JP3823390B2 - 信号合成回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波給電回路の構成要素として用いられる方向性結合器及びその方向性結合器を構成要素とする信号合成回路の広帯域化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２０は、従来の信号合成回路の構成を示す図であり、誘電体基板上に構成された方向性結合器と入出力線路を構成要素とするものの例である。図２０において、１は方向性結合器、２ａ，２ｂは所定の特性インピーダンス値と使用周波数の中心周波数（以下設計周波数という。）において媒質内波長換算で４分の１波長の長さを有する平行に配置された２本の主線路、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは上記主線路２ａ，２ｂの４つの入出力端子、４ａ，４ｂは上記の入出力端子３ａと３ｃ間及び３ｂと３ｄ間に２本の主線路２ａと２ｂに直交するように配備された主線路２とは異なる特性インピーダンス値と設計中心周波数において媒質内波長換算で４分の１波長の長さを有する２本の結合線路である。また５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは上記方向性結合器１の入出力端子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに接続された所定の特性インピーダンス値を持つ入出力線路、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは上記の構成から成る信号合成回路の４つの入出力端子、７は上記構成要素１，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｃがその上に形成される誘電体基板である。
【０００３】
次に動作について説明する。尚説明の便宜上周波数は設計中心周波数に限定する。上記のように構成された信号合成回路は、方向性結合器１の主線路２及び結合線路３の特性インピーダンスを適当な値に選定すると、例えば第１の入出力端子６ａから高周波信号を入力した場合第３の入出力端子６ｃには出力信号が現れるが、第２の入出力端子６ｂには信号が出力されない。このとき、第４の出力端６ｄには第３の出力端６ｃに出力された残りの高周波信号が不平衡分として出力される。この概念を図２１により説明する。第１の入出力端子６ａに入力された高周波信号が第２の入出力端子６ｂに到達するまでの経路は図示の経路Ａ、経路Ｂに分けて考えられる。また第１の入出力端子６ａに入射された高周波信号が第３の入出力端子６ｃに到達するまでの経路は図示の経路Ｃ、経路Ｄに分けて考えられる。主線路２及び結合線路４の長さは設計中心周波数において媒質内波長換算で４分の１波長であるから主線路２、結合線路４、入出力線路５の接続分岐点である端子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの間の距離は４分の１波長である。経路Ｃと経路Ｄとの間には経路長差はなく、両方の経路を経て端子６ｃに到達する信号は等位相で合成される。一方経路Ａと経路Ｂとの間には半波長の経路長差が生じ、両方の経路を経て端子６に到達する信号は逆位相で合成される。したがって主線路２ａと２ｂ及び結合線路４ａと４ｂの特性インピーダンス比を適当な値に設定すれば入出力端子６ａから経路Ａを経て入出力端子６ｂに到達する信号の振幅と経路Ｂを経て入出力端子６ｂに到達する信号の振幅及び入出力端子６ａから経路Ｃを経て入出力端子６ｃに到達する信号の振幅と経路Ｄを経て入出力端子６Ｃに到達する信号の振幅をそれぞれ等しくすることができる。よって入出力端子６ａから信号を入力した場合、入出力端子６ｃには信号が出力されるが入出力端子６ｃには信号が出力されない。一方入出力端子６ａから入出力端子６ｄに出力される信号は入力された信号のうち入出力端子６ｃに出力された残りであり、概念的には経路Ｅを経て伝送されると考えてよい。経路Ｃ、経路Ｄと経路Ｅとの間には４分の１波長分の経路長差があるから、入出力端子６ａから入力されて入出力端子６ｃに出力される信号と、入出力端子６ｄに出力される信号との間には９０゜の位相差が生じる。
【０００４】
以上が設計中心周波数における信号合成回路の動作原理の概要であるが、設計中心周波数以外の周波数も含む周波数特性については回路応答を伝送線路パラメータにより表現することで説明できる。図２１に示す信号合成回路を４端子対回路網と考えると図２２のような表現が可能である。この信号合成回路の散乱行列［Ｓ］は以下のようにして求まる。図２１において、２本の主線路２ａ，２ｂ及び結合線路４ａ，４ｂの特性インピーダンス値をそれぞれＺ2 ，Ｚ1 、長さをL2，L1、その伝搬定数をγ2 ，γ1 とすると方向性結合器１の等価回路は図２３で表わせる。図示のようにこの回路は面Ａ−Ａに関して対称であるので、この面が開放状態となることに相当する偶モード励振に対する散乱行列［Ｓe ］及びこの面が短絡状態となることに相当する奇モード励振に対する散乱行列［ＳO ］を用いてその散乱行列［Ｓ］を求めることができる。方向性結合器を偶モード励振した場合の等価回路は図２４であるが、この回路は図２５に示すような３つの回路要素に分解して考えることができる。図２５における回路要素ＩのＦ行列を［ＦeI］、回路要素ＩＩのＦ行列を［ＦII］とすると方向性結合器１のＦ行列「Ｆe ］は上記回路要素のＦ行列の従属接続として“数１”で表わされる。
【０００５】
【数１】
【０００６】
回路要素ＩのＦ行列［ＦeI］は“数２”で、回路要素ＩＩのＦ行列［ＦII］は“数３”で表わされるから“数１”、“数２”、“数３”を用いて偶モード励振時の方向性結合器１のＦ行列［Ｆe ］は“数４”で表わされる。
【０００７】
【数２】
【０００８】
【数３】
【０００９】
【数４】
【００１０】
また方向性結合器１を奇モード励振した場合の等価回路は図２６、この回路を３つの回路要素に分解した図が図２７である。偶モード励振の場合と同様このＦ行列［ＦO ］は“数５”で表わされる回路要素ＩのＦ行列［ＦOI］、偶モード励振の場合と同様な回路要素ＩＩのＦ行列［ＦII］の従属接続として“数６”で表わされるから“数６”、“数３”、“数５”を用いて奇モード励振時の方向性結合器１のＦ行列［ＦO ］は“数７”で表わされる。
【００１１】
【数５】
【００１２】
【数６】
【００１３】
【数７】
【００１４】
次に信号合成回路の入出力線路５ａ，５ｄの特性インピーダンス値をＺO1、入出力線路５ｂ，５ｃの特性インピーダンス値をＺO2とすると、方向性結合器１をそれぞれの励振モードで励振した場合に対応する散乱行列［Ｓe ］，［ＳO ］は方向性結合器１のＦ行列［Ｆe ］，［ＦO ］を用いて“数８”、“数９”、“数１０”、“数１１”で表わされる。
【００１５】
【数８】
【００１６】
【数９】
【００１７】
【数１０】
【００１８】
【数１１】
【００１９】
図２２においてポート１にのみ信号を入力した場合の回路の応答Ｓ11，Ｓ21，Ｓ31，Ｓ41は回路の対称性からＳ11e ，Ｓ21e ，Ｓ11o ，Ｓ21o のみを用いて“数１２”で表わすことができる。
【００２０】
【数１２】
【００２１】
“数１２”により図２１で表わされる信号合成回路の第１の入出力端子６ａから信号を入力した場合の第１の入出力端子６ａへの反射出力であるＳ11、第３の入出力端子６ｃ及び第４の入出力端子６ｄへの結合出力であるＳ31とＳ41、第２の入出力端子６ｂへの減結合出力であるＳ21が求められる。ここで例として図２６に示すような伝送線路パラメータを有する信号合成回路に対しその入出力端子６ａから相対振幅１の信号を入力した場合の各入出力端子への出力信号の相対振幅を計算する。設計中心周波数は３．１２ＧＨｚであり方向性結合器１の主線路２ａ，２ｂの長さ、結合線路４ａ，４ｂの長さはこの設計中心周波数における媒質内波長換算で４分の１波長となるようにし、入出力線路５ａ，５ｃの特性インピーダンス値として入出力線路５ｂ，５ｄの特性インピーダンス値、更に方向性結合器１の主線路２ａ，２ｂの特性インピーダンス値は等しくなるように設定している。計算結果を図２９に示す。信号合成回路の広帯域性の評価項目としては｜Ｓ31｜と｜Ｓ41｜の比である分配振幅比が所定の範囲となる周波数帯域幅ＢＷ１、反射出力の振幅｜Ｓ11｜が所定の値以下となる周波数帯域幅ＢＷ２、減結合出力の振幅｜Ｓ21｜が所定の値以下となる周波数帯域幅ＢＷ３がある。例えば分配振幅比に対する要求値を０．３ｄＢ以下、反射出力に対する要求値を−２５ｄＢ以下、減結合出力に対する要求を−２５ｄＢ以下とすると計算結果の図２１からＢＷ１は比帯域で約１２％、ＢＷ２及びＢＷ３は比帯域で約６％であることがわかる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の信号合成回路は以上のような構成、動作を示すものであった。信号合成回路がレーダ、通信機器等に用いられる高周波給電回路の構成要素として実用性を発揮するには、その動作周波数帯域が広いことが望まれる。この観点から見ると上記した従来の信号合成回路は動作周波数帯域が狭いという問題点があった。
【００２３】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、方向性結合器を構成要素とする信号合成回路を広帯域化することを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による信号合成回路は、主線路及び結合線路の有する特性インピーダンス値に対して高い特性インピーダンス値を有し、設計中心周波数において媒質内波長換算で約半波長の長さの伝送線路を２本の主線路の入出力端子に付加接続した方向性結合器をその構成要素とするものである。
【００２５】
また、第２の発明による信号合成回路は、主線路と同様な特性インピーダンス値を有し、設計中心周波数において媒質内波長換算で半波長の整数倍の長さの４本の延長線路を２本の主線路の入出力端子に接続し、さらに上記４本の延長線路の入出力端に主線路及び結合線路の有する特性インピーダンス値に対して高い特性インピーダンス値を有し、設計中心周波数において媒質内波長換算で約半波長の長さの伝送線路を付加した方向性結合器をその構成要素とするものである。
【００２６】
また、第３の発明による信号合成回路は、インダクタとキャパシタを直列に接続したＬＣ直列回路を２本の主線路の入出力端に付加した方向性結合器を構成要素とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１を示す信号合成回路の構成図であり、図中の８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは従来の方向性結合器１の主線路２ａ，２ｂと入出力線路５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとの間に接続された付加線路である。付加線路８は設計中心周波数において媒質内波長換算で約半波長の長さを有し、更に方向性結合器１の主線路２あるいは結合線路４と比較して高い特性インピーダンス値を有するようにしている。
【００２８】
次に上記のように構成された信号合成回路の動作原理を説明する。従来の信号合成回路の説明と同じく方向性結合器１の２本の主線路２ａ，２ｂ及び結合線路４ａ，４ｂの特性インピーダンス値をそれぞれＺ2 ，Ｚ1 、長さをL2，L1、その伝搬定数をγ2 ，γ1 とすると、上記の付加線路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの特性インピーダンス値をＺ3 、長さをL3、伝搬定数をγ3 とすると等価回路表示は図２となる。従来例の等価回路図である図２３におけるのと同じくこの回路も面Ａ−Ａに関して対称であり、方向性結合器１を偶モード励振した場合の散乱行列［Ｓe ］と奇モード励振した場合の散乱行列［ＳO ］を用いて“数１２”から散乱行列［Ｓ］の値を求めることができる。図２の等価回路は５つの回路要素の従属接続で表わすことができる。偶モード励振の場合の等価回路が図３、奇モード励振の場合の等価回路が図４である。偶モード励振の場合、図３における回路要素ＩのＦ行列を［ＦeI］、回路要素ＩＩのＦ行列を［ＦII］、回路要素ＩＩＩのＦ行列を［ＦIII ］とすると方向性結合器１のＦ行列［Ｆe ］は上記回路要素のＦ行列の従属接続として“数１３”で表わされる。
【００２９】
【数１３】
【００３０】
従来例と同様に回路要素ＩのＦ行列［ＦeI］は“数２”で、回路要素ＩＩのＦ行列［ＦII］は“数３”で表わされる。付加線路７である回路要素ＩＩＩのＦ行列［ＦIII ］を示す式は“数１４”である。
【００３１】
【数１４】
【００３２】
奇モード励振の場合、図４における回路要素ＩのＦ行列を［ＦOI］、回路要素ＩＩのＦ行列を［ＦII］、回路要素ＩＩＩのＦ行列を［ＦIII ］とすると方向性結合器１のＦ行列［ＦO ］は上記回路要素のＦ行列の従属接続として“数１５”で表わされる。
【００３３】
【数１５】
【００３４】
従来例と同様に回路要素ＩのＦ行列［ＦoI］は“数５”で、回路要素ＩＩのＦ行列［ＦII］は“数３”で表わされる。付加線路７である回路要素ＩＩＩのＦ行列［ＦIII ］を示す式は偶モード励振の場合と共通で“数１４”である。
【００３５】
従来の信号合成回路の周波数応答計算の例である図２８の回路に付加線路８を回路要素ＩＩＩとして追加した、図５に示す伝送線路パラメータを有する信号合成回路の周波数応答を“数１３”、“数１４”、“数２”、“数３”、“数５”、“数８”、“数９”、“数１０”、“数１１”、“数１２”により求めた結果を図６に示す。分配振幅比が０．３ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ１は比帯域で約３１％、反射出力振幅が−２５ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ２は比帯域で約１７％、減結合出力振幅が−２５ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ３は比帯域で約１６％であり、いずれも従来の信号合成回路における例に比べ大幅に広帯域化されていることがわかる。
【００３６】
実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２を示す信号合成回路の構成図である。図中の９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは方向性結合器１の２本の主線路２ａ，２ｂと付加線路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄとの間に挿入した延長線路であり、その特性インピーダンス値は主線路２の特性インピーダンス値と同様、その長さは設計中心周波数において媒質内波長換算で約半波長である。
【００３７】
次に上記のように構成された信号合成回路の動作原理を説明する。実施の形態１の説明と同じく方向性結合器１の２本の主線路２ａ，２ｂ、結合線路４ａ，４ｂ、付加線路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの特性インピーダンス値をそれぞれＺ2 ，Ｚ1 ，Ｚ3 、長さをL2，L1，L3、その伝搬定数をγ2 ，γ1 ，γ3 とすると、上記の延長線路９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの特性インピーダンス値をＺ4 、長さをL4、その伝搬定数をγ4 とすると等価回路表示は図８となる。従来例の等価回路図である図２３、実施の形態１の等価回路図である図２におけるのと同じくこの回路も面Ａ−Ａに関して対称であり、方向性結合器１を偶モード励振した場合の散乱行列［Ｓe ］と奇モード励振した場合の散乱行列［ＳO ］を用いて“数１２”から散乱行列［Ｓ］の値を求めることができる。図８の等価回路は７つの回路要素の従属接続で表わすことができる。偶モード励振の場合の等価回路が図９、奇モード励振の場合の等価回路が図１０である。偶モード励振の場合、図９における回路要素ＩのＦ行列を［ＦeI］、回路要素ＩＩのＦ行列を［ＦII］、回路要素ＩＩＩのＦ行列を［ＦIII ］、回路要素ＩＶのＦ行列を［ＦIV］とすると方向性結合器１のＦ行列［Ｆe ］は上記回路要素のＦ行列の従属接続として“数１６”で表わされる。
【００３８】
【数１６】
【００３９】
従来例と同様に回路要素ＩのＦ行列［ＦeI］は“数２”で、回路要素ＩＩのＦ行列［ＦII］は“数３”で、また実施の形態１と同様に回路要素ＩＩＩのＦ行列［ＦIII ］は“数１４”で表わされる。延長線路８である回路要素ＩＶのＦ行列［ＦIV］を示す式は“数１７”である。
【００４０】
【数１７】
【００４１】
奇モード励振の場合、図１０における回路要素ＩのＦ行列を［ＦOI］、回路要素ＩＩのＦ行列を［ＦII］、回路要素ＩＩＩのＦ行列を［ＦIII ］、回路要素ＩＶのＦ行列を［ＦIV］とすると方向性結合器１のＦ行列［ＦO ］は上記回路要素のＦ行列の従属接続として“数１８”で表わされる。
【００４２】
【数１８】
【００４３】
従来例と同様に回路要素ＩのＦ行列［ＦoI］は“数５”で、回路要素ＩＩのＦ行列［ＦII］は“数３”で、また実施の形態１と同様に回路要素ＩＩＩのＦ行列［ＦIII ］は“数１４”で、延長線路８である回路要素ＩＶのＦ行列［ＦIV］は“数１７”で表わされる。
【００４４】
実施の形態１の信号合成回路の周波数応答計算の例である図５の回路に延長線路８を回路要素ＩＶとして追加した、図１１に示す伝送線路パラメータを有する信号合成回路の周波数応答を“数１６”、“数１４”、“数１７”、“数２”、“数３”、“数１８”、“数５”、“数８”、“数９”、“数１０”、“数１１”、“数１２”により求めた結果を図１２に示す。分配振幅比が０．３ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ１は比帯域で約１７％、反射出力振幅が−２５ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ２は比帯域で約１２％、減結合出力振幅が−２５ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ３は比帯域で約１１％であり、いずれも従来の信号合成回路における例に比べ広帯域化されていることがわかる。
【００４５】
実施の形態３．
図１３は本発明の実施の形態３を示す信号合成回路の構成図である。１０は誘電体基板７上にストリップラインで形成されたインダクタ、１１はキャパシタである。インダクタ１０とキャパシタ１１の接続によりＬＣ直列回路１２が構成され、これが方向性結合器１の主線路２ａ，２ｂと入出力線路５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの間に挿入されている。
【００４６】
次に上記のように構成された信号合成回路の動作原理を説明する。従来の信号合成回路の説明と同じく方向性結合器１の２本の主線路２ａ，２ｂ及び結合線路４ａ，４ｂの特性インピーダンス値をそれぞれＺ2 ，Ｚ1 、長さをL2，L1、その伝搬定数をγ2 ，γ1 とすると、上記のＬＣ直列回路１２のインダクタ１０のインダクタンスをL 、キャパシタ１１のキャパシタンスをＣとすると等価回路表示は図１４となる。従来例の等価回路図である図２３におけるのと同じくこの回路も面Ａ−Ａに関して対称であり、方向性結合器１を偶モード励振した場合の散乱行列［Ｓe ］と奇モード励振した場合の散乱行列［ＳO ］を用いて“数１２”から散乱行列［Ｓ］の値を求めることができる。図１４の等価回路は５つの回路要素の従属接続で表わすことができる。偶モード励振の場合の等価回路が図１５、奇モード励振の場合の等価回路が図１６である。偶モード励振の場合、図１５における回路要素ＩのＦ行列を［ＦeI］、回路要素ＩＩのＦ行列を［ＦII］、回路要素ＶのＦ行列を［ＦV ］とすると方向性結合器１のＦ行列［Ｆe ］は上記回路要素のＦ行列の従属接続として“数１９”で表わされる。
【００４７】
【数１９】
【００４８】
従来例と同様に回路要素ＩのＦ行列［ＦeI］は“数２”で、回路要素Ｆ行列［ＦII］は“数３”で表わされる。ＬＣ直列回路１２である回路要素ＶのＦ行列［ＦV ］を示す式は“数２０”である。
【００４９】
【数２０】
【００５０】
“数２０”においてωは角速度であり周波数ｆとの間には“数２１”の関係がある。
【００５１】
【数２１】
【００５２】
奇モード励振の場合、図１６における回路要素ＩのＦ行列を［ＦOI］、回路要素ＩＩのＦ行列を［ＦII］、回路要素ＶのＦ行列を［ＦV ］とすると方向性結合器１のＦ行列［ＦO ］は上記回路要素のＦ行列の従属接続として“数２２”で表わされる。
【００５３】
【数２２】
【００５４】
従来例と同様に回路要素ＩのＦ行列［ＦeI］は“数５”で、回路要素ＩＩのＦ行列［ＦII］は“数３”で表わされる。ＬＣ直列回路１２である回路要素ＶのＦ行列［ＦV ］を示す式は偶モード励振の場合と共通で“数２０”である。
【００５５】
従来の信号合成回路の周波数応答計算の例である図２８の回路にＬＣ直列回路１２を回路要素Ｖとして追加した、図１７に示す伝送線路パラメータを有する信号合成回路の周波数応答を“数１９”、“数２０”、“数２”、“数３”、“数２２”、“数５”、“数８”、“数９”、“数１０”、“数１１”、“数１２”により求めた結果を図１８に示す。
分配振幅比が０．３ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ１は比帯域で約３８％、反射出力振幅が−２５ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ２は比帯域で約１８％、減結合出力振幅が−２５ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ３は比帯域で約１９％であり、いずれも従来の信号合成回路における例に比べ大幅に広帯域化されていることがわかる。
【００５６】
上記実施の形態１，２，３においては２本の主線路２、２本の結合線路４によって矩形の閉路が形成される方向性結合器を用いた信号合成回路について示したが、図１９に示すように、この代わりに円弧状の２本の主線路１３、円弧状の２本の結合線路１４によって円形の閉路が形成される構成の方向性結合器を形成し、これに高インピーダンス線路等を付加して広帯域化を図ってもよい。
【００５７】
また上記実施の形態１，２，３においては、方向性結合器１の主線路２及び結合線路４が設計中心周波数において媒質内波長換算で４分の１波長の長さを持つ場合について示したが、この部分の線路長は４分の３波長等４分の１波長の奇数倍の長さを持つものであってもよい。
【００５８】
また上記実施の形態１においては、方向性結合器１の４つの入出力端３に設計中心周波数において媒質内波長換算で半波長の長さの高インピーダンス線路を付加する例について示したが、この高インピーダンス線路の長さは設計中心周波数において媒質内波長換算で１波長等半波長の整数倍の長さであってもよい。
【００５９】
更に実施の形態１，２，３においては誘電体基板７上に構成された信号合成回路の場合について示したが、２本の主線路と２本の結合線路及び長さが半波長の高インピーダンス線路等の付加回路を構成できる線路であれば、誘電体基板を使用しない、例えば矩形同軸線路等の伝送線路形態を取るものであってもよい。
【００６０】
【発明の効果】
第１の発明によれば、方向性結合器の各端子に半波長の整数倍の長さを持ち、主線路及び結合線路の有する特性インピーダンス値に対して高い特性インピーダンス値を有する線路を付加したことにより、方向性結合器を広帯域化することができるという効果がある。
【００６１】
また第２の発明によれば、方向性結合器の主線路と同様な特性インピーダンス値を有する、半波長の長さの延長線路及び長さが半波長の整数倍の高インピーダンス線路を方向性結合器の各端子に付加したことにより、第１の発明と同等の効果が得られる。
【００６２】
また第３の発明によれば、分布定数回路素子として構成できるインダクタとキャパシタを直列に接続したＬＣ直列回路を方向性結合器の各端子に付加したことにより、第１の発明と同様な効果が得られ、更に第１の発明による信号合成回路及び第２の発明による信号合成回路より小型化できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１の信号合成回路を示す構成図である。
【図２】 本発明の実施の形態１の信号合成回路の構成要素である方向性結合器の等価回路を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態１の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を偶モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図４】 本発明の実施の形態１の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を奇モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態１の信号合成回路の周波数応答計算例に用いる伝送線路パラメータを示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態１の信号合成回路の周波数応答計算例を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態２の信号合成回路を示す構成図である。
【図８】 本発明の実施の形態２の信号合成回路の構成要素である方向性結合器の等価回路を示す図である。
【図９】 本発明の実施の形態２の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を偶モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図１０】 本発明の実施の形態２の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を奇モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図１１】 本発明の実施の形態２の信号合成回路の周波数応答計算例に用いる伝送線路パラメータを示す図である。
【図１２】 本発明の実施の形態２の信号合成回路の周波数応答計算例を示す図である。
【図１３】 本発明の実施の形態３の信号合成回路を示す構成図である。
【図１４】 本発明の実施の形態３の信号合成回路の構成要素である方向性結合器の等価回路を示す図である。
【図１５】 本発明の実施の形態３の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を偶モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図１６】 本発明の実施の形態３の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を奇モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図１７】 本発明の実施の形態３の信号合成回路の周波数応答計算例に用いる伝送線路パラメータを示す図である。
【図１８】 本発明の実施の形態３の信号合成回路の周波数応答計算例を示す図である。
【図１９】 本発明の実施の形態１，２，３の別の応用例を示す図である。
【図２０】 従来の信号合成回路を示す構成図である。
【図２１】 従来の信号合成回路の構成要素である方向性結合器の動作原理を示す図である。
【図２２】 従来の信号合成回路を４端子対回路網として表現した図である。
【図２３】 従来の信号合成回路の構成要素である方向性結合器の等価回路を示す図である。
【図２４】 従来の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を偶モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図２５】 従来の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を偶モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図２６】 従来の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を奇モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図２７】 従来の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を奇モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図２８】 従来の信号合成回路の周波数応答計算例に用いる伝送線路パラメータを示す図である。
【図２９】 従来の信号合成回路の周波数応答計算例を示す図である。
【符号の説明】
１ 方向性結合器、２ 方向性結合器の主線路、３ 方向性結合器の主線路の入出力端子、４ 方向性結合器の結合線路、５ 入出力線路、６ 入出力端子、７ 誘電体基板、８ 付加線路、９ 延長線路、１０ インダクタンス、１１ キャパシタンス、１２ ＬＣ直列回路、１３ 方向性結合器の円弧状の主線路、１４ 方向性結合器の円弧状の結合線路。
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波給電回路の構成要素として用いられる方向性結合器及びその方向性結合器を構成要素とする信号合成回路の広帯域化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２０は、従来の信号合成回路の構成を示す図であり、誘電体基板上に構成された方向性結合器と入出力線路を構成要素とするものの例である。図２０において、１は方向性結合器、２ａ，２ｂは所定の特性インピーダンス値と使用周波数の中心周波数（以下設計周波数という。）において媒質内波長換算で４分の１波長の長さを有する平行に配置された２本の主線路、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは上記主線路２ａ，２ｂの４つの入出力端子、４ａ，４ｂは上記の入出力端子３ａと３ｃ間及び３ｂと３ｄ間に２本の主線路２ａと２ｂに直交するように配備された主線路２とは異なる特性インピーダンス値と設計中心周波数において媒質内波長換算で４分の１波長の長さを有する２本の結合線路である。また５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは上記方向性結合器１の入出力端子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに接続された所定の特性インピーダンス値を持つ入出力線路、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは上記の構成から成る信号合成回路の４つの入出力端子、７は上記構成要素１，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｃがその上に形成される誘電体基板である。
【０００３】
次に動作について説明する。尚説明の便宜上周波数は設計中心周波数に限定する。上記のように構成された信号合成回路は、方向性結合器１の主線路２及び結合線路３の特性インピーダンスを適当な値に選定すると、例えば第１の入出力端子６ａから高周波信号を入力した場合第３の入出力端子６ｃには出力信号が現れるが、第２の入出力端子６ｂには信号が出力されない。このとき、第４の出力端６ｄには第３の出力端６ｃに出力された残りの高周波信号が不平衡分として出力される。この概念を図２１により説明する。第１の入出力端子６ａに入力された高周波信号が第２の入出力端子６ｂに到達するまでの経路は図示の経路Ａ、経路Ｂに分けて考えられる。また第１の入出力端子６ａに入射された高周波信号が第３の入出力端子６ｃに到達するまでの経路は図示の経路Ｃ、経路Ｄに分けて考えられる。主線路２及び結合線路４の長さは設計中心周波数において媒質内波長換算で４分の１波長であるから主線路２、結合線路４、入出力線路５の接続分岐点である端子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの間の距離は４分の１波長である。経路Ｃと経路Ｄとの間には経路長差はなく、両方の経路を経て端子６ｃに到達する信号は等位相で合成される。一方経路Ａと経路Ｂとの間には半波長の経路長差が生じ、両方の経路を経て端子６に到達する信号は逆位相で合成される。したがって主線路２ａと２ｂ及び結合線路４ａと４ｂの特性インピーダンス比を適当な値に設定すれば入出力端子６ａから経路Ａを経て入出力端子６ｂに到達する信号の振幅と経路Ｂを経て入出力端子６ｂに到達する信号の振幅及び入出力端子６ａから経路Ｃを経て入出力端子６ｃに到達する信号の振幅と経路Ｄを経て入出力端子６Ｃに到達する信号の振幅をそれぞれ等しくすることができる。よって入出力端子６ａから信号を入力した場合、入出力端子６ｃには信号が出力されるが入出力端子６ｃには信号が出力されない。一方入出力端子６ａから入出力端子６ｄに出力される信号は入力された信号のうち入出力端子６ｃに出力された残りであり、概念的には経路Ｅを経て伝送されると考えてよい。経路Ｃ、経路Ｄと経路Ｅとの間には４分の１波長分の経路長差があるから、入出力端子６ａから入力されて入出力端子６ｃに出力される信号と、入出力端子６ｄに出力される信号との間には９０゜の位相差が生じる。
【０００４】
以上が設計中心周波数における信号合成回路の動作原理の概要であるが、設計中心周波数以外の周波数も含む周波数特性については回路応答を伝送線路パラメータにより表現することで説明できる。図２１に示す信号合成回路を４端子対回路網と考えると図２２のような表現が可能である。この信号合成回路の散乱行列［Ｓ］は以下のようにして求まる。図２１において、２本の主線路２ａ，２ｂ及び結合線路４ａ，４ｂの特性インピーダンス値をそれぞれＺ2 ，Ｚ1 、長さをL2，L1、その伝搬定数をγ2 ，γ1 とすると方向性結合器１の等価回路は図２３で表わせる。図示のようにこの回路は面Ａ−Ａに関して対称であるので、この面が開放状態となることに相当する偶モード励振に対する散乱行列［Ｓe ］及びこの面が短絡状態となることに相当する奇モード励振に対する散乱行列［ＳO ］を用いてその散乱行列［Ｓ］を求めることができる。方向性結合器を偶モード励振した場合の等価回路は図２４であるが、この回路は図２５に示すような３つの回路要素に分解して考えることができる。図２５における回路要素ＩのＦ行列を［ＦeI］、回路要素ＩＩのＦ行列を［ＦII］とすると方向性結合器１のＦ行列「Ｆe ］は上記回路要素のＦ行列の従属接続として“数１”で表わされる。
【０００５】
【数１】
回路要素ＩのＦ行列［ＦeI］は“数２”で、回路要素ＩＩのＦ行列［ＦII］は“数３”で表わされるから“数１”、“数２”、“数３”を用いて偶モード励振時の方向性結合器１のＦ行列［Ｆe ］は“数４”で表わされる。
【０００７】
【数２】
【数３】
【数４】
また方向性結合器１を奇モード励振した場合の等価回路は図２６、この回路を３つの回路要素に分解した図が図２７である。偶モード励振の場合と同様このＦ行列［ＦO ］は“数５”で表わされる回路要素ＩのＦ行列［ＦOI］、偶モード励振の場合と同様な回路要素ＩＩのＦ行列［ＦII］の従属接続として“数６”で表わされるから“数６”、“数３”、“数５”を用いて奇モード励振時の方向性結合器１のＦ行列［ＦO ］は“数７”で表わされる。
【００１１】
【数５】
【数６】
【数７】
次に信号合成回路の入出力線路５ａ，５ｄの特性インピーダンス値をＺO1、入出力線路５ｂ，５ｃの特性インピーダンス値をＺO2とすると、方向性結合器１をそれぞれの励振モードで励振した場合に対応する散乱行列［Ｓe ］，［ＳO ］は方向性結合器１のＦ行列［Ｆe ］，［ＦO ］を用いて“数８”、“数９”、“数１０”、“数１１”で表わされる。
【００１５】
【数８】
【数９】
【数１０】
【数１１】
図２２においてポート１にのみ信号を入力した場合の回路の応答Ｓ11，Ｓ21，Ｓ31，Ｓ41は回路の対称性からＳ11e ，Ｓ21e ，Ｓ11o ，Ｓ21o のみを用いて“数１２”で表わすことができる。
【００２０】
【数１２】
“数１２”により図２１で表わされる信号合成回路の第１の入出力端子６ａから信号を入力した場合の第１の入出力端子６ａへの反射出力であるＳ11、第３の入出力端子６ｃ及び第４の入出力端子６ｄへの結合出力であるＳ31とＳ41、第２の入出力端子６ｂへの減結合出力であるＳ21が求められる。ここで例として図２６に示すような伝送線路パラメータを有する信号合成回路に対しその入出力端子６ａから相対振幅１の信号を入力した場合の各入出力端子への出力信号の相対振幅を計算する。設計中心周波数は３．１２ＧＨｚであり方向性結合器１の主線路２ａ，２ｂの長さ、結合線路４ａ，４ｂの長さはこの設計中心周波数における媒質内波長換算で４分の１波長となるようにし、入出力線路５ａ，５ｃの特性インピーダンス値として入出力線路５ｂ，５ｄの特性インピーダンス値、更に方向性結合器１の主線路２ａ，２ｂの特性インピーダンス値は等しくなるように設定している。計算結果を図２９に示す。信号合成回路の広帯域性の評価項目としては｜Ｓ31｜と｜Ｓ41｜の比である分配振幅比が所定の範囲となる周波数帯域幅ＢＷ１、反射出力の振幅｜Ｓ11｜が所定の値以下となる周波数帯域幅ＢＷ２、減結合出力の振幅｜Ｓ21｜が所定の値以下となる周波数帯域幅ＢＷ３がある。例えば分配振幅比に対する要求値を０．３ｄＢ以下、反射出力に対する要求値を−２５ｄＢ以下、減結合出力に対する要求を−２５ｄＢ以下とすると計算結果の図２１からＢＷ１は比帯域で約１２％、ＢＷ２及びＢＷ３は比帯域で約６％であることがわかる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の信号合成回路は以上のような構成、動作を示すものであった。信号合成回路がレーダ、通信機器等に用いられる高周波給電回路の構成要素として実用性を発揮するには、その動作周波数帯域が広いことが望まれる。この観点から見ると上記した従来の信号合成回路は動作周波数帯域が狭いという問題点があった。
【００２３】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、方向性結合器を構成要素とする信号合成回路を広帯域化することを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による信号合成回路は、主線路及び結合線路の有する特性インピーダンス値に対して高い特性インピーダンス値を有し、設計中心周波数において媒質内波長換算で約半波長の長さの伝送線路を２本の主線路の入出力端子に付加接続した方向性結合器をその構成要素とするものである。
【００２５】
また、第２の発明による信号合成回路は、主線路と同様な特性インピーダンス値を有し、設計中心周波数において媒質内波長換算で半波長の整数倍の長さの４本の延長線路を２本の主線路の入出力端子に接続し、さらに上記４本の延長線路の入出力端に主線路及び結合線路の有する特性インピーダンス値に対して高い特性インピーダンス値を有し、設計中心周波数において媒質内波長換算で約半波長の長さの伝送線路を付加した方向性結合器をその構成要素とするものである。
【００２６】
また、第３の発明による信号合成回路は、インダクタとキャパシタを直列に接続したＬＣ直列回路を２本の主線路の入出力端に付加した方向性結合器を構成要素とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１を示す信号合成回路の構成図であり、図中の８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは従来の方向性結合器１の主線路２ａ，２ｂと入出力線路５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとの間に接続された付加線路である。付加線路８は設計中心周波数において媒質内波長換算で約半波長の長さを有し、更に方向性結合器１の主線路２あるいは結合線路４と比較して高い特性インピーダンス値を有するようにしている。
【００２８】
次に上記のように構成された信号合成回路の動作原理を説明する。従来の信号合成回路の説明と同じく方向性結合器１の２本の主線路２ａ，２ｂ及び結合線路４ａ，４ｂの特性インピーダンス値をそれぞれＺ2 ，Ｚ1 、長さをL2，L1、その伝搬定数をγ2 ，γ1 とすると、上記の付加線路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの特性インピーダンス値をＺ3 、長さをL3、伝搬定数をγ3 とすると等価回路表示は図２となる。従来例の等価回路図である図２３におけるのと同じくこの回路も面Ａ−Ａに関して対称であり、方向性結合器１を偶モード励振した場合の散乱行列［Ｓe ］と奇モード励振した場合の散乱行列［ＳO ］を用いて“数１２”から散乱行列［Ｓ］の値を求めることができる。図２の等価回路は５つの回路要素の従属接続で表わすことができる。偶モード励振の場合の等価回路が図３、奇モード励振の場合の等価回路が図４である。偶モード励振の場合、図３における回路要素ＩのＦ行列を［ＦeI］、回路要素ＩＩのＦ行列を［ＦII］、回路要素ＩＩＩのＦ行列を［ＦIII ］とすると方向性結合器１のＦ行列［Ｆe ］は上記回路要素のＦ行列の従属接続として“数１３”で表わされる。
【００２９】
【数１３】
従来例と同様に回路要素ＩのＦ行列［ＦeI］は“数２”で、回路要素ＩＩのＦ行列［ＦII］は“数３”で表わされる。付加線路７である回路要素ＩＩＩのＦ行列［ＦIII ］を示す式は“数１４”である。
【００３１】
【数１４】
奇モード励振の場合、図４における回路要素ＩのＦ行列を［ＦOI］、回路要素ＩＩのＦ行列を［ＦII］、回路要素ＩＩＩのＦ行列を［ＦIII ］とすると方向性結合器１のＦ行列［ＦO ］は上記回路要素のＦ行列の従属接続として“数１５”で表わされる。
【００３３】
【数１５】
従来例と同様に回路要素ＩのＦ行列［ＦoI］は“数５”で、回路要素ＩＩのＦ行列［ＦII］は“数３”で表わされる。付加線路７である回路要素ＩＩＩのＦ行列［ＦIII ］を示す式は偶モード励振の場合と共通で“数１４”である。
【００３５】
従来の信号合成回路の周波数応答計算の例である図２８の回路に付加線路８を回路要素ＩＩＩとして追加した、図５に示す伝送線路パラメータを有する信号合成回路の周波数応答を“数１３”、“数１４”、“数２”、“数３”、“数５”、“数８”、“数９”、“数１０”、“数１１”、“数１２”により求めた結果を図６に示す。分配振幅比が０．３ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ１は比帯域で約３１％、反射出力振幅が−２５ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ２は比帯域で約１７％、減結合出力振幅が−２５ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ３は比帯域で約１６％であり、いずれも従来の信号合成回路における例に比べ大幅に広帯域化されていることがわかる。
【００３６】
実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２を示す信号合成回路の構成図である。図中の９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは方向性結合器１の２本の主線路２ａ，２ｂと付加線路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄとの間に挿入した延長線路であり、その特性インピーダンス値は主線路２の特性インピーダンス値と同様、その長さは設計中心周波数において媒質内波長換算で約半波長である。
【００３７】
次に上記のように構成された信号合成回路の動作原理を説明する。実施の形態１の説明と同じく方向性結合器１の２本の主線路２ａ，２ｂ、結合線路４ａ，４ｂ、付加線路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの特性インピーダンス値をそれぞれＺ2 ，Ｚ1 ，Ｚ3 、長さをL2，L1，L3、その伝搬定数をγ2 ，γ1 ，γ3 とすると、上記の延長線路９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの特性インピーダンス値をＺ4 、長さをL4、その伝搬定数をγ4 とすると等価回路表示は図８となる。従来例の等価回路図である図２３、実施の形態１の等価回路図である図２におけるのと同じくこの回路も面Ａ−Ａに関して対称であり、方向性結合器１を偶モード励振した場合の散乱行列［Ｓe ］と奇モード励振した場合の散乱行列［ＳO ］を用いて“数１２”から散乱行列［Ｓ］の値を求めることができる。図８の等価回路は７つの回路要素の従属接続で表わすことができる。偶モード励振の場合の等価回路が図９、奇モード励振の場合の等価回路が図１０である。偶モード励振の場合、図９における回路要素ＩのＦ行列を［ＦeI］、回路要素ＩＩのＦ行列を［ＦII］、回路要素ＩＩＩのＦ行列を［ＦIII ］、回路要素ＩＶのＦ行列を［ＦIV］とすると方向性結合器１のＦ行列［Ｆe ］は上記回路要素のＦ行列の従属接続として“数１６”で表わされる。
【００３８】
【数１６】
従来例と同様に回路要素ＩのＦ行列［ＦeI］は“数２”で、回路要素ＩＩのＦ行列［ＦII］は“数３”で、また実施の形態１と同様に回路要素ＩＩＩのＦ行列［ＦIII ］は“数１４”で表わされる。延長線路８である回路要素ＩＶのＦ行列［ＦIV］を示す式は“数１７”である。
【００４０】
【数１７】
奇モード励振の場合、図１０における回路要素ＩのＦ行列を［ＦOI］、回路要素ＩＩのＦ行列を［ＦII］、回路要素ＩＩＩのＦ行列を［ＦIII ］、回路要素ＩＶのＦ行列を［ＦIV］とすると方向性結合器１のＦ行列［ＦO ］は上記回路要素のＦ行列の従属接続として“数１８”で表わされる。
【００４２】
【数１８】
従来例と同様に回路要素ＩのＦ行列［ＦoI］は“数５”で、回路要素ＩＩのＦ行列［ＦII］は“数３”で、また実施の形態１と同様に回路要素ＩＩＩのＦ行列［ＦIII ］は“数１４”で、延長線路８である回路要素ＩＶのＦ行列［ＦIV］は“数１７”で表わされる。
【００４４】
実施の形態１の信号合成回路の周波数応答計算の例である図５の回路に延長線路８を回路要素ＩＶとして追加した、図１１に示す伝送線路パラメータを有する信号合成回路の周波数応答を“数１６”、“数１４”、“数１７”、“数２”、“数３”、“数１８”、“数５”、“数８”、“数９”、“数１０”、“数１１”、“数１２”により求めた結果を図１２に示す。分配振幅比が０．３ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ１は比帯域で約１７％、反射出力振幅が−２５ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ２は比帯域で約１２％、減結合出力振幅が−２５ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ３は比帯域で約１１％であり、いずれも従来の信号合成回路における例に比べ広帯域化されていることがわかる。
【００４５】
実施の形態３．
図１３は本発明の実施の形態３を示す信号合成回路の構成図である。１０は誘電体基板７上にストリップラインで形成されたインダクタ、１１はキャパシタである。インダクタ１０とキャパシタ１１の接続によりＬＣ直列回路１２が構成され、これが方向性結合器１の主線路２ａ，２ｂと入出力線路５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの間に挿入されている。
【００４６】
次に上記のように構成された信号合成回路の動作原理を説明する。従来の信号合成回路の説明と同じく方向性結合器１の２本の主線路２ａ，２ｂ及び結合線路４ａ，４ｂの特性インピーダンス値をそれぞれＺ2 ，Ｚ1 、長さをL2，L1、その伝搬定数をγ2 ，γ1 とすると、上記のＬＣ直列回路１２のインダクタ１０のインダクタンスをL 、キャパシタ１１のキャパシタンスをＣとすると等価回路表示は図１４となる。従来例の等価回路図である図２３におけるのと同じくこの回路も面Ａ−Ａに関して対称であり、方向性結合器１を偶モード励振した場合の散乱行列［Ｓe ］と奇モード励振した場合の散乱行列［ＳO ］を用いて“数１２”から散乱行列［Ｓ］の値を求めることができる。図１４の等価回路は５つの回路要素の従属接続で表わすことができる。偶モード励振の場合の等価回路が図１５、奇モード励振の場合の等価回路が図１６である。偶モード励振の場合、図１５における回路要素ＩのＦ行列を［ＦeI］、回路要素ＩＩのＦ行列を［ＦII］、回路要素ＶのＦ行列を［ＦV ］とすると方向性結合器１のＦ行列［Ｆe ］は上記回路要素のＦ行列の従属接続として“数１９”で表わされる。
【００４７】
【数１９】
従来例と同様に回路要素ＩのＦ行列［ＦeI］は“数２”で、回路要素Ｆ行列［ＦII］は“数３”で表わされる。ＬＣ直列回路１２である回路要素ＶのＦ行列［ＦV ］を示す式は“数２０”である。
【００４９】
【数２０】
“数２０”においてωは角速度であり周波数ｆとの間には“数２１”の関係がある。
【００５１】
【数２１】
奇モード励振の場合、図１６における回路要素ＩのＦ行列を［ＦOI］、回路要素ＩＩのＦ行列を［ＦII］、回路要素ＶのＦ行列を［ＦV ］とすると方向性結合器１のＦ行列［ＦO ］は上記回路要素のＦ行列の従属接続として“数２２”で表わされる。
【００５３】
【数２２】
従来例と同様に回路要素ＩのＦ行列［ＦeI］は“数５”で、回路要素ＩＩのＦ行列［ＦII］は“数３”で表わされる。ＬＣ直列回路１２である回路要素ＶのＦ行列［ＦV ］を示す式は偶モード励振の場合と共通で“数２０”である。
【００５５】
従来の信号合成回路の周波数応答計算の例である図２８の回路にＬＣ直列回路１２を回路要素Ｖとして追加した、図１７に示す伝送線路パラメータを有する信号合成回路の周波数応答を“数１９”、“数２０”、“数２”、“数３”、“数２２”、“数５”、“数８”、“数９”、“数１０”、“数１１”、“数１２”により求めた結果を図１８に示す。
分配振幅比が０．３ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ１は比帯域で約３８％、反射出力振幅が−２５ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ２は比帯域で約１８％、減結合出力振幅が−２５ｄＢ以下となる周波数帯域幅ＢＷ３は比帯域で約１９％であり、いずれも従来の信号合成回路における例に比べ大幅に広帯域化されていることがわかる。
【００５６】
上記実施の形態１，２，３においては２本の主線路２、２本の結合線路４によって矩形の閉路が形成される方向性結合器を用いた信号合成回路について示したが、図１９に示すように、この代わりに円弧状の２本の主線路１３、円弧状の２本の結合線路１４によって円形の閉路が形成される構成の方向性結合器を形成し、これに高インピーダンス線路等を付加して広帯域化を図ってもよい。
【００５７】
また上記実施の形態１，２，３においては、方向性結合器１の主線路２及び結合線路４が設計中心周波数において媒質内波長換算で４分の１波長の長さを持つ場合について示したが、この部分の線路長は４分の３波長等４分の１波長の奇数倍の長さを持つものであってもよい。
【００５８】
また上記実施の形態１においては、方向性結合器１の４つの入出力端３に設計中心周波数において媒質内波長換算で半波長の長さの高インピーダンス線路を付加する例について示したが、この高インピーダンス線路の長さは設計中心周波数において媒質内波長換算で１波長等半波長の整数倍の長さであってもよい。
【００５９】
更に実施の形態１，２，３においては誘電体基板７上に構成された信号合成回路の場合について示したが、２本の主線路と２本の結合線路及び長さが半波長の高インピーダンス線路等の付加回路を構成できる線路であれば、誘電体基板を使用しない、例えば矩形同軸線路等の伝送線路形態を取るものであってもよい。
【００６０】
【発明の効果】
第１の発明によれば、方向性結合器の各端子に半波長の整数倍の長さを持ち、主線路及び結合線路の有する特性インピーダンス値に対して高い特性インピーダンス値を有する線路を付加したことにより、方向性結合器を広帯域化することができるという効果がある。
【００６１】
また第２の発明によれば、方向性結合器の主線路と同様な特性インピーダンス値を有する、半波長の長さの延長線路及び長さが半波長の整数倍の高インピーダンス線路を方向性結合器の各端子に付加したことにより、第１の発明と同等の効果が得られる。
【００６２】
また第３の発明によれば、分布定数回路素子として構成できるインダクタとキャパシタを直列に接続したＬＣ直列回路を方向性結合器の各端子に付加したことにより、第１の発明と同様な効果が得られ、更に第１の発明による信号合成回路及び第２の発明による信号合成回路より小型化できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１の信号合成回路を示す構成図である。
【図２】 本発明の実施の形態１の信号合成回路の構成要素である方向性結合器の等価回路を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態１の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を偶モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図４】 本発明の実施の形態１の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を奇モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態１の信号合成回路の周波数応答計算例に用いる伝送線路パラメータを示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態１の信号合成回路の周波数応答計算例を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態２の信号合成回路を示す構成図である。
【図８】 本発明の実施の形態２の信号合成回路の構成要素である方向性結合器の等価回路を示す図である。
【図９】 本発明の実施の形態２の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を偶モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図１０】 本発明の実施の形態２の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を奇モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図１１】 本発明の実施の形態２の信号合成回路の周波数応答計算例に用いる伝送線路パラメータを示す図である。
【図１２】 本発明の実施の形態２の信号合成回路の周波数応答計算例を示す図である。
【図１３】 本発明の実施の形態３の信号合成回路を示す構成図である。
【図１４】 本発明の実施の形態３の信号合成回路の構成要素である方向性結合器の等価回路を示す図である。
【図１５】 本発明の実施の形態３の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を偶モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図１６】 本発明の実施の形態３の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を奇モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図１７】 本発明の実施の形態３の信号合成回路の周波数応答計算例に用いる伝送線路パラメータを示す図である。
【図１８】 本発明の実施の形態３の信号合成回路の周波数応答計算例を示す図である。
【図１９】 本発明の実施の形態１，２，３の別の応用例を示す図である。
【図２０】 従来の信号合成回路を示す構成図である。
【図２１】 従来の信号合成回路の構成要素である方向性結合器の動作原理を示す図である。
【図２２】 従来の信号合成回路を４端子対回路網として表現した図である。
【図２３】 従来の信号合成回路の構成要素である方向性結合器の等価回路を示す図である。
【図２４】 従来の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を偶モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図２５】 従来の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を偶モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図２６】 従来の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を奇モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図２７】 従来の信号合成回路の構成要素である方向性結合器を奇モード励振した場合の等価回路を示す図である。
【図２８】 従来の信号合成回路の周波数応答計算例に用いる伝送線路パラメータを示す図である。
【図２９】 従来の信号合成回路の周波数応答計算例を示す図である。
【符号の説明】
１ 方向性結合器、２ 方向性結合器の主線路、３ 方向性結合器の主線路の入出力端子、４ 方向性結合器の結合線路、５ 入出力線路、６ 入出力端子、７ 誘電体基板、８ 付加線路、９ 延長線路、１０ インダクタンス、１１ キャパシタンス、１２ ＬＣ直列回路、１３ 方向性結合器の円弧状の主線路、１４ 方向性結合器の円弧状の結合線路。
Claims (2)
- 所定の特性インピーダンス値と使用周波数の中心周波数において４分の１波長の奇数倍の長さを有する２本の主線路と、上記主線路の４つの入出力端に接続される所定の特性インピーダンス値を有する４本の入出力線路、並びに上記２本の主線路に直交し上記２本の主線路とは異なる特性インピーダンス値と上記中心周波数において４分の１波長の奇数倍の長さを有する２本の結合線路とで構成される方向性結合器において、
上記主線路のそれぞれの入出力端と上記それぞれの入出力線路とが、半波長の整数倍の長さを持ち、上記主線路及び結合線路の有する特性インピーダンス値に対して高い特性インピーダンス値を有する付加線路によって、それぞれ接続されたことを特徴とする信号合成回路。 - 所定の特性インピーダンス値と使用周波数の中心周波数において４分の１波長の奇数倍の長さを有する２本の主線路と、上記主線路の４つの入出力端に接続される所定の特性インピーダンス値を有する４本の入出力線路、並びに上記２本の主線路に直交し上記２本の主線路とは異なる特性インピーダンス値と上記中心周波数において４分の１波長の奇数倍の長さを有する２本の結合線路とで構成される方向性結合器において、
上記主線路のそれぞれの入出力端に、２本の主線路と同様な特性インピーダンス値と、上記中心周波数において半波長の長さを有する延長線路が、それぞれ接続され、
さらに上記それぞれの延長線路の入出力端と上記それぞれの入出力線路が、半波長の整数倍の長さを持ち、上記主線路及び結合線路の有する特性インピーダンス値に対して高い特性インピーダンス値を有する付加線路によって、それぞれ接続されたことを特徴とする信号合成回路。
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| JP24376696A JP3823390B2 (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 信号合成回路 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP24376696A JP3823390B2 (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 信号合成回路 |
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ID=17108667
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| JP24376696A Expired - Lifetime JP3823390B2 (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 信号合成回路 |
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-
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