JPH06501833A - 無線装置用方向性結合器 - 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】 無線装置用方向性結合器 背景技術 本発明は、一般に無線周波数装置のための方向性結合器に関する。さらに詳しく は、結合器に入力された信号の望ましくない成分を削減するインテグラル・フィ ルタ（ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｆｉｌｔｅｒ）を有する無線周波数方向性結合器に関 する。

方向性結合器は、無線周波数装置に関してよく知られている要素である。この装 置により、入力端子に入力され、出力端子で出力される無線周波数信号のサンプ ルを入力信号から抽出することができる。適切に設計されると、方向性結合器は 入力端子に入力される信号と出力端子に入力される信号とを区別することができ る。この特性は、入力信号と不整合なアンテナから反射された信号の両方が独立 して監視される無線周波数送信機に特有の用途である。これらの信号のいずれか 一方または両方を電力制御回路で利用して、送信機の出力電力を制御することが できる。

送信機の出力回路でよく知られている別の要素に、高調波フィルタがあるが、こ れは望ましい出力信号の高調波周波数においてアンテナに結合されたエネルギを 削減するために用いられる。アンテナに結合された送信機により構成されるシス テムにおいでは、高調波フィルタは比較的単純な低域フィルタでよいが、送信機 が他の装置と同じアンテナを共用しなければならないシステム、たとえばコンパ ニオン受信機においては、高調波フィルタは多少複雑な構造をどることもある。

たとλば、送信機が動作するように設計された比較的狭い帯域の周波数のみを通 過させ、他の周波数はすべて拒絶する帯域フィルタが、セルラ無線電話などの重 要な用途で用いられてきた。実際の寸法を最小限にして挿入損を最小限にするた めには、ヘリカル（ｈｅｌｉｃａｌ）または同軸共振器などの周波数共振構造が 、無線装置の設計者にとっての選択肢であった。残念ながら、共振構造は、はぼ 奇数調波の帯域周波数である周波数においては、減衰特性が低下してしまう。こ のような応答はフライバック（ｆｌｙｂａｃｋ）として知られている。フライバ ンク応答を克服するために、装置の設計者は共振構造帯域フィルタに直列に追加 のフィルタ構造を配置した。このような追加のフィルタ構造の一例は、米国特許 第５，０２３，８６６号に見られる。

高性能の無線装置を設計したいと願う無線装置の設計者は、方向性結合器、共振 構造帯域フィルタおよび奇数調波フライバック・フィルタを採用することもでき るが、今までのところ、従来実現されている個々の回路素子を用いざるをえない 。個々の回路素子をもつこのような構造は、故障率が高い可能性があり、装置の 寸法と価格とが増大することがある。

発明の概要 本発明は、無線信号が第１送信ラインの入力ポートに結合され、そこから第２送 信ラインの第１ボートに結合されて、無線信号の一部が前記＃！１ボートにおい て出力される無線装置のための方向性結合器を含む。前記無線信号の望ましくな い成分の四分の一波長の整数倍に等しい電気長を有する第３送信ラインが、前記 第１送信ラインに結合されて、望ましくない成分が第１送信ラインの出力ボート で削減される。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明を採用する無線トランシーバのプロ・ツク図である。

第２図は、本発明を採用する代替の無線トランシーバ設計のブロック図である。

第３図は、本発明を採用する方向性結合器の等角図である。

第４図は、トランシーバに利用され本発明を採用する３方向電力スプリツタ回路 のブロック図である。

第５図は、第４図の３方向電カスブリツタの断面図である。

発明の実施例 第１図に、本発明の方向性結合器を利用するトランシーバがブロック図で示され る。無線電話用の従来の設計をもつ無線送信機１０１は、方向性結合器１０３の 入力に結合され、方向性結合器１０３の出力は、（送信機１０１からの出力信号 の基本波までの最低量の減衰を受けた後）従来のアイソレータ１０５に結合され る。好適な実施例におけるアイソレータ１０５は、帯域フィルタ１０７またはア ンテナ１０９のインピーダンスの不整合あるいは付近の送信機からの送信により 起こされる、送信機１０１に戻される反射電力の量を削減する。反射電力が送信 機全体の設計において問題とならないと考えられる場合は、アイソレータ１０５ を削除することは設計者の選択に委ねられる。アイソレータは帯域フィルタ１０ ７に結合され、フィルタ１０７は、好適な実施例においてはセラミック・ブロッ ク誘電共振器帯域フィルタで、送信機１０１からの基本周波数出力の帯域の挿入 損を低く抑えながら、フィルタの帯域外の望ましくない信号をかなり減衰させる 。帯域フィルタ１０７は、アンテナ１０９に結合される。

受信機１１１は、トランシーバの他の部分を構成し、帯域フィルタ１１３により 選択された、アンテナ１０９からの無線周波数信号を受信する。

方向性結合器１０３は、１２ｄＢ減衰され、順方向電力ボートから結合された送 信機出力信号のサンプルを電力制御回路１１５に送る。電力制御回路１１５は、 従来の方法でサンプリングされた出力信号を整流および処理する。電力制御回路 １１５の出力は、送信機１０１の制御信号で、望ましい電力レベルから一定の許 容値範囲内に維持される送信機出力信号を設けるためのものである。第１図に示 される実施例のもう一方の結合されたボート（反射電力がある場合はその一部を 方向性結合器１０３の外の回路構成に結合する）は、第１図の実施例では用いら れない。

方向性結合器１０３を採用するトランシーバの別の設計が第２図のブロック図に 示される。方向性結合器１０３の位置が変更され、帯域フィルタ１０７から出力 された信号が方向性結合器１０３の入力に結合され、方向性結合器１０３の出力 がアンテナ１０９に結合されるようになっている。本実施例の方向性結合器１０ ３の反射電力ボートもまた、電力制御回路２０３に結合され、ここで逆の電力信 号が整流され、送信機１０１の出力電力をさらに制御するために用いられる。

帯域フィルタ１０７の動作を強化する帯域阻止性能を有する方向性結合器１０３ を具現したものが第３図の等角図に示される。４．５の誘電率を有する２枚の誘 電基板３０１．３０３が積層され、この２枚の基板の間に導電性金属被覆部３０ ５が挾まれる。さらに導電性領域３０７が積層された基板群の一方の外表面に付 着され、別の金属被覆部が積層された基板群のもう一方の外表面に付着されてい る。

多重導電層の全体構造は、多層プリント回路板として比較的よく知られている。

好適な実施例の方向性結合器の具体例において、マイクロストリップ導体パター ン３０９が多層回路板の一方の外表面に配置され、ストリップライン導体回路が 多層回路板の内部層または挾まれた層の上に配置される。マイクロストリップ３ ０９は、有効接地として、多層プリント回路板の反対側の外表面に置かれた導体 層３０７を利用する。ストリンプライン３１１は、有効接地として、導電層３０ ７とマイクロストリップ３０９とを利用する。好適な実施例においては、導体層 ３０５（これも内部層上に配置されている）は、ストリップライン導体３１１か ら少なくとも０゜２５ｃｍの距離に維持される。

方向性結合器１０３を、約９４０ＭＨｚないし９６０ＭＨｚの周波数帯域で動作 する無線トランシーバに採用するときは、望ましい帯域の周波数の第３高調波に 等しい周波数の帯域を阻止することが望ましい。方向性結合器１０３により行わ れるこの追加的な阻止により、第３高調波（２゜８２０ＧＨｚないし２．８８０ ＧＨｚ）におけるセラミック帯域フィルタ１０７の動作が強化される。２個の開 回路スタブ（ｏｐｅｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　５ｔｕｂｓ）　３１３　、　３１５が 、入力端子３１７と出力端子（図示せず）との間のマイクロストリップに付着さ れる。１オンスの銅被覆部（，００３６ｃｍ厚の銅）を有する多層プリント回路 板上に構築される場合、マイクロストリップ３０９の長さは１．７８ｃｍで幅は 、２２ｃｍである。好適な実施例においては、ストリップライン３１１は、マイ クロストリップ３０９の直下の挾まれている層内に置かれ、マイクロストリップ ３０９から６０５３ｃｍ、すなわち誘電材料３０１の厚みの分だけ離れて配置さ れる。ストリップライン３１１の長さは１．５ｃｍで幅は、０５ｃｍである。こ のような寸法により、マイクロストリップとストリップラインの特性インピーダ ンスは５０オームとなる。

好適な実施例においては、マイクロストリンプ送信ライン・スタブ３１３，３１ ５は、開回路四分の一波長（ｑｕａｒｔｅｒ　ｗａｖｅ）送信ライン・スタブで 、その輻は、送信機１０１から出力された所望の基本周波数に対しての挿入損が 最低となるようにできるだけ狭く設計されている。送信ライン・スタブ３１３， ３１５のそれぞれは、長さしが１．５６ｃｍで、幅は、０１３ｃｍであり、各送 信ラインに関して導電層３０７と示されるマイクロストリ・ノブ送信ラインとし て１３７オームの特性インピーダンスを与える。

（ノツチ３１９は導体層３０５の対向スタブ３１５内に残り、ノツチ（図示せず ）が導体層３０５の対向スタブ３１３内に残るので、送信ライン接地基準は導電 層３０７に相対する。）好適な実施例においては、スタブ３１３，３１５はそれ ぞれ所望の基本周波数の＃Ｉ３高調波において開回路であるので、その結果得ら れる第３高調波におけるマイクロストリップ送信ライン３０９の効果は、短絡回 路のものである。マイクロストリップ３０９の入力ボート３１７と出力ボートと の間で、第３高調波の四分の一波長の距離（Ｌ）だけスタブ３１３，３１５を互 いに離すと、第３高調波において高い減衰が得られ、基本波において挿入損が低 くなる。さらに、第３高調波の減衰も、ストリップライン３１１から結合された 信号に現れる。この機能を、本発明の電力分岐に利用することができる。

好適な実施例においては用いられていないが、フィルタ・スタブを、第３および 第５高調波などの異なる周波数で阻止ができるように調整してもよい。また、フ ィルタ・スタブを基本周波数に高調波として関わる周波数以外の望ましくない周 波数で阻止を行うように調整することもできる。

本発明の方向性結合器の利用は、さらに第４図のブロック図に示されるような３ 方向電力分岐ネットワークにも見られる。３方向電カスプリツタ４０１は、電圧 制御発振器４０３から主要結合ストリップライン送信ライン４０５への入力信号 を受け取り、送信ライン４０５から、電圧制御発振器４０３から来た信号は２本 のマイクロストリップ送信ライン４０７，４０９に結合される。ストリップライ ン４０５から９．出力は、受信機４１１に結合され、結合されたマイクロストリ ップ・ライン４０７からの出力は周波数シンセサイザ４１３に入力されて、電圧 制御発振器４０３の周波数を制御する。マイクロストリップ送信ライン４０９か らの出力は、送信機４１５に入力される。送信ライン・スタブ４１７，４１９は 、四分の一波長送信ライン・スタブとして、電圧制御発振器４０３から出力され た信号の周波数の高調波に同調されて、この高調波が送信機４１５に入力されな いようにする。

第５図に方向性結合器４０１の断面図が示される。多層基板５０１には、中央の 金属被覆部として主要ストリップライン送信ライン４０５と、基板の上面にマイ クロストリップ・ライン４０７，４０９　（送信ライン・スタブ４１７゜４１９ を含む）とが含まれる。接地導体は、基板５０１の底面に配置される。

第１図 第３図 第５図

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．無線信号が印加される入力ポートと出力ポートとを有する第１送信ライン； 少なくとも第１ポートを有し、前記第１送信ラインに主に結合されて、前記無線 信号の被減衰部分が前記第１ポートで出力される第２送信ライン；および前記第 ２送信ラインから離れて配置される遠端を有し、近端において前記第１送信ライ ンに主に結合され、前記無線信号の望ましくない成分の四分の一波長の整数倍に 等しい電気長を有する第３送信ラインであって、それにより前記の望ましくない 成分が少なくとも前記出力ポートにおいて削減される第３送信ライン； によって構成されることを特徴とする無線装置用の方向性結合器。
2. ２．２面を有する基本的に平坦な基板であって、第１面はその上に前記第１送信 ラインが配置され、第２面はその上に前記第２送信ラインが配置され、前記第１ および第２送信ラインが基本的に互いに反対方向に向けられている基板によって さらに構成されることを特徴とする請求項１記載の方向性結合器。
3. ３．前記第２面上に配置されるが、前記第２送信ラインからは離れて配置される 導電性領域であって、それにより前記第１送信ラインと前記導電性領域の間の結 合が削減される導電性領域によってさらに構成されることを特徴とする請求項２ 記載の方向性結合器。
4. ４．第１および第２面を有する第２の基本的に平坦な基板であって、前記第２平 坦基板の前記第１面が前記第２送信ラインと接し、前記第２平坦基板の前記第２ 面が前記第１，第２および第３送信ラインに少なくとも対向して配置される導電 性材料を有する第２の基本的に平坦な基板によってさらに構成されることを特徴 とする請求項２記載の方向性結合器。
5. ５．前記無線信号の前記の望ましくない成分の四分の一波長の整数倍に等しい電 気長を有し、前記第３送信ラインの前記第１送信ラインへの結合の位置から、前 記無線信号の前記の望ましくない成分の四分の一波長の整数倍だけ隔てた位置で 前記第１送信ラインに結合された第４送信ラインによってさらに構成されること を特徴とする請求項１記載の方向性結合器。
6. ６．方向性結合器を採用して送信機の無線周波数出力信号をアンテナに結合し、 結合された無線周波数出力信号を代表する信号を無線周波数出力信号の電力を制 御するコントローラに与える無線送信機であって、その方向性結合器が； 送信機に結合された入力ポートと、アンテナに結合された出力ポートとを有する 第１送信ライン；主に前記第１送信ラインに結合され、コントローラに結合され た第１ポートを有して、前記無線周波数出力信号の一部をコントローラに送る第 ２送信ライン；および主に前記第１送信ラインに結合され、前記無線周波数出力 信号の望ましくない成分の四分の一波長の整数倍に等しい電気長を有する第３送 信ラインであって、それにより前記の望ましくない成分を少なくとも前記出力ポ ートにおいて削減する第３送信ライン； によって構成されることを特徴とする無線送信機。
7. ７．２面を有する基本的に平坦な基板であって、第１面はその上に前記第１送信 ラインが配置され、第２面はその上に前記第２送信ラインが配置され、前記第１ および第２送信ラインが基本的に互いに反対方向に向けられている基板によって さらに構成されることを特徴とする請求項６記載の無線送信機。
8. ８．前記第２面上に配置されるが、前記第２送信ラインからは離れて配置される 導電性領域であって、それにより前記第１送信ラインと前記導電性領域の間の結 合が削減される導電性領域によってさらに構成されることを特徴とする請求項７ 記載の無線送信機。
9. ９．第１および第２面を有する第２の基本的に平坦な基板であって、前記第２平 坦基板の前記第１面が前記第２送信ラインと接し、前記第２平坦基板の前記第２ 面が前記第１，第２および第３送信ラインに少なくとも対向して配置される導電 性材料を有する第２の基本的に平坦な基板によってさらに構成されることを特徴 とする請求項７記載の無線送信機。
10. １０．前記無線周波数出力信号の望ましくない成分の四分の一波長の整数倍に等 しい電気長を有し、前記第３送信ラインから前記第１送信ラインヘの結合の位置 から、前記無線周波数出力信号の望ましくない成分の四分の一波長の整数倍だけ 隔てられた位置で前記第１送信ラインに結合された第４送信ラインによってさら に構成されることを特徴とする請求項６記載の無線送信機。
11. １１．少なくとも第１，第２および内部表面を有する多層基板； 前記第１表面上に配置された第１導電性材料；前記第２表面上で、前記第１導電 性材料に対向して配置された第１導電性パターンであって： （ａ）無線周波数信号が印加される入力ポートを有する第１送信ライン；および （ｂ）所定位置で前記第１送信ラインに主に結合され、前記無線信号の望ましく ない成分の四分の一波長の整数倍に等しい電気長を有する第２送信ラインであっ て、それにより前記の望ましくない成分が少なくとも前記出力ポートにおいて削 減される第２送信ライン； によって構成される第１導電性パターン；および前記第１導電性材料に基本的に 対向して前記内部表面上に配置され、主に前記第１導電性パターンに結合され、 少なくとも１個の出力ポートを有する第２導電性パターンであって、それにより 前記無線周波数信号の被減衰部分が前記の少なくとも１個の出力ポートにおいて 出力される第２導電性パターン； によって構成されることを特徴とする無線周波数電力結合器。
12. １２．前記内部表面上に配置され、前記第２導電性パターンからは離れて配置さ れ、前記第２送信ラインに対向する前記内部表面の領域とは接しない第３導電性 パターンによってさらに構成されることを特徴とする請求項１１記載の無線周波 数電力結合器。
13. １３．前記第１導電性パターンが、前記無線信号の前記の望ましくない成分の四 分の一波長の整数倍に等しい電気長を有し、前記第２送信ラインを前記第１送信 ラインに結合する前記所定位置から、前記無線信号の前記の望ましくない成分の 四分の一波長の整数倍だけ離れた位置で前記第１送信ラインに結合された第３送 信ラインによりさらに構成されることを特徴とする請求項１１記載の無線周波数 電力結合器。