JPH04292002A

JPH04292002A - 誘電体基板上に形成される共面導波管電力分割器

Info

Publication number: JPH04292002A
Application number: JP3338827A
Authority: JP
Inventors: Joseph E Pekarek; ジョセフ・イー・ペカレク
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1990-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1992-10-16
Also published as: EP0492357A1; CA2056738A1; AU634433B2; US5097233A; KR950014617B1; AU8975691A; IL100251A0; KR920013865A; IL100251A

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電力分割器に関し、
特に低損失の共面導波管電力分割器に関する。

【０００２】

【従来の技術】共面導波管平衡回路に低ＶＳＷＲを与え
る公知の電力分割器はＬａｎｇｅカプラタイプの構成に
依存している。共面９０度Ｌａｎｇｅカプラは、１９８
０年発行のＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ
の６４５頁乃至６４６頁に、Ｅ．Ｍ．Ｂａｓｔｉｄａ，
Ｎ．Ｆａｎｅｌｌｉにより書かれた”Ｉｎｔｅｒｄｉｇ
ｉｔａｔｅｄ　　Ｃｏｐｌａｎａｒ　　Ｄｉｒｅｃｔｉ
ｏｎａｌ　　Ｃｏｕｐｌｅｒｓ”に記載されるとともに
、１９６９年１２月に発行されたＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎ
ｓ．ＭＴＴ−ＩＴ、Ｎｏ．１２にＪｕｌｉｕｓ　　Ｌａ
ｎｇｅにより書かれた”Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ
　　Ｓｔｒｉｐｌｉｎｅ　　Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　　
Ｃｏｕｐｌｅｒ”に記載されているように相互デジタル
プレーナカプラである。Ｌａｎｇｅカプラの欠点はかな
り高い電力損失を有することである。

【０００３】３ｄＢカプラのもう一つのタイプは、一方
の出力が他方の出力よりも１／４波長長いＷｉｌｋｉｎ
ｓｏｎカプラである。９０度Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎカプラ
は、（中心周波数において）伝送ラインの１／４波長の
長さの部分をＷｉｌｋｉｎｓｏｎ分割器に接続すること
によりつくられる。Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎカプラは１９８
７年にニュージャージー州Ｅｎｇｌｅｗｏｄｄ　　Ｃｌ
ｉｆｆｓにあるＰｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ社から発行
された”Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　　ＣｉｒｃｕｉｔＡｎａ
ｌｙｓｉｓ　　ａｎｄ　　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　　Ｄｅ
ｓｉｇｎ”（Ｓ．Ｙ．Ｌｉａｏ著）に記載されている。しかしながら、この種の回路はマイクロストリップレベ
ルでしか実現できない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】平衡回路に使用する低
損失の共面導波管３ｄＢ電力分割器、特に出力ポート間
の高絶縁性と入力ポートにおける低ＶＳＷＲを有した電
力分割器が望まれている。

【０００５】この発明の目的は、平衡回路に使用したと
きに、出力ポート間に高い絶縁性が得られるとともに、
入力ポートに低ＶＳＷＲが得られる低損失共面導波管電
力分割器を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した目的およびその
他の目的は、共面導波管入力ラインおよび２つの共面導
波管出力ラインから成る、この発明の電力分割器により
得られる。一方の出力ラインは、他方の出力ラインより
も１／４波長長い電気長を有している。入力ラインおよ
び出力ラインは実質的に等しい特性インピーダンスによ
り特徴ずけられる。この回路はさらにＴ字分岐を形成す
るように入力ラインを接続して出力ラインを入力ライン
に整合させる２つの１／４波長共面導波管ラインを有す
る。この発明によれば、１／４波長スロットが入力ライ
ンの中心導体に形成され、分岐点に位置する抵抗素子の
負荷により終端される。

【０００７】

【作用】動作中は、入力電力は２つの出力ラインに均等
に分割される。平衡回路では、出力ポートで反射された
電力は分岐点に１８０度位相がずれて到達する。スロッ
トにより入力ラインの中心導体は一端に短絡された平衡
共面ストリップの１／４波長セクションとして動作する
。このスロットは、反射された電力の殆どが開回路に案
内され抵抗性負荷により終端されるように十分幅が狭い
。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明する
。

【０００９】図１にこの発明を具現化したクアドラチュ
アカプラ５０の一実施例を例示する。図１ではベースと
なる誘電体基板上に形成されたパターン化された導電体
表面６０の上面図を示している。図１において、全表面
６０はハッチングを入れた部分を除く誘電体基板上に配
置された金または他の導電性材料の薄い層により形成さ
れる。ハッチングを入れた部分は導電層を選択的に除去
して回路素子を形成する領域である。この目的のために
適した基板としては例えばニューヨーク州１０９６２、
ＯｒａｎｇｅｂｕｒｇにあるＭａｔｅｒｉａｌｓ　　Ｒ
ｅｓｅａｒｃｈＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにあるＨｙｂｒ
ｉｄ　　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ社によ
り製造された２５ｍｉｌ厚のアルミニウム基板が望まし
い。

【００１０】回路５０は１つの５０オーム入力ライン６
５と２つの５０オーム出力ラインが７０、７５が望まし
い。ライン６５、７０、７５は各々共面導波管伝送ライ
ンとして作られる。従って、当業者には公知のように、
共面導波管伝送ラインの特性インピーダンスは中心導体
の幅、並びに中心導体と隣接するグランド面との間のギ
ャップのサイズにより決定される。

【００１１】図１の例では、出力ライン７０と７５は共
面導波管の７１オーム１／４波長セクション８０、８５
を有する入力ライン６５に整合される。セクション８０
および８５は７１オームの特性インピーダンスを有する
共面導波管伝送ラインにより形成され、帯域中心周波数
において１／４波長に等しい長さを有する。

【００１２】セクション８０および８５の分岐点からセ
クション８０および８５を見たインピーダンスは各ライ
ン１００オームである。セクション８０および８５の並
列結合のインピーダンスは５０オームである。各１／４
波長変換器８０、８５を使用すると、セクション８０お
よび８５を見たインピーダンスは１００オームである。

【００１３】セクション８０および８５を見た１００オ
ームのインピーダンスを得るのに必要な各セクション８
０、８５のインピーダンスＺＯ　は次式により得られる
。

【００１４】ＺＬ　＝　　ＺＯ　２　　　／ＺＳ　　　　　　　　　
　　・・・（１）但し、ＺＬ　は各セクション８０およ
び８５の合成インピーダンスを表わし、伝送ライン７０
または７５の特性インピーダンスはＺＳ　は５０オーム
である。

【００１５】ＺＯ　　　＝（ＺＬ　ＺＳ　）１／２　＝　　（５０（
１００））１／２　＝　　７１オーム　　・・・（２）出力ライン７０は帯域中心周波数において他の出力ライ
ンより１／４波長長い。

【００１６】図２にさらに詳細に示すように、回路５０
はさらに、ライン６５とセクション８０および８５の分
岐点に接続された２００オームの分配抵抗を有する。導
電層６０を除去することにより、非導電スロット９２が
中心導体６５に形成され、それにより導電ストリップ１
００、１０２を形成する。この実施例では、導電層６０
の下層の基板上に配置される薄膜シート抵抗である抵抗
材料をレーザトリミングして２００オームの抵抗９０が
形成される。抵抗９０は化学処理により導電層６０を選
択的にエッチングして抵抗性材料を取り除くことにより
形成される。抵抗９０の値は以下に詳述する装置動作を
考慮して決定される。

【００１７】図１に示すように回路５０の入力ポート６
６は入力ライン６５に取り付けられ、各出力ポート７１
および７６は各出力ライン７０および７５に取り付けら
れる。　　回路５０の動作を図３および図４を参照して
説明する。電力の入力信号２Ａによる回路５０の概略図
を図３に示す。入力信号電力は２つの出力ライン７０お
よび７５に分割される。出力ライン７５に分割された信
号は信号Ａとして表わされ出力ライン７０に分割された
信号は９０度遅延されてＡｅ−ｊ９０゜。分配抵抗９０
は入力信号に影響を及ぼさない。これは、スロット９２
（図２）のいずれかの側の導電ストリップ１００、１０
２上の電位がその導電ストリップ上に向けられた鏡面反
射される点群に対して同じであるからである。この場合
、鏡面はスロット９２の中心ライン９３を含み、基板の
面に対して垂直である。ライン６５から入射される信号
の場合、スロット９２を含むラインの断面が対称となる
。ライン６５から入射される波の場合、スロット９２の
いずれの側においても電位は同じであるので、抵抗９０
の両端の電位も同じである。それゆえ、ライン６５から
入射された信号の場合、抵抗９０の両端間の電圧は同じ
であり、入射された入力信号の電力は抵抗９０で消費さ
れない。

【００１８】次に、図４の概略図に示すように、出力ポ
ート７１および７６からの入力信号の等価反射の作用に
ついて説明する。各反射信号は１８０度位相がずれて、
ライン６５と断面８０および８５の分岐点に到達する。これは、出力ライン７０を通過する信号は１／４波長断
面を２度横切るからである。この時点において、抵抗９
０はそれぞれ１００オームの抵抗９０Ａおよび９０Ｂと
して現われる。断面８０および８５から抵抗９０に入射
される２つの信号は１８０度位相がずれているので断面
８０から入射した信号Ｂと、断面８５から入射した信号
−Ｂとして表わすことができる。Ｂを信号の電圧として
定義すると、抵抗９０の両端間の電圧はＶＲ　＝Ｂ−（
−Ｂ）＝２Ｂにより与えられる。普遍性を失うことなく
、抵抗９０は直列の等価抵抗９０ａおよび９０ｂ（１０
０オーム＋１００オーム＝２００オーム）として定義す
ることができる。９０Ａおよび９０Ｂの接続点の電圧は
Ｂの値に関係なく簡単な分圧により０ボルトになること
がわかる。０ボルトのノードは仮想グラウンドと見なす
ことができるので、抵抗９０はグラウンドに接続された
抵抗９０ａおよび９０ｂと等価である。グラウンドに対
する１００オームの等価抵抗は、共に１００オームの断
面８０および８５のインピーダンスに整合させるように
１００オームに選択されている。この結果、断面８０お
よび８５から抵抗９０ａおよび９０ｂへの信号の電力伝
達が最大となる。抵抗９０ａおよび９０ｂを断面８０お
よび８５に整合させるには、ライン６５は開回路でなけ
ればならない。ライン６５は次のようにして開回路のよ
うにすることができる。

【００１９】スロット９２は、中心導体６５を一端１０
４で短絡される平衡共面ストリップ１００および１０２
（２つのリード伝送ラインと同様）の１／４波長断面と
して動作するようにする。スロット９２は化学エッチン
グ処理を使用してできるだけ狭く作られる。この幅は一
般には１ミルである。２つのストリップ１００および１
０２ができるだけ低い特性インピーダンスを持つ伝送ラ
インとなるように、スロット９２はできるだけ狭く作ら
れる。２つのストリップが低インピーダンスの場合、断
面８０、８５およびライン６５の分岐点からライン６５
に入射される殆どのエネルギーはスロット９２の領域に
制約される。スロット９２の長さは、電力分割器の中心
周波数に等しい周波数において（「マイクロストリップ
ラインおよびスロットライン」Ｋ．Ｃ．Ｇｕｐｔａ他著
、２０４ー２０７頁、１９７９年発行に記載されている
ように）スロットラインの１／４波長の断面の長さにな
るように決められる。短絡回路で終端される伝送ライン
の１／４波長断面は入射信号に対して開回路となる。スロット９２を非常に狭く作れば、入力ポート６６から
通常出力される反射電力の殆どは開回路に入力され、ポ
ート７１および７６から反射された電力は１００オーム
の抵抗９０Ａおよび９０Ｂで終端される。

【００２０】図１に例示するプロトタイプ回路は、中心
周波数が９．５６ＧＨｚの１０％の帯域でテストしたも
のである。カプラの損失は０．２ｄＢ以下であった。出
力を５０オームで終端したときの入力戻り損失は２５ｄ
Ｂ以上であった。また、出力間の絶縁性は１８ｄＢ以上
であった。さらに、出力を開回路にした場合の入力戻り
損失は１０ｄＢ以上であった。

【００２１】この発明による３ｄＢ電力分割器は低損失
および低ＶＳＷＲにより特徴ずけられ、損失が重要な要
素である平衡低ノイズ増幅器のような平衡回路構成に使
用するのに適している。

【００２２】なお、上述の実施例は、この発明の原理を
表わす特定の実施例を示したに過ぎず、他の構成例を、
この発明の範囲を逸脱することなく当業者により容易に
この発明の原理にもとずいて考案することができる。例
えば、図５および図６の他の回路１５０は図示するよう
に、入力（帯域中心周波数）において３５オームの単一
の１／４波長断面１５２によりインピーダンスマッチン
グを行なうことを除いて、スロット９２（図１）と同様
の１／４波長スロットを含む、図３および図４の回路５
０と同様に構成および動作させることができる。図５は
入力信号が入力ポート１５１に入射される様子を示す回
路１５０を示す。図６は信号が出力ポート１５７および
１５９から反射される様子を示す回路１５０を示す。回
路１５０の出力ラインは回路５０の出力ラインと１／４
波長だけ長さが異なる。３５オーム断面１５２は入力ラ
イン１５４を２つの５０オーム出力ライン１５６と１５
８（５０オームと並列に５０オーム＝２５オーム）の並
列構成と整合させる。この構成１５０は図３および図４
の回路構成より物理的に小さくすることができるという
利点を有する。この実施例では、スロット（図１のスロ
ット９２と相似）は断面１５２の中心導体に形成される
。

【００２３】図７に示す第３実施例は第１および第２実
施例の組合せである。１／４波長インピーダンス断面Ｚ
１　およびＺ２　は「マイクロウエーブエンジニアリン
グの基礎」２２１ー２３７頁、Ｒ．Ｅ．Ｃｏｌｌｉｎｓ
著、ＭｃＧｒａｗ　　Ｈｉｌｌ社、１９６６年発行に記
載されているように２つの断面の１／４波長の整合が得
られるように調節可能である。さらに、この実施例では
、図１のスロット９２と同様の１／４波長スロットを採
用している。Ｚ１　およびＺ２　に使用される値は装置
の周波数応答特性の範囲と形状を決定する。この構成の
利点は帯域がさらに広いことである。Ｃｏｌｌｉｎｓは
二項変換器およびチェビシェフ変換器の両方について記
載している。上記変換器はともにこの装置に適用可能で
ある。この場合、入力ラインの５０オーム特性インピー
ダンス（ＺＬ　）は５０オーム特性インピーダンスの出
力ラインの並列構成のインピーダンス（ＺＯ　）に整合
される。すなわち、５０オームのインピーダンスは２５
オームのインピーダンスに整合される。一般には、２つ
の１／４波長インピーダンス変換器Ｚａ　およびＺｂ　
は５０オームから２５オームに変換するのに使用される
。第１変換器Ｚａ　は図７のＺ１　である。第２変換器
Ｚｂ　は各出力分岐に１つずつ、２つのＺ２　　　１／
４波長素子の構成であり、従って、Ｚ２　＝２Ｚｂ　で
ある。５０オームを２５オームに整合させるためのＺ１
　およびＺ２　の値を見つけるには、上述したＣｏｌｌ
ｉｎｓの著書の２２７ー２３７頁に記載されているよう
に、二項変換器またはチェビシェフ変換器のＺａ　およ
びＺｂ　の値を計算により求めることができる。Ｚ１　
（図７）の値はＺａ　に等しく設定され、Ｚ２　（図７
）の値は２Ｚｂ　の値に等しく設定される。

【００２４】

【発明の効果】上述したように、この発明によれば、平
衡型回路構成で使用したときに、出力ポート間で高い絶
縁性を有すると共に入力ポート間で低いＶＳＷＲが得ら
れる低損失の共面導波管電力分割器が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を具現化した共面導波管３ｄＢクアド
ラチュアカプラの好適実施例を示す図。

【図２】図１の仮想円により示される回路５０の一部の
拡大図であり、回路５０を構成する抵抗素子の拡大図。

【図３】カプラへの入力信号に提供される、図１のカプ
ラの有効電気回路の概略図。

【図４】反射信号に提供される図１のカプラの有効電気
回路の概略図。

【図５】この発明による共面クアドラチュアカプラの他
の実施例を示す図。

【図６】この発明による共面クアドラチュアカプラの他
の実施例を示す図。

【図７】この発明による共面クアドラチュアカプラのさ
らに他の実施例を示す図。

【符号の説明】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　誘電体基板上に形成される共面導波管
電力分割器において、中心導体および第１の特性インピ
ーダンスから成る共面導波管入力ラインと；各々が中心
導体から成り、前記入力ラインの特性インピーダンスに
実質的に等しい特性インピーダンスを有する第１および
第２共面導波管出力ラインであり、前記第１出力ライン
は、第２出力ラインより１／４波長長い電気長を有する
第１および第２共面導波管出力ラインと；前記入力ライ
ンと前記第１および第２出力ラインは分岐点に接続され
、前記出力ラインを前記入力ラインにインピーダンスマ
ッチングさせる手段と；前記入力ラインと出力ラインの
分岐点に導く前記入力ラインの中心導体に形成される１
／４波長スロットであり、前記分岐点に配置される抵抗
性素子により終端される１／４波長スロットとを備え、
前記入力ラインを介して前記電力分割器に入力される電
力が前記抵抗性素子において実質的に消費されず、出力
ポートで電力分割器に反射されるすべての電力が前記抵
抗性素子において消費されることを特徴とする共面導波
管電力分割器。
【請求項２】　　前記抵抗性素子は前記基板上の分岐点
に積層される抵抗性材料から成り、その両端が前記出力
ラインの中央導体に電気的に接続されることを特徴とす
る請求項１に記載の共面導波管電力分割器。
【請求項３】　　前記インピーダンスマッチング手段は
、第１および第２インピーダンスマッチング共面導波管
ライン断面から成り、各ライン断面はそれぞれ前記出力
ラインの一方と直列に接続され、前記電力分割器の中心
動作周波数において１／４波長の電気長を有し、前記出
力ラインとインピーダンスマッチング断面との直列接続
の並列構成が実質的に前記入力ラインの特性インピーダ
ンスに等しくなるようにしたことを特徴とする請求項１
に記載の共面導波管電力分割器。
【請求項４】　　前記入力ラインの特性インピーダンス
は５０オームであり、前記インピーダンスマッチングラ
イン断面の特性インピーダンスは実質的に７１オームで
あることを特徴とする請求項３に記載の共面導波管電力
分割器。
【請求項５】　　前記入力ラインおよび出力ラインの特
性インピーダンスは５０オームであることを特徴とする
請求項１に記載の共面導波管電力分割器。
【請求項６】　　前記インピーダンスマッチング手段は
前記入力ラインを前記分岐点に接続するための共面導波
管伝送ライン断面から成り、前記共面導波管伝送ライン
断面は中心動作周波数において１／４波長に等しい電気
長を有するとともに、前記入力ラインの特性インピーダ
ンスと、前記出力ラインの並列接続の等価インピーダン
スの中間の特性インピーダンスを有することを特徴とす
る請求項１に記載の共面導波管電力分割器。
【請求項７】　　前記入力ラインの特性インピーダンス
は５０オームであり、前記インピーダンスマッチング部
の特性インピーダンスは３オームであることを特徴とす
る請求項６に記載の共面導波管電力分割器。
【請求項８】　　誘電体基板上に形成される共面導波管
電力分割器において、中心導体から成り、第１の特性イ
ンピーダンスにより特徴ずけられる第１入力ライン断面
から成り、前記第１入力ライン断面は、中心導体から成
り、第２特性インピーダンスにより特徴ずけられる第２
入力ライン断面に遷移する、共面導波管入力ラインと；
各々が前記第１入力ラインの特性インピーダンスに等し
い特性インピーダンスにより特徴ずけられる第１出力ラ
イン断面であり、各第１出力ライン断面は中心導体から
成り、第３特性インピーダンスにより特徴ずけられる第
２出力ライン断面に遷移する第１出力ライン断面から成
る第１および第２共面導波管出力ラインであり、前記各
第２入力ライン断面と前記第１および第２出力ライン断
面は分岐点において接続され、前記電力分割器の中心動
作周波数において、１／４波長の電気長により特徴ずけ
られ、前記第２出力ライン断面は前記第１出力ライン断
面と前記第１入力ライン断面とのインピーダンスマッチ
ングをとる手段を有し、前記第２共面導波管出力ライン
の第１出力ライン断面は、前記第１共面導波管出力ライ
ンの第１出力ライン断面の電気長よりも中心周波数にお
いて１／４波長長い電気長により特徴ずけられる第１お
よび第２共面導波管出力ラインと；および前記分岐点に
導く入力ラインの第２出力ライン断面の中心導体に形成
され、前記分岐点に配置される抵抗性素子により終端さ
れる１／４波長導波管スロットとを備え、前記入力ライ
ンを介して前記電力分割器に入力される電力が、前記抵
抗性素子により実質的に消費されず、出力ポートにおい
て前記電力分割器に反射されるすべての電力が実質的に
前記抵抗性素子により消費されることを特徴とする共面
導波管電力分割器。
【請求項９】　　前記抵抗性素子は、前記基板上の分岐
点において積層される抵抗性材料の層から成り、その両
端が前記出力ラインの中心導体に電気的に接続されるこ
とを特徴とする請求項８に記載の共面導波管電力分割器
。
【請求項１０】　　前記第２入力ライン断面および第２
出力ライン断面は２つのセクションの１／４波長マッチ
ング回路を形成するように、その特性インピーダンスが
選択されることを特徴とする請求項８に記載の共面導波
管電力分割器