JP3679059B2

JP3679059B2 - バラントランス

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Publication number: JP3679059B2
Application number: JP2002010610A
Authority: JP
Inventors: 雄二丸山; 豊牧野; 貴文野木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2022-01-18
Also published as: JP2003115708A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はバラントランスに関し、特にたとえばＵＨＦ帯以上の高周波回路における伝送線路のインピーダンスを変換するためのインピーダンス変換器や平衡伝送線路の信号及び不平衡伝送線路の信号を相互に変換するための信号変換器、位相変換器などに用いる積層型バラントランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバラントランス１００の構造を図７に示す。従来のバラントランス１００は特開平１０−１６３７１５公報に記載されているように、３本のλ／４の分布定数線路１０１、１０２、１０３が順次互いに平行に並べて隣接する分布定数線路１０１、１０２、１０３同士が電磁界結合可能に配置されていた。その接続としては、分布定数線路１０１の一端が入力端子２００に接続され、分布定数線路１０１、１０２の一端が接続され、分布定数線路１０２の他端と分布定数線路１０３の一端を接地し、分布定数線路１０１の他端を信号出力端子２０１と接続し、分布定数線路１０３の他端を信号出力端子２０２と接続してなる。
【０００３】
そして、上述の構成により入力端子２００から信号が入力されると、一部が分布定数線路１０１と分布定数線路１０２との電磁界結合により信号出力端子２０１から出力されるとともに、一部は分布定数線路１０２と分布定数線路１０３との電磁界結合により信号出力端子２０２から信号が出力され、この時の信号出力端子２０１、２０２から出力される信号の位相は、互いに１８０度ずれたものになる。このようにして、信号のレベルが略等しく位相が１８０度ずれた２つの信号に分けられるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のバラントランス１００において、分布定数線路１０１と分布定数線路１０３に電磁界結合するのが分布定数線路１０２で共通となっており、設計においても、ストリップライン間で一方の電磁界結合状態を決定しても同じような他方の電磁界結合状態を得るように設計するのは難しかった。
【０００５】
しかも、バラントランスの本来の特性である信号出力端子２０１および２０２から出力されるAmplitude Balance（出力レベルの差）が０に近くなるように設計するのも困難であった。即ち、図５（ａ）に信号出力端子２０１、２０２の２つ出力信号のレベル差を示すが、例えば、２．２〜２．６GHｚの周波数帯において使用する場合、周波数帯が２．１GHｚでは２つ出力信号のレベル差が１．２ｄBと大きな信号レベル差があり、２．５GHzでは０．８ｄBと略レベルが等しい出力信号が得られるといったように周波数のバラツキがあり、バラントランスを製造する製造バラツキによって２つ出力信号のレベル差が異なりすぎるというバラントランスの特性の問題点を有していた。
【０００６】
また、近年、開発されているバラントランスは、バラントランス単独のチップ部品として利用されるものではなく、フィルタ等と合わせたモジュール製品として利用されるために、近年の電子機器の小型化要求に伴い、モジュール製品も小型化する必要があり、上述のようなバラントランスの特性を維持しつつ、小型、薄型化できる構造が望まれていた。
【０００７】
本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、ストリップライン間の結合レベルの調整を容易にするとともに、何れの周波数でも２つ出力信号のレベル差を小さくでき、かつ、一定の出力レベル差を得ることができ、薄型化で信頼性の高いバラントランスを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために本発明は、第１〜第４の分布定数線路を有し、前記第１の分布定数線路の一端を信号入力端子とし、前記第１〜第３の分布定数線路の一端を互いに接続し、前記第２、第３の分布定数線路の他端と前記第４の分布定数線路の一端をともに接地し、前記第１の分布定数線路の他端を第１の信号出力端子とし、前記第４の分布定数線路の他端を第２の信号出力端子としてなり、
前記第１の分布定数線路と第２の分布定数線路とが電磁界結合可能に互いに対向し、かつ前記第３の分布定数線路と第４の分布定数線路とが電磁界結合可能に互いに対向して配設されていることを特徴とするバラントランスを提供する。
【０００９】
また、誘電体層が複数積層された積層体を形成し、前記誘電体層間に前記第１の分布定数線路と第４の分布定数線路とを配置し、かつ、当該誘電体層間とは異なる誘電体層間に前記第２の分布定数線路と第３の分布定数線路とを配置していることを特徴とする請求項１記載のバラントランスを提供する。
【作用】
従来、入力端子に接続した分布定数線路は第１の出力端子に接続した分布定数線路と第２の出力端子に接続した分布定数線路とが共通の１本の分布定数線路に電磁界結合可能に配置していた。これに対して本発明では、入力端子に接続した分布定数線路を、２本の第２、第３の分布定数線路に増加して、第１の出力信号端子に接続する第１の分布定数線路は第２の分布定数線路に互いに電磁界結合可能に、また、第２の出力信号端に接続する第４の分布定数線路は第３の分布定数線路に互いに電磁界結合可能に配置している。
【００１０】
従って、各第１、第２の分布定数線路間の電磁界結合と第３、第４の分布定数線路間での電磁界結合の調整が容易にできる。また、何れの周波数でも２つ出力信号のレベル差を小さくでき、かつ、一定の出力レベルを得ることができるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１はこの発明のバラントランスの構成を示す等価回路図である。
【００１２】
本発明のバラントランスは、分布定数線路１〜４を平行に配置してなる。
分布定数線路１〜４は、図１に示すように分布定数線路１の一端を信号入力端子ＩＮとしている。また、分布定数線路１〜３の一端が互いに接続されている。また、分布定数線路２、３の他端と分布定数線路４の一端をともに接地している。さらに、分布定数線路１の他端を信号出力端子ＯＵＴ１とし、分布定数線路４の他端を信号出力端子ＯＵＴ２としている。
【００１３】
そして、分布定数線路１と分布定数線路２は互いに電磁界結合Ｍ１がされるように対向して配設されている。その電磁界結合部分は互いにλ／４の長さに設定されている。一方、分布定数線路３と分布定数線路４とが互いに電磁界結合Ｍ２がされるように対向して配設されており、その電磁界結合部分が互いにλ／４の長さに設定されている。
【００１４】
このバラントランスでは、信号入力端子ＩＮから信号が入力されると、一部は分布定数線路１、２が互いに電磁界結合Ｍ１され信号出力端子ＯＵＴ１から所定の信号が出力される。また、一部は分布定数線路３、４が互いに電磁界結合Ｍ２され信号出力端子ＯＵＴ２から所定の信号が出力される。このとき、信号出力端子ＯＵＴ１、２から出力される信号のレベルが等しくなるように、分布定数線路１、２の幅、間隔等と分布定数線路３、４の幅、間隔等を適宜設定する。そして、この信号出力端子ＯＵＴ１、２から出力される信号の位相は、互いに１８０度ずれたものになる。このようにして、信号のレベルが等しく位相が１８０度ずれた２つの信号に分けられることになる。
【００１５】
次に本発明のバラントランスを積層型の誘電体層内に形成した場合について説明する。図２は積層型のバラントランス１０が用いられるチップ型電子部品の全体構造を示す斜視図、図３はその分解斜視図である。
【００１６】
バラントランス１０は、主に、積層体１１と、積層体１１の側面の厚み方向に向けて形成した端子電極１５ａ〜１５ｆと、積層体１１の内部に形成した分布定数線路であるストリップライン３１〜３４とからなる。
【００１７】
積層体１は誘電体層１２ａ〜１２ｇを順次積層してなる。その材質としては、誘電体セラミック材料と低温焼成化を可能とする酸化物や低融点ガラス材料とから構成されている。具体的には、誘電体セラミック材料とは、例えば、ＢａＯ−ＴｉＯ₂系、Ｃａ−ＴｉＯ₂系、ＭｇＯ−ＴｉＯ₂系等があり、低温焼成化するための酸化物としては、ＢｉＶＯ₄、ＣｕＯ、Ｌｉ₂Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃等がある。
【００１８】
次に誘電体層１２ａ〜１２ｇの各層間の内部構造を具体的に説明する。
一番上に積層される誘電体層１２ａの一方主面には、略全面にアース電極４０が形成され、ビアホール導体５０と接続されている。また、アース電極４０から誘電体基板１２aの全端面に向かって、４つの引出電極４１、４２、４３、４４が形成され、各端子電極１５ａ、１５ｃ、１５ｅ、１５ｇに接続されている。
【００１９】
誘電体層１２ａ、１２ｂの層間には、渦巻状に形成されたストリップライン３１が配置されている。ストリップライン３１においては、その外側端部は誘電体層１２bの端面側に形成した引出電極３６が形成されて、信号出力端子（ＯＵＴ２）となる端子電極１５ｂに接続される。なお、ストリップライン３１の中心側端部はビアホール導体５０を介し誘電体層１２a上に形成したアース電極４０に接続されている。
【００２０】
誘電体層１２ｂ、１２ｃの層間には、渦巻状に形成されたストリップライン３２が配置されている。なお、ストリップライン３２の中心側端部はビアホール導体５１を介し後述する誘電体層１２ｄ上に形成した入力電極線路３５に接続されている。また、ストリップライン３２の外側端部は誘電体層１２ｃの端面側に向かって、引出電極３７が形成され、アース電位となる端子電極１５ｃに接続されている。
【００２１】
誘電体層１２ｃ、１２ｄの層間には、Ｌ字状に形成された入力電極線路３５が配置され、その先端側がビアホール導体５１を介しストリップライン３２の中心側端部と接続されている。なお、誘電体層１２ｄ上に形成した入力電極線路３５は後述するビアホール導体５１、５３を介し後述するストリップライン３３、３４の各中心側端部と接続されている。
【００２２】
誘電体層１２ｄ、１２ｅの層間には、渦巻状に形成されたストリップライン３３が配置されている。ストリップライン３３の中心側端部は前述したビアホール導体５１を介し入力電極線路３５に接続されている。また、ストリップライン３３の外側端部は誘電体層１２ｄの端面側に向かって、引出電極３８が形成され、アース電位となる端子電極１５ｃに接続されている。
【００２３】
誘電体層１２ｅ、１２ｆの層間には、渦巻状に形成されたストリップライン３４が配置されている。ストリップライン３４の外側端部は誘電体層１２ｆの端面側に向かって引出電極３９が形成され、信号出力端子（ＯＵＴ１）となる端子電極１５ｈに接続される。
【００２４】
さらに誘電体層１２ｆと最下部の誘電体基板１２ｇの層間には、略全面にアース電極４５が形成されている。なお、アース電極４５からは誘電体基板１２ｇの全端面に向かって、４つの引出電極４６、４７、４８、４９が形成され、アース電位となる各端子電極１５ａ、１５ｃ、１５ｅ、１５ｇに夫々接続されている。
【００２５】
ここで４本のストリップライン３１、３２、３３、３４は略λ／４の長さに設定されており、各ストリップライン３１〜３４の夫々電磁界結合する部分を略λ／４となるように設定している。
アース電極４０、４５、引出電極４１〜４４、４６〜４９、ストリップライン３１〜３４、ビアホール導体５０、５１は導電性ペーストを各誘電体層１２ａ〜１２ｇに印刷して形成されるが、導電性ペーストの材質としては、Ａｇ、Ｃｕなどを主成分とする導体材料（Ａｇ単体もしくはＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−ＰｔなどのＡｇ合金、又はＣｕ単体もしくはＣｕ合金）が用いられる。
【００２６】
本発明のバラントランス１０によれば、従来、入力端子となる端子電極１５ｄに接続されたストリップラインが１本であったのを、互いに異なる誘電体層に形成したストリップライン３２とストリップライン３３の２つに増加させている。そして、ストリップライン３２と端子電極１５ｂ（ＯＵＴ２）に接続するストリップライン３１とが電磁界結合Ｍ１し、また、ストリップライン３３と端子電極１５ｈ（ＯＵＴ１）に接続するストリップライン３４とが電磁界結合Ｍ２するように配置している。従って、各ストリップライン３１，３２間とストリップライン３３、３４間で電磁界結合の調整が容易にでき、何れの周波数でも２つ出力信号のレベル差を小さくできる。また、一定の出力レベル差を得ることができるものである。
【００２７】
また、ストリップライン３１，３２とその下側に形成したストリップライン３３，３４とは誘電体層１２ｄを介して形成されている。即ち、電磁結合による信号出力を形成するストリップライン３１，３２とストリップライン３３，３４の互いの距離が誘電体層１２ｄを介在させて遠くなるように形成し、ストリップライン３１，３２からストリップライン３３，３４への相互干渉を抑えることができる。また、ストリップライン３１，３２とストリップライン３３，３４の互いの距離を遠くなるように形成する誘電体層１２ｄに入力電極線路３５を形成しても良い。距離を遠ざけるために形成する誘電体層１２ｄを利用して入力電極線路３５を形成しているので、わざわざ入力電極線路３５用に誘電体層を積層する必要がなく電子部品の低背化が可能となる。
【００２８】
また、ストリップライン３１〜３４の内、少なくとも1つのストリップラインを複数の誘電体層に分割して形成し、分割されたストリップラインはビアホール導体または外部接続により接続されたストリップラインを形成する事により、信号出力端子ＯＵＴ１、２となる端子電極１５ｂ、１５ｈからの出力信号のレベルを調節することが容易になる。
【００２９】
例えば、図４に図２中の誘電体層１２ｆに形成されているストリップライン３４を誘電体層１２ｆと誘電体層１２ｆ’との２層に分割した場合の図を示す。ストリップライン３４は中心側部分３４ａと外側部分３４ｂとがビアホール導体５２を介して接続されている。この分割され出力される信号のレベルはストリップライン３１とストリップライン３２との電磁界結合レベル及びストリップライン３３とストリップライン３４との電磁界結合レベルによって決定される。このようにストリップライン３４を２層に分割する事によって、分割されたストリップライン３４の中心側端部が存在しているストリップライン長と外側端部が存在しているストリップライン長の割合により、ストリップライン３３とストリップライン３４との電磁界結合レベルの調整し、これにより、ストリップライン３１、３２とストリップライン３３、３４の夫々の電磁界結合レベルが調整され、信号のレベルが等しく位相が１８０度ずれた２つの信号を出力できる。
なお、ストリップライン３４を２層に分割したが、これに限定されず、ストリップライン３１〜３４の何れかを分割しても構わない。また、分割の数を２つで説明したが、これに限定されず、２つ以上行っても構わない。
【００３０】
なお、特に信号出力端子ＯＵＴ２に電磁界結合するストリップライン３３、３４の何れかを分割すると良い。即ち、上述のように各々の電磁界結合の結合レベル調節は、ストリップライン３１〜３４の何れを分割しても可能であるが、ストリップライン３１、３２は電磁界結合が主だった結合であるのに対し、ストリップライン３３、３４は電気的接続による結合と電磁界結合の和となる結合状態であり、ストリップライン３３、３４の電磁界結合がストリップライン３１、３２の電磁界結合よりも小さい。従って、電磁界結合が小さいストリップライン３３、３４の何れかを分割して、電気的接続は一定とした状態で電磁界結合の状態を調整すると、分割前の設計は分割後の設計に比べて出力レベルの変化量はより微量でとなる。従って、Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ−Ｂａｌａｎｃｅの調整においてはＯＵＴ２の出力レベルで調節する行う方が容易である。
【００３１】
図５（ｂ）に、２．２〜２．８GHｚの周波数帯において使用する場合のバラントランス１０の周波数における各信号出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の信号出力のレベル差を示す。特性ｑは、図３に示す構成のバラントランス１０の周波数における各信号出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の信号出力のレベル差を示す。特性ｒは図４に示す構成の周波数における信号出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の信号出力のレベル差を示す。なお、比較例として、図５（ａ）に２．２〜２．８GHｚの周波数帯において使用する場合の図６に示したバラントランス１００の信号出力端子２０１、２０２の出力信号のレベル差を示す。
【００３２】
図３のバラントランス１０による２つ出力信号のレベル差は、２．２〜２．８GHｚの周波数帯において使用する場合、図５（ａ）の２つ出力信号のレベル差に比べて一定に２つ出力信号のレベル差を得ていることがわかる。
【００３３】
また、図４に示す２つ出力信号のレベル差の特性ｒは、２．２〜２．８GHｚの周波数帯において使用する場合、図３に示す２つ出力信号のレベル差の特性に比べて低くなり、ストリップライン３１、３２の結合レベルとストリップライン３３、３４の結合レベルが略一致させることができるものである。
【００３４】
なお、本実施の形態では、ストリップライン３１〜３４のそれぞれを互いに１つの誘電体層１２ａ〜１２ｇ間に形成する例で示したが、これに限定されず、同一層間に形成してもよい。
【００３５】
即ち、図６に示すように誘電体層６２ａ〜６２ｅが積層され、任意の２つの誘電体層６２ａ、６２ｂの層間である第１の誘電体層間ｘと誘電体層６２ｂ、６２ｃの層間である第２の誘電体層間ｙのそれぞれにストリップライン３１〜３４のうちの２つずつを形成するのが好ましい。ストリップライン３１〜３４の組み合わせとしてはストリップライン３１、３２が対向するように配置し、ストリップライン３３、３４が対向するように配置できれば何れの組み合わせでも可能である。
【００３６】
より好ましくは、第１の誘電体層間ｘにストリップライン３１（第１の分布定数線路）とストリップライン３４（第２の分布定数線路）を配置し、第２の誘電体層間ｙにストリップライン３２（第２の分布定数線路）とストリップライン３３（第３の分布定数線路）を配置するのがよい。なお、このとき、最上部と最下部の誘電体層６２ａ、６２ｅの略全面にはアース電極６０、６１が形成される。
【００３７】
このような配置にすることで、配線が複雑とならずにストリップライン３１とストリップライン３２が、更にストリップライン３３とストリップライン３４とがそれぞれ対向するように配設され、薄型のバラントランスが構成できる。
【００３８】
次に他の特徴部を説明する。
即ち、第２の誘電体層間ｙとは異なる隣りの誘電体層層６２ｃ、６２ｄ間を第３の誘電体層間ｚとし、この第３の誘電体層間ｚに入力電極線路６３を形成している。
この入力電極線路６３は、その一端６３ａが信号入力端子ＩＮに接続されており、他端６３ｂが接続電極６５ａ、６８ａに接続している。そして接続電極６５ａ、６８ａは入力電極線路６３の一端６３ａからそれぞれストリップライン３２、３３の中心側端部と対向する位置まで引き出しており、その引き出した先端領域６５ｂ、６８ｂがストリップライン３２、３３の中心側端部とビアホール導体６５、６８を介して接続している。なお、ストリップライン３１、３２はビアホール導体６８を介して接続しており、ストリップライン３４はビアホール導体６７を介してアース電極６０に接続されている。
【００３９】
ここで特徴的なところは、ストリップライン３２、３３を配置した第２の誘電体層間ｙと入力電極線路６３を配置した第３の誘電体層間ｚを近接させて構成したことにある。
【００４０】
ここで、近接する誘電体層間とは、隣りあう誘電体層間でもよいが、これに限定されるものではない。好ましい構造としては、入力電極線路６３とストリップライン３２、３３との間に他の分布定数線路、その他の伝送線路等が介在しないような構造にすると良い。
【００４１】
これにより、信号入力端子ＩＮから配線が複雑とならないで入力電極線路６３を介して直接ビアホール導体６５、６８でストリップライン３２、３３に接続できるので、複雑な配線によるノイズ源とはならず、入力電極線路６３とストリップライン３２、３３間には他の配線を介在させないので薄型化となるバラントランスを提供できる。
【００４２】
また、他の特徴的なところは、ストリップライン３２、３３の中心側端部と対向する領域に入力電極線路６３の一端６３ａからそれぞれ接続電極６５ａ、６８ａにより引き出し、その先端領域６５ｂ、６８ｂとストリップライン３２、３３の中心側端部とがビアホール導体６５、６８を介して接続している。これによって、更に配線が複雑とならず接続電極６５ａ、６８ａとストリップライン３２、３３の中心側端部との接続が略直線状に形成できるので配線の引き回しが更に簡素化される。
なお、ストリップライン３１、３４を誘電体層６２ｄ、６２ｅ間に別に誘電体層を介在させて形成して入れ替えても構わない。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、入力端子に接続した分布定数線路を、第２、第３の分布定数線路に分離し、第１の出力信号端子に接続する第１の分布定数線路は第２の分布定数線路に互いに電磁界結合可能に、また、第２の出力信号端に接続する第４の分布定数線路は第３の分布定数線路に互いに電磁界結合可能に配置している。従って、各第１、第２の分布定数線路間の電磁界結合と第３、第４の分布定数線路間での電磁界結合の調整が容易にできるバラントランスを提供することができる。
【００４４】
また、何れの周波数でも出力信号のレベル差を小さくでき、かつ、一定の出力レベルを得ることができるバラントランスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のバラントランスの等価回路図である。
【図２】本発明の一実施の形態のバラントランスが用いられるチップ型電子部品の全体構造を示す斜視図である。
【図３】本発明のバラントランスの分解斜視図である。
【図４】本発明のバラントランスの他の実施の形態における分解斜視図である。
【図５】（ａ）は従来のバラントランスの周波数と２つ出力信号のレベル差を示す図であり、（ｂ）は本発明の図３、図４のバラントランスの周波数と２つ出力信号のレベル差を示す図である。
【図６】本発明のバラントランスの他の実施の形態における分解斜視図である。
【図７】従来のバラントランスの等価回路である。
【符号の説明】
１〜４：分布定数線路
１０：バラントランス
１２ａ〜１２ｇ、６２ａ〜６２ｇ：誘電体層
１５ａ〜１５ｈ：端子電極
３１〜３４：ストリップライン
ＯＵＴ１：信号出力端子
ＯＵＴ２：信号出力端子
３５、６３：入力電極線路
５０〜５２、６４〜６８：ビアホール導体
４０、４５、６０、６１：アース電極

Claims

第１〜第４の分布定数線路を有し、前記第１の分布定数線路の一端を信号入力端子とし、前記第１〜第３の分布定数線路の一端を互いに接続し、前記第２、第３の分布定数線路の他端と前記第４の分布定数線路の一端をともに接地し、前記第１の分布定数線路の他端を第１の信号出力端子とし、前記第４の分布定数線路の他端を第２の信号出力端子としてなり、
前記第１の分布定数線路と第２の分布定数線路とが電磁界結合可能に互いに対向し、かつ前記第３の分布定数線路と第４の分布定数線路とが電磁界結合可能に互いに対向して配設されていることを特徴とするバラントランス。
誘電体層が複数積層され、２つの前記誘電体層で形成される第１の誘電体層間と第２の誘電体層間を有してなる積層体を形成するとともに、前記第１の誘電体層間に前記第１の分布定数線路と第４の分布定数線路とを配置し、前記第２の誘電体層間に前記第２の分布定数線路と第３の分布定数線路とを配置していることを特徴とする請求項１記載のバラントランス。