CN108321484A - 90度混合电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供小型、宽频带且低损耗的90度混合电路，具备：电介质基板(2)；由形成于电介质基板的导体图案构成且将第一端口(P1)与第二端口(P2)导通的第一导体(3)；及由形成于电介质基板的导体图案构成且将第三端口(P3)与第四端口(P4)导通的第二导体(4)，形成有第一导体的一部分与第二导体的一部分在电介质基板的表背面对置而成的耦合线路(5)，作为构成耦合线路的第一导体的一部分的第一耦合线路部(51)由从两侧夹持该第一耦合线路部地形成第一接地图案(61)的共面线路构成，作为构成耦合线路的第二导体的一部分的第二耦合线路部(52)由从两侧夹持该第二耦合线路部地形成第二接地图案(62)的共面线路构成。

Description

90度混合电路

技术领域

本发明涉及90度混合电路。

背景技术

现今，公知有呈口字状地组合有四个1/4波长线路的分支线路类型的90度混合电路(例如参照专利文献1。)。例如，在经由1/4波长线路分别连接有第一端口1与第二及第三端口、第二及第三端口与第四端口的90度混合电路中，从第一端口输入的信号从第一及第四端口输出，信号并不从第三端口输出。并且，从第二端口和第四端口输出的信号的输出电力相等，从第二端口2输出的信号的相位比从第四端口输出的信号的相位超前90度。

作为与该申请的发明相关的其它现有技术文献信息，还有专利文献2。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-211299号公报

专利文献2：日本特开2009-225065号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，在上述的分支线路类型的90度混合电路中，为了成为宽频带，而需要组合多段(优选为三段以上)90度混合电路，从而尺寸变大。

并且，1/4波长线路一般由微波传输带线路构成，在该情况下，构成基板的电介质的影响变大，介质损耗也变大。因此，需要使用介质损耗角正切较小的昂贵的基板，从而也导致成本的增大。

因此，本发明的目的在于提供小型、宽频带且低损耗的90度混合电路。

用于解决问题的方案

本发明以解决上述课题为目的，提供一种90度混合电路，具备：电介质基板；第一导体，其由形成于上述电介质基板的导体图案构成，将第一端口与第二端口导通；以及第二导体，其由形成于上述电介质基板的导体图案构成，将第三端口与第四端口导通，形成有上述第一导体的一部分与上述第二导体的一部分在上述电介质基板的表背面对置而成的耦合线路，作为构成上述耦合线路的上述第一导体的一部分的第一耦合线路部由以从两侧夹持该第一耦合线路部的方式形成有第一接地图案的共面线路构成，作为构成上述耦合线路的上述第二导体的一部分的第二耦合线路部由以从两侧夹持该第二耦合线路部的方式形成有第二接地图案的共面线路构成。

发明的效果如下。

根据本发明，能够提供小型、宽频带且低损耗的90度混合电路。

附图说明

图1(a)是本发明的一个实施方式的90度混合电路的立体图，图1(b)是透视电介质基板的立体图。

图2(a)是图1(a)、图1(b)的90度混合电路的从表面侧观察的俯视图，图2(b)是从表面侧透视背面的图。

图3(a)是简要地说明共面线路的线路长度的图，图3(b)是简要地说明耦合线路的线路长度的图。

图4是本发明的一个变形例的90度混合电路的俯视图。

符号的说明

1—90度混合电路，2—电介质基板，3—第一导体，4—第二导体，5—耦合线路，51—第一耦合线路部，52—第二耦合线路部，7—接地图案，61—第一接地图案，62—第二接地图案，63—通孔，93—通孔，P1—第一端口，P2—第二端口，P3—第三端口，P4—第四端口。

具体实施方式

[实施方式]

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1(a)是本实施方式的90度混合电路的立体图，图1(b)是透视电介质基板的立体图。并且，图2(a)是90度混合电路的从表面侧观察的俯视图，图2(b)是从表面侧透视背面的图。

如图1(a)、图1(b)以及图2(a)、图2(b)所示，90度混合电路1具备电介质基板2、将第一端口P1与第二端口P2导通的第一导体3、以及将第三端口P3与第四端口P4导通的第二导体4。第一导体3以及第二导体4由形成于电介质基板2的导体图案构成。

在本实施方式中，第一端口P1成为输入端口，第二端口P2以及第三端口P3成为输出端口。也就是说，从第一端口P1输入的信号被分配至第二端口P2和第三端口P3并输出。从第二端口P2输出的信号的电力与从第三端口P3输出的信号的电力大致相等。并且，从第二端口P2输出的信号的相位与从第三端口P3输出的信号的相位的相位差为90度。第四端口P4成为隔离端口，即使从第一端口P1输入信号，也不会从第四端口P4输出信号(或者被输出的信号的电力非常小)。

在本实施方式的90度混合电路1中，形成有第一导体3的一部分与第二导体4的一部分在电介质基板2的表背面对置而成的耦合线路(耦合线)5。以下，将构成耦合线路5的第一导体3的一部分称作第一耦合线路部51，将构成耦合线路5的第二导体4的一部分称作第二耦合线路部52。在下文中对耦合线路5进行详细说明。

首先，对第一导体3和第二导体4的除耦合线路5以外的部分的具体形状等进行说明。在以下的说明中，为简化说明，将图2(a)中的上下方向称作宽度方向，将左右方向称作长度方向，并将纸面方向称作厚度方向。

第一端口P1和第四端口P4设于电介质基板2的在宽度方向上的一端部。并且，第二端口P2和第三端口P3设于电介质基板2的在宽度方向上的另一端部。第一端口P1与第三端口P3在宽度方向上对置地设置，第二端口P2与第四端口P4在宽度方向上对置地设置。所有的端口P1～P4设于电介质基板2的相同面(称作表面)。

第一导体3的整体形成于电介质基板2的表面。第一导体3一体地具有：上述第一耦合线路部51；从第一端口P1沿宽度方向延伸的直线状的第一端口连接部31；从第一端口连接部31的前端部沿长度方向延伸且前端部与第一耦合线路部51的一端部连接的第一连结部32；从第二端口P2沿宽度方向延伸的直线状的第二端口连接部34；以及从第二端口连接部34的前端部沿长度方向延伸且前端部与第一耦合线路部51的另一端部连接的第二连结部33。第一端口P1经由第一端口连接部31、第一连结部32、第一耦合线路部51、第二连结部33、以及第二端口连接部34而与第二端口P2连接。

第一端口连接部31与第二端口连接部34的沿宽度方向的长度相等，第一连结部32与第二连结部33的沿长度方向的长度相等。为了调整阻抗，第一耦合线路部51形成为线路宽度比第一及第二端口连接部31、34宽。第一及第二连结部32、33具有：定宽部81，其从第一及第二端口连接部31、34的前端部伸出且线路宽度与第一及第二端口连接部31、34的线路宽度相等；以及扩宽部82，其连接定宽部81的前端部与第一耦合线路部51且线路宽度形成为从定宽部81侧至第一耦合线路部51侧缓缓地变宽。在本实施方式中，由于在第二导体4形成有通孔93，所以扩宽部82的通孔93侧的缘部以距通孔93的距离相等的方式形成为弯曲的形状，对此在下文中进行详细说明。第一导体3整体在俯视时形成为180度旋转对称的形状。

第二导体4分割地形成于电介质基板2的表面和背面。第二导体4一体地具有：上述第二耦合线路部52；从第三端口P3沿宽度方向延伸的直线状的第三端口连接部41；连结第三端口连接部41的前端部与第二耦合线路部52的一端部的第三连结部42；从第四端口P4沿宽度方向延伸的直线状的第四端口连接部44；以及连结第四端口连接部44的前端部与第二耦合线路部52的另一端部的第四连结部43。第三端口P3经由第三端口连接部41、第三连结部42、第二耦合线路部52、第四连结部43、以及第四端口连接部44而与第四端口P4连接。

第三端口连接部41与第四端口连接部44的沿宽度方向的长度相等，第一导体3的第一端口连接部31以及第二端口连接部34的沿宽度方向的长度也相等。并且，第三连结部42与第四连结部43的沿长度方向的长度相等，第一导体3的第一连结部32以及第二连结部33的沿长度方向的长度也相等。

为了调整阻抗，第二耦合线路部52形成为线路宽度比第三及第四端口连接部41、44宽。并且，第二耦合线路部52形成于电介质基板2的背面。第三及第四连结部42、43分割地形成于电介质基板2的表背面。

第三及第四连结部42、43具有：定宽部91，其形成于电介质基板2的表面，从第三及第四端口连接部41、44的前端部沿长度方向延伸的线路宽度固定；以及扩宽部92，其形成于电介质基板2的背面，经由通孔93而与定宽部91的前端部连接，并且线路宽度形成为从通孔93侧至第二耦合线路部52侧缓缓地变宽。第二导体3整体在俯视时形成为180度旋转对称的形状。

这样，在本实施方式中，第二导体4的包括第二耦合线路部52在内的一部分(第二耦合线路部52和扩宽部92)形成于电介质基板2的背面，并经由通孔93而与形成于电介质基板2的表面且从第三及第四端口P3、P4延伸的另一部分(第三及第四端口连接部41、44以及定宽部91)电连接。

在电介质基板2的背面，大致整面地形成有接地图案7。在电介质基板2的背面的中央部(宽度方向以及长度方向的中央部)，形成有除去接地图案7后的矩形的区域，并在该区域配置有耦合线路5。在第一～第四端口连接部31、34、41、44以及定宽部81、91的一部分的背面形成有接地图案7。也就是说，第一～第四端口连接部31、34、41、44以及定宽部81、91的一部分由在其背面形成有接地图案7的微波传输带线路构成。

(耦合线路5的说明)

接下来，对耦合线路5进行说明。耦合线路5是在电介质基板2的表背面对置地形成作为第一导体3的一部分的第一耦合线路部51和作为第二导体4的一部分的第二耦合线路部52，并且它们相互电磁耦合而成的线路。

在本实施方式的90度混合电路1中，第一耦合线路部51由以从两侧夹持该第一耦合线路部51的方式形成有第一接地图案61的共面线路构成。同样，第二耦合线路部52由以从两侧夹持该第二耦合线路部52的方式形成有第二接地图案62的共面线路构成。耦合线路5形成为所要传送的信号的中心波长的1/4的长度。

在共面线路中，由于在第一及第二耦合线路部51、52与接地图案61、62之间产生较强的电磁场，所以难以受到构成电介质基板2的电介质的影响，介质损耗较小。因此，能够使用介质损耗角正切较大的廉价的电介质基板2。也就是说，通过使第一及第二耦合线路部51、52成为共面线路，能够实现低损耗且低成本的90度混合电路1。

第二接地图案62形成于电介质基板2的背面，并形成为从接地图案7向除去接地图案7后的中央部的区域突出。在从电介质基板2的厚度方向的一侧观察时，第一接地图案61形成为与第二接地图案62大致相同的形状(相对于电介质基板2的厚度方向的中心对称的形状)。第一接地图案61与第二接地图案62经由多个通孔63而相互电连接。

第一接地图案61以其缘部沿着第一耦合线路部51的缘部的方式形成，第一接地图案61与第一耦合线路部51之间的间隙为大致固定的宽度(此处为1mm左右)。同样，第二接地图案62以其缘部沿着第二耦合线路部52的缘部的方式形成，第二接地图案62与第二耦合线路部52之间的间隙为大致固定的宽度(此处为1mm左右)。

然而，从第一端口P1向第二端口P2的信号传送经由作为共面线路的第一耦合线路部51来进行。在共面线路中，由于难以受到构成电介质基板2的电介质的影响且空气的介电常数有优势，所以信号的传播速度较快。

与此相对，从第一端口P1向第三端口P3的信号传送经由耦合线路5来进行。在耦合线路5中，由于隔着电介质基板2而电磁耦合，所以电磁场分布在构成电介质基板2的电介质内变强。因此，容易受到构成电介质基板2的电介质的影响，从而信号的传播速度变得较慢。

因此，例如在仅呈直线状地形成有第一及第二耦合线路部51、52的情况下，因信号的传播速度的差异的影响，从第二端口P2输出的信号的相位与从第三端口P3输出的信号的相位之间的相位差从90度偏离，从而有电气特性变差的担忧。

因此，在本实施方式的90度混合电路1中，将第一耦合线路部51以线路长度比其两端的直线距离长的方式多次弯折而形成。第二耦合线路部51在从电介质基板2的厚度方向的一侧观察时形成为与第一耦合线路部51相同的形状(相对于电介质基板2的厚度方向的中心对称的形状)。

在本实施方式中，第一耦合线路部51一体地具有多个第一倾斜部51a和多个第二倾斜部51b，并且整体形成为之字形状(三角波形状)，其中，多个第一倾斜部51a形成为相对于沿长度方向的假想的基准线C以预定角度倾斜的直线状，并且相互平行地排列配置，多个第二倾斜部51b形成为相对于基准线C向与第一倾斜部51a相反的方向以预定角度倾斜的直线状，并且相互平行地排列配置，将相邻的第一倾斜部51a的端部彼此连结。

图2(a)中的上侧的缘部且向下方凸出的顶部a与图2(a)中的下侧的缘部且向上方凸出的顶部b在宽度方向上均位于相同的位置(第一耦合线路部51的在宽度方向上的中心位置、与图示的基准线C重合的位置)。也就是说，相比基准线C位于宽度方向一侧的第一耦合线路部51成为将顶角面向宽度方向外侧且底边沿长度方向形成的等腰三角形的导体在长度方向上无间隙地排列配置而成的形状，宽度方向另一侧的第一耦合线路部51成为将顶角朝向相反方向的相同形状的等腰三角形的导体在长度方向上错开半个周期且无间隙地排列配置而成的形状。

第二耦合线路部52在从电介质基板2的厚度方向的一侧观察时形成为与第一耦合线路部51相同的形状。也就是说，第二耦合线路部52一体地具有多个第三倾斜部52a和多个第四倾斜部52b，并且整体形成为之字形状(三角波形状)，其中，多个第三倾斜部52a形成为相对于假想的基准线C以预定角度倾斜的直线状，并且相互平行地排列配置，多个第四倾斜部52b形成为相对于基准线C向与第三倾斜部52a相反的方向以预定角度倾斜的直线状，并且相互平行地排列配置，将相邻的第三倾斜部52a的端部彼此连结。第三倾斜部52a隔着电介质基板2与第一倾斜部51a对置，第四倾斜部52b隔着电介质基板2与第二倾斜部51b对置。

如图3(a)中虚线A所示，在第一端口P1、第二端口P2之间传送信号的共面线路中，由于电磁场集中在第一耦合线路部51与第一接地图案61之间，所以其电气长度与第一耦合线路部51的缘部的长度大致一致。

与此相对，如图3(b)中虚线B所示，在第一端口P1、第三端口P3之间传送信号的耦合线路5中，由于电磁场集中在第一耦合线路部51与第二耦合线路部52间，所以其电气长度与平滑地沿着导体中心位置的路径长度大致相等，且比第一耦合线路部51的缘部的长度短。

因而，通过使第一及第二耦合线路部51、52形成为之字形状，能够加长传播速度较快的共面线路的电气长度，并能够缩短传播速度较慢的耦合线路的电气长度，从而能够使从第一端口P1至第二及第三端口P2、P3的信号的传播时间一致。其结果，能够将第二及第三端口P2、P3的输出相位差精度良好地保持为90度。

此外，第一及第二耦合线路部51、52并不限定于之字形状(三角波形状)，例如也可以是正弦波形状。

并且，在本实施方式中，连结第一倾斜部51a与第二倾斜部51b(或者第三倾斜部52a与第四倾斜部52b)的角部呈尖细的形状，但也可以如图4所示，角部53呈倒角的形状。由此，通过形成图案容易形成第一导体3以及第二导体4，从而也能够减少制造成本。

(实施方式的作用以及效果)

如上所述，在本实施方式的90度混合电路1中，形成有耦合线路5，该耦合线路5是将第一端口P1与第二端口P2导通的第一导体3的一部分和将第三端口与第四端口导通的第二导体4的一部分在电介质基板2的表背面对置而成的，作为构成耦合线路5的第一导体3的一部分的第一耦合线路部51和作为构成耦合线路5的第二导体4的一部分的第二耦合线路部52由共面线路构成。

通过成为使用了耦合线路5的90度混合电路1，与组合有四个1/4波长线路而成的现今的分支线路类型的90度混合电路相比，能够实现小型化。

并且，使耦合线路5成为共面线路，从而构成电介质基板2的电介质的介质损耗角正切的影响变小，与使用了微波传输带构造的1/4波长线路的现有的90度混合电路相比，能够抑制介质损耗。并且，由于难以受到构成电介质基板2的电介质的影响，所以能够使用介质损耗角正切较大的廉价的电介质基板2，有助于成本减少。

当试制了本实施方式的90度混合电路1后，在频带1.6GHz～2.2GHz得到了良好的特性，并得到了分数带宽30％以上的宽频带的90度混合电路1。也就是说，根据本实施方式，能够实现小型、宽频带且低损耗的90度混合电路1。

并且，90度混合电路1能够在电介质基板2以形成图案的方式来形成导体图案，从而制造容易。并且，由于耦合线路5成为共面线路，所以与例如仅使导体彼此对置那样的情况相比，容易调整耦合线路的特性阻抗且设计容易。

本实施方式的90度混合电路1例如能够作为天线装置中的频率合成器、二分配器来使用。

(实施方式的总结)

接下来，引用实施方式中的符号等来记载从以上说明的实施方式把握的技术思想。其中，以下的记载中的各符号等并不限定于在实施方式中具体地示出权利要求书中的构成要素的部件等。

[1]一种90度混合电路1，具备：电介质基板2；第一导体3，其由形成于上述电介质基板2的导体图案构成，将第一端口P1与第二端口P2导通；以及第二导体4，其由形成于上述电介质基板2的导体图案构成，将第三端口P3与第四端口P4导通，并且形成有上述第一导体3的一部分与上述第二导体4的一部分在上述电介质基板2的表背面对置而成的耦合线路5，作为构成上述耦合线路5的上述第一导体4的一部分的第一耦合线路部51由以从两侧夹持该第一耦合线路部51的方式形成有第一接地图案61的共面线路构成，作为构成上述耦合线路5的上述第二导体4的一部分的第二耦合线路部52由以从两侧夹持该第二耦合线路部52的方式形成有第二接地图案62的共面线路构成。

[2]根据[1]所记载的90度混合电路1，上述第一耦合线路部51以线路长度比其两端的直线距离长的方式多次弯折形成，上述第二耦合线路部52在从上述电介质基板2的厚度方向一侧观察时形成为与上述第一耦合线路部51相同的形状。

[3]根据[1]或者[2]所记载的90度混合电路1，上述第一端口至第四端口P1～P4设于上述电介质基板2的表面，上述第一导体3形成于上述电介质基板2的表面，上述第二导体4的包括上述第二耦合线路部在内的一部分形成于上述电介质基板5的背面，并经由通孔63与形成于上述电介质基板2的表面且从上述第三端口以及第四端口P3、P4延伸的另一部分电连接。

[4]根据[1]至[3]任一项中所记载的90度混合电路1，上述第一接地图案61与上述第二接地图案62经由贯通孔63而相互电连接。

[5]根据[1]至[4]任一项中所记载的90度混合电路1，上述第一耦合线路部51一体地具有多个第一倾斜部51a和多个第二倾斜部51b，其中，多个第一倾斜部51a形成为相对于假想的基准线C以预定角度倾斜的直线状，并且相互平行地排列配置，多个第二倾斜部51b形成为相对于上述基准线C向与上述第一倾斜部51a相反的方向以上述预定角度倾斜的直线状，并且相互平行地排列配置，且将相邻的上述第一倾斜部51a的端部彼此连结，上述第二耦合线路部52在从上述电介质基板2的厚度方向一侧观察时形成为与上述第一耦合线路部51相同的形状。

[6]根据[5]所记载的90度混合电路(1)，将上述第一倾斜部51a与上述第二倾斜部51b连结的角部呈倒角的形状。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述记载的实施方式并不对权利要求书的发明进行限定。并且，实施方式中说明的所有的特征组合并非限定为是用于解决发明的课题的方案所必需的，这一点应留意。

本发明在不脱离其主旨的范围内能够适当地变形来实施。

Claims (6)

1.一种90度混合电路，其特征在于，具备：

电介质基板；

第一导体，其由形成于上述电介质基板的导体图案构成，将第一端口与第二端口导通；以及

第二导体，其由形成于上述电介质基板的导体图案构成，将第三端口与第四端口导通，

形成有上述第一导体的一部分与上述第二导体的一部分在上述电介质基板的表背面对置而成的耦合线路，

作为构成上述耦合线路的上述第一导体的一部分的第一耦合线路部由以从两侧夹持该第一耦合线路部的方式形成有第一接地图案的共面线路构成，

作为构成上述耦合线路的上述第二导体的一部分的第二耦合线路部由以从两侧夹持该第二耦合线路部的方式形成有第二接地图案的共面线路构成。

2.根据权利要求1所述的90度混合电路，其特征在于，

上述第一耦合线路部以线路长度比其两端的直线距离长的方式多次弯折形成，

上述第二耦合线路部在从上述电介质基板的厚度方向一侧观察时形成为与上述第一耦合线路部相同的形状。

3.根据权利要求1或2所述的90度混合电路，其特征在于，

上述第一端口至第四端口设于上述电介质基板的表面，

上述第一导体形成于上述电介质基板的表面，

上述第二导体的包括上述第二耦合线路部在内的一部分形成于上述电介质基板的背面，并经由通孔与形成于上述电介质基板的表面且从上述第三端口以及第四端口延伸的另一部分电连接。

4.根据权利要求1至3任一项中所述的90度混合电路，其特征在于，

上述第一接地图案与上述第二接地图案经由通孔而相互电连接。

5.根据权利要求1至4任一项中所述的90度混合电路，其特征在于，

上述第一耦合线路部一体地具有多个第一倾斜部和多个第二倾斜部，其中，上述多个第一倾斜部形成为相对于假想的基准线以预定角度倾斜的直线状，并且相互平行地排列配置，上述多个第二倾斜部形成为相对于上述基准线向与上述第一倾斜部相反的方向以上述预定角度倾斜的直线状，且相互平行地排列配置，并将相邻的上述第一倾斜部的端部彼此连结，

上述第二耦合线路部在从上述电介质基板的厚度方向一侧观察时形成为与上述第一耦合线路部相同的形状。

6.根据权利要求5所述的90度混合电路，其特征在于，

将上述第一倾斜部与上述第二倾斜部连结的角部呈倒角的形状。