JP2012060614A - Directional coupler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、方向性結合器に関する。 Embodiments described herein relate generally to a directional coupler.
従来、方向性結合器は一般的な構造として、誘電体基板の裏面全面が導体グランドで、その表面に主線路および副線路(方向性結合器)パターンを構築するマイクロストリップライン構造が用いられる。適切な長さの線路パターンを有する結合線路(副線路)は、主線路から結合度に合わせ適切な間隔を空けて構成される。 Conventionally, as a general structure, a microstrip line structure in which the entire back surface of a dielectric substrate is a conductor ground and a main line and sub-line (directional coupler) pattern is constructed on the surface is used as a general structure. A coupled line (sub line) having a line pattern of an appropriate length is configured with an appropriate interval from the main line according to the degree of coupling.
一般的に結合線路の長さをλ/4にすれば、方向性が最も良好であることが知られている。しかし、UHF帯においては、λ/4波長の線路長が長く、回路が大型になってしまう。そこで、λ/4より短い適切な長さを持つループ結合線路が多く用いられる。しかし、この構造では方向性結合器としての方向性は低下してしまい、改善が必要である。 Generally, it is known that the directionality is best when the length of the coupled line is λ / 4. However, in the UHF band, the line length of λ / 4 wavelength is long and the circuit becomes large. Therefore, a loop coupling line having an appropriate length shorter than λ / 4 is often used. However, in this structure, the directionality as a directional coupler is lowered, and improvement is required.
ところで、送信機など大電力を伝送する装置では、伝送路の出力電力のレベルが大きいため、大電力を検波する際には、この方向性結合器の方向性(アイソレーション特性)が重要視されている。ゆえに高方向性を有する小型の方向性結合器の実現が求められている。 By the way, in a device that transmits high power, such as a transmitter, since the level of output power of the transmission line is large, the directionality (isolation characteristic) of this directional coupler is regarded as important when detecting high power. ing. Therefore, realization of a small directional coupler having high directivity is required.
本実施形態の目的は、回路構成の小型化及び方向性の改善を実現可能な方向性結合器を提供することにある。 An object of the present embodiment is to provide a directional coupler capable of realizing a reduction in circuit configuration and improvement in directionality.
本実施形態に係る方向性結合器は、誘電体基板に設けられる主線路と、前記誘電体基板上にパターン形成され、その一部が前記主線路と一定の空隙をもって配置されるループ形状の副線路と、前記主線路と前記副線路との結合部の両端に配置される一対の補正パターンとを具備するものである。 The directional coupler according to the present embodiment includes a main line provided on a dielectric substrate, a pattern formed on the dielectric substrate, and a loop-shaped sub-portion part of which is arranged with a certain gap from the main line. A line, and a pair of correction patterns disposed at both ends of a coupling portion between the main line and the sub line.
以下、図面を参照しながら本実施形態に係る方向性結合器を説明する。 Hereinafter, the directional coupler according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る方向性結合器を示す図である。図1において、方向性結合器は、主伝送線路11と、副線路12と、補正パターン13とを備える。主伝送線路11は、例えば、銅板を用いたストリップ線路で構成される。副線路12は、誘電体基板上に形成されるマイクロストリップ線路で構成され、ループアンテナ形状を有する。副線路12は、その一部が主伝送線路11に沿って一定の空隙を設けて配置される。なお、図1では、主伝送線路11のストリップ線路の上部と下部の導体グランドを省略している。また、主伝送線路11は、副線路12と同様に誘電体基板上にマイクロストリップ線路で構成しても、図1に示すように銅板で構成しても、理論的には同じである。
FIG. 1 is a diagram illustrating a directional coupler according to the present embodiment. In FIG. 1, the directional coupler includes a
図2は、図1の方向性結合器の結合線路部の拡大図である。本実施形態では、方向性結合器の方向性を改善するために、図2に示すように、主伝送線路11と副線路12との結合部の両端に対称になるよう一対の補正パターン13を設ける。
FIG. 2 is an enlarged view of a coupled line portion of the directional coupler of FIG. In the present embodiment, in order to improve the directivity of the directional coupler, as shown in FIG. 2, a pair of
方向性結合器の方向性Dは、ポートP4に着目した場合下記の式(1)のように、ポートP1からの進行方向に対する結合度Iと、ポートP2からの反射方向に対する結合度Cとの差分として表されるものとする。
方向性D=|I−C| [dB] 式(1)
補正パターン13は、結合線路の両端に対称的に配置することが特性改善に有効である。また、補正パターン13の有する面積が大きくなるほど方向性が高くなる。補正パターン13の幅や長さの形状は、電磁界シミュレーションを用いて最適化をする。このパターン形状により、進行波電力と反射波電力の方向性が改善できる。一例として、その結果を図3に示す。このシミュレーション結果に基づき、式(1)によると、32dB以上の方向性が得られることが分かる。
When attention is paid to the port P4, the directionality D of the directional coupler is expressed by the following equation (1): the coupling degree I with respect to the traveling direction from the port P1 and the coupling degree C with respect to the reflection direction from the port P2. It shall be expressed as a difference.
Directionality D = | I−C | [dB] Formula (1)
It is effective to improve the characteristics that the
ここで、比較のため、従来の方向性結合器の構成例を図4に示す。図4は、上記図1と同様にストリップ線路構造を有する大電力送信機などの主伝送線路に対して、副線路はマイクロストリップ構造を有する方向性結合器を用いた場合の構造を示したものである。図4は、補正パターン13を設けない点で図1の構成と異なる。
Here, for comparison, a configuration example of a conventional directional coupler is shown in FIG. FIG. 4 shows a structure in the case where a directional coupler having a microstrip structure is used as a sub-line for a main transmission line such as a high-power transmitter having a stripline structure as in FIG. It is. 4 differs from the configuration of FIG. 1 in that the
方向性結合器の結合線路部分は、ループアンテナ状に配線する構造が用いられている。しかし、この構造では、結合度が弱いと方向性結合器の方向性が劣化するという欠点がある。この場合のシミュレーション結果の例を図5に示す。上記式(1)により、従来の構造では、方向性は24dB程度であることが分かる。 The coupling line portion of the directional coupler has a structure in which it is wired like a loop antenna. However, this structure has a drawback that the directivity of the directional coupler deteriorates if the degree of coupling is weak. An example of the simulation result in this case is shown in FIG. From the above formula (1), it can be seen that the directivity is about 24 dB in the conventional structure.
図3と図5とを比較すると、本実施形態の方向性結合器では、従来のものより方向性が8dB改善されており、副線路12の結合線路部分がλ/4波長の長さを有しなくても、十分な方向性を得ることができる。
Comparing FIG. 3 and FIG. 5, in the directional coupler of this embodiment, the directivity is improved by 8 dB compared to the conventional one, and the coupled line portion of the
以上述べたように、上記実施形態では、銅板を用いた主伝送線路と誘電体基板を用いたループ形状の結合線路との結合部の両端に、方向性を補正するための一対の線路パターンを設けるようにしている。このように構成することで、回路構成の小型化と高方向性とを実現可能な方向性結合器を提供できる。 As described above, in the above embodiment, a pair of line patterns for correcting the directivity are provided at both ends of the coupling portion between the main transmission line using the copper plate and the loop-shaped coupling line using the dielectric substrate. I am trying to provide it. By comprising in this way, the directional coupler which can implement | achieve size reduction and high directionality of a circuit structure can be provided.
さらに、本実施形態の方向性結合器の応用例としては、例えば、UHF(Ultra-High Frequency)帯における大電力送信機用の電力増幅器の出力伝送路に設けることができる。主線路である銅板のストリップ伝送路の側面で本線伝送路に影響しないところに、本実施形態の方向性結合器を設ける。方向性結合器の結合線路部分は主線路と電磁界結合が起こるので、入力ポートの進行波の電力レベルを検出できる構造となる。 Furthermore, as an application example of the directional coupler of the present embodiment, for example, it can be provided in an output transmission path of a power amplifier for a high power transmitter in a UHF (Ultra-High Frequency) band. The directional coupler of the present embodiment is provided in a place where the main transmission line is not affected on the side surface of the strip transmission line of the copper plate which is the main line. Since the coupling line portion of the directional coupler is electromagnetically coupled to the main line, the power level of the traveling wave at the input port can be detected.
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 In addition, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
11…主伝送線路、12…副線路、13…補正パターン。 11: Main transmission line, 12: Sub line, 13: Correction pattern.
Claims (1)
誘電体基板上にパターン形成され、その一部が前記主線路と一定の空隙をもって配置されるループ形状の副線路と、
前記主線路と前記副線路との結合部の両端に配置される一対の補正パターンと
を具備することを特徴とする方向性結合器。 A microstrip main line using a dielectric substrate or a strip main line using a copper plate;
A loop-shaped sub-line that is patterned on a dielectric substrate, a part of which is arranged with a certain gap from the main line;
A directional coupler comprising a pair of correction patterns disposed at both ends of a coupling portion between the main line and the sub line.
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