(57)【要約】【課題】インピーダンス整合のとれた帯域を平坦にかつ広くし、透過に伴う損失を小さくする回路を提供し、伝送線路間に特別な装置を付加することなく、所望の伝送線路間のアイソレーションを向上させ、さらに設計性に優れたマイクロ波回路の合成／分配を行う分岐合成回路を提供する。【解決手段】第１の共振器に接続された第１の伝送線路、第１の共振器と電磁界結合をするように配置された第２の共振器、第２の共振器に接続された第２および第３の伝送線路を具え、第１の伝送線路から他の伝送線路への分波、および／または第２および第３の伝送線路から第１の伝送線路への合波を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
請求項１記載の分岐回路において、共振器の段数を２段にしたことを特徴とする分岐回路およびそれを応用した高周波回路モジュール装置。
【請求項２】
第１の共振器に接続された第１の伝送線路、
第１の共振器と電磁界結合をするように配置された複数段の共振器、
複数段の共振器の最終段に接続された複数の伝送線路を具え、
第１の伝送線路から他の伝送線路への分波、および／または複数の伝送線路から第１の伝送線路への合波を行う分岐回路およびそれを応用した高周波回路モジュール装置。
【請求項３】
第１の共振器に接続された第１の伝送線路、
第１の共振器と電磁界結合をするように配置された複数段の共振器、
複数段の共振器にそれぞれ接続された複数の伝送線路を具え、
第１の伝送線路から他の伝送線路への分波、および／または複数の伝送線路から第１の伝送線路への合波を行う分岐回路およびそれを応用した高周波回路モジュール装置。
【請求項４】
請求項１〜３記載の分岐回路において、使用する共振器の共振周波数をほぼ等しくしたことを特徴とする分岐回路およびそれを応用した高周波回路モジュール装置。
【請求項５】
第一の共振器に接続された第１の伝送線路、
前記共振器の所望の位置には複数の伝送線路がほぼ等しい共振周波数および段数を有する共振回路装置を介して接続することによって。
第１の伝送線路から他の伝送線路への分波、および／または複数の伝送線路から第１の伝送線路への合波を行うことを特徴とする分岐回路およびそれを応用した高周波回路モジュール装置。
【請求項６】
請求項１〜５記載の分岐回路装置において、少なくともひとつの伝送線路と共振器の間にはひとつもしくはそれ以上の４分の１もしくは２分の１波長線路を並列もしくは直列に組み合わせた回路が接続されていることを特徴とする分岐回路装置およびそれを応用した高周波回路モジュール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波管やマイクロストリップをはじめとするマイクロ波回路の分岐、合成回路に係るもので、特にミリ波帯での電磁波の分岐あるいは合成を行うために利用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平５−１６７３１５号公報
【特許文献２】特開平１０−１７３４１２号公報
【０００３】
従来マイクロ波帯で用いられている分岐回路の構成例を図１８に示す。この構成例では、矩形導波管による分岐回路において、分岐側導波管と主導波管と結合する部分の主導波管と反対側の壁面に突起物を設け、さらにインピーダンス整合を得るためにピンを管中に挿入している。この構成は構造が複雑になるために量産には向かず、また帯域が狭いために調整ピンが必要となるといった欠点を有している。
【０００４】
こういった問題を解決する方法としては、例えば共振モードを利用して使用帯域でのみ所望の特性を得る方法が報告されている。例えば、電力の合成／分配に用いられる回路としては方向性結合器が知られており、図１９はその一例である。また、図２０は広帯域化を目的として入出力ポートの先端に複数の共振器を配置し、それぞれの共振器に伝送線路を付加することによって電力の合成／分配を行う例を示したものである。
【０００５】
しかし、この方法では、入出力間のアオソレーションがとれないため、モードサプレッサを必要としていた。例えば、図２０（Ｃ）の例ではストリップ３（ａ）からの入射波は共振器４ｂが帯域阻止として機能するため、広帯域克平坦な特性の設計が難しいといった問題があった。これは図２０（Ｂ）の例でも同様である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、インピーダンス整合のとれた帯域を平坦にかつ広くし、透過に伴う損失を小さくする回路を提供するものである。また、伝送線路間に特別な装置を付加することなく、所望の伝送線路間のアイソレーションを向上させ、さらに設計性に優れたマイクロ波回路の合成／分配を行う分岐合成回路を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、伝送線路間に複数の共振器を配置することによって、上記の課題を解決するものである。
【０００８】
すなわち、第１の共振器に接続された第１の伝送線路、第１の共振器と電磁界結合をするように配置された第２の共振器、第２の共振器に接続された第２および第３の伝送線路を具え、第１の伝送線路から他の伝送線路への分波、および／または第２および第３の伝送線路から第１の伝送線路への合波を行うことに特徴を有する。共振器の段数を増やしたり、伝送線路を増やすこともできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明による分岐回路の構成要素は以下のとおりである。
▲１▼主伝送線路
▲２▼複数の分岐した伝送線路
▲３▼主伝送線路と分岐した伝送線路間に配置された複数の共振器
【００１０】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１は、本発明の実施例を示す斜視図である。この例では、入出力導波管１ａに共振器３ａが接続され、この共振器３ａの先にはさらにもう一つの共振器３ｂが接続されて２段の帯域通過フィルタとして機能する。この共振器３ｂには２つの入出力導波管２ａ、２ｂが接続されている。
【００１１】
このように入出力線路と共振器を配置することによって、導波管１ａからの入力は導波管２ａ、２ｂへと等しく分配され、また導波管２ａ、２ｂからの入力は導波管１ａへと合成されて出力されることになる。このように複数の共振器を配置することによって、広帯域化が実現できる。このモデルを等価回路で表現したものを図２に示す。
【００１２】
複数の共振器による広帯域化の例としては図２０に示した例があるが、そのような配置をした場合には広帯域化が設計上困難であった。図２０の従来の構成例の等価回路を図２１に示す。この例では、ポート１、２からの入力をポート３へと合波、もしくはポート１、２へと分波するように選んでいる。この場合ポート２からの入力は入力ポート１に設けられたモードサプレッサにより広帯域のフィルタとして機能するものの、ポート１からの入力はポート２側に設けられた共振器のために、帯域阻止フィルタとして動作する。
【００１３】
本発明による回路構成は、モード選択性を持った回路等を必要とせずに広帯域化が実現できる。また、回路設計も容易である。本発明の回路構成の第２のメリットとしてアイソレーション特性が向上することがある。電力の合分波を行う際の重要なファクタにはこのアイソレーション特性があり、このアイソレーションの劣化は、例えばこの回路を分波器として使用した場合、出力側の機器を痛めるといった問題を生じる。
【００１４】
図２０に示した従来の個性ではアイソレーション劣化を防ぐことは理論上不可能なため、モードサプレッサによる反射を利用していた。また、ウィルキンソン型の電力分配器においては抵抗によって不要波を吸収していた。しかし、本発明では共振器３ａが帯域阻止フィルタとして機能するため、１段の共振器を配置した場合に比較してアイソレーションが大きく向上する。図１の例のアイソレーション特性を図３に示す。−１０ｄＢ程度のアイソレーションが得られている。１段の共振器の場合には理想的には−６ｄＢとなるが、本発明では理論上も高いアイソレーションが得られる。以下、その点について説明を加える。
【００１５】
図１の構成を等価回路表現したものが図２であるが、これを等価回路論の観点からさらに簡約化したものが図４である。この等価回路は一般に帯域阻止フィルタの等価回路であり、端子２からの入力は共振器部分の共振周波数で反射されることになる。そのために高いアイソレーションが得られる。
【００１６】
本発明の第３のメリットとしては高い再現性が得られることが挙げられる。従来の、例えば導波管Ｔ分岐などでは、分岐以降の回路との接続部、および接続回路自体のばらつきが不要モードによる反射を生じさせるため、ポートからの入射電力の一部が反射してしまうという問題があった。そういった問題を解決するために調整機構を設けた構造が提案されている。しかし、本発明による場合、分岐以降の回路のばらつき等が影響するのは端段の共振器のみであり、分岐回路の特性を決めるのは多段に接続された帯域阻止フィルタであることからその影響は大幅に低減される。例えば、図５は共振器の端段のみに調整機構を設けた例を示す。分岐部自体で所望のフィルタ特性が確認できれば、接続回路以降の電磁界の乱れ等による特性劣化はこのような調整機構を設けることによって補正することができる。
【００１７】
図６は本発明の他の実施例を示す。入出力導波管５１に共振器が接続されている。共振器の先には分配される第２、第３の導波管５２ａ、５２ｂが共振器を介して接続されており、２段の通過帯域を有する分岐回路として機能する。電気的特性は図７に示すように、導波管５１ａからの入力が導波管５２ａ、５２ｂへと広帯域にわたって極めて平坦にかつ等しく分配される。また、逆に導波管５２ａ、５２ｂからの入力は導波管５１ａへと合成されて出力されることになる。
【００１８】
これは図２０に示した従来の回路のようにポート２、ポート３が非対称構造となる場合、帯域阻止として機能する共振器が存在するためにフラットな分配特性が得られないのに対し、本発明による場合には帯域阻止として機能する回路が存在せず、良好な広帯域分配特性を得ることができる（図８）。このことを説明したのが図７である。すなわち、対称回路とすることによって共振回路全体で一つのモードを形成するため、その分配も等しく、またフラットとなる。共振モードとして軸対称性を持つＴＥ０ｍｎやＴＭ１んｍモードを選べば、導波管回路ではその方向性の理由により実現が困難であったスター結線が可能となる。
【００１９】
本発明の他の実施例を図９に示す。図９は伝送線路にストリップ導体を選んだ場合の分波器に本発明を適用した例である。電力の分配を行うポート１の伝送線路は１／４波長終端短絡並列スタブと１／４波長変成器を介して共振器に接続されている。また、共振器は２段の直列接続によりフィリタとなるように設計されている。その共振器の先には分配側のポート２、ポート３の伝送線路へと接続されている。
【００２０】
これらの変成器およびスタブのインピーダンスを適当な値に選ぶことによって、中心周波数における販社特性は劣化するものの、広い帯域にわたって整合のとれた分岐回路特性を得ることができる。また、このような回路構成により、複数段の共振器を使うよりも小型化できる。その理由は異化のとおりである。
【００２１】
まず、説明のために図１１を示す。図１０（ａ）はポート１からみた入力インピーダンスの周波数軌跡をスミスチャート上にプロットしたものである。図１０（ｂ）は伝送特性Ｓ２１と規格化周波数の関係を示したものである。図１１（ｂ）は入力インピーダンスと等しいインピーダンスを有するλ／４線路を付加した場合の等価回路であり、図１２は同様の特性例である。このとき図１２（ａ）において中心周波数の移相量は１８０°となるため図１０（ａ）上のＡ点は図１２上でも移動しない。しかし、Ｂ点、Ｃ点については、位相進み、遅れが生じるため１８０°から若干ずれた箇所に移動し、その位相変化はチャート上でループを描くこととなる。なお、図１２（ｂ）については図１０（ｂ）と同様である。そこで、このインピーダンスを５０Ωから円の中心に向って若干ずらせば、中心周波数でマッチング硬化は若干劣化するものの異なる複数の周波数で整合点に近付くため、広帯域化が実現できる。この操作は図１１の等価回路で変成器部分のインピーダンス値を終端インピーダンスから若干ずらすことによればよい。
【００２２】
なお、アイソレーション向上のために、合成分配を行う側に取り付けたλ／４線路とそれ以外の端子にインピーダンスが異なるλ／４線路を用いてもよい。
【００２３】
本発明は上記の例に限られるものではない。図１３は３つの共振器を用いて３つの出力を１つのポートに合成し、あるいは１つのポートの入力を３つの線路に分配するものである。図１４は１／４波長線路を付加したもので、さらに広帯域化が可能となる。また、図１５のようにフィンラインまたは立体平面回路に応用したり、図１６のようにスロット線路に応用することもできる。さらに、図１７のようにマイクロストリップ線路に応用したり、コプレーナ線路やトリプレート線路にも応用できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、接続回路部分のモードの干渉が生じないため、従来不可能であった特性を得られる構造が可能となる。特に、導波管やスロット線路等の回路において有効である。また、回路設計においても従来のフィルタの設計法を応用することができ、僅かな変更に対して容易に対応できる。さらに、λ／４線路等の回路や多段接続といった回路構成により、インピーダンス整合が広い帯域にわたって実現できるので、この部分の特性劣化を最小限に抑えることができる。
【００２５】
また、回路自体でアイソレーションを確保することが可能となるため、デュプレクサやアレイアンテナといったインピーダンスが異なる分岐回路が必要となる部分に対しても有効である。出力回路側を広帯域化した等分配設計を行うことにより、例えば導波管では方向性により従来設計が困難であったスター結線を実現できる。
【００２６】
さらに、感度を低く抑えることができることから、温度変化等の変化に対しても鈍感で、信頼性の高い高周波モジュールが実現できる。この回路を用いて、たとえば移動体通信機器やミリ波レーダ装置等を構成することにより、信頼性が高く、生産性の良好な装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す斜視図
【図２】その等価回路図
【図３】そのアイソレーション特性の説明図
【図４】図２を簡略化した等価回路図
【図５】調整機構を示す斜視図
【図６】本発明の他の実施例を示す斜視図
【図７】その特性の説明図
【図８】その特性の説明図
【図９】本発明の他の実施例を示す斜視図
【図１０】その特性の説明図
【図１１】その等価回路図
【図１２】その特性の説明図
【図１３】本発明の他の実施例を示す説明図
【図１４】本発明の他の実施例を示す説明図
【図１５】本発明の他の実施例を示す斜視図
【図１６】本発明の他の実施例を示す斜視図
【図１７】本発明の他の実施例を示す斜視図
【図１８】従来の分岐回路の例を示す斜視図
【図１９】従来の分岐回路の例を示す斜視図
【図２０】従来の分岐回路の例を示す平面図
【図２１】従来の分岐回路の等価回路図
【符号の説明】
１ａ、２ａ、２ｂ：導波管
３ａ、３ｂ：共振器
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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