JPH04505532A - 容量的に補償されたマイクロストリップ方向性結合器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 容量的に補償されたマイクロストリップ方向性結合器この発明は、一般的には、 マイクロストリップ方向性結合器に関する。

２、従来技術の説明 知られたマイクロストリップ方向性結合器は典型的にはより平坦な周波数対結合 特性をそのような特性を達成するためのより大きな寸法を用いることにより得る 構造を使用する。そのような知られた方向性結合器を代表する１つの例は全１／ ４波長準ＴＥＭ波方向性結合器である。そのような方向性結合器はガラス／エポ キシプリント回路板上に非常に高い周波数（ＶＨＦ）で構成されると１フイート （約３０センチメートル）に等しい結合領域長を必要とし、これは電力増幅器に おいて使用するためには非実用的に長くなる。より小さな方向性結合器の構成は 所望の平坦な周波数対結合応答特性を実現するために順方向および反射ポート補 償を必要とするであろう。さらに、この形式の補償は一般に補償されていない結 合構造の方向性を劣化させる（ＶＨＦにおいて、およそ−１２デシベル：ｄＢ） 結合されたポートの不整合を生ずる結果となる。

知られたＶＨＦマイクロストリップ方向性結合器における通常の他の問題は貧弱 な方向性である。方向性（ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ）は順方向ボートが付勢され たとき順方向ポートから逆方向ボートへの望ましくない結合の値である。理想的 な４ボ一ト逆方向波方向性結合器においては、１次順方向ボートに印加されたす べての電力は第２の順方向ポートに現れかつ２次逆方向ボートには何らの電力も 現れないであろう。そのような理想的な方向性結合器においては、方向性は無限 大であろう。

知られたマイクロストリップ方向性結合器においては、該方向性はよくないが、 その理由はマイクロストリップ構造の上のエネルギ（該構造の上の誘電体は空気 である）がプリント回路（ｐｃ）ボード基板において伝搬するエネルギより結合 器にそってより早く伝搬するからである。マイクロストリップカプラについての 典型的な方向性の性能は、結合度および動作周波数に依存して、７〜１３ｄＢで ある。

もしそのような方向性結合器が負荷への順方向および反射された電力を検出する ために電力制御ループにおいて使用されれば、その方向性が電力平均化性能とと もにＶＳＷＲに帰着できる負荷の最小電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を制限するであ ろう。

当業者による方向性結合器の方向性の改善のための従来の努力は誘電体のオーバ レイを付加すること、結合されたラインの形状の変更または前記結合構造の各端 部を橋渡しする単一の、−まとめにされた容量の付加を含む。これらの技術の各 々は強く結合された（すなわち、−１０ｄＢより小の）、１／４波結合ラインの 方向性をおよそ一２０ｄＢに改善する。しかしながら、これらの技術は結合の値 が一２０ｄＢより小さい時あるいは結合構造が１／４波長の長さよりかなり短い 場合に実施することは効率が悪くあるいは実用的でなくなる。

発明の概要 従って、本発明の目的は、従来技術の問題を克服する方向性結合器を提供するこ とにある。

要約すれば、本発明によれば、マイクロストリップ方向性結合器がプリント回路 板上に形成され、該マイクロストリップ方向性結合器は第１および第２のボート を備えた１次伝送ラインおよび該１次伝送ラインに電磁的に結合された第３およ び第４のボートを備えた第２の伝送ライン（または、単に１つの導体）を有する 。本発明の１つの態様は、（１）第１のボートと第３のボート（すなわち、順方 向ポート）の間に、かつ（２）第２のボートと第４のボート（すなわち、逆方向 、または反射、ボート）の間に、リアクティブな結合を提供することにより方向 性結合器の方向性を改善する。これらのリアクティブな結合は第１および第２の ボートにおける電位をそれぞれ第３および第４のボートにおける電位に変換する 。従って、本発明に係わる方向性結合器の方向性は知られた方向性結合器によっ て得られたものに対して改善される。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明を説明するための、容量性結合を有するマイクロストリップ方 向性結合器の説明図である。

第２図は、位相シフトラインを含む、マイクロストリップ方向性結合器の説明図 である。

好ましい実施例の説明 第１図を参照すると、容量的に補償されたマイクロストリップ方向性結合器が示 されている。一般的に数字１００で示された、該方向性結合器は、一端に第１の ボート１２６をそして反対の端部に第２のボート１２８を有する、スルー（また は１次）伝送ライン１０２を具備する。前記第１のボートは順方向ボートである が、その理由は信号の順方向性分がそのポイントに印加されるからである。その ような信号は無線送信機の電力増幅器によって供給することができる。第２のボ ート１２８は逆方向ポートであるが、その理由はそれが逆方向（または、反射さ れた）信号を受けるからである。

好ましい実施例においては、方向性結合器はまた第１の伝送ラインに（そのエツ ジにおいて）、電磁的に結合された、第２の伝送ライン１０４を具備する。第２ の伝送ライン１０４は一端に第３のボート１３０をそして反対の端部に第４のボ ート１３２を有する。第３のボート１３０における信号のレベルは第１のボート １２６における信号の相対的なレベルを表すものでありかつ、第４のボート１３ ２における信号のレベルは第２のボート１２８における信号の相対的なレベルを 表すものである。

第１のボート１２６は好ましくは第１のボート１２６からノード１３９に結合さ れた容量１０６を具備する第１のりアクティブ結合ネットワーク１３８によって 第３のボート１３０に結合される。該リアクティブ結合ネットワーク１３８はさ らにノード１３９とグランド電位との間に結合された第２の容量１．０８、およ び前記ノード１３９と第３のボート１３０との間に結合された、第３の容量１１ ０を具備する。

同様に、第２のりアクティブ結合ネットワーク１４０は第２のボート１２８を第 ４のボート１３２に結合する。該第２のりアクティブ結合ネットワーク１−４０ は第２のボート１２８とノード１４１との間に結合された第４の容量１２０を具 備する。該第２のりアクティブ結合ネットワーク１４０はさらにノード１４１と グランド電位との間に結合された第５の容量１２２、およびノード１４１と第４ のボート１３２との間に結合された、第６の容量１２４を具備する。

抵抗１１２は第３のボート１３０とグランド電位との間の負荷を表す。同様に、 抵抗１１６は第４のボート１３２とグランド電位との間の負荷を表す。

電力が順方向ボート１２６に印加されると、電力が結合されたボート１３０に誘 導される。順方向ボート１２６をドライブする場合に結合されたボート１３０に 結合される電力の値は［結合度（ｃｏｕｐ　ｌ　ｉｎｇ）Ｊと称され、かつ数学 的に以下のように表される。

Ｃ−１０Ｃ−１０１ｏ／ＰＬ）ｄ、Ｂ　（１）この場合、Ｐ３は第３のボート１ ３０に結合された電力を表しかつＰｌは第１のボート１２６に印加された電力で ある。容量１０６，１０８および１１０を具備するネットワークを使用すること は、第１のボート１２６と第３のボート１３０との間に引起こされる容量的な結 合がない場合に得られるものに対しＣの値を増大させる。

方向性は電力を第１のボート１２６に印加する（すなわち、駆動する）場合の第 ４のボートに対する望ましくない電力の結合の値であり、かつ次のように示され る。

Ｄ＝１０　ｌｏｇ（Ｐ４／Ｐ３）ｄＢ　（２）もし第１図の方向性結合器が完全 な（または、理想的な）逆方同波結合器であれば、第１のボート１２６から結合 されたすべての電力は第３のボート１３０に現われかつ第４のボート１３２には 何らの電力も現われないであろう。そのような条件下では、方向性（Ｄ）は無限 大になるであろう。

しかしながら、容量的な補償がない第１図の方向性結合器はむしろ貧弱な方向性 を有している。そのような貧弱な方向性は第１のボート１２６に駆動される電力 が基板内部を伝搬する電力が進むよりも結合構造の上部にそってより早く進むと いう事実によって引起こされる。マイクロストリップ結合器に対する典型的な方 向性の性能は７〜１３ｄＢであり、これは結合度および動作周波数に依存する。

本発明によれば、第１図に示される方向性結合器は、−２５ｄＢの結合を有する 、マイクロストリップ結合器の方向性を広い帯域幅にわたり一３０ｄＢ以上に改 善するために容量性補償を使用する。容量性補償の付加はまた結合構造の実効電 気長を増大させる。従って、本発明は全１／４波長構造の結合特性をＵＨＦで構 成された１／４波長の周波数のおよそ２分の１で実現する。

好ましい実施例においては、無線周波（ＲＦ）信号がスルーライン１０２におけ る第１のボート１２６に印加される。該ＲＦ信号は電磁的に第３のボート１３０ に結合される。前に述べたように、容量１０６．１０８および１１０を具備する 容量性ネットワーク１３８の付加は、容量１２０．１２２および１２４を具備す る容量性ネットワーク１４０と同様に、方向性結合器１００の結合度および方向 性を改善する。

第２図を参照すると、方向性結合器２００が示されている。１次伝送ライン２０ ２は第１の（順方向）ボート２２６および第２の（逆方向）ボート２２８を有す る。１次伝送ライン２０２に電磁的に結合された、２次伝送ライン２０４は第３ のボート２３０および第４のボート２３４を有する。２次伝送ライン２０４は第 １のラインセグメント２０６、第２のラインセグメント２０８、および該第１の ラインセグメント２０６と第２のラインセグメント２０８との間に配設された位 相シフト用ライン２１０を具備する。

ラインセグメント２０６の長さはＬｌであり、ラインセグメント２０８の長さは Ｌ２であり、そして位相シフト用ライン２１０の長さはＬ３である。位相シフト 用ライン２１０はラインセグメント２０６およびラインセグメント２０８の間に 設けられている。１次伝送ライン２０２の特性インピーダンス（Ｚｏｌ）は２次 伝送ラインのインピーダンス（Ｚｏ２）に必ずしも等しい必要はない。

容量２１２，２１４および２１６を具備する、容量性ネットワーク２３２が、第 １図に関して説明したのと同じ構成で、第１のボート２２６および第３のポート ２３００間に配設されている。同様に、容量２１８．２２０および２２２を具備 する、容量性ネットワーク２３８が第２のボート２２８および第４のボート２３ ４の間に配置されている。

この場合も、容量２１８．２２０および２２２は第１図の方向性結合器の第２の ボート１２８と第４のボート１３２との間に配置された容量性ネットワークと同 じ構成で結合されている。

第３のボート２３０およびグランド電位の間に配置された、抵抗２４０は第３の ボート２３０の負荷を表す。同様に、第４のボート２３４とグランド電位の間に 配置された、抵抗２２４は第４のボート２３４の負荷を表す。

位相シフト用ラインセグメント２１０は、長さＬｌおよびＬ２の和が（電磁波の ）１／４波長よりずっと小さいが、全１／４波構造の順方向結合特性を達成する ために、ラインセグメント２０６およびラインセグメント２０８にそって結合さ れた信号の位相をシフトする。前に述べたように、方向性結合器２００の各端部 に容量性ネットワーク２３２および２３８を含めることは、結合器を短縮するの みならず、結合器の方向性を改善する。

本発明を実施した方向性結合器の全体の物理的な長さくＬｔ）は６インチ（１５ ２，４ｍｍ）であり、一方長さＬ１＋Ｌ２は２インチ（５０，８ｍｍ）である。

前にも述べたように、１／４波の補償なしのマイクロストリップ方向性結合器は およそ１２インチ（３０４，８ｍｍ）の長さである。

国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．方向性結合器であって、 第１のポートおよび第２のポートを有する第１の伝送ライン、 前記第１のラインに電磁的に結合された導体であって、該導体は第３のポートお よび第４のポートを有するもの、前記第１のポートおよび第３のポートの間に結 合された第１のリアクティブ結合ネットワークであって、さらに、第１の端子お よび第２の端子を有する、第１のリアクティブ素子であって、前記第１の端子は 前記第１のポートに結合されているもの、 第１の端子および第２の端子を有する、第２のリアクティブ素子であって、前記 第１の端子は前記第１のリアクティブ素子の前記第２の端子に第１の共通ノード において結合されておりかつ前記第２の端子はグランド電位に結合されているも の、 第３のリアクティブ素子であって、該第３のリアクティブ素子は前記第１の共通 ノードと前記第３のポートとの間に配置されているもの、 を具備するもの、 を具備する方向性結合器。
2. ２．さらに、 前記第２のポートと前記第４のポートとの間の第２のリアクティブ結合ネットワ ークであって、さらに、第１の端子および第２の端子を有する、第４のリアクテ ィブ素子であって、前記第１の端子は前記第２のポートに結合されているもの、 第１の端子および第２の端子を有する、第５のリアクティブ素子であって、前記 第１の端子は前記第４のリアクティブ素子の第２の端子に第２の共通ノードにお いて結合されておりかつ前記第２の端子はグランド電位に結合されているもの、 前記第２の共通ノードと前記第４のポートとの間に配設された第６のリアクティ ブ素子、 を具備するもの、 を具備する、請求の範囲第１項に記載の方向性結合器。
3. ３．前記第１の伝送ラインはマイクロストリップラインである、請求の範囲第２ 項に記載の方向性結合器。
4. ４．前記グランド電位はマイクロストリップのグランドの電位である、請求の範 囲第３項に記載の方向性結合器。
5. ５．方向性結合器であって、 第１のポートおよび第２のポートを有し、信号を受ける第１の伝送ライン、 該第１の伝送ラインに電磁的に結合された第２の伝送ラインであって、該第２の 伝送ラインは第３のポート、第４のポート、および前記第１の伝送ラインによっ て受信された信号の位相シフトするための位相シフト用セグメントを具備し、前 記位相シフト部分は前記第３のポートと前記第４のポートとの間に配置されてい るもの、前記第１のポートおよび第３のポートの間に結合された第１のリアクテ ィブ結合ネットワークであって、さらに、第１の端子および第２の端子を有する 、第１のリアクティブ素子であって、前記第１の端子は前記第１のポートに結合 されているもの、 第１の端子および第２の端子を有する、第２のリアクティブ素子であって、前記 第１の端子は前記第１のリアクティブ素子の第２の端子に第１の共通ノードにお いて結合されておりかつ前記第２の端子はグランド電位に結合されているもの、 そして 第３のリアクティブ素子であって、該第３のリアクティブ素子は前記第１の共通 ノードと前記第３のポートとの間に配置されているもの、 を具備するもの、 を具備する方向性結合器。
6. ６．さらに、 前記第２のポートと前記第４のポートとの間の第２のリアクティブ結合ネットワ ークであって、さらに、第１の端子および第２の端子を有する、第４のリアクテ ィブ素子であって、前記第１の端子は前記第２のポートに結合されているもの、 第１の端子および第２の端子を有する、第５のリアクティブ素子であって、前記 第１の端子は前記第４のリアクティブ素子の第２の端子に第２の共通ノードにお いて結合されておりかっ前記第２の端子はグランド電位に結合されているもの、 そして 前記第２の共通ノードと前記第４のポートとの間に配置された第６のリアクティ ブ素子、 を具備するもの、 を具備する、請求の範囲第５項に記載の方向性結合器。
7. ７．前記第１の伝送ラインはマイクロストリップラインである、請求の範囲第６ 項に記載の方向性結合器。
8. ８．前記グランド電位はマイクロストリップのグランドの電位である、請求の範 囲第７項に記載の方向性結合器。