自由空間における非対称結合線路を用いた広帯域バランでの阻止帯域の解析

摘要

無線システムの急速な発展に伴い、モバイル端末の小型化とマルチバンド動作が課題となっている。特にアンテナ系、バランなどはマイクロ波回路のなかで特に大きな要素であることがわかる。マルチバンド動作のためには、マルチバンドの全周波数範囲をカバーする小型の超広帯域バランの開発が現実的であると考えられる。バランとしてはマーシャントバラン、３線路バラン（リエントラントバラン）等が報告されているが、マーシャントバランは二つのλ / 4 結合線路を組み合わせるため小型化が難しく、３線路バランは線路長はλ / 4 でよいものの、目合わせ精度を高性能にする必要があり、広帯域化が難しい。そこで本論文ではアンテナに内蔵する場合に特有の近傍に接地が無い特徴を生かした結合線路によるバランを提案する。自由空間での簡単なブロードサイド非対称結合線路からなる小型の広帯域バランは、差動モードアンテナ用が提案されている。しかし、ビアパッドと同一層にブロードサイド結合線路の端子対をシフトするなど、実用的なバランのための帯域端周波数を推定する方法はまだ確立されておらず、比帯域が大きいのに対し、非常に高い上側帯域端周波数10GHz以上を得ることが困難であった。本研究では高周波領域での特性について検討し、広帯域バランための実用的な構造が提案されている。異なる構成のパッドを有するバランの阻止帯域は、Mixed-mode Sパラメタを使用して分析され、提案されたパッドの構成によって上側帯域端周波数が増加することが確認された。線路長4mmのブロードサイド結合線路と提案したパッドからなるバランを設計し、試作をおこなった。測定された阻止帯域の周波数は13.4GHzであり、従来のパッドと比べて2.0GHz高く、測定された挿入損失は、0.41 GHzから12.3 GHzの間で2dB未満となった。