(57)【要約】【課題】部品数を削減でき、小型化,軽量化および低コスト化を実現できるフィルタ機能付き電力合成器をおよびそれを用いた高周波通信装置提供する。【解決手段】  第１の入力ポートと共通節点の間に、キャパシタンス成分Ｃ４a,Ｃ２aを第１の入力ポート側から順に直列に接続し、キャパシタンス成分Ｃ４a,Ｃ２aの接続点に短絡線路共振器Ｔ２aとを接続する。第２の入力ポートと共通節点の間に、キャパシタンス成分Ｃ５a,Ｃ３aを第２の入力ポート側から順に直列に接続し、キャパシタンス成分Ｃ５a,Ｃ３aの接続点に短絡線路共振器Ｔ３aを接続する。共通節点と出力ポートの間にキャパシタンス成分Ｃ１aを接続し、共通節点とキャパシタンス成分Ｃ１aとの間に短絡線路共振器Ｔ１aを接続する。そして、キャパシタンス成分Ｃ４a,Ｃ２aの接続点と第３のキャパシタンス成分Ｃ５a,Ｃ３aの接続点との間に抵抗成分Ｒ１aを接続する。【選択図】図１
2005065171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入力ポートと第２の入力ポートに夫々入力された電気信号を合成して共通節点を介して出力ポートに出力する電力合成器であって、
前記第１の入力ポートと前記共通節点の間に、前記第１の入力ポート側から順に直列に接続された第１のキャパシタンス成分および第２のキャパシタンス成分と、
前記第１のキャパシタンス成分と前記第２のキャパシタンス成分との接続点に接続された第１の共振要素と、
前記第２の入力ポートと前記共通節点の間に、前記第２の入力ポート側から順に直列に接続された第３のキャパシタンス成分および第４のキャパシタンス成分と、
前記第３のキャパシタンス成分と前記第４のキャパシタンス成分との接続点に接続された第２の共振要素と、
前記共通節点と前記出力ポートの間に接続された第５のキャパシタンス成分と、
前記共通節点と第５のキャパシタンス成分との間に接続された第３の共振要素と、
前記第１のキャパシタンス成分と第２のキャパシタンス成分との接続点と前記第３のキャパシタンス成分と第４のキャパシタンス成分との接続点との間に接続された抵抗成分とを備えたことを特徴とするフィルタ機能付き電力合成器。
【請求項２】
請求項１に記載のフィルタ機能付き電力合成器において、
前記第１のキャパシタンス成分と前記第１の入力ポートとの間に直列に接続されたＮ個(Ｎは自然数)の第１の入力ポート側キャパシタンス成分と、
前記Ｎ個の第１の入力ポート側キャパシタンス成分夫々の前記共通節点側に接続されたＮ個の第１の入力ポート側共振要素と、
前記第３の直列キャパシタンス成分と前記第２の入力ポートとの間に直列に接続されたＮ個の第２の入力ポート側キャパシタンス成分と、
前記Ｎ個の第２の入力ポート側キャパシタンス成分夫々の前記共通節点側に接続されたＮ個の第２の入力ポート側共振要素と、
前記第５のキャパシタンス成分と前記出力ポートの間に直列に接続されたＭ個(Ｍは自然数)の出力ポート側キャパシタンス成分と、
前記Ｍ個の出力ポート側キャパシタンス成分夫々の前記共通節点側に接続されたＭ個の出力ポート側共振要素とを備えたことを特徴とするフィルタ機能付き電力合成器。
【請求項３】
請求項１または２に記載のフィルタ機能付き電力合成器において、
前記Ｎ個の第１の入力ポート側キャパシタンス成分と前記第１の入力ポート側共振要素との接続点と前記Ｎ個の第２の入力ポート側キャパシタンス成分と前記第２の入力ポート側共振要素との接続点とのうちの少なくとも１つの対向する接続点間に接続された抵抗成分を備えたことを特徴とするフィルタ機能付き電力合成器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載のフィルタ機能付き電力合成器において、
前記第１,第２,第３の共振要素のうちの少なくとも１つが、キャパシタンス成分とインダクタンス成分からなる並列共振回路であることを特徴とするフィルタ機能付き電力合成器。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載のフィルタ機能付き電力合成器において、
前記第１,第２,第３の共振要素のうちの少なくとも１つが、使用周波数帯において略１／４波長となる長さの短絡線路共振器であることを特徴とするフィルタ機能付き電力合成器。
【請求項６】
差動線路上の位相が略１８０度ずれた２つの高周波信号の一方を位相反転する１８０度移相器と、
前記１８０度移相器により位相反転された高周波信号が第１の入力ポートまたは第２の入力ポートの一方に入力され、前記２つの高周波信号の位相反転されていない他方が前記第１の入力ポートまたは前記第２の入力ポートの他方に入力され、入力された高周波信号を合成する請求項１乃至５のいずれか１つに記載のフィルタ機能付き電力合成器と、
前記フィルタ機能付き電力合成器から出力された高周波信号を放射するアンテナとを備えたことを特徴とする高周波通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ機能付き電力合成器および高周波通信装置に関し、特にマイクロ波帯やミリ波帯のような高周波電気回路で多用されているフィルタ機能付き電力合成器および高周波通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力合成器とは、複数の入力ポートに与えられた信号電力を１つの出力ポートに合成して出力する機能と、そのとき、これら複数の入力ポートの間のアイサレーション特性を実現する機能を備えた電気回路のことである。電力合成器は受動回路で実現される場合が多く、その場合は入力ポートと出力ポートを逆方向にして、電力分配器としても使われる。
【０００３】
図１０は、従来の第１の電力合成器として代表的なウィルキンソン型の電力合成器の模式図である。このウィルキンソン型の電力合成器は、電子情報通信学会「モノリシックマイクロ波集積回路(ＭＭＩＣ)」初版第２.５.３節等の多数の文献に記載され、実際に広く使われている公知技術である。図１０において、２つの入力ポート(第２,第３ポート)から１つの出力ポート(第１ポート)に向かっては、それぞれ直列に高周波線路Ｔ１f,Ｔ２fが挿入されている。２つの入力ポート(第２,第３ポート)の間は、抵抗成分Ｒ１fによって直結されている。
【０００４】
図１０の回路の典型的な特性は、図１１と図１２に示すようになる。以下、本明細書では、ＧＨz帯の高周波回路を想定しているため、回路特性は全てＳパラメータで表現し、一般的な市販の回路シミュレータで計算した結果をグラフ表示している。表１の仕様を目標に設計した場合であるが、図１１と図１２の結果を得た時の回路定数は、Ｒ１f＝１００Ωであり、高周波線路Ｔ１fとＴ２fは、特性インピーダンスが７５Ωで周波数５５００ＭＨzにおいて１／４波長となる長さの高周波線路であった。
【０００５】
【表１】
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【０００６】
図１１(反射・透過特性グラフ)においては、Ｓ11・Ｓ22・Ｓ33がそれぞれ第１,第２,第３ポートにおける反射係数を表し、Ｓ12・Ｓ13がそれぞれ２つの入力ポート(第２,第３ポート)から１つの出力ポート(第１ポート)への透過係数を表す。グラフが示す通り、原理的に３ｄＢの挿入損失が生じてしまう欠点はあるものの、透過係数は高く、反射係数は低く抑えられ、電気信号の通過を阻害しない回路であることが分かる。図１２(アイサレーション特性グラフ)においては、Ｓ32が、２つの入力ポート(第２,第３ポート)の間の信号の漏れ量を表している。グラフではＳ32は低く抑えられており、良好なアイサレーション特性を有することが分かる。
【０００７】
図１１と図１２のどちらのグラフからも分かるが、従来技術のウィルキンソン型の電力合成器は、非常に広帯域な回路である。そのため、電力合成器単体で見れば使い勝手が良い反面、高周波通信装置全体として見れば、不要な帯域外スプリアス雑音成分まで通過させてしまう問題がある。そのため、後に図７で説明するように、高周波通信装置全体を組む時には、通常は、装置内のどこかにフィルタ回路を挿入することになる。
【０００８】
図１０のような電力合成器は、高周波電気回路中の様々な場所で多用されている。中でも、近年重要度を増してきている使用法としては、図７に示す高周波通信装置のように、差動型ＲＦＩＣの送信出力部におけるバラン回路(差動非差動変換回路)がある。近年、ディジタル回路のみならず、高周波アナログ回路までをも、１個の半導体チップ上に混載集積化する動きが盛んになっている。このような半導体チップをＲＦＩＣと呼ぶ。このようなＲＦＩＣ上の回路は、差動トランジスタ対によって構成される場合が多く、そのため、チップ外部との入出力部において、バラン回路(差動非差動変換回路)が必要になってきている。バラン回路の構成法は何通りもあるが、特にＲＦＩＣの送信出力部におけるバラン回路としては、扱う電力レベルが比較的高いことが理由で安全性を重視して、例えば特開２０００−３４１０５７号公報で開示されているように、電力合成器と１８０度位相線路を組合せた回路構成が多用されている。図７は、そのようなバラン回路とＲＦＩＣを用いて高周波通信装置を構成した場合の模式的ブロック図の一例となっている。
【０００９】
図７において、ＲＦＩＣ１１の送信出力である差動電気信号は、差動電気信号のうち一方のみが１８０度位相線路１２によって位相反転されることで、同相電気信号に変換される。前記同相電気信号は、直流分離用キャパシタンス１３,１４を介して、電力合成器１５の２つの入力ポートに入力される。電力合成器１５の出力は、ＢＰＦ回路即ち帯域通過フィルタ回路１６とアンプ回路１７を介して、アンテナ１８から放射される。なお、ブロック図中において、直流分離用キャパシタンス１３,１４やフィルタ回路１６の挿入位置や挿入個数にはある程度の選択の自由度があり、図７はそのうちの一例である。
【００１０】
本発明は、図１０の従来技術の電力合成器に、図７のブロック図中の１６のような、フィルタ機能を兼ねさせることを目的とする。そのため、以下に、従来技術の帯域通過フィルタ回路ＢＰＦについても説明しておく。
【００１１】
図１３は、帯域通過フィルタ回路ＢＰＦの代表的な構造であり、例えば小西良弘著、総合電子出版「通信用フィルタ回路の設計とその応用」第１版、p.２６、図２.２７(b)において、段間容量から始めてｎ＝２.５とした場合の回路図である。図１３において、入力ポート(第１ポート)と出力ポート(第２ポート)の間に、３個のキャパシタンス成分Ｃ３g,Ｃ４g,Ｃ５gを直列に接続し、キャパシタンス成分Ｃ３g,Ｃ４gの接続点に並列ＬＣ共振器(Ｃ１gとＬ１g)を接続し、キャパシタンス成分Ｃ４g,Ｃ５gの接続点に並列ＬＣ共振器(Ｃ２gとＬ２g)を接続した構造になっている。図１３の回路は、集中定数のＬＣ並列共振器の代わりに、図１４のように、分布定数の１／４波長線路共振器を用いて構成しても等価であることが公知である。図１４において、入力ポート(第１ポート)と出力ポート(第２ポート)の間に、３個の直列キャパシタンス成分Ｃ１h,Ｃ２h,Ｃ３hと２本の短絡線路共振器Ｔ１h,Ｔ２hを交互に多段接続した構造になっている。２本の短絡線路共振器Ｔ１i,Ｔ２iは、フィルタ特性の中心周波数付近において概略１／４波長となる寸法の高周波線路である。
【００１２】
図１５のグラフは、図１４の回路を表２の仕様を目標に設計した場合の典型的な特性の例である。図１５において、Ｓ11は反射係数、Ｓ21は透過係数である。この結果を得た時の回路定数は、Ｃ１h＝Ｃ３h＝０.３１ｐＦ、Ｃ２h＝０.１５６ｐＦであり、短絡線路共振器Ｔ１hとＴ２hは、特性インピーダンスが４７.５５７Ωで周波数８８６７.６６３ＭＨzにおいて１／４波長の長さになるような高周波線路であった。
【００１３】
【表２】
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【特許文献１】特開平８−２８８７１１号公報、図１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、図７のブロック図に示したような近年の高周波通信装置において、部品数を削減し、これによって装置全体の小型化,軽量化および低コスト化を実現できるフィルタ機能付き電力合成器をおよびそれを用いた高周波通信装置を提供することである。
【００１５】
より具体的には、性能を落とすこと無く部品数を削減するための方策として、既にある部品(電力合成器)を高機能化して、その周辺の部品(フィルタや直流分離キャパシタンス)の機能までも取り込んでしまうことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するため、本発明のフィルタ機能付き電力合成器は、第１の入力ポートと第２の入力ポートに夫々入力された電気信号を合成して共通節点を介して出力ポートに出力する電力合成器であって、前記第１の入力ポートと前記共通節点の間に、前記第１の入力ポート側から順に直列に接続された第１のキャパシタンス成分および第２のキャパシタンス成分と、前記第１のキャパシタンス成分と前記第２のキャパシタンス成分との接続点に接続された第１の共振要素と、前記第２の入力ポートと前記共通節点の間に、前記第２の入力ポート側から順に直列に接続された第３のキャパシタンス成分および第４のキャパシタンス成分と、前記第３のキャパシタンス成分と前記第４のキャパシタンス成分との接続点に接続された第２の共振要素と、前記共通節点と前記出力ポートの間に接続された第５のキャパシタンス成分と、前記共通節点と第５のキャパシタンス成分との間に接続された第３の共振要素と、前記第１のキャパシタンス成分と第２のキャパシタンス成分との接続点と前記第３のキャパシタンス成分と第４のキャパシタンス成分との接続点との間に接続された抵抗成分とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
前記実施形態のフィルタ機能付き電力合成器よれば、基本となる電力合成器の機能に帯域通過フィルタの機能と直流分離用のキャパシタンスの機能とを付加して部品数を削減でき、小型化,軽量化および低コスト化を実現できる。
【００１８】
また、一実施形態のフィルタ機能付き電力合成器は、前記第１のキャパシタンス成分と前記第１の入力ポートとの間に直列に接続されたＮ個(Ｎは自然数)の第１の入力ポート側キャパシタンス成分と、前記Ｎ個の第１の入力ポート側キャパシタンス成分夫々の前記共通節点側に接続されたＮ個の第１の入力ポート側共振要素と、前記第３の直列キャパシタンス成分と前記第２の入力ポートとの間に直列に接続されたＮ個の第２の入力ポート側キャパシタンス成分と、前記Ｎ個の第２の入力ポート側キャパシタンス成分夫々の前記共通節点側に接続されたＮ個の第２の入力ポート側共振要素と、前記第５のキャパシタンス成分と前記出力ポートの間に直列に接続されたＭ個(Ｍは自然数)の出力ポート側キャパシタンス成分と、前記Ｍ個の出力ポート側キャパシタンス成分夫々の前記共通節点側に接続されたＭ個の出力ポート側共振要素とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
前記実施形態のフィルタ機能付き電力合成器よれば、回路の段数を増やすことにより容易にフィルタ特性を高性能化できる。
【００２０】
また、一実施形態のフィルタ機能付き電力合成器は、前記Ｎ個の第１の入力ポート側キャパシタンス成分と前記第１の入力ポート側共振要素との接続点と前記Ｎ個の第２の入力ポート側キャパシタンス成分と前記第２の入力ポート側共振要素との接続点とのうちの少なくとも１つの対向する接続点間に接続された抵抗成分を備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、一実施形態のフィルタ機能付き電力合成器は、前記第１,第２,第３の共振要素のうちの少なくとも１つが、キャパシタンス成分とインダクタンス成分からなる並列共振回路であることを特徴とする。
【００２２】
前記実施形態のフィルタ機能付き電力合成器よれば、前記第１,第２,第３の共振要素として、キャパシタンス成分とインダクタンス成分との並列共振回路を用いることによって、キャパシタンス成分とインダクタンス成分の組み合わせによって使用周波数帯を自由に設定でき、設計の自由度を向上できる。
【００２３】
また、一実施形態のフィルタ機能付き電力合成器は、前記第１,第２,第３の共振要素のうちの少なくとも１つが、使用周波数帯において略１／４波長となる長さの短絡線路共振器であることを特徴とする。
【００２４】
前記実施形態のフィルタ機能付き電力合成器によれば、前記第１,第２,第３の共振要素として、使用周波数帯において略１／４波長となる長さの短絡線路共振器を用いることによって、マイクロ波帯(ミリ波帯を含む)に対応するフィルタ回路を低コストで実現できる。
【００２５】
また、本発明の高周波通信装置は、差動線路上の位相が略１８０度ずれた２つの高周波信号の一方を位相反転する１８０度移相器と、前記１８０度移相器により位相反転された高周波信号が第１の入力ポートまたは第２の入力ポートの一方に入力され、前記２つの高周波信号の位相反転されていない他方が前記第１の入力ポートまたは前記第２の入力ポートの他方に入力され、入力された高周波信号を合成する請求項１乃至５のいずれか１つに記載のフィルタ機能付き電力合成器と、前記フィルタ機能付き電力合成器から出力された高周波信号を放射するアンテナとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
以上より明らかなように、本発明のフィルタ機能付き電力合成器によれば、帯域通過フィルタ機能や高域通過フィルタ機能および直流阻止用キャパシタンス機能を電力合成器に兼ねさせることができ、部品数を削減し、小型化,軽量化および低コスト化を実現できる。
【００２７】
また、本発明の高周波通信装置によれば、本発明のフィルタ機能付き電力合成器を例えば差動型ＲＦＩＣ回路の送信出力部用バランとして用いることで、部品数を削減し、小型化,軽量化および低コスト化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、この発明のフィルタ機能付き電力合成器を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態のフィルタ機能付き電力合成器を、図面を用いてさらに具体的に詳細に説明する。
【００３０】
(第１実施形態)
図１と図２は、本発明の第１実施形態のフィルタ機能付き電力合成器の回路図であり、電力合成器に帯域通過フィルタ機能を付加した場合の例である。一般的にフィルタ回路は、回路の段数を比較的自由に増減でき、また段数を増やすほど高性能化し易いことが知られている。そのため、図１では本発明のほぼ最小構成の回路構造を示し、図２では本発明のフィルタ機能付き電力合成器を多段化した場合の一般的な模式図を示している。
【００３１】
図１において、２つの第１,第２の入力ポート(第２,第３ポート)にはそれぞれ、第１,第３のキャパシタンス成分Ｃ４a,Ｃ５a、第１,第２の共振要素の一例としての短絡線路共振器Ｔ２a,Ｔ３a、第２,第４のキャパシタンス成分Ｃ２a,Ｃ３aが、この順に接続され、その後に共通節点Ｐに合成されており、その後に第３の共振要素の一例としての短絡線路共振器Ｔ１aと第５のキャパシタンス成分Ｃ１aをこの順で介して、出力ポート(第１ポート)に至っている。また、２つの第１,第２の入力ポート(第２,第３ポート)の間は抵抗成分Ｒ２aで直結されており、更に２本の短絡線路共振器Ｔ２a,Ｔ３aの短絡端でない方の端どうしも抵抗成分Ｒ１aで直結されている。短絡線路共振器Ｔ１a〜Ｔ３aは、図１のフィルタ機能付き電力合成器の中心周波数付近で概略１／４波長となる寸法である。
【００３２】
図１のフィルタ機能付き電力合成器の特性例を、図３と図４のグラフに示す。図３は反射係数(Ｓ11,Ｓ22,Ｓ33)特性と透過係数(Ｓ12,Ｓ13)特性であり、図４はアイサレーション(Ｓ32)特性であり、表３の仕様を目標に市販回路シミュレータで設計した結果である。
【００３３】
これらグラフより、図１のフィルタ機能付き電力合成器一つだけで、従来技術における電力合成器の特性(図１３、図１４)とＢＰＦの特性(図１８)を合せた特性が実現できていることが分かる。なお、これらグラフを得た時の回路定数は、Ｃ１a＝０.３４９ｐＦ、Ｃ２a＝Ｃ３a＝０.１１４ｐＦ、Ｃ４a＝Ｃ５a＝０.３２５ｐＦ、Ｒ１a＝Ｒ２a＝１００Ωであり、短絡線路共振器Ｔ１aは、特性インピーダンス４３.６６２Ωで周波数９１０２.５８１ＭＨzにおいて１／４波長となる長さの高周波線路であり、短絡線路共振器Ｔ２aは、特性インピーダンス４３.６６２Ωで周波数７９９０.９７９ＭＨzにおいて１／４波長となる長さの高周波線路であった。
【００３４】
【表３】
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【００３５】
図１のフィルタ機能付き電力合成器では、良好なアイサレーション特性とインピーダンス整合を得るために、抵抗素子を２個(Ｒ１a、Ｒ２a)用いている。しかしながら、このうち抵抗成分Ｒ２aは必ずしも必要ではなく、削除してもほぼ同等の性能が実現できる。例えば、Ｃ１a＝０.８４８ｐＦ、Ｃ２a＝Ｃ３a＝０.３２２ｐＦ、Ｃ４a＝Ｃ５a＝０.８４４ｐＦ、Ｒ１a＝１２７.７５２Ωとし、短絡線路共振器Ｔ１aは、特性インピーダンス１２.０５５Ωで周波数７０７５.０２７ＭＨzにおいて１／４波長となる長さの高周波線路とし、短絡線路共振器Ｔ２aは、特性インピーダンス１２.０５５Ωで周波数６４４０.９９２ＭＨzにおいて１／４波長となる長さの高周波線路とすれば良い。後述の(第３実施形態)でも、抵抗成分Ｒ２aを削除した実施形態を想定している。図２の一般的な多段化構造の模式図においても、抵抗素子については必ずしも全て必要なわけではなく、削減が可能である。
【００３６】
また、抵抗成分Ｒ２aを削除した場合は、回路図から明らかなように、３つのポート(第１ポート〜第３ポート)の間は、直流的に完全に分離されている。即ち図１のフィルタ機能付き電力合成器は、直流分離用のキャパシタンスの機能をも取り込むことに成功している。
【００３７】
図２において、段数を表すＭとＮは、任意の自然数である。図２に示すように、図１に示すフィルタ機能付き電力合成器の基本構成に、第１のキャパシタンス成分と第１の入力ポートとの間に直列に接続されたＮ個(Ｎは自然数)の第１の入力ポート側キャパシタンス成分と、Ｎ個(Ｎは自然数)の第１の入力ポート側キャパシタンス成分夫々の共通節点Ｐ側に接続されたＮ個の第１の入力ポート側共振要素の一例としての短絡線路共振器と、第３の直列キャパシタンス成分と第２の入力ポートとの間に直列に接続されたＮ個の第２の入力ポート側キャパシタンス成分と、Ｎ個の第２の入力ポート側キャパシタンス成分夫々の共通節点Ｐ側に接続されたＮ個の第２の入力ポート側共振要素の一例としての短絡線路共振器と、第５のキャパシタンス成分と出力ポートの間に直列に接続されたＭ個(Ｍは自然数)の出力ポート側キャパシタンス成分と、Ｍ個の出力ポート側キャパシタンス成分夫々の共通節点Ｐ側に接続されたＭ個の出力ポート側共振要素の一例としての短絡線路共振器とを備えている。また、前記Ｎ個の第１の入力ポート側キャパシタンス成分と第１の入力ポート側共振要素の一例としての短絡線路共振器との接続点とＮ個の第２の入力ポート側キャパシタンス成分と第２の入力ポート側共振要素の一例としての短絡線路共振器との接続点の対向する接続点間に抵抗成分接続している。
【００３８】
(第２実施形態)
図５は、本発明の第２実施形態のフィルタ機能付き電力合成器の回路図であり、図１のフィルタ機能付き電力合成器における短絡線路共振器を、集中定数ＬＣ共振器で置き換えた例である。このような置き換えが可能なことは、既に従来技術の図１５と図１６で説明した通りである。
【００３９】
具体的には、図１における短絡線路共振器Ｔ１aが図５ではインダクタンス成分Ｌ１cとキャパシタンス成分Ｃ６cの並列共振器、図１における短絡線路共振器Ｔ２aが図５ではインダクタンス成分Ｌ２cとキャパシタンス成分Ｃ７cの並列共振器、図１における高短絡線路共振器Ｔ３aが図５ではインダクタンス成分Ｌ３cとキャパシタンス成分Ｃ８cの並列共振器に置き換えられている。線路共振器Ｔ１a〜Ｔ３a以外の回路素子については、図５における添え字「c」の各部品が、それぞれ図１における添え字「a」の同じ番号の部品に対応している。
【００４０】
この第２実施形態のフィルタ機能付き電力合成器は、第１実施形態のフィルタ機能付き電力合成器と同様の作用,効果を有している。
【００４１】
図５のような、分布定数を含まない集中定数のみで実現された回路形態は、例えば、小型半導体チップ上に高周波アナログ回路を集積したＲＦＩＣのような製品形態を想定した場合に有利である。
【００４２】
(第３実施形態)
図６は、本発明の第３実施形態のフィルタ機能付き電力合成器の回路図であり、図５の第２実施形態のフィルタ機能付き電力合成器を、更に差動形式に変形した例である。電力合成器をＲＦＩＣ上に集積する場合には、このような差動形式の方が有利な場合が多い。
【００４３】
図６におけるキャパシタンス成分Ｃ１d〜Ｃ８dと、インダクタンス成分Ｌ１d〜Ｌ３dと、抵抗成分Ｒ１d〜Ｒ２dについては、それぞれ図５における添え字「c」の同じ番号の部品に対応している。差動化を実現するために、図５においてはグランド配線であった位置において、キャパシタンス成分Ｃ１d〜Ｃ５dと上下対称な位置にそれぞれキャパシタンス成分Ｃ９d〜Ｃ１３dが、抵抗成分Ｒ１d〜Ｒ２dと上下対称な位置にそれぞれ抵抗成分Ｒ３d〜Ｒ４dが挿入されている。
【００４４】
図６において、キャパシタンス成分Ｃ４d,Ｃ１２dが第１のキャパシタンス成分であり、キャパシタンス成分Ｃ２d,Ｃ１０dが第２のキャパシタンス成分であり、キャパシタンス成分Ｃ５d,Ｃ１３dが第３のキャパシタンス成分であり、キャパシタンス成分Ｃ３d,Ｃ１１dが第４のキャパシタンス成分であり、キャパシタンス成分Ｃ１d,Ｃ９dが第５のキャパシタンス成分である。また、インダクタンス成分Ｌ２dとキャパシタンス成分Ｃ７dからなる並列共振回路が第１の共振要素であり、インダクタンス成分Ｌ３dとキャパシタンス成分Ｃ８dからなる並列共振回路が第２の共振要素であり、インダクタンス成分Ｌ１dとキャパシタンス成分Ｃ６dからなる並列共振回路が第３の共振要素である。
【００４５】
この第３実施形態のフィルタ機能付き電力合成器は、扱う電気信号が差動信号であることを除いて第１実施形態のフィルタ機能付き電力合成器と同様の作用,効果を有している。
【００４６】
(第４実施形態)
図８は、本発明の第４実施形態の高周波通信装置の一例としての高周波無線通信装置のブロック図である。本発明のフィルタ機能付き電力合成器の第１実施形態(図１)を組込むことで、部品数を削減した高周波無線通信装置が実現できることを示している。
【００４７】
図８において、ＲＦＩＣ２１の送信出力である差動電気信号は、差動電気信号のうち一方のみが１８０度位相線路２２によって位相反転されることで、同相電気信号に変換される。前記同相信号は、本発明によるフィルタ機能付き電力合成器の一例としての電力合成器２５の２つの第１,第２の入力ポートに入力される。電力合成器２５の出力は、アンプ回路２７を介して、アンテナ２８から放射される。なお、１８０度移相器２２は、図８では位相線路形式による実現形態を図示したが、その他の回路形式でも構わない。
【００４８】
本発明である図８に示す高周波通信装置を、従来技術である図７に示す高周波通信装置と比較すると、次のことが分かる。即ち、図７(従来技術)中のＡ部分が、図８(本発明)においては１個の部品(電力分配器２５)だけで実現されている。これにより、ブロック図レベルで見たときの部品数が、図８(本発明)においては大幅に削減されている。そのため、本発明では、部品個々に必要とされるパッケージングや実装コスト・スペース等が大幅に削減されている。
【００４９】
次に、ブロック図レベル(巨視的)だけでなく、回路レベル(微視的)に見ても、部品数削減が図られていることを説明する。図９は、図７(従来技術)中のＡ部分を詳細に示した回路図の一例である。図９の３１部分は、直流分離用キャパシタンス成分であり、図７では１３と１４で表されている。図９の３５部分は、図１０と同じ構造の従来技術の電力合成器であり、図７では１５で表されている。図９の３６部分は、図１４と同じ構造の従来技術のＢＰＦであり、図７では１６で表されている。
【００５０】
図９の全ての機能(直流分離機能、電力合成器機能、ＢＰＦ機能)が、図１の本発明のフィルタ機能付き電力合成器１個だけで実現できる。そこで、図１(本発明)と図９(従来技術)の回路素子数を比較すると、次のことが分かる。即ち、キャパシタンス素子の個数は同じ(５個)であり、抵抗素子の数も同じ(１個)である(図１のフィルタ機能付き電力合成器としては、抵抗成分Ｒ２aを削除した場合を想定している)。しかしながら、高周波線路の本数は、従来技術(図９)では４本に対し、本発明(図１)では３本に削減されている。高周波線路は、最もサイズが大きい回路素子であり、その本数が削減されたことは、小型化,軽量化および低コスト化の上で大変効果が大きい。これら高周波線路は、回路の動作中心周波数において概略１／４波長となる寸法であるため、例えば比較的高周波帯である５ＧＨz無線ＬＡＮ機器の場合でも、６ｍｍ前後の寸法にもなってしまうためである。
【００５１】
以上説明したように、本発明のフィルタ機能付き電力合成器と１８０度位相器を組合せて、差動型ＲＦＩＣ送信出力部のバランとして用いることで、高周波無線装置の小型化・軽量化・低コスト化を図ることが可能である。
【００５２】
(比較例１)
特許文献１において、本発明の図１のフィルタ機能付き電力合成器の一部に似た構造の回路図が記載されているので、本発明との相違点を明確にしておく。
【００５３】
図１６がその回路であるが、説明の都合上、記号のみ特許文献１と多少変えてある。第１の入力ポート(第２ポート)と出力ポート(第１ポート)の間には、２個のキャパシタンス成分Ｃ２i,Ｃ４iと短絡線路Ｔ２iから成るＴ型回路が挿入され、第２の入力ポート(第３ポート)と出力ポート(第１ポート)の間には、２個のキャパシタンス成分Ｃ３i,Ｃ５iと短絡線路Ｔ３iから成るＴ型回路が挿入されている。そして、第１と第２の入力ポートの間は、抵抗成分Ｒ２iでも直結されている。
【００５４】
この従来技術(図１６)と本発明(図１)とでは、まず一見して、以下のような回路構造上の違いがある。この従来技術(図１６)には、本発明(図１)における高周波線路Ｔ１a、キャパシタンス成分Ｃ１a、抵抗成分Ｒ１aに相当する回路素子が欠けている。
【００５５】
次に、この従来技術(図１６)と本発明(図１)とでは、以下のような回路目的上の違いがある。本発明(図１)は帯域通過フィルタ機能を実現することを目的としているが、従来技術(図１６)にはフィルタ機能という概念が無い。従来技術(図１６)は、明細書中に明示されているように、小型化と広帯域化のみを目的としたものである。
【００５６】
この目的の違いは、高周波線路を等価回路で表して原理を明確にすると、より明瞭になる。高周波線路の等価回路は寸法によって変化することが公知であり、その結果、本発明(図１)の等価回路が図５になるのに対して、従来技術(図１６)の等価回路は図１７になる。図１６における２本の高周波線路Ｔ２i,Ｔ３iは、波長λに対してλ／４よりも遥かに小さな値に設計される(特許文献１参照)。例えば、使用周波数１.７ＧＨzに対して、この周波数での自由空間波長はλ＝ｃ(光速)／ｆ＝約１８ｃｍとなるのに対し、その僅か１／１０に過ぎない１６ｍｍという寸法が例示されている。このような場合、短絡高周波線路は短絡インダクタンスで近似できることが公知であり、従って、図１６における２本の高周波線路Ｔ２i,Ｔ３iは、図１７において２本のインダクタンス成分Ｌ２j,Ｌ３jで近似される。従来技術(図１６)の趣旨は、この図１７の等価回路の方が明瞭になる。即ち、図中の４１と４２の部分が、位相線路の等価回路となっている。この４１と４２の部分を集中定数化したことによって、小型化を図っているのである。
【００５７】
以上のように、従来技術(図１６)と本発明(図１)とでは、回路の構造と目的の両面で大きな違いがある。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は本発明の第１実施形態のフィルタ機能付き電力合成器の回路図である。
【図２】図２は前記フィルタ機能付き電力合成器の一般的な多段化構造の模式図である。
【図３】図３は図１のフィルタ機能付き電力合成器の反射・透過特性である。
【図４】図４は図１のフィルタ機能付き電力合成器のアイサレーション特性である。
【図５】図５は本発明の第２実施形態のフィルタ機能付き電力合成器の回路図である。
【図６】図６は本発明の第３実施形態のフィルタ機能付き電力合成器の回路図である。
【図７】図７は高周波通信装置のブロック図である。
【図８】図８は本発明の第４実施形態の高周波通信装置の一例としての高周波無線通信装置のブロック図である。
【図９】図９は図８のＡ部分の詳細回路図の一例である。
【図１０】図１０は従来の第１の電力合成器である。
【図１１】図１１は図１０の電力合成器の反射・透過特性である。
【図１２】図１２は図１０の電力合成器のアイサレーション特性である。
【図１３】図１３は従来の帯域通過フィルタ回路である。
【図１４】図１４は図１３の帯域通過フィルタ回路の別の実現形態である。
【図１５】図１５は図１４の帯域通過フィルタ回路の反射・透過特性である。
【図１６】図１６は従来の第２の電力合成器である。
【図１７】図１７は図１６の電力合成器の等価回路である。
【符号の説明】
【００５９】
１１,２１…ＲＦＩＣ送信回路
１２,２２…１８０度位相線路
１３,１４,３３…直流分離用キャパシタンス成分
１６,１５,２５,３５…電力合成器
３６…ＢＰＦ
１７,２７…アンプ
１８,２８…アンテナ
Ｃ１a〜Ｃ５a,Ｃ１c〜Ｃ８c,Ｃ１d〜Ｃ１３d,Ｃ１g〜Ｃ５g,Ｃ１h〜Ｃ３h,Ｃ２i〜Ｃ５i,Ｃ２j〜Ｃ５j…キャパシタンス成分
Ｌ１c〜Ｌ３c,Ｌ１d〜Ｌ３d,Ｌ１g〜Ｌ２g,Ｌ２j〜Ｌ３j…インダクタンス成分
Ｒ１a〜Ｒ２a,Ｒ１c〜Ｒ２c,Ｒ１d〜Ｒ４d,Ｒ１f,Ｒ２i,２j…抵抗成分
Ｔ１a〜Ｔ３a,Ｔ１f〜Ｔ２f,Ｔ１h〜Ｔ２h,Ｔ２i〜Ｔ３i…短絡線路共振器
Ｐ…共通節点
【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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