(57)【要約】【目的】２つの異なる周波数帯域の信号を同時に結合することができ、且つ面積を大幅に削減することのできるデュアルバンドカプラユニットを提供する。【解決手段】デュアルバンドカプラユニットは、第１結合線路と、第２結合線路と、短い伝送線路と、第１伝送線路と、第２伝送線路とを備える。第１結合線路および第２結合線路は、実質的に互いに平行で、実質的に同じ長さを有する。短い伝送線路の一端は、第１結合線路の一端に接続され、短い伝送線路の他端は、第２結合線路の一端に接続される。第１伝送線路の一端は、第１結合線路の他端に接続され、第２伝送線路の一端は、第２結合線路の他端に接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に互いに平行で、実質的に同じ長さを有する第１結合線路および第２結合線路と、
前記第１結合線路の一端に接続された一端、および前記第２結合線路の一端に接続された他端を有する短い伝送線路と、
一端が前記第１結合線路の他端に接続された第１伝送線路、および一端が前記第２結合線路の他端に接続された第２伝送線路と
を備えたデュアルバンドカプラユニット。
【請求項２】
前記第１伝送線路および前記第２伝送線路が、前記第１結合線路および前記第２結合線路に実質的に垂直である請求項１記載のデュアルバンドカプラユニット。
【請求項３】
前記第１結合線路および前記第２結合線路が、均一結合線路または不均一結合線路であるか、あるいは１つが均一結合線路で、もう１つが不均一結合線路である請求項１記載のデュアルバンドカプラユニット。
【請求項４】
前記第１伝送線路および前記第２伝送線路が、均一伝送線路または不均一伝送線路であるか、あるいは１つが均一伝送線路で、もう１つが不均一伝送線路である請求項１記載のデュアルバンドカプラユニット。
【請求項５】
前記デュアルバンドカプラユニットが、単層構造を有するデュアルバンドカプラユニットである請求項１記載のデュアルバンドカプラユニット。
【請求項６】
前記デュアルバンドカプラユニットの第１周波数帯域および第２周波数帯域の操作周波数が、それぞれ約２．４ＧＨｚおよび５．８ＧＨｚである請求項１記載のデュアルバンドカプラユニット。
【請求項７】
前記第１伝送線路および前記第２伝送線路の構造パラメータを変えることによって、前記デュアルバンドカプラユニットの第２周波数帯域の操作周波数を調整する請求項１記載のデュアルバンドカプラユニット。
【請求項８】
前記第１伝送線路、前記第２伝送線路、前記第１結合線路および前記第２結合線路の構造パラメータを変えることによって、前記デュアルバンドカプラユニットによって伝送された信号間の位相差を調整する請求項１記載のデュアルバンドカプラユニット。
【請求項９】
複数のデュアルバンドカプラユニットおよび少なくとも４個のポートを備えたデュアルバンドカプラであって、各デュアルバンドカプラユニットが、
実質的に互いに平行で、実質的に同じ長さを有する第１結合線路および第２結合線路と、
前記第１結合線路の一端に接続された一端、および前記第２結合線路の一端に接続された他端を有する短い伝送線路と、
一端が前記第１結合線路の他端に接続された第１伝送線路、および一端が前記第２結合線路の他端に接続された第２伝送線路と
を備え、各デュアルバンドカプラユニットの前記第１伝送線路が、別のデュアルバンドカプラユニットの前記第２伝送線路に接続され、前記ポートが、前記デュアルバンドカプラユニットの前記第１伝送線路に接続されたデュアルバンドカプラ。
【請求項１０】
前記デュアルバンドカプラが、円形配置を有し、前記デュアルバンドカプラユニットの数が、６個である請求項９記載のデュアルバンドカプラ。
【請求項１１】
前記第１伝送線路および前記第２伝送線路が、前記第１結合線路および前記第２結合線路に実質的に垂直である請求項９記載のデュアルバンドカプラ。
【請求項１２】
前記第１結合線路および前記第２結合線路が、均一結合線路または不均一結合線路であるか、あるいは１つが均一結合線路で、もう１つが不均一結合線路である請求項９記載のデュアルバンドカプラ。
【請求項１３】
前記第１伝送線路および前記第２伝送線路が、均一伝送線路または不均一伝送線路であるか、あるいは１つが均一伝送線路で、もう１つが不均一伝送線路である請求項９記載のデュアルバンドカプラ。
【請求項１４】
前記デュアルバンドカプラユニットが、単層構造を有するデュアルバンドカプラユニットである請求項９記載のデュアルバンドカプラ。
【請求項１５】
前記デュアルバンドカプラの第１周波数帯域および第２周波数帯域の操作周波数が、それぞれ約２．４ＧＨｚおよび５．８ＧＨｚである請求項９記載のデュアルバンドカプラ。
【請求項１６】
前記第１伝送線路および前記第２伝送線路の構造パラメータを変えることによって、前記デュアルバンドカプラの第２周波数帯域の操作周波数を調整する請求項９記載のデュアルバンドカプラ。
【請求項１７】
前記第１伝送線路および前記第２伝送線路の構造パラメータを変えることによって、前記第１伝送線路および前記第２伝送線路によって伝送された信号間の位相差を調整する請求項９記載のデュアルバンドカプラ。
【請求項１８】
複数のデュアルバンドカプラユニットおよび少なくとも４個のポートを備えたデュアルバンドカプラを内設した受信チップを有する受信機であって、各デュアルバンドカプラユニットが、
実質的に互いに平行で、実質的に同じ長さを有する第１結合線路および第２結合線路と、
前記第１結合線路の一端に接続された一端、および前記第２結合線路の一端に接続された他端を有する短い伝送線路と、
一端が前記第１結合線路の他端に接続された第１伝送線路、および一端が前記第２結合線路の他端に接続された第２伝送線路と
を備え、各デュアルバンドカプラユニットの前記第１伝送線路が、別のデュアルバンドカプラユニットの前記第２伝送線路に接続され、前記ポートが、前記デュアルバンドカプラユニットの前記第１伝送線路に接続された受信機。
【請求項１９】
前記デュアルバンドカプラが、円形配置を有し、前記デュアルバンドカプラユニットの数が、６個である請求項１８記載の受信機。
【請求項２０】
前記第１結合線路および前記第２結合線路が、均一結合線路または不均一結合線路であるか、あるいは１つが均一結合線路で、もう１つが不均一結合線路である請求項１８記載の受信機。
【請求項２１】
前記第１伝送線路および前記第２伝送線路が、均一伝送線路または不均一伝送線路であるか、あるいは１つが均一伝送線路で、もう１つが不均一伝送線路である請求項１８記載の受信機。
【請求項２２】
前記デュアルバンドカプラユニットが、単層構造を有するデュアルバンドカプラユニットである請求項１８記載の受信機。
【請求項２３】
前記デュアルバンドカプラの第１周波数帯域および第２周波数帯域の操作周波数が、それぞれ約２．４ＧＨｚおよび５．８ＧＨｚである請求項１８記載の受信機。
【請求項２４】
前記第１伝送線路および前記第２伝送線路の構造パラメータを変えることによって、前記デュアルバンドカプラの第２周波数帯域の操作周波数を調整する請求項１８記載の受信機。
【請求項２５】
前記第１伝送線路および前記第２伝送線路の構造パラメータを変えることによって、前記第１伝送線路および前記第２伝送線路によって伝送された信号間の位相差を調整する請求項１８記載の受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カプラ（coupler）に関するものであり、特に、デュアルバンドカプラユニット、そのデュアルバンドカプラおよびその受信機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通信技術の発展に伴い、現在、多くのコンピュータやハンドヘルドデバイスは、無線通信技術を利用してインターネットに接続されている。一般的に、無線通信用の受信機は、アンテナで受信した信号を結合(coupling)し、受信した信号を伝送線路によって受信機内の通信チップに伝送するカプラ(coupler)を必要とする。また、電子製品が軽薄短小化および省電力化されたことにより、それに応じてカプラもより小型化されて、製造コストを下げることも可能になった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国出願第５，３８２，９２５号
【特許文献２】米国出願第６，７５６，８６０Ｂ２号
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｃｈｅｎｇ他、「A novel approach to the design and implementation of dual-band compact planar 90° branch-line coupler」、２００４年１１月
【非特許文献２】Ｈｓｕ他、「Design of dual-band microstrip rat race coupler with circuit miniaturization」、２００７年６月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献1（米国出願第５，３８２，９２５号）を参照すると、Ｈａｙａｓｈｉ等によって、多層構造を有するシングルバンドハイブリッドカプラが提案されている。この種のシングルバンドハイブリッドカプラは、面積が多少削減されたが、多層構造を使用する必要があるため、製造コストおよび面積の削減に限界がある。また、Ｈａｙａｓｈｉ等によって提案されたカプラは、シングルバンドカプラであるため、特定の周波数帯域でしか操作することができない。
【０００６】
続いて、特許文献２（米国出願第６，７５６，８６０Ｂ２号）を参照すると、Ｓｈｉｎによって、多層構造を有するデュアルバンドカプラが提案されている。このデュアルバンドカプラは、誘電体層（dielectric layer）が提供するカップリング係数を用いて第２周波数帯域の操作周波数を制御することによって、第１および第２周波数帯域の２つの異なる周波数で信号を結合することができる。しかしながら、このデュアルバンドカプラも多層構造を有するため、製造コストおよび面積の削減に限界がある。
【０００７】
ＩＥＥＥにおいて２００４年１１月に発表されたＣｈｅｎｇ等による論文「A novel approach to the design and implementation of dual-band compact planar 90° branch-line coupler」（非特許文献１）、および２００７年６月に発表されたＨｓｕ等による論文「Design of dual-band microstrip rat race coupler with circuit miniaturization」（非特許文献２）を参照すると、均一伝送線路（uniform transmission line）およびステップインピーダンス伝送線路（stepped-impedance transmission line）を採用して設計されたデュアルバンドカプラが、ＣｈｅｎｇおよびＨｓｕ等によって、それぞれ提案されている。しかしながら、これらのデュアルバンドカプラが削減できる面積も依然として十分ではなく、更なる改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、デュアルバンドカプラユニットを提供する。デュアルバンドカプラユニットは、第１結合線路（coupled line）と、第２結合線路と、短い伝送線路（short transmission line）と、第１伝送線路と、第２伝送線路とを備える。第１結合線路および第２結合線路は、実質的に互いに平行で、実質的に同じ長さを有する。短い伝送線路の一端は、第１結合線路の一端に接続され、短い伝送線路の他端は、第２結合線路の一端に接続される。第１伝送線路の一端は、第１結合線路の他端に接続され、第２伝送線路の一端は、第２結合線路の他端に接続される。
【０００９】
本実施形態において、第１伝送線路および第２伝送線路は、均一伝送線路または不均一伝送線路である。
【００１０】
本発明は、さらに、複数のデュアルバンドカプラユニットと、少なくとも４個のポート（port）とを備えたデュアルバンドカプラを提供する。各デュアルバンドカプラユニットは、第１結合線路と、第２結合線路と、短い伝送線路と、第１伝送線路と、第２伝送線路とを備える。第１結合線路および第２結合線路は、実質的に互いに平行で、実質的に同じ長さを有する。短い伝送線路の一端は、第１結合線路の一端に接続され、短い伝送線路の他端は、第２結合線路の一端に接続される。第１伝送線路の一端は、第１結合線路の他端に接続され、第２伝送線路の一端は、第２結合線路の他端に接続される。各デュアルバンドカプラユニットの第１伝送線路は、別のデュアルバンドカプラユニットの第２伝送線路に接続され、４個のポートは、４個のデュアルバンドカプラユニットの第１伝送線路に接続される。
【００１１】
本発明の実施形態において、デュアルバンドカプラは、円形配置を有し、デュアルバンドカプラユニットの数は、６個である。
【００１２】
本発明は、さらに、受信チップを備えた受信機を提供する。デュアルバンドカプラは、受信チップに内設され、複数のデュアルバンドカプラユニットと、少なくとも４個のポートとを備える。各デュアルバンドカプラユニットは、第１結合線路と、第２結合線路と、短い伝送線路と、第１伝送線路と、第２伝送線路とを備える。第１結合線路および第２結合線路は、実質的に互いに平行で、実質的に同じ長さを有する。短い伝送線路の一端は、第１結合線路の一端に接続され、短い伝送線路の他端は、第２結合線路の一端に接続される。第１伝送線路の一端は、第１結合線路の他端に接続され、第２伝送線路の一端は、第２結合線路の他端に接続される。各デュアルバンドカプラユニットの第１伝送線路は、別のデュアルバンドカプラユニットの第２伝送線路に接続され、４個のポートは、４個のデュアルバンドカプラユニットの第１伝送線路に接続される。
【発明の効果】
【００１３】
上述したように、本発明が提供するデュアルバンドカプラユニットおよびそのデュアルバンドカプラは、２つの異なる周波数帯域の信号を同時に結合することができるとともに、いずれもサイズが小さく、通信チップに容易に内蔵することができるため、回路の小型化を実現することができる。また、デュアルバンドカプラユニットおよびそのデュアルバンドカプラの構造パラメータを変えることによって、デュアルバンドカプラユニットおよびそのデュアルバンドカプラの第２周波数帯域の操作周波数を調整することができる。
【００１４】
本発明の上記及び他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るデュアルバンドカプラユニットの概略的構造図である。
【図２】本発明の実施形態に係るデュアルバンドカプラの概略的構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付の図面を例として、本発明の実施形態を詳細に説明する。各図面および関連説明において、同一または類似する構成要素には、同一の参照番号を使用する。
【００１７】
本発明が提供するデュアルバンドカプラおよびそれを使用したデュアルバンドカプラユニットについて、以下の実施形態および添付の図面を参照しながら、さらに詳細に説明する。しかしながら、これらの実施形態は単なる一例に過ぎず、本発明を限定する意図はない。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係るデュアルバンドカプラユニット１００の概略的構造図である。図１を参照すると、デュアルバンドカプラユニット１００は、結合線路１０５および１１０と、短い伝送線路１２５と、伝送線路１１５および１２０とを備える。短い伝送線路１２５の一端は、結合線路１０５の一端に接続され、短い伝送線路１２５の他端は、結合線路１１０の一端に接続される。伝送線路１１５の一端は、結合線路１０５の他端に接続され、伝送線路１２０の一端は、結合線路１１０の他端に接続される。
【００１９】
本実施形態において、結合線路１０５および１１０は、実質的に互いに平行で、同じ長さθCを有する。本実施形態において、伝送線路１１５および１２０は、直線の伝送線路であるが、伝送線路１１５および１２０は、曲線の伝送線路であってもよい。伝送線路１１５および１２０は、実質的に結合線路１０５および１１０に垂直であり、すなわち、伝送線路１１５と結合線路１０５の間に形成される角度は、実質的に９０度であり、伝送線路１２０と結合線路１１０の間に形成される角度は、実質的に９０度である。しかしながら、伝送線路１１５および１２０と結合線路１０５および１１０の間に形成される角度は、９０度のみに限定されない。
【００２０】
また、結合線路１０５および結合線路１１０は、均一結合線路または不均一結合線路であってもよい。伝送線路１１５は、均一伝送線路または不均一伝送線路であってもよく、同様に、伝送線路１２０は、均一伝送線路または不均一伝送線路であってもよい。さらに、本実施形態において、伝送線路１１５および１２０の長さは、それぞれθ1およびθ2である。デュアルバンドカプラユニット１００は、伝送線路１１５および１２０の構造パラメータ、つまり、長さθ1およびθ2を変えることによって、第２周波数帯域の操作周波数を調整することができる。ここで、第２周波数帯域の操作周波数は、第１周波数帯域の操作周波数のｎ倍であり、ｎは正の整数または正数である。また、デュアルバンドカプラユニット１００は、伝送線路１１５および１２０と結合線路１０５および１１０の構造パラメータ、つまり、長さθ1、θ2およびθCを変えることによって、信号間の位相差を調整することもできる。このように、デュアルバンドカプラユニット１００を位相器（phase shifter）とみなしてもよい。
【００２１】
注意すべきこととして、デュアルバンドカプラユニット１００は、単に結合線路１０５および１１０、短い伝送線路１２５、伝送線路１１５および１２０で構成され、単層構造のデュアルバンドカプラユニットであるため、面積を大幅に削減することが可能である。また、面積を大幅に削減できるため、デュアルバンドカプラユニット１００は、半導体チップ、平面印刷回路素子、または多層回路素子に容易に内蔵することができる。
【００２２】
デュアルバンドカプラユニット１００は、第１周波数帯域の操作周波数が約２．４ＧＨｚに設計され、第２周波数帯域の操作周波数が約５．８ＧＨｚに設計される。このように、デュアルバンドカプラユニット１００は、さらに、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇおよび他の協定の通信トランシーバに応用することができる。当然、本発明は、上述した応用のみに限定されない。デュアルバンドカプラユニット１００の第１周波数帯域の周波数が選択されてさえいれば、そのインピーダンスと伝送線路１１５および１２０の長さθ1およびθ2の間の曲線関係に基づいて、結合線路１０５および１１０のインピーダンスを決定することができ、それによって、結合線路１０５および１１０の長さθCを決定することができる。
【００２３】
図２は、本発明の実施形態に係るデュアルバンドカプラ２００の概略的構造図である。図２を参照すると、デュアルバンドカプラ２００は、図１に類似する複数のデュアルバンドカプラユニット２０１〜２０６と、４個のポートとを備える。デュアルバンドカプラユニット２０１〜２０６の構造および接続関係は、デュアルバンドカプラユニット２０１を例として説明する。以下、デュアルバンドカプラユニット２０１のみを例として説明するが、本分野において通常の知識を有する技術者であれば、これに基づいて、デュアルバンドカプラユニット２０２〜２０６の構造および接続関係を類推することができる。
【００２４】
図２を参照すると、デュアルバンドカプラユニット２０１の中間に、平行な結合線路２１１および２１２が配置される。結合線路２１１および２１２は、短い伝送線路２１３によって互いに接続され、それから、伝送線路２１４および２１５にそれぞれ接続される。また、デュアルバンドカプラユニット２０１の伝送線路２１４および２１５は、デュアルバンドカプラユニット２０２および２０６の伝送線路にそれぞれ接続される。ポート２２１〜２２４は、デュアルバンドカプラユニット２０５、２０６、２０１および２０２の伝送線路に接続され、伝送線路から信号を受け取るか、あるいは伝送線路に信号を伝送するために用いられる。
【００２５】
デュアルバンドカプラユニット２０１と図１のデュアルバンドカプラユニット１００の相違点は、伝送線路２１４および２１５が、直線の伝送線路ではなく、曲線の伝送線路であることである。そのため、図２において、デュアルバンドカプラユニット２０１〜２０６は、円形に配置され、デュアルバンドカプラ２００を形成する。また、本実施形態において、伝送線路全ての合計の長さは、対応するデュアルバンドカプラ２００の第１周波数帯域の波長の６／４倍である。しかしながら、本発明は、これのみに限定されるものではない。デュアルバンドカプラは、複数のデュアルバンドカプラユニットを異なる閉曲線の形状に配置することによって形成してもよい。
【００２６】
また、デュアルバンドカプラ２００も、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇおよび他の協定の通信トランシーバに応用することができ、例えば、受信機の受信チップに内設されて、受信機のデュアルバンドカプラとして用いられる。当然、本発明は、上述した応用のみに限定されず、デュアルバンドカプラ２００は、第１周波数帯域および第２周波数帯域の操作周波数を調整することによって、異なる周波数帯域および協定基準のトランシーバに応用することもできる。
【００２７】
以上のように、本発明が提供するデュアルバンドカプラユニットおよびそのデュアルバンドカプラは、２つの異なる周波数帯域の信号を同時に結合することができるとともに、いずれもサイズが小さく、通信チップに容易に内蔵することができるため、回路の小型化を実現することができる。また、デュアルバンドカプラユニットおよびそのデュアルバンドカプラの構造パラメータを変えることによって、デュアルバンドカプラユニットおよびそのデュアルバンドカプラの第２周波数帯域の操作周波数を調整することができる。
【００２８】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【符号の説明】
【００２９】
１００、２０１〜２０６  デュアルバンドカプラユニット
１０５、１１０、２１１、２１２  結合線路(coupled line)
１１５、１２０、２１４、２１５  伝送線路
１２５、２１３  短い伝送線路
２００  デュアルバンドカプラ
２２１〜２２４  ポート(port)
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２】
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