(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の差分入力信号から単一端出力信号を供給する伝送線平衡不平衡変成器であって、
それぞれ結合特性を有する第１および第２の伝送線信号結合器からなり、該結合器は互いに電磁気的に絶縁されており、そして、該結合器は互いにタンデムに交差結合された伝送線要素を含みかつその間に、所定の信号位相調整を提供するためのフィードバック接続を持っており、これにより、該第１および第２の信号結合器の該結合特性のそれぞれに対して改善された総合的な結合特性が得られており、該結合器の各々はそれぞれ入力端と出力端とを有する伝送線要素対を含み、該第１の信号結合器の該出力端が該第２の信号結合器の該入力端に交差結合されており、該第２の信号結合器の１つの出力端が該第１の信号結合器の１つの入力端に戻って接続されていることを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項２】
請求項１に記載の平衡不平衡変成器において、双方の結合器の該結合特性は実質的に同一であることを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項３】
請求項１に記載の平衡不平衡変成器において、双方の結合器の該結合特性は互いに異なることを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項４】
請求項１に記載の平衡不平衡変成器において、双方の結合器の該結合特性は実質的に同一であるか、または、互いに異なっているが３ｄＢよりも大きいことを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項５】
請求項１に記載の平衡不平衡変成器において、該第１および第２の結合器の少なくとも一方の結合特性は３ｄＢよりも大きく、該総合的な結合特性は約３ｄＢに等しいかまたは３ｄＢよりも大きいことを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項６】
請求項１に記載の平衡不平衡変成器において、該伝送線要素の第１および第２の対が、意図された用途向けに特定的な、所定の物理的寸法と間隔とを有することを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項７】
請求項６に記載の平衡不平衡変成器において、該伝送線要素対は個別の長さの導電物質からなることを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項８】
請求項７に記載の平衡不平衡変成器において、該長さの導電物質は互いに並列に位置していることを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項９】
請求項７に記載の平衡不平衡変成器において、該長さの導電物質は、それらの間にテーパ状の間隔を与えるように互いに角度を付けていることを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項１０】
請求項１に記載の平衡不平衡変成器において、該伝送線要素対は、一方の端部から他方に向けてテーパ状の幅寸法を有する個別の長さの導電物質からなることを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項１１】
請求項１に記載の平衡不平衡変成器において、該伝送線要素対は、互いに対向する切り込みのある縁部を有する個別の長さの導電物質からなることを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項１２】
請求項１に記載の平衡不平衡変成器において、該伝送線要素対は、約４分の１波長の長さを有する伝送線要素からなることを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項１３】
請求項１に記載の平衡不平衡変成器において、該伝送線要素対は、誘電体支持部材の対向側領域上にそれぞれ位置することを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の平衡不平衡変成器において、該誘電体支持部材は、該伝送線要素対を分離する導電性物質の中間層を含む回路基板部材からなることを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項１５】
請求項１４に記載の平衡不平衡変成器において、該導電物質の中間層は、該伝送線要素対の間の電気的接続を容易にするように、少なくとも１つの開口を含むことを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項１６】
請求項１５に記載の平衡不平衡変成器であって、該変成器はさらに、該導電物質の中間層の該少なくとも１つの開口を通過し、該伝送線要素の該端部を交差接続させると共に該第２の信号結合器の該１つの出力端を該第１の信号結合器の該１つの入力端に接続する、該回路基板部材にある経路を含むことを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項１７】
請求項１４に記載の平衡不平衡変成器であって、該変成器はさらに、該平衡不平衡変成器との間で信号を結合するために、該回路基板部材の共通の縁部に沿って共通して配置された一対の入力ポートおよび単一の出力ポートを含むことを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項１８】
請求項１４に記載の平衡不平衡変成器において、該伝送線要素対の少なくとも一方が該回路基板部材の外面上に位置することを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項１９】
請求項１３に記載の平衡不平衡変成器において、該伝送線要素対が、該回路基板部材の該対向側領域の外面上にそれぞれ位置する並列な伝送線要素対からなることを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項２０】
請求項１３に記載の平衡不平衡変成器において、該伝送線要素対の双方が該回路基板部材の各外面上に位置することを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項２１】
請求項１８に記載の平衡不平衡変成器において、該伝送線要素がマイクロストリップ導電体からなることを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項２２】
請求項１３に記載の平衡不平衡変成器であって、該変成器はさらに、該対向側領域に共通の該誘電体支持の対向面上にそれぞれ位置する一対の誘電体部材と、該一対の誘電体部材の外面上の各導電物質層とを含むことを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項２３】
請求項２０に記載の平衡不平衡変成器において、該伝送線要素対が、ストリップ線路導電体からなることを特徴とする平衡不平衡変成器。
【請求項２４】
無線およびＲＦ用途のための広帯域伝送線平衡不平衡変成器であって、
それぞれ所定の結合特性と、誘電体回路基板部材の対向面上に位置するマイクロストリップ伝送線要素対とを有する第１および第２の４分の１波長マイクロストリップ伝送線信号結合器からなり、該マイクロストリップ伝送線要素対は、該回路基板部材内に位置する接地面によって互いに電磁気的に絶縁されており、
マイクロストリップ伝送線要素対の各々は、それぞれの第１および第２の入力端および第１および第２の出力端を含み、そして、
該第１および第２の入力端が該回路基板部材の１つの縁部で一対の入力ポートに接続され、該第１の信号結合器の該第１および第２の出力端が該第２の信号結合器の該第２および第１の入力端に交差結合され、該第２の信号結合器の該第１の出力端が該回路基板部材の該縁部に位置する出力ポートに接続され、そして該第２の信号結合器の該第２の出力端が該第１の信号結合器の該第１の入力端に接続されており、
これによって、該第１および第２の信号結合器の該それぞれの結合特性に対して改善された複合結合特性を与える適正な信号位相調整を提供することを特徴とする広帯域伝送線平衡不平衡変成器。
【請求項２５】
無線およびＲＦ用途のための広帯域伝送線平衡不平衡変成器であって、
それぞれ所定の結合特性と、誘電体回路基板部材の対向側面上に位置するストリップ線路伝送線要素対とを有する第１および第２の４分の１波長ストリップ線路伝送線信号結合器からなり、該ストリップ線路伝送線要素対は該回路基板部材内に位置する接地面によって互いに電磁気的に絶縁されており、そして、該誘電体部材のそれぞれは該ストリップ線路伝送線要素対の上に位置する外側金属皮膜層を有しており、
ストリップ線路伝送線要素対の各々は、それぞれの第１および第２の入力端および第１および第２の出力端を含み、
該第１および第２の入力端が該回路基板部材の１つの縁部で一対の入力ポートに接続され、該第１の信号結合器の該第１および第２の出力端が該第２の信号結合器の該第２および第１の入力端に交差結合され、該第２の信号結合器の該第１の出力端が該回路基板部材の該縁部に位置する出力ポートに接続され、そして、該第２の信号結合器の該第２の出力端が該第１の信号結合器の該第１の入力端に接続されており、
これにより、該第１および第２の信号結合器の該それぞれの結合特性に対して改善された複合結合特性を与える適正な信号位相調整を提供することを特徴とする広帯域伝送線平衡不平衡変成器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、一対の差分入力信号から単一端出力信号を得るための平衡不平衡変成器(バラン変成器：balun transformer)を対象とし、更に特定すれば、一対の相互結合伝送線信号結合器によって実現される伝送線平衡不平衡変成器を対象とする。
【０００２】
【関連技術の説明】
周知のように、ＲＦ無線回路は、平衡出力信号を用いて接地インダクタンスの影響を最小に抑えると共に共通モード除去を改善させる。かかる回路には、ミキサ、変調器、ＩＦストリップおよび電圧制御発振器が含まれる。更に、これらの平衡出力は差分信号からなり、これらの信号を組み合わせて単一端出力信号を供給しなければならない。差分信号を単一端出力信号へと組み合わせる装置の公知の種類の１つは、当技術分野において「平衡不平衡変成器」（平衡入力／不平衡出力）と呼ばれているものである。通常、平衡不平衡変成器は、個別の構成要素を用いて従来の変成器とほぼ同様に製造された、密に結合された構造である。しかしながら、巻き数を物理的に調整して巻き線間の容量を伝送線の特性インピーダンスの成分として含ませる。かかる技法は、結果として装置の帯域幅をメガヘルツの周波数範囲まで増大させることができる。最近では、平衡不平衡変成器は分散した構成要素を用いて実現されている。個別の構成要素で実施する場合、過剰な損失が追加されると共に製造コストが増すことになる。分散した形態で実現する場合損失は少なくなるが、無線周波数では、装置の帯域が狭いという固有の制約があると共に比較的広い基板空間が必要となる。
【０００３】
【発明の概要】
本発明は、一対の差分入力信号から単一端出力信号を供給する伝送線平衡不平衡変成器を実現するための装置の改良を対象とする。これは、一対の伝送線信号結合器の構成要素をタンデムに交差結合することによって実現される。結合器の少なくとも一方は、典型的に３ｄＢを超える結合特性すなわち結合係数を有する比較的疎に結合した装置として設計する。所望の場合、双方の結合器は同じ結合係数または等しくない結合係数を有することができる。しかしながら、２つの結合器は、好ましくは約３ｄＢの比較的密な結合特性を得るように適正な位相関係で共に結合し、これによって帯域幅の拡大を達成する。限定するわけではないが、好ましい実施例では、各結合器はマイクロストリップ伝送線結合器を備え、回路基板のような誘電体支持部材の対向側面上に形成した互いに隣接するマイクロストリップ伝送線要素対を含み、更に、互いに結合器を分離する中間接地面を含む。結合器は、接地面のアパーチャによって互いに内部で結合され、一対の入力信号ポートおよび出力ポートがプリント回路基板の１つの外側縁面に位置している。伝送線要素は、鋸歯または波状要素の形態の、一定の幅の細長いマイクロストリップとすることができ、幅または分離距離のいずれかをテーパ状とすることができる。また、結合器はストリップ線路装置として製造することも可能である。
【０００４】
【発明の詳細な記述】
ここで、図面、特に図１を参照すると、２つの比較的疎に結合された伝送線結合器Ｃ1およびＣ2を備えた本発明の第１の実施例の概略的な電気図が示されている。これらの結合器は、ほぼ等しい長さの互いに並列なマイクロストリップ伝送線要素対ａ1、ａ2およびｂ1、ｂ2によって実現されている。図示のように、これらの要素の入力端は参照番号１、３、５および７で示され、それらの出力端は参照番号２、４、６および８で示されている。
【０００５】
図１の結合器Ｃ1は一対の入力ポートＰ1およびＰ2に接続され、これらはそれぞれ、マイクロ波伝送線要素ａ1およびａ2の入力端１および５に結合されている。要素ａ1およびａ2の出力端２および６は、それぞれ、電気接続部１０および１１によって、伝送線要素ｂ1およびｂ2の入力端７および３にタンデムに交差結合されている。Ｃ2の結合器要素ｂ2の出力端８は、電気接続部９によって、Ｃ1の結合器要素ａ1の入力端１に戻して接続されている。結合器要素ｂ1の出力端４は、電気接続部１２によって、単一の出力ポートＰ3に接続されている。接続部９、１０および１１によって与えられる交差結合およびフィードバックが２つの結合器Ｃ1およびＣ2を適正に位相調整するように動作して、総合的な結合特性すなわち結果として得られる結合特性すなわち結合係数が、個々の結合器自体が与える各々の結合係数よりも密になるようにする。総合的な結合係数は少なくとも３ｄＢよりも大きいが、約３ｄＢであると好ましい。結合Ｃ1およびＣ2のうち少なくとも一方は３ｄＢよりも大きい結合係数を与える。しかしながら、２つの結合器の結合係数は必ずしも同じである必要はなく、所望の通りとすることができる。
【０００６】
図１に概略的に示す構成は、物理的には、誘電物質からなる回路基板のような支持部材の対向側面上に実施される。図２および３に示すように、概ね矩形の形状の回路基板部材２０は、それぞれの外面２６および２８を有する上半分のセクション２２および下半分のセクション２４からなる。２枚の回路基板の半分のセクション２２および２４の間に、金属皮膜層(metallization layer)３０がある。これは、外面２６および２８上に形成された２つの結合器Ｃ1およびＣ2を互いに分離する接地面として動作する。図２に示すように、金属皮膜層３０は、少なくとも１つ、好ましくは２つの、結合器Ｃ1およびＣ2を相互接続するアパーチャまたは開口３２および３４を含む。
【０００７】
図２および３に示すように、プリント回路基板部材２０の上半分セクション２２の外面２６の共通縁部３６に沿って、２つの入力ポートＰ1およびＰ2ならびに出力ポートＰ3が位置している。上側のマイクロストリップ伝送線要素対ａ1およびａ2は、入力ポートＰ1およびＰ2から離れて外側に延在することを注記しておく。上述のように、それらは細長い要素からなり、例えば、限定されるわけではないが、好ましくは電気的長さＬが約λ／４である一定の幅Ｗ1および互いの分離距離Ｓ1を有する。同様に、下側の結合器Ｃ2のマイクロストリップ伝送線要素対ｂ1およびｂ2もマイクロッストリップの細長いストリップからなり、図３に示すように、電気的長さは約Ｌ＝λ／４で等しく、一定の幅Ｗ2および互いの分離距離Ｓ2を有する。ａ1、ａ2；ｂ1、ｂ2；Ｗ1、Ｗ2；およびＳ1、Ｓ2の物理的な寸法は、用途に特定的であるので、必要な設計に応じて、等しい場合も等しくない場合もある。
【０００８】
図１に示す電気的接続部９、１０、１１および１２は、物理的には、周知の方法で回路基板セクション２２および２４に形成した電気的経路(electrical vias)によって実施する。図２には該経路を概略的に示すが、図４に、垂直な金属皮膜の柱によって該経路９、１０、１１および１２を形成可能である物理的な実施例を示す。この結果を達成すると、下側のマイクロストリップ伝送要素ｂ１およびｂ２は、ｂ１に直角肘部(right angled elbow portion)３８および全体的に角度の付いた部分４０を含むように構成され、ｂ２は、下方向に角度の付いた部分４２および端部７で終端する直角肘部４４を含む。このタイプの構成は、容易に実現される。しかしながら、所望の場合、他のタイプの設計を用いることも可能である。
【０００９】
ここで図５乃至８を参照すると、本発明の４つの追加の実施例が示されている。図５に関して、図１と同様の電気的な概略図が示されているが、ここでは、結合器Ｃ1およびＣ2は、当技術分野では「波状」結合器("wiggly" coupler)と呼ばれるものを含み、伝送線要素ａ1、ａ2およびｂ1、ｂ2は、対向する切り込みまたは鋸歯状の内縁４６および４８をそれぞれ含む。この場合も、要素は、好ましくはλ／４の電気的長さを有するが、必ずしもこれに限定されるわけではない。相互接続部は、図１に示すものと同様のままである。
【００１０】
波状結合器の概念は、J.Taylor等の、「無線周波数ハイブリッド超小型回路用途のための波状移相器および方向性結合器(Wiggly Phase Shifters And Directional Couplers For Radio-Frequency Hybrid-Microcircuit Applications)」(IEEE Transactions On Parts、Hybrids In Packaging、Vol.PHP-12、No.4、1976年12月、pp.317-323)と題する発表に詳細に開示されている。
【００１１】
図６および７に示す実施例は、「テーパ」結合器として公知のものの２つの変形を開示する。図６では、伝送線要素ａ1、ａ2およびｂ1、ｂ2は、概ね一定の幅を有する細長い要素からなるが、それらの互いの分離距離がテーパ状である。しかしながら、図７に示す実施例が開示する構成では、伝送要素ａ1、ａ2およびｂ1、ｂ2自体が、テーパ状の幅を有する要素からなる。これらの例では双方とも、要素の電気接続部は、図１に示したものと同じである。
【００１２】
このタイプの結合器の更に詳細な取り扱いのために、Ｓ．Ｓｅｗａｒｄ等の、「ＴＥＭモード・テーパ対称結合器の最適化(Optimization Of TEM Mode Tapered Symmetrical Couplers)」(Microwave Journal、１９８５年１２月、pp.113-119)と題する発表を参照することができる。
【００１３】
図８に関して、図２および３に示した本発明のストリップ線路の実施例が示されている。先の例と同様、図８のストリップ線路の実施例は、接地面３０によって分離されている一対の回路基板セクション２２および２４を含み、伝送線要素ａ1およびａ2は回路基板セクション２２の上部に形成され、伝送線要素ｂ1およびｂ2は下側の回路基板セクション２４の外側部分に形成されている。しかしながら、外面２６および２８上に、回路基板セクション２２および２４とほぼ同じ形状を有する一対の外側誘電体部材５４および５６が形成されている。加えて、誘電体部材５４および５６は、図示のように、外側金属皮膜面５８および６０も含む。かかる構成は、従来の技法を用いて容易に製造することができる。
【００１４】
ここで図９および１０を参照すると、図９は平衡不平衡変成器として構成した１つの８．３４ｄＢ縁部結合マイクロストリップ・結合器の周波数応答を示し、図１０は、図１乃至４に示したようなタンデム構成に構成した２つの８．３４ｄＢ結合器の周波数応答を示す。図９において、参照番号６２は反射減衰量を示し、参照番号６４は２つの結合器Ｃ1およびＣ2の各々の挿入損失を示す。図示のように、反射減衰量６２は約１０００ＭＨｚでピークに達する。同じ周波数で最小の挿入損失が発生するが、約−０．２ｄＢの両側に鋭く落ち込んでいる。一方、図１０の参照番号６６で示すように、複合反射減衰量は、約１５００ＭＨｚで約−４０ｄＢまで下がる。複合挿入損失は、図１０の曲線６８によって示すように、ほぼ１０００ＭＨｚの帯域幅に渡って約０．２５ｄＢの変化しか示さない。このため、主題の発明によって、広帯域の結果が達成されることが示される。
【００１５】
このように、例えば２つのタンデムに結合した８．３４ｄＢの結合器において適正に信号を位相調整することによって、３ｄＢという密な総合的結合を達成可能であり、帯域幅を拡大可能であることがわかる。また、誘電体回路基板部材の双方の側面を用いることによって、図２および３に示したような結合器構成を単一の結合器として同一空間に適合させ、更に、同一縁部に平衡入力および単一端出力の双方を製造するので、実際、基板のレイアウトの点で更に便宜が図られる。
【００１６】
前述の詳細な説明は、本発明の原理を例示するに過ぎない。従って、当業者は、本明細書中には明示的に記載または図示を行わないが、本発明の原理を具現化し従ってその精神および範囲内にある様々な構成を考案可能であることは認められよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例を例示する概略的な電気図である。
【図２】  図１に示す実施例のマイクロストリップの実施を例示する拡大斜視図である。
【図３】  図２に示すマイクロストリップの実施例の組み立てたものの斜視図である。
【図４】  図２および３に示す本発明の実施例の要素間の内部接続を理解するのに役立つ図である。
【図５】  本発明の第２の実施例を例示する概略的な電気図である。
【図６】  本発明の第３の実施例を例示する概略的な電気図である。
【図７】  本発明の第４の実施例を例示する概略的な電気図である。
【図８】  図１に示す実施例のストリップ線路の実施の斜視図である。
【図９】  図１乃至４に示す平衡不平衡変成器の単一の結合器部分の周波数応答を例示する１組の特性曲線である。
【図１０】  図１乃至４に示す平衡不平衡変成器のタンデムに接続した２つの結合器部分の周波数応答を例示する１組の特性曲線セットである。
【図１】
0003691710.tif 000002
【図２】
0003691710.tif 000003
【図３】
0003691710.tif 000004
【図４】
0003691710.tif 000005
【図５】
0003691710.tif 000006
【図６】
0003691710.tif 000007
【図７】
0003691710.tif 000008
【図８】
0003691710.tif 000009
【図９】
0003691710.tif 000010
【図１０】
0003691710.tif 000011