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JP2004274715A - 平衡不平衡変換回路および積層型平衡不平衡変換器 - Google Patents

平衡不平衡変換回路および積層型平衡不平衡変換器 Download PDF

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JP2004274715A
JP2004274715A JP2003385431A JP2003385431A JP2004274715A JP 2004274715 A JP2004274715 A JP 2004274715A JP 2003385431 A JP2003385431 A JP 2003385431A JP 2003385431 A JP2003385431 A JP 2003385431A JP 2004274715 A JP2004274715 A JP 2004274715A
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JP2003385431A
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Koji Nosaka
浩司 野阪
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
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Abstract

【課題】 スプリアス抑制のための減衰特性や通過帯域近傍の減衰特性が大きく、かつ、小型化を図ることができる平衡不平衡変換回路および積層型平衡不平衡変換器を提供する。
【解決手段】 平衡不平衡変換回路21は、1/4波長以下のストリップライン22〜25を有している。そして、ストリップライン22の平衡端子26に接続された一端22aとストリップライン24の不平衡端子28に接続された一端24aとを対向させて、ストリップライン22と24を電磁結合し、結合器を構成する。同様に、ストリップライン23の平衡端子27に接続された一端23aとストリップライン25の開放端子29に接続された一端25aとを対向させて、ストリップライン23と25を電磁結合し、結合器を構成する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、平衡不平衡変換回路および積層型平衡不平衡変換器に関する。
従来より、マイクロ波などの高周波領域で用いられるフィルタ機能を有する平衡不平衡変換回路として、マーチャンド型もしくはトランス型の回路が知られている。例えば、マーチャンド型回路は、特許文献1に記載のものがある。
図8に示すように、この平衡不平衡変換回路1は、平衡端子6とグランド端子Gの間にストリップライン2を電気的に接続し、平衡端子7とグランド端子Gの間にストリップライン3を電気的に接続し、不平衡端子8と開放端子9の間にストリップライン4,5を電気的に直列に接続している。そして、ストリップライン2の平衡端子6に接続された一端2aとストリップライン4の不平衡端子8に接続された一端4aとを逆に配置して、ストリップライン2と4を対向させて電磁結合させている。同様に、ストリップライン3の平衡端子7に接続された一端3aとストリップライン5の開放端子9に接続された一端5aとを逆に配置して、ストリップライン3と5を対向させて電磁結合させている。
また、狭帯域の平衡不平衡変換回路とする場合には、平衡端子6,7、不平衡端子8および開放端子9のそれぞれとグランド端子Gとの間にコンデンサC1〜C4を電気的に接続している(図8において点線参照)。
また、これとは別に図9に示すように、四つのLC並列共振回路12〜15を備えた平衡不平衡変換回路11も知られている。図9において、C1〜C4は共振用コンデンサ、L1〜L4は共振用コイル、Cs1〜Cs6は結合用コンデンサ、16,17は平衡端子、18は不平衡端子、19は開放端子およびGはグランド端子である。
しかしながら、図8に示した平衡不平衡変換回路1は、通過帯域近傍の減衰特性およびスプリアス抑制(2倍波および3倍波抑制)のための減衰特性を得ることはできるが、その減衰量には限界があった。従って、通過帯域近傍の減衰特性およびスプリアス抑制機能を得るには、別途、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタなどのフィルタを外付けする必要があり、回路が大きくなる(部品点数が多くなる)、挿入損失が大きくなるという問題があった。
また、図9に示した平衡不平衡変換回路11は、LC並列共振回路12〜15を有しているため、素子数が多く、挿入損失も大きいという問題があった。
特開平9−260145号公報
そこで、本発明の目的は、スプリアス抑制のための減衰特性や通過帯域近傍の減衰特性が大きく、かつ、小型化を図ることができる平衡不平衡変換回路および積層型平衡不平衡変換器を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明に係る平衡不平衡変換回路は、
(a)一端と他端を有し、他端がグランドに電気的に接続された第1ストリップラインと、
(b)一端と他端を有し、他端がグランドに電気的に接続された第2ストリップラインと、
(c)第1ストリップラインの一端に電気的に接続された第1平衡端子と、
(d)第1平衡端子とグランドとの間に電気的に接続された第1コンデンサと、
(e)第2ストリップラインの一端に電気的に接続された第2平衡端子と、
(f)第2平衡端子とグランドとの間に電気的に接続された第2コンデンサと、
(g)一端と他端を有する第3ストリップラインと、
(h)一端と他端を有し、他端が第3ストリップラインの他端に電気的に接続された第4ストリップラインと、
(i)第3ストリップラインの一端に電気的に接続された不平衡端子と、
(j)不平衡端子とグランドとの間に電気的に接続された第3コンデンサと、
(k)第4ストリップラインの一端とグランドとの間に電気的に接続された第4コンデンサとを備え、
(l)第1ストリップラインと第3ストリップラインが一端同士および他端同士が対向するように電磁結合し、かつ、第2ストリップラインと第4ストリップラインが一端同士および他端同士が対向するように電磁結合していること、
を特徴とする。
例えば、積層タイプの平衡不平衡変換器は、第1、第2、第3および第4ストリップラインと第1、第2、第3および第4コンデンサとを誘電体層を介して積み重ねて積層体を構成し、積層体の表面に第1および第2平衡端子と不平衡端子とグランド端子と開放端子とを設け、積層体内に前述の平衡不平衡変換回路を内蔵している。
以上の構成により、2倍波や3倍波が抑圧され、スプリアス抑制のための優れた減衰特性が得られる。
また、第1平衡端子および第2平衡端子にそれぞれ第1トラップ回路および第2トラップ回路を電気的に接続することにより、通過帯域近傍において優れた減衰特性が得られる。第1および第2トラップ回路は例えばLC並列共振回路にて構成される。
さらに、LC並列共振回路の虚数部インピーダンスを調整する手段を電気的に接続することにより、インピーダンス調整が容易になる。調整する手段としては、例えばストリップライン(コイル)がある。
また、本発明は、前述の積層タイプの平衡不平衡変換器において、第1および第2ストリップラインを同一層に配置し、第3および第4ストリップラインを同一層に配置するとともに、第1および第2ストリップラインと第3および第4ストリップラインとを誘電体層を介して対向させていることを特徴とする。これにより、平衡不平衡変換器が低背化する。
また、本発明は、積層体内に、第1平衡端子および第2平衡端子にそれぞれ電気的に接続された第1トラップ回路および第2トラップ回路を備え、第1トラップ回路および第2トラップ回路をそれぞれLC並列共振回路にて構成し、積層体の積み重ね方向において、第1、第2、第3および第4ストリップラインと第1および第2トラップ回路のコイルとの間に第1および第2コンデンサが配置されていることを特徴とする。以上の構成により、第1および第2コンデンサの広面積のコンデンサ電極が、第1、第2、第3および第4ストリップラインと第1および第2トラップ回路との磁気結合を防止する。従って、挿入損失や減衰特性を劣化させることなく、平衡不平衡変換器の小型化が可能となる。
本発明によれば、第1ストリップラインと第3ストリップラインを一端同士および他端同士が対向するように電磁結合させ、第2ストリップラインと第4ストリップラインを一端同士および他端同士が対向するように電磁結合させるとともに、第1平衡端子、第2平衡端子、不平衡端子および開放端子のそれぞれとグランドとの間に第1〜第4コンデンサを電気的に接続しているので、2倍波や3倍波を抑圧することができ、スプリアス抑制の優れた平衡不平衡変換回路や積層型平衡不平衡変換器が得られる。また、第1平衡端子および第2平衡端子にそれぞれ第1トラップ回路および第2トラップ回路を電気的に接続することにより、通過帯域近傍において優れた減衰特性が得られる。
以下、本発明に係る平衡不平衡変換回路および積層型平衡不平衡変換器の実施例について添付の図面を参照して説明する。
[第1実施例、図1および図2]
図1に示すように、平衡不平衡変換回路21は1/4波長以下のストリップライン22,23、24,25を有している。ストリップライン22,23,24,25はそれぞれ、一端22a,23a,24a,25aと他端22b,23b,24b,25bを有している。ストリップライン22の一端22aは平衡端子26に電気的に接続し、他端22bはグランド端子Gに電気的に接続している。ストリップライン23の一端23aは平衡端子27に電気的に接続され、他端23bはグランド端子Gに電気的に接続している。ストリップライン24の一端24aは不平衡端子28に電気的に接続され、他端24bはストリップライン25の他端25bに電気的に接続している。ストリップライン25の一端25aは開放端子29に電気的に接続している。
そして、ストリップライン22の平衡端子26に接続された一端22aとストリップライン24の不平衡端子28に接続された一端24aとを対向させるとともに、ストリップライン22のグランド端子Gに接続された他端22bとストリップライン24のストリップライン25に接続された他端24bとを対向させて、ストリップライン22と24を電磁結合させ、結合器を構成している。
同様に、ストリップライン23の平衡端子27に接続された一端23aとストリップライン25の開放端子29に接続された一端25aとを対向させるとともに、ストリップライン23のグランド端子Gに接続された他端23bとストリップライン25のストリップライン24に接続された他端25bとを対向させて、ストリップライン23と25を電磁結合させ、結合器を構成している。
さらに、平衡端子26,27、不平衡端子28および開放端子29のそれぞれとグランド端子Gとの間にコンデンサC1〜C4が電気的に接続している。
この平衡不平衡変換回路21を平衡−不平衡信号変換器として用いる場合、不平衡端子28から入った不平衡信号は、ストリップライン24、ストリップライン25と伝搬する。そして、ストリップライン24においてはストリップライン22と電磁結合し、ストリップライン25においてはストリップライン23と電磁結合することによって、不平衡信号は平衡信号に変換され、この平衡信号は平衡端子26,27から取り出される。
一方、平衡端子26,27から入った平衡信号は、前述の作用を逆に行うことにより、平衡信号は不平衡信号に変換され、この不平衡信号は不平衡端子28から取り出される。
図2は平衡不平衡変換回路21の通過(S21)特性および入力反射(S11)特性を示すグラフである(実線S21,S11参照)。図2には比較のため、図8に示した従来の平衡不平衡変換回路の通過(S21’)特性および入力反射(S11’)特性も併せて記載している(点線S21’,S11’参照)。図2から、平衡不平衡変換回路21は2倍波および3倍波を抑制しており、スプリアス抑制のための優れた減衰特性をもっていることがわかる。
[第2実施例、図3および図4]
図3に示す平衡不平衡変換回路41は、図1に示した平衡不平衡変換回路21の平衡端子26とストリップライン22の間、並びに、平衡端子27とストリップライン23の間にそれぞれトラップ回路44,45を電気的に接続したものと同様のものである。トラップ回路44はコンデンサC5とコイル(ストリップライン)42のLC並列共振回路である。同様に、トラップ回路45はコンデンサC6とコイル(ストリップライン)43のLC並列共振回路である。
図4は平衡不平衡変換回路41の通過(S21)特性および入力反射(S11)特性を示すグラフである(実線S21,S11参照)。図4には比較のため、図1に示した平衡不平衡変換回路の通過(S21’)特性および入力反射(S11’)特性も併せて記載している(点線S21’,S11’参照)。図4から、平衡不平衡変換回路41は、2倍波および3倍波の抑制とともに、通過帯域近傍での減衰量を大きくすることができ、より一層優れた減衰特性をもつことができる。
[第3実施例、図5〜図7]
図5に示す平衡不平衡変換回路51は、図3に示した平衡不平衡変換回路41の平衡端子26とトラップ回路44の間、並びに、平衡端子27とトラップ回路45の間にそれぞれトラップ回路44,45の虚数部インピーダンスを調整するためのコイル(ストリップライン)52,53を電気的に接続したものと同様のものである。これにより、トラップ回路44,45のインピーダンス調整が容易になる。具体的には、コイル52,53の線路長を長くしてインダクタンスを大きくすると、虚数部インピーダンスが大きくなる。逆に、コイル52,53の線路長を短くしてインダクタンスを小さくすると、虚数部インピーダンスが小さくなる。
図6は、図5に示した平衡不平衡変換回路51を内蔵した積層型平衡不平衡変換器51Aの分解斜視図である。平衡不平衡変換器51Aは、グランド電極54,55を表面に形成した誘電体シート78と、コイル42,43,52,53を表面に形成した誘電体シート78と、配線電極56〜59を表面に形成した誘電体シート78と、グランド電極60,61およびコンデンサ電極62,63を表面に形成した誘電体シート78と、コンデンサ電極64,65を表面に形成した誘電体シート78と、グランド電極66,67およびコンデンサ電極68,69を表面に形成した誘電体シート78と、1/4波長以下のストリップライン22,23、24,25をそれぞれ表面に形成した誘電体シート78と、コンデンサ電極70,71を表面に形成した誘電体シート78と、予め電極を表面に設けていない保護用誘電体シート78などにて構成されている。
誘電体シート78の材料としては、誘電体セラミック粉末を結合剤などとともに混練したものをシート状にしたものが使用される。ストリップライン22〜25やコイル42,43,52,53やコンデンサ電極62,63などは、スパッタリング法、蒸着法、印刷法などの方法により形成され、Ag,Ag−Pd,Cuなどの材料からなる。
ストリップライン22と23はそれぞれ同一の誘電体シート78の右半分と左半分に配置されている。ストリップライン22の一端部は誘電体シート78の右辺に露出し、ストリップライン23の一端部は誘電体シート78の左辺に露出している。ストリップライン22,23のそれぞれの他端部は誘電体シート78の奥側の辺の中央部に共通に露出している。
ストリップライン24と25はそれぞれ同一の誘電体シート78の右半分と左半分に配置されている。ストリップライン24,25の一端部はそれぞれ誘電体シート78の奥側の辺の右側および左側に露出している。ストリップライン24,25の他端部は誘電体シート78の中央部で電気的に接続している。ストリップライン24はシート78を挟んでストリップライン22に対向するように形成されている。従って、ストリップライン22と24は電磁結合して結合器を構成する。また、ストリップライン25はシート78を挟んでストリップライン23に対向するように形成されている。従って、ストリップライン23と25は電磁結合して結合器を構成する。
グランド電極54,55はそれぞれ同一の誘電体シート78の右半分と左半分の領域に広面積に設けられている。グランド電極54の三つの引出し部は、シート78の手前側の辺の右側、右辺および奥側の辺の中央部右寄りの位置に露出している。グランド電極55の三つの引出し部は、シート78の手前側の辺の左側、左辺および奥側の辺の中央部左寄りの位置に露出している。
コンデンサ電極70,71はそれぞれ同一の誘電体シート78の右側と左側に配置されている。コンデンサ電極70,71の引出し部はそれぞれシート78の奥側の辺の右側および左側に露出している。これらのコンデンサ電極70,71は、シート78を挟んでグランド電極54,55に対向することにより、それぞれコンデンサC3,C4を形成している。
コンデンサ電極62,63は、それぞれ同一のシート78の右側と左側に配置されている。コンデンサ電極68,69も、それぞれ同一のシート78の右側と左側に配置されている。コンデンサ電極62とグランド電極60、並びに、コンデンサ電極68とグランド電極66はそれぞれの電極端でコンデンサC1を形成している。コンデンサ電極63とグランド電極61、並びに、コンデンサ電極69とグランド電極67はそれぞれの電極端でコンデンサC2を形成している。
コンデンサ電極64とコンデンサ電極62,68は、シート78を間に挟んで対向してコンデンサC5を形成している。コンデンサ電極65とコンデンサ電極63,69は、シート78を間に挟んで対向してコンデンサC6を形成している。
コイル42,43はそれぞれ渦巻状の形状をしており、同一の誘電体シート78の右側と左側に配置されている。コイル42の一端はシート78の右辺に露出している。コイル42の他端は、シート78に設けたビアホール75および配線電極56を介して、コイル52の一端およびコンデンサ電極64に電気的に接続している。これにより、コイル42とコンデンサC5とでLC並列共振回路(トラップ回路)44を構成している。コイル43の一端はシート78の左辺に露出している。コイル43の他端は、ビアホール75および配線電極57を介して、コイル53の一端およびコンデンサ電極65に電気的に接続している。これにより、コイル43とコンデンサC6とでLC並列共振回路(トラップ回路)45を構成している。
渦巻形状のコイル52の他端は、ビアホール75および配線電極58を介してシート78の手前側の辺の中央右寄りの位置に引き出されている。渦巻形状のコイル53の他端は、ビアホール75および配線電極59を介してシート78の手前側の辺の中央左寄りの位置に引き出されている。
各シート78は積み重ねられて一体的に焼成され、図7に示すような積層体80とされる。積層体80の手前側の側面には平衡端子26,27とグランド端子Gとが交互に形成され、奥側の側面には不平衡端子28と開放端子29がグランド端子Gを間にして形成されている。積層体80の右側面には層間接続用端子81とグランド端子Gが形成され、左側面には層間接続用端子82とグランド端子Gが形成されている。
平衡端子26,27はそれぞれ配線電極58,59に電気的に接続している。不平衡端子28はストリップライン24の端部およびコンデンサ電極70に電気的に接続し、開放端子29はストリップライン25の端部およびコンデンサ電極71に電気的に接続している。層間接続用端子81はコイル42の端部、コンデンサ電極62,68およびストリップライン22の端部に電気的に接続している。層間接続用端子82はコイル43の端部、コンデンサ電極63,69およびストリップライン23の端部に電気的に接続している。グランド端子Gは、グランド電極54,55,60,61,66,67およびストリップライン22,23の共通端部に電気的に接続している。
以上の構成からなる積層型平衡不平衡変換器51Aは、ストリップライン22,23、並びに、ストリップライン24,25がそれぞれ同一誘電体シート78上に並置されているため、低背化が可能となる。また、一般的に、ストリップライン22〜25とトラップ回路44,45が磁気結合すると、挿入損失および減衰特性が悪くなる。そこで、本第3実施形態では、ストリップライン22,23が形成されている層とトラップ回路44,45のコイル42,43が形成されている層との間に、広面積のコンデンサ電極62〜65,68,69やグランド電極60,61,66,67を配置している。これにより、コンデンサ電極62〜65,68,69やグランド電極60,61,66,67が、ストリップライン22,23とコイル42,43の間の磁気結合を抑えるので、ストリップライン22,23とコイル42,43の間の距離を接近させることができ、挿入損失および減衰特性を劣化させることなく、平衡不平衡変換器51Aを小型にできる。
[他の実施例]
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。特に、ストリップライン22〜25の形状は任意であり、直線状や渦巻状や蛇行状であってもよい。また、ストリップライン22〜25は、必ずしも1/4波長以下の長さに設定する必要はない。
また、前記実施例は、ストリップラインなどが形成された誘電体シートを積み重ねた後、一体的に焼成するものであるが、必ずしもこれに限定されない。シートは予め焼成されたものを用いてもよい。また、以下に説明する製法によって積層型平衡不平衡変換器を製作してもよい。印刷などの方法によりペースト状の誘電体材料を塗布して誘電体層を形成した後、その誘電体層の表面にペースト状の導電体材料を塗布して任意の形状のストリップラインもしくは電極を形成する。次に、ペースト状の誘電体材料を前記ストリップラインなどの上から塗布する。こうして順に重ね塗りすることによって積層構造を有する平衡不平衡変換器が得られる。
本発明に係る平衡不平衡変換回路の基本構成を示す回路図。 図1に示した平衡不平衡変換回路の通過(S21)特性および入力反射(S11)特性を示すグラフ。 図1に示した平衡不平衡変換回路の基本構成にトラップ回路を接続した回路図。 図3に示した平衡不平衡変換回路の通過(S21)特性および入力反射(S11)特性を示すグラフ。 図3に示した平衡不平衡変換回路に虚数部インピーダンス調整手段を接続した回路図。 本発明に係る積層型平衡不平衡変換器の一実施例を示す分解斜視図。 図6に示した積層型平衡不平衡変換器の外観斜視図。 従来の平衡不平衡変換回路を示す回路図。 従来の別の平衡不平衡変換回路を示す回路図。
符号の説明
21,41,51…平衡不平衡変換回路
22〜25…ストリップライン
26,27…平衡端子
28…不平衡端子
29…開放端子
42,43…コイル
44,45…トラップ回路
51A…積層型平衡不平衡変換器
52,53…コイル
78…誘電体シート
54,55,60,61,66,67…グランド電極
62〜65,68〜71…コンデンサ電極
C1〜C6…コンデンサ
G…グランド端子

Claims (6)

  1. 一端と他端を有し、前記他端がグランドに電気的に接続された第1ストリップラインと、
    一端と他端を有し、前記他端がグランドに電気的に接続された第2ストリップラインと、
    前記第1ストリップラインの一端に電気的に接続された第1平衡端子と、
    前記第1平衡端子とグランドとの間に電気的に接続された第1コンデンサと、
    前記第2ストリップラインの一端に電気的に接続された第2平衡端子と、
    前記第2平衡端子とグランドとの間に電気的に接続された第2コンデンサと、
    一端と他端を有する第3ストリップラインと、
    一端と他端を有し、前記他端が前記第3ストリップラインの他端に電気的に接続された第4ストリップラインと、
    前記第3ストリップラインの一端に電気的に接続された不平衡端子と、
    前記不平衡端子とグランドとの間に電気的に接続された第3コンデンサと、
    前記第4ストリップラインの一端とグランドとの間に電気的に接続された第4コンデンサとを備え、
    前記第1ストリップラインと前記第3ストリップラインが一端同士および他端同士が対向するように電磁結合し、かつ、前記第2ストリップラインと前記第4ストリップラインが一端同士および他端同士が対向するように電磁結合していること、
    を特徴とする平衡不平衡変換回路。
  2. 前記第1平衡端子および前記第2平衡端子にそれぞれ第1トラップ回路および第2トラップ回路を電気的に接続したことを特徴とする請求項1に記載の平衡不平衡変換回路。
  3. 前記第1トラップ回路および前記第2トラップ回路をそれぞれLC並列共振回路にて構成するとともに、前記第1平衡端子および前記第2平衡端子にそれぞれ前記LC並列共振回路の虚数部インピーダンスを調整する手段を電気的に接続したことを特徴とする請求項2に記載の平衡不平衡変換回路。
  4. それぞれが一端と他端を有する第1、第2、第3および第4ストリップラインと、第1、第2、第3および第4コンデンサとを誘電体層を介して積み重ねて積層体を構成し、前記積層体の表面に第1および第2平衡端子と不平衡端子とグランド端子と開放端子とを設け、
    前記第1平衡端子に前記第1ストリップラインの一端を電気的に接続するとともに、前記第2平衡端子に前記第2ストリップラインの一端を電気的に接続し、かつ、前記第1ストリップラインの他端と前記第2ストリップラインの他端をそれぞれ前記グランド端子に電気的に接続し、
    前記不平衡端子に前記第3ストリップラインの一端を電気的に接続するとともに、前記開放端子に前記第4ストリップラインの一端を電気的に接続し、かつ、前記第3ストリップラインの他端と前記第4ストリップラインの他端を電気的に接続し、
    前記第1コンデンサを前記第1平衡端子と前記グランド端子との間に電気的に接続し、前記第2コンデンサを前記第2平衡端子と前記グランド端子との間に電気的に接続し、前記第3コンデンサを前記不平衡端子と前記グランド端子との間に電気的に接続し、前記第4コンデンサを前記開放端子と前記グランド端子との間に電気的に接続し、
    前記第1ストリップラインと前記第3ストリップラインが一端同士および他端同士が対向するように電磁結合し、かつ、前記第2ストリップラインと前記第4ストリップラインが一端同士および他端同士が対向するように電磁結合していること、
    を特徴とする積層型平衡不平衡変換器。
  5. 前記第1および第2ストリップラインを同一層に配置し、前記第3および第4ストリップラインを同一層に配置するとともに、前記第1および第2ストリップラインと前記第3および第4ストリップラインとを前記誘電体層を介して対向させていることを特徴とする請求項4に記載の積層型平衡不平衡変換器。
  6. 前記積層体内に、前記第1平衡端子および前記第2平衡端子にそれぞれ電気的に接続された第1トラップ回路および第2トラップ回路を備え、前記第1トラップ回路および前記第2トラップ回路をそれぞれLC並列共振回路にて構成し、前記積層体の積み重ね方向において、前記第1、第2、第3および第4ストリップラインと前記第1および第2トラップ回路のコイルとの間に前記第1および第2コンデンサが配置されていることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の積層型平衡不平衡変換器。
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