(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
準ミリ波帯の広帯域にわたって略平坦な減衰特性が得られる広帯域減衰回路であって、
所定の誘電率を有する基板と、
前記基板上に形成されて第１の入出力用ポートと第２の入出力用ポートとの間に配索された伝送線路と、
前記基板上にグラウンドパターンとして形成されて接地された接地用導体部と、を備え、
さらに、減衰量を調整するためのチップ抵抗器が、前記基板上で前記伝送線路と前記接地用導体部との間のみに２段以上並列に接続されており、
準ミリ波帯の高周波信号を入力したときの前記減衰量が、前記チップ抵抗器の抵抗値と段数のそれぞれに略比例して決定されている
ことを特徴とする広帯域減衰回路。
【請求項２】
前記チップ抵抗器は、抵抗値の調整が可能な可変抵抗器である
ことを特徴とする請求項１に記載の広帯域減衰回路。
【請求項３】
前記チップ抵抗器は、雰囲気温度によって抵抗値が変化する感温式抵抗器である
ことを特徴とする請求項１に記載の広帯域減衰回路。
【請求項４】
前記チップ抵抗器は、並列に３段以上配列されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の広帯域減衰回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減衰回路に関するものであり、特に準ミリ波帯において広帯域にわたって良好な特性が得られる広帯域減衰回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、新しいコンセプトの無線通信技術として、数百ＭＨｚ乃至数ＧＨｚの帯域幅を利用した超広帯域無線システムであるＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）無線通信システムが注目されている。また、ＵＷＢ無線通信システムの応用として、ＵＷＢレーダシステムも検討されている。
【０００３】
広帯域の高周波回路において、アンプ等の利得を調整するのに広帯域の減衰回路（アッテネータ）が必要となる。たとえば、ＵＷＢレーダでは準ミリ波帯（１８ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）でリニアに動作する広帯域減衰回路が必要となるが、ＵＷＢレーダの製品化のためには小型で低コストのものが要求される。
【０００４】
従来、減衰回路としてπ型のものとＴ型のものが広く知られている。π型およびＴ型減衰回路の基本的な構成を図８に示す。同図(ａ)がπ型減衰回路９１０の基本構成を示し、（ｂ）がＴ型減衰回路９２０の基本構成を示している。それぞれの減衰器において、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３およびＲ２１、Ｒ２２、Ｒ２３の抵抗値を適切に設定することにより、所望の減衰量を得るようにすることができる。
【０００５】
また、減衰回路の減衰特性を可変とした可変減衰回路として、ＰＩＮダイオードを用いたものも広く知られている。ＰＩＮダイオードを用いた可変減衰器回路では、各ＰＩＮダイオードのバイアス電流を調整することで各ＰＩＮダイオードの抵抗値を変更することができ、それにより減衰量を調整することができる。ＰＩＮダイオードを用いた高周波用可変減衰回路として、たとえば特許文献１に記載のものが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２２４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のπ型、Ｔ型の減衰回路は、そのままの形状で実際の回路を構成すると、数ＧＨｚまでの周波数帯でしか利用できず、それより高周波帯の準ミリ波帯では適切に動作しないといった問題がある。とくに、２０ＧＨｚ以上の周波数帯では、減衰回路の特性がそれ以下のものと大きく異なってしまうため、このような準ミリ波帯では実用化できないといった問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、準ミリ波帯においても広帯域で好適な利得特性が得られる広帯域減衰回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の広帯域減衰回路の第１の態様は、準ミリ波帯の広帯域にわたって略平坦な減衰特性が得られる広帯域減衰回路であって、所定の誘電率を有する基板と、前記基板上に形成されて第１の入出力用ポートと第２の入出力用ポートとの間に配索された伝送線路と、前記基板上にグラウンドパターンとして形成されて接地された接地用導体部と、を備え、さらに、減衰量を調整するためのチップ抵抗器が、前記基板上で前記伝送線路と前記接地用導体部との間のみに２段以上並列に接続されており、準ミリ波帯の高周波信号を入力したときの前記減衰量が、前記チップ抵抗器の抵抗値と段数のそれぞれに略比例して決定されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の広帯域減衰回路の他の態様は、前記チップ抵抗器は、抵抗値の調整が可能な可変抵抗器であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の広帯域減衰回路の他の態様は、前記チップ抵抗器は、雰囲気温度によって抵抗値が変化する感温式抵抗器であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の広帯域減衰回路の他の態様は、前記チップ抵抗器は、並列に３段以上配列されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、準ミリ波帯においても広帯域で好適な利得特性が得られる広帯域減衰回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態における広帯域減衰回路について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る広帯域減衰回路を、図１および図２を用いて説明する。図１は広帯域減衰回路１００の基板パターンを示す図であり、図２は本実施形態の広帯域減衰回路１００の回路構成を示す図である。本実施形態の広帯域減衰回路１００は、図１に示すように、線路パターン１０１とグラウンドパターン１０２との間に、複数のチップ抵抗器１１１を有する抵抗部１１０を配置した構成としている。例えば、図１、図２では、抵抗部１１０に５つ（５段）のチップ抵抗器１１１を並列に並列した場合を示しているが、本実施形態の抵抗部１１０には、チップ抵抗器１１１の段数（個数）を変えて配置することができる。ここで、基板パラメータとして、比誘電率を３．６６、基板厚を０．２５４ｍｍ、銅箔厚を１８μｍとしている。また、チップ抵抗器１１１の寸法を、長さ１ｍｍ、幅０．５ｍｍとしている。
【００１５】
図１に示した本実施形態の広帯域減衰回路１００の回路構成が、図２に示されている。図２において、チップ抵抗器１１１のそれぞれの抵抗値をＲ１〜Ｒ５としている。このような構成において、第１のポート１０３からＲＦ帯の高周波信号が入力されると、所定の減衰量だけ減衰されて第２のポート１０４から出力される。
【００１６】
上記構成の本実施形態の広帯域減衰回路１００では、チップ抵抗器１１１のそれぞれの抵抗値を変更することにより減衰量の大きさを調整することができる。これに加えて、抵抗部１１０に配置されるチップ抵抗器１１１の数（段数）を変更することによっても、広帯域減衰回路１００の減衰量の大きさを変更することができる。
【００１７】
本実施形態の広帯域減衰回路１００では、抵抗部１１０に配置される抵抗器１１１の抵抗値および段数に対して、減衰量が単調増加するといった特性が得られる。広帯域減衰回路１００の周波数特性について、シミュレーション結果の一例を用いて以下に説明する。なお、以下では、線路パターン１０１を５０Ω線路とし、各抵抗器１１１の抵抗値を減衰回路抵抗値として説明する。なお、ここでは抵抗値を全て同じとした場合を例としているが、本発明の実施形態は各抵抗器１１１の抵抗値が全て同じであるものに限られないことはいうまでもない。
【００１８】
抵抗部１１０のチップ抵抗器１１１の段数を５段としたときの広帯域減衰回路１００について、その利得周波数特性を図３に示す。図３(ａ)は、横軸を周波数としたときの広帯域減衰回路１００の利得周波数特性（Ｓ２１特性）を示しており、同図（ｂ）は横軸を減衰回路抵抗値としたときの利得の変化を示している。図３(ａ)では、減衰回路抵抗値を４７Ω、１００Ω、１５０Ωとしたときの周波数３０ＧＨｚまでの利得特性を、それぞれ符号１１〜１３で示している。また、図３(ｂ)では、周波数が１ＧＨｚの場合と２６．５ＧＨｚの場合の減衰回路抵抗値に対する利得特性の変化を、それぞれ符号１４、１５で示している。
【００１９】
図３(ａ)より、減衰回路抵抗値がいずれの大きさの場合も準ミリ波帯での周波数に対する変化が小さく、４７〜１５０Ωの範囲では良好な利得平坦性が得られることがわかる。また、図３(ｂ)より、準ミリ波帯の２６．５ＧＨｚの場合(符号１５)、減衰回路抵抗値に対して線形性を有する減衰特性が得られていることがわかる。
【００２０】
同じく抵抗部１１０のチップ抵抗器１１１の段数を５段としたときの広帯域減衰回路１００について、その反射周波数特性を図４に示す。図４(ａ)は、横軸を周波数としたときの広帯域減衰回路１００の反射周波数特性（Ｓ１１特性）を示しており、同図（ｂ）は反射特性をスミスチャートを用いて示したものである。図４(ａ)では、減衰回路抵抗値Ｒを４７Ω、１００Ω、１５０Ωとしたときの周波数３０ＧＨｚまでの反射特性を、それぞれ符号２１〜２３で示しており、図４(ｂ)でもそれぞれの減衰回路抵抗値での反射特性の軌跡を、それぞれ符号２４〜２６で示している。
【００２１】
図４(ａ)より、本実施形態の広帯域減衰回路１００は、準ミリ波帯で良好な反射特性が得られており、Ｓ１１が−１２ｄＢ以下となっている。また、図４(ｂ)に示すスミスチャートから、いずれの減衰回路抵抗値においても準ミリ波帯では反射特性が良好であることがわかる。
【００２２】
図１、２に示した本実施形態の広帯域減衰回路１００では、抵抗部１１０に配置されるチップ抵抗器１１１の段数を５段としたが、この段数を変更することでも広帯域減衰回路１００の減衰特性を調整することができる。以下では、抵抗部１１０に配置されるチップ抵抗器１１１の段数を変更したときの広帯域減衰回路１００の特性について説明する。
【００２３】
抵抗部１１０に配置されるチップ抵抗器１１１の抵抗値を１００Ωに固定し、チップ抵抗器１１１の段数を変化させたときの広帯域減衰回路１００の利得周波数特性および反射特性を、それぞれ図５および図６に示す。
【００２４】
図５(ａ)では、チップ抵抗器１１１の段数を１段、３段、５段にしたときの周波数３０ＧＨｚまでの利得周波数特性（Ｓ２１特性）を示しており、それぞれの利得特性を符号３１〜３３で示している。同図より、利得周波数特性は、いずれのチップ抵抗器の段数に対しても、準ミリ波帯では良好な平坦性を持つことがわかる。
【００２５】
また、図５（ｂ）では、周波数が１ＧＨｚの場合と２６．５ＧＨｚの場合について、横軸をチップ抵抗器１１１の段数としたときの利得の変化を示しており、それぞれ符号３４、３５で示している。同図より、準ミリ波帯では、チップ抵抗器１１１の段数に対し利得特性が良好な線形性を示すことがわかる。この条件では準ミリ波帯だけでなく１ＧＨｚにおいても同様に良好な線形性を示している。
【００２６】
図６(ａ)では、チップ抵抗器１１１の段数を１段、３段、５段にしたときの周波数３０ＧＨｚまでの反射周波数特性（Ｓ１１特性）を示しており、それぞれの利得特性を符号４１〜４３で示している。同図より、反射周波数特性は、高周波側で比較的低減されており、特に段数が多いほど良好な反射特性が得られている。
【００２７】
また、図６（ｂ）では、広帯域減衰回路１００の反射特性をスミスチャートを用いて示している。同図でも、チップ抵抗器１１０の段数を１段、３段、５段にしたときの反射特性の軌跡を、それぞれ符号４４〜４６で示している。同図より、いずれの段数においても良好な反射特性が得られている。
【００２８】
上記説明のとおり、本発明によれば、準ミリ波帯において広帯域で好適な周波数特性が得られる広帯域減衰回路を提供することができる。また、本発明の広帯域減衰回路は、シンプルな構造を有しており、回路基板面積も小さくすることできることから、低コストの広帯域減衰回路を提供することができる。
【００２９】
本発明の別の実施形態にかかる広帯域減衰回路として、抵抗部１１０に配置する抵抗器として、感温式の抵抗器を用いることができる。本実施形態の広帯域減衰回路を適用するシステムにおいて、その温度特性を事前に把握し、本実施形態の広帯域減衰回路に用いる抵抗器として、システムの温度特性と逆の温度特性を持たせるようにすることで、本実施形態の広帯域減衰回路を温度補償型の減衰回路とすることができる。
【００３０】
一例として、図７に示すように、本実施形態の広帯域減衰回路２００が、増幅器２１０から出力される高周波信号を入力するように構成されたシステムでは、広帯域減衰回路２００内の抵抗器２０１に対し、増幅器２１０の温度特性と逆の温度特性を持たせるようにする。これにより、環境温度が変化して増幅器２１０の特性が変化しても、その変化を抵抗器２０１で補償させるようにすることが可能となる。
【００３１】
次に、従来例として図８に示したπ型減衰回路９１０の減衰回路の特性について、シミュレーション結果を用いて説明する。一例として、従来の減衰回路の基板パターン例を図９に示す。同図に示す減衰回路９００は、図８に示したπ型減衰回路９１０に相当するものであり、線路パターン９０４上にチップ抵抗器９０３を配置し、線路パターン９０４とグラウンドパターン９０５との間にチップ抵抗器９０１、９０２を配置している。図８のπ型減衰回路９１０に対応させて、チップ抵抗器９０１、９０２、９０３の抵抗値を、それぞれＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３とする。
【００３２】
図９に示す減衰回路９００の基板パラメータは、図１と同様に、比誘電率を３．６６、基板厚を０．２５４ｍｍ、銅箔厚を１８μｍとしている。また、チップ抵抗器９０１〜９０３の寸法を、長さ１ｍｍ、幅０．５ｍｍとしている。
【００３３】
上記構成のπ型減衰回路９００の周波数特性を図１０に示す。同図(ａ)はπ型減衰回路９００の利得周波数特性（Ｓ２１特性）を示しており、同図（ｂ）は減衰量設定値に対する利得特性の変化を示している。また、同図(ｃ)はπ型減衰回路９００の反射周波数特性（Ｓ１１特性）を示しており、同図(ｄ)は減衰量設定値に対する反射周波数特性の変化を示している。
【００３４】
図１０(ａ)では、低周波帯での減衰量設定値が２ｄＢ、５ｄＢ、８ｄＢ、および１２ｄＢとなるように各抵抗値を調整したときの３０ＧＨｚまでの周波数特性を、それぞれ符号８１〜８４で示している。同図より、ほぼ設定値通りの利得が得られるのは５ＧＨｚ程度までであり、それより高周波帯では減衰量が設定値より大きくなっており、かつ周波数によって大きく変動するといった好ましくない特性となっている。とくに１７ＧＨｚ超では、減衰量設定値と実際の減衰量との大小関係が逆転しており、さらに調整範囲がかなり限定（１０ｄＢ前後）されてしまったりする。
【００３５】
図１０(ｂ)では、周波数が１ＧＨｚの場合(符号８５)と、２６．５ＧＨｚの場合(符号８６)の減衰量設定値に対する利得特性の変化を示している。符号８５のグラフで示すように、周波数が１ＧＨｚの場合には、減衰量設定値とほぼ等しい利得特性が得られている。これに対し、符号８６のグラフで示す周波数が２６．５ＧＨｚの場合には、減衰量設定値（計算値）と実際の利得（Ｓ２１）が一致しないだけでなく、減衰量設定値を大きくすると実際の利得の絶対値が逆に減少するといった逆の特性が見られる。さらに、減衰量設定値を大きくするにつれて利得の絶対値の変化が徐々に小さくなって飽和してしまうような変化が見られる。
【００３６】
図１０(ｃ)では、低周波帯での減衰量設定値が２ｄＢ、５ｄＢ、８ｄＢ、および１２ｄＢとなるように各抵抗値を調整したのときの３０ＧＨｚまでの反射周波数特性を、それぞれ符号９１〜９４で示している。同図に示すように、低周波帯では反射特性が十分低減されているのに対し、高周波帯では反射特性が急激に悪化(反射が大きくなる)している。
【００３７】
図１０（ｄ)では、周波数が１ＧＨｚの場合(符号９５)と、２６．５ＧＨｚの場合(符号９６)の減衰量設定値に対する反射周波数特性を示している。符号９５のグラフで示すように、周波数が１ＧＨｚの場合には、反射特性が２５ｄＢ以下に低減されているが、符号９６で示す２６．５ＧＨｚの場合には、−５ｄＢ程度の高い反射特性となっている。なお、反射特性は、減衰量設定値によってそれほど変化せず、とくに２６．５ＧＨｚの場合には反射量が大きい状態でほぼ一定となっている。
【００３８】
上記のシミュレーション結果からも明らかなように、従来のπ型減衰回路（Ｔ型減衰回路でも同様）では、高周波帯で減衰量が設定値から大きくずれてしまったり設定範囲が限定されてしまったりするため、このような周波数帯で実用化することはできず、特にＵＷＢレーダのような準ミリ波帯で広い帯域を利用するシステムでは、これを適用することはできない。
【００３９】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る広帯域減衰回路の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における広帯域減衰回路の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る広帯域減衰回路の基板パターンを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る広帯域減衰回路の回路構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る広帯域減衰回路の利得周波数特性を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る広帯域減衰回路の反射周波数特性を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係る広帯域減衰回路において、チップ抵抗器の段数を変化させたときの利得周波数特性を示す図である。
【図６】第１の実施形態に係る広帯域減衰回路において、チップ抵抗器の段数を変化させたときの反射周波数特性を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る広帯域減衰回路を用いたシステムのブロックの図である。
【図８】従来のπ型減衰回路とＴ型減衰回路を示す構成図である。
【図９】従来のπ型減衰回路の基板パターン例を示す図である。
【図１０】従来のπ型減衰回路の周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１００、２００    広帯域減衰回路
１０１    線路パターン
１０２    グラウンドパターン
１０３    第１のポート
１０４    第２のポート
１１０    抵抗部
１１１    チップ抵抗器
２０１    抵抗器
２１０    増幅器
９１０    π型減衰回路
９２０    Ｔ型減衰回路
【図１】
0005158862.tif 000002
【図２】
0005158862.tif 000003
【図３】
0005158862.tif 000004
【図４】
0005158862.tif 000005
【図５】
0005158862.tif 000006
【図６】
0005158862.tif 000007
【図７】
0005158862.tif 000008
【図８】
0005158862.tif 000009
【図９】
0005158862.tif 000010
【図１０】
0005158862.tif 000011