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WO2014061381A1 - 減結合回路 - Google Patents

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WO2014061381A1
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terminal
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path
coupling
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PCT/JP2013/074698
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Inventor
西本　研悟
深沢　徹
宮下　裕章
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Priority to CN201380054076.6A priority patent/CN104756316A/zh
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P9/00—Delay lines of the waveguide type
    • H01P9/006—Meander lines

Definitions

  • the present invention relates to a decoupling circuit connected to a plurality of antennas mounted on a radio communication device or the like, and more particularly to a decoupling circuit that reduces coupling between two antennas.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a decoupling circuit that can reduce coupling between antennas over a wide band.
  • a decoupling circuit includes first and second distribution circuits that distribute one input into two or combine two inputs into one, and a transmission line having a predetermined characteristic impedance.
  • 1 is a distribution circuit that includes first to third terminals, outputs a high-frequency signal input from the first terminal to the second and third terminals
  • the second distribution circuit includes: , A distribution circuit that includes fourth to sixth terminals, and outputs a high-frequency signal input from the fourth terminal to the fifth and sixth terminals, and includes a third terminal and one end of the transmission line.
  • a decoupling circuit connecting the sixth terminal and the other end of the transmission line, and connecting the first antenna to the second terminal and connecting the second antenna to the fifth terminal It is what you do.
  • the decoupling circuit includes a first distribution circuit that outputs a high-frequency signal input from the first terminal to the second and third terminals, and fourth to sixth terminals. And a second distribution circuit for outputting the high-frequency signal input from the fifth and sixth terminals, connecting the third terminal and one end of the transmission line, and connecting the sixth terminal and the transmission line. Since the other end is connected, the first antenna is connected to the second terminal, and the second antenna is connected to the fifth terminal, decoupling that can reduce coupling between antennas over a wide band A circuit can be obtained.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a decoupling circuit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is an example of an antenna to which the decoupling circuit according to the first embodiment is applied, and is a diagram showing a two-element dipole antenna.
  • FIG. 3 is a calculation result of inter-antenna coupling in the two-element dipole antenna of FIG.
  • FIG. 4 shows the coupling amplitude and phase of paths A and B when the decoupling circuit according to the first embodiment is applied to the two-element dipole antenna of FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a decoupling circuit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is an example of an antenna to which the decoupling circuit according to the first embodiment is applied, and is a diagram showing a two-element dipole antenna.
  • FIG. 3 is a calculation result of inter-antenna coupling in the two-element dipole antenna of FIG.
  • FIG. 4 shows the coup
  • FIG. 5 shows the coupling amount when the decoupling circuit according to the first embodiment is applied to the two-element dipole antenna of FIG.
  • FIG. 6 shows the amount of coupling when the decoupling circuit of Non-Patent Document 1 is applied to the two-element dipole antenna of FIG.
  • the second distribution circuit 32 has fourth to sixth terminals.
  • the fourth terminal of the second distribution circuit 32 is connected to the input / output terminal 4.
  • the fifth terminal of the second distribution circuit 32 is connected to the opposite side of the input / output terminal 2 from the second antenna 52.
  • a sixth terminal of the second distribution circuit 32 and the other end of the transmission line 21 are connected to the connection unit 12.
  • the characteristic impedance of the transmission line 21 is the same as the standardized impedance for designing the first and second distribution circuits 31 and 32 (for example, 50 ⁇ ), the design becomes easy, but the value is not limited here. Absent.
  • the first distribution circuit 31 distributes the high frequency signal to the input / output terminal 1 and the connection portion 11.
  • the high-frequency signal distributed to the input / output terminal 1 is input to the first antenna 51, and electromagnetic waves are radiated from the first antenna 51. A part of this electromagnetic wave is received by the second antenna 52 and input to the input / output terminal 2.
  • the high-frequency signal distributed to the connection unit 11 passes through the transmission line 21 and is input to the connection unit 12.
  • the signal input to the input / output terminal 2 and the signal input to the connection unit 12 are combined by the second distribution circuit 32 and output to the input / output terminal 4.
  • the path of the input / output terminal 3 ⁇ the first distribution circuit 31 ⁇ the input / output terminal 1 ⁇ the first antenna 51 ⁇ the second antenna 52 ⁇ the input / output terminal 2 ⁇ the second distribution circuit 32 ⁇ the input / output terminal 4 Is route A (first route).
  • f is the frequency
  • ⁇ (f) is the coupling amplitude at frequency f
  • ⁇ (f) is the coupling phase at frequency f.
  • the route of the input / output terminal 3 ⁇ the first distribution circuit 31 ⁇ the connection unit 11 ⁇ the transmission line 21 ⁇ the connection unit 12 ⁇ the second distribution circuit 32 ⁇ the input / output terminal 4 is defined as a route B (second route).
  • f is the frequency
  • ⁇ (f) is the coupling amplitude at the frequency f
  • ⁇ (f) is the coupling phase at the frequency f.
  • the frequency band to be used is f 1 to f 2 . Further, the center frequency in this frequency band is assumed to be f 0 .
  • the distribution ratio of the first distribution circuit 31 and the second distribution circuit 32 is determined so that the coupling amplitude ⁇ (f) of the path A and the coupling amplitude ⁇ (f) of the path B are substantially equal within the band. .
  • the passing amplitude (dB) from the input / output terminal 3 to the input / output terminal 1 is P 1
  • the passing amplitude (dB) from the input / output terminal 3 to the connection portion 11 is P 2
  • the passing amplitude (dB) from the input / output terminal 4 to the input / output terminal 2 is P 1
  • the passing amplitude (dB) from the input / output terminal 4 to the connection portion 12 is P 2
  • the average value of the maximum value and the minimum value in the band of the amplitude of the coupling between the antennas shown in FIG. 3 is ⁇ (dB).
  • P 2 is obtained from the following equation so that the coupling amplitudes of the route A and the route B in FIG.
  • the coupling phase ⁇ of the path A is equal to the phase of coupling between antennas shown in FIG.
  • the length of the transmission line 21 is obtained by the following equation, so that the coupling phase of the path A and the coupling phase of the path B are opposite in phase at f 0 , and the group delays of the path A and the path B are substantially equal.
  • the units of ⁇ and ⁇ are [deg. ] (Degrees).
  • FIG. 4 shows the amplitude and phase of the combination of paths A and B in this example. It can be confirmed that the coupling amplitudes are almost equal in the paths A and B. Further, the coupling phase is different by about 180 degrees between the paths A and B in the band, and it can be confirmed that the group delay (the slope of the frequency characteristic of the phase) is almost equal.
  • FIG. 5 shows the amplitude of the coupling S 43 from the input / output terminal 3 to the input / output terminal 4 (a combination of paths A and B).
  • the coupling amount is -25 dB or less, and it can be confirmed that the coupling amount is reduced by this decoupling circuit.
  • FIG. 6 shows the amount of coupling when the decoupling circuit of Non-Patent Document 1 is installed on the two-element dipole antenna shown in FIG.
  • the coupling amount is ⁇ 20 dB or less, but it can be confirmed that the coupling amount deteriorates as the frequency approaches the end of the band, and the coupling amount cannot be reduced over the entire band.
  • the first and second distribution circuits that distribute one input into two or synthesize two inputs into one, and a predetermined characteristic impedance
  • the first distribution circuit is a distribution circuit that includes first to third terminals and outputs a high-frequency signal input from the first terminal to the second and third terminals
  • the second distribution circuit is a distribution circuit that includes fourth to sixth terminals, and outputs a high-frequency signal input from the fourth terminal to the fifth and sixth terminals.
  • a decoupling circuit that connects the terminal and one end of the transmission line, and connects the sixth terminal and the other end of the transmission line, and connects the first antenna to the second terminal; Since the second antenna is connected to the terminal, coupling between antennas is reduced over a wide band. Decoupling that can have the effect that can be obtained.
  • the fourth terminal from the first terminal through the first distribution circuit, the first antenna, the space, the second antenna, and the second distribution circuit.
  • the path output from the first terminal to the fourth terminal through the first distribution circuit, transmission line, and second distribution circuit is defined as the second path.
  • the distribution ratio between the first distribution circuit and the second distribution circuit is determined so that the coupling amplitude of the first path is substantially equal to the coupling amplitude of the second path, and the length of the transmission line is set to
  • the coupling phase of the first path and the coupling phase of the second path are substantially opposite in phase at the center frequency of the use frequency band, and the difference between the coupling phase at the upper limit frequency and the lower limit frequency of the use frequency band is Since the lengths of the first route and the second route are almost equal to each other, It is possible to reduce the amount of coupling between the terminal and the fourth terminal.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing a decoupling circuit according to the second embodiment.
  • the first directional coupler 33 has first to fourth terminals.
  • the first terminal is connected to the input / output terminal 3, and the second terminal is connected to the opposite side of the input / output terminal 1 from the first antenna 51.
  • the third terminal of the first directional coupler 33 and one end of the transmission line 21 are connected to the connection unit 11.
  • a fourth terminal of the first directional coupler 33 and the other end of the termination resistor 201 are connected to the connection unit 13.
  • the second directional coupler 34 has four terminals from fifth to eighth.
  • the fifth terminal is connected to the input / output terminal 4, and the sixth terminal is connected to the opposite side of the input / output terminal 2 from the second antenna 52.
  • a seventh terminal of the second directional coupler 34 and the other end of the transmission line 21 are connected to the connection unit 12.
  • An eighth terminal of the second directional coupler 34 and the other end of the termination resistor 202 are connected to the connection unit 14.
  • the first directional coupler 33 is a directional coupler that outputs a high-frequency signal input from the first terminal to the second and third terminals and does not output to the fourth terminal.
  • the second directional coupler 34 is a directional coupler that outputs a high-frequency signal input from the fifth terminal to the sixth and seventh terminals and does not output it to the eighth terminal.
  • the isolation between the input / output terminal 1 of the first directional coupler 33 and the connection portion 11 is ensured, and the input / output terminal 2 of the second directional coupler 34 is Since the isolation of the connecting portion 12 is ensured, the design can be easily performed.
  • the values of the first and second termination resistors 201 and 202 are generally the same as the standardized impedance for designing the first and second directional couplers 33 and 34 (for example, 50 ⁇ ). This is not a limitation. Further, the coupling amount of the first directional coupler 33 and the second directional coupler 34 is determined so that the coupling amplitude of the path A and the coupling amplitude of the path B are substantially equal. Further, the length L of the transmission line 21 is obtained in the same manner as in the first embodiment.
  • the ground conductor are connected via a first termination resistor, and the eighth terminal and the ground conductor are connected via a second termination resistor. Since the first antenna is connected to the second terminal and the second antenna is connected to the sixth terminal, the coupling between the antennas can be reduced over a wide band and the design is possible. However, it is possible to obtain an easy decoupling circuit.
  • the first distribution circuit 31 of the decoupling circuit according to the first embodiment is a first Wilkinson distribution circuit 35
  • the second distribution circuit 32 is a second distribution circuit.
  • the first Wilkinson distribution circuit 35 is provided with transmission lines 301 to 305, a resistor 203, and connection portions 15 to 17.
  • transmission lines 306 to 310, a resistor 204, and connection portions 18 to 20 are provided.
  • the characteristic impedance Z 0 ′ of the transmission lines 301 and 306, the characteristic impedance Z 2 of the transmission lines 302 and 307, and the characteristic impedance Z 3 of the transmission lines 303 and 308 are expressed by the following equations.
  • the coupling amount between the input / output terminal 1 and the connection portion 11 is very small. Further, in the second Wilkinson distribution circuit 36, the coupling amount between the input / output terminal 2 and the connection portion 12 is very small.
  • the first distribution circuit is the first Wilkinson distribution circuit
  • the second distribution circuit is the second Wilkinson distribution circuit
  • the isolation between the second and third terminals is ensured
  • the isolation between the fifth and sixth terminals is ensured.
  • the transmission line is a meander line
  • the coupling between antennas can be reduced over a wide band, and a small decoupling circuit can be obtained.
  • the transmission line 21 of the decoupling circuit according to the first embodiment is a phase shift circuit 23 composed of a plurality of lumped constant elements.
  • 10 is a diagram showing a decoupling circuit according to the fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a diagram showing a decoupling circuit having another configuration according to the fifth embodiment.
  • the transmission line 21 of the decoupling circuit according to the first embodiment is a phase shift circuit 23 composed of lumped constant elements.
  • the phase shift circuit 23 is provided with a plurality of capacitors 211 and a plurality of inductors 212.
  • One end of the capacitor 211 is connected to the ground conductor 101.
  • One inductor 212 is installed between each capacitor 211, and the end of the capacitor 211 opposite to the ground conductor is connected by the inductor 212.
  • the phase shift circuit 23 may have a configuration in which a plurality of parallel capacitors 211 and a plurality of series inductors 212 are alternately connected.
  • T-type and saddle-type circuits configured using lumped elements (capacitors, inductors) can be used as phase shift circuits. In addition, if a plurality of these are combined, the amount of phase shift can be increased.
  • the phase shift circuit 23 shown in FIGS. 10 and 11 is configured as described above, and is configured only by the lumped constant element, so that the size can be reduced.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

　第１の分配回路３１は、入出力端子３から入力された高周波信号を入出力端子１と接続部１１に出力する。第２の分配回路３２は、入出力端子４から入力された高周波信号を入出力端子２と接続部１２に出力する。接続部１１に伝送線路２１の一端を接続し、接続部１２の伝送線路２１の他端を接続する。入出力端子１に第１のアンテナ５１を接続し、入出力端子２に第２のアンテナ５２を接続する。

Description

減結合回路
　この発明は、無線通信装置等に搭載される複数のアンテナに接続される減結合回路に関し、特に、２本のアンテナ間の結合を低減する減結合回路に関するものである。
　近年、無線通信システムの高速化／高品質化に伴って、ダイバーシチやＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｏｕｔｐｕｔ）を適用するために、送受信に複数のアンテナを用いるマルチアンテナ技術への要求が高まっている。ダイバーシチやＭＩＭＯが効果を発揮するためには、複数のアンテナ間の結合をできる限り小さくし、アンテナ相関を低くする必要がある。
　しかし、一般に、小型の通信端末等の小さい領域に複数のアンテナを搭載する場合には、アンテナ間の距離を十分に確保できないため、アンテナ間結合が強くなり通信性能が劣化する。この問題に対して、アンテナに減結合回路を接続し、アンテナを介した結合を回路を介した結合で打ち消す方法が知られている。
　例えば、減結合回路を２つの伝送線路と線路間を接続するリアクタンス素子で構成することにより、アンテナ間の相互結合を低減できることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。また、２本のアンテナの形状を工夫し、アンテナ間を接続回路（リアクタンス回路）で接続することで、アンテナ間結合を低減する方法がある（例えば、特許文献１参照）。更に、直交偏波共用パッチアンテナにおいて、給電ポート間の結合を低減するために、アンテナを介した結合を方向性結合器を介した結合で打ち消す方法が知られている（非特許文献２参照）。
特開２０１１－２０５３１６号公報
S.C. Chen，Y.S. Wang，and S.J. Chung，"A decoupling technique for increasing the port isolation between two strongly coupled antennas，"IEEE Trans.Antennas Propag.，vol.56，no.12，pp.3650-3658，Dec.2008. K.L. Lau，K.M. Luk，and D. Lin，"A wide-band dual-polarization patch antenna with directional coupler，"IEEE Antennas Wireless Propagat. Lett.，vol.1，pp.186-189，2002.
　しかしながら、従来の減結合回路は、原理的に１つの周波数で結合を低減するものであり、使用する周波数帯域が広い場合には、帯域内全体で結合を低減させることができないという課題があった。特に、使用周波数帯域内で、アンテナ間結合の位相が大きく変化する場合には、帯域内全体で結合を低減させることができないという課題があった。
　この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、広帯域に渡ってアンテナ間の結合を低減できる減結合回路を得ることを目的とする。
　この発明に係る減結合回路は、一つの入力を二つに分配または二つの入力を一つに合成する第１、第２の分配回路と、所定の特性インピーダンスを有する伝送線路とを備え、第１の分配回路は、第１～第３の端子を備え、第１の端子から入力された高周波信号を第２と第３の端子に出力する分配回路であり、かつ、第２の分配回路は、第４～第６の端子を備え、第４の端子から入力された高周波信号を第５と第６の端子に出力する分配回路であり、かつ、第３の端子と伝送線路の一端とを接続すると共に、第６の端子と伝送線路の他端とを接続した減結合回路であって、第２の端子に第１のアンテナを接続すると共に、第５の端子に第２のアンテナを接続するようにしたものである。
　この発明の減結合回路は、第１の端子から入力された高周波信号を第２と第３の端子に出力する第１の分配回路と、第４～第６の端子を備え、第４の端子から入力された高周波信号を第５と第６の端子に出力する第２の分配回路とを有し、第３の端子と伝送線路の一端とを接続すると共に、第６の端子と伝送線路の他端とを接続し、第２の端子に第１のアンテナを接続し、第５の端子に第２のアンテナを接続するようにしたので、広帯域に渡ってアンテナ間の結合を低減できる減結合回路を得ることができる。
この発明の実施の形態１による減結合回路を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による減結合回路を適用するアンテナの一例を示す説明図である。 図２の２素子ダイポールアンテナにおけるアンテナ間結合の計算結果を示す説明図である。 図２の２素子ダイポールアンテナに実施の形態１の減結合回路を適用した場合の経路Ａ、Ｂの結合の振幅、位相を示す説明図である。 図２の２素子ダイポールアンテナに実施の形態１の減結合回路を適用した場合の結合量を示す説明図である。 図２の２素子ダイポールアンテナに非特許文献１の減結合回路を適用した場合の結合量を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による減結合回路を示す構成図である。 この発明の実施の形態３による減結合回路を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による減結合回路を示す構成図である。 この発明の実施の形態５による減結合回路を示す構成図である。 この発明の実施の形態５による減結合回路の他の例を示す構成図である。
　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１による減結合回路を示す構成図である。図２は、実施の形態１に係る減結合回路を適用するアンテナの例であり、２素子のダイポールアンテナを示す図である。図３は、図２の２素子ダイポールアンテナにおけるアンテナ間結合の計算結果である。図４は、図２の２素子ダイポールアンテナに実施の形態１に係る減結合回路を適用した場合の経路Ａ、Ｂの結合の振幅、位相である。図５は、図２の２素子ダイポールアンテナに実施の形態１に係る減結合回路を適用した場合の結合量である。図６は、図２の２素子ダイポールアンテナに非特許文献１の減結合回路を適用した場合の結合量である。
　図１において、この実施の形態１に係る減結合回路には、入出力端子１～４と、接続部１１，１２と、伝送線路２１と、第１，第２の分配回路３１，３２とが設けられている。また、入出力端子１には第１のアンテナ５１が接続され、入出力端子２には第２のアンテナ５２が接続されている。
　第１，第２の分配回路３１，３２は、一つの入力を二つに分配または二つの入力を一つに合成する分配回路であり、それぞれ３つの端子を有している。第１の分配回路３１には、第１～第３の３つの端子がある。第１の端子は、入出力端子３に接続され、第２の端子は、入出力端子１の第１のアンテナ５１と反対側に接続される。また、接続部１１に、第１の分配回路３１の第３の端子と、伝送線路２１の一端とが接続される。
　第２の分配回路３２には、第４～第６の３つの端子がある。第２の分配回路３２の第４の端子は、入出力端子４に接続される。第２の分配回路３２の第５の端子は、入出力端子２の第２のアンテナ５２と反対側に接続される。接続部１２に、第２の分配回路３２の第６の端子と、伝送線路２１の他端とが接続される。
　伝送線路２１の特性インピーダンスは、第１，第２の分配回路３１，３２を設計する規格化インピーダンスと同一とする（例えば５０Ω）と設計が容易となるが、その値はここで限定するものではない。
　次に、実施の形態１の減結合回路の動作について説明する。
　入出力端子３に高周波信号を入力すると、第１の分配回路３１により、高周波信号が入出力端子１と接続部１１へ分配される。入出力端子１へ分配された高周波信号は第１のアンテナ５１に入力され、第１のアンテナ５１から電磁波が放射される。この電磁波は、その一部が第２のアンテナ５２で受信され、入出力端子２に入力される。一方、接続部１１へ分配された高周波信号は伝送線路２１を通過し、接続部１２に入力される。入出力端子２に入力された信号と、接続部１２に入力された信号は、第２の分配回路３２により合成され、入出力端子４に出力される。
　ここで、入出力端子３→第１の分配回路３１→入出力端子１→第１のアンテナ５１→第２のアンテナ５２→入出力端子２→第２の分配回路３２→入出力端子４の経路を経路Ａ（第１の経路）とする。経路Ａの入出力端子３から入出力端子４への結合をＳa43（ｆ）＝α（ｆ）ｅjφ(f)とする。ここで、ｆは周波数、α（ｆ）は周波数ｆにおける結合の振幅、φ（ｆ）は周波数ｆにおける結合の位相である。また、入出力端子３→第１の分配回路３１→接続部１１→伝送線路２１→接続部１２→第２の分配回路３２→入出力端子４の経路を経路Ｂ（第２の経路）とする。経路Ｂの入出力端子３から入出力端子４への結合をＳb43（ｆ）＝β（ｆ）ｅjθ(f)とする。ここで、ｆは周波数、β（ｆ）は周波数ｆにおける結合の振幅、θ（ｆ）は周波数ｆにおける結合の位相である。
　使用する周波数帯域を、ｆ1～ｆ2とする。また、この周波数帯域における中心周波数をｆ0とする。まず、経路Ａの結合振幅α（ｆ）と経路Ｂの結合振幅β（ｆ）が帯域内でおおむね等しくなるように、第１の分配回路３１と第２の分配回路３２の分配比を決定する。
　また、伝送線路２１の長さＬは以下の条件（１）、（２）を満たすように決定する。
（１）中心周波数ｆ0において、経路Ａの結合位相φ（ｆ0）と経路Ｂの結合位相θ（ｆ0）がほぼ逆相となる。
（２）φ（ｆ2）－φ（ｆ1）がθ（ｆ2）－θ（ｆ1）とほぼ等しくなる。すなわち、経路Ａと経路Ｂの群遅延がほぼ等しくなる。
　以上のように、第１，第２の分配回路３１，３２の分配比、伝送線路２１の長さＬを決定すれば、使用する周波数帯域において、経路Ａの結合と経路Ｂの結合をほぼ等振幅逆相にすることができ、両者を合成した入出力端子３から入出力端子４への結合量を低減することができる。
　ここで、図２に示したように、２素子のダイポールアンテナを０．２６λ0間隔で配置した場合を考える。λ0は、ｆ0における自由空間波長である。この時の、アンテナ間結合の計算結果を図３に示す。なお、図３は、アンテナのＶＳＷＲが３以下となる周波数帯域０．９３ｆ0～１．０７ｆ0におけるアンテナ間結合を示している。アンテナ間結合の位相が、帯域内で１１５度変化している。ｆ1＝０．９３ｆ0、ｆ2＝１．０７ｆ0とする。
　図２に示した２素子のダイポールアンテナの結合を、図１の減結合回路により低減させる。ここで、第１の分配回路３１における入出力端子１と接続部１１の結合量を０、第２の分配回路３２における入出力端子２と接続部１２の結合量を０、第１の分配回路３１の各端子の反射量を０、第２の分配回路３２の各端子の反射量を０と仮定する。また、伝送線路２１における接続部１１，１２での反射量を０とする。
　第１のアンテナ５１、第２のアンテナ５２、第１の分配回路３１、第２の分配回路３２の規格化インピーダンスを５０Ωとする。第１の分配回路３１において、入出力端子３から入出力端子１への通過位相と、入出力端子３から接続部１１への通過位相が等しいと仮定する。また、第２の分配回路３２において、入出力端子４から入出力端子２への通過位相と、入出力端子４から接続部１２への通過位相が等しいと仮定する。更に、伝送線路２１において損失は無いとし、伝送線路２１の特性インピーダンスを５０Ωとする。
　第１の分配回路３１において、入出力端子３から入出力端子１への通過振幅（ｄＢ）をＰ1、入出力端子３から接続部１１への通過振幅（ｄＢ）をＰ2とする。第２の分配回路３２において、入出力端子４から入出力端子２への通過振幅（ｄＢ）をＰ1、入出力端子４から接続部１２への通過振幅（ｄＢ）をＰ2とする。また、図３に示したアンテナ間結合の振幅の帯域内における最大値と最小値の平均値をγ（ｄＢ）とする。この時、図１における経路Ａと経路Ｂの結合振幅がほぼ等しくなるように、次式よりＰ2を求める。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　経路Ａの結合位相φは、図２に示したアンテナ間結合の位相に等しい。伝送線路２１の長さは、次式により求めることで、経路Ａの結合位相と経路Ｂの結合位相がｆ0において逆相となり、かつ、経路Ａと経路Ｂの群遅延がほぼ等しくなる。なお、次式においては、φ、θの単位は［ｄｅｇ．］（度）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　この例における経路Ａ、Ｂの結合の振幅、位相を図４に示す。結合振幅は経路Ａ、Ｂでほぼ等しいことが確認できる。また、結合位相は、帯域内において経路Ａ、Ｂで約１８０度異なっており、群遅延（位相の周波数特性の傾き）がほぼ等しいことが確認できる。
　入出力端子３から入出力端子４への結合Ｓ43（経路Ａ、Ｂの結合を合成したもの）の振幅を図５に示す。帯域内において、結合量は－２５ｄＢ以下であり、本減結合回路により結合量が低減されることが確認できる。
　図２に示した２素子のダイポールアンテナに、非特許文献１の減結合回路を設置した場合の結合量を図６に示す。中心周波数ｆ0においては、結合量は－２０ｄＢ以下となっているが、周波数が帯域の端部に近づくにつれ結合量が劣化し、帯域全体で結合量を低減できていないことが確認できる。
　以上のように、実施の形態１の減結合回路によれば、一つの入力を二つに分配または二つの入力を一つに合成する第１、第２の分配回路と、所定の特性インピーダンスを有する伝送線路とを備え、第１の分配回路は、第１～第３の端子を備え、第１の端子から入力された高周波信号を第２と第３の端子に出力する分配回路であり、かつ、第２の分配回路は、第４～第６の端子を備え、第４の端子から入力された高周波信号を第５と第６の端子に出力する分配回路であり、かつ、第３の端子と伝送線路の一端とを接続すると共に、第６の端子と伝送線路の他端とを接続した減結合回路であって、第２の端子に第１のアンテナを接続すると共に、第５の端子に第２のアンテナを接続するようにしたので、広帯域に渡ってアンテナ間の結合を低減できる減結合回路が得られるという効果を有する。
　また、実施の形態１の減結合回路によれば、第１の端子から第１の分配回路、第１のアンテナ、空間、第２のアンテナ、第２の分配回路を介して、第４の端子へ出力される経路を第１の経路とし、第１の端子から第１の分配回路、伝送線路、第２の分配回路を介して、第４の端子へ出力される経路を第２の経路とし、第１の経路の結合振幅と第２の経路の結合振幅がほぼ等しくなるように、第１の分配回路と第２の分配回路の分配比を決定すると共に、伝送線路の長さを、第１の経路の結合位相と第２の経路の結合位相が、使用周波数帯域の中心周波数においてほぼ逆相で、かつ、使用周波数帯域の上限周波数における結合位相と下限周波数における結合位相の差が、第１の経路と第２の経路でほぼ等しくなるような長さとしたので、第１の端子と第４の端子の間の結合量を低減させることができる。
実施の形態２．
　本実施の形態２では、実施の形態１に係る減結合回路の第１，第２の分配回路３１，３２を、第１，第２の方向性結合器３３，３４としたものである。図７は実施の形態２に係る減結合回路を示す構成図である。
　図７において、実施の形態２に係る減結合回路では、実施の形態１に係る減結合回路の第１の分配回路３１を第１の方向性結合器３３とし、第２の分配回路３２を第２の方向性結合器３４としている。また、その一端がグランド導体１０１に接続された第１の終端抵抗２０１と、その一端がグランド導体１０１に接続された第２の終端抵抗２０２とが設けられている。その他の構成は図１に示す実施の形態１と同様である。
　第１の方向性結合器３３には第１～第４の４つの端子がある。その第１の端子は入出力端子３に接続され、第２の端子は、入出力端子１の第１のアンテナ５１と反対側に接続される。また、接続部１１に、第１の方向性結合器３３の第３の端子と、伝送線路２１の一端とが接続される。接続部１３に、第１の方向性結合器３３の第４の端子と、終端抵抗２０１の他端とが接続される。
　同様に、第２の方向性結合器３４には第５～第８の４つの端子がある。その第５の端子は入出力端子４に接続され、第６の端子は、入出力端子２の第２のアンテナ５２と反対側に接続される。接続部１２に、第２の方向性結合器３４の第７の端子と、伝送線路２１の他端とが接続される。接続部１４に、第２の方向性結合器３４の第８の端子と、終端抵抗２０２の他端とが接続される。
　すなわち、第１の方向性結合器３３は、第１の端子から入力された高周波信号を第２と第３の端子に出力し、第４の端子には出力しない方向性結合器であり、第２の方向性結合器３４は、第５の端子から入力された高周波信号を第６と第７の端子に出力し、第８の端子には出力しない方向性結合器である。
　第１の方向性結合器３３においては、入出力端子３と接続部１３の結合量は非常に小さく、入出力端子１と接続部１１の結合量は非常に小さくなっている。また、第２の方向性結合器３４においては、入出力端子４と接続部１４の結合量は非常に小さく、入出力端子２と接続部１２の結合量は非常に小さくなっている。
　このように、図７の減結合回路では、第１の方向性結合器３３の入出力端子１と接続部１１のアイソレーションが確保され、第２の方向性結合器３４の入出力端子２と接続部１２のアイソレーションが確保されているので、設計を容易に行うことができる。
　第１，第２の終端抵抗２０１，２０２の値は、一般に、第１，第２の方向性結合器３３，３４を設計する規格化インピーダンスと同一とするが（例えば５０Ω）、その値はここで限定するものではない。また、第１の方向性結合器３３と第２の方向性結合器３４の結合量は、経路Ａの結合振幅と経路Ｂの結合振幅がほぼ等しくなるように決定する。さらに、伝送線路２１の長さＬは実施の形態１と同様に求める。
　以上のように、実施の形態２の減結合回路によれば、第１，第２の方向性結合器と、伝送線路と、第１，第２の終端抵抗と、グランド導体とを備え、第１の方向性結合器は、第１～第４の端子を備え、第１の端子から入力された高周波信号を第２と第３の端子に出力し、第４の端子には出力しない方向性結合器であり、かつ、第２の方向性結合器は、第５～第８の端子を備え、第５の端子から入力された高周波信号を第６と第７の端子に出力し、第８の端子には出力しない方向性結合器であって、かつ、第３の端子と伝送線路の一端を接続すると共に、第７の端子と伝送線路の他端を接続し、かつ、第４の端子とグランド導体とを第１の終端抵抗を介して接続すると共に、第８の端子とグランド導体とを第２の終端抵抗を介して接続した減結合回路であって、第２の端子に第１のアンテナを接続し、第６の端子に第２のアンテナを接続するようにしたので、広帯域に渡ってアンテナ間の結合を低減でき、かつ設計が容易な減結合回路が得られるという効果を有する。
　また、実施の形態２の減結合回路によれば、第１の端子から第１の方向性結合器、第１のアンテナ、空間、第２のアンテナ、第２の方向性結合器を介して、第５の端子へ出力される経路を第１の経路とし、第１の端子から第１の方向性結合器、伝送線路、第２の方向性結合器を介して、第５の端子へ出力される経路を第２の経路とし、第１の経路の結合振幅と第２の経路の結合振幅がほぼ等しくなるように、第１の方向性結合器と第２の方向性結合器の結合量を決定すると共に、伝送線路の長さを、第１の経路の結合位相と第２の経路の結合位相が、使用周波数帯域の中心周波数においてほぼ逆相で、かつ、使用周波数帯域の上限周波数における結合位相と下限周波数における結合位相の差が、第１の経路と第２の経路でほぼ等しくなるような長さとしたので、第１の端子と第５の端子の間の結合量を低減させることができる。
実施の形態３．
　本実施の形態３では、実施の形態１に係る減結合回路の第１，第２の分配回路３１，３２を、第１，第２のウィルキンソン分配回路３５，３６としたものであり、図８に、この発明の実施の形態３に係る減結合回路を示す。
　図８において、実施の形態３に係る減結合回路では、実施の形態１に係る減結合回路の第１の分配回路３１を第１のウィルキンソン分配回路３５とし、第２の分配回路３２を第２のウィルキンソン分配回路３６としている。第１のウィルキンソン分配回路３５には、伝送線路３０１～３０５、抵抗２０３、接続部１５～１７とが設けられている。第２のウィルキンソン分配回路３６には、伝送線路３０６～３１０、抵抗２０４、接続部１８～２０とが設けられている。
　第１のウィルキンソン分配回路３５における伝送線路３０１の一端は、入出力端子３に接続される。接続部１５に、伝送線路３０１の他端と、伝送線路３０２の一端と、伝送線路３０３の一端とが接続される。接続部１６に、伝送線路３０２の他端と、抵抗２０３の一端と、伝送線路３０４の一端とが接続される。接続部１７に、伝送線路３０３の他端と、抵抗２０３の他端と、伝送線路３０５の一端とが接続される。伝送線路３０４の他端は、入出力端子１の第１のアンテナ５１と反対側に接続される。接続部１１に、伝送線路３０５の他端と、伝送線路２１の一端とが接続される。
　第２のウィルキンソン分配回路３６における伝送線路３０６の一端は、入出力端子４に接続される。接続部１８に、伝送線路３０６の他端と、伝送線路３０７の一端と、伝送線路３０８の一端とが接続される。接続部１９に、伝送線路３０７の他端と、抵抗２０４の一端と、伝送線路３０９の一端とが接続される。接続部２０に、伝送線路３０８の他端と、抵抗２０４の他端と、伝送線路３１０の一端とが接続される。伝送線路３０９の他端は、入出力端子２の第２のアンテナ５２と反対側に接続される。接続部１２に、伝送線路３１０の他端と、伝送線路２１の他端とが接続される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　このとき、伝送線路３０１、３０６の特性インピーダンスＺ0’、伝送線路３０２，３０７の特性インピーダンスＺ2、伝送線路３０３，３０８の特性インピーダンスＺ3は次式で表わされる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　第１のウィルキンソン分配回路３５においては、入出力端子１と接続部１１の結合量は非常に小さくなっている。また、第２のウィルキンソン分配回路３６においては、入出力端子２と接続部１２の結合量は非常に小さくなっている。
　このように、図８の減結合回路では、第１のウィルキンソン分配回路３５の入出力端子１と接続部１１のアイソレーションが確保され、第２のウィルキンソン分配回路３６の入出力端子２と接続部１２のアイソレーションが確保されているので、設計を容易に行うことができる。
　以上のように、実施の形態３の減結合回路によれば、第１の分配回路を第１のウィルキンソン分配回路とすると共に、第２の分配回路を第２のウィルキンソン分配回路とし、第１のウィルキンソン分配回路において、第２、第３の端子のアイソレーションを確保し、第２のウィルキンソン分配回路において、第５、第６の端子のアイソレーションを確保したので、広帯域に渡ってアンテナ間の結合を低減でき、かつ設計が容易な減結合回路が得られるという効果を有する。
実施の形態４．
　本実施の形態４では、実施の形態１に係る減結合回路の伝送線路２１を、メアンダライン２２としたものであり、図９に実施の形態４に係る減結合回路を示す。
　図９において、実施の形態４に係る減結合回路では、実施の形態１に係る減結合回路の伝送線路２１をメアンダライン２２としている。それ以外は実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
　このように、伝送線路をメアンダライン２２にすることで、伝送線路を小型化することができる。
　以上のように、実施の形態４の減結合回路によれば、伝送線路を、メアンダラインとしたので、広帯域に渡ってアンテナ間の結合を低減でき、かつ小型な減結合回路が得られるという効果を有する。
実施の形態５．
　本実施の形態５では、実施の形態１に係る減結合回路の伝送線路２１を、複数の集中定数素子から成る移相回路２３としたものである。図１０は、この発明の実施の形態５に係る減結合回路を示す図であり、図１１は、実施の形態５に係る別の構成の減結合回路を示す図である。
　図１０において、実施の形態５に係る減結合回路では、実施の形態１に係る減結合回路の伝送線路２１を集中定数素子から成る移相回路２３としている。移相回路２３には、複数のキャパシタ２１１と、複数のインダクタ２１２とが設けられている。
　キャパシタ２１１は、その一端がグランド導体１０１に接続されている。各キャパシタ２１１の間に、インダクタ２１２が１個ずつ設置され、キャパシタ２１１のグランド導体と反対側の端部同士が、インダクタ２１２により接続されている。
　また、図１０では、各キャパシタ２１１の間に、インダクタ２１２が１個ずつ設置されているが、図１１に示すように、各インダクタ２１２の間に、キャパシタ２１１を１個ずつ設置しても良い。すなわち、移相回路２３は、並列のキャパシタ２１１と直列のインダクタ２１２が交互に複数個接続された構成であればよい。
　集中定数素子（キャパシタ、インダクタ）を用いて構成したＴ形およびΠ形回路は、移相回路として利用できる。また、これらを複数組み合わせれば、移相量を大きくすることができる。このようにして構成したのが、図１０および図１１の移相回路２３であり、集中定数素子のみで構成しているので、小型化することができる。
　以上のように、実施の形態５の減結合回路によれば、伝送線路を、集中定数素子から構成された移相回路とし、移相回路を、並列のキャパシタと直列のインダクタが交互に複数個接続された構成としたので、広帯域に渡ってアンテナ間の結合を低減でき、かつ小型な減結合回路が得られるという効果を有する。
　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　この発明に係る減結合回路は、第１の分配回路の第３の端子と伝送線路の一端とを接続すると共に、第２の分配回路の第６の端子と伝送線路の他端とを接続し、第１の分配回路の第２の端子に第１のアンテナを接続し、第２の分配回路の第５の端子に第２のアンテナを接続するように構成したので、広帯域に渡ってアンテナ間の結合を低減できる減結合回路を得ることができ、無線通信装置等に搭載される複数のアンテナに接続される減結合回路において、特に、２本のアンテナ間の結合を低減する場合に用いるのに適している。
　１～４　入出力端子、１１～２０　接続部、２１，３０１～３１０　伝送線路、２２　メアンダライン、２３　移相回路、３１　第１の分配回路、３２　第２の分配回路、３３　第１の方向性結合器、３４　第２の方向性結合器、３５　第１のウィルキンソン分配回路、３６　第２のウィルキンソン分配回路、５１　第１のアンテナ、５２　第２のアンテナ、１０１　グランド導体、２０１　第１の終端抵抗、２０２　第２の終端抵抗、２０３，２０４　抵抗、２１１　キャパシタ、２１２　インダクタ。

Claims (9)

  1. 　一つの入力を二つに分配または二つの入力を一つに合成する第１、第２の分配回路と、所定の特性インピーダンスを有する伝送線路とを備え、
    　前記第１の分配回路は、第１～第３の端子を備え、前記第１の端子から入力された高周波信号を前記第２と第３の端子に出力する分配回路であり、かつ、前記第２の分配回路は、第４～第６の端子を備え、前記第４の端子から入力された高周波信号を前記第５と第６の端子に出力する分配回路であり、
    　かつ、
    　前記第３の端子と前記伝送線路の一端とを接続すると共に、前記第６の端子と前記伝送線路の他端とを接続した減結合回路であって、
    　前記第２の端子に第１のアンテナを接続すると共に、前記第５の端子に第２のアンテナを接続することを特徴とする減結合回路。
  2. 　前記第１の端子から前記第１の分配回路、前記第１のアンテナ、空間、前記第２のアンテナ、前記第２の分配回路を介して、前記第４の端子へ出力される経路を第１の経路とし、
    　前記第１の端子から前記第１の分配回路、前記伝送線路、前記第２の分配回路を介して、前記第４の端子へ出力される経路を第２の経路とし、
    　前記第１の経路の結合振幅と前記第２の経路の結合振幅がほぼ等しくなるように、前記第１の分配回路と前記第２の分配回路の分配比を決定すると共に、
    　前記伝送線路の長さを、前記第１の経路の結合位相と前記第２の経路の結合位相が、使用周波数帯域の中心周波数においてほぼ逆相で、かつ、当該使用周波数帯域の上限周波数における結合位相と下限周波数における結合位相の差が、前記第１の経路と前記第２の経路でほぼ等しくなるような長さとしたことを特徴とする請求項１記載の減結合回路。
  3. 　第１，第２の方向性結合器と、伝送線路と、第１，第２の終端抵抗と、グランド導体とを備え、
    　前記第１の方向性結合器は、第１～第４の端子を備え、前記第１の端子から入力された高周波信号を前記第２と第３の端子に出力し、前記第４の端子には出力しない方向性結合器であり、かつ、前記第２の方向性結合器は、第５～第８の端子を備え、前記第５の端子から入力された高周波信号を前記第６と第７の端子に出力し、前記第８の端子には出力しない方向性結合器であって、
    　かつ、
    　前記第３の端子と前記伝送線路の一端を接続すると共に、前記第７の端子と前記伝送線路の他端を接続し、かつ、前記第４の端子と前記グランド導体とを前記第１の終端抵抗を介して接続すると共に、前記第８の端子と前記グランド導体とを前記第２の終端抵抗を介して接続した減結合回路であって、
    　前記第２の端子に第１のアンテナを接続し、前記第６の端子に第２のアンテナを接続したことを特徴とする減結合回路。
  4. 　前記第１の端子から前記第１の方向性結合器、前記第１のアンテナ、空間、前記第２のアンテナ、前記第２の方向性結合器を介して、前記第５の端子へ出力される経路を第１の経路とし、
    　前記第１の端子から前記第１の方向性結合器、前記伝送線路、前記第２の方向性結合器を介して、前記第５の端子へ出力される経路を第２の経路とし、
    　前記第１の経路の結合振幅と前記第２の経路の結合振幅がほぼ等しくなるように、前記第１の方向性結合器と前記第２の方向性結合器の結合量を決定すると共に、
    　前記伝送線路の長さを、前記第１の経路の結合位相と前記第２の経路の結合位相が、使用周波数帯域の中心周波数においてほぼ逆相で、かつ、当該使用周波数帯域の上限周波数における結合位相と下限周波数における結合位相の差が、前記第１の経路と前記第２の経路でほぼ等しくなるような長さとしたことを特徴とする請求項３記載の減結合回路。
  5. 　前記第１の分配回路を第１のウィルキンソン分配回路とすると共に、前記第２の分配回路を第２のウィルキンソン分配回路とし、
    　前記第１のウィルキンソン分配回路において、前記第２、第３の端子のアイソレーションを確保し、前記第２のウィルキンソン分配回路において、前記第５、第６の端子のアイソレーションを確保したことを特徴とする請求項１記載の減結合回路。
  6. 　前記伝送線路を、メアンダラインとしたことを特徴とする請求項１記載の減結合回路。
  7. 　前記伝送線路を、メアンダラインとしたことを特徴とする請求項３記載の減結合回路。
  8. 　前記伝送線路を、集中定数素子から構成された移相回路とし、当該移相回路は、並列のキャパシタと直列のインダクタが交互に複数個接続されたことを特徴とする請求項１記載の減結合回路。
  9. 　前記伝送線路を、集中定数素子から構成された移相回路とし、当該移相回路は、並列のキャパシタと直列のインダクタが交互に複数個接続されたことを特徴とする請求項３記載の減結合回路。
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