JP4356628B2

JP4356628B2 - 方向性結合器

Info

Publication number: JP4356628B2
Application number: JP2005049907A
Authority: JP
Inventors: 雅文酒井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: JP2006238063A

Description

本発明は、方向性結合器に関し、特に電力のモニタ等に用いられる方向性結合器に関する。

図４は従来の分布結合型方向性結合器の一例の構成図である。一般に電力等をモニタするために同図に示すような分布結合型方向性結合器が用いられている。同図を参照すると、従来の分布結合型方向性結合器３００は、誘電体基板５上に設けられた主線路３０ｂと、副線路４０ｂとを含んで構成される。主線路３０ｂと副線路４０ｂとは間隔Ｓをあけて平行に線路長Ｌ２だけ延びている。

さらに、主線路３０ｂの一端に入力ポート３０ａが、他端に出力ポート３０ｃがそれぞれ接続されている。また、副線路４０ｂの一端から副線路４０ｂに対して垂直下方向にアイソレーションポート４０ｃが延びており、終端抵抗Ｒ１を介してＧＮＤ（グラウンド：接地）に接続され、他端から副線路４０ｂに対して垂直下方向に結合ポート４０ａが接続されている。この結合ポート４０ａはモニタ出力の出力端となる。このように構成された方向性結合器３００において入力ポート３０ａに信号が入力されると、間隔Ｓにて平行に近接した主線路３０ｂと副線路４０ｂとが電磁界結合されることにより結合ポート４０ａは出力ポート３０ｃと異なった位相の信号を出力し、アイソレーションポート４０ｃには信号が出力しないという方向性を持ち、電力モニタとして利用されている。

一方、この種の方向性結合器の他の一例として、主線路および副線路に高インピーダンス線路を設けたものが知られている。これにより、偶モードの位相速度にはあまり影響を与えることなく、奇モードの位相速度を減少させて、特性劣化を改善することができるというものである（例えば、特許文献１参照）。

また、結合領域によって隔てられた平行な一対の主導体の、結合領域から遠い方の縁に、同じ形で一様な間隔で複数個の歯を取り付けたものが知られている。これにより、所要の実効的なまたは等価な偶および奇モードの特性インピーダンスを持たせるとともに、特定の周波数範囲での位相速度の差を補償することができるというものである（例えば、特許文献２参照）。

また、平行に配置された２つのストリップ導体のうち主線路の結合部の幅を結合部の全長にわたり狭くしたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。しかし、これは従来技術として述べられたものであり、この主線路の結合部の幅を狭くしたことの効果は述べられていない。また、本発明では副線路の主線路と対向する側の一部に切り欠きを設け、副線路の幅を狭くしたものであり、構成がこの公知技術と全く相違する。

また、対向するマイクロストリップ線路の各々のポート部に線路幅が可変されるよう切り欠きを設け、これをインピーダンス整合部としたものが知られている。これにより、比較的高い周波数帯域で使用しても方向性およびアイソレーション特性が良好に確保されるというものである。これに対し、本発明は副線路のみに同様のインピーダンス整合部を設けたものであり、この公知技術と構成、作用、効果のいずれもが全く相違する（例えば、特許文献４参照）。

再特表ＷＯ０１／０９５４２６号公報（第２６頁第１５行〜２９行、第１９図）特開昭５８−７５３０２号公報（第９頁左下欄第８行〜１６行、右下欄第３行〜６行、第５図）特開昭６１−１８４９０１号公報（第１頁右下欄第１６行〜２０行、第４図）特開平７−２２６６０９号公報（第３頁段落００２０、００２２および第１図）

しかし、前述の特許文献１〜４および図４に示す従来型の方向性結合器で結合部の長さを１／４波長以下に小型化させるためには結合度が小さく、良好な方向比を実現するために必要な高いアイソレーションを得ることが困難であった。

そこで本発明の目的は、小型で高いアイソレーションが得られ、良好な方向性と優れた反射特性を有し、誘電体基板の片面に伝送線路を設けることにより、構造の簡略化が可能な方向性結合器を提供することにある。

前記課題を解決するために本発明による方向性結合器は、主線路と副線路とが所定間隔をあけて平行に結合部を形成する方向性結合器であって、前記結合部は１／４波長未満の線路長を有し、前記副線路を第１線路と、前記第１線路と線路幅の異なる第２線路とから構成したことを特徴とする。

本発明によれば、前記副線路を第１線路と、前記第１線路と線路幅の異なる第２線路とから構成することにより、電界結合による電力を小さくし、磁界結合による電力と相殺させることにより、アイソレーションポートへ流れ込む電力を抑え、高いアイソレーションを得ることができる。

本発明によれば、小型で高いアイソレーションが得られ、良好な方向性と反射特性に優れた方向性結合器を得ることが可能となる。その理由は、副線路の結合部を一定の線路幅ではなく異なる線路幅の線路を設けることにより、電界結合による電力を小さくし、磁界結合による電力と相殺させることにより、アイソレーションポートへ流れ込む電力を抑え、高いアイソレーションを得ることができるためである。また、副線路に線路幅の異なる線路を設けることによる反射電力は副線路と結合ポート、アイソレーションポートとをインピーダンス整合器を介して接続することにより改善することができるためである。また、結合線路の線路長Ｌ１を１／４波長未満とすること、および誘電体基板の片面に伝送線路を設けることが可能となるため、省スペ−ス、構造の簡略化および工数の削減が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る方向性結合器の最良の実施の形態の構成図である。同図を参照すると、本発明に係る方向性結合器１００は、誘電体基板５の一方の面に設けられた主線路１０ｂと、副線路２ｂとを含んで構成される。主線路１０ｂと副線路２ｂとは間隔Ｓをあけて平行に結合部を形成し、線路長Ｌ１だけ延びている。また、誘電体基板５の他方の面にはＧＮＤ（グラウンド：接地）が設けられ、全体としてマイクロストリップラインを構成している。なお、結合部の線路長Ｌ１は任意の長さで、１／４波長未満とすることも可能である。

さらに、主線路１０ｂの一端に入力ポート１０ａが、他端に出力ポート１０ｃがそれぞれ接続されている。

また、副線路２ｂの線路幅は一定ではなく、線路幅Ｗ１の線路２０ｂ、２２ｂと、線路２０ｂ、２２ｂとは異なる線路幅Ｗ２の線路２１ｂとから構成されている。

また、副線路２ｂの一端から副線路２ｂに対して垂直下方向にインピーダンス整合器２０ｂｃが延びており、そのインピーダンス整合器２０ｂｃにアイソレーションポート２０ｃが接続され、アイソレーションポート２０ｃは終端抵抗Ｒ１を介してＧＮＤに接続されている。

また、副線路２ｂの他端から副線路２ｂに対して垂直下方向にインピーダンス整合器２０ａｂが延びており、そのインピーダンス整合器２０ａｂに結合ポート２０ａが接続されている。この結合ポート２０ａはモニタ出力の出力端となる。

また、インピーダンス整合器２０ｂｃとアイソレーションポート２０ｃの線路幅は異なり、インピーダンス整合器２０ｂｃの線路幅がＷ３であるのに対し、アイソレーションポート２０ｃの線路幅はＷ４である。同様に、インピーダンス整合器２０ａｂと結合ポート２０ａの線路幅は異なり、インピーダンス整合器２０ａｂの線路幅がＷ５であるのに対し、結合ポート２０ａの線路幅はＷ６である。

なお、図１には、線路２０ｂ、２２ｂの線路幅Ｗ１が線路２１ｂの線路幅Ｗ２よりも広い場合を示しているが、その逆も可能である。同様に、同図には、インピーダンス整合器２０ｂｃ、２０ａｂの線路幅Ｗ３、Ｗ５がアイソレーションポート２０ｃ、結合ポート２０ａの線路幅Ｗ４、Ｗ６よりも狭い場合を示しているが、その逆も可能である。

次に、本発明に係る方向性結合器１００の動作について説明する。方向性結合器１００の入力ポート１０ａより信号が入力されると、電界結合および磁界結合により出力ポート１０ｃおよび結合ポート２０ａに信号が出力される。その結合度は主線路１０ｂと副線路２ｂとの間隔Ｓにより決まるが、その間隔Ｓが入力信号の波長の４分の１以下の場合の結合度は小さくなるため、方向性をよくするためには高いアイソレーションが必要となる。

そこで、副線路２ｂに線路幅の異なる線路２１ｂを設けることにより電界結合による電力を小さくし、磁界結合による電力と相殺させることによりアイソレーションポート２０ｃへ流れ込む電力を抑え高いアイソレーションを得ている。

また、副線路２ｂに線路幅の異なる線路２１ｂを設けることによる反射電力は、副線路２ｂと結合ポート２０ａ、アイソレーションポート２０ｃとをそれぞれインピーダンス整合器２０ａｂ、２０ｂｃを介して接続することにより改善させている。

図１に示す方向性結合器において、一例として比誘電率３．５、基板厚０．８ｍｍの誘電体基板５を用い、４７０ＭＨｚ〜８６０ＭＨｚの周波数帯域で所望の結合度を３０〜３５ｄＢとし、結合部の長さＬ１を１５．６ｍｍ、主線路１０ｂと副線路２ｂの間隔Ｓを１．０ｍｍに設定した。

図２は図１の実施例における通過特性（結合度およびアイソレーション）の一例を示すグラフである。曲線Ｃ１は従来の方向性結合器の結合度、曲線Ｃ２は本発明に係る方向性結合器の結合度、曲線Ｉ１は従来の方向性結合器のアイソレーション、曲線Ｉ２は本発明に係る方向性結合器のアイソレーションを示す。

図３は図１の実施例における反射特性の一例を示すグラフである。曲線Ｖ１は従来の方向性結合器の入力ポートＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio ）、曲線Ｖ２は本発明に係る方向性結合器の入力ポートＶＳＷＲ、曲線Ｖ３は従来の方向性結合器の結合ポートＶＳＷＲ、曲線Ｖ４は本発明に係る方向性結合器の結合ポートＶＳＷＲを示す。

図２および図３から明らかなように、本発明に係る方向性結合器のアイソレーションは−５０ｄＢ以上で方向比は２０ｄＢ以上を実現でき、かつ入力ポート１０ａおよび結合ポート２０ａのＶＳＷＲはともに−２０ｄＢ以上の方向性結合器を得ることができ、従来の方向性結合器に比べ特性が改善されていることが分かる。なお、図１において、主線路１０ｂに対して、１個の副線路２ｂを対向させたが、これに限定されるものではなく、複数個の副線路２ｂを対向させることも可能である。

本発明に係る方向性結合器の最良の実施の形態の構成図である。図１の実施例における通過特性（結合度およびアイソレーション）の一例を示すグラフである。図１の実施例における反射特性の一例を示すグラフである。従来の分布結合型方向性結合器の一例の構成図である。

符号の説明

２ｂ副線路
５誘電体基板
１０ａ入力ポート
１０ｂ主線路
１０ｃ出力ポート
２０ａ結合ポート
２０ｂ、２２ｂ線路
２０ａｂ，２０ｂｃインピーダンス整合器
２０ｃアイソレーションポート
２１ｂ線路
１００方向性結合器
Ｒ１終端抵抗

Claims

主線路と副線路とが所定間隔をあけて平行に結合部を形成する方向性結合器であって、
前記結合部は１／４波長未満の線路長を有し、
前記副線路を第１線路と、前記第１線路と線路幅の異なる第２線路とから構成したことを特徴とする方向性結合器。
前記副線路の両端から前記副線路に対して垂直下方向にそれぞれ設けられる第３線路および第４線路と、
前記第３線路に接続される結合ポートと、
前記第４線路に接続されるアイソレーションポートとを含み、
前記第３線路および第４線路の線路幅は前記結合ポートおよびアイソレーションポートの線路幅と異なることを特徴とする請求項１記載の方向性結合器。
前記副線路を２つの第１線路と、前記２つの第１線路の間に設けられ前記２つの第１線路よりも線路幅が狭い１つの第２線路とから構成したことを特徴とする請求項１または２記載の方向性結合器。
前記第３線路および第４線路の線路幅は前記結合ポートおよびアイソレーションポートの線路幅よりも狭いことを特徴とする請求項２または３記載の方向性結合器。
前記アイソレーションポートは終端抵抗を介して接地されることを特徴とする請求項２から４いずれかに記載の方向性結合器。
誘電体基板の一方の面に前記各線路が設けられることを特徴とする請求項１から５いずれかに記載の方向性結合器。
前記主線路に対して複数個の副線路を対向させたことを特徴とする請求項１から６いずれかに記載の方向性結合器。