JPH09246815A - マルチポート無線周波数信号変成回路網 - Google Patents
マルチポート無線周波数信号変成回路網Info
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- JPH09246815A JPH09246815A JP9069041A JP6904197A JPH09246815A JP H09246815 A JPH09246815 A JP H09246815A JP 9069041 A JP9069041 A JP 9069041A JP 6904197 A JP6904197 A JP 6904197A JP H09246815 A JPH09246815 A JP H09246815A
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- H04B1/3833—Hand-held transceivers
Abstract
120,130との間でインタフェースできる変成回路
網を提供する。 【解決手段】 バラン165はチョーク140を有し、
不平衡ポート110を平衡ノードの対に接続する。追加
ノード145はバラン上に設けられる。第1および第2
不平衡移相伝送ライン150,155は、バラン165
の追加ノード145に接続された共通グランド導線を有
する。従って、伝送ラインの他端がバラン165の平衡
ノードに結合され、かつこれらの伝送ラインの共通グラ
ンド導線がバランの追加ノード145に接続される場合
に、移相平衡ポート130はこれら第1および第2不平
衡移相伝送ライン150,155の中心導線によって与
えられる。
Description
l transformation network) に関し、さらに詳しくは、
ライン上の位相および振幅平衡を調整する受動マルチポ
ート無線周波数信号変成回路網に関する。
び携帯衛星システムでは、加入者ユニット上で小型の円
形偏波アンテナを必要とする。直交偏波ダイポール・ア
ンテナ(orthogonally polarized dipole antenna) ,方
形または円形マイクロストリップ・パッチ・アンテナま
たはツイステッド交差ループ(twisted crossed loop)ア
ンテナなど、これらの小型円形偏波アンテナは、アンテ
ナの2つの励起モードの間で90°の移相を必要とす
る。また、直交偏波ダイポール・アンテナやツイステッ
ド交差ループ・アンテナなどこれらのアンテナのほとん
どは、平衡給電用のバラン(balun) (平衡不平衡回路
網)を必要とする本質的に平衡構造である。バランは、
無線トランシーバからの不平衡伝送システムをアンテナ
用の平衡給電システムに変成する。当技術分野において
周知のほとんどの外部バランおよび移相器/電力分配器
は極めて大きく、余分な信号損を発生する。
f-phasing)アンテナは、外部移相器なしに円形偏波を発
生できる。これは、2つのモードの共振周波数を反対方
向に公称周波数からわずかにシフトさせることによって
行われ、そのためこれらのモードの入力インピーダンス
の無効成分(reactive components) により、単一の印加
電圧源から適切に整相された電流が得られる。対角線で
プローブ給電されるほぼ方形のパッチ・アンテナは、ル
ープ間の長さが異なるツイステッド交差ループ・アンテ
ナと同様に、この種の構造の一例である。しかし、自己
整相型アンテナは、一般に外部整相型アンテナ(非自己
整相型アンテナ)に比べて、周波数帯域幅が制限され
る。自己整相型アンテナの自己整相は、例えば、インピ
ーダンス整合型やパターン整合形など他の形式よりもア
ンテナの帯域幅を制限する。外部整相型アンテナは、自
己整相型アンテナよりも多くの自由度を残し、良好なア
ンテナ・パターンなど他のアンテナ性能目標を達成でき
る。良好なアンテナ・パターンは、ある角度の範囲で良
好な利得を達成し、移動または携帯衛星トランシーバは
良好な全方向性能を得ることができる。
を外部整相するための改善が必要になる。平衡不平衡回
路網を提供し、かつ移相回路網を提供する両方の機能
は、非自己整相型アンテナの外部で必要になる。移相を
行うため、小型・高性能・低コストの回路網が望まし
く、平衡ラインと不平衡ラインとの間の変換を行うこと
が望ましい。これにより、より小型な携帯衛星トランシ
ーバが消費者市場で利用可能になる。
バランを単一の小型構造で提供する、変成回路網の電気
等価図を示す。不平衡ポート110に印加される不平衡
信号は、2つの平衡ポート120,130の間で等電力
(equal-power) に分離される。平衡ポート130におけ
る合成信号成分は、平衡ポート120における合成信号
成分に対して90°の移相を有する。平衡ポート12
0,130に印加されるほぼ整相された直交信号は、公
称的には減衰なしに変成回路網によって合成され、不平
衡ポート110において不平衡信号を出力する。
るチョーク140と、移相平衡ポート130における2
つの不平衡移相伝送ライン150,155とを利用す
る。チョーク140および不平衡給電ライン160は、
2つの不平衡移相伝送ライン150,155に接続する
ためのバラン(平衡不平衡回路網)となる。図1の例で
は、チョーク140は、好ましくは、目的の周波数の4
分の1波長(λ/4)の長さを有する。この1/4波長
チョークは、1/4波長の奇数倍(1/4,3/4,5
/4など)の長さを有することができる。あるいは、オ
ープンエンド型チョークは、全ての偶数調波(1/2,
1,3/2など)で利用できる。
伝送ライン150,155は、移相平衡ポート130に
おける所望の移相量に依存する長さlを有する。2つの
移相伝送ラインは、各2つの伝送ライン150,155
の信号導線がバラン165の2つの出力に接続し、かつ
2つの伝送ライン150,155のグランドがバランの
追加ノード145に接続する場合に、平衡ポート130
において移相され平衡された出力を与えることを発明者
は発見した。バランの追加ノード145は、バラン16
5の平衡出力ポートの差動基準を与える。バランの追加
ノード145によって与えられるこの差動基準は、2つ
の不平衡伝送ライン150,155のグランド導線に接
続される。移相平衡ポート130によって90°移相が
与えられ、例えば、直交アンテナを給電するが、任意の
所望の移相は任意の数の出力上で与えることができる。
2つ以上の移相伝送ラインの対を設けて、3つ以上の平
衡ポートを提供できる。0°移相を有する平衡ポート1
20は、好ましくは、移相伝送ラインを利用せずに直接
接続する。従って、移相伝送ラインの対は、各不平衡ポ
ートに設けることができる。
形でもよく、あるいはストリップライン形でもよい。さ
らに、チョーク140は同軸形,ストリップライン形も
しくはトリプレート型の1/4波長チョークでもよい。
移相は、信号が伝送ラインを伝播する際にこれらの信号
を遅延させることによって達成される。従って、移相は
位相遅延によって生成されるバランの追加ノード145
が2つの不平衡移相伝送ライン150,155のグラン
ド導線に接続される場合、バランの追加ノード145は
異なった位相平衡のポート120,130の差動基準ノ
ードとなり、2つの不平衡移相伝送ライン150,15
5の中心導線は移相平衡ポート130の2つの信号導線
を形成する。図2は、変成回路網の第1実施例による同
軸構成の斜視図を示す。一例としての50オーム同軸不
平衡給電ライン260は、不平衡ポート210を平衡ポ
ート220のうちの一方に接続する。一方の平衡ポート
220は、給電ライン260と同軸のスリーブ240に
よって形成される1/4波長チョークによって作られ
る。1/4波長チョーク240および不平衡給電ライン
260のこの構成は、バズーカ・バラン(bazooka balu
n) として知られる一種のバランを形成する。スリーブ
240は、好ましくは、空気充填したチョークである。
ンクは、平衡移相伝送ライン250,255を形成す
る。U字型移相平衡伝送ライン250,255は、好ま
しくは、スリーブ240の内面に半田付けされ、スリー
ブ240内に配置される。別の構造におけるU字型移相
伝送ライン250,255は、スリーブ240の外面に
半田付けすることによって装着できる。U字型移相伝送
ライン250,255がスリーブ240の外面ではなく
その内面に配置される場合、この構造の全体的な寸法は
小さくなり、バズーカ・バランの有効帯域幅は若干低下
する。これらの等しい長さlの同軸移相伝送ライン25
0,255は、移相平衡ポート230において90°の
移相を行うために1/4波長の電気的長さを有する。こ
れらの移相伝送ライン250,255は、好ましくは、
容易に入手可能な50オーム同軸ケーブルからなり、不
平衡給電ライン260は好ましくは50オーム同軸ケー
ブルからなる。各移相伝送ライン250,255の一方
の端部における中心導線251,257は、給電ライン
260の中心導線および外部導線に接続される。各移相
伝送ライン250,255の他方の端部における中心導
線253,259は互いに移相平衡ポート230を形成
する。不平衡給電ライン260の中心導線およびシール
ドは、0°移相平衡ポート220を形成する。ポート2
20,230の両方は、スリーブ240の端部における
開回路インピーダンスによって保証されるように平衡と
なる。また、スリーブ240は、移相伝送ライン25
0,255の外部導電シールドを不平衡給電ライン26
0から、および平衡ポート220,230に接続される
アンテナまたは他の平衡システムから分離すべく機能す
る。スリーブ240は3つの機能を果たす。すなわち、
スリーブはバズーカ・バランとして機能し、スリーブは
移相伝送ライン250,255を回路の残りの部分から
分離し、そしてスリーブは移相伝送ライン250,25
5の外部導線に接続するための基準となる追加ノードと
して機能する。これまでは、単純な単一の構造を有し、
かつ単一の単純な構造においてバランと移相回路網の両
方を提供するような伝送回路網はなかった。
移相伝送ライン250,255は、50オーム・ライン
と同じ伝播速度を有する100オームの平衡伝送ライン
を形成する。これは、分配されたインピーダンスが2倍
になり(同じ電流について、単位長につき2倍の磁気エ
ネルギが蓄積される)、分配されたキャパシタンスは半
分になる(元のキャパシタンスの2つのユニットが各単
位長について直列に配置される)ためである。特性イン
ピーダンスは二倍になり、位相速度は変化しない。各平
衡ポート220,230における合成電気特性インピー
ダンスは100オームである。
イクロストリップ構成の分解斜視図を示す。図3のマイ
クロストリップ構造は、誘電層420上の薄い金属スト
リップ410,415と、グランド面430と、誘電層
450上の薄い金属ストリップ440,445とによっ
て設けられる。穴460,465は、薄い金属ストリッ
プ415,410をそれぞれ薄い金属ストリップ44
0,445に接続する。穴460,465は、大きな貫
通穴470,475によってグランド面430から分離
される。従って、穴460は、薄い金属ストリップ41
5の端部ポイント417を薄い金属ストリップ440の
端部ポイント441に電気接続する。同様に、穴465
は、薄い金属ストリップ410の端部ポイント411を
薄い金属ストリップ445の端部ポイント447に接続
する。金属ストリップ440,445が目的の動作周波
数において1/4波長に等しい電気的長さを有する場
合、接続ポイント441,447の反対側の薄い金属ス
トリップ440,445の端部において90°移相平衡
ポート330が形成される。別の0°移相平衡ポート3
20は、各接続ポイント411,417にて薄い金属ス
トリップ410,415の端部において形成される。不
平衡ポート310は、薄い金属ストリップ410の反対
端部およびグランド面430の対応する部分において形
成される。
上に形成された薄い金属ストリップ410,415は、
薄い金属ストリップ410とグランド面430との間に
マイクロストリップ伝送ラインを形成し、また薄い金属
ストリップ415およびグランド面430によって1/
2波長伝送ラインを形成する。薄い金属ストリップ41
5は、1/2波長伝送ライン特性を維持しつつ、接続ポ
イント417を接続ポイント411と近接させるためス
イッチバック形をしている。この1/2波長伝送ライン
は、グランド面430の追加ノードを有する1/2波長
バランまたはチョークとして機能する。グランド面のこ
の追加ノードは、移相伝送ライン440,445の外部
またはグランド導線を形成する。図3のマイクロストリ
ップ構造は、同じ小型構造において平衡不平衡変換回路
網と移相回路網とを便利に提供する。
トリップライン構造の分解斜視図を示す。不平衡給電ラ
イン伝送ラインは、誘電層640,650によってグラ
ンド面620と630との間に挟まれた薄い金属ストリ
ップ610によって形成される。薄い金属ストリップ6
60は、同じグランド面620,630と誘電層64
0,650との間に挟まれると、1/2波長伝送ライン
を形成する。この1/2波長伝送ラインは、1/2波長
バランを形成するため1/2波長の任意の奇数倍(1/
2,3/2,5/2など)でもよい。薄い金属ストリッ
プ670,680は、各グランド面の間に挟まれると、
移相伝送ラインを形成する。薄い金属ストリップ670
は、誘電層710,720によってグランド面620と
690との間に挟まれる。同様に、薄い金属ストリップ
680は、グランド面630,730と誘電層740,
750との間に挟まれる。薄い金属ストリップ610
は、接続ポイント613における穴760によって、接
続ポイント671における薄い金属ストリップ670に
接続される。薄い金属ストリップ660の外端部も、接
続ポイント661における穴770によって接続ポイン
ト681における薄い金属ストリップ680の端部に接
続される。接地面620,630に電気接続せずに貫通
するように、穴760,770について貫通穴621,
631が各グランド面620,630に設けられる。
的の動作周波数で1/4波長移相伝送ラインを形成す
る。図4に示すように、90°移相平衡ポート830
は、各接続ポイント671,681の反対の端部にて薄
い金属ストリップ670,680によって形成される移
相伝送ラインの端部において形成される。0°移相平衡
ポート820は、金属ストリップ610の不平衡給電ラ
インの接続ポイント613と、薄い金属ストリップ66
0の1/2波長伝送ラインの接続ポイント661との間
に設けられる。不平衡ポート810は、図4に示すよう
に、薄い金属ストリップ610の不平衡給電ラインの反
対端部と、グランド面630,620のうちいずれか一
方の対応する近接部分との間に設けられる。
30は、図示の穴780などの複数の穴によって互いに
電気接続され、グランド面全体において等しい電位を維
持する。図4に示す穴780などの穴は、ストリップラ
イン構造全体に配置すべきである。
イブリッド構造の斜視切り欠き図を示す。図6は、図5
の変成回路網のハイブリッド構造の上面図を示す。底部
を閉じて、上部を開放した空気を充填した長方形の金属
ボックスは、不平衡給電ライン960を同軸状に取り囲
む。この長方形の金属ボックス940は、好ましくは、
目的の周波数の1/4波長に等しい長さを有する。同軸
不平衡給電ラインと同軸状に構成された金属ボックス
は、バズーカ型バランとなる。同軸不平衡給電ライン9
60は、不平衡ポート910を変成回路網に接続する。
020は、各誘電材料1030,1040内部に配置さ
れる。誘電材料1030,1040は長方形金属ボック
スの反対側に固定される。従って、U字型金属ストリッ
プ1010,1020は、金属ボックス940をグラン
ド面として利用する。よって、金属ボックスは、U字型
の薄い金属ストリップ1010,1020のグランド面
となるストリップラインを形成する目的と、バランを提
供する目的の二重の役割を果たす。従って、2つの移相
伝送ラインは、U字型の薄い金属ストリップ1010,
1020および長方形ボックス940の対応するグラン
ド面によって形成される。不平衡給電ライン960の外
部導線は、上端部にてU字型の薄い金属ストリップ10
10上の接続ポイント957に接続する。同様に、不平
衡給電ライン960の上端部の内部導線は、U字型の薄
い金属ストリップ1020の接続ポイント951に接続
する。従って、0°移相平衡ポート930は、接続ポイ
ント957と951との間に設けられる。各U字型の薄
い金属ストリップ1010,1020は1/4波長伝送
ラインを形成するので、90°移相平衡ポート920
は、U字型の薄い金属伝送ライン1010,1020の
反対端部にて設けられる。
51,1052は、U字型の薄い金属部剤がその間にス
トリップライン伝送ラインを形成するように金属化すべ
きである。あるいは、誘電材料1030の外面105
0,1051,1052が金属化されない場合には、マ
イクロストリップはU字型の薄い金属ストリップ101
0によって形成してもよい。外部誘電材料1040の外
面1053,1054,1055も金属化して、ストリ
ップライン伝送ラインを形成すべきか、あるいはマイク
ロストリップ伝送ラインが形成される。ストリップライ
ン伝送ラインおよびマイクロストリップ伝送ラインの両
方を利用できるが、ストリップライン伝送ラインのほう
がマイクロストリップ伝送ラインよりも実施するのが複
雑である。ただし、ストリップライン伝送ラインは完全
に遮蔽されるため、移相ライン間の望ましくない相互作
用を防ぎ、近傍のRF成分の遮蔽は優れている。
されたアンテナ・アセンブリ1120を有する携帯無線
電話送信機1110を示す。クワドリフィラ・ヘリック
ス(quadrifilar helix) (ツイステッド交差ループ・ア
ンテナともいう)などの交差ループ・アンテナ素子は、
変成回路網1140を介して無線電話送信機1110に
接続されたアンテナ・アセンブリの切り欠き図として示
される。無線電話送信機1110は、変成回路網114
0の不平衡ポートに接続する。変成回路網1140の2
つの平衡ポートのそれぞれは、交差ループ・アンテナ1
130の対応するループに接続する。
面で図説してきたが、この説明は一例に過ぎず、本発明
の真の精神および範囲から逸脱せずにさまざまな変更や
修正が当業者によって可能である。本発明はアナログな
らびにデジタルの音声,データまたはページング衛星シ
ステムに適用できる。また、本発明は、小型アンテナお
よび均等なパターンを必要とする携帯無線装置用の地上
アンテナにも適用できる。本発明は携帯無線装置として
寸法上の利点があるが、固定および移動無線装置でも効
果がある。また、さまざまな信号発生器や信号アナライ
ザまたはテスト装置など、不平衡ポートと複数の平衡移
相ポートとの間の変成を必要とする他の装置も、本発明
の変成回路網を利用できる。
図である。
ップ構成の分解斜視図である。
ン構造の分解斜視図である。
成を示す図である。
成を示す図である。
部分を有する、無線トランシーバの斜視図である。
1055 周辺面(外面) 110 携帯無線電話送信機 120 アンテナ・アセンブリ 130 交差ループ・アンテナ 140 変成回路
Claims (10)
- 【請求項1】 不平衡ポートと複数の移相平衡ポートと
の間でインタフェースできる、受動型マルチポート無線
周波数信号変成回路網であって:不平衡ポート(11
0)をなす第1ノード対と、第2平衡ノード対(12
0)と、追加ノード(145)とによって構成されるバ
ラン(165);および第1および第2不平衡移相伝送
ライン(150,155)であって、各第1および第2
不平衡移相伝送ラインは、信号導線およびグランド導線
によって画定され、前記第1不平衡移相伝送ラインの前
記信号導線は、前記バランの前記第2ノード対(12
0)のうち一方に第1端部にて動作可能に接続され、前
記第2不平衡移相伝送ライン(155)の前記信号導線
は、前記バランの前記第2ノード対(120)のうち他
方に第1端部にて動作可能に接続され、前記第1および
第2不平衡移相伝送ラインの前記グランド導線は、前記
バランの前記追加ノード(145)に動作可能に接続さ
れ、前記第1および第2不平衡移相伝送ラインの前記信
号導線の第2端部(130)は、前記複数の移相平衡ポ
ートのうち一つを形成する、第1および第2不平衡移相
伝送ライン(150,155);によって構成されるこ
とを特徴とする受動型マルチポート無線周波数信号変成
回路網。 - 【請求項2】 前記バランの前記第2ノード対(12
0)は、前記複数の移相平衡ポートのうち別のポートを
形成することを特徴とする請求項1記載の受動型マルチ
ポート無線周波数信号変成回路網。 - 【請求項3】 前記第1および第2不平衡移相伝送ライ
ン(150,155)の両方は、前記複数の移相平衡ポ
ートのうち2つの間で所望の移相を達成するのに十分な
実質的に等しい電気的長さを有し;前記回路網は、目的
の周波数で信号を変成し;および前記第1および第2不
平衡移相伝送ライン(150,155)の前記電気的長
さは、前記平衡ポートのうち2つの間で直交移相を行う
ため前記目的の周波数において1/4波長であることを
特徴とする請求項2記載の受動型マルチポート無線周波
数信号変成回路網。 - 【請求項4】 前記第1および第2不平衡移伝送ライン
(150,155)の両方は、実質的に等しい特性イン
ピーダンスを有することを特徴とする請求項3記載の受
動型マルチポート無線周波数信号変成回路網。 - 【請求項5】 前記第1および第2不平衡移相伝送ライ
ン(150,155)のそれぞれは、グランド導線が互
いに接続かつ、前記バランの前記追加ノードに接続され
たグランド導線を有する同軸伝送ラインからなることを
特徴とする請求項2記載の受動型マルチポート無線周波
数信号変成回路網。 - 【請求項6】 前記バランは1/4波長チョーク(14
0)からなり;および前記1/4波長チョークは、前記
不平衡ポート付近に閉じた端部を有し、かつ前記不平衡
ポートに接続された不平衡給電ライン(160)と同心
円状に同軸である伸長導電スリーブによって構成され、
前記不平衡給電ラインは、前記閉じた端部において前記
伸長導電スリーブに接続されたグランド導線を有するこ
とを特徴とする請求項5記載の受動型マルチポート無線
周波数信号変成回路網。 - 【請求項7】 前記第1および第2不平衡移相伝送ライ
ンは、薄い金属ストリップ(1010,1020)と、
前記バランの前記追加ノードに接続された少なくとも一
つの対応するグランド面とによって構成され;および前
記バランと、前記不平衡移相伝送ラインの前記薄い金属
ストリップとの間で前記バラン上に誘電材料(104
0)が設けられることを特徴とする請求項2記載の受動
型マルチポート無線周波数信号変成回路網。 - 【請求項8】 前記薄い金属ストリップおよび前記少な
くとも一つの対応するグランド面は、マイクロストリッ
プ伝送ラインを形成することを特徴とする請求項7記載
の受動型マルチポート無線周波数信号変成回路網。 - 【請求項9】 前記薄い金属ストリップおよび前記少な
くとも一つの対応するグランド面は、ストリップライン
伝送ラインを形成することを特徴とする請求項7記載の
受動型マルチポート無線周波数信号変成回路網。 - 【請求項10】 前記バランは、1/4波長チョーク
(940)からなり;および前記1/4波長チョーク
(940)は、前記不平衡ポート付近に閉じた端部を有
し、かつ前記不平衡ポートに接続された不平衡給電ライ
ンと同心円状に同軸である伸長導電スリーブによって構
成され、前記不平衡給電ラインは、前記閉じた端部にお
いて前記伸長導電スリーブに接続されたグランド導線を
有することを特徴とする請求項7記載の受動型マルチポ
ート無線周波数信号変成回路網。
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