JP5246301B2 - 方向性結合器 - Google Patents

Description

本発明は、方向性結合器に関し、より特定的には、高周波信号により通信を行う無線通信機器等に用いられる方向性結合器に関する。

従来の方向性結合器としては、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、コイル状導体及び地導体が形成された複数の誘電体層が積層されて構成されている。コイル状導体は、２本設けられている。一方のコイル状導体は、主線路を構成しており、他方のコイル状導体は副線路を構成している。主線路と副線路とは、互いに電磁気的に結合している。また、地導体は、積層方向からコイル状導体を挟んでいる。地導体には、接地電位が印加される。以上のような方向性結合器では、主線路に信号が入力されると、副線路からは、該信号の電力に比例する電力を有する信号が出力される。

しかしながら、特許文献１に記載の方向性結合器では、主線路と副線路との結合度が、主線路に入力してくる信号の周波数が高くなるにしたがって高くなってしまう（すなわち、カップリング信号の振幅特性が平坦ではない）という問題を有している。そのため、同じ電力の信号が主線路に入力したとしても、信号の周波数が変動すると、副線路から出力されてくる信号の電力が変動してしまう。よって、副線路に接続されているＩＣでは、信号の周波数に基づいて、信号の電力を補正する機能を有している必要がある。

特開平８−２３７０１２号公報

そこで、本発明の目的は、方向性結合器におけるカップリング信号の振幅特性を平坦に近づけることである。

本発明の一形態に係る方向性結合器は、所定の周波数帯域において用いられる方向性結合器であって、第１の端子ないし第４の端子と、前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続されている主線路と、前記第３の端子に接続され、かつ、前記主線路と電磁気的に結合している第１の副線路と、前記第４の端子に接続され、かつ、前記主線路と電磁気的に結合している第２の副線路と、前記第１の副線路と前記第２の副線路との間に接続されているローパスフィルタであって、位相のずれを通過信号に対して生じさせるローパスフィルタと、複数の絶縁体層が積層されて構成されている積層体と、を備えており、前記主線路、前記第１の副線路、前記第２の副線路及び前記ローパスフィルタは、前記絶縁体層上に設けられている導体層により構成され、前記ローパスフィルタは、前記主線路と電磁気的に結合していないコイルと、前記コイルの端部に接続されているコンデンサと、を含んでおり、前記副線路は、積層方向において、前記コイルと前記主線路との間に設けられていること、を特徴とする。

本発明によれば、方向性結合器におけるカップリング信号の振幅特性を平坦に近づけることができる。

第１の実施形態ないし第３の実施形態に係る方向性結合器の等価回路図である。 図２（ａ）は、ローパスフィルタを有さない従来の方向性結合器のカップリング信号の振幅特性を示したグラフである。図２（ｂ）は、方向性結合器のカップリング信号の振幅特性を示したグラフである。 図３（ａ）は、第１の比較例に係る方向性結合器の回路図である。図３（ｂ）は、第２の比較例に係る方向性結合器の回路図である。 図４（ａ）は、方向性結合器のカップリング信号の振幅特性を示したグラフである。図４（ｂ）は、方向性結合器のカップリング信号の位相特性を示したグラフである。 図５（ａ）は、第３の比較例に係る方向性結合器の回路図である。図５（ｂ）は、第４の比較例に係る方向性結合器の回路図である。 方向性結合器のアイソレーション特性を示したグラフである。 図７（ａ）は、方向性結合器のアイソレーション特性を示したグラフである。図７（ｂ）は、方向性結合器のアイソレーション特性を示したグラフである。 第１の実施形態ないし第４の実施形態に係る方向性結合器の外観斜視図である。 第１の実施形態に係る方向性結合器の積層体の分解斜視図である。 第２の実施形態に係る方向性結合器の積層体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の積層体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の回路図である。 第４の実施形態に係る方向性結合器の積層体の分解斜視図である。

以下に、本発明の実施形態に係る方向性結合器について説明する。

（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、第１の実施形態ないし第３の実施形態に係る方向性結合器１０ａ〜１０ｃ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、８２４ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚ（ＧＳＭ８００／９００）の周波数帯域を有する信号及び１７１０ＭＨｚ〜１９１０ＭＨｚ（ＧＳＭ１８００／１９００）の周波数帯域を有する信号が方向性結合器１０ａに入力される場合には、８２４ＭＨｚ〜１９１０ＭＨｚである。

方向性結合器１０ａは、外部電極（端子）１４ａ〜１４ｆ（図１には外部電極１４ｅは図示せず）、主線路Ｍ、副線路Ｓ１，Ｓ２及びローパスフィルタＬＰＦ１を回路構成として備えている。主線路Ｍは、外部電極１４ａ，１４ｂ間に接続されている。副線路Ｓ１は、外部電極１４ｃに接続され、かつ、主線路Ｍと電磁気的に結合している。副線路Ｓ２は、外部電極１４ｄに接続され、かつ、主線路Ｍと電磁気的に結合している。副線路Ｓ１の線路長さと副線路Ｓ２の線路長さとは同じである

また、ローパスフィルタＬＰＦ１は、副線路Ｓ１と副線路Ｓ２との間に接続され、所定の周波数帯域において、周波数が高くなるにしたがって０度以上１８０度以下の範囲で単調増加する絶対値を有する位相のずれを通過信号に対して生じさせる位相変換部である。ローパスフィルタＬＰＦ１のカットオフ周波数は、所定の周波数帯域内にない。本実施形態では、ローパスフィルタＬＰＦ１のカットオフ周波数は、所定周波数から、例えば、１ＧＨz以上離れているローパスフィルタＬＰＦ１は、コイルＬ１及びコンデンサＣ１，Ｃ２を含んでいる。

コイルＬ１は、副線路Ｓ１，Ｓ２間に直列接続されており、主線路Ｍに対して電磁気的に結合していない。コンデンサＣ１は、コイルＬ１の一端に接続されている。具体的には、コンデンサＣ１は、コイルＬ１と副線路Ｓ１との接続部と、外部電極１４ｆとの間に接続されている。コンデンサＣ２は、コイルＬ１の他端に接続されている。具体的には、コンデンサＣ２は、コイルＬ１と副線路Ｓ２との接続部と、外部電極１４ｆとの間に接続されている。

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１４ｆ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に対して信号が入力されると、該信号が外部電極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から出力される信号の電力に比例する電力を有する信号が外部電極１４ｃから出力される。

以上のような回路構成を有する方向性結合器１０ａによれば、以下に説明するように、カップリング信号の振幅特性を平坦に近づけることができる。図２（ａ）は、ローパスフィルタＬＰＦ１を有さない従来の方向性結合器のカップリング信号の振幅特性を示したグラフである。図２（ｂ）は、方向性結合器１０ａのカップリング信号の振幅特性を示したグラフである。図２は、シミュレーション結果を示している。なお、カップリング信号の振幅特性とは、外部電極１４ａ（入力ポート）に入力される信号と外部電極１４ｃ（カップリングポート）から出力される信号との間の電力の比（すなわち、減衰量）、及び、周波数の関係である。図２において、縦軸は減衰量を示し、横軸は周波数を示している。

従来の方向性結合器では、主線路と副線路との結合度は、信号の周波数が高くなるにしたがって、高くなる。よって、図２（ａ）に示すように、従来の方向性結合器のカップリング信号の振幅特性では、周波数が高くなるにしたがって、入力ポートから入力され、カップリングポートへ出力される電力の比が増加する。

そこで、方向性結合器１０ａでは、副線路Ｓ１と副線路Ｓ２との間にローパスフィルタＬＰＦ１が設けられている。ローパスフィルタＬＰＦ１は、コイル、コンデンサあるいは伝送線路を用いて構成されるため、所定の周波数帯域において、周波数が高くなるにしたがって０度以上１８０度以下の範囲で単調増加する絶対値を有する位相のずれを、ローパスフィルタＬＰＦ１を通過する信号（通過信号）に対して生じさせる。これにより、図２（ｂ）に示すように、方向性結合器１０ａにおいて、カップリング信号の振幅特性を平坦に近づけることができる。

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、以下に説明するシミュレーションを行った。図３（ａ）は、第１の比較例に係る方向性結合器１００ａの回路図である。図３（ｂ）は、第２の比較例に係る方向性結合器１００ｂの回路図である。なお、シミュレーションでは信号が主線路、副線路Ｓ１、Ｓ２及びローパスフィルタＬＰＦ１を通過する時の通過損失は考慮していない。

第１の比較例に係る方向性結合器１００ａでは、図３（ａ）に示すように、副線路Ｓ２が主線路Ｍと結合していない。また、第２の比較例に係る方向性結合器１００ｂでは、図３（ｂ）に示すように、副線路Ｓ１が主線路Ｍと結合していない。

ここで、副線路Ｓ１およびＳ２は前述したように、同じ線路長さを有する。このため、図１の等価回路図において、ローパスフィルタＬＰＦ１及び副線路Ｓ２の構成をなくし、副線路Ｓ１と主線路Ｍで方向性結合器を構成した場合と、図１の等価回路図において、ローパスフィルタＬＰＦ１及び副線路Ｓ１の構成をなくし、副線路Ｓ２と主線路Ｍで方向性結合器を構成した場合とで、それぞれの方向性結合器のカップリング信号は同じ振幅特性を有する。

以上の方向性結合器１００ａ，１００ｂにおいて、外部電極１１４ｃから出力されるカップリング信号の振幅特性と位相特性を調べた。図４（ａ）は、方向性結合器１００ａ，１００ｂのカップリング信号の振幅特性を示したグラフである。図４（ａ）において、縦軸は減衰量を示し、横軸は周波数を示している。図４（ｂ）は、方向性結合器１００ａ，１００ｂのカップリング信号の位相特性を示したグラフである。図４（ｂ）において、縦軸は位相を示し、横軸は周波数を示している。

図４（ａ）に示すように、副線路Ｓ１，Ｓ２のいずれか一方のみが主線路Ｍと結合している場合、方向性結合器１００ａ、１００ｂのカップリング信号の振幅特性の減衰量は周波数０．５ＧＨｚ〜３．０ＧＨｚの範囲で−１５ｄＢ程度変化しており、平坦化されていない。また、図４（ａ）に示すように、方向性結合器１００ａのカップリング信号の振幅特性及び方向性結合器１００ｂのカップリング信号の振幅特性は略一致している。すなわち、副線路Ｓ１，Ｓ２のいずれか一方のみが主線路Ｍと結合しているだけでは、カップリング信号の振幅特性が平坦化されないことが分かる。したがって、以下に説明するように、副線路Ｓ１，Ｓ２の両方が主線路Ｍと結合し、かつ、副線路Ｓ１，Ｓ２間にローパスフィルタＬＰＦ１が設けられることによって、方向性結合器１０ａのカップリング信号の振幅特性が平坦化されている。

ここで、方向性結合器１００ａでは、外部電極１１４ｃから出力されるカップリング信号は、副線路Ｓ１と主線路Ｍとが結合し、発生した信号であるので、ローパスフィルタＬＰＦ１を通過していない。一方、方向性結合器１００ｂでは、外部電極１１４ｃから出力されるカップリング信号は、主に副線路Ｓ２と主線路Ｍとが結合し、発生した信号であるので、ローパスフィルタＬＰＦ１を通過している。また、方向性結合器１０ａでは、副線路Ｓ１，Ｓ２の両方で発生したカップリング信号が合成されて外部電極１４ｃから出力される。すなわち、方向性結合器１０ａの外部電極１４ｃから出力されるカップリング信号は、方向性結合器１００ａの外部電極１１４ｃから出力されるカップリング信号と方向性結合器１００ｂの外部電極１１４ｃから出力されるカップリング信号とが合成された信号とみなすことができる。

そこで、図４（ｂ）を参照すると、方向性結合器１００ａでは、外部電極１１４ｃから出力されるカップリング信号の位相特性が略９０度で一定であるのに対して、方向性結合器１００ｂでは、外部電極１１４ｃから出力される信号の位相が６０度から−９０度まで変動している。方向性結合器１００ａでは、外部電極１１４ｃから出力される信号は、殆どローパスフィルタＬＰＦ１を通過していない。一方、方向性結合器１００ｂでは、外部電極１１４ｃから出力される信号は、ローパスフィルタＬＰＦ１を通過している。よって、方向性結合器１００ａの外部電極１１４ｃから出力されるカップリング信号と方向性結合器１００ｂの外部電極１１４ｃから出力されるカップリング信号との位相差は、ローパスフィルタＬＰＦ１によって発生する。より詳細には、方向性結合器１００ｂの外部電極１１４ｃから出力されるカップリング信号はＬＰＦ１を通過するため、方向性結合器１００ａの結合特性と比較して位相差が生じる。そして、図４（ｂ）によれば、方向性結合器１００ａのカップリング信号と方向性結合器１００ｂのカップリング信号の位相の差は、周波数の増加に伴って略３０度から１８０度まで単調増加している。

前述したように、方向性結合器１０ａの外部電極１４ｃから出力される信号は、方向性結合器１００ａの外部電極１１４ｃから出力される信号と方向性結合器１００ｂの外部電極１１４ｃから出力される信号とが合成された信号とみなすことができる。すなわち、方向性結合器１０ａのカップリング信号の振幅特性は、各周波数における方向性結合器１００ａのカップリング信号の振幅特性と方向性結合器１００ｂのカップリング信号の振幅特性を、二つのカップリング信号の位相差に従って、合成したものである。

ここで、方向性結合器１００ａのカップリング信号の振幅特性と方向性結合器１００ｂのカップリング信号の位相特性は図４（ｂ）に示すように周波数に従って所定の位相差を有しているため、方向性結合器１０ａのカップリング信号の振幅特性が平坦化される。

以上のような回路構成を有する方向性結合器１０ａによれば、以下に説明するように、素子の寸法を大きくすることなく、アイソレーション特性を向上させることができる。すなわち、アイソレーション特性の減衰量を大きくすることができる。アイソレーション特性とは、外部電極１４ｂ（出力ポート）から出力される信号と外部電極１４ｃ（カップリングポート）から出力される信号との間の電力の比（すなわち、減衰量）、及び、周波数の関係である。

本願発明者は、方向性結合器１０ａのアイソレーション特性が優れていることを明確にするために、以下に説明するシミュレーションを行った。図５（ａ）は、第３の比較例に係る方向性結合器１００ｃの回路図である。図５（ｂ）は、第４の比較例に係る方向性結合器１００ｄの回路図である。

図５（ａ）の方向性結合器１００ｃでは、主線路Ｍと副線路Ｓとが電磁気的に結合している。そして、副線路Ｓの両端には、ローパスフィルタＬＰＦ１０，ＬＰＦ１１が接続されている。また、図５（ｂ）の方向性結合器１００ｄでは、方向性結合器１００ｃにおいて、外部電極１１４ｅ，１１４ｆとグランドとの間に、終端抵抗器Ｒ１，Ｒ２が挿入されている。

以上の方向性結合器１０ａ，１００ｃ，１００ｄのアイソレーション特性を調べた。図６は、方向性結合器１０ａのアイソレーション特性を示したグラフである。図７（ａ）は、方向性結合器１００ｃのアイソレーション特性を示したグラフである。図７（ｂ）は、方向性結合器１００ｄのアイソレーション特性を示したグラフである。図６及び図７において、縦軸は減衰量を示し、横軸は周波数を示している。

方向性結合器１００ｃでは、ローパスフィルタＬＰＦ１０，ＬＰＦ１１が設けられているので、副線路Ｓと外部電極１１４ｃおよび副線路Ｓと外部電極１１４ｄとの間でインピーダンス整合が崩れる。そのため、副線路Ｓにおいて、本来外部電極１１４ｄに出力される信号が、ローパスフィルタＬＰＦ１１で反射し、外部電極１１４ｃから出力される。そのため、図７（ａ）に示すように、例えば、所定周波数帯域１７１０ＭＨｚ〜１９１０ＭＨｚ（ＧＳＭ１８００／１９００）を有する信号において、方向性結合器１００ｃのアイソレーション特性の減衰量は−３０ｄＢ程度である。

そこで、方向性結合器１００ｄでは、終端抵抗器Ｒ１，Ｒ２が設けられている。これにより、副線路ＳとローパスフィルタＬＰＦ１０，ＬＰＦ１１との間での不要な信号の反射をなくすことができる。そのため、図７（ｂ）に示すように、所定周波数帯域１７１０ＭＨｚ〜１９１０ＭＨｚ（ＧＳＭ１８００／１９００）を有する信号において、方向性結合器１００ｄのアイソレーション特性の減衰量は−６０ｄＢ程度まで向上する。

しかしながら、方向性結合器１００ｄでは、終端抵抗器Ｒ１，Ｒ２が必要になる。このため、方向性結合器１００ｄあるいは当該方向性結合器が実装される基板上で終端抵抗器Ｒ１，Ｒ２を設けるためのスペースを用意する必要があった。

これに対して、方向性結合器１０ａでは、副線路を副線路Ｓ１と副線路Ｓ２の２つに分割し、その間にローパスフィルタＬＰＦ１を設けている。この構成により、副線路Ｓ１のカップリング信号と副線路Ｓ２のカップリング信号に位相の差を持たせている。そのため、方向性結合器１０ａでは、ローパスフィルタ間での信号の反射が発生しない。その結果、図６に示すように、方向性結合器１０ａでは、終端抵抗器Ｒ１，Ｒ２が設けられていなくても、所定周波数帯域１７１０ＭＨｚ〜１９１０ＭＨｚ（ＧＳＭ１８００／１９００）を有する信号において、方向性結合器１０ａのアイソレーション特性の減衰量は−６０ｄＢ程度まで向上する。

次に、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８は、第１の実施形態ないし第４の実施形態に係る方向性結合器１０ａ〜１０ｄの外観斜視図である。図９は、第１の実施形態に係る方向性結合器１０ａの積層体１２ａの分解斜視図である。以下では、積層方向をｚ軸方向と定義し、ｚ軸方向から平面視したときの方向性結合器１０ａの長辺方向をｘ軸方向と定義し、ｚ軸方向から平面視したときの方向性結合器１０ａの短辺方向をｙ軸方向と定義する。なお、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、互いに直交している。

方向性結合器１０ａは、図８及び図９に示すように、積層体１２ａ、外部電極１４（１４ａ〜１４ｆ）、主線路Ｍ、副線路Ｓ１，Ｓ２、ローパスフィルタＬＰＦ１、シールド導体層３４ａ，３４ｂ及びビアホール導体ｖ２〜ｖ５，ｖ７〜ｖ１０を備えている。積層体１２ａは、図８に示すように、直方体状をなしており、図９に示すように、絶縁体層１６（１６ａ〜１６ｊ）がｚ軸方向の正方向側から負方向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。積層体１２ａのｚ軸方向の負方向側の面は、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。絶縁体層１６は、誘電体セラミックであり、長方形状をなしている。

外部電極１４ａ，１４ｅ，１４ｂは、積層体１２ａのｙ軸方向の負方向側の側面において、ｘ軸方向の負方向側から正方向側へとこの順に並ぶように設けられている。外部電極１４ｃ，１４ｆ，１４ｄは、積層体１２ａのｙ軸方向の正方向側の側面において、ｘ軸方向の負方向側から正方向側へとこの順に並ぶように設けられている。

主線路Ｍは、図９に示すように、線路部１８により構成されている。線路部１８は、絶縁体層１６ｉ上に設けられているコ字型の線状の導体層である。主線路Ｍの一端は、外部電極１４ａに接続されており、主線路Ｍの他端は、外部電極１４ｂに接続されている。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。

副線路Ｓ１は、図９に示すように、線路部２０により構成されており、絶縁体層１６ｈ上に設けられているＳ字型の線状の導体層である。副線路Ｓ１は、ｚ軸方向の正方向側から平面視したときに、少なくとも一部が主線路Ｍと重なっている。すなわち、主線路Ｍと副線路Ｓ１とは、絶縁体層１６ｈを挟んで対向している。これにより、主線路Ｍと副線路Ｓ１とが電磁気的に結合している。また、副線路Ｓ１の一端は、外部電極１４ｃに接続されている。

副線路Ｓ２は、図９に示すように、線路部２２により構成されており、絶縁体層１６ｈ上に設けられているＳ字型の線状の導体層である。副線路Ｓ２は、ｚ軸方向の正方向側から平面視したときに、少なくとも一部が主線路Ｍと重なっている。すなわち、主線路Ｍと副線路Ｓ２とは、絶縁体層１６ｈを挟んで対向している。これにより、主線路Ｍと副線路Ｓ２とが電磁気的に結合している。また、副線路Ｓ２の一端は、外部電極１４ｄに接続されている。

ローパスフィルタＬＰＦ１は、コイルＬ１及びコンデンサＣ１，Ｃ２により構成されている。コイルＬ１は、線路部２４（２４ａ〜２４ｄ）及びビアホール導体ｖ１，ｖ６により構成されており、ｚ軸方向の負方向側から正方向側にいくにしたがって時計回りに旋回する螺旋状のコイルと、ｚ軸方向の正方向側から負方向側にいくにしたがって時計回りに旋回する螺旋状コイルとが接続されて構成されている。ここで、コイルＬ１において、時計回りの上流側の端部を上流端と呼び、時計回りの下流側の端部を下流端と呼ぶ。

線路部２４ａ，２４ｄはそれぞれ、絶縁体層１６ｄ上に設けられている線状の導体層である。線路部２４ｂ，２４ｃはそれぞれ、絶縁体層１６ｃ上に設けられている線状の導体層である。線路部２４ｂの下流端と線路部２４ｃの上流端とは接続されている。

ビアホール導体ｖ１は、絶縁体層１６ｃをｚ軸方向に貫通しており、線路部２４ａの下流端と線路部２４ｂの上流端とを接続している。ビアホール導体ｖ６は、絶縁体層１６ｃをｚ軸方向に貫通しており、線路部２４ｃの下流端と線路部２４ｄの上流端とを接続している。

以上のように、方向性結合器１０ａでは、副線路Ｓ１，Ｓ２は、ｚ軸方向において、主線路ＭとコイルＬ１との間に設けられている。これにより、主線路ＭとコイルＬ１との間の距離が大きくなるので、主線路ＭとコイルＬ１とが電磁気的に結合することが抑制されている。

コンデンサＣ１は、面状導体層２６，３０，３２により構成されている。面状導体層（グランド導体）３０，３２はそれぞれ、絶縁体層１６ｅ，１６ｇの大部分を覆うように設けられており、外部電極１４ｆに接続されている。面状導体層（コンデンサ導体）２６は、絶縁体層１６ｆに設けられており、長方形状をなしている。面状導体層２６は、z軸方向から平面視したときに、面状導体層３０，３２に重なっている。これにより、面状導体層２６と面状導体層３０，３２との間には容量が発生している。

コンデンサＣ２は、面状導体層２８，３０，３２により構成されている。面状導体層（グランド導体）３０，３２はそれぞれ、絶縁体層１６ｅ，１６ｇの大部分を覆うように設けられており、外部電極１４ｆに接続されている。面状導体層（コンデンサ導体）２８は、絶縁体層１６ｆに設けられており、長方形状をなしている。面状導体層２８は、z軸方向から平面視したときに、面状導体層３０，３２に重なっている。これにより、面状導体層２８と面状導体層３０，３２との間には容量が発生している。

以上のように、コンデンサＣ１，Ｃ２は、ｚ軸方向において主線路ＭとコイルＬ１との間に設けられている。より詳細には、接地電位に保たれる面状導体層３０,３２は、ｚ軸方向において、主線路ＭとコイルＬ１との間に設けられている。これにより、主線路ＭとコイルＬ１とが電磁気的に結合することが抑制されている。

ビアホール導体ｖ２〜ｖ５は、絶縁体層１６ｄ〜１６ｇをｚ軸方向に貫通しており、互いに接続されることにより１本のビアホール導体を構成している。ビアホール導体ｖ２のｚ軸方向の正方向側の端部は、線路部２４ａの上流端に接続されている。ビアホール導体ｖ３のｚ軸方向の負方向側の端部は、面状導体層２６に接続されている。ビアホール導体ｖ４のｚ軸方向の正方向側の端部は、面状導体層２６に接続されている。ビアホール導体ｖ５のｚ軸方向の負方向側の端部は、線路部２０の他端に接続されている。

ビアホール導体ｖ７〜ｖ１０は、絶縁体層１６ｄ〜１６ｇをｚ軸方向に貫通しており、互いに接続されることにより１本のビアホール導体を構成している。ビアホール導体ｖ７のｚ軸方向の正方向側の端部は、線路部２４ｄの下流端に接続されている。ビアホール導体ｖ８のｚ軸方向の負方向側の端部は、面状導体層２８に接続されている。ビアホール導体ｖ９のｚ軸方向の正方向側の端部は、面状導体層２８に接続されている。ビアホール導体ｖ１０のｚ軸方向の負方向側の端部は、線路部２２の他端に接続されている。

以上のように方向性結合器１０ａが構成されることにより、コイルＬ１は、副線路Ｓ１と副線路Ｓ２との間に接続されている。更に、コンデンサＣ１は、コイルＬ１と副線路Ｓ１との間と、外部電極１４ｆとの間に接続されている。また、コンデンサＣ２は、コイルＬ１と副線路Ｓ２との間と、外部電極１４ｆとの間に接続されている。

シールド導体層３４ａは、絶縁体層１６ｂの略全面を覆うように設けられており、外部電極１４ｅ，１４ｆに接続されている。すなわち、シールド導体層３４ａの電位は、接地電位に保たれている。シールド導体層３４ａは、ｚ軸方向において、主線路Ｍ、副線路Ｓ１，Ｓ２及びローパスフィルタＬＰＦ１よりもｚ軸方向の正方向側に設けられることにより、方向性結合器１０ａにノイズが侵入することを抑制すると共に方向性結合器１０ａからノイズが放射されることを抑制している。

シールド導体層３４ｂは、絶縁体層１６ｊの略全面を覆うように設けられており、外部電極１４ｅ，１４ｆに接続されている。すなわち、シールド導体層３４ｂの電位は、接地電位に保たれている。シールド導体層３４ｂは、ｚ軸方向において、主線路Ｍ、副線路Ｓ１，Ｓ２及びローパスフィルタＬＰＦ１よりもｚ軸方向の負方向側（すなわち、実装面の近く）に設けられることにより、方向性結合器１０ａにノイズが侵入することを抑制すると共に方向性結合器１０ａからノイズが放射されることを抑制している。

（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の構成について図面を参照しながら説明する。図１０は、第２の実施形態に係る方向性結合器１０ｂの積層体１２ｂの分解斜視図である。

方向性結合器１０ｂの回路構成は、方向性結合器１０ａと同じであるので説明を省略する。方向性結合器１０ｂと方向性結合器１０ａとの相違点は、図１０に示すように、主線路Ｍ、副線路Ｓ１，Ｓ２、コンデンサＣ１，Ｃ２及びコイルＬ１の配置である。より詳細には、方向性結合器１０ａでは、図９に示すように、主線路Ｍ、副線路Ｓ１，Ｓ２、コンデンサＣ１，Ｃ２及びコイルＬ１は、ｚ軸方向の負方向側から正方向側へと、この順に並ぶように配置されている。一方、方向性結合器１０ｂでは、図１０に示すように、主線路Ｍ、副線路Ｓ１，Ｓ２、コンデンサＣ１，Ｃ２及びコイルＬ１は、ｚ軸方向の正方向側から負方向側へと、この順に並ぶように配置されている。

以上のように構成された方向性結合器１０ｂにおいても、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の構成について図面を参照しながら説明する。図１１は、第３の実施形態に係る方向性結合器１０ｃの積層体１２ｃの分解斜視図である。

方向性結合器１０ｃの回路構成は、方向性結合器１０ａ，１０ｂと同じであるので説明を省略する。方向性結合器１０ｃと方向性結合器１０ａとの相違点は、主線路Ｍ、副線路Ｓ１，Ｓ２及びローパスフィルタＬＰＦ１の配置である。より詳細には、方向性結合器１０ｃでは、主線路Ｍ及び副線路Ｓ１，Ｓ２とローパスフィルタＬＰＦ１とが、図１１に示すように、ｘ軸方向に並ぶように配置されている。これにより、方向性結合器１０ｃでは、素子の低背化を図ることが可能となる。

（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の構成について図面を参照しながら説明する。図１２は、第４の実施形態に係る方向性結合器１０ｄの回路図である。

方向性結合器１０ｄは、外部電極（端子）１４ａ〜１４ｆ、主線路Ｍ、副線路Ｓ１，Ｓ２及びローパスフィルタＬＰＦ２を回路構成として備えている。主線路Ｍは、外部電極１４ａ，１４ｂ間に接続されている。副線路Ｓ１は、外部電極１４ｃに接続され、かつ、主線路Ｍと電磁気的に結合している。副線路Ｓ２は、外部電極１４ｄに接続され、かつ、主線路Ｍと電磁気的に結合している。

また、ローパスフィルタＬＰＦ２は、副線路Ｓ１と副線路Ｓ２との間に接続され、所定の周波数帯域において、周波数が高くなるにしたがって０度以上１８０度以下の範囲で単調増加する絶対値を有する位相のずれを通過信号に対して生じさせる位相変換部である。ローパスフィルタＬＰＦ２は、コイルＬ２，Ｌ３及びコンデンサＣ１〜Ｃ３を含んでいる。

コイルＬ２，Ｌ３は、副線路Ｓ１，Ｓ２間に直列接続されており、主線路Ｍに対して電磁気的に結合していない。コイルＬ２は、副線路Ｓ１に接続されており、コイルＬ３は、副線路Ｓ２に接続されている。

コンデンサＣ１は、コイルＬ２の一端に接続されている。具体的には、コンデンサＣ１は、コイルＬ２と副線路Ｓ１との接続部と、外部電極１４ｆとの間に接続されている。コンデンサＣ２は、コイルＬ３の一端に接続されている。具体的には、コンデンサＣ２は、コイルＬ３と副線路Ｓ２との接続部と、外部電極１４ｆとの間に接続されている。コンデンサＣ３は、コイルＬ２とコイルＬ３との間と、外部電極１４ｅとの間に接続されている。

以上のような方向性結合器１０ｄ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，１４ｆ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に対して信号が入力されると、該信号が外部電極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から出力される信号の電力に比例する電力を有する信号が外部電極１４ｃから出力される。

以上のような回路構成を有する方向性結合器１０ｄによれば、方向性結合器１０ａと同様に、カップリング信号の振幅特性を平坦に近づけることができる。

また、方向性結合器１０ｄによれば、複数のコイルＬ２，Ｌ３及び複数のコンデンサＣ１〜Ｃ３からなるローパスフィルタＬＰＦが設けられているので、カップリング信号の振幅特性をより平坦化することができる。

次に、方向性結合器１０ｄの具体的構成について図面を参照しながら説明する。図１３は、第４の実施形態に係る方向性結合器１０ｄの積層体１２ｄの分解斜視図である。

方向性結合器１０ｄは、図８及び図１３に示すように、積層体１２ｄ、外部電極１４（１４ａ〜１４ｆ）、主線路Ｍ、副線路Ｓ１，Ｓ２、ローパスフィルタＬＰＦ２、シールド導体層３４ａ，３４ｂ、接続導体層４４及びビアホール導体ｖ２〜ｖ５，ｖ７〜ｖ１０，ｖ１３〜ｖ１６を備えている。

積層体１２ｄでは、絶縁体層１６ｃ，１６ｄの代わりに、絶縁体層１６ｋ〜１６ｐが設けられている。なお、方向性結合器１０ｄにおける絶縁体層１６ａ，１６ｂ，１６ｅ〜１６ｊの構造は、方向性結合器１０ａにおける絶縁体層１６ａ，１６ｂ，１６ｅ〜１６ｊの構造と同じであるので、説明を省略する。

ローパスフィルタＬＰＦ２は、コイルＬ２，Ｌ３及びコンデンサＣ１〜Ｃ３により構成されている。コイルＬ２は、線路部４０（４０ａ〜４０ｃ）及びビアホール導体ｖ１１，ｖ１２により構成されており、ｚ軸方向の負方向側から正方向側にいくにしたがって時計回りに旋回する螺旋状のコイルにより構成されている。ここで、コイルＬ２において、時計回りの上流側の端部を上流端と呼び、時計回りの下流側の端部を下流端と呼ぶ。

線路部４０ａは、絶縁体層１６ｐ上に設けられている線状の導体層である。線路部４０ｂは、絶縁体層１６ｏ上に設けられている線状の導体層である。線路部４０ｃは、絶縁体層１６ｎ上に設けられている線状の導体層である。

ビアホール導体ｖ１１は、絶縁体層１６ｏをｚ軸方向に貫通しており、線路部４０ａの下流端と線路部４０ｂの上流端とを接続している。ビアホール導体ｖ１２は、絶縁体層１６ｎをｚ軸方向に貫通しており、線路部４０ｂの下流端と線路部４０ｃの上流端とを接続している。

コイルＬ３は、線路部４２（４２ａ〜４２ｃ）及びビアホール導体ｖ１７，ｖ１８により構成されており、ｚ軸方向の正方向側から負方向側にいくにしたがって時計回りに旋回する螺旋状のコイルにより構成されている。ここで、コイルＬ３において、時計回りの上流側の端部を上流端と呼び、時計回りの下流側の端部を下流端と呼ぶ。

線路部４２ａ〜４２ｃはそれぞれ、絶縁体層１６ｎ〜１６ｐ上に設けられている線状の導体層である。ビアホール導体ｖ１７は、絶縁体層１６ｏをｚ軸方向に貫通しており、線路部４２ａの下流端と線路部４２ｂの上流端とを接続している。ビアホール導体ｖ１８は、絶縁体層１６ｏをｚ軸方向に貫通しており、線路部４２ｂの下流端と線路部４２ｃの上流端とを接続している。

また、線路部４０ａの上流端には、ビアホール導体ｖ２のｚ軸方向の正方向側の端部が接続されている。同様に、線路部４２ｃの下流端には、ビアホール導体ｖ７のｚ軸方向の正方向側の端部が接続されている。

コンデンサＣ３は、面状導体層４６，４８により構成されている。面状導体層（グランド導体）４８は、絶縁体層１６ｌの大部分を覆うように設けられており、外部電極１４ｅに接続されている。面状導体層（コンデンサ導体）４６は、絶縁体層１６ｋに設けられており、Ｔ字型をなしている。面状導体層４６は、z軸方向から平面視したときに、面状導体層４８に重なっている。これにより、面状導体層４６と面状導体層４８との間には容量が発生している。

接続導体層４４は、絶縁体層１６ｍ上に設けられている線状の導体層であり、ｘ軸方向に延在している。ビアホール導体ｖ１３，１６は、絶縁体層１６ｍをｚ軸方向に貫通している。ビアホール導体ｖ１３のｚ軸方向の負方向側の端部は、線路部４０ｃの下流端に接続されている。ビアホール導体ｖ１３のｚ軸方向の正方向側の端部は、線状導体層４４のｘ軸方向の負方向側の端部に接続されている。ビアホール導体ｖ１６のｚ軸方向の負方向側の端部は、線路部４２ａの上流端に接続されている。ビアホール導体ｖ１６のｚ軸方向の正方向側の端部は、線状導体層４４のｘ軸方向の正方向側の端部に接続されている。

また、ビアホール導体ｖ１４，ｖ１５はそれぞれ、絶縁体層１６ｋ，１６ｌをｚ軸方向に貫通しており、互いに接続されることにより１本のビアホール導体を構成している。ビアホール導体ｖ１４のｚ軸方向の正方向側の端部は、面状導体層４６に接続されている。ビアホール導体ｖ１５のｚ軸方向の負方向側の端部は、線状導体層４４に接続されている。

以上のように方向性結合器１０ｄが構成されることにより、コイルＬ２，Ｌ３は、副線路Ｓ１と副線路Ｓ２との間に接続されている。更に、コンデンサＣ３は、コイルＬ２とコイルＬ３との間と、外部電極１４ｅとの間に接続されている。

なお、方向性結合器１０ａ〜１０ｄにおいて、ローパスフィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２の代わりにハイパスフィルタＨＰＦ又は伝送線路が用いられてもよい。

以上のように、本発明は、方向性結合器に有用であり、特に、カップリング信号の振幅特性を平坦に近づけることができる点において優れている。

Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ
Ｌ１〜Ｌ３ コイル
ＬＰＦ１，ＬＰＦ２ ローパスフィルタ
Ｍ 主線路
Ｓ１，Ｓ２ 副線路
ｖ１〜ｖ１８ ビアホール導体
１０ａ〜１０ｄ 方向性結合器
１２ａ〜１２ｄ 積層体
１４ａ〜１４ｆ 外部電極
１６ａ〜１６ｐ 絶縁体層
１８，２０，２２，２４ａ〜２４ｄ，４０ａ〜４０ｃ，４２ａ〜４２ｃ 線路部
２６，２８，３０，３２，４６，４８ 面状導体層
３４ａ，３４ｂ シールド導体層
４４ 接続導体層

Claims (9)

1. 所定の周波数帯域において用いられる方向性結合器であって、
   第１の端子ないし第４の端子と、
   前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続されている主線路と、
   前記第３の端子に接続され、かつ、前記主線路と電磁気的に結合している第１の副線路と、
   前記第４の端子に接続され、かつ、前記主線路と電磁気的に結合している第２の副線路と、
   前記第１の副線路と前記第２の副線路との間に接続されているローパスフィルタであって、位相のずれを通過信号に対して生じさせるローパスフィルタと、
   複数の絶縁体層が積層されて構成されている積層体と、
   を備えており、
   前記主線路、前記第１の副線路、前記第２の副線路及び前記ローパスフィルタは、前記絶縁体層上に設けられている導体層により構成され、
   前記ローパスフィルタは、
   前記主線路と電磁気的に結合していないコイルと、
   前記コイルの端部に接続されているコンデンサと、
   を含んでおり、
   前記副線路は、積層方向において、前記コイルと前記主線路との間に設けられていること、
   を特徴とする方向性結合器。
2. 前記第１の端子は、信号が入力する入力端子であり、
   前記第２の端子は、前記信号が出力する第１の出力端子であり、
   前記第３の端子は、前記信号の電力に比例する電力を有する信号が出力する第２の出力端子であり、
   前記第４の端子は、終端化される終端端子であること、
   を特徴とする請求項１に記載の方向性結合器。
3. 前記ローパスフィルタは、
   前記主線路と電磁気的に結合していないコイルと、
   前記コイルの端部に接続されているコンデンサと、
   を含んでいること、
   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方向性結合器。
4. 前記ローパスフィルタのカットオフ周波数は、
   前記方向性結合器の使用周波数帯域内にな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方向性結合器。
5. 前記主線路と前記副線路とは、前記絶縁体層を介して対向していること、
   を特徴とする請求項１に記載の方向性結合器。
6. 前記コンデンサは、積層方向において、前記主線路と前記コイルとの間に設けられていること、
   を特徴とする請求項１に記載の方向性結合器。
7. 前記グランド導体は、積層方向において、前記主線路と前記コイルとの間に設けられていること、
   を特徴とする請求項６に記載の方向性結合器。
8. 前記方向性結合器は、
   接地電位に保たれるシールド層、
   を更に備えており、
   前記積層体の積層方向の一方の面は、実装面であり、
   前記シールド層は、前記主線路、前記第１の副線路、前記第２の副線路及び前記ローパスフィルタよりも前記実装面の近くに設けられていること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の方向性結合器。
9. 前記主線路と前記ローパスフィルタとは、積層方向に直交する方向に並んでいること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の方向性結合器。

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