(57)【要約】【課題】回路面積を小形にでき、かつ、異なる２つの周波数帯域において高性能に動作する９０度ハイブリッド回路を得る。【解決手段】同一構成からなる４つの整合回路を備え、４つの接続部５〜８のそれぞれの間に４つの伝送線路９〜１２を接続し、４つの接続部５〜８のそれぞれと４つの入出力端子１〜４のそれぞれとの間に４つの整合回路のそれぞれを接続してなる９０度ハイブリッド回路であって、４つの伝送線路９〜１２のそれぞれは、異なる２つの周波数帯の相加平均値において略１／４波長となる長さを有し、４つの整合回路のそれぞれは、異なる２つの周波数帯の相乗平均値と略同一となる共振周波数を有するものである。【選択図】図１
2008054174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入出力端子ないし第４の入出力端子と
第１の接続部ないし第４の接続部と、
第１の伝送線路ないし第４の伝送線路と、
キャパシタンスおよびインダクタンスを有する同一構成からなる４つの整合回路と
を備え、
前記第１の接続部と前記第２の接続部との間に前記第１の伝送線路が接続され、前記第２の接続部と前記第３の接続部との間に前記第２の伝送線路が接続され、前記第３の接続部と前記第４の接続部との間に前記第３の伝送線路が接続され、前記第４の接続部と前記第１の接続部との間に前記第４の伝送線路が接続され、前記第１の接続部と前記第１の入出力端子との間、前記第２の接続部と前記第２の入出力端子との間、前記第３の接続部と前記第３の入出力端子との間、および前記第４の接続部と前記第４の入出力端子との間のそれぞれに、前記４つの整合回路のそれぞれが接続された構成を有する９０度ハイブリッド回路であって、
前記第１の伝送線路ないし第４の伝送線路は、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相加平均値において略１／４波長となる長さを有し、
前記４つの整合回路のそれぞれは、前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯の相乗平均値と略同一となる共振周波数を有する
ことを特徴とする９０度ハイブリッド回路。
【請求項２】
請求項１に記載の９０度ハイブリッド回路において、
前記４つの整合回路のそれぞれは、
第１の直列共振用キャパシタンスおよび第１の直列共振用インダクタンスを直列接続し、一端が接地された第１の直列共振回路で構成された第１の整合回路であり、前記第１の直列共振回路の共振周波数を前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯の相乗平均値と略同一とする
ことを特徴とする９０度ハイブリッド回路。
【請求項３】
請求項１に記載の９０度ハイブリッド回路において、
前記４つの整合回路のそれぞれは、
第１の直列共振用キャパシタンスおよび第１の直列共振用インダクタンスを直列接続し、一端が接地された第１の直列共振回路で構成された第１の整合回路と、第２の直列共振用キャパシタンスおよび第２の直列共振用インダクタンスを直列接続した第２の直列共振回路、および第２の並列共振用キャパシタンスおよび第２の並列共振用インダクタンスを並列接続した第２の並列共振回路を従属接続して構成された第２の整合回路とを有し、前記第１の整合回路および前記第２の整合回路を直列接続して構成され、前記第１の直列共振回路、前記第２の直列共振回路および前記第２の並列共振回路のそれぞれの共振周波数を前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯の相乗平均値と略同一とする
ことを特徴とする９０度ハイブリッド回路。
【請求項４】
請求項１に記載の９０度ハイブリッド回路において、
前記４つの整合回路のそれぞれは、
第１の直列共振用キャパシタンスおよび第１の直列共振用インダクタンスを直列接続し、一端が接地された第１の直列共振回路で構成された第１の整合回路と、第２の直列共振用キャパシタンスおよび第２の直列共振用インダクタンスを直列接続した第２の直列共振回路、および第２の並列共振用キャパシタンスおよび第２の並列共振用インダクタンスを並列接続した第２の並列共振回路を従属接続して構成された第２の整合回路と、第３の直列共振用キャパシタンスおよび第３の直列共振用インダクタンスを直列接続し、一端が接地された第３の直列共振回路、および第３の並列共振用キャパシタンスおよび第３の並列共振用インダクタンスを並列接続し、一端が接地された第３の並列共振回路を従属接続して構成された第３の整合回路とを有し、前記第１の整合回路、前記第２の整合回路および前記第３の整合回路を直列接続して構成され、前記第１の直列共振回路、前記第２の直列共振回路、前記第３の直列共振回路、前記第２の並列共振回路および前記第３の並列共振回路のそれぞれの共振周波数を前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯の相乗平均値と略同一とする
ことを特徴とする９０度ハイブリッド回路。
【請求項５】
請求項１に記載の９０度ハイブリッド回路において、
前記４つの整合回路のそれぞれは、
第１の直列共振用キャパシタンスおよび第１の直列共振用インダクタンスを直列接続し、一端が接地された第１の直列共振回路で構成された第１の整合回路と、第ｊの直列共振用キャパシタンスおよび第ｊの直列共振用インダクタンスを直列接続した第ｊの直列共振回路、および第ｊの並列共振用キャパシタンスおよび第ｊの並列共振用インダクタンスを並列接続した第ｊの並列共振回路を従属接続して構成された第ｊの整合回路（ｊ＝２、４、６、・・・で表される偶数）と、第ｋの直列共振用キャパシタンスおよび第ｋの直列共振用インダクタンスを直列接続し、一端が接地された第ｋの直列共振回路、および第ｋの並列共振用キャパシタンスおよび第ｋの並列共振用インダクタンスを並列接続し、一端が接地された第ｋの並列共振回路を従属接続して構成された第ｋの整合回路（ｋ＝３、５、７、・・・で表される奇数）とを有し、前記第１の整合回路に前記第ｊの整合回路と前記第ｋの整合回路とを交互に順番に直列接続して構成され、前記第１の直列共振回路、前記第ｊの直列共振回路、前記第ｋの直列共振回路、前記第ｊの並列共振回路、および前記第ｋの並列共振回路のそれぞれの共振周波数を前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯の相乗平均値と略同一とする
ことを特徴とする９０度ハイブリッド回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、入出力ポート１ないし４と、特性インピーダンスＺ１、Ｚ２の１／４波長線路と、特性インピーダンスＺ３の１／４波長先端開放スタブあるいは１／２波長先端短絡スタブにより構成される。特性インピーダンスＺ１、Ｚ２の１／４波長線路により９０度ハイブリッド回路が構成され、整合回路として特性インピーダンスＺ３の１／４波長先端開放スタブあるいは１／２波長先端短絡スタブを装荷することで、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。
【０００３】
特性インピーダンスＺ１、Ｚ２の１／４波長線路と、特性インピーダンスＺ３の１／４波長先端開放スタブの長さは、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相加平均値において１／４波長となるように設定され、特性インピーダンスＺ３の１／２波長先端短絡スタブの長さは、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相加平均値において１／２波長となるように設定されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】Ｋ．−Ｋ．Ｍ．Ｃｈｅｎｇ，Ｆ．−Ｌ．Ｗｏｎｇ，“Ａ  ｎｏｖｅｌ  ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｄｕａｌ−ｂａｎｄ  ｃｏｍｐａｃｔ  ｐｌａｎａｒ  ９０°  ｂｒａｎｃｈ−ｌｉｎｅ  ｃｏｕｐｌｅｒ，”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  Ｔｅｃｈ．，ｖｏｌ．５２，ｐｐ．２４５８−２４６３，Ｎｏｖ．  ２００４．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の９０度ハイブリッド回路では、整合回路として１／４波長の長さを有する特性インピーダンスＺ３の１／４波長先端開放スタブ、あるいは１／２波長の長さを有する特性インピーダンスＺ３の１／２波長先端短絡スタブを使用しているため、回路面積が大きくなってしまうという課題があった。
【０００６】
また、従来の９０度ハイブリッド回路では、９０度ハイブリッド回路として動作する第１の周波数帯および第２の周波数帯の帯域幅が狭く、例えば、現在日本国内の携帯電話に割り当てられている８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯の両周波数帯での使用においては、良好な伝送特性を確保できないという課題もあった。
【０００７】
本発明は前記のような課題を解決するためになされたもので、回路面積を小形にでき、かつ、異なる２つの周波数帯域において高性能に動作する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】
【０００８】
本発明に係る９０度ハイブリッド回路は、第１の入出力端子ないし第４の入出力端子と、第１の接続部ないし第４の接続部と、第１の伝送線路ないし第４の伝送線路と、キャパシタンスおよびインダクタンスを有する同一構成からなる４つの整合回路とを備え、第１の接続部と第２の接続部との間に第１の伝送線路が接続され、第２の接続部と第３の接続部との間に第２の伝送線路が接続され、第３の接続部と第４の接続部との間に第３の伝送線路が接続され、第４の接続部と第１の接続部との間に第４の伝送線路が接続され、第１の接続部と第１の入出力端子との間、第２の接続部と第２の入出力端子との間、第３の接続部と第３の入出力端子との間、および第４の接続部と第４の入出力端子との間のそれぞれに、４つの整合回路のそれぞれが接続された構成を有する９０度ハイブリッド回路であって、第１の伝送線路ないし第４の伝送線路は、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相加平均値において略１／４波長となる長さを有し、４つの整合回路のそれぞれは、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相乗平均値と略同一となる共振周波数を有するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、異なる２つの周波数帯の相加平均値において１／４波長の長さを有する伝送線路と、異なる２つの周波数帯の相乗平均値と同一の共振周波数を有する直列共振回路および並列共振回路からなる整合回路を、キャパシタンスとインダクタンスとで構成することにより、回路面積を小形にでき、かつ、異なる２つの周波数帯域において高性能に動作する９０度ハイブリッド回路を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の９０度ハイブリッド回路の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る９０度ハイブリッド回路の構成を示す回路図である。図１の９０度ハイブリッド回路は、４つの入出力端子として、第１の入出力端子１、第２の入出力端子２、第３の入出力端子３、第４の入出力端子４を備えている。また、４つの接続部として、第１の接続部５、第２の接続部６、第３の接続部７、第４の接続部８を備えている。また、４つの伝送線路として、第１の伝送線路９、第２の伝送線路１０、第３の伝送線路１１、第４の伝送線路１２を備えている。
【００１２】
さらに、４つの整合回路１３を備えており、その詳細な回路について、次に説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る９０度ハイブリッド回路に含まれる整合回路１３の詳細な構成を示す回路図である。本発明における整合回路１３は、第１の整合回路による１段の整合回路、あるいは第１の整合回路から第Ｎの整合回路（Ｎは２以上の整数）までのＮ段の整合回路を直列接続することにより構成される。図２には、Ｎ段の整合回路が直列接続される様子が例示的に記載されており、さらに、第１の整合回路１４、第２の整合回路１５、第３の整合回路１６の３つの整合回路の詳細な回路構成が記載されている。
【００１３】
ここで、第１の整合回路１４は、一端が接地された第１の直列共振回路１４ｂで構成されている。また、第２の整合回路１５は、第２の並列共振回路１５ａと第２の直列共振回路１５ｂとを直列接続して構成され、第２の並列共振回路１５ａの一端が第１の整合回路１４に接続され、第２の直列共振回路１５ｂの一端が第３の整合回路１６に接続されている。
【００１４】
さらに、第３の整合回路１６は、一端が接地された第３の並列共振回路１６ａの他端と一端が接地された第３の直列共振回路１６ｂの他端とを接続して構成されている。そして、整合回路１３における第１の整合回路１４側が第１の接続部５〜第４の接続部８に接続され、第３の整合回路１６側が第１の入出力端子１〜第４の入出力端子４にそれぞれ接続される。
【００１５】
図１に示す９０度ハイブリッド回路は、第１の接続部５と第２の接続部６との間に第１の伝送線路９が接続され、第２の接続部６と第３の接続部７との間に第２の伝送線路１０が接続され、第３の接続部７と第４の接続部８との間に第３の伝送線路１１が接続され、さらに、第４の接続部８と第１の接続部５との間に第４の伝送線路１２が接続されている。
【００１６】
また、図２に示した整合回路１３を、第１の接続部５と第１の入出力端子１との間、第２の接続部６と第２の入出力端子２との間、第３の接続部７と第３の入出力端子３との間、および第４の接続部８と第４の入出力端子４との間の４箇所に配置している。さらに、第１の入出力端子１〜第４の入出力端子４には、それぞれ負荷抵抗Ｒｇが接続される。
【００１７】
また、図１に示す９０度ハイブリッド回路において、第１の伝送線路９および第３の伝送線路１１の特性インピーダンスをＺｃ１とし、第２の伝送線路１０および第４の伝送線路１２の特性インピーダンスをＺｃ２とする。
【００１８】
図２に示す整合回路１３において、１段目である第１の整合回路１４に含まれる第１の直列共振回路１４ｂは、第１の直列共振用キャパシタンスＣ１と第１の直列共振用インダクタンスＬ１とから構成されている。また、２段目である第２の整合回路１５に含まれる第２の並列共振回路１５ａは、第２の並列共振用キャパシタンスＣ２ａと第２の並列共振用インダクタンスＬ２ａとから構成され、第２の直列共振回路１５ｂは、第２の直列共振用キャパシタンスＣ２ｂと第２の直列共振用インダクタンスＬ２ｂとから構成されている。
【００１９】
さらに、３段目である第３の整合回路１６に含まれる第３の並列共振回路１６ａは、第３の並列共振用キャパシタンスＣ３ａと第３の並列共振用インダクタンスＬ３ａとから構成され、第３の直列共振回路１６ｂは、第３の直列共振用キャパシタンスＣ３ｂと第３の直列共振用インダクタンスＬ３ｂとから構成されている。
【００２０】
なお、図２に示す整合回路１３において、第３の整合回路１６より先に接続される４段目以降の整合回路も、キャパシタンスとインダクタンスからなる直列共振回路あるいは並列共振回路により構成される。そこで、２段目以降の第ｉ（ｉ＝２、３、・・・、Ｎ）の整合回路の並列共振回路の第ｉの並列共振用キャパシタンスをＣｉａ、第ｉの並列共振用インダクタンスをＬｉａとし、第ｉの整合回路の直列共振回路の第ｉの直列共振用キャパシタンスをＣｉｂ、第ｉの直列共振用インダクタンスをＬｉｂとする。
【００２１】
次に、この実施の形態１に係る９０度ハイブリッド回路の動作について説明する。
まず、９０度ハイブリッド回路として動作させる２つの周波数帯域のうち、低い方の周波数帯域を第１の周波数帯とし、高い方の周波数帯域を第２の周波数帯とする。ここでは、第１の周波数帯の下端の周波数をｆ１Ｌ、上端の周波数をｆ２Ｌとし、下端の周波数ｆ１Ｌと上端の周波数ｆ２Ｌの間の周波数をｆ０Ｌとする。また、第２の周波数帯の下端の周波数をｆ１Ｈ、上端の周波数をｆ２Ｈとし、下端の周波数ｆ１Ｈと上端の周波数ｆ２Ｈの間の周波数をｆ０Ｈとする。
【００２２】
さらに、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂ、第ｉ（ｉ＝２、３、・・・、Ｎ）の整合回路を構成する直列共振回路および並列共振回路の共振周波数をｆ０とする。
【００２３】
この時、前記の周波数ｆ１Ｌ、ｆ０Ｌ、ｆ２Ｌ、ｆ０、ｆ１Ｈ、ｆ０Ｈ、ｆ２Ｈを、下式（１）を満足するように設定する。
【００２４】
【数１】
2008054174.tif 000003
【００２５】
上式（１）の上から１〜３番目の数式に示すように、整合回路を構成する直列共振回路および並列共振回路の共振周波数ｆ０は、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相乗平均値として与える。
【００２６】
一方、第１の伝送線路９〜第４の伝送線路１２の長さは、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相加平均値において、１／４波長となるように設定する。具体的には、第１の周波数帯の下端の周波数ｆ１Ｌと第２の周波数帯の上端の周波数ｆ２Ｈの相加平均値において、１／４波長となるように与える。
【００２７】
次に、第１の伝送線路９〜第４の伝送線路１２の特性インピーダンスＺｃ１あるいはＺｃ２の値、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂの第１の直列共振用キャパシタンスＣ１と第１の直列共振用インダクタンスＬ１の値、および第ｉ（ｉ＝２、３、・・・、Ｎ）の整合回路を構成する並列共振回路の第ｉの並列共振用キャパシタンスＣｉａと第ｉの並列共振用インダクタンスＬｉａの値、直列共振回路の第ｉの直列共振用キャパシタンスＣｉｂと第ｉの直列共振用インダクタンスＬｉｂの値を、整合回路の段数Ｎに応じて、段数Ｎが奇数ならば下式（２）により与える。
【００２８】
【数２】
2008054174.tif 000004
【００２９】
また、段数Ｎが偶数ならば下式（３）により与える。
【００３０】
【数３】
2008054174.tif 000005
【００３１】
ただし、上式（２）、（３）において、係数ｍと係数ｗは、下式（４）により与える。
【００３２】
【数４】
2008054174.tif 000006
【００３３】
また、上式（２）、（３）において、係数ｇｉ（ｉ＝２、３、・・・、Ｎ）と係数ｇＮ＋１の値は、文献（Ｇ．Ｍａｔｔｈａｅｉ，Ｌ．Ｙｏｕｎｇ，ａｎｄ  Ｅ．Ｍ．Ｔ．Ｊｏｎｅｓ：Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｆｉｌｔｅｒｓ，ｉｍｐｅｄａｎｃｅ−ｍａｔｃｈｉｎｇ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ａｎｄ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９８０．）において示されている方法を利用して求めることができる。
【００３４】
算出方法を要約すると、下記の通りである。係数ｇｉ（ｉ＝２、３、・・・、Ｎ）と係数ｇＮ＋１は、下式（５）のように与えられる。
【００３５】
【数５】
2008054174.tif 000007
【００３６】
上式（５）において、係数Ｈは、チェビシェフリップル、係数δは、ｄｅｃｒｅｍｅｎｔを表す。この実施の形態１に係る９０度ハイブリッド回路では、係数δを下式（６）のように与える。
【００３７】
【数６】
2008054174.tif 000008
【００３８】
また、第１の周波数帯および第２の周波数帯における反射振幅の最大値｜Γ｜ｍａｘは、下式（７）により求められる。
【００３９】
【数７】
2008054174.tif 000009
【００４０】
上式（５）、（７）から、第１の周波数帯および第２の周波数帯における反射振幅の最大値｜Γ｜ｍａｘは、係数δ、整合回路の段数Ｎ、チェビシェフリップルＨにより表される。係数δと段数Ｎの各値を固定すると、第１の周波数帯および第２の周波数帯における反射振幅の最大値｜Γ｜ｍａｘは、チェビシェフリップルＨの値のみに依存する。
【００４１】
この実施の形態１に係る９０度ハイブリッド回路では、第１の周波数帯および第２の周波数帯における反射を抑制するために、チェビシェフリップルＨの値を、第１の周波数帯および第２の周波数帯における反射振幅の最大値｜Γ｜ｍａｘが最小になるように選択する。
【００４２】
前記にしたがって、係数ｇｉ（ｉ＝２、３、・・・、Ｎ）とｇＮ＋１の値を求めて、整合回路の段数Ｎの偶奇に応じて、式（２）、（４）あるいは式（３）、（４）に代入することで、第１の伝送線路９〜第４の伝送線路１２の特性インピーダンスＺｃ１あるいはＺｃ２の値、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂの第１の直列共振用キャパシタンスＣ１と第１の直列共振用インダクタンスＬ１の値、第ｉ（ｉ＝２、３、・・・、Ｎ）の整合回路を構成する並列共振回路の第ｉの並列共振用キャパシタンスＣｉａと第ｉの並列共振用インダクタンスＬｉａの値、直列共振回路の第ｉの直列共振用キャパシタンスＣｉｂと第ｉの直列共振用インダクタンスＬｉｂの値を決定することができる。
【００４３】
以上のように、実施の形態１によれば、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相加平均値において１／４波長の長さを有する伝送線路と、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相乗平均値と同一の共振周波数を有する直列共振回路および並列共振回路からなる整合回路を、キャパシタンスとインダクタンスとにより構成したので、回路面積を小形にでき、かつ、異なる２つの周波数帯域において高性能に動作する９０度ハイブリッド回路を得ることができる。
【００４４】
実施の形態２．
実施の形態２以降では、所望の伝送特性を有する９０度ハイブリッド回路の設計について、具体的に説明する。
図３は、本発明の実施の形態２に係る９０度ハイブリッド回路における整合回路の構成を示す回路図である。本実施の形態２における整合回路１３は、先の実施の形態１の図２に示した整合回路１３を、第１の整合回路１４のみの１段で構成したものである。図３において、図２と同符号は、同一または相当部分を示すものであり、説明を省略する。
【００４５】
次に、図３の構成を有する整合回路の伝送特性を具体的に説明する。
説明の便宜上、整合回路の段数Ｎを１にするとともに、第１の入出力端子１〜第４の入出力端子４に接続される負荷抵抗Ｒｇを５０Ωに設定する。また、９０度ハイブリッド回路として動作させる２つの周波数帯域として、日本国内の携帯電話に割り当てられている８００ＭＨｚ帯（８１０〜９５８ＭＨｚ）と２ＧＨｚ帯（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）を想定する。
【００４６】
ここでは、第１の周波数帯の下端の周波数ｆ１Ｌを８１０ＭＨｚ、第２の周波数帯の上端の周波数ｆ２Ｈを２１７０ＭＨｚに設定する。さらに、前記の２ＧＨｚ帯より８００ＭＨｚ帯の方が、周波数比帯域幅が大きいことから、両周波数帯において良好な伝送特性を確保するために、第１の周波数帯の上端の周波数ｆ２Ｌを９５８ＭＨｚに設定する。
【００４７】
これら周波数ｆ１Ｌ＝８１０ＭＨｚ、ｆ２Ｌ＝９５８ＭＨｚ、ｆ２Ｈ＝２１７０ＭＨｚを、上式（１）に代入すると、残りの４つの周波数が求められる。具体的には、第１の周波数帯の下端と上端の間の周波数ｆ０Ｌは８８８ＭＨｚ、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂの共振周波数ｆ０は１３２６ＭＨｚ、第２の周波数帯の下端の周波数は１８３５ＭＨｚ、第２の周波数帯の下端と上端の間の周波数ｆ０Ｈは１９８０ＭＨｚとなる。
【００４８】
従って、第１の伝送線路９〜第４の伝送線路１２の長さは、第１の周波数帯の下端の周波数ｆ１Ｌ＝８１０ＭＨｚと第２の周波数帯の上端の周波数ｆ２Ｈ＝２１７０ＭＨｚの相加平均値：１４９０ＭＨｚにおいて、１／４波長となるように設定する。
【００４９】
前記の周波数ｆ１Ｌ＝８１０ＭＨｚ、ｆ２Ｌ＝９５８ＭＨｚ、ｆ０＝１３２６ＭＨｚ、ｆ１Ｈ＝１８３５ＭＨｚ、ｆ２Ｈ＝２１７０ＭＨｚを、上式（４）、（６）に代入すると、係数ｍは０．８２４、係数ｗは０．３６４、係数δは１．４４７と求まる。
【００５０】
係数δ＝１．４４７と整合回路の段数Ｎ＝１の各値を、上式（５）、（７）に代入して、前記の第１の周波数帯および第２の周波数帯における反射振幅の最大値｜Γ｜ｍａｘが最小となるチェビシェフリップルＨを求めると、１．０９７となる。そして、係数δ＝１．４４７、整合回路の段数Ｎ＝１、およびチェビシェフリップルＨ＝１．０９７の各値を上式（５）に代入すると、係数ｇ２＝０．８２３と求まる。
【００５１】
さらに、前記の負荷抵抗Ｒｇ＝５０Ω、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂの共振周波数ｆ０＝１３２６ＭＨｚ、係数ｍ＝０．８２４、係数ｗ＝０．３６４、およびｇ２＝０．８２３の各値を、整合回路の段数Ｎを１（奇数）としていることから、上式（２）に代入する。
【００５２】
この結果、第１の伝送線路９および第３の伝送線路１１の特性インピーダンスＺｃ１、第２の伝送線路１０および第４の伝送線路１２の特性インピーダンスＺｃ２、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂの第１の直列共振用キャパシタンスＣ１、第１の直列共振用インダクタンスＬ１の値は、それぞれＺｃ１＝４２．９８Ω、Ｚｃ２＝６０．７８Ω、Ｃ１＝２．５４ｐＦ、Ｌ１＝５．６７ｎＨと求まる。
【００５３】
このように、第１の直列共振用キャパシタンスＣ１と第１の直列共振用インダクタンスＬ１の各値から、第１の直列共振回路１４ｂの共振周波数は、１３２６ＭＨｚとなり、前記のｆ０の値と一致する。
【００５４】
次に、このようにして各素子の値が決定された整合回路の周波数特性について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態２において、図３の整合回路を用いた場合の９０度ハイブリッド回路の伝送特性を表すＳパラメータの一例を示す説明図である。図４においては、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している。
【００５５】
図４（ａ）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｜の周波数特性を示したものである。図４（ｂ）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｜の周波数特性を示したものである。
【００５６】
図４（ｃ）は、第１の入出力端子１から第２の入出力端子２および第３の入出力端子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｜の周波数特性を示したものである。さらに、図４（ｄ）は、第１の入出力端子１から第２の入出力端子２および第３の入出力端子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）の周波数特性を示したものである。
【００５７】
また、図４（ａ）〜（ｄ）において、一点鎖線は、想定した８００ＭＨｚ帯（８１０〜９５８ＭＨｚ）と２ＧＨｚ帯（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）のそれぞれの帯域端の周波数を表す。
【００５８】
図４（ａ）〜（ｄ）に示すＳパラメータの周波数特性から、８００Ｍｚ帯および２ＧＨｚ帯において、低反射振幅、高アイソレーション、等分配振幅、かつ９０度位相差特性が確保されており、９０度ハイブリッドとして動作している様子がわかる。
【００５９】
そのため、第１の入出力端子１から、８００ＭＨｚ帯（８１０〜９５８ＭＨｚ）および２ＧＨｚ帯（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）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へ入力され、第４の入出力端子４へほとんど分配されずに、第２の入出力端子２および第３の入出力端子３へ９０度の位相差で等分配される。
【００６０】
このような伝送特性は、第２の入出力端子２、第３の入出力端子３、あるいは第４の入出力端子４のいずれ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となる。
【００６１】
以上のように、実施の形態２によれば、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相加平均値において１／４波長の長さを有する伝送線路と、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相乗平均値と同一の共振周波数を有する直列共振回路からなる１段の整合回路を、キャパシタンスとインダクタンスとにより構成している。この結果、回路面積を小形にでき、かつ、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得ることができる。
【００６２】
実施の形態３．
先の実施の形態２では、整合回路１３を第１の整合回路１４のみの１段で構成した場合の９０度ハイブリッド回路について説明した。本実施の形態３では、整合回路１３を第１の整合回路１４および第２の整合回路１５の２段で構成した場合の９０度ハイブリッド回路について説明する。
【００６３】
図５は、本発明の実施の形態３に係る９０度ハイブリッド回路における整合回路の構成を示す回路図である。本実施の形態３における整合回路１３は、先の実施の形態１の図２に示した整合回路１３を、第１の整合回路１４および第２の整合回路１５の２段で構成したものである。図５において、図２と同符号は、同一または相当部分を示すものであり、説明を省略する。
【００６４】
次に、図５の構成を有する整合回路の伝送特性を具体的に説明する。
説明の便宜上、整合回路の段数Ｎを２にするとともに、第１の入出力端子１〜第４の入出力端子４に接続される負荷抵抗Ｒｇを５０Ωに設定する。また、９０度ハイブリッド回路として動作させる２つの周波数帯域として、日本国内の携帯電話に割り当てられている８００ＭＨｚ帯（８１０〜９５８ＭＨｚ）と２ＧＨｚ帯（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）を想定する。
【００６５】
ここでは、第１の周波数帯の下端の周波数ｆ１Ｌを８１０ＭＨｚ、第２の周波数帯の上端の周波数ｆ２Ｈを２１７０ＭＨｚに設定する。さらに、前記の２ＧＨｚ帯より８００ＭＨｚ帯の方が、周波数比帯域幅が大きいことから、両周波数帯において良好な伝送特性を確保するために、第１の周波数帯の上端の周波数ｆ２Ｌを９５８ＭＨｚに設定する。
【００６６】
これら周波数ｆ１Ｌ＝８１０ＭＨｚ、ｆ２Ｌ＝９５８ＭＨｚ、ｆ２Ｈ＝２１７０ＭＨｚを、上式（１）に代入すると、残りの４つの周波数が求められる。具体的には、第１の周波数帯の下端と上端の間の周波数ｆ０Ｌは８８８ＭＨｚ、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂおよび第２の整合回路１５を構成する第２の直列共振回路１５ｂ、第２の並列共振回路１５ａの共振周波数ｆ０は１３２６ＭＨｚ、第２の周波数帯の下端の周波数は１８３５ＭＨｚ、第２の周波数帯の下端と上端の間の周波数ｆ０Ｈは１９８０ＭＨｚとなる。
【００６７】
従って、第１の伝送線路９〜第４の伝送線路１２の長さは、第１の周波数帯の下端の周波数ｆ１Ｌ＝８１０ＭＨｚと第２の周波数帯の上端の周波数ｆ２Ｈ＝２１７０ＭＨｚの相加平均値：１４９０ＭＨｚにおいて、１／４波長となるように設定する。
【００６８】
前記の周波数ｆ１Ｌ＝８１０ＭＨｚ、ｆ２Ｌ＝９５８ＭＨｚ、ｆ０＝１３２６ＭＨｚ、ｆ１Ｈ＝１８３５ＭＨｚ、ｆ２Ｈ＝２１７０ＭＨｚを、上式（４）、（６）に代入すると、係数ｍは０．８２４、係数ｗは０．３６４、係数δは１．４４７と求まる。
【００６９】
係数δ＝１．４４７と整合回路の段数Ｎ＝２の各値を、上式（５）、（７）に代入して、前記の第１の周波数帯および第２の周波数帯における反射振幅の最大値｜Γ｜ｍａｘが最小となるチェビシェフリップルＨを求めると、１．００８となる。そして、係数δ＝１．４４７、整合回路の段数Ｎ＝２、およびチェビシェフリップルＨ＝１．００８の各値を上式（５）に代入すると、係数ｇ２＝０．４６８、ｇ３＝１．２１６と求まる。
【００７０】
さらに、前記の負荷抵抗Ｒｇ＝５０Ω、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂおよび第２の整合回路１５を構成する第２の直列共振回路１５ｂ、第２の並列共振回路１５ａの共振周波数ｆ０＝１３２６ＭＨｚ、係数ｍ＝０．８２４、係数ｗ＝０．３６４、およびｇ２＝０．８２３、ｇ３＝１．２１６の各値を、整合回路の段数Ｎを２（偶数）としていることから、上式（３）に代入する。
【００７１】
この結果、第１の伝送線路９および第３の伝送線路１１の特性インピーダンスＺｃ１、および第２の伝送線路１０および第４の伝送線路１２の特性インピーダンスＺｃ２は、それぞれＺｃ１＝４２．９８Ω、Ｚｃ２＝６０．７８Ωと求まる。
【００７２】
同様に、第１の整合回路１４を構成する第１の直列共振回路１４ｂの第１の直列共振用キャパシタンスＣ１と第１の直列共振用インダクタンスＬ１の値、第２の整合回路１５を構成する第２の並列共振回路１５ａの第２の並列共振用キャパシタンスＣ２ａと第２の並列共振用インダクタンスＬ２ａの値、第２の直列共振回路１５ｂの第２の直列共振用キャパシタンスＣ２ｂと第２の直列共振用インダクタンスＬ２ｂの値は、それぞれＣ１＝２．５４ｐＦ、Ｌ１＝５．６７ｎＨ、Ｃ２ａ＝２．２７ｐＦ、Ｌ２ａ＝６．３５ｎＨ、Ｃ２ｂ＝１．５４ｐＦ、Ｌ２ｂ＝９．３６ｎＨと求まる。
【００７３】
このように、第１の直列共振用キャパシタンスＣ１と第１の直列共振用インダクタンスＬ１、第２の並列共振用キャパシタンスＣ２ａと第２の並列共振用インダクタンスＬ２ａ、および第２の直列共振用キャパシタンスＣ２ｂと第２の直列共振用インダクタンスＬ２ｂの各値から、第１の直列共振回路１４ｂ、第２の並列共振回路１５ａ、および第２の直列共振回路１５ｂのそれぞれの共振周波数は１３２６ＭＨｚとなり、前記のｆ０の値と一致する。
【００７４】
次に、このようにして各素子の値が決定された９０度ハイブリッド回路の周波数特性について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態３において、図５の整合回路を用いた場合の９０度ハイブリッド回路の伝送特性を表すＳパラメータの一例を示す説明図である。
【００７５】
図６においては、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している。さらに、図６（ａ）〜（ｄ）において、一点鎖線は、想定した８００ＭＨｚ帯（８１０〜９５８ＭＨｚ）と２ＧＨｚ帯（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）のそれぞれの帯域端の周波数を表す。
【００７６】
図６（ａ）〜（ｄ）に示すＳパラメータの周波数特性から、８００Ｍｚ帯および２ＧＨｚ帯において、低反射振幅、高アイソレーション、等分配振幅、かつ９０度位相差特性が確保されており、９０度ハイブリッドとして動作している様子がわかる。さらに、本実施の形態３においては、整合回路の段数Ｎを増やしたことにより、実施の形態２における１段の整合回路を有する９０度ハイブリッド回路と比較して、より高性能に動作している様子がわかる。
【００７７】
そのため、第１の入出力端子１から、８００ＭＨｚ帯（８１０〜９５８ＭＨｚ）および２ＧＨｚ帯（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）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へ入力され、第４の入出力端子４へほとんど分配されずに、第２の入出力端子２および第３の入出力端子３へ９０度の位相差で等分配される。
【００７８】
このような伝送特性は、第２の入出力端子２、第３の入出力端子３、あるいは第４の入出力端子４のいずれ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となる。
【００７９】
以上のように、実施の形態３によれば、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相加平均値において１／４波長の長さを有する伝送線路と、第１の周波数帯と第２の周波数帯の相乗平均値と同一の共振周波数を有する直列共振回路および並列共振回路からなる整合回路を、キャパシタンスとインダクタンスとにより構成している。この結果、回路面積を小形にでき、かつ、異なる２つの周波数帯域において、さらに高性能に動作する９０度ハイブリッド回路を得ることができる。
【００８０】
なお、上述の実施の形態２、３においては、１段および２段の整合回路における具体的な設計例を示したが、Ｎ＝３段以上の整合回路においても、同様の設計を施すことにより、回路面積を小形にでき、かつ、異なる２つの周波数帯域において、さらに高性能に動作する９０度ハイブリッド回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る９０度ハイブリッド回路の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る９０度ハイブリッド回路に含まれる整合回路の詳細な構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る９０度ハイブリッド回路における整合回路の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施の形態２において、図３の整合回路を用いた場合の９０度ハイブリッド回路の伝送特性を表すＳパラメータの一例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る９０度ハイブリッド回路における整合回路の構成を示す回路図である。
【図６】本発明の実施の形態３において、図５の整合回路を用いた場合の９０度ハイブリッド回路の伝送特性を表すＳパラメータの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８２】
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の伝送線路、１０  第２の伝送線路、１１  第３の伝送線路、１２  第４の伝送線路、１３  整合回路、１４  第１の整合回路、１４ｂ  第１の直列共振回路、１５  第２の整合回路、１５ａ  第２の並列共振回路、１５ｂ  第２の直列共振回路、１６  第３の整合回路、１６ａ  第３の並列共振回路、１６ｂ  第３の直列共振回路。
【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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