(57)【要約】【課題】異なる２つの周波数帯域で動作し、小形化が可能な９０度ハイブリッド回路を得る。【解決手段】略々正方形形状を構成するように第１〜第４の接続部５〜８を配置し、第１の接続部５に、第１の入出力端子１と、第１及び第４の直列共振回路９，１２の一端と、第１の並列共振回路１３の接地端でない一端とを接続し、第２の接続部６に、第２の入出力端子２と、第１の直列共振回路９の他端と、第２の直列共振回路１０の一端と、第２の並列共振回路１４の接地端でない一端とを接続し、第３の接続部７に、第３の入出力端子３と、第２の直列共振回路１０の他端と、第３の直列共振回路１１の一端と、第３の並列共振回路１５の接地端でない一端とを接続し、第４の接続部８に、第４の入出力端子４と、第３及び第４の直列共振回路１１，１２の他端と、第４の並列共振回路１６の接地端でない一端とを接続して構成する。【選択図】図１
2010193255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１乃至第４の入出力端子と、
第１乃至第４の接続部と、
第１乃至第４の直列共振回路と、
一端を接地した第１乃至第４の並列共振回路と
を備え、
上記第１の接続部に、上記第１の入出力端子と、上記第１及び第４の直列共振回路の一端と、上記第１の並列共振回路の他端とを接続し、
上記第２の接続部に、上記第２の入出力端子と、上記第１の直列共振回路の他端と、上記第２の直列共振回路の一端と、上記第２の並列共振回路の他端とを接続し、
上記第３の接続部に、上記第３の入出力端子と、上記第２の直列共振回路の他端と、上記第３の直列共振回路の一端と、上記第３の並列共振回路の他端とを接続し、
上記第４の接続部に、上記第４の入出力端子と、上記第３及び第４の直列共振回路の他端と、上記第４の並列共振回路の他端とを接続して
構成されたことを特徴とする９０度ハイブリッド回路。
【請求項２】
第１乃至第４の入出力端子と、
第１乃至第４の接続部と、
第１乃至第４の並列共振回路と、
一端を接地した第１乃至第４の直列共振回路と
を備え、
上記第１の接続部に、上記第１の入出力端子と、上記第１及び第４の並列共振回路の一端と、上記第１の直列共振回路の他端とを接続し、
上記第２の接続部に、上記第２の入出力端子と、上記第１の並列共振回路の他端と、上記第２の並列共振回路の一端と、上記第２の直列共振回路の他端とを接続し、
上記第３の接続部に、上記第３の入出力端子と、上記第２の並列共振回路の他端と、上記第３の並列共振回路の一端と、上記第３の直列共振回路の他端とを接続し、
上記第４の接続部に、上記第４の入出力端子と、上記第３及び第４の並列共振回路の他端と、上記第４の直列共振回路の他端とを接続して
構成されたことを特徴とする９０度ハイブリッド回路。
【請求項３】
所望の第１及び第２の周波数帯のそれぞれの中心周波数に対し、上記第１乃至第４の直列共振回路と上記第１乃至第４の並列共振回路の共振周波数は、上記第１乃至第２の周波数帯のそれぞれの中心周波数の相乗平均値で与えられることを特徴とする請求項１または２に記載の９０度ハイブリッド回路。
【請求項４】
上記第１乃至第４の直列共振回路および上記第１乃至第４の並列共振回路は、キャパシタンスとインダクタンスとにより形成されたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の９０度ハイブリッド回路。
【請求項５】
誘電体基板と、上記誘電体基板の表面に形成された導体パターンと、上記誘電体基板の裏面に形成された接地導体とを備え、上誘電体基板の表面に、上記第１乃至第４の入出力端子と上記第１乃至第４の直列共振回路および上記第１乃至第４の並列共振回路とを配置して、上記第１乃至第４の入出力端子と上記第１乃至第４の直列共振回路および上記第１乃至第４の並列共振回路との間を、上記導体パターンおよび上記接地導体により接続し、構成されたことを特徴する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の９０度ハイブリッド回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は９０度ハイブリッド回路に関し、特に、マイクロ波帯やミリ波帯で使用される９０度ハイブリッド回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の９０度ハイブリッド回路は、４つの入出力端子と伝送線路により構成される。これにより、第１の周波数帯と第２の周波数帯において、９０度ハイブリッド回路として動作させている。（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】K.-K.M.Cheng and F.-L.Wong,“A novel approach to the design and implementation of dual-band compact planar 90° branch-line coupler,”IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol.52, pp.2458-2463, Nov. 2004.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の９０度ハイブリッド回路は以上のように構成されており、伝送線路を用いているため、特に低周波数帯の使用において、回路面積が大きくなってしまうという問題点があった。  
【０００５】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、異なる２つの周波数帯域において動作し、小形化を図ることが可能な、９０度ハイブリッド回路を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、第１乃至第４の入出力端子と、第１乃至第４の接続部と、第１乃至第４の直列共振回路と、一端を接地した第１乃至第４の並列共振回路とを備え、上記第１の接続部に、上記第１の入出力端子と、上記第１及び第４の直列共振回路の一端と、上記第１の並列共振回路の他端とを接続し、上記第２の接続部に、上記第２の入出力端子と、上記第１の直列共振回路の他端と、上記第２の直列共振回路の一端と、上記第２の並列共振回路の他端とを接続し、上記第３の接続部に、上記第３の入出力端子と、上記第２の直列共振回路の他端と、上記第３の直列共振回路の一端と、上記第３の並列共振回路の他端とを接続し、上記第４の接続部に、上記第４の入出力端子と、上記第３及び第４の直列共振回路の他端と、上記第４の並列共振回路の他端とを接続して構成された９０度ハイブリッド回路である。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、第１乃至第４の入出力端子と、第１乃至第４の接続部と、第１乃至第４の直列共振回路と、一端を接地した第１乃至第４の並列共振回路とを備え、上記第１の接続部に、上記第１の入出力端子と、上記第１及び第４の直列共振回路の一端と、上記第１の並列共振回路の他端とを接続し、上記第２の接続部に、上記第２の入出力端子と、上記第１の直列共振回路の他端と、上記第２の直列共振回路の一端と、上記第２の並列共振回路の他端とを接続し、上記第３の接続部に、上記第３の入出力端子と、上記第２の直列共振回路の他端と、上記第３の直列共振回路の一端と、上記第３の並列共振回路の他端とを接続し、上記第４の接続部に、上記第４の入出力端子と、上記第３及び第４の直列共振回路の他端と、上記第４の並列共振回路の他端とを接続して構成された９０度ハイブリッド回路であるので、異なる２つの周波数帯域において動作可能で、かつ、小形化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による９０度ハイブリッド回路の構成を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による９０度ハイブリッド回路における周波数特性をグラフで示した説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２による９０度ハイブリッド回路の構成を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２による９０度ハイブリッド回路における周波数特性をグラフで示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
実施の形態１．  図１はこの発明の実施の形態１による９０度ハイブリッド回路を示す構成図である。図２は、図１に示した９０度ハイブリッド回路における伝送特性（Ｓパラメータの周波数特性）の一例をグラフで示した説明図である。
【００１１】
図１において、１〜４は、それぞれ、第１〜第４の入出力端子、５〜８は、それぞれ、第１〜第４の接続部、９〜１２は、それぞれ、第１〜第４の直列共振回路、１３〜１６は、それぞれ、一端を接地した第１〜第４の並列共振回路を表す。
【００１２】
図１に示すように、第１〜第４の接続部５〜８が、略々正方形を構成するように、略々同一間隔で配置されている。それらの第１〜第４の接続部５〜８間は、第１〜第４の直列共振回路９〜１２を介して、互いに接続されている。また、第１〜第４の接続部５〜８には、第１〜第４の入出力端子１〜４が１つずつそれぞれ接続されている。さらに、第１〜第４の接続部５〜８には、第１〜第４の並列共振回路１３〜１６がそれぞれ接続されている。
【００１３】
従って、第１の接続部５には、入出力端子１の一端と、第１の直列共振回路９の一端と、第４の直列共振回路１２の一端と、第１の並列共振回路１３の一端とが接続されている。第２の接続部６には、入出力端子２の一端と、第１の直列共振回路９の他端と、第２の直列共振回路１０の一端と、第２の並列共振回路１４の一端とが接続されている。第３の接続部７には、入出力端子３の一端と、第２の直列共振回路１０の他端と、第３の直列共振回路１１の一端と、第３の並列共振回路１５の一端とが接続されている。第４の接続部８には、入出力端子４の一端と、第３の直列共振回路１１の他端と、第４の直列共振回路１２の他端と、第４の並列共振回路１６の一端とが接続されている。
【００１４】
図１に示すように、第１の直列共振回路９は、直列に接続されたキャパシタンスＣ１とインダクタンスＬ１とによって構成されている。また、同様に、第３の直列共振回路１１も、直列に接続されたキャパシタンスＣ１とインダクタンスＬ１とによって構成されている。
【００１５】
また、第２の直列共振回路１０は、直列に接続されたキャパシタンスＣ２とインダクタンスＬ２とによって構成されている。また、同様に、第４の直列共振回路１２は、直列に接続されたキャパシタンスＣ２とインダクタンスＬ２とによって構成されている。
【００１６】
また、第１〜第４の並列共振回路１３、１４、１５、１６は、それぞれ、並列に接続されたキャパシタンスＣ３とインダクタンスＬ３とによって構成されている。
【００１７】
また、第１〜第４の入出力端子１、２、３、４の他端には、それぞれ、負荷抵抗Ｒ（図示省略）が接続されている。
【００１８】
次に動作について説明する。  図１に示す９０度ハイブリッド回路を動作させる異なる第１の周波数帯と第２の周波数帯のそれぞれの中心周波数をｆ１、ｆ２とする。
【００１９】
中心周波数ｆ１、ｆ２で９０度ハイブリッド回路として動作させるために、第１及び第３の直列共振回路９、１１を構成するキャパシタンスＣ１、インダクタンスＬ１、第２及び第４の直列共振回路１０、１２を構成するキャパシタンスＣ２、インダクタンスＬ２、および、第１〜第４の並列共振回路１３、１４、１５、１６を構成するキャパシタンスＣ３、インダクタンスＬ３を、下式（１）によりそれぞれ与える。
【００２０】
【数１】
2010193255.tif 000003
【００２１】
式（１）から、第１〜第４の直列共振回路９、１０、１１、１２、及び、第１〜第４の並列共振回路１３、１４、１５、１６の共振周波数は、中心周波数ｆ１、ｆ２の相乗平均値で与えられる。
【００２２】
ここでは、説明の便宜上、第１〜第４の入出力端子１、２、３、４に接続された負荷抵抗Ｒの値を５０Ωとし、また、第１の周波数帯の中心周波数ｆ１を１ＧＨｚ、第２の周波数帯の中心周波数ｆ２を２ＧＨｚに選択する。このとき、式（１）に従って、９０度ハイブリッド回路を構成するキャパシタンスおよびインダクタンスの値を求めると、Ｃ１＝２．２５１ｐＦ、Ｌ１＝５．６２７ｎＨ、Ｃ２＝１．５９２ｐＦ、Ｌ２＝７．９５８ｎＨ、Ｃ３＝７．６８５ｐＦ、Ｌ３＝１．６４８ｎＨとなる。
【００２３】
このようにして与えた９０度ハイブリッド回路のＳパラメータの周波数特性（計算値）を図２に示す。
【００２４】
図２では、説明の便宜上、第１の入出力端子１から高周波信号を入力した場合の伝送特性を示す。図２の各グラフにおいて、横軸はすべて周波数を表している。また、縦軸は、左上のグラフでは、第１の入出力端子１で反射される高周波信号の大きさ、すなわち、反射振幅｜Ｓ１１｜を表し、右上のグラフでは、第１の入出力端子１から第４の入出力端子４へ伝送される高周波信号の大きさ、すなわち、アイソレーション｜Ｓ41｜を表し、左下のグラフでは、第１の入出力端子１から第２、第３の入出力端子２、３へ分配される高周波信号の大きさ、すなわち、分配振幅｜Ｓ21｜、｜Ｓ31｜を表し、右下のグラフでは、第１の入出力端子１から第２、第３の入出力端子２、３へ分配される高周波信号の位相差、すなわち、分配位相差∠（Ｓ21／Ｓ31）を表している。
【００２５】
図２に示すＳパラメータの周波数特性から、第１および第２の周波数帯の中心周波数ｆ1、ｆ2において、低反射振幅、高アイソレーション、等分配振幅、且つ、９０度位相差特性が確保されている様子がわかる。そのため、第１の入出力端子１から第１の周波数帯および第２の周波数帯の両高周波信号を入力した場合、第１の入出力端子１でほとんど反射せずに９０度ハイブリッド回路に入力され、第４の入出力端子４へほとんど伝送されずに、第２及び第３の入出力端子２、３へ９０度の位相差で等分配される。
【００２６】
このような伝送特性は、第２〜第４の入出力端子２、３、４から高周波信号を入力した場合でも、本実施の形態１による９０度ハイブリッド回路の構成上の対称性から同様になる。
【００２７】
以上の説明から、第１の周波数帯と第２の周波数帯において、９０度ハイブリッド回路として動作することがわかる。
【００２８】
このような９０度ハイブリッド回路は、例えばキャパシタンスおよびインダクタンスをチップ部品により実現し、これらチップ部品を誘電体基板上にそれぞれ配置して、チップ部品間を誘電体基板上に形成したストリップ導体パターンで接続することにより、小形に構成できる。
【００２９】
以上のように、この実施の形態１によれば、９０度ハイブリッド回路が、第１〜第４の入出力端子１〜４と、それらの入出力端子１〜４間に接続された第１〜第４の直列共振回路９〜１２と、一端が接地され、他端が入出力端子１〜４と直列共振回路９〜１２との接続部に接続されている第１〜第４の並列共振回路１３〜１６とを備え、当該直並列共振回路をキャパシタンスとインダクタンスといった集中定数素子から構成するようにしたので、異なる２つの周波数帯域において動作する９０度ハイブリッド回路を小形に構成できるという効果を奏する。
【００３０】
実施の形態２．  図３はこの発明の実施の形態２による９０度ハイブリッド回路を示す構成図である。図４は図３の９０度ハイブリッド回路における伝送特性（Ｓパラメータの周波数特性）の一例を示す説明図である。
【００３１】
図３において、１〜４は第１〜第４の入出力端子、５〜８は第１〜第４の接続部、１９〜２２は第１〜第４の並列共振回路、２３〜２６は一端を接地した第１〜第４の直列共振回路を表す。
【００３２】
図３に示すように、第１〜第４の接続部５〜８が、略々正方形を構成するように、略々同一間隔で配置されている。それらの第１〜第４の接続部５〜８間は、第１〜第４の並列共振回路１９〜２２を介して、互いに接続されている。また、第１〜第４の接続部５〜８には、第１〜第４の入出力端子１〜４が１つずつそれぞれ接続されている。さらに、第１〜第４の接続部５〜８には、第１〜第４の直列共振回路２３〜２６がそれぞれ接続されている。
【００３３】
従って、第１の接続部５には、入出力端子１の一端と、第１の並列共振回路１９の一端と、第４の並列共振回路２２の一端と、第１の直列共振回路２３の一端とが接続されている。第２の接続部６には、入出力端子２の一端と、第１の並列共振回路１９の他端と、第２の並列共振回路２０の一端と、第２の直列共振回路２４の一端とが接続されている。第３の接続部７には、入出力端子３の一端と、第２の並列共振回路２０の他端と、第３の並列共振回路２１の一端と、第３の直列共振回路２５の一端とが接続されている。第４の接続部８には、入出力端子４の一端と、第３の並列共振回路２１の他端と、第４の並列共振回路２２の他端と、第４の直列共振回路２６の一端とが接続されている。
【００３４】
図３に示すように、第１の並列共振回路１９は、並列に接続されたキャパシタンスＣ１とインダクタンスＬ１とによって構成されている。また、同様に、第３の並列共振回路２１も、並列に接続されたキャパシタンスＣ１とインダクタンスＬ１とによって構成されている。
【００３５】
また、第２の並列共振回路２０は、並列に接続されたキャパシタンスＣ２とインダクタンスＬ２とによって構成されている。また、同様に、第４の並列共振回路２２は、並列に接続されたキャパシタンスＣ２とインダクタンスＬ２とによって構成されている。
【００３６】
また、第１〜第４の直列共振回路２３、２４、２５、２６は、それぞれ、直列に接続されたキャパシタンスＣ３とインダクタンスＬ３とによって構成されている。
【００３７】
また、第１〜第４の入出力端子１、２、３、４の他端には、それぞれ、負荷抵抗Ｒ（図示省略）が接続されている。
【００３８】
次に動作について説明する。  ９０度ハイブリッド回路を動作させる異なる第１の周波数帯と第２の周波数帯のそれぞれの中心周波数をｆ1、ｆ２とする。
【００３９】
中心周波数ｆ1、ｆ２で９０度ハイブリッド回路として動作させるために、第１及び第３の並列共振回路１９、２１を構成するキャパシタンスＣ1、インダクタンスＬ1、第２及び第４の並列共振回路２０、２２を構成するキャパシタンスＣ２、インダクタンスＬ２、および、第１〜第４の直列共振回路２３、２４、２５、２６を構成するキャパシタンスＣ３、インダクタンスＬ３を、下式（２）により与える。
【００４０】
【数２】
2010193255.tif 000004
【００４１】
式（２）から、第１〜第４の並列共振回路１９、２０、２１、２２、及び、第１〜第４の直列共振回路２３、２４、２５、２６の共振周波数は、中心周波数ｆ１、ｆ２の相乗平均値で与えられる。
【００４２】
ここでは、説明の便宜上、第１〜第４の入出力端子１、２、３、４に接続された負荷抵抗Ｒの値を５０Ωとし、また、第１の周波数帯の中心周波数ｆ１を１ＧＨｚ、第２の周波数帯の中心周波数ｆ２を２ＧＨｚに選択する。式（２）に従って、９０度ハイブリッド回路を構成するキャパシタンスおよびインダクタンスの値を求めると、Ｃ１＝４．５０２ｐＦ、Ｌ１＝２．８１３ｎＨ、Ｃ２＝３．１８３ｐＦ、Ｌ２＝３．９７９ｎＨ、Ｃ３＝３．８４２ｐＦ、Ｌ３＝３．２９６ｎＨとなる。
【００４３】
このようにして与えた９０度ハイブリッド回路のＳパラメータの周波数特性（計算値）を図４に示す。
【００４４】
図４では、説明の便宜上、第１の入出力端子１から高周波信号を入力した場合の伝送特性を示す。図４の各グラフにおいて、横軸はすべて周波数を表している。縦軸は、左上のグラフでは、第１の入出力端子１で反射される高周波信号の大きさ、すなわち、反射振幅｜Ｓ１１｜を表し、右上のグラフでは、第１の入出力端子１から第４の入出力端子４へ伝送される高周波信号の大きさ、すなわち、アイソレーション｜Ｓ４１｜を表し、左下のグラフでは、第１の入出力端子１から第２、第３の入出力端子２、３へ分配される高周波信号の大きさ、すなわち、分配振幅｜Ｓ２１｜、｜Ｓ３１｜を表し、右下のグラフでは、第１の入出力端子１から第２、第３の入出力端子２、３へ分配される高周波信号の位相差、すなわち、分配位相差∠（Ｓ２１／Ｓ３１）を表している。
【００４５】
図４に示すＳパラメータの周波数特性から、第１および第２の周波数帯の中心周波数ｆ１、ｆ２において、低反射振幅、高アイソレーション、等分配振幅、且つ９０度位相差特性が確保されている様子がわかる。そのため、第１の入出力端子１から第１の周波数帯および第２の周波数帯の両高周波信号を入力した場合、第１の入出力端子１でほとんど反射せずに９０度ハイブリッド回路に入力され、第４の入出力端子４へほとんど伝送されずに、第２及び第３の入出力端子２、３へ９０度の位相差で等分配される。
【００４６】
このような伝送特性は、第２〜第４の入出力端子２、３、４から高周波信号を入力した場合でも、本実施の形態２による９０度ハイブリッド回路の構成上の対称性から同様になる。
【００４７】
以上の説明から、第１の周波数帯と第２の周波数帯において、９０度ハイブリッド回路として動作することがわかる。
【００４８】
このような９０度ハイブリッド回路は、例えばキャパシタンスおよびインダクタンスをチップ部品により実現し、これらチップ部品を誘電体基板上にそれぞれ配置して、チップ部品間を誘電体基板上に形成したストリップ導体パターンで接続することにより、小形に構成できる。
【００４９】
以上のように、この実施の形態２によれば、９０度ハイブリッド回路が、第１〜第４の入出力端子１〜４と、それらの入出力端子１〜４間に接続された第１〜第４の並列共振回路１９〜２２と、一端が接地されて他端が入出力端子１〜４と直列共振回路１９〜２２との接続部に接続されている第１〜第４の直列共振回路２３〜２６とを備え、当該直並列共振回路をキャパシタンスとインダクタンスといった集中定数素子から構成するようにしたので、異なる２つの周波数帯域において動作する９０度ハイブリッド回路を小形に構成できるという効果を奏する。
【符号の説明】
【００５０】
１  第１の入出力端子、２  第２の入出力端子、３  第３の入出力端子、４  第４の入出力端子、５  第１の接続部、６  第２の接続部、７  第３の接続部、８  第４の接続部、９  第１の直列共振回路、１０  第２の直列共振回路、１１  第３の直列共振回路、１２  第４の直列共振回路、１３  第１の並列共振回路、１４  第２の並列共振回路、１５  第３の並列共振回路、１６  第４の並列共振回路、１９  第１の並列共振回路、２０  第２の並列共振回路、２１  第３の並列共振回路、２２  第４の並列共振回路、２３  第１の直列共振回路、２４  第２の直列共振回路、２５  第３の直列共振回路、２６  第４の直列共振回路。
【図１】
2010193255.tif 000005
【図２】
2010193255.tif 000006
【図３】
2010193255.tif 000007
【図４】
2010193255.tif 000008