JP4042860B2

JP4042860B2 - バラン

Info

Publication number: JP4042860B2
Application number: JP2004277894A
Authority: JP
Inventors: 聡渡辺; 真井上
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2024-09-24
Also published as: EP1538746A2; US20050168300A1; CN1625045A; EP1538746A3; JP2005192189A; US7205861B2

Description

本発明は、平衡回路と不平衡回路との接続を行なう、例えば、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バランに関する。

従来におけるバランとしては、例えば、特開２００２−４３８８２号公報に開示された技術が知られている。同文献に開示されたバランは、バラン部の不平衡端子にバンドパスフィルタを接続したものである。また、別の例として特開２００２−２７１０３６号公報に開示された技術が知られている。この技術の回路構成は図２２に示すように、一つの不平衡伝送路線２５および一対の平衡伝送線路２６からなるバラン２０と、該バランの不平衡伝送線路に接続される１つのＬと２つのＣから構成された２次のローパスフィルタ２７および１つのＬと３つのＣとから構成された３次のハイパスフィルタ２８からなるダイプレクサの整合回路２２とで構成されたものである。
特開２００２−４３８８２号公報特開２００２−２１７０３６号公報

ところで、前記特開２００２−４３８８２号に開示された従来のバランにあっては、バンドパスフィルタが接続されているために広帯域化が困難であり、また、特開２００２−２１７０３６号に開示されたダイプレクサの整合回路２２にあっては、ローパスフィルタ２７とハイパスフィルタ２８の通過帯域が重ならないように設計するのが一般的であり、バラン２０の低域側はダイブレクサのハイパスフィルタ２８の阻止帯域となり、バラン２０の高域側はタイプレクサのローパスフィルタ２７の阻止領域となるため、特開２００２−４３８８２号と同様に広帯域化に不向きであるといった問題があった（図２３参照）。

また、近年、超広帯域なる通信機器（例えば、携帯電話や無線ＬＡＮ）が注目されており、この規格では、約３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの超広帯域をフラットな特性で通過させることが望まれている。従って、超広帯域のフィルタやバランを実現する場合には、従来用いられてきたものよりも帯域を広げる必要があるが、通常知られた設計手法では超広帯域化を図った場合に、大型化する傾向があるため、携帯電話のような超小型化が要求される機器への組込を想定した素子としては不適当になるといった問題もあった。

本発明は前記した問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、超広帯域化を実現し、かつ、小型化を図ることができるバランを提供せんとするにある。

本発明のバランは前記した目的を達成せんとするもので、その請求項１の手段は、平衡線路と不平衡線路とを備えたバラン部と、該バラン部の前記不平衡線路に接続された整合回路とを具備するバランにおいて、前記バラン部におけるストリップラインの長さを基本設定値であるλ／４よりも短くして中心周波数を高域側にシフトさせ、かつ、ハイパスフィルタで構成した前記整合回路により低域側の帯域を広げることで全体として低い挿入損失である帯域を広くしたことを特徴とする。

請求項２の手段は、平衡線路と不平衡線路とを備えたバラン部と、該バラン部の前記不平衡線路に接続された整合回路とを具備するバランにおいて、前記バラン部は適用中心周波数に合致した共振周波数を生じさせるキャパシタンスおよびインダクタンスよりも小さな値を有するキャパシタおよびインダクタ素子で構成することで中心周波数を高域側にシフトさせ、かつ、ハイパスフィルタで構成した前記整合回路により低域側の帯域を拡張することで全体として低い挿入損失である帯域を広くしたことを特徴とする。

請求項３の手段は、平衡線路と不平衡線路とを備えたバラン部と、該バラン部の前記平衡線路に接続された整合回路とを具備するバランにおいて、前記バラン部におけるストリップラインの長さを基本設定値であるλ／４よりも短くして中心周波数を高域側にシフトさせ、かつ、ハイパスフィルタで構成した前記整合化により低域側の帯域を広げることで全体として低い挿入損失である帯域を広くしたことを特徴とする。

請求項４の手段は、平衡線路と不平衡線路とを備えたバラン部と、該バラン部の前記平衡線路に接続された整合回路とを具備するバランにおいて、前記バラン部は適用中心周波数に合致した共振周波数を生じさせるキャパシタンスおよびインダクタンスよりも小さい値を有するキャパシタおよびインダクタ素子で構成することで中心周波数を高域側にシフトさせ、かつ、ハイパスフィルタで構成した前記整合回路により低域側の帯域を拡張することで全体として低い挿入損失である帯域を広くしたことを特徴とする。

バラン部の不平衡線路に接続された整合回路をハイパスフィルタで構成することで低域側の帯域が拡張され、全体として超広帯域化が可能となる。

また、不平衡線路にキャパシタを直列接続し、インダクタを並列接続すると共に、キャパシタをインダクタよりもバラン部の近くに接続したので、低域の周波数特性が改善される。

さらに、バラン部におけるストリップラインの長さを基本設定値であるλ／４よりも短くするか、または、適用中心周波数に合致した共振周波数を生じさせるキャパシタンスおよびインダクタンスよりも小さな値を有するキャパシタおよびインダクタ素子で構成して中心周波数を高域側にシフトさせ、該シフトした分を前記整合回路の挿入による低域側の帯域拡張により補填することで、全体として超広帯域、かつ、小型化を図ることができる。

また、整合回路は使用帯域の低域側カットオフ付近で、バラン部よりも反射特性を良くすることで、低域側の帯域拡張が図られる。ここで、使用帯域とは本発明のバランの組み込み先となる通信機器で使用される周波数帯域を意味し、例えば、上述した３Ｇ〜１０ＧＨｚが該当帯域となる。この場合、低域カットオフ周波数は３ＧＨｚとなる。

さらに、バラン部におけるストリップラインの長さを基本設定値であるλ／４よりも短くして中心周波数を高域側にシフトさせ、該シフトした分を前記整合回路の挿入による低位側の帯域拡張により補填するようにしたことで、全体として超広帯域で、かつ、バランとしての大きさを小型化することができるという効果を有するものである。

平衡線路と不平衡線路とを備えたバラン部と、該バラン部の前記不平衡線路または平衡線路に接続された整合回路とを具備するバランにおいて、前記バラン部におけるストリップラインの長さを基本設定値であるλ／４よりも短くして中心周波数を高域側にシフトさせ、該シフトした分を前記整合回路の挿入による低位側の帯域拡張により補填し、全体として超広帯域で小型化を図った。

以下、本発明に係るバランの第１の実施例について図１〜図５と共に説明する。
図１は第１の実施例を示すバランの回路図にして、１は１つの不平衡線路１１と２つの平衡線路１２，１３とからなるバラン部、２は前記不平衡線路に接続されたキュパシタＣ１とインダクタＬ１とからなるハイパスフィルタである整合回路であり、該整合回路２におけるキャパシタＣ１は前記不平衡線路１１に直列接続され、インダクタＬ１は前記キャパシタＣ１を介して不平衡線路１１と並列接続されている。

また、バラン部１は、ストリップラインで構成する場合は、適用中心周波数（通信規格で定められる中心周波数の意味）のλ／４よりも短いストリップラインで構成されＬＣ素子で構成する場合は、適用中心周波数に合致した中心周波数を生じさせるＬＣ値よりも小さな値を有するＬＣ素子で構成されている（図２参照）。

このように構成した本発明のバランにあっては、バラン部１にキャパシテＣ１を直列接続し、インダクタＬ１をキャパシタＣ１を介して不平衡線路１１と並列接続した整合回路２であるハイパスフィルタを接続することで、図３に示すように低域側の帯域が拡張される。

上述した帯域拡張の考え方を説明すると、図４に示すように中心周波数が高域側にシフトした分をハイパスフィルタである整合回路２によって補填され全体して超広帯域の特性が得られることになる。

さらに、本発明のようにバラン部１にキャパシテ２１を直列接続し、インダクタＬ１をキャパシタＣ１を介して不平衡線路１１と並列接続した整合回路２であるハイパスフィルタを接続することで、図５に示すように、低域側カットオフ周波数付近にてバラン単体よりも優れた反射ロスが得られ低域側の帯域改善が図られた。なお、図中の点線の特性はバラン単体の反射ロス、２点鎖線はハイパスフィルタの反射ロス、実線は両者を合成した反射ロスである。

第２の実施例は整合回路２を図６に示す不平衡線路１１に直列接続された２つのキャパシタＣ１，Ｃ２と、該２つのキャパシタＣ１，Ｃ２の接続点に１つのインダクタＬ１を接続したものであり、前記した第１の実施例と略同様な超広帯域の特性が得られる（図７参照）。
なお、図において、点線は整合回路２が無い場合の特性、実線は整合回路２を接続した場合の特性である。以下、同様とする。

第３の実施例は整合回路２を図８に示す不平衡線路１１に直列接続された１つのキャパシタＣ１と、該１つのキャパシタＣ１の両側に２つのインダクタＬ１，Ｌ２を接続したものであり、低周波で以上波形が出たが超広帯域は確保できている（図９参照）。

第４の実施例は前記した第２の実施例における整合回路２を図１０に示すようにインダクタＬ１とアースとの間にキャパシタＣ３を直列接続した点で異なるものであるが、第２の実施例と異なり低周波でも平坦な特性の超広帯域特性が得られた（図１１参照）。

以下、本発明のより好適な実施例を明確にするため比較例を説明する。
（比較例１）
図１２の比較例は、不平衡線路１１にキャパシタＣ１を接続しただけの整合回路２であり、高周波に対してキャパシタＣ１は低インピーダンスとなり、図１３に示すように整合回路が無い場合の波形（破線で示す）と同様な波形となって、単なる配線の意味合いとなりキャパシタを接続したことの効果は無い。
（比較例２）
図１４の比較例は、不平衡線路１１にインダクタＬ１を接続しただけの整合回路２であり、ハイインピーダン情報になってインダクタＬ１を取った状態となり、図１５に示すように整合回路が無い場合の波形（破線で示す）と略同様な波形となって整合回路としての効果は得られない。
（比較例３）
図１６の比較例は、不平衡線路１１にキャパシタＣ１を直列接続し、バラン部１の近くに並列にインダクタＬ１を接続した整合回路２であり、図１７に示すように整合回路が無い場合の波形（破線で示す）に対して低域側が低下した後に僅かにレベル上昇する程度であって整合回路としての効果は得られない。
（比較例４）
図１８の比較例は、キャパシタＣ１とインダクタＬ１を並列接続した回路を不平衡線路１１に接続した整合回路２であり、図１９に示すように整合回路が無い場合の波形（破線で示す）と同様な波形となって、整合回路としての効果は得られない。
以上、説明したように、各比較例から判るように本発明のように構成した整合回路２をバラン部１に接続することで、超広帯域で小型化が図れるものである。

第５の実施例は図２０（ａ）に示すように、前記した第１〜第４の実施例がバラン部１における不平衡線路１１に整合回路２を接続したのに対し、本実施例の整合回路２は、平衡線路１２，１３における平衡信号の入出力端に、それぞれキャパシタＣ１，Ｃ２を直列接続し、該キャパシタＣ１，Ｃ２とアースとの間にインダクタＬ１，Ｌ２を接続したハイパスフィルタで構成したものである。

また、図２０（ｂ）は、前記した図２０（ａ）がハイパスフィルタである整合回路２であるのに対して、平衡出力の入出力端のそれぞれにキャパシタＣ１，Ｃ２を接続したものである。

このような整合回路２とすることで、ストリップライン型の場合にあっては、共振器をλ／４より短くでき、また、ＬＣ型の場合にはＬＣ定数を小さく設定することができ、その結果、図４に示すと同様に中心周波数が高域側にシフトされ、しかも、低域側の帯域も拡張された特性を得ることができる。

すなわち、図２１に示すように、平衡線路１２，１３に前記した整合回路２を接続することにより、従来のバラン特性（１点鎖線）と（２点鎖線）に対して本実施例の特性（実線）と（点線）にあっては、低域側の通過帯域が広がり、かつ、反射特性も良好となり、また、高域側における共振器も短くなるので、高周波域も広がった特性が得られるものである。従って、通過帯域が広がり、低域も広がることから全体的な共振点を高く設計でき、その結果、共振器を短くできてバランとして小型化が図れるものである。

本発明に係るバランの構成を示す回路図である。同上のバラン部の回路図である。周波数特性図である。中心周波数が適用中心周波数より高域側にシフトしている特性図である。反射ロスを比較した特性図である。第２の実施例のバランの構成を示す回路図である。整合回路を接続しない場合と本発明の整合回路を接続した場合とを比較した特性図である。第３の実施例のバランの構成を示す回路図である。整合回路を接続しない場合と本発明の整合回路を接続した場合とを比較した特性図である。第４の実施例のバランの構成を示す回路図である。整合回路を接続しない場合と本発明の整合回路を接続した場合とを比較した特性図である。比較例１の構成を示す回路図である。同上の整合回路が無い場合との比較をした特性図である。比較例２の構成を示す回路図である。同上の整合回路が無い場合との比較をした特性図である。比較例３の構成を示す回路図である。同上の整合回路が無い場合との比較をした特性図である。比較例４の構成を示す回路図である。同上の整合回路が無い場合との比較をした特性図である。第５の実施例のバランの構成を示す回路図であって、（ａ）は整合回路としてハイパスフィルタとしたもの、（ｂ）はキャパシタのみとしたものである。同上の特性図である。従来例のバランの構成を示す回路図である。同上の特性図である。

符号の説明

１バラン部
１１不平衡線路
１２，１３平衡線路
２整合回路
Ｃ１〜Ｃ３キャパシタ
Ｌ１，Ｌ２インダクタ

Claims

平衡線路と不平衡線路とを備えたバラン部と、該バラン部の前記不平衡線路に接続された整合回路とを具備するバランにおいて、前記バラン部におけるストリップラインの長さを基本設定値であるλ／４よりも短くして中心周波数を高域側にシフトさせ、かつ、ハイパスフィルタで構成した前記整合回路により低域側の帯域を広げることで全体として低い挿入損失である帯域を広くしたことを特徴とするバラン。
平衡線路と不平衡線路とを備えたバラン部と、該バラン部の前記不平衡線路に接続された整合回路とを具備するバランにおいて、前記バラン部は適用中心周波数に合致した共振周波数を生じさせるキャパシタンスおよびインダクタンスよりも小さな値を有するキャパシタおよびインダクタ素子で構成することで中心周波数を高域側にシフトさせ、かつ、ハイパスフィルタで構成した前記整合回路により低域側の帯域を拡張することで全体として低い挿入損失である帯域を広くしたことを特徴とするバラン。
平衡線路と不平衡線路とを備えたバラン部と、該バラン部の前記平衡線路に接続された整合回路とを具備するバランにおいて、前記バラン部におけるストリップラインの長さを基本設定値であるλ／４よりも短くして中心周波数を高域側にシフトさせ、かつ、ハイパスフィルタで構成した前記整合化により低域側の帯域を広げることで全体として低い挿入損失である帯域を広くしたことを特徴とするバラン。
平衡線路と不平衡線路とを備えたバラン部と、該バラン部の前記平衡線路に接続された整合回路とを具備するバランにおいて、前記バラン部は適用中心周波数に合致した共振周波数を生じさせるキャパシタンスおよびインダクタンスよりも小さい値を有するキャパシタおよびインダクタ素子で構成することで中心周波数を高域側にシフトさせ、かつ、ハイパスフィルタで構成した前記整合回路により低域側の帯域を拡張することで全体として低い挿入損失である帯域を広くしたことを特徴とするバラン。