JP3771221B2 - 十字型t分岐回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロ波アンテナの電力分配器などに用いられる、マイクロストリップ線路で構成されたT分岐回路の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
図6に、本発明の対象となる、マイクロストリップ線路による従来のT分岐回路を示す。
この分岐回路は、端部Aから入力し、直進方向の端部Cと直角方向の端部Bに分岐されて出力されたり或いは端部Bと端部Cからの入力が合成されて端部Aに出力されるという動作をする。
【0003】
このような分岐回路は図7の分岐回路6のように、マイクロ波アンテナ9の分配器7などに用いられる。
図中の電力の流れを示す矢印は送信の場合を示しているが、受信の場合は矢印の向きは逆となる。
図6において、変成器5と変成器15は、マイクロストリップ線路12の右端(分岐点D)にマイクロストリップ線路13とマイクロストリップ線路14が並列に接続された場合の、前記右端から見たインピーダンスがマイクロストリップ線路12の特性インピーダンスに等しくなるようにインピーダンス整合をとるために挿入されているものである。長さは4分の1波長である(例えば特許文献1および非特許文献1参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−135015号公報
【非特許文献1】
ジェー・アール・ジェームス(J.R.JAMES)他2名、アイイーイー エレクトロマグネティックウェーヴズシリーズ12(IEE ELECTROMAGNETIC WAVES SERIES 12)、「マイクロストリップアンテナ セオリーアンドデザイン(MICROSTRIP ANTENNA THEORY AND DESIGN)」、(英国)、インスティシューション オブ エレクトリカル エンジニアズ(Institution of Electrical Engineers)、1981年、p.153、p.169
【0005】
今、各マイクロストリップ線路12,13,14の特性インピーダンスをZg、各変成器5,15の特性インピーダンスをZ0、マイクロストリップ線路12の右端から変成器5或いは変成器15の入力を見た入力インピーダンスをZbとするとこれらの間には数式1の関係がある。
【0006】
【数1】
【0007】
この数式1から入力インピーダンスZbは数式2のようになる。
【0008】
【数2】
【0009】
また、電力を2等分する場合のインピーダンス整合は、マイクロストリップ線路12に対して並列的に接続されている変成器5の入力インピーダンスZbと同じく変成器15の入力インピーダンスZbの合成インピーダンス、即ちZb/2がマイクロストリップ線路12の特性インピーダンスZgと一致しているときに整合がとれていることになる。
従って整合がとれているときには、数式3が成立することになる。
【0010】
【数3】
【0011】
これより、数式4が成立する。
【0012】
【数4】
【0013】
今具体的に、各マイクロストリップ線路12,13,14の特性インピーダンスZgを50Ωとすると変成器5および15の特性インピーダンスZ0は、50×√2=70.71Ωとなる。これが図6の例である。
変成器5,15のストリップ幅はこの特性インピーダンスが得られるよう各マイクロストリップ線路12,13,14の幅より狭くなっている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図6のような従来の分岐回路においては、分岐点Dの近傍の表面空間に強い電界が生じ、これにより、不要放射が生じ、図7のような本来のマイクロ波アンテナ9の放射素子8からの放射による放射指向性を乱してしまうという問題点があった。
【0015】
このような不要放射が生ずる原因は、マイクロストリップ線路内を流れる電流強度の分布がアンバランスになることによって生ずるものと考えられる。
通常、マイクロストリップ線路内を流れる電流は、線路の幅方向の両側、即ち図6のマイクロストリップ線路12について言えば、上辺寄りと下辺寄りの部分に強い電流が流れており、この電流強度のバランスがとれていることによって外部空間への放射が殆どないようになっている。
【0016】
ところが図6の分岐回路のように、端部Aから端部Cへの直進マイクロストリップ線路の途中に上方に向う変成器15のような線路が接続されると、その接続部分の電流強度が弱くなるのに対して、この部分に対向する下側の部分には変成器15に対応するような分岐線路がないため、電流強度はあまり弱くならないため、上側と下側で電流強度がアンバランスとなる。
このためこの部分に不要放射電界が生ずることになる。
【0017】
図8は直進マイクロストリップ線路10に対して、その上側辺に直角方向の分岐線路11を設けた場合の線路内電流強度の分岐部の電流が最も強くなる時刻における分布を計算した一例を示す図である。
分岐線路11の左右の直進マイクロストリップ線路10においては、上側辺寄りと下側辺寄りの電流強度が強くなっており、上下幅中心線に対し、大体上下対称に分布しているのに対し、分岐線路11が接続されている部分およびその近傍は電流強度が小さくなっており、下辺側とはアンバランスになっている。
【0018】
図9は図8の電流強度分布に基づいて、マイクロストリップ線路基板表面から所定の距離の面における電界強度のY軸方向成分を計算したものである。
分岐線路11の接続点の下側辺を中心として最大表示9000v/mの強い電界が現れている。これが不要放射のもととなり、アンテナの指向性に悪影響を及ぼすこととなる。
【0019】
その結果、このような分岐回路で構成された電力分配器を用いるマイクロ波アンテナでは、電力分配器にシールドカバーを設けるとか、アンテナ放射素子の配列面とは別の面に電力分配器を配置する多層構造とするため、構造が複雑となり、薄型化、低コスト化が困難であるという問題があった。
【0020】
なお、直進マイクロストリップ線路10の、分岐線路接続点以外の部分の上下にも電界は現れているが、電流強度分布のアンバランスの程度が接続点に比べ小さいものであるため電界強度は弱く、これによる不要放射は実用上問題にならない程度のものとなっている。
【0021】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、分岐点における電流強度分布をできるだけ対称にすることにより、不要放射の少ないマイクロストリップ線路のT分岐回路を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の各構成を有する。
本発明の第1の構成は、入力マイクロストリップ線路の分岐点から直進方向と直角方向へそれぞれ4分の1波長変成器を設け、その先にそれぞれ第1および第2の出力マイクロストリップ線路が接続されるT型分岐回路において、前記分岐点から前記直角方向と反対側の直角方向へ4分の1波長線路を設け、その先端に半径が4分の1波長のラジアルスタブを設けたことを特徴とする十字型T分岐回路である。
【0023】
本発明の第2の構成は、入力マイクロストリップ線路の分岐点から直進方向と直角方向へそれぞれ4分の1波長変成器を設け、その先にそれぞれ第1および第2の出力マイクロストリップ線路が接続されるT型分岐回路において、前記分岐点から前記直角方向と反対側の直角方向へ4分の1波長線路を設け、その先端に4分の1波長オープンスタブを設けたことを特徴とする十字型T分岐回路である。
【0024】
本発明の第3の構成は、入力マイクロストリップ線路の分岐点から直進方向と直角方向へそれぞれ4分の1波長変成器を設け、その先にそれぞれ第1および第2の出力マイクロストリップ線路が接続されるT型分岐回路において、前記分岐点から前記直角方向と反対側の直角方向へ4分の1波長線路を設け、その先端が誘電体基板裏面の地導体へ接地されていることを特徴とする十字型T分岐回路である。
【0025】
【発明の実施の形態】
本発明の基本形態は、従来のT分岐回路の分岐点に分岐回路(図6の変成器15)と対称に反対側に、丁度十字を形成するように追加線路を設けて、分岐線路の接続部分の電流強度分布と追加線路の接続部分の電流強度分布が分岐点より前のマイクロストリップ線路の幅中心線に関してできるだけ対称になるようにするとともに、追加線路を設けたことにより損失が生じないようにするため、追加線路を接続点から見た場合に開放になるように、追加線路は、先端が短絡状態の4分の1波長線路としている。
【0026】
先端が短絡状態になるようにする手段としては、その先端部分に、半径が4分の1波長のラジアルスタブを設ける形態や、4分の1波長オープンスタブを設ける形態や、或いは追加線路の先端を直接、ストリップ線路基板裏面側の地導体へスルーホールなどを通じて接地する形態が考えられる。
【0027】
【実施例】
以下、本発明の十字型T分岐回路の実施例を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施例の平面図である。図6の従来の構成に対して、4分の1波長線路1と4分の1波長ラジアルスタブ2が設けられている。
半径が4分の1波長のラジアルスタブの円中心点におけるマイクロ波インピーダンスは短絡となるので、4分の1波長線路1の先端は短絡されたと同様となり、マイクロストリップ線路との接続点から見たマイクロ波インピーダンスは開放となり、マイクロ波電力は4分の1波長線路1の方へは行かず電力損失は生じない。
【0028】
図2は、本発明の第2の実施例の平面図である。
これは、図1の4分の1波長ラジアルスタブ2の部分を4分の1波長オープンスタブ3としたものである。
先端オープンの4分の1波長線路の元側から見たマイクロ波インピーダンスは短絡状態となるので、図2の4分の1波長線路1の先端が短絡されたと同様になり、その接続点から見たマイクロ波インピーダンスは図1の場合と同様に開放となる。
【0029】
4分の1波長オープンスタブは、先端部分の浮遊容量(stray C) のフリンジング効果により、4分の1波長より若干短い長さで4分の1波長のオープンスタブとして機能する。
【0030】
図3は、本発明の第3の実施例である。
この例では4分の1波長線路の先端をスルーホールで基板裏面の地導体箔に接続して短絡状態にしたものである。
【0031】
以上の実施例を比較すると図2の例は図1の例に較べ実装面積が少なくて済む一方、周波数帯域が狭くなる。
図3の例は更に実装面積が少なくて済む一方、スルーホールの加工工程が増える。結局、具体的ケースに応じ、利害得失を考慮していずれか適した構成を選択することになる。
【0032】
図4は、本発明の如く追加線路として先端短絡の4分の1波長線路1を設けた場合の電流強度を、分岐部の強度が最大となる時刻における分布を計算して図示した電流強度分布図である。
4分の1波長線路1を設けることにより、マイクロストリップ線路12に対する変成器15の接続点の電流強度分布と4分の1波長線路1の接続点の電流強度分布が、従来型の図8の直進マイクロストリップ線路10における電流強度分布に較べマイクロストリップ線路の幅中心線に対する対称性が大幅に対称に近づいていることが分かる。
【0033】
図5は、図4の電流強度分布に基づいて、マイクロストリップ線路基板表面から所定の距離の面における電界強度のY軸方向成分の分岐部の値が最大となる時刻の値を算出し電界強度分布を図示したものである。図9の従来の電界強度分布に較べ大幅に低くなっていることが分かる。即ち、分岐接続点からの不要放射が大幅に低減していることになる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の十字型T分岐回路はマイクロストリップ線路の分岐点において、直角方向の分岐線路の反対側に対称に先端短絡の4分の1波長線路を設けたので、分岐点におけるマイクロストリップ線上の電流強度分布がマイクロストリップ線路の幅中心線に関して対称に近くなり、非対称(アンバランス)に起因する不要放射が減少するので、本発明の分岐回路を電力分配器に用いたマイクロ波アンテナにおいては、不要放射によってアンテナ放射指向特性が乱されることがないので、電力分配器にシールドカバーを設けたり、或いは電力分配器をアンテナ放射素子の配列面とは別の面に設けたりする必要がなくなり、1つの平面に電力分配器とアンテナ放射素子を配置することが可能となり薄型化、低コスト化が可能になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の平面図である。
【図2】本発明の第2の実施例の平面図である。
【図3】本発明の第3の実施例の平面図である。
【図4】本発明の如く、追加線路として、先端短絡の4分の1波長線路を設けた場合の電流強度分布を計算して図示した電流強度分布図である。
【図5】図4の電流強度分布図に基づいて、マイクロストリップ基板面から所定距離の面における電界強度を算出した電界強度分布図である。
【図6】本発明の対象となる、従来のマイクロストリップ線路によるT分岐回路の平面図である。
【図7】図6に示すT分岐回路からなる電力分配器を用いたマイクロ波アンテナの構成図である。
【図8】マイクロストリップ線路に対し直角方向に分岐線路を設けた場合の線路内電流強度(計算値)分布図である。
【図9】図8の電流強度分布に基づいて、マイクロストリップ基板表面から所定の距離の面における電界強度を算出した電界強度分布図である。
【符号の説明】
1 4分の1波長線路
2 4分の1波長ラジアルスタブ
3 4分の1波長オープンスタブ
4 スルーホール接地
5 変成器
6 分岐回路
7 分配器
8 放射素子
9 マイクロ波アンテナ
10 直進マイクロストリップ線路
11 分岐線路
12 マイクロストリップ線路
13 マイクロストリップ線路
14 マイクロストリップ線路
15 変成器
Claims (3)
- 入力マイクロストリップ線路の分岐点から直進方向と直角方向へそれぞれ4分の1波長変成器を設け、その先にそれぞれ第1および第2の出力マイクロストリップ線路が接続されるT型分岐回路において、前記分岐点から前記直角方向と反対側の直角方向へ4分の1波長線路を設け、その先端に半径が4分の1波長のラジアルスタブを設けたことを特徴とする十字型T分岐回路。
- 入力マイクロストリップ線路の分岐点から直進方向と直角方向へそれぞれ4分の1波長変成器を設け、その先にそれぞれ第1および第2の出力マイクロストリップ線路が接続されるT型分岐回路において、前記分岐点から前記直角方向と反対側の直角方向へ4分の1波長線路を設け、その先端に4分の1波長オープンスタブを設けたことを特徴とする十字型T分岐回路。
- 入力マイクロストリップ線路の分岐点から直進方向と直角方向へそれぞれ4分の1波長変成器を設け、その先にそれぞれ第1および第2の出力マイクロストリップ線路が接続されるT型分岐回路において、前記分岐点から前記直角方向と反対側の直角方向へ4分の1波長線路を設け、その先端が誘電体基板裏面の地導体へ接地されていることを特徴とする十字型T分岐回路。
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