寬帶電路的製作方法

2023-12-02 19:40:46 1

專利名稱：寬帶電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在較寬的頻帶上可以獲得希望的電路特性的寬帶電路，具體地，設計一種具有較少數目的線路元件、穩定地獲得希望的寬帶電路特性的容易設計的寬帶電路。
背景技術：
在由例如電容器、線圈和電阻的組合元件組成的無源AC電路中，當施加到元件兩端的電壓是V並且流經元件的電流是I時，通過使用滿足下面關係的阻抗Z來表示這些元件的特性V＝Z*I。
例如，當具有頻率f(ω/2π(π是電路常數))的AC流經具有電容C的電容器時，電容器的阻抗表示為1/jωC。類似地，具有電感L的線圈的阻抗表示為jωL。電阻的阻抗被處理為不具有頻率依賴型的電阻值R。
因此，當AC流經電容器或線圈時，每一個這些元件的阻抗成為包括與AC頻率成比例的ω的值，並且電容器的特性表現為反比於AC頻率的值，以及線圈的特性表現為正比於AC頻率的值。
設計使用電容器的無源AC電路，使得可以通過使用隨著頻率增加阻抗減少的特性(電容特性)、並且使用電容器作為阻抗元件，來獲得希望的電路特性。
然而，上述電容特性是理想特性，實際的電容器表現出與通過串聯線圈和電阻作為寄生元件而獲得的等效電路相同的特性，如圖1(a)所示。
當電容器的阻抗與線圈的電抗一致時，即1/jωC＝jωL，包括電容器和線圈的反饋電路會產生諧振。在這種情況中的頻率稱為諧振頻率。
在圖1(b)中示出了上述情況中的頻率和阻抗之間的關係，並且包括寄生元件的等效電路示出了當頻率上升到諧振頻率時阻抗較低的特性，並且在諧振頻率處阻抗達到最小之後，阻抗隨著頻率上升而增加。
因此，在包括寄生元件的等效電路的情況中，在頻率波段高於諧振頻率時，隨著頻率上升，與理想電容器的特性差異加大。因此，在頻率波段高於諧振頻率處，使用電容器的無源AC電路喪失了電路的特性。
作為用於在高頻波段中獲得希望電路特性的現有技術，日本專利申請未審No.2001-015885(專利文獻1)公開了「高頻電路和高頻電路上的三端子片電容器的安裝結構」。
在專利文獻1中公開的發明是用於通過使用片三端子電容器作為低阻抗元件而在高頻波段中獲得希望的電路特性的發明。
專利文獻1要解決的問題圖2示出了使用在專利文獻1中公開的發明所應用的片三端子電容器的濾波器等效電路。此外，圖3示出了等效電路的傳輸特性。在該濾波器情況中，在高於以前的20Hz附近獲得80dB的較低傳輸。然而，在等於或低於截止頻率的頻率波段中隨著頻率增加而傳輸降低、在截止頻率處傳輸最小、並且在等於或高於截止頻率的頻率波段中隨著頻率增加傳輸增加的性質，與使用電容器的傳統濾波電路的性質相同。
即，儘管在接近截止頻率的頻率處獲得了希望的電路特性，當頻率偏離截止頻率時傳輸陡升。因此，在偏離截止頻率的頻率波段中不能夠獲得充分的濾波特性。
在為通信處理模擬信號的電路的情況中，信號波出現在較窄的頻率波段中。因此，只在接近於信號波的頻率波段中獲得希望的濾波特性就足夠了。因此，可能使用片三端子電容器應用到上述濾波電路中。
然而，在信號波成為矩形的數字電路的情況中，信號波的頻譜分布在包括基波的高次諧波的很寬的波段內。因此，為了只通過數位訊號波的一些頻率波段分量，要阻擋的頻率分量表現為寬帶頻譜。因此，要應用於處理高速數位訊號電路的電路必須具有在很寬的波段上通過或阻擋電磁波的特性。
在應用專利文獻1所公開的發明的濾波電路的情況中，由於寄生元件的影響，只在預定頻率的附近可以獲得希望的濾波特性。因此，為了實現在較寬的波段上通過或阻止電磁波的特性，需要通過進一步組合線圈和電容器來設計圖2所示的配置作為高階濾波電路。
然而，如圖4(a)所示，實際上是將寄生元件添加到線圈。換句話說，實際線圈表現為與通過串聯電阻和並聯電容器而獲得的等效電路相同的特性。
如圖4(b)所示，當頻率增加時該等效電路的頻率和阻抗之間的關係與理想線圈的特性有很大的不同。因此，為了補償寄生元件的影響而添加的線圈和電容器本身受寄生元件的影響，並且對於高階電路，設計參數變得更加複雜。因為理論上難以使每一個設計參數怎樣作用系統化，因此難以設計高階電路。
此外，在設計參數雜亂作用的高階電路的情況中，電路容易受工作環境的影響。因此，電路特性的穩定性和可靠性容易受損。例如，即使在電路板上形成的濾波電路表現出希望的特性，當將電路板安裝到外殼中時，也許不能獲得希望的特性。
因為這些問題，實際的電路設計必然取決於試湊技術並且難以使用CAD來設計電路。
因此，在根據使用電容器的現有技術的電路情況中，為了在較寬的頻率波段中獲得電路的原始特性必須實施複雜的電路設計，並且存在設計的電路特性不穩定並且不具有可靠性的問題。

發明內容
本發明意欲解決該問題，並且其目的是提供一種寬帶電路，其中通過較少數目的線路元件在寬頻帶上穩定地獲得希望的電路特性，並且可以容易地設計該電路。
作為寬帶電路的示例，可以列出濾波電路(低通濾波、高通濾波、帶通濾波或帶阻濾波)、終端電路等。在這種寬帶電路的情況中，考慮到信號處理速度，優選地在包括100MHz到10GHz的頻率波段中獲得希望的電路特性，並且該電路特性可以普遍地用於數位訊號電路中。
為了實現上述目的，本發明提供一種寬帶電路作為第一模式，其中通過傳輸線來連接線路元件，傳輸線具有信號傳輸導體、接地導體和置於這些導體之間的介質，特徵在於線路元件具有四端子線路結構，其中一對導體互相相對，具有比連接到任意端子的導體的阻抗低的阻抗，並且使用具有短於近似線路長度四倍長度的波長的電磁波的頻率波段作為目標頻率波段，線路元件被插入到傳輸線並用作目標頻率波段電磁波的低阻抗元件。
此外，為了實現上述目的，本發明提供本發明的第一模式的寬帶電路作為第二模式，其中用於輸出信號電磁波的信號源和要根據輸入信號來操作的無源元件通過傳輸線相連，線路元件被插入到傳輸線，特徵在於插入到傳輸線的傳輸元件至少在目標頻率波段中包括一些信號電磁波頻譜，線路元件的一對導體的任意一個的一端與信號源的輸出端子相連，其另一端與無源元件的輸入端子相連，並且導體的其它端與地相連。在上述配置的情況中，優選地信號源和線路元件通過主要在目標頻率波段中包括電抗分量的元件連接或者信號源和線路元件通過電阻連接。此外，優選地從信號源傳輸到線路元件的信號電磁波在線路元件的目標頻率波段中的頻率分量被從線路元件反射，線路元件的目標頻率波段之外的頻率分量由線路元件傳輸到無源元件一側，並且DC分量通過與信號源和無線元件相連的一對導體之一傳輸到無源元件一側。
此外，為了實現上述目的，本發明提供第一模式的寬帶電路作為第三模式，其中用於輸出信號電磁波的信號源和要根據輸入信號來操作的無源元件通過傳輸線相連，線路元件插入到傳輸線中，特徵在於插入到傳輸線中的線路元件至少在目標頻率波段中包括一些信號電磁波的頻譜，線路元件的一對導體的任意一個的一端與信號源的輸出端子相連並且其另一端電斷開，在無源元件一側的另一個導體的末端與無源元件的輸入端子相連，並且至少一個末端通過主要在目標頻率波段內包括電抗分量的元件與地相連。
此外，為了實現上述目的，本發明提供第一模式的寬帶電路作為第四模式，其中用於輸出信號電磁波的信號源和要根據輸入信號來操作的無源設備通過傳輸線相連，線路元件被插入到傳輸線中，特徵在於插入到傳輸線中的線路元件至少在目標頻率波段中包括一些信號電磁波的頻譜，線路元件的一對導體的任一一個的一端與信號線的輸出端子相連並且其另一端電斷開，在無源元件一側的另一個的末端與無源元件的輸入端子相連，並且至少一個末端通過電阻與地相連。
在本發明的第三模式或第四模式的情況中，優選地從信號源傳輸到線路元件的信號電磁波在目標頻率波段中的頻率分量通過線路傳輸到無源元件一側，該線路包括與無源元件的輸入端子相連的線路元件的一對導體之一和地，並且在線路元件的目標頻率波段之外的頻率分量進入線路元件並衰減。
此外，為了實現上述目的，本發明提供上述第一模式的寬帶電路作為第五模式，其中用於輸出信號電磁波的信號源和要根據輸入信號來操作的無源設備通過傳輸線相連，第一和第二線路元件被插入到傳輸線中，特徵在於第一和第二線路元件分別在各自目標頻率波段中包括一些信號電磁波的頻譜，第一線路元件的一對導體的之一的一端與信號源的輸出端子相連並且其另一端電開路，與信號源相對的另一個導體的末端與第二線路元件的一對導體之一相連，至少一端通過主要在第一線路元件的目標波段中包括電抗分量或電阻的元件與地相連，一端與第一線路元件相連的第二線路的一對導體之一與無源元件的輸入端子相連並且導體的另外兩端都與地相連。在上述配置的情況中，優選地第一線路元件和第二線路元件通過主要在第二線路元件的目標頻率波段中包括電抗分量或電阻的元件相連。此外，優選地從信號源傳輸到第一線路元件的信號電磁波在目標頻率波段中的頻率分量通過線路被傳輸到第二線路元件一側，該線路包括與第二線路元件的導體和地相連的第一線路元件的一對導體之一，在第一線路元件的目標頻率波段之外的頻率分量進入線路元件並衰減，傳輸到第二線路元件的信號電磁波在第二線路元件的目標頻率波段中的頻率分量從第二線路元件反射，並且在第二線路元件的目標頻率波段之外的頻率分量通過第二線路元件被傳輸到無源元件。
此外，為實現上述目的，本發明提供第一模式的寬帶電路作為第六模式，其中用於輸出信號電磁波的信號源和要根據輸入信號來操作的無源元件相連，特徵在於第一和第二線路元件分別在各自目標頻率波段中包括一些信號電磁波的頻譜，第一線路元件的一對導體之一的一端與信號源的輸出端子相連並且另一端與第二線路元件的一對導體之一相連，另一個導體的兩端都與地相連，一端與第一線路元件相連的第二線路元件的一對導體之一的另一端電斷開，並且在無源元件側的另一個的一端與無源元件的輸入端子相連，並且至少一端通過主要在第二線路元件的目標頻率波段中包括電抗分量或電阻的元件與地相連。在上述配置的情況中，優選地從信號源傳輸到第一線路元件的信號電磁波在第一線路元件的目標頻率波段中的頻率分量從第一線路元件被反射，在第一線路元件的目標頻率波段之外的頻率分量通過第一線路元件被傳輸到第二線路元件一側，在第二線路元件的目標頻率波段中的頻率分量通過線路被傳輸到無源元件，該線路包括與無源元件的輸入端子相連的第二線路元件的一對導體之一和地，並且在第二線路元件的目標頻率波段之外的頻率分量進入第二線路元件並衰減。
此外，為實現上述目的，本發明形成第一模式的寬帶電路作為第七模式，其中用於輸出信號電磁波的信號源和要根據輸入信號來操作的無源元件通過傳輸線互相連接，第一和第二線路元件被插入到該傳輸線中，特徵在於第一和第二線路元件分別在各自的目標頻率波段中包括一些信號電磁波的頻譜，第一線路元件的一對導體之一的一端與信號源的輸出端子相連並且另一端與無源元件的輸入端子相連，另一個導體的兩端都與地相連，第二線路元件的一對導體之一的一端與信號源的輸出端子相連並且另一端電斷開，在無源元件一側的另一個導體的一端與無源元件的輸入端子相連，並且至少一端通過主要在第二線路元件的目標頻率波段中包括電抗分量或電阻的元件與地相連。在上述配置的情況中，優選地從信號源傳輸到第一線路元件的信號電磁波在第一線路元件的目標頻率波段中的頻率分量通過線路被傳輸到無源元件一側，該線路包括與無源元件的輸入端子相連的第一線路元件的一對導體之一和地，在第一線路元件的目標頻率波段之外的頻率分量進入第一線路元件並衰減，從信號源傳輸到第二線路元件的信號電磁波在第二線路元件的目標頻率波段中的頻率分量被從第二線路元件反射，並且在第二線路元件的目標頻率波段之外的頻率分量通過第二線路元件被傳輸到無源元件一側。
在本發明的第六或第七模式的情況中，優選地信號源和第一線路元件通過主要在第一線路元件的目標頻率波段中包括電抗分量或電阻的元件相連。
此外，為了實現上述目的，本發明提供上述第一模式的寬帶電路作為第八模式，其中用於輸出信號電磁波的信號源和要根據輸入信號來操作的無源元件通過傳輸線相連，線路元件被插入到傳輸線中，特徵在於插入到傳輸線中的線路元件在目標頻率波段中包括信號電磁波的頻譜，線路元件的一對導體之一的一端與信號源的輸出端子相連並且另一端與無源元件的輸入端子相連，並且至少另一個的一端通過終端電阻與地相連。在上述配置的情況中，優選地從信號源傳輸到線路元件的信號電磁波在線路元件的目標頻率波段之中的頻率分量通過線路被傳輸到無源元件一側，該線路包括與信號源和無源元件相連的一對導體之一和地，在線路元件的目標頻率波段之外的頻率分量通過線路元件被傳輸到無源元件，並且DC分量通過與信號源和無源元件相連的線路元件的一對導體之一被傳輸到無源元件。
此外，為了實現上面目標，本發明提供上述第一模式的寬帶電路作為第九模式，其中用於輸出信號電磁波的信號源和要根據輸入信號來操作的無源元件通過傳輸線互相連接，第一線路元件被插入到該傳輸線中，並且用於向信號源供電的電源和第一線路元件通過第二線路元件相連，特徵在於第一和第二線路元件在其目標頻率波段中包括信號電磁波的頻譜，第一線路元件的一對導體之一的一端與信號源的輸出端子相連，並且另一端與無源元件的輸入端子相連，至少另一個的一端通過終端電阻與第二線路元件相連，第二線路元件的一對導體之一的一端通過終端電阻與第一線路元件相連，另一端與電源相連，另一個的兩端與地相連。在上述配置的情況中，優選地從信號源傳輸到第一線路元件的信號電磁波在第一線路元件的目標頻率波段中的頻率分量通過線路被傳輸到無源元件一側，該線路包括與信號源和無源元件相連的第一線路元件的一對導體之一和地，在第一線路元件的目標頻率波段之外的頻率分量通過第一線路元件被傳輸到無源元件一側，DC分量通過與信號源和無源元件相連的第一線路元件的一對導體之一被傳輸到無源元件一側。
在本發明的第八或第九模式的情況中，終端電阻具有與信號傳輸導體的阻抗相等的阻抗，信號傳輸導體的一端和終端電阻的一端分別連接到線路元件一端的兩個導體上。此外，優選地還將線路元件連接到電源線，用於使信號源和電源相連，從而向信號源供電，並且設置到電源線的線路元件的一對導體之一的一端與信號源相連並且另一端與電源相連，並且另一個導體的兩端都與地相連。
在本發明的第二或第九模式之一的配置的情況中，優選地信號源和無源元件被安裝在印刷電路板上，在印刷電路板上形成信號傳輸導體作為布線圖形並且形成接地導體作為地平面並且布線圖形與地平面相連，並且在線路元件被安裝在印刷電路板上的情況中，至少一對導體的一端與信號傳輸導體和接地導體的布線圖形相連並且插入到傳輸線中。


圖1(a)和圖1(b)是示出了包括寄生元件的電容器的等效電路及其頻率特性的圖；圖2是示出了三端子濾波電路的配置的圖；圖3是示出了三端子濾波電路的傳輸特性的圖；圖4(a)和圖4(b)是示出了包括寄生元件的線圈的等效電路及其頻率特性的圖；圖5是示出了線路結構的圖；圖6是示出了線路結構元件的電阻和頻率之間的關係的圖；圖7是示出了優選執行本發明的第一實施例的LPF電路的配置的圖；圖8(a)和圖8(b)是示出了LILC結構的圖；圖9(a)和圖9(b)是示出了要應用於第一實施例LPF電路的LILC的實施例的圖；圖10(a)到10(c)是用於解釋脈衝信號波傳輸通過第一實施例的LPF電路的過程；
圖11是示出了第一實施例的LPF電路的傳輸特性的圖；圖12是示出了優選執行本發明的第二實施例的LPF電路的配置的圖；圖13是示出了第二實施例的LPF電路的傳輸特性的圖；圖14是示出了優選實行本發明的第三實施例的LPF電路的配置的圖；圖15是示出了優選執行本發明的第四實施例的LPF電路的配置的圖；圖16(a)和16(b)是示出了要應用於第四實施例HPF電路的LILC的實施例的圖；圖17(a)到17(c)是用於解釋脈衝信號波傳輸通過第四實施例的HPF電路的過程的圖；圖18是示出了第四實施例的HPF電路的傳輸特性的圖；圖19是示出了優選執行本發明的第五實施例的HPF電路的配置的圖；圖20(a)和20(b)是要應用於第五實施例的HPF電路的LILC的實施例的圖；圖21是示出了優選執行本發明的第六實施例的HPF電路的配置的圖；圖22(a)和22(b)是示出了第六實施例的HPF電路的LILC的實施例的圖；圖23是示出了優選實現本發明的第七實施例的BPF電路的配置的圖；圖24(a)到24(d)是用於解釋第七實施例的BPF電路的操作的圖，其中圖24(a)示出了脈衝信號波的頻譜，圖24(b)示出了HPF的傳輸特性，圖24(c)示出了LPF的傳輸特性，並且圖24(d)示出了BPF電路的傳輸特性；圖25是示出了優選執行本發明的第八實施例的BEF電路的配置的圖；圖26(a)到26(d)是用於解釋第八實施例的BPF電路的操作的圖，其中圖26(a)示出了脈衝信號波的頻譜，圖26(b)示出了HPF的傳輸特性，圖26(c)示出了LPF的傳輸特性，並且圖26(d)示出了BEF電路的傳輸特性；圖27是示出了優選執行本發明的第九實施例的高頻終端電路的配置的圖；圖28(a)和28(b)是示出了要應用於第九實施例的高頻終端電路的LILC的安裝示例的圖；圖29(a)到29(c)是用於解釋脈衝信號波傳輸通過第九實施例的高頻電路的過程的圖；圖30是示出示出了優選執行本發明的第十實施例的高頻終端電路的配置的圖；圖31(a)和31(b)是示出了優選執行本發明的第十一實施例的高頻終端電路的配置的圖；圖32是示出了應用於第十一實施例的高頻終端電路的LILC的安裝示例的圖；圖33(a)和33(b)是示出了應用於第十一實施例的高頻終端電路的LILC的安裝示例的圖；圖34是示出了優選執行本發明的第十二實施例的高頻終端電路的配置的圖；圖35(a)和35(b)是示出了要應用於第十二實施例的高頻終端電路的LILC的安裝示例的圖；圖36(a)到36(c)是用於解釋脈衝信號波傳輸通過第十二實施例的高頻終端電路的過程的圖；圖37是示出了優選執行本發明的第十三實施例的高頻終端電路的配置的圖；圖38(a)和圖38(b)是示出了應用於第十三實施例的高頻終端電路的LILC的安裝示例的圖；圖39是示出了優選執行本發明的第十四實施例的高頻終端電路的配置的圖；圖40(a)和40(b)是示出了應用於第十四實施例的高頻終端電路的LILC的安裝示例的圖。
參考數字1a、2a、4a和5a示出了高頻信號。參考數字1b、2b、4b和5b表示低頻信號。參考數字1c、4c和5c表示DC信號。參考數字10a、10b、10c、10d、20a、20c、20d、30a、30b、30c、30d、40a、40b、40c、40d、50a、50b、50c和50d表示布線圖形。參考數字11、21、31、41和51表示驅動器。參考數字12、23、24、322和332表示線圈。參考數字13、22、42、46、47、52、56、57、321和331表示LILC。參考數字13a、13b、13c、13d、22a、22b、22c、22d、42a、42b、42c、42d、46a、46b、46c、46d、52a、52b、52c、52d、56a、56b、56c、56d、57a、57b、57c、57d、321a、321b、321c、321d、322a、322b、322c和322d表示LILC的端子。參考數字14、25、35、45和55表示接收機。參考數字18a、18b、28a、28b、38a、38b、38c、38d、48a、58a和58b表示布線。參考數字19、43、44、53和54表示電阻。參考數字81a和81b表示接地導體。參考數字82表示信號傳輸導體。參考數字83和113表示介質。參考數字111、112、211、212、311、312、411和412表示倒相緩衝器。參考數字111a、111b、112a、112b、211a、211b、212a、212b、311a、311b、312a、312b、411a、411b、412a、412b、511a、511b、512a和512b表示電晶體。參考數字130表示密封材料。參考數字131表示第一導體。參考數字132表示第二導體。
具體實施例方式
本發明實現了一種寬帶電路，在較寬的頻率波段上、通過使用具有四端子線路結構和較低阻抗(低阻抗線路結構組件；下文中稱為LILC)的元件代替電容器從而形成電路、利用比以前更少數目的元件而獲得了希望的電路特性。
考慮圖5所示的具有帶狀結構的線路。在該線路的情況中，DC通過接地導體81a和81b以及信號傳輸導體82傳輸，並且電磁波通過介質83傳輸。當假設忽略電阻和線路的損耗來簡化說明時，該帶狀線路的特徵阻抗Z0由表達式(1)表示。
Z0=1400r-tW=LC---(1)]]>t介質的厚度W線路的寬度μ0真空中的磁導率(1.26×10-6H/m)ε0真空中的介電常數(8.85×10-12F/m)εr介質中的特定介電常數在這種情況中，根據(L/C)1/2來計算線路的特徵阻抗。因此，阻抗成為只由電容分量和電感分量決定的值並且是針對頻率的恆定值。因此，不會發生由於頻率而導致的特徵值改變。
因此，通過降低具有線路結構的元件的阻抗(即通過使用具有線路結構的元件作為LILC)並且使用該元件作為低阻抗元件，可能實現表現為與頻率無關的希望電路特徵特性的電路。
具有線路結構的元件的阻抗的參數包括L(電感)、C(電容)、R(電阻)和G(電導)。當L或R增加時，會發生在邏輯電路切換時電源電壓波動增加的問題。因此，需要通過調整C來降低阻抗。
即，從表達式(1)可以理解到，需要增加單位長度的C。
此外，除非與流經元件的電磁波的波長相比較該元件的線路長度足夠長，否則不可能將該元件認為是線路結構。因此，必須與流經LILC的電磁波的波長相比較而LILC的線路長度足夠長。特別地，優選地電磁波通過部分的實際長度(＝有效線路長度)等於或長於流過該元件的電磁波的長度的1/4。
在反射係數(S11)和透過係數(S21)之間存在表達式(2)的關係。
通過表達式(3)獲得包括損耗的透過係數(S21)。傳輸特徵的倒數表示插入損耗。表達式(3)中的字符x表示線路長度。字符α表示組成傳輸常數的衰減常數並且由表達式(4)示出。
此外，當使用tanδ表示電容器時表達式(4)中的電導G由表達式(5)示出。在表達式(5)中，S表示介質的面積並且t表示介質的厚度。
S112+S212＝1…(2)S21=1+S112e-x---(3)]]>=(R2+2L2)(G2+2C2)+(RG-2LC)2---(4)]]>G=0rSttan---(5)]]>當用於電路時，線路元件具有較低的阻抗。然而，因為其具有有限的阻抗值，電磁波進入線路元件。然而，從表達式(3)(4)和(5)可知，進入該線路元件的電磁波成指數地衰減並且難以到外部。即，通過將適當的損耗加到LILC，不需要考慮LILC的截止。我們發現插入損耗成為阻抗失配值與元件長度、頻率和tanδ的指數的乘積。
因此，要作為低阻抗元件應用電路的LILC是具有滿足下麵條件的線路結構的元件。
1對於傳輸通過該元件的電磁波，LILC具有可以認為是線路的長度。(優選地電磁波通過部分的實際長度(＝有效長度)等於或長於目標頻率的電磁波的1/4)。
2LILC表現出了使電路的特徵成為希望特徵的足夠低的阻抗。(優選地單位長度的電容C較大)。
3LILC根據需要增加介質的損耗並加長線路。
在該線路元件的情況中，在圖6中示出了頻率和阻抗的關係。因為是由寄生元件影響阻抗，在可以將該元件看作是線路的頻率波段中阻抗不增加。
在這種情況中，通過使用具有帶狀結構的線路作為示例來進行說明。然而，LILC的結構不嚴格限制為帶狀結構。允許使用微帶型線路結構或同軸筒形線路結構。
下面來說明上述LILC被用作低阻抗元件的寬帶電路的優選實施例。
第一實施例下面來說明優選適用於本發明的第一實施例。圖7示出了適用於本發明的低通濾波電路(LPF電路)的配置。該電路具有驅動器11、LILC13和接收機14。
驅動器11具有反相緩衝器111和112並且串聯的反相緩衝器111和112組成緩衝電路。反相緩衝器111具有電晶體111a和111b並且反相緩衝器112具有電晶體112a和112b。上部的111a和112a是P溝道並且當柵極電壓保持在高電平時截止。此外，下部的電晶體111b和112b是N溝道並且當柵極電壓保持在高電平時導通。從未示出的電源將VDD提供給電晶體111a和112a的漏極端子。電晶體111a和111b通過根據柵極電壓切換VDD來分別輸出信號波，以便將信號波輸入到反相緩衝器112的輸入端子。電晶體112a和112b通過根據輸入到柵極端子的信號波切換VDD來分別產生信號波，並且信號波作為信號電磁波從驅動器11輸出。LILC13是具有四端子線路結構的元件，其中在介質的兩側一對導體互相相對，並且特徵阻抗Z0被設置為遠小於用於使驅動器11與LILC13相連的布線18a的特徵阻抗Z1的值(Z0/Z10)。LILC13的端子13a與驅動器11的輸出端子相連並且端子13b與接收機14的輸入端子相連。此外，LILC13的端子13c和13d與地相連。接收機14是用於將輸入到輸入端子(柵極端子)的信號轉換成電壓的電晶體。
圖8(a)和8(b)示出了要應用於本實施例LPF電路的LILC13。圖8(a)和8(b)示出了來自不同視角的相同配置。介質133被設置為包圍第一導體131。第一導體131和第二導體132被設置為通過介質133互相相對並且由密封材料130將其固定在其位置。
端子13a和13b被設置為第一電極131並且端子13c和13d被設置為第二電極132。端子延伸到LILC13的底部一側、穿過密封材料130並且暴露(或突出)於外部。通過將從密封材料130暴露(或突出)的端子與信號傳輸導體和接地導體相連，可能將LILC13插入到傳輸線路。
作為示例說明了將具有上述結構的LILC應用於所有實施例的情況。然而，上述結構是一個示例並且LILC的結構不限制於上述結構。
圖9(a)和9(b)示出了將LILC3設置於印刷電路板上的布線圖形的狀態。在這種情況中，為了容易地理解LILC3的狀態，在圖9(a)或9(b)中未示出密封材料130(對於其它實施例也是相同的)。為了示出LILC13的兩端的狀態，圖9(a)和9(b)示出了來自不同視角的相同配置。LILC13的端子13a與布線圖形10a相連，布線圖形10a與驅動器11的輸出端子相連。LILC13的端子13b與布線圖形10b相連，布線圖形10b與接收機14的柵極端子相連。LILC13的端子13c和13d分別與布線圖形10c和10d相連，布線圖形10c和10d與地相連。
下面來說明LPF電路的操作。圖10(a)到10(c)示出了從驅動器11輸出的脈衝信號波通過LPF電路的狀態。如圖10(a)所示，從驅動器11輸出的脈衝信號波通過包括布線18a和地的線路到達LILC13。在到達LILC13的脈衝信號波中，具有高頻的並因此能夠將LILC13作為線路的電磁波分量(高頻信號1a)受布線18a的阻抗和LILC13的阻抗之間的失配的影響。在裝置情況中，因為Z0/Z10，由LILC3反射高頻信號1a。
然而，因為具有低頻的電磁波分量(低頻信號1b)不能將LILC13作為線路，其不受布線18a和LILC13之間的阻抗失配的影響。因此，低頻信號1b進入LILC13而不被反射、通過LILC13的介質部分、並且傳輸到接收機14一側。此外，通過傳輸通過LILC13的導體部分，DC信號1c傳輸到接收機14一側。
如圖10(c)所示，傳輸到接收機14一側的低頻信號1b和傳輸的DC信號1c進入接收機14的柵極端子來操作接收機14。因此，只根據由驅動器11產生的脈衝信號中的低頻信號和DC信號來操作接收機14。
圖11示出了LPF電路的傳輸特性圖。縱軸表示透過率(dB)並且橫軸表示頻率(Hz)。在本實施例的情況中，不依賴於頻率而獲得恆定阻抗並且通過使用具有稍大介質損耗的LILC來形成了LPF電路。因此，避免了在頻率波段等於或高於截止頻率時由寄生元件影響該電路並且使傳輸特性惡化。
因此，對於頻率高於截止頻率的電磁波，本實施例的LPF電路具有較低的透過率，並且表現出與不同於傳統LPF電路的理想LPF電路相近的電路特徵。
可以通過改變LILC13的線路部分的實際長度(有效長度)來任意設置截止頻率。當比值(LILC13的線路部分的寬度和一對導體的間隙之間的比值)和絕緣體的膜厚度固定時，LILC13的線路部分的長度反比於截止頻率。這不僅應用於LPF電路，而且適用於所有實施例。
因此，本實施例的LPF電路是易於設計的寬帶電路，不需要執行複雜的計算或取決於試湊技術。此外，因為設計參數的數目較少，可以改善電路特性的穩定性和可靠性。
第二實施例下面來說明優選執行本發明的第二實施例。圖12示出了應用本發明的低通濾波電路(LPF電路)的配置。該電路與第一實施例的電路相同，除了線圈12被設置在驅動器11和LILC13之間。線圈12是設置於改善低通濾波電路特性的元件。LPF電路的操作與第一實施例的操作相同。
圖13示出了LPF電路的傳輸特性。縱軸表示透過率(dB)並且橫軸表示輸入電磁波的頻率(Hz)。設置於驅動器11和LILC13之間(換句話說，插入到布線18a中)的線圈12在低頻波段中顯示了感性特徵。因此，線圈12的感性特徵和LILC13的容性特徵產生協作效應並且當頻率超出預定頻率時，透過率陡降。
此外，線圈12在高頻波段中示出了容性特徵。然而，因為即使在高頻波段中LILC13的低阻抗特徵也不會改變並且介質損耗稍有增加，即使在等於或高於截止頻率的頻率波段中LPF電路的透過率也不會增加。
因此，對於具有頻率高於諧振頻率的電磁波，本實施例的LPF電路具有較低的透過率，並且表現為與理想LPF電路相近的電路特徵，與第一實施例的LPF電路相類似。
因此，本實施例的LPF電路是易於設計的寬帶電路，不需要執行複雜的計算或取決於試湊技術。此外，因為設計參數的數目較少，可以改善電路特性的穩定性和可靠性。
第三實施例下面來說明優選執行本發明的第三實施例。圖14示出了在本發明之下的低通濾波電路(LPF電路)的配置。該電路與第一實施例相同，除了還將電阻19設置於驅動器11和LILC13之間。電阻19是設置用於改善低通濾波電路特性的元件。LPF電路的操作與第一實施例的操作相同。
在低頻波段中設置於驅動器11和LILC13之間(換句話說，插入到布線18a中)的電阻19不受寄生元件的影響，並且其阻抗是不依賴於頻率的常數。因此，電阻值較低時，電阻19示出了與線圈相同的特性。因此，當電阻19的電阻值較低時，電阻19的特徵值和LILC13的容性特徵產生協作效應，但是當頻率超出預定頻率時，透過率陡降。
此外，即使在高頻波段中LILC13的容性特徵也不會改變並且介質的損耗稍有增加。因此，即使在等於或高於截止頻率的頻率中LPF電路的透過率也不會增加。
因此，對於具有頻率高於諧振頻率的電磁波，本實施例的LPF電路具有較低的透過率，並且表現為與理想LPF電路相近的電路特徵，與第一實施例的LPF電路相類似。
因此，本實施例的LPF電路是易於設計的寬帶電路，不需要執行複雜的計算或取決於試湊技術。此外，因為設計參數的數目較少，可以改善電路特性的穩定性和可靠性。
第四實施例下面來說明優選執行本發明的第四實施例。圖15示出了應用本發明的高通濾波電路(HPF電路)的配置。
該HPF電路具有驅動器21、LILC22、線圈23和接收機25。驅動器21由電晶體211和212組成。
驅動器21具有與第一實施例的驅動器11相同的配置並且從輸出端子輸出信號電磁波。LILC22是具有四端子線路結構的元件，其中在介質兩側一對導體互相相對，並且其特徵阻抗Z0被設置為遠小於用於使驅動器21與LILC22相連的布線28a的特徵阻抗Z2的值(Z0/Z20)。LILC22的端子22a與驅動器21的輸出端子相連並且端子22b斷開。此外，LILC22的端子22c通過線圈23與地相連。LILC22的端子22d與接收機25的輸入端子相連。線圈23是設置於改善旁路濾波器特性的元件。接收機25是用於將輸入到輸入端子(柵極端子)的信號轉換為電壓的電晶體。
圖16(a)和16(b)示出了將LILC22設置於印刷電路板上的布線圖形的狀態。為了示出在LILC22的兩端的連接狀態，圖16(a)和16(b)示出了通過改變視角從兩個方向來看的狀態。LILC22的端子22a與布線圖形20a相連，布線圖形20a與驅動器21的輸出端子相連。LILC22的端子22b斷開，不與任何布線圖形相連。端子22c與布線圖形20c相連，布線圖形20c通過線圈23與地相連。LILC22的端子22d與布線圖形20d相連，布線圖形20d與接收機25的柵極端子相連。
下面來說明HPF的操作。圖17(a)到17(c)示出了從驅動器21輸出的脈衝信號波通過HPF電路的狀態。如圖17(a)所示，從驅動器21輸出的脈衝信號波通過包括布線28a和地的線路到達LILC22。在本實施例的情況中，因為LILC22的端子22b是開路的，不傳輸脈衝信號的DC分量(DC信號)。在到達LILC22的脈衝信號波中，具有較高頻率並能夠將LILC22認為是線路的電磁波分量受布線28a的阻抗和LILC22的阻抗之間的失配的影響。在這種情況中，因為Z0/Z20，高頻信號不進入LILC22，但是如圖17(b)所示，穿過通過線圈23與地相連的導體之一和地之間的間隙，到達接收機25的柵極端子。即，高頻信號通過線路繞過LILC22而前進到接收機25一側，該線路包括具有端子22c和22d的LILC22的導體之一和接地面。
然而，在到達LILC2的脈衝信號波中，具有較低頻率的電磁波分量(低頻信號2b)進入LILC22中的介質而不受布線28a的阻抗和LILC22的阻抗之間的失配的影響。然而，因為LILC22的端子22b是電開路的，該分量不到達接收機25，但是因為將介質的損耗設置為稍高，該分量在LILC22中衰減。
如圖17(c)所示，進入接收機25柵極端子的高頻信號操作接收機25。因此，接收機只根據由驅動器21產生的脈衝信號波中的高頻信號來操作。
圖18示出了HPF電路的傳輸特徵圖。縱軸表示透過率(dB)並且橫軸表示輸入波的頻率(Hz)。當頻率超出預定頻率時，因為線圈23的感性特徵和LILC22的容性特徵導致協作效應，用於將LILC22的端子22參與地相連的線圈23的透過率陡增。此外，即使在高於截止頻率的頻率波段中，本實施例的HPF電路的電磁波的透過率仍保持在高水平，並且表現出與不同於傳統HPF電路情況下的理想HPF電路相近的電路特徵。
因此，本實施例的HPF電路是易於設計的寬帶電路，不需要執行複雜的計算或取決於試湊技術。此外，因為設計參數的數目較少，可以改善電路特性的穩定性和可靠性。
第五實施例下面來說明本發明的第五優選實施例。圖19示出了適用於本發明的高通濾波電路(HPF電路)的配置。
該HPF電路與第四實施例的情況相同，除了端子22c開路並且端子22d通過線圈24與地相連。
圖20(a)和20(b)示出了將LILC22設置在印刷電路板上的布線圖形的狀態。LILC22的端子22a與布線圖形20a相連，布線圖形20a與驅動器21的輸出端子相連。LILC22的端子22b和22c斷開，不與布線圖形相連。LILC22的端子22d與布線圖形20d相連，布線圖形20d通過接收機25的柵極端子和線圈24與地相連。
HPF的操作與第四實施例的情況相同。此外，傳輸特性與第四實施例的情況相同。因為用於使LILC22的端子22d與地相連的線圈24在低頻波段中表現出感性特徵，當頻率超出預定頻率時，線圈24的感性特徵和LILC22的容性特徵產生協作效應並且透過率陡增。此外，即使在高於截止頻率的頻率中，電磁波的透過率仍保持在較高值，並且表現出與理想HPF電路情況相近的電路特徵。
因此，本實施例的HPF電路是易於設計的寬帶電路，不需要執行複雜的計算或取決於試湊技術。此外，因為設計參數的數目較少，可以改善電路特性的穩定性和可靠性。
第六實施例下面來說明優選執行本發明的第六實施例。圖21示出了應用本發明的高通濾波電路(HPF電路)的配置。
該HPF電路與第四實施例的情況相同，除了LILC22的端子22d通過線圈24與地相連。
圖22(a)和22(b)示出了將LILC22設置在印刷電路板上的布線圖形的狀態。LILC22的端子22a與布線圖形20a相連，布線圖形20a與驅動器21的輸出端子相連。LILC22的端子22b開路，不與布線圖形相連。LILC2的端子22c與布線圖形20c相連，布線圖形20c通過線圈23與地相連。LILC22的端子22d與布線圖形20d相連，布線圖形20d與接收機25的柵極端子和地相連。
HPF的操作與第四實施例的情況相同。此外，傳輸特性與第四實施例的情況相同。然而，因為兩個線圈(線圈23和24)與LILC22相連，可能在低頻波段中使濾波特性接近於理想HPF電路的電路特徵。
因此，本實施例的HPF電路是易於設計的寬帶電路，不需要執行複雜的計算或取決於試湊技術。此外，因為設計參數的數目較少，可以改善電路特性的穩定性和可靠性。
第四到第六實施例分別具有線圈23或線圈24與LILC22的端子22相連的配置。然而，通過使用電阻代替線圈，也可以獲得相同的優點。此外，可以通過結合兩者來使用線圈和電阻。
第七實施例在上述第一到第三實施例的情況中，說明了應用本發明的LPF電路。在上述第四到第六實施例的情況中，說明了應用本發明的HPF電路。然而，通過結合它們，可能將本發明應用於帶通濾波電路或帶阻濾波電路。
下面來說明優選執行本發明的第七實施例。圖23示出了應用本發明的帶通濾波電波(BPF電路)的配置。
該BPF電路是通過使驅動器31、HPF32、LPF33和接收機34串聯而獲得的電路。
驅動器31與第一實施例的驅動器11相同，從輸出端子輸出信號電磁波。HPF32具有與第四實施例的HPF電路相同的配置，並且包括LILC321和線圈322。LILC321是具有四端子線路結構的元件，其中一對導體在介質的兩側相對，並且其特徵阻抗Z0a被設置為遠小於用於使驅動器31與LILC321相連的布線38a的特徵阻抗Z3a的值(Z0/Z3α0)。LILC321的端子321a與驅動器31的輸出端子相連，並且LILC321的端子321b開路。此外，LILC321的端子321c通過線圈322與地相連。LILC321的端子321d與LPF33的輸入端子相連。可以類似於第四實施例，將LILC321設置於印刷電路板上的布線圖形。線圈322是設置用於改善高通濾波器特性的元件。
LPF33具有與第二實施例的LPF電路相同的配置，並且包括LILC331和線圈332。LILC331是具有四端子線路結構的元件，其中一對導體在介質的兩側相對，並且其特徵阻抗Z0b被設置為遠小於用於使HPF32與LILC331相連的布線38b的特徵阻抗Z1b的值(Z0/Z1b0)。LILC331的端子331a與LILC321d相連，作為HPF32的輸出端子，並且LILC331的端子331b與地相連。此外，LILC331的端子331c和331d與地相連。可以類似於第二實施例，將LILC331設置於印刷電路板上的布線圖形。線圈332是設置用於改善高通濾波器特性的元件。
接收機34是用於將輸入到輸入端子(柵極端子)的信號轉換為電壓的電晶體。
下面來說明BPF的操作。如圖24(a)到24(c)所示，假設從驅動器31輸出的脈衝信號波的頻譜覆蓋fmin和fmax之間(包括兩者)的頻率波段，HPF32的截止頻率是f1，並且LPF33的截止頻率是f2。
從驅動器31輸出的脈衝信號波通過包括布線38a和地的線路到達HPF32。在到達HPF32的信號電磁波中等於或高於f1的頻率分量通過HPF32並且低於f1的頻率分量被HPF32阻擋。
通過HPF32的頻率分量通過包括線路38b和地的線路到達LPF33。到達LPF33的頻率分量中等於或高於f2的頻率分量由LPF33阻擋並且低於f2的頻率分量通過LPF33。
通過使用布線38c和地作為線路，通過LPF33的頻率分量到達接收機34並且進入柵極端子來操作接收機34。如圖24(d)所示，在從驅動器31輸出的脈衝信號波中只有f1和f2之間(不包括f2)的頻率分量到達接收機34。
因此，通過使應用本發明的LPF和HPF串聯，可能將本發明應用於BPF電路。當HPF電路的截止頻率高於LPF的截止頻率時，由HPF和LPF阻擋所有的頻率分量，並且沒有頻率分量到達接收機。因此，需要將HPF的截止頻率設置於低於LPF截止頻率的值。
在這種情況中，通過使用具有與第二實施例的LPF電路相同配置的LPF和具有與第四實施例的HPF電路相同配置的HPF，形成BPF電路。然而，還可以通過組合具有與其它實施例相同配置的LPF和HPF來將本發明應用於BPF電路。
因此，本實施例的BPF電路是易於設計的寬帶電路，不需要執行複雜的計算或取決於試湊技術。此外，因為設計參數的數目較少，可以改善電路特性的穩定性和可靠性。
第八實施例下面來說明優選執行本發明的第八實施例。圖25示出了應用本發明的帶阻濾波電路(BEF電路)的配置。
該BEF電路具有驅動器31、HPF32、LPF33和接收機34。驅動器31、HPF32、LPF33和接收機34的各個配置與第七實施例的情況相同，除了本實施例的BEF電路在各個部分的連接處不同。HPF32和LPF33被並聯插入到驅動器31和接收機34之間。
下面來說明BPF電路的操作。如圖26(a)和26(b)所示，假設從驅動器31輸出的脈衝信號波的頻譜覆蓋fmin和fmax之間(包括兩者)的頻率波段，HPF32的截止頻率是f3，並且LPF33的截止頻率是f4。
從驅動器31輸出的脈衝信號波通過包括布線38a和地的線路到達HPF32。在到達LPF33的信號電磁波中等於或高於f3的頻率分量通過HPF32並且低於f3的頻率分量被HPF32阻擋。
從驅動器31輸出的脈衝信號波還通過包括布線38b和地的線路到達LPF33。在到達LPF33的脈衝信號波中等於或高於f4的頻率分量由LPF33阻擋並且低於f4的頻率分量通過LPF33。
通過HPF32和LPF33的頻率分量通過包括線路38b和地的線路到達接收機34並且進入柵極端子來操作接收機34。如圖26(d)所示，在從驅動器31輸出的脈衝信號波中只有等於或高於f3的頻率分量和低於f4的頻率分量到達接收機34。
因此，通過使應用本發明的LPF和HPF並聯，可能將本發明應用於BEF電路。當HPF電路的截止頻率低於LPF的截止頻率時，所有的頻率分量通過HPF和LPF。因此，需要將HPF的截止頻率設置於高於LPF截止頻率的值。
在這種情況中，通過使用具有與第二實施例的LPF電路相同配置的LPF和具有與第四實施例的HPF電路相同配置的HPF，形成BEF電路。然而，還可以通過組合具有與其它實施例相同配置的LPF和HPF來將本發明應用於BEF電路。
因此，本實施例的BEF電路是易於設計的寬帶電路，不需要執行複雜的計算或取決於試湊技術。此外，因為設計參數的數目較少，可以改善電路特性的穩定性和可靠性。
第九實施例下面來說明優選執行本發明的第九實施例。圖27示出了應用本發明的高頻終端電路的配置。該電路是下拉型終端電路，其中信號電路通過終端電阻與地相連。
本實施例的高頻終端電路具有驅動器41、LILC42、電阻43、接收機45和LILC46。
驅動器41與第一實施例的相同，從其輸出端子輸出信號電磁波。LILC42是具有線路結構的四端子元件並且其特徵阻抗Z0被設置於遠小於用於使驅動器41與LILC42相連的布線48a的特徵阻抗Z4的值(Z0/Z40)。LILC42的端子42a與驅動器41的輸出端子相連並且LILC42的端子42b與接收機45的輸入端子相連。此外，LILC42的端子42c通過電阻43與地相連。電阻43是用於終止脈衝信號波以使該波不在LILC42處反射的電阻(終端電阻)並且其阻抗等於用於使驅動器41與LILC42相連的布線48a的阻抗。接收機45是用於使輸入到輸入端子(柵極端子)的信號轉換到電壓的電晶體。LILC46是用於限制要從未示出電源提供的DC電壓Vdc的波動的元件，使得從脈衝信號波看來終端電阻為恆定值。
圖28(a)和28(b)示出了將LILC42設置於印刷電路板上的布線圖形的狀態。LILC42的端子42a與布線圖形40a相連，布線圖形40a與驅動器41的輸出端子相連。LILC42的端子42b與布線圖形40b相連，布線圖形40b與接收機45的柵極端子相連。LILC42的端子42c與布線圖形40c相連，布線圖形40c通過線圈43與地相連，並且LILC42的端子42d開路。
下面來說明高頻終端電路的操作。圖29(a)到29(c)示出了從驅動器41輸出的脈衝信號波傳輸通過高頻終端電路的狀態。如圖29(a)所示，從驅動器41輸出的脈衝信號波通過包括布線48a和地的線路到達LILC42。具有較高頻率並能夠將LILC42認為是線路的電磁波分量(高頻信號4a)受布線48a的阻抗和LILC42的阻抗之間的失配的影響。在這種情況中，因為Z0/Z40，高頻信號不能夠進入LILC42。然而，在本實施例的情況中，終端電阻(電阻43)與LILC42的端子42c相連，高頻信號通過線路傳輸到接收機45，該線路包括電阻43與之相連的LILC42的一對導體之一和地。傳輸到接收機45一側的高頻信號通過包括布線48b和地的線路進入接收機45的柵極端子。
然而，在到達LILC42的脈衝信號波中具有低頻的電磁波分量(低頻信號)能夠進入LILC42而不受布線48b的阻抗和LILC42的阻抗之間的失配的影響。因此，電磁波分量通過LILC42的介質部分傳輸到接收機45一側並且通過包括布線48b和地的線路進入到接收機45的柵極端子。此外，DC信號通過LILC42的導體部分並且傳輸到接收機45一側、通過布線48b並且進入接收機45的柵極端子。
因此，如圖29(c)所示，從驅動器41輸出的脈衝信號波的所有頻率分量被輸入到接收機45的柵極端子並且在輸入到接收機45的柵極端子的信號中如實地再現了從驅動器41輸出的脈衝信號波的波形。因此，根據具有與從驅動器41輸出的脈衝信號波相同的波形的信號波來操作接收機45。
在數字電路的情況中，信號電磁波在Hi電平和Low電平之間互換。然而，在數據系統信號電磁波的情況中，保持信號停止在Hi電平或Low電平的狀態一段時間並且DC可以繼續流動。在這種情況中，當DC流入電阻的端子時，輸出信號的同時消耗了功率。
此外，當其1/4波長長於傳輸線的線路長度的電磁波傳輸通過傳輸線時，因為不能將電磁波認為是波，消耗了功率而不需要在終端電阻處實現匹配終止。
因此，在數字電路的情況中，需要通過避免1/4波長長於傳輸線線路長度的電磁波或DC流過終端電阻來限制功率的浪費。
當電容器被串聯地插入到傳輸線和終端電阻之間並且信號電磁波的上升時間短於由終端電阻的電阻值和電容器的電容決定的時間常數(1/5或更少)時，可以忽略電容器的電壓波動。在這種情況中，不能從信號電磁波傳輸通過的傳輸線中察覺到電容器並且可以認為只由終端電阻終止了信號電磁波。
當認為只由終端電阻終止了信號電磁波並且傳輸線的長度短於可以忽略電容器的電壓波動的最小頻率的電磁波1/4波長時，可以避免沒有匹配終止的頻率分量的電磁波和DC流入終端電阻。
例如，當在具有特定介電常數εr＝4的印刷電路板上將0.1uF的電容器串聯插入到傳輸線和具有80Ω電阻值的終端電阻之間並且忽略電源的阻抗時，CR的時間常數為8us。具有上升時間為8us×1/5＝1.6us的正弦波頻率近似100KHz並且其1/4波長是/4=(c/f)(1/)(1/4)=375m]]>(其中c是光速)。
因為印刷電路板上傳輸線的線路長度通常短於375m，沒有匹配終止的頻率分量的電磁波和DC不會流經終端電阻。
然而，如上所述，電容器具有當頻率超出預定頻率時由寄生元件影響電容器並且阻抗增加的性質。在高頻波段中，具有終端電阻的綜合值增加。因此，當使用電容器形成了終端電路時，在高頻波段中信號波的波形發生變形。
然而，因為在高頻波段中LILC的阻抗也不會增加，通過使用LILC形成終端電路，類似於本實施例的高頻終端電路，可能匹配終止具有包括高頻信號的寬頻帶電磁波而不會產生波形變形。
在不能將LILC認為是線路的低頻信號的情況中，因為LILC的作用類似於電容器，可以類似於通過電容器連接終端電阻的情況來實現匹配終止。此外，因為在DC從驅動器分離的一側終端電阻與導體相連，DC不會流經終端電阻。
因此，在本實施例的高頻終端電路的情況中，終端電阻與LILC端子相連，LILC在寬頻帶上表現出等於或小於預定值的阻抗，並從而匹配終止了脈衝信號的所有頻率分量。因此，沒有終止一些頻率分量來產生振鈴，從而不會操作接收機。此外，因為終端電阻是從驅動器DC隔離的，即使驅動器繼續輸出Hi或Low信號DC也不會流經終端電阻並且不會浪費功率。
第十實施例下面來說明優選執行本發明的第十實施例。圖30示出了應用本發明的高頻終端電路的配置。該電路是通過類似於第九實施例的終端電阻使信號電路與地相連而獲得的下拉型終端電路，終端電路與第九實施例相同，除了端子42c開路並且端子42d通過電阻44與地相連。電阻44的阻抗等於使LILC42與接收機45相連的導體48b的阻抗。
圖31(a)和31(b)示出了將LILC42設置於印刷電路板上的布線圖形的狀態。LILC42的端子42a與布線圖形40a相連，布線圖形40a與驅動器41的輸出端子相連。LILC42的端子42b與布線圖形40b相連，布線圖形40b與接收機45的柵極端子相連。LILC42的端子42c斷開並且LILC42的端子42d與布線圖形40d相連，布線圖形40d通過線圈44與地相連。
下面來說明高頻終端電路的操作。從驅動器41輸出的脈衝信號波傳輸通過高頻終端電路的狀態與第九實施例的情況相同，並且因為電阻44與LILC42的端子42d相連，高頻信號還進入接收機45的柵極端子。因此，從驅動器41輸出的脈衝信號波的所有頻率分量被輸入到接收機45的柵極端子並且由接收機45如實地再現了從驅動器41輸出的脈衝信號波。
如第九實施例所示，在本實施例的高頻終端電路的情況中，終端電阻與LILC的端子相連，LILC在寬頻帶上表現出等於或小於預定值的阻抗，並因此匹配終止了脈衝信號的所有頻率分量。因此，高頻終端電路避免了沒有終止一些頻率分量而產生振鈴並且該振鈴激活接收機的情況。此外，因為終端電阻是從驅動器DC隔離的，即使驅動器繼續輸出Hi或Low信號DC也不會流經終端電阻並且不會浪費功率。
第十一實施例下面來說明優選執行本發明的第十一實施例。圖32示出了應用本發明的高頻終端電路的配置。該電路是通過類似於第九實施例的終端電阻使信號電路與地相連而獲得的下拉型終端電路，終端電路與第九實施例相同，除了端子42d通過電阻44與地相連。電阻44的阻抗等於使LILC42與接收機45相連的布線48b的阻抗。
圖33(a)和33(b)示出了將LILC42設置在印刷電路板上的布線圖形的狀態。LILC42的端子42a與布線圖形40a相連，布線圖形40a與驅動器41的輸出端子相連。LILC42的端子42b與布線圖形40b相連，布線圖形40b與接收機45的柵極端子相連。LILC42的端子42c與布線圖形40c相連，布線圖形40c通過電阻43與地相連，並且LILC42的端子42d與布線圖形40d相連，布線圖形40d通過電阻44與地相連。
本實施例的高頻終端電路的操作幾乎與第九或第十實施例的操作相同。然而，因為終端電阻與LILC42的輸入一側和輸出一側相連，可能進一步充分終止從驅動器41輸出的脈衝信號波。
第十二實施下面來說明優選執行本發明的第十二實施例。圖34示出了應用本發明的高頻終端電路的配置。該電路是通過終端電阻將信號電路與地相連而獲得的下拉型終端電路。
本實施例的高頻終端電路具有驅動器51、LILC52、電阻53、接收機54、LILC56和LILC57。
驅動器51與第一實施例的驅動器51相同，從輸出端子輸出信號電磁波。LILC52是具有四端子線路結構的元件，其中一對導體在介質的兩側互相相對並且特徵阻抗Z0被設置為遠小於用於使驅動器51與LILC52相連的布線58a的特徵阻抗Z5的值(Z0/Z50)。LILC52在目標頻率波段中包括從驅動器51輸出的脈衝電磁波的所有頻率分量。LILC52的端子52a通過電阻53與LILC56的端子56a相連。此外，LILC52的端子52b斷開。LILC52的端子52c與驅動器51的輸出端子相連並且LILC52的端子52d與接收機55的柵極端子相連。電阻53是用於終止脈衝信號波以使其不在LILC52中反射的電阻(終端電阻)並且其阻抗等於使驅動器51與LILC52相連的布線58a的阻抗。接收機55是用於將輸入到柵極端子的信號轉換到電壓的元件。LILC56和57分別限制從未示出電源提供的DC電壓VDC的波動並且使得從脈衝信號波看來終端電阻為恆定值。
圖35(a)和35(b)示出了將LILC52設置於印刷電路板上的布線圖形的狀態。端子52a與布線圖形50a相連，布線圖形50a通過電阻53與LILC56的端子56b相連並且端子52b斷開。端子52c與布線圖形50c相連，布線圖形50c與驅動器51的輸出端子相連。端子52d與布線圖形50d相連，布線圖形50a與接收機55的柵極端子相連。
在該終端電路的情況中，與LILC52相連的終端電阻53與LILC56的端子56b相連並且與端子56b相對的端子56d與地相連。因為LILC56具有低阻抗，可以認為在高頻中電阻53與地相連。
下面來說明高頻終端電路的操作。圖36(a)和36(b)示出了從驅動器51輸出的脈衝信號波傳輸通過高頻終端電路的狀態。如圖36(a)所示，從驅動器51輸出的脈衝信號波通過包括布線58a和地的線路到達LILC52。在到達LILC52的脈衝信號波中，具有高頻並且能夠將LILC52認為是線路的電磁波分量(高頻信號5a)受布線58a的阻抗和LILC52的阻抗之間的失配的影響。在這種情況中，因為Z0/Z50，高頻信號不能進入LILC52。然而，在本實施例的情況中，因為終端電阻(電阻53)與端子52a相連，高頻信號通過包括地和LILC52的一對導體之一的線路傳輸到接收機55一側，如圖36(b)所示，導體被認為通過電阻53與地相連。
如圖36(c)所示，傳輸到接收機55一側的高頻信號5a通過包括導體58b和地的線路進入接收機55的柵極端子。
然而，在到達LILC52的脈衝信號波中具有低頻的電磁波分量(低頻信號)可以進入LILC52而不受布線58a的阻抗和LILC52的阻抗之間的失配的影響。因此，如圖36(b)所示，電磁波分量通過LILC52的介質部分並傳輸到接收機55一側，並且如圖36(c)所示，通過包括導體58b和地的線路進入接收機55的柵極端子。此外，DC信號通過不與電阻53相連的LILC52的一對導體之一，並且傳輸到接收機55一側並通過布線58b進入接收機55的柵極端子。
因此，從驅動器51輸出的脈衝信號波的所有頻率分量被輸入到接收機55的柵極端子並且在輸入到接收機55的柵極端子的信號中如實地再現了從驅動器51輸出的脈衝信號波的波形。因此，根據與從驅動器51輸出的脈衝信號波具有相同波形的信號波來操作接收機55。
在本實施例的高頻終端電波的情況中，與第九實施例相同，終端電阻與LILC的端子相連，LILC在寬頻帶上表現出等於或低於預定值的阻抗。因此，因為匹配終止了脈衝信號的所有頻率分量，本實施例避免了沒有終止一些頻率分量而產生振鈴並且激活接收機的情況。此外，因為終端電阻是從驅動器DC隔離的，即使驅動器繼續輸出Hi或Low信號DC也不會流經終端電阻並且不會浪費功率。
第十三實施例下面來說明優選執行本發明的第十三實施例。圖37示出了應用本發明的高頻終端電路的配置。該電路是終端電阻將信號電路與電源相連而獲得的下拉型終端電路，該終端電路與第十二實施例的相同，除了端子52a斷開並且端子52b通過電阻54與LILC56的端子56b相連。電阻54的阻抗等於使LILC54與接收機55相連的布線58b的阻抗。
圖38(a)和38(b)示出了。將LILC52設置於印刷電路板上的布線圖形的狀態。端子52a斷開並且端子52b與布線圖形50b相連，布線圖形50b通過電阻54與LILC56的端子56相連。端子52c與布線圖形50c相連，布線圖形50c與驅動器51的輸出端子相連。端子52d與布線圖形50d相連，布線圖形50d與接收機55的柵極端子相連。
在本終端電路的情況中，與LILC52相連的終端電阻54與LILC56的端子56b相連並且與端子56b相對的端子56d與地相連。因為LILC56具有低阻抗，可以將電阻54認為是與地相連。
下面來說明高頻終端電路的操作。從驅動器51輸出的脈衝信號波傳輸通過高頻終端電路的狀態與第十二實施例的情況相同。從驅動器51示出的脈衝信號波的所有頻率分量被輸入到接收機55的柵極端子並且輸入到接收機55的柵極端子的信號中如實地再現了從驅動器51輸出的脈衝信號波的波形。因此，根據與從驅動器51輸出的脈衝信號波具有相同波形的信號波來操作接收機55。
在本實施例的高頻終端電波的情況中，按照與第九實施例相同的方式，終端電阻與LILC的端子相連，LILC在寬頻帶上表現出等於或低於預定值的阻抗，因此，匹配終止了脈衝信號的所有頻率分量。因此，本實施例避免了沒有終止一些頻率分量而產生振鈴並且激活接收機的情況。此外，因為終端電阻是從驅動器DC隔離的，即使驅動器繼續輸出Hi或Low信號DC也不會流經終端電阻並且不會浪費功率。
第十四實施例下面來說明優選執行本發明的第十四實施例。圖39示出了應用本發明的高頻終端電路。該電路是終端電阻將信號電路與電源相連而獲得的下拉型終端電路，該終端電路與第十二實施例的相同，除了端子52b通過電阻54與地相連。電阻54的阻抗等於用於使LILC54與接收機55相連的布線58b的阻抗。
圖40(a)和40(b)示出了將LILC52設置於印刷電路板上的布線圖形的狀態。LILC52的端子52a與布線圖形50a相連，布線圖形50a通過線圈53與LILC56的端子56b相連。LILC52的端子52b與布線圖形50b相連，布線圖形50b通過電阻54與LILC56的端子56b相連。LILC52的端子52c與布線圖形50c相連，布線圖形50c與驅動器51的輸出端子相連。LILC52的端子52d與布線圖形50d相連，布線圖形50d與接收機55的柵極端子相連。
本實施例的高頻終端電路的操作與第十二實施例和第十三實施例的操作相同。因為終端電阻與LILC52的輸入一側和輸出一側都相連，可以充分終止從驅動器51輸出的脈衝電磁波。
上述實施例是本發明的優選實施例的示例，但是本發明不限制於這些實施例。
例如，在上述實施例的情況中，通過使用一階配置作為示例說明了LPF電路和HPF電路。然而，也可以將本發明應用於高階LPF電路和HPF電路。
通過使用連接的情況作為示例進行了說明。然而，還允許使終端電阻與電源和地都相連來實現Thevenin連接。
此外，驅動器和接收機不限制於每一個實施例所示的配置。
因此，可以對本發明進行各種修改。
工業應用性如上所述，根據本發明，可以利用較少數目的電路元件組成在寬頻帶上獲得希望的電路特性的寬帶電路。
權利要求
1.一種寬帶電路，其中，電路元件通過傳輸線相連，該傳輸線包括信號傳輸導體、接地導體和存在於這些導體之間的介質，特徵在於線路元件具有四端子線路結構，其中一對導體互相相對，具有低於要與任意端子相連的導體阻抗的阻抗，將tanδ設置為0.05或更大作為介質的傳輸損耗，並且使用具有短於線路長度四倍而長於線路長度的波長的電磁波的頻率波段作為目標頻率波段，並且將該線路元件插入到傳輸線中，並對於目標頻率波段的電磁波作為低阻抗元件來使用。
2.根據權利要求1所述的寬帶電路，其中，用於輸出信號電磁波的信號源和要根據輸入信號來操作的無源元件通過傳輸線相連，線路元件被插入到傳輸線中，特徵在於插入到傳輸線中的線路元件至少在目標頻率波段中包括一些信號電磁波的頻譜，線路元件的一對導體的任意一個的一端與信號源的輸出端子相連並且其另一端與無源元件的輸入端子相連，導體的另一個與地相連。
3.根據權利要求2所述的寬帶電路，特徵在於信號源和線路元件通過主要在目標頻率波段中包括電抗分量的元件相連。
4.根據權利要求2所述的寬帶電路，特徵在於信號源和線路元件通過電阻相連。
5.根據權利要求2到4之一所述的寬帶電路，特徵在於由線路元件反射從信號源傳輸到線路元件的信號電磁波中在線路元件的目標頻率波段中的頻率分量，在線路元件的目標頻率波段之外的頻率分量通過線路元件傳輸到無源元件，以及DC分量通過與信號源和無源元件相連的線路元件的一對導體之一傳輸到無源元件。
6.根據權利要求1所述的寬帶電路，其中，用於輸出信號電磁波的信號源和要根據輸入信號來操作的無源元件通過插入線路元件的傳輸線互相連接，其中，插入到傳輸線中的線路元件至少在目標頻率波段中包括一些信號電磁波的頻譜，線路元件的一對導體之一的一端與信號源的輸出端子相連並且其另一端電開路，在無源元件一側的另一個導體的一端與無源元件的輸入端子相連，並且至少一端通過主要在目標頻率波段中包括電抗分量的元件與地相連。
7.根據權利要求1所述的寬帶電路，其中，用於輸出信號電磁波的信號源和要根據輸入信號來操作的無源元件通過插入線路元件的傳輸線互相連接，其中，插入到傳輸線中的線路元件至少在目標頻率波段中包括一些信號電磁波的頻譜，線路元件的一對導體之一的一端與信號源的輸出端子相連並且其另一端開路，在無源元件一側的另一個導體的一端與無源元件的輸入端子相連，並且至少一端通過電阻與地相連。
8.根據權利要求6或7所述的寬帶電路，特徵在於從信號源傳輸到線路元件的信號電磁波中在線路元件的目標頻率波段中的頻率分量通過線路傳輸到無源元件一側，該線路包括與無源元件相連的線路元件的一對導體之一和地，以及在目標頻率波段之外的頻率分量進入線路元件並衰減。
9.根據權利要求1所述的寬帶電路，其中，用於輸出信號電磁波的信號源和要根據輸入信號來操作的無源元件通過插入了第一和第二線路元件的傳輸線連接，其中，第一和第二線路元件分別在其目標頻率波段中至少包括一些信號電磁波的頻譜，第一線路元件的一對導體之一的一端與信號源的輸出端子相連並且其另一端電開路，在信號源相對一側的另一個導體的一端與第二線路元件的一對導體之一相連，並且至少一端通過主要在第一線路元件的目標頻率波段中包括電抗分量或電阻的元件與地相連，以及一端與第一線路元件相連的第二線路元件的一對導體之一的另一端與無源元件的輸入端子相連並且另一個導體的兩端都與地相連。
10.根據權利要求7所述的寬帶電路，特徵在於第一線路元件和第二線路元件通過主要在第二線路元件的目標頻率波段中包括電抗分量和電阻的元件相連。
11.根據權利要求9或10所述的寬帶電路，特徵在於從信號源傳輸到第一線路元件的信號電磁波中在第一線路元件的目標頻率波段中的頻率分量通過線路傳輸到第二線路元件一側，該線路包括與第二線路元件相連的第一線路元件的一對導體之一和地，在第一線路元件的目標頻率波段之外的頻率分量進入線路元件並衰減，由第二線路元件反射傳輸到第二線路元件的信號電磁波中在第二線路元件的目標頻率波段中的頻率分量，以及在第二線路元件的目標頻率波段之外的頻率分量通過第二線路元件傳輸到無源元件一側。
12.根據權利要求1所述的寬帶電路，其中，用於輸入信號電磁波的信號源和要根據輸入信號來操作的無源元件通過插入了第一和第二線路元件的傳輸線路連接，其中，第一和第二線路元件分別在其目標頻率波段中至少包括一些信號電磁波的頻譜，第一線路元件的一對導體之一的一端與信號源的輸出端子相連並且其另一端與第二線路元件的一對導體之一相連，並且另一個導體的兩端都與地相連，一端與第一線路元件相連的第二線路元件的一對導體之一的另一端電開路，在無源元件一側的另一個導體的一端與無源元件的輸入端子相連，並且至少一端通過主要在第二線路元件的目標頻率波段中包括電抗分量或電阻的元件與地相連。
13.根據權利要求12所述的寬帶電路，特徵在於由第一線路元件反射從信號源傳輸到第一線路元件的信號電磁波在第一線路元件的目標頻率波段中的頻率分量，在第一線路元件的目標頻率波段之外的頻率分量通過第一線路元件傳輸到第二線路元件，傳輸到第二線路元件的信號電磁波在第二線路元件的目標頻率波段中的頻率分量通過線路傳輸到無源元件一側，該線路包括與無源元件的輸入端子相連的第二線路元件的一對導體之一和地，以及在第二線路元件的目標頻率波段之前的頻率分量進圖第二線路元件並衰減。
14.根據權利要求1所述的寬帶電路，其中，用於輸入信號電磁波的信號源和要根據輸入信號來操作的無源元件通過插入了第一和第二線路元件的傳輸線互相連接，其中，第一和第二線路元件分別在其目標頻率波段中至少包括一些信號電磁波的頻譜，第一線路元件的一對導體之一的一端與信號源的輸出端子相連，其另一端與無源元件的輸入端子相連，並且另一個導體的兩端都與地相連，第二線路元件的一對導體之一的一端與信號源的輸出端子相連並且其另一端電開路，在無源元件一側的另一個導體的一端與無源元件的輸入端子相連，並且至少一端通過主要在第二線路元件的目標頻率波段中包括電抗分量或電阻的元件與地相連。
15.根據權利要求14所述的寬帶電路，特徵在於從信號源傳輸到第一線路元件的信號電磁波中在第一線路元件的目標頻率波段中的頻率分量通過線路傳輸到無源元件一側，該線路包括與無源元件相連的第一線路元件的一對導體之一和地，在第一線路元件的目標頻率波段之外的頻率分量進入第一線路元件並衰減，由第二線路元件反射從信號源傳輸到第二線路元件的信號電磁波在第二線路元件的目標頻率波段中的頻率分量，以及在第二線路元件的目標頻率波段之外的頻率分量通過第二線路元件傳輸到無源元件一側。
16.根據權利要求12到15之一所述寬帶電路，特徵在於，信號源和第一線路元件通過主要在第一線路元件的目標頻率波段中包括電抗分量或電阻的元件互相連接。
17.根據權利要求1所述的寬帶電路，其中用於輸出信號電磁波的信號源和要根據輸入信號來操作的無源元件通過插入線路元件的傳輸線互相連接，其中，插入到傳輸線的線路元件在目標頻率波段中包括信號電磁波的頻譜，線路元件的一對導體之一的一端與信號源的輸出端子相連並且其另一端與無源元件的輸入端子相連，並且至少另一個導體的一端通過終端電阻與地相連。
18.根據權利要求17所述的寬帶電路，特徵在於從信號源傳輸到線路元件的信號電磁波在線路元件的目標頻率波段中的頻率分量通過線路傳輸到無源元件一側，該線路包括與信號源相連的線路元件的一對導體之一和地；當線路元件的目標頻率波段外的頻率分量通過線路元件傳輸到無源元件時，DC分量通過與信號源和無源元件相連的線路元件的一對導體之一傳輸到無源元件一側。
19.根據權利要求1所述的寬帶電路，其中，用於輸出信號電磁波的信號源和要根據輸入信號來操作的無源元件通過插入了第一線路元件的傳輸線互相連接，並且用於向信號源供電的電源和第一線路元件通過第二線路元件互相連接，其中，第一和第二線路元件在其目標頻率波段中包括信號電磁波的頻譜，第一線路元件的一對導體之一的一端與信號源的輸出端子相連並且其另一端與無源元件的輸入端子相連，並且至少另一個導體的一端通過終端電阻與第二線路元件相連，以及第二線路元件的一對導體之一的一端通過終端電阻與第一線路元件相連並且其另一端與電源相連，並且另一個導體的兩端都與地相連。
20.根據權利要求19所述的寬帶電路，特徵在於在從信號源到第一線路元件傳輸的信號電磁波中，在第一線路元件的目標頻率波段中的頻率分量通過線路傳輸到無源元件一側，該線路包括與信號源和無源元件相連的第一線路元件的一對導體之一和地，以及DC分量通過與信號源和無源元件相連的第一線路元件的一對導體之一傳輸到無源元件一側。
21.根據權利要求17到20之一所述的寬帶電路，特徵在於終端電阻具有與信號傳輸導體的阻抗相等的阻抗，其中，信號傳輸導體的一端和終端電阻的一端分別連接到線路元件一端的兩個導體上。
22.根據權利要求17到21之一所述的寬帶電路，特徵在於還將線路元件設置在電源線上以使信號源與電壓相連，從而向信號源供電，以及設置在電壓線上的線路元件的一對導體之一的一端與信號源的電源端子相連並且其另一端與電源相連並且另一個導體的兩端都與地相連。
23.根據權利要求2到22之一所述的寬帶電路，特徵在於信號源和無源元件被安裝在印刷電路板上，在印刷電路板上形成傳輸導體作為布線圖形並且形成接地導體作為地平面並且布線圖形與地平面相連，以及在線路元件安裝在印刷電路板上的情況中，至少導體的一端與信號傳輸導體的布線圖形和接地導體相連並被插入到線路元件中。
全文摘要
提供一種利用較少數目的線路元件、在寬頻帶上穩定地獲得希望的電路特性的容易設計的寬帶電路。在電路元件通過傳輸線與寬帶線路相連的情況中，傳輸線包括信號傳輸導體、接地導體以及存在於這些導體之間的介質，LILC13具有四端子線路結構，其中一對導體互相相對，具有低於與任意端子相連的導體阻抗的阻抗，並且使用波長短於近似於線路長度四倍的長度的電磁波頻率波段作為目標頻率波段，並且對於目標頻率波段的電磁波，LILC13用作低阻抗元件。
文檔編號H01P1/20GK1792002SQ20048001385
公開日2006年6月21日 申請日期2004年3月24日 優先權日2003年4月4日
發明者遠矢弘和 申請人:日本電氣株式會社