JP6719991B2 - 分配器およびそれを用いた信号発生システム - Google Patents

Description

本発明は、高周波信号を取り扱う分配器に関する。

分配器は、パワースプリッタ、パワーディバイダ、分岐器などとも呼ばれ、入力された高周波信号を複数の出力に分配するデバイスである。たとえば、数ＭＨｚから数十ＧＨｚまでの高周波信号を取り扱っている。

分配器の用途の一例として、無線通信装置において入力された高周波信号を複数の受信部などに分配するために使用している。測定分野では、たとえば信号発生器の出力信号を分配器に入力し、高周波信号を分配することにより複数の被測定物に分配した信号をそれぞれ送り込む用途に使用している。たとえば下記特許文献の図１に開示される分配器が公知である。また、従来の分配器の構成例を図１２に示す。

特開２００９−１７１４２０号公報

ところで、測定分野においては、たとえば信号発生器の出力信号を分配器に入力し、分配器で分配した複数の出力の信号を、異なる被測定物の測定端子あるいは複数の測定端子を有する被測定物の測定端子に入力して同時測定を行い、測定時間を短縮させることが求められる。

しかしながら、従来の分配器を用いて分配した複数の測定端子の同時測定においては、被測定物に接続する測定端子の接触不良などに起因するインピーダンス不整合によって他の測定端子や信号入力端子のインピーダンスが変化することにより、反射波の発生と干渉が生じる結果、分配した複数の測定信号の信号レベルに差が生じ、たとえば１ｄＢ以上の差となり、正確な同時測定を行うことができない問題があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、被測定物の被測定端子のインピーダンスに影響されずに、被測定物を正確に評価することができる分配器、あるいは信号発生システムを提供することを目的とするものである。

上記した目的を達成するために、請求項１記載の分配器（１００）は、入力端子（１０）と複数の出力端子（５０−１、５０−２、・・・５０−ｎ）とを備えた分配器であって、前記入力端子に入力された高周波信号を分配して複数の分配部出力（３０−１、３０−２、・・・３０−ｎ）からそれぞれ出力する分配部（２０）と、前記複数の分配部出力にそれぞれ接続され、前記出力端子側で反射した反射波を減衰させる減衰部（６０−１、６０−２、・・・６０−ｎ）を含んでなる複数の反射波阻止部（４０−１、４０−２、・・・４０−ｎ）とを備え、前記複数の反射波阻止部の出力を前記複数の出力端子から出力するものであって、さらに、前記複数の反射波阻止部の各減衰部は、あらかじめ前記入力端子から前記複数の出力端子それぞれまでの伝達特性をそれぞれ測定して当該出力端子ごとの出力の信号レベルの差が小さくなる所定の減衰量に設定されてなり、前記出力端子側で反射した反射波を抑制するとともに各出力端子から出力される信号のレベルの差を抑制することを特徴とする。

上記した目的を達成するために、請求項２記載の分配器（１００）は、請求項１に記載の分配器において、前記各減衰部は、前記複数の分配部出力から形成された伝送線路の途中に形成された薄膜抵抗体でなり、当該薄膜抵抗体がトリミングされることによって前記所定の減衰量に設定されることを特徴とする。

上記した目的を達成するために、請求項３記載の分配器（１００）は、請求項１または２に記載の分配器において、前記所定の減衰量が、３〜１０ｄＢの範囲内で設定されてなることを特徴とする。

上記した目的を達成するために、請求項４記載の信号発生システム（５００）は、請求項１から３のいずれか一項に記載の分配器と、前記高周波信号を発生させるための信号発生器（２００）とを備え、前記分配器の前記入力端子には、前記信号発生器からの前記高周波信号を入力することを特徴とする。

本発明によれば、被測定物の任意の測定端子のインピーダンス不整合によって生じる測定信号の反射波を反射波阻止部によって阻止できるため、反射波の発生と干渉が他の測定端子に及ぼす影響を抑えられ、分配した複数の測定信号の信号レベルの差を小さくすることが可能となる結果、測定結果の誤差を小さくすることができる。

また、本発明によれば、被測定物の任意の測定端子のインピーダンス不整合によって生じる反射波を反射波阻止部によって阻止できるため、反射波の発生と干渉が信号発生器の信号を入力する入力ポートに及ぼす影響、すなわち入力ポートから見たインピーダンス変化を抑えることができるため、正確な測定レベルでの測定が行え、測定結果の誤差を小さくすることができる。

また、本発明によれば、分配部で分配した複数の測定信号の信号レベルを減衰量調整部で調整することにより、分配部で分配した複数の測定信号の信号レベル差をさらに抑えることができるため、測定結果の誤差をさらに小さくすることができる。

これらの効果によれば、仮に被測定物の測定端子のインピーダンスが不整合であっても、正確な測定を行うことが可能になる。

本発明に係る分配器の構成例を示す概略ブロック図である。 本発明に係る分配器の別の構成例を示す概略ブロック図である。 本発明に係る信号発生システムの構成例を示す概略ブロック図である。 本発明に係る減衰量調整部の構成例を示す概略ブロック図である。 本発明に係るアイソレータの構成例を示す概略ブロック図である。 反射波阻止部が未接続の従来の分配部の出力端子をすべて終端したときの入力端子側から見た特性インピーダンスのスミスチャートである。 反射波阻止部が未接続の従来の分配部の出力端子のひとつをオープンにして残りの出力端子を終端したときの入力端子側から見た特性インピーダンスのスミスチャートである。 本発明に係る反射波阻止部を接続した分配器の出力端子をすべて終端したときの入力端子から見た特性インピーダンスのスミスチャートである。 本発明に係る反射波阻止部を接続したとき分配器の出力端子をすべて終端したときの入力端子側から見た特性インピーダンスのスミスチャートである。 反射波阻止部が未接続の従来の分配部の出力端子のうち１つを残して終端し、残りの出力端子と入力端子の間のＳ２１データと、終端している入力端子のすべてをオープンとしたときのＳ２１データの振幅差（振幅誤差）を示す図である。 本発明に係る反射波阻止部を接続した分配器の出力端子のうち１つを残して終端し、残りの出力端子と入力端子との間のＳ２１データと、終端している出力端のすべてをオープンとしたときのＳ２１データの振幅差（振幅誤差）を示す図である。 従来の分配器の構成例を示す概略ブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、この形態に基づいて当業者等によりなされる実施可能な他の形態、実施例および運用技術等はすべて本発明の範疇に含まれる。

（第１の実施形態）
まず、本発明に係る分配器１００の構成について、図１を参照しながら説明する。

図１に示すように、本例の分配器１００は、入力端子１０、分配部２０、分配部出力３０−１、３０−２、・・・３０−ｎ、反射波阻止部４０−１、４０−２、・・・４０−ｎ、出力端子５０−１、５０−２、・・・５０−ｎ、減衰部６０−１、６０−２、・・・６０−ｎ、減衰量調整部７０−１、７０−２、・・・７０−ｎを備えている。なお、減衰量調整部７０−１、７０−２、・・・７０−ｎは、省略した構成とすることもできる。

入力端子１０には、外部の信号源から高周波信号が入力される。ここでは、たとえば、数ＭＨｚから数十ＧＨｚまでの高周波信号を取り扱っている。信号源は、たとえば任意の周波数、任意の信号レベル、任意の変調方式の高周波信号を発生する信号発生器である。入力端子１０は高周波特性に優れたコネクタが望ましく、たとえばＮ型、ＳＭＡ型などの公知の高周波同軸コネクタである。なお、本例では、分配器１００の内部の特性インピーダンスはたとえば５０Ωに統一されているものとして説明する。

分配部２０には、入力端子１０からの高周波信号が入力され、高周波信号のレベルが略等分となるよう分配を行って複数の分配部出力３０−１、３０−２、・・・３０−ｎに出力を行う。分配器２０は、たとえば２抵抗型、３抵抗型、ウィルキンソンディバイダといった公知の高周波信号の分配手段により構成されている。なお、分配した複数の出力同士のアイソレーションは２０ｄＢ程度であることが一般的である。

複数の分配部出力３０−１、３０−２、・・・３０−ｎには、複数の反射波阻止部４０−１、４０−２、・・・４０−ｎがそれぞれ接続されている。複数の反射波阻止部４０−１、４０−２、・・・４０−ｎは、たとえばπ型アッテネータ、Ｔ型アッテネータといった公知の抵抗による減衰部６０−１、６０−２、・・・６０−ｎ、いわゆるパッドにより構成されている。減衰量は、たとえば３ｄＢから１０ｄＢ程度が望ましい。なお、複数の分配部出力３０−１、３０−２、・・・３０−ｎと、複数の反射波阻止部４０−１、４０−２、・・・４０−ｎとの接続は、たとえば高周波特性に優れたコネクタによる接続をしてもよい。また、コネクタを用いず、高周波特性に優れた伝送線路、たとえばマイクロストリップ線路やグランデッドコプレーナ線路で接続してもよい。また、マイクロストリップ線路やグランデッドコプレーナ線路の途中に薄膜抵抗体を作製することにより抵抗による減衰部６０−１、６０−２、・・・６０−ｎを構成し、反射波阻止部として動作させてもよい。なお、薄膜抵抗体で作製する場合、分配器１００の入力端子１０からそれぞれの出力端子５０−１、５０−２、・・・５０−ｎまでの伝達特性をそれぞれ測定し、たとえばレーザトリミングで薄膜抵抗体をトリミングすることにより、出力端子毎の出力の信号レベルの差をさらに抑えるようにしてもよい。また、固定減衰器であれば、選別品を組み合わせることにより、出力端子毎の出力の信号レベルの差をさらに抑えるようにしてもよい。

さらに、複数の減衰部６０−１、６０−２、・・・６０−ｎは、減衰部のそれぞれが固定減衰器の構成のみならず、図４の（ａ）に示す可変減衰器または図４の（ｂ）に示す固定減衰器を複数組み合わせて切り替えることにより減衰量を可変できるようにし、任意の値に減衰量を設定できる減衰量調整部７０−１、７０−２、・・・７０−ｎとして構成してもよい。図４の（ａ）および（ｂ）は例示としてπ型アッテネータであるが、Ｔ型アッテネータであっても同様に構成可能である。

また、複数の反射波阻止部４０−１、４０−２、・・・４０−ｎは、分配部２０から複数の出力端子５０−１、５０−２、・・・５０−ｎに向かう一方向の信号のみを通過させるアイソレータを使用してもよい。図５に示すアイソレータでは、複数の分配部出力３０−１、３０−２、・・・３０−ｎから複数の出力端子５０−１、５０−２、・・・５０−ｎへの信号は低損失で通過させ、反対に、複数の出力端子５０−１、５０−２、・・・５０−ｎから複数の分配部出力３０−１、３０−２、・・・３０−ｎへの信号は終端抵抗の５０Ωに吸収される。なお、アイソレータのアイソレーションは２０ｄＢ程度であることが一般的であり、本発明の反射波阻止部として有効に動作する。

複数の反射波阻止部４０−１、４０−２、・・・４０−ｎには、出力端子５０−１、５０−２、・・・５０−ｎがそれぞれ接続されている。出力端子５０−１、５０−２、・・・５０−ｎは高周波特性に優れたコネクタが望ましく、たとえばＮ型、ＳＭＡ型などの公知の高周波同軸コネクタである。

本例の分配器１００の動作の一例について、図１を参照しながら説明する。入力端子１０からの高周波信号が分配器１００に入力され、たとえば出力端子５０−１、５０−２の２つのポートに、図示しない被測定物が接続されているとする。また、減衰部４０−１、４０−２の減衰量は、たとえば３ｄＢとする。たとえば出力端子５０−１に接続されている被測定物の入力インピーダンスが５０Ωから外れている場合、インピーダンスの不整合が生じ、反射波が発生する。発生した反射波は、出力端子５０−１から減衰部４０−１に向かい、３ｄＢの減衰を受ける。減衰を受けた反射波は、分配部出力３０−１に向かい、分配部２０を通って分配部出力３０−２に向かい、減衰部４０−２で３ｄＢの減衰を受ける。したがって、反射波は合計で６ｄＢの減衰を受ける。このことにより、分配部２０で分配した複数の出力同士のアイソレーションは２０ｄＢ程度であることが一般的であるが、反射波は合計で６ｄＢの減衰を受けることから、分配器１００としてのアイソレーションが２６ｄＢまで向上する。

次に、出力端子３０−１、３０−２、・・・３０−ｎのインピーダンスが乱れたときの従来の分配部２０と、本発明の分配器１００との比較について図６、図７、図８および図９を用いて説明する。なお、ここでは、出力端子が４つのポートの場合として説明する。図６は、反射波阻止部４０−１、４０−２、・・・４０−４が未接続の従来の分配部２０の出力端子３０−１、３０−２、・・・３０−４をすべて終端したときの入力端子１０側から見た特性インピーダンスのスミスチャートである。図７は、反射波阻止部４０−１、４０−２、・・・４０−４が未接続の従来の分配部２０の出力端子３０−１、３０−２、・・・３０−４のひとつをオープンにして残り３つの出力端子を終端したときの入力端子１０側から見た特性インピーダンスのスミスチャートである。図６および図７から、入力側１０から見た特性インピーダンスがすべての出力端子３０−１、３０−２、・・・３０−４が終端されている時より５０Ωから大きく外れたことがわかる。

図８は、本発明に係る反射波阻止部４０−１、４０−２、・・・４０−４を接続し、分配器１００の出力端子３０−１、３０−２、・・・３０−４をすべて終端したときの入力端子１０から見た特性インピーダンスのスミスチャートである。図９は、本発明に係る反射波阻止部４０−１、４０−２、・・・４０−４を接続し、分配器１００の出力端子５０−１、５０−２・・・５０−４をすべて終端したときの入力端子１０側から見た特性インピーダンスのスミスチャートである。図８および図９から、入力側１０から見た特性インピーダンスがすべての出力端子３０−１、３０−２、・・・３０−４が終端されている時より５０Ωから大きく外れず、インピーダンスの乱れが十分に抑制されたことがわかる。

また、上述のように反射波が合計で６ｄＢの減衰を受けることで、分配器１００の分配の動作が整合状態で行われることから、分配器１００としての複数の出力の信号レベルの差が小さくなる。

次に、出力端子３０−１、３０−２、・・・３０−ｎのうち、１つの出力端子がオープンとなったときの従来の分配部２０と、本発明の分配器１００との比較について図１０および図１１を用いて説明する。なお、ここでは、出力端子が４つのポートの場合として説明する。図１０は、反射波抑制部４０−１、４０−２、・・・４０−４が未接続の従来の分配部２０の出力端子３０−１、３０−２、・・・３０−４のうち３つの３０−２、３０−３、３０−４を終端し、残りの出力端子３０−１と入力端子１０との間のＳ２１データと、終端している入力端子のうち３つの３０−２、３０−３、３０−４をすべてオープンとしたときのＳ２１データの振幅差（振幅誤差）を示す図である。図１１は、反射波抑制部４０−１、４０−２、・・・４０−４を接続した本発明に係る分配器１００の出力端子のうち３つの５０−２、５０−３、５０−４を終端し、残りの出力端子５０−１と入力端子１０との間のＳ２１データと、終端している出力端子のうち３つの５０−２、５０−３、５０−４をすべてオープンとしたときのＳ２１データの振幅差（振幅誤差）を示す図である。図１０では、最大で２ｄＢ以上の振幅誤差が生じているのに対し、図１１では最大で０．５ｄＢ以下の振幅誤差に抑えられており、分配器１００のそれぞれの出力の信号レベルの差が極めて小さくできることがわかる。

さらに、本発明によれば、信号発生システムの前段の信号発生器の出力側から見たインピーダンス整合が十分に確保され、反射波による問題が解消される。

また、複数の減衰部６０−１、６０−２、・・・６０−ｎを、可変減衰器または固定減衰器を複数組み合わせて切り替えることにより減衰量を可変できるようにし、任意の値に減衰量を設定できるように構成した場合には、信号発生器２００からの高周波信号を、分配器１００を経由して図示しない被測定物に加えたとき、任意の値に減衰量を設定できる。たとえば、図示しない被測定物が受信可能な信号レベルとなるよう、任意の値に減衰量を設定する。このため、高周波信号の減衰過多による測定への影響と、反射波に対する低減効果とのトレードオフとなる減衰量を設定でき、測定条件を最適にすることが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明に係る分配器１００の他の構成について、図２を参照しながら説明する。

図２に示すように、出力端子５０−１、５０−２、５０−３、・・・５０−ｎのｎ個のポートであること以外は、第１の実施形態と同様であるので、記載を省略する。このように、出力端子は２つや４つのポートに限られず、ｎ個のポートであってもよい。

（第３の実施形態）
次に、前述の分配器１００を用いた信号発生システム５００の動作について図３を参照しながら説明する。

本例の信号発生システム５００は、たとえば任意の周波数、任意の信号レベル、任意の変調方式の高周波信号を発生する信号発生器２００が、分配器１００の入力端子１０に接続されている。

分配器１００の動作については、第１の実施形態と同様であるので、記載を省略する。なお、信号発生システム５００において、図３に示す出力端子は２つのポートに限られるものではなく、図２のようにｎ個のポートであってもよい。

１０…入力端子
２０…分配部
３０−１、３０−２、・・・３０−ｎ…分配部出力
４０−１、４０−２、・・・４０−ｎ…反射波阻止部
５０−１、５０−２、・・・５０−ｎ…出力端子
６０−１、６０−２、・・・６０−ｎ…減衰部
７０−１、７０−２、・・・７０−ｎ…減衰量調整部
１００…分配器
２００…信号発生器
５００…信号発生システム

Claims (4)

1. 入力端子（１０）と複数の出力端子（５０−１、５０−２、・・・５０−ｎ）とを備えた分配器（１００）であって、
   前記入力端子に入力された高周波信号を分配して複数の分配部出力（３０−１、３０−２、・・・３０−ｎ）からそれぞれ出力する分配部（２０）と、
   前記複数の分配部出力にそれぞれ接続され、前記出力端子側で反射した反射波を減衰させる減衰部（６０−１、６０−２、・・・６０−ｎ）を含んでなる複数の反射波阻止部（４０−１、４０−２、・・・４０−ｎ）とを備え、
   前記複数の反射波阻止部の出力を前記複数の出力端子から出力するものであって、
   さらに、前記複数の反射波阻止部の各減衰部は、あらかじめ前記入力端子から前記複数の出力端子それぞれまでの伝達特性をそれぞれ測定して当該出力端子ごとの出力の信号レベルの差が小さくなる所定の減衰量に設定されてなり、
   前記出力端子側で反射した反射波を抑制するとともに各出力端子から出力される信号のレベルの差を抑制することを特徴とする分配器。
2. 前記各減衰部は、前記複数の分配部出力から形成された伝送線路の途中に形成された薄膜抵抗体でなり、当該薄膜抵抗体がトリミングされることによって前記所定の減衰量に設定されることを特徴とする請求項１に記載の分配器。
3. 前記所定の減衰量が、３〜１０ｄＢの範囲内で設定されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の分配器。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の分配器と、前記高周波信号を発生させるための信号発生器（２００）とを備え、
   前記分配器の前記入力端子には、前記信号発生器からの前記高周波信号を入力することを特徴とする信号発生システム（５００）。

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