JP4097780B2 - 選択可能なポート・インピーダンスを有する電流平衡バラン・ネットワーク - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、バラン・ネットワーク(balun network) に関し、更に特定すれば、選択可能なポート・インピーダンスを有するバラン・ネットワークに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無線機の設計者は、典型的に、例えば３００オーム，７５オーム，または５０オームのような標準的なインピーダンスを有する素子やフィード・ラインを選択する。かかる標準的なインピーダンスは、既存の標準的な素子のインピーダンスとは整合する。これらには、平衡−不平衡ネットワーク即ちバラン・ネットワークが含まれる。既知のバラン・ネットワークは、平衡および不平衡入力と出力との間のインピーダンス比が固定されている。例えば、スプリット・シース(split sheath)バランやバズーカ・バランのような殆どのバランは、１：１のインピーダンス比を有する。したがって、入力インピーダンスは出力インピーダンスと同一である。半波バランのような他のバランには、インピーダンス比が４：１のものもあり、この場合平衡ポートは不平衡ポートのインピーダンスの４倍のインピーダンスを有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
集積回路チップには、無線周波数機能が実装されている場合がある。多くの集積回路チップは平衡接続であるが、プリント回路ボード上の他の素子には、不平衡接続を必要とするものもある。インピーダンス比が固定されたバランを実装し、無線周波数素子の標準的インピーダンスに結合する場合、集積回路の設計はインピーダンスに対する制約を受けることになる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平衡ポートおよび不平衡ポート間に選択的可変インピーダンス比を有するバラン・ネットワークを提供する。本発明の半波バラン・ネットワークは少なくとも電流について平衡であり、隣接する導体部分１３０，１４０を有する導体部を備えている。平衡ポート１１０が導体部の端部間に、不平衡ポート１２０が導体部の一方の端部および接地面１０７間に配されている。半波バラン・ネットワークの隣接導体部分１３０，１４０のインピーダンス間の差が、平衡ポート１１０および不平衡ポート１２０のポート・インピーダンス間に選択可能なインピーダンス比を与える。異なるインピーダンス導体部分の数は無限に近く、これによってテーパー状導体部分が得られる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
第１実施例による、平衡ポート１１０および不平衡ポート１２０間に選択的可変インピーダンス比を有するバラン・ネットワークを図１に示す。このバラン・ネットワークは、少なくとも２つの隣接要素１３０，１４０から成る導体部分を有する。第１および第２部分１３０，１４０で構成されるラインの全長ｌ（エル）は、対象の公称周波数の波長の約半分の奇数の整数倍の長さを有する。平衡ポート１１０は、導体部分の第１端部１０３および第２端部１０５間、即ち、第１および第２導体部分１３０，１４０間に接続する。不平衡ポート１２０は、第１端部１０３および接地面即ち不平衡ポート１２０の接地１０７間に接続する。
【０００６】
第１導体部分１３０はインピーダンスＺ1 を有し、第２部分１４０は、第１部分のインピーダンスＺ1 とは異なるインピーダンスＺ2 を有する。異なるインピーダンスの異なる部分を設けることにより、インピーダンスが選択的に変化するポートを有する半波バラン・ネットワークが得られる。例えば、第１部分１３０のインピーダンスＺ1 が４５オームであり、第２部分１４０のインピーダンスＺ2 が６０オームである場合、平衡ポート１１０は２７２．３３３オームのインピーダンスを有し、不平衡ポート１２０は５０オームのインピーダンスを有する。この導体部分１３０，１４０間のインピーダンス差を変化させることにより、平衡ポート１１０および不平衡ポート１２０間のインピーダンスの比の上昇および低下が可能となる。本発明のバラン・ネットワークは、上は約９：１まで、下は概ね２：１まで、およびその間の値の選択可能なインピーダンス比を得ることができる。
【０００７】
しかしながら、インピーダンスが一定の単一導体部分を有する従来のバランでは、例えば、前述のバラン・ネットワークは平衡ポートおよび不平衡ポート間の予測インピーダンス比は４：１である。したがって、導体部分がその半波長において一定のインピーダンスを有する場合、平衡ポート１１０のインピーダンスは２００オームとなり、不平衡ポート１２０のインピーダンスは５０オームとなる。
【０００８】
本発明のバラン・ネットワークは、少なくとも電流については平衡状態にある。半波部の部分のインピーダンスを変化させると、電圧は、接地面即ち接地１０７に関して測定した場合、平衡ポートの各端子において不平衡となることがわかった。
【０００９】
図２は、インピーダンスＺ（ｌ）が導体の長さに沿ったいずれかの所与の点における位置にしたがって変動する、テーパー状導体部を示す。２つ以上の異なるインピーダンス導体部分を設けて、ポート間の比を調節することができるので、図２の実施例のテーパー形状の導体部は、無限に近い多数の導体部分を示す。したがって、異なるインピーダンス部分の数は、２から無限大まで変化させることができる。テーパー状導体部は、同様にシミュレーションによって示され、導体の長さに沿って選択されたインピーダンスに応じて、平衡ポートおよび不平衡ポートにおいて可変インピーダンスを与える。
【００１０】
平衡ポート１１０は、テーパー状導体部１５０の第１端部１０３および第２端部１０５間に接続し、不平衡ポート１２０は、第１端部１０３および接地面即ち不平衡ポートの接地１０７の間に接続する。
【００１１】
図３は、プリント回路ボード２１０上のバラン・ネットワーク構造の一例を示す。プリント回路ボード２１０は、ボード２１０の誘電体基板の表面と同一面上に、メタライズした下側面２２０を有する。細長い金属ストリップが、誘電体基板２３０の上側面上に配置されている。細長い金属ストリップは、第１インピーダンスの第１導体部分３３０、第１インピーダンスとは異なる第２インピーダンスの第２導体部分３４０を形成する。これは、プリント回路ボードの誘電体基板２３０上にある細長い金属ストリップの幅を変えることによって得られる。図３の第１導体部分３３０および第２導体部分３４０は、Ｕ字状外形を有し、その電気的中点において逆方向にループし、２つの導体部分間の中央線に沿って対称形となっている。
【００１２】
平衡ポート３１０が、第１導体部分３３０および第２導体部分３４０の第１端部３０３および第２端部３０５間に設けられている。不平衡ポート３２０が、導体部分の第１端部３０３および接地面即ち不平衡ポート３２０の接地３０７間に設けられている。図３の実施例のメタライズした下側面２２０を有するプリント回路の実施例では、不平衡ポート３２０の接地面は、金属層２２０と同一である。
【００１３】
図４は、携帯無線機４１０を示し、その内部にプリント回路ボード４２０の切断図が含まれている。プリント回路ボード４２０は、集積回路チップ４４０に接続するためにボード上にめっきされた、バラン・ネットワーク４３０を有する。また、プリント回路ボード４２０は、アンテナ４６０および無線機の送受信回路の増幅器４７０間に結合された別のバラン・ネットワーク４５０も有している。本発明による選択可能なインピーダンス比を有するバラン・ネットワークをプリント回路ボード上に配置することによって、バラン・ネットワークの平衡ポートおよび不平衡ポート間の選択可能なインピーダンス比は、集積回路チップ４４０，無線機送受信回路，およびアンテナ４６０のような構成要素の選択および設計を行う際に、その柔軟性を高めることになる。既存の固定インピーダンスを有する構成要素は、本発明の可変インピーダンス・バランによって、その重要性が低下することになろう。
【００１４】
以上、本発明についてこれまでの記載において説明し図面に示したが、この記載は単なる一例に過ぎず、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、多数の変更や改良も当業者には可能である。本発明は、電流の平衡を要求するバランを必要とする装置に適用可能である。これらの装置には、セルラ，ページング，衛星および陸上用移動機製品群が含まれる。これらの装置およびその他の装置に、柔軟性を更に高めた集積回路チップを供給することも可能となる。プリント回路ボード上にストリップ・ラインまたはマイクロストリップ形状で設ける以外にも、孔またはその他の導通構造を形成し、接地面を選択的にめっきした、めっき誘電体ブロックを用いて、バラン・ネットワークを実装することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例によるバラン・ネットワークを示す図。
【図２】第２実施例によるバラン・ネットワークを示す図。
【図３】第３実施例によるバラン・ネットワークを示す図。
【図４】バラン・ネットワークおよび素子を共有するプリント回路ボードを有する無線機を示す図。
【符号の説明】
１０３ 第１端部
１０５ 第２端部
１０７ 接地
１１０ 平衡ポート
１２０ 不平衡ポート
１３０，１４０ 隣接部分
１５０ テーパー状導体部
２１０ プリント回路ボード
２２０ 下側面
２３０ 誘電体基板
３０３ 第１端部
３０５ 第２端部
３０７ 接地
３１０ 平衡ポート
３２０ 不平衡ポート
３３０ 第１導体部分
３４０ 第２導体部分
４１０ 携帯無線機
４２０ プリント回路ボード
４３０，４５０ バラン・ネットワーク
４４０ 集積回路チップ
４６０ アンテナ
４７０ 増幅器
Claims (9)
- 少なくとも電流について平衡なバラン・ネットワークであって：
第１および第２端部（３０３，３０５）、ならびにそれらの間の少なくとも２つの隣接する導体要素（３３０，３４０）を有する導体部；
前記導体部の前記第１端部および前記導体部の第２端部間にある平衡ポート（３１０）；および
接地基準面（３０７）および前記導体部の前記第１端部（３０３）間にある不平衡ポート（３２０）；
から成り、前記少なくとも２つの隣接する導体要素（３３０，３４０）は、互いに異なるインピーダンスを有し、前記平衡ポート（３１０）および前記不平衡ポート（３２０）において、選択されたインピーダンス値を与え、前記少なくとも２つの隣接する導体要素（３３０，３４０）は、該少なくとも２つの隣接する導体要素の電気的中点において逆方向にループするＵ字形状を有するとともに、前記少なくとも２つの隣接する導体要素（３３０，３４０）間の中央線に沿って対称的であることを特徴とするバラン・ネットワーク。 - 前記平衡ポート（３１０）および前記不平衡ポート（３２０）の１つに動作可能に結合された接続ポートを有する集積回路を更に備えていることを特徴とする請求項１記載のバラン・ネットワーク。
- 前記平衡ポートおよび前記不平衡ポートのインピーダンス比が、前記少なくとも２つの導体要素（３３０，３４０）の相対的インピーダンスに依存することを特徴とする請求項１記載のバラン・ネットワーク。
- 前記第１および第２導体部分（３３０，３４０）が同一面にあることを特徴とする請求項１記載のバラン・ネットワーク。
- 前記接地基準面（３０７）は、フィード・ライン接地導体から成ることを特徴とする請求項１記載のバラン・ネットワーク。
- 前記導体部は、対象とする周波数の半波長の奇数倍の長さを有することを特徴とする請求項１記載のバラン・ネットワーク。
- 前記導体部は、誘電体表面上の少なくとも１つの細長い金属ストリップで形成されていることを特徴とする請求項１記載のバラン・ネットワーク。
- 携帯無線機（４１０）であって：
不平衡接続を与える無線送受信回路；
第１および第２端部（３０３，３０５）、ならびにそれらの間に少なくとも２つの隣接する導体要素（３３０，３４０）を有する導体部，該導体部の前記第１端部および該導体部の第２端部間にある平衡ポート（３１０），接地基準面（３０７）および前記導体部の前記第１端部（３０３）間にあり、前記無線送受信回路の前記不平衡接続に動作可能に結合された不平衡ポート（３２０）から成り、前記少なくとも２つの隣接する導体要素（３３０，３４０）が互いに異なるインピーダンスを有し、前記平衡ポート（３１０）および前記不平衡ポート（３２０）において、選択されたインピーダンス値を与えるバラン・ネットワークであって、前記少なくとも２つの隣接する導体要素（３３０，３４０）は、該少なくとも２つの隣接する導体要素の電気的中点において逆方向にループするＵ字形状を有するとともに、前記少なくとも２つの隣接する導体要素間（３３０，３４０）の中央線に沿って対称的である、バラン・ネットワーク；および
平衡接続を含む集積回路（４４０）であって、該集積回路の前記平衡接続の一方の導体 が前記導体部の前記第１端部に接続され、前記集積回路の前記平衡接続の他方の導体が前記導体部の前記第２端部に接続された集積回路（４４０）；
から成ることを特徴とする携帯無線機（４１０）。 - 携帯無線機（４１０）であって：
不平衡出力を与える無線送受信回路；
第１および第２端部（３０３，３０５）、ならびにそれらの間に少なくとも２つの隣接する導体要素（３３０，３４０）を有する導体部，該導体部の前記第１端部および該導体部の第２端部間にある平衡ポート（３１０），接地基準面（３０７）および前記導体部の前記第１端部（３０３）間にあり、前記無線送受信回路の前記不平衡出力に動作可能に結合された不平衡ポート（３２０）から成り、前記少なくとも２つの隣接する導体要素（３３０，３４０）が互いに異なるインピーダンスを有し、前記平衡ポート（３１０）および前記不平衡ポート（３２０）において、選択されたインピーダンス値を与えるバラン・ネットワークであって、前記少なくとも２つの隣接する導体要素（３３０，３４０）は、該少なくとも２つの隣接する導体要素の電気的中点において逆方向にループするＵ字形状を有するとともに、前記少なくとも２つの隣接する導体要素間（３３０，３４０）の中央線に沿って対称的である、バラン・ネットワーク；および
平衡アンテナ・ポートを含むアンテナ素子（４６０）であって、該アンテナ素子の前記平衡アンテナ・ポートの一方の導体が前記導体部の前記第１端部に接続されて、前記アンテナ素子の前記平衡ポートの他方の導体が前記導体部の前記第２端部に接続されたアンテナ素子（４６）；
から成ることを特徴とする携帯無線機（４１０）。
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