JP2012186734A

JP2012186734A - 多層方向性結合器

Info

Publication number: JP2012186734A
Application number: JP2011049632A
Authority: JP
Inventors: Yukinori Tarui; 幸宣垂井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2012-09-27

Abstract

【課題】誘電体多層基板の積層プロセス上の層ずれによる結合量の変動を吸収でき、設計自由度の向上が可能な多層方向性結合器を得ること。
【解決手段】裏面にグランド導体を有する誘電体多層基板の異なる２層に、層間で対向させて形成した２つの信号線路で構成されるブロードサイド結合器の２つを水平方向に並べて形成し、一方の結合器での２つの信号線路と一方の結合器での２つの信号線路とが２つの結合器間で層間接続スルーホールにより配線層を互いに交差して接続され、２つの結合器間で折り返す。２つの結合器の２つの信号線路は、それぞれ線路幅方向にオフセットして配置され、そのオフセット方向は２つの結合器間で互いに逆方向である。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘電体多層基板内に形成される方向性結合器である多層方向性結合器に関するものである。

多層方向性結合器は、誘電体多層基板の異なる層に配置する２本の信号線路を層間で対向させて形成し電磁的に結合させるブロードサイド型の結合器である。この多層方向性結合器では、解決すべき課題の一つに誘電体多層基板の積層プロセス上の層ずれによる結合量の変動を吸収できる構成がある。

そこで、例えば、特許文献１では、製造時に生ずる２本の信号線路間の相対的な位置ずれによる特性変化を少なくするため、一方の信号線路の線路幅を他方の信号線路の線路幅よりも大きくした構成のものが提案されている。

特開２０００−１６５１１６号公報

しかし、上記従来の技術では、線路幅の差分（具体的にその半分）だけの位置ずれを吸収できるだけであり、線路幅以上の位置ずれは許容できないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、誘電体多層基板の積層プロセス上の層ずれによる結合量の変動を吸収でき、設計自由度の向上が可能な多層方向性結合器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる多層方向性結合器は、裏面にグランド導体を有する誘電体多層基板の異なる２層である第１及び第２の層に水平方向に並んで形成される第１及び第２の結合器を備え、前記第１の結合器は、前記第１の層に形成される第１の信号線路と、該第１の信号線路に対向させ、かつ線路幅方向にオフセットさせて前記第２の層に形成される第２の信号線路とで構成され、前記第２の結合器は、前記第１の層に形成される第３の信号線路と、該第３の信号線路に対向させ、かつ線路幅方向にオフセットさせて前記第２の層に形成される第４の信号線路とで構成され、前記第１の結合器と前記第２の結合器は、前記第１の信号線路の一端と前記第４の信号線路の対応する一端とがスルーホールにより接続され、前記第２の信号線路の一端と前記第３の信号線路の対応する一端とがスルーホールにより接続されて、１つの結合器を構成し、前記第１及び第２の結合器において、前記オフセットの方向は互いに逆方向であることを特徴とする。

本発明によれば、２つの結合器間で２つの信号線路の配線層を互いに交差させているので、入力端子から２つの分岐端子までの経路に第１の層と第２の層とが等距離含まれる。そのため、３ｄＢ方向性結合器を設計する際に分岐線路間の導体損、誘電体損が均一化する。また、２つの結合器の２つの信号線路は、それぞれ線路幅方向にオフセットさせているので、そのオフセット長さで結合量を調整することができ、設計自由度が向上する。さらに、オフセット方向は、２つの結合器間で互いに逆方向であるから、積層プロセス上の層ずれによる結合量の変動を吸収できるという効果を奏する。

図１は、本発明の一実施の形態による多層方向性結合器の構成を示す概念図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ’線断面図である。

以下に、本発明にかかる多層方向性結合器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１と図２に示すように、本実施の形態による多層方向性結合器１は、誘電体多層基板２の層内に、水平方向に並んで形成された２つのブロードサイド型結合器（以降、単に「結合器」と記す）３，４を備え、２つの結合器３，４が接続され１つの結合器として動作するタンデム型の方向性結合器である。以下、具体的に説明する。

誘電体多層基板２は、理解を容易にするため、３層構成として示してある。誘電体多層基板２の裏面にはグランド導体５が形成されている。結合器３，４は、誘電体多層基板２の表層２ａ及び第２層２ｂを用いて形成されている。なお、表層２ａの層厚はｈである。

結合器３は、誘電体多層基板２の表層２ａに形成される信号線路５ａと、信号線路５ａに対向した第２層２ｂの位置に形成される信号線路６ｂとで構成される。結合器４は、誘電体多層基板２の表層３ａに形成される信号線路６ａと、信号線路６ａに対向した第２層２ｂの位置に形成される信号線路５ｂとで構成される。

そして、信号線路５ａの一端に設けられた接続線路７ａと信号線路５ｂの対応する一端に設けられた接続線路７ｂとが層間接続スルーホール８ａにより接続され、全体として１つの信号線路を構成している。また、信号線路６ａの一端に設けられた接続線路９ａと信号線路６ｂの対応する一端に設けられた接続線路９ｂとが層間接続スルーホール８ｂにより接続され、全体として１つ信号線路を構成している。

このように、結合器３の信号線路５ａ，６ｂと結合器４の信号線路６ａ，５ｂとは、配線層を互いに交差させ、結合器３，４間で折り返すように形成されている。

また、信号線路５ａの他端に設けられた接続線路１０ａの端部１１はそのまま信号端子１１となる。信号線路５ｂの他端に設けられた接続線路１０ｂは層間接続スルーホール８ｃにより表層２ａに設けられたランド１２に接続され、このランド１２が信号端子１２となる。同様に、信号線路６ａの他端に設けられた接続線路１３ａの端部１４はそのまま信号端子１４となる。信号線路６ｂの他端に設けられた接続線路１３ｂは層間接続スルーホール８ｄにより表層２ａに設けられたランド１５に接続され、このランド１５が信号端子１５となる。

ここで、図２に示すように、結合器３では、信号線路５ａの幅中心と信号線路６ｂの幅中心とが線路幅方向に所定間隔０１だけオフセットされている。同様に、結合器４では、信号線路６ａの幅中心と信号線路５ｂの幅中心とが線路幅方向に所定間隔０２だけオフセットされている。しかも、オフセットさせる方向は、結合器３，４間で互いに逆方向である。

なお、表層２ａに形成される信号線路５ａ，６ａの各線路幅は等しくＷ１である。同様に、第２層２ｂに形成される信号線路５ｂ，６ｂの各線路幅は等しくＷ２である。

以上の構成において、例えば信号端子１１を入力端子とする場合、信号端子１２がスルー端子となり、信号端子１４がカップリング端子となり、信号端子１５がアイソレーション端子となる。つまり、信号端子１１に入力されたマイクロ波やミリ波の信号は、信号端子１２，１４から出力され、信号端子１５からは出力されない。

結合器３，４それぞれでの結合度により、信号端子１１から信号端子１２への信号伝搬量と、信号端子１１から信号端子１４への信号伝搬量とが変化し、同振幅に設定されたものでは３ｄＢ結合器となる。

本実施の形態では、結合器３と結合器４との間で、層間接続スルーホールにより信号線路の配線層を互いに交差させているので、信号端子１１から信号端子１２へ向かう伝搬経路と、信号端子１１から信号端子１４へ向かう伝搬経路とにおいて、表層２ａと第２層２ｂとで等距離ずつ伝搬する。そのため、２つの伝搬経路との間における導体損、誘電体損が均一化されるので、３ｄＢ結合器を構成する場合、等振幅化が容易に図れる。

また、結合器３，４間で、オフセットさせる方向を互いに逆方向としてあるので、誘電体多層基板２の製造時に積層ずれが生じても結合量の変動を吸収できる。すなわち、誘電体多層基板２の製造時に積層ずれが生じ所定間隔０１，０２が変化した場合、例えば所定間隔０１が短くなると所定間隔０２が長くなるので、結合器１の結合度は増えるが、結合器２の結合度は低下する。このため、タンデム型方向性結合器全体の結合量の変動を低く抑えることができる。

また、所定間隔０１，０２で示される長さで、結合器３，４での２つの信号線路の幅中心位置をオフセットさせる構成であるので、結合度は、層厚ｈ、線路幅Ｗ１，Ｗ２だけでなく、オフセットさせる所定間隔０１，０２で決定されることになり、誘電体多層基板２の製造上の制約の中で設計自由度の向上が図れる。

ここで、結合器３の信号線路６ｂと結合器４の信号線路５ｂとの間での側面結合が無視できない場合は、その側面結合により結合器３，４によるタンデム型方向性結合器では本来の信号伝搬方向と逆方向にも信号伝搬が起こりアイソレーション端子への漏洩量が増えるので、この側面結合は所要の結合特性を劣化させる要因となる。

そこで、オフセット構成により、結合器３の信号線路６ｂと結合器４の信号線路５ｂとの間が近接する場合は、図２に示すように、結合器３と結合器４との間に、表層２ａの線路形成面と裏面のグランド導体５とを接続するグランドスルーホール１７を装荷するとよい。そうすれば、側面結合を抑制でき、アイソレーション端子への漏洩量が低減される等の結合特性の改善が図れる。

以上のように、本発明にかかる多層方向性結合器は、誘電体多層基板の積層プロセス上の層ずれによる結合量の変動を吸収でき、設計自由度の向上が可能な多層方向性結合器として有用である。

１多層方向性結合器
２誘電体多層基板
２ａ表層
２ｂ第２層
３，４結合器（ブロードサイド型結合器）
５ａ，６ｂ結合器３を構成する信号線路
６ａ，５ｂ結合器４を構成する信号線路
７ａ，７ｂ，９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂ，１３ａ，１３ｂ接続線路
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ層間接続スルーホール
１１，１２，１４，１５信号端子
１７グランドスルーホール

Claims

裏面にグランド導体を有する誘電体多層基板の異なる２層である第１及び第２の層に水平方向に並んで形成される第１及び第２の結合器を備え、
前記第１の結合器は、
前記第１の層に形成される第１の信号線路と、該第１の信号線路に対向させ、かつ線路幅方向にオフセットさせて前記第２の層に形成される第２の信号線路とで構成され、
前記第２の結合器は、
前記第１の層に形成される第３の信号線路と、該第３の信号線路に対向させ、かつ線路幅方向にオフセットさせて前記第２の層に形成される第４の信号線路とで構成され、
前記第１の結合器と前記第２の結合器は、
前記第１の信号線路の一端と前記第４の信号線路の対応する一端とがスルーホールにより接続され、前記第２の信号線路の一端と前記第３の信号線路の対応する一端とがスルーホールにより接続されて、１つの結合器を構成し、
前記第１及び第２の結合器において、前記オフセットの方向は互いに逆方向である
ことを特徴とする多層方向性結合器。
前記第１の結合器と前記第２の結合器との間に、
前記第１及び第２の層と前記グランド導体とを接続するスルーホールが設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の多層方向性結合器。