JP2000315903A - 薄膜広帯域カップラ - Google Patents

薄膜広帯域カップラ

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    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H01P5/184—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being strip lines or microstrips

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、キャリア基板(1)とその上に配置
された２つのストリップラインとを備え、ストリップラ
インの一方がメインカップラループ(2)を表し、他方が
カップラループを表す薄膜カップラに関する。 【解決手段】 安価なキャリア基板材料と小型の構成に
より、ストリップラインや、コイルや、ＬＣ結合体が補
助カップラループ(3)に統合される。これら部品(4)の統
合により、結合された信号の周波数の位相がシフトさ
れ、広帯域のカップラは、少なくとも２つの周波数で同
一のカップリングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、キャリア基板と、
その上に配置されたメイン・カップラ・ループおよび外
部カップラ・ループからなる２つのストリップラインと
に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】カッ
プラは、特に、電力増幅器の出力とアンテナとの間でＨ
Ｆ信号を結合させることが可能な移動電話や基地局用の
高周波部品である。結合された信号は、電力増幅器の出
力電力を制御するために用いられる。例えば、この種の
カップラは、２つのカップラ・ループを有し、そのうち
の一つは、可能な限り最低の損失で伝送信号を伝送する
ことができるメインループである。もう一つのカップラ
・ループは、伝送信号よりも小さい信号を結合させる補
助ループである。
【０００３】この種のカップラは、種々の用途で知られ
ている。その一つは、セラミック多層技術を利用したカ
ップラである。電極構造はセラミック薄片にプリントさ
れ、このセラミック薄片は積み重ねられた後に焼結さ
れ、これらセラミック・カップラ用の部品が形成され
る。このプリント手法の欠点は、粗い粒状の組織を有す
る電極ができることであり、このような電極により、電
気抵抗が高くなる。
【０００４】さらに、マイクロストリップ技術を用いた
例がある。1991年IEEEのMTT-S国際超音波シンポジウム
・ダイジェストvol.IIの857〜860ページに開示されてい
る薄膜カップラは、カップラループを形成する２つのス
トリップラインを有する。２つのカップラループは、高
誘電体係数Ｋをもつ誘電体基板上に設けられる。金属層
は、セラミック基板の背面側に設けられて接地面を形成
する。６つのエンド・コンタクトがその部品に固定され
る。６つのエンド・コンタクトのうち２つは、毎回カッ
プラループと接触する。既知の誘電率をもつ誘電体基板
を使用することにより、各部品が小型の構成で実現でき
るという利点を有する。その一方で、主な欠点は、これ
らの基板は、例えばガラスやAl2O3を用いるよりもコス
トがかかるということである。小型のカップラ（カップ
ラ長<<λ/4）がこの種の安価な基板で実現できるなら
ば、カップラは約６dB／周波数オクターブのカップラ信
号の周波数シフトを示す。
【０００５】本発明は、いくつかの周波数で同様のカッ
プリングを行う安価な小型のカップラを提供することを
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、キャリ
ア基板と、その上に配置された２つのストリップライン
を有する薄膜カップラを備え、一方のストリップライン
はメインカップラループであり、他方のストリップライ
ンは補助カップラループであり、補助カップラループに
統合された部品を有し、その部品は結合された信号の周
波数の位相シフトを行うことにより達成される。
【０００７】通常、カップラは、カップリング時に、強
い周波数依存性を示す。結合された信号の周波数の位相
シフトを行う補助カップラループにおける部品の共通化
は、カップリングのバンド幅を広げる作用を行う。
【０００８】薄膜カップラの実施形態において、補助カ
ップラループに結合されて統合された信号の周波数の位
相シフトを行う部品はストリップラインである。
【０００９】補助カップラループにおけるストリップラ
インの共通化は、薄膜カップラの最も簡易な実施形態を
示している。その理由は、ストリップラインは、補助カ
ップラループに直接統合することができ、製造時に追加
の処理ステップは必要とされないためである。
【００１０】薄膜カップラの他の実施形態として、補助
カップラループに結合されて統合された信号の周波数の
位相シフトを行う部品はコイルである。
【００１１】コイルは、簡易な手法で補助カップラルー
プに統合することができる。コイルは、ストリップライ
ン技術を用いても実装することができ、補助カップラル
ープの残りと同じ処理ステップで結果的に適用できる。
あるいは、コイルを、他の薄膜技術により形成し、その
後に補助カップラループと電気的に接触してもよい。
【００１２】薄膜カップラのさらなる実施形態として、
補助カップラループに結合されて統合された信号の周波
数の位相シフトを行う部品は、直列または並列に接続さ
れたコイルとキャパシタにより形成される。
【００１３】ＬＣ結合の共通化は、カップラのバンド幅
を特に広げる結果になる。
【００１４】好ましくは、キャリア基板として使用され
る材料は、セラミック材料か、ガラスの平面層をもつセ
ラミック材料か、ガラス・セラミック材料か、ガラス材
料である。これら材料で形成されたキャリア基板は、安
価に製造でき、関連部品の処理コストを低く維持するこ
とができる。
【００１５】さらに、カップラループの端部それぞれ
は、電流供給コンタクトに電気的に接続される。
【００１６】各部品は、電流供給コンタクトによる回路
の他の部品に電気的に接続されている。応用のタイプま
たは実装部品のタイプに応じて、電極板SMDエンドコン
タクトや、バンプ・エンドコンタクトや、コンタクト面
が、電流供給コンタクトとして利用される。SMDエンド
コンタクトやバンプ・エンドコンタクトを使用すれば、
個別部品を製造することができる。
【００１７】無機材料の少なくとも保護層および／また
は有機材料は薄膜カップラ上に設けるのが望ましい。
【００１８】保護層は、機械的な負荷と湿気により引き
起こされる機械的な腐食から部品を保護する。
【００１９】キャリア基板の下側に金属層を設けるのが
望ましい。
【００２０】この金属層は、接地面として機能する。
【００２１】薄膜カップラの実施形態において、金属層
は、少なくとも一つの電流供給コンタクトに接続される
のが望ましい。
【００２２】本発明は、６つの図面と３つの実施形態を
用いて、以下に詳細に説明される。
【００２３】
【発明の実施の形態】図１において、薄膜カップラはキ
ャリア基板１を備えており、このキャリア基板１は、例
えば、セラミック材料、ガラス平面層をもつセラミック
材料、ガラスセラミック材料、およびガラス材料を含ん
でいる。主カップラループ２と補助カップラループ３
は、キャリア基板１上に設けられる。両ループは、例え
ば、ストリップライン技術により構成でき、また、Cu、
Al、Ag、Auまたはこれら金属の合金で構成できる。結合
された信号の周波数をシフトする部品４は、補助カップ
ラループ３に統合される。さらに、４つの電流供給コン
タクト５は、薄膜カップラに固定され、このコンタクト
は、２つのカップラループを介して、２個ずつ相互に接
続される。電流供給コンタクト５として、例えば、Cr/C
u、Ni/Sn、Cr/Cu、Cu/Ni/Sn、Cr/Ni、またはPb/Snから
なる電気メッキを施したSMDエンドコンタクトや、バン
プエンドコンタクトや、コンタクト表面が用いられる。
【００２４】最も簡易的なケースでは、位相シフト部品
４は、カップラループと同様に、ストリップライン技術
を用いて実施することができ、補助カップラループ３に
直接統合することができる。位相シフト部品４は、例え
ば、薄膜技術により製造され、その後に、補助カップラ
ループ３に電気的に接触される。
【００２５】補助カップラループ３が図２のように構成
される場合、補助カップラループ３は長さがあるために
位相シフトが起きる。
【００２６】図３では、補助カップラループ３はターン
状に形成されるので、その形状によりコイルとして作用
し、位相シフトを行う。
【００２７】有機および／または無機の材料の保護層
は、薄膜カップラ全体の上に配置される。使用される有
機材料は、例えば、ポリベンゼン環ブテンやポリイミド
であり、無機材料は、例えば、Si3Ｎ4、SiＯ2、SixＯy
Ｎz（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）である。
【００２８】代わりになるものとして、例えばCuを有す
る金属層をキャリア基板１の背面側に設けてもよい。こ
の金属層は、少なくとも一つのさらなる電流供給コンタ
クトに接続されていてもよい。
【００２９】本発明がどのように実現されるかを示す例
を以下に説明する。
【００３０】（実施形態１）115μmの幅をもつCuで形成
された主カップラループ２と補助カップラループ３は、
0.43mmの厚さをもつAl2Ｏ3からなるキャリア基板１上に
設けられる。主カップラ２から補助カップラループ３ま
での距離は、35μmである。２つのカップラループの間
の結合経路の長さは、20.5mm長で115μm幅のストリップ
ラインにより相互接続される２つの1.8mm長のセクショ
ンに分割される。ストリップラインは、位相シフト部品
４である。Cr/Cu、Cr/Ni/SnのSMDエンドコンタクトは、
２つのカップラループの各端部における電流供給コンタ
クト５として設けられる。Cuの金属層は、キャリア基板
１の下側に設けられる。
【００３１】図４には、薄膜カップラ用の周波数の関数
としての変数が示されており、ILは挿入損失を示し、Ｃ
はカップリングを示し、RLは帰還損失を示し、Ｉは絶縁
を表している。
【００３２】（実施形態２）115μmの幅をもつCuの主カ
ップラループ２と補助カップラループ３は、0.43mmの厚
さをもつAl2Ｏ3のキャリア基板１上に設けられる。主カ
ップラループ２から補助カップラループ３までの距離は
35μmである。２つのカップラループの間の結合経路長
は、２つの1.45mm長の部分に分割され、これら部分は50
μmの内側ターン径と、20μmのターン間隔と、30μmの
コイルターン幅とをもつ5.3ターンの薄膜コイルで相互
に接続される。Cr/Cu,Cu/Ni/SnのSMDエンドコンタクト
は、両カップラループの各端部において電流供給コンタ
クト５として設けられる。Cuの金属層は、キャリア基板
１の下側に存在する。
【００３３】図５には、この薄膜カップラ用の周波数の
関数としての変数が図示されている。ILは挿入損失を示
し、Ｃはカップリングを表し、Ｉは絶縁を表している。
【００３４】（実施形態３）115μmの幅をもつCuの主カ
ップラループ２と補助カップラループ３は、0.43mmの厚
さをもつAl2Ｏ3のキャリア基板上に設けられる。主カッ
プラループ２から補助カップラループ３までの距離は35
μmである。２つのカップラループの間の結合経路長
は、２つの1.45mm長さの部分に分割される。これら部分
は、5.4ｎHのインダクタンス値をもつCuで形成された薄
膜コイルと１pFのキャパシタンス値をもつ並列の薄膜キ
ャパシタにより相互に接続されている。薄膜キャパシタ
は、Alで形成された上部電極および下部電極と、Si3Ｎ4
で形成された誘電体とを有する。電流供給コンタクト５
として作用するCr/Cu,Cu/Ni/Snで形成されたSMDエンド
コンタクトが両カップラループの端部それぞれに設けら
れる。Cuで形成された金属層は、キャリア基板１の下側
にある。
【００３５】図６には、薄膜カップラ用の周波数の関数
としての変数パラメータが図示されており、ILは挿入損
失を示し、Ｃはカップリングを示し、Ｉは絶縁を表して
いる。
【図面の簡単な説明】
【図１】位相シフト部品が補助カップラループに統合さ
れる薄膜カップラの構成を示す図。
【図２】ストリップラインが補助カップラループに統合
される薄膜カップラの上面図。
【図３】コイルが補助カップラループに統合される薄膜
カップラの上面図。
【図４】ストリップラインが補助カップラループに統合
された薄膜カップラの周波数の関数としての変数をプロ
ットした図。
【図５】コイルが補助カップラループに統合された薄膜
カップラの周波数の関数としての変数をプロットした
図。
【図６】コイルと並列接続されたキャパシタが補助カッ
プラループに統合された薄膜カップラの周波数の関数と
しての変数をプロットした図。
【符号の説明】
１ キャリア基板 ２ 主カップラループ ３ 補助カップラループ ４ 部品 ５ 電流供給コンタクト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 ライナー、キービット ドイツ連邦共和国レートゲン、レートゲン バッハシュトラーセ、19 (72)発明者 マライケ、クレー ドイツ連邦共和国ヒュッケルホーベン、ラ ンデラテール、ベーク、27

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】キャリア基板とその上に配置された２つの
    ストリップラインをもつ薄膜カップラを備え、一方の前
    記ストリップラインがメインカップラループで、他方の
    前記ストリップラインが補助カップラループである薄膜
    カップラであって、 補助カップラループに統合される部品を備え、この部品
    は、結合された信号の周波数の位相シフトを行うことを
    特徴とする薄膜カップラ。
  2. 【請求項２】前記外部カップラループに結合され統合さ
    れた信号の周波数の位相シフトを行う前記部品は、スト
    リップラインであることを特徴とする請求項１に記載の
    薄膜カップラ。
  3. 【請求項３】前記外部カップラループに結合されて統合
    された信号の周波数の位相シフトを行う前記部品は、コ
    イルであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜カッ
    プラ。
  4. 【請求項４】前記外部カップラループに結合されて統合
    された信号の周波数の位相シフトを行う前記部品は、直
    列または並列に接続されたコイルとキャパシタにより形
    成されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜カップ
    ラ。
  5. 【請求項５】前記キャリア基板用に使用される材料は、
    セラミック材料、ガラスの平面層をもつセラミック材
    料、ガラス・セラミック材料、およびガラス材料のいず
    れかであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜カッ
    プラ。
  6. 【請求項６】カップラループの端部それぞれは、電流供
    給コンタクトに電気的に接続されることを特徴とする請
    求項１に記載の薄膜カップラ。
  7. 【請求項７】無機材料および／または有機材料の少なく
    とも一つの保護層が前記薄膜カップラの上に設けられる
    ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜カップラ。
  8. 【請求項８】金属層が前記キャリア基板の下側に設けら
    れることを特徴とする請求項１に記載の薄膜カップラ。
  9. 【請求項９】前記金属層は、少なくとも一つの電流供給
    コンタクトに接続されることを特徴とする請求項８に記
    載の薄膜カップラ。
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