JP2015119319A - 高周波回路 - Google Patents

Abstract

【課題】基本波における負荷が変動しても回路変更せず、挿入損失が改善されるバランを備えた高周波回路を提供する。
【解決手段】不平衡伝送線路と不平衡伝送線路と各々電磁界結合する第１及び第２の平衡伝送線路とで構成されるバランと、バランの平衡伝送線路側である第１の平衡伝送線路と第２の平衡伝送線路とを切り替えるための第１及び第２のスイッチにより、平衡伝送線路の負荷インピーダンスと差動インピーダンスを整合することで挿入損失を改善することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチにより平衡伝送線路を切り替えることによって接続される負荷インピーダンスに応じて差動インピーダンスを整合することができるバランを備えた高周波回路に関するものである。

一般的に、不平衡線路の信号を平衡線路の信号に変換したり、平衡線路の信号を不平衡線路の信号に変換したりする回路部品としてバラン（平衡不平衡変換器）が知られている。

従来のバランは、一例として図１４の高周波回路図に示すように、不平衡側から信号が入力した場合は平衡側に信号を２分岐させ、分岐した各々の信号の位相が１８０度異なり、且つ同振幅で平衡信号端子から出力しており、入力端子ＩＮ１に接続された不平衡伝送線路１０１と、平衡伝送線路１０３とが構成されており、平衡伝送線路１０３に第１の出力端子ＯＵＴ１と第２の出力端子ＯＵＴ２が各々接続されることによって、構成される。

ここで、第１の出力端子ＯＵＴ１と第２の出力端子ＯＵＴ２に負荷を接続した場合、第１の出力端子ＯＵＴ１と第２の出力端子ＯＵＴ２におけるバランの平衡側出力端子の差動インピーダンスと負荷インピーダンスの整合性が取れていれば信号が反射せずに最大出力で通過する。しかし整合性が無ければ、信号が反射し、出力側に通過しにくくなるのでインピーダンス整合することは重要であった。なお、本発明でいうインピーダンス整合とは平衡側の回路と平衡側出力端子に接続される負荷が接続するとき、接続点である平衡側出力端子からみた回路の差動インピーダンスと負荷インピーダンスを等しくして、信号の反射による挿入損失を低減することである。

例えば、バランの平衡側出力端子に半導体ＩＣ（半導体集積回路）などが接続される場合の構成が特許文献１で開示されている。この文献で開示されているように、バランの平衡側出力端子に半導体ＩＣなどの負荷が接続されるときには、平衡伝送線路だけでは負荷インピーダンスの位相成分に対する整合を合わすことが困難である。また、この不整合の起因により、信号の反射量が大きくなって挿入損失が増大してしまう。ゆえにバランの平衡伝送線路側と負荷との間にインピーダンスを調整する整合回路を組み込む必要があった。特許文献１では、インピーダンスの整合時に負荷インピーダンスの位相成分を調整する必要がある負荷を接続する場合であっても、２つの平衡端子に接続したインピーダンス調整素子を備えることで整合回路を別途必要としないバランとなっている。

また、周波数のズレが起きる場合や、異なる周波数帯で使用する場合など、バランへ入力される信号の周波数によってもインピーダンスが異なってくるため、広帯域にすることが知られている。広帯域では、インピーダンス整合を広い周波数帯で合わせることにより、その周波数帯域内で信号の周波数が異なっても挿入損失を少なくすることができる。バランによって広帯域な周波数特性をとるようにするためには、図１３に示すようなマーチャントバランが知られており、不平衡伝送線路１０２と平衡伝送線路１０４、１０６とで構成されている。入力端１０８から入力された不平衡信号が不平衡伝送線路１０２から平衡伝送線路１０４と平衡伝送線路１０６へと出力される。平衡伝送線路１０４と平衡伝送線路１０６の各一端が接地されており、各他端の出力端１１０、出力端１１２から平衡信号として出力される。

さらに、マーチャントバランを１つの誘電体基板内に形成し、小型化並びに低損失化を図った構成が特許文献２に開示されている。この特許文献２では積層製品として伝送線路をコイルパターンで形成しているため、平面基板上にてストリップラインを用いた分布定数回路のときより、小型化に優れた自由度の高い設計ができるとともに、広帯域に適したマーチャントバランにすることができる。

特開２０１３−３４０４１号公報 国際公開第２００９／００５０７９号公報

しかしながら、製造上のバラツキなどによってバランの平衡側出力端子に接続される負荷が変わり、バランの平衡側出力端子の差動インピーダンスと負荷インピーダンスとの不整合に起因してしまう場合、インピーダンス調整回路を備えてもバランの平衡伝送線路側とバランの平衡側出力端子に接続される負荷の間の整合回路で再度インピーダンス整合が必要であり、バランの平衡側出力端子に接続される負荷インピーダンスが変化するたびに整合回路の設計を行わなければインピーダンス整合ができないという問題がある。

また、ＩＣメーカーごとに負荷インピーダンスが異なっている場合がある。ＩＣメーカーを変更することによって、バランの平衡側出力端子に接続される基本波における負荷インピーダンスが変わる場合、広帯域にしても平衡伝送線路の基本波における差動インピーダンスが異なるため、平衡側伝送線路の差動インピーダンスと負荷インピーダンスの整合が合わず、大きく不整合に起因してしまうという問題がある。なお、本発明でいう基本波とは、本バランの通過帯域に対して所定の周波数による高周波信号のことである。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、基本波における負荷が変動しても回路変更せず、インピーダンス整合することで挿入損失が改善されるバランを備えた高周波回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る高周波回路は、不平衡伝送線路と、不平衡伝送線路と電磁結合する第１及び第２の平衡伝送線路と、第１の平衡伝送線路の接続端である第１及び第２の平衡端と、第２の平衡伝送線路の接続端である第３及び第４の平衡端と、第１及び第２のスイッチと、を備え、第１及び第３の平衡端は第１のスイッチに接続され、第２及び第４の平衡端は第２のスイッチに接続され、第１の平衡伝送線路と第２の平衡伝送線路は基本波に対して各々異なるインピーダンスを有することを第１の特徴とする。

上記特徴の高周波回路によれば、不平衡伝送線路と第１及び第２の平衡伝送線路が電磁結合することによってバランを形成する。このバランの平衡側出力端子に接続される負荷インピーダンスがバランの平衡側出力端子の差動インピーダンスと異なる場合であっても、スイッチを切り替えることによって、負荷インピーダンスと同じ差動インピーダンスの平衡伝送線路に合わせることができるので、不整合を改善して信号の反射量と挿入損失を軽減させることができる。

さらに、本発明に係る高周波回路は、第１の平衡端と第１のスイッチの間に構成される第１の伝送線路と、第３の平衡端と第１のスイッチの間に構成される第２の伝送線路と、第２の平衡端と第２のスイッチの間に構成される第３の伝送線路と、第４の平衡端と第２のスイッチの間に構成される第４の伝送線路と、を備え、第１及び第３の伝送線路と第２及び第４の伝送線路の線路幅が異なり、線路長が基本波の１／２波長の長さであることを第２の特徴とする。

上記特徴の高周波回路によれば、２つの平衡伝送線路のうちスイッチによって負荷と接続していない開放となる平衡伝送線路から反射する信号や、反射波と進行波が重畳して定在波が発生することなどにより基本波が劣化してしまうが、基本波に対して１／２波長の線路長である伝送線路を備えることによって、スイッチを使用して平衡伝送線路を切り替えても負荷と接続している一方の平衡伝送線路側は挿入損失も少なく、負荷と接続していない他方の平衡伝送線路側では開放になっていることで信号が反射するが、１／２波長の線路長である伝送線路なので定在波が現れず、基本波への影響をなくすことができる。

さらに、２つの平衡伝送線路のうちスイッチによって負荷と接続しているもう一方の平衡伝送線路では、基本波に対して１／２波長の線路長である伝送線路を備えており、差動ペアの伝送線路の差動インピーダンスと、バランの平衡側出力端子に接続されている負荷インピーダンスと同じにすることで基本波は、１／２波長の線路長である伝送線路を通過してバランの平衡側出力端子に接続されている負荷へ影響なく信号を送ることができる。

これにより、負荷と導通していない開放になっている平衡伝送線路からの反射波や定在波による不平衡側からの基本波の劣化をなくすことが可能となる。また１／２波長の線路長である差動ペアの伝送線路の差動インピーダンスと、負荷インピーダンスが同じであるため、導通している平衡伝送線路側は、損失なく基本波を通過させることができる。

本発明によれば、基本波における負荷が変動しても回路変更せず、スイッチにより平衡伝送線路を切り替えることによって接続される負荷インピーダンスに応じて、差動インピーダンスとインピーダンス整合することで挿入損失が改善されるバランを備えた高周波回路を提供することができる。

第１の実施形態による高周波回路のブロック図である。 第１の実施形態による高周波回路のスイッチ切り替え方法の一例を示す図である。 第１の実施形態による平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通している高周波回路と従来のバランにおけるＳｓｓ１１を示す特性図である。 第１の実施形態による平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通している高周波回路と従来のバランにおけるＳｄｄ２２を示す特性図である。 第１の実施形態による平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通している高周波回路と従来のバランにおけるＳｄｓ２１を示す特性図である。 第２の実施形態による高周波回路のブロック図である。 第２の実施形態による平衡側線路差動インピーダンス５０Ωと導通しているときの線路長が１／２波長の線路長である伝送線路の有無による高周波回路のＳｓｓ１１を示す特性図である。 第２の実施形態による平衡側線路差動インピーダンス５０Ωと導通しているときの線路長が１／２波長の線路長である伝送線路の有無による高周波回路のＳｄｄ２２を示す特性図である。 第２の実施形態による平衡側線路差動インピーダンス５０Ωと導通しているときの線路長が１／２波長の線路長である伝送線路の有無による高周波回路のＳｄｓ２１を示す特性図である。 第２の実施形態による平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通しているときの線路長が１／２波長の線路長である伝送線路の有無による高周波回路のＳｓｓ１１を示す特性図である。 第２の実施形態による平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通しているときの線路長が１／２波長の線路長である伝送線路の有無による高周波回路のＳｄｄ２２を示す特性図である。 第２の実施形態による平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通しているときの線路長が１／２波長の線路長である伝送線路の有無による高周波回路のＳｄｓ２１を示す特性図である。 従来のマーチャントバランを示す等価回路図である。 従来のバランを備えた高周波回路図である。

本発明を実施するための好適な形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る高周波回路の全体構成を示すブロック図である。入力端子ＩＮ１に接続された不平衡伝送線路１と、第１の平衡伝送線路２と、第２の平衡伝送線路３とが構成されており、第１の平衡伝送線路２と第２の平衡伝送線路３は第１の出力端子ＯＵＴ１に接続された第１のスイッチ４と、第２の出力端子ＯＵＴ２に接続された第２のスイッチ５とが接続されて構成されている。

また、不平衡伝送線路１は一端である不平衡端６が入力端ＩＮ１と接続しており、他端が接地されている。第１の平衡伝送線路２は第１のスイッチ４と接続している第１の平衡端７と第２のスイッチ５と接続している第２の平衡端８からなっており、第２の平衡伝送線路３は第１のスイッチ４と接続している第３の平衡端９と第２のスイッチ５と接続している第４の平衡端１０からなっている。スイッチは１対多端子型のスイッチならよく、例えばＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ−Ｔｈｒｏｗ）などである。

そして、不平衡伝送線路１と、第１の平衡伝送線路２、第２の平衡伝送線路３とが、対向配置し、各々電磁界結合することでバランを形成する。第１の平衡伝送線路２と第２の平衡伝送線路３が異なる差動インピーダンスをもつために、第１の平衡伝送線路２と第２の平衡伝送線路３の線路幅を異なるように構成しているので平衡伝送線路側で異なる差動インピーダンスをもったバランを形成することができる。また本実施形態では一例として２つの平衡伝送線路の線路幅が異なることで平衡側の差動インピーダンスが異なっている説明をしているが、例えば、線路をコイル状にして形成し、平衡側の巻き数を各々異なるようにすることや、同じ長さの平衡伝送線路にチップインダクタやチップコンデンサなどの素子を接続することにより、異なる差動インピーダンスのバランを２つ構成することが可能である。また本実施形態では平衡伝送線路は２つで説明しているが、３つ以上の平衡伝送線路であっても電磁界結合してバランを形成することが可能であるため、平衡伝送線路が３つ以上でもこの発明が適応できることは言うまでも無い。

なお、第１の出力端子ＯＵＴ１、第２の出力端子ＯＵＴ２に接続される負荷によって第１の平衡伝送線路２と第２の平衡伝送線路３を切り替えるための第１のスイッチ４と第２のスイッチ５を備えている。第１の平衡伝送線路２には第１のスイッチ４と第２のスイッチ５がスイッチを切り替えたとき導通するように接続される。また第２の平衡伝送線路３にも第１のスイッチ４と第２のスイッチ５がスイッチを切り替えたとき導通するように第１の平衡伝送線路２と接続していない端子同士で接続される。

表１は、第１の平衡端７と第３の平衡端９の第１の出力端子ＯＵＴ１との接続状態と、第２の平衡端８と第４の平衡端１０の第２の出力端子ＯＵＴ２との接続状態を示している。表１に示すとおり、接続モード１のとき、第１のスイッチ４によって第１の平衡伝送線路２の第１の平衡端７と第１の出力端子ＯＵＴ１が接続し、第２のスイッチ５によって第１の平衡伝送線路２の第２の平衡端８と第２の出力端子ＯＵＴ２が各々接続されることで、第１の平衡伝送線路２と第１の出力端子ＯＵＴ１、第２の出力端子ＯＵＴ２が各々導通する。第１の平衡伝送線路２が第１の出力端子ＯＵＴ１、第２の出力端子ＯＵＴ２と導通しているときは第２の平衡伝送線路３が開放になっている。

次に、接続モード２のとき、第１のスイッチ４によって第２の平衡伝送線路３の第３の平衡端９と第１の出力端子ＯＵＴ１が接続し、第２のスイッチによって第２の平衡伝送線路３の第４の平衡端１０と第２の出力端子ＯＵＴ２が各々接続されることで、第２の平衡伝送線路３と第１の出力端子ＯＵＴ１、第２の出力端子ＯＵＴ２が各々導通する。第２の平衡伝送線路３が第１の出力端子ＯＵＴ１、第２の出力端子ＯＵＴ２と導通しているときは第１の平衡伝送線路２が開放になっている。今回は接続モード１のとき第１の平衡伝送線路２が第１の出力端子ＯＵＴ１、第２の出力端子ＯＵＴ２が導通し、接続モード２のとき第２の平衡伝送線路３が第１の出力端子ＯＵＴ１、第２の出力端子ＯＵＴ２が導通するとしているが接続モード１と接続モード２で導通する平衡伝送線路が逆でもよい。

なお、第１のスイッチ４と第２のスイッチ５によって第１の平衡伝送線路２と第２の平衡伝送線路３を切り替えているが、第１の平衡伝送線路２が導通しているときは第２の平衡伝送線路３が導通しておらず開放になっている。同様に、第２の平衡伝送線路３が導通しているときは第１の平衡伝送線路２が導通しておらず開放になっている。本願発明のスイッチとしては、適切な平衡伝送線路を選択し、スイッチのように切り替えられる機能を有していればよい。また、平衡伝送線路側で異なる差動インピーダンスにするためには、一例として第１の平衡伝送線路２と第２の平衡伝送線路３の各々で線路幅を変更してもよい。

例えば、基本波において第１の平衡伝送線路２の差動インピーダンスが５０Ω、第２の平衡伝送線路３の差動インピーダンスが２００Ωであるとする。負荷インピーダンス５０Ωの負荷が第１の出力端子ＯＵＴ１、第２の出力端子ＯＵＴ２に接続される場合、表１に示すように第１のスイッチ４と第２のスイッチ５によって負荷と第１の平衡伝送線路２が第１の出力端子ＯＵＴ１、第２の出力端子ＯＵＴ２と各々導通するように切り替えることで５０Ωの負荷と第１の平衡伝送線路２が接続される。また、２００Ωの負荷が第１の出力端子ＯＵＴ１、第２の出力端子ＯＵＴ２に接続される場合、表１に示すように第１のスイッチ４と第２のスイッチ５によって負荷と第２の平衡伝送線路３が第１の出力端子ＯＵＴ１、第２の出力端子ＯＵＴ２と各々導通するように切り替えることで２００Ωの負荷と第２の平衡伝送線路３が接続される。このようにスイッチを切り替えることにより、平衡伝送線路の差動インピーダンスと負荷インピーダンス整合することができる。

図２は第１の実施形態に係るスイッチ切り替え方法の一例を示す図である。スイッチを切り替える方法の一つとして、フィードバック制御を用いたスイッチ切り替え手法を説明する。第１のスイッチ４の出力端に接続される第１の検出部１１と、第２のスイッチ５の出力端に接続される第２の検出部１２とが構成されており、第１の検出部１１から検出された信号と第２の検出部１２から検出された信号とが接続され、第１のスイッチ４及び第２のスイッチ５にスイッチを切り替える信号を送る制御部１３を構成されている。

第１及び第２の検出部はＯＵＴ１及びＯＵＴ２から反射された反射波を制御部１３に出力する。制御部１３は、第１及び第２の検出部から検出された反射波を読み取り、設定された所定の反射電力よりも高い場合、第１及び第２のスイッチを切り替えて、接続される平衡伝送線路を異なる平衡伝送線路に変更し、制御部１３で読み取った反射電力が、設定された所定の反射電力よりも低い場合、第１及び第２のスイッチを切り替えず、接続される平衡伝送線路を変更しないという制御方法を用いる。この制御方法を用いることによって、ＯＵＴ１及びＯＵＴ２に接続される負荷と整合性が取れる平衡伝送線路を選択することができ、差動インピーダンスと負荷インピーダンスのインピーダンス整合を調整することができる。なお、ここではスイッチを一例として、フィードバック制御を説明しているが、これに限らず、適切な平衡伝送線路を選択し、スイッチのように切り替えられる機能を有していればよく、その方法は特に問われるものではない。

以下、本発明の具体的な特性結果を図３〜５に示す特性図を参照にして説明する。本発明での特性図の結果は回路シミュレータとしてＡＤＳ（アジレントテクノロジー社）で理想素子を使ってシミュレーションを行っている。ミックストモードによって入力側１ポート、出力側２ポートの計３ポートを、入力側１ポート、出力側１ポートの計２ポートで表しており、Ｓｓｓ１１が入力端子ＩＮ１から見た不平衡伝送線路側の反射損失、Ｓｄｄ２２が第１の出力端子ＯＵＴ１、第２の出力端子ＯＵＴ２を１つの出力端子として、その出力端子から見た平衡伝送線路側の反射損失、Ｓｄｓ２１が入力側１ポートから見た不平衡伝送線路側から平衡伝送線路側への挿入損失である。

一例として、図１の構成において、理想素子で不平衡伝送線路１の特性インピーダンスが５０Ω、第１の平衡伝送線路２の差動インピーダンスが５０Ω、第２の平衡伝送線路３の差動インピーダンスが２００Ωとして、入力端子ＩＮ１より基本波が入力され第１の出力端子ＯＵＴ１、第２の出力端子ＯＵＴ２へ信号が出力され、基本波としてメインの周波数が１５ＧＨｚの場合を説明する。平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通している状態なので第３の平衡端９と第１の出力端子ＯＵＴ１、第４の平衡端１０と第２の出力端子ＯＵＴ２が各々導通している。

なお、実施形態１に係る高周波回路の構成とは図１に示す構成において、スイッチを使用して差動インピーダンス２００Ωの平衡伝送線路に切り替えて負荷インピーダンス２００Ωの負荷を接続した状態であり、従来のバラン構成とは図１４に示す構成において不平衡伝送線路の特性インピーダンスが５０Ω、平衡伝送線路の差動インピーダンスが２００Ωの平衡伝送線路である場合を説明する。

図３は本発明の第１の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通している高周波回路と従来のバラン構成におけるＳｓｓ１１を示す特性図である。縦軸がミックストモードで表したＳｓｓ１１であり、横軸が各周波数である。本発明の第１の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通している高周波回路のＳｓｓ１１を実線で示し、従来のバラン構成におけるＳｓｓ１１を鎖線で示している。

また、図４は本発明の第１の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通している高周波回路と従来のバラン構成におけるＳｄｄ２２を示す特性図である。縦軸がミックストモードで表したＳｄｄ２２であり、横軸が各周波数である。本発明の第１の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通している高周波回路のＳｄｄ２２を実線で示し、従来のバラン構成におけるＳｄｄ２２を鎖線で示している。

また、図５は本発明の第１の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通している高周波回路と従来のバラン構成におけるＳｄｓ２１を示す特性図である。縦軸がミックストモードで表したＳｄｓ２１であり、横軸が各周波数である。本発明の第１の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通している高周波回路のＳｄｓ２１を実線で示し、従来のバラン構成におけるＳｄｓ２１を鎖線で示している。

表２は、図３〜５の特性図において、周波数１５ＧＨｚにおける従来および実施形態１のバラン構成でのＳｓｓ１１、Ｓｄｄ２２、Ｓｄｓ２１の値を示している。表２より、従来のバラン構成である場合、周波数１５ＧＨｚにおいてＳｓｓ１１、Ｓｄｄ２２は−４．４ｄＢとなり、Ｓｄｓ２１は−１．９ｄＢとなる。一方、本実施形態１のバラン構成である場合、図３〜５の特性図より２００Ωの差動インピーダンスのときは、周波数１５ＧＨｚにおいてＳｓｓ１１、Ｓｄｄ２２は−７．１ｄＢとなり、Ｓｄｓ２１は−０．９ｄＢとなる。

上記より、インピーダンスの不整合の起因による状態から、図１の構成でバランとスイッチを備え、バランのインピーダンス調整を行えるようにすることで、Ｓｓｓ１１、Ｓｄｄ２２においては−４．４ｄＢから−７．１ｄＢとなり、不整合が改善され反射損失が良くなることがわかる。Ｓｄｓ２１においても−１．９ｄＢから−０．９ｄＢとなり、反射損失が良くなることで反射波の影響が減少し、不整合の起因による損失も改善されるため１ｄＢも挿入損失が改善することがわかる。これはスイッチで平衡伝送線路側と出力端子に接続される負荷インピーダンスを適切に合わせることにより反射量が軽減され挿入損失が少なくなったためである。

本実施形態では、出力端子に接続される負荷インピーダンスと平衡伝送線路の差動インピーダンスが不整合に起因しないように、負荷と接続される平衡伝送線路をスイッチによって制御し、インピーダンス整合することで信号の反射量と挿入損失を軽減させることが可能となる。

（第２の実施形態）
図６は本発明に係る第２の実施形態による高周波回路のブロック図である。図６に示す第１の実施形態に係る高周波増幅器との異なる点は、第１及び第２の平衡伝送線路の各々の平衡端と第１及び第２のスイッチの間に設けられた第１の伝送線路１４、第２の伝送線路１５、第３の伝送線路１６、第４の伝送線路１７を各々備えている点である。第１の平衡端７と第１のスイッチ４の間に第１の伝送線路１４、第３の平衡端９と第１のスイッチ４の間に第２の伝送線路１５、第２の平衡端８と第２のスイッチ５の間に第３の伝送線路１６、第４の平衡端１０と第２のスイッチ５の間に第４の伝送線路１７を備えている。第１の伝送線路１４、第２の伝送線路１５、第３の伝送線路１６、第４の伝送線路１７は基本波に対して１／２波長の線路長である線路長で構成されている。

なお、第１の伝送線路１４、第２の伝送線路１５、第３の伝送線路１６、第４の伝送線路１７を各々備えていることで２つの平衡伝送線路のうち平衡端が負荷と接続している平衡伝送線路側では１／２波長の線路長である伝送線路を通り、差動ペアの伝送線路の差動インピーダンスと、接続される負荷の負荷インピーダンスとを同じにすることで影響なく負荷へ信号が送られる。もう一方の平衡端が負荷と接続していない開放となる平衡伝送線路側にも信号は入り、開放となっているので反射波が発生し、反射波と進行波が重畳した合成波になる際に、反射波が進行波と位相が異なるため、定在波が発生する。１／２波長の線路長である伝送線路を備えることで反射波の位相が進行波と１８０°異なるために反射波と進行波がちょうどお互いを打ち消しあうようになり、その合成波である定在波が発生しなくなるため、基本波に悪影響を与えない。

また、第１の平衡伝送線路２と第２の平衡伝送線路３の差動インピーダンスが異なるので、各々の平衡伝送線路と第１及び第２のスイッチの間に設けられた伝送線路も、平衡伝送線路の差動インピーダンスと合わせることにより、異なる形状で１／２波長の線路長である伝送線路を形成する。

そこで、第１の平衡伝送線路２と第２の平衡伝送線路３に接続される伝送線路は、周波数と差動インピーダンスに合わせて１／２波長の線路長を形成するが、第１の平衡伝送線路２と第２の平衡伝送線路３では差動インピーダンスが異なり、各平衡伝送線路の差動インピーダンスに合わせるために、第１の伝送線路１４及び第３の伝送線路１６と第２の伝送線路１５及び第４の伝送線路１７で伝送線路の線路幅が異なる。よって、第１の平衡伝送線路２に接続される第１の伝送線路１４と第３の伝送線路１６とが同じ線路構成で、第２の平衡伝送線路３に接続される第２の伝送線路１５と第４の伝送線路１７とが同じ線路構成になる。

以下、本発明の具体的な特性結果を図７〜１２に示す特性図から説明する。検証条件は図３〜５と同様である。まずは図７〜９に示す特性図より平衡側線路の差動インピーダンス５０Ωと導通しているときを説明する。一例として、図１、６の構成において、理想素子で不平衡伝送線路１の特性インピーダンスが５０Ω、第１の平衡伝送線路２の差動インピーダンスが５０Ω、第２の平衡伝送線路３の差動インピーダンスが２００Ωとして、入力端子ＩＮ１より基本波が入力され第１の出力端子ＯＵＴ１、第２の出力端子ＯＵＴ２へ信号が出力され、基本波として周波数が１５ＧＨｚの場合を説明する。平衡側線路差動インピーダンス５０Ωと導通している状態なので第１の平衡端７と第１の出力端子ＯＵＴ１、第２の平衡端８と第２の出力端子ＯＵＴ２が各々導通している。

なお、実施形態１に係る高周波回路の構成とは図１に示す構成において、スイッチを使用して差動インピーダンス５０Ωの平衡伝送線路に切り替えて差動インピーダンス５０Ωの負荷を接続した状態であり、実施形態２に係る高周波回路の構成とは図６に示す構成において、スイッチを使用して差動インピーダンス５０Ωの平衡伝送線路に切り替えて差動インピーダンス５０Ωの負荷を接続した状態であり、従来のバラン構成とは図１４に示す構成において差動インピーダンスが２００Ωの平衡伝送線路に差動インピーダンス５０Ωの負荷を接続した状態である。

図７は本発明の第２の実施形態に係る平衡側線路差動インピーダンス５０Ωと導通しているときの１／２波長の線路長である伝送線路の有無による高周波回路のＳｓｓ１１を示す特性図である。縦軸がミックストモードで表したＳｓｓ１１であり、横軸が各周波数である。本発明の第２の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス５０Ωと導通している高周波回路のＳｓｓ１１を破線で示し、本発明の第１の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス５０Ωと導通している高周波回路のＳｓｓ１１を実線で示し、従来のバラン構成におけるＳｓｓ１１を鎖線で示している。

また、図８は本発明の第２の実施形態に係る平衡側線路差動インピーダンス５０Ωと導通しているときの１／２波長の線路長である伝送線路の有無による高周波回路のＳｄｄ２２を示す特性図である。縦軸がミックストモードで表したＳｄｄ２２であり、横軸が各周波数である。本発明の第２の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス５０Ωと導通している高周波回路のＳｄｄ２２を破線で示し、本発明の第１の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス５０Ωと導通している高周波回路のＳｄｄ２２を実線で示し、従来のバラン構成におけるＳｄｄ２２を鎖線で示している。

また、図９は本発明の第２の実施形態に係る平衡側線路差動インピーダンス５０Ωと導通しているときの１／２波長の線路長である伝送線路の有無による高周波回路のＳｄｓ２１を示す特性図である。縦軸がミックストモードで表したＳｄｓ２１であり、横軸が各周波数である。本発明の第２の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス５０Ωと導通している高周波回路のＳｄｓ２１を破線で示し、本発明の第１の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス５０Ωと導通している高周波回路のＳｄｓ２１を実線で示し、従来のバラン構成におけるＳｄｓ２１を鎖線で示している。

表３は図７〜９の特性図において、周波数１５ＧＨｚにおける従来のバラン構成、実施形態１のバラン構成、実施形態２のバラン構成でのＳｓｓ１１、Ｓｄｄ２２、Ｓｄｓ２１の値を示している。表３より、実施形態２の構成の場合、周波数１５ＧＨｚにおいてＳｓｓ１１、Ｓｄｄ２２は−７８．５ｄＢとなり、Ｓｄｓ２１は０ｄＢとなる。

次に図１０〜１２に示す特性図より平衡側線路の差動インピーダンス２００Ωと導通しているときを説明する。一例として、図１、５の構成において、不平衡伝送線路１の特性インピーダンスが５０Ω、第１の平衡伝送線路２の差動インピーダンスが５０Ω、第２の平衡伝送線路３の差動インピーダンスが２００Ωとして、入力端子ＩＮ１より基本波が入力され第１の出力端子ＯＵＴ１、第２の出力端子ＯＵＴ２へ信号が出力され、基本波としてメインの周波数が１５ＧＨｚの場合を説明する。平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通している状態なので第３の平衡端９と第１の出力端子ＯＵＴ１、第４の平衡端１０と第２の出力端子ＯＵＴ２が各々導通している。

なお、実施形態１に係る高周波回路の構成とは図１に示す構成において、スイッチを使用して差動インピーダンス２００Ωの平衡伝送線路に切り替えて負荷インピーダンス２００Ωの負荷を接続した状態であり、実施形態２に係る高周波回路の構成とは図６に示す構成において、スイッチを使用して差動インピーダンス２００Ωの平衡伝送線路に切り替えて負荷インピーダンス２００Ωの負荷を接続した状態であり、従来のバラン構成とは図１４に示す構成において差動インピーダンスが５０Ωの平衡伝送線路に負荷インピーダンス２００Ωの負荷を接続した状態である。

図１０は本発明の第２の実施形態に係る平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通しているときの１／２波長の線路長である伝送線路の有無による高周波回路のＳｓｓ１１を示す特性図である。縦軸がミックストモードで表したＳｓｓ１１であり、横軸が各周波数である。本発明の第２の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通している高周波回路のＳｓｓ１１を破線で示し、本発明の第１の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス５０Ωと導通している高周波回路のＳｓｓ１１を実線で示し、従来のバラン構成におけるＳｓｓ１１を鎖線で示している。

また、図１１は本発明の第２の実施形態に係る平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通しているときの１／２波長の線路長である伝送線路の有無による高周波回路のＳｄｄ２２を示す特性図である。縦軸がミックストモードで表したＳｄｄ２２であり、横軸が各周波数である。本発明の第２の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通している高周波回路のＳｄｄ２２を破線で示し、本発明の第１の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス５０Ωと導通している高周波回路のＳｄｄ２２を実線で示し、従来のバラン構成におけるＳｄｄ２２を鎖線で示している。

また、図１２は本発明の第２の実施形態に係る平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通しているときの１／２波長の線路長である伝送線路の有無による高周波回路のＳｄｓ２１を示す特性図である。縦軸がミックストモードで表したＳｄｓ２１であり、横軸が各周波数である。本発明の第２の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通している高周波回路のＳｄｓ２１を破線で示し、本発明の第１の実施形態に係る高周波回路の平衡側線路差動インピーダンス５０Ωと導通している高周波回路のＳｄｓ２１を実線で示し、従来のバラン構成におけるＳｄｓ２１を鎖線で示している。

表４は図１０〜１２の特性図において、周波数１５ＧＨｚにおける従来のバラン構成、実施形態１のバラン構成、実施形態２のバラン構成でのＳｓｓ１１、Ｓｄｄ２２、Ｓｄｓ２１の値を示している。表４より、実施形態２のバラン構成である１／２波長の線路長である伝送線路を備えた平衡側線路差動インピーダンス２００Ωと導通している場合、周波数１５ＧＨｚにおいてＳｓｓ１１、Ｓｄｄ２２は−６３．３ｄＢとなり、Ｓｄｓ２１は０ｄＢとなる。

上記より、図７、８、１０、１１のＳｓｓ１１とＳｄｄ２２を各々比較しても従来のバラン構成より特性が改善された実施形態１に係る高周波回路の構成でも、実施形態２における１／２波長の線路長である伝送線路を備えることによって、差動インピーダンス５０ΩのときのＳｓｓ１１、Ｓｄｄ２２においては−８．９ｄＢから−７８．５ｄＢとなり、差動インピーダンス２００ΩのときのＳｓｓ１１、Ｓｄｄ２２は−７．１ｄＢから−６６．３ｄＢとなることより不整合が改善され反射損失がより良くなることがわかる。図９においてＳｄｓ２１を比較しても、Ｓｄｓ２１が−０．６ｄＢから０ｄＢとなり、図１２においてＳｄｓ２１を比較しても、Ｓｄｓ２１が−０．９ｄＢから０ｄＢとなり挿入損失が実施形態２の方がより改善できることがわかる。

ゆえに、１／２波長の線路長である伝送線路を備えることで、挿入損失が少なくなり、第１のスイッチと第２のスイッチを切り替えても基本波に影響を与えないことがわかる。これは１／２波長の線路長である第１〜第４の伝送線路を備えることで第１のスイッチと第２のスイッチを切り替えても接続される負荷インピーダンスを合わせることができる。

なお、導通していない平衡伝送線路では開放となっているので反射波が発生し、反射波と進行波が重畳した合成波になる際に、反射波が進行波と位相が異なるため、定在波が発生してしまうが１／２波長の線路長である伝送線路を備えることで反射波の位相が進行波を１８０°異なるために反射波と進行波がちょうどお互いを打ち消しあうようになり、その合成波である定在波が発生しなくなるため、基本波の異常発振や、挿入損失の増加などの悪影響を与えない。

本実施形態では、１／２波長の線路長である伝送線路を備えることで出力端子が負荷と接続していない開放となっている平衡伝送線路側の信号が反射を起こさないことで、負荷と接続している平衡伝送線路側にも影響を与えない。

以上のように、本発明の高周波回路はバランの平衡側出力端子に接続される負荷が変わりやすい装置（例えば、電子機器）等に適している。

１、１０１、１０２ 不平衡伝送線路
２ 第１の平衡伝送線路
３ 第２の平衡伝送線路
４ 第１のスイッチ
５ 第２のスイッチ
６ 不平衡端
７ 第１の平衡端
８ 第２の平衡端
９ 第３の平衡端
１０ 第４の平衡端
１１ 第１の検出部
１２ 第２の検出部
１３ 制御部
１４ 第１の伝送線路
１５ 第２の伝送線路
１６ 第３の伝送線路
１７ 第４の伝送線路
１０３、１０４、１０６ 平衡伝送線路
１０８ 入力端
１１０、１１２ 出力端

Claims (2)

1. 不平衡伝送線路と、前記不平衡伝送線路と電磁結合する第１及び第２の平衡伝送線路と、
   前記第１の平衡伝送線路の接続端である第１及び第２の平衡端と、前記第２の平衡伝送線路の接続端である第３及び第４の平衡端と、第１及び第２のスイッチと、を備え、
   前記第１及び第３の平衡端は前記第１のスイッチに接続され、前記第２及び第４の平衡端は前記第２のスイッチに接続され、
   前記第１の平衡伝送線路と前記第２の平衡伝送線路は基本波に対して各々異なるインピーダンスを有することを特徴とする高周波回路。
2. 前記第１の平衡端と前記第１のスイッチの間に構成される第１の伝送線路と、
   前記第３の平衡端と前記第１のスイッチの間に構成される第２の伝送線路と、
   前記第２の平衡端と前記第２のスイッチの間に構成される第３の伝送線路と、
   前記第４の平衡端と前記第２のスイッチの間に構成される第４の伝送線路と、
   を備え、
   前記第１及び第３の伝送線路と前記第２及び第４の伝送線路の線路幅が異なり、線路長が基本波の１／２波長の長さであることを特徴とする請求項１に記載された高周波回路。

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