JPH0828607B2 - バラン回路 - Google Patents

バラン回路

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JPH0828607B2
JPH0828607B2 JP2241029A JP24102990A JPH0828607B2 JP H0828607 B2 JPH0828607 B2 JP H0828607B2 JP 2241029 A JP2241029 A JP 2241029A JP 24102990 A JP24102990 A JP 24102990A JP H0828607 B2 JPH0828607 B2 JP H0828607B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、バランまたはバラン回路、すなわち単一終
端（Single−ended）出力を平衡入力におよびその逆に
整合することができる変圧器（transformers）に関す
る。
［従来の技術］ バラン（balun）の応用の１例として高電力トランジ
スタ増幅器を考える。この場合、出力電力の要求が単一
のトランジスタによって伝達できるものを超えておれ
ば、複数のトランジスタを結合して電力の需要を分担し
あう。例えば、900MHzの高周波領域で動作する、セルラ
ー無線ネットワークの基地局においては、アンテナの給
電部における出力電力の要求が１キロワットであるのが
典型的であり、10個の100ワットの増幅器モジュールに
よって伝達される。現在無線周波数（r.f.）電力トラン
ジスタの上限の電力能力は60ワットの領域にあり、従っ
てそのような100ワットのモジュールを提供するために
は結合されたトランジスタを用いなければならない。
２個のトランジスタを結合する便宜的でかつ有用な方
法は技術上「プッシュプル」として知られている技術で
ある。この場合、負荷を通り１方向に電流を駆動するト
ランジスタと負荷を通り逆の方向に電流を駆動する第２
のトランジスタの間でドライブが分担される。この構成
はインピーダンスマッチングに関して好都合であり、単
一のトランジスタの非常に低いインピーダンスまたは並
列トランジスタのさらに低いインピーダンスよりもより
高い出力インピーダンスを示し、その高い出力インピー
ダンスは典型的な50オームの目標インピーダンスにより
近くなる。しかしながら、不幸なことに本来的に平衡シ
ステムであり、すなわちそれは結合されたトランジスタ
の共通グランド電位に関し対称的な出力信号を発生し、
一方、一般的には単一終端（すなわちグランド基準の）
出力信号が要求されている。この問題に対する１つの解
決方法はプッシュプル対の出力と負荷との間にトランス
フォーマを設けることである。その隔離特性のため、ト
ランスフォーマは平衡出力を単一終端負荷に結合するこ
とができる。そのようなトランスフォーマは技術上バラ
ンと言及されている。
プシュプル構成の場合には、同様の問題が単一終端入
力信号から増幅器に対しプッシュプル対により要求され
る相補的平衡ドライブ信号を提供する場合に存在し、こ
のような場合にそのような不平衡入力を平衡ドライブ信
号に変換するためにバランを用いることができる。
伝送ライン形式のものを含み、多くの形式のバランが
技術上知られている。これらの例はシー・エル・ルスロ
フによって彼の論文「いくつかの広帯域トランスフォー
マ」（Proceedings of the Institute of Radio Engine
ers、1959）、ページ1337−1342、に記述されている。
高周波r.f.増幅器の応用においては、同軸ケーブル伝
送ラインのバランが典型的に使用されており、例えばそ
の外部導体が単一終端側で接地されている４分の１波長
の長さのケーブルが使用される。印加された単一終端入
力は次に該ケーブルの遠端におけるケーブル導体間に平
衡出力を発生し、同様に非グランド側に印加された平衡
信号は単一終端出力を発生するであろう。r.f.プッシュ
プル増幅器回路においてそのようなバランを導入するこ
とは当業者に理解されるであろう。
［発明が解決しようとする課題］ 良好な性能を提供するものの、同軸ケーブルバランに
関連して多くの欠点が存在する。このようなバランは同
軸ケーブルを所定長さに切断することによって作成され
かつ高い周波数においては長さの小さな不正確さであっ
ても性能に影響を与え、またケーブルの構成要素の性質
は機械化された配置および半田付けを行うのが困難であ
る。従って、人手による組立てに関連する製造上の許容
差がある増幅器と他のものとの間で性能上の差異を発生
させる。この問題を克服するために、良好な反復可能性
を有する。プリント回路形式のバランが試みられてい
る。プリント回路形式のバランが知られている（例え
ば、ナイハスに発行された米国特許第4,193,048,号を参
照）。不幸なことに、回路板上に平坦に印刷された伝統
的な構造は増幅用トランジスタに関連する大きな金属製
のヒートシンクの近傍にあるため高電力の用途には使用
できない。不可避的に回路板の一方の側が他方の側より
金属に近くなり、バランに印加される寄生容量に受容で
きない不平衡を生ずる。今日まで、簡単なプリント形式
のもののみが寄生的な対称性を与えるために増幅器の回
路板に対し垂直に取付けられた別個の板（boards）の上
で用いられてきた。そのような板は機械的に壊れ易くか
つそれら自体においては再現可能であるが自動的に組み
立てることはできない。
本発明は、これに対して、平坦にプリント回路化でき
る高電力の用途に有用なバラン構造を提供するものであ
る。
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、単一終端信号ポートおよび平衡信号
ポートを提供するバランは、 前記単一終端信号ポートおよびグランドの間に延在す
る少なくとも１つの第１の導体素子、および 前記第１の導体素子に変圧器的に結合されかつ電気的
にそこから絶縁されている少なくとも１つの第２の導体
素子、 を含み、前記第２の導体素子はグランドから前記平衡
ポートまで電気的に対称に延在している。
前記平衡ポートは電気的に前記少なくとも１つの第２
の導体素子の中間に位置し、かつ前記少なくとも１つの
第１の導体素子は、該第１の導体素子の中心点、即ち該
第１の導体素子の電気的な中心と規定される点、が前記
平衡ポートに対向するように配置されることにより、複
数の周波数において動作可能となる。
好ましくは、前記導体素子または要素は、例えば閉ル
ープ形式のような、同様の形でよい、隣接する併合され
た導体の形式となる。前記第２の導体素子は共通グラン
ドから延在すると好都合である。前記導体はプリント回
路形式で実現できる。
広帯域の用途に適した本発明の好ましい形式において
は、リーケージ補償容量が平衡出力ポートに接続されか
つ導体要素はグランド接続された導体によって囲むこと
ができる。
本発明によるバランは、プッシュプル段を含む高電力
r.f.増幅器のような、増幅器において使用できる。
［実施例］ 本発明の特徴および利点がさらに理解できるように、
添付の概略的な図面を参照して、実例によってのみ、い
くつかの実施例を説明する。
第１図において、バラン10は単一終端信号ポート11お
よび平衡信号ポート12を提供する。導体素子14および15
は単一終端ポート11からグランド13に延在する第１の素
子グループを形成する。導体素子16および17は平衡ポー
ト12からそれぞれグランド18,19に延在しかつ電気的に
対称となっている。導体素子14および15は第１の導体対
を構成しこれは導体素子16および17によって構成される
第２の導体対から電気的に絶縁されている。実際の使用
においては、単一終端ポート11に印加された信号は１次
コイルとして作用する第１の導体対（14,15）および２
次コイルとして作用する第２の導体対（16,17）の間に
おける（概略的に100で示された）トランスフォーマ結
合により平衡信号ポート12に平衡信号出力を生成する。
例えば、単一終端発生器101による信号はZOの値の平衡
負荷102を駆動する。あるいは、平衡ポート12に印加さ
れた平衡信号はポート11に単一終端出力信号を発生す
る。この構成においては、導体16,17は１次コイルを構
成しかつ導体14,15は２次コイルを構成する。
本発明の好ましい形式においては、導体14および15は
単一の併合された導体20（第２図）として形成され、か
つグランド18および19はコールポイントである共通ポイ
ント21において形成され（第3A図）、あるいは第3C図に
示すように共通ポイント21は容量24によってグランド面
30からデカップルされて電源供給線23が接続され、それ
により導体16,17もまた単一導体22として形成される。
これら以外の同様の部分は第１図におけるものと同じ参
照数字が付けられている。
本発明のこの形式はそれ自体をプリント回路板構造上
に製造させ、導体20および22はプリント回路板の表面に
直接プリントできることが理解されるであろう。このよ
うにして得られた構成は第３図においてより明白とな
り、同図においては同様の部分は第１図および第２図と
共通の参照数字で示されている。第３図の構成におい
て、導体20はプリント回路の一方の側にあり、導体22が
他の側にあり、かつポート接続11および12はグランド面
30に囲まれている。グランド面の近接はこれをトランス
フォーマに結合された寄生容量の主要な源とし、従って
存在し得る他のストレイ容量の影響を軽減する。このグ
ランド面はもし必要であれば基板の上部面では省略でき
る。
本発明のこのようなプリント形式の多くの利点は当業
者には明らかであろう。このバランはプリント回路板上
に平坦に印加され、このプリント回路板は、例えば、増
幅器を設けたのと同じプリント回路板とすることがで
き、かつ従ってプリント回路板の精度で再現可能であ
る。何らの組立ても必要とされずかつ回路性能に影響を
与える構成要素またはアセンブリの許容差は存在しな
い。
今までに説明されたバランの実施例はトランジスタを
プッシュプルで使用する高周波r.f.電力増幅器回路に使
用するのに適している。増幅器40（第４図、同図ではバ
ラン電気回路的な表現で示されている）は、プッシュプ
ル構成に配置された２個のトランジスタ41,41′を具備
する。与えられた用途に適した実際の回路は当業者が実
現できるものである。増幅のための入力信号は単一終端
入力45に印加される。本発明に係わるバラン48は相補的
な平衡した信号をライン49,49′に提供し印刷整合ネッ
トワーク405からプッシュプル対41,41′を駆動し、該プ
ッシュプル対41,41′は次にライン407のような、マイク
ロストリップラインを含む第２の整合ネットワーク406
を介してバラン402によって401における単一終端最終出
力に変換されるべき平衡増幅出力をライン400,400′に
提供する。バラン48および402は広帯域の用途における
リーケージを補償するためにそれらのそれぞれの平衡ポ
ートにわたり接続された容量403,404を有している。
第４図のプッシュプル増幅器の構造形式において、50
（第５図）がプリント回路板51上にマウントされており
該プリント回路板51はr.f.の用途に適したテフロン／ガ
ラス材料により作ることができる。バラン48および402
はボード51のそれぞれの側に存在する導体20′,22′お
よび20″,22″をそれぞれ有している。これらの導体は
グランド面30′により囲まれている。単一パッケージ55
におけるパワートランジスタ（41,41′）は、その金属
のマウント用プレート52がボルト54によって金属のヒー
トシンク53に固定されており、それによりグランドに接
続されている。ベースおよびコレクターのトランジスタ
電源は第3C図に示される形式のデカップルされたバラン
によって接続することができる。ヒートシンク53はトラ
ンジスタの高い熱放散に鑑み大きなことが必要とされ、
該トランジスタは典型的にはAB級、あるいはＡ級で動作
し、これらのいずれも比較的効率が悪く、従ってヒート
シンク53はボード51の長さに延び（多くのこのような増
幅器から成る）高電力r.f.増幅器全体を合理的な大きさ
に保つために必要とされるコンパクトな構造を提供す
る。ヒートシンク53にはそれぞれバラン48,402の下側の
導体を収容するために切欠き57,58が設けられている。
平衡した側部導体（バラン48に対しては22′、バラン
402に対しては22″）はヒートシンク53の近接のため何
らかの寄生結合によって一様に影響を受け、すなわち平
衡出力（バラン48）または平衡入力（バラン402）の両
側が等しく影響を受けることが理解されるであろう。
このことはバランが増幅器のプリント回路板の一部と
して平坦にプリントできるという重要な結果を与える。
このことは平衡した側部が一部はプリント回路板の上に
形成されかつ一部はプリント回路板の下に形成されて受
容できない非対象の寄生的効果を生ずる従来技術のプリ
ント回路によるバラン構成からかけ離れている。
本発明の以上の実施例が誘導体のキャリアによって電
気的に隔離された導体素子を提供する適切な方法であ
る、プリント回路板構造に関して説明された。しかしな
がら、本発明は電気的に絶縁された導体を提供するすべ
ての構造に適用可能であることが理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係わるバランを表わす概略的ブロッ
ク回路図、 第２図は、第１図のバラン形状を示す斜視図、 第3A図は、本発明に係わるプリント回路形式のバランを
プリント回路板の一方から見た様子を示す説明図、 第3B図は、第3A図と反対側の状態を示す説明図、 第3C図は、第3A図のデカップルされた別の例を示す説明
図、 第４図は、本発明に係わるバランを含むプッシュプルr.
f.電力増幅器を示すブロック回路図、そして 第５図は、プリント回路板上に構成された第４図の増幅
器の構造を示す断面図である。 10:バラン、11:単一終端信号ポート、12:平衡信号ポー
ト、14,15:導体素子、16,17:導体素子、13,18,19:グラ
ンド、100:トランスフォーマ結合、101:単一終端信号発
生器、102:平衡負荷、20,22:単一併合導体、21:共通
点、30:グランド面、41,41′：トランジスタ、45:単一
終端入力、48:バラン、49,49′：ライン、400,400′：
ライン、405:プリント整合ネットワーク、406:第２の整
合ネットワーク、401:出力、402:バラン、403,404:容
量、51:プリント回路板、52:金属マウント用プレート、
53:金属ヒートシンク、54:ボルト、55:パッケージ、57,
58:切欠き。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】単一終端信号ポート（11）および平衡信号
    ポート（12）を提供するバラン回路であって、該バラン
    回路は、 前記単一終端信号ポート（11）とグランド（13）との間
    に延在する少なくとも１つの第１の導体素子（15,1
    4）、そして 前記少なくとも１つの第１の導体素子に変圧器的に結合
    されかつ前記第１の導体素子から電気的に絶縁された少
    なくとも１つの第２の導体素子（16,17）であって、該
    少なくとも１つの第２の導体素子はグランド（19,18）
    から前記平衡ポート（12）まで電気的に対称に延在する
    もの、 を具備し、前記バラン回路は、 前記第１および第２の導体素子は、電気的絶縁層（51）
    を挟んで対向して配置され、そして 前記平衡ポートは電気的に前記少なくとも１つの第２の
    導体素子の中間に位置し、かつ前記少なくとも１つの第
    １の導体素子は、該第１の導体素子の中心点、即ち該第
    １の導体素子の電気的な中心と規定される点、が前記平
    衡ポートに対向するように配置されることにより、複数
    の周波数において動作可能としたことを特徴とするバラ
    ン回路。
  2. 【請求項２】前記少なくとも１つの第１の導体素子は連
    続する併合された導体（20）の形式を有し、かつ前記少
    なくとも１つの第２の導体素子は連続する併合された導
    体（22）の形式を有する請求項１に記載のバラン回路。
  3. 【請求項３】前記第１および第２の導体素子の連続する
    併合された導体は実質的に同じ形状である請求項２に記
    載のバラン回路。
  4. 【請求項４】前記併合された導体の少なくとも１つは閉
    ループの形状を成している請求項２または請求項３に記
    載のバラン回路。
  5. 【請求項５】前記第２の導体素子は共通のグランド（2
    1）から前記平衡ポートへ延在している請求項１から請
    求項４までのいずれか１項に記載のバラン回路。
  6. 【請求項６】プリント回路形式の導体を含む請求項１か
    ら請求項５までのいずれか１項に記載のバラン回路。
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