JPS63503429A - 電力分割器／結合器回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電力分割器／結合器回路 この発明はマイクロ波及びミリメートル波集積回路に関し、より詳細には高周波 信号を複数の信号に分割又は複数の高周波信号源を単一な信号に結合すべく使用 される平面状電力分割器／結合器回路に関する。

この明細書及び請求の範囲においても使用されているように、高周波信号という 用語はマイクロ波とミリメートル波との両方の信号を含む。

２、関連技術の説明 電力分割器回路は、峯素子アンテナへの給電時、高周波信号を多数の信号に分割 すべく開発された。他方、電力結合回路は、多くの固体アンブリファイア、チッ プトランジスタ又はオシレータの出力を結合すべく開発された。いくつかの異な る回路構成がこの電力分割または結合を達成すべく開発され、円形構成のＷｉｌ ｋｉｎｓｏｎ電力分割器がＧ、Ｊ、Ｗｉ　１ｋｉｎｓｏｎ、“Ｎウェイのハイブ リッドパワー分割器”、ＩＲＥ　Ｔｒａｎｓ、ｏｎＭｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｅ ｏｒｙ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈ、、ＭＴＴ−８Ｎｏ、１．１１６−１９　（Ｊａｎ　 １９６０）に開示され、フォーク状電力分割器が、“電気的に対称な平らなＮウ ェイのハイブリッドパワー分割器／結合器“と題され、ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、 ＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｈｅｏｒｙ　Ｔｅｃｈ、　、ＭＴＴ−２８、Ｎｏ、６．５ ５５−６３　（Ｊｕｎｅ　１９８０）、Ａ、５ａｌｅｈによる論文に開示され、 放射状電力分割器がＩＥＥＥ　ｌ５ＳＣＣＤｉｇｅｓｔ　１６４−１６５．２７ Ｂ　（Ｆｅｂｒｕａｒｙ　１９７８）、Ｊ、Ｓｃｈｅｌｌｅｎｂｅｒｇ　＆　Ｍ 、Ｃｏｈｎ著による論文等に開示された。これらの電力分割器／結合器回路の何 れも位相整合、超広帯域幅、インピーダンス変換、コンパクトな平面状電力分割 回路及び結合回路におけるポートからポ従って、本発明の目的は、マイクロ波及 びミリメートル波信号を分割かつ結合するコンパクトな平面状集積回路を提供す ることにある。

本発明の他の目的は、１００％よりも大きな帯域幅を達成量る電力分割器／結合 器回路回路を提供することにある。

さらに本発明の目的は、広帯域の周波数に渡って、単一な信号を複数の等位相、 等振幅の信号に分割する電力分割器／結合器回路を提供することにある。

さらに本発明の目的は、効率良い電力結合を保証すべく各ポートで位相整合を供 給する電力分割器／結合器回路を提供することにある。

さらに本発明の目的は、複数の高周波信号源を効率よく前記信号源の全ての和に 等しい大きさの１つの高周波信号に結合する電力分割器／結合器回路を提供する ことにある。

さらに本発明の目的は、良好なポート間の分離を供給する電力分割器／結合器回 路を提供することにある。

さらに本発明の目的は、インピーダンス変換と電力結合又は分割を同時に供給す る電力分割器／結合器回路を提供することにある。

本発明による電力分割器／結合器回路は、電気伝導性材料の平らなテーパ状スト リップを具備し、前記ストリップは広端部から前記ストリップの狭端部に向って 伸張する複数のスロットを有し複数のフィンガを規定している。前記テーパ状ス トリップの狭端部は入力又は出力となる１つのポートを形成し、前記フィンガの 各先端は入力ポート又は出力ポートとなる複数のポートを形成する。分離抵抗は 前記フィンガに沿った４分の１波長の距離で隣接フィンガを接続する。前記テー パ状ストリップは誘電性基板上に取付けられる。

高周波信号源からの入力信号は前記テーパ状ストリップの狭端部の単一ポート内 に供給される。前記入力信号は前記フィンガポートで等振幅、等位相の複数の高 周波信号に分割される。逆に言えば、１隻数の高周波入力信号は前記フィンガポ ートに供給された時、前記テーパ状ストリップの狭端部の単一ポートで単一な高 周波信号に結合する。

本発明の付加的な目的、利点、特徴は、添附の図面と本発明の好ましい実施例の 次の詳細な説明から容易に明らかになる。

図面の簡単な説明 第１ａ図は、本発明の原理による電力分割器／結合器回路の平面図である。

第２ａ図は、第１ａ図の線１　ｂ−１ｂについての断面図である。

第２図は、一部を切欠いた拡大斜視図であり、本発明の他の実施例による電力分 割器／結合器回路の一部を示す。

第３図は、本発明のさらに他の実施例を示す平面図であり、一対の電力分割器／ 結合器回路を使用している。第１−３図は縮尺通りではない。

／結合器回路は電気伝導性材料のテーパ状ストリップを含み狭端部２及び広端部 ３を有する。前記テーパ状ストリップ１は好ましくは金などの金属からできてい るが良質であれば他のどんな電気伝導材でもよい。前記ストリップは所望の帯域 幅の下限周波数に対して約２−３の浸透厚さを有する。前記テーパ状ストリップ １はテーパ状伝送線路を提供し、テーパの外形は所望の帯域幅に渡って、前記テ ーパ状ストリップの前記狭端部２のインピーダンスが前記テーパ状ストリップの 広端部３のインピーダンスに整合するように選択される。前記テーパの外形及び 長さがそれぞれ、最大帯域内反射係数と下限遮断周波数を決定する。

多くのテーパ形態があるが、指数形テーバ、双曲線テーパ又はＤｏ　１ｐｈ−Ｔ ｃｈｅｂｙｃｈｅ　ｆ　ｆテーパなどが、その帯域幅において特定最大大きさの 反射係数の伝送線路に対して最小長さを提供するので動作させるのに最適なこと が判明した。前記Ｄｏ　１ｐｈ−Ｔｃｈｅｂｙｃｈｅ　ｆ　ｆテーパに対する設 計方程式は“改善された設計の伝送線路テーパ”（４４Ｐｒｏｃ、ＩＲＥ　３１ −３５．Ｊａｎ、１９５６）と題されたＲ、Ｗ、Ｋｌｏｐｆｅｎｓｔｅｉｎ著の 論文に見られ、ここに参考文献として引用された。

テーパ状ストリップ１は、前記ストリップの広端部３から前記ストリップの狭端 部２に向って延長する複数のスロット４を有し複数の伝導性フィンガ５を規定し ている。すなわち前記テーパ状ストリップ１の狭端部２は単一ポート２を規定し 、回路が電力分割器として用いられるか又は結合器として用いられるかによって それぞれ入力ポート又は出力ポートとなる。前記ストリップ１の前記広端部３の 前記伝導性フィンガ５の先端はＮポート６　（Ｎは１より大なる整数）を規定し 、回路が電力分割器として用いられるかまたは分割器として用いられるかによっ てそれぞれ出力ポート又は入力ポートとなる。第１ａ図及び第１ｂ図には５つの ポートが示されているが、いくつのポートでも可能である。スロット幅すなわち 隣接フィンガ５間の間隔を小さくとって前記隣接フィンガ間の結合を増し、この ＋Ｍ造が Ｄｏ　１　ｐｈ−Ｔｃｈｅｂｙｃｈｅ　ｆ　ｆテーパ伝送線路の特性を保持する ことを確実にしている。約１．５ミルのスロット幅が一般に使用されている。フ ィンガ５はストリップライン伝導体として機能する。前記ストリップライン伝導 体に対する最適な幅（モードインピーダンスさえも）及び間隔を決定するのにい くつかの方法があり、Ｊ、１．Ｓｍｉ　ｔｈ、“サスペンドされた基板内の結合 線のための偶数及び奇数モードのキャパシタンスパラメータ”　ＩＥＥＥ　Ｔｒ ａｎｓ。

Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　Ｔｅｃｈ、、Ｖｏｌ。

ＭＴＴ−１９、ｐｐ、４２４−３１　（Ｍａｙ　１９７１）又はＴ、Ｉｔｏｈ　 ＆　Ａ、Ｓ、Ｈｅｒｂｅｒｔ、”同調隔壁をもつサスペンドされた結合マイクロ ストリップラインのための一般化されたスペクトルのドメイン分析−１ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｏｒｙ　Ｔｅｃｈ。

Ｖｏ　１．　ＭＴＴ−２６、ｐｐ、８２０−２７、（Ｏｃｔ。

１９７８）等に開示されている。前述した出版物に記載された方法は、−ｂｉな 幅のストリップ伝導体に対する幅及び間隔を決定すべく意図されている。本発明 の伝導体ストリップフィンガ５はテーパ状なので、これらの出版物に開示された 一様幅のストリップライン伝導体の幅決定方程式を繰返し適用して、前記ストリ ップに沿った各前記フィンガストリップの十分な数の点の幅を決定し適当なテー パを規定すべきである。

分離抵抗７は隣接する伝導体フィンガらを接続する。前記抵抗７は奇数モード伝 搬において前記電力分割器／結合器回路内に反射された信号を吸収する。これら の抵抗は第１図に示すように前記ストリップの上部に配設されたチップ抵抗器７ か又は、第２図に示すように前記基板８上のスロット４のフィンガ５間に位置す る厚い又は薄い膜抵抗器７゛である。

前記多対の隣接フィンガ５に沿って配設された分離抵抗器７の数は、好ましくは 奇数モードの伝搬を効率よく吸収すべく前記回路内の前記フィンガポートの総数 よりも小さくしなければならない。すなわち、５つのポートが用いられる第１ａ 図及び第１ｂ図に示された模範的な実施例においては前記多対の隣接フィンガに 沿って４つの抵抗がある。しがしながら、付加的又はより少ない抵抗もまた使用 される。

分離抵抗７の抵抗値を決定するのに、いくっがの方法がある。第一に、上記のＳ ｍ１ｔｈ又はＩｔｏｈ＆Ｈｅｒｂｅｒｔの論文に開示された“変分方法“又は“ スペクトルドメイン方法”は、分離抵抗７の抵抗を計算するのに必要な奇数モー ドのインピーダンスを正確に提供する。その後、抵抗値は、ここに参考文献とし て引用されたＮ、　Ｎａ　ｇ　ａ　ｉ、　Ｅ、　Ｍａ　ｔ　ｋｗａ及びに、Ｏｎ ｏの“新規のＮウェイハイブリッドパワー分割器”　Ｉ　ＥＥＥＴｒａｎｓ、？ ｖｌｉｃｒｏｗａｖｅ　ＴｈｅｏｒｙＴｅｃｈ、　、Ｖｏ　１．ＭＴＴ−２５、 Ｔｒａｎｓ。

Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　Ｔｅｃｈ、、Ｖｏｌ。

ＭＴＴ−２５、Ｎｏ、１２、ｐｐ、１００８−１０１２（Ｄｅｃ、１９７７）に 開示された方法を使って決定される。

前記テーパ状ストリップ］は、概して誘電性材料の薄い平成からなる誘電性基板 ８上に接着して取付けられる。前記基板は例えば、サファイア、ベリリウム酸化 物、石英又はアルミナからつくられる。前記接着材料９はクロム又はｔｉ−タン グステン又は他の良質の伝導性接着材料である。動作時、前記誘電性基板８の底 面１１は接地される。

第３図は、本発明のさらなる実施例による電力分割器／結合器回路を示す。第３ 図の回路は高周波信号源３０例えば、オシレータ又はアンブリファイアを含む。

前記信号源３０からの信号は前記電力分割器／結合器回路３１の単一ポート２ａ 内に供給される。この単一高周波信号は前記フィンガポー　トロ　ａで複数の高 周波信号に分割される。これらの信号は例えばハイブリッドアンブリファイア、 プレマツチドチップ、マイクロ波モノリシック集積回路チップ、トランジスタチ ップ等の各アンブリファイア３２によって増幅され、本発明の前記電力分割器／ 結合器回路３３の各フィンガポー）６ｂ内に供給され、代わりにこれらのＮ増幅 された高周波信号を前記ポート２ｂで単一の高周波信号に結合する。最終的な出 力信号は前記アンブリファイア３２からの様々な出力信号の合計となる。

本発明は１つの特定された実施例に対して示されかつ説明されたが、様々な変化 及び変更が熟練者にとって明らかであり、本発明は添附の請求の範囲に述べたよ うに本発明の意図及び範囲内にある。

国際調査報告 １ｍｆｉａｔｌａａａｌＡｅｅ”ｔａｌｉｅｓＩｌａ、ＰＣＴ／ＵＳ８７１００ ６８１ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨ ＲＥＰＯＲＴ　０ＮＦＲ−Ａ−１５２８７４３Ｎｏｎｅ ＪＰ−Ａ−５３０４９９３００６１０Ｓ／７８　ＮｏｎｅＵｓ−Ａ−３８８６４ ９８２７１０Ｓ／７５　Ｎｏｎｅ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．誘電性基板と、 前記基板上に取付けられ、広端部と狭端部と複数のフィンガを規定する復数のス ロットを有する電気伝導性材料のテーパ状ストリップと、 前記フィンガの隣接するものを電気的に接続する抵抗手段とを具備する電力分割 器／結合器回路。
2. ２．入力信号を前記テーパ状ストリップの前記狭端部に供給する手段をさらに具 備する請求の範囲第１項に記載の電力分割器／結合器回路。
3. ３．複数の入力信号を前記テーパ状ストリップの前記広端部の前記フィンガに供 給する手段をさらに具備する請求の範囲第１項に記載の電力分割器／結合器回路 。
4. ４．複数の抵抗器が前記フィンガに沿って、前記狭端部か又は前記広端部の各フ ィンが端部に選択的に供給された信号に対して４分の１波長の距離で前記フィン ガの隣接するものを電気的に接続する複数の抵抗器を具備する請求の範囲第１項 に記載の電力分割器／結合器回路。
5. ５．前記抵抗器が前記ストリップの上部に配設され前記フィンガの隣接するもの の隣接部に部分的に重複するチップ抵抗器である請求の範囲第４項に記載の電力 分割器／結合器回路。
6. ６．前記抵抗器が前記スロット内で前記基板上の前記フィンガの隣接するものの 間に配役され、前記フィンガの隣接するものの隣接部に電気的接触を形成する厚 膜抵抗器である請求の範囲第４項に記載の電力分割器／結合器回路。
7. ７．前記抵抗器が前記スロット内で前記基板上の前記フィンガの隣接するものの 間に配役され、前記フィンガの隣接するものの隣接部に電気的接触を形成する薄 膜抵抗器である請求の範囲第４項に記載の電力分割器／結合器回路。
8. ８．誘電性前記基板がサファイア・ベリリウム酸化物、水晶及びアルミナからな る群から選択された材料を有する請求の範囲第１項に記載の電力分割器／結合器 回路。
9. ９．前記テーパ状ストリップが所望の動作帯域の下限周波数に対して約３の浸透 厚さの金属からなる請求の範囲第１項に記載の電力分割器／結合器回路。
10. １０．前記フインガの隣接するものの間の間隔が約１．５ミルである請求の範囲 第１項に記載の電力分割器／結合器回路。
11. １１．誘電性基板と、 前記基板上に取付けられ、広端部、狭端部及び前記広端部から前記狭端部に長さ に沿って伸張して復数のフィンガを規定する復数のスロットとを有する電気伝導 性材料のテーパ状ストリップと、 前記フィンガの隣接するものを電気的に接続する抵抗手段と、 前記テーパ状ストリップの前記次端部に信号を供給する手段とを具備し、 ミリメートル波又はマイクロ波信号を分割する電力分割器回路。
12. １２．誘電性基板と、 前記基板上に取付けられ、広端部、狭端部及び前記広端部から前記狭端部に長さ に沿って伸張して複数のフィンガを規定する複数のスロットとを有する電気伝導 性材料のテーパ状ストリップと、 前記フィンガの隣接するものを電気的に接続する抵抗手段と、 前記テーパ状ストリップの広端部で複数の信号を前記フィンが内に供給する手段 とを具備し、 ミリメートル波又はマイクロ波信号を結合する電力結合回路。
13. １３．誘電性第１基板と、 前記第１基板上に取付けられ、広端部、狭端部及び前記広端部から前記狭端部に 長さに沿って伸張して複数の第１フィンガを規定する複数のスロットを有する第 １テーパ状ストリップと、 前記第１フィンガの隣接するものを電気的に接続する第１抵抗手段と、 第１信号を前記第１テーパ状ストリップの前記狭端部に供給する手段と、 誘電性第２基板と、 前記第２基板上に取付けられ、広端部、狭端部及び前記広端部から前記狭端部に 長さに沿って伸張して復数の第２フィンガを規定する複数のスロットを有する電 気伝導性材料の第２テーパ状ストリップと、 前記第２フィンガの隣接するものを電気的に接続する第２抵抗手段と、 前記第１及び第２フィンガの対応する各対の間に電気的に接続された信号中継手 段とを具備する電力分割器／結合器回路。
14. １４．前記変換手段が複数の増幅器を具備する請求の範囲第１３項に記載の電力 分割器／結合器回路。