JPH02503140A - 方向性結合器を用いる三方向電力分配器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 方向性結合器を用いる三方向電力分配器発明の分野 本発明は、一般的には、無線周波数（ＲＦ）回路に関し、また、より具体的には 、ＲＦ受信機回路における三方向電力分配器に関する。

背景 最近の技術的発展は、無線設計者らがＲＦ無線（ＲＦ　　ｒａｄ　ｉ　ｏ）のサ イズを著しく縮小化することを可能にした．このような縮小化は、主として、大 規模回路の集積回路化による所が大きい．集積回路内に組み入れることができな い他の無線回路は、他の技術を用いてサイズの縮小化が実行されなければならな い。

このような回路の１つは、伝送線路電力分配回路である。この回路は、無線機の 電圧制御発振器（ＶＣＯ）の出力において典型的に使用され、そのＶＣＯの出力 信号の電力を、受信機の局部発振器入力、送信機の局部発振器パス（ｐ　ａ　ｔ 　ｈ）及び（そのｖＣｏの周波数を制御のための）シンセサイザーのフィードバ ックバスに分配する．このような電力分配器はサイズの制約のために集積回路内 へ実効的にコンパクトに組みいれられない伝送線路回路を必要とする．そこで、 無線機の望ましいサイズの縮小化に適応するためのその回路を縮小化する伝送線 路電力分配回路を設計するための著しい努力が行なわれてきている。

これらの努力の中で、最も比較的成功したものの１つは、三方向電力分配を供給 するための電力信号におけるウィルキンソン（Ｗｔｆｋｉｎｓｏｎ）電力分配器 と１つの容量性タップ（ｔａｐ）を組合せることである．そのウィルキンソン（ Ｗｉｊ！ｋｉｎｓｏｎ）電力分配器は、典型的には、２つの出力ポートを提供す るために、一方の端において電力信号における結合から発生し、他方の端におい てはインピーダンス分離回路によって分離される、２つの１７４波長伝送線路を 含んでいる．この２つの出力ポートはそれぞれ電力を分配する２つのパス（ｐａ ｔｈ）を与え、一方、３番目のバス（ｐ　ａ　ｔ　ｈ）はその容量性タップ（ｔ 　ａ　ｐ）によって与えられている。

しかしながら、この構成には欠点が存在する．なぜならば、これは、容量性タッ プにおける出力ポートとウィルキンソン（ＷｉＪｋｉｎｓｏｎ）電力分配器の出 力ポートとの間の分離を行なうことができないからである。さらに、容量性タッ プ（ｔａｐ）は入力電力信号をロードするが、ウィルキンソン（ＷｉＩ！ｋｉｎ ｓｏｎ）電力分配器の出力ポートにおいてポテンシャル不整合（ミスマツチ）を 発生する．さらにまた、ウィルキンソン（Ｗｉｊ！ｋｉｎｓｏｎ）ｉｉ電力分配 器１／４波長伝送線路は過剰な回路ボードの実際的な場所を占有することになる ．このような理由のために、このウィルキンソン電力分配器の構成はしばしば受 は入れられないものとなっている。

このような三方向電力分配器を提供するための２つの他の一般的技術が存在する ．第１の技術は２つの二方向ウイルキンソン（Ｗｉ　Ａ　ｋ　ｉ　ｎ　ｓ　ｏ、 ｎ）電力分配器を結合し、ｊつの電力分配器は、他の電力分配器からその出力ポ ートの１つにおいて供給される電力を分配するために使用される。第２の技術は 、直列型の連続した三方向ウィルキンソン（Ｗｉｊｉ！ｋｉｎｓｏｎ）電力分配 器回路を含み、ウィルキンソン（Ｗｉｆｆｋｉｎｓｏｎ）二方向電力分配器に類 似であるが、しかしむしろ、三つの分離回路を使用し入力電力信号より直接的に 三方向に分配し、その各々は、伝送線の各対の間に結合されている。これら両方 の技術は、不幸なことに、著しい不利な点を持っている。

１つの欠点は、その分離回路を実現するために両方ともに余分な過剰回路を必要 とすることである。各々の分離回路は、これらの技術の各々に共通であるが、少 な（とも２個の個別部品を必要とする。そのような個別部品の除去は、無線機の サイズの縮小化における主要な目的の１つである。

第２の欠点は、１／４波長伝送線路及び個別回路素子のレイアウトは余分な回路 ボードの実効的な場所を必要とするということである。

１／４波長伝送線路の長さは別のキャパシタを追加することによって減少できる ということは既知であるが、そうすることは、個別部品の数を増加させ、従って その回路のサイズの縮小の目標をくつがえすことになる。

第３の欠点は、電力分配のためのこれらのよ（知られた技術はウイルキソン（Ｗ ｉＡｋｉｎｓｏｎ）電力分配器回路の出力ポートにおいて電力分布における柔軟 性を与えないということである。

従って、上述の欠点を克服し、ＶＣＯ（または類似回路）の出力において、電力 を三方向に分配するための技術が必要とされる。

発明の目的 本発明の一般的な目的の１つは、以上の欠点を克服する回路を提供することであ る。

本発明のより具体的の目的の１つは、最小の個別部品数を使用し、最小場所のプ リント回路ボードの実効的な場所を占有し、かつパワー分布における柔軟性を供 給する、ＶＣＯの出力用三方向電力分配器を提供することである。

本発明の別の具体的な目的の１つは、その出力ポートの間に十分な適切なる分離 を有するＶＣＯの出力用三方向電力分配器を提供することである。

図面の簡単な説明 新規性があると信じられている本発明の特徴は、添付された請求の範囲に具体的 に述べられている０発明は、そのさらにまた目的及び利点とともに、添付図面と ともに以下の記述を参照することによって、最もよく理解されるであろう、その 中の参照番号はその各部分の要素を識別する番号である。

第１図は、本発明に従う、三方向電力分配器回路を組込んだ１つの無線送受信機 の図面であり、 第２図Ａは、本発明に従う、三方向電力分配器回路を含むプリント回路ボード部 分の断面構造を図示する図面であり、第２図Ｂは、本発明に従う、別の三方向電 力分配器回路を含むプリント回路ボード部分の断面構造を図示する図面であり、 第２図Ｃは本発明にもとづく、第２の別の三方向電力分配器回路を含むプリント 回路ボード部分の断面構造を図示する図面である。

好ましい実施例の詳細な説明 この明細書において記載された構成は、１つの入力ボートにおいて、三つの別々 の出力ポートに対して供給される発振器信号（高周波）電力を分配するために特 別に用いられている。より具体的には、ここに記載された構成は無線機送受信機 におけるＶＣＯの出力において与えられる高周波電力を分配することに対して適 用でき、かつ、このような電力を受信機局部発振器入力、送信機局部発振器バス （ｐ　ａ　ｔ　ｈ）及びシンセサイザー帰還（ｆｅｅｄｂａｃｋ）パス（ｐ　ａ 　ｔ　ｈ）　　（そのＶＣＯの周波数を制御するため）に分配することに対して 通用できる。

第１図は模式図である。第１図には無線機送受信機１１０が含まれており、その ＶＣＯ１１２は、電力分配器回路１２０を介して、受信機１１４．送信機１１６ 及びシンセサイザー１１８に対する高周波電力信号を供給することが図示されて いる。

受信機１１４、送信機１１６及びシンセサイザー１１８は、米国イリノイ州６０ １９６．　　シャンバーグ、アルゴンクウインロード、１３１３Ｅのモトローラ シーアンドイーパーツから市販されている、モトローラ出版番号６８Ｐ８１０７ ０Ｅ４０の“グイナタツク（ＤＹＮＡＴＡＣ）セルラー自動車電話インストラク ションマニュアル”に記載されているような、従来の回路を使用しても実現でき る。

パワー分配器回路１２０は、３個のプリント回路ボードコンダクタ１２２．１２ ４及び１２６、及びそれぞれコンダクタ１２２及び１２６に対してそれぞれ終端 インピーダンスとして働く２個の終端抵抗１２８及び１３０を含んでいる。コン ダクタ１２４は電気的にＶＣＯからの電力を直接的に受信するために結合されて いる。コンダクタ１２２及び１２６は、少なくとも部分的な側面（ブロードサイ ドＨｂｒｏａｄｓｉｄｅ）結合を介してコンダクタ１２４上の信号から電力の一 部分を各々が受信するように位置づけられている。抵抗１２８及び１３０は、コ ンダクタ１２４からの方向性結合に対して選択的な終端化（ターミネーション； 　ｔ　ｅｍｉ　ｎａ　ｔ　ｉ　ｏｎ）を提供するために用いられている。構造的 に抵抗１２８及び１３０は、プリント回路ボード上に実装され（或いはプリント 印刷され）、また従来の方法によって、プリント回路ボードの中のコンダクタ１ ２２及び１２６に電気的に結合（望ましくは電気的に接続）されている、３個の コンダクタ１２２，１２４．及び１２６は、その長さ及び幅はＬ及びＷでそれぞ れ描かれるが、プリント回路ボードセクションの一部分として特に配置構成され ている。

第２図Ａは、第１図のコンダクタ１２２．１２４及び１２６が、三層プリント回 路ボードセクション２１０の一部分として配置構成される、ある、望ましい方法 が図示されている。第２図Ａはプリント回路ボードセクション２１０の断面構造 図を図示１，７、ここに図示される各々のコンダクタの幅を図示している。

セクション２１０は、コンダクタ１２２，１２４及び１２６に対して接地基準（ リファレンス）を提供する接地コンダクタ２１２と、セクション２１０の内部に 含まれる通常の誘電体材料２１４を含む、コンダクタ１２４はセクション２１０ の第１の外部表面２１８上に図面されているが、一方接地コンダクタ２１２はセ クション２１０の第２の外部表面２２０上に図示されている。２個の残りのコン ダクタ１２２及び１２６は、セクション２１０の内部（側）層の一部分として図 示されている。

コンダクタ１２２及び１２６は、望ましくはコンダクタ１２４の直接下に、また 平行に（長さ方向に）位置づけられている。

これは、コンダクタ１２４からコンダクタ１２２及び１２６の各々への最適な結 合を与えている。コンダクタ１２２及び１２６とコンダクタ１２４との間の結合 度を増加するために、コンダクタ１２２及び１２６の幅及び／または長さは増加 でき、及び／またはコンタリタ１２２及び１２６は、より直接的にコンダクタ１ ２４の下に位置づけられることも可能である。

例えば、第２図Ａのプリント回路セクション２１０のコンダクタ１２２．１２４ 及び１２６は、（！ｉｉを用いて）実現され、また、コンダクタ１２４からコン ダクタ１２２及び１２６に対して、５０オームの終端（第１図の標準（スタンダ ード）５１オーム抵抗１２８および１３０を用いて）及び以下の寸法をもって、 １２ｄＢカツプリング（結合）に対してテストされた。

即ち、寸法は コンダクタ１２４の幅：１／４００００インチ（１ミル）；コンダクタ１２２及 び１２６の幅：１０ミル；コンダクタ１２２，１２４及び１２６の長さ＝８７５ ミル；各コンダクタの厚さ：約１ミル； コンダクタ１２２及び１２６の間の距離：２０ミル；コンダクタ１２２及び１２ ６を含む層とコンダクタ１２４を含む層との間の距離：約１１ミル；及びコンダ クタ１２２及び１２６を含む層と接地コンダクタ２１２を含む層との間の距離： 約１１ミル、である。

無線機の応用において、受信機と送信機との間の分離のクリティカリティー（ｃ ｒｉｔｉｃａＩ！、１ｔｙ）は良く知られていることである。第２図Ａの配置構 成に対するテスト結果は、意図された応用に対して適切である以上の満足の行く ものである。

コンダクタ１２２及び１２６の間の分離（ｉｓｏｊ！ａｔｉｏｎ）は２６ｄＢと 測定され、一方コンダクタ１２４よりコンダクタ１２２及び１２６の各々への逆 分離（ｒｅｖｅｒｓｅ　　１ｓｏｌａｔｉｏｎ）は、２３ｄＢと測定された。更 に、（第１図の）ＶＣＯ１１２の出力から受信機１１４０入力への損失はわずか に１．８ｄＢのロスと測定された。

第２図Ｂは、同様に断面構造図として描写されているが、プリント回路ボードセ クション２４０の一部分としてコンダクタ１２２．１２４．１２６及び２１２の 別の配置構成を図示している。セクション２４０は、その中にコンダクタ１２４ が図示される層に隣接する第４のコンダクタＮ　（２１６）を含むことを除けば 、第２図Ａのセクション２１０に類似している。第４の層は、接地コンダクタ２ １６を含む外（側）部層である。第２図Ｂの構成は、そこに記述される配置構成 が隣接する回路へ或いは／から完全に分離されているという点で有利である。

このような第４の層が使用される応用に対しては、この配置構成は、それが、周 辺回路へ或いは／から付加的な接地絶縁をさらに加えるという理由から、有用で ある。

第２図Ｃは、また断面構造図として描写されているが、プリント回路ボードセク ション２６０の一部分として、第２図Ａのコンダクタ１２２．１２４及び１２６ の第２の別の配置構成を図示してい−る。コンダクタ１２４を含む層及びコンダ クタ１２２及び１２６を含む層が転置（反転されている）されていることを除け ば、この配置構成は第２図Ａに図示される配置構成に類似している。この配置構 成（セクション２６０）は、セクション２１０と同じ結合係数及びインピーダン スを達成するために、コンダクタ１２２及び１２６がコンダクタ１２４より広い ことが要求される。

種々のコンダクタの寸法は、特別の応用の結合要求を満足させるために重要であ る。ここに説明され、図示された装置構成は新規なものであることから、与えら れた応用に対する最適な寸法を設計するために使用可能なアルゴリズムまたは“ タックブック（ｃｏｏｋｂｏｏｋ）　　”手順（手続）はまだ何も開発されてい ない。しかしながら、以上に提供された例及び助言は、寸法設計の達成を可能に する方法を明白に述べている。

本発明の精神及び展望の範囲を逸脱することなく、本発明に対して様々な修正及 び変更がなされうろことは当業技術者には容易に理解されうるであろう。

国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．１つの電力端子において供給される高周波電力を分配する回路であって、 それぞれ配置された、少なくとも第１の層，第２の層及び第３の層と、 電力端子において電力を受信する前記第１もしくは第２の層の内の１つの上の第 １の主コンダクタと、少なくとも部分的なブロードサイド結合を介して、第１の 主コンダクタ上の電力の一部分を受信し、前記第１もしくは第２の層の内の他の ものの上で、しかも実質的に第１の主コンダクタに平行及び隣接する、第２のコ ンダクタと、少なくとも部分的なブロードサイド結合を介して、第１の主コンダ クタ上の電力の一部分を受信し、第２のコンダクタと同一層上に配置され、かつ 第１の主コンダクタに実質的に隣接する第３のコンダクタと、 第１の主コンダクタ、及び第２及び第３のコンダクタに対して接地基準（リフア レンス）を供給し、第３の層上に配置される接地コンダクタとを具備する回路ボ ードセクションを含み、 かつ第１の主コンダクタ、第２のコンダクタ及び第３のコンダクタの各々が、そ の電力端子から外部回路にその電力の一部分を供給することを特徴とする１つの 電力端子において与えられる高周波電力を分配する回路。
2. ２．第１の主コンダクタ、及び第２及び第３のコンダクタに対し追加接地基準（ リフアレンス）を供給し、第１の層に隣接して配置される第４の層上の第２の接 地層をさらに含むことを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の回路。
3. ３．第２及び第３のコンダクタにそれぞれ結合される第１及び第２の終端インピ ーダンスをさらに含むことを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の回路。
4. ４．前記第１のコンダクタが実質的に第２及び第３のコンダクタにオーバーラッ プするように、第１の主コンダクタが配置されることを特徴とする前記請求の範 囲第１項記載の回路。
5. ５．電圧制御発振器回路（ＶＣＯ）の出力において供給される電力を分配する、 三方向発振器信号電力分配器回路であって、そのＶＣＯからの電力を受信する第 １のコンダクタを具備する第１の層と、 第１のコンダクタに対して実質的に平行でかつ隣接し、少なくとも部分的なブロ ードサイド結合を介して第１の主コンダクタ上の電力の一部分を受信する第２の コンダクタと、第１及び第２のコンダクタに対して実質的に平行でかつ隣接し、 少なくとも部分的にブロードサイド結合を介して、第１の主コンダクタ上の電力 の一部分を受信する第３のコンダクタとを具備する第２の層と、 第１，第２及び第３のコンダクタに対する接地基準（リフアレンス）を提供する 、第３の層上に配置される接地コンダクタと、 前記回路ボードセクション上に配置され、かつ前記第２のコンダクタに結合され る第１の終端インピーダンスと、前記回路ボードセクション上に配置され、かつ 前記第３のコンダクタに結合される第２の終端インピーダンスと、第１，第２の コンダクタ及び第３のコンダクタの各々が、その電力端子からの電力の一部分を 、それぞれの出力ポートを介して外部回路に供給することを特徴とする電圧制御 発振器回路（ＶＣＯ）の出力において与えられる電力を分配する三方向発振器信 号電力分配器回路。
6. ６．前記第１の層及び第３の層が、前記回路ボードセクションの外部表面の一部 分であることを特徴とする前記請求の範囲第５項記載の回路。
7. ７．前記第１の主コンダクタが少なくとも実質的に第２及び第３のコンダクタと オーバーラップするように、第１の主コンダクタが配置されることを特徴とする 前記請求の範囲第５項記載の回路。
8. ８．前記第１のコンダクタの幅と第２のコンダクタまたは第３のコンダクタの幅 の比率が約３対１であることを特徴とする前記請求の範囲第５項記載の回路。
9. ９．第１のコンダクタから第２及び第３のコンダクタへの結合が約１０ｄＢであ ることを特徴とする前記請求の範囲第８項記載の回路。
10. １０．第１，第２及び第３のコンダクタの長さが約９００ミルで、第２及び第３ のコンダクタの間の距離が約１１ミルで、かつそれらの層の間の距離が約１１ミ ルであることを特徴とする前記請求の範囲第８項記載の回路。
11. １１．第１及び第２の終端インピーダンスが、出力ポートの間の分離（ｉｓｏｌ ａｔｉｏｎ）を最適化して選択されることを特徴とする前記請求の範囲第５項記 載の回路。
12. １２．そこより分記される電力を具備する１つの信号を供給する電圧制御発振器 （ＶＣＯ）と、 １つの受信機と、 １つの送信機と、 １つのシンセサイザーと、及び ＶＣＯから電力を受信し、 かつ、受信機に電力を供給する第１のコンダクタを具備する第１の層と、 第１の層に隣接して接触して配置され、第１のコンダクタに対して実質的に平行 でかつ隣接し、少なくとも部分的なブロードサイド結合を介して第１のコンダク タ上の電力の一部分を受信しかつシンセサイザーへ電力を供給する第２のコンダ クタと、第１及び第２のコンダクタに対して実質的に平行でかつ隣接し、少なく とも部分的なブロードサイド結合を介して第１のコンダクタ上の電力の一部分を 受信し、送信機へ電力を供給する第３のコンダクタとを具備する第２の層と、第 １の層よりも第２の層に接近して配置され、第１，第２及び第３のコンダクタに 対し接地基準（リフアレンス）を供給する接地コンダクタを具備する第３の層と 、及び、前記第２及び第３のコンダクタにそれぞれ結合された第１及び第２の終 端インピーダンスとを含む回路ボードセクションとから構成された無線機送受信 機を含むことを特徴とする無線機送受信機。