JP2016025554A - 方向性結合器 - Google Patents

Abstract

【課題】低背化を図りつつ、主線路と副線路との結合度を低下させることができる方向性結合器を提供することである。
【解決手段】本発明に係る方向性結合器は、第１の主線路部を含む主線路と、前記第１の主線路部と電磁気的に結合している第１の副線路部を含む副線路と、前記第１の主線路部に電流が流れた際に該第１の主線路部が発生させる第１の磁束を受けて、前記第１の副線路部を通過する第２の磁束を電磁誘導により発生させる第１の無給電素子と、を備えていること、を特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、方向性結合器に関し、より特定的には、互いに電磁気的に結合する主線路及び副線路を備えた方向性結合器に関する。

従来の方向性結合器に関する発明としては、例えば、特許文献１に記載の方向性結合器が知られている。該方向性結合器は、渦巻状をなす第１の結合ライン及び第２の結合ラインを備えている。第１の結合ラインと第２の結合ラインとは、上下方向に重なっており、互いに電磁気的に結合している。これにより、第１の結合ラインが主線路として機能し、第２の結合ラインが副線路として機能する。

ところで、特許文献１に記載の方向性結合器において、第１の結合ライン（主線路）と第２の結合ライン（副線路）との結合度を低下させるように調整したい場合がある。このような場合には、第１の結合ラインと第２の結合ラインとの上下方向の距離を大きくすればよい。しかしながら、方向性結合器の上下方向の高さが高くなるという問題がある。よって、特許文献１に記載の方向性結合器では、低背化を図りつつ、結合度を低下させることは困難であった。

特許３２０３２５３号

そこで、本発明の目的は、低背化を図りつつ、主線路と副線路との結合度を低下させることができる方向性結合器を提供することである。

本発明の一形態に係る方向性結合器は、第１の主線路部を含む主線路と、前記第１の主線路部と電磁気的に結合している第１の副線路部を含む副線路と、前記第１の主線路部に電流が流れた際に該第１の主線路部が発生させる第１の磁束を受け、前記第１の副線路部を通過する第２の磁束を電磁誘導により発生させる第１の無給電素子と、を備えていること、を特徴とする。

本発明によれば、低背化を図りつつ、主線路と副線路との結合度を低下させることができる。

方向性結合器１０ａ，１０ｃ〜１０ｅの等価回路図である。 方向性結合器１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅの外観斜視図である。 方向性結合器１０ａの積層体１２の分解斜視図である。 第１のモデルのシミュレーション結果を示したグラフである。 第２のモデルのシミュレーション結果を示したグラフである。 第２の実施形態に係る方向性結合器１０ｂの等価回路図である。 第２の実施形態に係る方向性結合器１０ｂの積層体１２の分解斜視図である。 第３の実施形態に係る方向性結合器１０ｃの積層体１２の分解斜視図である。 第４の実施形態に係る方向性結合器１０ｄの積層体１２の分解斜視図である。 第５の実施形態に係る方向性結合器１０ｅの積層体１２の分解斜視図である。

（第１の実施形態）
以下に、第１の実施形態に係る方向性結合器について図面を参照しながら説明する。図１は、方向性結合器１０ａ，１０ｃ〜１０ｅの等価回路図である。

方向性結合器１０ａの回路構成について説明する。方向性結合器１０ａは、所定の周波数帯域において用いられる。所定の周波数帯域とは、例えば、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）が使用される周波数帯（例えば６９８ＭＨｚ〜３８００ＭＨｚ）である。

方向性結合器１０ａは、外部電極１４ａ〜１４ｊ、主線路Ｍ、副線路Ｓ、コンデンサＣ１〜Ｃ４及びリング導体Ｒ１，Ｒ２を回路構成として備えている。主線路Ｍは、外部電極１４ａ，１４ｂ間に接続されており、主線路部Ｍ１，Ｍ３及び中間線路部Ｍ２を含んでいる。主線路部Ｍ１、中間線路部Ｍ２及び主線路部Ｍ３は、外部電極１４ａ，１４ｂ間においてこの順に直列に接続されている。

副線路Ｓは、外部電極１４ｃ，１４ｄ間に接続されており、副線路部Ｓ１，Ｓ３及び中間線路部Ｓ２を含んでいる。副線路部Ｓ１、中間線路部Ｓ２及び副線路部Ｓ３は、外部電極１４ｃ，１４ｄ間においてこの順に直列に接続されている。

また、主線路部Ｍ１と副線路部Ｓ１とは互いに電磁気的に結合している。主線路部Ｍ３と副線路部Ｓ３とは互いに電磁気的に結合している。

コンデンサＣ１は、外部電極１４ａと外部電極１４ｅ〜１４ｊとの間に接続されている。コンデンサＣ２は、外部電極１４ｂと外部電極１４ｅ〜１４ｊとの間に接続されている。コンデンサＣ３は、外部電極１４ｃと外部電極１４ｅ〜１４ｊとの間に接続されている。コンデンサＣ４は、外部電極１４ｄと外部電極１４ｅ〜１４ｊとの間に接続されている。

リング導体Ｒ１は、環状の導体層であり、主線路部Ｍ１に電流が流れた際に主線路部Ｍ１が発生する磁束φ１によって、副線路部Ｓ１を通過する磁束φ２を電磁誘導により発生させる無給電素子である。リング導体Ｒ１は、主線路部Ｍ１と副線路部Ｓ１との間に設けられている。より詳細には、主線路部Ｍ１に電流が流れた際に主線路部Ｍ１が発生する磁束φ１がリング導体Ｒ１を通過する。リング導体Ｒ１は、無給電素子であるので、リング導体Ｒ１の電位は、浮遊電位であり、特定の電位を持たない。従って、リング導体Ｒ１には、電磁誘導による電流が発生する。該電流によりリング導体Ｒ１の周囲に磁束φ２が発生する。この磁束φ２は、副線路部Ｓ１を通過する。磁束φ２は、電磁誘導により、磁束φ１の変動を打ち消すように発生するので、リング導体Ｒ１は、主線路部Ｍ１と副線路部Ｓ１との結合度を低下させている。

リング導体Ｒ２は、環状の導体層であり、主線路部Ｍ３に電流が流れた際に主線路部Ｍ３が発生する磁束φ３によって、副線路部Ｓ３を通過する磁束φ４を電磁誘導により発生させる無給電素子である。リング導体Ｒ２は、主線路部Ｍ３と副線路部Ｓ３との間に設けられている。より詳細には、主線路部Ｍ３に電流が流れた際に主線路部Ｍ３が発生する磁束φ３がリング導体Ｒ２を通過する。リング導体Ｒ２は、無給電素子であるので、リング導体Ｒ２の電位は、浮遊電位であり、特定の電位を持たない。従って、リング導体Ｒ２には、電磁誘導による電流が発生する。該電流によりリング導体Ｒ２の周囲に磁束φ４が発生する。この磁束φ４は、副線路部Ｓ３を通過する。磁束φ４は、電磁誘導により、磁束φ３の変動を打ち消すように発生するので、リング導体Ｒ２は、主線路部Ｍ３と副線路部Ｓ３との結合度を低下させている。

以上のような方向性結合器１０ａでは、外部電極１４ａが入力ポートとして用いられ、外部電極１４ｂが出力ポートとして用いられる。また、外部電極１４ｃは、カップリングポートとして用いられ、外部電極１４ｄは、５０Ωで終端化されるターミネートポートとして用いられる。また、外部電極１４ｅ〜１４ｊは、接地される接地ポートとして用いられる。そして、外部電極１４ａに対して高周波信号が入力されると、該高周波信号が外部電極１４ｂから出力される。更に、主線路Ｍと副線路Ｓとが電磁気的に結合しているので、外部電極１４ｂから出力される高周波信号の電力に比例する電力を有する高周波信号が外部電極１４ｃから出力される。

次に、第１の実施形態に係る方向性結合器１０ａの具体的構成について図面を参照しながら説明する。図２は、方向性結合器１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅの外観斜視図である。図３は、方向性結合器１０ａの積層体１２の分解斜視図である。以下では、積層方向を上下方向と定義し、上側から平面視したときの方向性結合器１０ａの長辺方向を前後方向と定義し、上側から平面視したときの方向性結合器１０ａの短辺方向を左右方向と定義する。

方向性結合器１０ａは、図２及び図３に示すように、積層体１２、外部電極１４ａ〜１４ｊ、主線路Ｍ、副線路Ｓ、リング導体Ｒ１，Ｒ２、引き出し導体１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂ、グランド導体２２，２４、コンデンサ導体２６ａ〜２６ｄ及びビアホール導体ｖ１〜ｖ４を備えている。

積層体１２は、図２に示すように、直方体状をなしており、図３に示すように、誘電体セラミックからなる長方形状の誘電体層１６ａ〜１６ｊが上側から下側へとこの順に並ぶように積層されることにより構成されている。以下では、積層体１２の上側の主面を上面、下側の主面を下面と呼ぶ。積層体１２の前側の端面を前面、後ろ側の端面を背面と呼ぶ。積層体１２の右側の側面を右面、左側の側面を左面と呼ぶ。積層体１２の下面は、方向性結合器１０ａが回路基板に実装される際に、回路基板と対向する実装面である。また、誘電体層１６ａ〜１６ｊの上側の面を表面と呼び、誘電体層１６ａ〜１６ｊの下側の面を裏面と呼ぶ。

外部電極１４ｂ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｃは、積層体１２の左面において、後ろ側から前側へとこの順に並ぶように設けられている。外部電極１４ｂ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｃは、上下方向に延在していると共に、上面及び下面に折り返されている。

外部電極１４ｄ，１４ｇ，１４ｈ，１４ａは、積層体１２の右面において、後ろ側から前側へとこの順に並ぶように設けられている。外部電極１４ｄ，１４ｇ，１４ｈ，１４ａは、上下方向に延在していると共に、上面及び下面に折り返されている。

外部電極１４ｉは、積層体１２の背面において上下方向に延在していると共に、上面及び下面に折り返されている。外部電極１４ｊは、積層体１２の前面において上下方向に延在していると共に、上面及び下面に折り返されている。

主線路Ｍは、積層体１２内に設けられており、主線路部Ｍ１，Ｍ３及び中間線路部Ｍ２を含んでいる。主線路部Ｍ１は、誘電体層１６ｄの表面の前側半分に設けられている線状導体層である。主線路部Ｍ１は、上側から平面視したときに、誘電体層１６ｄの前側半分の中央に位置する始点から誘電体層１６ｄの右前の角近傍に位置する終点に向かって反時計回りに複数周にわたって周回する渦巻状の導体層である。以下では、主線路部Ｍ１の始点を上流端と呼び、主線路部Ｍ１の終点を下流端と呼ぶ。また、主線路部Ｍ１の中心は、主線路部Ｍ１の最外周の外縁の重心であり、主線路部Ｍ１の上流端である。よって、主線路部Ｍ１は、反時計回りに周回しながら中心から遠ざかる渦巻状をなしている。

主線路部Ｍ３は、誘電体層１６ｄの表面の後ろ側半分に設けられている線状導体層である。主線路部Ｍ３は、上側から平面視したときに、誘電体層１６ｄの右後ろの角近傍に位置する始点から誘電体層１６ｄの後ろ側半分の中央に位置する終点に向かって反時計回りに複数周にわたって周回している渦巻状の導体層である。以下では、主線路部Ｍ３の始点を上流端と呼び、主線路部Ｍ３の終点を下流端と呼ぶ。よって、主線路部Ｍ３の中心は、主線路部Ｍ３の最外周の外縁の重心であり、主線路部Ｍ３の下流端である。主線路部Ｍ３は、反時計回りに周回しながら中心に近づく渦巻状をなしている。

以上のような主線路部Ｍ１と主線路部Ｍ３とは、誘電体層１６ｄの中央を通過する直線であって、左右方向に延在する直線に関して線対称な関係にある。

中間線路部Ｍ２は、誘電体層１６ｄの表面に設けられている線状導体層である。中間線路部Ｍ２は、主線路部Ｍ１の下流端と主線路部Ｍ３の上流端とを接続しており、誘電体層１６ｄの右側の長辺に沿って延在している。すなわち、中間線路部Ｍ２は、主線路部Ｍ１と主線路部Ｍ３との間に接続されている。これにより、主線路部Ｍ１と主線路部Ｍ３とは、電気的に直列に接続されている。主線路部Ｍ１，Ｍ３及び中間線路部Ｍ２は、誘電体層１６ｄの表面にＣｕ又はＡｇからなる金属を主成分とする導電性ペーストが塗布されることにより作製されている。

引き出し導体１８ａは、主線路Ｍよりも上側に設けられており、具体的には、誘電体層１６ｃの表面に設けられている直線状の線状導体層である。引き出し導体１８ａの一方の端部は、上側から平面視したときに、主線路部Ｍ１の上流端と重なっている。引き出し導体１８ａの他方の端部は、誘電体層１６ｃの右側の長辺に引き出されており、外部電極１４ａと接続されている。

ビアホール導体ｖ１は、誘電体層１６ｃを上下方向に貫通しており、引き出し導体１８ａの一方の端部と主線路部Ｍ１の上流端とを接続している。

引き出し導体１８ｂは、主線路Ｍよりも上側に設けられており、具体的には、誘電体層１６ｃの表面に設けられている直線状の線状導体層である。引き出し導体１８ｂの一方の端部は、上側から平面視したときに、主線路部Ｍ３の下流端と重なっている。引き出し導体１８ｂの他方の端部は、誘電体層１６ｃの左側の長辺に引き出されており、外部電極１４ｂと接続されている。

ここで、引き出し導体１８ｂは、引き出し導体１８ａと実質的に同じ形状を有している。より詳細には、誘電体層１６ｃの中央を中心として引き出し導体１８ｂを１８０度回転させると、引き出し導体１８ａと一致する。すなわち、引き出し導体１８ａと引き出し導体１８ｂとは、誘電体層１６ｃの中央に関して点対称な関係となっている。

ビアホール導体ｖ２は、誘電体層１６ｃを上下方向に貫通しており、引き出し導体１８ｂの一方の端部と主線路部Ｍ３の下流端とを接続している。これにより、主線路Ｍは、外部電極１４ａ，１４ｂ間に接続されている。ビアホール導体ｖ１，ｖ２は、誘電体層１６ｃに設けられたビアホールに対してＣｕ又はＡｇからなる金属を主成分とする導電性ペーストが充填されることにより作製されている。

副線路Ｓは、積層体１２内に設けられており、副線路部Ｓ１，Ｓ３及び中間線路部Ｓ２を含んでいる。副線路Ｓは、主線路Ｍと同じ形状をなしており、上側から平面視したときに、一致した状態で重なっている。

副線路部Ｓ１は、誘電体層１６ｆの表面の前側半分に設けられている線状導体層である。副線路部Ｓ１は、上側から平面視したときに、誘電体層１６ｆの前側半分の中央に位置する始点から誘電体層１６ｆの右前の角近傍に位置する終点に向かって反時計回りに複数周にわたって周回する渦巻状の導体層である。以下では、副線路部Ｓ１の始点を上流端と呼び、副線路部Ｓ１の終点を下流端と呼ぶ。また、副線路部Ｓ１の中心は、副線路部Ｓ１の最外周の外縁の重心であり、副線路部Ｓ１の上流端である。よって、副線路部Ｓ１は、反時計回りに周回しながら中心から遠ざかる渦巻状をなしている。

副線路部Ｓ３は、誘電体層１６ｆの表面の後ろ側半分に設けられている線状導体層である。副線路部Ｓ３は、上側から平面視したときに、誘電体層１６ｆの右後ろの角近傍に位置する始点から誘電体層１６ｆの後ろ側半分の中央に位置する終点に向かって反時計回りに複数周にわたって周回している渦巻状の導体層である。以下では、副線路部Ｓ３の始点を上流端と呼び、副線路部Ｓ３の終点を下流端と呼ぶ。よって、副線路部Ｓ３の中心は、副線路部Ｓ３の最外周の外縁の重心であり、副線路部Ｓ３の下流端である。副線路部Ｓ３は、反時計回りに周回しながら中心に近づく渦巻状をなしている。

以上のような副線路部Ｓ１と副線路部Ｓ３とは、誘電体層１６ｆの中央を通過する直線であって、左右方向に延在する直線に関して線対称な関係にある。

中間線路部Ｓ２は、誘電体層１６ｆの表面に設けられている線状導体層である。中間線路部Ｓ２は、副線路部Ｓ１の下流端と副線路部Ｓ３の上流端とを接続しており、誘電体層１６ｆの右側の長辺に沿って延在している。すなわち、中間線路部Ｓ２は、副線路部Ｓ１と副線路部Ｓ３との間に接続されている。これにより、副線路部Ｓ１と副線路部Ｓ３とは、電気的に直列に接続されている。副線路部Ｓ１，Ｓ３及び中間線路部Ｓ２は、誘電体層１６ｆの表面にＣｕ又はＡｇからなる金属を主成分とする導電性ペーストが塗布されることにより作製されている。

引き出し導体２０ａは、副線路Ｓよりも下側に設けられており、具体的には、誘電体層１６ｇの表面に設けられている直線状の線状導体層である。引き出し導体２０ａの一方の端部は、上側から平面視したときに、副線路部Ｓ１の上流端と重なっている。引き出し導体２０ａの他方の端部は、誘電体層１６ｇの左側の長辺に引き出されており、外部電極１４ｃと接続されている。また、引き出し導体２０ａは、引き出し導体１８ａと同じ長さを有している。

ビアホール導体ｖ３は、誘電体層１６ｆを上下方向に貫通しており、引き出し導体２０ａの一方の端部と副線路部Ｓ１の上流端とを接続している。

引き出し導体２０ｂは、副線路Ｓよりも下側に設けられており、具体的には、誘電体層１６ｇの表面に設けられている直線状の線状導体層である。引き出し導体２０ｂの一方の端部は、上側から平面視したときに、副線路部Ｓ３の下流端と重なっている。引き出し導体２０ｂの他方の端部は、誘電体層１６ｇの右側の長辺に引き出されており、外部電極１４ｄと接続されている。また、引き出し導体２０ｂは、引き出し導体１８ｂと同じ長さを有している。

ここで、引き出し導体２０ｂは、引き出し導体２０ａと同じ形状を有している。より詳細には、誘電体層１６ｇの中央を中心として引き出し導体２０ｂを１８０度回転させると、引き出し導体２０ａと一致する。すなわち、引き出し導体２０ａと引き出し導体２０ｂとは、誘電体層１６ｇの中央に関して点対称な関係となっている。引き出し導体１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂは、誘電体層１６ｃ，１６ｇの表面にＣｕ又はＡｇからなる金属を主成分とする導電性ペーストが塗布されることにより作製されている。

ビアホール導体ｖ４は、誘電体層１６ｆを上下方向に貫通しており、引き出し導体２０ｂの一方の端部と副線路部Ｓ３の下流端とを接続している。これにより、副線路Ｓは、外部電極１４ｃ，１４ｄ間に接続されている。ビアホール導体ｖ３，ｖ４は、誘電体層１６ｆに設けられたビアホールに対してＣｕ又はＡｇからなる金属を主成分とする導電性ペーストが充填されることにより作製されている。

リング導体Ｒ１は、誘電体層１６ｅの表面の前側半分に設けられており、上側から平面視したときに、長方形状の環状をなしている。そして、リング導体Ｒ１は、主線路部Ｍ１が発生する磁束φ１がリング導体Ｒ１に囲まれた領域を通過するように配置されている。本実施形態では、リング導体Ｒ１は、主線路部Ｍ１の中心及び副線路部Ｓ１の中心がリング導体Ｒ１に囲まれた領域内に位置するように、配置されている。そして、リング導体Ｒ１の中央は、上側から平面視したときに、主線路部Ｍ１の中心及び副線路部Ｓ１の中心と一致している。更に、リング導体Ｒ１は、上下方向において、主線路部Ｍ１と副線路部Ｓ１との間に設けられている。

リング導体Ｒ２は、誘電体層１６ｅの表面の後ろ側半分に設けられており、上側から平面視したときに、長方形状の環状をなしている。そして、リング導体Ｒ２は、主線路部Ｍ３が発生する磁束φ３がリング導体Ｒ２に囲まれた領域を通過するように配置されている。本実施形態では、リング導体Ｒ２は、主線路部Ｍ３の中心及び副線路部Ｓ３の中心がリング導体Ｒ２に囲まれた領域内に位置するように、配置されている。そして、リング導体Ｒ３の中央は、上側から平面視したときに、主線路部Ｍ３の中心及び副線路部Ｓ３の中心と一致している。更に、リング導体Ｒ２は、上下方向において、主線路部Ｍ３と副線路部Ｓ３との間に設けられている。

グランド導体２２は、積層体１２に設けられ、主線路Ｍ、副線路Ｓ及び引き出し導体１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂよりも上側に設けられている。より詳細には、グランド導体２２は、誘電体層１６ｂの表面の略全面を覆うように設けられており、長方形状をなしている。また、グランド導体２２は、誘電体層１６ｂの各辺に引き出されており、外部電極１４ｅ〜１４ｊと接続されている。

グランド導体２４は、積層体１２に設けられ、主線路Ｍ、副線路Ｓ、リング導体Ｒ１，Ｒ２及び引き出し導体１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂよりも下側に設けられている。より詳細には、グランド導体２４は、誘電体層１６ｈの表面の略全面を覆うように設けられており、長方形状をなしている。また、グランド導体２４は、誘電体層１６ｈの各辺に引き出されており、外部電極１４ｅ〜１４ｊと接続されている。グランド導体２２，２４は、誘電体層１６ｂ，１６ｈの表面にＣｕ又はＡｇからなる金属を主成分とする導電性ペーストが塗布されることにより作製されている。

コンデンサ導体２６ａ〜２６ｄは、積層体１２に設けられ、グランド導体２４よりも下側に設けられている。より詳細には、コンデンサ導体２６ａ〜２６ｄは、誘電体層１６ｉの表面に設けられている矩形状の導体層である。コンデンサ導体２６ａは、誘電体層１６ｉの右側の長辺に引き出されており、外部電極１４ａと接続されている。また、コンデンサ導体２６ａは、誘電体層１６ｈを介してグランド導体２４と対向することにより、コンデンサＣ１を形成している。これにより、コンデンサＣ１は、外部電極１４ａ，１４ｅ〜１４ｊ間に接続されている。

コンデンサ導体２６ｂは、誘電体層１６ｉの左側の長辺に引き出されており、外部電極１４ｂと接続されている。また、コンデンサ導体２６ｂは、誘電体層１６ｈを介してグランド導体２４と対向することにより、コンデンサＣ２を形成している。これにより、コンデンサＣ２は、外部電極１４ｂ，１４ｅ〜１４ｊ間に接続されている。

コンデンサ導体２６ｃは、誘電体層１６ｉの左側の長辺に引き出されており、外部電極１４ｃと接続されている。また、コンデンサ導体２６ｃは、誘電体層１６ｈを介してグランド導体２４と対向することにより、コンデンサＣ３を形成している。これにより、コンデンサＣ３は、外部電極１４ｃ，１４ｅ〜１４ｊ間に接続されている。

コンデンサ導体２６ｄは、誘電体層１６ｉの右側の長辺に引き出されており、外部電極１４ｄと接続されている。また、コンデンサ導体２６ｄは、誘電体層１６ｈを介してグランド導体２４と対向することにより、コンデンサＣ４を形成している。これにより、コンデンサＣ４は、外部電極１４ｄ，１４ｅ〜１４ｊ間に接続されている。コンデンサ導体２６ａ〜２６ｄは、誘電体層１６ｊの表面にＣｕ又はＡｇを主成分とする導電性ペーストが塗布されることにより作製されている。

（効果）
以上のように構成された方向性結合器１０ａによれば、低背化を図りつつ、主線路Ｍと副線路Ｓとの結合度を低下させることができる。より詳細には、方向性結合器１０ａは、リング導体Ｒ１を備えている。リング導体Ｒ１は、主線路部Ｍ１に電流が流れた際に主線路部Ｍ１が発生する磁束φ１によって、副線路部Ｓ１を通過する磁束φ２を電磁誘導により発生する無給電素子である。具体的には、リング導体Ｒ１は、上側から平面視したときに、環状をなしている。そして、主線路Ｍの中心は、上側から平面視したときに、リング導体Ｒ１に囲まれた領域内に位置している。これにより、例えば、主線路Ｍが下向きの磁束φ１を増加させると、リング導体Ｒ１は上向きの磁束φ２を増加させる。その結果、磁束φ１の一部が磁束φ２により打ち消されて、副線路部Ｓ１を通過する磁束φ１が少なくなる。よって、主線路部Ｍ１と副線路部Ｓ１との結合度が低下する。なお、主線路部Ｍ３と副線路部Ｓ３との結合度についても、主線路部Ｍ１と副線路部Ｓ１との結合度と同じことが言える。以上のように、方向性結合器１０ａでは、主線路Ｍと副線路Ｓとの上下方向の距離を大きくするのではなく、リング導体Ｒ１，Ｒ２を設けることにより、主線路Ｍと副線路Ｓとの結合度を低下させている。よって、方向性結合器１０ａによれば、低背化を図りつつ、主線路Ｍと副線路Ｓとの結合度を低下させることができる。

本願発明者は、方向性結合器１０ａが奏する効果をより明確にするために、以下に説明するコンピュータシミュレーションを行った。本願発明者は、方向性結合器１０ａからリング導体Ｒ１，Ｒ２を取り除いた方向性結合器を第１のモデルとして作成し、方向性結合器１０ａを第２のモデルとして作成した。そして、第１のモデル及び第２のモデルの通過特性及びカップリング特性をコンピュータに演算させた。通過特性とは、外部電極１４ａ（入力ポート）から入力した高周波信号の電力に対する外部電極１４ｂ（出力ポート）から出力した高周波信号の電力の比の値である。カップリング特性とは、外部電極１４ｂ（出力ポート）から出力した高周波信号の電力に対する外部電極１４ｃ（カップリングポート）から出力した高周波信号の電力の比の値である。

図４Ａは、第１のモデルのシミュレーション結果を示したグラフである。図４Ｂは、第２のモデルのシミュレーション結果を示したグラフである。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、縦軸は減衰量を示し、横軸は周波数を示す。

図４Ａと図４Ｂとを比較すると、第２のモデルにおける通過特性の減衰量が、第１のモデルにおける通過特性の減衰量よりも小さくなっていることが分かる。これは、主線路Ｍと副線路Ｓとの結合度が低下したために、挿入損失が小さくなったためである。

また、図４Ａと図４Ｂとを比較すると、第２のモデルにおけるカップリング特性の減衰量が、第１のモデルにおけるカップリング特性の減衰量よりも大きくなっていることが分かる。これは、主線路Ｍと副線路Ｓとの結合度が低下したために、外部電極１４ｂから出力した高周波信号の電力が小さくなったためである。以上のコンピュータシミュレーションより、リング導体Ｒ１，Ｒ２が設けられることにより、主線路Ｍと副線路Ｓとの結合度が低下することが分かる。

また、主線路Ｍは、上側から平面視したときに、同じ形状を有し、かつ、副線路Ｓと一致した状態で重なっている。これにより、主線路Ｍの構造と副線路Ｓの構造とを近づけることができる。その結果、主線路Ｍの特性インピーダンス等の電気的特性と副線路Ｓの特性インピーダンス等の電気的特性とを近づけることができる。よって、外部電極１４ｂから出力される信号の位相と外部電極１４ｃから出力される信号の位相との差が小さくなる。すなわち、方向性結合器１０ａの位相差特性が向上する。

また、引き出し導体１８ａと引き出し導体２０ａとは同じ長さを有しているので、これらの抵抗値と位相変化が略等しくなる。よって、外部電極１４ａ，１４ｂ間の特性インピーダンス等の電気的特性と外部電極１４ｃ，１４ｄ間の特性インピーダンス等の電気的特性とが近づくようになる。更に、方向性結合器１０ａの位相差特性が向上する。また、引き出し導体１８ｂと引き出し導体２０ｂとに関しても同様のことが言える。

また、引き出し導体１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂが直線状をなしているので、最短で外部電極と接続することができるため、これらの引き出し導体が持つ抵抗値を小さくでき、不要な磁気結合、容量結合を低減できる。よって、方向性結合器１０ａの挿入損失が低減される。

また、方向性結合器１０ａでは、外部電極１４ａと外部電極１４ｅ〜１４ｊとの間にコンデンサＣ１が設けられ、外部電極１４ｂと外部電極１４ｅ〜１４ｊとの間にコンデンサＣ２が設けられ、外部電極１４ｃと外部電極１４ｅ〜１４ｊとの間にコンデンサＣ３が設けられ、外部電極１４ｄと外部電極１４ｅ〜１４ｊとの間にコンデンサＣ４が設けられている。これにより、コンデンサＣ１〜Ｃ４の容量値を調整することによって、外部電極１４ａ，１４ｂ間の特性インピーダンス及び外部電極１４ｃ，１４ｄ間の特性インピーダンスを調整することが可能となる。よって、これらの特性インピーダンスを近づけることによって、方向性結合器１０ａの位相差特性を向上させることができる。

また、グランド導体２２は、主線路Ｍ、副線路Ｓ及び引き出し導体１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂよりも上側に設けられている。これにより、方向性結合器１０ａに上側から入力されるノイズが、グランド導体２２によりシールドされるようになる。その結果、主線路Ｍ、副線路Ｓ及び引き出し導体１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂにノイズが入力されることが抑制される。

また、グランド導体２４は、主線路Ｍ、副線路Ｓ及び引き出し導体１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂよりも下側に設けられている。これにより、方向性結合器１０ａに下側から入力されるノイズが、グランド導体２４によりシールドされるようになる。その結果、主線路Ｍ、副線路Ｓ及び引き出し導体１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂにノイズが入力することが抑制される。

また、グランド導体２４は、主線路Ｍ、副線路Ｓ及び引き出し導体１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂとコンデンサ導体２６ａ〜２６ｄとの間に設けられている。これにより、主線路Ｍ、副線路Ｓ及び引き出し導体１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂとコンデンサ導体２６ａ〜２６ｄとの間に不要な容量が形成されることが抑制される。

（第２の実施形態）
以下に、第２の実施形態に係る方向性結合器１０ｂについて図面を参照しながら説明する。図５は、第２の実施形態に係る方向性結合器１０ｂの等価回路図である。図６は、第２の実施形態に係る方向性結合器１０ｂの積層体１２の分解斜視図である。なお、方向性結合器１０ｂの外観斜視図については、図２を援用する。

方向性結合器１０ｂは、図５及び図６に示すように、リング導体Ｒ１，Ｒ２が設けられている位置において方向性結合器１０ａと相違する。より詳細には、方向性結合器１０ｂでは、リング導体Ｒ１，Ｒ２は、上下方向において、副線路部Ｓ１，Ｓ３及び中間線路部Ｓ２から見て主線路部Ｍ１，Ｍ３及び中間線路部Ｍ２の反対側に設けられている。よって、上下方向において、主線路部Ｍ１、副線路部Ｓ１及びリング導体Ｒ１がこの順に並ぶように配置されており、主線路部Ｍ３、副線路部Ｓ３及びリング導体Ｒ３がこの順に並ぶように配置されている。すなわち、リング導体Ｒ１，Ｒ２は、副線路部Ｓ１，Ｓ３及び中間線路部Ｓ２に対して下側に設けられている。本実施形態では、副線路部Ｓ１，Ｓ３及び中間線路部Ｓ２は、誘電体層１６ｅの表面上に設けられており、リング導体Ｒ１，Ｒ２は、誘電体層１６ｆの表面上に設けられている。

以上のように構成された方向性結合器１０ｂによれば、方向性結合器１０ａと同じ作用効果を奏することができる。ただし、方向性結合器１０ｂのリング導体Ｒ１，Ｒ２は、方向性結合器１０ａのリング導体Ｒ１，Ｒ２よりも主線路Ｍから離れた位置に設けられている。したがって、方向性結合器１０ｂのリング導体Ｒ１，Ｒ２が発生する磁束φ２，φ４は、方向性結合器１０ａのリング導体Ｒ１，Ｒ２が発生する磁束φ２，φ４よりも少ない。よって、方向性結合器１０ｂでは、方向性結合器１０ａよりも、磁束φ１，φ３の変動が、磁束φ２，φ４により妨げられにくい。これにより、方向性結合器１０ｂにおける主線路Ｍと副線路Ｓとの結合度は、方向性結合器１０ａにおける主線路Ｍと副線路Ｓとの結合度よりも高くなる。そこで、必要な結合度に応じて、方向性結合器１０ａ又は方向性結合器１０ｂのいずれかを選択すればよい。

（第３の実施形態）
以下に、第３の実施形態に係る方向性結合器１０ｃについて図面を参照しながら説明する。図７は、第３の実施形態に係る方向性結合器１０ｃの積層体１２の分解斜視図である。なお、方向性結合器１０ｃの回路構成は、方向性結合器１０ａの回路構成と同じであるので説明を省略する。

方向性結合器１０ｃは、グランド導体２８及びビアホール導体ｖ１０〜ｖ１３を更に備えている点において方向性結合器１０ａと相違する。以下に、かかる相違点を中心に方向性結合器１０ｃについて説明する。

グランド導体２８は、積層体１２の下面の中央、すなわち、誘電体層１６ｊの裏面の中央に設けられている。グランド導体２８は、十字型をなしており、具体的には、グランド導体２８は、誘電体層１６ｊの中央を通過する前後方向に延びる帯状の導体層及び左右方向に延びる帯状の導体層により構成されている。また、グランド導体２８は、誘電体層１６ｊの前後方向の短辺及び左右方向の長辺に引き出されているので、外部電極１４ｅ〜１４ｊと接続されている。ただし、グランド導体２８は、外部電極１４ａ〜１４ｄにおいて下面に折り返された部分とは接触していない。

ビアホール導体ｖ１０〜ｖ１３はそれぞれ、誘電体層１６ｈ〜１６ｊを上下方向に貫通しており、グランド導体２４とグランド導体２８とを接続している。

以上のように構成された方向性結合器１０ｃによれば、方向性結合器１０ａと同じ作用効果を奏することができる。

また、方向性結合器１０ｃによれば、高い放熱性を得ることができる。より詳細には、方向性結合器１０ｃが回路基板に実装されると、グランド導体２８が回路基板に接触する。グランド導体２８は、金属により作製されているので、誘電体セラミックにより作製されている誘電体層１６ｊよりも高い熱伝導率を有している。そのため、方向性結合器１０ｃで発生した熱がグランド導体２８を介して回路基板へと効率よく伝わるようになる。その結果、方向性結合器１０ｃの放熱性が向上する。

また、グランド導体２４とグランド導体２８とがビアホール導体ｖ１０〜ｖ１３により接続されるので、グランド導体２４が安定して接地電位に保たれるようになる。

（第４の実施形態）
以下に、第４の実施形態に係る方向性結合器１０ｄについて図面を参照しながら説明する。図８は、第４の実施形態に係る方向性結合器１０ｄの積層体１２の分解斜視図である。なお、方向性結合器１０ｄの回路構成は、方向性結合器１０ａの回路構成と同じであるので説明を省略する。また、方向性結合器１０ｄの外観斜視図については、図２を援用する。

方向性結合器１０ｄは、中間線路部Ｍ２が上下方向において主線路部Ｍ１，Ｍ３とは異なる位置に設けられ、中間線路部Ｓ２が上下方向において副線路部Ｓ１，Ｓ３とは異なる位置に設けられている点において、方向性結合器１０ａと相違する。より詳細には、主線路部Ｍ１，Ｍ３は、誘電体層１６ｄの表面上に設けられており、中間線路部Ｍ２は、誘電体層１６ｅの表面上に設けられている。また、副線路部Ｓ１，Ｓ３は、誘電体層１６ｇの表面上に設けられており、中間線路部Ｓ２は、誘電体層１６ｆの表面上に設けられている。

ビアホール導体ｖ５は、誘電体層１６ｄを上下方向に貫通しており、主線路部Ｍ１の下流端と中間線路部Ｍ２の前側の端部とを接続している。ビアホール導体ｖ６は、誘電体層１６ｄを上下方向に貫通しており、主線路部Ｍ３の上流端と中間線路部Ｍ２の後ろ側の端部とを接続している。

ビアホール導体ｖ７は、誘電体層１６ｆを上下方向に貫通しており、副線路部Ｓ１の下流端と中間線路部Ｓ２の前側の端部とを接続している。ビアホール導体ｖ８は、誘電体層１６ｆを上下方向に貫通しており、副線路部Ｓ３の上流端と中間線路部Ｓ２の後ろ側の端部とを接続している。

リング導体Ｒ１，Ｒ２は、誘電体層１６ｅの表面上に設けられている。

以上のように構成された方向性結合器１０ｄによれば、方向性結合器１０ａと同じ作用効果を奏することができる。

（第５の実施形態）
以下に、第５の実施形態に係る方向性結合器１０ｅについて図面を参照しながら説明する。図９は、第５の実施形態に係る方向性結合器１０ｅの積層体１２の分解斜視図である。なお、方向性結合器１０ｅの回路構成は、方向性結合器１０ａの回路構成と同じであるので説明を省略する。また、方向性結合器１０ｅの外観斜視図については、図２を援用する。

方向性結合器１０ｅは、主線路部Ｍ１及び副線路部Ｓ１の周回方向において、方向性結合器１０ａと相違する。より詳細には、方向性結合器１０ａでは、主線路部Ｍ１及び副線路部Ｓ１は、反時計回りに周回しながら中心から遠ざかる渦巻状をなしていたのに対して、方向性結合器１０ｅでは、主線路部Ｍ１及び副線路部Ｓ１は、時計回りに周回しながら中心から遠ざかる渦巻状をなしている。

以上のように構成された方向性結合器１０ｅによれば、方向性結合器１０ａと同じ作用効果を奏することができる。

（その他の実施形態）
本発明に係る方向性結合器は、前記実施形態に係る方向性結合器１０ａ〜１０ｅに限らず、その要旨の範囲内において変更可能である。

なお、方向性結合器１０ａ〜１０ｅの構成を組み合わせてもよい。

なお、方向性結合器１０ｄにおいて、中間線路部Ｍ２及び中間線路部Ｓ２は、上下方向に同じ位置に設けられていてもよい。すなわち、中間線路部Ｍ２及び中間線路部Ｓ２は、同じ誘電体層上に設けられていてもよい。この場合、方向性結合器１０ｄのように、上側から平面視したときに、中間線路部Ｍ２と中間線路部Ｓ２とは、重なっているのではなく、ずれている必要がある。

なお、方向性結合器１０ａ〜１０ｅにおいて、リング導体Ｒ１，Ｒ２は、上下方向において、主線路部Ｍ１，Ｍ３及び中間線路部Ｍ２から見て副線路部Ｓ１，Ｓ３及び中間線路部Ｓ２の反対側に設けられていてもよい。すなわち、リング導体Ｒ１，Ｒ２は、主線路部Ｍ１，Ｍ３及び中間線路部Ｍ２に対して上側に設けられていてもよい。

なお、方向性結合器１０ｄにおいて、中間線路部Ｍ２又は中間線路部Ｓ２の絶縁体層における前後方向及び／又は左右方向の位置を変更することによって、中間線路部Ｍ２と中間線路部Ｓ２との間隔を調整して、主線路Ｍと副線路Ｓとの結合度を微調整してもよい。

また、方向性結合器１０ａ〜１０ｅにおいて、中間線路部Ｍ２の線幅と中間線路部Ｓ２の線幅とが異なっていてもよい。同様に、主線路部Ｍ１の線幅と副線路部Ｓ１の線幅とが異なっていてもよいし、主線路部Ｍ３の線幅と副線路部Ｓ３の線幅とが異なっていてもよい。このように、主線路部Ｍ１，Ｍ３、中間線路部Ｍ２、副線路部Ｓ１，Ｓ３及び中間線路部Ｓ２の線幅を調整することにより、主線路Ｍの特性インピーダンス及び副線路Ｓの特性インピーダンスを調整できる。

なお、方向性結合器１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅにおいて、外部電極１４ａ〜１４ｄが下面に折り返されている部分（以下、折り返し部１５ａ〜１５ｄ（図３参照））はそれぞれ、上側から平面視したときに、コンデンサ導体２６ａ〜２６ｄよりも小さく、かつ、コンデンサ導体２６ａ〜２６ｄに収まっている（すなわち、はみ出していない）ことが好ましい。これにより、折り返し部１５ａ〜１５ｄとグランド導体２４との間に不要な容量が形成されることが抑制される。

なお、方向性結合器１０ａ〜１０ｅにおいて、主線路部Ｍ１又は主線路部Ｍ３が設けられていなくてもよい。この場合には、中間線路部Ｍ２が引き出し導体１８ａ又は引き出し導体１８ｂに接続される。同様に、副線路部Ｓ１又は副線路部Ｓ３が設けられていなくてもよい。この場合には、中間線路部Ｓ２が引き出し導体２０ａ又は引き出し導体２０ｂに接続される。

なお、主線路部Ｍ１と主線路部Ｍ３とは、異なる誘電体層に設けられていてもよい。

また、副線路部Ｓ１と副線路部Ｓ３とは、異なる誘電体層に設けられていてもよい。

また、主線路部Ｍ１の形状と副線路部Ｓ１の形状とは異なっていてもよいし、中間線路部Ｍ２の形状と中間線路部Ｓ２の形状とは異なっていてもよいし、主線路部Ｍ３の形状と副線路部Ｓ３の形状とは異なっていてもよい。

以上のように、本発明は、方向性結合器に有用であり、特に、低背化を図りつつ、主線路と副線路との結合度を低下させることができる点において優れている。

１０ａ〜１０ｅ：方向性結合器
１２：積層体
１４ａ〜１４ｊ：外部電極
１６ａ〜１６ｊ：誘電体層
Ｍ：主線路
Ｍ１，Ｍ３：主線路部
Ｍ２，Ｓ２：中間線路部
Ｒ１，Ｒ２：リング導体
Ｓ：副線路
Ｓ１，Ｓ３：副線路部

Claims (10)

1. 第１の主線路部を含む主線路と、
   前記第１の主線路部と電磁気的に結合している第１の副線路部を含む副線路と、
   前記第１の主線路部に電流が流れた際に該第１の主線路部が発生させる第１の磁束を受け、前記第１の副線路部を通過する第２の磁束を電磁誘導により発生させる第１の無給電素子と、
   を備えていること、
   を特徴とする方向性結合器。
2. 前記第１の無給電素子は、所定方向から平面視したときに、環状をなしており、前記第１の磁束が該第１の無給電素子に囲まれた領域を通過するように配置されていること、
   を特徴とする請求項１に記載の方向性結合器。
3. 前記第１の主線路部は、前記所定方向から平面視したときに、渦巻状をなしており、
   前記第１の副線路部は、前記所定方向から平面視したときに、渦巻状をなしており、
   前記第１の主線路部及び前記第１の副線路部の中心は、前記所定方向から平面視したときに、前記第１の無給電素子に囲まれた領域内に位置していること、
   を特徴とする請求項２に記載の方向性結合器。
4. 前記第１の無給電素子は、前記所定方向において、前記第１の主線路部と前記第１の副線路部との間に設けられていること、
   を特徴とする請求項３に記載の方向性結合器。
5. 前記所定方向において、前記第１の主線路部、前記第１の副線路部及び当該第１の無給電素子が、この順に並ぶように配置されていること
   を特徴とする請求項３に記載の方向性結合器。
6. 前記所定方向において、前記第１の副線路部、前記第１の主線路部及び前記第１の無給電素子が、この順に並ぶように配置されていること
   を特徴とする請求項３に記載の方向性結合器。
7. 前記主線路は、前記第１の主線路部に対して電気的に直列に接続され、かつ、前記所定方向から平面視したときに、渦巻状をなす第２の主線路部を更に含んでおり、
   前記副線路は、前記第１の副線路部に対して電気的に直列に接続され、かつ、前記所定方向から平面視したときに、渦巻状をなす第２の副線路部を更に含んでおり、
   前記第２の主線路部と前記第２の副線路部とは、電磁気的に結合しており、
   前記方向性結合器は、
   前記所定方向から平面視したときに、環状をなす第２の無給電素子であって、前記第２の主線路部に電流が流れた際に該第２の主線路部が発生する第３の磁束によって、前記第２の副線路部を通過する第４の磁束を電磁誘導により発生する第２の無給電素子を、
   更に備えており、
   前記第２の主線路部及び前記第２の副線路部の中心は、前記所定方向から平面視したときに、前記第２の無給電素子に囲まれた領域内に位置していること、
   を特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の方向性結合器。
8. 前記第２の無給電素子は、前記所定方向において、前記第２の主線路部と前記第２の副線路部との間に設けられていること、
   を特徴とする請求項７に記載の方向性結合器。
9. 前記主線路は、前記第１の主線路部と前記第２の主線路部との間に接続されている第１の中間線路部を更に含んでおり、
   前記第１の中間線路部は、前記所定方向において、前記第１の主線路部及び前記第２の主線路部と異なる位置に設けられていること、
   を特徴とする請求項７又は請求項８のいずれかに記載の方向性結合器。
10. 前記副線路は、前記第１の副線路部と前記第２の副線路部との間に接続されている第２の中間線路部を更に含んでおり、
    前記第２の中間線路部は、前記所定方向において、前記第１の副線路部及び前記第２の副線路部と異なる位置に設けられており、
    前記第１の中間線路部と前記第２の中間線路部とは、前記所定方向において、同じ位置に設けられていること、
    を特徴とする請求項９に記載の方向性結合器。

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