JP2002330008A - 積層型方向性結合器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周波数帯毎に独立して電気特性を最適化する
ことができ、かつ、主線路間のアイソレーションが優れ
ている積層型方向性結合器を提供する。 【解決手段】 主線路１４，１５は渦巻形状である。副
線路１３は渦巻形状の結合線路部１３ａ，１３ｂを有し
ている。結合線路部１３ａはシート１２ｄの左半分に形
成され、結合線路部１３ｂは右半分に形成されている。
結合線路部１３ａと１３ｂは、シート１２ｃに設けた中
継電極１６およびビアホール２５を介して電気的に直列
に接続される。主線路１４の渦巻状パターンと結合線路
部１３ａの渦巻状パターンとは平面視で略重なってお
り、対向している部分で電磁結合して結合器１を構成す
る。同様に、主線路１５の渦巻状パターンと結合線路部
１３ｂの渦巻状パターンとは平面視で略重なっており、
対向している部分で電磁結合して結合器２を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層型方向性結合
器、特に、携帯電話などの無線通信機器などに使用され
る積層型方向性結合器に関する。

【０００２】

【従来の技術】１／４波長に相当する電気長を有する伝
送線路を用いた方向性結合器は、高周波機器に従来から
用いられている。また、積層型方向性結合器も、小型で
あるという利点から携帯電話等の小型無線通信機器に広
く用いられている。

【０００３】ところで、近年、一つの携帯電話端末機で
二つの周波数帯での通話ができるデュアルバンド携帯電
話の提案がなされている。そして、このデュアルバンド
携帯電話端末機に使用される積層型方向性結合器とし
て、特開平１１−２６１３１３号公報記載のものが知ら
れている。この方向性結合器は、図８に示すように、主
線路３，５をそれぞれ表面に設けた誘電体シート２ｂ，
２ｄと、副線路４を表面に設けた誘電体シート２ｃと、
グランド電極６，７をそれぞれ表面に設けた誘電体シー
ト２ａ，２ｅ等で構成されている。主線路３，５は、シ
ート２ｂ，２ｃを挟んでそれぞれ副線路４に対向するよ
うに形成されている。従って、主線路３と副線路４、並
びに、主線路５と副線路４は、それぞれ電磁結合して結
合器を構成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の積層型
方向性結合器１は、二つの主線路３，５がそれぞれ副線
路４の共通の部分に電磁結合しているため、主線路３と
５の間のアイソレーションが悪いという問題があった。

【０００５】また、主線路３は二つの使用中心周波数の
うちいずれか一方の使用中心周波数の１／４波長に相当
する電気長に設定され、主線路５は他方の使用中心周波
数の１／４波長に相当する電気長に設定されている。つ
まり、主線路３，５はそれぞれ最適の電気長に設定され
ており、異なる電気長を有している。ところが、副線路
４は共用されているため、副線路４の電気長は、主線路
３と５を比較して長い方の電気長に合わされている。従
って、デュアルバンド携帯電話端末機の二つの周波数帯
のそれぞれに対してアイソレーション特性や電磁結合特
性などを個別に最適化することができないという不具合
があった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、周波数帯毎に独
立して電気特性を最適化することができ、かつ、主線路
間のアイソレーションが優れている積層型方向性結合器
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段と作用】前記目的を達成す
るため、本発明に係る積層型方向性結合器は、（ａ）高
周波信号が伝送される二つ以上の主線路と、（ｂ）前記
二つ以上の主線路にそれぞれ電磁気的に結合する二つ以
上の結合線路部を有する一つの副線路と、（ｃ）前記主
線路および前記副線路の少なくともいずれか一つの線路
に対向したグランド電極と、（ｄ）前記主線路と前記副
線路と前記グランド電極の間にそれぞれ配置された誘電
体層とを備え、（ｅ）前記主線路と前記副線路と前記グ
ランド電極と前記誘電体層とを積み重ねて積層体を構成
するとともに、前記副線路の結合線路部を前記積層体の
積み重ね方向に対して垂直な方向に並置していること、
を特徴とする。

【０００８】以上の構成により、副線路が複数の結合線
路部にて構成され、これらの結合線路部のそれぞれが主
線路に独立して電磁気的に結合する。つまり、複数の主
線路はそれぞれ副線路の異なる部分に電磁結合している
ため、主線路間のアイソレーションが改善される。さら
に、副線路のそれぞれの結合線路部毎に、その電気長な
どを設定できる。

【０００９】また、主線路や副線路の伝送線路に対向し
ているグランド電極を省くことにより、伝送線路の磁界
によりグランド電極に発生していた渦電流損を削減でき
る。さらに、前述の積層型方向性結合器において、主線
路と副線路を入れ替えて、二つ以上の副線路と、二つ以
上の結合線路部を有する一つの主線路とを備えるように
してもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る積層型方向性
結合器の実施の形態について添付の図面を参照して説明
する。各実施形態において、同一部品及び同一部分には
同じ符号を付した。

【００１１】［第１実施形態、図１〜図３］図１に示す
ように、積層型方向性結合器１１は、主線路１４，１５
をそれぞれ表面に設けた誘電体シート１２ｅ，１２ｇ
と、副線路１３を表面に設けた誘電体シート１２ｄと、
グランド電極２０，２１をそれぞれ表面に設けた誘電体
シート１２ｂ，１２ｉ等で構成されている。誘電体シー
ト１２ａ〜１２ｉの材料としては、エポキシ等の樹脂あ
るいはセラミック誘電体等が用いられる。第１実施形態
では、誘電体シート１２ａ〜１２ｉの材料として、誘電
体セラミック粉末を結合剤と共に混練した後、シート状
にしたものを用いた。各誘電体シート１２ａ〜１２ｉの
シート厚は所定の寸法に設定されている。つまり、シー
ト１２ｂ，１２ｄ，１２ｆ，１２ｈは、他のシート１２
ａ，１２ｃ，１２ｅ，１２ｇ，１２ｉより厚く設定され
ている。このとき、シート１２ｂ，１２ｄ，１２ｆ，１
２ｈの厚さは、他のシート１２ａ等と同じシート厚のも
のを複数枚積み重ねて確保してもよいし、１枚の厚いシ
ートを用いて確保してもよい。

【００１２】主線路１４は渦巻形状であり、シート１２
ｅの左半分に形成されている。主線路１４の一端は、シ
ート１２ｅに設けたビアホール２５を介して、引出し電
極１８に電気的に接続される。主線路１５は渦巻形状で
あり、シート１２ｇの右半分に形成されている。主線路
１５の一端は、シート１２ｇに設けたビアホール２５を
介して、引出し電極１９に電気的に接続される。主線路
１４，１５は、それぞれ使用中心周波数の１／４波長に
相当する電気長を有している。

【００１３】副線路１３は、渦巻形状の結合線路部１３
ａ，１３ｂを有している。結合線路部１３ａはシート１
２ｄの左半分に形成され、結合線路部１３ｂは右半分に
形成されている。結合線路部１３ａと１３ｂは、シート
１２ｃに設けた中継電極１６およびビアホール２５を介
して電気的に直列に接続される。

【００１４】シールド用グランド電極２０，２１は、そ
れぞれシート１２ｂ，１２ｉの略全面に設けられてい
る。これらのシールド用グランド電極２０，２１は方向
性結合器の特性を考慮して、主線路１４，１５や副線路
１３の結合線路部１３ａ，１３ｂから所定の距離だけ離
れた位置に配置されることが好ましい。ただし、グラン
ド電極２０，２１は、片方が設けられていなくてもよ
い。主線路１４，１５、副線路１３及びシールド用電極
２０，２１などは、スパッタリング法、蒸着法、印刷
法、フォトリソグラフィ法等の方法により形成され、Ａ
ｇ−Ｐｄ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ等の材料からなる。

【００１５】各シート１２ａ〜１２ｉは積み重ねられ、
一体的に焼成されることにより、図２に示すように矩形
体状の積層体３０とされる。積層体３０には８個の外部
電極３１〜３６，Ｇ１，Ｇ２が形成されている。これら
の外部電極３１〜３６，Ｇ１，Ｇ２はスパッタリング
法、蒸着法、塗布法、印刷法等の方法によって形成さ
れ、Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｃｕ合金などの材
料からなる。

【００１６】積層体３０の手前側および奥側の側面に形
成された外部電極３１，３２はそれぞれ、主線路１４お
よび引出し電極１８に電気的に接続しており、主線路１
４の外部端子として機能する。外部電極３３，３４はそ
れぞれ、引出し電極１９および主線路１５に電気的に接
続しており、主線路１５の外部端子として機能する。外
部電極Ｇ１，Ｇ２は、シールド電極１７およびグランド
電極２０，２１に電気的に接続し、グランド端子として
機能する。積層体３０の左右の端面に形成された外部電
極３５，３６はそれぞれ、副線路１３の結合線路部１３
ａ，１３ｂに電気的に接続しており、副線路１３の外部
端子として機能する。図３に積層型方向性結合器１１の
電気等価回路図を示す。

【００１７】以上の構成からなる方向性結合器１１にお
いて、副線路１３および主線路１４，１５はシールド用
グランド電極２０，２１の間に配置され、ストリップラ
イン構造をしている。そして、主線路１４と副線路１３
の結合線路部１３ａがシート１２ｄを挟んで対向するよ
うに形成されている。従って、主線路１４の渦巻状パタ
ーンと結合線路部１３ａの渦巻状パターンとは平面視で
略重なっており、対向している部分で電磁結合（ライン
結合）して結合器１を構成する。同様に、主線路１５の
渦巻状パターンと結合線路部１３ｂの渦巻状パターンと
は平面視で略重なっており、対向している部分で電磁結
合（ライン結合）して結合器２を構成する。

【００１８】ここに、隣り合う結合器１と２でそれぞれ
発生する磁束の方向が逆方向になるように、結合線路部
１３ａ，１３ｂと主線路１４，１５が巻回されている。
具体的には、結合線路部１３ａと主線路１４は、方向性
結合器１１の上面側から見て時計回り方向に巻回してい
る。一方、結合線路部１３ｂと主線路１５は、反時計回
り方向に巻回している。これにより、結合器１で発生す
る磁束と結合器２で発生する磁束とが電磁的に結合せ
ず、結合器１と２の間のアイソレーションをより一層向
上させることができる。ただし、結合器１と２でそれぞ
れ発生する磁束方向が同じ方向であってもよいことは言
うまでもない。

【００１９】さらに、本第１実施形態では、結合線路部
１３ａと１３ｂの間にシールド電極１７を設けて結合器
１と２の電磁的結合を防止している。このシールド電極
１７の替わりに、長尺状ビアホールを誘電体シート１２
ｄに形成してもよい。

【００２０】また、副線路１３が、二つの結合線路部１
３ａ，１３ｂを有し、これら二つの結合線路部１３ａ，
１３ｂのそれぞれが主線路１４，１５に独立して電磁気
的に結合しているので、主線路１４と１５の間のアイソ
レーションを改善することができる。さらに、電気長の
異なる主線路１４，１５に合わせて、結合線路部１３
ａ，１３ｂ毎に電気長を設定できるため、二つの使用周
波数帯のそれぞれに対してアイソレーション特性や電磁
結合特性などを個別に最適化することができる。

【００２１】また、方向性結合器１１の電気特性を調整
する場合、誘電体シート１２ｄ，１２ｅ，１２ｆの厚み
や、副線路１３の結合線路部１３ａ，１３ｂおよび主線
路１４，１５のライン幅あるいは巻回数を変えることに
より、主線路１４と結合線路部１３ａの間の電磁結合、
並びに、主線路１５と結合線路部１３ｂの間の電磁結合
を調整する。ライン幅や巻回数を変えて調整する場合に
は、主線路１４と１５が同一誘電体シート上に配置され
ていてもよい。

【００２２】次に、この方向性結合器１１をデュアルバ
ンド携帯電話端末機の送信回路部に使用した場合につい
て、図３を参照して説明する。通常、高周波（マイクロ
波）信号の送信は、使用する二つのシステム（例えば９
００ＭＨｚ帯と１８００ＭＨｚ帯）に対応するそれぞれ
の信号を同時に送信することはなく、二つの結合器１と
２が同時に動作することはない。

【００２３】変調回路部から伝送されてきた高周波の伝
送信号は、送信電力増幅器４１で増幅された後、方向性
結合器１１、分波器４２を経てアンテナ４３に供給さ
れ、該アンテナ４３から空中に放射される。方向性結合
器１１の副線路１３の一端は抵抗Ｒで終端され、他端は
自動利得制御回路４４に電気的に接続されている。この
副線路１３は、主線路１４（又は１５）を送信電力増幅
器４１から分波器４２に向かって伝送される送信信号に
結合して、それに比例する出力（送信信号の数十〜数分
の一の電力）を取り出し、自動利得制御回路４４に供給
している。自動利得制御回路４４は、副線路１３から取
り出された前記出力をモニタすると共に、送信電力増幅
器４１のゲインを制御している。

【００２４】［第２実施形態、図４及び図５］伝送線路
（主線路や副線路）に対向しているグランド電極には、
伝送線路の磁界により渦電流が発生する。この渦電流に
よる損失は、方向性結合器のＱを劣化させる。そこで、
本第２実施形態では、この渦電流損によるＱの劣化を防
止することができる方向性結合器について説明する。

【００２５】図４及び図５に示すように、第２実施形態
の積層型方向性結合器５１は、前記第１実施形態の方向
性結合器１１において、シールド用グランド電極及びグ
ランド外部電極を省いたものと同様のものである。従っ
て、主線路１４，１５や副線路１３の磁界によってグラ
ンド電極に発生していた渦電流損を削減することができ
る。この結果、方向性結合器５１のＱが向上し、挿入損
失を抑えることができる。なお、誘電体シート１２ｂ又
は１２ｉのいずれか一方の誘電体シートのみに、シール
ド用グランド電極を形成してもよい。

【００２６】［第３実施形態、図６及び図７］本発明に
係る積層型方向性結合器が内蔵する結合器の数は、２以
上任意である。そこで、第３実施形態は、三つの結合器
を内蔵したものについて説明する。

【００２７】図６に示すように、方向性結合器６１は、
主線路６４，６５，６６をそれぞれ表面に設けた誘電体
シート１２ｅ，１２ｉ，１２ｇと、副線路６３の三つの
結合線路部６３ａ，６３ｂ，６３ｃをそれぞれ表面に設
けた誘電体シート１２ｃ，１２ｄと、共通グランド電極
７０及び個別グランド電極７１，７２，７３をそれぞれ
表面に設けた誘電体シート１２ｂ，１２ｋ，１２ｌ，１
２ｍ等で構成されている。

【００２８】渦巻形状の主線路６４，６５，６６はそれ
ぞれ、ビアホール２５を介して引出し電極６７，６８，
６９に電気的に接続される。主線路６４〜６６は、相互
に巻回数が異なっており、それぞれ使用中心周波数の１
／４波長に相当する電気長を有している。副線路６３は
渦巻形状の結合線路部６３ａ，６３ｂ，６３ｃを有して
いる。これら結合線路部６３ａ〜６３ｃは、引出し電極
６４とともに、ビアホール２５を介して電気的に直列に
接続される。

【００２９】各シート１２ａ〜１２ｍは積み重ねられ、
一体的に焼成されることにより、図７に示すように積層
体８０とされる。積層体８０には１２個の外部電極８１
〜８８，Ｇ１〜Ｇ４が形成されている。外部電極８１，
８２はそれぞれ、主線路６４および引出し電極６７に電
気的に接続し、主線路６４の外部端子として機能する。
外部電極８３，８４はそれぞれ、主線路６５および引出
し電極６８に電気的に接続し、主線路６５の外部端子と
して機能する。外部電極８５，８６はそれぞれ、主線路
６６および引出し電極６９に電気的に接続し、主線路６
６の外部端子として機能する。

【００３０】外部電極Ｇ１，Ｇ２は、共通グランド電極
７０および個別グランド電極７１に電気的に接続し、グ
ランド端子として機能する。外部電極Ｇ３，Ｇ４は、共
通グランド電極７０および個別グランド電極７２，７３
に電気的に接続し、グランド端子として機能する。さら
に、外部電極８７，８８はそれぞれ、副線路６３の結合
線路部６３ａおよび引出し電極６４に電気的に接続し、
副線路６３の外部端子として機能する。

【００３１】以上の構成からなる方向性結合器６１にお
いて、主線路６４と結合線路部６３ａは対向している部
分で電磁結合（ライン結合）して結合器１を構成する。
同様に、主線路６５と結合線路部６３ｂ、並びに、主線
路６６と結合線路部６３ｃは、それぞれ対向している部
分で電磁結合（ライン結合）して結合器２、結合器３を
構成する。従って、例えば、結合器１〜３をそれぞれ、
ＧＳＭの高周波信号とＤＣＳの高周波信号とＰＣＳの高
周波信号に対応したものにできる。

【００３２】［他の実施形態］なお、本発明に係る積層
型方向性結合器は前記実施形態に限定するものではな
く、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
例えば、前記第１〜第３実施形態の方向性結合器１１，
５１，６１において、主線路と副線路を入れ替え、二つ
以上の副線路と、二つ以上の結合線路部を有する一つの
主線路とを備える方向性結合器として使用してもよい。
具体的には、第１及び第２実施形態の方向性結合器１
１，５１において、渦巻状パターン１４，１５を副線路
とし、渦巻状パターン１３ａ，１３ｂをそれぞれ主線路
の結合線路部として使用してもよい。

【００３３】また、主線路および副線路の形状は任意で
あり、渦巻状の他に、蛇行状、直線状であってもよい。
また、主線路および副線路は、必ずしも１／４波長の長
さに設定する必要はなく、ライン幅も全ての線路が等し
い寸法に設定される必要もない。

【００３４】また、主線路および副線路は、二つのグラ
ンド電極の間に配置されたストリップライン構造に限る
ものではなく、誘電体基板（裏面にグランド電極を設け
ている）の表面に、線路部が配置された、いわゆるマイ
クロストリップライン構造であってもよい。さらに、主
線路と副線路の電磁結合はライン結合に限るものではな
い。複数の渦巻状線路パターンをビアホールを介して直
列に接続し、多層構造の主線路や副線路を構成した場合
には、主線路と副線路はコイル結合する。

【００３５】また、前記実施形態は、積層体の上面側か
ら下面側に向かって、伝送線路を副線路、主線路、主線
路の順で配置しているが、必ずしもこれに限定するもの
ではない。例えば、主線路、副線路、主線路の順で配置
してもよい。

【００３６】また、前記実施形態は個産品の場合を例に
して説明したが、量産時の場合には複数個分の方向性結
合器を備えたマザー基板を製作し、所望のサイズに切り
出して製品とすることができる。さらに、前記実施形態
は、導体が形成された誘電体シートを積み重ねた後、一
体的に焼成するものであるが、必ずしもこれに限定され
ない。シートは予め焼成されたものを用いてもよい。ま
た、以下に説明する製法によって方向性結合器を製作し
てもよい。印刷等の手段によりペースト状の誘電体材料
を塗布して誘電体層を形成した後、その誘電体層の表面
にペースト状の導電体材料を塗布して任意の導体を形成
する。次に、ペースト状の誘電体材料を前記導体の上か
ら塗布する。こうして順に重ね塗りすることによって積
層構造を有する方向性結合器が得られる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、副線路が複数の結合線路部にて構成され、これ
らの結合線路部のそれぞれが主線路に独立して電磁気的
に結合する。つまり、複数の主線路はそれぞれ副線路の
異なる部分に電磁結合しているため、主線路間のアイソ
レーションを改善することができる。さらに、副線路の
それぞれの結合線路部毎に、その電気長などを設定でき
る。従って、使用周波数帯のそれぞれに対して電気特性
を個別に最適化することができる。

【００３８】また、主線路や副線路の伝送線路に対向し
ているグランド電極を省くことにより、伝送線路の磁界
によりグランド電極に発生していた渦電流損を削減でき
る。さらに、積層型方向性結合器において、二つ以上の
副線路と、二つ以上の結合線路部を有する一つの主線路
とを備えることにより、通信機器の設計の自由度が大き
くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る積層型方向性結合器の第１実施形
態を示す分解斜視図。

【図２】図１に示されている積層型方向性結合器の外観
を示す斜視図。

【図３】図１に示されている積層型方向性結合器を用い
た携帯電話端末機の送信回路部の構成を示す電気ブロッ
ク図。

【図４】本発明に係る積層型方向性結合器の第２実施形
態を示す分解斜視図。

【図５】図４に示されている積層型方向性結合器の外観
を示す斜視図。

【図６】本発明に係る積層型方向性結合器の第３実施形
態を示す分解斜視図。

【図７】図６に示されている積層型方向性結合器の外観
を示す斜視図。

【図８】従来の積層型方向性結合器を示す分解斜視図。

【符号の説明】

１１，５１，６１…積層型方向性結合器 １２ａ〜１２ｍ…誘電体シート １３，６３…副線路 １３ａ，１３ｂ，６３ａ〜６３ｃ…結合線路部 １４，１５，６４，６５，６６…主線路 ２０，２１，７０〜７３…グランド電極 ３０，８０…積層体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波信号が伝送される二つ以上の主線
   路と、 前記二つ以上の主線路にそれぞれ電磁気的に結合する二
   つ以上の結合線路部を有する一つの副線路と、 前記主線路および前記副線路の少なくともいずれか一つ
   の線路に対向したグランド電極と、 前記主線路と前記副線路と前記グランド電極の間にそれ
   ぞれ配置された誘電体層とを備え、 前記主線路と前記副線路と前記グランド電極と前記誘電
   体層とを積み重ねて積層体を構成するとともに、前記副
   線路の結合線路部を前記積層体の積み重ね方向に対して
   垂直な方向に並置していること、 を特徴とする積層型方向性結合器。
2. 【請求項２】 高周波信号が伝送される二つ以上の主線
   路と、 前記二つ以上の主線路にそれぞれ電磁気的に結合する二
   つ以上の結合線路部を有する一つの副線路と、 前記主線路と前記副線路との間にそれぞれ配置された誘
   電体層とを備え、 前記主線路と前記副線路と前記誘電体層とを積み重ねて
   積層体を構成するとともに、前記副線路の結合線路部を
   前記積層体の積み重ね方向に対して垂直な方向に並置
   し、前記積層体にグランド電極を設けないこと、 を特徴とする積層型方向性結合器。
3. 【請求項３】 高周波信号が伝送される二つ以上の副線
   路と、 前記二つ以上の副線路にそれぞれ電磁気的に結合する二
   つ以上の結合線路部を有する一つの主線路と、 前記主線路および前記副線路の少なくともいずれか一つ
   の線路に対向したグランド電極と、 前記主線路と前記副線路と前記グランド電極の間にそれ
   ぞれ配置された誘電体層とを備え、 前記主線路と前記副線路と前記グランド電極と前記誘電
   体層とを積み重ねて積層体を構成するとともに、前記主
   線路の結合線路部を前記積層体の積み重ね方向に対して
   垂直な方向に並置していること、 を特徴とする積層型方向性結合器。
4. 【請求項４】 高周波信号が伝送される二つ以上の副線
   路と、 前記二つ以上の副線路にそれぞれ電磁気的に結合する二
   つ以上の結合線路部を有する一つの主線路と、 前記主線路と前記副線路との間にそれぞれ配置された誘
   電体層とを備え、 前記主線路と前記副線路と前記誘電体層とを積み重ねて
   積層体を構成するとともに、前記主線路の結合線路部を
   前記積層体の積み重ね方向に対して垂直な方向に並置
   し、前記積層体にグランド電極を設けないこと、 を特徴とする積層型方向性結合器。