JPH0435204A - 整合回路 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複数の周波数で高周波電力を反射することなく
接続するための整合回路に関する。本発明は、伝送線路
の特性インピーダンスと線路長とを適切に選択すること
により、任意の複数の周波数において実質的に整合を得
るものである。

〔従来の技術〕

近年になって、一つのアンテナを多くの周波数帯域で共
用する検討が行われている。これは、これまで特定のン
ステムの使用周波数に対応してそれぞれアンテナを必要
としていたのに対し、異なる周波数帯域で通信している
複数のンステムに対して一つのアンテナを共用する試み
である。アンテナの共用化により、固定局や移動局にお
ける複数のアンテナの設置が不要となる。このようなア
ンテナの共用には、給電回路における多周波共用技術が
必要となる。

所要の周波数帯域にふいて広く整合をとることのできる
整合回路としては、特定の周波数を中心にできるだけ平
坦な整合特性をもたせたワグナ−（Ｗａｇｎｅｒ）型の
回路や、所要帯域において反射係数を所望の値にするチ
エビシエフ（Ｔｃｈｅｂｙｃｈｅｆｆ）型の回路が知ら
れている。これらの回路は、同一の線路長をもつ４分の
１波長線路（λ／４線路）を多段に縦続接続することに
より、ある範囲における反射特性を所望の値とするもの
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の整合回路は、ある周波数を中心に特定の
周波数帯域幅において整合を得るものであり、任意の複
数の周波数において整合を得ることはできなかった。

例えば、ワグナ−型の回路では、中心周波数では完全な
整合が得られるが、それ以外の周波数では完全な整合を
得ることはできない。

これに対してチエビシエフ型の場合は、対象とする周波
数帯域内において等間隔に反射係数の零点を配置するこ
とにより、帯域内での反射特性を実現できる。しかし、
使用周波数の間隔が等間隔でない場合には、その使用周
波数の間の非使用周波数帯を含とだ広い周波数にわたる
設計が必要となり、縦続接続する線路の段数が増えて回
路規模が大きくなってしまう。

本発明は、以上の課題を解決し、小さい回路規模で複数
の周波数に対する整合を実現する整合回路を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するたｔの手段〕

本発明の整合回路は、入力端における入射波と出射波（
反射波）をそれぞれａＩ、ｂＩ、出力端における入射波
（後段からの反射波）と出射波をそれぞれａ２、ｂ２と
し、これらが伝送行列［Ｔ］により と表されるとき、少なくとも一つの周波数間隔が異なる
ｎ個の使用周波数に対してそれぞれ求められる伝送行列
の要素Ｔ１□がすべて実質的にＴ１２＝０となるように
、ｎ個の線路の特性インピーダンスおよび線路長が設定
されたことを特徴とする。

〔作　用〕

整合回路による整合条件は、「入射波ａ、に対して入射
端における反射がなく　（ｂ１＝０）、出射端において
も反射がない（ａｚ　＝０）Ｊということである。この
条件から、〔１〕式は、０＝Ｔ１□・ｂ２ ａ、＝Ｔ２２−　ｂ２ となる。したがって、反射波が存在しない条件を実現す
るには、使用周波数において７１２＝０となればよい。

伝送行列ＥＴ］の各要素は伝送周波数の関数であり、さ
らに、ｎ個の線路が縦続接続されているとすると、伝送
行列［Ｔ］の各要素が、それぞれｎ個の線路の特性イン
ピーダンスとその線路長とにより表される。すなわち、
伝送行列［Ｔ］の各要素は、伝送周波数の他に、２ｎ個
のパラメータを含んでいる。伝送行列［Ｔ］、の各要素
が一般に複素数で表されるので、Ｔ、２＝０を満たす２
ｎ個のパラメータを求めるには、ｎ個の周波数に対する
値を求めればよい。

このようにして、任意に選択されたｎ個の使用周波数に
対して、反射波が生じないように、縦続接続されたｎ個
の線路の特性インピーダンスおよび線路長を設定するこ
とができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第一実施例の整合回路を示すブロック
構成図であり、第２図はそれをマイクロス）　ＩＪツブ
線路で実施した場合の構成を示す斜視図である。

この整合回路は、特性インピーダンスの異なる複数ｎ個
の線路１−１〜ｌ−ｎが多段に縦続接続された伝送回路
を備え、インピーダンスが互いに異なる入力回路２と出
力回路３との間を接続する。ここで、１＝１−１の整数
に対して、線路１−ｉの特性インピーダンスを２１、線
路長をｆ、とする。

また、入力回路２を人力インピーダンスＺ、出力回路３
を８カインピーダンスＲで表ス。

マイクロストリップ線路で実施する場合には、誘電体基
板１０に、所望の特性インピーダンスが得られる線路幅
および所望の線路長線となるような金属板１１を設け、
誘電体基板１０の裏面にはグランド板１２を設ける。金
属板１１の形状は、フォトエツチングその他の方法によ
り設定できる。

ここで本実施例の特徴とするところは、入力端における
入射波と出射波をそれぞれａ１、ｂ１、出力端における
入射波と出射波をそれぞれａ２、ｂ２とし、これらが伝
送行列ＪＴＩ　により（１）式の関係があるとき、少な
くとも一つの周波数間隔が異なるｎ個の使用周波数に対
してそれぞれ求められる伝送行列の要素ＴＩ２がすべて
実質的にＴｌ２＝０となるように、ｎ個の線路の特悦イ
ンピーダンスおよび線路長が設定されたことにある。

第３図に伝送行列ＣＴ］　と入射波ａＩｚａ２および出
射波ｂ１、ｂ２との関係を示す。

高周波回路の場合には、一般に、その回路の入射波と出
射波とが、伝送行列［ＴＩ　により（１）式のように関
係づけられる。このとき、伝送行列［ＴＩの各要素と、
通常用いられている散乱行列の各要素との間には、 Ｔ１□−（Ｓ　１２５２１Ｓ　ｚ　Ｓ２゜）　／５２１
Ｔｌ□−３．．／ｓ２゜ Ｔ２＋＝　　３２゜／５２１ Ｔ２２＝１１５２＋ の関係がある。

また、インピーダンスｚ、−１に線路長ｐ１、特性イン
ピーダンス２、の伝送線路が縦続接続されたときの伝送
行列ＪＴＩ　Ｅ　は、 と表すことができる。ここで、 である。βは波数２π／λである。

したがって、任意の線路長の伝送線路をｎ段縦続接続し
た回路の伝送行列ＵＴ〕　は、入力インピーダンスを７
１出力インピーダンスをＲとするとき、 （以下本頁余白） ×・・・ で表される。ＪＡＯＥ、Ｅ　Ｂ　０１は、である。また
、ｉ＝ｌのときにはｚｔ−１＝ｌＺであるとする。さら
に、ここで扱う人力インピーダンスＺおよび出力インピ
ーダンスＲは必ずしも実数である必要はなく、一般の複
素数でもよい。

伝送行列［Ｔｌで表される伝送回路の整合条件は、入射
波ａ、に対して入力端において反射波がなく、しかも出
射端における反射もないということである。すなわち、
ｂ＋＝ａ２＝０を満たせばよい。これを（１）式に代入
すると、 となる。すなわち、 が整合条件となる。この条件を実現するには、所望の周
波数においてＴ１□＝０となればよい。

伝送行列［Ｔｌ　の各要素は一般に複素数であり、伝送
周波数と、ｎ段接続された線路１−１〜ｌ−ｎのそれぞ
れの特性インピーダンス２．−２．、および線路長１１
〜β、とにより表される。ここで、周波数Ｆ１に対する
要素Ｔ１２の実数部と虚数部をそれぞれ、ｆ　、（Ｚ、
、　Ｚ２．　川、　Ｚｈ、　　ｆ　、、　ｊ２２．　・
、　１．）Ｌｎ＋１（Ｚｌ、　Ｚ２．　・・’、　Ｚｈ
、　　ｚ、、　１２．　・・’、　ｊ！、、）とする。

このとき、Ｔｌ２＝０を満たすためには、実数部と虚数
部とが共に零であることが必要であり、 （５〕 の二つの方程式を得ることができる。それぞれの方程式
が２ｎ個の未知数を含むので、これを解くには、さらに
２ｎ−２個の方程式が必要となる。

そのためには、さらに、ｎ−１個の周波数Ｆ２、Ｆ３、
・・・、Ｆ９に対する要素Ｔｌ２＝０となる条件を求め
る。このようにして、ｎ個の周波数に対する条件から、 （以下本頁余白） Ｆ２−（Ｚ＋、Ｚ２．−、Ｚ、、！！、、Ｌ、・”、Ｃ
）＝０の２ｎ個の方程式が得られる。この方程式を解く
ことにより、線路１〜１〜ｌ−ｎのそれぞれの特性イン
ピーダンスおよび線路長を求めることができる。

このように、ｎ個の線路１−１〜ｌ−ｎを縦続接続し、
ｎ個の周波数に対する整合条件からそれぞれの特性イン
ピーダンスおよび線路長を設定できる。

ｎ個の周波数はその周波数間隔が均等である必要はなく
、任意に選択されたｎ個の周波数に対して整合条件を満
たすことができる。

また、段数を１段増やすことにより、新たな周波数に対
する整合条件を満足することができる。

さらに、ある周波数においである程度の帯域が必要な場
合には、その周波数近傍に新たな整合点を設定して実効
的に周波数帯域を広くすることもできる。

第４図はｎ＝３の場合の整合回路をマイクロストリップ
線路で構成した例を示す。

三つの周波数Ｆ、　、Ｆ２、Ｆ３（波長λ１、λ７、λ
３）において整合をとる場合には、３段に縦続接続され
た線路を用いる。このときの伝送行列は、で与えられる
。このとき、整合条件Ｔ１２＝（１）により、 （１／２）　（Ｒ／Ｚ）　””　　（ｃｏｓθ１・ｃｏ
ｓθ２・ｃｏｓθ３　［Ａ　＋１１十Ｊ　（２３／Ｒ）
　ｃｏｓθ、　’ｃｏｓθ２’ＳＩｎθ３［Ｂｏ′］−
（２２／２３）ｃｏｓθヒｓｉｎθ２・Ｓ１ｎθ３［Ａ
ｏ］（Ｚ＋／２２）ｓ＋ｎθｌ’ｓｌｎθ２’ＣＯ９θ
３［Ａ、］］＋（Ｚ／２．）　ｓｉｎθ＋’ＣＯ３θ２
・ＣＯ８θ３［Ａｏ′］＋ｊ（ｚ／Ｚ２）ＣＯ８θｌ’
ｓｌｎθ２・ＣＯ３θ３［Ａｏ’　］ｊ（２２２／Ｚ、
Ｚ３）　ｓｉｎθ１・Ｓ１ｎθ２・ｓｉｎθ３［Ａｏ’
　１（２Ｚ３／Ｒ２＋）　ｓｉｎ　ｏ　＋’ＣＯ３θ２
・ｓｌｎθ３［Ｂｏ］（２＋／２３）　ｓｉｎθｌ　’
ＣＯ３θ２・Ｓｌｎθ３［Ａｏ］Ｊ　（２１２３／ＲＺ
３）　　ｓ＋ｎθ＋−５ｉｎθ２・Ｓ１ｎθ、、［Ｂ、
’　］＋　　　ｊ（２，／Ｒ）　ｃｏｓθｌ’ｓＩｎθ
２”ＣＯ３θ、［Ｂｏ’　］＋　　　　　Ｊ（Ｚ／２３
）　　ｃｏｓ　θ１・ｃｏｓ　θ２・ｓｉｎθ３［Ａ、
’　　］（２Ｚ３／ＲＺ２）　　ｃｏｓθｌ・ｓｌｎθ
２・ｓｌｎθ３［Ｂｏ］（ＺＺ２／ＲＺＩ）　　ｓｉｎ
θビｓｉｎθ＝’ＣＯ３θ３　［Ｂ　ＯＦ＋　　　、１
（Ｚ、／Ｒ）　ｓｉｎθｌ・ｃＯ９θ２’ＣＯ３θ３［
Ｂｏ’　］；　　　ｊ（Ｚ＋／Ｒ）　　ｃｏｓθｌ・ｃ
ｏｓθ２°ｃｏｓθ３［Ｂｏ］　）−［０１（８） なる関係が得られる。ただし、 である。

Ｆ２／Ｆ ｋｌ　λ おけば、 ｆ、や、 コノとき、周波数比Ｆ、／Ｆ、＝ｎ、（−１）、−ｎ２
　、Ｆ３／Ｆ＋　＝ｎ３および線路長β、Ｆ２−に２λ
１、Ｆ３−に３λＩと （８）式の実数部と虚数部とから、 ａ　ｔａｎ（２πに＋ｎｒ）　ｊａｎ（２πに２ｒｚ）
＋ｂ　ｔａｎ（２πＬｎ、）　ｔａｎ（２πに３ｎ、）
＋ｃ　ｔａｎ（２πに＋ｎ、）　ｊａｎ（２πに、ｎ＋
）＋ｄ ＝　　、４　ｊａｎ（２πに１ｎ＋） ＋Ｂ　ｔａｎ（２７ｒｋｘｎ＋） ＋Ｃｔａｎ（２πに３ｎ＋） ＋Ｄ　ｔａｎ（２πに＋ｎ＋） Ｘｔａｎ（２７ｒｋｚｎｔ）　ｊａｎ（２πに、ｎ＋）
が得られ、ｆ、＝Ｏ，ｆ、、。１−Ｏなる条件が得られ
る。ただし、 （１＝−（２，／Ｚ、）＋（２Ｚ２／ＲＺ、）ｂ　−（
Ｚ２／２３）・（ＺＺ３／ＲＺ２）Ｃ−−（２，Ｆ２３
）＋（ＺＺ３／ＲＺ、）ｄ　＝１−（Ｘ／Ｒ） Ａ　−（Ｘ／Ｚ、）−（Ｚ、／Ｒ） Ｂ−（Ｚ／Ｚ２）−（Ｚ２／Ｒ） Ｃ＝（２／Ｘ３）−（２３／Ｒ） Ｄ　＝（２，２，／ＲＺ２）−（２２２／Ｚ、Ｚ３）で
ある。

ここで求とだ方程式群は多元非線形方程式であって、一
般には解析的に求めることはてきないが、数値的に解く
ことは可能である。

例えば、特性インピーダンスがＺの線路とＲ２Ｚの線路
との間を接続し、三つの周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３　にお
いて整合をとるとする。この条件で（９）式を解くと、
線路長β１、Ｆ２、＋２３および特性インピーダンスＺ
ｌ、Ｚ２、ｚ３は、Ｌ＝Ｏ１５９λ β２＝　　０．１３２λ１　≠β１ β３・　０．１５９λ１　≠β２ Ｚ、　　＝１．１６２ Ｚ２　　＝１．４１２ Ｚ３　　＝１　７３２ となる。ｚ−５０Ω、Ｒ＝１００　Ωとすルト、２５７
８Ω、２２　＝７０．７Ω、ｚ２＝８６．６Ωである。

第５図はこのときの入力反射係数Ｓｌ＋の特性を示す。

この図から吠らかなように、周波数Ｆ１．１５Ｆ１およ
び２５Ｆ１において、それぞれ入力反射係数が零となり
、不等間隔の周波数でも整合を実現できる。

比較のため、同等の条件に対して得られるワグナ−型お
よびチエビンエフ型の二つの整合回路について説明する
。

λ／４線路を３段縦続接続するワクナー型の整合回路の
場合には、 Ｆ２１　＝１２−β３＝０．１４３　　λｚｌ−５６．
５０、Ｚ２　　＝７０．７０、Ｚ２　　＝８８．４０と
する。このときの人力反射係数の特性を第６図に示す。

この図に示したように、ワグナ−型の整合回路では、中
心周波数においてのみ人力反射係数が零となるだけで、
複数の周波数において整合を得ることはできない。

チエビシエフ型の整合回路の場合には、１、　＝１２　
＝１．　＝０．１４３　λ１Ｚｌ　＝５４．５０、Ｚ２
　＝７０．７Ω、Ｚ２　＝９１．７Ωとする。このとき
の人力反射係数の特性を第７図に示す。この図に示した
ように、チエビシエフ型の整合回路では、人力反射係数
が最適となる点が等間隔に設定されてしまう。

これに対して本実施例では、従来の回路と同程度の規模
で、任意に選択された周波数点において整合をとること
ができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の整合回路は、任意に選択
された間隔の異なる周波数点で整合を実現することがで
きる。しかも、ｎ周波数において整合を実現するために
必要な線路の段数はｎであり、従来の整合回路と同程度
の回路規模で実施できる。

また、ある周波数において帯域を広くしたい場合には、
段数を増やしてその周波数近傍に整合点を新たに設ける
ことにより、必要な帯域幅を確保できる。すなわち、全
体の周波数にわたり帯域特性を改善する必要がなく、所
望の周波数における反射特性を必要に応じて改善できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第一実施例の整合回路を示すブロック構
成図。 第２図は第一実施例をマイクロストリップ線路で実施し
た場合の構成を示す斜視図。 第３図は伝送行列［Ｔ］　と入射波ａｌ、ａ２および出
射波ｂｚ　、ｂ２　との関係を示す図。 第４図はマイクロストリップ線路で実現した３段構成の
整合回路を示す斜視図。 第５図は入力反射係数Ｓ　Ｉ＋の特性を示す図。 第６図は従来例ワグナ−型整合回路の人力反射特性の一
例を示す図。 第７図は従来例チエビシエフ型整合回路の入力反射特性
の一例を示す図。 １−１〜ｌ−ｎ・・・線路、２・・・入力回路、３・・
・出力回路、１０・・・誘電体基板、１１・・・金属板
、１２山グランド板。 特許出願人　日本電信電話株式会社 代理人　弁理士　井　出　直　孝 兇　］　回 第　３　回 お　４　回 周波＊Ｆ／Ｆ＋ 入力反射特性 兇　５　図 ３６　回 周波数Ｆ／　Ｆｌ 従来骨」　チエビシエフ特性 第　７　回

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．特性インピーダンスの異なる複数ｎ個の線路が多段
   に縦続接続された伝送回路を備え、インピーダンスが互
   いに異なる二つの回路間を接続する整合回路において、 前記伝送回路の入力端における入射波と出射波をそれぞ
   れａ＿１、ｂ＿１、出力端における入射波と出射波をそ
   れぞれａ＿２、ｂ＿２とし、これらが伝送行列［Ｔ］に
   より ▲数式、化学式、表等があります▼ と表されるとき、少なくとも一つの周波数間隔が異なる
   ｎ個の使用周波数に対してそれぞれ求められる伝送行列
   の要素Ｔ＿１＿２がすべて実質的にＴ＿１＿２＝０とな
   るように、前記ｎ個の線路の特性インピーダンスおよび
   線路長が設定された ことを特徴とする整合回路。