JPH10504161A - バイパス可能なウイルキンソン型分割器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、高周波工学において使用される変形ウイルキンソン型パワー分割器に関する。この変形ウイルキンソン型パワー分割器は、パワー分割器としても使用できるし、漂遊インピーダンスの小さい無損失伝送路としても使用できるもので、従来のものに比べてブリッジ装置（Ｒ、Ｂ１からＢ３）の数が少なくなっている。本発明の基本概念は、無損失伝送路を２つの非対称伝送ライン（２、４）の並列接続によって構成し、その伝送ラインのうちの一方を、ウイルキンソン型分割器に存在している枝路（２）とし、他方を、その分割器内に形成された特別枝路（４）とし、その特別技路のインピーダンスを、それらの２つの伝送ラインの並列接続によって形成されるインピーダンスが入力ポート（ＩＮ）および出力ポート（ＯＵＴ１）のインピーダンスに等しくなるように、または、もしそれらが等しくないならば、それらの相乗平均に等しくなるように、決めるということにある。

Description

【発明の詳細な説明】 バイパス可能なウイルキンソン型分割器 本発明は、高周波工学に関し、特に、マイクロ波および無線工学に使用される パワー分割器に関するものである。 高周波に関しては、特に、マイクロ波および無線工学においては、ある一つの 信号を、２つまたはそれ以上の出力ポートへと分割したり、または、いくつかの 信号を１つの出力ポートへと結合させたりする必要がしばしばある。このような ことを行なうためのいくつかの従来技法においては、必要に応じて、１つの入力 ポートから２つの出力ポートへのパワー分割器として、または、１つの入力ポー トから１つの出力ポートへの無損失伝送ラインとして、同じスイッチング装置を 使用しなければならない。これは、従来、回路板上に配置されたブリッジの如き 選択装置によって行われている。例えば、ゼロオームのサーフェイスマウント型 抵抗器は、大量工業生産に適したブリッジ構成部品として作動しうる。標準的な 接合ラインも使用することができる。 一般的に使用される一つの受動型スイッチング装置は、いわゆるウイルキンソ ン型分割器である。一つの標準的なウイルキンソン型分割器の動作は、第１Ａ図 から分かる。この第１Ａ図は、信号が１つの入力ポートから２つの出力ポートへ と分割される状態を示している。本発明に関連して、この分割器は、２つの入力 ポートからの信号を１つの出力ポートへと結合させるために、反対の方向におい ても使用することができる。 パワー分割器として作動するとき、このウイルキンソン型分割器は、入力ポー トＩＮと、出力ポートＯＵＴ１およびＯＵＴ２と、Ｔ接合部１と、入力ポートＩ Ｎと出力ポートＯＵＴ１とを接続する伝送ライン２と、入力ポートＩＮと出力ポ ートＯＵＴ２とを接続する伝送ライン３とを備えている。出力ポートＯＵＴ１お よびＯＵＴ２は、さらに、抵抗器Ｒによって接続されている。これら伝送ライン の長さは、４分の１波長である。 入力ポートＩＮの特性インピーダンスは、Ｚ₀である。出力ポートＯＵＴ１お よびＯＵＴ２の特性インピーダンスは、それぞれ、Ｚ₁およびＺ₂である。簡単な 場合において、Ｚ₀＝Ｚ₁＝Ｚ₂であるとき、伝送ラインの特性インピーダンスは 、Ｚ₀√２であり、抵抗器Ｒのインピーダンスは、２Ｚ₀である。 一般的な場合において、Ｚ₀＝Ｚ₁＝Ｚ₂が必ずしも真実でないときには、伝送 ライン２の特性インピーダンスは、√（２Ｚ₀Ｚ₁）であり、また、伝送ライン３ の特性インピーダンスは、√（２Ｚ₀Ｚ₁）である。それから、抵抗器Ｒのインピ ーダンスは、２√（Ｚ₁Ｚ₂）である。 ウイルキンソン型分割器を無損失伝送ラインへ変換するための既知の構成を、 第１Ｂ図、第２Ａ図および第２Ｂ図に示している。第１Ｂ図の回路は、第１Ａ図 の回路に、伝送ライン５と、ブリッジ回路Ｂ１からＢ５とを加えたものである。 第２Ａ図は、このように変換されたウイルキンソン型分割器を第１Ａ図によるウ インルキンソン型分割器へと変換する仕方を示している。この場合において、抵 抗器ＲおよびブリッジＢ１、Ｂ４およびＢ５は設けられるが、ブリッジＢ２およ びＢ３は、設けられない。したがって、伝送ライン５は、この分割器の動作に関 しては作用していない。 第２Ｂ図は、このウイルキンソン型分割器をバイパスする仕方、すなわち、無 損失伝送ラインへと変換する仕方を示している。この場合には、抵抗器Ｒも、ブ リッジＢ１、Ｂ４およびＢ５も設けられない。ブリッジＢ２およびＢ３のみを設 けるとき、第２Ｂ図の回路は、入力ポートＩＮと出力ポートＯＵＴ１との間の無 損失伝送ラインとなる。 第２Ｂ図による回路の欠点は、例えば、選択装置として動作するブリッジ箇所 の数が多いこと（この例では５個所）および設けるブリッジの数が多いこと（分 割器として使用するときに２個、伝送路として使用するときに２個）である。こ の従来の回路のさらに別の欠点は、伝送路として動作するに必要とされるブリッ ジＢ２およびＢ３を漂遊インピーダンスの小さいものとして作ることが易しくな いということである。何故ならば、それらのブリッジは、幅広いラインの組合せ であるからである。この従来の回路のさらに別の欠点は、入力ポートＩＮおよび 出力ポートＯＵＴ１およびＯＵＴ２が互いに対向していないときに明らかになる ものであり、特に、サイズを小さくするためにウイルキンソン型分割器を折り畳 むようにするときにそうである。多くの基板において、低インピーダンス伝送ラ インを実施するのは、高インピーダンス伝送ラインを実施するよりも難しい。特 に、このような場合においては、分割器内に幅広い伝送ラインを適合させること は難しく、不可能でさえある。その上、このような構成では、分割器が同時にイ ンピーダンスアダプタ、すなわち、Ｚ₁≒Ｚ₀としても使用されるべき場合には、 全く使用できないものとなってしまう。 本発明の目的は、少し変更を加えるだけで分割器としても無損失伝送ラインと しても、融通性をもって使用でき且つ前述したような従来の構成が有していた問 題点を解消しているようなパワー分割器を提供することである。このような目的 は、本請求の範囲の請求項１の特徴部分による構成によって達成される。この特 徴部分によれば、パワー分割器を無損失伝送ラインへと構成するのに、通常は異 なるインピーダンスを有している２つの非対称伝送ラインを並列接続することに よって行われる。それらの伝送ラインの一方は、ウイルキンソン型分割器にある 枝路２であり、他方は、分割器内に形成された特別枝路４である。 次に、本発明の好ましい実施例について、添付図面に基づいて説明する。 第１Ａ図は、標準的なウイルキンソン型分割器を示している。 第１Ｂ図は、ウイルキンソン型分割器を無損失伝送路へと変換する従来の方法 を示している。 第２Ａ図は、第１Ｂ図に示したスイッチング装置を、ウイルキンソン型分割器 とした例を示している。 第２Ｂ図は、第１Ｂ図に示したスイッチング装置を無損失伝送路とした例を示 している。 第３Ａ図は、本発明による変形ウイルキンソン型分割器を示している。 第３Ｂ図は、できるだけ小さなスペース内へと折り畳むようにした本発明によ る変形ウイルキンソン型分割器を示している。 第４Ａ図は、ウイルキンソン型分割器とした本発明によるスイッチング装置を 示している。 第４Ｂ図は、無損失伝送路とした本発明によるスイッチング装置を示している 。 本発明による解決方法を第３Ａ図に示している。ここで、Ｚ₁＝Ｚ₀であると 仮定しているが、この回路は、Ｚ₁≒Ｚ₀ならば、同じように作動する。 本発明の概念は、特性インピーダンスＺ₀を有した伝送ラインを、２つの幅の 狭い高インピーダンス伝送ラインの並列接続によって実施することにある。それ ら２つの幅の狭い高インピーダンス伝送ラインのうちの一方は、標準的なウイル キンソン型分割器に既に存在しているインピーダンスＺ₀√２を有する伝送ライ ン２であり、他方は、インピーダンス２Ｚ₀／（２−√２）を有する伝送ライン ４である。Ｚ₀＝５０Ｓであるとき、伝送ライン２のインピーダンスは、約７０ Ｓであり、伝送ライン４のインピーダンスは、約１７０Ｓであるべきである。後 者のインピーダンスは、特別な手段を講じなければ、ほとんどどの基板上でも作 り出すことのできないものである。このような一つの手段としては、１７０Ｓラ イン４の下からグランド面をエッチングすることがある。別の方法としては、１ ７０Ｓライン４を７０Ｓライン２に近接させて配置し、ライン２および４の間の 相互作用によりライン４のインピーダンスを高めることがある。インピーダンス がその最適値に正確に一致していなくとも、それほど害はないであろう。例えば 、１.６mmのＦＲ−４基板または０.７６mmのテフロン基板の場合において得られ る最大の特性インピーダンスは、１４０Ｓと１５０Ｓとの間である。このインピ ーダンスでは、定在波比（ＶＳＷＲ）は、約１.１である。 第４Ａ図に基づいて、本発明の動作についてさらに述べる。分割動作の場合に は、ブリッジＢ１および抵抗器Ｒのみが設けられる。ブリッジＢ２およびＢ３が ないので、そのウイルキンソン型分割器の枝路２および３が信号の通路となる。 この回路は、このとき、標準的なウイルキンソン型分割器として動作する。 非分割動作について、第４Ｂ図を参照して説明する。ブリッジＢ１および抵抗 器Ｒが設けられておらず、ブリッジＢ２およびＢ３が設けられている。この場合 において、信号は、それぞれＺ₀／√２および２Ｚ₀／（２−√２）のインピーダ ンスを有する４分の１波長の伝送ライン２および４の並列接続に出会うことにな る。インピーダンスＺ₀を有した４分の１波長の長さの伝送ラインは、それらイ ンピーダンスの並列接続によって形成される。 第３Ｂ図は、回路板上に占めるスペースを最小とするように、本発明による変 形ウイルキンソン型分割器をどのように折り畳めるかを示している。 本発明による解決法の一つの効果は、同じ回路板上のウイルキンソン型分割器 を、必要に応じて、分割動作および非分割動作の両方に使用でき、異なる回路板 の必要数を減少させることができるということである。また、本発明による解決 法では、従来方法におけるよりも、ブリッジおよびブリッジのための場所の数を より少なくすることができる。 本発明による解決法のさらに別の効果は、ブリッジが必要とされるのは、高イ ンピーダンスラインでのみであるので、漂遊インピーダンスを非常に少なくする ことができるということである。もう一つ別の効果は、ウイルキンソン型分割器 に必要とされる特別ラインは非常に幅の狭いものであるので、その特別ラインを 限られたスペース内に容易に収めることができるということである。特別ライン ４は、また、設計時に接続を考えることにより、ウイルキンソン型分割器の枝路 ２に近接させて敷設することもできる。例えば、「Matthaei，Young and Jones ，Microwave filters，impedance-matching networks and coupling structures ，Artech House Books，1980，Figure 5.09-1,P.219.」を参照されたい。蛇行さ せることにより、４分の１波長の長さのラインを、利用しうるスペース内へ配置 することができる。 本発明による構成においては、ウイルキンソン型分割器の如きパワー分割器は 、回路板の如き同じ構成部品基板を、１つの入力ポートから２つの出力ポートへ のパワー分割器として、また、１つの入力ポートから１つの出力ポートへの無損 失伝送路として使用することができるように、構成することができる。動作形態 を変えても、回路の変更は、従来の方法におけるよりも少ない。 当業者には明らかなように、本発明による技法は、マイクロストリップ、サス ペンデッド基板マイクロストリップ、ストリップライン、同軸ライン、共面導波 管、またはこれらを組合せたものの如き他の伝送ラインに関しても使用できる。 伝送ラインおよびブリッジ装置の形成は、前述した実施例に限られるものでなく 、本発明の適用分野は、本請求の範囲内において種々あるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高周波に対して使用されるスイッチング装置であって、第１のポート（ＩＮ ）、第２のポート（ＯＵＴ１）および第３のポート（ＯＵＴ２）と、前記第１の ポート（ＩＮ）と前記第２のポート（ＯＵＴ１）との間に接続されるときに、そ れらポートを互いに結合させる第１の４分の１波長伝送ライン（２）と、前記第 １のポート（ＩＮ）と前記第３のポート（ＯＵＴ２）との間に接続されるときに 、それらのポートを互いに結合させる第２の４分の１波長伝送ライン（３）と、 第１の選択装置（Ｒ）および第２の選択装置（Ｂ１）とを備え、前記第１の選択 装置および第２の選択装置（Ｒ、Ｂ１）がインストールされるときにのみ、それ らが前記伝送ライン（２、３）のうちの少なくとも１つを前記ポート（ＩＮ）と 前記ポート（ＯＵＴ１、ＯＵＴ２）との間に接続するようになったスイッチング 装置において、第３の４分の１波長伝送ライン（４）と、第３の選択装置（Ｂ２ 、Ｂ３）とをさらに備え、前記第３の選択装置は、インストールされるときには 、前記第３の伝送ライン（４）を前記第１の伝送ライン（２）と並列に接続する ことを特徴とするスイッチング装置。 ２．前記第１のポート（ＩＮ）は、第１の特性インピーダンスＺ₀を有し、前記 第２のポート（ＯＵＴ１）は、第２の特性インピーダンスＺ₁を有し、前記第３ のポート（ＯＵＴ２）は、第３の特性インピーダンスＺ₂を有し、前記第３の４ 分の１波長伝送ライン（４）の特性インピーダンスは、前記第１の伝送ライン（ ２）および第３の伝送ライン（４）の並列接続によって形成されるインピーダン スが√（Ｚ₀Ｚ₁）に実質的に等しくなるように決められていることを特徴とする 請求項１記載のスイッチング装置。 ３．前記第１の選択装置、第２の選択装置および第３の選択装置の数の合計は、 ６より少ないことを特徴とする請求項１または２記載のスイッチング装置。 ４．前記第１の選択装置、第２の選択装置および第３の選択装置の数の合計は、 ４であることを特徴とする請求項１または２記載のスイッチング装置。 ５．前記第１の選択装置（Ｒ）は、実質的に２√（Ｚ₁Ｚ₂）に等しい抵抗を有す る抵抗器であり、前記第２の選択装置および第３の選択装置(Ｂ１からＢ３) の抵抗は、実質的に零であることを特徴とする請求項２または３または４記載の スイッチング装置。 ６．前記第３の伝送ライン（４）は、該第３の伝送ライン（４）の下からグラン ド面をエッチングすることにより形成されることを特徴とする請求項２から５の うちのいずれかに記載のスイッチング装置。 ７．前記第３の伝送ライン（４）は、特に前記第１の伝送ライン（２）へ近接し て配置されて、前記第１の伝送ライン（２）と前記第３の伝送ライン（４）との 間の相互作用により、前記第３の伝送ライン（４）のインピーダンスが増大させ られるようにしたことを特徴とする請求項２から６のうちのいずれかに記載のス イッチング装置。 ８．前記伝送ライン（２、３、４）に凹湾曲部および凸湾曲部を設けることによ り折り畳まれていることを特徴とする請求項１から７のうちのいずれかに記載の スイッチング装置。 ９．前記伝送ライン（２、３、４）を同じ面に配置しないことにより折り畳まれ ていることを特徴とする請求項１から８のうちのいずれかに記載のスイッチング 装置。 10．回路板の表面に配置されたストリップラインによって構成されたことを特徴 とする請求項１から９のうちのいずれかに記載のスイッチング装置。