JP2004350143A - バラントランス - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の誘電体層を積層し、誘電体層間に伝送線路を設けて構成されるバラントランスにおいて、２つの平衡信号間の逆相からの位相のずれおよび振幅レベルの差を調整することができるとともに、小型で、周波数特性の広帯域なバラントランスを実現することができる、高周波回路に好適なバラントランスを提供する。
【解決手段】順次積層された第１〜第３の誘電体層１１〜１３と、第１および第２の誘電体層１１・１２の間の第１および第２の伝送線路１・２と、第２および第３の誘電体層１２・１３の間の第３〜第５の伝送線路３〜５と、積層体の下面および上面の第１の接地電極６と第２の接地電極７とから成り、第１および第３の伝送線路１・３は長さＬ１、第２および第４の伝送線路２・４は長さＬ２であって、Ｌ１≠Ｌ２であり、第１および第２の伝送線路１・２はそれぞれ幅Ｗ１および幅Ｗ２であって、Ｗ１≠Ｗ２であるバラントランスである。
【選択図】 図１
【解決手段】順次積層された第１〜第３の誘電体層１１〜１３と、第１および第２の誘電体層１１・１２の間の第１および第２の伝送線路１・２と、第２および第３の誘電体層１２・１３の間の第３〜第５の伝送線路３〜５と、積層体の下面および上面の第１の接地電極６と第２の接地電極７とから成り、第１および第３の伝送線路１・３は長さＬ１、第２および第４の伝送線路２・４は長さＬ２であって、Ｌ１≠Ｌ２であり、第１および第２の伝送線路１・２はそれぞれ幅Ｗ１および幅Ｗ２であって、Ｗ１≠Ｗ２であるバラントランスである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信機器その他の各種通信機器等において使用される、伝送線路により構成された高周波回路用のバラントランスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バラントランスとは、不平衡伝送線路を伝搬する不平衡信号と平衡伝送線路を伝搬する平衡信号とを相互に変換するためのバラン回路を用いた信号変換素子である。例えば、バラントランスの不平衡端子に不平衡信号を入力した場合、バラントランスの平衡端子には、互いに位相が１８０度異なり（逆相）、振幅が等しい２つの平衡信号が出力されることとなる。
【０００３】
高周波信号を伝送する不平衡伝送線路と平衡伝送線路とを接続するバラントランスとしては、分布定数によるものとして伝送線路により構成されるものがある。このような従来のバラントランスの例を図９および図１０に回路図で示す。
【０００４】
図９において、３０は第１の伝送線路、３１および３２は第１の伝送線路３０と同一平面上で平行もしくは異なる平面上で３次元的に平行に配置されて電磁界的に結合した略等しい長さを有する第２および第３の伝送線路、ＩＮは第１の伝送線路３０の一方側に設けた不平衡端子の入出力端子、ＯＵＴ１およびＯＵＴ２は第２の伝送線路３１および第３の伝送線路３２の対向する一端側に設けた平衡端子のそれぞれの入出力端子である。そして、図９に示す例では第１の伝送線路３０の入出力端子ＩＮと反対側の他端を開放端とし、第２の伝送線路３１および第３の伝送線路３２の入出力端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２と反対側の他端をそれぞれ接地した構成となっていた。また、図１０においては、図９に示す回路図に対し、さらに入力端子ＩＮに接地容量を電気的に接続した構成となっていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１７６９１８号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１１−２１９８２５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のバラントランスにおいては、第１の伝送線路３０と同一平面上で平行もしくは異なる平面上で３次元的に平行に配置されて電磁界的に結合する第２および第３の伝送線路３１・３２が略等しい長さを有することで、バラントランスの不平衡端子に不平衡信号を入力した場合、バラントランスの平衡端子に、互いに位相が１８０度異なり（逆相）、振幅が等しい２つの平衡信号が出力される動作原理となっていた。
【０００８】
しかし、実際にバラントランスを作成する場合には、バラントランスに電気的な寄生成分が発生し、その影響によって、２つの平衡信号間の位相のずれが１８０度からずれるとともに、２つの平衡信号間の振幅もずれるという問題点があった。このため、バラントランスを外部回路と接続する際に生じる２つの平衡信号間の逆相からの位相のずれおよび振幅レベルの差をさらに厳しく低減する要求に対して対応できないという問題点があった。
【０００９】
また、図１０に示す例では、特許文献２に記載されているように、図９に示す構成に対し、さらに入力端子ＩＮに接地容量を電気的に接続することで第１の伝送線路３０の長さを中心周波数の略１／２波長より短縮するとともに、第２および第３の伝送線路３１・３２の長さを中心周波数の略１／４波長の長さより短縮する効果が得られ、バラントランスのサイズを小型化することができるが、バラントランスの周波数特性が狭帯域となってしまうという問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、伝送線路により構成されたバラントランスにおいて、バラントランスを外部回路と接続する際に生じる２つの平衡信号間の逆相からの位相のずれおよび振幅レベルの差を調整することができる、高周波回路に好適なバラントランスを提供することにある。
【００１１】
さらに、本発明の目的は、伝送線路により構成されたバラントランスにおいて、バラントランスのサイズを小型化するとともに周波数特性の広帯域なバラントランスを実現することができる、高周波回路に好適なバラントランスを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のバラントランスは、第１の誘電体層と、この第１の誘電体層の上に積層された第２の誘電体層と、この第２の誘電体層の上に積層された第３の誘電体層と、前記第１の誘電体層の下面に配された第１の接地電極と、前記第１および第２の誘電体層の間に配された第１および第２の伝送線路と、前記第２および第３の誘電体層の間に配された第３乃至第５の伝送線路と、前記第３の誘電体層の上面に配された第２の接地電極とから成り、前記第１および第３の伝送線路は略同一の長さＬ１を有し、前記第２および第４の伝送線路は略同一の長さＬ２を有するとともに、Ｌ１≠Ｌ２であり、前記第１および第２の伝送線路はそれぞれ幅Ｗ１および幅Ｗ２を有するとともに、Ｗ１≠Ｗ２であり、前記第３および第４の伝送線路は、前記第１および第２の伝送線路と平行に、かつ積層方向から見て少なくとも一部が重なるように配され、前記第１および第２の接地電極は積層方向から見て前記第１乃至第５の伝送線路を覆うように配されており、前記第１および第２の伝送線路はそれぞれ一端に短絡端を有するとともに前記第４の伝送線路は一端に開放端を有し、前記第３の伝送線路の一端を不平衡端子とし、前記第３および第４の伝送線路の他端はそれぞれ前記第５の伝送線路の両端に電気的に接続されているとともに、前記第１および第２の伝送線路の前記短絡端はそれぞれ前記第２の誘電体層を挟んで前記不平衡端子および前記第４の伝送線路の前記開放端と対向する位置に配されており、前記第１および第２の伝送線路の他端をそれぞれ第１および第２の平衡端子としたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明のバラントランスによれば、第１および第３の伝送線路は略同一の長さＬ１を有し、第２および第４の伝送線路は略同一の長さＬ２を有するとともに、Ｌ１≠Ｌ２であり、第１および第２の伝送線路はそれぞれ幅Ｗ１および幅Ｗ２を有するとともに、Ｗ１≠Ｗ２であることから、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ１から出力される平衡信号の一方の位相量を第１および第３の伝送線路の長さＬ１で調整するとともに、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ２から出力される平衡信号の他方の位相量を第２および第４の伝送線路の長さＬ２で調整することによって、２つの平衡信号間の逆相からの位相のずれを任意に調整することが可能となり、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ１から出力される平衡信号の一方の振幅レベルを第１の伝送線路の幅Ｗ１で調整するとともに、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ２から出力される平衡信号の他方の振幅レベルを第２の伝送線路の幅Ｗ２で調整することによって、２つの平衡信号間の振幅レベルの差を調整することが可能となるので、バラントランスを外部回路と接続する際に生じる、逆相となるべき２つの平衡信号間の位相のずれおよび振幅レベルの差を調整することが可能なバラントランスを提供することができる。
【００１４】
また、本発明のバラントランスは、上記構成において、前記第４の伝送線路の前記開放端に接地容量を電気的に接続したことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明のバラントランスによれば、第１および第３の伝送線路間で形成される第１の結合線路部、ならびに第２および第４の伝送線路間で形成される第２の結合線路部、ならびに第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒは、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の等価的なインダクタンスＬとキャパシタンスＣに対して、ｆｒ＝１／｛２π（ＬＣ）１／２｝の関係があり、これにさらに第４の伝送線路の開放端に接地容量を電気的に接続したときには、共振周波数ｆｒに寄与するキャパシタンスＣの値が大きくなるので、バラントランスの中心周波数を決める第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒは低くなることとなる。一方、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒは、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される伝送線路の長さＬと第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路を伝播する高周波信号の伝播速度Ｖｇに対して、ｆｒ∝Ｖｇ／Ｌの関係があるので、第４の伝送線路の開放端に接地容量を電気的に接続することによって、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒが低くなる分を、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される伝送線路の長さＬを短縮することにより共振周波数ｆｒが高くなるように調整し、これらをバランスさせれば、所望の中心周波数を有するバラントランスを実現することができることとなる。このことにより、第１〜第５の伝送線路の長さを短縮した小型なバラントランスを提供することができる。加えて、第４の伝送線路部の開放端に接地容量を電気的に接続していることによって、中心周波数近傍における周波数に対するバラントランスの入出力インピーダンスの変化が緩和され、周波数特性の広帯域なバラントランスを提供することができる。
【００１６】
また、本発明のバラントランスは、上記構成において、前記第１乃至第３の誘電体層を含む誘電体基板において、前記第１乃至第５の伝送線路が前記誘電体基板の内部に形成されたストリップ線路またはコプレーナ線路から成り、前記第１および第２の伝送線路の前記短絡端が前記誘電体基板の内部に形成した貫通導体および側面に形成した端子電極の少なくとも一方を介して接地されているとともに、前記接地容量が、前記誘電体基板に内蔵された、または前記誘電体基板上に実装されたコンデンサから成ることを特徴とするものである。
【００１７】
これにより、このバラントランスを用いる高周波回路の仕様に応じて、複数の誘電体層から成る誘電体基板の内部に高周波信号の伝送特性に優れた第１〜第５の伝送線路を形成するとともに、接地容量を誘電体基板に内蔵された、または誘電体基板上に実装されたコンデンサで構成できることから、設計自由度が向上するとともに、第１〜第５の伝送線路とともに接地容量を誘電体基板に一体化して構成することが可能となり、小型で高性能なバラントランスを提供することができる。
【００１８】
また、本発明のバラントランスは、上記構成において、前記第３、第４および第５の伝送線路は略同一の幅Ｗを有し、Ｗ≠Ｗ１かつＷ≠Ｗ２であることを特徴とするものである。
【００１９】
これにより、積層の際に誘電体層の層間で位置ずれをおこしても、第１の伝送線路と第３の伝送線路間および第２の伝送線路と第４の伝送線路間の積層方向から見て重なる部分の変化が小さくなり、より一層確実にかつ容易に所望の電磁界結合量を実現することが可能であり、高性能なバラントランスを提供することができる。
【００２０】
また、本発明のバラントランスは、上記構成において、前記第３、第４および第５の伝送線路は略同一の幅Ｗを有し、Ｗ＜Ｗ１かつＷ＜Ｗ２であることを特徴とするものである。
【００２１】
これにより、不平衡端子ＩＮ側の共振器のインダクタ成分が大きくなり、かつキャパシタ成分も小さくなる。共振現象においてインダクタ成分の大きな共振器に対しては、共振のＱ値は小さくなり、それに比べキャパシタ成分の大きな共振器に対しては、共振のＱ値は大きくなる。
【００２２】
その結果、本発明において、第３乃至第５の伝送線路に構成されている共振器として機能する伝送線路の幅を細くした場合には、より一層共振器のインダクタ成分を大きくすることができるため、共振特性を、より一層広帯域とすることができ、極めて高性能なバラントランスを提供することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のバラントランスを図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１は本発明のバラントランスの実施の形態の一例を示す透視斜視図であり、図２は図１を積層方向から見た透視平面図である。図１および図２において、１１は第１の誘電体層、１２は第１の誘電体層１１の上に積層された第２の誘電体層、１３は第２の誘電体層１２の上に積層された第３の誘電体層である。１および２は第１および第２の誘電体層１１・１２の間に配された第１および第２の伝送線路、３〜５は第２および第３の誘電体層１２・１３の間に配された第３〜第５の伝送線路である。６および７は第１の誘電体層１１の下面に配された第１の接地電極および第３の誘電体層１３の上面に配された第２の接地電極である。ＩＮは第３の伝送線路３の一端に設けた不平衡端子であり、不平衡信号の入出力端子となるものである。ＯＵＴ１およびＯＵＴ２はそれぞれ第１の伝送線路１および第２の伝送線路２の他端に設けた第１および第２の平衡端子であり、平衡信号の入出力端子となるものである。
【００２５】
そして、第１および第３の伝送線路１・３は長さの差が２０％以内の範囲で略同一の長さＬ１を有し、第２および第４の伝送線路２・４は長さの差が２０％以内の範囲で略同一の長さＬ２を有するとともにＬ１≠Ｌ２の関係を有している。また、第１および第２の伝送線路１・２はそれぞれ幅Ｗ１および幅Ｗ２を有するとともに、Ｗ１≠Ｗ２の関係を有している。
【００２６】
第１および第３の伝送線路１・３の長さをＬ１とし、第２および第４の伝送線路２・４の長さをＬ２とし、かつＬ１≠Ｌ２とすることにより、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ１から出力される平衡信号の一方の位相量を第１および第３の伝送線路の長さＬ１で調整するとともに、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ２から出力される平衡信号の他方の位相量を第２および第４の伝送線路の長さＬ２で調整することによって、２つの平衡信号間の逆相からの位相のずれを任意に調整することが可能となる。
【００２７】
一方で、バラントランスの電気的な寄生成分とともに、第１および第３の伝送線路１・３と第２および第４の伝送線路２・４のそれぞれの伝送線路の長さＬ１・Ｌ２が異なることから電磁界結合量が異なることとなり、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ１から出力される平衡信号の一方の振幅レベルならびに、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ２から出力される平衡信号の他方の振幅レベルが変化し、２つの平衡信号間の振幅レベルの差が変動する。
【００２８】
この振幅レベルの差に応じて、第１の伝送線路１の幅Ｗ１および第２の伝送線路２の幅Ｗ２を、広くすれば電磁界結合量が増やせて信号の振幅レベルが大きくなり、狭くすれば電磁界結合量を減らせて信号の振幅レベルが小さくなるので、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ１から出力される平衡信号の一方の振幅レベルを第１の伝送線路１の幅Ｗ１を調整することによって第３の伝送線路３との電磁界結合量を調整するとともに、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ２から出力される平衡信号の他方の振幅レベルを第２の伝送線路２の幅Ｗ２の調整によって第４の伝送線路４との電磁界結合量を調整することによって、２つの平衡信号間の振幅レベルの差を調整することが可能となる。
【００２９】
このため、バラントランスを外部回路と接続する際に生じる、逆相となるべき２つの平衡信号間の位相のずれおよび振幅レベルの差を、第１および第３の伝送線路１・３の長さＬ１と、第２および第４の伝送線路２・４の長さＬ２を調整し、第１の伝送線路１の幅Ｗ１および第２の伝送線路２の幅Ｗ２を調整することによって調整することができる。
【００３０】
また、第３および第４の伝送線路３・４は、第１および第２の伝送線路１・２と平行に、かつ積層方向から見て少なくとも一部が重なるように配されていることから、第１および第３の伝送線路１・３間と第２および第４の伝送線路２・４間に電磁界結合が生じる。電磁界結合を生じさせるために、積層方向からみて重なる部分は、少なくとも３０％以上程度とすることが好ましく、第３および第４の伝送線路３・４または第１および第２の伝送線路１・２の一方が他方を完全に覆うように重ねて配してもよい。しかし、重なる部分の幅は３０％以上に限るものではなく、伝送線路間で必要な電磁界結合を得られる幅であればよい。
【００３１】
第１および第２の接地電極６・７は積層方向から見て、第１〜第５の伝送線路１〜５を覆うように配されているので、第１〜第５の伝送線路を流れる高周波信号が外部からの高周波信号によって干渉を受けることを防ぐことができる。また、第１および第２の接地電極６・７は、不平衡端子ＩＮならびに第１および第２の平衡端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２の基準電位を与えるために設けられる。
【００３２】
そして、第１および第２の伝送線路１・２はそれぞれ一端に短絡端８を有し、第１および第２の接地電極６・７と電気的に接続されるとともに、第４の伝送線路４は一端に開放端９を有し、第３の伝送線路３の一端を不平衡端子ＩＮとし、第３および第４の伝送線路３・４の他端はそれぞれ第５の伝送線路５の両端に電気的に接続されている。
【００３３】
また、第１および第２の伝送線路１・２の短絡端８は、第１および第２の接地電極６・７と電気的に接続されるとともに、それぞれ第２の誘電体層１２を挟んで不平衡端子ＩＮおよび第４の伝送線路４の開放端９と対向する位置に配され、第１および第２の伝送線路１・２の他端をそれぞれ第１および第２の平衡端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２としている。
【００３４】
さらに、このような構成の本発明のバラントランスにおいて、第４の伝送線路４の開放端９に接地容量Ｃ１を電気的に接続することにより、第１および第３の伝送線路１・３間で形成される第１の結合線路部、ならびに第２および第４の伝送線路２・４間で形成される第２の結合線路部、ならびに第５の伝送線路における等価的なインダクタンスＬとキャパシタンスＣによる共振回路の共振周波数ｆｒ＝１／｛２π（ＬＣ）１／２｝に寄与するキャパシタンスＣの値が大きくなるので、バラントランスの中心周波数を決める第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒは低くなることとなる。
【００３５】
一方、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒは、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される伝送線路の長さＬと第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路を伝播する高周波信号の伝播速度Ｖｇに対して、ｆｒ∝Ｖｇ／Ｌの関係があるので、第４の伝送線路４の開放端９に接地容量Ｃ１を電気的に接続することによって、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒが低くなる分を、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される伝送線路の長さＬを短縮することにより共振周波数ｆｒが高くなるように調整し、これらをバランスさせれば、所望の中心周波数を有するバラントランスを実現することができることとなる。このことにより、第１〜第５の伝送線路１〜５の長さを短縮した小型なバラントランスを提供することができる。
【００３６】
また、この第１〜第５の伝送線路１〜５の長さの短縮効果に加えて、第４の伝送線路４の開放端９に接地容量Ｃ１を電気的に接続していることによって、中心周波数近傍における周波数に対するバラントランスの入出力インピーダンスの変化が緩和され、周波数特性の広帯域なバラントランスを提供することができる。
【００３７】
さらに、このような構成の本発明のバラントランスは、第１〜第３の誘電体層１１〜１３を含む誘電体基板２０において、第１〜第５の伝送線路１〜５を誘電体基板２０の内部に形成されたストリップ線路またはコプレーナ線路で形成し、第１および第２の伝送線路１・２の短絡端８を誘電体基板２０の内部に形成したスルーホール導体やビア導体等の貫通導体により、および誘電体基板２０の側面に形成したメタライズ導体層やいわゆるキャスタレーション導体等による端子電極の少なくとも一方を介することにより、第１および第２の接地電極６・７ならびに外部の接地導体と接続して接地するとともに、接地容量Ｃ１を誘電体基板２０の容量形成領域に内蔵したコンデンサ、または誘電体基板上に実装したコンデンサで構成することにより、設計自由度が向上するとともに、第１〜第５の伝送線路１〜５とともに接地容量Ｃ１を誘電体基板２０に一体化して構成することが可能となり、小型で高性能なバラントランスを提供することができる。
【００３８】
なお、図１および図２において、これら接地容量Ｃ１ならびに貫通導体および端子電極の図示は省略している。また、図２においては第１〜第３の誘電体層１１〜１３ならびに第１および第２の接地電極６・７の図示は省略している。
【００３９】
次に、図３および図４は本発明のバラントランスの実施の形態の他の例を示した断面図であり、図１および図２と同じ部位に対応するものは同一符号で示してある。図３および図４において、２０は誘電体基板、２１は貫通導体、２２は誘電体基板２０に内蔵したコンデンサ（容量発生領域）を構成する容量電極パターン、２３は誘電体基板２０上に実装されたコンデンサ、２４はコンデンサ２３を実装するための部品実装パッド、２５は第４の伝送線路４の開放端９と容量電極パターン２２を接続する接続線路を示す。なお、図３および図４においては、第１〜第５の伝送線路部１〜５は紙面に垂直な方向に形成されており、不平衡端子ＩＮおよび平衡端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２についての図示は省略している。また、図３においては、第４の伝送線路４の開放端９と容量電極パターン２２とを接続する接続線路２５を点線で図示している。また、図３には、接地容量Ｃ１の符号とともに、コンデンサの記号が書き加えてある。
【００４０】
図３は、第１〜第５の伝送線路１〜５を誘電体基板２０の内部に紙面垂直方向に形成し、かつ、接地容量Ｃ１を誘電体基板２０の内部に形成した容量電極パターン２２によって形成した構成例を示すものである。
【００４１】
図４は、第１〜第５の伝送線路１〜５を誘電体基板２０の内部に紙面垂直方向に形成し、かつ、接地容量Ｃ１を誘電体基板２０の表面に形成された部品実装パッド２４上に実装したコンデンサ２３で構成した構成例を示すものである。
【００４２】
これら図３および図４に示す例のような構成とすることによって、接地容量Ｃ１を、誘電体基板２０に内蔵した容量電極パターン２２によるコンデンサ、または誘電体基板２０の表面に形成された部品実装パッド２４上に実装したコンデンサ２３で構成できることから、このバラントランスを用いる高周波回路の仕様に応じて、容量電極パターン２２によるコンデンサまたは部品実装パッド２４上に実装したコンデンサ２３のいずれかの構成を選択することが可能となり、設計自由度が向上するとともに、第１〜第５の伝送線路１〜５とともに接地容量Ｃ１を誘電体基板２０に一体化して構成することが可能な、小型で高性能なバラントランスを提供することができる。
【００４３】
図５は、第１および第２の伝送線路１・２と第３〜第５の伝送線路３〜５の線幅を異ならせて、かつ第１の伝送線路１の線幅Ｗ１および第２の伝送線路２の線幅Ｗ２に対して第３〜第５の伝送線路３〜５の幅Ｗを細くするように構成した構成例を示すものである。
【００４４】
この図５に示す例のような構成とすることによって、積層の際に位置ずれをおこしても第１の伝送線路１と第３の伝送線路３間および第２の伝送線路２と第４の伝送線路４間の電磁界結合量の変化が小さく、所望の電気特性が得られることが可能であり、高性能なバラントランスを提供することができる。
【００４５】
一方、Ｗ＝Ｗ１かつＷ＝Ｗ２となっているバラントランスは、積層の際に誘電体層１１〜１３の層間で位置ずれをおこすと、第１の伝送線路１と第３の伝送線路３との間および第２の伝送線路２と第４の伝送線路４との間の電磁界結合量の変化が大きく、所望の電気特性を得るためには、高精度の積層技術が必要になるので、多数個を安定して生産することが難しい。
【００４６】
また、不平衡端子ＩＮ側の共振器のインダクタ成分が大きくなり、かつキャパシタ成分も小さくなる。共振現象においてインダクタ成分の大きな共振器に対しては、共振のＱ値は小さくなり、それに比べキャパシタ成分の大きな共振器に対しては、共振のＱ値は大きくなる。広帯域な共振特性を望む場合は伝送線路を用いて作製されている共振器の線幅を細くする必要がある。
【００４７】
これにより、共振器のインダクタ成分を大きくすることができることから、広帯域なバラントランスを提供する事が可能となり、高性能なバラントランスを提供することができる。
【００４８】
一方、Ｗ＞Ｗ１かつＷ＞Ｗ２となっているバラントランスは、不平衡端子ＩＮ側の共振器のインダクタ成分が小さくなる。
【００４９】
このため、Ｗ＞Ｗ１かつＷ＞Ｗ２であるバラントランスの共振特性は、Ｗ＜Ｗ１かつＷ＜Ｗ２となっているバラントランスに比べ、狭帯域な共振特性となり、Ｗ＜Ｗ１かつＷ＜Ｗ２であるバランのほうが、より一層広帯域な電気特性とすることができる。
【００５０】
本発明のバラントランスを形成するに当たり、このような順次積層された第１〜第３の誘電体層１１〜１３を含む誘電体基板２０やストリップ線路・コプレーナ線路等による第１〜第５の伝送線路１〜５、第１および第２の接地電極６・７、不平衡端子ＩＮ、第１および第２の平衡端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２、容量電極パターン２２、部品実装パッド２４、端子電極ならびに貫通導体２１、その他これらを接続する接続導体は、周知の高周波用配線基板に使用される種々の材料・形態のものを使用することができる。
【００５１】
本発明のバラントランスに用いる第１〜第３の誘電体層１１〜１３を含む誘電体基板２０としては、例えばアルミナセラミックス・ムライトセラミックス等のセラミックス材料やガラスセラミックス等の無機系材料、あるいは四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ）・四ふっ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ）・四ふっ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂やガラスエポキシ樹脂・ポリイミド等の樹脂系材料等が用いられる。これら誘電体基板の形状や寸法（厚みや幅・長さ）は、使用される周波数や用途等に応じて設定される。
【００５２】
本発明の第１〜第５の伝送線路１〜５、第１および第２の接地電極６・７、貫通導体２１、容量電極パターン２２、部品実装パッド２４、その他これらを接続する接続導体は、高周波信号伝送用の金属材料の導体層、例えばＣｕ層・Ｍｏ−Ｍｎのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｗのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｃｒ−Ｃｕ合金層・Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔａ２Ｎ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、またはＮｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの等を用いて、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成方法やメッキ法等により形成される。その厚みや幅も、伝送される高周波信号の周波数や用途等に応じて設定される。
【００５３】
本発明のバラントランスに用いる第１〜第３の誘電体層１１〜１３を含む誘電体基板２０の作製にあたっては、例えば誘電体基板２０がガラスセラミックスから成る場合であれば、まず誘電体基板２０となるガラスセラミックスのグリーンシートを準備し、これに所定の打ち抜き加工を施して貫通導体２１となる貫通孔を形成した後、スクリーン印刷法によりＣｕ等の導体ペーストを貫通孔に充填するとともに、所定の伝送線路パターンおよびその他の導体層のパターンを印刷塗布する。次に、８５０〜１０００℃で焼成を行ない、最後に誘電体基板２０の各表面導体層上にＮｉメッキおよびＡｕメッキを施す。
【００５４】
【実施例】
図６および図７は、図１に示す構成の本発明のバラントランスと、図９に示す従来のバラントランスにおいて、第１および第２の平衡端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２に出力される２つの平衡信号間の振幅レベルの差および逆相からの位相のずれをシミュレーションで比較した結果を示す各線図である。
【００５５】
このシミュレーションは、それぞれ図１および図９に示す構成となる各部分に以下に示すパラメータを用いてシミュレーションモデルを作製し、実施した。
【００５６】
【表１】
【００５７】
図６および図７において、横軸はいずれも周波数（単位：ＧＨｚ）を、縦軸はそれぞれ振幅レベル差（単位：ｄＢ）および位相差（逆相からの位相のずれ）（単位：ｄｅｇ）を表わし、各特性曲線は、Ａが本発明のバラントランスにおける結果を、Ｂが図９に示す従来のバラントランスにおける結果を示している。
【００５８】
本発明のバラントランスによれば、第１および第３の伝送線路１・３の長さＬ１と第２および第４の伝送線路２．４の長さＬ２を独立に調整することによって、バラントランスの不平衡端子ＩＮに不平衡信号を入力して、バラントランスの第１及び第２の平衡端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２より２つの平衡信号を取り出す際の、２つの平衡信号間の逆相からの位相のずれを任意に調整することが可能となる。
【００５９】
また、第１および第２の伝送線路１・２の幅Ｗ１および幅Ｗ２を独立に調整することによって、２つの平衡信号間の振幅レベルの差に寄与する、第１および第３の伝送線路１・３間ならびに第２および第４の伝送線路２・４間で形成される電磁界結合量を任意に調整することができて、バラントランスの不平衡端子ＩＮに不平衡信号を入力して、バラントランスの第１及び第２の平衡端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２より２つの平衡信号を取り出す際の、振幅レベルの差を調整することができる。
【００６０】
例えば、５ＧＨｚにおける振幅レベル差および位相差は図６および図７に示す結果から明らかなように、
Ａ：振幅レベル差 ０．０３ｄＢ、位相差１８０．１ｄｅｇ
Ｂ：振幅レベル差 ０．２５ｄＢ、位相差１７７．５ｄｅｇ
であり、従来のバラントランスにおける結果（Ｂ）に比べて、本発明のバラントランスにおける結果（Ａ）は、振幅レベルの差および逆相からの位相のずれを調整することにより改善することができる。
【００６１】
図８は図５に示す構成の本発明のバラントランスと、図９に示す従来のバラントランスにおいて、第１および第２の不平衡端子ＩＮ側での反射特性をシミュレーションで比較した結果を示す各線図である。
【００６２】
このシミュレーションは、それぞれ図５および図９に示す構成となる各部分に以下に示すパラメータを用いてシミュレーションモデルを作製し、実施した。
【００６３】
【表２】
【００６４】
図８において、横軸はいずれも周波数（単位：ＧＨｚ）を、縦軸は反射特性（単位：ｄＢ）を表わし、各特性曲線は、Ａが本発明のバラントランスにおける結果を、Ｂが図９に示す従来のバラントランスにおける結果を示している。
【００６５】
本発明のバラントランスによれば、第１の伝送線路１の幅Ｗ１および第２の伝送線路２の幅Ｗ２を、第３〜第５の伝送線路３〜５の幅Ｗに対して、Ｗ１＞ＷかつＷ２＞Ｗとすることにより広帯域な反射特性を実現する事が可能である。
【００６６】
例えば、５ＧＨｚにおける反射特性は図８に示す結果から明らかなように、
Ａ：反射特性で−１５ｄＢにおける帯域 ２．４３ＧＨｚ
Ｂ：反射特性で−１５ｄＢにおける帯域 １．８ＧＨｚ
であり、従来のバラントランスにおける結果（Ｂ）に比べて、本発明のバラントランスにおける結果（Ａ）は、広帯域な反射特性を実現することが可能である。
【００６７】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を加えることは何ら差し支えない。
【００６８】
例えば、本発明のバラントランスを構成する第１〜第５の伝送線路１〜５は、図１および図２に図示するように、それぞれ必ずしも直線状の伝送線路により形成されるものに限られるものではなく、それぞれ角型状や円形状等に折り曲げた伝送線路や、コの字型・スパイラル形状・ミアンダライン形状の伝送線路等で形成したりすることができる。このような形状に形成することで、バラントランスを用いる高周波回路の仕様に応じて、複数の誘電体層から成る誘電体基板２０の内部に、高周波回路とともに誘電体基板に一体化して高周波信号の伝送特性に優れた伝送線路部を、構成する際の設計自由度が向上するとともに、小型で高性能なバラントランスを提供することが可能となる。
【００６９】
また、第１〜第５の伝送線路１〜５は、それぞれ単一の線路導体で形成するものに限られるものではなく、それぞれ電磁気的に１つの伝送線路とみなせるような２個以上の導体で形成してもよい。
【００７０】
さらにまた、図３および図４に示した例では、誘電体基板２０の内部に容量電極パターン２２を形成する場合として１個の容量電極パターンで形成した例を示しているが、必ずしもこの例のものに限られるものではなく、それぞれ電気的に１つの容量とみなせるような２個以上の導体で形成してもよい。
【００７１】
【発明の効果】
本発明のバラントランスによれば、第１および第３の伝送線路は略同一の長さＬ１を有し、第２および第４の伝送線路は略同一の長さＬ２を有するとともに、Ｌ１≠Ｌ２であり、第１および第２の伝送線路はそれぞれ幅Ｗ１および幅Ｗ２を有するとともに、Ｗ１≠Ｗ２であることから、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ１から出力される平衡信号の一方の位相量を第１および第３の伝送線路の長さＬ１で調整するとともに、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ２から出力される平衡信号の他方の位相量を第２および第４の伝送線路の長さＬ２で調整することによって、２つの平衡信号間の逆相からの位相のずれを任意に調整することが可能となり、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ１から出力される平衡信号の一方の振幅レベルを第１の伝送線路の幅Ｗ１で調整するとともに、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ２から出力される平衡信号の他方の振幅レベルを第２の伝送線路の幅Ｗ２で調整することによって、２つの平衡信号間の振幅レベルの差を調整することが可能となるので、バラントランスを外部回路と接続する際に生じる、逆相となるべき２つの平衡信号間の位相のずれおよび振幅レベルの差を調整することが可能なバラントランスを提供することができる。
【００７２】
また、本発明のバラントランスによれば、第４の伝送線路の開放端に接地容量を電気的に接続したときには、第１および第３の伝送線路間で形成される第１の結合線路部、ならびに第２および第４の伝送線路間で形成される第２の結合線路部ならびに第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒに寄与するキャパシタンスＣの値が大きくなるので、バラントランスの中心周波数を決める第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒは低くなることとなる。一方、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒは、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される伝送線路の長さＬと第１および第２の結合線路および第５の伝送線路を伝播する高周波信号の伝播速度Ｖｇに対して、ｆｒ∝Ｖｇ／Ｌの関係があるので、第４の伝送線路の開放端に接地容量を電気的に接続することによって、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒが低くなる分を、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される伝送線路の長さＬを短縮することにより共振周波数ｆｒが高くなるように調整し、これらをバランスさせれば、所望の中心周波数を有するバラントランスを実現することができることとなる。このことにより、第１〜第５の伝送線路の長さを短縮した小型なバラントランスを提供することができる。また、この第１〜第５の伝送線路１〜５の長さの短縮効果に加えて、第４の伝送線路部の開放端に接地容量を電気的に接続していることによって、中心周波数近傍における周波数に対するバラントランスの入出力インピーダンスの変化が緩和され、周波数特性の広帯域なバラントランスを提供することができる。
【００７３】
さらにまた、本発明のバラントランスによれば、第１〜第３の誘電体層を含む誘電体基板において、第１〜第５の伝送線路が誘電体基板の内部に形成されたストリップ線路またはコプレーナ線路から成り、第１および第２の伝送線路の短絡端が誘電体基板の内部に形成した貫通導体および側面に形成された端子電極の少なくとも一方を介して接地されているときには、第１および第２の接地電極ならびに外部の接地と接続して接地するとともに、接地容量を誘電体基板に内蔵されたコンデンサ、または誘電体基板上に実装されたコンデンサで構成できることにより、設計自由度が向上するとともに、第１〜第５の伝送線路とともに接地容量を誘電体基板に一体化して構成することが可能となり、小型で高性能なバラントランスを提供することができる。
【００７４】
また、本発明のバラントランスによれば、上記構成において、前記第３、第４および第５の伝送線路は略同一の幅Ｗを有し、Ｗ≠Ｗ１かつＷ≠Ｗ２と成るときには、積層の際に位置ずれをおこしても、第１の伝送線路と第３の伝送線路間および第２の伝送線路と第４の伝送線路間の積層方向から見て重なる部分の変化が小さくなり、より一層確実にかつ容易に所望の電磁界結合量を実現することが可能であり、高性能なバラントランスを提供することができる。
【００７５】
また、本発明のバラントランスによれば、前記第３および第４および第５の伝送線路は略同一の幅Ｗを有し、Ｗ＜Ｗ１かつＷ＜Ｗ２と成るときには、不平衡端子ＩＮ側の共振器のインダクタ成分が大きくなり、かつキャパシタ成分も小さくなる。共振現象においてインダクタ成分の大きな共振器に対しては、共振のＱ値は小さくなり、それに比べキャパシタ成分の大きな共振器に対しては、共振のＱ値は大きくなる。
【００７６】
その結果、本発明において、第３乃至第５の伝送線路に構成されている共振器として機能する伝送線路の幅を細くした場合には、より一層共振器のインダクタ成分を大きくすることができるため、共振特性を、より一層広帯域とすることが可能となり、高性能なバラントランスを提供することができる。
【００７７】
以上のように、本発明によれば、伝送線路により構成されたバラントランスにおいて、バラントランスを外部回路と接続する際に生じる２つの平衡信号間の逆相からの位相のずれおよび振幅レベルの差を調整することができる、高周波回路に好適なバラントランスを提供することができた。
【００７８】
さらに、本発明によれば、伝送線路により構成されたバラントランスにおいて、バラントランスのサイズを小型化するとともに周波数特性の広帯域なバラントランスを実現することができる、高周波回路に好適なバラントランスを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバラントランスの実施の形態の一例を示す透視斜視図である。
【図２】本発明のバラントランスの実施の形態の一例を示す透視平面図である。
【図３】本発明のバラントランスの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明のバラントランスの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図５】本発明のバラントランスの実施の形態の他の例を示す透視斜視図である。
【図６】本発明のバラントランスおよび従来のバラントランスにおける出力平衡信号の振幅レベル差を示す線図である。
【図７】本発明のバラントランスおよび従来のバラントランスにおける出力平衡信号の位相差を示す線図である。
【図８】本発明のバラントランスおよび従来のバラントランスにおける入力平衡信号の反射特性を示す線図である。
【図９】従来のバラントランスの例を示す回路図である。
【図１０】従来のバラントランスの他の例を示す回路図である。
【符号の説明】
１〜５・・・・・・・・・第１〜第５の伝送線路
６〜７・・・・・・・・・第１および第２の接地電極
８・・・・・・・・・・・短絡端
９・・・・・・・・・・・開放端
１１〜１３・・・・・・・・・第１〜第３の誘電体層
２０・・・・・・・・・・・誘電体基板
２１・・・・・・・・・・・貫通導体
２２・・・・・・・・・・・容量電極パターン
２３・・・・・・・・・・・コンデンサ
２４・・・・・・・・・・・部品実装パッド
Ｃ１・・・・・・・・・・接地容量
ＩＮ・・・・・・・・・・不平衡端子（入出力端子）
ＯＵＴ１、ＯＵＴ２・・・第１および第２の平衡端子（入出力端子）
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信機器その他の各種通信機器等において使用される、伝送線路により構成された高周波回路用のバラントランスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バラントランスとは、不平衡伝送線路を伝搬する不平衡信号と平衡伝送線路を伝搬する平衡信号とを相互に変換するためのバラン回路を用いた信号変換素子である。例えば、バラントランスの不平衡端子に不平衡信号を入力した場合、バラントランスの平衡端子には、互いに位相が１８０度異なり（逆相）、振幅が等しい２つの平衡信号が出力されることとなる。
【０００３】
高周波信号を伝送する不平衡伝送線路と平衡伝送線路とを接続するバラントランスとしては、分布定数によるものとして伝送線路により構成されるものがある。このような従来のバラントランスの例を図９および図１０に回路図で示す。
【０００４】
図９において、３０は第１の伝送線路、３１および３２は第１の伝送線路３０と同一平面上で平行もしくは異なる平面上で３次元的に平行に配置されて電磁界的に結合した略等しい長さを有する第２および第３の伝送線路、ＩＮは第１の伝送線路３０の一方側に設けた不平衡端子の入出力端子、ＯＵＴ１およびＯＵＴ２は第２の伝送線路３１および第３の伝送線路３２の対向する一端側に設けた平衡端子のそれぞれの入出力端子である。そして、図９に示す例では第１の伝送線路３０の入出力端子ＩＮと反対側の他端を開放端とし、第２の伝送線路３１および第３の伝送線路３２の入出力端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２と反対側の他端をそれぞれ接地した構成となっていた。また、図１０においては、図９に示す回路図に対し、さらに入力端子ＩＮに接地容量を電気的に接続した構成となっていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１７６９１８号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１１−２１９８２５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のバラントランスにおいては、第１の伝送線路３０と同一平面上で平行もしくは異なる平面上で３次元的に平行に配置されて電磁界的に結合する第２および第３の伝送線路３１・３２が略等しい長さを有することで、バラントランスの不平衡端子に不平衡信号を入力した場合、バラントランスの平衡端子に、互いに位相が１８０度異なり（逆相）、振幅が等しい２つの平衡信号が出力される動作原理となっていた。
【０００８】
しかし、実際にバラントランスを作成する場合には、バラントランスに電気的な寄生成分が発生し、その影響によって、２つの平衡信号間の位相のずれが１８０度からずれるとともに、２つの平衡信号間の振幅もずれるという問題点があった。このため、バラントランスを外部回路と接続する際に生じる２つの平衡信号間の逆相からの位相のずれおよび振幅レベルの差をさらに厳しく低減する要求に対して対応できないという問題点があった。
【０００９】
また、図１０に示す例では、特許文献２に記載されているように、図９に示す構成に対し、さらに入力端子ＩＮに接地容量を電気的に接続することで第１の伝送線路３０の長さを中心周波数の略１／２波長より短縮するとともに、第２および第３の伝送線路３１・３２の長さを中心周波数の略１／４波長の長さより短縮する効果が得られ、バラントランスのサイズを小型化することができるが、バラントランスの周波数特性が狭帯域となってしまうという問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、伝送線路により構成されたバラントランスにおいて、バラントランスを外部回路と接続する際に生じる２つの平衡信号間の逆相からの位相のずれおよび振幅レベルの差を調整することができる、高周波回路に好適なバラントランスを提供することにある。
【００１１】
さらに、本発明の目的は、伝送線路により構成されたバラントランスにおいて、バラントランスのサイズを小型化するとともに周波数特性の広帯域なバラントランスを実現することができる、高周波回路に好適なバラントランスを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のバラントランスは、第１の誘電体層と、この第１の誘電体層の上に積層された第２の誘電体層と、この第２の誘電体層の上に積層された第３の誘電体層と、前記第１の誘電体層の下面に配された第１の接地電極と、前記第１および第２の誘電体層の間に配された第１および第２の伝送線路と、前記第２および第３の誘電体層の間に配された第３乃至第５の伝送線路と、前記第３の誘電体層の上面に配された第２の接地電極とから成り、前記第１および第３の伝送線路は略同一の長さＬ１を有し、前記第２および第４の伝送線路は略同一の長さＬ２を有するとともに、Ｌ１≠Ｌ２であり、前記第１および第２の伝送線路はそれぞれ幅Ｗ１および幅Ｗ２を有するとともに、Ｗ１≠Ｗ２であり、前記第３および第４の伝送線路は、前記第１および第２の伝送線路と平行に、かつ積層方向から見て少なくとも一部が重なるように配され、前記第１および第２の接地電極は積層方向から見て前記第１乃至第５の伝送線路を覆うように配されており、前記第１および第２の伝送線路はそれぞれ一端に短絡端を有するとともに前記第４の伝送線路は一端に開放端を有し、前記第３の伝送線路の一端を不平衡端子とし、前記第３および第４の伝送線路の他端はそれぞれ前記第５の伝送線路の両端に電気的に接続されているとともに、前記第１および第２の伝送線路の前記短絡端はそれぞれ前記第２の誘電体層を挟んで前記不平衡端子および前記第４の伝送線路の前記開放端と対向する位置に配されており、前記第１および第２の伝送線路の他端をそれぞれ第１および第２の平衡端子としたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明のバラントランスによれば、第１および第３の伝送線路は略同一の長さＬ１を有し、第２および第４の伝送線路は略同一の長さＬ２を有するとともに、Ｌ１≠Ｌ２であり、第１および第２の伝送線路はそれぞれ幅Ｗ１および幅Ｗ２を有するとともに、Ｗ１≠Ｗ２であることから、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ１から出力される平衡信号の一方の位相量を第１および第３の伝送線路の長さＬ１で調整するとともに、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ２から出力される平衡信号の他方の位相量を第２および第４の伝送線路の長さＬ２で調整することによって、２つの平衡信号間の逆相からの位相のずれを任意に調整することが可能となり、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ１から出力される平衡信号の一方の振幅レベルを第１の伝送線路の幅Ｗ１で調整するとともに、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ２から出力される平衡信号の他方の振幅レベルを第２の伝送線路の幅Ｗ２で調整することによって、２つの平衡信号間の振幅レベルの差を調整することが可能となるので、バラントランスを外部回路と接続する際に生じる、逆相となるべき２つの平衡信号間の位相のずれおよび振幅レベルの差を調整することが可能なバラントランスを提供することができる。
【００１４】
また、本発明のバラントランスは、上記構成において、前記第４の伝送線路の前記開放端に接地容量を電気的に接続したことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明のバラントランスによれば、第１および第３の伝送線路間で形成される第１の結合線路部、ならびに第２および第４の伝送線路間で形成される第２の結合線路部、ならびに第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒは、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の等価的なインダクタンスＬとキャパシタンスＣに対して、ｆｒ＝１／｛２π（ＬＣ）１／２｝の関係があり、これにさらに第４の伝送線路の開放端に接地容量を電気的に接続したときには、共振周波数ｆｒに寄与するキャパシタンスＣの値が大きくなるので、バラントランスの中心周波数を決める第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒは低くなることとなる。一方、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒは、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される伝送線路の長さＬと第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路を伝播する高周波信号の伝播速度Ｖｇに対して、ｆｒ∝Ｖｇ／Ｌの関係があるので、第４の伝送線路の開放端に接地容量を電気的に接続することによって、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒが低くなる分を、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される伝送線路の長さＬを短縮することにより共振周波数ｆｒが高くなるように調整し、これらをバランスさせれば、所望の中心周波数を有するバラントランスを実現することができることとなる。このことにより、第１〜第５の伝送線路の長さを短縮した小型なバラントランスを提供することができる。加えて、第４の伝送線路部の開放端に接地容量を電気的に接続していることによって、中心周波数近傍における周波数に対するバラントランスの入出力インピーダンスの変化が緩和され、周波数特性の広帯域なバラントランスを提供することができる。
【００１６】
また、本発明のバラントランスは、上記構成において、前記第１乃至第３の誘電体層を含む誘電体基板において、前記第１乃至第５の伝送線路が前記誘電体基板の内部に形成されたストリップ線路またはコプレーナ線路から成り、前記第１および第２の伝送線路の前記短絡端が前記誘電体基板の内部に形成した貫通導体および側面に形成した端子電極の少なくとも一方を介して接地されているとともに、前記接地容量が、前記誘電体基板に内蔵された、または前記誘電体基板上に実装されたコンデンサから成ることを特徴とするものである。
【００１７】
これにより、このバラントランスを用いる高周波回路の仕様に応じて、複数の誘電体層から成る誘電体基板の内部に高周波信号の伝送特性に優れた第１〜第５の伝送線路を形成するとともに、接地容量を誘電体基板に内蔵された、または誘電体基板上に実装されたコンデンサで構成できることから、設計自由度が向上するとともに、第１〜第５の伝送線路とともに接地容量を誘電体基板に一体化して構成することが可能となり、小型で高性能なバラントランスを提供することができる。
【００１８】
また、本発明のバラントランスは、上記構成において、前記第３、第４および第５の伝送線路は略同一の幅Ｗを有し、Ｗ≠Ｗ１かつＷ≠Ｗ２であることを特徴とするものである。
【００１９】
これにより、積層の際に誘電体層の層間で位置ずれをおこしても、第１の伝送線路と第３の伝送線路間および第２の伝送線路と第４の伝送線路間の積層方向から見て重なる部分の変化が小さくなり、より一層確実にかつ容易に所望の電磁界結合量を実現することが可能であり、高性能なバラントランスを提供することができる。
【００２０】
また、本発明のバラントランスは、上記構成において、前記第３、第４および第５の伝送線路は略同一の幅Ｗを有し、Ｗ＜Ｗ１かつＷ＜Ｗ２であることを特徴とするものである。
【００２１】
これにより、不平衡端子ＩＮ側の共振器のインダクタ成分が大きくなり、かつキャパシタ成分も小さくなる。共振現象においてインダクタ成分の大きな共振器に対しては、共振のＱ値は小さくなり、それに比べキャパシタ成分の大きな共振器に対しては、共振のＱ値は大きくなる。
【００２２】
その結果、本発明において、第３乃至第５の伝送線路に構成されている共振器として機能する伝送線路の幅を細くした場合には、より一層共振器のインダクタ成分を大きくすることができるため、共振特性を、より一層広帯域とすることができ、極めて高性能なバラントランスを提供することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のバラントランスを図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１は本発明のバラントランスの実施の形態の一例を示す透視斜視図であり、図２は図１を積層方向から見た透視平面図である。図１および図２において、１１は第１の誘電体層、１２は第１の誘電体層１１の上に積層された第２の誘電体層、１３は第２の誘電体層１２の上に積層された第３の誘電体層である。１および２は第１および第２の誘電体層１１・１２の間に配された第１および第２の伝送線路、３〜５は第２および第３の誘電体層１２・１３の間に配された第３〜第５の伝送線路である。６および７は第１の誘電体層１１の下面に配された第１の接地電極および第３の誘電体層１３の上面に配された第２の接地電極である。ＩＮは第３の伝送線路３の一端に設けた不平衡端子であり、不平衡信号の入出力端子となるものである。ＯＵＴ１およびＯＵＴ２はそれぞれ第１の伝送線路１および第２の伝送線路２の他端に設けた第１および第２の平衡端子であり、平衡信号の入出力端子となるものである。
【００２５】
そして、第１および第３の伝送線路１・３は長さの差が２０％以内の範囲で略同一の長さＬ１を有し、第２および第４の伝送線路２・４は長さの差が２０％以内の範囲で略同一の長さＬ２を有するとともにＬ１≠Ｌ２の関係を有している。また、第１および第２の伝送線路１・２はそれぞれ幅Ｗ１および幅Ｗ２を有するとともに、Ｗ１≠Ｗ２の関係を有している。
【００２６】
第１および第３の伝送線路１・３の長さをＬ１とし、第２および第４の伝送線路２・４の長さをＬ２とし、かつＬ１≠Ｌ２とすることにより、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ１から出力される平衡信号の一方の位相量を第１および第３の伝送線路の長さＬ１で調整するとともに、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ２から出力される平衡信号の他方の位相量を第２および第４の伝送線路の長さＬ２で調整することによって、２つの平衡信号間の逆相からの位相のずれを任意に調整することが可能となる。
【００２７】
一方で、バラントランスの電気的な寄生成分とともに、第１および第３の伝送線路１・３と第２および第４の伝送線路２・４のそれぞれの伝送線路の長さＬ１・Ｌ２が異なることから電磁界結合量が異なることとなり、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ１から出力される平衡信号の一方の振幅レベルならびに、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ２から出力される平衡信号の他方の振幅レベルが変化し、２つの平衡信号間の振幅レベルの差が変動する。
【００２８】
この振幅レベルの差に応じて、第１の伝送線路１の幅Ｗ１および第２の伝送線路２の幅Ｗ２を、広くすれば電磁界結合量が増やせて信号の振幅レベルが大きくなり、狭くすれば電磁界結合量を減らせて信号の振幅レベルが小さくなるので、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ１から出力される平衡信号の一方の振幅レベルを第１の伝送線路１の幅Ｗ１を調整することによって第３の伝送線路３との電磁界結合量を調整するとともに、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ２から出力される平衡信号の他方の振幅レベルを第２の伝送線路２の幅Ｗ２の調整によって第４の伝送線路４との電磁界結合量を調整することによって、２つの平衡信号間の振幅レベルの差を調整することが可能となる。
【００２９】
このため、バラントランスを外部回路と接続する際に生じる、逆相となるべき２つの平衡信号間の位相のずれおよび振幅レベルの差を、第１および第３の伝送線路１・３の長さＬ１と、第２および第４の伝送線路２・４の長さＬ２を調整し、第１の伝送線路１の幅Ｗ１および第２の伝送線路２の幅Ｗ２を調整することによって調整することができる。
【００３０】
また、第３および第４の伝送線路３・４は、第１および第２の伝送線路１・２と平行に、かつ積層方向から見て少なくとも一部が重なるように配されていることから、第１および第３の伝送線路１・３間と第２および第４の伝送線路２・４間に電磁界結合が生じる。電磁界結合を生じさせるために、積層方向からみて重なる部分は、少なくとも３０％以上程度とすることが好ましく、第３および第４の伝送線路３・４または第１および第２の伝送線路１・２の一方が他方を完全に覆うように重ねて配してもよい。しかし、重なる部分の幅は３０％以上に限るものではなく、伝送線路間で必要な電磁界結合を得られる幅であればよい。
【００３１】
第１および第２の接地電極６・７は積層方向から見て、第１〜第５の伝送線路１〜５を覆うように配されているので、第１〜第５の伝送線路を流れる高周波信号が外部からの高周波信号によって干渉を受けることを防ぐことができる。また、第１および第２の接地電極６・７は、不平衡端子ＩＮならびに第１および第２の平衡端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２の基準電位を与えるために設けられる。
【００３２】
そして、第１および第２の伝送線路１・２はそれぞれ一端に短絡端８を有し、第１および第２の接地電極６・７と電気的に接続されるとともに、第４の伝送線路４は一端に開放端９を有し、第３の伝送線路３の一端を不平衡端子ＩＮとし、第３および第４の伝送線路３・４の他端はそれぞれ第５の伝送線路５の両端に電気的に接続されている。
【００３３】
また、第１および第２の伝送線路１・２の短絡端８は、第１および第２の接地電極６・７と電気的に接続されるとともに、それぞれ第２の誘電体層１２を挟んで不平衡端子ＩＮおよび第４の伝送線路４の開放端９と対向する位置に配され、第１および第２の伝送線路１・２の他端をそれぞれ第１および第２の平衡端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２としている。
【００３４】
さらに、このような構成の本発明のバラントランスにおいて、第４の伝送線路４の開放端９に接地容量Ｃ１を電気的に接続することにより、第１および第３の伝送線路１・３間で形成される第１の結合線路部、ならびに第２および第４の伝送線路２・４間で形成される第２の結合線路部、ならびに第５の伝送線路における等価的なインダクタンスＬとキャパシタンスＣによる共振回路の共振周波数ｆｒ＝１／｛２π（ＬＣ）１／２｝に寄与するキャパシタンスＣの値が大きくなるので、バラントランスの中心周波数を決める第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒは低くなることとなる。
【００３５】
一方、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒは、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される伝送線路の長さＬと第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路を伝播する高周波信号の伝播速度Ｖｇに対して、ｆｒ∝Ｖｇ／Ｌの関係があるので、第４の伝送線路４の開放端９に接地容量Ｃ１を電気的に接続することによって、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒが低くなる分を、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される伝送線路の長さＬを短縮することにより共振周波数ｆｒが高くなるように調整し、これらをバランスさせれば、所望の中心周波数を有するバラントランスを実現することができることとなる。このことにより、第１〜第５の伝送線路１〜５の長さを短縮した小型なバラントランスを提供することができる。
【００３６】
また、この第１〜第５の伝送線路１〜５の長さの短縮効果に加えて、第４の伝送線路４の開放端９に接地容量Ｃ１を電気的に接続していることによって、中心周波数近傍における周波数に対するバラントランスの入出力インピーダンスの変化が緩和され、周波数特性の広帯域なバラントランスを提供することができる。
【００３７】
さらに、このような構成の本発明のバラントランスは、第１〜第３の誘電体層１１〜１３を含む誘電体基板２０において、第１〜第５の伝送線路１〜５を誘電体基板２０の内部に形成されたストリップ線路またはコプレーナ線路で形成し、第１および第２の伝送線路１・２の短絡端８を誘電体基板２０の内部に形成したスルーホール導体やビア導体等の貫通導体により、および誘電体基板２０の側面に形成したメタライズ導体層やいわゆるキャスタレーション導体等による端子電極の少なくとも一方を介することにより、第１および第２の接地電極６・７ならびに外部の接地導体と接続して接地するとともに、接地容量Ｃ１を誘電体基板２０の容量形成領域に内蔵したコンデンサ、または誘電体基板上に実装したコンデンサで構成することにより、設計自由度が向上するとともに、第１〜第５の伝送線路１〜５とともに接地容量Ｃ１を誘電体基板２０に一体化して構成することが可能となり、小型で高性能なバラントランスを提供することができる。
【００３８】
なお、図１および図２において、これら接地容量Ｃ１ならびに貫通導体および端子電極の図示は省略している。また、図２においては第１〜第３の誘電体層１１〜１３ならびに第１および第２の接地電極６・７の図示は省略している。
【００３９】
次に、図３および図４は本発明のバラントランスの実施の形態の他の例を示した断面図であり、図１および図２と同じ部位に対応するものは同一符号で示してある。図３および図４において、２０は誘電体基板、２１は貫通導体、２２は誘電体基板２０に内蔵したコンデンサ（容量発生領域）を構成する容量電極パターン、２３は誘電体基板２０上に実装されたコンデンサ、２４はコンデンサ２３を実装するための部品実装パッド、２５は第４の伝送線路４の開放端９と容量電極パターン２２を接続する接続線路を示す。なお、図３および図４においては、第１〜第５の伝送線路部１〜５は紙面に垂直な方向に形成されており、不平衡端子ＩＮおよび平衡端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２についての図示は省略している。また、図３においては、第４の伝送線路４の開放端９と容量電極パターン２２とを接続する接続線路２５を点線で図示している。また、図３には、接地容量Ｃ１の符号とともに、コンデンサの記号が書き加えてある。
【００４０】
図３は、第１〜第５の伝送線路１〜５を誘電体基板２０の内部に紙面垂直方向に形成し、かつ、接地容量Ｃ１を誘電体基板２０の内部に形成した容量電極パターン２２によって形成した構成例を示すものである。
【００４１】
図４は、第１〜第５の伝送線路１〜５を誘電体基板２０の内部に紙面垂直方向に形成し、かつ、接地容量Ｃ１を誘電体基板２０の表面に形成された部品実装パッド２４上に実装したコンデンサ２３で構成した構成例を示すものである。
【００４２】
これら図３および図４に示す例のような構成とすることによって、接地容量Ｃ１を、誘電体基板２０に内蔵した容量電極パターン２２によるコンデンサ、または誘電体基板２０の表面に形成された部品実装パッド２４上に実装したコンデンサ２３で構成できることから、このバラントランスを用いる高周波回路の仕様に応じて、容量電極パターン２２によるコンデンサまたは部品実装パッド２４上に実装したコンデンサ２３のいずれかの構成を選択することが可能となり、設計自由度が向上するとともに、第１〜第５の伝送線路１〜５とともに接地容量Ｃ１を誘電体基板２０に一体化して構成することが可能な、小型で高性能なバラントランスを提供することができる。
【００４３】
図５は、第１および第２の伝送線路１・２と第３〜第５の伝送線路３〜５の線幅を異ならせて、かつ第１の伝送線路１の線幅Ｗ１および第２の伝送線路２の線幅Ｗ２に対して第３〜第５の伝送線路３〜５の幅Ｗを細くするように構成した構成例を示すものである。
【００４４】
この図５に示す例のような構成とすることによって、積層の際に位置ずれをおこしても第１の伝送線路１と第３の伝送線路３間および第２の伝送線路２と第４の伝送線路４間の電磁界結合量の変化が小さく、所望の電気特性が得られることが可能であり、高性能なバラントランスを提供することができる。
【００４５】
一方、Ｗ＝Ｗ１かつＷ＝Ｗ２となっているバラントランスは、積層の際に誘電体層１１〜１３の層間で位置ずれをおこすと、第１の伝送線路１と第３の伝送線路３との間および第２の伝送線路２と第４の伝送線路４との間の電磁界結合量の変化が大きく、所望の電気特性を得るためには、高精度の積層技術が必要になるので、多数個を安定して生産することが難しい。
【００４６】
また、不平衡端子ＩＮ側の共振器のインダクタ成分が大きくなり、かつキャパシタ成分も小さくなる。共振現象においてインダクタ成分の大きな共振器に対しては、共振のＱ値は小さくなり、それに比べキャパシタ成分の大きな共振器に対しては、共振のＱ値は大きくなる。広帯域な共振特性を望む場合は伝送線路を用いて作製されている共振器の線幅を細くする必要がある。
【００４７】
これにより、共振器のインダクタ成分を大きくすることができることから、広帯域なバラントランスを提供する事が可能となり、高性能なバラントランスを提供することができる。
【００４８】
一方、Ｗ＞Ｗ１かつＷ＞Ｗ２となっているバラントランスは、不平衡端子ＩＮ側の共振器のインダクタ成分が小さくなる。
【００４９】
このため、Ｗ＞Ｗ１かつＷ＞Ｗ２であるバラントランスの共振特性は、Ｗ＜Ｗ１かつＷ＜Ｗ２となっているバラントランスに比べ、狭帯域な共振特性となり、Ｗ＜Ｗ１かつＷ＜Ｗ２であるバランのほうが、より一層広帯域な電気特性とすることができる。
【００５０】
本発明のバラントランスを形成するに当たり、このような順次積層された第１〜第３の誘電体層１１〜１３を含む誘電体基板２０やストリップ線路・コプレーナ線路等による第１〜第５の伝送線路１〜５、第１および第２の接地電極６・７、不平衡端子ＩＮ、第１および第２の平衡端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２、容量電極パターン２２、部品実装パッド２４、端子電極ならびに貫通導体２１、その他これらを接続する接続導体は、周知の高周波用配線基板に使用される種々の材料・形態のものを使用することができる。
【００５１】
本発明のバラントランスに用いる第１〜第３の誘電体層１１〜１３を含む誘電体基板２０としては、例えばアルミナセラミックス・ムライトセラミックス等のセラミックス材料やガラスセラミックス等の無機系材料、あるいは四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ）・四ふっ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ）・四ふっ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂やガラスエポキシ樹脂・ポリイミド等の樹脂系材料等が用いられる。これら誘電体基板の形状や寸法（厚みや幅・長さ）は、使用される周波数や用途等に応じて設定される。
【００５２】
本発明の第１〜第５の伝送線路１〜５、第１および第２の接地電極６・７、貫通導体２１、容量電極パターン２２、部品実装パッド２４、その他これらを接続する接続導体は、高周波信号伝送用の金属材料の導体層、例えばＣｕ層・Ｍｏ−Ｍｎのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｗのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｃｒ−Ｃｕ合金層・Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔａ２Ｎ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、またはＮｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの等を用いて、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成方法やメッキ法等により形成される。その厚みや幅も、伝送される高周波信号の周波数や用途等に応じて設定される。
【００５３】
本発明のバラントランスに用いる第１〜第３の誘電体層１１〜１３を含む誘電体基板２０の作製にあたっては、例えば誘電体基板２０がガラスセラミックスから成る場合であれば、まず誘電体基板２０となるガラスセラミックスのグリーンシートを準備し、これに所定の打ち抜き加工を施して貫通導体２１となる貫通孔を形成した後、スクリーン印刷法によりＣｕ等の導体ペーストを貫通孔に充填するとともに、所定の伝送線路パターンおよびその他の導体層のパターンを印刷塗布する。次に、８５０〜１０００℃で焼成を行ない、最後に誘電体基板２０の各表面導体層上にＮｉメッキおよびＡｕメッキを施す。
【００５４】
【実施例】
図６および図７は、図１に示す構成の本発明のバラントランスと、図９に示す従来のバラントランスにおいて、第１および第２の平衡端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２に出力される２つの平衡信号間の振幅レベルの差および逆相からの位相のずれをシミュレーションで比較した結果を示す各線図である。
【００５５】
このシミュレーションは、それぞれ図１および図９に示す構成となる各部分に以下に示すパラメータを用いてシミュレーションモデルを作製し、実施した。
【００５６】
【表１】
図６および図７において、横軸はいずれも周波数（単位：ＧＨｚ）を、縦軸はそれぞれ振幅レベル差（単位：ｄＢ）および位相差（逆相からの位相のずれ）（単位：ｄｅｇ）を表わし、各特性曲線は、Ａが本発明のバラントランスにおける結果を、Ｂが図９に示す従来のバラントランスにおける結果を示している。
【００５８】
本発明のバラントランスによれば、第１および第３の伝送線路１・３の長さＬ１と第２および第４の伝送線路２．４の長さＬ２を独立に調整することによって、バラントランスの不平衡端子ＩＮに不平衡信号を入力して、バラントランスの第１及び第２の平衡端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２より２つの平衡信号を取り出す際の、２つの平衡信号間の逆相からの位相のずれを任意に調整することが可能となる。
【００５９】
また、第１および第２の伝送線路１・２の幅Ｗ１および幅Ｗ２を独立に調整することによって、２つの平衡信号間の振幅レベルの差に寄与する、第１および第３の伝送線路１・３間ならびに第２および第４の伝送線路２・４間で形成される電磁界結合量を任意に調整することができて、バラントランスの不平衡端子ＩＮに不平衡信号を入力して、バラントランスの第１及び第２の平衡端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２より２つの平衡信号を取り出す際の、振幅レベルの差を調整することができる。
【００６０】
例えば、５ＧＨｚにおける振幅レベル差および位相差は図６および図７に示す結果から明らかなように、
Ａ：振幅レベル差 ０．０３ｄＢ、位相差１８０．１ｄｅｇ
Ｂ：振幅レベル差 ０．２５ｄＢ、位相差１７７．５ｄｅｇ
であり、従来のバラントランスにおける結果（Ｂ）に比べて、本発明のバラントランスにおける結果（Ａ）は、振幅レベルの差および逆相からの位相のずれを調整することにより改善することができる。
【００６１】
図８は図５に示す構成の本発明のバラントランスと、図９に示す従来のバラントランスにおいて、第１および第２の不平衡端子ＩＮ側での反射特性をシミュレーションで比較した結果を示す各線図である。
【００６２】
このシミュレーションは、それぞれ図５および図９に示す構成となる各部分に以下に示すパラメータを用いてシミュレーションモデルを作製し、実施した。
【００６３】
【表２】
図８において、横軸はいずれも周波数（単位：ＧＨｚ）を、縦軸は反射特性（単位：ｄＢ）を表わし、各特性曲線は、Ａが本発明のバラントランスにおける結果を、Ｂが図９に示す従来のバラントランスにおける結果を示している。
【００６５】
本発明のバラントランスによれば、第１の伝送線路１の幅Ｗ１および第２の伝送線路２の幅Ｗ２を、第３〜第５の伝送線路３〜５の幅Ｗに対して、Ｗ１＞ＷかつＷ２＞Ｗとすることにより広帯域な反射特性を実現する事が可能である。
【００６６】
例えば、５ＧＨｚにおける反射特性は図８に示す結果から明らかなように、
Ａ：反射特性で−１５ｄＢにおける帯域 ２．４３ＧＨｚ
Ｂ：反射特性で−１５ｄＢにおける帯域 １．８ＧＨｚ
であり、従来のバラントランスにおける結果（Ｂ）に比べて、本発明のバラントランスにおける結果（Ａ）は、広帯域な反射特性を実現することが可能である。
【００６７】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を加えることは何ら差し支えない。
【００６８】
例えば、本発明のバラントランスを構成する第１〜第５の伝送線路１〜５は、図１および図２に図示するように、それぞれ必ずしも直線状の伝送線路により形成されるものに限られるものではなく、それぞれ角型状や円形状等に折り曲げた伝送線路や、コの字型・スパイラル形状・ミアンダライン形状の伝送線路等で形成したりすることができる。このような形状に形成することで、バラントランスを用いる高周波回路の仕様に応じて、複数の誘電体層から成る誘電体基板２０の内部に、高周波回路とともに誘電体基板に一体化して高周波信号の伝送特性に優れた伝送線路部を、構成する際の設計自由度が向上するとともに、小型で高性能なバラントランスを提供することが可能となる。
【００６９】
また、第１〜第５の伝送線路１〜５は、それぞれ単一の線路導体で形成するものに限られるものではなく、それぞれ電磁気的に１つの伝送線路とみなせるような２個以上の導体で形成してもよい。
【００７０】
さらにまた、図３および図４に示した例では、誘電体基板２０の内部に容量電極パターン２２を形成する場合として１個の容量電極パターンで形成した例を示しているが、必ずしもこの例のものに限られるものではなく、それぞれ電気的に１つの容量とみなせるような２個以上の導体で形成してもよい。
【００７１】
【発明の効果】
本発明のバラントランスによれば、第１および第３の伝送線路は略同一の長さＬ１を有し、第２および第４の伝送線路は略同一の長さＬ２を有するとともに、Ｌ１≠Ｌ２であり、第１および第２の伝送線路はそれぞれ幅Ｗ１および幅Ｗ２を有するとともに、Ｗ１≠Ｗ２であることから、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ１から出力される平衡信号の一方の位相量を第１および第３の伝送線路の長さＬ１で調整するとともに、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ２から出力される平衡信号の他方の位相量を第２および第４の伝送線路の長さＬ２で調整することによって、２つの平衡信号間の逆相からの位相のずれを任意に調整することが可能となり、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ１から出力される平衡信号の一方の振幅レベルを第１の伝送線路の幅Ｗ１で調整するとともに、不平衡端子ＩＮから入り、平衡端子ＯＵＴ２から出力される平衡信号の他方の振幅レベルを第２の伝送線路の幅Ｗ２で調整することによって、２つの平衡信号間の振幅レベルの差を調整することが可能となるので、バラントランスを外部回路と接続する際に生じる、逆相となるべき２つの平衡信号間の位相のずれおよび振幅レベルの差を調整することが可能なバラントランスを提供することができる。
【００７２】
また、本発明のバラントランスによれば、第４の伝送線路の開放端に接地容量を電気的に接続したときには、第１および第３の伝送線路間で形成される第１の結合線路部、ならびに第２および第４の伝送線路間で形成される第２の結合線路部ならびに第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒに寄与するキャパシタンスＣの値が大きくなるので、バラントランスの中心周波数を決める第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒは低くなることとなる。一方、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒは、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される伝送線路の長さＬと第１および第２の結合線路および第５の伝送線路を伝播する高周波信号の伝播速度Ｖｇに対して、ｆｒ∝Ｖｇ／Ｌの関係があるので、第４の伝送線路の開放端に接地容量を電気的に接続することによって、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される回路の共振周波数ｆｒが低くなる分を、第１および第２の結合線路部および第５の伝送線路で形成される伝送線路の長さＬを短縮することにより共振周波数ｆｒが高くなるように調整し、これらをバランスさせれば、所望の中心周波数を有するバラントランスを実現することができることとなる。このことにより、第１〜第５の伝送線路の長さを短縮した小型なバラントランスを提供することができる。また、この第１〜第５の伝送線路１〜５の長さの短縮効果に加えて、第４の伝送線路部の開放端に接地容量を電気的に接続していることによって、中心周波数近傍における周波数に対するバラントランスの入出力インピーダンスの変化が緩和され、周波数特性の広帯域なバラントランスを提供することができる。
【００７３】
さらにまた、本発明のバラントランスによれば、第１〜第３の誘電体層を含む誘電体基板において、第１〜第５の伝送線路が誘電体基板の内部に形成されたストリップ線路またはコプレーナ線路から成り、第１および第２の伝送線路の短絡端が誘電体基板の内部に形成した貫通導体および側面に形成された端子電極の少なくとも一方を介して接地されているときには、第１および第２の接地電極ならびに外部の接地と接続して接地するとともに、接地容量を誘電体基板に内蔵されたコンデンサ、または誘電体基板上に実装されたコンデンサで構成できることにより、設計自由度が向上するとともに、第１〜第５の伝送線路とともに接地容量を誘電体基板に一体化して構成することが可能となり、小型で高性能なバラントランスを提供することができる。
【００７４】
また、本発明のバラントランスによれば、上記構成において、前記第３、第４および第５の伝送線路は略同一の幅Ｗを有し、Ｗ≠Ｗ１かつＷ≠Ｗ２と成るときには、積層の際に位置ずれをおこしても、第１の伝送線路と第３の伝送線路間および第２の伝送線路と第４の伝送線路間の積層方向から見て重なる部分の変化が小さくなり、より一層確実にかつ容易に所望の電磁界結合量を実現することが可能であり、高性能なバラントランスを提供することができる。
【００７５】
また、本発明のバラントランスによれば、前記第３および第４および第５の伝送線路は略同一の幅Ｗを有し、Ｗ＜Ｗ１かつＷ＜Ｗ２と成るときには、不平衡端子ＩＮ側の共振器のインダクタ成分が大きくなり、かつキャパシタ成分も小さくなる。共振現象においてインダクタ成分の大きな共振器に対しては、共振のＱ値は小さくなり、それに比べキャパシタ成分の大きな共振器に対しては、共振のＱ値は大きくなる。
【００７６】
その結果、本発明において、第３乃至第５の伝送線路に構成されている共振器として機能する伝送線路の幅を細くした場合には、より一層共振器のインダクタ成分を大きくすることができるため、共振特性を、より一層広帯域とすることが可能となり、高性能なバラントランスを提供することができる。
【００７７】
以上のように、本発明によれば、伝送線路により構成されたバラントランスにおいて、バラントランスを外部回路と接続する際に生じる２つの平衡信号間の逆相からの位相のずれおよび振幅レベルの差を調整することができる、高周波回路に好適なバラントランスを提供することができた。
【００７８】
さらに、本発明によれば、伝送線路により構成されたバラントランスにおいて、バラントランスのサイズを小型化するとともに周波数特性の広帯域なバラントランスを実現することができる、高周波回路に好適なバラントランスを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバラントランスの実施の形態の一例を示す透視斜視図である。
【図２】本発明のバラントランスの実施の形態の一例を示す透視平面図である。
【図３】本発明のバラントランスの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明のバラントランスの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図５】本発明のバラントランスの実施の形態の他の例を示す透視斜視図である。
【図６】本発明のバラントランスおよび従来のバラントランスにおける出力平衡信号の振幅レベル差を示す線図である。
【図７】本発明のバラントランスおよび従来のバラントランスにおける出力平衡信号の位相差を示す線図である。
【図８】本発明のバラントランスおよび従来のバラントランスにおける入力平衡信号の反射特性を示す線図である。
【図９】従来のバラントランスの例を示す回路図である。
【図１０】従来のバラントランスの他の例を示す回路図である。
【符号の説明】
１〜５・・・・・・・・・第１〜第５の伝送線路
６〜７・・・・・・・・・第１および第２の接地電極
８・・・・・・・・・・・短絡端
９・・・・・・・・・・・開放端
１１〜１３・・・・・・・・・第１〜第３の誘電体層
２０・・・・・・・・・・・誘電体基板
２１・・・・・・・・・・・貫通導体
２２・・・・・・・・・・・容量電極パターン
２３・・・・・・・・・・・コンデンサ
２４・・・・・・・・・・・部品実装パッド
Ｃ１・・・・・・・・・・接地容量
ＩＮ・・・・・・・・・・不平衡端子（入出力端子）
ＯＵＴ１、ＯＵＴ２・・・第１および第２の平衡端子（入出力端子）
Claims (5)
- 第１の誘電体層と、該第１の誘電体層の上に積層された第２の誘電体層と、該第２の誘電体層の上に積層された第３の誘電体層と、前記第１の誘電体層の下面に配された第１の接地電極と、前記第１および第２の誘電体層の間に配された第１および第２の伝送線路と、前記第２および第３の誘電体層の間に配された第３乃至第５の伝送線路と、前記第３の誘電体層の上面に配された第２の接地電極とから成り、
前記第１および第３の伝送線路は略同一の長さＬ１を有し、前記第２および第４の伝送線路は略同一の長さＬ２を有するとともに、Ｌ１≠Ｌ２であり、
前記第１および第２の伝送線路はそれぞれ幅Ｗ１および幅Ｗ２を有するとともに、Ｗ１≠Ｗ２であり、
前記第３および第４の伝送線路は、前記第１および第２の伝送線路と平行に、かつ積層方向から見て少なくとも一部が重なるように配され、
前記第１および第２の接地電極は積層方向から見て前記第１乃至第５の伝送線路を覆うように配されており、
前記第１および第２の伝送線路はそれぞれ一端に短絡端を有するとともに前記第４の伝送線路は一端に開放端を有し、前記第３の伝送線路の一端を不平衡端子とし、前記第３および第４の伝送線路の他端はそれぞれ前記第５の伝送線路の両端に電気的に接続されているとともに、前記第１および第２の伝送線路の前記短絡端はそれぞれ前記第２の誘電体層を挟んで前記不平衡端子および前記第４の伝送線路の前記開放端と対向する位置に配されており、
前記第１および第２の伝送線路の他端をそれぞれ第１および第２の平衡端子としたことを特徴とするバラントランス。 - 前記第４の伝送線路の前記開放端に接地容量を電気的に接続したことを特徴とする請求項１記載のバラントランス。
- 前記第１乃至第３の誘電体層を含む誘電体基板において、前記第１乃至第５の伝送線路が前記誘電体基板の内部に形成されたストリップ線路またはコプレーナ線路から成り、前記第１および第２の伝送線路の前記短絡端が前記誘電体基板の内部に形成した貫通導体および側面に形成した端子電極の少なくとも一方を介して接地されているとともに、前記接地容量が、前記誘電体基板に内蔵された、または前記誘電体基板上に実装されたコンデンサから成ることを特徴とする請求項１または請求項２記載のバラントランス。
- 前記第３、第４および第５の伝送線路は略同一の幅Ｗを有し、Ｗ≠Ｗ１かつＷ≠Ｗ２であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のバラントランス。
- 前記第３、第４および第５の伝送線路は略同一の幅Ｗを有し、Ｗ＜Ｗ１かつＷ＜Ｗ２であることを特徴とする請求項４記載のバラントランス。
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- 2003-05-23 JP JP2003146634A patent/JP2004350143A/ja active Pending
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