JP4781323B2 - 方向性結合器 - Google Patents

Description

この発明は、マイクロストリップ線路用いた方向性結合器に関するものである。

方向性結合器は、高周波信号を分配／合成するために広く用いられている。マイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成として、２つのストリップ導体をある一定の長さにわたって平行に近接配置して結合させる構成が報告されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載された方向性結合器は、誘電体基板の一方の面に形成されたストリップ導体と他方の面に形成された地導体から成る主線路と副線路を、ある一定の長さにわたって平行に近接して設け、さらに、この副線路を線路幅の異なる線路で構成することにより、特定の周波数範囲における偶モードと奇モードの位相速度の差を補償し、方向性の優れた方向性結合器を実現している。

特開２００６−２３８０６３号公報

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。特許文献１のような従来の方向性結合器においては、線路幅のみで偶モードと奇モードの位相速度の差を補償するため、誘電率の高い誘電体基板を用いたマイクロストリップ線路で構成された方向性結合器の場合には、偶モードと奇モードの位相速度の差が大きく、位相速度の差を十分に補償できなくなるため、方向性が劣化するという問題があった。

この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、誘電率の高い誘電体基板を用いたマイクロストリップ線路で方向性結合器を構成した場合においても、良好な方向性を有する方向性結合器を得ることを目的とする。

この発明に係る方向性結合器は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一方の面に形成された第１のストリップ導体パターン及び第２のストリップ導体パターンと、前記誘電体基板１の他方の面に形成された地導体パターンとを備え、前記誘電体基板と前記第１のストリップ導体パターン及び前記地導体パターンから主線路を構成し、前記誘電体基板と前記第２のストリップ導体パターン及び前記地導体パターンから副線路を構成し、前記主線路と前記副線路を電磁的に結合させた方向性結合器であって、前記第１のストリップ導体パターンから前記第２のストリップ導体パターンに向かって第１のスタブ導体パターンを設け、前記第１のスタブ導体パターンの第１のストリップ導体パターンに接続される一方の端部におけるパターン幅が、第２のストリップ導体パターンに近い他方の端部におけるパターン幅に比べて狭いことを特徴とする。

この発明によれば、奇モードにおける並列キャパシタンスと直列インダクタンスの両方が増加し、奇モードにおける位相速度を小さくすることができ、奇モードと偶モードの位相速度の差が小さくなるため、誘電率の高い誘電体基板を用いたマイクロストリップ線路で方向性結合器を構成する場合においても、良好な方向性を有する方向性結合器を得ることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態における方向性結合器を示す上面図である。また、図２は、この発明の実施の形態における図１の方向性結合器のＡ−Ａ’断面図である。

図１及び図２に示す実施の形態における方向性結合器は、誘電体基板１の表面にストリップ導体パターン２ａ、２ｂが設けられ、誘電体基板１の裏面には地導体パターン３が設けられている。そして、誘電体基板１とストリップ導体パターン２ａ及び地導体パターン３からマイクロストリップ線路の主線路１１を構成し、誘電体基板１とストリップ導体パターン２ｂ及び地導体パターン３からマイクロストリップ線路の副線路１２を構成し、主線路１１と副線路１２を近接させることにより電磁的に結合させた結合線路部１３を構成している。

また、ストリップ導体パターン２ａ、２ｂにはスタブ導体パターン４ａ、４ｂがそれぞれ設けられ、スタブ導体パターン４ａ、４ｂは、結合線路部１３において、主線路１１と副線路１２の間に互いに対向するように設けられている。また、スタブ導体パターン４ａ、４ｂは、幅の異なる２つのパターンから構成されており、ストリップ導体パターン２ａ、２ｂに接続される側のパターンの幅が狭くなっている。５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄはそれぞれ高周波信号を入出力するための入出力端子である。

図３は、図２に示した方向性結合器の線路断面内の電界分布を示す図であり、図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１に示した方向性結合器を偶モード、奇モードで励振した場合に対応する。図中の矢印が電界の方向を示している。図３（ａ）の偶モードでは、誘電体基板１の内部に電界が集中しているのに対して、図３（ｂ）の奇モードでは、誘電体基板１の外部にも電界が広がっている。この電界分布の違いにより、両モードにおける波長短縮率が異なり、偶モードにおける位相速度よりも奇モードにおける位相速度の方が大きくなるため、従来の方向性結合器では方向性が劣化してしまっていた。

そこで、この実施の形態では、主線路２１と副線路２２の間にスタブ導体パターン４ａ、４ｂを設けることによって、モード間の位相速度の差を小さくし、方向性結合器の特性の改善を図っている。この原理について以下に説明する。

偶モード、奇モードで励振された結合線路部１３の位相速度をそれぞれＶｅ、Ｖｏとすると、位相速度Ｖｅ、Ｖｏは、それぞれ下式で与えられる。

ここで、Ｌｅ、Ｃｅは、結合線路部１３の偶モードにおける単位長あたりのインダクタンス（直列誘導性成分）とキャパシタン（並列容量性成分）、Ｌｏ、Ｃｏは結合線路部１３の奇モードにおける単位長あたりのインダクタンス（直列誘導性成分）とキャパシタン（並列容量性成分）である。

偶モード励振時には、主にストリップ導体パターン２ａ、２ｂの外側の端部に沿って電流が流れるため，内側の端部に設けられたスタブ導体パターン４ａ、４ｂの影響をあまり受けない。一方、奇モード励振時には、ストリップ導体パターン２ａ、２ｂの内側の端部に電流が流れるため、スタブ導体パターン４ａ、４ｂの縁に沿って電流が流れることになる。このとき、スタブ導体パターンによって並列キャパシタンスが増加するだけでなく、スタブ導体パターンのストリップ導体パターンと接続される側のパターン幅が狭くなっていることにより、スタブ導体パターンの縁を沿って流れる電流の経路が長くなり、直列インダクタンスも増加することになる。したがって、奇モード励振時の並列キャパシタンスＣｏと直列インダクタンスＬｏの両方が増加することによって奇モードの位相速度Ｖｏがより小さくなり、奇モードと偶モードの位相速度の差を小さくすることができる。

以上のように、この実施の形態によれば、ストリップ導体パターン２ａ、２ｂにスタブ導体パターン４ａ、４ｂを設け、スタブ導体パターン４ａ、４ｂのストリップ導体パターン２ａ、２ｂに接続された側の幅を狭くしたので、奇モードにおける並列キャパシタンスと直列インダクタンスの両方が増加し、奇モードにおける位相速度を小さくすることができる。したがって、奇モードと偶モードの位相速度の差が小さくなるため、マイクロストリップ線路で構成しても良好な方向性を有する方向性結合器を得ることができる。

なお、本実施の形態において、スタブ導体パターン４ａ、４ｂは、図１に示すように、幅の異なる２つのパターンから構成されるＴ字形となっていたが、図４に示すようなテーパ状のパターンや、図５に示すようなクランク状のパターンとしてもよい。このような形状のスタブ導体パターンでも同様の効果が得られる。

また、図１に示した例では、スタブ導体パターン４ａ、４ｂの先端が、互いに対向するように配置されていたが、図６に示すように交互に配置されてもよい。

さらに、ストリップ導体パターン２ａ、２ｂに設けたスタブ導体パターン４ａ、４ｂの数は、図１に示した５つに限定されるものではなく、設計に応じて任意の数のスタブを設けることができる。

この発明の実施の形態における方向性結合器を示す上面図である。 図１における方向性結合器のＡ−Ａ’断面図である。 図２に示した方向性結合器の線路断面内の電界分布を示す図であり、（ａ）は図１に示した方向性結合器を偶モード、奇モードで励振した場合、（ｂ）は図１に示した方向性結合器を奇モードで励振した場合にそれぞれ対応する図である。 テーパ状に形成されたスタブ導体パターン４ａ、４ｂの例を示す図である。 クランク状に形成されたスタブ導体パターン４ａ、４ｂの例を示す図である。 先端が交互に配置されたスタブ導体パターン４ａ、４ｂの例を示す図である。

符号の説明

１ 誘電体基板、２ａ，２ｂ ストリップ導体パターン、３ 地導体パターン、４ａ，４ｂ スタブ導体パターン、１１ マイクロストリップ線路の主線路、１２ マイクロストリップ線路の副線路、１３ 結合線路部。

Claims (4)

1. 誘電体基板と、
   前記誘電体基板の一方の面に形成された第１のストリップ導体パターン及び第２のストリップ導体パターンと、
   前記誘電体基板の他方の面に形成された地導体パターンと
   を備え、
   前記誘電体基板と前記第１のストリップ導体パターン及び前記地導体パターンから主線路を構成し、
   前記誘電体基板と前記第２のストリップ導体パターン及び前記地導体パターンから副線路を構成し、
   前記主線路と前記副線路を電磁的に結合させた方向性結合器であって、
   前記第１のストリップ導体パターンから前記第２のストリップ導体パターンに向かって第１のスタブ導体パターンを設け、
   前記第１のスタブ導体パターンの第１のストリップ導体パターンに接続される一方の端部におけるパターン幅が、第２のストリップ導体パターンに近い他方の端部におけるパターン幅に比べて狭い
   ことを特徴とする方向性結合器。
2. 請求項１に記載の方向性結合器において、
   前記第２のストリップ導体パターンから前記第１のストリップ導体パターンに向かって第２のスタブ導体パターンを設け、
   前記第２のスタブ導体パターンの第２のストリップ導体パターンに接続される一方の端部におけるパターン幅が、第１のストリップ導体パターンに近い他方の端部におけるパターン幅に比べて狭い
   ことを特徴とする方向性結合器。
3. 請求項２に記載の方向性結合器において、
   前記第１のスタブ導体パターンと前記第２のスタブ導体パターンが対向するように設けられた
   ことを特徴とする方向性結合器。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の方向性結合器において、
   前記第１のスタブ導体パターンと前記第２のスタブ導体パターンは、幅の異なる２つ以上の導体パターンから構成される
   ことを特徴とする方向性結合器。

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