JP2009508409A - 垂直なインターデジタルのカプラ - Google Patents

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Abstract

本発明は、第１のポートと、第２のポートと、第３のポートと第４のポートとを含むカプラの構造に関する。当該構造には、Ｌ層の第１の伝送線路層が配置される。第１の伝送線路層はそれぞれ、所定の幾何学的形状を有する第１の伝送線路を含む。第１の伝送線路は、第１のポートと第２のポートとの間の第１の誘電体材料上に配置される。Ｌは整数である。Ｌ層の第１の伝送線路層と交互する層にはＭ層の第２の伝送線路層が配置され、上記構造内に合計でＮ層の伝送線路層が形成される。Ｍ及びＮは整数であり、Ｎは３以上である。第２の伝送線路層はそれぞれ、実質的に所定の幾何学的形状を有する第２の伝送線路を含む。第２の伝送線路は、第３のポートと第４のポートとの間の第２の誘電体材料上に配置される。第２の伝送線路はそれぞれ、上記構造内の対応する第１の伝送線路に対して所定の位置に配置される。

Description

本発明は、一般に無線周波数（ＲＦ）及び／又はマイクロ波成分に関し、特に、ＲＦ及び／又はマイクロ波の結合された伝送線路の構成要素に関する。
カプラは、無線周波数（ＲＦ）及びマイクロ波の回路及びシステムに一般に用いられる４ポートの受動デバイスである。カプラは、主導体に沿って伝搬するＲＦ信号が二次導体に結合されるように、２つの導体を互いに相対的に近接して配置することによって実装されてもよい。ＲＦ信号は主導体に接続された第１のポートに方向づけられ、電力は主導体の遠位端部に配置された第２のポートに送信される。電磁場は二次導体に結合され、結合されたＲＦ信号は二次導体に接続された第３のポートに方向づけられる。二次導体は、一般に絶縁ポートといわれる第４のポートに接続される。絶縁ポートという単語は、理想的には、このポートにおいてＲＦ信号が得られないという事実を指す。
当業者には、方向性カプラはＲＦ波の重畳及び干渉波の強め合い／弱め合いの原理に従って動作することが理解されるであろう。結合が発生すると、カプラの入力ポートに方向づけられたＲＦ信号は２つのＲＦ信号に分配される。絶縁ポートでは、入射信号及び結合された信号の２つの信号は実質的に互いに位相がずれており、互いに相殺する。実際には、上記相殺は完全ではなく、残りの信号が検出されることがある。当然ながら、この残りの信号はデバイスのパフォーマンスの測度である。主伝送線路に直接的に接続されたポート及び結合された出力ポートにおける出力信号は実質的に互いに同相であって強め合うように干渉し、即ち、入射信号及び結合された信号は互いに強調する。結合された出力信号は、典型的には主伝送線路の出力信号とは位相がずれていることも言及されるべきである。
何れにしても、結合される伝送線路は一般に、ＲＦ／マイクロ波の回路及びシステムにおいて用いられることにより、様々な機能を達成する。これらのアプリケーションでは、３ｄＢのカプラしか必要でないことが多く、例えば、電力分配器又は電力合成器のアプリケーションでは３ｄＢのカプラが多く用いられる。一方、アプリケーションによっては、５，６，１０及び２０ｄＢの結合が典型的な数字として指定されることがある。言い替えれば、結合されたポートに、入射電力の半分未満が方向づけられる。例えば、カプラは、電力レベルモニタによって用いられるＲＦ出力信号をサンプリングするために用いられてもよい。例えば、電力レベルモニタ回路は、入射信号より２０ｄＢだけ小さい信号を提供するように結合されたポートを、必要とする場合がある。非対称の結合の別の例は、減衰器のアプリケーションである。カプラの他のアプリケーションには、反射減衰量の相殺及び／又は改善、平衡増幅及び平衡不平衡変成器（バラン）の実装が含まれるが、この限りではない。平衡不平衡変成器は、例えばマーシャント（Marchand）平衡不平衡変成器、反転された平衡不平衡変成器（inverted balun）、ガネラ（Guanella）平衡不平衡変成器又はルスロフ（Ruthroff）平衡不平衡変成器として実装されてもよい。上述の各平衡不平衡変成器の実装において、結合はインピーダンス変換比を決定する上で重要な役割を果たす。所定の実装では、平衡不平衡変成器の設計のある一意の態様は「過結合の（overcoupled）」カプラの使用に関連している。過結合のカプラは、結合されたポートに半分を超える量の電力が送信されるカプラである。
当業者には、デバイスの重量及び体積は大部分の実装にとって重要であることが理解されるであろう。カプラの小型化には、メアンダ形状の線路、螺旋の線路、集中化された実現回路（lumped realization）、フェライト変成器及び電気的な短絡（electrical short）カプラ等の様々なアプローチが用いられてきた。メアンダ形状のカプラに付随する１つの欠点は、線路がより密に蛇行するほど（より密にメアンダ形状であるほど）偶／奇モードの位相速度が不均衡になるという事実に関連している。上述した、干渉の強め合い／弱め合いの特性により、この不均衡はカプラのパフォーマンスに悪影響を与える傾向がある。
従来の螺旋状の設計の構成にも、欠点がある。螺旋の１回巻きから次の１回巻きまでの位相角は波長に対して小さいものでなければならず、そうでなければ、この実装も偶／奇モードの位相速度が不均衡になる。離散的な構成要素の集中した実装は、サポートする信号帯域幅が極めて狭いことから限定的である。十分に広い帯域幅を有するカプラを提供するためには、追加の離散的な構成要素が用いられなければならない。
フェライト変成器タイプのカプラは非常に広い帯域幅を有するが、フェライトカプラで任意の結合値を達成することは困難である。さらに、フェライト変成器カプラは本質的に、かさ張り、多くの手間がかかる。
いわゆる「電気的な短絡」カプラは、集中素子と結合された伝送線路との組合せを採用する。伝送線路は、典型的には、４分の１波長（λ／４）を下回る。上記実装では、伝送線路の長さが短くなるにつれて、帯域幅は完全に集中した構成要素の実装のそれまで低減する。
他のアプローチでは、カプラの実装に同軸及び導波管カプラが考えられてきた。しかしながら、これらの実装は、製造経費が比較的高いという理由で大きな体積のアプリケーションにはほとんど用いられていない。さらに、これらの設計はＲＦシステムへの統合が困難である。従って、これらのタイプのカプラは実用的でない。
最も一般的に用いられるカプラは、ブロードサイドカプラ、エッジカプラ及びインターデジタルで端部が結合された設計と呼ばれる。インターデジタルで端部が結合された伝送線路は、一般にランゲ（Lange）カプラとして知られる。端部が結合された伝送線路において高い結合を達成するためには、結合された線路間の間隔を小さくしなければならない。この間隔は、フォトリソグラフィーのパターニングプロセスの能力によって決定される。製造上のこれらの困難により、この方法を用いて３ｄＢのカプラを製造することは難しい。実際に、結合値は、典型的には１０ｄＢを超えない。
ブロードサイドカプラは、ＴＥＭ伝送線路の広範な部分はカプラ内に互いに対面して配置されるという事実に注意を向けるものである。ブロードサイドカプラは、１つの均質な誘電体材料によって分離された２つの伝送線路を含む。これらの伝送線路は、２つの外部接地平面間に挿入される。誘電体材料も同様に各接地平面と隣接する伝送線路との間に配置される。この構成はＴＥＭ伝搬をサポートし、マイクロストリップのインターデジタルのカプラとは違って、偶モード及び奇モードの位相速度は等しい。これは、比較的優れた帯域幅、指向性及びＶＳＷＲをもたらす。さらに、ブロードサイドカプラは３ｄＢのカプラを実装するために用いられてもよい。しかしながら、当業者には、伝送線路の間隔は比較的小さいものでなければならない、又は線路幅が広いものでなければならない、もしくは両方であるべきことが理解されるであろう。
従って、従来のデバイスが経験している上述の制約を受けることなく、所望の任意の結合値を達成するように構成されるブロードサイドカプラの実装が必要とされている。さらに、所定のパフォーマンス仕様にとって望ましい形状係数内で実装されるカプラ実装が必要とされている。
本発明は、上述のニーズに対処するものである。本発明は、他の構造／機能におけるカプラとして又は構成要素として利用可能な、結合された伝送線路の構造に関する。本発明は、垂直に位置合わせされた３つ以上のブロードサイドの結合された伝送線路に関する。本構造の利点は、非常に強い結合を生成し非常に小型の結合構造を非常に小さい体積で実現する能力にある。本発明は、標準的なブロードサイドカプラ又はインターデジタルエッジカプラの何れもが必要とするものより少ない面積／体積で同じ機能を達成する。
本発明の１つの態様は、第１のポートと、第２のポートと、第３のポートと、第４のポートとを含むカプラの構造に関する。本構造には、Ｌ層の第１の伝送線路層が配置される。第１の伝送線路層はそれぞれ、所定の幾何学的形状を有する第１の伝送線路を含む。上記第１の伝送線路は、上記第１のポートと上記第２のポートとの間の第１の誘電体材料上に配置される。Ｌは、整数である。Ｍ層の第２の伝送線路層は、上記Ｌ層の伝送線路層と交互する層に配置されることにより、構造内に合計でＮ層の伝送線路層を形成する。Ｍ及びＮは整数であり、Ｎは３以上である。第２の伝送線路層はそれぞれ、上記所定の幾何学的形状を実質的に有する第２の伝送線路を含む。上記第２の伝送線路は、上記第３のポートと上記第４のポートとの間の第２の誘電体材料上に配置される。第２の伝送線路はそれぞれ、上記構造内の対応する第１の伝送線路に対して所定の位置に配置される。
他の態様において、本発明は、第１のポートと、第２のポートと、第３のポートと、第４のポートとを含むカプラの構造に関する。Ｌ層の第１の伝送線路層が本構造に配置される。上記第１の伝送線路層はそれぞれ、所定の幾何学的形状を有する第１の伝送線路を含む。上記第１の伝送線路は、上記第１のポートと上記第２のポートとの間の第１の誘電体材料上に配置される。Ｌは、整数である。Ｍ層の第２の伝送線路層は、上記Ｌ層の伝送線路層と交互する層に配置されることにより構造内に合計でＮ層の伝送線路層を形成する。Ｍ及びＮは整数であり、Ｎは３以上である。第２の伝送線路層はそれぞれ、実質的に所定の幾何学的形状を有する第２の伝送線路を含む。上記第２の伝送線路は、上記第３のポートと上記第４のポートとの間の第２の誘電体材料上に配置される。第２の伝送線路はそれぞれ、上記構造内の対応する第１の伝送線路に対して所定の位置に配置される。上記断面積は、Ｎと、上記所定の幾何学的形状と、選択された結合定数との所定の関数である。
さらに別の態様において、本発明はカプラの製造方法に関する。本方法は、（ａ）第１の誘電体材料上に配置されかつ所定の幾何学的形状を有する第１の伝送線路を含む第１の伝送線路層を提供するステップと、（ｂ）上記第１の伝送線路層上に、上記第１の伝送線路に垂直に位置合わせされており上記所定の幾何学的形状を実質的に有し第２の誘電体材料上に配置された第２の伝送線路を含む第２の伝送線路層を配置するステップと、（ｃ）上記第１の伝送線路層と上記第２の伝送線路層とを接合するステップと、（ｄ）上記ステップ（ａ）から（ｃ）までを繰り返すことにより、Ｌ層の第１の伝送線路層及びＭ層の第２の伝送線路層のＮ層の交互層を備えたラミネート構造を形成するステップと、（ｅ）上記Ｌ層の第１の伝送線路の第１の端部を第１のポートに結合し、上記Ｌ層の第１の伝送線路の第２の端部を第２のポートに結合するステップと、（ｆ）上記Ｍ層の第２の伝送線路の第１の端部を第３のポートに結合し、上記Ｍ層の第２の伝送線路の第２の端部を第４のポートに結合するステップとを含み、Ｌ、Ｍ及びＮは整数であってＮは３以上である。
以下、詳細な説明において、本発明の追加的特徴及び優位点について述べる。また、その一部は、以下の説明から当業者には容易に明らかとなり、かつ以下の詳細な説明、請求の範囲並びに添付の図面を含む本明細書の記載に従って本発明を実施することにより認識されるであろう。
上述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は共に本発明を単に例示するためのものであって、クレームされている本発明の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供するためのものである点は理解されるべきである。添付の図面は、本発明をさらに理解するために包含され、本明細書に編入されてその一部を成すものである。諸図面は本発明の様々な実施形態を示し、明細書本文と共に本発明の原理及び動作を説明する役目をする。
次に、添付の図面にその例を示している本発明の実施形態を詳細に参照する。可能な限り、諸図面を通じて、同じ参照符号は同一又は同様の部分を指して用いられる。本発明の垂直なインターデジタルのカプラの例示的な一実施形態を図１に示す。本明細書を通じて、本実施形態は一般に参照符号１０で示される。
本発明の一実施形態に係る垂直なインターデジタルのカプラの断面部分の概略図を、本明細書に具現され図１に示されているように開示する。本カプラは、ポート１と、ポート２と、ポート３と、ポート４とを含む４ポートのデバイスである。この実施形態において、垂直なインターデジタルのカプラは３つの結合された伝送線路を含み、即ち、伝送線路１４は２つの伝送線路１２の間に挿入される。各伝送線路１２は誘電体基板１６上に配置され、ポート１とポート２との間に結合されることにより伝送線路層を形成する。伝送線路１４も誘電体基板１６上へ配置されることにより、隣接する伝送線路層を形成する。伝送線路１４は、ポート３とポート４との間に結合される。
一般に、伝送線路層１４は伝送線路層１２と交互の層に配置され、合計でＮ層の伝送線路層が形成される。伝送線路１２及び伝送線路１４は、互いに対して所定の垂直位置に配置される。ある実施形態では、最大の結合を生じさせるように、伝送線路１２は伝送線路１４と垂直に位置合わせされる。他の実施形態では、異なる度合いの結合を達成するように、伝送線路１４は伝送線路１２から垂直にオフセットされる。言い替えれば、垂直の幾何学的形状は、所定の結合定数を達成するように調整されてもよい。本発明によれば、Ｎは３以上の整数値である。Ｎは、結合値、形状係数の考慮などを含む様々な理由で選択されてもよい。伝送線路層１２及び伝送線路層１４の交互する層は、典型的には、１対の接地板１８間に配置される。しかしながら、所定の実施形態では、接地板１８は不要である。第２の伝送線路はそれぞれ、構造内の対応する第１の伝送線路に対して所定の位置に配置される。
図２を参照すると、伝送線路層１２の平面図が示されている。図２は、線路１４にも等しく当てはまる。上述のように、伝送線路１２、１４は、所定の幾何学的形状を有するように構成される。ここで、伝送線路１２は折り曲げられた正方形形状（folded square）に配置される。伝送線路１２の長さは、約６８ｍｍである。従って、この幾何学的形状は、平面図における本伝送線路の形状、導体の幅、導体の厚さ、誘電体の厚さ及び様々な間隔の全ての寸法を指す。当業者には、所望される結合及び特定の体積／寸法の形状係数の必要条件に依存して本発明の所定の幾何学的形状に変形及び変更を行ない得ることが明らかとなるであろう。図示されている例では、伝送線路１２は基板１６上に折られた正方形形状で配置される。一方、当業者には、上記幾何学的形状は直線状、矩形、非直線状、螺旋形又は円形等の任意の適切な形状であってもよいことが理解されるであろう。上記幾何学的パターンは、メアンダ形状の線路セグメント及び他の同様の形状を含んでもよい。
図３Ａは、図２に示すカプラの偶モードの結合フィールドラインを示す図である。当業者には認識されるであろうが、偶モードの結合は、伝送線路１２と伝送線路１４とは同じ電位にあるシナリオを指す。定義により、伝送線路１２と伝送線路１４との間には、当該線路間に挟まれる結合は存在しない。しかしながら、伝送線路１２、１４と接地板１８との間には電場が確立される。
図３Ｂは、奇モードのフィールドラインを示す。奇モードでは、伝送線路１２と伝送線路１４とは異なる電位にある。従って、伝送線路１２と伝送線路１４との間には電場が発生する。図３Ａ−図３Ｂはさらに、これらの図に示す配置は平行平板コンデンサの構成として近似されてもよいことを示している。従って、キャパシタンスはブロードサイドの伝送線路の面積、即ち結合されたブロードサイドの長さ及び幅に比例する。
図３Ｂは、従来のデバイスに比べて本発明の改善された結合特性を示している点で注目に値する。伝送線路１４は、伝送線路１４の両側から伝送線路１２に結合されることに留意されたい。
本発明の特徴及び利点は、３層の垂直なインターデジタルのブロードサイドカプラ（図１−図３）と、一般的に用いられる従来のカプラとを比較することによってさらに容易に示される。特に、図４Ａ−図４Ｄは、従来のブロードサイドカプラ４１０を示す様々な図である。一方、図５Ａ−図５Ｄは、従来のインターデジタルで端部が結合されたデバイスの特徴を示す。以下、これらの従来のデバイスの各々を順に取りあげる。
図４Ａを参照すると、従来のブロードサイドカプラ４１０の断面の概略図が示されている。カプラ４１０は、ポート１とポート２との間に結合された主伝送線路４１２を含む。第２の伝送線路４１４は、線路４１２に近接して結合するように配置されかつポート３とポート４との間に結合されて配置される。
図４Ｂを参照すると、従来のブロードサイドカプラは、図２に示されているものと同じ「フットプリント」で、即ち同じ表面積で配置される。伝送線路４１２の幅は、図２における伝送線路１２の幅より僅かに広いが、伝送線路４１２の長さは１８ｍｍ短く、即ち約５０ｍｍである。
従来のブロードサイドカプラの奇モードの結合特性を図４Ｃに示し、偶モードの結合を図４Ｄに示す。本発明に係るインターデジタルのブロードサイドカプラ（線路の数Ｎ＝３）は、標準のブロードサイドカプラ（２本の伝送線路）と同じ結合値を実現する。本発明は、より長い、単位面積当たりの線路長を有するが、これは、同じ長さに関して設計がより小型になることに等しい。ある特定の同じ結合値に関して、偶モード及び奇モードのインピーダンスは、以下の式によって与えられる特定の関係を有していなければならない。
Figure 2009508409
本発明によれば、従来のデバイスに比較して狭い線路幅で、同じ奇モードインピーダンスが達成される。また、偶モードインピーダンスは従来のデバイスより高い。従って、本発明は、同じ結合値に対してストリップ線路高さの低減及び小型化（体積の縮小）をもたらす。
当然ながら、インピーダンスは誘電体の誘電率の関数であるので、偶モードのインピーダンスも誘電体材料を変えることによって調整されてもよい。より大きい誘電率を有する材料は、偶モードのインピーダンスを下げる。従って、誘電体の変更はＸ−Ｙ平面、即ち水平面における低減のみをもたらす。一方、このアプローチを用いても、体積の縮小は実現されない。
結合は主に線路幅及び誘電体の間隔の関数であるので、従来のブロードサイドカプラ（図４ａ−図４Ｄ）における伝送線路５１２、５１４間により薄い誘電体基板を用いたくなるかもしれない。しかしながら、１ミリ未満の幅を有する誘電体材料は希有であるので、このアプローチは実行不可能である。仮にこのような材料を入手できるとしても、材料の破壊電圧が問題となる。特に、本誘電体は、商品において有益である優れた破壊電圧特性を有していなければならない。仮に、上述の問題点の両方が解決されるとしても、このような薄い材料を処理できるようにする新しい取り扱い方法が考案されなければならなくなる。
図５Ａを参照すると、従来のインターデジタルエッジカプラの略平面図が示されている。端部が結合されたこの設計は、伝送線路５１２間に挿入される伝送線路５１４を含む。図５Ｂは、上記カプラの構成を示す平面図である。図５Ｂのフットプリントは、図２及び図４Ｂのフットプリントと同じである。この場合、外側の伝送線路５１２の長さは２７ｍｍであり、中央の線路５１４は２２．５ｍｍであるのに対して、内側の線路５１２’は僅か１８ｍｍである。インターデジタルエッジカプラ５１０とは異なり、本発明に係るインターデジタルのブロードサイドカプラ１０の個々の線路は全て同じ長さである。従って本発明は、異なる位相を結合することによって被る損失を回避する。また、従来のエッジカプラの設計は１回巻きから次の１回巻きへより大きい位相差を有することにも留意されたい。この位相差は、３つの伝送線路を並列に配置することに起因する。従って、従来のカプラ５１０は、本発明に比較して、少ない巻数において位相速度の問題を経験することになる。従って、本発明は、現時点で利用可能な従来のデバイスより卓越したパフォーマンスを示す。
図６は、本発明に係るカプラの断面の設計の考察を示す図である。上述したように、垂直なインターデジタルのブロードサイドカプラ１０は、所定の寸法仕様を有する物理的形状係数で配置されるように小型化され設計されてもよい。提示した例では、垂直に結合された４本のブロードサイド伝送線路１２、１４が存在し、即ちＮ＝４である。寸法ｈは、ブロードサイドの結合された伝送線路１２、１４の各対間の垂直距離である。寸法ｈは、最も外側の各導体１４から最も近い接地平面１８（存在すれば）までの垂直距離である。寸法ｔは、各導体１２、１４の垂直高さである。寸法ｓは、所定の伝送線路導体における隣接するセグメント間の水平方向の間隔である。寸法ｗは、各導体の幅、即ち図６における水平面における寸法である。最後に、ｍは導電材料と非導電材料との水平方向の割合であり、
Figure 2009508409
 である。
導体の厚さを含まない、ストリップ線路構造の接地平面間の合計間隔は、
Figure 2009508409
 である。
導体の厚さを含む、ストリップ線路構造の接地平面間の合計間隔は、
Figure 2009508409
 である。
従って、結合された部分によって占有される断面積は、
Figure 2009508409
 である。
式（５）は、上記構造が各垂直導体グループ間に挿入された電気壁を有することを仮定する近似である。この近似は、４分の１波長（λ／４）より遙かに小さいＸ−Ｙ寸法の密な螺旋構造に関しては妥当である。従って、キャパシタンスは、平行平板キャパシタンスの以下のキャパシタンスに近似されることが可能である。
Figure 2009508409
ここで、寸法ｌは伝送線路の長さであり、ｄＣＰは平行平板間の距離である。もし、
Figure 2009508409
 であれば、
Figure 2009508409
 になる。
Ｃｘは、本明細書において導出される偶モード及び奇モードのキャパシタンスの式に用いられる。当業者には、式（７）における定数ε０及びεｒは誘電体材料の誘電率であることが理解されるであろう。誘電率は、印加される電場に対する誘電体材料の応答の測度である。特に、第１の誘電体材料の誘電率が第２の誘電体材料の誘電率より大きければ、印加される所定の印加された電場に対して、第１の材料の方がより大きい電荷を蓄える。式（７）が示唆するように、誘電率はキャパシタンスに比例する。従って、第１の誘電体材料の方が大きいキャパシタンスを有することになる。自由空間の誘電率であるε０は、１メートル当たり８．８５４１８７８１７６×１０−１２ファラド（Ｆ／ｍ）であることにも留意されたい。故に、［ｐＦｍ］は、式（７）において「１メートル当たりのピコファラド」を示して用いられる。
図７Ａ−図７Ｃは、従来のブロードサイドカプラ設計の偶モード及び奇モードのキャパシタンスの導出に用いられる。図７Ａは図４Ａの要点を再現したものであることに留意されたい。図７Ｂは、従来のブロードサイドカプラ設計の等価奇モードのキャパシタンスを示す概略図である。図７Ｃは、従来の設計の等価偶モードのキャパシタンスを示す概略図である。基本的な平行平板のキャパシタンスは、以下の通りである。
Figure 2009508409
Figure 2009508409
結果として得られる奇モード及び偶モードのキャパシタンスは、以下の通りである。
Figure 2009508409
Figure 2009508409
図８Ａ−図８Ｃは、本発明の３層の実施形態に係る垂直なインターデジタルのカプラの設計の考察を示す概略図である。図８Ｂは、本発明の３層カプラ設計の奇モードの等価なキャパシタンスを示す概略図である。図８Ｃは、偶モードの等価なキャパシタンスを示す概略図である。
Figure 2009508409
奇モードのキャパシタンスは、ストリップ線路の高さに依存しないことに留意されたい。これは、ストリップ線路の複数の接地平面は（奇モードに関して）何ら悪影響を及ぼすことなく除去されてもよいことを含意する。言い替えれば、この設計は同軸ケーブルの近似である。偶モードのキャパシタンスは従来の２層のブロードサイドカプラと同一であることにも留意されたい。実際に、偶モードのキャパシタンスはＮの値に依存しない。
図９Ａは、本発明に係る４層の垂直なインターデジタルのカプラを示す概略図である。この概略図は一目瞭然であり、２つの伝送線路１４と交互に配置された２つの伝送線路１２を含む。４つの層は、接地板１８間に挿入される。図９Ｂは、４層の実施形態における奇モードの等価なキャパシタンスを示す概略図である。
Figure 2009508409
この場合もやはり、偶モードでの値は従来の２層のブロードサイドカプラと同一である。
図１０Ａ−図１０Ｃは、５つの層を有する垂直なインターデジタルのカプラを示す概略図である。この場合も、図１０Ａに示す配置は一目瞭然である。カプラ１０は、３つの二次伝送線路１４と交互に配置された２つの「主」伝送線路１２を含む。４つの層は、接地板１８間に挿入される。図１０Ｂには、奇モードのキャパシタンスが示されている。５つの導体に関して、
Figure 2009508409
 が成り立つ。
奇モードのキャパシタンスは、Ｎの関数として求められてもよい。
Figure 2009508409
上述したように、偶モードのキャパシタンスは定数である。
Figure 2009508409
上述の導出に鑑みて、上記キャパシタンスの一般式は以下の式で現されてもよい。
Figure 2009508409
Figure 2009508409
しかしながら、ＣｅはＣｘに依存するので、一定の結合に関する関数について記述することがより有益であろう。ＴＥＭの構造に関して、結合は次のように定義されてもよい。式（１）に記されているように、
Figure 2009508409
 である。ここで、関連の各インピーダンスを、
Figure 2009508409
 又は、
Figure 2009508409
 と記述することができる。単一の周波数及び均質な誘電性を仮定して、キャパシタンスのみを考慮すれば、
Figure 2009508409
 となる。
従って、式（１８）及び式（１９）を式（２０）に挿入すると、結合値ｋはカプラの断面の形状に関して書き換えられてもよい。
図１１を参照すると、従来のブロードサイドカプラ、即ちＮ＝２のときの断面積を本発明（Ｎ≧３）の断面積と比較するグラフが示されている。図１１は、以下の表１に示すデータをグラフに示したものである。この例では、偶モードと奇モードのキャパシタンスを一定に保つことにより、本発明の断面積及びストリップ線路の高さが従来のブロードサイドカプラと比較されている。典型的な３ｄＢのカプラの場合、ｋ＝０．７０７であり、従って、
Figure 2009508409
 である。表１に提示した比較は、典型的な寸法値を採用している。
Figure 2009508409
図１１における縦軸は従来のブロードサイドカプラに対して正規化され、即ち、指数値１．００は、全てのものが等しい（結合値、誘電体材料など）従来のブロードサイドカプラの断面積を示す。Ｎが増加するにつれて相対的な断面積は顕著に減少することが認められ、極めて興味深い。相対的なストリップ線路プロファイルも、１０未満のＮでは下がる。しかしながら、相対面積曲線と相対プロファイル曲線は、遙かに異なる最低値を有する。
当業者には、表１及び図１１は特定の所定の複数の寸法特性及び結合値に基づいていることが理解されるであろう。従って、Ｎ、伝送線路１２，１４の幾何学的形状、誘電体材料、導体材料及び寸法の関係は、異なる最低値を得るように変更されてもよい。当然ながらこれらの変数は、形状係数の必要条件に適合するようにも変更されてもよい。
図１２を参照すると、様々なＮ値に関して結合値ｋとｈ／ｄとを比較することは有益であると思われる。割合ｈ／ｄについて解くように、式（１８）及び式（１９）に提示される関係性のうちの１つが用いられてもよい。
Figure 2009508409
Figure 2009508409
Figure 2009508409
表２は、図１２のグラフの生成に必要な数値データを示す。
Figure 2009508409
この場合も、平行平板キャパシタのモデルは近似であることに留意されたい。実際には、ｈ／ｄの数値は、平面図の幾何学的形状（例えば、図２参照）に従って定数で乗算されてもよい。例えば、幾何学的形状が密に巻かれた螺旋であれば、ｈ／ｄは近似的に０．７で乗算されるべきである。表２に提示されているＮの値は１０までであるが、本発明はこの数値に限定されるものとして解釈されるべきではない。所定の実施形態では、所望のパフォーマンスを達成するように、Ｎは２０以上であってもよい。当業者には、本発明が表２に記されている結合値に限定されるものと解釈されるべきではなく、３，５，６，１０及び２０ｄＢのカプラは単に典型的な結合値であるに過ぎないことも理解されるであろう。
背景技術の項目において述べたように、３ｄＢより大きい結合値は、結合されたポートから外に入射信号の半分未満が方向づけられるカプラデバイスを指す。実施例によっては、３ｄＢより小さい結合値が必要とされ、即ち、大部分の入射信号が結合ポートから方向づけられることが望ましい。さらに、実施例によっては、ゼロ（０）ｄＢのカプラ、即ち、入射信号が全て、当然ながら小さい挿入損失で、結合ポートから方向づけられるカプラが必要とされてもよい。従って、表２に提示されている離散的な結合値に加えて、本発明は、ゼロ（０）ｄＢ以上の任意の結合定数を有するカプラデバイスを実現する。
図１３を参照すると、選択された誘電体材料の誘電率と割合ｈ／ｗとの比較を示すグラフが提示されている。寸法ｗは、設計に採用される伝送線路のブロードサイドの幅である。割合ｈ／ｗは、特定の偶モードインピーダンス値を達成するために利用されてもよい。Ｚ，Ｃｘ及びＣｅの、とりわけ寸法ｌ、ｗ、ｈ及び誘電率の関数としての式については、上述した。従って、
Figure 2009508409
 である。
Figure 2009508409
 であるので、
Figure 2009508409
 である。
また、
Figure 2009508409
 であるので、
Figure 2009508409
 になる。
自由空間の誘電率の近似を用いると、
Figure 2009508409
 になる。興味深い点は、単位長さ当たりの、即ちｌ＝１に関する割合ｈ／ｗ値である。ほとんどのアプリケーションで、相対的な誘電率は１であることにも留意されたい。従って、
Figure 2009508409
 になる。εｒ＝π２（〜アルミナ）及び５０Ωのカプラにおける３ｄＢの結合
Figure 2009508409
 という特殊なケースでは、割合ｈ／ｗ＝２である。
図１３は、幾つかの偶モードインピーダンス値に関する、様々な誘電率に対するｈ／ｗ比の比較を示す図である。この場合も、これらは近似値である。近似値は、平面図の幾何学的形状に基づく調整係数によって乗算されるべきである。例えば、密に巻かれた螺旋の場合、本図に示すｈ／ｗ値は約１．５で乗算されるべきである。
当業者には、シュワルツ−クリストッフェル変換（Schwartz-Christoffel transformations）又は曲線の当てはめ技術を用いて、様々なカプラ構成についてより正確なインピーダンスの式が取得されてもよいことが認識されるであろう。さらに、本発明により可能にされるデバイスの小型化及び小型性ならびに典型的な配置の制約に起因して、デバイスのパフォーマンスは、技術上公知の電磁シミュレーションツールによりさらに正確に調査されてもよい。
本明細書において具現しかつ図１４に示すように、本発明の他の実施形態に係る垂直なインターデジタルのカプラの実装１００の斜視図を開示する。カプラデバイス１００は、１つの小型のハウジング１０２内に２つの垂直なインターデジタルのカプラ１０，１０’を含む。カプラのハウジング１０２は、とりわけ、本明細書に記述している本発明の教示内容に従ったＮ、伝送線路の幾何学的形状及び選択された結合定数の関数である所定の寸法仕様を有する形状係数を有する。
カプラ１０はデバイス１００の上側の半分を占有し、カプラ１０’はデバイス１００の下部に配置される。カプラ１０及びカプラ１０’は、接地板１８’を共有する。従って、カプラ１０は接地板１８と内側の接地板１８’との間に配置される。カプラ１０’は地板１８’と下側の接地板１８”との間に配置される。上側の接地板１８は、伝送線路１２とポート２との間に配置される内側の信号伝送経路（図示せず）を収容するように構成される内側のバイアス１８０を含むことに留意されたい。バイアス１８０は、伝送線路１４とポート４との間に配置される信号伝送経路を収容するようにも構成される。接地板１８’は、地板１８’の端の部分に沿って配置される信号バイアス１８２’を含む。バイアス１８２’は、伝送線路１２とポート１との間に配置される信号伝送経路と、伝送線路１４とポート３との間に配置される信号伝送経路とを収容するように構成される。当業者は、各伝送線路１２，１４又は１２’，１４’間に誘電層１６が配置されることを理解するであろう。誘電層１６は、図示を明確にするために、図１４には示されていない。
図１５を参照すると、垂直なインターデジタルのカプラ実装１００の分解図が開示されている。カプラ１０及びカプラ１０’は、同一の４ポートのデバイスである。垂直なインターデジタルのカプラ１０（１０’）はそれぞれ、４つの結合された伝送線路、即ち２つの二次伝送線路１４（１４’）と交互に配置された２つの主伝送線路１２（１２’）を含み、これにより各カプラ１０（１０’）内に合計で４つの伝送線路層が形成される。従って、各カプラ１０（１０’）は、図９Ａ−図９Ｃに提示される概略図と同様になる。図１５の分解図では、伝送線路１２（１２’）は伝送線路１４（１４’）と垂直に位置合わせされて配置されることが明らかに分かる。この場合もやはり、各伝送線路は誘電体基板１６（本図には示されていない）上に配置される。伝送線路１２は、ポート１とポート２との間に配置されることにより、伝送線路層を形成する。伝送線路１４は、ポート３とポート４との間に結合される。
一般に、本発明のカプラ１０は、以下のようにして製造されてもよい。最初のステップとして、幾何学的形状、即ち、平面図における伝送線路の形状、導体の幅、導体の厚さ及び様々な全ての間隔の寸法が計算されている。各伝送線路層は、誘電シートに接合される導電シートとして提供される。引き続き、所定の幾何学的パターンが、フォトリソグラフィー技術を用いて導電シートの表面に転写される。導電シート上にはフォトレジスト材料が配置され、放射エネルギーをマスクを介して方向づけることにより、当該レジスト材料上にパターンが転写される。当然ながら、マスクはパターンの画像を含んでいる。フォトリソグラフィーシステム内に配置される結像光学系は、フォトレジストの表面へ転写される線路幅が適切な許容誤差範囲内で正しく寸法取りされることを保証する。引き続き、エッチング剤を付着することにより、暴露されたフォトレジスト材料及び導電シートの基底部分が除去される。エッチングにより、誘電体基板１６上に配置された伝送線路１２（１４）を含む伝送線路層が提供される。
伝送線路層１４は、伝送線路層１２上に垂直に位置合わせされて置かれる。当業者には、垂直な位置合わせの実行を保証するために様々な主要な構造（keying structures）及び技術が用いられてもよいことが理解されるであろう。位置合わせの後、伝送線路層１２は伝送線路層１４に接合される。当業者には、誘電層１６の実装に用いられる誘電体材料のタイプに依存して、適切な任意の接合技術が用いられてもよいことが理解されるであろう。例えば、所定のポリマ誘電体材料の場合、接合するステップは、間に挿入される伝送線路層へ熱及び／又は圧力を加えることによって実行されてもよい。
上述の処理ステップは繰り返され、複数の伝送線路層１２及び複数の伝送線路層１４のＮ層の交互する層を備えたラミネート構造が形成される。この場合も、Ｎは３以上の整数値である。この処理ステップが完了した後、伝送線路１２はポート１とポート２との間に結合され、伝送線路１４はポート３とポート４との間に結合される。
図１５を再度参照すると、２つのカプラを有するデバイスの製造プロセスは、まず内側の層同士を接合し、次に外側へと進めていくことによって実施されてもよい。言い替えれば、伝送線路層１２が配置されて接地板１８’に位置合わせされる。次いで、地板１８’が配置され、伝送線路層１４’に位置合わせされる。この３層の構造（即ち、層１２、地板１８及び層１４’）には、これらの層を互いに接合するために熱及び圧力が加えられてもよい。
次のステップにおいて、層１４が３層のラミネート構造上に配置され、ラミネート構造の下に層１２’が配置される。同じく、これらの層は上述した方法に従って位置合わせされる。引き続き、これらの層は互いに接合され、５層の構造が形成される。この手順は、カプラ１０及びカプラ１０’の両方が適正な数（Ｎ）の伝送線路層を有するまで継続される。次に、適正な伝送線路にポートが接続され、デバイスはハウジング１０２内に配置される。
当業者には、所望の結合及び所望の形状係数形状に依存して、本発明の伝送線路層を変形及び変更できることが理解されるであろう。従って、導電層は、銅、アルミニウム、金、白金及び他のこのような適正な材料等の適切な任意の材料を用いて製造されてもよい。同様に、誘電体材料も、様々なポリマ材料、熱可塑性材料、熱硬化性材料、テフロン又は硬化性（熱又はＵＶ）樹脂材料を用いて実装されてもよい。
図１４−図１５を再度参照すると、本発明の垂直なインターデジタルのカプラの構造に追加される利点は、垂直の寸法には導電材料がより高い比率で存在するという事実に関連している。明らかに、金属は典型的な誘電体より遙かに優れた伝熱体である。従って、本発明は、従来のデバイスの伝熱特性を凌ぐ改善を提示する。本発明の垂直インターデジタル構造を用いてプロファイルの高さが最小限に抑えられれば、伝熱経路は最短にされるので、伝熱に関する利点が追加される。
当業者には、伝送線路間に他の接続技術を用いることにより、異なるインピーダンス値及び／又は結合値が達成されてもよいことも理解されるであろう。ある実施形態では、設計者は伝送線路の端部を開放したままにする場合がある。これに対して、伝送線路は、インターデジタルフィルタ構造と同様の方法で、特定のインピーダンスを得るように短絡されてもよい。
図１６を参照すると、図１４−図１５に示す３ｄＢのカプラのパフォーマンスを描いたグラフが開示されている。本グラフは、カプラ１０の１．０ＧＨｚ及び１．７２５ＧＨｚにおけるパフォーマンスを示している。曲線１６０は、主伝送線路１２に直接的に結合された出力（ポート２）の周波数応答を表す。曲線１６２は、結合ポートの周波数応答である。第１印象として、曲線１６２は、結合ポートの応答は１．０ＧＨｚと１．７２５ＧＨｚとの間の約７５０ＭＨｚの帯域幅において比較的平坦であることを示している。
１．０ＧＨｚの例では、曲線１６０（ＤＣ）の測定値は入射ＲＦ信号より下の−３．２４８ｄＢであるのに対して、曲線１６２（Ｃポート）は−３．６１５ｄＢである。従って、公称値が３ｄＢの出力ポート間に０．３６７ｄＢの差がある。曲線１６４によって測定される反射減衰量（ＲＬ）は、結合されたポートの出力を約−２２．０３２ｄＢだけ下回る。絶縁ポートは、結合されたポートの出力を−２５．２０４ｄＢだけ下回る。１．７２５ＧＨｚにおけるカプラ１０のパフォーマンスも同様であり、反射減衰量は結合されたポートの出力を−２４．０３５ｄＢだけ下回り、絶縁ポート出力は結合されたポートの出力を−２７．５５１ｄＢだけ下回る。
本明細書に引用している公報、特許出願及び特許を含む全ての引例は、本参照により、各引例が参照により開示に含まれるべく本明細書に個々にかつ特定的に指摘されかつその全体が本明細書に記載されているかの如く開示に含まれる。
本発明を説明する文脈（特に、添付の特許請求の範囲の文脈）において用いられる不定冠詞及び定冠詞は、本明細書における別段の指摘又は文脈による明らかな矛盾のない限り、単数及び複数の両方を含むように解釈されるものとする。「を備える」、「を有する」、「を含む」及び「を包含する」という言い回しは、別段の指摘のない限り、制約のない言い回し（即ち、「を含む、但しこれらに限定されない」を意味する）として解釈されるものとする。「接続される」という言い回しは、何らかの介在があるとしても、部分的又は全体がそこに包含される、付着される、又は接合されると解釈されるものとする。
本明細書における値の範囲の引用は、本明細書において別段の指摘のない限り、単にその範囲内にある各々の値に個々に言及することの省略化方法として機能させることを目的とするものであり、各値は、本明細書において個々に引用されたかの如く開示に含まれる。
本明細書に記述した全ての方法は、本明細書における別段の指摘又は文脈による別段の明らかな矛盾のない限り、任意の適正順序で実行されることが可能である。本明細書に提示されている任意の、及び全ての例又は例示的言語（例えば、「等」）の使用は、単に本発明の実施形態をより良く示すためのものであり、別段の主張のない限り、本発明の範囲を限定するものではない。
本明細書に記載されている如何なる言語も、クレームされていない構成要素を本発明の実施に不可欠なものとして指摘していると解釈されるべきではない。
当業者には、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明に様々な変形及び変更を実行できることが明らかとなるであろう。本発明を開示されている１つ又は複数の特定の形式に限定することは意図されず、逆に、添付の特許請求の範囲に規定されている本発明の精神及び範囲内にある全ての変形、代替の構成及び等価な物は本発明に包含されることが意図されている。従って、本発明は、添付のクレーム及びその等価な物の範囲内にあることを条件として本発明の変形及び変更を包含することが意図されている。
本発明の一実施形態に係る垂直なインターデジタルのカプラの概略図である。 本発明に係る垂直なインターデジタルのカプラの伝送線路層の平面図である。 図２に示すカプラの偶モードの結合フィールドラインを示す図である。 図２に示すカプラの奇モードの結合フィールドラインを示す図である。 従来のブロードサイドカプラを示す様々な図及び描画である。 従来のブロードサイドカプラを示す様々な図及び描画である。 従来のブロードサイドカプラを示す様々な図及び描画である。 従来のブロードサイドカプラを示す様々な図及び描画である。 従来のインターデジタルで端部が結合されたデバイスを示す様々な図及び描画である。 従来のインターデジタルで端部が結合されたデバイスを示す様々な図及び描画である。 従来のインターデジタルで端部が結合されたデバイスを示す様々な図及び描画である。 従来のインターデジタルで端部が結合されたデバイスを示す様々な図及び描画である。 本発明に係るカプラの断面積を示す図である。 従来のブロードサイドカプラの設計の考察を示す概略図である。 従来のブロードサイドカプラの設計の考察を示す概略図である。 従来のブロードサイドカプラの設計の考察を示す概略図である。 本発明の３層の実施形態に係る垂直なインターデジタルのカプラの設計の考察を示す概略図である。 本発明の３層の実施形態に係る垂直なインターデジタルのカプラの設計の考察を示す概略図である。 本発明の３層の実施形態に係る垂直なインターデジタルのカプラの設計の考察を示す概略図である。 本発明の４層の実施形態に係る垂直なインターデジタルのカプラの設計の考察を示す概略図である。 本発明の４層の実施形態に係る垂直なインターデジタルのカプラの設計の考察を示す概略図である。 本発明の４層の実施形態に係る垂直なインターデジタルのカプラの設計の考察を示す概略図である。 本発明の５層の実施形態に係るインターデジル型垂直カプラの設計の考察を示す概略図である。 本発明の５層の実施形態に係るインターデジル型垂直カプラの設計の考察を示す概略図である。 本発明の５層の実施形態に係るインターデジル型垂直カプラの設計の考察を示す概略図である。 従来のブロードサイドカプラの断面積と本発明に係る断面積とを、複数のＮの値に対して比較したグラフである。 複数のＮの値について、選択された結合定数とデバイスの形状の測度とを比較したグラフである。 複数の偶モードインピーダンス値について、選択された誘電体材料の誘電率とデバイスの形状の別の測度とを比較したグラフである。 本発明の一実施形態に係る垂直なインターデジタルのカプラの実装の斜視図である。 図１４に示す垂直なインターデジタルのカプラの実装の分解図である。 図１４−図１５に示すカプラのパフォーマンスを示すグラフである。

Claims (42)

  1. 第１のポートと、第２のポートと、第３のポートと、第４のポートとを備えたカプラの構造であって、
    上記構造内に配置されるＬ層の第１の伝送線路層と、
    上記Ｌ層の伝送線路層と交互する層に配置されることにより合計でＮ層の伝送線路層を形成するＭ層の第２の伝送線路層とを備え、
    Ｌ及びＭはそれぞれ整数であり、
    Ｎは３以上の整数であり、
    上記第１の伝送線路層はそれぞれ、上記第１のポートと上記第２のポートとの間の第１の誘電体材料上に配置され所定の幾何学的形状を有する第１の伝送線路を含み、
    上記第２の伝送線路層はそれぞれ、上記第３のポートと上記第４のポートとの間の第２の誘電体材料上に配置され上記所定の幾何学的形状を実質的に有する第２の伝送線路を含み、
    上記第２の伝送線路はそれぞれ、上記構造内の対応する第１の伝送線路に対して所定の位置に配置されるカプラの構造。
  2. 上記カプラの構造は所定の寸法仕様を有する物理的カプラ形状係数によって特徴づけられ、
    上記所定の寸法仕様は、Ｎと、上記所定の幾何学的形状と、選択された結合定数との所定の関数である断面積を含む請求項１記載のカプラの構造。
  3. 上記断面積は、
    ［数１］
    ＡＮ＝（ｓ＋ｗ）［２ｈ＝（Ｎ−１）ｄ＋Ｎｔｍ］
    に比例し、
    ここで、ｓは隣接する導体間の水平方向の間隔であり、ｗは各導体の水平方向の幅であり、ｈは最も外側の伝送線路導体からの垂直距離であり、ｄは第１の伝送線路導体と第２の伝送線路導体との間の垂直距離であり、ｔは各第１の伝送線路導体及び各第２の伝送線路導体の垂直高さであり、ｍは導電材料の誘電体材料に対する水平方向の割合である請求項２記載のカプラの構造。
  4. 上記所定の幾何学的形状は実質的に直線状である請求項１記載のカプラの構造。
  5. 上記所定の幾何学的形状は少なくとも１つの実質的に矩形の幾何学的パターンを含む請求項１記載のカプラの構造。
  6. 上記所定の幾何学的形状は非直線状の幾何学的形状である請求項１記載のカプラの構造。
  7. 上記所定の幾何学的形状は少なくとも１つのメアンダ形状の線路セグメントを含む請求項１記載のカプラの構造。
  8. 上記所定の幾何学的形状は螺旋の形状を含む請求項１記載のカプラの構造。
  9. 上記カプラの構造は、有限の偶モードインピーダンス及び有限の奇モードインピーダンスによって特徴づけられる請求項１記載のカプラの構造。
  10. 上記有限の偶モードインピーダンスの上記有限の奇モードインピーダンスに対する割合は実質的に１：１と１：１０との間の範囲内である請求項９記載のカプラの構造。
  11. 上記第１の伝送線路及び／又は上記第２の伝送線路の長さは実質的にλ／４に等しい請求項１記載のカプラの構造。
  12. 上記第１の伝送線路及び上記第２の伝送線路は金属材料で構成された請求項１記載のカプラの構造。
  13. 上記金属材料は銅を含む請求項１２記載のカプラの構造。
  14. 上記第１の誘電体材料及び／又は上記第２の誘電体材料は、ポリマ材料、熱可塑性材料、セラミック材料、熱硬化性材料、テフロン又は硬化性樹脂材料を含む材料グループから選択された請求項１記載のカプラの構造。
  15. Ｌ層の伝送線路層とＭ層の伝送線路層との交互層は１対の接地板の間に配置された請求項１記載のカプラの構造。
  16. Ｎは２０以上である請求項１記載のカプラの構造。
  17. 上記選択された結合定数はゼロ（０）ｄＢ以上である請求項１記載のカプラの構造。
  18. 上記選択された結合定数は３ｄＢ以下である請求項１記載のカプラの構造。
  19. 上記選択された結合定数は３ｄＢより大きい請求項１記載のカプラの構造。
  20. 上記第２の伝送線路はそれぞれ、上記構造内の上記対応する第１の伝送線路と実質的に垂直に位置合わせされて配置される請求項１記載のカプラの構造。
  21. 断面積を含む所定の寸法仕様によって特徴づけられる形状係数を有するカプラの構造であって、
    第１のポートと、第２のポートと、第３のポートと、第４のポートと、
    上記構造内に配置されるＬ層の第１の伝送線路層と、
    上記Ｌ層の伝送線路層と交互する層に配置されることにより合計でＮ層の伝送線路層を形成するＭ層の第２の伝送線路層とを備え、
    Ｌは整数値であり、
    Ｍは整数であり、
    Ｎは３以上の整数であり、
    上記第１の伝送線路層はそれぞれ、所定の幾何学的形状を有する第１の伝送線路を含み、
    上記第１の伝送線路は第１の基板上に配置されかつ上記第１のポートと上記第２のポートとの間に結合され、
    上記第２の伝送線路層はそれぞれ、上記所定の幾何学的形状を実質的に有する第２の伝送線路を含み、
    上記第２の伝送線路は第２の基板上に配置されかつ上記第３のポートと上記第４のポートとの間に結合され、
    上記第２の伝送線路はそれぞれ、上記構造内の対応する第１の伝送線路に対して所定の位置に配置され、
    上記断面積は、Ｎと、上記所定の幾何学的形状と、選択された結合定数との所定の関数であるカプラの構造。
  22. 上記断面積は、
    ［数２］
    ＡＮ＝（ｓ＋ｗ）［２ｈ＝（Ｎ−１）ｄ＋Ｎｔｍ］
    に比例し、
    ここで、ｓは隣接する導体間の水平方向の間隔であり、ｗは各導体の水平方向の幅であり、ｈは最も外側の伝送線路導体からの垂直距離であり、ｄは第１の伝送線路導体と第２の伝送線路導体との間の垂直距離であり、ｔは各第１の伝送線路導体及び各第２の伝送線路導体の垂直高さであり、ｍは導電材料の誘電体材料に対する水平方向の割合である請求項２１記載のカプラの構造。
  23. 上記カプラの構造は、有限の偶モードインピーダンス及び有限の奇モードインピーダンスによって特徴づけられる請求項２１記載のカプラの構造。
  24. 上記有限の偶モードインピーダンスの上記有限の奇モードインピーダンスに対する割合は実質的に１：１と１：１００との間の範囲内である請求項２３記載のカプラの構造。
  25. 上記第１の伝送線路及び／又は上記第２の伝送線路の長さは実質的にλ／４に等しい請求項２１記載のカプラの構造。
  26. Ｌ層の伝送線路層とＭ層の伝送線路層との交互層は１対の接地板の間に配置された請求項２１記載のカプラの構造。
  27. Ｎは２０以上である請求項２１記載のカプラの構造。
  28. 上記選択された結合定数はゼロ（０）ｄＢ以上である請求項２１記載のカプラの構造。
  29. 上記選択された結合定数は３ｄＢ以下である請求項２１記載のカプラの構造。
  30. 上記選択された結合定数は３ｄＢより大きい請求項２１記載のカプラの構造。
  31. 上記第２の伝送線路はそれぞれ、上記構造内の上記対応する第１の伝送線路と実質的に垂直に位置合わせされて配置される請求項２１記載のカプラの構造。
  32. （ａ）第１の誘電体材料上に配置されかつ所定の幾何学的形状を有する第１の伝送線路を含む第１の伝送線路層を提供するステップと、
    （ｂ）上記第１の伝送線路層上に、上記第１の伝送線路に垂直に位置合わせされており上記所定の幾何学的形状を実質的に有し第２の誘電体材料上に配置された第２の伝送線路を含む第２の伝送線路層を配置するステップと、
    （ｃ）上記第１の伝送線路層と上記第２の伝送線路層とを接合するステップと、
    （ｄ）上記ステップ（ａ）から（ｃ）までを繰り返すことにより、Ｌ層の第１の伝送線路層及びＭ層の第２の伝送線路層のＮ層の交互層を備えたラミネート構造を形成するステップと、
    （ｅ）上記Ｌ層の第１の伝送線路の第１の端部を第１のポートに結合し、上記Ｌ層の第１の伝送線路の第２の端部を第２のポートに結合するステップと、
    （ｆ）上記Ｍ層の第２の伝送線路の第１の端部を第３のポートに結合し、上記Ｍ層の第２の伝送線路の第２の端部を第４のポートに結合するステップとを含み、
    Ｌ、Ｍ及びＮは整数であってＮは３以上である、カプラの構造を製造するための方法。
  33. 上記第１の伝送線路層を提供するステップはさらに、
    上記第１の誘電体材料に接合される導電シートを提供することと、
    上記所定の幾何学的形状に従って上記導電シート上にパターンを配置することと、
    上記導電シートをエッチングすることにより余分な導電材料を除去することとを含む請求項３２記載の方法。
  34. 上記所定の幾何学的形状に従って上記導電シート上にパターンを配置するステップは、少なくとも１つのフォトリソグラフィー技術を用いて実行される請求項３３記載の方法。
  35. 上記接合するステップは、上記第１の伝送線路層及び上記第２の伝送線路層に熱及び／又は圧力を加えることによって実行される請求項３２記載の方法。
  36. 上記導電シートは金属材料で構成された請求項３２記載の方法。
  37. 上記金属材料は銅材料である請求項３６記載の方法。
  38. 上記第１の誘電体材料及び／又は上記第２の誘電体材料は、ポリマ材料、熱可塑性材料、セラミック材料、熱硬化性材料、テフロン又は硬化性樹脂材料を含む材料グループから選択された請求項３２記載の方法。
  39. Ｌ層の伝送線路層とＭ層の伝送線路層との交互層は１対の接地板の間に配置された請求項３２記載の方法。
  40. 断面積を含む所定の寸法仕様を有するカプラの形状係数を提供するステップと、
    結合定数を選択するステップと、
    上記断面積及び上記選択された結合定数に従って、上記所定の幾何学的形状及びＮの値を選択するステップとをさらに含み、
    上記断面積はＮと、上記所定の幾何学的形状と、選択された結合定数との所定の関数である請求項３２記載の方法。
  41. 上記断面積は、
    ［数３］
    ＡＮ＝（ｓ＋ｗ）［２ｈ＝（Ｎ−１）ｄ＋Ｎｔｍ］
    に比例し、
    ここで、ｓは隣接する導体間の水平方向の間隔であり、ｗは各導体の水平方向の幅であり、ｈは最も外側の伝送線路導体からの垂直距離であり、ｄは第１の伝送線路導体と第２の伝送線路導体との間の垂直距離であり、ｔは各第１の伝送線路導体及び各第２の伝送線路導体の垂直高さであり、ｍは導電材料の誘電体材料に対する水平方向の割合である請求項４０記載の方法。
  42. 上記第１の伝送線路及び／又は上記第２の伝送線路の長さは実質的にλ／４に等しい請求項３２記載の方法。
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