JP3839381B2 - 平衡非平衡変換器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は平衡非平衡変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２(a)〜(e)に従来の技術による平衡非平衡変換器の構成の平面図を示す。誘電体基板６上で導体薄膜５をパタニングして形成した、コプレーナ線路３からスロット線路２あるいはコプレーナストリップ線路８への平衡非平衡変換器においては、コプレーナ線路３を構成する２つのスロットのうち一方に、変換器が動作する周波数においてλ／４の電気長をもつスロット線路１によるショートスタブ（図２(a)、(e)）、該ショートスタブと同様の作用を持つラジアル（扇形状）スロット線路７によるショートタブ（図２(b)、(c)）、円形スロット線路９によるショートスタブ（図２(d)）等が接続されていた（図２(a)、(b)、(c)については、非特許文献１，２参照）。図２(b)、(c)、(d)は、より広帯域化するために、図２(a)のλ／４の電気長をもつスロット線路１をラジアルスロット線路７や円形スロット線路９に置き換えたものもである。
【０００３】
【非特許文献１】
「アイトリプルイーマイクロウエーブガイデイッドウエーブレター」、第２巻、１９９２年、ｐ．４１５−４１６
【非特許文献２】
「アイトリプルイートランザクション」、第ＭＴＴ−４巻、１９９３年、ｐ．２１１６−２１２５。
【０００４】
ショートスタブの接続された側のスロットは、動作周波数において開放状態となる。またコプレーナ線路３と該ショートスタブの接続点にはエアブリッジ４が設けてあり、コプレーナ線路３のグラウンド間が接続されている。
【０００５】
これらの働きにより、コプレーナ線路３を構成する２つのスロットの信号は同相で合成され、コプレーナ線路３のもう一方のスロットヘ接続されているスロット線路２あるいはコプレーナストリップ線路８より平衡出力が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来の平衡非平衡変換器においては、必ず一部にスロット線路１，２、ラジアルスロット線路７、円形スロット線路９等のスロット線路に類する線路が使われており、誘電体基板６が厚い場合や取り扱う周波数が高い場合に、それらスロット線路に類する線路の周波数分散が問題となる。
【０００７】
すなわち、λ／４の電気長をもつスロット線路１によるショートスタブでは、周波数分散のために必ずしも理想的なインピーダンスを示さず、平衡非平衡変換器の反射損、インピーダンス不整合、帯域幅の減少につながっていた。また、ラジアルスロット線路７や円形スロット線路９を用いる場合も、スロット線路１と同様の傾向を示し特性の劣化が見られた。さらに、スロット線路１，２、ラジアルスロット線路７、円形スロット線路９の周辺に十分なマージンスペースが与えられない場合にも特性の乱れが大きく設計性の悪さにつながっていた。
【０００８】
これらの問題が発生するのは、スロット線路１，２、ラジアルスロット線路７、円形スロット線路９等で電磁界分布が広範囲に広がる結果、誘電体基板６や周辺の構造物による影響を受けやすいためである。
【０００９】
したがって、従来これらの問題を回避するためには、十分に薄い誘電体基板を用い、さらにスロット線路類の部分には十分なマージンスペースを与えるより他に方法が無かった。
【００１０】
本発明の目的は、誘電体基板の厚さや周辺の構造物による影響が少なく、広帯域かつ低損失な平衡非平衡変換器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、誘電体基板上におけるコプレーナ線路からコプレーナストリップ線路への波長λを中心波長とする平衡非平衡変器において、前記コプレーナ線路を構成する２つのスロットのうち一方を第１のコプレーナストリップ線路に接続すると共に該第１のコプレーナストリップ線路をλ／４の長さで短絡し、前記コプレーナ線路の他方のスロットを第２のコプレーナストリップ線路に接続してなり、該第２のコプレーナストリップ線路から平衡出力を得るようにしたことを特徴とする平衡非平衡変換器とした。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の平衡非平衡変換器において、前記第１のコプレーナストリップ線路は、前記第１のコプレーナストリップ線路を構成する２つの導体間距離が前記コプレーナ線路との接続点から離れるに従い増大し先端で短絡するように形成されていることを特徴とする平衡非平衡変換器とした。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の平衡非平衡変換器において、前記第１のコプレーナストリップ線路は、扇形状に形成されていることを特徴とする平衡非平衡変換器とした。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の平衡非平衡変換器において、前記第１又は第２のコプレーナストリップ線路は、前記コプレーナ線路に対して９０度を除く角度で伸びるよう形成されていることを特徴とする平衡非平衡変換器とした。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載の平衡非平衡変換器において、前記第１のコプレーナストリップ線路は、途中が曲折されていることを特徴とする平衡非平衡変換器とした。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
図１(a)は第１の実施形態の平衡非平衡変換器の構成を示す平面図である。ここでは、従来技術の図２(a)で示した平衡非平衡変換器のλ／４スロット線路１およびスロット線路２がコプレーナストリップ線路１１，８に置き換えられている。コプレーナストリップ線路は、導体薄膜５からなる金属線の幅とその金属線の間隔の比率を調整することで特性インピーダンスを可変できる特徴がある。このためスロット線路と異なり必要な特性インピーダンスを維持したまま全線路幅を細くすること可能である。コプレーナストリップ線路は全線路幅が細いほど電磁界の広がりが小さいため、誘電体基板６による周波数分散や周辺の構造物の影響を低減できる特徴がある。
【００１８】
コプレーナストリップ線路の金属線幅をＷ、金属線間隔をＳとすれば、Ｌ＝２×（Ｓ＋２Ｗ）程度の距離Ｌだけ離れた所ではコプレーナストリップ線路との干渉は十分小さくなる。平衡非平衡変換器に用いるコプレーナストリップ線路として、Ｌ＝３０μｍ程度の線路は一般的なアルミナ基板や高周波集積回路に用いられる半導体基板上で容易に実現できる。
【００１９】
このため、本実施形態では、従来のλ／４スロット線路と比較して誘電体基板や周辺の構造物からの影響を大幅に低減できるうえに、パタン面積の縮小も行える。この結果、高周波集積回路等に用いられる数１００μｍ程度の厚い半導体基板上においても、平衡非平衡変換器が設計性良くかつコンパクトに作成できるようになる。
【００２０】
［第２の実施形態］
図１(b)は第２の実施形態の平衡非平衡変換器の構成を示す平面図である。ここでは、従来技術の図２(b)、(c)で用いられている広帯域化のためのラジアル（扇形状）スロット線路７が広帯域化のためのラジアル（扇形状）コプレーナストリップ線路１２に置き換えられている。また図２(b)で用いられているスロット線路２がコプレーナストリップ線路８に置き換えられている。通常のλ／４コプレーナストリップ線路（図１(a)の符号１１）においては金属線間の距離Ｓは一定であるが、ラジアルコプレーナストリップ線路１２はコプレーナ線路３との接続点からの距離に比例して金属線間の距離Ｓが増加する形状である。
【００２１】
本実施形態では、図２(b)、(c)のラジアルスロット線路７と比較してラジアルコプレーナストリップ線路１２の電磁界分布の広がりは小さいため、誘電体基板６による周波数分散や周辺の構造物の影響を低減でき、設計性良くかつコンパクトに平衡非平衡変換器が作成できるようになる。
【００２２】
［第３の実施形態］
図１(c)は第３の実施形態の平衡非平衡変換器の構成を示す平面図である。ここでは図２(d)で用いられている広帯域化のための円形スロット線路９が広帯域化のための円形コプレーナストリップ線路１３に置き換えられている。また図２(d)のスロット線路２がコプレーナストリップ線路８に置き換えられている。
【００２３】
本実施形態でも、前記した第２の実施形態と同様に、円形コプレーナストリップ線路１３を用いることによる電磁界分布の広がりの抑制効果により、誘電体基板６による周波数分散や周辺の構造物の影響を低減でき、設計性良くかつコンパクトに平衡非平衡変換器が作成できるようになる。
【００２４】
［第４の実施形態］
図１(d)は第４の実施形態の平衡非平衡変換器の構成を示す平面図である。ここでは、図１(a)の第１の実施形態と同様に、図２(e)で用いられているλ／４スロット線路１とスロット線路２をλ／４コプレーナストリップ線路１１とコプレーナストリップ線路８に置き換えた構造をしている。
【００２５】
［第５の実施形態］
図１(e)は第５の実施形態の平衡非平衡変換器の構成を示す平面図である。λ／４コプレーナストリップ線路１１は任意の角度に曲げることが可能であり、ここではコプレーナ線路３に対して９０度以外の角度で接続している。また同様に平衡出力を取り出すためのコプレーナストリップ線路８もコプレーナ線路３に対して９０度以外の角度で接続している。コプレーナストリップ線路は線路間の干渉がスロット線路より少ないため、２本の線路を接近させやすく、本実施形態のように、線路の接続角度の自由度が改善される。
【００２６】
［第６の実施形態］
図１(f)は第６の実施形態の平衡非平衡変換器の構成を示す平面図である。ここでは、図１(a)において用いられているλ／４コプレーナストリップ線路１１を途中で複数回折り曲げたものである。図２(a)のλ／４スロット線路１と比べて線路間の干渉が少なく小さく、折りたたんだ場合にも特性の乱れが少ないため、曲折により全体の占有面積を従来より縮小することが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、誘電体基板厚さによる周波数分散効果や周辺の構造物による特性劣化を抑制し、設計性良くコンパクトかつ高性能な平衡非平衡変換器が作成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a)〜(f)は第１〜第６の実施形態の平衡非平衡変換器の構成を示す平面図である。
【図２】 (a)〜(e)は従来の平衡非平衡変換器の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１：λ／４スロット線路
２：スロット線路
３：コプレーナ線路
４：エアブリッジ
５：導体薄膜
６：誘電体基板
７：ラジアル（扇形状）スロット線路
８：コプレーナストリップ線路
９：円形スロット線路
１０：λ／４コプレーナ線路
１１：λ／４コプレーナストリップ線路
１２：ラジアル（扇形状）コプレーナストリップ線路
１３：円形コプレーナストリップ線路
【発明の属する技術分野】
本発明は平衡非平衡変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２(a)〜(e)に従来の技術による平衡非平衡変換器の構成の平面図を示す。誘電体基板６上で導体薄膜５をパタニングして形成した、コプレーナ線路３からスロット線路２あるいはコプレーナストリップ線路８への平衡非平衡変換器においては、コプレーナ線路３を構成する２つのスロットのうち一方に、変換器が動作する周波数においてλ／４の電気長をもつスロット線路１によるショートスタブ（図２(a)、(e)）、該ショートスタブと同様の作用を持つラジアル（扇形状）スロット線路７によるショートタブ（図２(b)、(c)）、円形スロット線路９によるショートスタブ（図２(d)）等が接続されていた（図２(a)、(b)、(c)については、非特許文献１，２参照）。図２(b)、(c)、(d)は、より広帯域化するために、図２(a)のλ／４の電気長をもつスロット線路１をラジアルスロット線路７や円形スロット線路９に置き換えたものもである。
【０００３】
【非特許文献１】
「アイトリプルイーマイクロウエーブガイデイッドウエーブレター」、第２巻、１９９２年、ｐ．４１５−４１６
【非特許文献２】
「アイトリプルイートランザクション」、第ＭＴＴ−４巻、１９９３年、ｐ．２１１６−２１２５。
【０００４】
ショートスタブの接続された側のスロットは、動作周波数において開放状態となる。またコプレーナ線路３と該ショートスタブの接続点にはエアブリッジ４が設けてあり、コプレーナ線路３のグラウンド間が接続されている。
【０００５】
これらの働きにより、コプレーナ線路３を構成する２つのスロットの信号は同相で合成され、コプレーナ線路３のもう一方のスロットヘ接続されているスロット線路２あるいはコプレーナストリップ線路８より平衡出力が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来の平衡非平衡変換器においては、必ず一部にスロット線路１，２、ラジアルスロット線路７、円形スロット線路９等のスロット線路に類する線路が使われており、誘電体基板６が厚い場合や取り扱う周波数が高い場合に、それらスロット線路に類する線路の周波数分散が問題となる。
【０００７】
すなわち、λ／４の電気長をもつスロット線路１によるショートスタブでは、周波数分散のために必ずしも理想的なインピーダンスを示さず、平衡非平衡変換器の反射損、インピーダンス不整合、帯域幅の減少につながっていた。また、ラジアルスロット線路７や円形スロット線路９を用いる場合も、スロット線路１と同様の傾向を示し特性の劣化が見られた。さらに、スロット線路１，２、ラジアルスロット線路７、円形スロット線路９の周辺に十分なマージンスペースが与えられない場合にも特性の乱れが大きく設計性の悪さにつながっていた。
【０００８】
これらの問題が発生するのは、スロット線路１，２、ラジアルスロット線路７、円形スロット線路９等で電磁界分布が広範囲に広がる結果、誘電体基板６や周辺の構造物による影響を受けやすいためである。
【０００９】
したがって、従来これらの問題を回避するためには、十分に薄い誘電体基板を用い、さらにスロット線路類の部分には十分なマージンスペースを与えるより他に方法が無かった。
【００１０】
本発明の目的は、誘電体基板の厚さや周辺の構造物による影響が少なく、広帯域かつ低損失な平衡非平衡変換器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、誘電体基板上におけるコプレーナ線路からコプレーナストリップ線路への波長λを中心波長とする平衡非平衡変器において、前記コプレーナ線路を構成する２つのスロットのうち一方を第１のコプレーナストリップ線路に接続すると共に該第１のコプレーナストリップ線路をλ／４の長さで短絡し、前記コプレーナ線路の他方のスロットを第２のコプレーナストリップ線路に接続してなり、該第２のコプレーナストリップ線路から平衡出力を得るようにしたことを特徴とする平衡非平衡変換器とした。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の平衡非平衡変換器において、前記第１のコプレーナストリップ線路は、前記第１のコプレーナストリップ線路を構成する２つの導体間距離が前記コプレーナ線路との接続点から離れるに従い増大し先端で短絡するように形成されていることを特徴とする平衡非平衡変換器とした。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の平衡非平衡変換器において、前記第１のコプレーナストリップ線路は、扇形状に形成されていることを特徴とする平衡非平衡変換器とした。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の平衡非平衡変換器において、前記第１又は第２のコプレーナストリップ線路は、前記コプレーナ線路に対して９０度を除く角度で伸びるよう形成されていることを特徴とする平衡非平衡変換器とした。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載の平衡非平衡変換器において、前記第１のコプレーナストリップ線路は、途中が曲折されていることを特徴とする平衡非平衡変換器とした。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
図１(a)は第１の実施形態の平衡非平衡変換器の構成を示す平面図である。ここでは、従来技術の図２(a)で示した平衡非平衡変換器のλ／４スロット線路１およびスロット線路２がコプレーナストリップ線路１１，８に置き換えられている。コプレーナストリップ線路は、導体薄膜５からなる金属線の幅とその金属線の間隔の比率を調整することで特性インピーダンスを可変できる特徴がある。このためスロット線路と異なり必要な特性インピーダンスを維持したまま全線路幅を細くすること可能である。コプレーナストリップ線路は全線路幅が細いほど電磁界の広がりが小さいため、誘電体基板６による周波数分散や周辺の構造物の影響を低減できる特徴がある。
【００１８】
コプレーナストリップ線路の金属線幅をＷ、金属線間隔をＳとすれば、Ｌ＝２×（Ｓ＋２Ｗ）程度の距離Ｌだけ離れた所ではコプレーナストリップ線路との干渉は十分小さくなる。平衡非平衡変換器に用いるコプレーナストリップ線路として、Ｌ＝３０μｍ程度の線路は一般的なアルミナ基板や高周波集積回路に用いられる半導体基板上で容易に実現できる。
【００１９】
このため、本実施形態では、従来のλ／４スロット線路と比較して誘電体基板や周辺の構造物からの影響を大幅に低減できるうえに、パタン面積の縮小も行える。この結果、高周波集積回路等に用いられる数１００μｍ程度の厚い半導体基板上においても、平衡非平衡変換器が設計性良くかつコンパクトに作成できるようになる。
【００２０】
［第２の実施形態］
図１(b)は第２の実施形態の平衡非平衡変換器の構成を示す平面図である。ここでは、従来技術の図２(b)、(c)で用いられている広帯域化のためのラジアル（扇形状）スロット線路７が広帯域化のためのラジアル（扇形状）コプレーナストリップ線路１２に置き換えられている。また図２(b)で用いられているスロット線路２がコプレーナストリップ線路８に置き換えられている。通常のλ／４コプレーナストリップ線路（図１(a)の符号１１）においては金属線間の距離Ｓは一定であるが、ラジアルコプレーナストリップ線路１２はコプレーナ線路３との接続点からの距離に比例して金属線間の距離Ｓが増加する形状である。
【００２１】
本実施形態では、図２(b)、(c)のラジアルスロット線路７と比較してラジアルコプレーナストリップ線路１２の電磁界分布の広がりは小さいため、誘電体基板６による周波数分散や周辺の構造物の影響を低減でき、設計性良くかつコンパクトに平衡非平衡変換器が作成できるようになる。
【００２２】
［第３の実施形態］
図１(c)は第３の実施形態の平衡非平衡変換器の構成を示す平面図である。ここでは図２(d)で用いられている広帯域化のための円形スロット線路９が広帯域化のための円形コプレーナストリップ線路１３に置き換えられている。また図２(d)のスロット線路２がコプレーナストリップ線路８に置き換えられている。
【００２３】
本実施形態でも、前記した第２の実施形態と同様に、円形コプレーナストリップ線路１３を用いることによる電磁界分布の広がりの抑制効果により、誘電体基板６による周波数分散や周辺の構造物の影響を低減でき、設計性良くかつコンパクトに平衡非平衡変換器が作成できるようになる。
【００２４】
［第４の実施形態］
図１(d)は第４の実施形態の平衡非平衡変換器の構成を示す平面図である。ここでは、図１(a)の第１の実施形態と同様に、図２(e)で用いられているλ／４スロット線路１とスロット線路２をλ／４コプレーナストリップ線路１１とコプレーナストリップ線路８に置き換えた構造をしている。
【００２５】
［第５の実施形態］
図１(e)は第５の実施形態の平衡非平衡変換器の構成を示す平面図である。λ／４コプレーナストリップ線路１１は任意の角度に曲げることが可能であり、ここではコプレーナ線路３に対して９０度以外の角度で接続している。また同様に平衡出力を取り出すためのコプレーナストリップ線路８もコプレーナ線路３に対して９０度以外の角度で接続している。コプレーナストリップ線路は線路間の干渉がスロット線路より少ないため、２本の線路を接近させやすく、本実施形態のように、線路の接続角度の自由度が改善される。
【００２６】
［第６の実施形態］
図１(f)は第６の実施形態の平衡非平衡変換器の構成を示す平面図である。ここでは、図１(a)において用いられているλ／４コプレーナストリップ線路１１を途中で複数回折り曲げたものである。図２(a)のλ／４スロット線路１と比べて線路間の干渉が少なく小さく、折りたたんだ場合にも特性の乱れが少ないため、曲折により全体の占有面積を従来より縮小することが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、誘電体基板厚さによる周波数分散効果や周辺の構造物による特性劣化を抑制し、設計性良くコンパクトかつ高性能な平衡非平衡変換器が作成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a)〜(f)は第１〜第６の実施形態の平衡非平衡変換器の構成を示す平面図である。
【図２】 (a)〜(e)は従来の平衡非平衡変換器の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１：λ／４スロット線路
２：スロット線路
３：コプレーナ線路
４：エアブリッジ
５：導体薄膜
６：誘電体基板
７：ラジアル（扇形状）スロット線路
８：コプレーナストリップ線路
９：円形スロット線路
１０：λ／４コプレーナ線路
１１：λ／４コプレーナストリップ線路
１２：ラジアル（扇形状）コプレーナストリップ線路
１３：円形コプレーナストリップ線路
Claims (5)
- 誘電体基板上におけるコプレーナ線路からコプレーナストリップ線路への波長λを中心波長とする平衡非平衡変器において、
前記コプレーナ線路を構成する２つのスロットのうち一方を第１のコプレーナストリップ線路に接続すると共に該第１のコプレーナストリップ線路をλ／４の長さで短絡し、前記コプレーナ線路の他方のスロットを第２のコプレーナストリップ線路に接続してなり、該第２のコプレーナストリップ線路から平衡出力を得るようにしたことを特徴とする平衡非平衡変換器。 - 請求項１に記載の平衡非平衡変換器において、
前記第１のコプレーナストリップ線路は、前記第１のコプレーナストリップ線路を構成する２つの導体間距離が前記コプレーナ線路との接続点から離れるに従い増大し先端で短絡するように形成されていることを特徴とする平衡非平衡変換器。 - 請求項２に記載の平衡非平衡変換器において、
前記第１のコプレーナストリップ線路は、扇形状に形成されていることを特徴とする平衡非平衡変換器。 - 請求項１に記載の平衡非平衡変換器において、
前記第１又は第２のコプレーナストリップ線路は、前記コプレーナ線路に対して９０度を除く角度で伸びるよう形成されていることを特徴とする平衡非平衡変換器。 - 請求項１に記載の平衡非平衡変換器において、
前記第１のコプレーナストリップ線路は、途中が曲折されていることを特徴とする平衡非平衡変換器。
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2002
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