントバランにおいても、結合線路をスパイラル状に巻き、かつ、その外形を四角形とすることで占有面積を縮小できるが、同一周回において常に外側となる線路と常に内側となる線路において線路長に差が生じる。そこで、コーナー部分で内側の線路が外側となるように、かつ、外側の線路が内側となるようにエアブリッジを用いて接続すれば、結合線路を構成する個々の線路長が同一となり、特性劣化を防ぐことができる。
【００５９】
実施の形態５．
上記実施の形態４では、四角形を構成する第１の辺に相当する部分とそれに隣り合う第２の辺に相当する部分の接続部、およびそれらに対向する第３の辺に相当する部分と第４の辺に相当する部分の接続部で、結合線路を構成する内外の線路が交差するようにしたものを示したが、本発明はこれに限らず、四角形を構成する４つの辺に相当する部分のすべての接続部で、結合線路を構成する内外の線路が交差するようにしてもよく、上記実施の形態４の場合と同様に、結合線路の線路長の不均一が解消でき、良好な特性のバランが実現できるという効果が得られる。
【００６０】
図８はそのようなこの発明の実施の形態５によるバランの構成を示すパターン図であり、各部には図６の相当部分と同一符号を付してその説明を省略する。図示のように、この実施の形態５によるバランは、第１の４線条結合線路３９ａ内において、その外形を四角形にした第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃの四角形を構成している第１〜第４の辺に相当する部分のすべての接続部において、それらを構成している第１の線路３６ａ，３６ｃと第２の線路３７ａ，３７ｃについて、その内側の線路と外側の線路をエアブリッジ４０を用いて交差させている。また、第２の４線条結合線路３９ｂ内においても同様に、第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄの第１〜第４の辺に相当する部分のすべての接続部において、それらの第１の線路３６ｂ，３６ｄと第２の線路３７ｂ，３７ｄの、内側の線路と外側の線路をエアブリッジ４０にて交差させている。
【００６１】
このように、結合線路の外形が四角形に構成された、第１の４線条結合線路３９ａと第２の４線条結合線路３９ｂの４つのコーナー部分のすべてにおいて、内側の線路が外側となり、かつ、外側の線路が内側となるようにエアブリッジを用いて交差させているので、４線条結合線路を構成する個々の線路が同一の線路長となる。
【００６２】
なお、この場合も実施の形態４と同様に、第１の結合線路１３ａを構成する第１の線路３６ａと、第３の結合線路１３ｃを構成する第１の線路３６ｃが隣り合い、かつ、第２の結合線路１３ｂを構成する第１の線路３６ｂと、第４の結合線路１３ｄを構成する第１の線路３６ｄが隣り合うようにしてもよく、また、バランを半導体基板５２上に形成する場合に限らず、結合線路を使用した回路一般にも適用可能であり、上記説明の場合と同様の効果を奏する。
【００６３】
実施の形態６．
上記実施の形態５では、結合線路を構成している４本の線路のすべてについて、内側と外側の線路を交差させるものを示したが、本発明はこれに限らず、４線条結合線路ではそれを構成する４本の線路のうちの１本のみを交差させるようにしてもよい。図９はそのようなこの発明の実施の形態６によるバランの構成を示すパターン図であり、各部には図６の相当部分と同一符号を付してその説明を省略する。
【００６４】
図示のように、この実施の形態６によるバランは、第１の４線条結合線路３９ａ内において、第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃの四角形を構成している第１〜第４の辺に相当する部分のすべての接続部おいて、それらを構成している第１の線路３６ａ，３６ｃと第２の線路３７ａ，３７ｃのうちの最も外側の線路が、最も内側となるようにエアブリッジ４０を用いて交差させている。また、第２の４線条結合線路３９ｂ内においても同様に、第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄの第１〜第４の辺に相当する部分のすべての接続部において、それらの第１の線路３６ｂ，３６ｄと第２の線路３７ｂ，３７ｄの内で最も外側のものが、最も内側となるようにエアブリッジ４０にて交差させている。なお、最も内側の線路を最も外側となるように交差させてもよい。
【００６５】
このように、結合線路の外形が四角形に構成された、第１の４線条結合線路３９ａと第２の４線条結合線路３９ｂの４つのコーナー部分のすべてにおいて、最も内側の線路が最も外側となるように、あるいは最も外側の線路が最も内側となるようにエアブリッジを用いて交差させているので、４線条結合線路を構成する線路をスパイラル状に巻き込むことによる線路長の差が累積されることがなくなり、内側と外側の線路長の差は最小限に抑えることができる。なお、この交差を４の倍数回だけ行うようにすれば、４本の線路の線路長を等しくすることも可能である。
【００６６】
以上のように、この実施の形態６によれば、結合線路を構成する線路をスパイラル状に巻き込むことに起因する、ここの線路の線路長の不均一を最小限に抑えることが可能となるため、特性の良好なバランを実現することができるという効果が得られる。
【００６７】
なお、この場合も実施の形態５や実施の形態６と同様に、第１の４線条結合線路３９ａ内の第１の結合線路１３ａを構成する第１の線路３６ａと第３の結合線路１３ｃを構成する第１の線路３６ｃが隣り合い、第２の４線条結合線路３９ｂ内の第２の結合線路１３ｂを構成する第１の線路３６ｂと第４の結合線路１３ｄを構成する第１の線路３６ｄが隣り合うようにしてもよく、また、バランを半導体基板５２上に形成する場合に限らず、結合線路を使用した回路一般にも適用可能であり、上記説明の場合と同様の効果を奏する。
【００６８】
実施の形態７．
上記実施の形態３から実施の形態６では、実施の形態１に示すバランを半導体基板上に形成する際、結合線路をスパイラル状に巻き込んでその外形を四角形にし、その四角形を構成する辺に相当する部分の接続部において、結合線路を構成する内外の線路が交差するようにしたものを示したが、四角形を構成するそれぞれの辺に相当する部分の中央部に相当する位置で、結合線路を構成する内外の線路が交差するようにしてもよい。図１０はそのようなこの発明の実施の形態７によるバランの構成を示すパターン図であり、各部には図６の相当部分と同一符号を付してその説明を省略する。
【００６９】
図示のように、この実施の形態７によるバランは、第１の４線条結合線路３９ａ内において、その外形を四角形にした第１および第３の結合線路１３ａ，１３ｃの四角形を構成している４つの辺に相当する部分のそれぞれの中央部に相当する位置において、それらを構成している第１の線路３６ａ，３６ｃと第２の線路３７ａ，３７ｃについて、その内側の線路と外側の線路をエアブリッジ４０を用いて交差させている。また、第２の４線条結合線路３９ｂ内においても同様に、第２および第４の結合線路１３ｂ，１３ｄの４つの辺に相当する部分のそれぞれの中央部に相当する位置で、それらの第１の線路３６ｂ，３６ｄと第２の線路３７ｂ，３７ｄの、内側の線路と外側の線路をエアブリッジ４０にて交差させている。
【００７０】
このように、結合線路の外形が四角形に構成された、第１の４線条結合線路３９ａと第２の４線条結合線路３９ｂの４つの辺に相当する部分のそれぞれの中央部に相当する位置において、それらを構成している第１の線路３６ａ，３６ｃと第２の線路３７ａ，３７ｃについて、その内側の線路と外側の線路をエアブリッジ４０を用いて交差させているので、４線条結合線路を構成する線路をスパイラル状に巻き込むことによる線路長の差が累積されることがなくなり、内側と外側の線路長の差を最小限に抑えることができる。なお、この交差を４の倍数回だけ行うようにすれば、４本の線路の線路長を等しくすることも可能である。
【００７１】
以上のように、この実施の形態７によれば、結合線路を構成する線路をスパイラル状に巻き込むことに起因する、当該線路の線路長の不均一を最小限に抑えることが可能となるため、特性の良好なバランを実現することができるという効果が得られる。
【００７２】
なお、この実施の形態７においても実施の形態４から実施の形態６の場合と同様に、第１の４線条結合線路３９ａ内の第１の結合線路１３ａを構成する第１の線路３６ａと第３の結合線路１３ｃを構成する第１の線路３６ｃが隣り合い、第２の４線条結合線路３９ｂ内の第２の結合線路１３ｂを構成する第１の線路３６ｂと第４の結合線路１３ｄを構成する第１の線路３６ｄが隣り合うようにしてもよく、上記説明の場合と同様の効果を奏する。
【００７３】
また、上記説明では、すべての辺の中央部に相当する位置で、エアブリッジを用いて結合線路を構成する内外の線路が交差するようにしたものを示したが、本発明はこれに限らず、例えば図１１に示すように、ある一辺に相当する部分とそれに対向する一辺に相当する部分の中央部に相当する位置においてのみ、内側の線路と外側の線路を交差させるようにしてもよい。なお、この図１１には、図１７に示した従来のマーチャントバランを構成する結合線路のパターン構成を示している。この場合においても、同一周回において常に外側となる線路と常に内側となる線路の間で生じる線路長の不均一を最小限に抑え、特性の良好なバランを得ることができる。
【００７４】
さらに、上記説明では、実施の形態１に示したバランを半導体基板上に形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、結合線路を使用した回路一般に適用することができる。図１２はパラレルラインバランの等価回路「図１２（ａ）」と、それを構成する結合線路をスパイラル状に巻き、かつその外形を四角形とした場合のパラレルラインバランの構成「図１２（ｂ）」を示す説明図である。このように、四角形を構成する対向する辺に相当する部分の中央部に相当する位置で、内側の線路と外側の線路を交差させることで、同一周回において常に外側となる線路と常に内側となる線路との間に生じる線路長の不均一を最小限に抑制でき、特性劣化を防止することが可能となる。
【００７５】
実施の形態８．
上記実施の形態１から実施の形態７では、この発明によるバランについて説明したが、次にこれらのバランを用いて構成したミクサについて説明する。図１３はそのようなこの発明の実施の形態８によるミクサを示す構成図であり、ここでは実施の形態４によるバランを用いて半導体基板上に構成したミクサについて示している。
【００７６】
図において、１は信号入力端子であり、２ａは入力信号バランとしてのＲＦバラン、２ｂはＲＦバラン２ａの入力端子、２ｃはＲＦバラン２ａの第１の出力端子、２ｄはＲＦバラン２ａの第２の出力端子である。３はＬＯ波入力端子であり、４ａはＬＯバラン、４ｂはＬＯバラン４ａの入力端子、４ｃはＬＯバラン４ａの第１の出力端子、４ｄはＬＯバラン４ａの第２の出力端子である。５ａ〜５ｄは第１〜第４のＦＥＴ、１０は信号出力端子であり、３０ａは出力信号同相合成器としてのＩＦ信号同相合成器、３０ｂはＩＦ信号同相合成器３０ａの第１の入力端子、３０ｃはＩＦ信号同相合成器３０ａの第２の入力端子、３０ｄはＩＦ信号同相合成器３０ａの出力端子である。なお、これらは図１に同一符号を付した部分に相当するものである。
【００７７】
また、１３ａはＲＦバラン２ａもしくはＬＯバラン４ａの第１の結合線路であり、１３ｂは同じく第２の結合線路、１３ｃは同じく第３の結合線路、１３ｄは同じく第４の結合線路である。３９ａは第１の結合線路１３ａおよび第３の結合線路１３ｃを並行に並べて四角形のスパイラル状に巻き込んだ第１の４線条結合線路であり、３９ｂは第２の結合線路１３ｂおよび第４の結合線路１３ｄを並行に並べて四角形のスパイラル状に巻き込んだ第２の４線条結合線路である。５２はその上にＲＦバラン３８ａ、ＬＯバラン３８ｃ、ＩＦ信号同相合成器３０ａ、および第１〜第４のＦＥＴ５ａ〜５ｄが構成される半導体基板である。なお、これらは図６に同一符号を付した部分と同等のものである。
【００７８】
この実施の形態８によるミクサにおいては、半導体基板５２上に形成されるＲＦバラン２ａおよびＬＯバラン４ａとして、実施の形態４に示したバランを用いている。このように、実施の形態４によるバランをＲＦバラン２ａおよびＬＯバラン４ａとして用いることによって、ＲＦ周波数およびＬＯ周波数を広帯域な特性とすることができる。さらに、レジスティブミクサでは第１〜第４のＦＥＴ５ａ〜５ｄのドレイン端子とソース端子を直流的に接地する必要があるが、ＲＦバラン２ａおよびＬＯバラン４ａに実施の形態４のバランを用いることでこれらの条件が満たされるため、別に接地回路を設ける必要がなくなる。
【００７９】
以上のように、この実施の形態８によれば、ＲＦバランやＬＯバランに実施の形態４によるバランを用いているので、広帯域な特性を有するミクサを容易に実現することができ、またＦＥＴのドレイン端子とソース端子を直流的に接地するる回路を別途設ける必要がないため、ミクサの小形化も可能になるなどの効果が得られる。
【００８０】
なお、上記説明では、ＲＦバランおよびＬＯバランとして、実施の形態４によるバランを用いたものを示したが、実施の形態１から実施の形態７のいずれのバランを用いてもよく、広帯域な特設を有するミクサが容易に実現できるという効果が得られる。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、２つのマーチャントバランの入力端子、第１の出力端子、および第２の出力端子をそれぞれ並列に接続してバランを形成しているため、それぞれの結合線路の偶モードインピーダンスと奇モードインピーダンスが等価的に１／２となるので、容易に低い奇モードインピーダンスを得ることができ、マーチャントバランを構成する結合線路の線路間隔を狭めることによって奇モードインピーダンスを小さくする必要がなくなるため、半導体基板上に形成する場合でも最小線路間隔などの半導体プロセスのデザインルールの制限を受けにくくなって、広帯域な特性を有するバランが容易に得られるという効果がある。
【００８２】
この発明によれば、各結合線路として３線条結合線路もしくはそれ以上の多線条結合線路を用いているので、さらに低い奇モードインピーダンスを得ることが容易となるため、バランのより広帯域化をはかることができるという効果がある。
【００８３】
この発明によれば、結合線路を半導体基板上に、その外形が四角形となるようスパイラル状に巻き込んで形成し、結合線路の内側の線路と外側の線路の長さが等しくなるようにそれら各線路を交差させているので、結合線路を構成している線路の線路長の不均一を解消することが可能となるため、バランの特性の劣化を防ぐことができ、良好な特性のバランが得られる効果がある。
【００８４】
この発明によれば、結合線路の内側の線路と外側の線路との交差を、四角形の互いに隣り合った２つの辺に相当する部分の接続部と、それら両辺に対向する２つの辺に相当する部分の接続部において行っているので、エアブリッジの数を抑えて、良好な特性のバランが得られる効果がある。
【００８５】
この発明によれば、結合線路の内側の線路と外側の線路との交差を、四角形を構成している４つ辺に相当する部分のすべての接続部でそれぞれ行っているので、結合線路の線路長の不均一が解消でき、良好な特性のバランが得られる効果がある。
【００８６】
この発明によれば、四角形のコーナー部分において、結合線路の最も外側の線路を最も内側に、もしくは最も内側の線路を最も外側に交差させているので、さらに少ないエアブリッジ数にて、バランの特性を改善することができる効果がある。
【００８７】
この発明によれば、四角形を構成している辺に相当する部分の中央部に相当する位置において、結合線路の内側の線路と外側の線路とを交差さているので、結合線路を構成する線路の長さの差を容易に解消することが可能となり、バランの特性を改善できる効果がある。
【００８８】
この発明によれば、入力信号バランおよびＬＯ波バランに請求項１から請求項９のうちのいずれか1項記載のバランを用いているので、広帯域な特性を有するミクサが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるバランを示す構成図である。
【図２】 実施の形態１によるバランの動作を示す説明図である。
【図３】 この発明の実施の形態２によるバランを示す構成図である。
【図４】 実施の形態２によるバランにおけるインピーダンスの関係を説明するための、結合線路の構造を示す概念図である。
【図５】 この発明の実施の形態３によるバランを示す構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態４によるバランの構成を示すパターン図である。
【図７】 実施の形態４による他のバランの構成を示すパターン図である。
【図８】 この発明の実施の形態５によるバランの構成を示すパターン図である。
【図９】 この発明の実施の形態６によるバランの構成を示すパターン図である。
【図１０】 この発明の実施の形態７によるバランの構成を示すパターン図である。
【図１１】 実施の形態７による他のバランの構成を示すパターン図である。
【図１２】 実施の形態７によるさらに他のバランの等価回路と構成を示す説明図である。
【図１３】 この発明の実施の形態８によるミクサを示す構成図である。
【図１４】 従来のミクサを示す構成図である。
【図１５】 従来のミクサにおける信号の流れを示す説明図である。
【図１６】 従来のミクサの動作を示す説明図である。
【図１７】 従来のマーチャントバランを示す構成図である。
【図１８】 従来のマーチャントバランを構成する結合線路のインピーダンスと比帯域の関係を示す説明図である。
【図１９】 従来のミクサで用いられるＩＦバランを示す構成図である。
【図２０】 半導体基板上に構成されたスパイラルインダクタとＭＩＭキャパシタを示す斜視図である。
【図２１】 従来のマーチャントバランにおけるインピーダンスの関係を説明するための、結合線路の構造を示す概念図である。
【符号の説明】
１３ａ 第１の結合線路、１３ｂ 第２の結合線路、１３ｃ 第３の結合線路、１３ｄ 第４の結合線路、１４ａ 第１の結合線路の入力端子、１４ｂ 第２の結合線路の入力端子、１４ｃ 第３の結合線路の入力端子、１４ｄ 第４の結合線路の入力端子、１５ａ 第１の結合線路の結合端子、１５ｂ 第２の結合線路の結合端子、１５ｃ 第３の結合線路の結合端子、１５ｄ 第４の結合線路の結合端子、１６ａ 第１の結合線路の出力端子、１６ｂ 第２の結合線路の出力端子、１６ｃ 第３の結合線路の出力端子、１６ｄ 第４の結合線路の出力端子、１７ａ 第１の結合線路のアイソレーション端子、１７ｂ 第２の結合線路のアイソレーション端子、１７ｃ 第３の結合線路のアイソレーション端子、１７ｄ 第４の結合線路のアイソレーション端子、１８ バランの入力端子、１９ａバランの第１の出力端子、１９ｂ バランの第２の出力端子、３６ａ 第１の結合線路を構成する第１の線路、３６ｂ 第２の結合線路を構成する第１の線路、３６ｃ 第３の結合線路を構成する第１の線路、３６ｄ 第４の結合線路を構成する第１の線路、３７ａ 第１の結合線路を構成する第２の線路、３７ｂ 第２の結合線路を構成する第２の線路、３７ｃ 第３の結合線路を構成する第２の線路、３７ｄ 第４の結合線路を構成する第２の線路。
Claims (10)
- それぞれが入力端子、出力端子、結合端子およびアイソレーション端子を備えた、第１の結合線路、第２の結合線路、第３の結合線路および第４の結合線路を有し、
前記第１の結合線路の出力端子と前記第２の結合線路の入力端子を接続するとともに、前記第１の結合線路の結合端子と前記第２の結合線路のアイソレーション端子を接地し、
前記第３の結合線路の出力端子と前記第４の結合線路の入力端子を接続するとともに、前記第３の結合線路の結合端子と前記第４の結合線路のアイソレーション端子を接地し、
前記第１の結合線路の入力端子と前記第３の結合線路の入力端子とを接続して当該バランの入力端子とし、
前記第１の結合線路のアイソレーション端子と前記第３の結合線路のアイソレーション端子とを接続して当該バランの第１の出力端子とし、
前記第２の結合線路の結合端子と前記第４の結合線路の結合端子とを接続して当該バランの第２の出力端子としてなるバラン。 - 第１の結合線路、第２の結合線路、第３の結合線路および第４の結合線路を、１本の第１の線路と、前記第１の線路に並行して配置されて当該第１の線路と結合する１本の第２の線路とによる２線条結合線路によってそれぞれ構成し、
前記第１の線路の一端を前記結合線路の入力端子、他端を前記結合線路の出力端子とし、
前記第２の線路の一端を前記結合線路の結合端子、他端を前記結合線路のアイソレーション端子としたことを特徴とする請求項１記載のバラン。 - 第１の結合線路、第２の結合線路、第３の結合線路および第４の結合線路を、少なくとも１本の第１の線路と、前記第１の線路と並行して配置されて当該第１の線路と結合する複数本の第２の線路とによる多線条結合線路によってそれぞれ構成し、
前記第１の線路それぞれの一端を前記結合線路の結合端子、他端を前記結合線路のアイソレーション端子とし、
前記第２の線路それぞれの一端を前記結合線路の入力端子、他端を前記結合線路の出力端子としたことを特徴とする請求項１記載のバラン。 - 第１の結合線路、第２の結合線路、第３の結合線路および第４の結合線路を、少なくとも１本の第１の線路と、前記第１の線路に沿って配置されて当該第１の線路と結合する複数本の第２の線路とによる多線条結合線路によってそれぞれ構成し、
前記第１の線路それぞれの一端を前記結合線路の入力端子、他端を前記結合線路の出力端子とし、
前記第２の線路それぞれの一端を前記結合線路の結合端子、他端を前記結合線路のアイソレーション端子としたことを特徴とする請求項１記載のバラン。 - 外形が四角形となるようにスパイラル状に巻き込んで形成した結合線路を有するバランにおいて、
外形が四角形の前記結合線路の、スパイラル状に巻き込まれた内側の線路と外側の線路を、それら各線路の長さが等しくなるように交差させたことを特徴とするバラン。 - 外形が四角形の結合線路の、スパイラル状に巻き込まれた内側の線路と外側の線路を、
前記四角形の第１の辺に相当する部分と当該第１の辺に隣接した第２の辺に相当する部分との接続部、および前記第１の辺に対向する第３の辺に相当する部分と前記第２の辺に対向する第４の辺に相当する部分との接続部において交差させたことを特徴とする請求項５記載のバラン。 - 外形が四角形の結合線路の、スパイラル状に巻き込まれた内側の線路と外側の線路を、
前記四角形を構成している４つの辺に相当する部分の各接続部において、それぞれ交差させたことを特徴とする請求項５記載のバラン。 - 外形が四角形の結合線路の、スパイラル状に巻き込まれた線路を、
前記四角形を構成している辺に相当する部分の接続部において、前記結合線路の最も外側の線路を最も内側に、もしくは最も内側の線路を最も外側に交差させたことを特徴とする請求項５記載のバラン。 - 外形が四角形の結合線路の、スパイラル状に巻き込まれた内側の線路と外側の線路を、
前記四角形を構成している辺に相当する部分の、中央部に相当する位置で交差させたことを特徴とする請求項５記載のバラン。 - 入力信号バランおよびＬＯ波バランとして、請求項１から請求項９のうちのいずれか1項記載のバランを用いたことを特徴とするミクサ。
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