(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの合成側端子と、
第１の分岐側端子および第２の分岐側端子と、
前記合成側端子と前記第１の分岐側端子とを接続する第１の線路と、
前記合成側端子と前記第２の分岐側端子とを接続する第２の線路と、
前記第１の分岐側端子と前記第２の分岐側端子とを電気的に接続する抵抗と
を備える電力分配器であって、
前記抵抗の、前記第１の分岐側端子側に一端が接続された第１の調整用線路と、
前記抵抗の、前記第２の分岐側端子側に一端が接続された第２の調整用線路と、
前記第１の調整用線路の他端と前記第２の調整用線路の他端との間に接続された第３の調整用線路と、
前記第１の調整用線路と前記第３の調整用線路との接続点に接続された、先端が開放または先端が短絡している第１のスタブ、および前記第２の調整用線路と前記第３の調整用線路との接続点に接続された、先端が開放または先端が短絡している第２のスタブと
を有する電気特性改善回路部をさらに備えることを特徴とする電力分配器。
【請求項２】
請求項１に記載の電力分配器において、
前記抵抗は、前記第１の線路と前記第１の分岐側端子との接続点、および前記第２の線路と前記第２の分岐側端子との接続点の間を接続するように設けられている
ことを特徴とする電力分配器。
【請求項３】
請求項１に記載の電力分配器において、
前記抵抗は、前記第１の線路と前記第２の線路との間に少なくとも２つ以上設けられており、それぞれの抵抗に対応して、前記電気特性改善回路部が設けられている
ことを特徴とする電力分配器。
【請求項４】
請求項１に記載の電力分配器において、
前記第１の線路と前記第１の分岐側端子との接続点に一端が接続された第３の線路と、
前記第２の線路と前記第２の分岐側端子との接続点に一端が接続された第４の線路と
をさらに備え、
前記抵抗は、前記第３の線路の他端、および前記第４の線路の他端の間を接続するように設けられ、前記第３の線路および前記第４の線路を介して、前記第１の分岐側端子と前記第２の分岐側端子とを電気的に接続する
ことを特徴とする電力分配器。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電力分配器において、
前記第１の分岐側端子から前記第２の分岐側端子に向かう方向と、前記第１のスタブおよび前記第２のスタブの長手方向が平行である
ことを特徴とする電力分配器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波帯で使用される電力分配器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力分配器は、電力を合成、または分配するために広く用いられる。２つの分岐側端子と１つの合成側端子を有する電力分配器において、分岐側端子間のアイソレーション特性を改善するために、分岐側端子間に抵抗素子を接続する方法がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
このような構成の電力分配器では、電力分配器の対称面を電気壁と仮定した奇モード動作時における分岐側端子での反射が０となるように、かつ電力分配器の対称面を磁気壁と仮定した偶モード動作時における分岐側端子での反射が０となるように設計することで、電気特性は、良好となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】E. Wilkinson, “An N-Way Hybrid Power Divider,” IEEE Trans., vol. MTT-8, pp. 116-118, 1960.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
高周波で動作する従来の電力分配器において、抵抗素子としてチップ抵抗を用いた場合には、高周波ではチップ抵抗の寄生容量が無視できないこととなる。電力分配器の対称面を磁気壁と仮定した偶モード動作時におけるチップ抵抗の寄生容量と、電力分配器の対称面を電気壁と仮定した奇モード動作時におけるチップ抵抗の寄生容量は、電力分配器の対称面がそれぞれの各モード動作において異なることから、容量値も異なる。したがって、各モード動作時ともに、寄生容量の影響を打ち消すことが困難となり、電気特性が劣化するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、抵抗素子をチップ抵抗で実現した場合、偶・奇モード動作時で異なるチップ抵抗の寄生容量の影響をそれぞれ打ち消し、チップ抵抗を用いた場合でも高周波で動作する電気特性の良好な電力分配器を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電力分配器は、１つの合成側端子と、第１の分岐側端子および第２の分岐側端子と、合成側端子と第１の分岐側端子とを接続する第１の線路と、合成側端子と第２の分岐側端子とを接続する第２の線路と、第１の分岐側端子と第２の分岐側端子とを電気的に接続する抵抗とを備える電力分配器であって、抵抗の、第１の分岐側端子側に一端が接続された第１の調整用線路と、抵抗の、第２の分岐側端子側に一端が接続された第２の調整用線路と、第１の調整用線路の他端と第２の調整用線路の他端との間に接続された第３の調整用線路と、第１の調整用線路と第３の調整用線路との接続点に接続された、先端が開放または先端が短絡している第１のスタブ、および第２の調整用線路と第３の調整用線路との接続点に接続された、先端が開放または先端が短絡している第２のスタブとを有する電気特性改善回路部をさらに備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る電力分配器によれば、第１の調整用線路と第３の調整用線路とスタブからなる線路のリアクタンス値と、第２の調整用線路と第３の調整用線路とスタブからなる線路のリアクタンス値を、偶・奇モード動作で変えることができる電気特性改善回路部を備えることにより、抵抗素子をチップ抵抗で実現した場合、偶・奇モード動作時で異なるチップ抵抗の寄生容量の影響をそれぞれ打ち消し、チップ抵抗を用いた場合でも高周波で動作する電気特性の良好な電力分配器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力分配器の上面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の先の図１におけるＢ−Ｂ’の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１の先の図１におけるＣ−Ｃ’の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１の電力分配器が偶モード動作時における先の図２に示したチップ抵抗付近の拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態１における電力分配器の偶モード動作時における等価回路を示した図である。
【図６】本発明の実施の形態１の電力分配器が奇モード動作時における先の図２に示したチップ抵抗付近の拡大図である。
【図７】本発明の実施の形態１における電力分配器の奇モード動作時における等価回路を示した図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る電力分配器の上面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る電力分配器の上面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る電力分配器の上面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る電力分配器の上面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２の先の図１１におけるＢ−Ｂ’の断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２の先の図１１におけるＣ−Ｃ’の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の電力分配器の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。各図において、同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力分配器の上面図である。図１において、この電力分配器は、誘電体基板１と、誘電体基板１の一方の面には、合成側端子１０１と、分岐側端子１０２、１０３と、電気長が１／４波長の奇数倍である第１の線路１１１と、電気長が１／４波長の奇数倍である第２の線路１１２と、第１の調整用線路１２１と、第２の調整用線路１２２と、第３の調整用線路１２３と、ショートスタブ１２４、１２６と、チップ抵抗１２８とが配置される。
【００１２】
また、誘電体基板１のもう一方の面には、地導体２が配置される。また、図１におけるＡ−Ａ’は、電力分配器の対称面を表し、符号３は、第３の調整用線路１２３と対称面Ａ−Ａ’との交差部を表す。
【００１３】
図２は、本発明の実施の形態１の先の図１におけるＢ−Ｂ’の断面図である。また、図３は、本発明の実施の形態１の先の図１におけるＣ−Ｃ’の断面図である。ショートスタブ１２４、１２６は、図３に示すように、スルーホール１２５、１２７を介して地導体２に接続される。
【００１４】
合成側端子１０１、分岐側端子１０２、１０３のそれぞれのインピーダンスをＺ０とすると、第１の線路１１１、および第２の線路１１２のインピーダンスＺｔは、ともに下式（１）で表される。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
次に、本発明の実施の形態１に係る電力分配器の動作について説明する。
分岐側端子１０２と分岐側端子１０３から等振幅同相の電力が入力された場合、つまり、電力分配器の偶モード動作時を考えると、先の図１における断面Ａ−Ａ’を磁気壁と仮定できる。このとき、断面Ａ−Ａ’よりも分岐側端子１０２側の合成側端子１０１のインピーダンスは、２Ｚ０となる。
【００１７】
図４は、本発明の実施の形態１の電力分配器が偶モード動作時における先の図２に示したチップ抵抗１２８付近の拡大図である。Ｂ−Ｂ’断面において、チップ抵抗１２８付近には、図４に示すように、地導体２との間に寄生容量１５１が生じる。この寄生容量の値をＣ１とする。また、チップ抵抗の抵抗値を２Ｒとする。なお、Ｒ＝Ｚ０である。
【００１８】
第３の調整用線路１２３は、交差部３で磁気壁に接続されるため、オープンスタブとなるが、第３の調整用線路１２３の線路インピーダンスが大きいと、容量値としては小さくなり、偶モード動作時においては、ほぼ無視できる。
【００１９】
また、図５は、本発明の実施の形態１における電力分配器の偶モード動作時における等価回路を示した図である。第１の調整用線路１２１によるインダクタをＬ１、ショートスタブ１２４によるインダクタをＬ２とすると、偶モード動作時における等価回路は、この図５のようになる。
【００２０】
ここで、第１の線路１１１の線路インピーダンスＺｔは、上式（１）のように決定されているため、第１の線路は、２Ｚ０とＺ０のインピーダンス変成器として働く。したがって、寄生容量１５１を打ち消すようにＬ１、Ｌ２の値を決定し、その値となるように第１の調整用線路１２１、および第３の調整用線路１２３の長さを決定することで、偶モード動作時において、整合が可能となる。
【００２１】
一方、分岐側端子１０２と分岐側端子１０３から等振幅逆相の電力が入力された場合、つまり、電力分配器の奇モード動作時を考えると、先の図１における断面Ａ−Ａ’を電気壁と仮定できる。このとき、合成側端子１０１は、短絡される。
【００２２】
図６は、本発明の実施の形態１の電力分配器が奇モード動作時における先の図２に示したチップ抵抗１２８付近の拡大図である。Ｂ−Ｂ’断面において、チップ抵抗１２８付近には、偶モード動作時の場合と同様に、図６に示すように、地導体２との間に寄生容量１５１が生じる。さらに、奇モード動作時には、電気壁との間に寄生容量１５２が生じる。ここで、寄生容量１５２の容量値をＣ２とする。
【００２３】
また、図７は、本発明の実施の形態１における電力分配器の奇モード動作時における等価回路を示した図である。第３の調整用線路１２３は、交差部３で電気壁に接続されるため、ショートスタブとなる。このときの第３の調整用線路１２３によるインダクタンスをＬ３とすると、奇モード動作時における等価回路は、この図７のようになる。
【００２４】
ここで、第１の線路１１１の電気長は、１／４波長の奇数倍であることから、図７における交点４において、合成側端子１０１側のインピーダンスは、無限大となる。また、抵抗値Ｒは、Ｚ０と同じであることから、寄生容量Ｃ１、Ｃ２をＬ１、Ｌ２、Ｌ３により打ち消せば、奇モードにおいて整合が可能となる。
【００２５】
寄生容量１５２により、奇モード動作時における寄生容量値は、偶モード動作時の寄生容量よりもＣ２だけ大きくなる。インダクタンスＬ１とＬ２は、偶モード動作時の寄生容量Ｃ１を打ち消すように決定されているため、インダクタンスＬ１とＬ２のみでは、奇モード動作時における寄生容量Ｃ１＋Ｃ２を打ち消すことができない。しかしながら、本発明では、整合可能なように第３の調整用線路１２３によるインダクタンスＬ３を決定することで、奇モードにおいても整合が可能となる。
【００２６】
このように、本実施の形態１では、先の図１〜図７に示したように、第１の調整用線路１２１、第２の調整用線路１２２、第３の調整用線路１２３、およびショートスタブ１２４、１２６を有する電気特性改善回路部を備えている。この結果、偶モード動作時においては、第１の調整用線路１２１と第３の調整用線路１２３とショートスタブ１２４からなるスタブ、および第２の調整用線路１２２と第３の調整用線路１２３とショートスタブ１２６からなるスタブの短絡点は、それぞれのショートスタブ１２４、１２６の先端である。
【００２７】
一方、奇モード動作時においては、第１の調整用線路１２１と第３の調整用線路１２３とショートスタブ１２４からなるスタブ、および第２の調整用線路１２２と第３の調整用線路１２３とショートスタブ１２６からなるスタブの短絡点は、それぞれのショートスタブ１２４、１２６の先端と第３の調整用線路１２３の中心となる。
【００２８】
このことから、第１の調整用線路１２１と第３の調整用線路１２３とショートスタブ１２４からなるスタブのリアクタンス値と、第２の調整用線路１２２と第３の調整用線路１２３とショートスタブ１２６からなるリアクタンス値を、偶・奇モード動作で変えることができる。
【００２９】
このため、それぞれのスタブの長さを適当に選ぶことで、偶・奇モード動作で異なるチップ抵抗の寄生容量の影響をそれぞれ打ち消すことが可能となる。この結果、チップ抵抗を用いた場合でも高周波で動作する電気特性の良好な電力分配器が実現できる。
【００３０】
以上のように、実施の形態１によれば、電気特性改善回路部を備えることで、偶・奇モード動作時において、チップ抵抗の寄生容量の値が異なっても、それぞれの寄生容量を打ち消すインダクタンスを実現することができる。このため、チップ抵抗を用いた場合でも、高周波で動作する特性の良好な電力分配器を得ることが可能となる。
【００３１】
なお、上述した実施の形態１では、合成側端子１０１と分岐側端子１０２、１０３のインピーダンスをＺ０としたが、本発明は、このような値に限定されるものではなく、任意の値でよい。ただし、第１の線路１１１、第２の線路１１２、チップ抵抗１２８、第１の調整用線路１２１、第２の調整用線路１２２、第３の調整用線路１２３、ショート調整用線路１２４，１２６は、整合が成り立つように決定する。
【００３２】
また、上述した本実施の形態１では、ショートスタブは、対称面Ａ−Ａ’に対して平行に配置されていたが、本発明は、このような配置に限定されるものではない。図８は、本発明の実施の形態１に係る電力分配器の上面図であり、先の図１とは異なる構成を有している。この図８に示すように、ショートスタブは、対称面Ａ−Ａ’に対して垂直に配置してもよい。
【００３３】
このように、ショートスタブを対称面Ａ−Ａ’に対して垂直に配置することで、ショートスタブを対称面Ａ−Ａ’に対して平行に配置した場合よりも、隣り合うショートスタブの電磁結合の影響を小さくすることができ、アイソレーション特性が良好となる。
【００３４】
また、上述した本実施の形態１では、スルーホール１２５、１２７によりショートスタブ１２４、１２６を短絡したが、本発明は、これに限定されるものでない。図９は、本発明の実施の形態１に係る電力分配器の上面図であり、先の図１、図８とは異なる構成を有している。この図９のように、ショートスタブ１２４、１２６を用いず、一方の先端が開放である線路の長さが１／４波長以上１／２波長以下となるオープンスタブ１３１、１３２を用いてもよい。この場合、電気特性改善回路部は、第１の調整用線路１２１、第２の調整用線路１２２、第３の調整用線路１２３、およびオープンスタブ１３１、１３２を有して構成されることとなる。
【００３５】
オープンスタブ１３１、１３２の長さが１／４波長以上１／２波長以下であることから、オープンスタブのリアクタンスの値を、ショートスタブ１２４、１２６のリアクタンスの値と一致させることができる。このため、スルーホール１２５、１２７を有していた図１、図８の構成を備えた電力分配器と同様の効果を実現することができる。そして、オープンスタブを用いることで、スルーホール１２５、１２７を省略できるため、製造が容易になり、低コスト化が実現できる。
【００３６】
また、上述した本実施の形態１では、チップ抵抗１２８を１つ用いていたが、本発明は、これに限定されるものではない。図１０は、本発明の実施の形態１に係る電力分配器の上面図であり、先の図１、図８、図９とは異なる構成を有している。この図１０のように、チップ抵抗１２８を、各抵抗を接続する第１の線路と第２の線路の長さがおよそ１／４波長となるように、２つ配置してもよい。この場合には、図１０に示したように、各チップ抵抗１２８に対応して、電気特性改善回路部を設けることとなる。
【００３７】
チップ抵抗１２８を２つ用いることで、チップ抵抗１２８を１つのみ用いる場合よりも、広帯域な特性を実現することができる。また、チップ抵抗１２８を３つ以上用いて、抵抗値が２つの場合と同様に、隣り合う抵抗を接続する第１の線路と第２の線路の長さがおよそ１／４波長となるように配置してもよい。チップ抵抗１２８の個数を３つ以上とすることで、より広帯域な特性を実現できる。なお、この場合にも、各チップ抵抗１２８に対応して、電気特性改善回路部を設けることとなる。
【００３８】
実施の形態２．
図１１は、本発明の実施の形態２に係る電力分配器の上面図である。図１１において、この電力分配器は、誘電体基板１と、誘電体基板１の一方の面には、合成側端子２０１と、分岐側端子２０２、２０３と、電気長が１／４波長の奇数倍である第１の線路２１１と、電気長が１／４波長の奇数倍である第２の線路２１２と、電気長がおよそ１／２波長の整数倍である第３の線路２１３と、電気長がおよそ１／２波長の整数倍である第４の線路２１４と、第１の調整用線路２２１と、第２の調整用線路２２２と、第３の調整用線路２２３と、ショートスタブ２２４、２２６と、チップ抵抗２２８とが配置される。
【００３９】
また、誘電体基板１のもう一方の面（裏面）には、地導体２が配置される。また、図１１におけるＡ−Ａ’は、電力分配器の対称面を表し、符号３は、第３の調整用線路２２３と対称面Ａ−Ａ’との交差部を表す。
【００４０】
図１２は、本発明の実施の形態２の先の図１１におけるＢ−Ｂ’の断面図である。また、図１３は、本発明の実施の形態２の先の図１１におけるＣ−Ｃ’の断面図である。ショートスタブ２２４、２２６は、図１３に示すように、スルーホール２２５、２２７を介して地導体２に接続される。
【００４１】
合成側端子２０１、分岐側端子２０２、２０３のそれぞれのインピーダンスをＺ０とすると、第１の線路２１１、および第２の線路２１２のインピーダンスＺｔは、ともに上式（１）で表される。
【００４２】
次に、本発明の実施の形態２に係る電力分配器の動作について説明する。
第３の線路２１３、第４の線路２１４の電気長は、１／２波長線路の整数倍であることから、インピーダンス変成が起こらない。このため、チップ抵抗２２８が接続される第３の線路２１３の部分におけるチップ抵抗２２８側のインピーダンスと、第１の分岐側端子２０２と第１の線路２１３との交差部におけるチップ抵抗側のインピーダンスは、動作周波数付近ではほぼ一致する。
【００４３】
つまり、分岐側端子２０２と分岐側端子２０３から等振幅同相の電力が入力された場合、つまり、電力分配器の偶モード動作時を考えると、先の実施の形態１と同様に、偶モード動作時における等価回路は、先の図５のようになる。
【００４４】
また、同様に分岐側端子２０２と分岐側端子２０３から等振幅逆相の電力が入力された場合、つまり、電力分配器の奇モード動作時の等価回路は、先の実施の形態１と同様に、先の図７のようになる。
【００４５】
偶・奇モード動作時における等価回路が先の実施の形態１と同じになる。従って、本実施の形態２においても、同様に、偶・奇モード動作時において、チップ抵抗２２８の寄生容量の値が異なっても、それぞれの寄生容量を打ち消すインダクタンスを実現することができる。このため、チップ抵抗２２８を用いた場合でも、高周波で動作する電気特性の良好な電力分配器を得ることが可能となる。
【００４６】
以上のように、実施の形態２によれば、電気特性改善回路部を備えることで、先の実施の形態１とは異なる構成で、偶・奇モード動作時において、チップ抵抗の寄生容量の値が異なっても、それぞれの寄生容量を打ち消すインダクタンスを実現することができる。このため、チップ抵抗を用いた場合でも、高周波で動作する特性の良好な電力分配器を得ることが可能となる。
【００４７】
なお、先の実施の形態１では、チップ抵抗１２８を接続する部分における第１の線路１１１と第１の分岐側端子１０２の間隔、およびチップ抵抗１２８を接続する部分における第２の線路１１２と第２の分岐側端子１０３の間隔が狭い場合には、周波数が高くなると線路間の電磁結合の影響が大きくなり、アイソレーション特性が劣化する。
【００４８】
これに対して、本実施の形態２では、第３の線路２１３、および第４の線路２１４を介して第１の分岐側端子２０２、および第２の分岐側端子２０３とチップ抵抗２２８を接続する構成としている。このような構成とすることで、第１の線路２１１と第１の分岐側端子２０２の間隔、および第２の線路２１２と第２の分岐側端子２０３の間隔を広げることができる。このため、高周波になっても電磁結合の影響が小さくできることから、先の実施の形態１の構成よりも、電気特性の良好な電力分配器を得ることが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１  誘電体基板、２  地導体、３  交差部、４  交点、１０１  合成側端子、１０２  分岐側端子（第１の分岐側端子）、１０３  分岐側端子（第２の分岐側端子）、１１１  第１の線路、１１２  第２の線路、１２１  第１の調整用線路、１２２  第２の調整用線路、１２３  第３の調整用線路、１２４、１２６  ショートスタブ（ショート調整用線路）、１２５、１２７  スルーホール、１２８  チップ抵抗、１３１、１３２  オープンスタブ、１５１、１５２  寄生容量、２０１  合成側端子、２０２  分岐側端子（第１の分岐側端子）、２０３  分岐側端子（第２の分岐側端子）、２１１  第１の線路、２１２  第２の線路、２１３  第３の線路、２１４  第４の線路、２２１  第１の調整用線路、２２２  第２の調整用線路、２２３  第３の調整用線路、２２４、２２６  ショートスタブ（ショート調整用線路）、２２５、２２７  スルーホール、２２８  チップ抵抗。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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