(57)【要約】【課題】４つの入出力端子に接続される負荷インピーダンスの値を任意に選択しても動作することができる方向性結合器を得る。【解決手段】第１及び第２の入出力端子１、２間に接続された第１の伝送線路５と、第２及び第３の入出力端子２、３間に接続された第２の伝送線路６と、第３及び第４の入出力端子３、４間に接続された第３の伝送線路７と、第４及び第１の入出力端子４、１間に接続された第４の伝送線路８と、第１の入出力端子１に接続された第１の負荷インピーダンス９と、第２の入出力端子２に接続された第２の負荷インピーダンス１０と、第３の入出力端子３に接続された第３の負荷インピーダンス１１と、第４の入出力端子４に接続された第４の負荷インピーダンス１２とを設け、第１乃至第４の伝送線路５〜８の長さは、所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長になるように選択する。【選択図】図１
2008028903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１乃至第４の入出力端子と、
前記第１及び第２の入出力端子間に接続された第１の伝送線路と、
前記第２及び第３の入出力端子間に接続された第２の伝送線路と、
前記第３及び第４の入出力端子間に接続された第３の伝送線路と、
前記第４及び第１の入出力端子間に接続された第４の伝送線路と、
前記第１の入出力端子に接続された第１の負荷インピーダンスと、
前記第２の入出力端子に接続された第２の負荷インピーダンスと、
前記第３の入出力端子に接続された第３の負荷インピーダンスと、
前記第４の入出力端子に接続された第４の負荷インピーダンスと
を備えた方向性結合器であって、
前記第１乃至第４の伝送線路の長さは、所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長になるように選択し、
前記第１乃至第４の入出力端子の何れか１つから前記所定の周波数帯域の電力を入力した場合に、この電力を入力した前記第１乃至第４の入出力端子と対向する前記第１乃至第４の入出力端子の何れか１つから出力される電力の割合を前記方向性結合器の結合度とすると、
前記第１の伝送線路の特性インピーダンスの値は、前記第１及び第２の負荷インピーダンスと前記結合度から与え、前記第２の伝送線路の特性インピーダンスの値は、前記第２及び第３の負荷インピーダンスと前記結合度から与え、前記第３の伝送線路の特性インピーダンスの値は、前記第３及び第４の負荷インピーダンスと前記結合度から与え、前記第４の伝送線路の特性インピーダンスの値は、前記第４及び第１の負荷インピーダンスと前記結合度から与えるとともに、
前記第１乃至第４の負荷インピーダンスの値が全て同じではなく、且つ、前記第１乃至第４の入出力端子に隣接して接続される２つの負荷インピーダンスの値が同じではない範囲において、前記第１乃至第４の負荷インピーダンスは、任意の値に選択する
ことを特徴とする方向性結合器。
【請求項２】
前記第１乃至第４の伝送線路の長さは、所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長になるように選択する代わりに、
前記第１乃至第４の伝送線路の長さは、所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長になるように選択する
ことを特徴とする請求項１記載の方向性結合器。
【請求項３】
前記第１乃至第４の伝送線路の長さは、所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長になるように選択する代わりに、
前記第１乃至第４の伝送線路のうち、２つの伝送線路の長さは、所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長になるように選択し、残りの２つの伝送線路の長さは、所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長になるように選択する
ことを特徴とする請求項１記載の方向性結合器。
【請求項４】
第１乃至第４の入出力端子と、
前記第１及び第２の入出力端子間に接続された第５の伝送線路と、
前記第２及び第３の入出力端子間に接続された第６の伝送線路と、
前記第３及び第４の入出力端子間に接続された第７の伝送線路と、
前記第４及び第１の入出力端子間に接続された第８の伝送線路と、
前記第１の入出力端子に接続された第１の負荷インピーダンスと、
前記第２の入出力端子に接続された第２の負荷インピーダンスと、
前記第３の入出力端子に接続された第３の負荷インピーダンスと、
前記第４の入出力端子に接続された第４の負荷インピーダンスと
を備えた方向性結合器であって、
前記第５乃至第８の伝送線路のうち、３つの伝送線路の長さは、所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長になるように選択し、残りの１つの伝送線路の長さは、所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長になるように選択し、
前記第１乃至第４の入出力端子の何れか１つから前記所定の周波数帯域の電力を入力した場合に、この電力を入力した前記第１乃至第４の入出力端子に隣接する前記第１乃至第４の入出力端子の何れか１つから出力される電力の割合を前記方向性結合器の結合度とすると、
前記第５の伝送線路の特性インピーダンスの値は、前記第１及び第２の負荷インピーダンスと前記結合度から与え、前記第６の伝送線路の特性インピーダンスの値は、前記第２及び第３の負荷インピーダンスと前記結合度から与え、前記第７の伝送線路の特性インピーダンスの値は、前記第３及び第４の負荷インピーダンスと前記結合度から与え、前記第８の伝送線路の特性インピーダンスの値は、前記第４及び第１の負荷インピーダンスと前記結合度から与えるとともに、
前記第１乃至第４の負荷インピーダンスの値が全て同じではない範囲において、前記第１乃至第４の負荷インピーダンスは、任意の値に選択する
ことを特徴とする方向性結合器。
【請求項５】
前記第５乃至第８の伝送線路のうち、３つの伝送線路の長さは、所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長になるように選択し、残りの１つの伝送線路の長さは、所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長になるように選択する代わりに、
前記第５乃至第８の伝送線路のうち、１つの伝送線路の長さは、所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長になるように選択し、残りの３つの伝送線路の長さは、所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長になるように選択する
ことを特徴とする請求項４記載の方向性結合器。
【請求項６】
前記所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長になるように選択された第１乃至第４の伝送線路の代わりに、第１のΤ形回路又は第１のΠ形回路を備えるとともに、
前記所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長になるように選択された第１乃至第４の伝送線路の代わりに、第２のΤ形回路又は第２のΠ形回路を備えた方向性結合器であって、
前記第１のΤ形回路は、
所定の入出力端子に一端が接続された第１のインダクタンスと、
前記第１のインダクタンスの他端に一端が接続され所定の入出力端子に他端が接続された第２のインダクタンスと、
前記第１及び第２のインダクタンスの接続点に一端が接続され他端が接地された第１のキャパシタンスとを有し、
前記第１のΠ形回路は、
所定の入出力端子間に接続された第３のインダクタンスと、
前記第３のインダクタンスの一端に一端が接続され他端が接地された第２のキャパシタンスと、
前記第３のインダクタンスの他端に一端が接続され他端が接地された第３のキャパシタンスとを有し、
前記第２のΤ形回路は、
所定の入出力端子に一端が接続された第４のキャパシタンスと、
前記第４のキャパシタンスの他端に一端が接続され所定の入出力端子に他端が接続された第５のキャパシタンスと、
前記第４及び第５のキャパシタンスの接続点に一端が接続され他端が接地された第４のインダクタンスとを有し、
前記第２のΠ形回路は、
所定の入出力端子間に接続された第６のキャパシタンスと、
前記第６のキャパシタンスの一端に一端が接続され他端が接地された第５のインダクタンスと、
前記第６のキャパシタンスの他端に一端が接続され他端が接地された第６のインダクタンスとを有し、
前記第１乃至第３のインダクタンス及び前記第１乃至第３のキャパシタンスの値は、所定の周波数帯域の中心周波数と、所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長となるように選択された第１乃至第４の伝送線路の特性インピーダンスから与え、
前記第４乃至第６のインダクタンス及び前記第４乃至第６のキャパシタンスの値は、所定の周波数帯域の中心周波数と、所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長となるように選択された第１乃至第４の伝送線路の特性インピーダンスから与える
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の方向性結合器。
【請求項７】
前記所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長になるように選択された第５乃至第８の伝送線路の代わりに、第１のΤ形回路又は第１のΠ形回路を備えるとともに、
前記所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長になるように選択された第５乃至第８の伝送線路の代わりに、第２のΤ形回路又は第２のΠ形回路を備えた方向性結合器であって、
前記第１のΤ形回路は、
所定の入出力端子に一端が接続された第１のインダクタンスと、
前記第１のインダクタンスの他端に一端が接続され所定の入出力端子に他端が接続された第２のインダクタンスと、
前記第１及び第２のインダクタンスの接続点に一端が接続され他端が接地された第１のキャパシタンスとを有し、
前記第１のΠ形回路は、
所定の入出力端子間に接続された第３のインダクタンスと、
前記第３のインダクタンスの一端に一端が接続され他端が接地された第２のキャパシタンスと、
前記第３のインダクタンスの他端に一端が接続され他端が接地された第３のキャパシタンスとを有し、
前記第２のΤ形回路は、
所定の入出力端子に一端が接続された第４のキャパシタンスと、
前記第４のキャパシタンスの他端に一端が接続され所定の入出力端子に他端が接続された第５のキャパシタンスと、
前記第４及び第５のキャパシタンスの接続点に一端が接続され他端が接地された第４のインダクタンスとを有し、
前記第２のΠ形回路は、
所定の入出力端子間に接続された第６のキャパシタンスと、
前記第６のキャパシタンスの一端に一端が接続され他端が接地された第５のインダクタンスと、
前記第６のキャパシタンスの他端に一端が接続され他端が接地された第６のインダクタンスとを有し、
前記第１乃至第３のインダクタンス及び前記第１乃至第３のキャパシタンスの値は、所定の周波数帯域の中心周波数と、所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長となるように選択された第５乃至第８の伝送線路の特性インピーダンスから与え、
前記第４乃至第６のインダクタンス及び前記第４乃至第６のキャパシタンスの値は、所定の周波数帯域の中心周波数と、所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長となるように選択された第５乃至第８の伝送線路の特性インピーダンスから与えるとともに、
前記第１乃至第４の負荷インピーダンスのうち、前記第１乃至第４の入出力端子に隣接して接続される２つの負荷インピーダンスの値が同じではない範囲において、前記第１乃至第４の負荷インピーダンスは、任意の値に選択する
ことを特徴とする請求項４又は５記載の方向性結合器。
【請求項８】
前記所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長になるように選択された第１乃至第４の伝送線路のうち少なくとも１つの伝送線路の代わりに、第１のΤ形回路又は第１のΠ形回路を備えた方向性結合器であって、
前記第１のΤ形回路は、
所定の入出力端子に一端が接続された第１のインダクタンスと、
前記第１のインダクタンスの他端に一端が接続され所定の入出力端子に他端が接続された第２のインダクタンスと、
前記第１及び第２のインダクタンスの接続点に一端が接続され他端が接地された第１のキャパシタンスとを有し、
前記第１のΠ形回路は、
所定の入出力端子間に接続された第３のインダクタンスと、
前記第３のインダクタンスの一端に一端が接続され他端が接地された第２のキャパシタンスと、
前記第３のインダクタンスの他端に一端が接続され他端が接地された第３のキャパシタンスとを有し、
前記第１乃至第３のインダクタンス及び前記第１乃至第３のキャパシタンスの値は、所定の周波数帯域の中心周波数と、所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長となるように選択された第１乃至第４の伝送線路の特性インピーダンスから与えるとともに、
前記第１乃至第４の負荷インピーダンスの値が全て同じではない範囲において、前記第１乃至第４の負荷インピーダンスは、任意の値に選択する
ことを特徴とする請求項１記載の方向性結合器。
【請求項９】
前記所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長になるように選択された第１乃至第４の伝送線路のうち少なくとも１つの伝送線路の代わりに、第２のΤ形回路又は第２のΠ形回路を備えた方向性結合器であって、
前記第２のΤ形回路は、
所定の入出力端子に一端が接続された第４のキャパシタンスと、
前記第４のキャパシタンスの他端に一端が接続され所定の入出力端子に他端が接続された第５のキャパシタンスと、
前記第４及び第５のキャパシタンスの接続点に一端が接続され他端が接地された第４のインダクタンスとを有し、
前記第２のΠ形回路は、
所定の入出力端子間に接続された第６のキャパシタンスと、
前記第６のキャパシタンスの一端に一端が接続され他端が接地された第５のインダクタンスと、
前記第６のキャパシタンスの他端に一端が接続され他端が接地された第６のインダクタンスとを有し、
前記第４乃至第６のインダクタンス及び前記第４乃至第６のキャパシタンスの値は、所定の周波数帯域の中心周波数と、所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長となるように選択された第１乃至第４の伝送線路の特性インピーダンスから与えるとともに、
前記第１乃至第４の負荷インピーダンスの値が全て同じではない範囲において、前記第１乃至第４の負荷インピーダンスは、任意の値に選択する
ことを特徴とする請求項２記載の方向性結合器。
【請求項１０】
前記所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長になるように選択された第１乃至第４の伝送線路のうち少なくとも１つの伝送線路の代わりに、第１のΤ形回路又は第１のΠ形回路を備えるか、あるいは
前記所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長になるように選択された第１乃至第４の伝送線路のうち少なくとも１つの伝送線路の代わりに、第２のΤ形回路又は第２のΠ形回路を備えるか、あるいは
前記所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長になるように選択された第１乃至第４の伝送線路のうち少なくとも１つの伝送線路の代わりに、第１のΤ形回路又は第１のΠ形回路を備え、且つ、
前記所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長になるように選択された第１乃至第４の伝送線路のうち少なくとも１つの伝送線路の代わりに、第２のΤ形回路又は第２のΠ形回路を備えた方向性結合器であって、
前記第１のΤ形回路は、
所定の入出力端子に一端が接続された第１のインダクタンスと、
前記第１のインダクタンスの他端に一端が接続され所定の入出力端子に他端が接続された第２のインダクタンスと、
前記第１及び第２のインダクタンスの接続点に一端が接続され他端が接地された第１のキャパシタンスとを有し、
前記第１のΠ形回路は、
所定の入出力端子間に接続された第３のインダクタンスと、
前記第３のインダクタンスの一端に一端が接続され他端が接地された第２のキャパシタンスと、
前記第３のインダクタンスの他端に一端が接続され他端が接地された第３のキャパシタンスとを有し、
前記第２のΤ形回路は、
所定の入出力端子に一端が接続された第４のキャパシタンスと、
前記第４のキャパシタンスの他端に一端が接続され所定の入出力端子に他端が接続された第５のキャパシタンスと、
前記第４及び第５のキャパシタンスの接続点に一端が接続され他端が接地された第４のインダクタンスとを有し、
前記第２のΠ形回路は、
所定の入出力端子間に接続された第６のキャパシタンスと、
前記第６のキャパシタンスの一端に一端が接続され他端が接地された第５のインダクタンスと、
前記第６のキャパシタンスの他端に一端が接続され他端が接地された第６のインダクタンスとを有し、
前記第１乃至第３のインダクタンス及び前記第１乃至第３のキャパシタンスの値は、所定の周波数帯域の中心周波数と、所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長となるように選択された第１乃至第４の伝送線路の特性インピーダンスから与え、
前記第４乃至第６のインダクタンス及び前記第４乃至第６のキャパシタンスの値は、所定の周波数帯域の中心周波数と、所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長となるように選択された第１乃至第４の伝送線路の特性インピーダンスから与えるとともに、
前記第１乃至第４の負荷インピーダンスの値が全て同じではない範囲において、前記第１乃至第４の負荷インピーダンスは、任意の値に選択する
ことを特徴とする請求項３記載の方向性結合器。
【請求項１１】
前記所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長になるように選択された第５乃至第８の伝送線路のうち少なくとも１つの伝送線路の代わりに、第１のΤ形回路又は第１のΠ形回路を備えるか、あるいは
前記所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長になるように選択された第５乃至第８の伝送線路のうち少なくとも１つの伝送線路の代わりに、第２のΤ形回路又は第２のΠ形回路を備えるか、あるいは
前記所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長になるように選択された第１乃至第４の伝送線路のうち少なくとも１つの伝送線路の代わりに、第１のΤ形回路又は第１のΠ形回路を備え、且つ、
前記所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長になるように選択された第１乃至第４の伝送線路のうち少なくとも１つの伝送線路の代わりに、第２のΤ形回路又は第２のΠ形回路を備えた方向性結合器であって、
前記第１のΤ形回路は、
所定の入出力端子に一端が接続された第１のインダクタンスと、
前記第１のインダクタンスの他端に一端が接続され所定の入出力端子に他端が接続された第２のインダクタンスと、
前記第１及び第２のインダクタンスの接続点に一端が接続され他端が接地された第１のキャパシタンスとを有し、
前記第１のΠ形回路は、
所定の入出力端子間に接続された第３のインダクタンスと、
前記第３のインダクタンスの一端に一端が接続され他端が接地された第２のキャパシタンスと、
前記第３のインダクタンスの他端に一端が接続され他端が接地された第３のキャパシタンスとを有し、
前記第２のΤ形回路は、
所定の入出力端子に一端が接続された第４のキャパシタンスと、
前記第４のキャパシタンスの他端に一端が接続され所定の入出力端子に他端が接続された第５のキャパシタンスと、
前記第４及び第５のキャパシタンスの接続点に一端が接続され他端が接地された第４のインダクタンスとを有し、
前記第２のΠ形回路は、
所定の入出力端子間に接続された第６のキャパシタンスと、
前記第６のキャパシタンスの一端に一端が接続され他端が接地された第５のインダクタンスと、
前記第６のキャパシタンスの他端に一端が接続され他端が接地された第６のインダクタンスとを有し、
前記第１乃至第３のインダクタンス及び前記第１乃至第３のキャパシタンスの値は、所定の周波数帯域の中心周波数と、所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長となるように選択された第５乃至第８の伝送線路の特性インピーダンスから与え、
前記第４乃至第６のインダクタンス及び前記第４乃至第６のキャパシタンスの値は、所定の周波数帯域の中心周波数と、所定の周波数帯域の中心周波数において略３／４波長となるように選択された第５乃至第８の伝送線路の特性インピーダンスから与えるとともに、
前記第１乃至第４の負荷インピーダンスの値が全て同じではない範囲において、前記第１乃至第４の負荷インピーダンスは、任意の値に選択する
ことを特徴とする請求項４又は５記載の方向性結合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波帯やミリ波帯で使用される方向性結合器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の方向性結合器は、４つの入出力端子と、所定の周波数帯域の中心周波数において、１／４波長となる４つの伝送線路とにより構成され、４つの入出力端子にそれぞれ負荷インピーダンスが接続される。４つの負荷インピーダンスの値が全て等しい場合や、４つの入出力端子に隣接して接続される２つの負荷インピーダンスの値が等しい場合に、方向性結合器として動作する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来の別の方向性結合器は、４つの入出力端子と、キャパシタンスとインダクタンスとにより構成され、４つの入出力端子にそれぞれ負荷インピーダンスが接続される。４つの負荷インピーダンスの値が全て等しい場合や、４つの入出力端子に隣接して接続される２つの負荷インピーダンスの値が等しい場合に、方向性結合器として動作する（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
【非特許文献１】Ｒ．Ｋ．Ｇｕｐｔａ，Ｓ．Ｅ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ，ａｎｄ  Ｗ．Ｊ．Ｇｅｔｓｉｎｇｅｒ“Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ−ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ  ３−ｄＢ  ９０°  ｈｙｂｒｉｄｓ，”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  Ｔｅｃｈ．，ｖｏｌ．ＭＴＴ−３５，ｎｏ．１２，ｐｐ．１３０３−１３０７，Ｄｅｃ．  １９８７．
【非特許文献２】Ｒ．Ｗ．Ｖｏｇｅｌ，“Ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ｌｕｍｐｅｄ−  ａｎｄ  ｌｕｍｐｅｄ−ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ−ｅｌｅｍｅｎｔ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｃｏｕｐｌｅｒｓ  ｆｏｒ  ＭＩＣ  ａｎｄ  ＭＭＩＣ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  Ｔｅｃｈ．，ｖｏｌ．４０，ｎｏ．２，ｐｐ．２５３−２６２，Ｆｅｂ．  １９９２．
【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、上述したような従来の方向性結合器では、４つの入出力端子に接続される負荷インピーダンスの値を任意に選択することができず、例えば、それぞれの入出力端子に接続される負荷インピーダンスの値が異なる場合などにおいて、方向性結合器として動作しなくなるという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、４つの入出力端子に接続される負荷インピーダンスの値を任意に選択しても動作することができる方向性結合器を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る方向性結合器は、第１乃至第４の入出力端子と、前記第１及び第２の入出力端子間に接続された第１の伝送線路と、前記第２及び第３の入出力端子間に接続された第２の伝送線路と、前記第３及び第４の入出力端子間に接続された第３の伝送線路と、前記第４及び第１の入出力端子間に接続された第４の伝送線路と、前記第１の入出力端子に接続された第１の負荷インピーダンスと、前記第２の入出力端子に接続された第２の負荷インピーダンスと、前記第３の入出力端子に接続された第３の負荷インピーダンスと、前記第４の入出力端子に接続された第４の負荷インピーダンスとを設けた方向性結合器であって、前記第１乃至第４の伝送線路の長さは、所定の周波数帯域の中心周波数において略１／４波長になるように選択し、前記第１乃至第４の入出力端子の何れか１つから前記所定の周波数帯域の電力を入力した場合に、この電力を入力した前記第１乃至第４の入出力端子と対向する前記第１乃至第４の入出力端子の何れか１つから出力される電力の割合を前記方向性結合器の結合度とすると、前記第１の伝送線路の特性インピーダンスの値は、前記第１及び第２の負荷インピーダンスと前記結合度から与え、前記第２の伝送線路の特性インピーダンスの値は、前記第２及び第３の負荷インピーダンスと前記結合度から与え、前記第３の伝送線路の特性インピーダンスの値は、前記第３及び第４の負荷インピーダンスと前記結合度から与え、前記第４の伝送線路の特性インピーダンスの値は、前記第４及び第１の負荷インピーダンスと前記結合度から与えるとともに、前記第１乃至第４の負荷インピーダンスの値が全て同じではなく、且つ、前記第１乃至第４の入出力端子に隣接して接続される２つの負荷インピーダンスの値が同じではない範囲において、前記第１乃至第４の負荷インピーダンスは、任意の値に選択するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る方向性結合器は、４つの入出力端子に接続される負荷インピーダンスの値を任意に選択しても動作することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る方向性結合器について図１を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る方向性結合器の構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１０】
図１において、この発明の実施の形態１に係る方向性結合器１００は、第１の入出力端子１と、第２の入出力端子２と、第３の入出力端子３と、第４の入出力端子４と、第１の伝送線路５と、第２の伝送線路６と、第３の伝送線路７と、第４の伝送線路８と、第１の負荷インピーダンス９と、第２の負荷インピーダンス１０と、第３の負荷インピーダンス１１と、第４の負荷インピーダンス１２とが設けられている。
【００１１】
ここでは、第１の伝送線路５の特性インピーダンスをＺｃ１、第２の伝送線路６の特性インピーダンスをＺｃ２、第３の伝送線路７の特性インピーダンスをＺｃ３、第４の伝送線路８の特性インピーダンスをＺｃ４とする。また、第１の負荷インピーダンス９の抵抗値をＲ１、第２の負荷インピーダンス１０の抵抗値をＲ２、第３の負荷インピーダンス１１の抵抗値をＲ３、第４の負荷インピーダンス１２の抵抗値をＲ４とする。
【００１２】
図１に示す方向性結合器１００は、第１の入出力端子１に第１の伝送線路５の一端を接続し、第１の伝送線路５のもう一端である他端に第２の入出力端子２を接続し、第２の入出力端子２に第２の伝送線路６の一端を接続し、第２の伝送線路６の他端に第３の入出力端子３を接続し、第３の入出力端子３に第３の伝送線路７の一端を接続し、第３の伝送線路７の他端に第４の入出力端子４を接続し、第４の入出力端子４に第４の伝送線路８の一端を接続し、第４の伝送線路８の他端に第１の入出力端子１を接続して構成される。
【００１３】
また、第１の入出力端子１に第１の負荷インピーダンス９が接続され、第２の入出力端子２に第２の負荷インピーダンス１０が接続され、第３の入出力端子３に第３の負荷インピーダンス１１が接続され、第４の入出力端子４に第４の負荷インピーダンス１２が接続される。
【００１４】
表１は、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０における第１乃至第４の伝送線路５、６、７、８の長さを示す一覧表である。表１において、回路構成［１］では、第１乃至第４の伝送線路５、６、７、８の長さを、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０において１／４波長になるように選択し、回路構成［２］では、第１乃至第４の伝送線路５、６、７、８の長さを、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０において３／４波長になるように選択し、回路構成［３］〜［８］では、第１乃至第４の伝送線路５、６、７、８のうち、２つの伝送線路の長さを、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０において１／４波長になるように選択し、残りの２つの伝送線路の長さを、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０において３／４波長になるように選択する。
【００１５】
【表１】
2008028903.tif 000003
【００１６】
ここでは、第１乃至第４の入出力端子１、２、３、４の何れか１つから所定の周波数帯域の電力を入力した場合に、この電力を入力した第１乃至第４の入出力端子１、２、３、４と対向する入出力端子から出力される電力の割合を、本実施の形態１による方向性結合器１００の結合度ｋとする。
【００１７】
すなわち、第１の入出力端子１から電力を入力した場合は、第３の入出力端子３へ出力される電力の割合が結合度ｋ、第２の入出力端子２から電力を入力した場合は、第４の入出力端子４へ出力される電力の割合が結合度ｋ、第３の入出力端子３から電力を入力した場合は、第１の入出力端子１から出力される電力の割合が結合度ｋ、第４の入出力端子４から電力を入力した場合は、第２の入出力端子２へ出力される電力の割合が結合度ｋとなる。
【００１８】
このような場合、図１及び表１に示した各回路構成を方向性結合器として動作させるには、第１乃至第４の伝送線路５、６、７、８の特性インピーダンスＺｃ１、Ｚｃ２、Ｚｃ３、Ｚｃ４の値を、第１乃至第４の負荷インピーダンス９、１０、１１、１２の値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４と、結合度ｋを用いて、下記の式（１）により与える。
【００１９】
【数１】
2008028903.tif 000004
【００２０】
つぎに、この実施の形態１に係る方向性結合器の動作について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
上記の式（１）にしたがって、第１乃至第４の伝送線路５、６、７、８の特性インピーダンスＺｃ１、Ｚｃ２、Ｚｃ３、Ｚｃ４の値を求めることで、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０において、方向性結合器として動作する。
【００２２】
すなわち、第１の入出力端子１から電力を入力した場合は、第１の入出力端子１で反射せずに、第３の入出力端子３へ結合度ｋの電力の割合で出力し、残りの電力は第２の入出力端子２に出力され、第４の入出力端子４には電力が出力されずアイソレーションされる。
【００２３】
また、第２の入出力端子２から電力を入力した場合は、第２の入出力端子２で反射せずに、第４の入出力端子４へ結合度ｋの電力の割合で出力し、残りの電力は第１の入出力端子１に出力され、第３の入出力端子３には電力が出力されずアイソレーションされる。
【００２４】
また、第３の入出力端子３から電力を入力した場合は、第３の入出力端子３で反射せずに、第１の入出力端子１へ結合度ｋの電力の割合で出力し、残りの電力は第４の入出力端子４へ出力され、第２の入出力端子２には電力が出力されずアイソレーションされる。
【００２５】
また、第４の入出力端子４から電力を入力した場合は、第４の入出力端子４で反射せずに、第２の入出力端子２へ結合度ｋの電力の割合で出力し、残りの電力は第３の入出力端子３へ出力され、第１の入出力端子１には電力が出力されずアイソレーションされる。
【００２６】
以上で明らかなように、この実施の形態１では、第１乃至第４の入出力端子１〜４のそれぞれに接続される第１乃至第４の負荷インピーダンス９〜１２を任意の値に選択しても、方向性結合器として動作させることができるという効果を奏する。
【００２７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る方向性結合器について図２を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態２に係る方向性結合器の構成を示す図である。
【００２８】
図２において、この発明の実施の形態２に係る方向性結合器２００は、第１の入出力端子１と、第２の入出力端子２と、第３の入出力端子３と、第４の入出力端子４と、第５の伝送線路１５と、第６の伝送線路１６と、第７の伝送線路１７と、第８の伝送線路１８と、第１の負荷インピーダンス９と、第２の負荷インピーダンス１０と、第３の負荷インピーダンス１１と、第４の負荷インピーダンス１２とが設けられている。
【００２９】
ここでは、第５の伝送線路１５の特性インピーダンスをＺｃ５、第６の伝送線路１６の特性インピーダンスをＺｃ６、第７の伝送線路１７の特性インピーダンスをＺｃ７、第８の伝送線路１８の特性インピーダンスをＺｃ８とする。
【００３０】
図２に示す方向性結合器２００は、第１の入出力端子１に第５の伝送線路１５の一端を接続し、第５の伝送線路１５のもう一端である他端に第２の入出力端子２を接続し、第２の入出力端子２に第６の伝送線路１６の一端を接続し、第６の伝送線路１６の他端に第３の入出力端子３を接続し、第３の入出力端子３に第７の伝送線路１７の一端を接続し、第７の伝送線路１７の他端に第４の入出力端子４を接続し、第４の入出力端子４に第８の伝送線路１８の一端を接続し、第８の伝送線路１８の他端に第１の入出力端子１を接続して構成される。
【００３１】
また、第１の入出力端子１に第１の負荷インピーダンス９を接続し、第２の入出力端子２に第２の負荷インピーダンス１０を接続し、第３の入出力端子３に第３の負荷インピーダンス１１を接続し、第４の入出力端子４に第４の負荷インピーダンス１２が接続される。
【００３２】
表２は、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０における第５乃至第８の伝送線路１５、１６、１７、１８の長さを示す一覧表である。表１において、回路構成［９］〜［１２］では、第５乃至第８の伝送線路１５、１６、１７、１８のうち、３つの伝送線路の長さを、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０において１／４波長になるように選択し、残りの１つの伝送線路の長さを、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０において３／４波長になるように選択し、回路構成［１３］〜［１６］では、第５乃至第８の伝送線路１５、１６、１７、１８のうち、１つの伝送線路の長さを、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０において１／４波長になるように選択し、残りの３つの伝送線路の長さを、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０において３／４波長になるように選択する。
【００３３】
【表２】
2008028903.tif 000005
【００３４】
ここでは、第１乃至第４の入出力端子１、２、３、４の何れか１つから所定の周波数帯域の電力を入力した場合に、この電力を入力した第１乃至第４の入出力端子１、２、３、４に隣接する入出力端子から出力される電力の割合を、本実施の形態２による方向性結合器２００の結合度ｋとする。
【００３５】
電力を入力する入出力端子１、２、３、４と、結合度ｋの割合で電力が出力される隣接する入出力端子の関係として、ここでは、第１の入出力端子１から電力を入力した場合は、第２の入出力端子２へ出力される電力の割合を結合度ｋ、第２の入出力端子２から電力を入力した場合は、第１の入出力端子１へ出力される電力の割合を結合度ｋ、第３の入出力端子３から電力を入力した場合は、第４の入出力端子４から出力される電力の割合を結合度ｋ、第４の入出力端子４から電力を入力した場合は、第３の入出力端子３へ出力される電力の割合を結合度ｋとする。
【００３６】
このような場合、図２及び表２に示した各回路構成を方向性結合器として動作させるには、第５乃至第８の伝送線路１５、１６、１７、１８の特性インピーダンスＺｃ５、Ｚｃ６、Ｚｃ７、Ｚｃ８の値を、第１乃至第４の負荷インピーダンス９、１０、１１、１２の値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４と、結合度ｋを用いて、下記の式（２）により与える。
【００３７】
【数２】
2008028903.tif 000006
【００３８】
つぎに、この実施の形態２に係る方向性結合器の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３９】
上記の式（２）にしたがって、第５乃至第８の伝送線路１５、１６、１７、１８の特性インピーダンスＺｃ５、Ｚｃ６、Ｚｃ７、Ｚｃ８の値を求めることで、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０において、方向性結合器として動作する。
【００４０】
すなわち、第１の入出力端子１から電力を入力した場合は、第１の入出力端子１で反射せずに、第２の入出力端子２へ結合度ｋの電力の割合で出力し、残りの電力は第４の入出力端子４に出力され、第３の入出力端子３には電力が出力されずアイソレーションされる。
【００４１】
また、第２の入出力端子２から電力を入力した場合は、第２の入出力端子２で反射せずに、第１の入出力端子１へ結合度ｋの電力の割合で出力し、残りの電力は第３の入出力端子３に出力され、第４の入出力端子４には電力が出力されずアイソレーションされる。
【００４２】
また、第３の入出力端子３から電力を入力した場合は、第３の入出力端子３で反射せずに、第４の入出力端子４へ結合度ｋの電力の割合で出力し、残りの電力は第２の入出力端子２に出力され、第１の入出力端子１には電力が出力されずアイソレーションされる。
【００４３】
また、第４の入出力端子４から電力を入力した場合は、第４の入出力端子４で反射せずに、第３の入出力端子３へ結合度ｋの電力の割合で出力し、残りの電力は第１の入出力端子１に出力され、第２の入出力端子２には電力が出力されずアイソレーションされる。
【００４４】
以上で明らかなように、この実施の形態２では、第１乃至第４の入出力端子１〜４のそれぞれに接続される第１乃至第４の負荷インピーダンス９〜１２を任意の値に選択しても、方向性結合器として動作させることができるという効果を奏する。
【００４５】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る方向性結合器について図３及び図４を参照しながら説明する。図３及び図４は、この発明の実施の形態３に係る方向性結合器の伝送線路に代る構成を示す図である。
【００４６】
具体的には、図３は、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０において１／４波長の長さを有する伝送線路２５を、第１のΤ形回路５１或いは第１のΠ形回路６１により表現したものである。また、図４は、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０において３／４波長の長さを有する伝送線路２６を、第２のΤ形回路５２或いは第２のΠ形回路６２により表現したものである。
【００４７】
図３において、第１のΤ形回路５１は、第１のインダクタンス４１と、第２のインダクタンス４２と、第１のキャパシタンス３１とが設けられている。また、第１のΠ形回路６１は、第２のキャパシタンス３２と、第３のキャパシタンス３３と、第３のインダクタンス４３とが設けられている。
【００４８】
図４において、第２のΤ形回路５２は、第４のキャパシタンス３４と、第５のキャパシタンス３５と、第４のインダクタンス４４とが設けられている。また、第２のΠ形回路６２は、第６のキャパシタンス３６と、第５のインダクタンス４５と、第６のインダクタンス４６とが設けられている。
【００４９】
伝送線路２５は、上記の実施の形態１及び２の中で示した第１乃至第８の伝送線路５、６、７、８、１５、１６、１７、１８のうち、所定の周波数帯域の中心周波数において１／４波長の長さを有するものに対応する。また、伝送線路２６は、上記の実施の形態１及び２の中で示した第１乃至第８の伝送線路５、６、７、８、１５、１６、１７、１８のうち、所定の周波数帯域の中心周波数において３／４波長の長さを有するものに対応する。そのため、ここでは、第１乃至第８の伝送線路５、６、７、８、１５、１６、１７、１８の特性インピーダンスＺｃ１、Ｚｃ２、Ｚｃ３、Ｚｃ４、Ｚｃ５、Ｚｃ６、Ｚｃ７、Ｚｃ８を、まとめてＺｃｉ（ｉ＝１，２，３，４，５，６，８）と記述する。
【００５０】
また、ここでは、所定の第１乃至第６のキャパシタンス３１、３２、３３、３４、３５、３６のキャパシタンスをＣｉ、第１乃至第６のインダクタンス４１、４２、４３、４４、４５、４６のインダクタンスをＬｉとする。キャパシタンスＣｉとインダクタンスＬｉの添字ｉは、上記特性インピーダンスＺｃｉの添字ｉ＝１，２，３，４，５，６，８に対応する。
【００５１】
図３に示す第１のΤ形回路５１は、第１のインダクタンス４１の一端に、第２のインダクタンス４２の一端と、一端を接地した第１のキャパシタンス３１の他端を接続して構成される。
【００５２】
また、図３に示す第１のΠ形回路６１は、一端を接地した第２のキャパシタンス３２の他端に、第３のインダクタンス４３の一端を接続し、第３のインダクタンス４３の他端に、一端を接地した第３のキャパシタンス３３の他端を接続して構成される。
【００５３】
図４に示す第２のΤ形回路５２は、第４のキャパシタンス３４の一端に、第５のキャパシタンス３５の一端と、一端を接地した第５のインダクタンス４４の他端を接続して構成される。
【００５４】
また、図４に示す第２のΠ形回路６２は、一端を接地した第５のインダクタンス４５の他端に、第６のキャパシタンス３６の一端を接続し、第６のキャパシタンス３６の他端に、一端を接地した第６のインダクタンス４６の他端を接続して構成される。
【００５５】
本実施の形態３における方向性結合器は、上記の実施の形態１及び２で示した、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０において１／４波長となる第１乃至第８の伝送線路５、６、７、８、１５、１６、１７、１８の代わりに、第１のΤ形回路５１或いは第１のΠ形回路６１を、また、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０において３／４波長となる第１乃至第８の伝送線路５、６、７、８、１５、１６、１７、１８の代わりに、第２のΤ形回路５２或いは第２のΠ形回路６２を用いて構成する。
【００５６】
そして、さらに第１乃至第６のキャパシタンス３１、３２、３３、３４、３５、３６のキャパシタンスＣｉの値と、第１乃至第６のインダクタンス４１、４２、４３、４４、４５、４６のインダクタンスＬｉの値を、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０と、上記の実施の形態１及び２で示した式（１）及び（２）から与えられる第１乃至第８の伝送線路５、６、７、８、１５、１６、１７、１８の特性インピーダンスＺｉを用いて、下記の式（３）により与える。
【００５７】
【数３】
2008028903.tif 000007
【００５８】
つぎに、この実施の形態３に係る方向性結合器の動作について図面を参照しながら説明する。
【００５９】
上記の式（３）にしたがって、第１乃至第６のキャパシタンス３１、３２、３３、３４、３５、３６のキャパシタンスＣｉと、第１乃至第６のインダクタンス４１、４２、４３、４４、４５、４６のインダクタンスＬｉを求め、上記の実施の形態１及び２で示した第１乃至第８の伝送線路５〜８及び１５〜１８の代わりに、第１乃至第２のΤ形回路５１、５２、第１乃至第２のΠ形回路６１、６２を用いて方向性結合器を構成することで、上記の実施の形態１及び２で示したのと同様に、所定の周波数帯域の中心周波数ｆ０において、方向性結合器として動作する。
【００６０】
以上で明らかなように、この実施の形態３では、第１乃至第４の入出力端子１〜４のそれぞれに接続される第１乃至第４の負荷インピーダンス９〜１２を任意の値に選択しても、方向性結合器として動作させることができるという効果を奏する。また、第１乃至第８の伝送線路５〜８及び１５〜１８の代わりに、第１乃至第２のΤ形回路５１、５２及び第１乃至第２のΠ形回路６１、６２によって方向性結合器を構成するため、特に低周波数での使用において、回路を小形に形成できるという効果を奏する。
【００６１】
なお、上記の実施の形態１の方向性結合器の第１〜第４の伝送線路５〜８の一部に、上記の実施の形態３の方向性結合器の第１のΤ形回路５１、第１のΠ形回路６１、第２のΤ形回路５２、第２のΠ形回路６２のいずれかを用いてもよい。また、上記の実施の形態２の方向性結合器の第５〜第８の伝送線路１５〜１８の一部に、上記の実施の形態３の方向性結合器の第１のΤ形回路５１、第１のΠ形回路６１、第２のΤ形回路５２、第２のΠ形回路６２のいずれかを用いてもよい。つまり、伝送線路、Τ形回路、Π形回路を混用して方向性結合器を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る方向性結合器の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る方向性結合器の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係る方向性結合器の伝送線路に代る構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る方向性結合器の伝送線路に代る構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
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の伝送線路、６  第２の伝送線路、７  第３の伝送線路、８  第４の伝送線路、９  第１の負荷インピーダンス、１０  第２の負荷インピーダンス、１１  第３の負荷インピーダンス、１２  第４の負荷インピーダンス、１５  第５の伝送線路、１６  第６の伝送線路、１７  第７の伝送線路、１８  第８の伝送線路、２５  伝送線路、２６  伝送線路、３１  第１のキャパシタンス、３２  第２のキャパシタンス、３３  第３のキャパシタンス、３４  第４のキャパシタンス、３５  第５のキャパシタンス、３６  第６のキャパシタンス、４１  第１のインダクタンス、４２  第２のインダクタンス、４３  第３のインダクタンス、４４  第４のインダクタンス、４５  第５のインダクタンス、４６  第６のインダクタンス、５１  第１のＴ形回路、５２  第２のＴ形回路、６１  第１のΠ形回路、６２  第２のΠ形回路、１００  方向性結合器、２００  方向性結合器。
【図１】
2008028903.tif 000008
【図２】
2008028903.tif 000009
【図３】
2008028903.tif 000010
【図４】
2008028903.tif 000011