JP5157780B2 - カプラ - Google Patents
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[特許文献1〜3]
本発明を完成させた後に、本発明の特徴的な構成要素を表す語から公報を検索してヒットしたものである。
特許文献1〜3は、第1導体層、第1誘電体層、第2導体層、第2誘電体層及び第3導体層がこの順序で積層された積層体基板において、第1導体層には厚さ方向に導体層を貫通する同一形状のホールが第1方向に第1間隔で配列され、第1方向と直交する第2方向に第2間隔で配列された第1格子状ホールパターンを有する第1接地導体が形成され、第2導体層には第1格子状ホールパターンの第1方向に帯状導体パターンが中心導体として形成され、第3導体層には第1導体層上の格子状ホールパターンを積層方向に投影した第2格子状ホールパターンを有する第2接地導体が形成されたメッシュホールグランドストリップライン構造を有する積層体基板に関するものである。
無線LANシステム用の高周波を伝送する高周波ストリップ線路であって、誘電材料からなる長尺誘電体層と、この誘電体層を挟む導電性材料からなる一対の長尺グランド層とが積層されてなり、前記誘電体層内に信号線が誘電体層長手方向に配設され、グランド層の一部に高周波結合用の開口部が設けられた高周波ストリップ線路。
誘電体基板を挟持する一対の導体層と、高周波信号の伝送方向に高周波信号の信号波長の1/2未満の繰り返し間隔で導体層間が電気的に接続されて形成された2列の貫通導体群とを有し、導体層及び貫通導体群に囲まれた領域によって高周波信号を伝送する誘電体導波管線路を2つ備え、導体層の一方が隣接又は共有して重ねて配置されるとともに、この一方の導体層の高周波信号の伝送方向に、高周波信号の管内波長λgの1/4の間隔で結合孔が少なくとも2つ設けられた方向性結合器。
データを送信する送信装置とデータを受信する受信装置からなる通信システムにおいて、送信装置は、所定の間隔で平行に配置された、マイクロ波帯の信号を伝送させる第1・第2の伝送線路と、送信信号である差動信号の一方を第1の伝送線路に出力するとともに、差動信号の他方を第2の伝送線路に出力する差動信号出力手段とを備え、受信装置は、所定間隔で平行配置された、マイクロ波帯の信号を伝送させる第3・第4の伝送線路と、第3・第4の伝送線路のそれぞれが、第1・第2の伝送線路と対向して近付けられたときに、線路間結合によって第3・第4の伝送線路に生じる差動信号を、データに対応する信号に変換する手段とを備えた通信システム。
電磁界を内部で伝搬させ、当該電磁界を開孔から浸出させるシート状の信号伝達装置と通信するインターフェース装置であって、信号伝達装置が有する開孔の縁辺のある領域の近傍に配置される第1の電極、当該縁辺の他の領域の近傍に配置される第2の電極を備え、第1の電極と第2の電極との間の電圧もしくは電流の変化と、ある領域における電界もしくは磁界の変化と、他の領域における電界もしくは磁界の変化と、の相互作用により、信号伝達装置と通信するインターフェース装置。
誘電体を挟んで平行に形成された一対の主導体層と、信号伝達方向に遮断波長以下の間隔で、主導体層間を電気的に接続するように形成された二列のバイアホール群で囲まれた領域によって誘電体導波管線路が形成され、主導体層の少なくとも一方にスロット孔が形成され、マイクロストリップ線路やコプレーナ線路が電磁結合されるようにした伝送線路。
第1の誘電体基板と、第1の誘電体基板の第1面に形成され、一端に第1の開放端を有し、他端が第1の誘電体基板の端部に至るように延在する第1のストリップ導体と、第1の誘電体基板の第2の面に形成された接地導体と、第1の誘電体基板に対向して配置された第2の誘電体基板と、第1の誘電体基板の第1の面に対向する第2の誘電体基板の面に形成され、一端に第2の開放端を有し、該第2の開放端から所定区間離れた位置で幅が変化して第2の誘電体基板の端部に至るように延在する第2のストリップ導体と、第1の誘電体基板と第2の誘電体基板との間に設けられ所定区間を覆う誘電体シートとを備え、第1のストリップ導体と第2のストリップ導体とが、誘電体シートを介して所定長さ対向するように、且つ第1の開放端と第2の開放端が互いに逆向きとなるように第1の誘電体基板、誘電体シート、及び第2の誘電体基板が積層された線路間結合構造。
図1は、特許文献7に係る信号伝達装置の概要構成を示す図であり、(a)は信号伝達装置101の上面図、(b)はその断面図である。信号伝達装置101は、メッシュ状の第1導体部111と、これに略平行な平板状の第2導体部121と、を備えている。第1導体部111と第2導体部121とに挟まれる領域が狭間領域131であり、第1導体部111の上側にある領域が浸出領域141である。
[特許文献1〜3]
特許文献1〜3に記載された発明は、基板成形時に発生するガスを放出させるのが主な目的であり、ホール開口径とホール間隔について、放射を抑圧できるような規定はされていない。また、内導体を挟む両方の接地導体に格子状ホールパターンが形成されていて、基板両側からの放射が発生する。
特許文献4の本発明のストリップラインは,線路の開口部に結合させて高周波を放射させるためのアンテナ装置であり,周辺機器と干渉するおそれがある。
誘電体導波管線路を2つ隣接させて重ねて配置した構成の場合、互いの結合孔の位置がずれたときに結合特性が悪くなる。隣接する2つの誘電体導波管線路の距離が離れたとき、一方の誘電体導波管線路のもつ孔から漏洩した電磁波が遠方まで放射し、その電力が大きい場合に電波法による規制値を超えるおそれがある。結合孔の大きさと間隔が管内波長に依存するため、適切に作用する周波数帯域が狭い。
差動伝送路のペア間で線路長の不揃いがある場合、遠方での放射電磁界の打ち消し合いが弱まり、放射抑圧効果が低減する。差動線路に曲がり部分がある場合、長さ方向の対称性がくずれて放射抑圧効果が小さくなる。差動ペアの間隔を広くすると放射抑圧効果は低減する。一方、差動ペアの間隔を狭くすると放射抑圧効果は高まるものの、クロストークが発生して信号品質が劣化するので、両者のトレードオフを考慮しなければならない。差動ペアの線路長の不揃いがある場合は差動スキューが発生し、ビットエラーやパケットエラーの原因となって信号品質が劣化する。また通信速度が高速になるほど発生するスキューが大きくなるので高速通信用途には不向きである。
インターフェース装置が共振器であり、信号伝送装置内に伝送される信号の周波数と共振周波数を一致させ、かつインピーダンスを整合させることで結合を得ている。そのため、整合帯域が狭くなる傾向があり、高速伝送など広帯域が必要となる場合に問題となる。
スロット孔から漏洩した電磁波が遠方まで放射し、その電力が大きい場合、電波法による規制値を超えるおそれがある。スロット孔の大きさが管内波長に依存するため、適切に作用する周波数帯域が狭い。
放射を抑えるための機構が備わっていない。線路間結合の際に遠方界への電磁波の放射を伴うので,周辺の電気機器と干渉する可能性がある。電波法による規制値を超えるおそれがある。
前記通信体は、誘電体基板と、前記誘電体基板の第1の面に形成された第1の外導体と、前記誘電体基板の第2の面に形成された第2の外導体と、前記第1の外導体と前記第2の外導体とをそれぞれ電気的に導通させる複数の貫通導体が互いに平行な列を成す複数の貫通導体群と、を備え、前記第1の外導体の前記貫通導体群以外の所定領域に、開口寸法が前記誘電体基板中を伝搬する波の1/4波長以下である電磁界結合用の複数の開口が配置されていて、前記第1の外導体の形成面に誘起されるエバネッセント波を介して通信体同士が結合することを特徴とする。
この構成により、伝送線路が並列配置されることになり、エバネッセント波が誘起される通信領域を広くすることができる。
この構成により、カプラの結合効率を極大にすることができる。
図3は第1の実施形態に係る通信体410の構成を示す斜視図である。
この通信体410は、誘電体基板10の両面に電極を形成して構成される平行平板型の通信体である。
図4は第2の実施形態に係る通信体420の構成を示す斜視図である。この通信体420には3列以上の貫通導体群が設けられている。
誘電体基板20の第1面(上面)には第1の外導体21、第2面(下面)には第2の外導体22がそれぞれ形成されている。第1の外導体21には多数の電磁界結合用の開口Aが配置されている。第2の外導体22は誘電体基板20の下面の全面に形成されている。
この構成により、エバネッセント波が誘起される通信領域を広くすることができる。
図5は第3の実施形態に係るカプラ501の構成を示す斜視図である。
このカプラ501は、第1の実施形態で図3に示した平行平板型の通信体410と第2の実施形態で図4に示した通信体420とを組み合せて構成される。
また、互いに結合する通信体420のうちの一つと通信体410とが同じ構造である場合、線路の分散関係も同じであるので、カプラ特性として広帯域かつ低損失な結合特性が実現できる。
図6は第4の実施形態に係るカプラ502の構成を示す斜視図である。
このカプラ502は、平行平板型の通信体430,440から構成される。
誘電体基板20の第1面(上面)には第1の外導体21、第2面(下面)には第2の外導体22がそれぞれ形成されている。第1の外導体21には多数の電磁界結合用の開口Aが配置されている。第2の外導体22は誘電体基板20の第2面(下面)の全面に形成されている。誘電体基板20には、第1の外導体21と第2の外導体22とをそれぞれ電気的に接続する複数の貫通導体26から成る6列の貫通導体群が設けられている。さらに誘電体基板20の第1面(上面)の両側部には、一定幅のつば状導体25,25が形成されている。
図7は第5の実施形態に係るカプラ503の構成を示す斜視図である。
このカプラ503は、平行平板型の通信体440,450から構成される。第4の実施形態で図6に示した例と異なるのは、幅を狭くした方の通信体450については、開口Aを配置する領域の伝搬方向の寸法を、後に示す結合周期Lの1/2に設定している。その他の構成は第4の実施形態と同様である。
図8はカプラの設計の考え方について示す図である。図8(A)は、2つの通信体同士の結合モードである偶モードと奇モードの位相差が180°となる関係を示している。分布定数線路による方向性結合器の結合原理は、このように偶モードと奇モードとに分けて説明することができる。偶モードと奇モードとの位相差が180°となる関係を満たす条件は次の式で表される。
図9の(A)(B)(C)の各条件は次のとおりである。
(B)k=10%,λ1=3.37mm,λ2=3.37mm
(C)k=5%,λ1=3.37mm,λ2=3.21mm(λ1/λ2=1.05)
図9において、P1は入力電力(電力密度)の瞬時値、P2は出力電力(電力密度)の瞬時値である。P1の細かな山から山の間隔又は谷から谷への間隔が波長λ1に対応している。同様にP2の細かな山から山の間隔又は谷から谷への間隔が波長λ2に対応している。結合周期Lは次式で近似される距離であり、一方の通信体から他方の通信体へ電力が乗り移る割合がこの結合周期Lで変化する。この関係は、上記(C)の条件のように、λ1とλ2に差がある場合にも成り立つ。
結合効率は、入力電力P1のピーク値をPin、出力電力P2のピーク値(結合距離lcoupleにおける電力)をPcoulpeとしたとき、図10(A)に示すように、Pcoulpe/Pinであり、次式で表される。
解析条件は次のとおりである。
開口寸法:格子寸法の80%
基板厚さ:0.50mm
皮膜厚さ:0.25mm
基板比誘電率:2.2(フッ素樹脂)
皮膜比誘電率:2.2(フッ素樹脂)
導体導電率:53MS/m
図11(B)は誘電体基板の下面(グランド面)からの高さ位置での電界強度、図11(C)は同じく高さ位置での磁界強度をそれぞれ表している。図中の数値は単位格子の寸法である。下面からの高さが1mmを超えた辺りから、電磁界共に指数関数的に減衰する状況が確認できる。(図11では縦軸が対数目盛であるので直線的に変化しているが、リニアスケールであれば指数関数的に変化する。)
このように、誘電体基板内には面方向に電磁波が伝搬するが、上部空間には遮断がかかっていて放射しない。但し、表面近傍ではエバネッセント波の電磁界で通信が可能である。
減衰定数は約13dB/mmであり、数m離れた位置では電波法の規制対象とはならない。
さらに、図5〜図7に示した例では、一方の通信体を複数の通信体の並列配置構造にしたが、両方の通信体を並列配置構造にしてもよい。
11,21…第1の外導体
12,22…第2の外導体
15,25…つば状導体
16,26…貫通導体
410,420,430,440,450…通信体
501〜503…カプラ
A…開口
Claims (5)
- 近接時に互いに結合し、分離可能な少なくとも2つの通信体を備えたカプラであって、
前記通信体は、誘電体基板と、前記誘電体基板の第1の面に形成された第1の外導体と、前記誘電体基板の第2の面に形成された第2の外導体と、前記第1の外導体と前記第2の外導体とをそれぞれ電気的に導通させる複数の貫通導体が互いに平行な列を成す複数の貫通導体群と、を備え、前記第1の外導体の前記貫通導体群以外の所定領域に、開口寸法が前記誘電体基板中を伝搬する波の1/4波長以下である電磁界結合用の複数の開口が配置されていて、前記第1の外導体の形成面に誘起されるエバネッセント波を介して通信体同士が結合することを特徴とするカプラ。 - 前記2つの通信体のうち少なくとも一方の通信体の前記貫通導体群は、前記誘電体基板の対向する2つの辺に沿った位置と、当該2つの辺より内側の位置とにそれぞれ配置された、請求項1に記載のカプラ。
- 前記通信体の第1の外導体の形成面側同士が対向し、且つ前記通信体の内部を伝搬する波の伝搬方向が略平行となるように前記通信体が配置されている、請求項1または2に記載のカプラ。
- 前記2つの通信体のうち少なくとも一方の通信体の前記開口が形成される領域より外側に一定幅のつば状導体を設けた、請求項1〜3のいずれかに記載のカプラ。
- 前記2つの通信体のうち少なくとも一方の通信体における前記開口の形成領域の寸法が、前記誘電体基板中を伝搬する波の伝搬方向に沿って、結合周期の半奇数倍(1/2,3/2,…)に設定されている、請求項1〜4のいずれかに記載のカプラ。
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