JP3846558B2

JP3846558B2 - 無反射終端器

Info

Publication number: JP3846558B2
Application number: JP2001306099A
Authority: JP
Inventors: 清春清野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2021-10-02
Also published as: JP2003110308A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波帯のレーダあるいは通信装置に使用され、広帯域にわたってリターンロス特性の優れた無反射終端器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波、ミリ波帯のレーダ装置あるいは通信装置では一般にアイソレータ、カップラ等のコンポーネントが使用され、これらのコンポーネントには無反射終端器が必要となる。
【０００３】
図６は例えば昭和５１年度電子通信学会総合全国大会、講演番号５９７に示された従来の無反射終端器の構成を示すもので、図中、１は誘電体基板、２は入力端子、３は伝送線路、４は第１の抵抗、５は先端開放線路である。
この無反射終端器はこの図に示すように、伝送線路３の一端には第１の抵抗４と先端開放線路５とからなる直列回路が接続されるように配置されており、これらの伝送線路３、第１の抵抗４及び先端開放線路５はマイクロ波集積回路技術により誘電体基板１上に一体形成されている。また、伝送線路３の他端には入力端子２が設けられており、この入力端子２はアイソレータ、カップラ等のコンポーネントに接続される。
【０００４】
図７（a）、（b）はそれぞれ従来の無反射終端器の等価回路及び特性例を示すものである。ここで、伝送線路３の特性インピーダンスをZ0,第１の抵抗４の値をR1,先端開放線路５の特性インピーダンスおよび長さをそれぞれZ1,Θ１とすると図６に示す無反射終端器は図７（a）のように表すことができる。
この等価回路において、伝送線路３の一端から第１の抵抗４側をみたインピーダンスZL、反射係数ΓおよびVSWRはそれぞれ次式で与えられる。
【０００５】
【数１】

【０００６】
【数２】

【０００７】
【数３】

【０００８】
通常、先端開放線路５の長さは所望の周波数ｆ0で１／４波長すなわちΘ１＝９０°に選ばれる。このような長さに選ぶことにより、第１の抵抗４の一端が高周波的に短絡され、数１から明らかなようにZL=R1となる。また、第１の抵抗４の値R1は伝送線路３の特性インピーダンスZ0および入力端子２に接続されるコンポーネントのインピーダンスに等しく、通常、５０Ωに選ばれる。このような値に選ぶことにより、無反射終端器のVSWRは数２，数３から明らかなように１となる。
【０００９】
従って、無反射終端器のVSWR特性は図７（ｂ）に示すように所望の周波数ｆ０で最少となり、ｆ０から離れるに従って、徐々に劣化する特性となる。通常、無反射終端器として問題なく使用できるVSWRは１．２以下であり、帯域は先端開放線路５の特性インピーダンスZ1に依存する。例えば、Z1=５０Ωでは比帯域で２２％、２５Ωでは４５％が得られ、Z1が低いほど広帯域化が図れる。
【００１０】
次に動作原理について説明する。図６において、アイソレータあるいはカップラ等のコンポーネントから漏洩した不要なマイクロ波は入力端子２から入力され、伝送線路３を介して第１の抵抗４で吸収される。特に周波数ｆ０の不要なマイクロ波は完全に吸収され、それ以外のｆ０近傍の周波数帯でも大部分が吸収される。従って、入力端子２における不要なマイクロ波の反射波をほとんど無くすことができる。
【００１１】
以上のように、伝送線路３の一端に第１の抵抗４と先端開放線路５との直列回路を接続する事により、無反射終端器からの不要なマイクロ波の反射波がほとんど存在しないため、入力端子２に接続されるアイソレータ、カップラ等のコンポーネントの高性能化を図ることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の無反射終端器では帯域は先端開放線路の特性インピーダンスZ1に依存する。これは誘電体基板の誘電率、厚さおよび先端開放線路の幅により決まり、実現上、１０Ω程度が限界である。この場合、比帯域は１００％となる。このように、この種の無反射終端器では比帯域が比較的狭いため、通常、コンポーネントの周波数に応じて無反射終端器を設計する必要があり、設計時間がかかるとともに、品種も増えてしまう問題点があった。また、ある種のレーダ装置においては２〜３オクターブの超広帯域化が要求される場合があり、このような装置には使用できない問題点もあった。
【００１３】
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、周波数に依存せず広帯域にわたってＶＳＷＲの良好な無反射終端器を得ることを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明による無反射終端器は、特性インピーダンスＺ０を有する伝送線路の一端に接続された第１の抵抗（抵抗値：Ｒ１）と先端開放線路（特性インピーダンス：Ｚ１、長さ：θ１）との直列回路と、
上記直列回路に並列に接続され、第２の抵抗（抵抗値：Ｒ２）と先端短絡線路（特性インピーダンス：Ｚ２、長さ：θ２）との直列回路とを有し、
Ｒ１＝Ｒ２＝Ｚ０、θ１＝θ２、Ｚ１＊Ｚ２＝Ｚ０＊Ｚ０
の条件下で成立するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は実施の形態１の無反射終端器の構成を示すものであり、図中、６は第２の抵抗、７は先端短絡線路、８は金属ブロックである。
この無反射終端器はこの図に示すように、第１の抵抗４が接続されている伝送線路３の先端に、第２の抵抗６と金属ブロック８により先端短絡された先端短絡線路７との直列回路を接続したものであり、誘電体基板１上にマイクロ波集積回路を用いて一体形成されている。
なお、ここでは先端短絡線路７を実現するのに金属ブロック８を用いた場合について示しているが、メッキを施したスルホール、誘電体基板１の側面メタライズを用いても良い。
【００１７】
図２（a）はこの発明の無反射終端器の等価回路を表すものである。この図から明らかなように従来の無反射終端器を構成する第１の抵抗４と先端開放線路５との直列回路に、並列に、第２の抵抗６と先端短絡線路７との直列回路が接続されたものと見なすことができる。
ここで先端短絡線路７の長さは先端開放線路５の長さとほぼ同じく所望の周波数ｆ０で１／４波長に選ばれている。このような長さに選ぶことにより、ｆ０の奇数倍の周波数に対して、図２（a）は図２（ｂ）の等価回路となる。即ち、伝送線路３の先端には第１の抵抗４のみが接続されたものと見なすことができる。また、直流およびｆ０の偶数倍の周波数に対しては図２（ｃ）の等価回路となり、伝送線路３の先端には第２の抵抗６のみが接続されたものと見なすことができる。
【００１８】
図３はこの発明の無反射終端器のVSWR特性の一例である。第２の抵抗６の抵抗値を第１の抵抗４と同様に伝送線路３の特性インピーダンスZ0にほぼ等しく選ぶことにより、この図に示すように広帯域にわたって良好な特性が得られる。
【００１９】
次に動作原理について説明する。図１おいて、アイソレータあるいはカップラ等のコンポーネントから漏洩した不要なマイクロ波は入力端子２から入力され、伝送線路３を通って第１の抵抗４と第２の抵抗６に到達する。ここでｆ０の奇数倍の周波数成分のマイクロ波は第１の抵抗４で、偶数倍の周波数成分のマイクロ波は第２の抵抗６で吸収され、それ以外のマイクロ波は両者で大部分吸収される。従って、広帯域にわたって入力端子２における不要なマイクロ波の反射波を無くすことができる。
【００２０】
以上のように、この発明の無反射終端器では従来の無反射終端器を構成する第１の抵抗４と先端開放線路５との直列回路に並列接続されるように、第２の抵抗６と先端短絡線路７との直列回路を設けることにより、数オクターブ以上の広帯域にわたって良好なVSWRを得ることができる。
従って、従来のようにコンポーネントの周波数に応じて無反射終端器の設計をする必要が無く設計時間の短縮が図れるとともに、品種も削減できるため低価格化を図ることができる利点がある。
また、２〜３オクターブの超広帯域が要求されるレーダ装置にも使用可能である。
【００２１】
実施の形態２．
実施の形態２の無反射終端器は実施の形態１と基本構成は同じであるが、実施の形態１では先端開放線路５と先端短絡線路７の長さをそれぞれ所望の周波数で１／４波長に選んだ場合について示したが、実施の形態２ではこれらの長さに限定するものではない。
ここで第１の抵抗４の抵抗値をR １,先端開放線路５の特性インピーダンス、長さをそれぞれZ1,Θ１とし、第２の抵抗６の抵抗値をR2,先端短絡線路７の特性インピーダンス、長さをそれぞれZ2、Θ２とすると、実施の形態２の無反射終端器の等価回路は図４で表せる。この等価回路において、伝送線路３の先端から第１の抵抗４側を見たインピーダンスZLは数４で表すことができる。
【００２２】
【数４】

【００２３】
この式において、虚数部が零になる条件を求めると、R1=R2=Z0, Θ１＝Θ２,
Z1＊Z2=Z0＊Z0となる。
即ち、第１の抵抗４と第２の抵抗６とがそれぞれ伝送線路３の特性インピーダンスZ0に、また、先端開放線路５の長さと先端短絡線路７との長さが等しく、さらに、先端開放線路５と先端短絡線路７との特性インピーダンスの積が伝送線路３の特性インピーダンスZ0の２乗に等しい。この場合、所望の周波数ｆ０でΘ１＝Θ２＝９０°に選ぶ必要がなく、任意の長さで良い。このような条件では実数部は数５となる。
【００２４】
【数５】

【００２５】
即ち、伝送線路３の先端から第１の抵抗４側を見たインピーダンスZLは伝送線路３の特性インピーダンスZ0に等しい。従って、図４（ｂ）に示すように周波数に関系なく、VSWR=１の非常に良好な特性が得られ、この無反射終端器を使用することで、よりコンポーネントの高性能化、広帯域化が図れる。
【００２６】
図５はこの発明の実施の形態２の無反射終端器の構成を示すものである。先端開放線路５の特性インピーダンスZ1と先端短絡線路７の特性インピーダンスZ2をそれぞれ５０Ωにするか、この図のようにZ1とZ2が異なる、即ち、幅が異なっても良い。例えば、Z1=１０Ωの場合、Z2=２５０Ωに選べば良く、その逆であっても同じである。
【００２７】
このように、この無反射終端器の第１の抵抗４、第２の抵抗６、先端開放線路５および先端短絡線路７の長さと特性インピーダンスをこのような値に選ぶことにより、周波数に関係なく常にVSWR=１が得られ、この無反射終端器を使用することで、よりコンポーネントの高性能化、広帯域化が図れる。
【００２８】
以上に示した無反射終端器では誘電体基板１上にマイクロ波集積回路技術により構成した場合について述べたが、半導体基板上にモノリシック集積回路技術を用いて構成した場合であっても良く、また、第２の抵抗６と先端短絡線路７とを構成する基板が他と異なっても良い。さらに、第１の抵抗４および第２の抵抗６はチップ抵抗を用いた場合であっても良い。
【００２９】
【発明の効果】
この発明によれば、第１の抵抗と先端開放線路との直列回路に、第２の抵抗と先端短絡線路との直列回路を並列に接続することにより、広帯域にわたって良好な特性の無反射終端器が得られ、第１の抵抗と第２の抵抗がそれぞれ特性インピーダンス Z0 に、また、先端開放線路の長さと先端短絡線路の長さが等しく、かつ、先端開放線路の特性インピーダンスと先端短絡線路の特性インピーダンスとの積が特性インピーダンス Z0 の２乗に等しいくすることにより、周波数に関系なく、常に、 VSWR= １の特性が得られる。このため、周波数の異なる多品種の無反射終端器を設計、製作する必要がなく、設計時間の短縮および低価格化が図れるとともに、コンポーネントのより高性能化が図れる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による実施の形態１の無反射終端器の構成を示す図である。
【図２】この発明による実施の形態１の無反射終端器の等価回路を示す図である。
【図３】この発明による実施の形態１の無反射終端器のVSWR特性の一例を示す図である。
【図４】この発明による実施の形態２の無反射終端器の等価回路およびVSWR特性を示す図である。
【図５】この発明による実施の形態２の無反射終端器の構成を示す図である。
【図６】従来の無反射終端器の構成を示す図である。
【図７】従来の無反射終端器の等価回路およびVSWR特性を示す図である。
【符号の説明】
１誘電体基板
２入力端子
３伝送線路
４第１の抵抗
５先端開放線路
６第２の抵抗
７先端短絡線路
８金属ブロック

Claims

特性インピーダンスＺ０を有する伝送線路の一端に接続された第１の抵抗（抵抗値：Ｒ１）と先端開放線路（特性インピーダンス：Ｚ１、長さ：θ１）との直列回路と、
上記直列回路に並列に接続され、第２の抵抗（抵抗値：Ｒ２）と先端短絡線路（特性インピーダンス：Ｚ２、長さ：θ２）との直列回路とを有し、
Ｒ１＝Ｒ２＝Ｚ０、θ１＝θ２、Ｚ１＊Ｚ２＝Ｚ０＊Ｚ０
の条件下で成立することを特徴とする無反射終端器。