JP2005080137A - バラン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 伝送線路により構成され、帯域通過フィルタの特性を有する無線装置の小型化に好適なバラン装置を提供する。
【解決手段】 第１，第２の誘電体層２１，２２の間の第１〜第３の伝送線路１〜３と、第２，第３の誘電体層２２，２３の間の第４〜第９の伝送線路４〜９とから成り、第１，第４，第７の伝送線路１，４，７、第２，第５，第８の伝送線路２，５，８、第３，第６，第９の伝送線路３，６，９は略同じ長さであり、第２の誘電体層２２を挟んで幅の少なくとも一部が積層方向から見て重なるように平行に対向して配され、第１，第３，第４，第６，第７，第９の伝送線路１，３，４，６，７の一端は開放端で、他端はそれぞれ第２，第５，第８の伝送線路２，５，８の両端に接続され、第４，第７の伝送線路４，７の開放端に不平衡端子ＩＮが、第２の伝送線路２の両端に平衡端子ＯＵＴ１，２が、接続されている。
【選択図】 図１

Description

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高周波回路用のバラン装置に関するものである。

バラン装置とは、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、バラン装置の不平衡端子に不平衡信号を入力した場合、バラン装置の平衡端子には、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。

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装置としては、分布定数による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装置の例を図５に回路図で示す。

図５において、１０は第１の伝送線路、１１，１２は第１の伝送線路１０と同一平面上で平行もしくは３次元的に平行に配置されて電磁界的に結合したほぼ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１０に設けた不平衡端子の一方による入力端子、ＯＵＴ１，２は第２の伝送線路１１および第３の伝送線路１２の対向する一端同士に設けた平衡端子の両方による出力端子である。そして、図５の例では第１の伝送線路１０の入力端子ＩＮと反対側の他端を開放端とし、第２の伝送線路１１および第３の伝送線路１２の出力端子ＯＵＴ１，２と反対側の他端をそれぞれ接地した構成となっていた。

このような構成のバラン装置は広帯域な周波数特性を持つ（例えば、非特許文献１および特許文献１参照）。そして、図４に構成をブロック図で示すような無線装置に利用される。図４において、高周波信号はアンテナによって受信され、ＲＦ（高周波）増幅器によって増幅される。ＲＦ増幅器により発生する不要な信号を帯域通過フィルタにより遮断する。次に、ミキサの平衡入力端子に帯域通過フィルタの不平衡端子を繋ぐため、バラン装置を用いる。
チン ミン ツァイ、クルディップ Ｃ グプタ(Chin-ming Thai and Kuldip C. Gupta)著「A Generalized Model for Coupled Lines and its Applications to Two-Layer Planar Circuits」，米国， IEEE Trans. on Microwave Theory and Tech.，１９９２年１２月，４０巻，１２号，ｐｐ．２１９０〜２１９９ 特開平７−１７６９１８号公報

しかしながら、このような従来のバラン装置は、広帯域な周波数特性を有するため、図４に示すように、無線装置にはＲＦ増幅器とミキサとの間に帯域通過フィルタとバラン装置とを別個に必要とするという問題点があった。これは無線装置のさらなる小型化の妨げになっていた。

本発明は、上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、伝送線路により構成されたバラン装置において、帯域通過フィルタの特性を有する無線装置の小型化に好適なバラン装置を提供することにある。

本発明のバラン装置は、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乃至第３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４乃至第９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の伝送線路と前記第４および第７の伝送線路とは、それぞれ略同じ長さを有し、前記第２の誘電体層を挟んでそれぞれの幅の少なくとも一部が積層方向から見て重なるように平行に対向して配され、前記第２の伝送線路と前記第５および第８の伝送線路とは、それぞれ略同じ長さを有し、前記第２の誘電体層を挟んでそれぞれの幅の少なくとも一部が積層方向から見て重なるように平行に対向して配され、前記第３の伝送線路と前記第６および第９の伝送線路とは、それぞれ略同じ長さを有し、前記第２の誘電体層を挟んでそれぞれの幅の少なくとも一部が積層方向から見て重なるように平行に対向して配され、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９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３の伝送線路は、それぞれ一端が開放端であるとともに、他端が前記第２の伝送線路の一端および他端に電気的に接続され、前記第４および第６の伝送線路は、それぞれ一端が開放端であるとともに、他端が前記第５の伝送線路の一端および他端に電気的に接続され、前記第７および第９の伝送線路はそれぞれ一端が開放端であるとともに、他端が前記第８の伝送線路の一端および他端に電気的に接続されており、
前記第４および第７の伝送線路の前記開放端に不平衡端子が、前記第１の伝送線路の前記他端に第１の平衡端子が、前記第３の伝送線路の前記他端に第２の平衡端子が、それぞれ電気的に接続されていることを特徴とするものである。

本発明のバラン装置は、上記構成において好ましくは、前記不平衡端子が、前記第４および第７の伝送線路の前記開放端に代えて、前記第４および第７の伝送線路の途中にまたは前記第５および第８の伝送線路に電気的に接続されていることを特徴とするものである。

また、本発明のバラン装置は、上記構成において好ましくは、前記第１の平衡端子が、前記第１の伝送線路の前記他端に代えてその前記開放端または途中に、前記第２の平衡端子が、前記第３の伝送線路の前記他端に代えてその前記開放端または途中にそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とするものである。

また、本発明のバラン装置は、上記構成において好ましくは、前記第１の平衡端子が前記第１の伝送線路の前記他端に代えて、前記第２の平衡端子が前記第３の伝送線路の前記他端に代えて、それぞれ前記第２の伝送線路の途中に電気的に接続されていることを特徴とするものである。

本発明のバラン装置（第１のバラン装置）によれば、不平衡端子から供給された高周波信号は第４および第７の伝送線路を伝わり、第４の伝送線路に伝わった高周波信号の一部は直接電気的に接続された第５の伝送線路を伝わり、一部は第１および第４の伝送線路が第２の誘電体層を挟んで一部が積層方向から見て重なるように平行に対向して配されていることにより電磁気的に結合されているので、第１の伝送線路へと伝わる。同様にして、第７の伝送線路に伝わった高周波信号の一部は直接電気的に接続された第８の伝送線路を伝わり、一部は第１および第７の伝送線路が第２の誘電体層を挟んで一部が積層方向から見て重なるように平行に対向して配されていることにより電磁気的に結合されているので、第１の伝送線路へと伝わる。同様にして他の伝送線路へも高周波信号が伝わっていく。

ここで、第２，第５，第８の伝送線路の長さ方向の中心付近が電気的にゼロ電位となるように、第１，第４，第７の伝送線路の長さと、第１，第４，第７の伝送線路の自己インピーダンスおよび第１，第４の伝送線路間と第１，第７の伝送線路間の相互インピーダンスとを、また第３，第６，第９の伝送線路の長さと、第３，第６，第９の伝送線路の自己インピーダンスおよび第３，第６の伝送線路間と第３，第９の伝送線路間の相互インピーダンスとを、また第２，第５，第８の伝送線路の長さと、第２，第５，第８の伝送線路の自己インピーダンスおよび第２，第５の伝送線路間と第２，第８の伝送線路間の相互インピーダンスとを適切に設定する。

これにより、第２の伝送線路の長さ方向の中心付近を節とし第１の伝送線路および第３の伝送線路の開放端を腹とした電圧定在波が生じ、第２の伝送線路の長さ方向の中心付近が電圧定在波の節となるため、第２の伝送線路の両端にある第１および第２の平衡端子で位相差が約１８０度の出力電圧の信号が取り出せ、バラン装置としての特性が得られる。また、第３の伝送線路と第６の伝送線路と第９の伝送線路は片端が開放となるため、容量性の結合線路共振器を構成することができて、第２，第５および第８の伝送線路は長さ方向の中心付近が電気的にゼロ電位となるため、誘導性の結合線路共振器を構成することができる。

したがって、容量性の結合線路共振器と誘導性の結合線路共振器が電気的に接続されることとなり、帯域通過のフィルタ特性を有する回路をもつバラン装置を提供することができる。

本発明のバラン装置（第２のバラン装置）は、不平衡端子が第４および第７の伝送線路の途中にまたは第５および第８の伝送線路に接続される場合には、第４および第７の伝送線路の開放端から第５および第８の伝送線路の長さ方向の中心付近（電気的にゼロ電位）に向かってインピーダンスがゼロとなるので、本発明の第１のバラン装置の不平衡端子の入力インピーダンスに対して、不平衡端子が低い入力インピーダンスを有するものとなる。

本発明のバラン装置（第３のバラン装置）は、本発明の第１のバラン装置または第２のバラン装置の第１の平衡端子および第２の平衡端子の入力インピーダンスに対して、第１の平衡端子または第２の平衡端子が、第１または第３の伝送線路の他端からそれぞれの開放端に向かってインピーダンスが大きくなる伝送線路の途中にまたは開放端に接続されることから、第１および第２の平衡端子が高い入力インピーダンスを有するものとなる。

本発明のバラン装置（第４のバラン装置）は、本発明の第１または第２のバラン装置の第１の平衡端子および第２の平衡端子の入力インピーダンスに対して、第１の平衡端子または第２の平衡端子が、第１または第３の伝送線路の他端から第２の伝送線路の長さ方向の中心付近（電気的にゼロ電位）に向かってインピーダンスがゼロとなる伝送線路の途中に接続されることから、第１および第２の平衡端子の入力インピーダンスが低い入力インピーダンスを有するものとなる。

本発明のバラン装置について以下に詳細に説明する。図１は、本発明の第１のバラン装置の実施の形態の一例を示す回路図である。図２は、本発明の第１のバラン装置の実施の形態の一例を積層方向から見た透視平面図、図３（ａ）は図２のａ−ａ’線における断面図、図３（ｂ）は図２のｂ−ｂ’線における断面図である。

図１〜図３において、２１は第１の誘電体層、２２は第１の誘電体層２１上に積層された第２の誘電体層、２３は第２の誘電体層２２上に積層された第３の誘電体層、３１は第１の誘電体層２１の下面に配された第１の接地電極、１〜３は第１および第２の誘電体層２１，２２間に配された第１〜第３の伝送線路、４〜９は第２および第３の誘電体層２２，２３間に配された第４〜第９の伝送線路、３２は第３の誘電体層２３の上面に配された第２の接地電極である。

そして、第１の伝送線路１と第４および第７の伝送線路４，７とは、それぞれ長さの差が２０％以内で略同じ長さを有し、第２の誘電体層２２を挟んで第４および第７の伝送線路４，７のそれぞれの幅の少なくとも一部が積層方向から見て重なるように平行に対向して配され、第２の伝送線路２と第５および第８の伝送線路５，８とは、それぞれ長さの差が２０％以内で略同じ長さを有し、第２の誘電体層２２を挟んで第５および第８の伝送線路５，８のそれぞれの幅の少なくとも一部が積層方向から見て重なるように平行に対向して配され、第３の伝送線路３と第６および第９の伝送線路６，９とは、それぞれ長さの差が２０％以内で略同じ長さを有し、第２の誘電体層２２を挟んで第６および第９の伝送線路６，９のそれぞれの幅の少なくとも一部が積層方向から見て重なるように平行に対向して配され、第１および第２の接地電極３１，３２は、積層方向から見て第１〜第９の伝送線路１〜９を覆うように配されている。

さらに、第１および第３の伝送線路１，３はそれぞれ一端が開放端であり、第１および第３の伝送線路１，３の他端はそれぞれ第２の伝送線路２の一端および他端に電気的に接続されている。同様に、第４および第６の伝送線路４，６はそれぞれ一端が開放端であり、第４および第６の伝送線路４，６の他端はそれぞれ第５の伝送線路５の一端および他端に電気的に接続され、第７および第９の伝送線路７，９は一端が開放端であり、第７および第９の伝送線路７，９の他端はそれぞれ第８の伝送線路８の一端および他端に電気的に接続されている。そして、第４および第７の伝送線路４，７の開放端または途中に不平衡端子ＩＮが、第１の伝送線路１の他端に第１の平衡端子ＯＵＴ１が、第３の伝送線路３の他端に第２の平衡端子ＯＵＴ２が、それぞれ電気的に接続されている。

なお、図２では第１〜第９の伝送線路１〜９についての構成を示すため、第１および第２の接地電極３１，３２を図示から省いている。本発明のバラン装置において、接地電極３１，３２は、第１〜第６の伝送線路１〜６に伝わる高周波信号の帰路の役割を担うと伴に、不平衡端子ＩＮならびに第１および第２の平衡端子ＯＵＴ１，２の基準電位を与えるために設けられる。

このような構成の第１のバラン装置においては、不平衡端子ＩＮから供給された高周波信号は第４および第７の伝送線路４，７を伝わり、第４の伝送線路４に伝わった高周波信号の一部は直接電気的に接続された第５の伝送線路５を伝わり、一部は第１および第４の伝送線路１，４が第２の誘電体層２２を挟んで一部が積層方向から見て重なるように平行に対向して配されていることにより電磁気的に結合されているので、第１の伝送線路１へと伝わる。同様にして、第７の伝送線路７に伝わった高周波信号の一部は直接電気的に接続された第８の伝送線路８を伝わり、一部は第１および第７の伝送線路１，７が第２の誘電体層２２を挟んで一部が積層方向から見て重なるように平行に対向して配されていることにより電磁気的に結合されているので、第１の伝送線路１へと伝わる。同様にして他の伝送線路へも高周波信号が伝わっていく。

ここで、第２の伝送線路２および第５の伝送線路５および第８の伝送線路８の長さ方向の中心付近が電気的にゼロ電位となるように、第１，第４，第７の伝送線路１，４，７の長さと、第１，第４，第７の伝送線路１，４，７の自己インピーダンスおよび第１，第４の伝送線路１，４間と第１，第７の伝送線路１，７間の相互インピーダンスとを、また、第３，第６，第９の伝送線路３，６，９の長さと、第３，第６，第９の伝送線路３，６，９の自己インピーダンスおよび第３，第６の伝送線路３，６間と第３，第９の伝送線路３，９間の相互インピーダンスとを、また、第２，第５，第８の伝送線路２，５，８の長さと、第２，第５，第８の伝送線路２，５，８の自己インピーダンスおよび第２，第５の伝送線路２，５間と第２，第８の伝送線路２，８間の相互インピーダンスとを、適切に設定する。

すなわち、第１，第４，第７の伝送線路１，４，７および第３，第６，第９の伝送線路３，６，９の長さは、長さの差が２０％以内で略同じとし、高周波信号の周波数通過帯域の中心周波数の１／４波長以下とする。また、第２，第５，第８の伝送線路２，５，８の長さは高周波信号の周波数通過帯域の中心周波数の１／２波長以下とする。

さらに、第１，第４，第７の伝送線路１，４，７および第３，第６，第９の伝送線路３，６，９の長さが略同じであるので、第１，第４，第７の伝送線路１，４，７の自己インピーダンスおよび第１，第４の伝送線路１，４間と第１，第７の伝送線路１，７間の相互インピーダンスは、第３，第６，第９の伝送線路３，６，９の自己インピーダンスおよび第３，第６の伝送線路３，６間と第３，第９の伝送線路３，９間の相互インピーダンスとそれぞれほぼ同じ値に設定される。これにより、図１の回路は、第２，第５および第８の伝送線路２，５，８の長さ方向の中心付近を軸とした対称な回路構成となる。

さらに、第２，第５，第８の伝送線路２，５，８の長さは、高周波信号の周波数通過帯域の中心周波数の１／２波長以下の長さとする。そして、線路長と伝送線路のインピーダンスは、例えば、第２，第５，第８の伝送線路２，５，８の長さと、第２，第５，第８の伝送線路２，５，８の自己インピーダンスおよび第２，第５の伝送線路２，５間と、第２，第８の伝送線路２，８間の相互インピーダンスを、第２，第５，第８の伝送線路２，５，８の長さ方向の中心付近が電位ゼロとなるように定める。これには、片端を短絡した伝送線路の入力インピーダンスＺinと線路長ｌと伝送線路の特性インピーダンスＺ０の関係式を利用する。以下にその式を示す。

数１により、第２，第５，第８の伝送線路２，５，８の長さ方向の中心付近から両端までの線路長がそれぞれ１／４の波長以下であれば、第２，第５，第８の伝送線路２，５，８は第２，第５，第８の伝送線路２，５，８の両端部で入力インピーダンスＺinの値をもつ誘導性の素子として働く。

また、例えば、第３，第６，第９の伝送線路３，６，９の長さと、第３，第６，第９の伝送線路３，６，９の自己インピーダンスおよび第３，第６の伝送線路３，６間と第３，第９の伝送線路３，９間の相互インピーダンスとにおいては、一端を開放した伝送線路となるので、入力アドミタンスＹinと線路長ｌと伝送線路の特性インピーダンスＺ０の次式の関係式を利用できる。

数２により、第３，第６，第９の伝送線路３，６，９の線路長がそれぞれ１／４の波長以下であれば第３，第６，第９の伝送線路３，６，９の他端すなわち第２，第５，第８の伝送線路２，５，８が接続されている端部は入力アドミタンスＹinの値をもつ容量性の素子として働く。

次に、数１で説明したように、例えば第２の伝送線路２の端部で入力インピーダンスＺinの値をもつ誘導性の素子として働く線路の端部と、数２による第３の伝送線路３の端部で入力アドミタンスＹinの値をもつ容量性の素子として働く線路の端部とを接続することで、誘導性と容量性の素子として働く線路の端部を接続した並列共振回路が形成されることとなる。その結果、第２の伝送線路２端部のインピーダンスＺinと第３の伝送線路３端部のアドミタンスＹinを高周波信号の通過帯域で共振するような設定にすれば、不平衡端子ＩＮから第２の平衡端子ＯＵＴ２に流れる信号に対してこの並列共振回路が並列に挿入されることとなるので、帯域通過のフィルタ特性を示すようにすることができる。

同様にして、例えば、第２，第５の伝送線路２，５の端部間で相互の入力インピーダンスＺinの値をもつ相互の誘導性の素子として働く相互の線路の端部と、第３，第６の伝送線路３，６の端部間で相互の入力アドミタンスＹinの値をもつ相互の容量性の素子として働く相互の線路の端部とを接続することで、誘導性と容量性の素子として働く相互の線路の端部とを接続した並列共振回路が形成されることとなる。その結果、相互の入力インピーダンスＺinと相互の入力アドミタンスＹinを高周波信号の通過帯域の近傍で共振するような設定にすれば、不平衡端子ＩＮから第２の平衡端子ＯＵＴ２に流れる信号に対してこの並列共振回路が直列に挿入されることとなるので、高周波信号の通過帯域の近傍に減衰極ができるようなフィルタ特性を示すようにすることができる。

これらのことにより、第１，第４，第７の伝送線路１，４，７と第３，第６，第９の伝送線路３，６，９の長さが略同じで、さらに第１，第４，第７の伝送線路１，４，７の自己インピーダンスおよび第１，第４の伝送線路１，４間と第１，第７の伝送線路１，７間の相互インピーダンスは、第３，第６，第９の伝送線路３，６，９の自己インピーダンスおよび第３，第６の伝送線路３，６間と第３，第９の伝送線路３，９間の相互インピーダンスとそれぞれほぼ同じ値であるので、第２，第５，第８の伝送線路２，５，８の長さ方向の中心付近を軸とした対称な回路構成となる。

さらに、このように対称な回路構成において、第２の伝送線路２の中心付近が電位ゼロとなるように線路長と伝送線路のインピーダンスとを決めているので、結果として、高周波信号によって励起された第１〜第３の伝送線路１〜３に第１の伝送線路１および第３の伝送線路３の開放端を腹（電位最大となる位置）とした電圧定在波が生じ、そして電圧定在波の節（電位最小となる位置）は第２の伝送線路２の長さ方向の中心付近にできる。

同様にして、第１の伝送線路１および第３の伝送線路３の開放端では、インピーダンスが無限大なので電流はゼロとなり、第２の伝送線路２の長さ方向の中心付近では電位ゼロであるので、電流は最大となる。また、第２の伝送線路２の長さ方向の中心付近が電位ゼロで電圧定在波の節となり、第２の伝送線路２の中心付近を軸とした対称な回路構成としているため、その節から電気長でほぼ同一の距離に位置する第２の伝送線路２の両端すなわち第１および第２の平衡端子ＯＵＴ１，２では電圧定在波の電位の大きさがほぼ同じで、位相差が約１８０度となる。

すなわち、電流においては、上記により、第２の伝送線路２の長さ方向の中心付近を腹（電流最大の位置）とし第１の伝送線路１および第３の伝送線路３の開放端を節（電流最低の位置）とした電流定在波が生じる。従って、第２の伝送線路２の両端すなわち第１および第２の平衡端子ＯＵＴ１，２では第２の伝送線路２の長さ方向の中心付近を軸としてほぼ対称な回路構成であるので、電流の定在波も対称となり、電流の大きさおよび位相差がほぼ同じとなり、第１および第２の平衡端子ＯＵＴ１，２の出力電力（＝電圧×電流）は大きさがほぼ同じで位相差は約１８０度となるので、バラン装置としての特性が得られ、これにより帯域通過のフィルタ特性を有するバラン装置を提供することができる。

図７は本発明の第２〜第４のバラン装置の実施の形態の一例を示す回路図である。図８は図７に示す本発明の第２〜第４のバラン装置の実施の形態の一例を積層方向から見た透視平面図である。なお、図７，図８において、図１，図２と対応する同じ部位には同じ符号を付している。

本発明の第２のバラン装置の実施の形態の一例は、第１のバラン装置の実施の形態の一例において、不平衡端子ＩＮが、第４および第７の伝送線路４，７の開放端に接続されていたのに代えて、図７に示すように不平衡端子ＩＮが、第４および第７の伝送線路４，７の途中にまたは第５および第８の伝送線路５，８に電気的に接続されたものである。また、図７においての図示は省略しているが、本発明の第３のバラン装置の実施の形態の一例は、第１の平衡端子ＯＵＴ１が第１の伝送線路１の開放端または途中に、第２の平衡端子ＯＵＴ２が第３の伝送線路３の開放端または途中に電気的に接続されているものである。さらに、本発明の第４のバラン装置の実施の形態の一例は、第１または第２のバラン装置の実施の形態の一例において、第１の平衡端子ＯＵＴ１が第１の伝送線路１の他端に接続されていたのに代えて、また第２の平衡端子ＯＵＴ２が第３の伝送線路３の他端に接続されていたのに代えて、図７に示すように第１および第２の平衡端子ＯＵＴ１，２が第２の伝送線路２の途中に電気的に接続されているものである。

図９は本発明のバラン装置の不平衡端子ＩＮの入力インピーダンス（縦軸に示す）と、第４および第７の伝送線路４，７の開放端から途中にかけて、または第５および第８の伝送線路５，８に接続された不平衡端子ＩＮの第４および第７の伝送線路４，７の開放端から接続された位置までの距離（横軸に示す）との関係を示したグラフである。

また、図１０は本発明のバラン装置の第１および第２の平衡端子ＯＵＴ１，２の入力インピーダンス（縦軸に示す）と、第１，第２の伝送線路１，２の接続点（第１の伝送線路１の他端）もしくは第２，第３の伝送線路２，３の接続点（第３の伝送線路３の他端）から第１もしくは第２の平衡端子ＯＵＴ１，２が接続された位置までの距離（横軸に示す）との関係を示したグラフである。

不平衡端子ＩＮが第４および第７の伝送線路４，７の開放端に電気的に接続されている本発明の第１のバラン装置の実施の形態の一例において、不平衡端子ＩＮの入力インピーダンスは、図９において横軸が０の位置で示すように５０Ωである。この不平衡端子ＩＮを第４および第７の伝送線路４，７の開放端から第４および第７の伝送線路４，７の途中に、さらには第４および第７の伝送線路４，７と第５および第８の伝送線路５，８との接続点である、図９においての横軸の１／８波長の位置を超えて、第５および第８の伝送線路５，８に電気的に接続することによって、不平衡端子ＩＮの入力インピーダンスは図９に示すように５０Ωより低いインピーダンスが得られる。これにより、不平衡端子ＩＮの入力インピーダンスが第４および第７の伝送線路４，７の開放端における５０Ωより低い任意のインピーダンスを有する本発明の第２のバラン装置を得ることができる。

このように、本発明の第２のバラン装置においては、不平衡端子ＩＮが第４および第７の伝送線路４，７の途中にまたは第５および第８の伝送線路５，８に電気的に接続されるいるため、第４および第７の伝送線路４，７の開放端から第５および第８の伝送線路５，８の長さ方向の中心付近（電気的にゼロ電位）に向かってインピーダンスがゼロとなるので、不平衡端子ＩＮの入力インピーダンスは図９に示すように５０Ωより低いインピーダンスが得られる。

また、第１もしくは第２の平衡端子ＯＵＴ１，２が、第１の伝送線路１と第２の伝送線路２との接続点（第１の伝送線路１の他端）もしくは第２の伝送線路と第３の伝送線路３との接続点（第３の伝送線路３の他端）に電気的に接続されている本発明の第１のバラン装置の実施の形態の一例において、第１もしくは第２の平衡端子ＯＵＴ１，２の入力インピーダンスは、図１０の横軸が０の位置に示すように５０Ωである。第１もしくは第２の平衡端子ＯＵＴ１，２の位置を、第１の伝送線路１と第２の伝送線路２との接続点もしくは第２の伝送線路２と第３の伝送線路３との接続点から、第１の伝送線路１もしくは第３の伝送線路３の開放端または途中に移動させ電気的に接続することによって、第１もしくは第２の平衡端子ＯＵＴ１，２の入力インピーダンスは、図１０に示すように５０Ωより高いインピーダンスが得られる。これにより、第１もしくは第２の平衡端子ＯＵＴ１，２の入力インピーダンスが５０Ωより高い任意のインピーダンスを有する本発明の第３のバラン装置を得ることができる。

さらには、第１もしくは第２の平衡端子ＯＵＴ１，２の位置を、第１の伝送線路１と第２の伝送線路２との接続点（第１の伝送線路１の他端）もしくは第２の伝送線路２と第３の伝送線路３との接続点（第３の伝送線路３の他端）から、第２の伝送線路２の途中に移動させ電気的に接続することによって、第１もしくは第２の平衡端子ＯＵＴ１，２の入力インピーダンスは、図１０に示すように５０Ωより低いインピーダンスが得られる。これにより、第１もしくは第２の平衡端子ＯＵＴ１，２の入力インピーダンスが５０Ωより低い任意のインピーダンスを有する本発明の第４のバラン装置を得ることができる。

このように、本発明の第３のバラン装置においては、第１または第２の平衡端子ＯＵＴ１，２が、第１または第３の伝送線路１，３の他端、すなわち第１，第２の伝送線路１，２の接続点または第２，第３の伝送線路２，３の接続点からそれぞれの開放端に向かってインピーダンスが大きくなる伝送線路の途中または開放端に接続されるので、図１０に示すような５０Ωより高い任意のインピーダンスが得られる。

また、本発明の第４のバラン装置においては、第１または第２の平衡端子ＯＵＴ１，２が、第１または第３の伝送線路１，３の他端、すなわち第１，第２の伝送線路１，２の接続点または第２，第３の伝送線路２，３の接続点から第２の伝送線路２の長さ方向の中心付近（電気的にゼロ電位）に向かってインピーダンスがゼロとなる伝送線路の途中に接続されるので、図１０に示すように５０Ωより低いインピーダンスが得られる。

本発明のバラン装置を構成するに当たり、第１〜第３の誘電体層２１〜２３、第１および第２の接地電極３１，３２、第１〜第９の伝送線路１〜９、不平衡端子ＩＮおよび平衡端子ＯＵＴ１，２と伝送線路との接続線路は、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。たとえば、接続線路は、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，Ｔａ_２Ｎ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。

本発明のバラン装置に用いる第１〜第３の誘電体層２１〜２３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。これらの材料による第１〜第３の誘電体層２１〜２３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。

本発明のバラン装置に用いる第１〜第３の誘電体層２１〜２３の作製にあたっては、例えば誘電体層がガラスセラミックスから成る場合、まず誘電体層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、例えば不平衡端子ＩＮおよび平行端子ＯＵＴ１，２と伝送線路との接続線路を貫通導体で形成する場合は貫通導体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、最後に外表面に露出している導体層上にＮｉメッキおよびＡｕメッキを施す。

図６は、図１の構成の本発明の第１のバラン装置と、図５に示す従来のバラン装置において、高周波信号の透過損失特性をシミュレーションで比較した結果を示すグラフである。このシミュレーションは、以下に示すパラメータを持つ伝送線路を用いて、それぞれ図１および図５に示す構成となるシミュレーションモデルを作成し、比較検討をすることにより行なった。

図１の本発明の第１のバラン装置の場合、第１，第４，第７の伝送線路１，４，７は長さを高周波信号の周波数通過帯域の中心周波数の約１／８波長、第１，第４，第７の伝送線路１，４，７の自己および相互インピーダンスを２〜２０Ωとし、また第３，第６，第９の伝送線路３，６，９は長さを高周波信号の周波数通過帯域の中心周波数の約１／８波長、第３，第６，第９の伝送線路３，６，９の自己および相互インピーダンスを２〜２０Ωとし、第２，第５，第８の伝送線路２，５，８の長さを高周波信号の周波数通過帯域の中心周波数の約１／４波長、第２，第５，第８の伝送線路２，５，８の自己および相互インピーダンスを２Ω〜３０Ωとしている。

図５の従来のバラン装置の場合、第１の伝送線路１０と第２の伝送線路１１で形成される結合線路の長さを高周波信号の周波数通過帯域の中心周波数の約１／４波長、第１の伝送線路１０と第２の伝送線路１１で形成される結合線路の自己および相互インピーダンスを３０〜１００Ωとし、第１の伝送線路１０と第３の伝送線路１２で形成される結合線路の長さを高周波信号の周波数通過帯域の中心周波数の約１／４波長、第１の伝送線路と第３の伝送線路で形成される結合線路の自己および相互インピーダンスを３０〜１００Ωとしている。

図６において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）を、縦軸は挿入損失（単位：ｄＢ）を表わし、各特性曲線は、実線で示すＡが本発明のバラン装置における結果、破線で示すＢが図５の従来のバラン装置における結果を示している。

図６の結果より、本発明のバラン装置によれば、従来のバラン装置における結果（Ｂ）に比べて、５.１〜５.４ＧＨｚの通過帯域の近傍に大きな減衰量ｆrを有する特性が得られ、帯域通過のフィルタ特性を有するバラン装置を実現することができた。

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内で種々の変更，改良を加えることは何ら差し支えない。例えば、本発明のバラン装置を構成する第１〜第９の伝送線路１〜９は、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、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することができる。このような形状とすることで、バラン装置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表面または内部に、高周波信号の伝送特性に優れた伝送線路により、高周波回路とともに誘電体基板に一体化して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装置を提供することが可能となる。

また、第１〜第９の伝送線路１〜９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。

さらに、第１および第２の平衡端子ＯＵＴ１，２に平衡信号を供給して、不平衡端子ＩＮから不平衡信号を出力してもよい。

本発明の第１のバラン装置の実施の形態の一例を示す回路図である。 図１の第１のバラン装置の実施の形態の一例を示す透視平面図である。 図２の第１のバラン装置の実施の形態の一例の断面図であり、（ａ）は図２のａ−ａ’線における断面図、（ｂ）は図２のｂ−ｂ’線における断面図である。 従来の無線装置のブロック図である。 従来のバラン装置の例を示す回路図である。 本発明の第１のバラン装置の実施の形態の一例および従来のバラン装置における透過損失を示すグラフである。 本発明のバラン装置の実施の形態の他の例を示す回路図である。 本発明のバラン装置の実施の形態の他の例を示す透視平面図である。 本発明のバラン装置の不平衡端子ＩＮの位置と不平衡端子ＩＮでの入力インピーダンスとの関係を示すグラフである。 本発明のバラン装置の第１もしくは第２の平衡端子の位置と第１もしくは第２の平衡端子での入力インピーダンスとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１〜９・・・第１〜第９の伝送線路
２１・・・第１の誘電体層
２２・・・第２の誘電体層
２３・・・第３の誘電体層
３１・・・第１の接地電極
３２・・・第２の接地電極
ＩＮ・・・不平衡端子（入出力端子）
ＯＵＴ１，２・・・平衡端子（入出力端子）

Claims (4)

1. 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乃至第３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４乃至第９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の伝送線路と前記第４および第７の伝送線路とは、それぞれ略同じ長さを有し、前記第２の誘電体層を挟んでそれぞれの幅の少なくとも一部が積層方向から見て重なるように平行に対向して配され、前記第２の伝送線路と前記第５および第８の伝送線路とは、それぞれ略同じ長さを有し、前記第２の誘電体層を挟んでそれぞれの幅の少なくとも一部が積層方向から見て重なるように平行に対向して配され、前記第３の伝送線路と前記第６および第９の伝送線路とは、それぞれ略同じ長さを有し、前記第２の誘電体層を挟んでそれぞれの幅の少なくとも一部が積層方向から見て重なるように平行に対向して配され、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９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３の伝送線路は、それぞれ一端が開放端であるとともに、他端が前記第２の伝送線路の一端および他端に電気的に接続され、前記第４および第６の伝送線路は、それぞれ一端が開放端であるとともに、他端が前記第５の伝送線路の一端および他端に電気的に接続され、前記第７および第９の伝送線路はそれぞれ一端が開放端であるとともに、他端が前記第８の伝送線路の一端および他端に電気的に接続されており、
   前記第４および第７の伝送線路の前記開放端に不平衡端子が、前記第１の伝送線路の前記他端に第１の平衡端子が、前記第３の伝送線路の前記他端に第２の平衡端子が、それぞれ電気的に接続されていることを特徴とするバラン装置。
2. 前記不平衡端子が、前記第４および第７の伝送線路の前記開放端に代えて、前記第４および第７の伝送線路の途中にまたは前記第５および第８の伝送線路に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載のバラン装置。
3. 前記第１の平衡端子が、前記第１の伝送線路の前記他端に代えてその前記開放端または途中に、前記第２の平衡端子が、前記第３の伝送線路の前記他端に代えてその前記開放端または途中にそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のバラン装置。
4. 前記第１の平衡端子が前記第１の伝送線路の前記他端に代えて、前記第２の平衡端子が前記第３の伝送線路の前記他端に代えて、それぞれ前記第２の伝送線路の途中に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のバラン装置。

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