JP5273692B2 - 無線周波数変成器およびその用途 - Google Patents

Description

本発明は、「バラン（ｂｕｌａｎ）」と称される平衡／不平衡無線周波数変成器（ｂａｌａｎｃｅｄ−ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）とその用途とを目的とする。そめ適用分野は、無線周波数信号の処理にあり、また特に移動電話の無線周波数信号の処理にある。本発明の目的は、主要カードにプリントされる線からなる、このような変成器の外形寸法を低減することにより、原価を下げることにある。

これらの変成器は、その性質上、寸法特性に柔軟性がない。こうした変成器は、相対する受動の８個の極（４個のポート）として考慮される。各ポートは、１つの線によって、１つの出力にそれぞれ結合される。１つのポートは、アースに接続され、第２のポートには、振幅Ａの高周波信号が送られる。振幅Ａ／ｋでθ度だけ位相をずらした２個の出力信号を、それぞれ１個の出力で回収する。ファクターｋとθはそれぞれ、変成器を構成する各線の間の距離と、これらの各線の長さおよび幅とにより決定される。振幅Ａ／ｋでθ度だけ位相をずらした２個の信号を出力に相互に送ることにより、第２のポートで、振幅２Ａ／ｋの信号を回収する。変成器を構成する要素の具体的な寸法は、位相差θにより課される。従って、このような変成器の外形寸法は最小化される。

現在、無線周波数変成器は、絶縁材料からなる基板プレートを含む。変成器を構成する各線は、基板プレートの面の１つに配置される。これらの線は、面積を節約するために、直線またはループである平行な経路を有する。かくして線は、基板の両側に２個の層で構成される。これらの変成器はまた、時には同軸ケーブルからも構成される。連結された２個の線は、同軸ケーブルの芯およびシールドから構成される。その場合、面積が大きいという問題が、スペースをとるという問題に加わる。

移動電話を構成するには、複数の無線周波数変成器を要することがある。たとえば同軸ケーブルを用いて無線周波数変成器を構成する場合、厚みの面でも面積の面でも場所をとるので、移動電話のデザインを損ない、コストを上げることになる。他の解決方法を選択する場合、厚みの問題は解決できるが、変成器によって使用される面積を他の機能のために使用することはできず、移動電話の寸法が大きくなってしまう。

発明が解決しようとする課題

本発明は、少なくとも４個の層で高周波変成器を構成することにより、これらの問題を解決するものである。４個の層は、たとえば多層プリント回路の金属被覆層である。一例では、プリント回路が６個の層を有する。４個の層で変成器を構成することは、使用されるプリント回路に対して問題とならない。何故なら、移動電話の大半は、既に６個の層を備えた技術を用いたプリント回路を使用しているからである。そのため、プリント回路における本発明による変成器の面積は非常に小さくなる。また多層回路の内部層を使用することにより、表面構成部品を設置可能な面積が空く。

課題を解決するための手段

従って、本発明は、
− 平行な経路を有する２個の主要線と、
− ２個の主要線の端からなる４個のポートとを有し、
２個の主要線が４個の平行な面により構成された少なくとも４個の異なる層に延びており、２個の層が第１の主要線に対応し、２個の層が第２の主要線に対応することを特徴とする無線周波数変成器を目的とする。

本発明はまた、移動電話の変調器または復調器におけるこのような変成器の使用を目的とする。

発明は、以下の説明を読み、添付図面を検討することにより、いっそう理解されるだろう。添付図面は、発明を少しも限定するものではなく、例として挙げているにすぎない。

図１は、本発明による変成器を示す。変成器は、めっきスルーホール３により相互接続される２個の線区間２、４から構成された第１の主要線１を含む。ホール３は、誘導効果のためにコイルによって示されている。誘導効果はまた、他のホールにもある。線区間２は、線区間の起点５と終端６とを有する。線区間４は、線区間の起点７と終端８とを有する。めっきスルーホール３は、線区間２、４を、その各端６、７により接続する。線区間２の起点５は、主要線１の起点とみなされる。線区間４の終端８は、主要線１の出力ポートとみなされる。図１はまた、主要線１の要素２〜８と同様の要素１０〜１６を含む主要線９を示す。

変成器の好適な実施形態では、この変成器が、シリンダ状に巻いた複数の主要線を含む。本発明では、この巻きの１ターンが１つの層で行われる。別の１ターンに移行するには、シリンダに沿って層を変える。変成器の２本のシリンダ形の線の複数ターンが交互配置（インターリーブ）される。１本の主要線に対する層間の移行は、別の主要線に対する層間の移行とは別の場所で行われる。このようにして、主要線は決して短絡しない。

例では、出力ポート８と１６との間で１８０°の位相差を得ることを望んでいる。理論上、各主要線は、無線周波数変成器が作動する周波数に対応する、誘電体における周波数の波長がλであるとき、長さがλ／４でなければならないとしている。この例では、シリンダの断面が正方形である。主要線１は、その起点５から、λ／４／１５の長さだけ方向Ｄに延びている。次いで主要線１は、反時計回りに９０°向きを変え、λ／４／７．５の長さだけ延びる。主要線１は、再び反時計回りに９０°向きを変え、再びλ／４／７．５の長さだけ延びる。この４個の延長部は、端５から端６まで１つの層において延びている。主要線が、反時計回りに９０°向きを変えてから距離Ｌについて延びることを「Ｌだけ延長される」という。主要線は、長さλ／４／７．５だけ延長されて線区間の端６に到達する。端６と７は、互いに鉛直方向にあって、ホール３により結合されている。端７から、主要線１は、長さλ／４／７．５だけ方向Ｄに、第２の層で延びている。次に、λ／４／７．５だけ２回延長され、その後、λ／４／１５だけ２回延長される。従って、主要線１は、全部で長さλ／４にわたって、２つの層で延びている。

主要線９の起点１３は、主要線１の起点５の鉛直方向に下方で、第３の層に配置される。主要線９は、起点１３から方向Ｄに距離λ／４／１５だけ延びる。次いで、λ／４／７．５だけ２回延長される。その後、λ／４／７．５よりもやや短い距離で延長されて端１４に到達する。これは、主要線９は、主要線１に属するホール３とぶつからないようにしなければならないためである。これはぶつかれば短絡を引き起こすからである。端１５は、選択された例では、端１４の鉛直方向に下にある第４層に配置されている。主要線９は、端１５から、主要線１の端６、７の鉛直方向にある点までそのまま延びる。そこから主要線９は、長さλ／４／７．５について方向Ｄに延びている。次に、λ／４／７．５だけ２回延長されてから、λ／４／１５だけ２回延長される。主要線９もまた、２個の層にわたって長さλ／４を有する。

主要線１と９の端８と１６は、互いにわずかにずらさなければならない。これらは互いにλ／４よりも近い。事実、こうした端は、主要線１と９の経路により描かれるループの内部にある。従って、これらの主要線からの信号の回収は、端８と１６におけるめっきスルーホール１７、１８によってのみ行うことができる。こうした端８と１６は、互いに、また、そうした端が属する主要線の鉛直線上にあってはならない。何故ならホール１７、１８は、その経路で如何なる主要線ともぶつかってはならないからである。ホール１７、１８の他端は、それぞれ端８と１６にある信号を回収することができるポート１９、２０である。選択された例では、主要線１が面Ｐ１上とＰ３上に延びており、主要線９が面Ｐ２上とＰ４上に延びている。その場合、好適には、ポート１９と２０が、面Ｐ１〜Ｐ４の下に配置された面Ｐ５上にある。

選択された例では、面は上から下へＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５という順番で重ねられている。これらの面で、主要線１と９は、立方形のものの周りに巻かれる。

本発明の変形実施形態では、主要線は、円形のシリンダか、あるいは断面の形状が一定で垂直軸を備えた他のあらゆる要素に巻くことができる。

本発明の他の変形実施形態では、ポート１９と２０がどの面にあってもよい。そのためには、主要線１と９の最後の延長を、反時計回りに９０°の角度ではなく、時計回りに９０°の角度で行うだけで十分である。それによって、Ｐ１〜Ｐ５の他のどの面にもポート１９、２０を配置できるようになるが、その結果として、高周波変成器の設置に必要な面積が増加する。

図１はまた、面Ｐ２に三角形のアース面２１を示している。アース面２１の一端は、主要線９の入力ポート１３に接続されている。面２１は、面積が大きいので、妨害効果を制限しながらポート１３までアースを導くことができる。

面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の間の距離は、所望の結合係数ｋにより決定され、面の間に含まれる誘電率に応じて変化する。一般に、この距離はλ／４よりも短い。好適には、面は等間隔である。

実際には、本発明による変成器は、ディスクリート部品としてプリント回路に設置できる。本発明において、好適には、変成器は、直接プリント回路に構成される。いずれの場合にも、構成の原理は同じである。多層回路、すなわち同じ基板または異なる基板のプレートを複数個重ねたものとして考慮可能な回路を使用する。各プレートの間には、トラックを引くことができる。このようにして５枚の基板プレートを重ね、６個の層を備えた回路が得られる。様々な基板プレートにホールを突き通すことが可能であり、これらのホールのそれぞれを金属メッキすることができる。従って、こうした回路に、本発明による高周波変成器を設置可能である。ディスクリート部品を形成するには、重要な回路をカットし、トラックにより変成器の４個のポートに接続されている導線を備えたパッケージに、それを設置するだけでよい。こうして、その結果得られた構成部品を回路に設置できる。

上記の技術における問題は、一定の基板プレートだけを通るホールの構成にある。このような完全に貫通しないホールの例は、図１のホール３と１１である。ホール３は、線区間１２と垂直な関係あり、ホール１１は、線区間１０と垂直な関係にある。図２は、これらのホールを完全に突き通るホール、すなわち全ての基板プレートを通るホールに、どのようにするかを示している。

変形実施形態では、ターン間の移行は、１つの主要線に対し、別の主要線に対して選択したものとは異なるシリンダを選択することにより行われる。必要に応じて、２個のシリンダは、わずかにシフトさせるだけで互いに区別される。

このため、図２は、図１の主要線１と同様に、線区間２２、ホール２３、および線区間２４とを含む主要線２１を示している。図２はまた、線区間２６、ホール２７、および線区間２８を含む主要線２５を示している。主要線２１は起点２９を有し、主要線２５は、起点２９の鉛直方向に配置される起点３０を有する。主要線２５は、その起点３０から長さλ／４／１５だけ方向Ｄに延び、次いで長さλ／４／７．５だけ２回延長されてから、λ／４／７．５よりやや短い長さで延長される。この地点で主要線２５は、主要線２５の区間２６の端３１で、線区間２２を通る鉛直線からシフトされるように、λ／４／７．５よりもずっと短い長さでシフトされる。線区間２８の一端３２は、端３１の鉛直方向に配置される。主要線２５は、端３２から、主要線２１のホール２３に接触する線区間２４に対して垂直である方向に、主要線２５が、このホールの鉛直方向に配置されるなるまで、延びる。次いで、主要線２５は、λ／４／７．５よりもやや短い長さで方向Ｄに延びてから、λ／４／７．５で２回延長され、さらにλ／４／１５で２回延長される。このようにして、主要線２５の一端３３に到達する。主要線２１は端３４を有する。信号は、図１のポート８と１６について説明したのと同様に、ポート３３、３４で回収される。ホール２７を主要線２１に対してシフトする方法により、ホール２３、２７を完全に突き通るように構成可能であり、従って、本発明による１つまたは複数の変成器を含む回路の最終コストを節約できる。

図３は、本発明による変成器の使用例を示す。図３は、移相器３０２に接続されたローカル発振器３０１を示す。移相器３０２は、ローカル発振器の信号に対応するが互いに９０°変位した２個の信号を出力で供給する。移相器３０２の第１の出力は、本発明による第１の変成器３０３の入力３０４に接続されている。変成器３０３の第２の入力３０５は、アースに接続されている。変成器３０３は、発振器３０１の信号に対応する信号を出力３０６で供給し、発振器３０１の信号に対応するが１８０°変位した信号を出力３０７で供給する。移相器３０２の第２の出力は、発振器３０１の信号に対応するが９０°変位した信号を供給する。この出力は、本発明による第２の変成器３０８の第１の入力３０９に接続される。変成器３０８の第２の入力３１０は、アースに接続されている。変成器３０８の第１の出力３１１は、発振器３０１の信号に対応するが９０°変位した信号を供給する。変成器３０８の第２の出力３１２は、発振器３０１の信号と対応するが２７０°変位した信号を供給する。出力３０６、３０７、３１１、３１２は、変調器３１３に接続されている。変調器３１３はまた、Ｉ信号３１４およびＱ信号３１５を受信する。これらのＩ信号とＱ信号は、移動電話で既知の方法で得られる。供給される全ての信号から、変調器３１３は、既知の方法で無線周波数信号３１６を発生する。次に、無線周波数信号は、移動電話から送られる。

特に小型移動電話の場合は、２個の変成器が必要であるだけにますます、本発明の用途が有効である。こうした移動電話のプリント回路に組み込み可能であることにより、小型化に貢献し、移動電話の寸法を低減することができる。

図４は、本発明による第１の変成器４０１を示す。変成器４０１の第１のポート４０２に、無線周波数入力信号ＲＦＥを入力し、第２のポート４０３をアースに接続する。この構成において、変成器４０１の出力４０５は、入力信号の振幅の半分の振幅で、入力信号と同位相の信号Ａ１を送る。変成器４０１の出力４０４は、入力信号に対して１８０°変位した振幅Ａ１の信号を送る。図１との類推において、ポート４０２〜４０５は、ポート５、１３、２０、１９にそれぞれ対応する。出力４０４と４０５は、ミキサ４０６と４０７に同時に接続される。

図４はまた、本発明による第２の変成器４０８を示している。変成器４０８の第１のポート４０９には、ローカル発振器４１３から送られる信号を入力する。変成器４０８の第２のポート４１０は、アースに接続される。この構成において、変成器４０８の出力４１１は、発振器４１３の信号に対して１８０°変位していて、かつ発振器４１３から送られる信号の振幅の半分である振幅Ａ２の信号を送る。変成器４０８の出力４１２は、発振器４１３から送られる信号と同位相の、振幅Ａ２の信号を送る。図１との類推において、ポート４０９〜４１２は、ポート５、１３、２０、１８に対応する。出力４１１、４１２は、位相差発生器４１４に接続される。

発生器４１４の役割は、入力される信号を９０°変位することにある。発生器４１４は、個別ポートにより、振幅が発振器４１３から送られる信号の振幅の分数または倍数であって、発振器４１３の信号に対して０°、９０°、１８０°および２７０°変位している、信号Ｓ０、Ｓ９０、Ｓ１８０およびＳ２７０をそれぞれ送信する。信号Ｓ９０とＳ２７０を送る発生器４１４のポートは、ミキサ４０６に接続され、信号Ｓ０とＳ１８０を送る発生器４１４のポートは、ミキサ４０７に接続される。ミキサ４０６は、信号＋Ｉと−Ｉを送り、ミキサ４０７は、信号＋Ｑと−Ｑを送る。これらの信号は、たとえば移動電話において、後で処理するために使用可能な復調信号である。

発生器４１４から送られる信号Ｓ９０とＳ２７０はまた、ミキサ４１５の入力にも送られる。ミキサ４１５は、他の入力から、既知の方法で得られる信号＋Ｉと−Ｉを受信する。ミキサ４１５は、互いに１８０°変位した２個の無線周波信号を送り、２個の信号のうちの一方は、発振器４１３から送られる信号に対して位相がゼロである。位相がゼロの信号は、本発明による第３の変成器４１７のポート４２０に送られる。他方の信号は、変成器４１７の入力４２１に送られる。発生器４１４から送られる信号Ｓ０とＳ１８０は、ミキサ４１６の入力に送られる。ミキサ４１６は、既知の方法で得られた信号＋Ｑと−Ｑを別の入力で受信する。ミキサ４１６は、その場合、互いに１８０°変位した２個の無線周波数信号を送り、２個の信号のうちの一方は、発振器４１３から送られる信号に対して位相がゼロである。位相がゼロの信号は、変成器４１７のポート４２０に送られる。他方の信号は、変成器４１７の入力４２１に送られる。

変成器４１７の出力４１９は、アースに接続される。図１との類推において、ポート４１８〜４２１は、それぞれポート５、１３、１９、２０に対応する。この構成において、変成器４１７は、無線周波数信号ＲＦＳを出力４１８から送る。

図４のような装置は、たとえば移動電話で使用可能である。

本発明による変成器を示す図である。 全てのめっきスルーホールが完全に突き通っている、本発明による変成器を示す図である。 本発明による無線周波数変成器を移動電話の変調器に使用した例を示す図である。 本発明による変成器を、変調器および復調器に使用した一例を示す図である。

１、９ 主要線
２、４ 線区間
３、１７；１１、１８ めっきスルーホール
５、１３；２９、３０、３３、３４ 入力ポート
６、８ 主要線の終端
１９、２０ 出力ポート
２１ アース
３０１ ローカル発振器
３０２ 移相器
３０３、３０８、４０１、４０８、４１７ 変成器
３１３ 変調器
４０６、４０７ ミキサ
４１３ ローカル発振器
４１４ 位相差発生器

Claims (1)

1. 複数の積層された面の同一の面に配置されないようになる第１および第２の主要線であって、該第１の主要線と第２の主要線との区間は前記複数の積層された面の互い違いとなる面に配置されてホールを介して相互接続されており、各々合計でλ／４長までのびる２個の主要線と、
   前記複数の積層された面の最も外側の１つの面に配置された終点ポートと
   を備え、
   前記第１および第２の主要線の各々は、前記終点ポートの少なくとも２つに結合することを特徴とする高周波変成器。

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