JP5016089B2

JP5016089B2 - 水平及び垂直キャパシタンスを形成するマーチャンドバランディバイス

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Publication number: JP5016089B2
Application number: JP2010179709A
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Inventors: 晋 ▲詰▼ ▲鄭▼; 仁 ▲福▼ ▲廉▼
Original assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
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Publication date: 2012-09-05
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Description

本発明は、バランディバイス（ｂａｌｕｎｄｅｖｉｃｅ）に関し、具体的には広帯域特性を有するマーチャンドバランディバイス（ｍａｒｃｈａｎｄｂａｌｕｎｄｅｖｉｃｅ）に関する。

バランディバイスは、平衡ミキサー（ｂａｌａｎｃｅｄｍｉｘｅｒ）、２−乗算器（ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）、プッシュ−プール（ｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ）増幅器の設計に主に使われる。平衡ミキサーは、ハーモニック除去能力（Ｈａｒｍｏｎｉｃｒｅｊｅｃｔｉｏｎ）が優れ、ダイナミック範囲（ｄｙｎａｍｉｃｒａｎｇｅ）が大きいという長所のために、様々なＲＦシステムで使われる。平衡ミキサーには大きさが同じであり、位相が反対である２信号が使われる。この信号を生成する部品がバランディバイス（ｂａｌｕｎｄｅｖｉｃｅ）である。

従来のバランディバイスは、主に受動素子を利用して設計されている。典型的な受動素子としてはレンジ結合器（Ｌａｎｇｅｃｏｕｐｌｅｒ）、リング結合器（Ｒａｔｒａｃｅｃｏｕｐｌｅｒ）、方向性結合器（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃｏｕｐｌｅｒ）などがある。この結合器の周波数帯域は、開始周波数の１０％〜１５％に知られている。

広帯域バランディバイスを具現するために２つのマーチャンドバランディバイスが開発されている。マーチャンドバランディバイスは、２終端が接地された結合線の中間部分を負荷として使用する。各々の結合線は、１／４波長の長さを有する。マーチャンドバランディバイスの周波数帯域は、最大開始周波数の２倍周波数（１ｏｃｔａｖｅ）までに知られている。

バランディバイスの周波数帯域が広い場合、これを使用する平衡ミキサーの周波数帯域も、増加する。広い帯域を支援する平衡ミキサーは、様々な周波数帯域のシステムに広く使われることができる。したがって、平衡ミキサーの市場価値は、相当に大きくなることができる。

バランディバイスの周波数帯域を増大させるための努力で発表された論文としては、非特許文献１と、非特許文献２等がある。

非特許文献１は、７個の結合線路を水平に連結して結合係数を増加させた。その結果、３０〜６０ＧＨｚ（２倍周波数帯域）に達する広帯域バランディバイスを具現した。出力位相誤差１８０°±１５°と大きさ誤差±１．５ｄＢとの性能を示す。非特許文献２は、垂直に２個の結合線路を配置してインダクター補償を利用して８．５〜３０ＧＨｚ（３．５倍周波数帯域）で出力位相誤差１８０°±１０°と大きさ誤差±１．０ｄＢとの性能を示す。

公開された特許としては、特許文献１ではバランディバイスの特性改善のために既存のマーチャンドバランディバイスの出力部と結合線路との中間部にインダクターやキャパシタを挿入してバランディバイスの特性劣化を補償される装置を提案した。この特許文献１では劣化されたバランディバイスの特性を補償させるために集中定数素子（ｌｕｍｐｅｄｅｌｅｍｅｎｔ）を使用した。しかし、この特許文献１は、直接的に結合線路の結合係数を増加させられなかった。

米国特許番号第６、１５０、８９７号の公報

Ｃｈｉｎ−ＳｈｅｎＬｉｎｅｔａｌ．、"ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＭｕｌｔｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｕｐｌｅｄ−ＬｉｎｅｍａｒｃｈａｎｄｂａｌｕｎｓｆｏｒＭｉｎｉａｔｕｒｅＭＭＩＣＤｅｓｉｇｎ"、ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｈｅｏｒｙＴｅｃｈ．、ｖｏｌ．５５、ｎｏ．６、ｐｐ．１１９０−１１９９、Ｊｕｎｅ２００７。ＫｅｎｊｉｒｏＮｉｓｈｉｋａｗａｅｔａｌ．、"ＣｏｍｐａｃｔａｎｄＢｒｏａｄ−ＢａｎｄＴｈｒｅｅ−ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＭＭＩＣｂａｌｕｎｓ"、ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｈｅｏｒｙＴｅｃｈ．、ｖｏｌ．４７、ｎｏ．１、ｐｐ．９６−９８、Ｊａｎ．１９９９．

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、結合係数を増加させることによって、優れた周波数帯域特性を有するマーチャンドバランディバイスを提供するものである。

本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスは、平衡端子と接地端子との間に連結される第１線路と、前記第１線路と水平方向に並べて位置し、前記第１線路と水平キャパシタンスを形成する第２線路と、前記第１及び第２線路と垂直方向に並べて位置し、前記第１線路又は、前記第２線路と垂直キャパシタンスを形成する結合線路と、を含む。

実施形態として、前記第２線路は、不平衡端子と開放端子との間に連結されることができる。前記結合線路は、前記第１及び第２線路の中の１つとビアを通じて連結することができる。

本発明の他の実施形態によるマーチャンドバランディバイスは、第１平衡端子と接地端子との間に連結される第１線路と、第２平衡端子と接地端子との間に連結される第２線路と、前記第１及び第２線路と水平方向に並べて位置し、前記第１及び第２線路と水平キャパシタンスを形成する第３線路と、前記第１及び第３線路と垂直方向に並べて位置し、前記第１線路又は、前記第３線路と垂直キャパシタンスを形成する第１結合線路と、前記第２及び第３線路と垂直方向に並べて位置し、前記第２線路又は、前記第３線路と垂直キャパシタンスを形成する第２結合線路と、を含む。

実施形態として、前記第３線路は、不平衡端子と開放端子との間に連結される。前記第３線路は、前記第１及び第２線路との間に位置できる。

他の実施形態として、前記第１及び第２結合線路は、ビアを通じて前記第３線路に各々連結することができる。前記第１結合線路は、ビアを通じて前記第１線路に連結して、前記第２結合線路は、ビアを通じて前記第２線路に連結されることができる。

その他の実施形態として、前記第１及び第２線路の長さは、前記第３線路の長さの半分又は、その以下であり得る。前記第１及び第２結合線路の長さは、各々前記第１及び第２線路の長さと同一であるか、或いは小さいことができる。

本発明によると、水平キャパシタンス以外に垂直キャパシタンスを有することによって、全体的に結合係数を増加させることができる。本発明は、結合係数の増加を通じて周波数動作帯域幅を増加し、動作特性を向上させることができる。

本発明によるマーチャンドバランディバイスの第１実施形態を示す図面である。図１に示すマーチャンドバランディバイスのａ−ａ’に沿って切取した断面図である。本発明によるマーチャンドバランディバイスの第２実施形態を示す図面である。本発明によるマーチャンドバランディバイスの第３実施形態を示す図面である。図４に示すマーチャンドバランディバイスのｂ−ｂ’に沿って切取した断面図である。本発明によるマーチャンドバランディバイスの第４実施形態を示す図面である。本発明によるマーチャンドバランディバイスの第５実施形態を示す図面である。図７に示すマーチャンドバランディバイスのｃ−ｃ’に沿って切取した断面図である。本発明によるマーチャンドバランディバイスの第６実施形態を示す図面である。本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスの挿入損失（ｉｎｓｅｒｔｉｏｎｌｏｓｓ）シミュレーション結果を示すグラフである。本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスの反射損失（ｒｅｔｕｒｎｌｏｓｓ）シミュレーション結果を示すグラフである。本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスの大きさ誤差（ａｍｐｌｉｔｕｄｅｉｍｂａｌａｎｃｅ）シミュレーション結果を示すグラフである。本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスの位相誤差（ｐｈａｓｅｉｍｂａｌａｎｃｅ）シミュレーション結果を示すグラフである。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態は、この技術分野で通常的な知識を有する者に本発明が十分に分かるように提供されていることとして、多様な形態に変形でき、本発明の範囲が次に記述される実施形態に限定されることではない。

上述した目的、特徴、及び長所は、添付された図面と関連する次に詳細な説明を通じてより一層に明確されるはずであり、それに従って、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施できることである。又は、本発明を説明することにおいて、本発明と関連された公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曇ることができると判断される場合にその詳細な説明を省略するようにする。以下、添付された図面を参照して本発明による望ましい実施形態を詳細に説明する。

マーチャンドバランディバイスのＲＦ特性は、線路らの間の結合係数（ｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を増加させることによって、向上することができる。マーチャンドバランディバイスの結合係数を増加するためには結合線路（ｃｏｕｐｌｅｄｌｉｎｅ）の数を増やすことができる。結合線路は、水平方向に配置する事もでき、垂直方向に配置することができる。

結合線路を水平方向のみに配置する場合、マーチャンドバランディバイスは、面積が広くなって線路の互いにクロスオーバー（ｃｒｏｓｓ−ｏｖｅｒ）できる。このような否定的な効果のゆえに、マーチャンドバランディバイスの動作特性が悪くなることができる。又は、マーチャンドバランディバイスの線路幅が増加されて曲げることが難しくなるので、物理的な柔軟性が落ちる。結合線路を垂直方向のみに配置する場合、マーチャンドバランディバイスは、ＧａＡｓＭＭＩＣでは３階以上の多層線路を提供しないために様々な層の垂直結合を具現するには限界がある。

本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスは、水平方向に配置された２つの線路との間のキャパシタンス（以下、水平キャパシタンスと称する）に加えて、垂直方向に結合線路を配置して線路と結合線路との間のキャパシタンス（以下、垂直キャパシタンスと称する）を形成するため、結合係数を増加して動作特性を向上させることができる。

図１は、本発明によるマーチャンドバランディバイスの第１実施形態を示す図面である。図１を参照すると、本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイス１００は、第１乃至第３線路１１０、１２０、１３０、そして第１及び第２結合線路１４０、１５０を含む。

第１線路１１０は、第１平衡端子１１１と第１接地端子１１２との間に連結する。第１平衡端子１０５は、平衡信号（ｂａｌａｎｃｅｄｓｉｇｎａｌ）を入力される。第１接地端子１１２は、ビア（ｖｉａ）１１５を通じて接地層ＧＮＤ、１６０に連結される。

第２線路１２０は、第２平衡端子１２１と第２接地端子１２２との間に連結される。第２平衡端子１２１は、平衡信号（ｂａｌａｎｃｅｄｓｉｇｎａｌ）を受信する。第２接地端子１２２は、ビア１２５を通じて接地層ＧＮＤ、１６０に連結される。第１及び第２平衡端子１１１、１２１の平衡信号は、互いに大きさが同一であり、位相が反対であり得る。

第３線路１３０は、不平衡端子１３１に連結される。不平衡端子１３１は、不平衡信号（ｕｎｂａｌａｎｃｅｄｓｉｇｎａｌ）を受信する。第３線路１３０の他の端子は、開放（ｏｐｅｎ）される。以下では、第３線路１３０の開放された端子を開放端子と称する。

第１結合線路１４０は、ビア１４５を通じて第３線路１３０に連結される。第１結合線路１４０の長さは、第１線路１１０の長さと同じであるか、或いは、小さいことができる。第１結合線路１４０の長さによって、第１結合線路１４０と第１線路１１０との間の垂直キャパシタンスが変わることができる。第１結合線路１４０の幅は、第１線路１１０と第３線路１３０との幅の合計と同一であり得る。第１結合線路１４０は、第１線路１１０と垂直キャパシタンスを形成する。第１結合線路１４０の幅によって、第１結合線路１４０と第１線路１１０との間の垂直キャパシタンスが変わることができる。

第２結合線路１５０は、ビア１５５を通じて第３線路１３０に連結される。第２結合線路１５０の長さは、第２線路１２０の長さと同一であるか、或いは、小さいことができる。第２結合線路１５０の幅は、第２線路１２０と第３線路１３０との幅の合計と同一であり得る。第２結合線路１５０は、第２線路１２０と垂直キャパシタンスを形成する。第１及び第２線路１１０、１２０は、各々λ／４の長さを有することができる。ここで、λは、第１及び第２平衡端子１１１、１２１に入力される平衡信号の波長である。

マーチャンドバランディバイス１００は、不平衡信号（ｕｎｂａｌａｎｃｅｄｓｉｇｎａｌ）を受信して、平衡信号（ｂａｌａｎｃｅｄｓｉｇｎａｌ）を出力できる。又は、マーチャンドバランディバイス１００は、平衡信号（ｂａｌａｎｃｅｄｓｉｇｎａｌ）を受信して、不平衡信号（ｕｎｂａｌａｎｃｅｄｓｉｇｎａｌ）を出力できる。マーチャンドバランディバイス１００は、結合線路の奇数モードインピーダンス（ｏｄｄｍｏｄｅｉｍｐｅｄａｎｃｅ）が小さければ小さいほど、偶数モードインピーダンス（ｅｖｅｎｍｏｄｅｉｍｐｅｄａｎｃｅ）が大きければ大きいほど、優秀な特性を有することと知られている。

一般的に結合線路に対する奇数モードインピーダンスと偶数モードインピーダンスとは、各々次の［数１］及び［数２］に表現される。

（ｃ：結合係数：ｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）
したがって、優秀な特性を有するマーチャンドバランディバイス１００を具現するためには結合係数を増加させなければならない。本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイス１００は、水平方向に配置された線路による水平キャパシタンスに、垂直方向に配置された結合線路による垂直キャパシタンスを追加することによって、結合係数を増加する。

図２は、図１に示すマーチャンドバランディバイス１００のａ−ａ’に沿って切取した断面図である。図２を参照すると、第２及び第３線路１２０、１３０との間に水平キャパシタンスＣ１が形成される。第３線路１３０は、ビア１５５を通じて第２結合線路１５０に連結される。第２結合線路１５０は、第２線路１２０と垂直キャパシタンスＣ２を形成する。

本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイス１００は、第２及び第３線路１２０、１３０との間の垂直キャパシタンスＣ１の以外に、第２結合線路１５０と第２線路１２０との間の水平キャパシタンスＣ２をさらに追加することによって、全体的に結合係数を増加できる。

図３は、本発明によるマーチャンドバランディバイスの第２実施形態を示す図面である。図３を参照すると、本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイス２００は、第１乃至第３線路２１０、２２０、２３０、そして第１及び第２結合線路２４０、２５０を含む。

第１線路２１０は、第１平衡端子２１１と第１接地端子２１２との間に連結される。第１接地端子２１２は、ビア２１５を通じて接地層ＧＮＤ、２６０に連結される。第２線路２２０は、第２平衡端子２２１と第２接地端子２２２との間に連結される。第２接地端子２２２は、ビア２２５を通じて接地層ＧＮＤ、２６０に連結される。第３線路２３０は、不平衡端子２３１と開放端子との間に連結される。第３線路２３０は、ビア２４５を通じて第１結合線路２４０に連結して、ビア２５５を通じて第２結合線路２５０に連結される。

図３に示すマーチャンドバランディバイス２００は、第１線路２１０と第２線路２２０が第３線路２３０を基準として同一方向に位置するという点で、図１に示すマーチャンドバランディバイス１００と異なる。しかし、図３のマーチャンドバランディバイス２００は、図１のマーチャンドバランディバイス１００の同様に、第１乃至第３線路２１０、２２０、２３０による水平キャパシタンスの以外に、第１及び第２結合線路２４０、２５０による垂直キャパシタンスを追加することによって、全体的に結合係数を増加できる。

図４は、本発明によるマーチャンドバランディバイスの第３実施形態を示す図面である。図４を参照すると、本発明によるマーチャンドバランディバイス３００は、第１乃至第３線路３１０、３２０、３３０、そして第１及び第２結合線路３４０、３５０を含む。

第１線路３１０は、第１平衡端子３１１と第１接地端子３１２との間に連結される。第１接地端子３１２は、ビア３１５を通じて接地層ＧＮＤ、３６０に連結される。第２線路３２０は、第２平衡端子３２１と第２接地端子３２２との間に連結される。第２接地端子３２２は、ビア３２５を通じて接地層ＧＮＤ、３６０に連結される。第３線路３３０は、不平衡端子３３１と開放端子との間に連結される。第３線路３３０は、ビア３４５を通じて第１結合線路３４０に連結して、ビア３５５を通じて第２結合線路３５０に連結される。

図４に示すマーチャンドバランディバイス３００は、第２結合線路３５０が第２及び第３線路３２０、３３０の上部に位置するという点で、図１に示すマーチャンドバランディバイス１００と異なる。しかし、図４のマーチャンドバランディバイス３００は、図１のマーチャンドバランディバイス１００と同様に、第１乃至第３線路３１０、３２０、３３０による水平キャパシタンスの以外に、第１及び第２結合線路３４０、３５０による垂直キャパシタンスを追加することによって、全体的に結合係数を増加できる。

図５は、図４に示すマーチャンドバランディバイス３００のｂ−ｂ’に沿って切取した断面図である。図５を参照すると、図４に示すマーチャンドバランディバイス３００は、第２及び第３線路３２０、３３０との間の水平キャパシタンスＣ３の以外に、第２結合線路３５０と第２線路３２０との間の垂直キャパシタンスＣ４をさらに追加することによって、全体的に結合係数を増加できる。

図６は、本発明によるマーチャンドバランディバイスの第４実施形態を示す図面である。図６を参照すると、本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイス４００は、第１乃至第３線路４１０、４２０、４３０、そして第１及び第２結合線路４４０、４５０を含む。

第１線路４１０は、第１平衡端子４１１と第１接地端子４１２との間に連結される。第１接地端子４１２は、ビア４１５を通じて接地層ＧＮＤ、４６０に連結される。第２線路４２０は、第２平衡端子４２１と第２接地端子４２２との間に連結される。第２接地端子４２２は、ビア４２５を通じて接地層ＧＮＤ、４６０に連結される。第３線路４３０は、不平衡端子４３１と開放端子との間に連結される。第３線路４３０は、ビア４４５を通じて第１結合線路４４０に連結して、ビア４５５を通じて第２結合線路４５０に連結される。

図６に示すマーチャンドバランディバイス４００は、第１線路４１０と第２線路４２０が第３線路４３０を基準として同一方向に位置するという点で、図４に示すマーチャンドバランディバイス３００と異なる。しかし、図６のマーチャンドバランディバイス４００は、図４のマーチャンドバランディバイス３００と同様に、第１乃至第３線路４１０、４２０、４３０による水平キャパシタンスの以外に、第１及び第２結合線路４４０、４５０による垂直キャパシタンスを追加することによって、全体的に結合係数を増加できる。

図７は、本発明によるマーチャンドバランディバイスの第５実施形態を示す図面である。図７を参照すると、本発明によるマーチャンドバランディバイス５００は、第１乃至第３線路５１０、５２０、５３０、そして第１及び第２結合線路５４０、５５０を含む。

第１線路５１０は、第１平衡端子５１１と第１接地端子５１２との間に連結される。第１接地端子５１２は、ビア５１５を通じて接地層ＧＮＤ、５６０に連結される。第２線路５２０は、第２平衡端子５２１と第２接地端子５２２との間に連結される。第２接地端子５２２は、ビア５２５を通じて接地層ＧＮＤ、５６０に連結される。第３線路５３０は、不平衡端子５３１と開放端子との間に連結される。

第１線路５１０は、ビア５４５を通じて第１結合線路５４０に連結される。第１結合線路５４０の長さは、第１線路５１０の長さと同じであるか、或いは、小さいことができる。第１結合線路５４０の幅は、第１線路５１０と第３線路５３０との幅の合計と同一であり得る。第１結合線路５４０は、第３線路５３０と垂直キャパシタンスを形成できる。

第２線路５２０は、ビア５５５を通じて第２結合線路５５０に連結される。第２結合線路５５０の長さは、第２線路５２０の長さと同じであるか、或いは、小さいことができる。第２結合線路５５０の幅は第２及び第３線路５２０、５３０との幅の合計と同一であり得る。第２結合線路５５０は、第３線路５３０と垂直キャパシタンスを形成できる。

図７に示すマーチャンドバランディバイス５００は、第１線路５１０と第１結合線路５４０との間にビア５４５が形成されて第２線路５２０と第２結合線路５５０との間にビア５５５が形成されるという点で、図１に示すマーチャンドバランディバイス１００と異なる。しかし、図７のマーチャンドバランディバイス５００は、図１のマーチャンドバランディバイス１００と同様に、第１乃至第３線路５１０、５２０、５３０によった水平キャパシタンス以外に、第１及び第２結合線路５４０、５５０によった垂直キャパシタンスを追加することによって、全体的に結合係数を増加できる。

図８は、図７に示すマーチャンドバランディバイス５００のｃ−ｃ’に沿って切取した断面図である。図８を参照すると、図７に示すマーチャンドバランディバイス５００は、第２及び第３線路５２０、５３０との間の水平キャパシタンスＣ５の以外に、第２結合線路５５０と第３線路５３０との間の垂直キャパシタンスＣ６をさらに追加することによって、全体的に結合係数を増加できる。

図９は、本発明によるマーチャンドバランディバイスの第６実施形態を示す図面である。図９を参照すると、本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイス６００は、第１乃至第３線路６１０、６２０、６３０、そして第１及び第２結合線路６４０、６５０を含む。

第１線路６１０は、第１平衡端子６１１と第１接地端子６１２との間に連結される。第１接地端子６１２は、ビア６１５を通じて接地層ＧＮＤ、６６０に連結される。第２線路６２０は、第２平衡端子６２１と第２接地端子６２２との間に連結される。第２接地端子６２２は、ビア６２５を通じて接地層ＧＮＤ、６６０に連結される。第３線路６３０は、不平衡端子６３１と開放端子との間に連結される。

図９に示すマーチャンドバランディバイス６００は、第１線路６１０と第２線路６２０が第３線路６３０を基準として同一方向に位置するという点で、図７に示すマーチャンドバランディバイス５００と異なる。しかし、図９のマーチャンドバランディバイス６００は、図７のマーチャンドバランディバイス５００と同様に、第１乃至第３線路６１０、６２０、６３０による水平キャパシタンスの以外に、第１及び第２結合線路６４０、６５０による垂直キャパシタンスを追加することによって、全体的に結合係数を増加できる。

本発明によるマーチャンドバランディバイスは、線路と結合線路との間のビアの位置によって、上述したこと以外の多様な実施形態を有することができる。

以下では本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスの動作特性を説明するために、多様な構造シミュレーション（ＥＭｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）結果が説明される。水平キャパシタンスのみを有するマーチャンドバランディバイスに対する構造シミュレーションと、水平及び垂直キャパシタンスを全て有するマーチャンドバランディバイスに対する構造シミュレーションを比較した実験例が説明される。構造シミュレーション条件は、次の通りである。

基板：１００ｕｍ厚さのＧａＡｓ（誘電率：１２．９）
上位結合線路：２ｕｍ厚さ、２０ｕｍ幅、線路との間隔４ｕｍ
下位線路：１ｕｍ厚さ、４４ｕｍ幅、１６０ｕｍ長く
垂直線路との間の誘電体：１．６ｕｍ厚さのＰｏｌｙｍｉｄｅ（誘電率：２。９）、０．１ｕｍ厚さのＳｉＮ（誘電率：６．９）
図１０は、本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスの挿入損失（ｉｎｓｅｒｔｉｏｎｌｏｓｓ）シミュレーション結果を示すグラフである。図１０において、横軸は、ＧＨｚ単位の周波数（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を表し、縦軸は、不平衡端子（図１参照、１３１）での入力信号大きさに対する平衡端子（図１参照、１１１）での出力信号大きさの比をｄＢに表したものである。

図１０を参照すると、点線Ａは、水平キャパシタンスのみを有する従来のマーチャンドバラン装置の挿入損失シミュレーション結果であり、実線Ｂは、水平及び垂直キャパシタンスを有する本発明のマーチャンドバランディバイスの挿入損失シミュレーション結果である。従来のマーチャンドバランディバイスは、２０〜７０ＧＨｚ帯域で７．６〜４．５ｄＢの挿入損失特性Ａを有する。反面に、本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスは、同一周波数帯域で５．５〜３．４ｄＢの改善された挿入損失特性Ｂを有する。

図１１は、本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスの反射損失（ｒｅｔｕｒｎｌｏｓｓ）シミュレーション結果を示すグラフである。図１１において、横軸は、ＧＨｚ単位の周波数（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を表し、縦軸は、不平衡端子（図１参照、１３１）での入力信号大きさに対する反射信号大きさの比をｄＢに表したものである。

図１１を参照すると、点線Ｃは、水平キャパシタンスのみを有する従来のマーチャンドバルン装置の反射損失シミュレーション結果であり、実線Ｄは、水平及び垂直キャパシタンスを有する本発明のマーチャンドバランディバイスの反射損失シミュレーション結果である。従来のマーチャンドバランディバイスは、２０〜７０ＧＨｚ帯域で−２〜−６ｄＢの反射損失特性Ｃを有する。反面に、本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスは、垂直構造追加パターンを具備するため、同一周波数帯域で−４〜−１７ｄＢの改善された反射損失特性Ｄを有する。

図１２は、本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスの大きさ誤差（ａｍｐｌｉｔｕｄｅｉｍｂａｌａｎｃｅ）シミュレーション結果を示すグラフである。図１２において、横軸は、ＧＨｚ単位の周波数（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を表し、縦軸は、不平衡端子（図１参照、１３１）での入力信号大きさに対する第１平衡端子（図１参照、１１１）での出力信号大きさの比ｄＢと、不平衡端子１３１での入力信号大きさに対する第２平衡端子１２１での出力信号大きさの比ｄＢを比較して、その大きさの差をｄＢで表したものである。

図１２を参照すると、点線Ｅは、水平キャパシタンスのみを有する従来のマーチャンド装置の大きさ誤差シミュレーション結果であり、実線Ｆは、水平及び垂直キャパシタンスを有する本発明のマーチャンドバランディバイスの大きさ誤差シミュレーション結果である。従来のマーチャンドバランディバイスは、２０〜７０ＧＨｚ帯域で−１．３〜０．５ｄＢの大きさ誤差特性Ｅを有する。反面に、本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスは、垂直構造追加パターンを具備するため、同一周波数帯域で−０．２５〜０．１ｄＢの改善された大きさ誤差特性Ｆを有する。

図１３は、本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスの位相誤差（ｐｈａｓｅｉｍｂａｌａｎｃｅ）シミュレーション結果を示すグラフである。図１３において、横軸は、ＧＨｚ単位の周波数（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を表し、縦軸は、不平衡端子（図１参照、１３１）での入力信号位相に対する第１平衡端子（図１参照、１１１）での出力信号位相の差（ｄｅｇｒｅｅ）と、不平衡端子１３１での入力信号位相に対する第２平衡端子（図１参照、１２１）での出力信号大きさの差（ｄｅｇｒｅｅ）を比較し、その大きさが１８０゜でどのぐらい逸脱するかを表したものである。

図１３を参照すると、点線Ｇは、水平キャパシタンスのみを有する従来のマーチャンド装置の位相誤差シミュレーション結果であり、実線Ｈは、水平及び垂直キャパシタンスを有する本発明のマーチャンドバランディバイスの位相誤差シミュレーション結果である。従来のマーチャンドバランディバイスは、２０〜７０ＧＨｚ帯域で０〜１１゜の位相誤差特性Ｇを有する。反面に、本発明の実施形態にマーチャンドバランディバイスは、垂直構造追加パターンを具備するため、同一周波数帯域で０〜１．５゜の改善された位相誤差特性Ｈを有する。

図１０乃至図１３を参照すると、従来のマーチャンドバランディバイスは、挿入損失、大きさ誤差、そして位相誤差などを考慮する時、約３０〜６０ＧＨｚ帯域で使われることができる。したがって、従来のマーチャンドバランディバイスは、最小周波数の約２倍程度の帯域幅で動作できる。反面に、本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスは、２０〜７０ＧＨｚの周波数帯域で無理無しで使われることができて、最小周波数の約３．５倍に該当する広帯域特性を有することができる。

一方、本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスは、ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ：ｕｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄ）技術にも適用されることができる。ウルトラワイドバンド技術は、次世代無線通信技術として、無線デジタルパルスとも呼ばれる。ウルトラワイドバンド技術は、ＧＨｚ帯の周波数を使用しながらも、秒当たり数千〜数百万回の低出力パルスでなされる。

ウルトラワイドバンド技術は、大容量のデータを０．５ｍ／Ｗ程度の低電力に７０ｍの距離まで電送できるだけでなく、土の中や壁面の後にも電送できる。ウルトラワイドバンド技術を利用して超高速インターネット接続は、もちろんレーダー機能として特定地域を監視でき、地震など災害が起きた時に電波探知機機能で人命を救助できる等の応用範囲が広範囲である。

又は、本発明の実施形態によるマーチャンドバランディバイスは、次世代開放型無線通信信号処理技術であるＳＤＲ（ＳｏｆｔｗａｒｅＤｅｆｉｎｅｄＲａｄｉｏ）にも適用されることができる。ＳＤＲは、限定された周波数資源の利用効率増大のために周波数使用に影響を与える使用帯域、変調方式、最大出力など動作パラメーターを別のハードウェア変更無しでソフトウェア的に代える技術である。

ＳＤＲは、多様な無線接続環境に柔軟に代えるために開放型構造、単一ハードウェアプラットホームの上に応用ソフトウェアをダウンロードし、切り無しに全域（Ｇｌｏｂａｌ）通信が可能にする技術として、無線マルチメディアを追求する次世代通信システムの無線網の統合するための解決方案として考慮されている。

上述したように本発明の実施形態が開示された。ここで、特定の用語が使われたが、これは単なる本発明を説明するための目的で使われたことであって、意味限定や特許請求範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。したがって、本技術分野の通常の知識を有する者ならば、これから多様な変形、及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解するはずである。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、添付された特許請求範囲の技術的思想により決まるべきである。

１００マーチャンドバランディバイス
１１０、１２０、１３０線路
１１１、１１２平衡端子
１１５、１２５、１３５、１４５、１５５ビア（ｖｉａ）
１３１不平衡端子
１４０、１５０結合線路
１６０接地層

Claims

第１平衡端子と接地端子との間に連結される第１線路と、
第２平衡端子と接地端子との間に連結される第２線路と、
前記第１及び第２線路と水平方向に並べて位置し、前記第１及び第２線路と水平キャパシタンスを形成する第３線路と、
前記第１及び第３線路と垂直方向に並べて位置し、前記第１線路又は、前記第３線路と垂直キャパシタンスを形成する第１結合線路と、
前記第２及び第３線路と垂直方向に並べて位置し、前記第２線路又は、前記第３線路と垂直キャパシタンスを形成する第２結合線路と、
を含み、
第１結合線路は、この第１結合線路とともに前記第１線路及び前記第３線路に沿って延びた第１ビアによって前記第１線路又は前記第３線路に連結され、
第２結合線路は、この第２結合線路とともに前記第２線路及び前記第３線路に沿って延びた第２ビアによって前記第２線路又は前記第３線路に連結されるマーチャンドバランディバイス。
前記第３線路は、不平衡端子と開放端子との間に連結される請求項１に記載のマーチャンドバランディバイス。
前記第３線路は、前記第１及び第２線路との間に位置する請求項２に記載のマーチャンドバランディバイス。
前記第１及び第２結合線路は、前記第１及び第２ビアを通じて前記第３線路に各々連結する請求項２に記載のマーチャンドバランディバイス。
前記第１結合線路は、前記第１ビアを通じて前記第１線路に連結され、前記第２結合線路は、前記第２ビアを通じて前記第２線路に連結される請求項２に記載のマーチャンドバランディバイス。
前記第１及び第２線路の長さは、前記第３線路の長さの半分又は、その以下である請求項２に記載のマーチャンドバランディバイス。
前記第１及び第２結合線路の長さは、各々前記第１及び第２線路の長さと同一であるか、或いは小さい請求項２に記載のマーチャンドバランディバイス。