方向性結合器
【課題】
簡素な構造で交差部に発生する信号線間容量による特性劣化を改善し、高い周波数においても良好な特性を有する方向性結合器を得る。
【解決手段】
電磁的に結合するように一部が近接して配置され、信号線導体間の単位当たりの静電容量が他の部分に比べ大きくなる静電容量増大部５０を有する２つの信号線導体と、２つの信号線導体の１または複数の部分であって静電容量増大部から少なくとも設計周波数帯高域における約１／４波長離れた部分に近接または接続され、２つの信号線導体のうち少なくとも一方の信号線導体と接地導体との間に発生する静電容量を増加させ、静電容量増大部５０により生じる反射波を打ち消す静電容量増加素子４１とを備える。
簡素な構造で交差部に発生する信号線間容量による特性劣化を改善し、高い周波数においても良好な特性を有する方向性結合器を得る。
【解決手段】
電磁的に結合するように一部が近接して配置され、信号線導体間の単位当たりの静電容量が他の部分に比べ大きくなる静電容量増大部５０を有する２つの信号線導体と、２つの信号線導体の１または複数の部分であって静電容量増大部から少なくとも設計周波数帯高域における約１／４波長離れた部分に近接または接続され、２つの信号線導体のうち少なくとも一方の信号線導体と接地導体との間に発生する静電容量を増加させ、静電容量増大部５０により生じる反射波を打ち消す静電容量増加素子４１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、結合線路を用いた方向性結合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の結合線路を用いた方向性結合器は、２つの信号線導体を近接させて構成される結合線路の一部を交差させることにより、信号を出力させる２つの出力端子の取り出し方向を同一方向とし、外部回路との接続性を向上させている（例えば、特許文献１参照）。また、結合線路の交差部近傍に、交差部の信号線間容量による反射係数を打ち消し合い、接続部で反射係数が広帯域にわたって小さくなる接続構造を設けることにより、特性の改善を図っている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１４８２４０（図７、８頁〜９頁）
【特許文献２】特開２００７−４３５４７（図１、４頁〜５頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の方向性結合器では、２つの出力端子の取り出し方向を同一方向にするために必要不可欠な交差部に発生する信号線間容量により、高い周波数において性能が劣化するという問題があった。特許文献２に記載の方向性結合器では、信号線間に発生する容量低減のため、空気層の配置や、低誘電率誘電体を挿入した構成が示されているが、方向性結合器の構造が複雑化し、通常の単一誘電体基板で構成することが困難であるという問題があった。また、交差部近傍にオープンスタブを設けて信号線導体と地導体との間の静電容量を増加させる構造が示されているものの、交差部近傍に設けたオープンスタブのみでは効果が小さく、十分な特性の改善を行うには前述の空気層の配置や低誘電率誘電体の挿入が必要となり、構造の複雑化は避けられないという問題があった。
【０００５】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、簡素な構造で交差部等に発生する信号線間容量による特性劣化を改善し、高い周波数においても良好な特性を有する方向性結合器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る方向性結合器は、２つの信号線導体と、２つの信号線導体に対応する接地導体と、２つの信号線導体の一部を近接配置して形成され、信号線導体間の単位面積当たりの静電容量を他の部分と比べ大きくした静電容量増大部と、静電容量増大部から少なくとも使用周波数帯高域における約１／４波長離れた２つの信号線導体の１または複数の部分に近接または接続して設けられ、２つの信号線導体のうち少なくとも一方の信号線導体と接地導体との間に発生する静電容量を増加させ、静電容量増大部により生じる反射波を低減する静電容量増加素子とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る方向性結合器によれば、信号間容量による特性劣化を改善し、高い周波数帯においても良好な特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る方向性結合器の構造を示す上面図及び断面図である。
【図２】方向性結合器に関する等価回路を示す回路図である。
【図３】反射係数の位置を模式的に示したスミスチャートである。
【図４】３次元電磁界シミュレーションによる計算結果を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る方向性結合器の構造を示す上面図及び断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る方向性結合器の構造を示す上面図及び断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る方向性結合器の構造を示す上面図及び断面図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係る方向性結合器の構造を示す上面図及び断面図である。
【図９】本発明の実施の形態６に係る方向性結合器の構造を示す上面図及び断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態７に係る方向性結合器の構造を示す上面図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る方向性結合器の構造を示す図であり、図１(a)は上面透視図、図１(b)は図１(a)におけるＡ1−Ａ1’面についての断面図、図１(c)は図１(a)におけるＢ1−Ｂ1’面についての断面図である。
【００１０】
図１に示すように、実施の形態１に係る方向性結合器の構造は、誘電体基板１０の下面には接地導体１１が、誘電体基板１０の上面には接地導体１２がそれぞれ誘電体基板１０の内層に設けられた主信号線導体２１および副信号線導体３１と対向して形成されている。また、主信号線導体２１および副信号線導体３１が電磁的に結合するように近接して配置され、主信号線導体２１と副信号線導体３１により結合線路を構成している。ここで、主信号線導体２１および副信号線導体３１の長さは、設計中心周波数においておよそ１／４波長の奇数倍に設定することが望ましく、ここでは設計中心周波数において１／４波長としている。なお、設計中心周波数は使用周波数帯内の周波数としている。主信号線導体２２は接続部５１において主信号線導体２１の端部（第１の端部）と、主信号線導体２３は接続部５０において主信号線導体２１のもう一方の端部（第２の端部）とそれぞれ接続され、主信号線導体２２は端子Ｐ１に、主信号線導体２３は端子Ｐ４にそれぞれ接続されている。同様に、副信号線導体３２は接続部５０において副信号線導体３１の端部（第３の端部）と、副信号線導体３３は接続部５１において副信号線導体３１のもう一方の端部（第４の端部）とそれぞれ接続され、副信号線導体３２は端子Ｐ２に、副信号線導体３３は端子Ｐ３にそれぞれ接続されている。また、接続部５１に静電容量増加素子である柱状導体４１が主信号線導体２２および副信号線導体３３と間に静電容量が生じるように近接して設けられており、柱状導体４１は接地導体１１および接地導体１２と電気的接続を有している。
【００１１】
図１に示した方向性結合器では、端子Ｐ１に入力された信号は、端子Ｐ３および端子Ｐ４に出力され、端子Ｐ２はアイソレーション端子となるため僅かな電力しか出力されない。外部回路との接続性を向上させる目的で、図１に示すように端子Ｐ３と端子Ｐ４の出力方向を揃えるには、接続部５０において信号線が交差する領域を設ける必要があり、主信号線導体２３と副信号線導体３２との間に生じる信号線間容量が、主信号線導体２２と副信号線導体３３との間に生じる信号線間容量と比べ大きくなる。
【００１２】
次に等価回路を用いながら動作について説明する。図２(a)は図１に示した方向性結合器に関する等価回路を示す。図２(b)は図２(a)における奇モード励振時の等価回路、図２(c)は図２(a)における偶モード励振時の等価回路を示す。
【００１３】
図１に示す主信号線導体２１と副信号線導体３１は図２(a)における信号線モデル１２１と信号線モデル１３１で表され、信号線モデル１２１と信号線モデル１３１により結合線路を構成する。図２(a)の等価回路では、図１における接続部５０に生じる信号線導体間容量をCs1、接続部５０に生じる信号線−接地導体間容量をCg1、接続部５１に生じる信号線導体間容量をCs2、接続部５１に生じる信号線−接地導体間容量をCg1、接続部５１に生じる信号線−柱状導体間容量をCg2とした。ここで、前述のように、接続部５０近傍において信号線間が交差する領域が生じるため、接続部５０に生じる信号線導体間容量が接続部５１に生じる信号線導体間容量と比べ大きくなり、Cs1>Cs2となる。また、各端子の終端インピーダンスはZcとして示した。
【００１４】
図２(a)の回路に対し奇モード励振を行ったときの等価回路は図２(b)で、偶モード励振を行ったときの等価回路は図２(c)でそれぞれ表せる。図２(b)において信号線モデル１４１で構成される伝送線路の特性インピーダンスはZo、図２(c)において信号線モデル１５１で構成される伝送線路の特性インピーダンスはZeとした。ここで、結合線路が終端インピーダンスZcと整合する条件はZc＝√（Zo・Ze）であり、ZoとZeの相乗平均がZcに等しくなるときである。また、通常の結合線路ではZo<Zeとなり、上記の条件からZo<Zc<Zeとなる。図２(b)では、信号線モデル１４１の両端に、容量１４２および容量１４３が付加されている。また、図２(c)では、信号線モデル１５１の両端に、容量１５２および容量１５３が付加されている。
【００１５】
図２(b)における透過係数をTo、反射係数をΓo、図２(c)における透過係数をTe、反射係数をΓeとした。ここで、図２(a)の端子Ｐ１における反射特性は(Γe+Γo)/2、端子Ｐ１と端子Ｐ２間のアイソレーション特性は(Te−To)/2で表現される。このため、反射特性を改善するためには、ΓeとΓoの振幅を等振幅に、ΓeとΓoの位相を逆相に近い状態にすることが必要である。同様に、アイソレーション特性を改善するためには、TeとToの振幅を等振幅に、TeとToの位相を同相に近い状態にすることが必要である。
【００１６】
図３は図２(b)および図２(c)の各点における設計中心周波数における入力インピーダンス即ち反射係数の位置を模式的に示したスミスチャートであり、図３(a)におけるA点、B点、C点は、図２(b)に示すA点、B点、C点から左側を見た入力インピーダンスに相当し、図３(b)におけるD点、E点、F点は、図２(c)に示すD点、E点、F点から左側を見た入力インピーダンスに相当する。
【００１７】
図２(b)において容量１４２は接続部５０付近に生じる比較的大きい容量Cs1を含むため、図２(b)のA点から左側を見た入力インピーダンスには位相遅れが発生し、スミスチャート原点から図３(a)のA点に移動する。次に、図２(b)のB点から左側を見た入力インピーダンスは、信号線モデル１４１がZcに比べて低い特性インピーダンスであり、線路長は設計中心周波数で１／４波長となるため、図３(a)のB点に移動する。最後に、図２(b)のC点から左側を見た入力インピーダンス即ちΓoは、容量１４３の影響を受けるが、図３(a)のB点はZcに比べ低いインピーダンスの位置にあるため、容量１４３の影響は無視でき、図３(a)のB点と図３(a)のC点はほぼ同じ位置となる。つまり、反射係数Γoの位相は理想状態180度からΔoだけ変動する。
【００１８】
一方、図２(c)に示すD点から左側を見た入力インピーダンスは、容量１５２の影響を受けるが、通常Cg1はCs1に比べて小さいので、図３(b)のD点は原点付近となる。次に、図２(c)のE点から左側を見た入力インピーダンスは、信号線モデル１５１がZcに比べて高い特性インピーダンスであり、線路長は設計中心周波数で１／４波長となるため、図３(b)のE点に移動する。最後に、図２(c)のF点から左側を見た入力インピーダンス即ちΓeは、図３(b)のE点がZcに比べ高いインピーダンスの位置にあるため、容量１５３の影響を受け、図３(b)のF点の位置に移動する。つまり、反射係数Γeの位相は理想状態0度からΔeだけ変動する。
【００１９】
端子Ｐ１における反射特性を改善するには、上記ΔoとΔeが等しくなる方向へ近づける必要がある。容量Cg2はΔoにほとんど影響せず、Δeにのみ作用するため、反射特性改善は容量Cg2の増加により実現可能である。つまり、図１における柱状導体４１と主信号線導体２１、主信号線導体２２、副信号線導体３１、副信号線導体３３との距離を近づけることにより容量Cg2が増加し、反射特性の改善が可能である。
【００２０】
次にアイソレーション特性について説明する。図２(b)においてCg2=0とおいた時、透過係数Toの位相は、Cg1、Cs2が無視できると仮定した場合、信号線モデル１４１による位相遅れおよび比較的大きい容量Cs1を含む容量１４２による位相遅れの和で表現される。一方、図２(c)においてCg2=0とおいた時、透過係数Teの位相は、Cg1が無視できると仮定した場合、信号線モデル１５１による位相遅れで表現される。つまり、Cg2=0の時、透過係数Toの位相は透過係数Teの位相に比べて遅れている。ここでCg2をゼロから増加させると、透過係数Toの位相および透過係数Teの位相はそれぞれ遅れる方向に変動するが、信号線モデル１５１の特性インピーダンスが信号線モデル１４１の特性インピーダンスに比べて高いため、透過係数Teの位相遅れ量が透過係数Toの位相遅れ量に比べ大きくなり、結果として、透過係数Toの位相と透過係数Teの位相は同相に近付くことになる。この結果、容量Cg2の増加つまり図1における柱状導体４１と主信号線導体２１、主信号線導体２２、副信号線導体３１、副信号線導体３３との距離を近づけることにより、端子Ｐ１と端子Ｐ２間のアイソレーション特性の改善が可能である。
【００２１】
上記効果を確認するため行った３次元電磁界シミュレーションによる計算結果を示す。図４は図１に示すようなストリップ線路型結合線路を構成した時の計算例であり、図４(a)は反射特性、図４(b)はアイソレーション特性計算結果について示している。ここで、誘電体基板の比誘電率は3.4、全層厚1.3mm、信号線配置層間隔0.1mmとした。図４において、横軸は規格化周波数、縦軸は振幅を示しており、反射特性２１０および反射特性２１１は図１に示す端子Ｐ１からの反射特性、アイソレーション特性２２０およびアイソレーション特性２２１は図１に示す端子Ｐ１と端子Ｐ２のアイソレーション特性を示している。また、図４内の点線で示した反射特性２１０およびアイソレーション特性２２０は、図１における柱状導体４１が無い場合の計算結果を、図４内の実線で示した反射特性２１１およびアイソレーション特性２２１は、図１における柱状導体４１を配置した場合の計算結果をそれぞれ示している。図４の結果より、反射特性、アイソレーション特性はいずれも柱状導体４１配置により振幅レベルが小さくなっており、特性改善を確認することができる。
【００２２】
以上のように、実施の形態１に係る方向性結合器によれば、２つの信号線導体の交差部に生じる信号線間容量を、交差部とは異なる部位に柱状導体４１を設けて、接続部５１に生じる信号線−柱状導体間容量を増加させることにより、交差部に生じる信号線間容量により劣化する特性を改善でき、反射特性およびアイソレーション特性を改善することができる。また、基板内に空気層を設けたり、低誘電率の誘電体を挿入したりする必要がないため構造が簡素となり、単一の誘電体基板を用いて製造することができるようになる。
【００２３】
本例では、誘電体基板１０の下層および上層に接地導体１１および接地導体１２が形成されたストリップ線路型結合線路について示したが、接地導体１１または接地導体１２が無い埋め込み型マイクロストリップ線路形式を用いても良い。また、主信号線導体２１、２２、２３の一部または全てが誘電体基板１０の表層に配置されても良く、副信号線導体３１、３２、３３の一部または全てが誘電体基板１０の表層に配置されても良い。さらに、本例では図１(a)に示すように、結合線路部における主信号線導体２１と副信号線導体３１は互いに重なっていない例について説明したが、これに限ったものではなく、主信号線導体２１と副信号線導体３１の一部が重なる結合線路を用いても良い。
【００２４】
本例では、主信号線導体２１、２２、２３と副信号線導体３１、３２、３３は異なる層に形成されている例について示したが、同一層に配置しても良く、接続部５０の交差はエアブリッジ、ワイヤ、別の層に配置された導体パターンと層間接続用導体で構成しても良い。この時、線路形式はストリップ線路、埋め込み型マイクロストリップ線路、マイクロストリップ線路いずれの形式を採用しても良い。また、本例では主信号線導体２１および副信号線導体３１が直線状導体である場合について示したが、主信号線導体２１および副信号線導体３１がインピーダンスステップを有する場合やテーパ状に線路幅が変化する場合においても同様の効果が得られる。
【００２５】
本例では、柱状導体４１が接地導体１１および接地導体１２双方と電気的接続を有する場合について説明したが、主信号線導体２１、２２および副信号線導体３１、３３と柱状導体４１との間に容量を発生させれば効果が得られるため、柱状導体４１は少なくとも１つの接地導体と接続していれば良く、柱状導体４１が接地導体１１とのみ電気的に接続される構成、柱状導体４１が接地導体１２とのみ電気的に接続される構成との何れを採用しても良い。また、柱状導体４１は複数個配置しても良い。さらに、図１に示した方向性結合器を複数従属接続しても良く、２つの方向性結合器を連結したタンデム型構成を採用しても良い。
【００２６】
実施の形態２
図５は、本発明の実施の形態２に係る方向性結合器の構造を示す図であり、図５(a)は上面透視図、図５(b)は図５(a)におけるＡ1−Ａ1’面についての断面図、図５(c)は図５(a)におけるＢ1−Ｂ1’面についての断面図である。
【００２７】
図５に示した方向性結合器の構造は、図１に示した方向性結合器の構造と比べ、静電容量増加素子として柱状導体４１および柱状導体４１と電気的接続を有する導体パターン４２を用いている点が異なる。その他の構造については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００２８】
通常の誘電体基板では、導体パターン４２と主信号線導体２１、２２および副信号線導体３１、３３との間隔は、柱状導体４１と主信号線導体２１、２２および副信号線導体３１、３３との間隔に比べて小さくできるため、図２に示した容量Cg2の値を大きくすることが可能である。従って、接続部５０付近に発生する信号線間容量による性能劣化をさらに低減することが可能となる。
【００２９】
以上のように、実施の形態２に係る方向性結合器によれば、実施の形態１と同様の効果が得られ、さらに、実施の形態１に係る方向性結合器より信号線−設置導体間容量Cg2を大きくすることができるため、実施の形態１に係る方向性結合器より反射特性およびアイソレーション特性を改善することができる。
【００３０】
本例では、導体パターン４２は副信号線導体３３および主信号線導体２２と同一層の計２箇所に配置した例を示したが、これに限ったものではなく、１箇所、あるいは３箇所以上配置しても良い。また、柱状導体４１は接地導体１１または接地導体１２の少なくともどちらか一方と電気的に接続していれば良く、柱状導体４１を複数配置しても良い。さらに、本例では主信号線導体２１および副信号線導体３１が直線状導体である場合について示したが、主信号線導体２１および副信号線導体３１がインピーダンスステップを有する場合やテーパ状に線路幅が変化する場合においても同様の効果が得られる。
【００３１】
実施の形態３
図６は、本発明の実施の形態３に係る方向性結合器の構造を示す図であり、図６(a)は上面透視図、図６(b)は図６(a)におけるＡ1−Ａ1’面についての断面図、図６(c)は図６(a)におけるＢ1−Ｂ1’面についての断面図である。
【００３２】
図６に示した方向性結合器の構造は、図１に示した方向性結合器の構造と比べて、静電容量増加素子として柱状導体４１および柱状導体４１と電気的接続を有する導体パターン４３を用いている点が異なる。その他の構造については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００３３】
図６において、導体パターン４３は、主信号線導体２１、２２および副信号線導体３１、３３と別の層に形成されており、導体パターン４３と主信号線導体２１、２２および副信号線導体３１、３３は対向する面を形成しているため、図２に示した容量Cg2の値を大きくすることが可能である。従って、接続部５０付近に発生する信号線間容量による性能劣化をさらに低減することが可能となる。
【００３４】
以上のように、実施の形態３に係る方向性結合器によれば、実施の形態１と同様の効果が得られ、さらに、実施の形態１に係る方向性結合器より信号線−設置導体間容量Cg2を大きくすることができるため、実施の形態１に係る方向性結合器より反射特性およびアイソレーション特性を改善することができる。
【００３５】
本例では、導体パターン４３を２箇所に配置した例を示したがこれに限ったものではない。また、柱状導体４１は接地導体１１または接地導体１２の少なくともどちらか一方と電気的に接続していれば良く、柱状導体４１を複数配置しても良い。さらに、本例では主信号線導体２１および副信号線導体３１が直線状導体である場合について示したが、主信号線導体２１および副信号線導体３１がインピーダンスステップを有する場合やテーパ状に線路幅が変化する場合においても同様の効果が得られる。
【００３６】
実施の形態４
図７は、本発明の実施の形態４に係る方向性結合器の構造を示す図であり、図７(a)は上面透視図、図７(b)は図７(a)におけるＡ1−Ａ1’面についての断面図、図７(c)は図７(a)におけるＢ1−Ｂ1’面についての断面図である。
【００３７】
図７に示した方向性結合器の構造は、図１に示した方向性結合器の構造と比べ、静電容量増加素子として柱状導体４１の代わりに、接続部５１近傍に、主信号線導体２２と接続されるオープンスタブ２４および、副信号線導体３３と接続されるオープンスタブ３４を用いた構造である点で異なる。その他の構造については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００３８】
図７において、オープンスタブ２４は接地導体１１および接地導体１２との間に容量を形成し、同様に、オープンスタブ３４は接地導体１１および接地導体１２との間に容量を形成する。このため、オープンスタブ２４、オープンスタブ３４により、図２に示した容量Cg2を発生させることができるため、接続部５０付近に発生する信号線間容量による性能劣化を低減することが可能となる。
【００３９】
以上のように、実施の形態４に係る方向性結合器によれば、実施の形態１に係る方向性結合器と同様の効果を得ることができ、さらに、柱状導体を設ける必要がないため容易に製造できるという効果が得られる。
【００４０】
本例では、オープンスタブ２４、オープンスタブ３４を１箇所ずつ配置した例を示したがこれに限ったものではなく、複数配置しても良い。また、本例ではオープンスタブ２４、オープンスタブ３４をそれぞれ主信号線導体２２および副信号線導体３３に接続した構造について示したが、オープンスタブ２４およびオープンスタブ３４を主信号線導体２１および副信号線導体３１に接続しても良い。さらに、本例では主信号線導体２１および副信号線導体３１が直線状導体である場合について示したが、主信号線導体２１および副信号線導体３１がインピーダンスステップを有する場合やテーパ状に線路幅が変化する場合においても同様の効果が得られる。
【００４１】
実施の形態５
図８は、本発明の実施の形態５に係る方向性結合器の構造を示す図であり、図８(a)は上面透視図、図８(b)は図８(a)におけるＡ1−Ａ1’面についての断面図、図８(c)は図８(a)におけるＢ1−Ｂ1’面についての断面図である。
【００４２】
図８に示した方向性結合器では、図１に示した方向性結合器の構造と比べ、柱状導体４１の代わりに、接続部５１近傍の信号の伝搬方向を変化させる曲げ部６１a、曲げ部６２aが、接続部５０近傍の曲げ部６１b、曲げ部６２bに比べて面積を広くした構造により、接続部５１に生じる信号線−接地導体間容量を増加させている点で異なる。その他の構造については、前述の実施の形態１に係る方向性結合器と同様であり、その説明を省略する。
【００４３】
図８において、曲げ部６１a、曲げ部６２aは、曲げ部６１b、曲げ部６２bに比べて接地導体１１および接地導体１２との対向面積が広くなるため、曲げ部６１aと接地導体１１および接地導体１２との間に容量を形成し、同様に、曲げ部６２aと接地導体１１および接地導体１２との間に容量を形成する。このため、図２に示した容量Cg2を発生させることができるため、接続部５０付近に発生する信号線間容量による性能劣化を低減することが可能となる。
【００４４】
以上のように、実施の形態５に係る方向性結合器によれば、実施の形態１に係る方向性結合器と同様の効果を得ることができ、さらに、柱状導体を設ける必要がないため容易に製造できるという効果が得られる。
【００４５】
本例では、曲げ部６１a、曲げ部６２a、曲げ部６１b、曲げ部６２bの形状が、外側が円弧状、内側が直角状の曲げ部についての例を示したが、形状は任意の形状で良く、直線状、多角形状、円弧状、またはいずれかを組み合わせた形状を採用しても良い。
【００４６】
実施の形態６
図９は、本発明の実施の形態６に係る方向性結合器の構造を示す図であり、図９(a)は上面透視図、図９(b)は図９(a)におけるＡ1−Ａ1’面についての断面図、図９(c)は図９(a)におけるＢ1−Ｂ1’面についての断面図である。
【００４７】
図９に示した方向性結合器の構造は、図１に示した方向性結合器の構造において、主信号線導体２１が主信号線導体２１aおよび主信号線導体２１bに分割され、副信号線導体３１が副信号線導体３１aおよび副信号線導体３１bに分割され、主信号線導体２１aと副信号線導体３１aによる結合線路および主信号線導体２１bと副信号線導体３１bによる結合線路による2段構成となっている。また、接続部５２では、主信号線導体２１aと主信号線導体２１bが、副信号線導体３１aと副信号線導体３１bがそれぞれ接続されており、接続部５２近傍には静電容量増加素子として柱状導体４１が形成されている。その他の構造については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００４８】
図９において、主信号線導体２１a、主信号線導体２１b、副信号線導体３１a、副信号線導体３１bはそれぞれ設計中心周波数でおよそ１／４波長の奇数倍に設定することが望ましく、実施の形態１における説明と同様に、柱状導体４１と主信号線導体２１a、主信号線導体２１b、副信号線導体３１a、副信号線導体３１bとの間に発生させる容量により、接続部５０付近に発生する信号線間容量による性能劣化を低減することが可能となる。
【００４９】
以上のように、実施の形態６に係る方向性結合器によれば、実施の形態１で述べた効果と同様な効果を得ることができ、さらに、ステップ間の結合度を比較的自由に制御できるため特性の広帯域化が実現できるという効果が得られる。
【００５０】
本例では、結合線路を２段構成にした形状について説明したが、３段以上の多段構成を用いてしても良い。
【００５１】
実施の形態７
図１０は、本発明の実施の形態７に係る方向性結合器の構造を示す図であり、図１０(a)は上面透視図、図１０(b)は図１０(a)におけるＡ1−Ａ1’面についての断面図、図１０(c)は図１０(a)におけるＢ1−Ｂ1’面についての断面図である。
【００５２】
図１０に示した方向性結合器の構造は、図１に示した方向性結合器の構造と比べ、主信号線導体２１および副信号線導体３１の線路幅が接続部５０から接続部５１にかけて連続的に変化するテーパ結合線路を構成している点で異なる。また、静電容量増加素子として柱状導体４１が形成されており、接続部５０と接続部５１の間に位置し、接続部５０から距離Ｌ１の位置に配置されている。ここで、後述の通り、距離Ｌ１は使用周波数帯高域においておよそ１／４波長に設定することが望ましい。その他の構造については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００５３】
図１０に示すテーパ結合線路は、方向性結合器の広帯域化が可能であり、一般に主信号線導体２１および副信号線導体３１の線路長は使用中心周波数において１／４波長より長い。ここで、距離Ｌ１を設計中心周波数においておよそ１／４波長に選ぶと、実施の形態１で説明したように、使用中心周波数近傍において、接続部５０付近に発生する信号線間容量による性能劣化を低減することが可能となる。また、接続部５０付近に発生する信号線間容量は周波数が高くなるにつれて大きくなるため、距離Ｌ１を使用中心周波数より高い周波数においておよそ１／４波長に選ぶことにより、使用周波数帯高域において、接続部５０付近に発生する信号線間容量による性能劣化を低減することが可能となる。
【００５４】
以上のように、実施の形態７に係る方向性結合器によれば、実施の形態１に係る方向性結合器と同様の効果を得ることができ、さらに、特性の広帯域化が実現できるという効果が得られる。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 誘電体基板、１１,１２ 接地導体、２１〜２３ 主信号線導体、２４ オープンスタブ、３１〜３３ 副信号線導体、３４ オープンスタブ、４１ 柱状導体、４２,４３ 導体パターン、５０〜５２ 接続部、６１ａ,６１ｂ,６２ａ,６２ｂ 曲げ部、１２１,１３１ 信号線モデル、２１０ 反射特性解析結果（柱状導体がない場合）、２１１ 反射特性解析結果（柱状導体を配置した場合）、２２０ アイソレーション特性解析結果（柱状導体がない場合）、２２１ アイソレーション特性解析結果（柱状導体を配置した場合）、Ｐ１〜Ｐ４ 端子。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、結合線路を用いた方向性結合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の結合線路を用いた方向性結合器は、２つの信号線導体を近接させて構成される結合線路の一部を交差させることにより、信号を出力させる２つの出力端子の取り出し方向を同一方向とし、外部回路との接続性を向上させている（例えば、特許文献１参照）。また、結合線路の交差部近傍に、交差部の信号線間容量による反射係数を打ち消し合い、接続部で反射係数が広帯域にわたって小さくなる接続構造を設けることにより、特性の改善を図っている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１４８２４０（図７、８頁〜９頁）
【特許文献２】特開２００７−４３５４７（図１、４頁〜５頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の方向性結合器では、２つの出力端子の取り出し方向を同一方向にするために必要不可欠な交差部に発生する信号線間容量により、高い周波数において性能が劣化するという問題があった。特許文献２に記載の方向性結合器では、信号線間に発生する容量低減のため、空気層の配置や、低誘電率誘電体を挿入した構成が示されているが、方向性結合器の構造が複雑化し、通常の単一誘電体基板で構成することが困難であるという問題があった。また、交差部近傍にオープンスタブを設けて信号線導体と地導体との間の静電容量を増加させる構造が示されているものの、交差部近傍に設けたオープンスタブのみでは効果が小さく、十分な特性の改善を行うには前述の空気層の配置や低誘電率誘電体の挿入が必要となり、構造の複雑化は避けられないという問題があった。
【０００５】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、簡素な構造で交差部等に発生する信号線間容量による特性劣化を改善し、高い周波数においても良好な特性を有する方向性結合器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る方向性結合器は、２つの信号線導体と、２つの信号線導体に対応する接地導体と、２つの信号線導体の一部を近接配置して形成され、信号線導体間の単位面積当たりの静電容量を他の部分と比べ大きくした静電容量増大部と、静電容量増大部から少なくとも使用周波数帯高域における約１／４波長離れた２つの信号線導体の１または複数の部分に近接または接続して設けられ、２つの信号線導体のうち少なくとも一方の信号線導体と接地導体との間に発生する静電容量を増加させ、静電容量増大部により生じる反射波を低減する静電容量増加素子とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る方向性結合器によれば、信号間容量による特性劣化を改善し、高い周波数帯においても良好な特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る方向性結合器の構造を示す上面図及び断面図である。
【図２】方向性結合器に関する等価回路を示す回路図である。
【図３】反射係数の位置を模式的に示したスミスチャートである。
【図４】３次元電磁界シミュレーションによる計算結果を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る方向性結合器の構造を示す上面図及び断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る方向性結合器の構造を示す上面図及び断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る方向性結合器の構造を示す上面図及び断面図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係る方向性結合器の構造を示す上面図及び断面図である。
【図９】本発明の実施の形態６に係る方向性結合器の構造を示す上面図及び断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態７に係る方向性結合器の構造を示す上面図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る方向性結合器の構造を示す図であり、図１(a)は上面透視図、図１(b)は図１(a)におけるＡ1−Ａ1’面についての断面図、図１(c)は図１(a)におけるＢ1−Ｂ1’面についての断面図である。
【００１０】
図１に示すように、実施の形態１に係る方向性結合器の構造は、誘電体基板１０の下面には接地導体１１が、誘電体基板１０の上面には接地導体１２がそれぞれ誘電体基板１０の内層に設けられた主信号線導体２１および副信号線導体３１と対向して形成されている。また、主信号線導体２１および副信号線導体３１が電磁的に結合するように近接して配置され、主信号線導体２１と副信号線導体３１により結合線路を構成している。ここで、主信号線導体２１および副信号線導体３１の長さは、設計中心周波数においておよそ１／４波長の奇数倍に設定することが望ましく、ここでは設計中心周波数において１／４波長としている。なお、設計中心周波数は使用周波数帯内の周波数としている。主信号線導体２２は接続部５１において主信号線導体２１の端部（第１の端部）と、主信号線導体２３は接続部５０において主信号線導体２１のもう一方の端部（第２の端部）とそれぞれ接続され、主信号線導体２２は端子Ｐ１に、主信号線導体２３は端子Ｐ４にそれぞれ接続されている。同様に、副信号線導体３２は接続部５０において副信号線導体３１の端部（第３の端部）と、副信号線導体３３は接続部５１において副信号線導体３１のもう一方の端部（第４の端部）とそれぞれ接続され、副信号線導体３２は端子Ｐ２に、副信号線導体３３は端子Ｐ３にそれぞれ接続されている。また、接続部５１に静電容量増加素子である柱状導体４１が主信号線導体２２および副信号線導体３３と間に静電容量が生じるように近接して設けられており、柱状導体４１は接地導体１１および接地導体１２と電気的接続を有している。
【００１１】
図１に示した方向性結合器では、端子Ｐ１に入力された信号は、端子Ｐ３および端子Ｐ４に出力され、端子Ｐ２はアイソレーション端子となるため僅かな電力しか出力されない。外部回路との接続性を向上させる目的で、図１に示すように端子Ｐ３と端子Ｐ４の出力方向を揃えるには、接続部５０において信号線が交差する領域を設ける必要があり、主信号線導体２３と副信号線導体３２との間に生じる信号線間容量が、主信号線導体２２と副信号線導体３３との間に生じる信号線間容量と比べ大きくなる。
【００１２】
次に等価回路を用いながら動作について説明する。図２(a)は図１に示した方向性結合器に関する等価回路を示す。図２(b)は図２(a)における奇モード励振時の等価回路、図２(c)は図２(a)における偶モード励振時の等価回路を示す。
【００１３】
図１に示す主信号線導体２１と副信号線導体３１は図２(a)における信号線モデル１２１と信号線モデル１３１で表され、信号線モデル１２１と信号線モデル１３１により結合線路を構成する。図２(a)の等価回路では、図１における接続部５０に生じる信号線導体間容量をCs1、接続部５０に生じる信号線−接地導体間容量をCg1、接続部５１に生じる信号線導体間容量をCs2、接続部５１に生じる信号線−接地導体間容量をCg1、接続部５１に生じる信号線−柱状導体間容量をCg2とした。ここで、前述のように、接続部５０近傍において信号線間が交差する領域が生じるため、接続部５０に生じる信号線導体間容量が接続部５１に生じる信号線導体間容量と比べ大きくなり、Cs1>Cs2となる。また、各端子の終端インピーダンスはZcとして示した。
【００１４】
図２(a)の回路に対し奇モード励振を行ったときの等価回路は図２(b)で、偶モード励振を行ったときの等価回路は図２(c)でそれぞれ表せる。図２(b)において信号線モデル１４１で構成される伝送線路の特性インピーダンスはZo、図２(c)において信号線モデル１５１で構成される伝送線路の特性インピーダンスはZeとした。ここで、結合線路が終端インピーダンスZcと整合する条件はZc＝√（Zo・Ze）であり、ZoとZeの相乗平均がZcに等しくなるときである。また、通常の結合線路ではZo<Zeとなり、上記の条件からZo<Zc<Zeとなる。図２(b)では、信号線モデル１４１の両端に、容量１４２および容量１４３が付加されている。また、図２(c)では、信号線モデル１５１の両端に、容量１５２および容量１５３が付加されている。
【００１５】
図２(b)における透過係数をTo、反射係数をΓo、図２(c)における透過係数をTe、反射係数をΓeとした。ここで、図２(a)の端子Ｐ１における反射特性は(Γe+Γo)/2、端子Ｐ１と端子Ｐ２間のアイソレーション特性は(Te−To)/2で表現される。このため、反射特性を改善するためには、ΓeとΓoの振幅を等振幅に、ΓeとΓoの位相を逆相に近い状態にすることが必要である。同様に、アイソレーション特性を改善するためには、TeとToの振幅を等振幅に、TeとToの位相を同相に近い状態にすることが必要である。
【００１６】
図３は図２(b)および図２(c)の各点における設計中心周波数における入力インピーダンス即ち反射係数の位置を模式的に示したスミスチャートであり、図３(a)におけるA点、B点、C点は、図２(b)に示すA点、B点、C点から左側を見た入力インピーダンスに相当し、図３(b)におけるD点、E点、F点は、図２(c)に示すD点、E点、F点から左側を見た入力インピーダンスに相当する。
【００１７】
図２(b)において容量１４２は接続部５０付近に生じる比較的大きい容量Cs1を含むため、図２(b)のA点から左側を見た入力インピーダンスには位相遅れが発生し、スミスチャート原点から図３(a)のA点に移動する。次に、図２(b)のB点から左側を見た入力インピーダンスは、信号線モデル１４１がZcに比べて低い特性インピーダンスであり、線路長は設計中心周波数で１／４波長となるため、図３(a)のB点に移動する。最後に、図２(b)のC点から左側を見た入力インピーダンス即ちΓoは、容量１４３の影響を受けるが、図３(a)のB点はZcに比べ低いインピーダンスの位置にあるため、容量１４３の影響は無視でき、図３(a)のB点と図３(a)のC点はほぼ同じ位置となる。つまり、反射係数Γoの位相は理想状態180度からΔoだけ変動する。
【００１８】
一方、図２(c)に示すD点から左側を見た入力インピーダンスは、容量１５２の影響を受けるが、通常Cg1はCs1に比べて小さいので、図３(b)のD点は原点付近となる。次に、図２(c)のE点から左側を見た入力インピーダンスは、信号線モデル１５１がZcに比べて高い特性インピーダンスであり、線路長は設計中心周波数で１／４波長となるため、図３(b)のE点に移動する。最後に、図２(c)のF点から左側を見た入力インピーダンス即ちΓeは、図３(b)のE点がZcに比べ高いインピーダンスの位置にあるため、容量１５３の影響を受け、図３(b)のF点の位置に移動する。つまり、反射係数Γeの位相は理想状態0度からΔeだけ変動する。
【００１９】
端子Ｐ１における反射特性を改善するには、上記ΔoとΔeが等しくなる方向へ近づける必要がある。容量Cg2はΔoにほとんど影響せず、Δeにのみ作用するため、反射特性改善は容量Cg2の増加により実現可能である。つまり、図１における柱状導体４１と主信号線導体２１、主信号線導体２２、副信号線導体３１、副信号線導体３３との距離を近づけることにより容量Cg2が増加し、反射特性の改善が可能である。
【００２０】
次にアイソレーション特性について説明する。図２(b)においてCg2=0とおいた時、透過係数Toの位相は、Cg1、Cs2が無視できると仮定した場合、信号線モデル１４１による位相遅れおよび比較的大きい容量Cs1を含む容量１４２による位相遅れの和で表現される。一方、図２(c)においてCg2=0とおいた時、透過係数Teの位相は、Cg1が無視できると仮定した場合、信号線モデル１５１による位相遅れで表現される。つまり、Cg2=0の時、透過係数Toの位相は透過係数Teの位相に比べて遅れている。ここでCg2をゼロから増加させると、透過係数Toの位相および透過係数Teの位相はそれぞれ遅れる方向に変動するが、信号線モデル１５１の特性インピーダンスが信号線モデル１４１の特性インピーダンスに比べて高いため、透過係数Teの位相遅れ量が透過係数Toの位相遅れ量に比べ大きくなり、結果として、透過係数Toの位相と透過係数Teの位相は同相に近付くことになる。この結果、容量Cg2の増加つまり図1における柱状導体４１と主信号線導体２１、主信号線導体２２、副信号線導体３１、副信号線導体３３との距離を近づけることにより、端子Ｐ１と端子Ｐ２間のアイソレーション特性の改善が可能である。
【００２１】
上記効果を確認するため行った３次元電磁界シミュレーションによる計算結果を示す。図４は図１に示すようなストリップ線路型結合線路を構成した時の計算例であり、図４(a)は反射特性、図４(b)はアイソレーション特性計算結果について示している。ここで、誘電体基板の比誘電率は3.4、全層厚1.3mm、信号線配置層間隔0.1mmとした。図４において、横軸は規格化周波数、縦軸は振幅を示しており、反射特性２１０および反射特性２１１は図１に示す端子Ｐ１からの反射特性、アイソレーション特性２２０およびアイソレーション特性２２１は図１に示す端子Ｐ１と端子Ｐ２のアイソレーション特性を示している。また、図４内の点線で示した反射特性２１０およびアイソレーション特性２２０は、図１における柱状導体４１が無い場合の計算結果を、図４内の実線で示した反射特性２１１およびアイソレーション特性２２１は、図１における柱状導体４１を配置した場合の計算結果をそれぞれ示している。図４の結果より、反射特性、アイソレーション特性はいずれも柱状導体４１配置により振幅レベルが小さくなっており、特性改善を確認することができる。
【００２２】
以上のように、実施の形態１に係る方向性結合器によれば、２つの信号線導体の交差部に生じる信号線間容量を、交差部とは異なる部位に柱状導体４１を設けて、接続部５１に生じる信号線−柱状導体間容量を増加させることにより、交差部に生じる信号線間容量により劣化する特性を改善でき、反射特性およびアイソレーション特性を改善することができる。また、基板内に空気層を設けたり、低誘電率の誘電体を挿入したりする必要がないため構造が簡素となり、単一の誘電体基板を用いて製造することができるようになる。
【００２３】
本例では、誘電体基板１０の下層および上層に接地導体１１および接地導体１２が形成されたストリップ線路型結合線路について示したが、接地導体１１または接地導体１２が無い埋め込み型マイクロストリップ線路形式を用いても良い。また、主信号線導体２１、２２、２３の一部または全てが誘電体基板１０の表層に配置されても良く、副信号線導体３１、３２、３３の一部または全てが誘電体基板１０の表層に配置されても良い。さらに、本例では図１(a)に示すように、結合線路部における主信号線導体２１と副信号線導体３１は互いに重なっていない例について説明したが、これに限ったものではなく、主信号線導体２１と副信号線導体３１の一部が重なる結合線路を用いても良い。
【００２４】
本例では、主信号線導体２１、２２、２３と副信号線導体３１、３２、３３は異なる層に形成されている例について示したが、同一層に配置しても良く、接続部５０の交差はエアブリッジ、ワイヤ、別の層に配置された導体パターンと層間接続用導体で構成しても良い。この時、線路形式はストリップ線路、埋め込み型マイクロストリップ線路、マイクロストリップ線路いずれの形式を採用しても良い。また、本例では主信号線導体２１および副信号線導体３１が直線状導体である場合について示したが、主信号線導体２１および副信号線導体３１がインピーダンスステップを有する場合やテーパ状に線路幅が変化する場合においても同様の効果が得られる。
【００２５】
本例では、柱状導体４１が接地導体１１および接地導体１２双方と電気的接続を有する場合について説明したが、主信号線導体２１、２２および副信号線導体３１、３３と柱状導体４１との間に容量を発生させれば効果が得られるため、柱状導体４１は少なくとも１つの接地導体と接続していれば良く、柱状導体４１が接地導体１１とのみ電気的に接続される構成、柱状導体４１が接地導体１２とのみ電気的に接続される構成との何れを採用しても良い。また、柱状導体４１は複数個配置しても良い。さらに、図１に示した方向性結合器を複数従属接続しても良く、２つの方向性結合器を連結したタンデム型構成を採用しても良い。
【００２６】
実施の形態２
図５は、本発明の実施の形態２に係る方向性結合器の構造を示す図であり、図５(a)は上面透視図、図５(b)は図５(a)におけるＡ1−Ａ1’面についての断面図、図５(c)は図５(a)におけるＢ1−Ｂ1’面についての断面図である。
【００２７】
図５に示した方向性結合器の構造は、図１に示した方向性結合器の構造と比べ、静電容量増加素子として柱状導体４１および柱状導体４１と電気的接続を有する導体パターン４２を用いている点が異なる。その他の構造については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００２８】
通常の誘電体基板では、導体パターン４２と主信号線導体２１、２２および副信号線導体３１、３３との間隔は、柱状導体４１と主信号線導体２１、２２および副信号線導体３１、３３との間隔に比べて小さくできるため、図２に示した容量Cg2の値を大きくすることが可能である。従って、接続部５０付近に発生する信号線間容量による性能劣化をさらに低減することが可能となる。
【００２９】
以上のように、実施の形態２に係る方向性結合器によれば、実施の形態１と同様の効果が得られ、さらに、実施の形態１に係る方向性結合器より信号線−設置導体間容量Cg2を大きくすることができるため、実施の形態１に係る方向性結合器より反射特性およびアイソレーション特性を改善することができる。
【００３０】
本例では、導体パターン４２は副信号線導体３３および主信号線導体２２と同一層の計２箇所に配置した例を示したが、これに限ったものではなく、１箇所、あるいは３箇所以上配置しても良い。また、柱状導体４１は接地導体１１または接地導体１２の少なくともどちらか一方と電気的に接続していれば良く、柱状導体４１を複数配置しても良い。さらに、本例では主信号線導体２１および副信号線導体３１が直線状導体である場合について示したが、主信号線導体２１および副信号線導体３１がインピーダンスステップを有する場合やテーパ状に線路幅が変化する場合においても同様の効果が得られる。
【００３１】
実施の形態３
図６は、本発明の実施の形態３に係る方向性結合器の構造を示す図であり、図６(a)は上面透視図、図６(b)は図６(a)におけるＡ1−Ａ1’面についての断面図、図６(c)は図６(a)におけるＢ1−Ｂ1’面についての断面図である。
【００３２】
図６に示した方向性結合器の構造は、図１に示した方向性結合器の構造と比べて、静電容量増加素子として柱状導体４１および柱状導体４１と電気的接続を有する導体パターン４３を用いている点が異なる。その他の構造については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００３３】
図６において、導体パターン４３は、主信号線導体２１、２２および副信号線導体３１、３３と別の層に形成されており、導体パターン４３と主信号線導体２１、２２および副信号線導体３１、３３は対向する面を形成しているため、図２に示した容量Cg2の値を大きくすることが可能である。従って、接続部５０付近に発生する信号線間容量による性能劣化をさらに低減することが可能となる。
【００３４】
以上のように、実施の形態３に係る方向性結合器によれば、実施の形態１と同様の効果が得られ、さらに、実施の形態１に係る方向性結合器より信号線−設置導体間容量Cg2を大きくすることができるため、実施の形態１に係る方向性結合器より反射特性およびアイソレーション特性を改善することができる。
【００３５】
本例では、導体パターン４３を２箇所に配置した例を示したがこれに限ったものではない。また、柱状導体４１は接地導体１１または接地導体１２の少なくともどちらか一方と電気的に接続していれば良く、柱状導体４１を複数配置しても良い。さらに、本例では主信号線導体２１および副信号線導体３１が直線状導体である場合について示したが、主信号線導体２１および副信号線導体３１がインピーダンスステップを有する場合やテーパ状に線路幅が変化する場合においても同様の効果が得られる。
【００３６】
実施の形態４
図７は、本発明の実施の形態４に係る方向性結合器の構造を示す図であり、図７(a)は上面透視図、図７(b)は図７(a)におけるＡ1−Ａ1’面についての断面図、図７(c)は図７(a)におけるＢ1−Ｂ1’面についての断面図である。
【００３７】
図７に示した方向性結合器の構造は、図１に示した方向性結合器の構造と比べ、静電容量増加素子として柱状導体４１の代わりに、接続部５１近傍に、主信号線導体２２と接続されるオープンスタブ２４および、副信号線導体３３と接続されるオープンスタブ３４を用いた構造である点で異なる。その他の構造については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００３８】
図７において、オープンスタブ２４は接地導体１１および接地導体１２との間に容量を形成し、同様に、オープンスタブ３４は接地導体１１および接地導体１２との間に容量を形成する。このため、オープンスタブ２４、オープンスタブ３４により、図２に示した容量Cg2を発生させることができるため、接続部５０付近に発生する信号線間容量による性能劣化を低減することが可能となる。
【００３９】
以上のように、実施の形態４に係る方向性結合器によれば、実施の形態１に係る方向性結合器と同様の効果を得ることができ、さらに、柱状導体を設ける必要がないため容易に製造できるという効果が得られる。
【００４０】
本例では、オープンスタブ２４、オープンスタブ３４を１箇所ずつ配置した例を示したがこれに限ったものではなく、複数配置しても良い。また、本例ではオープンスタブ２４、オープンスタブ３４をそれぞれ主信号線導体２２および副信号線導体３３に接続した構造について示したが、オープンスタブ２４およびオープンスタブ３４を主信号線導体２１および副信号線導体３１に接続しても良い。さらに、本例では主信号線導体２１および副信号線導体３１が直線状導体である場合について示したが、主信号線導体２１および副信号線導体３１がインピーダンスステップを有する場合やテーパ状に線路幅が変化する場合においても同様の効果が得られる。
【００４１】
実施の形態５
図８は、本発明の実施の形態５に係る方向性結合器の構造を示す図であり、図８(a)は上面透視図、図８(b)は図８(a)におけるＡ1−Ａ1’面についての断面図、図８(c)は図８(a)におけるＢ1−Ｂ1’面についての断面図である。
【００４２】
図８に示した方向性結合器では、図１に示した方向性結合器の構造と比べ、柱状導体４１の代わりに、接続部５１近傍の信号の伝搬方向を変化させる曲げ部６１a、曲げ部６２aが、接続部５０近傍の曲げ部６１b、曲げ部６２bに比べて面積を広くした構造により、接続部５１に生じる信号線−接地導体間容量を増加させている点で異なる。その他の構造については、前述の実施の形態１に係る方向性結合器と同様であり、その説明を省略する。
【００４３】
図８において、曲げ部６１a、曲げ部６２aは、曲げ部６１b、曲げ部６２bに比べて接地導体１１および接地導体１２との対向面積が広くなるため、曲げ部６１aと接地導体１１および接地導体１２との間に容量を形成し、同様に、曲げ部６２aと接地導体１１および接地導体１２との間に容量を形成する。このため、図２に示した容量Cg2を発生させることができるため、接続部５０付近に発生する信号線間容量による性能劣化を低減することが可能となる。
【００４４】
以上のように、実施の形態５に係る方向性結合器によれば、実施の形態１に係る方向性結合器と同様の効果を得ることができ、さらに、柱状導体を設ける必要がないため容易に製造できるという効果が得られる。
【００４５】
本例では、曲げ部６１a、曲げ部６２a、曲げ部６１b、曲げ部６２bの形状が、外側が円弧状、内側が直角状の曲げ部についての例を示したが、形状は任意の形状で良く、直線状、多角形状、円弧状、またはいずれかを組み合わせた形状を採用しても良い。
【００４６】
実施の形態６
図９は、本発明の実施の形態６に係る方向性結合器の構造を示す図であり、図９(a)は上面透視図、図９(b)は図９(a)におけるＡ1−Ａ1’面についての断面図、図９(c)は図９(a)におけるＢ1−Ｂ1’面についての断面図である。
【００４７】
図９に示した方向性結合器の構造は、図１に示した方向性結合器の構造において、主信号線導体２１が主信号線導体２１aおよび主信号線導体２１bに分割され、副信号線導体３１が副信号線導体３１aおよび副信号線導体３１bに分割され、主信号線導体２１aと副信号線導体３１aによる結合線路および主信号線導体２１bと副信号線導体３１bによる結合線路による2段構成となっている。また、接続部５２では、主信号線導体２１aと主信号線導体２１bが、副信号線導体３１aと副信号線導体３１bがそれぞれ接続されており、接続部５２近傍には静電容量増加素子として柱状導体４１が形成されている。その他の構造については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００４８】
図９において、主信号線導体２１a、主信号線導体２１b、副信号線導体３１a、副信号線導体３１bはそれぞれ設計中心周波数でおよそ１／４波長の奇数倍に設定することが望ましく、実施の形態１における説明と同様に、柱状導体４１と主信号線導体２１a、主信号線導体２１b、副信号線導体３１a、副信号線導体３１bとの間に発生させる容量により、接続部５０付近に発生する信号線間容量による性能劣化を低減することが可能となる。
【００４９】
以上のように、実施の形態６に係る方向性結合器によれば、実施の形態１で述べた効果と同様な効果を得ることができ、さらに、ステップ間の結合度を比較的自由に制御できるため特性の広帯域化が実現できるという効果が得られる。
【００５０】
本例では、結合線路を２段構成にした形状について説明したが、３段以上の多段構成を用いてしても良い。
【００５１】
実施の形態７
図１０は、本発明の実施の形態７に係る方向性結合器の構造を示す図であり、図１０(a)は上面透視図、図１０(b)は図１０(a)におけるＡ1−Ａ1’面についての断面図、図１０(c)は図１０(a)におけるＢ1−Ｂ1’面についての断面図である。
【００５２】
図１０に示した方向性結合器の構造は、図１に示した方向性結合器の構造と比べ、主信号線導体２１および副信号線導体３１の線路幅が接続部５０から接続部５１にかけて連続的に変化するテーパ結合線路を構成している点で異なる。また、静電容量増加素子として柱状導体４１が形成されており、接続部５０と接続部５１の間に位置し、接続部５０から距離Ｌ１の位置に配置されている。ここで、後述の通り、距離Ｌ１は使用周波数帯高域においておよそ１／４波長に設定することが望ましい。その他の構造については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００５３】
図１０に示すテーパ結合線路は、方向性結合器の広帯域化が可能であり、一般に主信号線導体２１および副信号線導体３１の線路長は使用中心周波数において１／４波長より長い。ここで、距離Ｌ１を設計中心周波数においておよそ１／４波長に選ぶと、実施の形態１で説明したように、使用中心周波数近傍において、接続部５０付近に発生する信号線間容量による性能劣化を低減することが可能となる。また、接続部５０付近に発生する信号線間容量は周波数が高くなるにつれて大きくなるため、距離Ｌ１を使用中心周波数より高い周波数においておよそ１／４波長に選ぶことにより、使用周波数帯高域において、接続部５０付近に発生する信号線間容量による性能劣化を低減することが可能となる。
【００５４】
以上のように、実施の形態７に係る方向性結合器によれば、実施の形態１に係る方向性結合器と同様の効果を得ることができ、さらに、特性の広帯域化が実現できるという効果が得られる。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 誘電体基板、１１,１２ 接地導体、２１〜２３ 主信号線導体、２４ オープンスタブ、３１〜３３ 副信号線導体、３４ オープンスタブ、４１ 柱状導体、４２,４３ 導体パターン、５０〜５２ 接続部、６１ａ,６１ｂ,６２ａ,６２ｂ 曲げ部、１２１,１３１ 信号線モデル、２１０ 反射特性解析結果（柱状導体がない場合）、２１１ 反射特性解析結果（柱状導体を配置した場合）、２２０ アイソレーション特性解析結果（柱状導体がない場合）、２２１ アイソレーション特性解析結果（柱状導体を配置した場合）、Ｐ１〜Ｐ４ 端子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの信号線導体と、
前記２つの信号線導体に対応する接地導体と、
前記２つの信号線導体の一部を近接配置して形成され、信号線導体間の単位面積当たりの静電容量を他の部分と比べ大きくした静電容量増大部と、
前記静電容量増大部から少なくとも使用周波数帯高域における約１／４波長離れた前記２つの信号線導体の１または複数の部分に近接または接続して設けられ、前記２つの信号線導体のうち少なくとも一方の信号線導体と前記接地導体との間に発生する静電容量を増加させ、前記静電容量増大部により生じる反射波を低減する静電容量増加素子と、
を備えたことを特徴とする方向性結合器。
【請求項２】
第１の端部および第２の端部を有する第１の主信号線導体と、
前記第１の主信号線導体と電磁的に結合するように近接して配置され、前記第１の端部に近接する第３の端部と前記第２の端部に近接する第４の端部とを有する第１の副信号線導体と、
前記第１の主信号線導体および前記第１の副信号線導体に対向するように配置された接地導体と、
前記第１の端部に接続された第２の主信号線導体と、
前記第３の端部に接続され、一部が前記第２の主信号線導体に近接された第２の副信号線導体と、
前記第２の端部に接続された第３の主信号線導体と、
前記第４の端部に接続され、前記第３の主信号線導体と交差する交差部を有する第３の副信号線導体と、
前記第２の主信号線導体または前記第２の副信号線導体の少なくとも一方に近接または接続され、前記第２の主信号線導体と前記接地導体との間に生じる静電容量、または、前記第２の副信号線導体と前記接地導体との間に生じる静電容量のうち少なくとも一方の静電容量を増加させる静電容量増加素子と、
を備えたことを特徴とする方向性結合器。
【請求項３】
第１の端部および第２の端部を有する第１の主信号線導体と、
前記第１の主信号線導体と電磁的に結合するように近接して配置され、前記第１の端部と近接する第３の端部と前記第２の端部と近接する第４の端部とを有する第１の副信号線導体と、
前記第１の主信号線導体および前記第１の副信号線導体に対向するように配置された接地導体と、
前記第１の端部に接続された第２の主信号線導体と、
前記第３の端部に接続され、一部が前記第２の主信号線導体と近接された第２の副信号線導体と、
前記第２の端部に接続された第３の主信号線導体と、
前記第４の端部に接続され、前記第３の主信号線導体と交差する交差部を有する第３の副信号線導体と、
前記第１の主信号線導体および前記第１の副信号線導体の１または複数の部分であって、前記交差部から少なくとも設計周波数帯高域における１／４波長離れた部分に近接または接続され、前記第１の主信号線導体と接地導体との間に生じる静電容量、または、前記第１の副信号線導体と接地導体との間に生じる静電容量のうち少なくとも一方の静電容量を増加させる静電容量増加素子と
を備えたことを特徴とする方向性結合器。
【請求項４】
前記第１の主信号線導体、または、前記第１の副信号線導体の少なくともいずれか一方が、インピーダンスステップを有し、前記静電容量増加素子が前記インピーダンスステップ部近傍に配置されたことを特徴とする請求項３記載の方向性結合器。
【請求項５】
前記第１の主信号線導体もしくは前記第１の副信号線導体の少なくともいずれか一方が、特性インピーダンスが連続的に変化する信号線導体であることを特徴とする請求項３に記載の方向性結合器。
【請求項６】
前記静電容量増加素子は、
前記接地導体と電気的に接続された柱状導体を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の方向性結合器。
【請求項７】
前記静電容量増加素子は、
前記柱状導体と電気的に接続された面状導体を備えることを特徴とする請求項６に記載の方向性結合器。
【請求項８】
前記静電容量増加素子は、
スタブ状導体を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の方向性結合器。
【請求項９】
第１の端部および第２の端部を有する第１の主信号線導体と、
前記第１の主信号線導体と電磁的に結合するように近接して配置され、前記第１の端部と近接する第３の端部と前記第２の端部と近接する第４の端部とを有する第１の副信号線導体と、
前記第１の主信号線導体および前記第１の副信号線導体に対向するように配置された接地導体と、
前記第１の端部に接続された第２の主信号線導体と、
前記第３の端部に接続され、一部が前記第２の主信号線導体と近接された第２の副信号線導体と、
前記第２の端部に接続された第３の主信号線導体と、
前記第４の端部に接続され、前記第３の主信号線導体と交差する交差部を有する第３の副信号線導体とを備え、
前記第２の主信号線導体、前記第３の主信号線導体、前記第２の副信号線導体、および、前記第３の副信号線導体は曲げ部を有し、前記第３の主信号線導体の曲げ部と前記接地導体との対向面積に比べて、前記第２の主信号線導体の曲げ部と前記接地導体との対向面積が大きくなるように構成されたこと、または、前記第３の副信号線導体の曲げ部と前記接地導体との対向面積に比べて、前記第２の副信号線導体の曲げ部と前記接地導体との対向面積が大きくなるように構成されたことを特徴とする方向性結合器。
【請求項１】
２つの信号線導体と、
前記２つの信号線導体に対応する接地導体と、
前記２つの信号線導体の一部を近接配置して形成され、信号線導体間の単位面積当たりの静電容量を他の部分と比べ大きくした静電容量増大部と、
前記静電容量増大部から少なくとも使用周波数帯高域における約１／４波長離れた前記２つの信号線導体の１または複数の部分に近接または接続して設けられ、前記２つの信号線導体のうち少なくとも一方の信号線導体と前記接地導体との間に発生する静電容量を増加させ、前記静電容量増大部により生じる反射波を低減する静電容量増加素子と、
を備えたことを特徴とする方向性結合器。
【請求項２】
第１の端部および第２の端部を有する第１の主信号線導体と、
前記第１の主信号線導体と電磁的に結合するように近接して配置され、前記第１の端部に近接する第３の端部と前記第２の端部に近接する第４の端部とを有する第１の副信号線導体と、
前記第１の主信号線導体および前記第１の副信号線導体に対向するように配置された接地導体と、
前記第１の端部に接続された第２の主信号線導体と、
前記第３の端部に接続され、一部が前記第２の主信号線導体に近接された第２の副信号線導体と、
前記第２の端部に接続された第３の主信号線導体と、
前記第４の端部に接続され、前記第３の主信号線導体と交差する交差部を有する第３の副信号線導体と、
前記第２の主信号線導体または前記第２の副信号線導体の少なくとも一方に近接または接続され、前記第２の主信号線導体と前記接地導体との間に生じる静電容量、または、前記第２の副信号線導体と前記接地導体との間に生じる静電容量のうち少なくとも一方の静電容量を増加させる静電容量増加素子と、
を備えたことを特徴とする方向性結合器。
【請求項３】
第１の端部および第２の端部を有する第１の主信号線導体と、
前記第１の主信号線導体と電磁的に結合するように近接して配置され、前記第１の端部と近接する第３の端部と前記第２の端部と近接する第４の端部とを有する第１の副信号線導体と、
前記第１の主信号線導体および前記第１の副信号線導体に対向するように配置された接地導体と、
前記第１の端部に接続された第２の主信号線導体と、
前記第３の端部に接続され、一部が前記第２の主信号線導体と近接された第２の副信号線導体と、
前記第２の端部に接続された第３の主信号線導体と、
前記第４の端部に接続され、前記第３の主信号線導体と交差する交差部を有する第３の副信号線導体と、
前記第１の主信号線導体および前記第１の副信号線導体の１または複数の部分であって、前記交差部から少なくとも設計周波数帯高域における１／４波長離れた部分に近接または接続され、前記第１の主信号線導体と接地導体との間に生じる静電容量、または、前記第１の副信号線導体と接地導体との間に生じる静電容量のうち少なくとも一方の静電容量を増加させる静電容量増加素子と
を備えたことを特徴とする方向性結合器。
【請求項４】
前記第１の主信号線導体、または、前記第１の副信号線導体の少なくともいずれか一方が、インピーダンスステップを有し、前記静電容量増加素子が前記インピーダンスステップ部近傍に配置されたことを特徴とする請求項３記載の方向性結合器。
【請求項５】
前記第１の主信号線導体もしくは前記第１の副信号線導体の少なくともいずれか一方が、特性インピーダンスが連続的に変化する信号線導体であることを特徴とする請求項３に記載の方向性結合器。
【請求項６】
前記静電容量増加素子は、
前記接地導体と電気的に接続された柱状導体を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の方向性結合器。
【請求項７】
前記静電容量増加素子は、
前記柱状導体と電気的に接続された面状導体を備えることを特徴とする請求項６に記載の方向性結合器。
【請求項８】
前記静電容量増加素子は、
スタブ状導体を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の方向性結合器。
【請求項９】
第１の端部および第２の端部を有する第１の主信号線導体と、
前記第１の主信号線導体と電磁的に結合するように近接して配置され、前記第１の端部と近接する第３の端部と前記第２の端部と近接する第４の端部とを有する第１の副信号線導体と、
前記第１の主信号線導体および前記第１の副信号線導体に対向するように配置された接地導体と、
前記第１の端部に接続された第２の主信号線導体と、
前記第３の端部に接続され、一部が前記第２の主信号線導体と近接された第２の副信号線導体と、
前記第２の端部に接続された第３の主信号線導体と、
前記第４の端部に接続され、前記第３の主信号線導体と交差する交差部を有する第３の副信号線導体とを備え、
前記第２の主信号線導体、前記第３の主信号線導体、前記第２の副信号線導体、および、前記第３の副信号線導体は曲げ部を有し、前記第３の主信号線導体の曲げ部と前記接地導体との対向面積に比べて、前記第２の主信号線導体の曲げ部と前記接地導体との対向面積が大きくなるように構成されたこと、または、前記第３の副信号線導体の曲げ部と前記接地導体との対向面積に比べて、前記第２の副信号線導体の曲げ部と前記接地導体との対向面積が大きくなるように構成されたことを特徴とする方向性結合器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−５５４０４（Ｐ２０１１−５５４０４Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０４５４５（Ｐ２００９−２０４５４５）
【出願日】平成２１年９月４日（２００９．９．４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月４日（２００９．９．４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
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