(57)【要約】【課題】本発明は、色分散型のマイクロ波グループの遅延線方法を提供する。【解決手段】電磁信号に同調するための、信号源（1）から出力端（5）までのマイクロ波グループ遅延線の基本セルであって、２対の長さの等しくないスタブ((L1b、 L1b)、 (L2b、 L2b) )は主伝送経路（2）の信号層の両側に設けられ、２対の相補のスロットライン((L1t、 L1t)、 (L2t、 L2t))は主伝送経路（2）のマイクロストリップ構造の接地平面の両側に設けられる。ストリップライン構造体では、長さの等しくないスタブは中間層に設けられ、相補のスロットラインはストリップライン構造体の接地平面の外部導体に設けられる。伝送経路素子は、グループ遅延時間を調節して信号源（1）から出力端（5）までをの信号の反射を最小とするよう選定させる関連する特性インピーダンス(Zo、2Z1b、 2Z2b、 2Z1t、 2Z2t)を有する。カスケード接続はグループ遅延時間システムを形成することができる。【選択図】図４
2015136048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも信号源（1）から出力負荷端（5）まで信号伝送におけるグループ遅延時間を調整する基本セルを備え、前記基本セルは信号を入出力する主伝送経路（2）を備え、２対の長さの等しくない開回路スタブ((L1b、 L1b)、 (L2b、 L2b))は主な信号伝送経路の中間にあって、誘導通過帯域を形成し、２対の長さの等しくない相補のスロットライン((L1t、 L1t)、 (L2t、 L2t))はマイクロストリップ構造の接地面にあることを特徴とする色分散型のマイクロ波グループの遅延線。
【請求項２】
前記基本セルにおける各開回路スタブと相補のスロットラインは伝送線に沿って均等、非均等、及び湾曲のうちの何れか１つの型式であることを特徴とする請求項１に記載の色分散型のマイクロ波グループの遅延線。
【請求項３】
前記基本セルにおける各開回路スタブと各相補のスロットラインスロットラインは多層式に設けられることを特徴とする請求項１に記載の色分散型のマイクロ波グループの遅延線。
【請求項４】
前記基本セルにおける並列の開回路スタブの特性インピーダンスZ1b、 Z2b の電気的な長さθ1 、 θ2  (θ1≠θ2) は作業帯域でZ1 b cotθ1+Z2b cotθ2 = 0の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の色分散型のマイクロ波グループの遅延線。
【請求項５】
前記基本セルにおける主伝送経路（2）と開回路スタブ((L1b、 L1b)、 (L2b、 L2b))は印刷回路板における信号層の印刷導線であり、相補のスロットライン((L1t、 L1t)、 ( L2t、 L2t))は接地平面で導体を取り除いたスロットライン領域であることを特徴とする請求項１に記載の色分散型のマイクロ波グループの遅延線。
【請求項６】
前記基本セルは素子Z1、 Z2、 …..、Zn （nは正の整数）のカスケード接続でグループ遅延線システムを構成することを特徴とする請求項１に記載の色分散型のマイクロ波グループの遅延線。
【請求項７】
複数対の開回路スタブと複数対の相補のスロットラインで構成された基本セルを備え、開回路スタブ((L1b、 L1b)、 …..、 (Lnb、 Lnb))（nは正の整数）は印刷回路板における信号層の印刷導線で、相補のスロットライン((L1t、 L1t)、 …..、 (Lnt、 Lnt))は接地平面で導体を取り除いたスロットライン領域であることを特徴とする色分散型のマイクロ波グループの遅延線。
【請求項８】
少なくとも信号源（1）から出力負荷端（5）まで信号伝送におけるグループ遅延時間を調整する基本セルを備え、前記基本セルは信号を入出力する主伝送経路（2）を備え、２対の長さの等しくない開回路スタブ((L1b、 L1b)、 (L2b、 L2b))は主な信号伝送経路の中間にあって、誘導通過帯域を形成し、２対の長さの等しくない相補のスロットライン((L1t、 L1t)、 (L2t、 L2t))はマイクロストリップ構造の上下２層の接地面のうちいずれか１層にあることを特徴とする色分散型のマイクロ波グループの遅延線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁信号に用いられるマイクロ波グループの遅延線の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
グループ遅延はかねてから電磁通信に関するテーマであり、伝送チャネルはパスバンド（pass-band）で平坦群遅延（flat group delay）がなければならない。例えば、従来のチェビシェフ（Chebyshev）定理、バタワース（Butterworth）或いは楕円方法で設計されたバンドパスフィルタ（band-pass filter）はパスバンドに平坦遅延を含むが、パスバンド辺縁の近傍には大きめのグループ遅延がある。つまり、大半の状況では、バンドパス外部の応答における大きめのグループ遅延に特殊な重要性はない。従って、大部分の研究がマイクロ波素子の平坦遅延群に集中している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述した従来の技術では、電磁通信チャネルは大気中又は他の伝送チャネルで強烈なグループ遅延変化を受け、パルス信号を考慮に入れると、時間領域波形（time domain waveform）が歪み、グループ遅延線は歪み現象を克服するために用いるといった問題があった。
【０００４】
従来のオールパス（all-pass）技術による色分散の遅延線では、短めのグループ遅延時間が得られ、オールパス遅延セルのカスケード接続（cascade connection）では、大きめのグループ遅延時間を取得する応答面で改善されたものの、回路面積と伝送損失が増加した。表面音波（surfaceacoustic）装置は小型化され、大きめの遅延が提供可能であるが、通常、低周波と較狭い域幅の製品のみへの応用に限られていた。従って、大きめの周波数での選択性の（frequency-sensitive）遅延時間と低反応減衰を有し、しかも高周波に使用可能なグループ遅延線技術を発展させる必要性が有った。
【０００５】
そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的かつ効果的に課題を改善する本発明の提案に到った。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものである。上記課題解決のため、本発明は、色分散型のマイクロ波グループの遅延線方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、特定の信号周波数にチューニング（tune）することにより、信号源から出力負荷端のグループ遅延ネットワークまで、グループ遅延装置は、両端が信号源と出力端に接続された主伝送経路を有し、基本セルの２対の長さの等しくない、並列の開回路のスタブ群((L1b, L1b),(L2b, L2b) )、及び、２対の長さの等しくない、並列の相補のスロットライン群、長さの等しくない並列のスタブ線群は直接主伝送経路（2）に接続される。このうち、１対の長さの等しくないスタブの電気的な長さθi (i=1, 2)は、別の１対のスタブ(L2b, L2b) と異なる。換言すると、２つのスタブ群の電気的な（及び物理的な）長さは図１のように互いに異なり、しかも θ1≠θ2である。スタブ群 (2Z1b, 2Z1b)とスタブ群(2Z2b, 2Z2b) の電気的な長さは異なる。２対の長さの等しくない開回路スタブの２対の相補のスロットラインは図１では省略する。２対の長さの等しくない並列のスタブは、２つの断切領域（stop-band）の間で、誘導通過帯域を生じ、誘導通過帯域における最大の伝送係数は帯域の２つの伝達零点（transmission null）の間に限定され、下記の関連データで決まる。
Z1b cotθ1+Z2bcotθ2 = 0.                               (公式1)
誘導通過帯域における最大グループ遅延Gdは
【数１】
2015136048.tif 000003
(公式2)
このうち、To  は信号経路のうち長さの等しくないスタブの伝送遅延時間で、δo は誘導通過帯域の標準化帯域幅である。好適な実施形態では、グループ遅延は各長さの等しくないスタブの伝送延長時間で決まり、誘導通過帯域帯域幅、主要伝送経路、及び長さの等しくないスタブの特性インピーダンス（characteristic impedance）を標準化する。
【０００８】
ある特定帯域の高周波信号のチューニングでは、本発明は印刷回路板に設けることができる。主伝送経路と２対の長さの等しくない並列スタブについては、素子ごとに導体素子のバンド幅と長さを変更して製造することができる。
【０００９】
相補のスロットラインについては、導体を接地導体の平面から取り除いて構成し、細長い非導体バンドを形成する。相補のスロットラインは関連するスタブの丁度下方に設けて、スタブと相補のスロットラインを中間絶縁の非導電基板で隔てる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のグループの遅延線の基本セルを説明する等価伝送線の概略図である。
【図２】頂部信号層にあって長さが等しくないスタブの基本セルを説明する概略図である。
【図３】底部接地層にあって長さが等しくない相補のスロットラインの基本セルを説明する概略図である。
【図４】グループの遅延線の基本セルを説明する傾斜図である。
【図５】本発明のグループの遅延線システムが基本セルによるカスケード接続。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
［第１実施形態］
【００１２】
以下、第１実施形態を図１〜５に基づいて説明する。一般的に知られている伝送線が本発明の具体的な細部の理解の一助となるであろう。ここでは、図１のグループ遅延線の基本セルを参照することとし、このうち、（図では伝送線は従来の先行技術の伝送線であることを示す）2Zib (i=1, 2；図１では2Z1b、2Z2bで表示)は特性インピーダンス（characteristic impedance）、 βib は伝搬関数（propagation constant）、及び lib(図２ではL1b、L2bで表示)は伝送線の物理的長さとする。開回路スタブ（open stub） 2Z1b と 2Z2b は電気的な長さが同じではなく、即ち、β1bl1b≠β2bl2b 、又は l1b≠l2bを β1b=β2bとする。以下の説明では、並列スタブ(2Zib, 2Zib)が同じ特性インピーダンスはZib に変更して数式を簡略化する。また、例示説明に便利なように、添付した実施形態の図１から図５において、本発明は信号源（図１の素子ZS及び図４の１番で示す信号源を参照）から出力負荷端（図１の素子ZL及び図４の５番を参照）までのグループ遅延ネットワークであり、図示した実施可能な形態において、本発明のストリップライン（stripline）構造は主に主伝送経路（2）と、両端の信号源（1）と、出力負荷端（5）と、関連する伝送線とを設けるための頂部金属層（11）、中間絶縁層（12）、底部接地層（13）、及び底部接地スロットライン（131）からなる（それぞれ図２、３、４を参照）。前記グループ遅延装置は両端で信号源（図１の素子ZS及び図４の１番を参照）と出力負荷端（図１の素子ZL及び図４の５番を参照）に接続される主伝送経路（2、図４参照）を含み、２対は非並列の開回路スタブ群((L1b, L1b), (L2b,L2b) )、及び２対の長さの等しくない相補のスロットライン群((L1t, L1t), (L2t,L2t))が選択できる。前記各開回路スタブと相補のスロットラインは必要に応じて均等、非均等、又は湾曲の何れかの形式が選択できる。
【００１３】
既存のマイクロストリップ構造（microstrip structure）では、この種のマイクロストリップ構造には信号層と接地層があるが、ストリップライン構造（stripline structure）には信号層と２つの外部接地層があり、以下で説明する伝送線は同時にマイクロストリップ構造とストリップライン構造に適用されることを表す。
【００１４】
主伝送線Z0 （図１参照）から見ると、各開回路スタブへの輸入インピーダンスZin,i は下の式のようになる。
【数２】
2015136048.tif 000004
(公式3)
このうち、物理的長さlibの入力インピーダンスZin,,i はゼロであり、その結果伝達零点（transmission zero）が生じる。開回路スタブが1/4の伝送信号波長より小さいと、開回路スタブは静電容量性質を表わす。一方、開回路スタブが1/4の伝送信号波長より大きい場合、開回路スタブはインダクタンス的性質を表わす。２本の異なる物理長さを有する並列スタブを利用すると、２つの他の周波数で２つの伝達零点を生じる。２つの伝達零点の間にある周波数のうちのZin,i (i=1,2)はインダクタンス式、もう一方は電容式である。Zin,1 + Zin,2= 0のとき、２つの平行する伝送線の総入力インピーダンスは無限大で、主要な回路で全体伝送を生じる。その結果２つの伝達零点（transmission null）の間で１つの信号パスバンドを誘導する。誘導された信号パスバンドは極めて高いグループ遅延を顕現する。
【００１５】
図１で示す回路では、散乱パラメータ（scatteringparameter） S21 (或いは伝送係数）は次の通りである。
【数３】
2015136048.tif 000005
(公式4)
このうち
【数４】
2015136048.tif 000006
(公式5)
同時に(公式3) と (公式5)を(公式4) に代入して、伝送係数S21を得ることができる。
【数５】
2015136048.tif 000007
(公式6)
このうち  θi = βib li b(i = 1、2).である。
【００１６】
複数の散乱パラメータS21 は極座標でS21= ｜S21 ｜∠S21と表示でき、 ∠S21 は S21の角度（argument）で、下の式から得られる。
【数６】
2015136048.tif 000008
(公式7)
【００１７】
上記のように、誘導通過帯域は並列スタブで形成された２つの伝達零点の間にある。基本セルグループ遅延Gd は、
【数７】
2015136048.tif 000009
(公式8)
と定義され、このうちωは信号周波数である。グループ遅延Gd は特性インピーダンスZib ( i=1、2)と伝送線の電気的な長さθiで決まり、  (公式7)を(公式8) に代入して
【数８】
2015136048.tif 000010
(公式9)
を得る。このうち 
【数９】
2015136048.tif 000011
(公式9a)
及び
【数１０】
2015136048.tif 000012
(公式9b)
において、(公式9a) と (公式9b)のT1 と T2  は線l1b and l2b の間を往復する個別の延長時間であり、即ち、 dθi/dω=Ti (i=1、2)である。最大のグループ遅延は全ての伝送周波数で生じる。Z1b cotθ1+Z2bcotθ2 = 0 を(公式9) に代入して、 
【数１１】
2015136048.tif 000013
(公式10)
を得る。
【００１８】
この色分散型の伝送線に関連する最大のグループ遅延の原因を抽出するために、さらに数学式を簡略化すると、スタブの物理的長さが1/4波長である時、伝達零点を生じる。全体伝送（total transmission）の周波数が伝送パスバンドを誘発する２本のスタブの電気的な長さは下の式でよい。
θ1 = π/2 - δ1 、    θ2 = π/2 + δ2.                         (公式11)
δi  (i=1、2)は全体伝送における周波数の電気的な長さと個別のスタブによる伝達零点の周波数の間の電気的な長さ距離である。δ1 = δ2 = δとした場合、(公式10)はさらに下の式に簡略化できる。
【数１２】
2015136048.tif 000014
(公式12)
狭い誘導通過帯域については、
【数１３】
2015136048.tif 000015
である。この状況では、(公式10)のグループ遅延は下の式となる。                       
【数１４】
2015136048.tif 000016
(公式13)
Ti (i=1、 2)は信号がスタブ線を通過する伝送遅延時間であることに言及する必要がある。δ1=δ2=δo/2 and T1=T2=Toとした場合、 (公式13)はさらにさらに下の式に簡略化できる。
【数１５】
2015136048.tif 000017
(公式14)
このうち、To は1/4波長を通過する伝送遅延時間δであるo is は２つのスタブによる２つの伝達零点の間の標準化された帯域幅である。
また、図５のように、前記基本セルは素子Z1、 Z2、 …..、Zn （nは正の整数）のカスケード接続でグループ遅延線システムを構成する。
【００１９】
同時に、開示された相補のスロットラインは誘導で帯域制限が生じたパスバンドを全通過帯域（all pass-band）に変更するためのものであり、即ち
【数１６】
2015136048.tif 000018
である。
【００２０】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１  信号源
ＺＳ  信号源
２  主伝送経路
５  出力負荷端
ＺＬ  出力負荷端
１１  頂部金属層
１２  中間絶縁層
１３  底部接地層
１３１  底部接地スロットライン
ＺＯ  主伝送線
（Ｌ１ｂ，Ｌ１ｂ），（Ｌ２ｂ，Ｌ２ｂ）スタブ
（Ｌ１ｔ，Ｌ１ｔ），（Ｌ２ｔ，Ｌ２ｔ）相補のスロットライン
（２Ｚ１ｂ，２Ｚ２ｂ，２Ｚ１ｔ，２Ｚ２ｔ）特性インピーダンス
【図１】
2015136048.tif 000019
【図２】
2015136048.tif 000020
【図３】
2015136048.tif 000021
【図４】
2015136048.tif 000022
【図５】
2015136048.tif 000023