JP2010515331A

JP2010515331A - デュアルバンド−ｃｒｌｈ伝送線路を用いた電力分配器、及び電力合成器

Info

Publication number: JP2010515331A
Application number: JP2009543944A
Authority: JP
Inventors: フーンリョウ、ビュン; モスン、ウォン; リュルシン、ドン; ヒュンパーク、チャン; ピョキム、ジョン
Original assignee: イーエムダブリュカンパニーリミテッド
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2010-05-06
Also published as: CN101589506A; EP2127018A1; EP2127018A4; KR20080062587A; KR100883529B1; WO2008082148A1; US20100026416A1

Abstract

デュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路を用いた電力分配器及び電力合成器を提供する。本発明に係る入力端子及び二つの出力端子を備える電力分配器は、入力端子及び出力端子のそれぞれに二つの端が接続される二つの伝送線路と、出力端子にそれぞれ一端が連結され、他端がグラウンドに接続される二つの短絡スタブとを備える。伝送線路は、出力端子に連結された終端インピーダンスの２倍の値を特性インピーダンスとして有する第１のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路を利用し、短絡スタブは、終端インピーダンスと同じ値を特性インピーダンスとして有する第２のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路を利用することができる。第１のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路及び第２のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路は、入力信号に対して高周波帯域で９０度、低周波帯域で−９０度の位相遅延を引き起こす。

Description

本発明は、デュアルバンド−ＣＲＬＨ（ｄｕａｌｂａｎｄ−ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＲｉｇｈｔ／Ｌｅｆｔ−Ｈａｎｄｅｄ）伝送線路を用いた電力分配器及び電力合成器に係り、さらに詳細には、デュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路を用いてウィルキンスン電力分配器／電力合成器の阻止帯域特性を向上させて、動作周波数の制約及び広帯域による阻止帯域特性問題を解決することができる電力分配器及び電力合成器に関する。

電力分配器は、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路において、入力された電力を所定の割合で分けて出力ポートに分配する回路であって、電力損失なしで所望する割合で電力を分配するだけでなく、出力ポート間を隔離させて両ポートの相互の影響による回路特性の変化を防止する。また、電力分配器は、入出力ポートを切り替えて電力合成器として使用することも可能である。

従来の電力分配器／電力合成器としてはウィルキンスン電力分配器（Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎｐｏｗｅｒｄｉｖｉｄｅｒ）が広く使用されてきた。一般的に、ウィルキンスン電力分配器は、ＲＨ（Ｒｉｇｈｔ−Ｈａｎｄｅｄ）特性を有する伝送線路を用いて、設計者が所望する周波数帯域を有するように設計されたものであって、二つの信号の和または分配に利用されるマイクロ波素子である。

図１は、従来技術において、ウィルキンスン電力分配器を概略的に示す図面である。図１に示すように、ウィルキンスン電力分配器１００は、入力端子１０１及び二つの出力端子１０２、１０３を備え、入力端子１０１に入力された電力は、同じ割合で出力端子１０２、１０３に分配される。伝送線路１０４、１０５の特性インピーダンスＺＯＴは、

に設定され、７０．７Ωの値を有する。このとき、ＺＯは、出力端子１０２、１０３の終端インピーダンスを意味する。このような伝送線路１０４、１０５の長さは、回路の動作波長がλである場合、λ／４に設定される。また、抵抗１０６は、終端インピーダンスの２倍、すなわち、２ＺＯであり、１００Ωの値を有する。

このようなウィルキンスン電力分配器は、ＲＨ伝送線路を用いて具現されるため、そのサイズが波長に比例して低周波帯域では非常に大きく、設計された周波数の乗じられる周波数帯域でのみ再使用が可能である。また、広帯域の特性によって阻止帯域特性が優秀ではないという問題点がある。

このような問題点を解決するための従来技術として、ＲＨ伝送線路及びＬＨ（Ｌｅｆｔ−Ｈａｎｄｅｄ）伝送線路の組み合わせであるＣＲＬＨがある。図２は、従来技術において、ＣＲＬＨを用いたウィルキンスン電力分配器の概略的な構成を示す図面であり、図３は、このようなウィルキンスン電力分配器に対する挿入損失及び反射係数を示すグラフである。ウィルキンスン電力分配器２００は、図１で説明したウィルキンスン電力分配器１００と同じであるが、伝送線路１０４、１０５をＣＲＬＨ２０１に代替した。

このようなＣＲＬＨ２０１は、特に、デュアルバンド特性を有するように設計されたデュアルバンド−ＣＲＬＨは、任意のデュアルバンドでの使用を可能とした。しかし、図３のグラフ３００から確認できるように、ウィルキンスン電力分配器の広帯域特性によっても、既存の問題点であった阻止帯域特性を向上させることはできないという問題点を有する。

本発明は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、デュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路を用いた電力分配器に関する新しい技術を提案する。

本発明は、デュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路を用いたウィルキンスン電力分配器を、設計者が所望する任意のデュアルバンド動作特性を有するように具現することを目的とする。

本発明は、デュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路を用いた短絡スタブ（ｓｈｏｒｔ−ｓｔｕｂ）を通じて阻止帯域特性を向上させて、動作周波数制約の問題及び広帯域による阻止帯域特性の問題を解決することを他の目的とする。

前述の目的を達成し、前述した従来技術の問題点を解決するために、本発明の一実施形態に係る入力端子及び二つの出力端子を備える電力分配器は、入力端子及び出力端子のそれぞれに二つの端が接続される二つの伝送線路と、出力端子にそれぞれ一端が連結され、他端がグラウンドに接続される二つの短絡スタブとを備える。

本発明の一態様によれば、伝送線路は、実質的に出力端子に連結された終端インピーダンスの２倍の値を特性インピーダンスとして有する第１のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路であり、短絡スタブは、終端インピーダンスと実質的に同じ値を特性インピーダンスとして有する第２のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路であることができる。

本発明の他の態様によれば、第１のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路及び第２のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路は、入力信号に対して高周波帯域で９０度、低周波帯域で−９０度の位相遅延を引き起こすことができる。

本発明のさらに他の態様によれば、第１のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路及び第２のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路は、二つの直列インダクタ及び並列キャパシタを備えるＲＨ伝送線と、二つの直列キャパシタ及び並列インダクタを備えるＬＨ伝送線との結合によって等価化することができる少なくとも一つのセルをそれぞれ備えることができる。このとき、ＲＨ伝送線は、入力信号に対して高周波帯域で正の位相遅延を引き起こし、ＬＨ伝送線は、入力信号に対して低周波帯域で負の位相遅延を引き起こすことができる。

本発明の他の実施形態によれば、出力端子及び二つの入力端子を備える電力合成器は、出力端子及び入力端子のそれぞれに二つの端が接続される二つの伝送線路と、入力端子にそれぞれ一端が連結され、他端がグラウンドに接続される二つの短絡スタブとを備える。

本発明によれば、デュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路を用いたウィルキンスン電力分配器を、設計者が所望する任意のデュアルバンド動作特性を有するように具現することができる。

本発明によれば、デュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路を用いた短絡スタブを通じて阻止帯域特性を向上させて、動作周波数制約の問題及び広帯域による阻止帯域特性の問題を解決することができる。

従来技術においてウィルキンスン電力分配器を概略的に示す図面である。従来技術においてＣＲＬＨを用いたウィルキンスン電力分配器を概略的に示す図面である。従来技術においてウィルキンスン電力分配器の挿入損失及び反射係数を示すグラフである。本発明の一実施形態において電力分配器を説明するための図面である。本発明の一実施形態においてデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路を構成するセルの内部構成を説明するための図面である。本発明に係る電力分配器の挿入損失、隔離度及び反射係数についての一例を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る多様な実施形態を詳細に説明する。本明細書において、「接続」という用語は、二つの要素が電気的に接続されていることを意味し、他の構成要素が介在されていても、二つの要素の間に電子が移動可能な通路が形成されている場合ならば全て接続されたと説明する。また、「送受信機」は、ＲＦ信号を送信または受信する装置を意味するものであって、送信機と受信機の両方を含む。しかも、以下では電力分配器について説明するが、電力合成器についても対応するように適用されることができる。

本発明は、設計者が所望するデュアル周波数バンドに使用することが可能であり、阻止帯域特性の向上したウィルキンスン電力分配器に係り、デュアルバンド−ＣＲＨ伝送線路を用いてウィルキンスン電力分配器の阻止帯域特性を向上させて、動作周波数制約の問題及び広帯域による阻止帯域特性の問題を解決することができる電力分配器に関する。

図４は、本発明の一実施形態において、電力分配器を説明するための図面である。このとき、電力分配器４００は、図４に示すように、一つの入力端子４０１、二つの出力端子４０２、４０３、二つの伝送線路４０４、短絡スタブ４０５、４０６及び抵抗４０７を備えることができ、デュアルバンド９００ＭＨｚ及び２．４ＧＨｚで阻止帯域特性を向上させるために設計された一例である。

このとき、入力端子４０１及び出力端子４０２、４０３に連結される終端インピーダンスは５０Ωの値を有することができる。終端インピーダンスに対して伝送線路４０４は、終端インピーダンスの

倍の値（７０．７Ω）を特性インピーダンスとして有するデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路を用いて具現されることができ、短絡スタブ４０５、４０６は、終端インピーダンスと同じ値（５０Ω）の特性インピーダンスを有するデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路を用いて構成されることができる。また、二つの出力端子４０２、４０３を連結する抵抗４０７は、終端インピーダンスの２倍の値である１００Ωを有するように構成されることができる。デュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路の特性インピーダンスの設定については後述する。

このような伝送線路４０４及び短絡スタブ４０５、４０６を構成するデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路は、低周波帯域及び高周波帯域のデュアルバンド特性を有するように設計されることができ、そのためにＮ個のセルで構成されることができる。セルは、互いに同一の電磁気的特性を有する。具体的に、デュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路は、低周波帯域では−９０度、高周波帯域では９０度の位相遅延を有するように設計されることができる。すなわち、低周波帯域ではＣＲＬＨ伝送線路によって位相が９０度前進し、高周波帯域ではＣＲＬＨ伝送線路によって位相が９０度遅延するように設計されて、従来の電力分配器と同一の効果を得ることができる。それぞれのセル５００の位相特性及び伝送線路を構成するセル５００の個数Ｎは、このような位相遅延を実現するように設定されることができる。これについては後述する。

図５は、本発明の一実施形態において、デュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路を構成するセルの内部構成を説明するための図面である。セル５００は、主に二つの直列キャパシタ及び並列インダクタを備えるＬＨ伝送線５０２と、二つの直列インダクタ及び並列キャパシタを備えるＲＨ伝送線５０１との結合によって構成される。このとき、ＲＨ伝送線５０１は、マイクロストリップなどの分散整数素子である伝送線路を用いて具現され、ＬＨ伝送線５０２は、ＬＣ集中整数素子を用いて具現されることができる。図５において、セル５００は別途の２つの伝送線５０１、５０２の結合からなるが、実質的にＲＨ伝送線５０１は、単にＬＨ伝送線５０２を構成する集中整数素子を連結する伝送線路の形態で具現されることもできる。

以下、セル５００の特性インピーダンス及び位相特性について前述する。図５に示すようなセル５００の伝播定数（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｃｏｎｓｔａｎｔ）βＣＲＬＨは、近似的に次の数式１のように表現されることができる。

ここで、ωは、各周波数であり、ｐは、セルのサイズである。

数式１から分かるように、周波数が低い場合には、Ｌ_L及びＣ_Lが優勢な影響を与え、周波数が高い場合には、Ｌ_R及びＣ_Rが優勢な影響を与える。したがって、低い周波数ではＬＨ線路による負の位相遅延（−９０度）を主に利用し、高い周波数では従来の電力分配器のように、ＲＨ線路による正の位相遅延（９０度）を主に利用して、２つの帯域の両方で必要な位相遅延を達成することができる。特に、低周波帯域では、ＬＨ線路によって位相前進を実現することによって、伝送線路の長さが従来と異なり波長に関係なく設定され、低周波信号の波長の１／４以下になることができる。一方、高周波に対しては、主にＲＨ線路によって位相遅延を具現するため、その長さが高周波信号波長の１／４になる。しかし、低周波信号の波長がさらに長いため、依然としてＬＨ線路の利用によって回路の小型化が達成される。

また、数式１から、２つの使用周波数で位相遅延Φ_CRLHを９０度（π／２）または−９０度（−π／２）にするためのインダクタンスＬ_L、キャパシタンスＣ_L、伝送線路の長さ（すなわち、それによるＬ_R及びＣ_R）、及びセルの個数Ｎを決定することができる。特に、セル５００のＬＨ伝送線５０２及びＲＨ伝送線５０１が整合している場合、すなわち、

である場合に、ＬＨ伝送線路のキャパシタンス及びインダクタンスは次の数式２及び数式３によって与えられる。

数式２及び数式３において、ｆ₁及びｆ₂は、それぞれ低周波及び高周波中心の周波数であり、Ｚ₀は、伝送線路の特性インピーダンスである。Ｚ₀は、伝送線路４０４に対しては７０．７Ω、短絡スタブ４０５に対しては５０Ωであることができる。これにより、セル５００を用いて伝送線路４０４及び短絡スタブ４０５を具現することができる。特に、ｆ₁がｆ₂に比べて非常に小さい場合、Ｌ_Lの値を調整して主にｆ₁を自由に調整することも可能である。

このようなセル５００の例として、図５に示すように、二つの直列キャパシタはそれぞれキャパシタンスＣ_L／２を利用し、並列インダクタはインダクタンスＬ_Lを利用することができる。

図６は、本発明に係る電力分配器の挿入損失（細い実線）、隔離度（太い実線）及び反射係数（波線）についての一例を示すグラフである。図６のグラフ６００に示すように、電力分配器による隔離度は９００ＭＨｚ及び２．４ＧＨｚないし−４５ｄＢの非常に小さい値を有することが確認できる。すなわち、二つの出力端子間の隔離度が優秀であることが分かる。

また、低周波帯域である９００ＭＨｚ帯域で反射係数６０１は−３６．７４３ｄＢ、挿入損失６０２は−３ｄＢに近接して、二つの出力端子間に電力が正確に分配されていることが確認できる。さらに、高周波帯域である２．４ＧＨｚ帯域でも反射係数６０３は−２７．７１７ｄＢ、挿入損失６０４は−３ｄＢに近接して、高周波帯域でも二つの出力端子間に電力が正確に半分ずつ分配されていることが分かる。

一方、９００ＭＨｚ帯域及び２．４ＧＨｚ帯域間の阻止帯域で隔離度及び反射係数６０５が０ｄＢ近くまで大いに増加して、−３ｄＢ以下の反射係数を有する従来の電力分配器（図３を参照）に比べて優れた阻止帯域特性を有するということが確認された。

このように、本発明に係る電力分配器を利用すれば、ＣＲＬＨ伝送線路を用いたウィルキンスン電力分配器を、設計者が所望する任意のデュアルバンド動作特性を有するように具現することができ、デュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路を用いた短絡スタブを通じて阻止帯域特性を向上させて、動作周波数制約の問題及び広帯域による阻止帯域特性の問題を解決することができる。

以上のように、本発明では具体的な構成要素のような特定の事項と限定された実施形態及び図面によって説明されたが、これは単に本発明のより全般的な理解を助けるために提供されたものであり、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、当業者ならばこのような記載から多様な修正及び変形が可能である。例えば、本明細書で集中整数素子として説明された如何なる構成要素も分布整数回路で具現することが可能であり、その逆の場合も可能である。また、回路の具体的な構成に関係なく、本明細書で説明した回路として等価化することができるなら、それも本発明の範囲に含まれる。

したがって、本発明の思想は説明された実施形態に限って定められてはならず、特許請求の範囲だけでなく、特許請求の範囲と均等であるか、または等価的な変形のある全てのものは本発明の思想の範疇に属する。

Claims

入力端子及び二つの出力端子を備える電力分配器において、
前記入力端子及び前記出力端子のそれぞれに二つの端が接続される二つの伝送線路と、
前記出力端子にそれぞれ一端が連結され、他端がグラウンドに接続される二つの短絡スタブと、
を備える電力分配器。
前記伝送線路は、実質的に前記出力端子に連結された終端インピーダンスの２倍の値を特性インピーダンスとして有する第１のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路であり、
前記短絡スタブは、前記終端インピーダンスと実質的に同じ値を特性インピーダンスとして有する第２のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路である請求項１に記載の電力分配器。
前記第１のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路及び前記第２のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路は、入力信号に対して高周波帯域で９０度、低周波帯域で−９０度の位相遅延を引き起こす請求項２に記載の電力分配器。
前記第１のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路及び前記第２のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路は、二つの直列インダクタ及び並列キャパシタを備えるＲＨ伝送線と、二つの直列キャパシタ及び並列インダクタを備えるＬＨ伝送線との結合によって等価化することができる少なくとも一つのセルをそれぞれ備える請求項２に記載の電力分配器。
前記ＲＨ伝送線は、入力信号に対して高周波帯域で正の位相遅延を引き起こし、前記ＬＨ伝送線は、前記入力信号に対して低周波帯域で負の位相遅延を引き起こす請求項４に記載の電力分配器。
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電力分配器を備える送受信機。
出力端子及び二つの入力端子を備える電力合成器において、
前記出力端子及び前記入力端子のそれぞれに二つの端が接続される二つの伝送線路と、
前記入力端子にそれぞれ一端が連結され、他端がグラウンドに接続される二つの短絡スタブと、
を備える電力合成器。
前記伝送線路は、実質的に前記入力端子に連結された終端インピーダンスの２倍の値を特性インピーダンスとして有する第１のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路であり、
前記短絡スタブは、前記終端インピーダンスと実質的に同じ値を特性インピーダンスとして有する第２のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路である請求項７に記載の電力合成器。
前記第１のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路及び前記第２のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路は、入力信号に対して高周波帯域で９０度、低周波帯域で−９０度の位相遅延を引き起こす請求項８に記載の電力合成器。
前記第１のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路及び前記第２のデュアルバンド−ＣＲＬＨ伝送線路は、二つの直列インダクタ及び並列キャパシタを備えるＲＨ伝送線と、二つの直列キャパシタ及び並列インダクタを備えるＬＨ伝送線との結合によって等価化することができる少なくとも一つのセルをそれぞれ備える請求項８に記載の電力合成器。
前記ＲＨ伝送線は、入力信号に対して高周波帯域で正の位相遅延を引き起こし、前記ＬＨ伝送線は、前記入力信号に対して低周波帯域で負の位相遅延を引き起こす請求項１０に記載の電力合成器。
請求項７〜請求項１１のいずれか１項に記載の電力合成器を備える送受信機。