(57)【要約】広帯域インピーダンス整合回路は、２つの高域通過部又は２つの低域通過部よりも顕著に幅広い帯域整合を得るよう、共に交互にカスケード接続されている高域通過フィルタ部及び低域通過フィルタ部を用いる。高域通過フィルタ部を低域通過フィルタ部と交互にすることによって、交互でない先行技術のカスケード接続されたフィルタ部に比べ、必要とされる要素は有意により少なくてよい。結果として、本発明に従う交互のフィルタ部は、有意に、増大した帯域幅でのリターンロスを改善する。
2010502117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の低域通過フィルタと及び複数の高域通過フィルタを有し、
前記低域通過フィルタ及び前記高域通過フィルタは、整合されるべきインピーダンスを有するソースから負荷のインピーダンスまでの間に、交互にカスケード接続される列によって直列に接続される、広帯域インピーダンス整合回路。
【請求項２】
前記交互にカスケード接続される列は、第１の低域通過フィルタの出力を第１の高域通過フィルタの入力へ接続することを含み、
前記第１の高域通過フィルタの出力は、第２の高域通過フィルタの入力へ接続されている出力を有する第２の低域通過フィルタの入力へ接続され、
前記第２の高域通過フィルタの出力は、第３の高域通過フィルタの入力へ接続されている出力を有する第３の低域通過フィルタの入力へ接続される、
請求項１記載の広帯域インピーダンス整合回路。
【請求項３】
前記交互にカスケード接続される列は、Ｎ個の列について繰り返される、請求項２記載の広帯域インピーダンス整合回路。
【請求項４】
前記交互にカスケード接続される列は、第１の高域通過フィルタの出力を第１の低域通過フィルタの入力へ接続することを含み、
前記第１の低域通過フィルタの出力は、第２の低域通過フィルタの入力へ接続されている出力を有する第２の高域通過フィルタの入力へ接続され、
前記第２の低域通過フィルタの出力は、第３の低域通過フィルタの入力へ接続されている出力を有する第３の高域通過フィルタの入力へ接続される、
請求項１記載の広帯域インピーダンス整合回路。
【請求項５】
前記交互にカスケード接続される列は、Ｎ個の列について繰り返される、請求項４記載の広帯域インピーダンス整合回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インピーダンス整合に関する。より具体的には、本発明は、高域通過フィルタ及び低域通過フィルタを用いる広帯域インピーダンス整合回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソースからその負荷への最大電力伝送は、負荷インピーダンスがソースインピーダンスの複素共役に等しい場合に起こる。より具体的に、負荷インピーダンスがソースインピーダンスの複素共役に等しい場合は、どのソースリアクタンスも、等しいが逆である負荷リアクタンスと共振し、ただソース及び負荷のインピーダンスについて等しい抵抗値のみを残す。このようにして、ソース抵抗が負荷抵抗と等しくなることで、最大電力がソースから負荷へ伝送される。
【０００３】
２つの実部インピーダンスを整合させるための最も簡単な整合回路は、“Ｌ”ネットワークで接続された２つの要素、すなわち、インダクタ及びキャパシタを有するネットワークである。シャント（shunt）要素がキャパシタである場合に、低周波はシリーズ（series）インダクタを流れ、高周波は接地へ短絡されるので、Ｌネットワークは低域通過フィルタとして働く。シャント要素がインダクタである場合に、高周波はキャパシタを流れ、低周波は接地へ短絡されるので、Ｌネットワークは高域通過フィルタとして働く。シャント要素は、他の終端インピーダンスの実部に等しい実部を有しながら、より大きいインピーダンスをより小さい値へ変換するので、インピーダンス整合が達成される。その場合に、シリーズ要素は、如何なる無効成分も相殺し、又はその成分と共振し、最適な電力伝送のためにソースに明らかに等しい負荷を駆動させる。
【０００４】
また、簡単なＬネットワークは、例えば、伝送路、ミキサ及びアンテナのような、抵抗性及び容量性の両方の無効成分を含む２つの複素インピーダンスのためにも使用され得る。複素インピーダンスを整合する１つのアプローチは、如何なる浮遊リアクタンスもインピーダンス整合ネットワーク自体に吸収（absorb）することを含む。吸収作用は、通常、浮遊キャパシタンスに並列に配置されているキャパシタ要素と、どの浮遊インダクタンスとも直列に配置されているインダクタ要素とによって達成される。
【０００５】
３要素整合ネットワークは、一般に、Π（パイ）ネットワーク及びＴネットワークとして知られている。夫々のネットワークは、２つの複素インピーダンスを整合するために低域又は高域通過整合ネットワークのマルチセクションを提供するよう、共にカスケード接続されている２つの逆並列（back-to-back）Ｌネットワークを有する。Πネットワーク及びＴネットワークは、選択されるＱがＬネットワークを有して利用可能であるものより大きい限り、ソースインピーダンス及び負荷インピーダンスとは無関係である回路Ｑを選択することができる、というＬネットワークに対する利点を提供する。しかし、残念なことに、Πネットワーク及びＴネットワークは狭帯域性であり、従って、広帯域インピーダンス整合にも適さない。更に、Πネットワーク及びＴネットワークは、所与の設計基準について多くの構成要素を用いる。
【０００６】
Πネットワーク又はＴネットワークの形をとる逆並列Ｌネットワークとは違って、直列接続されているＬネットワークは、増大した帯域幅を提供する。より一層幅広い帯域幅は、夫々のネットワークの間の仮想抵抗を追加のＬネットワークにカスケード接続することによって達成され得る。例えば、図１は、夫々のネットワークの間の仮想抵抗とカスケード接続されている３つのネットワークの略図である。最適な帯域幅は、２つの続く抵抗の各々の比が等しく、Ｒ１／Ｒｓｍａｌｌｅｒ＝Ｒ２／Ｒ１＝Ｒ３／Ｒ２＝・・・＝Ｒｌａｒｇｅｒ／Ｒｎである場合に得られる。ここで、Ｒｓｍａｌｌｅｒは最小終端抵抗であり、Ｒｌａｒｇｅｒは最大終端抵抗であり、Ｒ１，Ｒ２，．．．Ｒｎは、整合される２つのインピーダンスの幾何平均（すなわち、Ｒ＝√（ＲＳＲＬ））に等しい仮想抵抗である。ＡＤＳを用いるコンピュータプログラムは、特定の挿入ロス、帯域幅及びリターンロスについてネットワーク要素の選択を助ける。
【０００７】
現在、より広い帯域幅を達成する多種多様なインピーダンス整合のためのカスケード接続されたＬ及び他のネットワークが存在する。例えば、全文を参照により本願に援用される米国特許番号第４，００３，００５号（特許文献１）は、対称的な全帯域通過ネットワークをその間に挿入されている低域通過フィルタの形で逆並列にカスケード接続されている２つのＬネットワークを開示する。これは、フィルタによって引き起こされるインピーダンス変動を取り除くよう低域通過フィルタ部の間の分離を提供して、一定の入出力インピーダンスを提供する。また、高域通過フィルタを用いる同様の実施形態も開示されている。全文を参照により本願に援用される米国特許番号第４，６１２，５７１号（特許文献２）は、均一の入力インピーダンスを提供するよう構成される低域通過フィルタ、高域通過フィルタ及び帯域通過フィルタを開示する。最後に、全文を参照により本願に援用される米国特許番号第６，６０８，５３６号（特許文献３）は、フィルタ通過帯域の内側及びフィルタ通過帯域の外側の両方にある周波数について一定の入力インピーダンスを保つ低域通過フィルタ、高域通過フィルタ又は帯域通過フィルタの形をとる一定インピーダンスフィルタを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許番号第４，００３，００５号
【特許文献２】米国特許番号第４，６１２，５７１号
【特許文献３】米国特許番号第６，６０８，５３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
残念なことに、上記の先行技術に従うインピーダンス整合回路は、設計が複雑であり、且つ、リターンロス反射を目に見える程増大させる多くの要素を必要とする。
【００１０】
従って、本発明は、先行技術の装置の上記欠点を解消するとともに、広帯域インピーダンス整合技術の前進へ有意に貢献する改善を提供する改善を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明の他の目的は、約２ギガヘルツ（ＧＨｚ）以上までの広帯域の周波数にわたって改善されたリターンロスを達成しながら、必要とされる要素の数を最小限とするよう、共に交互にカスケード接続される高域通過フィルタ部及び低域通過フィルタ部を利用する広帯域インピーダンス整合回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記は、本発明の関連する目的の幾つかを述べている。これらの目的は、意図される発明のより顕著な特徴及び応用の幾つかの例示に過ぎないと解されるべきである。多くの他の有益な結果が、開示されている発明を異なるやり方で適用すること、又は本開示の適用範囲内で本発明を変形すること、によって達成され得る。従って、本発明の他の目的及びより十分な理解は、添付の図面と関連して特許請求の範囲によって定義される本発明の適用範囲に加えて、好ましい実施形態の詳細な記載及び本発明の要約を参照することによって持たれる。
【００１３】
本発明を要約すると、本発明は、必要とされる出力を作り出すためにＲＦ電力増幅器によって必要とされる負荷インピーダンスへの５０オームの整合等、様々な用途で、周波数範囲にわたって異なるインピーダンスを、例えば５０オームを２５オームに整合させるよう、共に交互に結合されている高域通過フィルタ部及び低域通過フィルタ部を用いる広帯域インピーダンス整合回路を有する。当該回路の第１の要素はシャント要素であり、インピーダンスは抵抗性である場合に、当該回路は高インピーダンスから低インピーダンスへと変形する。一方、当該回路の第１の要素がシリーズ要素である場合は、当該回路は低インピーダンスからより高いインピーダンスへと変形する。
【００１４】
より具体的には、後に低域通過フィルタ部が続く高域通過フィルタ部は、２つの高域通過部又は２つの低域通過部よりも著しく広い帯域整合をもたらす。更に、高域通過フィルタ部を低域通過フィルタ部と交互にすることによって、交互でない先行技術のカスケード接続されたフィルタ部に比べ、必要とされる要素は有意により少なくてよい。結果として、本発明に従う交互のフィルタ部は、有意に、増大した帯域幅でのリターンロスを改善する。
【００１５】
上記は、当該技術への目下の寄与がより十分に評価され得るよう、下記の本発明の詳細な記載がより良く理解され得るために、本発明のより顕著且つ重要である特徴を、むしろ大雑把に述べている。本発明の更なる特徴は、以下で記載される。これは、本発明の特許請求の範囲の対象を形成する。当業者にとっては明らかであるように、開示される概念及び具体的な実施形態は、本発明と同じ目的を達成する他の回路及びアセンブリを改良し又は設計する基礎として容易に利用され得る。また、当業者にとっては当然に、このような等価な回路及びアセンブリは、添付の特許請求の範囲で挙げられている本発明の精神及び適用範囲から逸脱しない。
【００１６】
本発明の性質及び目的のより十分な理解のために、添付の図面に関連する好ましい実施形態の以下の詳細な記載が参照されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】カスケード接続されているＬネットワークを有する先行技術のインピーダンス整合回路の略図である。
【図２Ａ】本発明に従う、交互に配置されている低域通過フィルタ及び高域通過フィルタを有する広帯域インピーダンス整合回路のブロック図である。
【図２Ｂ】本発明に従う、交互に配置されている低域通過フィルタ及び高域通過フィルタを有する広帯域インピーダンス整合回路のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
同じ参照符号は、複数の図面の全体を通して同じ部分を参照する。
【００１９】
図２を参照すると、広帯域インピーダンス整合回路１０の好ましい実施形態は、複数の低域通過フィルタ１２と、複数の高域通過フィルタ１４とを有する。低域通過フィルタ１２及び高域通過フィルタ１４は、負荷Ｌと、その負荷Ｌのインピーダンスに自身のインピーダンスを整合されるべきソースＳとの間に交互に配置されてカスケード接続されている。このような交互配置直列接続は、低域通過フィルタ又は高域通過フィルタのいずれか一方から始まって、それらのいずれか一方で終わる（図２Ａは、高域通過部が後に続く低域通過部から始まる列を示し、一方、図２Ｂは、低域通過部が後に続く高域通過部から始まる列から始まる列を示す。）。
【００２０】
より具体的に、図２Ａで、第１の低域通過フィルタ１２ａの出力は、第１の高域通過フィルタ１４ａの入力へ接続されている。次いで、第１の高域通過フィルタ１４ａの出力は、第２の低域通過フィルタ１２ｂの入力へ接続されている。第２の低域通過フィルタ１２ｂの出力は、第２の高域通過フィルタ１４ｂの入力へ接続されている。同様に、第２の高域通過フィルタ１４ｂの出力は、第３の低域通過フィルタ１２ｃの入力へ接続されている。第３の低域通過フィルタ１２ｃの出力は、第３の高域通過フィルタ１４ｃの入力へ接続されている。このような交互の列は、低域通過フィルタ１２Ｎ及び高域通過フィルタ１４Ｎの各対について繰り返し現れる。
【００２１】
図２Ｂで、第１の高域通過フィルタ１４ａの出力は、第１の低域通過フィルタ１２ａの入力へ接続されている。次いで、第１の低域通過フィルタ１２ａの出力は、第２の高域通過フィルタ１４ｂの入力へ接続されている。第２の高域通過フィルタ１４ｂの出力は、第２の低域通過フィルタ１２ｂの入力へ接続されている。同様に、第２の低域通過フィルタ１２ｂの出力は、第３の高域通過フィルタ１４ｃの入力へ接続されている。第３の高域通過フィルタ１４ｃの出力は、第３の低域通過フィルタ１２ｃの入力へ接続されている。このような交互の列は、高域通過フィルタ１４Ｎ及び低域通過フィルタ１２Ｎの各対について繰り返し現れる。
【００２２】
望ましくは、低域通過フィルタ１２及び高域通過フィルタ１４は、夫々について必要とされる要素の数を最小限とするネットワークトポロジを有する。このような最小限化は、第１の例における要素をより少なく有する簡単なネットワークトポロジ、及び／又は隣接ネットワークと要素を共有するネットワークトポロジから得られる。
【００２３】
限定のためではなく説明のために、２０デシベル（ｄＢ）よりも大きいリターンロスを有して０．２ギガヘルツ（ＧＨｚ）から２ＧＨｚの間に５０オームを２５オームに整合させる８要素回路１０について、低域通過フィルタ１２及び高域通過フィルタ１４は、下記の８つの要素を有してよい：
Ｃ１シャント−１．４２ｐｆｓ
Ｌ１シリーズ−４．９９ｎｈ
Ｌ２シャント−３６．２８ｎｈ
Ｃ２シリーズ−１４．４４ｐｆｓ
Ｃ３シャント−３．３９ｐｆｓ
Ｌ３シリーズ−２．３５ｎｈ
Ｌ４シャント−１６．１１ｎｈ
Ｃ４シリーズ−３２．８２ｐｆｓ。
【００２４】
本発明の精神及び適用範囲から逸脱することなく、ソースＳ及び負荷Ｌは、伝送線路、ミキサ及びアンテナ等の様々なデバイスを有してよい。更に、その幅広い帯域幅により、本発明の整合ネットワークは、電力増幅器にある幾つかの段を結合するのに特に適する。
【００２５】
本開示は、前述の記載に加えて、添付の特許請求の範囲に包含されるものを含む。本発明は、ある程度の特殊性を伴うその好ましい形態において記載されているが、この好ましい形態の本開示が単に一例としてなされたものであって、構成のディテールに対する多数の変更並びに部分の組み合わせ及び配置は本発明の精神及び適用範囲から逸脱することなく用いられてもよいことが理解される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【国際調査報告】
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