JPS6033608Y2 - 可変インピ−ダンス変換器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は可変インピーダンス変換器、とくにＶＨＦ、
ＵＨＦＨＦ上の高周波で使用する可変インピーダンス
変換器に関する。

ＶＨＦ、ＵＨＦＨＦ上の高周波で増幅器、発振器あるい
は周波数変換器等の半導体素子を使用した回路を設計す
る場合、インピーダンス変換器が必要となる。

半導体素子のインピーダンス（通常は１００以下）を外
部回路のインピーダンス（通常は５０Ωか７５Ω）に整
合させ、最大の出力を得るためである。

インピーダンス４をインピーダンスろに変換する場合、
特性インピーダンスＺｏ＝ 、ｚｚ１ｚ２、電気角θｏ
＝ ？ｒ／２の分布定数線路を使用すればインピーダ
ンス変換ができることは良く知られている。

分布定数線路には特性インピーダンスと電気角の２つの
設計パラメータがあるが、これらの設計パラメータが製
作誤差等の影響で設定値から若干ずれる場合がある。

また変換すべきインピーダンス４．４が半導体素子等の
場合には素子のばらつきにより４．ｚ２に正確な値が期
待できない。

このような場合、設計パラメータを若干変化させ調整を
行なうことが必要となるが、分布定数線路の特性インピ
ーダンスと電気角を簡単な構造で可変にすることは極め
て困難である。

そのため可変キャパシタを使用して等価的に設計パラメ
ータを可変にする方法が採用されている。

第１図ａおよびｂは従来の可変インピーダンス変換器の
回路図であり、昭和５坪５月１２日公告された実用新案
出願公告昭５３−１７７１８号において提案されたもの
である。

第１図ａは電気角？ｒ／２の分布定数線路１の両端（す
なわち電気角Ｏおよびπ／２の位置）に可変キャパシタ
２，３を並列に接続し、端子６のインピーダンスを端子
５のインピーダンスに変換するものであり、第１図すは
さらに可変キャパシタ４を分布定数線路１の中央（すな
わち電気角π／４の位置）に並列接続したものである。

しかしながら第１図に示す従来の可変インピーダンス変
換器では満足な可変動作は得られなかった。

いま数直列として端子６のインピーダンス５０Ωを端子
５のインピーダンス５Ωに変換する場合を考えると分布
定数線路１の特性インピーダンスは１％８１０となる。

そこで可変キャパシタ２． ３． ４の規格化サセプタ
ンス（分布定数線路１の特性インピーダンス１５．８１
０で規格したサセプタンス）をそれぞれ０から１０％ま
で変化した場合の端子５のインピーダンスの変化の様子
を第２図および第３図の複素インピーダンス平面図に示
す。

第２図および第３図で横軸はインピーダンスの実数部（
抵抗成分）、縦軸は虚数部（リアクタンス成分）である
。

第２図は第１図ａに示した可変インピーダンス変換器の
場合であり、実線Ａは可変キャパシタ２のサセプタンス
を０に保ち、可変キャパシタ３のサセプタンスを変化さ
せた場合のインピーダンス軌跡、実線Ｂは可変キャパシ
タ３のサセプタンスをＯに保ち、可変キャパシタ２のサ
セプタンスを変化させた場合のインピーダンス軌跡であ
る。

また実線Ａ、 Ｂと点線で囲まれた領域Ｓは両方の可変
キャパシタを変化させた場合のインピーダンスの可変範
囲を示す。

同図Ａ、 Ｂから明らかな如く可変キャパシタ２あるい
は３を変化させた場合、端子５のインピーダンスは虚数
部のみ変化し、実数部は殆んど変化しない、したがって
両方のキャパシタを同時に変化させた場合のインピーダ
ンス変化範囲Ｓも虚数部の変化が支配的となる。

とくに基準のインピーダンス５＋ｊＯΩの近傍では実数
部の変化範囲は殆んど無い。

次に第３図は第１図すに示した可変インピーダンス変換
器の場合であり、実線Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ他の可変キ
ャパシタのサセプタンスをＯに保ち、可変キャパシタ３
． ２． ４のサセプタンスを変化させた場合のインピ
ーダンス軌跡、点線で囲まれた領域Ｓはすべての可変キ
ャパシタを変化させた場合のインピーダンスの可変範囲
である。

この場合は可変素子を３個も使用しているのでインピー
ダンスの可変範囲Ｓはかなり広く、実数部も変化させる
ことができる。

しかしながら同図の実線Ｃに明らかなごとく可変キャパ
シタ４を変化させた場合端子５のインピーダンスは実数
部も変化するが同時にまた虚数部も変化してしまい、実
数部のみを独立に変化させることができない。

すなわち基準インピーダンス５＋ｊＯΩの近傍で虚数部
変化をＯに保ち実数部のみを変化させようとすると２つ
以上の可変キャパシタを同時に変化させなければならな
い。

２つ以上の可変素子を同時に変化させるということは実
際に調整を行なう場合極めて手間のかかることであり、
多大の時間を必要とする。

以上に述べたように従来の可変インピーダンス変換器は
可変素子が２個の場合はインピーダンスの可変範囲が虚
数部のみであり、実数部は殆んど変化できない欠点があ
り、実数部を変化させるためには３個の可変素子を必要
とした。

しかも可変素子を３個使用した場合でも実数部と虚数部
を独立に変化させることができないため調整に多大の時
間を必要とする欠点があった。

この考案の目的は前記従来の可変インピーダンス変換器
の欠点を除去し、２個の可変素子で実数部と虚数部をほ
ぼ独立に変化しうる可変インピーダンス変換器を提供す
ることにある。

この考案によればインピーダンス４をインピーダンス４
に変換する可変インピーダンス変換器において、特性イ
ンピーダンス２２，２．、電気角π／２の分布定数線路
の一端に可変サセプタンス素子が並列接続され、該端部
より電気角ｊａｎ ” ＪＺ、、 ／４の位置に他の可
変サセプタンス素子が並列接続されていることを特徴と
する可変インピーダンス変換器が得られる。

第４図はこの考案の一実施例の構成を示す図であり、ａ
は平面図、ｂはその等価回路図である。

同図において接地導体を兼ねたケース９中に誘電体基板
１０が収められ、基板１０上に端子１５゜１６を有する
可変インピーダンス変換器が構成されている。

端子１６のインピーダンス４を端子１５のインピーダン
ス４に変換する場合、ストリップ線路１１の特性インピ
ーダンスはπ／４４、電気角は？ｒ／２であり、ストリ
ップ線路による開放スタブ２３，１３がストリップ線路
１１の端部および電気角ｔａｎ−１７ｚ、７ｚ、、の位
置に接続されている。

開放スタブ１２，１３はその先端に数個（図の場合は５
個）のランドを有し、このランドを次々とワイヤボンデ
ィングあるいは半田付等の手段で接続することにより、
電気角が離散的に可変となるようにし、等価的に並列可
変キャパシタを実現している。

この考案による可変インピーダンス変換器の可変動作を
調べるため、前述の場合と同様に端子１６のインピーダ
ンス５０Ωを端子１５のインピーダンス５Ωに変換する
場合を考え、可変キャパシタ１２．１３の規格化サセプ
タンスを０から１０％まで変化させたときの端子１５の
インピーダンス変化の様子を第５図の複素インピーダン
ス平面図に示す。

第５図において実線Ａ、 Ｂはそれぞれ他の可変キャパ
シタのサセプタンスをＯに保ち、可変キャパシタ３，２
のサセプタンスを変化させた場合のインピーダンス軌跡
、実線Ａ。

Ｂと点線で囲まれた領域Ｓは両方の可変キャパシタを変
化させた場合のインピーダンスの可変範囲である。

第５図から明らかなように実線Ａすなわち可変キャパシ
タ１３の変化はほぼ虚数部のみの変化を実現し、実線Ｂ
すなわち可変キャパシタ１２の変化はほぼ実数部のみの
変化を実現している。

すなわち本考案の可変インピーダンス変換器では一方の
可変素子で虚数部を他方の可変素子で実数部をほぼ独立
に変化させることができるのでインピーダンスの可変範
囲Ｓも広く、調整も極めて容易に実行することができる
。

第４図の実施例では第５図に示されるごとく基準のイン
ピーダンス５＋ｊＯΩからの変化は実数部、虚数部とも
に一方向のみで逆の方向には変化しえない。

場合によってはこれは不都合なこともある。

そこで基準のインピーダンスから実数部、虚数部ともに
両方向に変化しうる実施例を次に示す。

第６図はこの考案の他の実施例の構成を示す図であり、
ａは平面図すはその等価回路図である。

第６図では第４図と同−構成要素は同一番号が付けられ
ている。

第６図の実施例ではストリップ線路による短絡スタブ１
７，１８で実現された並列インダクタが開放スタブによ
る可変キャパシタ１２．１３と並列に接続され、共振周
波数が可変の並列共振回路を形成している。

並列共振回路のサセプタンスは動作周波数が共振周波数
より低い場合は負（誘導性）となり、動作周波数が共振
周波数より高い場合に正（容量性）となる。

すなわち第４図の実施例では可変素子のサセプタンスは
Ｏから正にしか変化できなかったが、第６図の実施例に
おいては正負両方向に変化させることができる。

前述と同じ条件でのインピーダンス変換を行なう場合可
変素子（１２，１７および１３，１Ｂで形成された並列
共振回路）が負のサセプタンスにできるので、規格化サ
セプタンスを一５％から５％まで変化させたときのイン
ピーダンス変化の様子を第７図に示す。

第７図で実線Ａ、 Ｂおよび領域Ｓの説明は第５図と同
様である。

第７図から明らかなように第６図の実施例ではインピー
ダンスの実数部と虚数部をほぼ独立に変化しうろことは
もとより、基準インピーダンス５＋ｊＯΩを中心として
実数部、虚数部とも大小両方向に変化しうるので基準イ
ンピーダンスの近傍を完全に調整することができる。

第４図および第６図の実施例では分布定数線路にストリ
ップ線路１１を使用したが、同軸線路あるいはレツヘル
線路等任意の分布定数線路に関してこの考案が有効なこ
とは明らかである。

また可変サセプタンス素子もストリップ線路で実現した
等価的なキャパシタやインダクタに限らず、通常の集中
定数キャパシタや集中定数インダクタを使用してもさし
つかえないことはいうまでもない。

以上図を用いて詳細に説明したようにこの考案による可
変インピーダンス変換器では２個の可変サセプタンス素
子がそれぞれインピーダンス変化の実数部、虚数部を独
立して分担するため広い範囲のインピーダンス変化をカ
バーできるうえ、その調整も極めて容易に行なうことが
できる。

したがってこの考案によるインピーダンス変換器を増幅
器、発振器等の半導体素子を使用した回路に適用すれば
、調整による工数が大幅に削減され極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、 ｂは従来の可変インピーダンス変換器の回
路図であり、１は分布定数線路、２，３および４は可変
キャパシタ、５，６は端子である。 第２図および第３図は第１図の可変インピーダンス変換
器の可変動作を説明するための複素インピーダンス平面
図である。 第４図および第６図はこの考案による可変インピーダン
ス変換器の実施例を示す図であり、ａは平面図すは等価
回路図である。 これらの図において９はケース、１０は誘電体基板、１
１はストリップ線路、１２，１３は開放スタブ、１５，
１６は端子、１７．１８は短絡スタブである。 第５図および第７図はそれぞれ第４図および第６図の可
変インピーダンス変換器の可変動作を説明するための複
素インピーダンス平面図である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ インピーダンス４をインピーダンス４に変換する可
   変インピーダンス変換器において、特性インピーダンス
   ４、電気角π／２の分布定数線路の一端に可変サセプタ
   ンス素子が並列接続され、該端部より電気角ｊａｎ−’
   Ｊｚ１／Ｚ２の位置に他の可変サセプタンス素子が並
   列接続されていることを特徴とする可変インピーダンス
   変換器。 ２ 分布定数線路がストリップ線路であることを特徴と
   する第１項記載の可変インピーダンス変換器。 ３ 可変サセプタンス素子が集中定数可変キャパシタで
   あることを特徴とする第１項記載の可変インピーダンス
   変換器。 ４ 可変サセプタンス素子が離散的に電気角が可変なス
   トリップ線路開放スタブであ乙ことを特徴とする第１項
   記載の可変インピーダンス変換器。 ５ 可変サセプタンス素子が集中定数固定インダクタ集
   中定数可変キャパシタの並列共振回路であることを特徴
   とする第１項記載の可変インピーダンス変換器。 ６ 可変サセプタンス素子が電気角固定のストリップ線
   路短絡スタブと離散的に電気角が可変なストリップ線路
   開放スタブであることを特徴とする第１項記載の可変イ
   ンピーダンス変換器。