(57)【要約】【課題】方向性結合器及びそれから作られたパワー・スプリッタの提供。【解決手段】少なくとも２つの結合線路（２、３）及び少なくとも３つのポート（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を含む方向性結合器（１、７、８）であって、前記第１の結合線路（２）が、２つのポート、つまり入力ポート（Ｐ１）及び出力ポート（Ｐ２）と、第３のポート、つまり前記結合ポート（Ｐ３）において連結された順方向経路（４）及び逆方向経路（５）を有する前記第２の結合線路（３）とを有し、前記第２の結合線路（３）において、結合抵抗器（６）が順方向経路（４）内または逆方向経路（５）内のいずれかで直列に接続されていることを特徴とするループを形成する、前記方向性結合器。（図１、図２、図３）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの結合線路（２、３）及び少なくとも３つのポート（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を含む方向性結合器（１、７、８）であって、前記第１の結合線路（２）が、２つのポート、つまり入力ポート（Ｐ１）及び出力ポート（Ｐ２）と、第３のポート、つまり前記結合ポート（Ｐ３）において連結された順方向経路（４）及び逆方向経路（５）を有する前記第２の結合線路（３）とを有し、前記第２の結合線路（３）において、結合抵抗器（６）が順方向経路（４）内または逆方向経路（５）内のいずれかで直列に接続されていることを特徴とするループを形成する、前記方向性結合器。（図１、図２、図３）。
【請求項２】
ＬＣ素子を形成する接地インダクタンス（９）及びキャパシタンス（１０）が、前記結合抵抗器（６）と前記第３のポート（Ｐ３）との間の前記ループに接続され、接地抵抗器（１１）が、前記結合抵抗器（６）の反対側の前記ループに接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の方向性結合器。（図５）。
【請求項３】
請求項１または２に記載の少なくとも２つの方向性結合器（１）を含むパワー・スプリッタ（１２）であって、前記方向性結合器（１）が直列に接続され、それぞれがカスタマイズされた結合減衰を有することを特徴とする、前記パワー・スプリッタ（１２）。
【請求項４】
前記直列の方向性結合器（１）に続いて、スロープ補償器（１５）と減衰器（１６）とが直列に接続され、それにより前記減衰器（１６）が、その両側に配置されたＲＦスイッチ（１８、１９）を用いて無損失経路（１７）によってバイパスされることを特徴とする、請求項３に記載のパワー・スプリッタ。（図７）。
【請求項５】
前記直列の方向性結合器（１）に続いて、追加の方向性結合器（２０）、第１のＲＦスイッチ（２１）、スロープ補償器（２２）及び第２のＲＦスイッチ（２３）が直列に接続され、それにより前記追加の方向性結合器（２０）の前記第１の結合線路が、前記第１のＲＦスイッチ（２１）を用いて接地抵抗器（２４）に接続可能であり、前記追加の方向性結合器（２０）の前記第２の結合線路が前記第２のＲＦスイッチ（２３）に接続されたバイパス（２５）に通じていることを特徴とする、請求項３に記載のパワー・スプリッタ。（図８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性結合器及びそれから作られたパワー・スプリッタに関し、方向性結合器は少なくとも２つの結合線路と少なくとも３つのポートとを備え、第１の結合線路は少なくとも２つのポート、つまり入力ポート及び出力ポートとを有し、第２の結合線路は第３のポート、つまり結合ポートで結合された順方向経路及び逆方向経路とを有し、ループを形成している。
【背景技術】
【０００２】
上記の特徴を有する方向性結合器は、ＷＯ２００９／０００  ４３４（ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０４  ７９１）に開示されており、逆方向経路に直列に接続されたインダクタを含む。この結合器の目的は、回路の構成のための低コストで所望の周波数範囲内で良好な指向性の鋭さを提供することである。
【０００３】
方向性結合器及びパワー・スプリッタは、ＲＦ技術において使用され、例えばＨＦ、ＵＨＦ、ＶＨＦのような異なる周波数範囲にアンテナ信号を分割するために、電磁パワーを回路の内外に結合するのに役立つ。今日では、誘電体基板上にストリップ線路またはマイクロ・ストリップを有するプレーナ技術で実現されており、そのさらなる実施例は、ＵＳ５  ４２４  ６９４によって与えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００９／０００４３４号明細書
【特許文献２】米国特許第５４２４６９４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
広周波数帯域用の方向性結合器は、現状では主に第２の結合線路が一端で抵抗器で接地され、他端で結合ポートに導かれる線路結合器（テーパ線路結合器、分岐線路結合器など）として設計されている。両方の結合線路は、通常、同じ線路インピーダンスを有する。この構造タイプの広帯域方向性結合器は、多かれ少なかれ巨大であり、タイミング・ナノの世界において大きな欠点である。
【０００６】
本発明の目的は、最小寸法を有する例えば４７０〜９５０ＭＨｚの周波数範囲用の広帯域方向性結合器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、この目的は、第２の結合線路が、第１の結合線路よりも少なくとも２倍高い線路インピーダンスを有すること、そして抵抗器が、順方向経路または逆方向経路のいずれかに直列に接続されていることを特徴とする、最初に上述した方向性結合器で達成される。
【０００８】
本発明の方向性結合器は、２つの結合線路の異なる線路インピーダンス、電磁場をタップするための少なくとも２倍より高い線路インピーダンスを有する第２の結合線路及びそれを出力インピーダンスに変換するための損失抵抗マッチングの使用、という点で、ＷＯ２００９／０００  ４３４（ＰＣＴ  ／  ＥＰ２００８／００４  ７９１）に開示されたものとは異なる。これらの手段により、広周波数帯域（例えば、４７０〜９５０ＭＨｚ）にわたり一定の結合減衰を有する方向性結合器が、基板上で必要とされる最小の労力と空間で達成される。それとは対照的に、上述の従来技術は、１：１変換を使用し、指向性の鋭さを改善するために結合インダクタンスを使用することによって干渉を使用することに基づいている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による方向性結合器の有利な実施形態は、ＬＣ素子を形成する接地インダクタンス及びキャパシタンスが結合抵抗器と第３のポートとの間のループに接続され、接地抵抗器が結合抵抗器の反対側のループに接続されている、ということを特徴としている。このような実施形態は、方向性結合器の周波数応答の柔軟性及び同調性を向上させる、すなわち、これらの構成要素の値を調整することにより、伝送特性をよりよく適合させてもよい。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、本発明による方向性結合器を備え、従来技術と比較して、より高い減結合減衰及びより低いエネルギー損失を有するパワー・スプリッタを作成することである。
【００１１】
この目的は、本発明による方向性結合器が直列に接続され、それぞれがカスタマイズされた結合減衰を有するパワー・スプリッタによって本発明により達成される。
【００１２】
方向性結合器の出力のガルバニック（オーミック）絶縁のために、従来の（ウィルキンソン分配器のような）パワー・スプリッタでツリー構造の構成では実現できない、高い減結合減衰が達成される。さらに、少量の入力エネルギーのみを抽出するために、第１の結合線路、つまり主線路の、他の（第２の）結合線路までの距離によって結合減衰を正確に調整することができる。
【００１３】
本発明によるパワー・スプリッタの主線路の出力におけるエネルギー損失は、従来のパワー・スプリッタのエネルギー損失よりも小さいので、所与の入力エネルギーに基づいて、それにさらなる装置、例えば受信機、スプリッタなどを接続することが可能である。この目的のために、本発明によれば、パワー・スプリッタの出力にスロープ補償器と減衰器を直列に接続することが推奨され、それにより減衰器は、その側面の両方に配置されたＲＦスイッチを用いて無損失経路によってバイパスされる。
【００１４】
スロープ補償器は、直列の方向性結合器によって引き起こされる周波数応答を等化する働きをする。これは、レベル関係を適合させるために、周波数の増加の際に減少した減衰を有する、減衰器である。２つのＲＦスイッチによって、パワー・スプリッタの出力信号は、その出力を１つの追加の受信機チャネルとして使用するか、またはそれを、例えば少なくとも８つの別の受信機に信号を提供する受動ウィルキンソン分配器などに接続される高電力出力として使用するために、（線形）減衰器を備えた経路または無損失経路の間で切り替えることができる。
【００１５】
パワー・スプリッタのより有利な実施形態は、直列の方向性結合器に続いて、追加の方向性結合器、第１のＲＦスイッチ、スロープ補償器及び第２のＲＦスイッチが直列に接続され、それにより追加の直接結合器の第１の結合線路は、第１のＲＦスイッチを介して接地抵抗器に接続可能であり、追加の方向性結合器の第２の結合線路は、第２のＲＦスイッチに接続されたバイパスにつながる、という特徴がある。
【００１６】
この構成では、追加の方向性結合器の出力は、所望の機能に応じて２つの選択肢の間で切り替えることができる。第１の代替例では、主線路である追加の方向性結合器の第１の結合線路の出力が、電波吸収体として作用する接地抵抗器に接続され、第２の結合線路の出力が最終出力に接続される。この場合、主線路における有害な反射は排除される。第２の代替例では、主線路は最終出力に切り替えられるスロープ補償器に接続される。従って、出力は、例えば少なくとも８つのさらなる受信機に信号を分配するウィルキンソン分配器を動作させ得る高電力出力に変わる。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
少なくとも２つの結合線路（２、３）及び少なくとも３つのポート（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を含む方向性結合器（１、７、８）であって、上記第１の結合線路（２）が、２つのポート、つまり入力ポート（Ｐ１）及び出力ポート（Ｐ２）と、第３のポート、つまり上記結合ポート（Ｐ３）において連結された順方向経路（４）及び逆方向経路（５）を有する上記第２の結合線路（３）とを有し、上記第２の結合線路（３）において、結合抵抗器（６）が順方向経路（４）内または逆方向経路（５）内のいずれかで直列に接続されていることを特徴とするループを形成する、上記方向性結合器。（図１、図２、図３）。
（項目２）
ＬＣ素子を形成する接地インダクタンス（９）及びキャパシタンス（１０）が、上記結合抵抗器（６）と上記第３のポート（Ｐ３）との間の上記ループに接続され、接地抵抗器（１１）が、上記結合抵抗器（６）の反対側の上記ループに接続されていることを特徴とする、上記項目に記載の方向性結合器。（図５）。
（項目３）
項目１または２に記載の少なくとも２つの方向性結合器（１）を含むパワー・スプリッタ（１２）であって、上記方向性結合器（１）が直列に接続され、それぞれがカスタマイズされた結合減衰を有することを特徴とする、上記項目のいずれかに記載のパワー・スプリッタ（１２）。
（項目４）
上記直列の方向性結合器（１）に続いて、スロープ補償器（１５）と減衰器（１６）とが直列に接続され、それにより上記減衰器（１６）が、その両側に配置されたＲＦスイッチ（１８、１９）を用いて無損失経路（１７）によってバイパスされることを特徴とする、上記項目のいずれかに記載のパワー・スプリッタ。（図７）。
（項目５）
上記直列の方向性結合器（１）に続いて、追加の方向性結合器（２０）、第１のＲＦスイッチ（２１）、スロープ補償器（２２）及び第２のＲＦスイッチ（２３）が直列に接続され、それにより上記追加の方向性結合器（２０）の上記第１の結合線路が、上記第１のＲＦスイッチ（２１）を用いて接地抵抗器（２４）に接続可能であり、上記追加の方向性結合器（２０）の上記第２の結合線路が上記第２のＲＦスイッチ（２３）に接続されたバイパス（２５）に通じていることを特徴とする、上記項目のいずれかに記載のパワー・スプリッタ。（図８）。
（摘要）
少なくとも２つの結合線路（２、３）及び少なくとも３つのポート（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を含み、第１の結合線路（１）が、少なくとも２つのポート、つまり入力ポート（Ｐ１）及び出力ポート（Ｐ２）と、第３のポート、つまり結合ポート（Ｐ３）において連結された順方向経路（４）及び逆方向経路（５）を有する第２の結合線路（３）とを有し、ループを形成する、方向性結合器（１）。広周波数帯域にわたって一定の結合減衰を達成し、寸法を最小にするために、第２の結合線路（３）は第１の結合線路（２）よりも少なくとも２倍高い線路インピーダンスを有し、結合抵抗器（６）は順方向経路（４）または逆方向経路（５）のいずれかにおいて直列に接続される。マルチチャネル・パワー・スプリッタでは、そのような方向性結合器（１）が直列に接続される。
【００１７】
本発明は、図面に示されたいくつかの実施例に基づいてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による方向性結合器の異なる実施形態を原理的に示す。
【図２】本発明による方向性結合器の異なる実施形態を原理的に示す。
【図３】本発明による方向性結合器の異なる実施形態を原理的に示す。
【図４】従来技術に対する本発明の技術的進歩を示す図である。
【図５】本発明の別の有利な実施形態を示す。
【図６】図５による回路の周波数応答の図である。
【図７】本発明による方向性結合器を含むパワー・スプリッタの２つの発明の実施形態を説明する。
【図８】本発明による方向性結合器を含むパワー・スプリッタの２つの発明の実施形態を説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、ストリップ線路技術における発明の方向性結合器１を原理的に示す。それは、入力ポートＰ１と送信ポートＰ２とを有する第１の結合線路２、つまり主線路及び、ループを形成し、結合ポートＰ３に接続された順方向経路４と逆方向経路５とを有する、第２の結合線路３とからなる。逆方向経路５には、直列に接続された結合抵抗器６がある。無線周波数信号は、第１の結合線路２から、より高いインピーダンスを有し、その結果、第１の結合線路２よりも導体トラック幅が薄くなる、第２の結合線路３に伝送される。広帯域結合を達成するために、第２の結合線路３の線路インピーダンスは、第１の結合線路２の線路インピーダンスよりも少なくとも２倍高く選択される。
【００２０】
図２は、同様の方向性結合器７を示しているが、第２の線路３から第１の線路２への信号の結合のために結合抵抗器６が順方向経路４に配置されている。図３は、図１及び２の実施例の組合せを示す。
【００２１】
第２の結合線路３のループは、長さ、幅、トラック幅、所望の周波数を設定するための結合構造の距離、及び周波数応答補償に関して修正することができる。順方向及び逆方向経路の結合ポートＰ３の位置も、周波数応答補償を設定するために使用することができる。言い換えれば、第２の結合線路の波動インピーダンス、順方向経路の長さ、逆方向経路の長さ及び順方向経路または逆方向経路に配置することができる抵抗器が、伝送特性、特に結合器の帯域幅を決定する。これらのパラメータを決定することによって、所望の周波数範囲及び周波数応答を調整することができる。結合減衰は、２つの結合線路の間の距離によってのみ調整される。
ＵＨＦ応用（４７０〜９５０ＭＨｚ）に対する一般的な値：
結合抵抗器  ２２０Ω
ループ長さ  ６５ｍｍ
ループ幅  ５ｍｍ
トラック幅主線路  ２ｍｍ
トラック幅ループ線路  ０．５ｍｍ
結合距離  ０．５ｍｍ
このようなパラメータを用いると、広い周波数範囲にわたってほぼ一定の高い結合係数が図４に示すように達成される。比較のために、従来の方向性結合器の周波数応答は、０．６０と０．７０ＧＨｚの間の最適値を有する破線で示されている。これとは対照的に、本発明の方向性結合器は、約０．３５〜０．９５ＧＨｚとほぼ同じレベルの多かれ少なかれ一定の結合係数を有する。従来技術とは対照的に、本発明による方向性結合器は、真の広帯域方向性結合器である。
【００２２】
図５は、本発明による方向性結合器８の一実施形態を示しており、ＬＣ素子を形成する接地インダクタンス９及びキャパシタンス１０は、結合抵抗器６と第３のポートＰ３との間のループに接続され、接地抵抗器１１は結合抵抗器６の反対側のループに接続されている。その伝送特性は、周波数応答の同調性のさらに大きな柔軟性を可能にするこれらの構成要素の値によって有利に調整することができる。
この実施形態に対する一般的な値は：
基板．．．．．．．．．．ＦＲ４、厚さ１．６ｍｍ
結合抵抗器６．．．．．．２２０Ω
インダクタンス９．．．．２０ｎＨ                     
キャパシタンス１０．．．１．２ｐＦ
接地抵抗器１１．．．．．３３０Ω
ループ長．．．．．．．．５３ｍｍ
ループ幅．．．．．．．．４．５ｍｍ
結合距離．．．．．．．．０．５ｍｍ
【００２３】
これらのパラメータで達成される周波数応答を図６に示す。破線から分かるように、結合係数は０．６〜１．０ＧＨｚの広い範囲でほとんど一定である。前述のパラメータは、５５×１２ｍｍの能動的な結合構造寸法または８４×３８ｍｍの全体外形寸法をもたらす。従って、本発明の広帯域方向性結合器８は、約７００ＭＨｚの同じ平均周波数において長さが少なくとも１１０ｍｍでなければならない従来の方向性結合器の、わずか半分の大きさである。
【００２４】
要約すると、本発明の方向性結合器は、従来技術よりも広い周波数範囲にわたってほぼ一定の結合係数を有し、さらに、比較可能な従来の方向性結合器よりもかなり小さく製造することができる。
【００２５】
本発明による方向性結合器の並外れた特性のために、それぞれがカスタマイズされた結合減衰を有するいくつかのそのような結合器を直列に接続して、図７に示すような広帯域パワー・スプリッタ１２を形成することができる。直列素子の数は、アンテナ１４からの広帯域信号を受信している（低雑音）増幅器１３の利得についての電力入力に、すなわち図７に示すように依存する。前述したように、方向性結合器の出力のガルバニック絶縁は高い減結合減衰をもたらし、これはウィルキンソン分配器のような従来のパワー・スプリッタ技術では実現できないものである。さらに、結合減衰は、必要な量だけのエネルギーを抽出するために、第１の結合線路、つまり主線路の、他の結合線路までの距離によって正確に調節することができる。低雑音増幅器が供給する電力が最適に利用され、損失が最小限に抑えられる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
例えばツリー構造を有する従来のパワー・スプリッタの出力と比較して、本発明によれば、パワー・スプリッタ１２の主線路の最終出力で節約されたエネルギーは、追加の受信機を提供するために使用されることができる。図７に示すように、スロープ補償器１５及び減衰器１６は直列に接続されており、それにより減衰器１６は、その両側に配置されたＲＦスイッチ１８、１９を用いて無損失経路１７によってバイパスされる。スロープ補償器１５は、方向性結合器１によって生じる周波数応答を等化する働きをする。無線周波数スイッチ１８がスロープ補償器１５を減衰器１６に接続し、ＲＦスイッチ１９が減衰器１６を出力に接続すると、その出力は１つの追加の受信機チャネルとして使用される。一方、ＲＦスイッチ１８、１９が図７に示す位置に置かれると、スロープ補償器１５は無損失経路１７を介して出力に直接接続されるので、その出力は、少なくとも８つのさらなる受信機に信号を供給する、例えば受動ウィルキンソン分配器が接続されてもよい、高電力出力として使用される。
【００２７】
図８は、方向性結合器１からなるパワー・スプリッタ１２に、追加の方向性結合器２０、第１のＲＦスイッチ２１、スロープ補償器２２及び第２のＲＦスイッチ２３が直列に続く、より有利な構成を示す。追加の方向性結合器２０の第１の結合線路は、例えば５０Ωを有する接地抵抗器２４に接続可能である。追加の方向性結合器２０の第２の結合線路は、第２のＲＦスイッチ２３に接続されたスロープ補償器２２のバイパス２５に通じている。図８に示すようなＲＦスイッチ２１及び２３の位置では、追加の方向性結合器２０の第１の結合線路の出力、つまり主線路は、電波吸収体として作用する接地抵抗器２４に接続され、その第２の結合線路の出力は最終出力に切り替えられる。従って、主線路の望ましくない反射は排除される。ＲＦスイッチ２１、２３の他の位置では、追加の方向性結合器２０の主線路は、最終出力に切り替えられるスロープ補償器２２に接続される。この配置では、出力は、例えば、少なくとも８つのさらなる受信機に信号を代わりに分配してもよいウィルキンソン分配器を動作させるための、高電力出力として使用される。
【００２８】
要約すると、本発明によるパワー・スプリッタは、従来のパワー・スプリッタと比較して、エネルギーを節約し、それを受動ウィルキンソン分配器のような追加のスプリッタを含む追加の受信機を提供するために使用することができる。
【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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