JP2005269028A

JP2005269028A - 方向性結合器およびそれを用いた情報通信端末

Info

Publication number: JP2005269028A
Application number: JP2004076218A
Authority: JP
Inventors: Yoshikuni Fujihashi; 芳邦藤橋; Masaya Tamura; 昌也田村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】方向性結合器を同一平面状に構成した場合、形状が大きいという課題を有し、積層基板内に方向性結合器を構成した場合、結合線路と終端抵抗とを接続するビアホールに寄生誘導成分が生じて、結合線路と終端抵抗に不整合が発生するので、方向性が８デシベル未満になるという課題を有していた。
【解決手段】本発明は上記従来の課題を解決するもので、積層基板１内に方向性結合器を構成するもので、終端抵抗である第１の抵抗器６とビアホール４を、第１のキャパシタ５を介して接続することによって、１つまたは２つの周波数帯域において８デシベル以上の方向性を有する方向性結合器である。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線ローカルエリアネットワーク等に用いられる方向性結合器およびそれを用いた情報通信端末に関するものである。

従来、情報通信端末に用いられる方向性結合器は、図１１のようなものが使用されていた。動作原理を簡単に説明する。

図１１は従来の方向性結合器の平面図である。

図１１において、基板１０１の表層に、主線路１０２および結合線路１０３を有し、主線路１０２と結合線路１０３は電磁結合し、主線路１０２は両側に入力端子１０７および出力端子１０８と接続し、結合線路１０３は両側に結合出力端子１０９および整合用の抵抗器１０４と接続し、抵抗器１０４はランド１０５を介して接地用のビアホール１０６と結合線路１０３を接続している。

また、入力端子１０７から入力された高周波信号は主線路１０２を伝播して出力端子１０８に出力され、結合線路１０３と電磁結合を生じて結合出力端子１０９から電磁結合の強度に応じた結合度で出力される。

一方、出力端子１０８から入力された高周波信号は主線路１０２を伝播して入力端子１０７に出力され、結合線路１０３と電磁結合を生じて抵抗器１０４に出力されるが、結合線路１０３のインピーダンスと抵抗器１０４のインピーダンスが整合されているので、ランド１０５を介して接地用のビアホール１０６に出力され、入力端子１０７から入力され結合出力端子１０９に出力される信号の結合度と、出力端子１０８から入力され結合出力端子１０９に出力される信号の結合度との比である方向性が８デシベルよりも大きくなり方向性結合器としての特性要件を満足する。

なお、この発明に関する先行技術文献としては、例えば、非特許文献１が知られている。
「例題演習マイクロ波回路」（２１２から２１５頁）倉石源三郎著東京電気大学出版局

しかしながら、上記構造を用いると、例えば２ギガヘルツの周波数にて誘電率が４．３の樹脂基板上に方向性結合器を構成する場合において、約１９ｍｍの結合長が必要であり、さらに周波数帯域が２つある場合には、方向性結合器を２つ用いなければならず、形状が大きいという課題を有していた。

一方、積層基板内に方向性結合器を構成すると、積層基板の誘電率が高い場合には方向性結合器を小型に構成することができるが、結合線路と終端抵抗とを接続するビアホールに寄生誘導成分が生じて、結合線路と終端抵抗に不整合が発生するので、方向性が８デシベル未満になるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので１つまたは２つの周波数帯域において８デシベル以上の方向性を有する小型の方向性結合器を構成することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、特に、積層基板と、この積層基板に内蔵され入力端子と出力端子を有する主線路と、主線路と電磁結合し結合出力端子を有する結合線路と、結合線路に接続するビアホールと、第１のランドを介してビアホールに接続する第１のキャパシタと、第２のランドを介して第１のキャパシタと接続する第１の抵抗器と、第３のランドを介して第１の抵抗器と接続する端面電極と、端面電極に接続される内層グランド面と、端面電極に接続される裏面グランドとからなる、方向性結合器である。方向性結合器は、第１のキャパシタを設けたことによって、主線路と第１の抵抗器を所望の周波数にて整合して、８デシベル以上の方向性を有する小型の方向性結合器を構成できるという効果を得ることができる。

本発明によれば、積層基板内に方向性結合器を構成し、終端抵抗とビアホールを、キャパシタを介して接続することによって、１つまたは２つの周波数帯域において８デシベル以上の方向性を有する方向性結合器を小型に構成するという効果を得ることができる。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態１における方向性結合器の断面図であり、図２は本発明の実施の形態１における方向性結合器の平面図である。

図１に示すように、積層基板１の内層に、主線路２および結合線路３を有し、主線路２と結合線路３は電磁結合し、主線路２は入力端子１１および入力端子１１と反対側に設けられた出力端子１２と接続し、結合線路３は結合出力端子１３および結合出力端子１３と反対側に設けられたビアホール４と接続している。また結合線路３はビアホール４を介して、第１のランド７と接続し、第１のキャパシタ５に接続している。さらに第１のキャパシタ５はビアホール４と接続する第１のランド７と反対側に設けられた第２のランド８を介して第１の抵抗器６と接続し、抵抗器６は第２のランド８と反対側に設けられた第３のランド９を介して接地用端面電極１０と接続している。

グランド面１４は積層基板１の内層に設けられ、グランド面１５は積層基板１の裏面に設けられ、グランド面１４とグランド面１５は積層基板１の端面に設けられた接地用端面電極１０、接地用端面電極１６および接地用端面電極１７を介して接続している。

入力端子１１から入力された高周波信号は主線路２を通過して出力端子１２に出力される一方、結合線路３と電磁結合を生じて結合出力端子１３から電磁結合の強度に応じた結合度で出力される。

一方、出力端子１２から入力された高周波信号は主線路２を通過して入力端子１１に出力される一方、結合線路３と電磁結合を生じてビアホール４の側に出力されるが、結合線路３のインピーダンスと結合線路３からビアホール４方向のインピーダンスに不整合が生じると、反射波が生じて結合出力端子１３に出力され、入力端子１１から入力され結合出力端子１３に出力される信号の結合度と、出力端子１２から入力され結合出力端子に出力される信号の結合度との比である方向性が８デシベルよりも小さくなる。

ここで本実施の形態では、ビアホール４の寄生誘導成分や、第１のランド７、第２のランド８および第３のランド９とグランド面１４の間において発生する寄生容量成分が原因で生じる結合線路３と結合線路３からビアホール４方向のインピーダンスの不整合を、第１のキャパシタ５の容量成分および寄生誘導成分を用いて、方向性の必要な所望の周波数帯域において整合することによって、方向性の必要な所望の周波数帯域において８デシベル以上の方向性を得ることができる。

また、方向性結合器を積層基板内部に構成したことによって、樹脂基板に比べて波長短縮率が大きく小型化が可能な高誘電率積層基板の使用が可能となり、例えば誘電率５８のセラミック基板を用いた場合に、従来技術の誘電率４．３の樹脂基板の場合と比較して、約３．８分の１の長さの小型な方向性結合器を得ることができる。

なお、本発明の実施の形態１においては、第１のキャパシタ５の一方の端がビアホール４と接する第１のランド７と、他方の端が第２のランド８と接続し、第１の抵抗器６の一方の端が第２のランド８と、他方の端が接地用端面電極１０と接する第３のランド９と接続しているが、第１の抵抗器６の一方の端が第１のランド７と、他方の端が第２のランド８と接続し、第１のキャパシタ５の一方の端が第２のランド８と、他方の端が第３のランド９と接続する構成としても同様の効果を得ることができる。

なお、本発明の実施の形態１においては、８デシベル以上の方向性を得る周波数帯域を、方向性の必要な所望の１つの周波数帯域としたが、方向性の必要な所望の２つまたは２つ以上の周波数帯域の場合においても、方向性の必要な所望の２つまたは２つ以上の周波数帯域が、方向性を８デシベル以上得られる周波数内に存在している場合には、同様の効果を得ることができる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２〜５に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

図３〜７は本発明の実施の形態２における方向性結合器の平面図である。図３〜７において、実施の形態１と同一機能の部分には同一の番号を付し詳細な説明を省略する。

図３に示すように、第２のキャパシタ２１の一方の端がビアホール４と接する第１のランド７と接続し、他方の端が接地用端面電極１０と接する第３のランド９と接続する。または図４に示すように、第２のキャパシタ２１の一方の端が第２のランド８と、他方の端が第３のランド９と接続する。または図５に示すように、第２のキャパシタ２１の一方の端が第１のランド７に接続され、他方の端が第２のランド８に接続される。

また、図６は、図２に加えて、第２のキャパシタ２１の一方の端がビアホール４と接続する第１のランド７に接続し、他方の端が第４のランド１８と接続し、第２の抵抗器２２は一方の端を第４のランド１８と、他方の端を接地用端面電極１０と接する第３のランド９と接続している。また図７は、第２のキャパシタ２１の一方の端がビアホール４と接する第１のランド７と接続し、他方の端が第２のランド８と接続し、第２の抵抗器２２は一方の端を第２のランド８と、他方の端を接地用端面電極１０と接する第３のランド９に接続される。

ここで本実施の形態では、ビアホール４の寄生誘導成分や、第１のランド７、第２のランド８、第３のランド９および第４のランド１８とグランド面１４の間において発生する寄生容量成分が原因で生じる結合線路３と、結合線路３からビアホール４方向のインピーダンスの不整合を、第１のキャパシタ５の容量成分および寄生誘導成分、ならびに第２のキャパシタ２１の容量成分および寄生誘導成分を用いて、方向性の必要な所望の２つの周波数帯域において整合することによって、方向性の必要な所望の２つの周波数帯域において８デシベル以上の方向性を得ることができる。

なお、本発明の実施の形態２において、図６は、第１のキャパシタ５の一方の端が第１のランド７と、他方の端が第２のランド８と接続し、第１の抵抗器６の一方の端が第２のランド８と、他方の端が接地用端面電極１０と接する第３のランド９と接続し、第２のキャパシタ２１の一方の端がビアホール４と接する第１のランド７に接続し、他方の端が第４のランド１８と接続し、第２の抵抗器２２は一方の端を第４のランド１８と、他方の端を第３のランド９と接続しているが、図７に示すように、第１の抵抗器６の一方の端が第１のランド７と、他方の端が第２のランド８と接続し、第１のキャパシタ５の一方の端が第２のランド８と、他方の端が第３のランド９と接続し、第２の抵抗器２２の一方の端が第１のランド７と、他方の端が第４のランド１８と接続し、第２のキャパシタ２１の一方の端が第４のランド１８と、他方の端が第３のランド９と接続する構成としても同様の効果を得ることができる。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項６〜８に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

図８〜１０は、本発明の実施の形態３における方向性結合器の平面図である。

図８〜１０において、実施の形態１と同一機能の部分には同一の番号を付し詳細な説明は省略する。

図８は、図２に加えて、第２のキャパシタ２１の一方の端がビアホール４と接する第１のランド７と、他方の端が第４のランド１８と接続する構成、図９は、第２のキャパシタ２１の一方の端が第２のランド８と、他方の端が第５のランド１９と接続する構成、図１０は、第２の抵抗器２２の一方の端が第１のランド７と、他方の端が第２のランド８と接続し、第２のキャパシタ２１の一方の端が第２のランド８と、他方の端が第５のランド１９と接続する構成である。

ここで本実施の形態では、ビアホール４の寄生誘導成分や、第１のランド７、第２のランド８、第３のランド９、第４のランド１８および第５のランド１９とグランド面１４の間において発生する寄生容量成分が原因で生じる結合線路３と、結合線路３からビアホール４方向のインピーダンスの不整合を、第１のキャパシタ５の容量成分および寄生誘導成分、ならびに第２のキャパシタ２１の容量成分および寄生誘導成分を用いて、方向性の必要な所望の２つの周波数帯域において整合することによって、方向性の必要な所望の２つの周波数帯域において８デシベル以上の方向性を得ることができる。

さらに、第４のランド１８および第５のランド１９が接地用端面電極１０と接していないことによってグランド面１４と接しないので、これによって発生した寄生容量が寄生誘導成分をキャンセルし、より確実に方向性を得ることができる。

なお、本発明の実施の形態２〜３においては、第２のキャパシタ２１を用いたが、同一の場所にインダクタを用いて方向性の必要な所望の２つの周波数帯域において整合することによって、同様の効果を得ることができる。

また、８デシベル以上の方向性を得る周波数帯域を、方向性の必要な所望の２つの周波数帯域としたが、方向性を得る２つの周波数帯域を連続した１つの周波数帯域としても、方向性の必要な所望の周波数帯域が１つの場合や、２つまたは３つ以上の周波数帯域が方向性を８デシベル以上得られる周波数内に存在している場合、および所望の周波数帯域が１つの場合、および方向性の必要な所望の３つまたは３つ以上の周波数帯域の場合においても、方向性の必要な所望の２つまたは２つ以上の周波数帯域が、方向性を８デシベル以上得られる周波数内に存在している場合には、同様の効果を得ることができる。

本発明にかかる方向性結合器は小型であるので、例えば無線ローカルエリアネットワーク用モジュールにおいて使用した場合に、無線ローカルエリアネットワーク用モジュールを小型に構成することができる。

本発明の実施の形態１における方向性結合器の断面図同実施の形態における方向性結合器の平面図本発明の実施の形態２における方向性結合器の平面図同実施の形態における方向性結合器の平面図同実施の形態における方向性結合器の平面図同実施の形態における方向性結合器の平面図同実施の形態における方向性結合器の平面図本発明の実施の形態３における方向性結合器の平面図同実施の形態における方向性結合器の平面図同実施の形態における方向性結合器の平面図従来の方向性結合器の平面図

符号の説明

１積層基板
２主線路
３結合線路
４ビアホール
５第１のキャパシタ
６第１の抵抗器
７第１のランド
８第２のランド
９第３のランド
１０接地用端面電極
１１入力端子
１２出力端子
１３結合出力端子
１４グランド面
１５グランド面

Claims

積層基板と、この積層基板に内蔵され入力端子と出力端子を有する主線路と、主線路と電磁結合し結合出力端子を有する結合線路と、結合線路に接続するビアホールと、このビアホールと接する第１のランドを介して接続する第１のキャパシタと、この第１のキャパシタの他端に第２のランドを介して接続する第１の抵抗器と、この第１の抵抗器の他端に第３のランドを介して接続する端面電極と、この端面電極に接続される内層グランド面と、前記端面電極に接続される裏面グランドとからなる方向性結合器。
一方の端を第１のランドと、他端を第３のランドと接続する第２のキャパシタを設けた請求項１に記載の方向性結合器。
一方の端を第２のランドと、他端を第３のランドと接続する第２のキャパシタを設けた請求項１に記載の方向性結合器。
一方の端を第１のランドと、他端を第２のランドと接続する第２のキャパシタを設けた請求項１に記載の方向性結合器。
一方の端を第３のランドと、他端を第２のキャパシタと接続する第２の抵抗器を設けた請求項２に記載の方向性結合器。
一方の端を第１のランドと、他端を端面電極と接しない第４のランドと接続する第２のキャパシタを設けた請求項１に記載の方向性結合器。
一方の端を第２のランドと、他端を端面電極と接しない第４のランドと接続する第２のキャパシタを設けた請求項１に記載の方向性結合器。
一方の端を第２のランドと、他端を端面電極と接しない第４のランドと接続する第２のキャパシタを設けた請求項４に記載の方向性結合器。
請求項１〜８に記載の方向性結合器を用いた情報通信端末。