(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の第１の表面上に形成される同一平面をなす第１のブランチ及び第２のブランチを有する出力ストリップラインと、
前記基板の前記第１の表面上に形成される入力ストリップラインと、
前記基板の第２の表面上の接地面内に形成される１つ又は複数のスロットラインであって、該１つ又は複数のスロットラインは前記入力ストリップラインと、前記第１の出力ストリップラインブランチ及び前記第２の出力ストリップラインブランチとの間に伝送経路を形成する、１つ又は複数のスロットラインと、
前記接地面上に形成される三角形メタライゼーションであって、前記第１のブランチの少なくとも一部は前記メタライゼーションの第１のエッジと一致するように位置決めされ、前記第２のブランチの少なくとも一部は前記メタライゼーションの第２のエッジと一致するように位置決めされる、三角形メタライゼーションと
を備えてなる、バラン回路。
【請求項２】
前記出力ストリップラインの前記第１のブランチ及び前記第２のブランチは、２００オームの特性インピーダンスと、１：４のインピーダンス変換比とを与えるように構成される、請求項１に記載のバラン回路。
【請求項３】
前記バラン回路は、１１ＧＨｚより高い周波数、または５ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの任意の周波数において動作するように構成される、請求項２に記載のバラン回路。
【請求項４】
前記出力ストリップラインの前記第１のブランチ及び前記第２のブランチは、それぞれ均一な幅からなり、
前記出力ストリップラインの前記第２のブランチは、前記第１のブランチと対称に配置され、
前記出力ストリップラインの前記第１のブランチ及び前記第２のブランチ、並びに前記入力ストリップラインはそれぞれ、開放端不連続部を有する終端点を含む、請求項１に記載のバラン回路。
【請求項５】
前記１つ又は複数のスロットラインは互いに平行に前記接地面内に形成される２つのスロットラインを含み、該２つのスロットラインのうちの第１のスロットラインは、前記入力ストリップラインと、前記出力ストリップラインの前記第１のブランチとの間の伝送経路を形成し、該２つのスロットラインのうちの第２のスロットラインは、前記入力ストリップラインと、前記出力ストリップラインの前記第２のブランチとの間の伝送経路を形成するものであり、
前記２つの平行なスロットライン間の距離は、５０マイクロメートル〜１００マイクロメートルであり、
前記第１のスロットライン及び前記第２のスロットラインのそれぞれの各端部は、開放端不連続部を有するラジアルスタブである終端点を含み、
前記出力ストリップラインの前記第１のブランチ、前記出力ストリップラインの前記第２のブランチ及び前記入力ストリップラインはそれぞれ、開放端不連続部を有する終端点を含み、
前記入力ストリップライン、前記第１のスロットライン及び前記第２のスロットライン、並びに前記出力ストリップラインの前記第１のブランチ及び前記第２のブランチの前記終端点にある前記開放端不連続部は、互いに寸法が異なる、請求項１に記載のバラン回路。
【請求項６】
基板と、
前記基板の第１の表面上に形成される第１の出力ストリップラインと、
前記基板の前記第１の表面上に形成される第２の出力ストリップラインと、
前記基板の前記第１の表面上に形成される入力ストリップラインと、
前記第１の表面の反対側にある前記基板の第２の表面上に形成されるスロットラインであって、該スロットラインは第１の端部及び第２の端部を有し、各端部はスタブを含み、前記第１の端部は前記第１の出力ストリップラインと重なり、前記第２の端部は前記第２の出力ストリップラインと重なり、前記入力ストリップラインは前記第１の端部と前記第２の端部との間の途中で前記スロットラインと重なり、それにより、前記マイクロストリップ入力ライン及び前記マイクロストリップ出力ラインそれぞれとマイクロストリップ／スロットライン交差接合移行部を形成する、スロットラインと
を備えてなり、
前記入力ストリップライン、前記第１の出力ストリップライン及び前記第２の出力ストリップラインのうちの少なくとも１つは、前記基板の１つの側からそれぞれのマイクロストリップ／スロットライン交差接合移行部まで直線に沿って延在し、
前記第１の出力ストリップライン及び前記第２の出力ストリップラインは互いに実質的に回転対称であり、
前記第１の出力ストリップライン、前記第２の出力ストリップライン、前記入力ストリップライン、及び前記スロットラインの各端部はそれぞれラジアルスタブである終端点を含み、前記スロットラインは、前記第１の端部及び前記第１の出力ストリップラインそれぞれの前記ラジアルスタブである終端点のそれぞれの付け根において前記第１の出力ストリップラインと重なり、前記スロットラインは、前記第２の端部及び前記第２の出力ストリップラインそれぞれの前記ラジアルスタブである終端点のそれぞれの付け根において前記第２の出力ストリップラインと重なる、バラン回路。
【請求項７】
前記バラン回路は、１１ＧＨｚより高い周波数、または５ＧＨｚ〜４５ＧＨｚの周波数範囲において動作するように構成される、請求項６に記載のバラン回路。
【請求項８】
前記第１の出力ストリップライン及び前記第２の出力ストリップラインはそれぞれ直線であり、前記入力ストリップラインは約９０度の角度に曲げられ、前記第１の出力ストリップライン及び前記第２の出力ストリップラインはそれぞれ、前記スロットラインから離れていく方向において徐々に広くなる不均一な幅からなり、前記入力ストリップラインは均一な幅からなるものであるか、
前記第１の出力ストリップライン及び前記第２の出力ストリップラインはそれぞれ約９０度の角度に曲げられ、前記入力ストリップラインは直線であるものであるか、または、  前記第１の出力ストリップラインは前記スロットラインと前記基板の第１の端部との間に延在し、前記第２の出力ストリップラインは前記スロットラインと前記第１の端部と反対側の前記基板の第２の端部との間に延在し、前記入力ストリップラインは前記スロットラインと、前記第１の端部と前記第２の端部との間にある前記基板の第３の端部との間に延在するものである、請求項６に記載のバラン回路。
【請求項９】
請求項６に記載の第１のバラン回路と、
同じく請求項６に記載の第２のバラン回路と、
前記第１のバラン回路及び前記第２のバラン回路にそれぞれ結合され、前記第１のバラン回路及び前記第２のバラン回路それぞれの出力周波数を混合するように動作するスイッチと
を備えてなる、ダブルバランスドミキサ回路。
【請求項１０】
前記ダブルバランスドミキサ回路は単一の基板上に形成され、前記第１のバラン回路及び前記第２のバラン回路は互いに回転対称である、請求項９に記載のダブルバランスドミキサ回路。
【請求項１１】
入力ストリップラインと、
同一平面をなす第１の出力ストリップライン及び第２の出力ストリップラインと、
前記入力ストリップライン並びに前記同一平面をなす第１の出力ストリップライン及び第２の出力ストリップラインを接続する１つ又は複数の同一平面をなすスロットラインと
を備えてなり、
前記第１の出力ストリップラインの第１のブランチと前記第２の出力ストリップラインの第２のブランチとの間の距離は、互いに、１：１より大きいインピーダンス変換比を与えるように構成される、基板上に形成されるバラン回路。
【請求項１２】
前記バラン回路は、２００オームの特性インピーダンスと、１：４のインピーダンス変換比とを与えるように構成されるか、または１５０オームの特性インピーダンスを与えるように構成される、請求項１１に記載のバラン回路。
【請求項１３】
前記バラン回路は、１１ＧＨｚより大きい周波数、または５ＧＨｚ〜４５ＧＨｚの任意の周波数において動作するように構成される、請求項１１に記載のバラン回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、バラン回路に関し、平面マイクロ波伝送構造におけるそのような回路の帯域幅改善に関する。そのような改善は、例えば、マイクロストリップ−スロットライン移行媒体において実現することができる。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１４年４月７日に出願された米国仮特許出願第６１／９７６，１９９号の出願日の利益を主張するものであり、この仮特許出願は、その開示内容を引用することにより、本明細書の一部をなすものとする。
【背景技術】
【０００３】
バラン回路は通常、平衡回路（例えば、アンテナ）を不平衡回路に接続するために使用することができる３ポート受動デバイスの形をとる。例えば、バラン回路は、１つの不平衡伝送線路と２つの平衡伝送線路との間の接続を与えることができる。そのような例では、バラン回路は、平衡伝送線路が、大きさは等しいが、１８０度の位相差を有する信号を出力するように設計することができる。
【０００４】
マイクロ波信号を伝送するための１つのタイプのバラン回路は、マイクロストリップ／スロットライン移行部を使用する。この移行部は一般に、スロットラインを介して互いに結合される単一入力ストリップライン及び単一出力ストリップラインを含む。従来のマイクロストリップ／スロットライン移行バラン回路は、帯域幅及び周波数に関する制約を受ける。したがって、超広帯域マイクロストリップ／スロットライン移行バラン回路が必要とされている。そのような回路は、１１ＧＨｚより大きい周波数、４５ＧＨｚより大きい周波数、又は１１０ＧＨｚを超える周波数、更には２００ＧＨｚの周波数において動作することが望ましい。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の１つの態様は、基板と、基板の第１の表面上に形成される同一平面をなす第１のブランチ及び第２のブランチを有する出力ストリップラインと、基板の第１の表面上に形成される入力ストリップラインと、基板の第２の表面上の接地面内に形成される１つ又は複数のスロットラインとを備えるバラン回路を提供する。１つ又は複数のスロットラインは、入力ストリップラインと、第１の出力ストリップラインブランチ及び第２の出力ストリップラインブランチとの間に伝送経路を形成することができる。バラン回路は、接地面上に形成される三角形メタライゼーションを更に備えることができ、第１のブランチの少なくとも一部はメタライゼーションの第１のエッジと一致するように位置決めされ、第２のブランチの少なくとも一部はメタライゼーションの第２のエッジと一致するように位置決めされる。
【０００６】
幾つかの例では、出力ストリップラインの第１のブランチ及び第２のブランチはそれぞれ均一な幅からなることができる。出力ストリップラインの第２のブランチは、第１のブランチと対称に配置することができる。また、出力ストリップラインの第１のブランチ及び第２のブランチ、並びに入力ストリップラインはそれぞれ、開放端不連続部を有する終端点を含むこともできる。
【０００７】
幾つかの例では、バラン回路は、互いに平行な２つのスロットラインを含むことができ、第１のスロットラインは、入力ストリップラインと、出力ストリップラインの第１のブランチとの間の伝送経路を形成し、第２のスロットラインは、入力ストリップラインと、出力ストリップラインの第２のブランチとの間の経路を形成する。２つの平行なスロットライン間の距離は、約５０マイクロメートル〜約１００マイクロメートルとすることができる。スロットラインそれぞれの各端部は、開放端不連続部（例えば、ラジアルスタブ）を有する終端点を含むことができる。出力ストリップラインの第１のブランチ、出力ストリップラインの第２のブランチ及び入力ストリップラインはそれぞれ、開放端不連続部を有するそのような終端点を含むことができる。さらに、入力ストリップライン、第１のスロットライン及び第２のスロットライン、並びに出力ストリップラインの第１のブランチ及び第２のブランチの終端点は、互いに異なる寸法からなることができる。
【０００８】
本発明の別の態様は、基板と、基板の第１の表面上に形成される第１の出力ストリップラインと、基板の第１の表面上に形成される第２の出力ストリップラインと、基板の第１の表面上に形成される入力ストリップラインと、第１の表面の反対側にある基板の第２の表面上に形成されるスロットラインとを備えるバラン回路に関する。スロットラインは、第１の出力ストリップラインと重なる第１の端部と、第２の出力ストリップラインと重なる第２の端部とを有し、入力ストリップラインは、第１の端部と第２の端部との間の途中においてスロットラインと重なることができる。この点において、スロットラインは、マイクロストリップ入力ライン及びマイクロストリップ出力ラインのそれぞれとマイクロストリップ／スロットライン交差接合移行部を形成することができる。入力ストリップライン、第１の出力ストリップライン及び第２の出力ストリップラインのうちの少なくとも１つは、基板の１つの側から、それぞれのマイクロストリップ／スロットライン交差接合移行部まで直線に沿って延在することができる。さらに、第１の出力ストリップライン及び第２の出力ストリップラインは、互いに実質的に回転対称とすることができる。
【０００９】
スロットラインは、第１の端部及び第１の出力ストリップラインのそれぞれの終端点のそれぞれの付け根において第１の出力ストリップラインと重なるように構成することができる。また、スロットラインは、第２の端部及び第２の出力ストリップラインのそれぞれの終端点のそれぞれの付け根において第２の出力ストリップラインと重なるように構成することもできる。第１の出力ストリップライン及び第２の出力ストリップラインはそれぞれ、スロットラインから離れる方向において徐々に広がる不均一な幅からなることができ、入力ストリップラインは均一な幅からなることができる。
【００１０】
第１の出力ストリップライン及び第２の出力ストリップラインはそれぞれ約９０度の角度に曲げることができ、入力ストリップラインは直線とすることができる。代替的には、第１の出力ストリップライン及び第２の出力ストリップラインはそれぞれ直線とすることができ、入力ストリップラインは約９０度の角度に曲げることができる。
【００１１】
幾つかの例では、第１の出力ストリップラインは、スロットラインと基板の第１の端部との間に延在することができ、第２の出力ストリップラインは、スロットラインと、第１の端部の反対側にある基板の第２の端部との間に延在することができ、入力ストリップラインは、スロットラインと、第１の端部と第２の端部との間にある基板の第３の端部との間に延在することができる。
【００１２】
また、幾つかの例では、第１の出力ストリップライン及び第２の出力ストリップラインは、約７０オームの特性インピーダンスと、約１４０オームの差動インピーダンスとを与えるように構成することができる。
【００１３】
本発明の更なる態様は、上記のバラン回路のうちの２つと、バラン回路のそれぞれに結合され、第１のバラン回路及び第２のバラン回路のそれぞれの出力周波数を混合するように動作するスイッチ（例えば、クロスオーバクワッドダイオードリングを有する）とを備えるダブルバランスドミキサ回路に関する。ミキサ回路は、単一の基板上に形成することができ、バラン回路のそれぞれの入力ラインはいずれも直線とすることができ、基板の第１の端部と、反対側にある第２の端部との間に延在する。幾つかの例では、バラン回路は、互いに回転対称とすることができる。
【００１４】
本発明の更に別の態様は、入力ストリップラインと、同一平面をなす第１の出力ストリップライン及び第２の出力ストリップラインと、入力ストリップライン並びに同一平面をなす第１の出力ストリップライン及び第２の出力ストリップラインを接続する１つ又は複数の同一平面をなすスロットライン（すなわち、スロットラインは互いに同一平面をなす）とを有する、基板上に形成されるバラン回路を提供する。第１の出力ストリップライン及び第２の出力ストリップラインは、１：１より高いインピーダンス変換比（例えば、約２００オームの特性インピーダンス及び約１：４のインピーダンス変換比）を与えるように構成することができる。それに加えて、又はその代わりに、バラン回路は、約１５０オームの特性インピーダンスを与えるように構成することができる。幾つかの例では、バラン回路は、１１ＧＨｚより高い周波数において、及び／又は約５ＧＨｚ〜約３０ＧＨｚ、約５ＧＨｚ〜約４５ＧＨｚ、約５ＧＨｚ〜約１１０ＧＨｚ、若しくは約５ＧＨｚ〜約２００ＧＨｚの任意の周波数において動作するように構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明の一態様による、バラン回路の平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのバラン回路に対応する等価回路図である。
【図２Ａ】図１Ａのバラン回路の損失特性を表すグラフである。
【図２Ｂ】図１Ａのバラン回路の位相インバランス特性を表すグラフである。
【図３Ａ】本発明の一態様による、別のバラン回路の平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａのバラン回路に対応する等価回路図である。
【図４Ａ】図３Ａのバラン回路の損失特性を表すグラフである。
【図４Ｂ】図３Ａのバラン回路の位相インバランス特性を表すグラフである。
【図５】本発明の一態様による、更に別のバラン回路の平面図である。
【図６Ａ】図５のバラン回路の損失特性を表すグラフである。
【図６Ｂ】図５のバラン回路の位相インバランス特性を表すグラフである。
【図７Ａ】本発明の一態様による、ダブルバランスドミキサ回路の平面図である。
【図７Ｂ】図７Ａのダブルバランスドミキサ回路の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１Ａは、本発明による、第１の例示的なバラン回路１００を示す。バラン回路１００は基板１０１上に形成される。図１の例では、基板は誘電体材料（例えば、ロジャース基板、積層板、低温同時焼成セラミック、サファイア等）から形成される。また、図１の例では、基板は概ね正方形である。しかしながら、他の例では、基板は異なる形状にすることができる（例えば、長方形、円形等）。
【００１７】
バラン回路１００は、入力ストリップライン１１０と、２つの同一平面をなす出力ストリップライン１２０及び１３０（例えば、ストリップライン）と、一対のスロットライン１４０及び１５０とを含む。ストリップラインはそれぞれ基板１０１の第１の表面上に形成され、スロットライン１４０及び１５０（図１Ａにおいて破線で示される）はそれぞれ基板１０１の第２の表面上の接地面内に形成される。第１のスロットライン１４０は、誘電体基板を通して、入力ストリップライン１１０を出力ストリップラインのうちの第１の出力ストリップライン１２０に接続し、第２のスロットライン１５０は、誘電体基板を通して、入力ストリップライン１１０を出力ストリップラインのうちの第２の出力ストリップライン１３０に接続する。
【００１８】
入力ストリップライン１１０は、均一な幅からなり、第１の端部（又は終端点）１１２と、第２の端部１１４と、屈曲部１１５とを含む。第１の端部１１２は開いており、バラン回路１００のための入力ポートとしての役割を果たす。第２の端部１１４は閉じているが、第２の端部において開回路を擬似的に作る（simulate）開放端不連続部（例えば、ラジアルスタブ）を備える。屈曲部１１５は、第１の端部及び第２の端部を約９０度の角度において接続し、それにより、入力ストリップライン１１０が、接続スロットラインのそれぞれと重なることができるようにする。
【００１９】
同一平面をなす出力ストリップラインの第１のブランチ１２０は、均一な幅からなることが好ましく、第１の端部１２２及び第２の端部１２４を含む。入力ライン１１０の第１の端部１１２と同様に、同一平面をなす出力ストリップラインの第１のブランチ１２０の第１の端部は開放されており、それにより、バラン回路のための第１の出力ポートとしての役割を果たす。図１Ａの例では、バラン回路１００の入力ポート１１２は基板１０１の第１の端部に位置し、出力ポート１２２は、基板１０１の反対側の第２の端部に位置する。さらに、入力ライン１１０の第２の端部１１４と同様に、同一平面をなす出力ストリップラインの第１のブランチ１２０の第２の端部は閉じているが、開放端不連続部（例えば、ラジアルスタブ）を備える。
【００２０】
同一平面をなす出力ストリップラインの第２のブランチ１３０は、第１のブランチ１２０と実質的に平行であり、かつ対称である（例えば、基板１０１の入力ポート側から出力ポート側まで延在する主軸Ａに沿って鏡面対称をなす）。したがって、第２のブランチ１３０の第１の端部１３２及び第２の端部１３４は、第１のブランチ１２０の端部に相当する。第１のブランチと第２のブランチとの間の距離は、５０オームより大きい場合がある所望のインピーダンスをもたらすように選択される。この点において、入力インピーダンスが５０オームである入力ストリップラインを有するバラン回路の場合、バラン回路のインピーダンス比は、１：１より大きい場合がある（例えば、１：２又は１：４）。図１Ａの例では、選択される距離は約０．４ミリメートルであり、結果として、２００オームの出力インピーダンスが生成され、バラン回路のインピーダンス比は５０：２００、すなわち、１：４になる。他の例では、選択される距離は更に長くすることができ、結果として、バラン回路の種々の特性に応じて、異なる出力インピーダンスを生成することができる。
【００２１】
第１のスロットライン１４０は、第１の端部１４４及び第２の端部１４６を含む。第１の端部１４４は、入力ライン１１０の第２の端部１１４と重なるように位置決めされ、それにより、入力ライン１１０と第１のスロットライン１４０との間に交差接合移行部、すなわち、伝送経路を形成する。第２の端部１４６は、第１のブランチ１２０の第２の端部１２４と重なるように位置決めされ、それにより、第１のスロットライン１４０と第１のブランチ１２０との間に交差接合移行部を形成する。第１のスロットライン１４０の第１の端部及び第２の端部はそれぞれ閉じられているが、開放端不連続部（例えば、ラジアルスタブ）を備える。交差接合移行部は、開放端不連続部それぞれの重なり合う付け根において形成される。
【００２２】
第２のスロットライン１５０は、第１のスロットライン１４０と同一平面をなし、平行であり、かつ対称である（例えば、主軸Ａに沿って鏡面対称をなす）。したがって、第２のスロットライン１５０の第１の端部１５４及び第２の端部１５６は、第１のスロットライン１４０の端部に相当する。図１Ａの例では、スロットライン間の金属の幅は約５０マイクロメートル〜１００マイクロメートルであるが、他の例では、その距離はより狭い場合があるか、又はより広い場合がある。
【００２３】
スロットラインの第１の端部１４４及び１５４は、入力ラインの第２の端部１１４のラジアルスタブの付け根が２つのスロットライン１４０と１５０との間の途中の点において交差し、スロットラインの第１の端部１４４及び１５４のラジアルスタブの付け根と同じラインにおいて垂直に（例えば、軸Ａに対して垂直に）位置合わせされ、それにより、入力ライン１１０と、スロットライン１４０及び１５０それぞれとの間に交差接合移行部を形成するように、入力ライン１１０の第２の端部１１４と重なるように位置決めされる。
【００２４】
図１Ａの例では、基板１０１は、出力ポートを有する基板の側にエッチングされた溝１６０も含む。二等辺三角形の金属化された部分１６２が基板の接地面上にエッチングされ、溝１６０の中に延在する。第１のブランチ１２０及び第２のブランチ１３０はそれぞれ、基板１０１の表面上で三角形テーパ１６０のそれぞれのエッジに沿うように、又は一致するように曲げられる。テーパ１６０、及び出力ラインをテーパのエッジに一致するように位置決めする目的は、出力ラインのインピーダンス整合を容易にし、それにより、スロットライン／マイクロストリップ交差接合移行部における（例えば、同一平面をなす出力ストリップライン１２０、１３０の第２の端部１２４、１３４の付け根における）任意の急峻な不連続部を回避することである。
【００２５】
図１Ａの例では、開放端不連続部はそれぞれラジアルスタブである。他の例では、マイクロストリップ端部及びスロットライン端部は、異なる開放端不連続部（例えば、フレア開放端、円形開放端、フレア開放端及び円形開放端の組合せ等）を含むことができる。また、図１Ａの例では、入力ストリップラインのラジアルスタブ１１４、並びに第１のスロットラインの第１の端部のラジアルスタブ１４４及び第２のスロットラインの第１の端部のラジアルスタブ１５４は全て同じ寸法を有する。同様に、同一平面をなす出力ストリップラインの第１のブランチのラジアルスタブ１２４及び第２のブランチのラジアルスタブ１３４、並びに第１のスロットラインの第２の端部のラジアルスタブ１４６及び第２のスロットラインの第２の端部のラジアルスタブ１５６は全て同じ寸法を有する。しかしながら、スタブ１１４、１４４及び１５４の寸法は、スタブ１２４、１３４、１４６及び１５６の寸法とは異なる。
【００２６】
図１Ａのバラン回路１００の動作は以下の通りである。入力信号が入力ストリップライン１１０を通って伝搬し、交差接合移行部を通って第１のスロットライン１４０及び第２のスロットライン１５０のそれぞれに伝送される。スロットラインそれぞれにおいて伝送される信号は互いに合わせられるが、バラン回路設計における非対称性に起因して、わずかに異なる振幅を有する。スロットライン内の信号は、その後、第１の出力ストリップライン１２０及び第２の出力ストリップライン１３０のそれぞれに反対方向に電界を生成する（excite）。例えば、入力信号が１つの方向に（例えば、図の紙面の中への）電界を有するとき、第１のブランチ１２０の出力信号は同じ方向に電界を有するのに対して、第２のブランチ１３０の出力信号は、反対方向に（例えば、図の紙面から外への）電界を有する。この点において、出力ポート１２２及び１３２のそれぞれにおける出力は、互いにおよそ同じ振幅及び周波数を有するが、約１８０度だけ位相差がある伝送を搬送する。これは、出力ラインを対応するスロットラインに対して反対方向に位置合わせすることによって成し遂げられる。
【００２７】
図１Ｂは、図１Ａのバラン回路１００の等価回路図である。図１Ｂに示されるように、領域１１１は、図１Ａの入力ストリップライン１１０の等価回路であり、領域１２１は、第１の同一平面をなす出力ストリップライン１２０の等価回路であり、領域１３１は、第２の同一平面をなす出力ストリップライン１３０の等価回路であり、領域１４１は、第１のスロットライン１４０の等価回路であり、領域１５１は、第２のスロットライン１５０の等価回路である。それらの領域は図１Ｂにおいて破線によって分離される。マイクロストリップ及びスロットラインの開放端不連続部はそれぞれインピーダンス及び電気長を有する（入力ストリップラインのラジアルスタブ１１４’の場合にＺｉｍ及びθｉｍ、各スロットラインの第１の端部のラジアルスタブ１４４’及び１５４’の場合にＺｏｓ及びθｓ、各スロットラインの第２の端部のラジアルスタブ１４６’及び１５６’の場合にＺｏｓ及びθｓ１、各マイクロストリップ出力のラジアルスタブ１２４’及び１３４’の場合にＺｏｍ及びθоｍ）。Ｚｌ及びθＬは、各スロットライン１４０及び１５０それぞれの特性インピーダンス及び電気長を表す。
【００２８】
図２Ａ及び図２Ｂは、或る範囲の周波数にわたる図１Ａのバラン回路の挿入損失及び位相インバランス特性を示す。図２Ａに示されるように、バラン回路の振幅バランスは約３５ＧＨｚまでの周波数の場合に約５ｄＢ以下である。また、図２Ｂに示されるように、バラン回路の位相バランスは約３５ＧＨｚまでの周波数の場合に約±５．５度であり、約４０ＧＨｚまでの周波数の場合に約±８．５度である。それゆえ、図１Ａの例示的なバランは、約５ＧＨｚ〜約３５ＧＨｚの任意の周波数（１１ＧＨｚより高い動作周波数及び約３０ＧＨｚより高い動作周波数を含む）において動作することができる。図２Ａ及び図２Ｂの特性は、約０．２ミリメートルの厚さ、３．５５の比誘電率及び０．００２１の損失目標値を有するロジャースＲＯ４００３Ｃ基板上に形成されたバラン回路に基づくが、他の例では、バラン回路は、異なる厚さを有することができ、異なる誘電率及び／又は損失目標値を有することができる。
【００２９】
図１の例示的なバラン回路は、２つの同一平面をなし、平行なスロットライン１４０及び１５０を含む。しかしながら、他の例示的なバラン回路は、入力ストリップラインを第１及び第２の同一平面をなす出力ストリップラインの両方に接続する単一のスロットラインを含むこともできる。そのスロットラインの出力端における開放端不連続部は円形開口部とすることができ、第１及び第２の同一平面をなす出力ストリップラインの一部が円形開口部のそれぞれの側の上を覆う。
【００３０】
図３Ａは、本発明による、第２の例示的なバラン回路２００を示す。バラン回路２００は、図１Ａの例の基板に相当する、接地面を伴う誘電体基板２０１上に形成される。
【００３１】
図３Ａのバラン回路２００は、第１の端部２１２（入力ポート）と、第２の端部２１４（ラジアルスタブ）と、屈曲部２１５とを有する入力ストリップライン２１０を含む。図３Ａの例では、屈曲部は約９０度であり、曲線をなすが、他の例では、異なる角度及び異なる形状（例えば、直角、曲線、単一の留め継ぎ等）の屈曲部を有することができる。第２の端部のラジアルスタブの付け根はスロットライン２４０の中点と重なる。また、バラン回路は、第１の出力ストリップライン２２０及び第２の出力ストリップライン２３０も含む。出力ラインはそれぞれ、第１の端部２２２及び２３２（出力ポート）と、第２の端部２２４及び２３４（ラジアルスタブ）とを含み、直線である（曲げられた入力ストリップライン２１０とは対照的である）。第２の端部それぞれのラジアルスタブの付け根は、スロットライン２４０のそれぞれの端部におけるラジアルスタブ２４４及び２４６の付け根を覆う。
【００３２】
図３Ａの例では、入力ポート２１２並びに２つの出力ポート２２２及び２３２はそれぞれ、基板２０１の異なる側に形成される。具体的には、第１の出力ポート２２２（第１の出力ストリップライン２２０に関連付けられる）は基板の第１の側に位置決めされ、第２の出力ポート２３２（第２の出力ストリップライン２３０に関連付けられる）は、基板の反対側の第２の側に位置決めされ、入力ポート２１２は、第１の側と第２の側との間にある基板の第３の側に位置決めされる。
【００３３】
入力ストリップライン２１０及びスロットライン２４０は通常、均一な幅からなるのに対して、出力ストリップライン２２０、２３０は通常、不均一な幅からなる。具体的には、出力ストリップライン２２０、２３０はテーパを付けられ、第２の端部において第１の幅を有し、第１の端部における第２の幅まで徐々に広くなる（すなわち、スロットライン２４０から離れていく方向に広くなる）。ストリップライン内のテーパは、インピーダンス整合（例えば、ラジアルスタブの付け根における約７０オームから出力ポートにおける約５０オームへのインピーダンス整合）を容易にする。図３Ａの例では、テーパはそれぞれ実質的に線形であるが、他の例では、テーパは異なる寸法からなることができる。
【００３４】
図３Ａの例では、入力ストリップラインのラジアルスタブ２１４並びに出力ストリップラインのラジアルスタブ２２４及び２３４は同じ寸法を有する場合も、同じ寸法を有しない場合もあり、スロットラインの第１の端部のラジアルスタブ２４４及び第２の端部のラジアルスタブ２４６は同じ寸法を有する。しかしながら、スタブ２１４、２２４及び２３４の寸法は、スタブ２４４及び２４６の寸法とは異なる場合がある。
【００３５】
以下に図４Ａ及び図４Ｂとの関連で論じられる所望の挿入損失及び位相インバランス特性を達成するために、バラン回路２００の幾つかの態様が対称に形成される。それらの態様は、限定はしないが、バラン回路２００が入力ストリップライン２１０から第１及び第２の出力ストリップライン２２０及び２３０に信号を伝送するために単一のスロットライン２４０を利用することと、入力ストリップラインとスロットラインとの間の接合移行部がスロットラインの中点に位置決めされることと、スロットラインが均一な幅からなることと、スロットラインと各出力ストリップラインとの間の接合移行部が入力ストリップラインとの接合移行部から等距離に位置決めされることと、出力ストリップラインがそれぞれ互いに回転対称であることとを含む。
【００３６】
図３Ａのバラン回路２００の動作は、図１Ａのバラン回路１００の動作に類似しているが、バラン回路１００とは異なり、入力信号が、２つの平行なスロットラインに沿って伝搬するのではなく、単一のスロットラインに沿って伝搬する。出力ラインをスロットラインに対して反対方向に位置合わせすることによって、各接合部において伝送される信号の位相差が約１８０度になり、それにより、回路２００の平衡出力をもたらす。
【００３７】
図３Ｂは、図３Ａのバラン回路２００の等価回路図である。図３Ｂに示されるように、領域２１１は図３Ａの入力ストリップライン２１０の等価回路であり、領域２２１は第１の出力ストリップライン２２０の等価回路であり、領域２３１は第２の出力ストリップライン２３０の等価回路であり、領域２４１はスロットライン２４０の等価回路である。マイクロストリップ及びスロットラインの開放端不連続部はそれぞれインピーダンス及び電気長を有する（入力ストリップラインのラジアルスタブ２１４’の場合にＺｉｍ及びθｉｍ、スロットラインのラジアルスタブ２４４’及び２４６’の場合にＺｏｓ及びθｓ、各出力ストリップラインのラジアルスタブ２２４’及び２３４’の場合にＺｏｍ及びθоｍ）。入力ストリップラインから一方の出力ストリップラインに伝送される信号はスロットラインの半分のみにわたって伝搬するので、Ｚｌ、θＬ／２は、スロットライン２４０の半分の特性インピーダンス及び電気長を表す。
【００３８】
図４Ａ及び図４Ｂは、或る範囲の周波数にわたる図３Ａのバラン回路の挿入損失及び位相インバランス特性を示す。図４Ａに示されるように、バラン回路の振幅バランスは、約４７ＧＨｚまでの周波数の場合に約１ｄＢ以下である。また、図４Ｂに示されるように、バラン回路の位相バランスは、約４７ＧＨｚまでの周波数の場合に約±５．０度である。それゆえ、図３Ａの例示的なバランは、約３ＧＨｚ〜４７ＧＨｚの任意の周波数（１１ＧＨｚより高い動作周波数及び約４５ＧＨｚより高い動作周波数を含む）において動作することができる。図４Ａ及び図４Ｂの特性は、約０．２ミリメートルの厚さ、３．５５の比誘電率及び０．００２１の損失目標値を有するロジャースＲＯ４００３Ｃ基板上に形成されたバラン回路に基づくが、他の例では、バラン回路は、異なる厚さを有することができ、異なる誘電率及び／又は誘電正接を有することができる。
【００３９】
図５は、本発明による第３の例示的なバラン回路３００を示す。バラン回路３００は、図１Ａ及び図３Ａの例の基板に相当する、接地面を有する誘電体基板３０１上に形成される。
【００４０】
図５のバラン回路３００は、第１の端部３１２（入力ポート）及び第２の端部３１４（ラジアルスタブ）を有する入力ストリップライン３１０を含む。第２の端部のラジアルスタブの付け根はスロットライン３４０の中点と重なる。また、バラン回路は、第１及び第２の出力ストリップライン３２０及び３３０を含む。出力ラインはそれぞれ、第１の端部３２２及び３３２（出力ポート）と、第２の端部３２４及び３３４（ラジアルスタブ）と、屈曲部３２５及び３３５とを含む（直線である入力ストリップライン３１０とは対照的である）。図５の例では、屈曲部は約９０度であり、曲線をなすが、他の例では、異なる角度及び／又は異なるタイプ（例えば、直角、曲線、単一の留め継ぎ等）の屈曲部を有することができる。各第２の端部３３４、３２４のラジアルスタブの付け根は、スロットライン３４０のそれぞれの端部３４４及び３４６におけるラジアルスタブの付け根を覆う。
【００４１】
図３Ａの例と同様に、入力ポート３１２並びに２つの出力ポート３２２及び３３２はそれぞれ、基板３０１の異なる側に形成される。具体的には、第１の出力ポート３２２（第１の出力ストリップライン３２０に関連付けられる）は基板の第１の側に位置決めされ、第２の出力ポート３３２（第２の出力ストリップライン３３０に関連付けられる）は基板の反対側の第２の側に位置決めされ、入力ポート３１２は、第１の側と第２の側との間にある基板の第３の側に位置決めされる。
【００４２】
図５の例では、入力ストリップライン３１０及び出力ストリップライン３２０、３３０、並びにスロットライン３４０はそれぞれ均一な幅からなる（各出力ストリップラインがテーパを付けられる図３Ａの例とは対照的である）。出力ライン３２０、３３０は同じ長さ及び幅からなるが、スロットラインと比べて異なる幅を有することができ、入力ストリップライン３１０の幅とは異なる幅を有することができる。ストリップライン内にテーパが存在しないことは、入力において５０オームを有し、出力のそれぞれにおいて７０オームを有し、それにより、２つの出力間に１４０オーム差動インピーダンスを生成することによって、バランの挿入損失／反射損失を改善する。１４０オーム差動インピーダンスは、類似のインピーダンスを有する構成要素とのインピーダンス整合の場合に（例えば、広い周波数範囲にわたって約１５０オームのインピーダンスを有するミキサ、ダイオードにおいて）特に有益である。１４０オーム差動インピーダンスは、バラン回路の反射損失の改善にも有益である。
【００４３】
図５の例では、入力ストリップラインのラジアルスタブ３１４並びに出力ストリップラインのラジアルスタブ３２４及び３３４は全て同じ寸法を有する。同様に、スロットライン３４０の第１の端部のラジアルスタブ３４４及び第２の端部におけるラジアルスタブ３４６も同じ寸法を有する。しかしながら、スタブ３１４、３２４及び３３４の寸法は、スタブ３４４及び３４６の寸法とは異なる。
【００４４】
図３Ａの例示的なバラン回路と同様に、この例示的なバラン回路３００の幾つかの態様も、（以下に図６Ａ及び図６Ｂとの関連で論じられる）所望の挿入損失及び位相インバランス特性を達成するために対称に形成される。それらの態様は、限定はしないが、バラン回路３００が入力ストリップライン３１０から第１及び第２の出力ストリップライン３２０及び３３０に信号を伝送するために単一のスロットライン３４０を利用することと、入力ストリップラインとスロットラインとの間の接合移行部がスロットラインの中点に位置決めされることと、スロットラインが均一な幅からなることと、スロットラインと各出力ストリップラインとの間の接合移行部が入力ストリップラインとの接合移行部から等距離に位置決めされることと、出力ストリップラインがそれぞれ互いに回転対称であることとを含む。
【００４５】
図５のバラン回路３００の動作は、図３Ａのバラン回路２００の動作に類似している。出力ラインをスロットラインに対して反対方向に位置合わせすることによって、各接合部において伝送される信号の位相差が約１８０度になり、それにより、平衡出力をもたらす。
【００４６】
図６Ａ及び図６Ｂは、或る範囲の周波数にわたる図５のバラン回路の挿入損失及び位相インバランス特性を示す。図６Ａに示されるように、バラン回路の振幅バランスは約１１０ＧＨｚまでの周波数の場合に約±１ｄＢ以下である。また、図６Ｂに示されるように、バラン回路の位相バランスは約１１０ＧＨｚまでの周波数の場合に約±５．０度である。それゆえ、図５の例示的なバランは、約５ＧＨｚ〜約１１０ＧＨｚの周波数（１１ＧＨｚより高い動作周波数及び約４５ＧＨｚより高い動作周波数を含む）において使用することができる。図６Ａ及び図６Ｂの特性は、低温同時焼成セラミック基板上に形成されたバラン回路に基づくが、他の例では、バラン回路は異なる特性を有することができる。図６Ａ及び図６Ｂは約１１０ＧＨｚまでの周波数の場合の振幅バランスを例示するが、上記の例示的なバラン回路は、更には約２００ＧＨｚを含む約２００ＧＨｚ以下の任意の周波数において動作するように構成することができる。
【００４７】
図７は、本発明の別の態様による、上記のバラン回路の例示的な適用例を示す。具体的には、例示的な適用例は、図５のバラン設計を使用するダブルバランスドミキサ回路４００である。ミキサ回路は、単一の基板４０１上に形成され、第１のバラン回路４１０及び第２のバラン回路４２０を含む。第１のバラン回路４１０は、基板４０１の第１の側から延在する第１の入力ストリップライン４１２と、第１の出力ストリップライン４１４及び第２の出力ストリップライン４１６とを含む。第２のバラン回路は、第１の側の反対側にある基板の第２の側から延在する第２の入力ストリップライン４２２と、第３の出力ストリップライン４２４及び第４の出力ストリップライン４２６とを含む。第１の入力ストリップライン４１２及び第２の入力ストリップライン４２２は、ミキサ４００の第１の入力ポート及び第２の入力ポートとしての役割を果たす。出力ストリップライン４１４、４１６、４２４及び４２６は、ミキサの動作を制御する（例えば、第１のバラン回路及び第２のバラン回路の出力周波数を混合する）スイッチ又はスイッチのような回路（例えば、クロスオーバリングクワッドダイオードＩＣ）４３０に電気的に接続される。スイッチ４３０は、２つのラインを介してミキサ４００の出力を与え、２つのラインは、出力ポート４３２において１つのラインに合流する。図７の例では、出力ポート４３２は、第１の側と第２の側との間にある基板４０１の第３の側に位置する。
【００４８】
図５のバラン回路３００の設計と同様に、ミキサ４００の入力ストリップラインはそれぞれ直線であり、出力ストリップラインはそれぞれ曲げられる。しかしながら、本発明の範囲内の他のミキサは、異なる屈曲部を有する他の設計を利用することができる。
【００４９】
このミキサ４００の幾つかの態様は、所望の変換損失（すなわち、無線周波数（ＲＦ）から中間周波数（ＩＦ）への変換損失）特性を達成するために、（上記のように、個々のバラン回路の対称な特性に加えて）対称に形成される。それらの態様は、限定はしないが、ミキサ４００がスイッチ４３０から出力ポート４３２まで延在する主軸Ａに沿って実質的に対称な構成を有することと、第１の入力ストリップライン４１２及び第２の入力ストリップライン４２２が互いに対して鏡面対称及び回転対称の両方（例えば、それぞれ、主軸Ａに対して鏡面対称及び基板の中心点の周りで回転対称）を有することと、各バラン回路のスロットラインが互いに対して鏡面対称及び回転対称の両方（例えば、それぞれ、主軸Ａに対して鏡面対称及び基板の中心点の周りで回転対称）を有することと、第１の出力ストリップライン４１４及び第４の出力ストリップライン４２６が互いに回転対称であることと、第２の出力ストリップライン４１６及び第３の出力ストリップライン４２４が互いに回転対称であることとを含む。さらに、第１の出力ストリップライン４１４及び第２の出力ストリップライン４１６は互いに実質的に回転対称であり、一対の対応する屈曲部４１５及び４１５’が同じ方向に曲げられることを除いて、２つのストリップラインの全て対応する屈曲部対（例えば、留め継ぎ屈曲部）が反対方向に曲げられる。屈曲部４１５及び４１５’が同じ方向に曲げられる目的は、２つの出力ストリップラインの同じ電気長を維持しながら、両方のストリップラインを、基板の反対側に接続するのではなく（図３Ａ及び図５Ａの例の場合と同様）、同じスイッチに接続することである。第３の出力ストリップライン４２４及び第４の出力ストリップライン４２６も同様に互いに実質的に回転対称である。
【００５０】
図７に示されるミキサは、図５の第３の例示的なバラン回路３００のうちの２つを利用する。しかしながら、それに加えて、又はその代わりに、図１Ａ及び図３Ａに示されるような他の例示的なバラン回路を利用することができる。
【００５１】
本発明の１つの例示的なバラン回路の特徴は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他のバラン回路において利用できることが当業者に認識されるであろう。一例の場合、図３Ａの例示的なバラン回路において利用されたテーパ付きのマイクロストリップを、他の例示的なバラン回路において利用することもできる。更なる例の場合、それぞれの出力ストリップラインにおいて利用される特定の屈曲部（例えば、図１Ａにおける曲線をなす屈曲部、図３Ａの場合のように屈曲部を利用しない、図５における９０度の屈曲部）は、入れ換えることができ、及び／又は入力ストリップラインの場合に利用することができる。特定の開放端不連続部も入れ換えることができるか、又は他の開放端不連続部（例えば、円形、フレア等）で置き換えることができる。
【００５２】
本明細書において特定の実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、これらの実施形態は、本発明の原理及び応用形態を例示するにすぎないことを理解されたい。そのため、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態に数多くの変更を加えることができ、他の構成を考え出すことができることを理解されたい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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