(57)【要約】【課題】所望周波数帯域内での反射特性を平坦とする広帯域な反射特性を有するバラン装置を得る。【解決手段】同軸線路により構成されるオープンスタブとショートスタブを用いて構成し、不平衡線路と平衡線路の変換を行なうマーチャンド・バランと呼ばれるバラン装置において、ショートスタブを形成する第３の同軸線路３における外部導体３ｂの接続部４の付近を狭めた構造を設け、ショートスタブのインピーダンスを段階的に変化させる。【選択図】        図１
2004153622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の中心導体と前記第１の中心導体の外側に設けられた第１の外部導体とを有する第１の同軸線路と、
第２の中心導体と前記第２の中心導体の外側に設けられた第２の外部導体とを有し、前記第２の中心導体の端部の一方が前記第１の同軸線路の前記第１の中心導体に接続され、且つ、前記第２の外部導体が前記第１の外部導体に対して所定間隔を隔てて近接して配置された第２の同軸線路と、
前記第１及び第２の外部導体を第３の中心導体とし、前記第３の中心導体の外側に設けられ、両端で前記第１及び第２の外部導体に短絡接続される第３の外部導体を有するとともに、前記第３の外部導体は上記短絡接続される短絡面と側面とを有して、当該側面は貫通穴を有している第３の同軸線路と、
前記第１の同軸線路と前記第２の同軸線路との接続部において前記第１および第２の外部導体のそれぞれに一端が接続され、他端が前記第３の外部導体の前記貫通穴を通して外部に向かって延設されている平行二線線路と
を備え、
前記第３の同軸線路の前記第３の外部導体の内径の大きさを部分的に異なる値とすることを特徴とするバラン装置。
【請求項２】
第１の中心導体と前記第１の中心導体の外側に設けられた第１の外部導体とを有する第１の同軸線路と、
第２の中心導体と前記第２の中心導体の外側に設けられた第２の外導体とを有し、前記第２の中心導体の端部の一方が前記第１の同軸線路の前記第１の中心導体に接続され、且つ、前記第２の外部導体が前記第１の外部導体に対して所定間隔を隔てて近接して配置された第２の同軸線路と、
前記第１及び第２の外部導体を第３の中心導体とし、前記第３の中心導体の外側に設けられ、両端で前記第１及び第２の外部導体に短絡接続される第３の外部導体を有する第３の同軸線路と、
第４の中心導体と前記第４の中心導体の外側に設けられるとともに前記第１の同軸線路の前記第１の外部導体に接触させて配置された第４の外部導体とを有する第４の同軸線路と、
第５の中心導体と前記第５の中心導体の外側に設けられるとともに前記第２の同軸線路の前記第２の外部導体に接触させて配置された第５の外部導体とを有する第５の同軸線路と
を備え、
前記第４の同軸線路の一方の端部において、前記第４の中心導体を前記第５の同軸線路の前記第５の外部導体に接続し、
前記第５の同軸線路の一方の端部において、前記第５の中心導体を前記第４の同軸線路の前記第４の外部導体に接続し、
前記第４および第５の同軸線路の各々の端部の他方は、前記第３の同軸線路の短絡面に設けられた貫通穴を通して、前記短絡面と電気的に接続しながら、外部に向かって延設され、且つ、前記第３の同軸線路の外側にて外部導体同士が接続するとともに、それぞれの中心導体により平行二線線路を構成し、
前記第３の同軸線路における前記第３の外部導体の内径の大きさを部分的に異なる値とすることを特徴とするバラン装置。
【請求項３】
前記第３の同軸線路の前記第３の外部導体の内径の大きさを複数箇所において部分的に異ならせたことを特徴とする請求項１または２に記載のバラン装置。
【請求項４】
前記第３の同軸線路の前記第３の外部導体の内径の大きさを部分的に異ならせた箇所において、当該第３の外部導体と前記第３の中心導体との間に誘電体を充填したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のバラン装置。
【請求項５】
前記第３の同軸線路の前記第３の外部導体の内径の大きさは、少なくとも、前記第１および第２の同軸線路の接続部付近で部分的に小さくなっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のバラン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はバラン装置に関し、特に、不平衡線路と平衡線路の変換接続に用いるバラン装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバラン装置として、平衡線路と不平衡線路との変換部の間に構成され、１つの線路に対して、直列に接続されるオープンスタブと、並列に接続されるショートスタブとにより構成されるものがあり、これは、発明者の名前をとって、マーチャンド・バランと呼ばれている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平６−６６５６８号公報
【０００４】
簡単に構造について説明する。外部接続用の第１の同軸線路に対して、同軸上に、オープンスタブを形成する第２の同軸線路が設けられている。第１の同軸線路および第２の同軸線路は、それぞれ、軸の長手方向に延びた、棒状の中心導体と径の大きい管状の外部導体とから構成されており、第１の同軸線路の中心導体と第２の同軸線路の中心導体とは接続点において直列に接続されているが、外部導体どうしは、当該接続点において、端部が離間して対向して配置されている。また、第１の同軸線路および第２の同軸線路の外部導体を中心導体として、その外側には、別の外部導体が配置されており、第３の同軸線路を構成している。第３の同軸線路の外部導体の両端は、第１および第２の同軸線路に短絡されることで、ショートスタブを形成している。また、第１および第２の同軸線路の接続点で対向しているそれぞれの外部導体の端部からは平行２線線路が、ショートスタブを形成する第３の同軸線路の外部導体に設けられた穴を貫通して外部に引き出されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
特許文献１に記載された、この従来のバラン装置においては、入力反射特性の改善が図られている。前記改善手法は、第１の同軸線路の外部導体と第２の同軸線路の外部導体の端面が対向する接続部において、接続部に向かって第１及び第２の同軸線路の外部導体の外径が細くなるようにテーパー形状とすることにより、同軸線路外部導体間に発生する寄生容量を低減し入力反射特性を改善している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のバラン装置は、一方が開放されている第２の同軸線路によるオープンスタブと第３の同軸線路によるショートスタブとで構成し、設計中心周波数の波長をλ０とした場合、各々のスタブ長をλ０／４とすることで設計中心周波数においてオープンスタブ長とショートスタブ長との整合をとっていたため、設計中心周波数から離れると反射特性が劣化するという問題点があった。
【０００７】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、所望周波数帯域内での反射特性を平坦とする広帯域な反射特性を有するバラン装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、第１の中心導体と前記第１の中心導体の外側に設けられた第１の外部導体とを有する第１の同軸線路と、第２の中心導体と前記第２の中心導体の外側に設けられた第２の外部導体とを有し、前記第２の中心導体の端部の一方が前記第１の同軸線路の前記第１の中心導体に接続され、且つ、前記第２の外部導体が前記第１の外部導体に対して所定間隔を隔てて近接して配置された第２の同軸線路と、前記第１及び第２の外部導体を第３の中心導体とし、前記第３の中心導体の外側に設けられ、両端で前記第１及び第２の外部導体に短絡接続される第３の外部導体を有するとともに、前記第３の外部導体は上記短絡接続される短絡面と側面とを有して、当該側面は貫通穴を有している第３の同軸線路と、前記第１の同軸線路と前記第２の同軸線路との接続部において前記第１および第２の外部導体のそれぞれに一端が接続され、他端が前記第３の外部導体の前記貫通穴を通して外部に向かって延設されている平行二線線路とを備え、前記第３の同軸線路の前記第３の外部導体の内径の大きさを部分的に異なる値とするバラン装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１の（ａ）はこの発明の実施の形態１を示すバラン装置の構成図であり、図１（ｂ）はその等価回路を示したものである。図１（ａ）に示すように、外部接続用の第１の同軸線路１に対して、同軸上に、オープンスタブを形成する第２の同軸線路２が設けられている。第１の同軸線路１および第２の同軸線路２は、それぞれ、軸方向に延びた、棒状の中心導体１ａ，２ａと、それらの外側に設けられた中心導体１ａ，２ａより径の大きな管状の外部導体１ｂ，２ｂとから構成されており、第１の同軸線路１の中心導体１ａと第２の同軸線路２の中心導体２ａとは接続点４において直列に接続されているが、外部導体１ｂおよび２ｂは、当該接続点４において、一方の端部同士が所定間隔離れて近接して配置され、対向している。なお、第２の同軸線路２の外部導体２ｂの他方の端部は開放されている。また、第１の同軸線路１の中心導体１ａの外径は、第２の同軸線路２の中心導体２ａの外径より小さくなっている。さらに、中心導体１ａおよび２ａは、それぞれ、外部導体１ｂおよび２ｂに対して、同軸、かつ、非接触で設けられている。また、第１の同軸線路１および第２の同軸線路２の外部導体１ｂ，２ｂを中心導体として、その外側には、別の箱状の外部導体が配置されており、第３の同軸線路３を構成している。第３の同軸線路３の外部導体３ｂの両端は、第１および第２の同軸線路１，２の外部導体１ｂ，２ｂに短絡されることで、ショートスタブを形成している。以下、この短絡接続が行われている外部導体３ｂの両端部分を、短絡面と呼ぶこととする。また、第１および第２の同軸線路１，２の接続点４で対向しているそれぞれの外部導体１ｂ，２ｂの端部からは平行２線線路５が、ショートスタブを形成する第３の同軸線路３の外部導体３ｂの側面に設けられた貫通穴２０を通して外部に引き出されている。
【００１０】
なお、本実施の形態においては、図１（ａ）に示すように、ショートスタブを構成する第３の同軸線路３の外部導体３ｂにおいては、第１及び第２の同軸線路１，２の接続部４の付近において、突出部２１および２２を設けて、内径の大きさを部分的に異ならせる（具体的には、径を狭める）ことにより、接続部４付近のショートスタブのインピーダンスが低く構成されている。なお、突出部２１，２２は、図１（ａ）に示すように、第１および第２の同軸線路１，２の外部導体１ｂ，２ｂに接触しておらず、第１の同軸線路１と第２の同軸線路２の周囲が空洞となっている。
【００１１】
また、図１の（ｂ）は図１の（ａ）に示したバラン装置の等価回路を示したもので、左の端子１１は、第１の同軸線路１に接続され、右の端子１２は、平行二線線路５に接続される。Ｚ１（符号１３）は、第２の同軸線路２で成るオープンスタブを等価的に表したインピーダンスであり、第１の同軸線路１に直列に接続される。Ｚ２（符号１４）は、第３の同軸線路３で成るショートスタブを等価的に表したインピーダンスであり、平行二線線路５に並列に接続される。
【００１２】
オープンスタブとショートスタブの特性インピーダンス値と長さとを適当な値とすることで、各周波数における両スタブの相反する電気特性を打ち消しあい、広帯域に渡って良好な入力反射特性を得ることができる。
【００１３】
次に具体的な事例を挙げて説明を行なう。設計中心周波数における波長をλ０とし、第１の同軸線路１の特性インピーダンスをＺ０とする。また、第２の同軸線路２によるオープンスタブの特性インピーダンスをＺ０／５とし、長さをλ０／４とする。また、第３の同軸線路３によるショートスタブの特性インピーダンスを、外部導体径が通常値の部分を３Ｚ０、外部導体径を突出部２１，２２により変化させている部分をＺ０／２とし、また、長さを、それぞれ、λ０／５、λ０／８８とする。図２は本実施の形態１における周波数における反射特性を示したグラフであり、破線６は従来装置の反射特性を示し、実線７が本発明によるバラン装置の反射特性である。この図でも明らかなように、実線７による本発明のバラン装置にあっては、破線６で示す従来装置に比べ広い周波数に渡って平坦な特性を有しており広帯域性が得られていることが確認されている。
【００１４】
本実施の形態では、接続部４付近のショートスタブの外部導体径を狭める構成について説明を行なったが、この場合に限らず、外部導体径を狭める部位及び範囲は所望の特性となるように適用に選べばよいことは言うまでもない。
【００１５】
以上のように、第３の同軸線路３によって構成されるショートスタブのインピーダンスを部分的に変化させることによって反射特性を平坦にしているので、広帯域な反射特性を得ることができる。また、ショートスタブ長をλ０／４以下に短くすることができ、バラン装置を小型化する効果も得られる。
【００１６】
実施の形態２．
図３に実施の形態２におけるバラン装置の構成を示した図であり、図４はバラン装置の変換部８の内部構成を示した側面図であり、図４（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。これらの図を用いて構成について説明する。まず、上述の実施の形態１と同様に、外部装置と接続するために、第１の中心導体１ａと第１の外部導体１ｂとを有する第１の同軸線路１が設置されており、それと同軸上に、第２の中心導体２ａと第２の外部導体２ｂとを有し、第２の中心導体２ａの一方の端は、第１の同軸線路１の第１の中心導体１ａに接続され、第２の中心導体２ａの他方の端は開放されている第２の同軸線路２が配置されている。また、第２の外部導体２ｂの一方の端部は、第１の外部導体１ｂの一方の端部と所定間隔を隔てて近接して配置されている。また、第１及び第２の外部導体１ｂ，２ｂを第３の中心導体とし、第３の中心導体の外側を覆って形成され、両端で第１の外部導体１ｂ及び第２の外部導体２ｂに短絡接続される導体を第３の外部導体とする第３の同軸線路３が配置されている。ここまでの構造は上述の実施の形態１とほぼ同様である。
【００１７】
次に、本実施の形態においては、図３及び図４に示すように、第１の同軸線路１に外部導体の側面同士が接して配置された第４の同軸線路９Ａが設けられている。さらに、第２の同軸線路２に外部導体の側面同士が接して配置された第５の同軸線路９Ｂが設けられている。第４および第５の同軸線路９Ａ，９Ｂは、それぞれ、中心導体９ａａ，９ｂｂと、それの外側を覆う外部導体９ａ，９ｂとから構成されている。
【００１８】
また、図４（ｂ）に示されるように、接続部４付近において、第４の同軸線路９Ａの一方の端部で、第４の中心導体９ａａを第５の同軸線路９Ｂの第５の外部導体９ｂに接続し、第５の同軸線路９Ｂの一方の端部で、第５の中心導体９ｂｂを第４の同軸線路９Ａの第４の外部導体９ａに接続している。
【００１９】
さらに、図３に示すように、第４および第５の同軸線路９Ａ，９Ｂおのおのの他方を第３の同軸線路３の外部導体３ｂの短絡面に設けられた貫通穴を通じて外部に引き出して延在させている。このとき、第４および第５の同軸線路９Ａ，９Ｂおのおのの外部導体９ａ，９ｂと外部導体３ｂの短絡面とは相互に電気的に接続されている。第４および第５の同軸線路９Ａ，９Ｂおのおのの延在された外部導体９ａ，９ｂは、第３の同軸線路３の外側にて相互に接続している。また、同軸線路９Ａ及び９Ｂの中心導体９ａａ，９ｂｂを引き出すことにより、平行二線線路５を構成し、外部装置に接続する構成としている。
【００２０】
また、第３の同軸線路３によりショートスタブを構成する外部導体３ｂにおいては、図４に示すように、第１の同軸線路１と第２の同軸線路２、及び、第４の同軸線路９Ａの外部導体９ａと第５の同軸線路９Ｂの外部導体９ｂとの接続部４の付近において、突出部２３を設けて、内径の大きさを部分的に異ならせる（具体的には、径を狭める）ことにより、接続部４付近のショートスタブのインピーダンスを低く構成している。
【００２１】
このような構成とすることにより、オープンスタブとショートスタブの特性インピーダンス値及び長さを適当な値とすることで、各周波数における両スタブの相反する電気特性を打ち消しあう。このため反射特性が平坦となり、広帯域な反射特性を得ることができる。また、同軸線路９Ａおよび９Ｂの各々の中心導体９ａａ，９ｂｂを、お互いの外部導体９ｂ，９ａに接続することにより、同軸線路９Ａ，９Ｂの特性インピーダンスは、第１の同軸線路１の特性インピーダンスの２倍となる。この２倍の特性インピーダンスを有する第４および第５の同軸線路９Ａ及び９Ｂの信号は逆相の信号となっており、これらの同軸線路９Ａ，９Ｂの中心導体９ａａ，９ｂｂにより平行二線線路５を構成することにより、第１の同軸線路１の特性インピーダンスの４倍の特性インピーダンスを有する平行二線線路５を得ることができる。
【００２２】
以上にように、本実施の形態においては、出力の平行二線線路として第４および第５の同軸線路を２本用いて、第１及び第２の同軸線路に接して配置し、接続部４付近のショートスタブの外導体径を狭める構成とすることにより反射特性を平坦にし、広帯域な動作を可能とするという効果がある。また、第１の同軸線路の特性インピーダンスの４倍の特性インピーダンスを有する平行二線線路を構成するインピーダンス変換を行なう効果も得られる。
【００２３】
実施の形態３．
上述の実施の形態１および２では、第３の同軸線路３の外部導体の内径を部分的に変化させた部位が一つの場合であったが、変化させる部位を複数構成することによりショートスタブの特性インピーダンスを適当に変えることが容易となる。図５に実施の形態３の構成図を示す。図５に示すように、本実施の形態においては、適当な間隔をあけて、突出部２０，２１，２４が設けられている。各突出部の軸方向の長さは、同じである必要でなく、適宜、適切な長さに設定する。なお、他の構成については、実施の形態１と同じであるため、ここでは説明を省略する。ショートスタブの外部導体径を変化させる部位を複数有する構成とすることにより、各周波数における両スタブの相反する電気特性を打ち消しあう。このため反射特性が平坦となり、広帯域な反射特性となる。また、ショートスタブを構成する外導体径による共振を抑圧する。
【００２４】
以上のように、本実施の形態においては、第３の同軸線路の外導体径を部分的に変化させた部位を複数有する構成とすることにより、反射特性を平坦にし、広帯域な動作を可能とするという効果がある。また、ショートスタブを構成する外導体径による共振を抑圧する効果を得ることもできる。なお、本実施の形態は、上記実施の形態１の構成に限らず、実施の形態２の構成にも適用可能である。
【００２５】
実施の形態４．
以上の実施の形態では、接続部４において第１の同軸線路１と第２の同軸線路２の周囲が空洞となっているものについて説明したが、本実施の形態においては、第３の同軸線路３の外部導体径を部分的に変化させた部位の外部導体２２と中心導体を構成している第１および第２の同軸線路１，２の外部導体１ｂ，２ｂとの間に誘電体１０を充填した構成としたものである。他の構成については、上述の実施の形態１と同じであるため、ここでは説明を省略する。図６に実施の形態４の構成図を示す。誘電体１０を充填することでショートスタブの径を狭めた部分の特性インピーダンスをより容易に低くすることが可能となる。また、外部導体と中心導体の位置関係を常に一定に保つことが可能であり、振動や衝撃等による位置ずれ、破損、電気的な短絡を回避することが可能となる。
【００２６】
以上のように、本実施の形態においては、第３の同軸線路の外導体径を部分的に変化させた部位の外導体と中心導体との間に誘電体１０を充填した構成とすることにより、容易に低い特性インピーダンスを得ることが可能となり。反射特性を平坦にし、広帯域な動作を可能とするという効果がある。また、外導体と中心導体の位置関係を常に一定に保つことが可能であり、振動や衝撃等による位置ずれ、破損、電気的な短絡を回避する効果が得られる。なお、本実施の形態は、実施の形態１の構成に限らず、実施の形態２および３の構成にも適用可能である。
【００２７】
【発明の効果】
この発明は、第１の中心導体と前記第１の中心導体の外側に設けられた第１の外部導体とを有する第１の同軸線路と、第２の中心導体と前記第２の中心導体の外側に設けられた第２の外部導体とを有し、前記第２の中心導体の端部の一方が前記第１の同軸線路の前記第１の中心導体に接続され、且つ、前記第２の外部導体が前記第１の外部導体に対して所定間隔を隔てて近接して配置された第２の同軸線路と、前記第１及び第２の外部導体を第３の中心導体とし、前記第３の中心導体の外側に設けられ、両端で前記第１及び第２の外部導体に短絡接続される第３の外部導体を有するとともに、前記第３の外部導体は上記短絡接続される短絡面と側面とを有して、当該側面は貫通穴を有している第３の同軸線路と、前記第１の同軸線路と前記第２の同軸線路との接続部において前記第１および第２の外部導体のそれぞれに一端が接続され、他端が前記第３の外部導体の前記貫通穴を通して外部に向かって延設されている平行二線線路とを備え、前記第３の同軸線路の前記第３の外部導体の内径の大きさを部分的に異なる値とするバラン装置であるため、例えば、第１および第２の同軸線路の接続部付近のショートスタブの外部導体の内径を狭める構成とすることにより、反射特性を平坦にし、広帯域な動作を可能とするという効果がある。また、ショートスタブ長を短縮し、バラン装置を小型化する効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はこの発明の実施の形態１によるバラン装置の構成を示す横断面図であり、（ｂ）は（ａ）の等価回路図である。
【図２】本発明の反射特性を表すグラフ図である。
【図３】本発明の実施の形態２によるバラン装置の構成を示した側面図である。
【図４】（ａ）は実施の形態２によるバラン装置の変換部の横断面図であり、（ｂ）は実施の形態２によるバラン装置の変換部の縦断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるバラン装置の構成を示した横断面図である。
【図６】この発明の実施の形態４によるバラン装置の構成を示した縦断面図である。
【符号の説明】
１  第１の同軸線路、１ａ  第１の中心導体、１ｂ  第１の外部導体、２  第２の同軸線路（オープンスタブ）、２ａ  第２の中心導体、２ｂ  第２の外部導体、３  第３の同軸線路（ショートスタブ）、３ｂ  第３の外部導体、４  接続部、５  平行二線線路、６  従来のバラン装置の反射特性、７  本発明によるバラン装置の反射特性、８  バラン装置の変換部、９Ａ  第４の同軸線路、９ａ  第４の外部導体、９ａａ  第４の中心導体、９Ｂ  第５の同軸線路、９ｂ  第５の外部導体、９ｂｂ  第５の中心導体、１０  誘電体、２０，２１，２２，２３，２４  突出部。
【図１】
2004153622.tif 000003
【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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