JP4604431B2 - 積層型方向性結合器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型方向性結合器、特に、携帯電話などの無線通信機器などに使用される積層型方向性結合器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１／４波長に相当する電気長を有する伝送線路を用いた方向性結合器は、高周波機器に従来から用いられている。また、積層型方向性結合器も、小型であるという利点から携帯電話等の小型無線通信機器に広く用いられている。
【０００３】
この種の積層型方向性結合器として、図８に示すものが知られている。この方向性結合器１は、主線路３および副線路４をそれぞれ表面に設けた誘電体シート２と、主線路用引出し電極５および副線路用引出し電極６をそれぞれ表面に設けた誘電体シート２と、グランド電極７，８をそれぞれ表面に設けた誘電体シート２等で構成されている。主線路３と副線路４は、電磁結合して結合器を構成する。
【０００４】
各引出し電極５，６は、主線路３および副線路４のそれぞれの渦巻形状の内側に位置する一端にビアホール９を介して電気的に接続されている。これら引出し電極５，６は、図９に示すように、平面視したとき、主線路３および副線路４と斜めに交差している（円Ｐ１内を参照）。
【０００５】
各シート２は、積み重ねられ、一体的に焼成されることにより、図１０に示すように矩形体状の積層体１０とされる。積層体１０の側面には、主線路３の入力外部電極１１ａおよび出力外部電極１１ｂと、副線路４の入力外部電極１２ａおよび出力外部電極１２ｂと、グランド外部電極Ｇとが形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の積層型方向性結合器１は、図９に示すように、主線路３と副線路４が引出し電極５，６にそれぞれ斜めに交差しているので、主線路３と引出し電極５、並びに、副線路４と引出し電極６が交差部分で磁気結合する。このため、入出力インピーダンスが設計値から大きくずれたり、アイソレーション特性が悪くなったりする等の問題があった。
【０００７】
そこで、図１１に示すように、主線路３と直交するような引出し電極５ａを形成して、主線路３と引出し電極５ａの交差部分での磁気結合を抑える工夫も試みられている。しかしながら、単に、主線路３と引出し電極５ａを直交させるようにしただけでは、主線路３と引出し電極５ａが並走する部分１３が生じてしまい、この部分１３で新たな磁気結合が発生する。このため、入出力インピーダンスが設計値からずれたり、アイソレーション特性が悪くなったりする等の問題が、完全には解消されない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、主線路や副線路と引出し電極との不要な磁気結合を抑えることができる積層型方向性結合器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段と作用】
前記目的を達成するため、本発明に係る積層型方向性結合器は、
（ａ）複数の直線状の線路が接続されることにより渦巻形状をなし、かつ、長方形の外縁を有する主線路と、
（ｂ）前記主線路に電磁気的に結合する副線路であって、複数の直線状の線路が接続されることにより渦巻形状をなし、かつ、長方形の外縁を有する副線路と、
（ｃ）前記主線路および前記副線路のそれぞれの渦巻形状の内側に位置する一端に電気的に接続された主線路用引出し電極および副線路用引出し電極と、
（ｄ）前記主線路と前記副線路と前記主線路用引出し電極および前記副線路用引出し電極の間にそれぞれ配置された誘電体層と、
（ｅ）前記主線路と前記副線路と前記主線路用引出し電極と前記副線路用引出し電極と前記誘電体層とを積層して構成した積層体とを備え、
（ｆ）平面視したとき、前記主線路と前記主線路用引出し電極が直交するとともに、前記副線路と前記副線路用引出し電極が直交するように、前記主線路の前記主線路用引出し電極と交差する部分、並びに、前記副線路の前記副線路用引出し電極と交差する部分がそれぞれ、前記長方形の角部がテーパ形状に形成されることにより構成されていること、
を特徴とする。
また、平面視したとき、前記主線路と前記副線路用引出し電極が直交するとともに、前記副線路と前記主線路用引出し電極が直交するように、前記主線路の前記副線路用引出し電極と交差する部分、並びに、前記副線路の前記主線路用引出し電極と交差する部分がそれぞれ、前記長方形の角部がテーパ形状に形成されることにより構成されていてもよい。
【００１０】
以上の構成により、主線路や副線路と引出し電極とが直交しているため、主線路や副線路と引出し電極とが交差する部分での不要な磁気結合が抑えられる。さらに、主線路や副線路の引出し電極と直交する部分がテーパ形状であるため、主線路や副線路と引出し電極とが並走する部分が生じず、磁気結合も発生しない。
【００１１】
また、引出し電極のパターン幅を主線路や副線路のパターン幅より細く設定することにより、主線路や副線路と引出し電極との重なり面積が小さくなり、主線路や副線路と引出し電極とが交差する部分での不要な容量結合が抑えられる。
【００１２】
また、本発明に係る積層型方向性結合器は、積層体の積み重ね方向において、主線路と主線路用引出し電極との距離、並びに、副線路と副線路用引出し電極との距離が、主線路と副線路との距離より長いことを特徴とする。以上の構成により、主線路や副線路と引出し電極との間の距離が長くなるため、主線路や副線路と引出し電極とが交差する部分での不要な容量結合が抑えられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る積層型方向性結合器の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。各実施形態において、同一部品および同一部分には同じ符号を付した。
【００１４】
［第１実施形態、図１〜図４］
図１に示すように、積層型方向性結合器１５は、主線路３０を表面に設けた誘電体シート２４と、副線路３１を表面に設けた誘電体シート２６と、主線路用引出し電極３２および副線路用引出し電極３３をそれぞれ表面に設けた誘電体シート２２，２８等で構成されている。
【００１５】
誘電体シート２１〜２８の材料としては、エポキシ等の樹脂あるいはセラミック誘電体等が用いられる。各誘電体シート２１〜２８のシート厚は所定の寸法に設定されている。つまり、シート２３，２６は、他のシート２１，２２，２４，２５，２７，２８より厚く設定されている。このとき、シート２３，２６の厚さは、他のシート２１等と同じシート厚のものを複数枚積み重ねて確保してもよいし、１枚の厚いシートを用いて確保してもよい。
【００１６】
主線路３０は渦巻形状であり、その一端３０ａはシート２４の手前側の辺の左側に露出している。主線路３０の渦巻形状の内側に位置する他端３０ｂは、シート２２，２３に設けたビアホール２９を介して、引出し電極３２に電気的に接続される。引出し電極３２の一端３２ａはシート２２の手前側の辺の右側に露出している。主線路３０は、図２の円Ｐ３内に示すように、引出し電極３２と交差する部分Ｒ１がテーパ形状をしており、誘電体シート２４の長辺（又は短辺）に対して傾斜している。そして、主線路３０と引出し電極３２は直交している。
【００１７】
副線路３１は渦巻形状であり、その一端３１ａはシート２６の奥側の辺の左側に露出している。副線路３１の渦巻形状の内側に位置する他端３１ｂは、シート２６，２７に設けたビアホール２９を介して、引出し電極３３に電気的に接続される。引出し電極３３の一端３３ａはシート２８の奥側の辺の右側に露出している。副線路３１は、引出し電極３３と交差する部分Ｒ２がテーパ形状をしており、誘電体シート２６の長辺（又は短辺）に対して傾斜している。そして、副線路３１と引出し電極３３は直交している。
【００１８】
主線路３０と副線路３１はシート２４，２５を挟んで対向するように形成されている。つまり、主線路３０の渦巻状パターンと副線路３１の渦巻状パターンとは平面視で略重なっており、対向している部分で電磁結合（いわゆるブロードサイド結合）している。このため、主線路３０および副線路３１は、それぞれ二つのテーパ形状部分Ｒ１，Ｒ２を有する。主線路３０および副線路３１は、それぞれ使用中心周波数の１／４波長に相当する電気長を有している。主線路３０，副線路３１，引出し電極３２，３３は、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、フォトリソグラフィ法等の方法により形成され、Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ等からなる。
【００１９】
各シート２１〜２８は積み重ねられ、一体的に焼成されることにより、図３に示すように矩形体状の積層体４０とされる。積層体４０には四つの外部電極３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂが形成されている。これらの外部電極３６ａ〜３７ｂは、スパッタリング法、蒸着法、塗布法（ディップ法）、印刷法等の方法によって形成され、Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｃｕ合金などの材料からなる。
【００２０】
積層体４０の手前側の側面に形成された外部電極３６ａ，３６ｂはそれぞれ、主線路３０および引出し電極３２に電気的に接続しており、主線路３０の入力外部電極および出力外部電極として機能する。積層体４０の奥側の側面に形成された外部電極３７ａ，３７ｂはそれぞれ、副線路３１および引出し電極３３に電気的に接続しており、副線路３１の入力外部電極および出力外部電極として機能する。図４に積層型方向性結合器１５の電気等価回路図を示す。
【００２１】
以上の構成からなる方向性結合器１５は、図２の円Ｐ３内に示すように、主線路３０や副線路３１と引出し電極３２，３３とが、平面視で直交しているので、主線路３０や副線路３１と引出し電極３２，３３とが交差する部分での不要な磁気結合を抑えることができる。さらに、主線路３０や副線路３１の引出し電極３２，３３と直交する部分Ｒ１，Ｒ２がテーパ形状をしているので、主線路３０や副線路３１と引出し電極３２，３３とが並走する部分が生じず、磁気結合も発生しない。従って、入出力インピーダンスが設計値から大きくずれたり、アイソレーション特性が悪くなったりする等の問題が起きない。この結果、電気特性の優れた積層型方向性結合器１５を得ることができる。
【００２２】
また、本第１実施形態は、誘電体シート２３，２６のシート厚を他の誘電体シート２１等のシート厚より厚くして、ビアホール２９の長さを長くし、積層体４０の積層方向において、主線路３０と引出し電極３２との距離Ａ、並びに、副線路３１と引出し電極３３との距離Ａを、主線路３０と副線路３１との距離Ｂより長くしている。これにより、主線路３０や副線路３１と引出し電極との間の距離Ａが長くなるので、図２の円Ｐ３内に示した主線路３０や副線路３１と引出し電極３２，３３とが交差する部分での不要な容量結合を抑えることができる。
【００２３】
［第２実施形態、図５及び図６］
図５に示すように、第２実施形態の積層型方向性結合器４１は、主線路３０および副線路３１を、グランド電極４４，４５をそれぞれ表面に設けた誘電体シート４２，４３の間に配置した、いわゆるストリップライン構造のものである。
【００２４】
各シート２２〜２８，４２，４３は積み重ねられ、更にその上に保護シートが配置された後、一体的に焼成されることにより、図６に示すように、矩形体状の積層体５０とされる。積層体５０の手前側の側面には、主線路３０の入力外部電極３６ａおよび出力外部電極３６ｂと、グランド外部電極Ｇが設けられている。積層体５０の奥側の側面には、副線路３１の入力外部電極３７ａおよび出力外部電極３７ｂと、グランド外部電極Ｇが設けられている。
【００２５】
以上の構成からなる積層型方向性結合器４１は、前記第１実施形態の方向性結合器１５と同様の作用効果を奏する。なお、この方向性結合器４１は、グランド電極４４，４５のうちいずれか一方のグランド電極を省略することにより、いわゆるマイクロストリップライン構造にすることもできる。
【００２６】
［他の実施形態］
なお、本発明に係る積層型方向性結合器は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００２７】
例えば、図７に示すような引出し電極６０を用いてもよい。この引出し電極６０は、パターン幅が主線路３０や副線路３１のパターン幅より細いので、主線路３０や副線路３１と引出し電極６０との重なり面積が小さくなる。従って、主線路３０や副線路３１と引出し電極とが交差する部分での不要な容量結合をより一層抑えることができる。
【００２８】
また、主線路および副線路の形状は任意であり、渦巻状の他に、蛇行状、直線状であってもよい。また、主線路および副線路は、必ずしも１／４波長の長さに設定する必要はなく、ライン幅も全ての線路が等しい寸法に設定される必要もない。
【００２９】
また、前記第１実施形態は、積層体の上面側から下面側に向かって、伝送線路を主線路、副線路の順で配置しているが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば、副線路、主線路の順で配置してもよい。さらに、本発明は、ＲＦモジュールなどの高周波複合部品において、それらの部品の一部に本発明に係る積層型方向性結合器の構造が適用されたものも含む。
【００３０】
また、前記実施形態は個産品の場合を例にして説明したが、量産時の場合には複数個分の方向性結合器を備えたマザー基板を製作し、所望のサイズに切り出して製品とすることができる。さらに、前記実施形態は、導体が形成された誘電体シートを積み重ねた後、一体的に焼成するものであるが、必ずしもこれに限定されない。シートは予め焼成されたものを用いてもよい。また、以下に説明する製法によって方向性結合器を製作してもよい。印刷等の手段によりペースト状の誘電体材料を塗布して誘電体層を形成した後、その誘電体層の表面にペースト状の導電体材料を塗布して任意の導体を形成する。次に、ペースト状の誘電体材料を前記導体の上から塗布する。こうして順に重ね塗りすることによって積層構造を有する方向性結合器が得られる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、主線路や副線路と引出し電極とが直交しているため、主線路や副線路と引出し電極とが交差する部分での不要な磁気結合が抑えられる。さらに、主線路や副線路の引出し電極と直交する部分がテーパ形状をしているため、主線路や副線路と引出し電極とが並走する部分が生じず、磁気結合も発生しない。従って、入出力インピーダンスが設計値から大きくずれたり、アイソレーション特性が悪くなったりする等の問題が起きず、電気特性の優れた積層型方向性結合器を得ることができる。
【００３２】
また、引出し電極のパターン幅を主線路や副線路のパターン幅より細く設定することにより、主線路や副線路と引出し電極との重なり面積が小さくなり、主線路や副線路と引出し電極とが交差する部分での不要な容量結合を抑えることができる。
【００３３】
また、積層体の積層方向において、主線路と引出し電極との距離、並びに、副線路と引出し電極との距離を、主線路と副線路との距離より長く設定することにより、主線路や副線路と引出し電極との間の距離が長くなるので、主線路や副線路と引出し電極とが交差する部分での不要な容量結合を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積層型方向性結合器の第１実施形態を示す分解斜視図。
【図２】図１に示されている積層型方向性結合器の主線路と主線路用引出し電極との位置関係を示す平面透視図。
【図３】図１に示されている積層型方向性結合器の外観斜視図。
【図４】図３に示されている積層型方向性結合器の電気等価回路図。
【図５】本発明に係る積層型方向性結合器の第２実施形態を示す分解斜視図。
【図６】図５に示されている積層型方向性結合器の外観斜視図。
【図７】他の実施形態の主線路と主線路用引出し電極との位置関係を示す平面透視図。
【図８】従来の積層型方向性結合器を示す分解斜視図。
【図９】図８に示されている、積層型方向性結合器の主線路と主線路用引出し電極との位置関係を示す平面透視図。
【図１０】図８に示されている積層型方向性結合器の外観斜視図。
【図１１】図８に示されている積層型方向性結合器の変形例を示す平面透視図。
【符号の説明】
１５，４１…積層型方向性結合器
２１〜２８，４２，４３…誘電体シート
３０…主線路
３１…副線路
３２…主線路用引出し電極
３３…副線路用引出し電極
６０…主線路用引出し電極
Ｒ１，Ｒ２…引出し電極と交差する部分
Ａ…主線路や副線路と引出し電極との距離
Ｂ…主線路と副線路との距離

Claims (4)

1. 複数の直線状の線路が接続されることにより渦巻形状をなし、かつ、長方形の外縁を有する主線路と、
   前記主線路に電磁気的に結合する副線路であって、複数の直線状の線路が接続されることにより渦巻形状をなし、かつ、長方形の外縁を有する副線路と、
   前記主線路および前記副線路のそれぞれの渦巻形状の内側に位置する一端に電気的に接続された主線路用引出し電極および副線路用引出し電極と、
   前記主線路と前記副線路と前記主線路用引出し電極および前記副線路用引出し電極の間にそれぞれ配置された誘電体層と、
   前記主線路と前記副線路と前記主線路用引出し電極と前記副線路用引出し電極と前記誘電体層とを積層して構成した積層体とを備え、
   平面視したとき、前記主線路と前記主線路用引出し電極が直交するとともに、前記副線路と前記副線路用引出し電極が直交するように、前記主線路の前記主線路用引出し電極と交差する部分、並びに、前記副線路の前記副線路用引出し電極と交差する部分がそれぞれ、前記長方形の角部がテーパ形状に形成されることにより構成されていること、
   を特徴とする積層型方向性結合器。
2. 平面視したとき、前記主線路と前記副線路用引出し電極が直交するとともに、前記副線路と前記主線路用引出し電極が直交するように、前記主線路の前記副線路用引出し電極と交差する部分、並びに、前記副線路の前記主線路用引出し電極と交差する部分がそれぞれ、前記長方形の角部がテーパ形状に形成されることにより構成されていること、
   を特徴とする請求項１に記載の積層型方向性結合器。
3. 前記主線路用引出し電極および副線路用引出し電極のパターン幅が、前記主線路および前記副線路のパターン幅より細いことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の積層型方向性結合器。
4. 前記積層体の積み重ね方向において、前記主線路と前記主線路用引出し電極との距離、並びに、前記副線路と前記副線路用引出し電極との距離が、前記主線路と前記副線路との距離より長いことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の積層型方向性結合器。

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