JPH10284912A - マイクロ波電力合成・分配回路 - Google Patents

マイクロ波電力合成・分配回路

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JPH10284912A
JPH10284912A JP9088988A JP8898897A JPH10284912A JP H10284912 A JPH10284912 A JP H10284912A JP 9088988 A JP9088988 A JP 9088988A JP 8898897 A JP8898897 A JP 8898897A JP H10284912 A JPH10284912 A JP H10284912A
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JP
Japan
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signal terminal
transmission line
terminal
capacitor
circuit
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JP9088988A
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English (en)
Inventor
Shigeru Watanabe
茂 渡辺
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port

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  • Microwave Amplifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分配端子間の距離が離れることにより生じる
アイソレーションの劣化を防止し、良好なアイソレーシ
ョン特性を有するマイクロ波電力合成・分配回路を提供
する。 【解決手段】 第一の伝送線路11の一端を第一の信号
端子21(分配端子)とし、第二の伝送線路12の一端
を第二の信号端子22(分配端子)とし、第一の伝送線
路11の他端と第二の伝送線路12の他端を接続し、そ
の接続部を第三の信号端子23(合成端子)とする。第
一の信号端子21と第二の信号端子22との間には、第
一のキャパシタ34、抵抗31(アイソレーション抵
抗)、第二のキャパシタ35が直列に接続され、第一の
伝送線路11および第二の伝送線路12の長さは波長の
約1/4で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばマイクロ波
通信装置等に用いられるマイクロ波電力合成・分配回路
に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波帯における電力合成・分配回
路として、回路構成の単純さとインピーダンス変換機能
を併せ持たせることができるという長所があるため、い
わゆるウィルキンソン型の電力合成・分配回路を基本構
成とするものが、例えば高出力電力増幅器の出力整合回
路などに多く用いられている。
【0003】図5に従来のウィルキンソン型構成の電力
合成・分配回路の等価回路を示す。第一の伝送線路11
の一端を第一の信号端子21(分配端子)とし、第二の
伝送線路12の一端を第二の信号端子22(分配端子)
とし、第一の伝送線路11の他端と第二の伝送線路12
の他端を接続し、その接続部を第三の信号端子23(合
成端子)とする。第一の信号端子21と第二の信号端子
22は抵抗31(アイソレーション抵抗)を介して接続
されている。第一の伝送線路11および第二の伝送線路
12の長さは入力信号の波長の約1/4とし、その特性
インピーダンスおよび抵抗31の値は第一の信号端子乃
至第三の信号端子21、22、23のインピーダンスに
よって決められる。
【0004】理想的には、第一の信号端子21・第二の
信号端子22(分配端子)および第三の信号端子23
(合成端子)のインピーダンスをそれぞれRL 、Rg
し、第三の信号端子23から入力した信号が第一の信号
端子21および第二の信号端子22に同じレベルの信号
に分配する回路の場合、伝送線路の特性インピーダンス
は(2RL ・Rg 1/2 とし、抵抗は2RL とすればよ
いことが知られている。
【0005】ところで、図5に示した回路において実際
に使用される場合には、第一の信号端子21および第二
の信号端子22には例えば電力増幅器などの回路が接続
される。そのため、これら増幅器などの回路を接続する
ためには、当然第一の信号端子21と第二の信号端子2
2とはある程度の距離を離す必要が生ずる。しかしなが
ら、上述するように理想的には第一の信号端子21と第
二の信号端子22との間に接続される抵抗は集中定数素
子であることが望ましいが、第一の信号端子21と第二
の信号端子22との距離を離すことによって生ずる寄生
素子の影響を受けてしまう。
【0006】ここに第一の信号端子21と第二の信号端
子22との間に距離がある場合の等価回路を図6に示し
た。回路的には抵抗31との接続に伝送線路32および
33を付加することによって抵抗部の寄生素子の影響を
表すことができる。そこで、例えば図6に示した等価回
路において30μmのGaAs半絶縁性基板上にマイク
ロストリップ線路を形成した電力合成・分配回路の場
合、第一の信号端子21(分配端子)と第二の信号端子
22(分配端子)との中心間隔を530μm、マイクロ
ストリップ線路(第一、第二の伝送線路21、22)の
幅を150μmとすると、抵抗31を接続するためには
190μmの長さの配線が2本必要となる。この場合の
寄生効果を考慮したシミュレーション結果を図7に示
す。
【0007】図7の横軸は周波数(GHz)であり、縦
軸はアイソレーション、反射損(dB)である。中心周
波数29.5GHz、分配端子(第一、第二の信号端
子)および合成端子(第三の信号端子)のインピーダン
スはそれぞれ3Ω、50Ωとし、6Ωのアイソレーショ
ン抵抗は20μm幅のマイクロストリップ線路で接続さ
れている。図7に見るように、分配端子の反射損および
アイソレーションは中心周波数で共に7dB程度しか得
られていない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、寄生素
子が抵抗部に付加されることによって本来の抵抗の効果
が著しく低下し、第一の信号端子21と第二の信号端子
22との間のアイソレーションが劣化する不都合が生じ
るという問題があった。
【0009】そこで本発明は、上述の問題点に鑑みてな
されたもので、第一の信号端子と第二の信号端子との距
離が離れることにより生じるアイソレーションの劣化を
防止し、良好なアイソレーション特性を有するマイクロ
波電力合成・分配回路を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、第一の伝送線路の一端と第二の伝送線路の一
端とを接続し、前記第一の伝送線路の他端を第一の信号
端子、前記第二の伝送線路の他端を第二の信号端子、お
よび前記第一の伝送線路の一端と第二の伝送線路の一端
との接続部を第三の信号端子とし、前記第一の信号端子
と前記第二の信号端子の間に抵抗とキャパシタを直列に
接続し、前記第一および第二の伝送線路の長さを入力信
号の約1/4波長としたことを特徴とする。
【0011】また、第一の伝送線路の一端と第二の伝送
線路の一端とを接続し、前記第一の伝送線路の他端を第
一の信号端子、前記第二の伝送線路の他端を第二の信号
端子、および前記第一の伝送線路の一端と第二の伝送線
路の一端との接続部を第三の信号端子とし、前記第一の
信号端子と前記第二の信号端子の間に第一のキャパシ
タ、抵抗、および第二のキャパシタの順に直列に接続
し、前記第一および第二の伝送線路の長さを入力信号の
約1/4波長としたことを特徴とする。
【0012】また、第一のキャパシタと第二のキャパシ
タの容量が等しいことを特徴とする。
【0013】また、半絶縁性半導体基板上に形成された
伝送線路、抵抗、およびキャパシタを含んだモノリシッ
ク集積回路であることを特徴とする。
【0014】また、第一の信号端子と第二の信号端子と
の間の距離に応じてキャパシタの容量を変えることを特
徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】図1に本発明の第一の実施の形態
を示す。第一の伝送線路11の一端を第一の信号端子2
1(分配端子)とし、第二の伝送線路12の一端を第二
の信号端子22(分配端子)とし、第一の伝送線路11
の他端と第二の伝送線路12の他端を接続し、その接続
部を第三の信号端子23(合成端子)とする。第一の信
号端子21と第二の信号端子22との間には、直列に接
続した第一のキャパシタ34、抵抗31(アイソレーシ
ョン抵抗)第二のキャパシタ35が接続されている。第
一の伝送線路11および第二の伝送線路12の長さは入
力信号の波長の約1/4とし、その特性インピーダンス
および抵抗31の値は第一の信号端子乃至第三の信号端
子21、22、23のインピーダンスによって決まる。
図中で第一の信号端子21と第二の信号端子22の間の
寄生素子は伝送線路32および伝送線路33により表さ
れている。
【0016】また、上記構成の回路をモノリシック集積
回路とした平面図を図2に示す。GaAs半絶縁性基板
上にU字状のマイクロストリップ線路を形成し、このU
字の半分が伝送線路11と伝送線路12となる。U字の
上端(図では左端)がそれぞれ第一の信号端子21(分
配端子)と第二の信号端子22(分配端子)であり、U
字の下端(図では右端)が第三の信号端子23(合成端
子)である。伝送線路11と伝送線路12の長さはそれ
ぞれ信号の波長の約1/4である。第一の信号端子21
と第二の信号端子22との間には第一のキャパシタ3
4、抵抗31、および第二のキャパシタ35をこの順序
で直列に接続した回路が配置されている。
【0017】ところで、長さlが波長に対して十分小さ
いマイクロストリップ線路の場合、伝搬定数をγとする
と、γl<<1のときの等価インダクタンスLs は次式
により表すことができる。
【0018】 Ls =Z0 (εeff 1/2 l・C0 -1 ・・・・・・・・・・・・・(1) ただし、Z0 、εeff はマイクロストリップ線路の特性
インピーダンスおよび等価誘電率を、C0 は光速度を表
す。
【0019】従来のウィルキンソン型電力合成・分配回
路のアイソレーションなどの高周波特性の劣化が寄生イ
ンダクタンスLs に起因しているとすると、次式で与え
られるキャパシタCn を抵抗と直列に接続すれば中和さ
れる。
【0020】 Cn =ω-2s -1 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2) ただし、ωは角周波数である。
【0021】上記構成の場合について前述の従来の技術
と同様に、GaAs基板厚30μm、分配端子(第一の
信号端子21、第二の信号端子22)の中心間隔を53
0μm、マイクロストリップ線路(伝送線路11、1
2)の幅を150μmとし、分配端子(第一、第二の信
号端子)および合成端子(第三の信号端子)のインピー
ダンスはそれぞれ3Ω、50Ωとし、6Ωのアイソレー
ション抵抗(抵抗31)は20μm幅、190μmの長
さのマイクロストリップ線路(伝送線路32、33)で
接続した場合、伝送線路32、33の特性インピーダン
スおよび等価誘電率はそれぞれ Z0 =52Ω、εeff
=8.9となるため、(1)式によりl=190μmの
寄生インダクタンスは Ls =95.5pHとなる。よ
って(2)式により第一および第二キャパシタの容量は
0.3pFが必要となることがわかる。
【0022】上述のような第一のキャパシタ34および
第二のキャパシタ35を抵抗31と接続した場合のシミ
ュレーション結果を図3に示した。図3と従来の技術で
示した図7とを比較して、中心周波数29.5GHzに
おいてアイソレーションおよび反射損はそれぞれ20d
B、25dB以上の改善が得られることがわかる。
【0023】このことから上記構成により、第一の信号
端子21と第二の信号端子22との間の距離が離れるこ
とにより生じる誘導性寄生素子である伝送線路32、3
3を第一のキャパシタ34および第二のキャパシタ35
により誘導性を打ち消し、良好なアイソレーションを得
ることができる。また、(1)、(2)式を用いて第一
の信号端子21と第二の信号端子22との間の距離に応
じて設計することにより、理想的なマイクロ波帯電力合
成・分配回路の高周波特性が得られる。
【0024】さらに、図4に本発明の第二の実施の形態
を示し、図1と同一の部分には同一の符号を付し、重複
する説明は省略する。図4に示す回路図のように、第一
の信号端子21と第二の信号端子22との間には、キャ
パシタ36と抵抗31とが直列に接続された、キャパシ
タを1個にした場合でも本発明は適用できる。
【0025】上記構成のようにキャパシタが1個の場合
でも、第一の信号端子21と第二の信号端子22との距
離が離れることにより生じる誘導性寄生素子32、33
は、キャパシタ36を直列に接続することで誘導性を打
ち消すので良好なアイソレーション特性を得ることがで
きる。また、この場合はキャパシタ2個の場合の容量の
約1/2の容量となる。
【0026】本発明による回路構成はGaAsなどの半
絶縁性半導体基板上に形成したモノリシックマイクロ波
集積回路で実現する場合に特に有効で、かつ容易に実現
することができる。
【0027】
【発明の効果】本発明により、良好なアイソレーション
特性を有するマイクロ波電力合成・分配回路を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を説明する回路図である。
【図2】本発明を説明する平面図である。
【図3】本発明を説明するグラフである。
【図4】本発明を説明する回路図である。
【図5】従来の技術を説明する回路図である。
【図6】従来の技術を説明する回路図である。
【図7】従来の技術を説明するグラフである。
【符号の説明】
11…第一の伝送線路 12…第二の伝送線路 21…第一の信号端子(分配端子) 22…第二の信号端子(分配端子) 23…第三の信号端子(合成端子) 31…抵抗(アイソレーション抵抗) 32、33…分配端子間の寄生効果を表す伝送線路 34…第一のキャパシタ 35…第二のキャパシタ 36…キャパシタ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第一の伝送線路の一端と第二の伝送線路
    の一端とを接続し、前記第一の伝送線路の他端を第一の
    信号端子、前記第二の伝送線路の他端を第二の信号端
    子、および前記第一の伝送線路の一端と第二の伝送線路
    の一端との接続部を第三の信号端子とし、前記第一の信
    号端子と前記第二の信号端子の間に抵抗とキャパシタを
    直列に接続し、前記第一および第二の伝送線路の長さを
    入力信号の約1/4波長としたことを特徴とするマイク
    ロ波電力合成・分配回路。
  2. 【請求項2】 第一の伝送線路の一端と第二の伝送線路
    の一端とを接続し、前記第一の伝送線路の他端を第一の
    信号端子、前記第二の伝送線路の他端を第二の信号端
    子、および前記第一の伝送線路の一端と第二の伝送線路
    の一端との接続部を第三の信号端子とし、前記第一の信
    号端子と前記第二の信号端子の間に第一のキャパシタ、
    抵抗、および第二のキャパシタの順に直列に接続し、前
    記第一および第二の伝送線路の長さを入力信号の約1/
    4波長としたことを特徴とするマイクロ波電力合成・分
    配回路。
  3. 【請求項3】 第一のキャパシタと第二のキャパシタの
    容量が等しいことを特徴とする請求項2記載のマイクロ
    波電力合成・分配回路。
  4. 【請求項4】 半絶縁性半導体基板上に形成された伝送
    線路、抵抗、およびキャパシタを含んだモノリシック集
    積回路であることを特徴とする請求項1乃至請求項3記
    載のマイクロ波電力合成・分配回路。
  5. 【請求項5】 第一の信号端子と第二の信号端子との間
    の距離に応じてキャパシタの容量を変えることを特徴と
    する請求項1乃至請求項4記載のマイクロ波電力合成・
    分配回路。
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