JP6271941B2 - ハイブリッド回路 - Google Patents
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Description
図22は特許文献1に開示されているブランチライン型90度ハイブリッドを示す構成図である。
図22において、伝送線路101〜104は設定周波数で90度の電気長を有する線路であり、伝送線路101は、入出力端子111と入出力端子112間に接続され、伝送線路102は、入出力端子112と入出力端子113間に接続されている。
また、伝送線路103は、入出力端子113と入出力端子114間に接続され、伝送線路104は、入出力端子111と入出力端子114間に接続されている。
伝送線路102と伝送線路104の特性インピーダンスは、各入出力端子111〜114に接続される負荷インピーダンスZ0と等しく、伝送線路101と伝送線路103の特性インピーダンスはZ0/√2と等しい。
入出力端子111から入力された電波は、伝送線路104を経由して入出力端子114に伝搬する波と、伝送線路101→伝送線路102→伝送線路103の経路で入出力端子114に伝搬する波とに分かれる。
このとき、設定周波数に等しい周波数(所望周波数)において、伝送線路104を経由して入出力端子114に伝搬する波と、伝送線路101→伝送線路102→伝送線路103の経路で入出力端子114に伝搬する波とは、180度の位相差があるため相殺される。
したがって、入出力端子114からは所望周波数の電波が出力されなくなる。このため、入出力端子114は、仮想短絡点とみなせ、アイソレーション端子となる。
また、入出力端子112と入出力端子113の間に伝送線路102が接続されているので、入出力端子112から出力される所望周波数の電波と入出力端子113から出力される所望周波数の電波との位相差が90度になる。
以上より、入出力端子111から所望周波数の電波が入力されると、入出力端子112,113から90度の位相差がある等電力の所望周波数の電波が出力され、入出力端子114から所望周波数の電波が出力されないことになる。
図1はこの発明の実施の形態1によるハイブリッド回路を示す構成図である。
図1のハイブリッド回路は、設定周波数(設計上の所望の周波数)で90度の電気長を有する伝送線路1〜12から構成されている。
第1の伝送線路である伝送線路1は、第1の端子である入出力端子51と、第2の端子である入出力端子52との間に接続されている。
第2の伝送線路である伝送線路2は、入出力端子52と、第3の端子である入出力端子53との間に接続されている。
第3の伝送線路である伝送線路3は、入出力端子53と、第4の端子である入出力端子54との間に接続されている。
第4の伝送線路である伝送線路4は、入出力端子54と、第5の端子である入出力端子55との間に接続されている。
第6の伝送線路である伝送線路6は、一端が伝送線路5の他端と接続されている。
第7の伝送線路である伝送線路7は、伝送線路6の他端と、第6の端子である入出力端子56との間に接続されている。
第9の伝送線路である伝送線路9は、伝送線路6の他端と、入出力端子54との間に接続されている。
第10の伝送線路である伝送線路10は、入出力端子55と入出力端子56との間に接続されている。
第12の伝送線路である伝送線路12は、一端が接地されて、他端が伝送線路6の他端と接続されている。
入出力端子51から入力された電波は、伝送線路1〜10を介して、入出力端子52〜56に伝搬される。
このとき、図1のハイブリッド回路では、伝送線路11と伝送線路12が設定周波数でオープンになっており、等価的には、図2のように表される。
同様に、入出力端子53と入出力端子54の間には、伝送線路3が接続されているため、入出力端子53から出力される電波と、入出力端子54から出力される電波との位相差が90度になる。
同様に、入出力端子54と入出力端子55の間には、伝送線路4が接続されているため、入出力端子54から出力される電波と、入出力端子55から出力される電波との位相差が90度になる。
したがって、入出力端子52〜55からは、互いに90度の位相差がある4つの所望周波数の電波(例えば、位相−90度(270度)の電波、位相180度の電波、位相90度の電波、位相0度の電波)がそれぞれ出力される。
一方、入出力端子56においては、主な経路である伝送線路1,2,3,4,10を通る電波の位相と、伝送線路5,6,7を通る電波の位相とが逆位相であるため相殺されて、電波が出力されなくなる。
図2のハイブリッド回路は、図3及び図4に示すように、伝送線路3,6に相当する伝送線路の中点で線対称になるため、電気壁及び磁気壁を仮定することで解析される。
図3は伝送線路3,6に相当する伝送線路の中点が電気壁であると仮定する場合のハイブリッド回路の動作原理を示す説明図である。
また、図4は伝送線路3,6に相当する伝送線路の中点が磁気壁であると仮定する場合のハイブリッド回路の動作原理を示す説明図である。
Z1=Z2=Z3=Z0のとき、式(1)は下記の式(3)のようになり、式(2)は下記の式(4)のようになる。
式(9)及び図10から分かるように、入出力端子51から入力された所望周波数の電波は、入出力端子51で反射が生じずに、所望周波数の電力が等分配されたのち、反転されて入出力端子53から出力される。
また、図6は回路シミュレータにおける入出力端子51〜56の反射振幅特性を示す説明図であり、図7は回路シミュレータにおける入出力端子51から入出力端子52〜56への通過振幅特性を示す説明図である。
さらに、図8は回路シミュレータにおける入出力端子51から入出力端子52〜56への通過位相特性を示す説明図である。
図5〜図8の示す結果は、一端が接地されている伝送線路11,12の他端が伝送線路5,6の他端と接続されている場合でも、同様である。
図9はTジャンクション部分とクロスジャンクション部分をレイアウトした場合の模式図である。
図10はTジャンクションを示す等価回路であり、図11はクロスジャンクションを示す等価回路である。
また、図12はTジャンクションとクロスジャンクションの移相量の差異の計算結果を示す説明図である。
このことは、図9及び図10の等価回路や、図12の計算結果から分かる。このため、伝送線路3と伝送線路6の物理長が異なってレイアウトが難しくなり、所望の特性(互いに90度の位相差がある等電力の4つの電波の出力)に対する誤差が生じ易くなる。
そこで、この実施の形態1では、図1に示すように、伝送線路11と伝送線路12を備えることで、伝送線路8と伝送線路5と伝送線路6との接続点や、伝送線路9と伝送線路6と伝送線路7との接続点が4分岐(クロスジャンクション)になるようにして、伝送線路3と伝送線路6の物理長を等しくしている。
図13は図9のTジャンクション部分をクロスジャンクション部分に変更してレイアウトした場合の模式図である。
このように、Tジャンクション部分をクロスジャンクション部分に変更して、伝送線路3と伝送線路6の物理長を等しくすることで、レイアウトが容易になり、所望の特性が精度よく得られる。
図14はこの発明の実施の形態2によるハイブリッド回路を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図14のハイブリッド回路は、設計周波数(設計上の所望の周波数)で90度の電気長を有する伝送線路1〜16から構成されている。
第13の伝送線路である伝送線路13は、一端が接地されて、他端が入出力端子51と接続されている。
第14の伝送線路である伝送線路14は、一端が接地されて、他端が入出力端子52と接続されている。
第15の伝送線路である伝送線路15は、一端が接地されて、他端が入出力端子55と接続されている。
第16の伝送線路である伝送線路16は、一端が接地されて、他端が入出力端子56と接続されている。
図15は図14のハイブリッド回路のレイアウトを示す模式図であり、伝送線路1,8,9,10の物理長が等しくなっていることが分かる。これにより、レイアウトが容易となり、所望の特性の精度が向上する。
図16はこの発明の実施の形態3によるハイブリッド回路を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図16のハイブリッド回路は、設定周波数で90度の電気長を有する伝送線路1〜10と伝送線路17から構成されている。
第11の伝送線路である伝送線路17は伝送線路6と並列に接続されており、伝送線路6,17の特性インピーダンスを伝送線路3の特性インピーダンスより高くすることで、伝送線路6と伝送線路17からなる並列線路の電気特性が伝送線路3の電気特性と等しくなるように構成されている。
例えば、特性インピーダンスが100Ωの伝送線路を2本並列に接続した場合、概略50Ωの特性インピーダンスを持つ1本の伝送線路と同等になる。
図17はこの発明の実施の形態4によるハイブリッド回路を示す構成図であり、図において、図16と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図17のハイブリッド回路は、設定周波数で90度の電気長を有する伝送線路1〜10と伝送線路17〜19から構成されている。
第12の伝送線路である伝送線路18は伝送線路1と並列に接続されており、伝送線路1,18の特性インピーダンスを伝送線路8の特性インピーダンスより高くすることで、伝送線路1と伝送線路18からなる並列線路の電気特性が伝送線路8の電気特性と等しくなるように構成されている。
第13の伝送線路である伝送線路19は伝送線路10と並列に接続されており、伝送線路10,19の特性インピーダンスを伝送線路9の特性インピーダンスより高くすることで、伝送線路10と伝送線路19からなる並列線路の電気特性が伝送線路9の電気特性と等しくなるように構成されている。
図18はこの発明の実施の形態5によるハイブリッド回路を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
上記実施の形態1では、入出力端子53と入出力端子54の間に伝送線路3が接続されているものを示したが、上記実施の形態1よりも、伝送線路3の特性インピーダンスを高くする一方、伝送線路6の長さで決まる入出力端子53と入出力端子54との間隔に収まるように、伝送線路3を折り曲げることで、上記実施の形態1の伝送線路3と同等の電気特性となるようにして、Tジャンクションとクロスジャンクションにより異なる移相量を補正するようにしてもよい。
なお、折り曲げられた伝送線路3は、折り曲げられる前の特性インピーダンスよりも低下するため、上記実施の形態1の伝送線路3より、特性インピーダンスを高くしておく必要がある。
図19はこの発明の実施の形態6によるハイブリッド回路を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
上記実施の形態1では、入出力端子53と入出力端子54の間に伝送線路3が接続されているものを示したが、この実施の形態6では、入出力端子53と入出力端子54の間に伝送線路20aを接続するとともに、その伝送線路20aの中点にオープンスタブである伝送線路20bを接続するようにしてもよい。このオープンスタブは容量性リアクタンスである。
この場合、伝送線路20aと伝送線路20bから第3の伝送線路が構成される。
補正量に応じて伝送線路20bの電気長が決まり、伝送線路20bの装荷によって低インピーダンス化した特性インピーダンスを元に戻すため、この実施の形態6では、伝送線路20aの特性インピーダンスを、上記実施の形態1の伝送線路3より高くしておく必要がある。
上記実施の形態1〜6に記述している伝送線路1〜20のうち、少なくとも一つの伝送線路については、集中定数素子(例えば、キャパシタ、インダクタなど)を用いて構成されていてもよい。
図20は集中定数素子で構成されている伝送線路の一例を示す構成図であり、41,42はキャパシタ、43はインダクタ、44は伝送線路である。
また、少なくとも一つの伝送線路については、可変容量素子を用いて構成して、設定周波数を変化させるようにしてもよい。
図21は可変容量素子で構成されている伝送線路の一例を示す構成図であり、45,46は可変容量素子である。
Claims (17)
- 設定周波数で90度の電気長を有する第1から第12の伝送線路を備え、
前記第1の伝送線路は第1の端子と第2の端子間に接続され、
前記第2の伝送線路は前記第2の端子と第3の端子間に接続され、
前記第3の伝送線路は前記第3の端子と第4の端子間に接続され、
前記第4の伝送線路は前記第4の端子と第5の端子間に接続され、
前記第5の伝送線路は一端が前記第1の端子と接続され、
前記第6の伝送線路は一端が前記第5の伝送線路の他端と接続され、
前記第7の伝送線路は前記第6の伝送線路の他端と第6の端子間に接続され、
前記第8の伝送線路は前記第5の伝送線路の他端と前記第3の端子間に接続され、
前記第9の伝送線路は前記第6の伝送線路の他端と前記第4の端子間に接続され、
前記第10の伝送線路は前記第5の端子と前記第6の端子間に接続され、
前記第11の伝送線路は一端が接地されて、他端が前記第5の伝送線路の他端と接続され、
前記第12の伝送線路は一端が接地されて、他端が前記第6の伝送線路の他端と接続されていることを特徴とするハイブリッド回路。 - 前記設定周波数で90度の電気長を有する第13から第16の伝送線路を備え、
前記第13の伝送線路は一端が接地されて、他端が前記第1の端子と接続され、
前記第14の伝送線路は一端が接地されて、他端が前記第2の端子と接続され、
前記第15の伝送線路は一端が接地されて、他端が前記第5の端子と接続され、
前記第16の伝送線路は一端が接地されて、他端が前記第6の端子と接続されていることを特徴とする請求項1記載のハイブリッド回路。 - 設定周波数で90度の電気長を有する第1から第10の伝送線路を備え、
前記第1の伝送線路は第1の端子と第2の端子間に接続され、
前記第2の伝送線路は前記第2の端子と第3の端子間に接続され、
前記第3の伝送線路は前記第3の端子と第4の端子間に接続され、
前記第4の伝送線路は前記第4の端子と第5の端子間に接続され、
前記第5の伝送線路は一端が前記第1の端子と接続され、
前記第6の伝送線路は一端が前記第5の伝送線路の他端と接続され、
前記第7の伝送線路は前記第6の伝送線路の他端と第6の端子間に接続され、
前記第8の伝送線路は前記第5の伝送線路の他端と前記第3の端子間に接続され、
前記第9の伝送線路は前記第6の伝送線路の他端と前記第4の端子間に接続され、
前記第10の伝送線路は前記第5の端子と前記第6の端子間に接続されており、
さらに、前記第6の伝送線路と並列に第11の伝送線路が接続され、
前記第6の伝送線路と前記第11の伝送線路からなる並列線路の電気特性が前記第3の伝送線路の電気特性と等しいことを特徴とするハイブリッド回路。 - 設定周波数で90度の電気長を有する第1から第5及び第7から第10の伝送線路と、第6の伝送線路とを備え、
前記第1の伝送線路は第1の端子と第2の端子間に接続され、
前記第2の伝送線路は前記第2の端子と第3の端子間に接続され、
前記第3の伝送線路は前記第3の端子と第4の端子間に接続され、
前記第4の伝送線路は前記第4の端子と第5の端子間に接続され、
前記第5の伝送線路は一端が前記第1の端子と接続され、
前記第6の伝送線路は一端が前記第5の伝送線路の他端と接続され、
前記第7の伝送線路は前記第6の伝送線路の他端と第6の端子間に接続され、
前記第8の伝送線路は前記第5の伝送線路の他端と前記第3の端子間に接続され、
前記第9の伝送線路は前記第6の伝送線路の他端と前記第4の端子間に接続され、
前記第10の伝送線路は前記第5の端子と前記第6の端子間に接続されており、
さらに、前記第6の伝送線路と並列に第11の伝送線路が接続され、
前記第6の伝送線路と前記第11の伝送線路からなる並列線路が設定周波数で90度の電気長を有し、前記並列線路の電気特性が前記第3の伝送線路の電気特性と等しいことを特徴とするハイブリッド回路。 - 前記第1の伝送線路と並列に第12の伝送線路が接続され、
前記第10の伝送線路と並列に第13の伝送線路が接続され、
前記第1の伝送線路と前記第12の伝送線路からなる並列線路の電気特性が前記第8の伝送線路の電気特性と等しく、前記第10の伝送線路と前記第13の伝送線路からなる並列線路の電気特性が前記第9の伝送線路の電気特性と等しいことを特徴とする請求項3記載のハイブリッド回路。 - 設定周波数で90度の電気長を有する第2から第5及び第7から第9の伝送線路と、第1、第6及び第10の伝送線路とを備え、
前記第1の伝送線路は第1の端子と第2の端子間に接続され、
前記第2の伝送線路は前記第2の端子と第3の端子間に接続され、
前記第3の伝送線路は前記第3の端子と第4の端子間に接続され、
前記第4の伝送線路は前記第4の端子と第5の端子間に接続され、
前記第5の伝送線路は一端が前記第1の端子と接続され、
前記第6の伝送線路は一端が前記第5の伝送線路の他端と接続され、
前記第7の伝送線路は前記第6の伝送線路の他端と第6の端子間に接続され、
前記第8の伝送線路は前記第5の伝送線路の他端と前記第3の端子間に接続され、
前記第9の伝送線路は前記第6の伝送線路の他端と前記第4の端子間に接続され、
前記第10の伝送線路は前記第5の端子と前記第6の端子間に接続されており、
さらに、前記第6の伝送線路と並列に第11の伝送線路が接続され、
前記第1の伝送線路と並列に第12の伝送線路が接続され、
前記第10の伝送線路と並列に第13の伝送線路が接続され、
前記第6の伝送線路と前記第11の伝送線路からなる第1の並列線路と、前記第1の伝送線路と前記第12の伝送線路からなる第2の並列線路と、前記第10の伝送線路と前記第13の伝送線路からなる第3の並列線路とが設定周波数で90度の電気長を有するとともに、前記第1の並列線路の電気特性が前記第3の伝送線路の電気特性と等しく、前記第2の並列線路の電気特性が前記第8の伝送線路の電気特性と等しく、前記第3の並列線路の電気特性が前記第9の伝送線路の電気特性と等しいことを特徴とするハイブリッド回路。 - 前記第3の伝送線路は、前記第6の伝送線路の長さで決まる前記第3の端子と前記第4の端子との間隔に収まるように折り曲げられていることを特徴とする請求項1記載のハイブリッド回路。
- 前記第3の伝送線路は、前記第3の端子と前記第4の端子間に接続されている伝送線路と、前記伝送線路と接地の間に接続されている容量性リアクタンスとから構成されており、
前記第3の伝送線路の物理長が前記第6の伝送線路の物理長と等しいことを特徴とする請求項1記載のハイブリッド回路。 - 前記第6及び第11の伝送線路の特性インピーダンスが前記第3の伝送線路の特性インピーダンスより高いことを特徴とする請求項3または請求項4記載のハイブリッド回路。
- 前記第6及び第11の伝送線路の特性インピーダンスが前記第3の伝送線路の特性インピーダンスより高く、
前記第1及び第12の伝送線路の特性インピーダンスが前記第8の伝送線路の特性インピーダンスより高く、
前記第10及び第13の伝送線路の特性インピーダンスが前記第9の伝送線路の特性インピーダンスより高いことを特徴とする請求項5または請求項6記載のハイブリッド回路。 - 前記第3の伝送線路の特性インピーダンスが前記第6の伝送線路の特性インピーダンスより高いことを特徴とする請求項7記載のハイブリッド回路。
- 前記第1から第10の伝送線路の特性インピーダンスが前記第1の端子の特性インピーダンスと等しいことを特徴とする請求項1または請求項2記載のハイブリッド回路。
- 前記第1から第5の伝送線路及び前記第7から第10の伝送線路の特性インピーダンスが前記第1の端子の特性インピーダンスと等しいことを特徴とする請求項3、請求項4または請求項9記載のハイブリッド回路。
- 前記第2から第5の伝送線路及び前記第7から第9の伝送線路の特性インピーダンスが前記第1の端子の特性インピーダンスと等しいことを特徴とする請求項5、請求項6または請求項10記載のハイブリッド回路。
- 前記第1から第2の伝送線路及び前記第4から第10の伝送線路の特性インピーダンスが前記第1の端子の特性インピーダンスと等しいことを特徴とする請求項7または請求項11記載のハイブリッド回路。
- 少なくとも一つの伝送線路が集中定数素子で構成されていることを特徴とする請求項1から請求項15のうちのいずれか1項記載のハイブリッド回路。
- 少なくとも一つの伝送線路が可変容量素子を含むことを特徴とする請求項1から請求項16のうちのいずれか1項記載のハイブリッド回路。
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