特許 7620415 高周波電力分配器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-15

(45)【発行日】2025-01-23

(54)【発明の名称】高周波電力分配器

(51)【国際特許分類】

   H01P 5/19 20060101AFI20250116BHJP

【ＦＩ】

H01P5/19 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020194256

(22)【出願日】2020-11-24

(65)【公開番号】P2022083029

(43)【公開日】2022-06-03

【審査請求日】2023-08-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】高橋 広次

【審査官】白井 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－０２２００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４８７５０２４（ＵＳ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０１０１７１２４（ＥＰ，Ａ１）

【文献】特開平０１－２４１２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１７１４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－１１５９０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｐ ５／１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁性の基板と、
前記基板上に設けられ、入力端と、第１出力端と、第２出力端と、複数の第１マイクロストリップ線路と、複数の第２マイクロストリップ線路と、複数の第３マイクロストリップ線路と、抵抗素子と、を含む回路であって、
前記入力端と前記第１出力端との間には、前記複数の第１マイクロストリップ線路のうちの１つの第１マイクロストリップ線路と、前記複数の第２マイクロストリップ線路のうちの１つの第２マイクロストリップ線路と、が配置され、
前記入力端と前記第２出力端との間には、前記複数の第１マイクロストリップ線路のうちの別の第１マイクロストリップ線路と、前記複数の第２マイクロストリップ線路のうちの別の第２マイクロストリップ線路と、が配置され、
前記入力端は、前記１つの第１マイクロストリップ線路の第１端と、前記別の第１マイクロストリップ線路の第１端と、に接続され、
前記１つの第１マイクロストリップ線路の第２端は、前記１つの第２マイクロストリップ線路の第１端に接続され、
前記１つの第２マイクロストリップ線路の第２端は、前記第１出力端に接続され、
前記別の第１マイクロストリップ線路の第２端は、前記別の第２マイクロストリップ線路の第１端に接続され、
前記別の第２マイクロストリップ線路の第２端は、前記第２出力端に接続され、
前記複数の第３マイクロストリップ線路のうちの１つの第３マイクロストリップ線路の第１端は、前記１つの第１マイクロストリップ線路の前記第２端および前記１つの第２マイクロストリップ線路の前記第１端に接続され、
前記１つの第３マイクロストリップ線路の第２端は、前記抵抗素子の一端に接続され、 前記複数の第３マイクロストリップ線路のうちの別の第３マイクロストリップ線路の第１端は、前記別の第１マイクロストリップ線路の前記第２端および前記別の第２マイクロストリップ線路の前記第１端に接続され、
前記別の第３マイクロストリップ線路の第２端は、前記抵抗素子の他端に接続され、
前記複数の第１マイクロストリップ線路のそれぞれの前記第１端と前記第２端との間における高周波信号の位相変化は９０度であり、
前記複数の第２マイクロストリップ線路のそれぞれの前記第１端と前記第２端との間における高周波信号の位相変化は９０度であり、
前記複数の第３マイクロストリップ線路のそれぞれの前記第１端と前記第２端との間における高周波信号の位相変化は１８０度である、回路と、
を備え、
前記入力端、前記第１出力端および前記第２出力端は、前記基板の表面に沿い前記第２出力端から前記第１出力端への第１方向に並び、前記入力端は、前記第１出力端と前記第２出力端との間に設けられ、
前記１つの第１マイクロストリップ線路、前記別の第１マイクロストリップ線路、前記１つの第２マイクロストリップ線路および前記別の第２マイクロストリップ線路は、それぞれ、前記第１方向に延在し、
前記入力端と前記抵抗素子は、前記基板の前記表面に沿った第２方向であって、前記第１方向と交差する第２方向に並び、
前記１つの第３マイクロストリップ線路は、前記１つの第３マイクロストリップ線路の前記第１端から前記第２方向に延在する第１部分と、前記第１部分の先端から前記第１方向の反対側に延在する第２部分と、前記第２部分の先端から前記第２方向に延在する第３部分と、前記第３部分の先端から前記第１方向に延在する第４部分と、前記第４部分の先端から前記第２方向に延在する第５部分と、前記第５部分の先端から前記１つの第３マイクロストリップ線路の前記第２端に延在する第６部分と、を有し、
前記別の第３マイクロストリップ線路は、前記別の第３マイクロストリップ線路の前記第１端から前記第２方向に延在する第１部分と、前記第１部分の先端から前記第１方向に延在する第２部分と、前記第２部分の先端から前記第２方向に延在する第３部分と、前記第３部分の先端から前記第１方向の反対側に延在する第４部分と、前記第４部分の先端から前記第２方向に延在する第５部分と、前記第５部分の先端から前記別の第３マイクロストリップ線路の前記第２端に延在する第６部分と、を有する、高周波電力分配器。

【請求項2】

前記入力端、前記第１出力端および前記第２出力端における特性インピーダンスは、５０Ωである請求項１記載の高周波電力分配器。

【請求項3】

請求項１または２に記載の回路を複数備え、
前記複数の回路は、第１および第２回路を含み、
前記第１回路の第１出力端は、前記第２回路の入力端に接続された高周波電力分配器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、高周波電力分配器に関する。

【背景技術】

【0002】

マイクロ波などの高周波数帯における電力分配には、例えば、ウイルキンソン型電力分配器が用いられる。しかしながら、ウイルキンソン型電力分配器では、その帯域を広げるために多段化すると、電力損失が増加し、回路規模も大きくなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平０９－３２１５０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

実施形態は、広帯域化が可能な高周波電力分配器を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係る高周波電力分配器は、絶縁性の基板と、前記基板上に設けられた回路と、を備える。前記回路は、入力端と、第１出力端と、第２出力端と、複数の第１マイクロストリップ線路と、複数の第２マイクロストリップ線路と、複数の第３マイクロストリップ線路と、抵抗素子と、を含む。前記入力端と前記第１出力端との間には、前記複数の第１マイクロストリップ線路のうちの１つの第１マイクロストリップ線路と、前記複数の第２マイクロストリップ線路のうちの１つの第２マイクロストリップ線路と、が配置される。前記入力端と前記第２出力端との間には、前記複数の第１マイクロストリップ線路のうちの別の第１マイクロストリップ線路と、前記複数の第２マイクロストリップ線路のうちの別の第２マイクロストリップ線路と、が配置される。前記入力端は、前記１つの第１マイクロストリップ線路の第１端と、前記別の第１マイクロストリップ線路の第１端と、に接続される。前記１つの第１マイクロストリップ線路の第２端は、前記１つの第２マイクロストリップ線路の第１端に接続され、前記１つの第２マイクロストリップ線路の第２端は、前記第１出力端に接続される。前記別の第１マイクロストリップ線路の第２端は、前記別の第２マイクロストリップ線路の第１端に接続され、前記別の第２マイクロストリップ線路の第２端は、前記第２出力端に接続される。前記複数の第３マイクロストリップ線路のうちの１つの第３マイクロストリップ線路の第１端は、前記１つの第１マイクロストリップ線路の前記第２端および前記１つの第２マイクロストリップ線路の前記第１端に接続される。前記１つの第３マイクロストリップ線路の第２端は、前記抵抗素子の一端に接続される。前記複数の第３マイクロストリップ線路のうちの別の第３マイクロストリップ線路の第１端は、前記別の第１マイクロストリップ線路の前記第２端および前記別の第２マイクロストリップ線路の前記第１端に接続される。前記別の第３マイクロストリップ線路の第２端は、前記抵抗素子の他端に接続される。前記複数の第１マイクロストリップ線路のそれぞれの前記第１端と前記第２端との間における高周波信号の位相変化は９０度であり、前記複数の第２マイクロストリップ線路のそれぞれの前記第１端と前記第２端との間における高周波信号の位相変化は９０度である。前記複数の第３マイクロストリップ線路のそれぞれの前記第１端と前記第２端との間における高周波信号の位相変化は１８０度である。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態に係る高周波電力分配器を表す模式平面図である。

【図2】実施形態に係る高周波電力分配器を表す回路図である。

【図3】実施形態に係る高周波電力分配器の特性を表すグラフである。

【図4】実施形態の変形例に係る高周波電力分配器を表す回路図である。

【図5】比較例に係る高周波電力分配器を表す回路図および模式平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。

【0008】

さらに、各図中に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を用いて各部分の配置および構成を説明する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、相互に直交し、それぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を表す。また、Ｚ方向を上方、その反対方向を下方として説明する場合がある。

【0009】

図１は、実施形態に係る高周波電力分配器１を表す模式平面図である。高周波電力分配器１は、例えば、絶縁性基板ＲＳの表面上に設けられた複数のマイクロストリップ線路および抵抗素子Ｒｂで構成される。絶縁性基板ＲＳは、例えば、樹脂もしくはセラミックを含み、裏面上に図示しない金属層を有する。複数のマイクロストリップ線路は、例えば、銅（Ｃｕ）もしくは金（Ａｕ）を含む。

【0010】

図１に示すように、高周波電力分配器１は、入力端Ｐｉｎと、第１出力端Ｐｏｕｔ１と、第２出力端Ｐｏｕｔ２と、複数の第１マイクロストリップ線路１０ａ、１０ｂと、複数の第２マイクロストリップ線路２０ａ、２０ｂと、複数の第３マイクロストリップ線路３０ａ、３０ｂと、抵抗素子Ｒｂと、を含む。

【0011】

例えば、入力端Ｐｉｎ、第１出力端Ｐｏｕｔ１および第２出力端Ｐｏｕｔ２は、絶縁性基板ＲＳの表面に沿った第１方向、例えば、Ｙ方向に並ぶ。入力端Ｐｉｎは、第１出力端Ｐｏｕｔ１と第２出力端Ｐｏｕｔ２との間に設けられる。また、入力端Ｐｉｎと抵抗素子Ｒｂは、例えば、絶縁性基板の表面に沿った第２方向であって、第１方向と交差する第２方向、例えば、Ｘ方向に並ぶ。

【0012】

入力端Ｐｉｎと第１出力端Ｐｏｕｔ１との間には、第１マイクロストリップ線路１０ａと、第２マイクロストリップ線路２０ａと、が配置される。また、入力端Ｐｉｎと第２出力端Ｐｏｕｔ２との間には、第１マイクロストリップ線路１０ｂと、第２マイクロストリップ線路２０ｂと、が配置される。

【0013】

第１マイクロストリップ線路１０ａ、１０ｂ、第２マイクロストリップ線路２０ａおよび２０ｂは、それぞれ、Ｙ方向に延在する。第１マイクロストリップ線路１０ａ、１０ｂ、第２マイクロストリップ線路２０ａおよび２０ｂは、それぞれ、分岐せず、一方の端（以下、第１端）と、他方の端（以下、第２端）を有する。

【0014】

入力端Ｐｉｎは、第１マイクロストリップ線路１０ａの第１端と、第１マイクロストリップ線路１０ｂの第１端に接続される。

【0015】

第１マイクロストリップ線路１０ａの第２端は、第２マイクロストリップ線路２０ａの第１端に接続される。第２マイクロストリップ線路２０ａの第２端は、第１出力端Ｐｏｕｔ１に接続される。

【0016】

第１マイクロストリップ線路１０ｂの第２端は、第２マイクロストリップ線路２０ｂの第１端に接続される。第２マイクロストリップ線路２０ｂの第２端は、第２出力端Ｐｏｕｔ２に接続される。

【0017】

第３マイクロストリップ線路３０ａは、第１マイクロストリップ線路１０ａおよび第２マイクロストリップ線路２０ａの接続点ＣＰ１と抵抗素子Ｒｂとの間に設けられる。第３マイクロストリップ線路３０ａの第１端は、接続点ＣＰ１において、第１マイクロストリップ線路１０ａの第２端および第２マイクロストリップ線路２０ａの第１端に接続される。また、第３マイクロストリップ線路３０ａの第２端は、抵抗素子Ｒｂの一端に接続される。

【0018】

第３マイクロストリップ線路３０ｂは、第１マイクロストリップ線路１０ｂおよび第２マイクロストリップ線路２０ｂの接続点ＣＰ２と抵抗素子Ｒｂとの間に設けられる。第３マイクロストリップ線路３０ｂの第１端は、接続点ＣＰ２において、第１マイクロストリップ線路１０ｂの第２端および第２マイクロストリップ線路２０ｂの第１端に接続される。また、第３マイクロストリップ線路３０ｂの第２端は、抵抗素子Ｒｂの他端に接続される。

【0019】

図２は、実施形態に係る高周波電力分配器１を表す回路図である。図２に示すように、入力端Ｐｉｎ、第１出力端Ｐｏｕｔ１および第２出力端Ｐｏｕｔ２は、特性インピーダンスＺｐｏｒｔがそれぞれ５０Ωとなるように設けられる。

【0020】

第１マイクロストリップ線路１０ａおよび１０ｂは、それぞれ、特性インピーダンスＺ１を有し、第１端と第２端との間における高周波信号の位相変化が９０度となるように設けられる。

【0021】

第２マイクロストリップ線路２０ａおよび２０ｂは、それぞれ、特性インピーダンスＺ２を有し、第１端と第２端との間における高周波信号の位相変化が９０度となるように設けられる。

【0022】

第３マイクロストリップ線路３０ａおよび３０ｂは、それぞれ、特性インピーダンスＺ３を有し、第１端と第２端との間における高周波信号の位相変化が１８０度となるように設けられる。

【0023】

図３は、実施形態に係る高周波電力分配器１の特性を表すグラフである。横軸は、信号周波数を中心周波数で規格化した値である。縦軸は、Ｓ１１の絶対値（ｄＢ）である。図３中には、実施形態に係る高周波電力分配器１の特性ＳＰ１と、比較例に係る高周波電力分配器２（図５参照）の特性ＳＰ２と、を示している。

【0024】

図５（ａ）は、高周波電力分配器２を示す模式平面図であり、図５（ｂ）は、高周波電力分配器２を示す回路図である。図５（ａ）に示すように、高周波電力分配器２は、絶縁性基板ＲＳの表面上に設けられる。高周波電力分配器２は、ウイルキンソン電力分配器である。

【0025】

高周波電力分配器２は、入力端Ｐｉｎと、第１出力端Ｐｏｕｔ１と、第２出力端Ｐｏｕｔ２と、第１マイクロストリップ線路１０ａと、第１マイクロストリップ線路１０ｂと、抵抗素子Ｒｂと、を含む。入力端Ｐｉｎ、第１出力端Ｐｏｕｔ１および第２出力端Ｐｏｕｔ２は、例えば、Ｘ方向に並び、入力端Ｐｉｎおよび抵抗素子Ｒｂも、Ｘ方向に並ぶように配置される。

【0026】

第１マイクロストリップ線路１０ａは、入力端Ｐｉｎと第１出力端Ｐｏｕｔ１との間に設けられる。第１マイクロストリップ線路１０ａの第１端は、入力端Ｐｉｎに接続され、第２端は、抵抗素子Ｒｂの一端に接続される。

【0027】

第１マイクロストリップ線路１０ｂは、入力端Ｐｉｎと第２出力端Ｐｏｕｔ２との間に設けられる。第１マイクロストリップ線路１０ｂの第１端は、入力端Ｐｉｎに接続され、第２端は、抵抗素子Ｒｂの他端に接続される。

【0028】

第１出力端Ｐｏｕｔ１および第２出力端Ｐｏｕｔ２は、それぞれ抵抗素子Ｒｂの一端および他端に接続される。

【0029】

図５（ｂ）に示すように、入力端Ｐｉｎ、第１出力端Ｐｏｕｔ１および第２出力端Ｐｏｕｔ２は、特性インピーダンスＺｐｏｒｔがそれぞれ５０Ωとなるように設けられる。第１マイクロストリップ線路１０ａおよび１０ｂは、それぞれ、特性インピーダンスＺ１を有し、第１端と第２端との間の高周波信号の位相変化が９０度となるように設けられる。

【0030】

図３に示すように、高周波電力分配器２の特性ＳＰ２は、中心周波数において、極小値を有する。中心周波数は、例えば、３ＧＨｚである。一方、高周波電力分配器１の特性ＳＰ１は、例えば、２～４ＧＨｚの帯域に対応する比帯域０．６７～１．３３の範囲において、｜Ｓ１１｜が小さくなることを示している。例えば、｜Ｓ１１｜が－２０ｄＢ以下の帯域で見ると、高周波電力分配器１は、高周波電力分配器２よりも広い比帯域幅を有する。

【0031】

さらに、図１に示すように、高周波電力分配器１の第１出力端Ｐｏｕｔ１および第２出力端Ｐｏｕｔ２は、Ｙ方向に離間して設けられる。このため、抵抗素子Ｒｂの両端に第１出力端Ｐｏｕｔ１および第２出力端Ｐｏｕｔ２が設けられる高周波電力分配器２に比べて、次段回路への接続が容易になる。

【0032】

図４は、実施形態の変形例に係る高周波電力分配器３を表す回路図である。高周波電力分配器３は、図２に示す電力分配回路の第１出力端Ｐｏｕｔ１に、同じ構造の電力分配器回路が直列接続された回路構成を有している。

【0033】

図４に示すように、高周波電力分配器３は、第４マイクロストリップ線路４０ａおよび４０ｂと、第５マイクロストリップ線路５０ａおよび５０ｂと、第６マイクロストリップ線路６０ａおよび６０ｂと、抵抗素子Ｒｂ２と、をさらに含む。

【0034】

第４マイクロストリップ線路４０ａおよび第５マイクロストリップ線路５０ａは、第２マイクロストリップ線路２０ａと第１出力端Ｐｏｕｔ１との間に設けられる。第４マイクロストリップ線路４０ａの第１端は、第２マイクロストリップ線路２０ａの第２端に接続され、第４マイクロストリップ線路４０ａの第２端は、第５マイクロストリップ線路５０ａの第１端に接続される。第５マイクロストリップ線路５０ａの第２端は、第１出力端Ｐｏｕｔ１に接続される。

【0035】

第４マイクロストリップ線路４０ｂおよび第５マイクロストリップ線路５０ｂは、第２マイクロストリップ線路２０ａと第２出力端Ｐｏｕｔ２との間に設けられる。第４マイクロストリップ線路４０ｂの第１端は、第２マイクロストリップ線路２０ａの第２端に接続され、第４マイクロストリップ線路４０ｂの第２端は、第５マイクロストリップ線路５０ｂの第１端に接続される。第５マイクロストリップ線路５０ｂの第２端は、第２出力端Ｐｏｕｔ２に接続される。

【0036】

第６マイクロストリップ線路６０ａは、第４マイクロストリップ線路４０ａおよび第５マイクロストリップ線路５０ａの接続点ＣＰ３と抵抗素子Ｒｂ２との間に設けられる。第６マイクロストリップ線路６０ａの第１端は、接続点ＣＰ３において、第４マイクロストリップ線路４０ａの第２端および第５マイクロストリップ線路５０ａの第１端に接続される。また、第３マイクロストリップ線路６０ａの第２端は、抵抗素子Ｒｂ２の一端に接続される。

【0037】

第６マイクロストリップ線路６０ｂは、第４マイクロストリップ線路１０ｂおよび第５マイクロストリップ線路５０ｂの接続点ＣＰ４と抵抗素子Ｒｂ２との間に設けられる。第６マイクロストリップ線路６０ｂの第１端は、接続点ＣＰ４において、第４マイクロストリップ線路４０ｂの第２端および第５マイクロストリップ線路５０ｂの第１端に接続される。また、第６マイクロストリップ線路６０ｂの第２端は、抵抗素子Ｒｂ２の他端に接続される。

【0038】

第４マイクロストリップ線路４０ａおよび４０ｂは、それぞれ、特性インピーダンスＺ４を有し、第１端と第２端との間における高周波信号の位相変化が９０度となるように設けられる。

【0039】

第５マイクロストリップ線路５０ａおよび５０ｂは、それぞれ、特性インピーダンスＺ５を有し、第１端と第２端との間における高周波信号の位相変化が９０度となるように設けられる。

【0040】

第６マイクロストリップ線路６０ａおよび６０ｂは、それぞれ、特性インピーダンスＺ６を有し、第１端と第２端との間における高周波信号の位相変化が１８０度となるように設けられる。

【0041】

高周波電力分配器３は、さらに、第２マイクロストリップ線路２０ｂに接続された図２と同様の回路（図示しない）を有する。高周波電力分配器３は、第３出力端Ｐｏｕｔ３および第４出力端Ｐｏｕｔ４（図示しない）をさらに備える。

【0042】

この例では、図２に示す回路を２段に接続する構成を示したが、実施形態は、これに限定される訳ではない。例えば、図２に示す回路をＮ段に構成すると、出力端の数は、２Ｎとなる。すなわち、２Ｎの出力端を有する高周波電力分配器を構成することができる。

【0043】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0044】

１、２、３…高周波電力分配器、 １０ａ、１０ｂ…第１マイクロストリップ線路、 ２０ａ、２０ｂ…第２マイクロストリップ線路、 ３０ａ、３０ｂ…第３マイクロストリップ線路、 ４０ａ、４０ｂ…第４マイクロストリップ線路、 ５０ａ、５０ｂ…第５マイクロストリップ線路、 ６０ａ、６０ｂ…第６マイクロストリップ線路、 ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４…接続点、 Ｐｉｎ…入力端、 Ｐｏｕｔ１…第１出力端、 Ｐｏｕｔ２…第２出力端、 ＲＳ…絶縁性基板、 Ｒｂ、Ｒｂ２…抵抗素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】