JP2009253424A - Directional coupler - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は方向性結合器に関し、特に、アンテナや導波管等に用いられる方向性結合器に関する。 The present invention relates to a directional coupler, and more particularly to a directional coupler used for an antenna, a waveguide, or the like.
方向性結合器は電力監視を行うために広く用いられる。一般的なストリップ線路を用いた方向性結合器の構成としては、2つのストリップ線路を近接させて平行に配置し、側結合させる構成がある(例えば、特許文献1、および、非特許文献1参照)。
Directional couplers are widely used for power monitoring. As a configuration of a directional coupler using a general strip line, there is a configuration in which two strip lines are arranged close to each other in parallel and side-coupled (see, for example,
従来のこのような構成のフォワード結合する方向性結合器においては、偶モード時の結合線路における位相速度と奇モード時の結合線路における位相速度との差が大きいほど、結合度が大きくなるが、実際には位相速度の差を大きくすることができず、密結合なフォワード結合する方向性結合器を実現することができないという問題点があった。 In a conventional directional coupler having such a forward coupling, the degree of coupling increases as the difference between the phase velocity in the coupled line in the even mode and the phase velocity in the coupled line in the odd mode increases. In practice, the difference in phase velocity cannot be increased, and there is a problem in that a directional coupler for tightly coupled forward coupling cannot be realized.
また、できるだけ密結合を得るためには、2つのストリップ線路をできるだけ近接させる必要があるが、ストリップ線路の間隔を狭くすると、微細な加工が必要となるため、加工精度によって結合度が大きくばらついてしまい、製品の性能にばらつきが生じる可能性があるという問題点があった。 Also, in order to obtain as tight a coupling as possible, it is necessary to make the two strip lines as close as possible. However, if the distance between the strip lines is narrowed, fine processing is required, and the degree of coupling greatly varies depending on the processing accuracy. As a result, there is a problem that the product performance may vary.
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、側結合においても密結合を実現し、加工精度による結合度のばらつきも抑えることが可能な方向性結合器を得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to obtain a directional coupler capable of realizing close coupling in side coupling and suppressing variation in coupling degree due to processing accuracy. Yes.
この発明は、第1のストリップ導体と、前記第1のストリップ導体に平行に配置された第2のストリップ導体と、前記第1のストリップ導体と前記第2のストリップ導体との間に設けられ、いずれの導体とも接続されない第1の浮遊導体と、前記第1のストリップ導体及び前記第2のストリップ導体の近傍に配置される地導体と、前記第1のストリップ導体と前記地導体とを接続する第1の接続導体と、前記第2のストリップ導体と前記地導体とを接続する第2の接続導体とを備え、前記第1のストリップ導体の両端と前記第2のストリップ導体の両端とに入出力線路を設けたことを特徴とする方向性結合器である。 The present invention is provided between the first strip conductor, the second strip conductor arranged in parallel to the first strip conductor, the first strip conductor and the second strip conductor, A first floating conductor that is not connected to any conductor, a ground conductor disposed in the vicinity of the first strip conductor and the second strip conductor, and the first strip conductor and the ground conductor are connected to each other. A first connection conductor; and a second connection conductor for connecting the second strip conductor and the ground conductor, and the first connection conductor is inserted into both ends of the first strip conductor and both ends of the second strip conductor. A directional coupler including an output line.
この発明は、第1のストリップ導体と、前記第1のストリップ導体に平行に配置された第2のストリップ導体と、前記第1のストリップ導体と前記第2のストリップ導体との間に設けられ、いずれの導体とも接続されない第1の浮遊導体と、前記第1のストリップ導体及び前記第2のストリップ導体の近傍に配置される地導体と、前記第1のストリップ導体と前記地導体とを接続する第1の接続導体と、前記第2のストリップ導体と前記地導体とを接続する第2の接続導体とを備え、前記第1のストリップ導体の両端と前記第2のストリップ導体の両端とに入出力線路を設けたことを特徴とする方向性結合器であるので、側結合においても密結合を実現し、加工精度による結合度のばらつきも抑えることができる。 The present invention is provided between the first strip conductor, the second strip conductor arranged in parallel to the first strip conductor, the first strip conductor and the second strip conductor, A first floating conductor that is not connected to any conductor, a ground conductor disposed in the vicinity of the first strip conductor and the second strip conductor, and the first strip conductor and the ground conductor are connected to each other. A first connection conductor; and a second connection conductor for connecting the second strip conductor and the ground conductor, and the first connection conductor is inserted into both ends of the first strip conductor and both ends of the second strip conductor. Since the directional coupler is characterized in that an output line is provided, close coupling can be realized even in side coupling, and variation in the coupling degree due to processing accuracy can be suppressed.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。また、図2は、図1におけるA−A’断面図である。図1及び図2おいて、1は、セラミック等から構成された多角形形状の誘電体基板である。2は誘電体基板1の表面に設けられた、略々T字型の第1のストリップ導体(第1のストリップ線路)、3は誘電体基板1の表面に設けられ、同じく略々T字型の第2のストリップ導体(第2のストリップ線路)、4は、第1のストリップ導体2と第2のストリップ導体との間に配置されるように、誘電体基板1の表面に設けられた、略々矩形の第1の浮遊導体である。また、5は、誘電体基板1の裏面に設けられた地導体である。6は、第1のストリップ導体2と地導体5、及び、第2のストリップ導体3と地導体5とを接続するショートスタブである。従って、ショートスタブ6は、第1のストリップ導体2と地導体5とを接続する第1の接続導体と、第2のストリップ導体3と地導体5とを接続する第2の接続導体とを構成している。
1 is a top view showing a configuration of a directional coupler using a microstrip line according to
本実施の形態1に係わる方向性結合器においては、図1に示すように、誘電体基板1の表面上に、第1のストリップ導体2と第2のストリップ導体3とが平行に配置され、その間に設けられている第1の浮遊導体4は、第1のストリップ導体2と第2のストリップ導体3のいずれの導体とも接続されておらず、それらの導体との間に所定間隔のギャップ(隙間)11〜14が存在している。図1の例では、第1のストリップ導体2と第2のストリップ導体3とが、図中のB−B’線を軸として、線対称になるように配置されている。なお、A−A線およびB−B’線は、誘電体基板1の横方向および縦方向の中央線を示しているが、いずれも説明のために図示された架空の線であることは言うまでもない。
In the directional coupler according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, the
なお、図1の例では、誘電体基板1が多角形で、第1および第2のストリップ導体2,3が略々T字型の例を示しているが、いずれも、これに限定されるものではない。
In the example of FIG. 1, the
また、図1において、7,8は、方向性結合器の誘電体基板1の表面において、第1のストリップ導体2の両端に設けられた入出力線路である。また、9,10は、方向性結合器の誘電体基板1の表面において、第2のストリップ導体3の両端に設けられた入出力線路である。図1の例では、入出力線路7と8とが、A−A’線を軸として、線対称になるように配置されるとともに、入出力線路9と10とが、A−A’線を軸として、線対称になるように配置されている。さらに、入出力線路7と9とが、B−B’線を軸として、線対称になるように配置されるとともに、入出力線路8と10とが、B−B’線を軸として、線対称になるように配置されている。
In FIG. 1,
また、11は、第1のストリップ導体2と入出力線路7との間、および、第1の浮遊導体4と入出力線路7との間に存在する入出力ギャップであり、12は、第1のストリップ導体2と入出力線路8との間、および、第1の浮遊導体4と入出力線路8との間に存在する入出力ギャップである。また、13は、第2のストリップ導体3と入出力線路9との間、および、第1の浮遊導体4と入出力線路9との間に存在する入出力ギャップであり、14は、第2のストリップ導体3と入出力線路10との間、および、第1の浮遊導体4と入出力線路10との間に存在する入出力ギャップである。
Reference numeral 11 denotes an input / output gap existing between the
また、図2において、15は、第1のストリップ導体2と第2のストリップ導体3と第1の浮遊導体4とショートスタブ6とからなる第1の単位セルである。
In FIG. 2,
なお、図2に示すように、本実施の形態1においては、地導体5は誘電体基板1の裏面に設けられている例について説明するが、その場合に限らず、地導体5は、第1のストリップ導体2及び第2のストリップ導体3の近傍に配置されていればよいこととする。
As shown in FIG. 2, in the first embodiment, an example in which the
図3は、図1のB−B’線における断面(断面B−B'とする。)に磁気壁を配置した状態を仮定した場合の等価回路を示したもので、従って、第1のストリップ導体2と、断面B−B'より第1のストリップ導体2側の第1の浮遊導体4と、断面B−B'より第1のストリップ導体2側のショートスタブ6と、入出力線路7,8とで構成されるストリップ線路を用いた方向性結合器の等価回路を示したものである。すなわち、図3に示す等価回路は、本実施の形態1に係る方向性結合器の偶モード動作時の等価回路である。図3において、16は入出力線路7,8の偶モードの伝送線路モデル、17は入出力ギャップ11,12による偶モードでの直列キャパシタンス、18は第1のストリップ導体2と第1の浮遊導体4による偶モードでの直列インダクタンス、19は第1のストリップ導体2と第1の浮遊導体4による偶モードでの並列キャパシタンス、20は第1のストリップ導体2とショートスタブ6の偶モードでの並列インダクタンスを表す。
FIG. 3 shows an equivalent circuit assuming a state in which a magnetic wall is disposed in a cross section (referred to as a cross section BB ′) along the line BB ′ in FIG. A
図4は、図1の断面B−B'に電気壁を配置した状態を仮定した場合の等価回路を示したもので、従って、第1のストリップ導体2と、断面B−B'より第1のストリップ導体2側の第1の浮遊導体4と、断面B−B'より第1のストリップ導体2側のショートスタブ6と、入出力線路7,8とで構成されるストリップ線路を用いた方向性結合器の等価回路を示したものである。すなわち、図4に示す等価回路は、本実施の形態1に係る方向性結合器の奇モード動作時の等価回路である。図4において、21は奇モードの入出力線路7,8の伝送線路モデル、22は入出力ギャップ11,12による奇モードの直列キャパシタンス、23は第1のストリップ導体2と第1の浮遊導体4による奇モードの直列インダクタンス、24は第1のストリップ導体2と第1の浮遊導体4による奇モードの並列キャパシタンス、25は第1のストリップ導体2とショートスタブ6による奇モードの並列インダクタンスを表す。
FIG. 4 shows an equivalent circuit in a case where an electric wall is arranged on the cross section BB ′ of FIG. 1, and therefore, the
次に、本実施の形態1に係る方向性結合器の動作について説明する。
図3または図4で表される回路の伝送線路モデル16または21以外の部分の伝搬定数は、次式(1)〜(3)のように表される。
Next, the operation of the directional coupler according to the first embodiment will be described.
The propagation constants of portions other than the
LRは直列インダクタンス18または23のインダクタンス値、CRは並列キャパシタンス19または24のキャパシタンス値、LLは並列インダクタ20または25のインダクタンス値、CLは直列キャパシタンス17または22のキャパシタンス値、ωは各周波数、αは減衰定数、βは位相定数である。LRCL>LLCRのときの位相定数の周波数特性を図5に示す。26は位相定数の値が0以外となる帯域の低周波側の帯域端部周波数fcl、27は位相定数の値が0以外となる帯域の高周波側の帯域端部周波数fseであり、それぞれ、次式(4)〜(8)のように表される。
L R is the inductance value of the
本実施の形態1においては、図1に示されるように、第1のストリップ導体2と、ショートスタブ6及び入出力線路7,8は、断面B−B'から第1の浮遊導体4を介して離れて配置されるため、断面B−B'からの影響は小さい。一方、第1の浮遊導体4は断面B−B'に接続されるため、偶モード動作時では断面B−B'が磁気壁となるから第1の浮遊導体4はどの導体にも接続されない浮遊導体となるが、奇モード動作時では断面B−B'が電気壁となるから第1の浮遊導体4は地導体となる。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the
従って、偶モード動作時(図3)は、入出力線路7と第1の浮遊導体4とが対向する部分もキャパシタンス17に寄与する部分となるが、奇モード動作時(図4)は、第1の浮遊導体4が地導体となるため、入出力線路7と第1の浮遊導体4とが対向する部分はキャパシタンス22に寄与しない。つまり、偶モードの直列キャパシタンス17の値をCe L、奇モードの直列キャパシタンス22の値をC0 Lとすると、Ce L>C0 Lとなる。
Therefore, in the even mode operation (FIG. 3), the portion where the input /
このことから、式(5)より偶モード動作時の高周波側の帯域端周波数27は、奇モード動作時では高周波側に移動する。このとき、直列キャパシタンス17,22により、高周波側の帯域端周波数27と同様に、低周波側の帯域端周波数26が高周波側に移動するように寸法を決定すると、位相定数の特性は図6のようになる。図6において、28は偶モードにおける位相定数の周波数特性、29は奇モードにおける位相定数の周波数特性をそれぞれ表す。
Therefore, the
上述のことから、本実施の形態1においては、第1の浮遊導体4を設けたことにより、偶・奇モードにおけるCLの値の差を大きくできるため、図6のように偶・奇モードの位相定数が平行移動となるように特性が変化し、側結合の場合においても、密結合で広帯域なフォワード結合の方向性結合器となる。また、同じ結合量であれば、従来方法によるフォワード結合の方向性結合器よりも小型化することができる。
From the foregoing, in the first embodiment, by providing the first floating
なお、上記の本実施の形態1の説明では、第1の浮遊導体4を第1のストリップ導体2及び第2のストリップ導体3と同じ面に配置したが、その場合に限らず、図31の断面図のように、第1の浮遊導体4を第1のストリップ導体2及び第2のストリップ導体3と異なる面に配置するようにしてもよい。この場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the above description of the first embodiment, the first floating
実施の形態2.
図7は、この発明の実施の形態2に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。図7において、1,4,7−10,15は、図1と同様であり、これらについては同一符号を付して示し、ここでは説明を省略する。図7の構成において、図1と異なる点は、第1の単位セル15が図1では1つ設けられていたのに対し、図7では、3つ設けられている点である。但し、図7の構成においても、第1の単位セル15は、第1のストリップ導体2と第2のストリップ導体3と第1の浮遊導体4とショートスタブ6とから構成され、図1および図2に示した構成と全く同じである。また、図7において、30は第1の単位セル15間に存在する単位セル間ギャップである。本実施の形態2では、第1の単位セル15を、第1のストリップ導体2の左右の端部どうし、かつ、第2のストリップ導体3の左右の端部どうしが対向するように単位セル間ギャップ30を介して複数個並べて配置し、ショートスタブ6および地導体5を介して3つ縦続接続する。
FIG. 7 is a top view showing a configuration of a directional coupler using a microstrip line according to
本実施の形態2は、上記の実施の形態1と同様に、偶・奇モード動作時の位相定数を変化させることができるため、上記の実施の形態1と同様な方向性結合器を構成できる。また、本実施の形態2においては、第1の単位セル15を、第1のストリップ導体2の左右の端子どうし、かつ、第2のストリップ導体3の左右の端部どうしが対向するように、単位セル間ギャップ30を介して、3つ縦続接続するようにしたので、上記の実施の形態1よりも結合線路部分が長いため、より密結合な方向性結合器を実現することができる。
Since the second embodiment can change the phase constant during the even / odd mode operation as in the first embodiment, a directional coupler similar to the first embodiment can be configured. . Further, in the second embodiment, the
なお、本実施の形態2では入出力ギャップ11〜14及び単位セル間ギャップ30の形状を直線(すなわち、第1および第2のストリップ導体2,3の側面形状および第1の浮遊導体4の側面形状が直線)としたが、その場合に限らず、図8に示すように、それらが細かい凹凸を有する形状にしたインターデジタルキャパシタとしてもよく、その場合にも、同様の効果が得られる。また、インターデジタルキャパシタとすることで、単位セル間ギャップ30間のキャパシタンス値が増加し、より低周波数で密結合な方向性結合器を実現することができる。
In the second embodiment, the shapes of the input / output gaps 11 to 14 and the
また、本実施の形態2では、第1の浮遊導体4を長方形としたが、その場合に限らず、図9に示すように、第1の浮遊導体4どうしが対向する距離が大きくなるように、内部に向かって凹となるような略々エの字型の形状としても、同様の効果が得られる。このように、第1の浮遊導体4を内に凹となるようにすることで、第1の浮遊導体4どうしの結合が低減し、より図3および図4に示す等価回路の特性に近くなり、良好な特性の方向性結合器が得られる。
In the second embodiment, the first floating
なお、本実施の形態2では、第1の単位セル15を3つ縦続接続したが、その場合に限らず、2つにしてもよく、あるいは、4つ以上の第1の単位セル15を縦続接続しても良い。それらの場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the second embodiment, three
実施の形態3.
図10は、この発明の実施の形態3に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。図11は、図10における断面C−C'の断面図である。図12は、図10における断面D−D'の断面図である。図10、図11及び図12における31は、第1のストリップ導体2と入出力線路7,8及び第2のストリップ線路3と入出力線路9,10とが対向する部分の下部に配置され、どの導体とも接続されない第2の浮遊導体である。すなわち、本実施の形態3における方向性結合器の構成は、図1および図2に示した実施の形態1の構成に、さらに、第2の浮遊導体31を追加した構成である。
FIG. 10 is a top view showing a configuration of a directional coupler using a microstrip line according to
本実施の形態3においても、実施の形態1と同様に、対称面となる断面B−B'に電気壁および磁気壁を仮定することができ、そのときの等価回路はそれぞれ図3および図4となる。すなわち、上記の実施の形態1と同様に、偶・奇モード動作時の位相定数の差を大きくできるため、上記の実施の形態1と同様な方向性結合器を構成できる。また、入出力ギャップ11〜14(図1参照)の近傍に第2の浮遊導体31が存在するため、直列キャパシタンス17,22の値が増加し、より低周波数で密結合な方向性結合器を実現することができる。
Also in the third embodiment, similarly to the first embodiment, an electric wall and a magnetic wall can be assumed in the cross section BB ′ serving as a symmetry plane, and the equivalent circuits at that time are shown in FIGS. 3 and 4, respectively. It becomes. That is, as in the first embodiment, since the difference in phase constant during even / odd mode operation can be increased, a directional coupler similar to that in the first embodiment can be configured. Further, since the second floating
なお、上記の説明においては、第2の浮遊導体31を、第1のストリップ導体2と入出力線路7,8及び第2のストリップ線路3と入出力線路9,10とが対向する部分の下部に配置する例について説明したが、その場合に限らず、第1のストリップ導体2と入出力線路7,8及び第2のストリップ線路3と入出力線路9,10とが対向する部分の上部になるように配置してもよく、その場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the above description, the second floating
実施の形態4.
図13は、この発明の実施の形態4に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。図13において、32は、第1のストリップ導体2の左右の端子どうし及び第2のストリップ導体3の左右の端子どうしが対向する部分の下部に配置され、第1および第2のストリップ導体2,3のいずれにも接続されていない第3の浮遊導体である。実施の形態4では、図13に示すように、第1の単位セル15を第3の浮遊導体32を介して3つ縦続接続する。また、本実施の形態4においても、上記の図10に示した実施の形態3と同様に、入出力ギャップの下部には、第2の浮遊導体31が配置されている。従って、本実施の形態4における方向性結合器の構成は、図7に示した実施の形態2の構成に、実施の形態3の第2の浮遊導体31と、本実施の形態4の第3の浮遊導体32とをさらに追加した構成である。
FIG. 13 is a top view showing a configuration of a directional coupler using a microstrip line according to
本実施の形態4は、上記の実施の形態3と同様に、偶・奇モード動作時の位相定数を変化させることができるため、実施の形態3と同様な方向性結合器を構成できる。また、第1の単位セル15を第3の浮遊導体32を介して3つ縦続接続するようにしたので、実施の形態3よりも結合線路部分が長いため、より密結合な方向性結合器を実現することができる。
Since the fourth embodiment can change the phase constant during the even / odd mode operation as in the third embodiment, a directional coupler similar to the third embodiment can be configured. In addition, since three
なお、本実施の形態4では、第2および第3の浮遊導体31,32をのべ4つ配置し、第1の単位セル15を3つ縦続接続する例について説明したが、この場合に限らず、2つ、あるいは、4つ以上の第1の単位セル15を縦続接続し、各単位セル間ギャップに第3の浮遊導体32を複数配置するようにしても良い。なお、その場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the fourth embodiment, an example has been described in which four second and third floating
なお、本実施の形態4では、第2の浮遊導体31と第3の浮遊導体32を、入出力ギャップまたは単位セル間ギャップの下部に配置したが、その場合に限らず、入出力ギャップまたは単位セル間ギャップの上部に配置しても良い。また、その場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the fourth embodiment, the second floating
実施の形態5.
図14は、この発明の実施の形態5に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。図15は、図14における断面C−C'における断面図、図16は、図14における断面D−D'の断面図である。図14、図15、図16における33は、入出力線路7,8と第1のストリップ導体2とが対向する部分、及び、入出力線路9,10と第2のストリップ線路3とが対向する部分のぞれぞれの下部に配置され、第1および第2のストリップ導体のいずれとも接続されない第4の浮遊導体である。第4の浮遊導体33は、入出力線路7,8と第1のストリップ導体2とが対向している入出力ギャップの下部から、入出力線路9,10と第2のストリップ線路3とが対向している入出力ギャップの下部まで、延設されている。また、図14における34は、第1のストリップ導体2と第2のストリップ導体3とショートスタブ6とからなる第2の単位セルである。すなわち、本実施の形態5の構成は、図1に示した実施の形態1の構成から第1の浮遊導体4を取り除き、代わりに、第4の浮遊導体33を配置した構成であり、従って、図1に示した第1の単位セル15と同様に、第2の単位セル34が配置された構成である。
FIG. 14 is a top view showing a configuration of a directional coupler using a microstrip line according to
本実施の形態5では、上記の実施の形態1と同様に、対称面となる断面B−B'に電気壁および磁気壁を仮定することができ、そのときの等価回路はそれぞれ図3および図4となる。つまり、実施の形態1と同様に、偶・奇モード動作時の位相定数を変化させることができるため、実施の形態1と同様な方向性結合器を構成できる。また、入出力ギャップ11〜14の下部に第4の浮遊導体33が存在するため、キャパシタンス17,22の値が増加し、より低周波数で密結合な方向性結合器を実現することができ、また、実施の形態3と比べ、簡単な構造とすることができる。
In the fifth embodiment, as in the first embodiment, an electric wall and a magnetic wall can be assumed in the cross section BB ′ serving as a symmetry plane, and the equivalent circuits at that time are shown in FIG. 3 and FIG. 4 That is, since the phase constant at the time of even / odd mode operation can be changed as in the first embodiment, a directional coupler similar to that in the first embodiment can be configured. Further, since the fourth floating
なお、本実施の形態5では、第4の浮遊導体33を第1及び第2のストリップ導体2,3よりも下部に配置したが、この場合に限らず、第1及び第2のストリップ導体2,3よりも上部などに配置しても良い。また、その場合にも、同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the fifth embodiment, the fourth floating
実施の形態6.
図17は、この発明の実施の形態6に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。図17における35は、第2の単位セル34どうしが対向している部分の下部に配置される第5の浮遊導体である。第5の浮遊導体35は、第1のストリップ導体2の左右の端部どうしが対向している単位セルギャップ30から、第2のストリップ導体3の左右の端部どうしが対向している単位セルギャップまで延設され、第1および第2のストリップ導体2,3のいずれにも接続されていない。本実施の形態6では、第2の単位セル34を第5の浮遊導体35を介して3つ縦続接続する。第2の単位セル34は、第1のストリップ導体2の左右の端部どうし、かつ、第2のストリップ導体3の左右の端部どうしが対向するように単位セル間ギャップ30を介して複数個並べて配置され、ショートスタブ6および地導体5を介して縦続接続されている。従って、本実施の形態6における方向性結合器の構成は、図7に示した実施の形態2の構成から第1の浮遊導体4を取り除き、代わりに、実施の形態5の第4の浮遊導体33と、本実施の形態6の第5の浮遊導体35とをさらに追加した構成である。
FIG. 17 is a top view showing a configuration of a directional coupler using a microstrip line according to
本実施の形態6は、上記の実施の形態5と同様に、偶・奇モード動作時の位相定数を変化させることができるため、実施の形態5と同様な方向性結合器を構成できる。また、第2の単位セル34を第5の浮遊導体35を介して3つ縦続接続するようにしたので、実施の形態5よりも結合線路部分が長いため、より密結合な方向性結合器を実現することができる。
Since the sixth embodiment can change the phase constant during even / odd mode operation as in the fifth embodiment, a directional coupler similar to the fifth embodiment can be configured. In addition, since the three
なお、本実施の形態6では、第2の単位セル34を3つ縦続接続したが、その場合に限らず、2つ、あるいは、4つ以上の第2の単位セル34を縦続接続するようにしても良い。また、その場合にも、同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the sixth embodiment, three
なお、本実施の形態6では、第4の浮遊導体33と第5の浮遊導体35を第1および第2のストリップ導体2,3よりも下部に配置したが、第1および第2のストリップ導体2,3よりも上部などに配置しても良い。また、その場合にも、同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the sixth embodiment, the fourth floating
実施の形態7.
図18は、この発明の実施の形態7に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。図19は、図18における断面D−D'の断面図である。図18及び図19における36は、入出力線路7,8と第1のストリップ導体2が対向する入出力ギャップの一部分の下部(または上部)、および、入出力線路9,10と第2のストリップ線路3が対向する入出力ギャップの一部分の下部(または上部)に、第4の浮遊導体33の長手方向の端部に近接して配置される第6の浮遊導体である。なお、第6の浮遊導体36は、第1および第2のストリップ導体2,3のいずれにも接続されていない。すなわち、本実施の形態7の構成は、図14に示した実施の形態5の延設された第4の浮遊導体33を若干短めにし、その短くした両端の部分に別体の第6の浮遊導体36を設けた構成である。
FIG. 18 is a top view showing a configuration of a directional coupler using a microstrip line according to
本実施の形態7においても、実施の形態1と同様に、対称面となる断面B−B'に電気壁および磁気壁を仮定することができ、そのときの等価回路は、それぞれ図3および図4となる。すなわち、上記の実施の形態1と同様に、偶・奇モード動作時の位相定数を変化させることができるため、実施の形態1と同様な方向性結合器を構成できる。また、偶・奇モードにより、入出力線路7,8と第6の浮遊導体36との対向している部分による図3及び図4の直列キャパシタンス17,22に寄与するキャパシタンスの値は、偶・奇モードでほぼ変化しないため、実施の形態5の場合よりも、偶モードの直列キャパシタンス17と奇モードの直列キャパシタンス22の値の差が小さい。このことから、実施の形態5における直列キャパシタンス17,22の差が大きいために結合量が大きすぎる場合、実施の形態7の構造とすることで、疎結合な方向性結合器を実現できる効果がある。
Also in the seventh embodiment, similarly to the first embodiment, an electric wall and a magnetic wall can be assumed in the cross section BB ′ serving as a symmetry plane, and equivalent circuits at that time are shown in FIG. 3 and FIG. 4. That is, as in the first embodiment, since the phase constant during even / odd mode operation can be changed, a directional coupler similar to that in the first embodiment can be configured. Further, due to the even / odd mode, the value of the capacitance contributing to the series capacitances 17 and 22 in FIGS. 3 and 4 by the portion where the input /
実施の形態8.
図20は、この発明の実施の形態8に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。図20における37は、第2の単位セル34の第1または第2のストリップ導体の左右の端子どうしが対向している入出力ギャップの一部分の下部(または上部)に、第5の浮遊導体35の長手方向の端部に近接して配置される第7の浮遊導体である。なお、第7の浮遊導体37は、第1および第2のストリップ導体2,3のいずれにも接続されていない。本実施の形態8では、第2の単位セル34を、第1のストリップ導体2の左右の端子どうし且つ第2のストリップ導体3の左右の端子どうしが対向するように、3つ縦続接続する。すなわち、本実施の形態8の構成は、図17に示した実施の形態6の延設された第4の浮遊導体33および第5の浮遊導体35をそれぞれ若干短くし、その短くした両端に、別体からなる第6の浮遊導体36および第7の浮遊導体37をそれぞれ設けた構成である。
FIG. 20 is a top view showing a configuration of a directional coupler using a microstrip line according to
実施の形態8は、上記の実施の形態7と同様に、偶・奇モード動作時の位相定数を変化させることができるため、実施の形態7と同様な方向性結合器を構成できる。また、本実施の形態においては、第2の単位セル34を第5の浮遊導体37を介して3つ縦続接続するようにしたので、実施の形態7よりも結合線路部分が長いため、より密結合な方向性結合器を実現することができる。
In the eighth embodiment, the phase constant during the even / odd mode operation can be changed as in the seventh embodiment, so that a directional coupler similar to that in the seventh embodiment can be configured. Further, in the present embodiment, three
なお、本実施の形態8では、第2の単位セル34を3つ縦続接続したが、この場合に限らず、2つ、あるいは、4つ以上の第2の単位セル34を、複数の第5の浮遊導体36と第7の浮遊導体37を介して縦続接続しても良い。その場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the eighth embodiment, three
なお、本実施の形態8では、第4の浮遊導体33、第5の浮遊導体35、第6の浮遊導体36及び第7の浮遊導体37を、それぞれ、入出力線路7,8,9,10よりも下部に配置したが、その場合に限らず、入出力線路7,8,9,10よりも上部などに配置しても良い。その場合にも、同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the eighth embodiment, the fourth floating
また、本実施の形態8では、第4の浮遊導体33および第5の浮遊導体35を長方形(矩形)としたが、その場合に限らず、図21に示すように、第4の浮遊導体33端部と第5の浮遊導体35の端部との距離または第5の浮遊導体35の端部間の距離が大きくなるように、内に凹となるような略々エの字形状としても、同様の効果が得られる。このように、第5の浮遊導体35を内に凹となるようにすることで、第5の浮遊導体35どうしの結合が低減し、より図3および図4に示す等価回路の特性となるため、より良い特性の方向性結合器を実現でき、また設計が容易となる効果がある。
In the eighth embodiment, the fourth floating
また、この実施の形態8では、第1のストリップ導体2と、第6の浮遊導体36および第7の浮遊導体37とは接続されていないが、図22のように、第1および第2のストリップ導体2,3と、第6の浮遊導体36および第7の浮遊導体37とを第3の接続導体38により接続してもよく、その場合も同様の効果が得られる。図23は、図22の断面E−E'における断面図である。図23に示すように、接続導体38は、第1及び第2のストリップ導体2,3から、第6の浮遊導体36または第7の浮遊導体37まで、誘電体基板1を貫通するように配置されている。このように、第6の浮遊導体36および第7の浮遊導体37と第1,第2のストリップ導体2,3とを第3の接続導体38を介して接続することで、等価回路上の並列キャパシタンス17,22が増加し、より低周波数で密結合な方向性結合器を実現することができる。
In the eighth embodiment, the
実施の形態9.
図24はこの発明の実施の形態9に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。本実施の形態9においては、図7の実施の形態2における入出力ギャップ11〜14の間隔に対して、単位セル間ギャップ30の間隔が、約2倍となるように、単位セル間ギャップ30を大きくして、入出力線路7〜10と第1の単位セル15とを縦続接続している。他の構成は、実施の形態2と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。
FIG. 24 is a top view showing a configuration of a directional coupler using a microstrip line according to
図25は、図24における断面B−B'に磁気壁または電気壁を仮定したときの、断面B−B'より入出力線路7,8側の第1の単位セル15と、入出力線路7,8とで構成されるストリップ線路を用いた本実施の形態9の方向性結合器の等価回路である。図25における17aは入出力ギャップ11,12による偶モードでの直列キャパシタンスである。また、図26における17bは、図25の直列キャパシタンス17aのキャパシタンス値の約半分となる直列キャパシタである。
25 shows the
図25におけるキャパシタンス17aは直列に接続されていることから、キャパシタンス17aのキャパシタンス値の約半分の値となるキャパシタンス17bで置き換えることができるため、図25の等価回路は、図26のようになる。一方、図24においては、入出力ギャップ11〜14の間隔に対して、単位セル間ギャップ30の間隔が約2倍となっているため、入出力ギャップ7〜10のキャパシタンスに比べて単位セル間ギャップ30のキャパシタンスは約1/2となっている。したがって、本実施の形態9によれば、より図26に示す等価回路に近い構成となるため、インピーダンス整合のとれた良好な反射特性を有する方向性結合器が得られるという効果がある。
Since the
なお、本実施の形態9では、第1の単位セル15を3つ縦続接続したが、その場合に限らず、2つ、あるいは、4つ以上の第1の単位セル15を縦続接続しても良い。また、その場合にも、同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the ninth embodiment, three
実施の形態10.
図27は、この発明の実施の形態11に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。入出力ギャップ11〜14と第4の浮遊導体33によるキャパシタンス値が、第2の単位セル34どうしが対向する部分と第5の浮遊導体35によるキャパシタンス値の約2倍となるように、第2の単位セル34どうしが対向する側の第1のストリップ導体2と第2のストリップ導体3の幅を狭くしている。あるいは、図28に示すように、第5の浮遊導体35の大きさ(幅)を、第4の浮遊導体33の大きさ(幅)の約半分として配置している。図27および図28の構成においては、共に、入出力線路7〜10に対して、単位セル34を3つ縦続接続している。他の構成は、図17の実施の形態6の構成と基本的に同じである。なお、図27の構成と図28の構成とを組み合わせるようにしてもよい。
FIG. 27 is a top view showing a configuration of a directional coupler using a microstrip line according to Embodiment 11 of the present invention. Second capacitance is set so that the capacitance value due to the input / output gaps 11 to 14 and the fourth floating
本実施の形態10は、入出力ギャップ11〜14と第4の浮遊導体33によるキャパシタンス値が、第2の単位セル34どうしが対向する部分と第5の浮遊導体35によるキャパシタンス値の約2倍となっていることから、実施の形態6よりも、図26に示す等価回路に近い構成となるため、インピーダンス整合のとれた良好な反射特性を有する方向性結合器が得られるという効果がある。
In the tenth embodiment, the capacitance value of the input / output gaps 11 to 14 and the fourth floating
なお、本実施の形態10では、第2の単位セル34を3つ縦続接続したが、その場合に限らず、2つ、あるいは、4つ以上の単位セル34と第5の浮遊導体35を縦続接続しても良い。
In the tenth embodiment, three
実施の形態11.
図29は、この発明の実施の形態11に係わるコプレナー線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。図30は、図29における断面C−C'の断面図である。本実施の形態11においては、入出力線路7と9との間、および、入出力線路8と10との間の、誘電体基板1の表面上に、地導体5が設けられている。また、入出力線路7と8との間、および、入出力線路9と10との間の、誘電体基板1の表面上に、第1および第2のストリップ導体2,3に接続された地導体5が設けられている。
Embodiment 11 FIG.
FIG. 29 is a top view showing a configuration of a directional coupler using a coplanar line according to Embodiment 11 of the present invention. FIG. 30 is a cross-sectional view taken along a line CC ′ in FIG. In the eleventh embodiment,
本実施の形態においても、上記の実施の形態1と同様に対称面となる断面B−B'に電気壁および磁気壁を仮定することができ、そのときの等価回路はそれぞれ図3、図4となる。すなわち、本実施の形態11においても、実施の形態1と同様に、偶・奇モード動作時の位相定数を変化させることができるため、実施の形態1と同様な方向性結合器を構成できる。また、本実施の形態11においては、第1および第2のストリップ線路2,3や、入出力線路7〜10、および、第1の浮遊導体4に対して、地導体5を同一平面で形成できるため、誘電体基板1の上面の導体と下面の導体を接続する構造が不要となり、実施の形態1よりも構成が簡略化できる。
Also in the present embodiment, an electric wall and a magnetic wall can be assumed in the cross section BB ′ that is a symmetric plane as in the first embodiment, and the equivalent circuits at that time are shown in FIGS. It becomes. That is, also in the eleventh embodiment, as in the first embodiment, the phase constant during the even / odd mode operation can be changed, so that the directional coupler similar to the first embodiment can be configured. In the eleventh embodiment, the
1 誘電体基板、2 第1のストリップ導体、3 第2のストリップ導体、4 第1の浮遊導体、5 地導体、6 ショートスタブ、7,8,9,10 入出力線路、11,12,13,14 入出力ギャップ、15 第1の単位セル、16,21 伝送線路モデル、17,22 直列キャパシタンス、18,23 直列インダクタンス、19,24 並列キャパシタンス、20,25 並列インダクタンス、30 単位セル間ギャップ、31 第2の浮遊導体、32 第3の浮遊導体、33 第4の浮遊導体、34 第2の単位セル、35 第5の浮遊導体、36 第6の浮遊導体、37 第7の浮遊導体。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記第1のストリップ導体に平行に配置された第2のストリップ導体と、
前記第1のストリップ導体と前記第2のストリップ導体との間に設けられ、いずれの導体とも接続されない第1の浮遊導体と、
前記第1のストリップ導体及び前記第2のストリップ導体の近傍に配置される地導体と、
前記第1のストリップ導体と前記地導体とを接続する第1の接続導体と、
前記第2のストリップ導体と前記地導体とを接続する第2の接続導体と
を備え、
前記第1のストリップ導体の両端と前記第2のストリップ導体の両端とに入出力線路を設けたことを特徴とする方向性結合器。 A first strip conductor;
A second strip conductor disposed parallel to the first strip conductor;
A first floating conductor provided between the first strip conductor and the second strip conductor and not connected to any conductor;
A ground conductor disposed in the vicinity of the first strip conductor and the second strip conductor;
A first connection conductor connecting the first strip conductor and the ground conductor;
A second connecting conductor connecting the second strip conductor and the ground conductor;
An directional coupler comprising input / output lines provided at both ends of the first strip conductor and both ends of the second strip conductor.
前記第1のストリップ導体の端部どうしが対向し、且つ、前記第2のストリップ導体の端部どうしが対向するように前記第1の単位セルを複数個並べて配置したことを特徴とする請求項1に記載の方向性結合器。 A first unit cell is constituted by the first strip conductor, the second strip conductor, the first floating conductor, the first connection conductor, and the second connection conductor,
The plurality of first unit cells are arranged side by side so that the end portions of the first strip conductors face each other and the end portions of the second strip conductors face each other. The directional coupler according to 1.
前記第1のストリップ導体に平行に配置された第2のストリップ導体と、
前記第1のストリップ導体と前記入出力線路とが対向する部分の上部または下部から前記第2のストリップ導体と前記入出力線路とが対向する部分の上部または下部まで延設され、前記第1および第2のストリップ導体のいずれにも接続されない第4の浮遊導体と、
前記第1のストリップ導体及び前記第2のストリップ導体の近傍に配置される地導体と、
前記第1のストリップ導体と前記地導体とを接続する第1の接続導体と、
前記第2のストリップ導体と前記地導体とを接続する第2の接続導体と
を備え、
前記第1のストリップ導体の両端と前記第2のストリップ導体の両端とに入出力線路を設けたことを特徴とする方向性結合器。 A first strip conductor;
A second strip conductor disposed parallel to the first strip conductor;
The first strip conductor and the input / output line are extended from an upper part or a lower part to an upper part or a lower part of a part where the second strip conductor and the input / output line are opposed to each other. A fourth floating conductor not connected to any of the second strip conductors;
A ground conductor disposed in the vicinity of the first strip conductor and the second strip conductor;
A first connection conductor connecting the first strip conductor and the ground conductor;
A second connecting conductor connecting the second strip conductor and the ground conductor;
An directional coupler comprising input / output lines provided at both ends of the first strip conductor and both ends of the second strip conductor.
前記第1のストリップ導体の端部どうしが対向し、且つ、前記第2のストリップ導体の端部どうしが対向するように前記第2の単位セルを複数個並べて配置したことを特徴とする請求項5に記載の方向性結合器。 A second unit cell is constituted by the first strip conductor, the second strip conductor, the first connection conductor, and the second connection conductor,
The plurality of second unit cells are arranged side by side so that the end portions of the first strip conductors face each other and the end portions of the second strip conductors face each other. 5. The directional coupler according to 5.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011119975A (en) * | 2009-12-03 | 2011-06-16 | Mitsubishi Electric Corp | Directional coupler |
-
2008
- 2008-04-02 JP JP2008096020A patent/JP2009253424A/en active Pending
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JP2011119975A (en) * | 2009-12-03 | 2011-06-16 | Mitsubishi Electric Corp | Directional coupler |
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