JP5455662B2 - 方向性結合器 - Google Patents
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Description
図33は、一般的な方向性結合器を示す平面図である。また、図34は、図33に示した方向性結合器を、IV−IV線に沿って切断した断面図である。
この方向性結合器によれば、上記制約にかかわらず結合度を増加させることができる。
図35(a)〜(d)は、従来の方向性結合器を模式的に示す平面図である。
図35(a)〜(d)において、A〜Dは、入出力端子を示している。図35(a)は、一般的な方向性結合器を示している。図35(b)は、平行な伝送線路の中央部分に、特性調整用のリアクタンス素子59、59'が直列に接続された方向性結合器を示している。図35(c)は、平行な伝送線路間に、リアクタンス素子60が直列に接続された方向性結合器を示している。また、図35(d)は、平行な伝送線路と接地導体との間に、リアクタンス素子61、61'が直列に接続された方向性結合器を示している。
特許文献1に示された方向性結合器では、結合度を増加させるために、別の構成要素(リアクタンス素子)を伝送線路と直列に接続する必要があるという問題がある。
そのため、別の構成要素を追加しない場合であっても、結合線路間隔を狭めることなく、結合度を増加させることができる方向性結合器を得ることができる。
図1は、この発明の実施の形態1に係る方向性結合器を示す平面図である。また、図2は、図1に示した方向性結合器を、I−I線に沿って切断した断面図である。
図3において、A〜Dは、入出力端子を示している。
ここで、図3に示した方向性結合器において、第1、第2容量性リアクタンス素子6、8を接続しない場合の結合度(端子Aから端子Bへの電力特性)が、例えば動作中心周波数2.2GHzで6.5dBとなるように、第1、第2伝送線路2、3の偶モードインピーダンス(Ze)=89Ωとし、奇モードインピーダンス(Zo)=32Ωとする。
また、本明細書中では、これ以降、簡単のために、第1、第2伝送線路2、3の偶・奇モードインピーダンスの値のみを示し、マイクロストリップ線路の構造寸法については説明を省略する。
図4には、第1、第2容量性リアクタンス素子6、8の容量を0.1pFとした場合の結合度14aと、第1、第2容量性リアクタンス素子6、8を接続しない場合の結合度14bとが示されている。
すなわち、この実施の形態1の方向性結合器によれば、アルミナ基板における製造限界による結合度の限界値6.5dB以上であっても、結合度を増加させることができる。
そこで、ワイヤ5、7のインダクタンス成分を無視できることについて、以下に説明する。
図5において、第1容量性リアクタンス素子6の両側には、ワイヤ5のインダクタンス成分に相当する第1誘導性リアクタンス素子15a、15bが直列に接続されている。また、第2容量性リアクタンス素子8の両側には、ワイヤ7のインダクタンス成分に相当する第2誘導性リアクタンス素子15c、15dが直列に接続されている。
そのため、ワイヤ5、7のインダクタンス成分を無視することができる。
そのため、第1伝送線路と第2伝送線路との間隔の製造限界、または耐電力確保のための間隔の制限による結合度の限界が発生した場合であっても、第1伝送線路と第2伝送線路との間隔を狭めることなく、製造限界による結合度の限界値以上の値にまで、結合度を増加させることができる。
図7は、この発明の実施の形態2に係る方向性結合器を示す平面図である。
図7において、第1伝送線路2には、第1伝送線路2の一端(例えば左端)と両端を除く中間部(例えば伝送線路の左端からL/2の位置)とを結ぶように、ワイヤ5等を用いて第1容量性リアクタンス素子6が並列に接続されている。
なお、その他の構成および図7のI−I断面図については、実施の形態1と同様なので、説明を省略する。
ここで、図8に示した方向性結合器において、第1、第2容量性リアクタンス素子6、8を接続しない場合の結合度が、例えば動作中心周波数2.2GHzで6.5dBとなるように、第1、第2伝送線路2、3の偶モードインピーダンス(Ze)=89Ωとし、奇モードインピーダンス(Zo)=32Ωとする。また、第1、第2伝送線路2、3の伝送線路長Lは、電気長90度(1/4波長)とする。
図9には、第1、第2容量性リアクタンス素子6、8の容量を0.5pFとした場合の結合度17aと、第1、第2容量性リアクタンス素子6、8を接続しない場合の結合度17bとが示されている。
なお、ワイヤ5、7のインダクタンス成分は、上記実施の形態1と同様に結合度に与える影響が微少なので、無視することができる。
そのため、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
図10は、この発明の実施の形態3に係る方向性結合器を示す平面図である。
図10において、第1伝送線路2には、第1伝送線路2の両端を除く中間部同士(例えば伝送線路の両端からL/4の位置)を結ぶように、ワイヤ5等を用いて第1容量性リアクタンス素子6が並列に接続されている。
なお、その他の構成および図10のI−I断面図については、実施の形態1と同様なので、説明を省略する。
ここで、図11に示した方向性結合器において、第1、第2容量性リアクタンス素子6、8を接続しない場合の結合度が、例えば動作中心周波数2.2GHzで6.5dBとなるように、第1、第2伝送線路2、3の偶モードインピーダンス(Ze)=89Ωとし、奇モードインピーダンス(Zo)=32Ωとする。また、第1、第2伝送線路2、3の伝送線路長Lは、電気長90度(1/4波長)とする。
図12には、第1、第2容量性リアクタンス素子6、8の容量を0.5pFとした場合の結合度18aと、第1、第2容量性リアクタンス素子6、8を接続しない場合の結合度18bとが示されている。
なお、ワイヤ5、7のインダクタンス成分は、上記実施の形態1と同様に結合度に与える影響が微少なので、無視することができる。
そのため、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
図13は、この発明の実施の形態4に係る方向性結合器を示す平面図である。
図13において、第1伝送線路2には、第1伝送線路2の両端を除く中間部同士(例えば伝送線路の左端からL/8および5L/8の位置)を結ぶように、ワイヤ5等を用いて第1容量性リアクタンス素子6が並列に接続されている。
なお、その他の構成および図13のI−I断面図については、実施の形態1と同様なので、説明を省略する。
ここで、図14に示した方向性結合器において、第1、第2容量性リアクタンス素子6、8を接続しない場合の結合度が、例えば動作中心周波数2.2GHzで6.5dBとなるように、第1、第2伝送線路2、3の偶モードインピーダンス(Ze)=89Ωとし、奇モードインピーダンス(Zo)=32Ωとする。また、第1、第2伝送線路2、3の伝送線路長Lは、電気長90度(1/4波長)とする。
図15には、第1、第2容量性リアクタンス素子6、8の容量を0.5pFとした場合の結合度20aと、第1、第2容量性リアクタンス素子6、8を接続しない場合の結合度20bとが示されている。
なお、ワイヤ5、7のインダクタンス成分は、上記実施の形態1と同様に結合度に与える影響が微少なので、無視することができる。
そのため、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
図16は、この発明の実施の形態5に係る方向性結合器を示す平面図である。
図16において、第1伝送線路2には、第1伝送線路2の両端を結ぶように、伝送線路21a、21bを用いて第1容量性リアクタンス素子6が並列に接続されている。また、第2伝送線路3には、第2伝送線路3の両端を結ぶように、伝送線路21c、21dを用いて第2容量性リアクタンス素子8が並列に接続されている。
なお、その他の構成および図16のI−I断面図については、実施の形態1と同様なので、説明を省略する。
ここで、図17に示した方向性結合器において、第1、第2容量性リアクタンス素子6、8を接続しない場合の結合度が、例えば動作中心周波数2.2GHzで6.5dBとなるように、第1、第2伝送線路2、3の偶モードインピーダンス(Ze)=89Ωとし、奇モードインピーダンス(Zo)=32Ωとする。また、第1、第2伝送線路2、3の伝送線路長Lは、電気長90度(1/4波長)とする。
図18には、第1、第2容量性リアクタンス素子6、8の容量を0.1pFとし、伝送線路21a〜21dの特性インピーダンスを100Ω、電気長を10度とした場合の結合度22aと、第1、第2容量性リアクタンス素子6、8を接続しない場合の結合度22bとが示されている。
そのため、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
この場合には、容量性リアクタンス素子および誘導性リアクタンス素子の特性を調整することにより、所望の結合度を得ることができる。
図19は、この発明の実施の形態6に係る方向性結合器を示す平面図である。
図19において、第1伝送線路2の端部から延伸して形成された第1入出力線路9、10は、それぞれ一部が折り曲げられて折り曲げ部23a、23bが形成されている。また、第2伝送線路3の端部から延伸して形成された第2入出力線路11、12は、それぞれ一部が折り曲げられて折り曲げ部23c、23dが形成されている。
なお、その他の構成および図19のI−I断面図については、実施の形態1と同様なので、説明を省略する。
第1、第2容量性リアクタンス素子6、8を、それぞれ第1、第2伝送線路2、3に対して並列に、折り曲げ部23a、23b同士および折り曲げ部23c、23d同士を結ぶように接続することによって、上記実施の形態1と同様に、結合度を増加させることができる。
そのため、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
この場合には、別の構成要素(第1、第2容量性リアクタンス素子6、8)を追加することなく、結合度を増加させることができるので、方向性結合器の製造を容易に行うことができる。
図21は、この発明の実施の形態7に係る方向性結合器を示す平面図である。
図21において、第1伝送線路2の端部から延伸して形成された第1入出力線路9、10は、それぞれ一部が折り曲げられて折り曲げ部23a、23bが形成されている。また、第2伝送線路3の端部から延伸して形成された第2入出力線路11、12は、それぞれ一部が折り曲げられて折り曲げ部23c、23dが形成されている。また、第1伝送線路2および第2伝送線路3の両端を除く中間部からそれぞれ突出して、第1スタブ状導体24および第2スタブ状導体25が形成されている。
なお、その他の構成および図21のI−I断面図については、実施の形態1と同様なので、説明を省略する。
第1、第2容量性リアクタンス26、27を、それぞれ第1、第2伝送線路2、3に対して並列に、第1スタブ状導体24と折り曲げ部23bとおよび第2スタブ状導体25と折り曲げ部23dとを結ぶように形成することによって、上記実施の形態1と同様に、結合度を増加させることができる。
そのため、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができるとともに、別の構成要素(容量性リアクタンス素子)を追加することなく、結合度を増加させることができるので、方向性結合器の製造を容易に行うことができる。
この場合も、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
図23は、この発明の実施の形態8に係る方向性結合器を示す斜視図である。また、図24は、図23に示した方向性結合器を透視して示す平面図である。
ここで、図23に示した上内導体32および下内導体33を図25(a)、(b)に示す。なお、図25(b)は、図25(a)から上内導体32を除いた図を示している。
さらに、図23中の点線部における上内導体32および下内導体33を、それぞれ図28(a)、(b)に示し、上内導体32および下内導体33を所定の間隔で上下に重ねた図を図29に示す。
まず、上内導体32に設けられたスタブ状導体36の側面と上内導体32の接続線路35の側面とにより、平行平板容量(以下、「側面容量38」と称する)が形成される。また、上内導体32に設けられたスタブ状導体36の下面と下内導体33の引き出し線路部37の上面とにより、平行平板容量(以下、「対面容量39」と称する)が形成される。また、上内導体32に設けられたスタブ状導体36の上面と同軸線路外導体31とにより、平行平板容量(以下、「対地容量40」と称する)が形成される。
図30において、容量38〜40は、それぞれ上内導体32および下内導体33に設けられたスタブ状導体36と接続線路35、引き出し線路部37および同軸線路外導体31とによって形成された側面容量38、対面容量39および対地容量40を示している。
図31には、側面容量38、対面容量39および対地容量40の容量をそれぞれ0.05pF、0.1pF、0.03pFとした場合の結合度43aと、側面容量38、対面容量39および対地容量40を接続しない場合の結合度43bとが示されている。
そのため、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができるとともに、別の構成要素(容量性リアクタンス素子)を追加することなく、結合度を増加させることができるので、方向性結合器の製造を容易に行うことができる。
この場合には、上記実施の形態8と同様の効果を得ることができるとともに、スタブ状導体36同士の結合を低減することができる。
Claims (10)
- 所定の周波数帯域の中心周波数において1/4波長の電気長を有する第1伝送線路と、
前記第1伝送線路と対向して配置され、前記中心周波数において1/4波長の電気長を有する第2伝送線路と、
前記第1伝送線路と並列に接続されるように形成された第1容量性リアクタンスと、
前記第2伝送線路と並列に接続されるように形成された第2容量性リアクタンスと、
を備え、
前記第1容量性リアクタンスおよび前記第2容量性リアクタンスは、それぞれ前記第1伝送線路および前記第2伝送線路の両端を接続するように形成され、
前記第1伝送線路の両端部からそれぞれ前記第2伝送線路とは反対方向に延伸して形成された一対の第1入出力線路と、
前記第2伝送線路の両端部からそれぞれ前記第1伝送線路とは反対方向に延伸して形成された一対の第2入出力線路と、
をさらに備え、
前記第1容量性リアクタンスは、前記一対の第1入出力線路同士が対向することによって形成される容量であり、
前記第2容量性リアクタンスは、前記一対の第2入出力線路同士が対向することによって形成される容量である
ことを特徴とする方向性結合器。 - 所定の周波数帯域の中心周波数において1/4波長の電気長を有する第1伝送線路と、
前記第1伝送線路と対向して配置され、前記中心周波数において1/4波長の電気長を有する第2伝送線路と、
前記第1伝送線路と並列に接続されるように形成された第1容量性リアクタンスと、
前記第2伝送線路と並列に接続されるように形成された第2容量性リアクタンスと、
を備え、
前記第1容量性リアクタンスおよび前記第2容量性リアクタンスは、それぞれ前記第1伝送線路および前記第2伝送線路の両端を接続するように形成され、
前記第1伝送線路および前記第2伝送線路からそれぞれ互いに反対方向に突出して形成された第1スタブ状導体および第2スタブ状導体と、
前記第1伝送線路の両端部からそれぞれ前記第2伝送線路とは反対方向に延伸して形成された一対の第1入出力線路と、
前記第2伝送線路の両端部からそれぞれ前記第1伝送線路とは反対方向に延伸して形成された一対の第2入出力線路と、
をさらに備え、
前記第1容量性リアクタンスは、前記第1スタブ状導体と前記一対の第1入出力線路の一方とを接続するように形成され、
前記第2容量性リアクタンスは、前記第2スタブ状導体と前記一対の第2入出力線路の一方とを接続するように形成される
ことを特徴とする方向性結合器。 - 所定の周波数帯域の中心周波数において1/4波長の電気長を有する第1伝送線路と、
前記第1伝送線路と対向して配置され、前記中心周波数において1/4波長の電気長を有する第2伝送線路と、
前記第1伝送線路と並列に接続されるように形成された第1容量性リアクタンスと、
前記第2伝送線路と並列に接続されるように形成された第2容量性リアクタンスと、
を備え、
前記第1容量性リアクタンスおよび前記第2容量性リアクタンスは、それぞれ前記第1伝送線路および前記第2伝送線路の一端と両端を除く中間部とを接続するように形成され、
前記第1伝送線路および前記第2伝送線路からそれぞれ互いに反対方向に突出して形成された第1スタブ状導体および第2スタブ状導体と、
前記第1伝送線路の両端部からそれぞれ前記第2伝送線路とは反対方向に延伸して形成された一対の第1入出力線路と、
前記第2伝送線路の両端部からそれぞれ前記第1伝送線路とは反対方向に延伸して形成された一対の第2入出力線路と、
をさらに備え、
前記第1容量性リアクタンスは、前記第1スタブ状導体と前記一対の第1入出力線路の一方とを接続するように形成され、
前記第2容量性リアクタンスは、前記第2スタブ状導体と前記一対の第2入出力線路の一方とを接続するように形成される
ことを特徴とする方向性結合器。 - 所定の周波数帯域の中心周波数において1/4波長の電気長を有する第1伝送線路と、
前記第1伝送線路と対向して配置され、前記中心周波数において1/4波長の電気長を有する第2伝送線路と、
前記第1伝送線路と並列に接続されるように形成された第1容量性リアクタンスと、
前記第2伝送線路と並列に接続されるように形成された第2容量性リアクタンスと、
を備え、
前記第1容量性リアクタンスおよび前記第2容量性リアクタンスは、それぞれ前記第1伝送線路および前記第2伝送線路の両端を除く中間部同士を接続するように形成され、
前記第1伝送線路および前記第2伝送線路からそれぞれ互いに反対方向に突出して形成された第1スタブ状導体および第2スタブ状導体と、
前記第1伝送線路の両端部からそれぞれ前記第2伝送線路とは反対方向に延伸して形成された一対の第1入出力線路と、
前記第2伝送線路の両端部からそれぞれ前記第1伝送線路とは反対方向に延伸して形成された一対の第2入出力線路と、
をさらに備え、
前記第1容量性リアクタンスは、前記第1スタブ状導体と前記一対の第1入出力線路の一方とを接続するように形成され、
前記第2容量性リアクタンスは、前記第2スタブ状導体と前記一対の第2入出力線路の一方とを接続するように形成される
ことを特徴とする方向性結合器。 - 所定の周波数帯域の中心周波数において1/4波長の電気長を有する第1伝送線路と、
前記第1伝送線路と対向して配置され、前記中心周波数において1/4波長の電気長を有する第2伝送線路と、
前記第1伝送線路と並列に接続されるように形成された第1容量性リアクタンスと、
前記第2伝送線路と並列に接続されるように形成された第2容量性リアクタンスと、
を備え、
前記第1容量性リアクタンスおよび前記第2容量性リアクタンスは、それぞれ前記第1伝送線路および前記第2伝送線路の両端を接続するように形成され、
前記第1伝送線路および前記第2伝送線路からそれぞれ突出して形成された第1スタブ状導体および第2スタブ状導体と、
前記第1伝送線路の両端部からそれぞれ延伸して形成された一対の第1入出力線路と、
前記第2伝送線路の両端部からそれぞれ延伸して形成された一対の第2入出力線路と、
をさらに備えた広辺結合型の方向性結合器であって、
前記第1容量性リアクタンスは、前記第1スタブ状導体と前記第1入出力線路とが対向することによって形成される容量であり、
前記第2容量性リアクタンスは、前記第2スタブ状導体と前記第2入出力線路とが対向することによって形成される容量である
ことを特徴とする方向性結合器。 - 所定の周波数帯域の中心周波数において1/4波長の電気長を有する第1伝送線路と、
前記第1伝送線路と対向して配置され、前記中心周波数において1/4波長の電気長を有する第2伝送線路と、
前記第1伝送線路と並列に接続されるように形成された第1容量性リアクタンスと、
前記第2伝送線路と並列に接続されるように形成された第2容量性リアクタンスと、
を備え、
前記第1容量性リアクタンスおよび前記第2容量性リアクタンスは、それぞれ前記第1伝送線路および前記第2伝送線路の一端と両端を除く中間部とを接続するように形成され、
前記第1伝送線路および前記第2伝送線路からそれぞれ突出して形成された第1スタブ状導体および第2スタブ状導体と、
前記第1伝送線路の両端部からそれぞれ延伸して形成された一対の第1入出力線路と、
前記第2伝送線路の両端部からそれぞれ延伸して形成された一対の第2入出力線路と、
をさらに備えた広辺結合型の方向性結合器であって、
前記第1容量性リアクタンスは、前記第1スタブ状導体と前記第1入出力線路とが対向することによって形成される容量であり、
前記第2容量性リアクタンスは、前記第2スタブ状導体と前記第2入出力線路とが対向することによって形成される容量である
ことを特徴とする方向性結合器。 - 所定の周波数帯域の中心周波数において1/4波長の電気長を有する第1伝送線路と、
前記第1伝送線路と対向して配置され、前記中心周波数において1/4波長の電気長を有する第2伝送線路と、
前記第1伝送線路と並列に接続されるように形成された第1容量性リアクタンスと、
前記第2伝送線路と並列に接続されるように形成された第2容量性リアクタンスと、
を備え、
前記第1容量性リアクタンスおよび前記第2容量性リアクタンスは、それぞれ前記第1伝送線路および前記第2伝送線路の両端を除く中間部同士を接続するように形成され、
前記第1伝送線路および前記第2伝送線路からそれぞれ突出して形成された第1スタブ状導体および第2スタブ状導体と、
前記第1伝送線路の両端部からそれぞれ延伸して形成された一対の第1入出力線路と、
前記第2伝送線路の両端部からそれぞれ延伸して形成された一対の第2入出力線路と、
をさらに備えた広辺結合型の方向性結合器であって、
前記第1容量性リアクタンスは、前記第1スタブ状導体と前記第1入出力線路とが対向することによって形成される容量であり、
前記第2容量性リアクタンスは、前記第2スタブ状導体と前記第2入出力線路とが対向することによって形成される容量である
ことを特徴とする方向性結合器。 - 前記第1スタブ状導体と前記第2スタブ状導体との接続の向きが、互いに対向することを特徴とする請求項5から請求項7までの何れか1項に記載の方向性結合器。
- 前記第1伝送線路と並列に接続されるように形成された第1誘導性リアクタンスと、
前記第2伝送線路と並列に接続されるように形成された第2誘導性リアクタンスと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1から請求項8までの何れか1項に記載の方向性結合器。 - 前記第1容量性リアクタンス、前記第2容量性リアクタンス、前記第1誘導性リアクタンスまたは前記第2誘導性リアクタンスは、伝送線路を用いて前記第1伝送線路および前記第2伝送線路と接続されることを特徴とする請求項1から請求項9までの何れか1項に記載の方向性結合器。
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