JP5811788B2 - Directional coupler - Google Patents
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Description
本発明は、方向性結合器に関する。 The present invention relates to a directional coupler.
方向性結合器に関するものとして、以下の文献が開示されている。 The following documents are disclosed as related to the directional coupler.
特許文献1は、プリプレグを用いて作製される基板とその基板を用いて作製される積層電子部品等の製造方法に関するものである。当該発明は、導体の基材への固着強度が高く、高周波特性に優れ、比較的簡単な工程により得ることができる積層電子部品等を提供することを目的とする。当該発明は、樹脂又は樹脂に機能材料粉末を混合した材料からなる基材上に形成された官能基を有するカップリング剤層と、その上にめっきにより形成された導体層とを形成し、基材と導体層との間の表面粗さを3μm以下とすることを主な技術的特徴とする。 Patent Document 1 relates to a substrate manufactured using a prepreg and a method for manufacturing a laminated electronic component manufactured using the substrate. An object of the present invention is to provide a laminated electronic component or the like that has a high strength of fixing a conductor to a base material, is excellent in high-frequency characteristics, and can be obtained by a relatively simple process. The present invention forms a coupling agent layer having a functional group formed on a substrate made of a resin or a material obtained by mixing a functional material powder in a resin, and a conductor layer formed by plating on the base. The main technical feature is that the surface roughness between the material and the conductor layer is 3 μm or less.
特許文献2は、主としてマイクロ波帯及びミリ波帯で用いる結合線路形の方向性結合器に関するものである。当該発明は、製造ばらつき等による特性ばらつきの問題が起こりにくく、高い耐電力性が確保でき、製造コストを低減することを目的とする。当該発明は、複数の誘電体基板を積層して構成された多層誘電体基板と、多層誘電体基板の表面の中央に近接して並べられて配置された2本の結合部線路パターンと、多層誘電体基板の表面の端部に配置され2本の結合部線路パターンの長手方向の端にそれぞれ接続された4本の入出力線路パターンと、多層誘電体基板の内層に設けられた第1の内層地導体パターンと、多層誘電体基板の裏面に設けられた裏面地導体パターンと、第1の内層地導体パターンと裏面地導体パターンとを接続する複数の導体柱とを備え、第1の内層地導体パターンは、2本の結合部線路パターンが存在する領域に積層方向で対応する位置に設けられた領域よりも広い穴を有し、複数の導体柱は、第1の内層地導体パターンの穴の周囲に設けられていることを主な技術的特徴とする。
特許文献3は、方向性結合器に関し、特に光スイッチや光変調器に用いられる反転Δβ方向性結合器に関するものである。当該発明は、駆動電圧を低減し、進行波型電極を比較的自由に設計できるようにし、高速動作を可能にすることを目的とする。当該発明は、制御電極の電界が作用する光導波路の作用部では、1対の光導波路の中心線を境界とし、中心線の左右では、基板の分極方向が異なり且つ光導波路に沿った長手方向には作用部を複数の領域に分割するように中心線を横切る1本もしくは複数の横断線を境界とし、横断線の前後では、基板の分極方向が異なることを主な技術的特徴とする。
特許文献4は、方向性結合器に関するものである。当該発明は、コストの増加を防ぎ、結合線路間のブリッジに障害が発生する可能性を低減することを目的とする。当該発明は、薄膜基板上ではなく一般の基板の上面に形成したマイクロストリップラインに適当な高さと幅と長さを持ち、両側面に導体パターンが形成された短冊状誘導体基板を接続することを主な技術的特徴とする。
特許文献5は、マイクロストリップ線路により構成される方向性結合器に関するものである。当該発明は、簡素な構成で設計通りの結合量を容易且つ確実に得られるようにすることを目的とする。当該発明は、主線路上に誘電体を介して導体を配することで主信号の一部を容量結合させる一対の結合部と、これらの結合部間を接続する結合部接続線路とを備えることを主な技術的特徴とする。
特許文献6は、方向性結合器に関するものである。当該発明は、基板が同軸線路の内部へ挿入され、主線路が同軸線路の中心導体であり、接地電極が、基板を介して結合線路部の線路幅の全てを含む範囲に亘って結合線路部と対向する部分と、基板の縁端部から結合線路部の線路幅方向に結合線路部の線路幅の全てを含む範囲に亘って切り欠いた部分と、からなることを主な技術的特徴とする。これにより、送信電力を監視するために必要な方向性を得ることができ、電極パターン形成時の線路部と接地電極との位置ずれによる方向性の変化を小さくすることができるという効果が主張されている。
図18〜図23は、従来の方向性結合器の問題点を説明するためのものである。図18は、一般的な方向性結合器の第1の例を示している。図19は、図18のXIX−XIX断面図である。本例に係る方向性結合器101は、1つの基板102の表面に主線路103及び副線路104が形成されてなる。主線路103は、入力ポート111と出力ポート112とを接続する。副線路104は、アイソレーションポート113とカップリングポート114とを接続する。主線路103及び副線路104は、それぞれ近接部121,122を有する。両近接部121,122は、所定の間隔をあけて平行に近接するように形成されている。当該構成により、信号が入力ポート111から入力して出力ポート112から出力する際に、主線路3と副線路4とが近接部121,122を介して電磁界接続する。
18 to 23 are for explaining the problems of the conventional directional coupler. FIG. 18 shows a first example of a general directional coupler. 19 is a cross-sectional view taken along the line XIX-XIX in FIG. The
上記電磁界接続における結合量(減衰量)は、副線路4の近接部122の長さ・幅、両近接部121,122の間隔等により決定する。従って、所望の電気的特性を得るためには、近接部122の長さ等が所定の条件に適合するように設計されなければならない。しかし、このような設計は、基板2の面積等の制約により、困難となる場合がある。特に、本例のように1つの基板102上に主線路3及び副線路4の両方を形成する場合には、このような困難に遭遇することが多い。
The coupling amount (attenuation amount) in the electromagnetic field connection is determined by the length / width of the
図20は、上記方向性結合器101における電気的特性を示している。同図中、実線X1は入力ポート111から入力し出力ポート112から出力する信号の周波数と減衰量との関係を示している。一点鎖線Y1は入力ポート111から入力しアイソレーションポート113から出力する信号の周波数と減衰量との関係を示している。破線Z1は入力ポート111から入力しカップリングポート114から出力する信号の周波数と減衰量との関係を示している。
FIG. 20 shows the electrical characteristics of the
上記一点鎖線Y1及び破線Z1に示す結合量は、近接部122の長さを大きくする、両近接部121,122の間隔を小さくする等の処置により、大きくすることができる。しかし、このような処置が基板2上の制約等により行えない場合には、当該結合量を所望のレベルまで増加させることができない。
The amount of coupling indicated by the one-dot chain line Y1 and the broken line Z1 can be increased by measures such as increasing the length of the
図21は、一般的な方向性結合器の第2の例を示している。図22は、図21のXXII−XXII断面図である。本例に係る方向性結合器201は、他層構造を有するものである。主線路と副線路との電磁界接続は、基板202の表面に形成されたランドパターン203、ランドパターン203と接続し基板202の表面から内部に穿設されたビア204、及び基板202内部に形成されビア204と接続する内部パターン205を介して行われる。
FIG. 21 shows a second example of a general directional coupler. 22 is a cross-sectional view taken along the line XXII-XXII in FIG. The
このような構成によれば、基板202の表面上の制約に関わらず、内部パターン205の形状を調整することができる。しかし、このような他層構造を採用すると、製造コストの増加等の問題に加え、性能劣化の問題が生ずる。
According to such a configuration, the shape of the
図23は、上記方向性結合器201における電気的特性を示している。同図中、実線X2は入力ポート211から入力し出力ポート212から出力する信号の周波数と減衰量との関係を示している。一点鎖線Y2は入力ポート211から入力しアイソレーションポート213から出力する信号の周波数と減衰量との関係を示している。破線Z2は入力ポート211から入力しカップリングポート214から出力する信号の周波数と減衰量との関係を示している。
FIG. 23 shows the electrical characteristics of the
図23に示すように、本例の構成によると、通過特性(X2)、アイソレーション特性(Y2)、及びカップリング特性(Z2)は、周波数の増加に伴い大きく劣化していく。その理由は、ビア204を介する必要があるためと考えられる。
As shown in FIG. 23, according to the configuration of this example, the pass characteristic (X2), the isolation characteristic (Y2), and the coupling characteristic (Z2) are greatly deteriorated as the frequency increases. The reason is considered that it is necessary to pass through the
そこで、本発明は、コストの増加、性能劣化等を招くことなく、所望の電気的特性を得るための設計の自由度を向上させることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to improve the degree of freedom of design for obtaining desired electrical characteristics without causing an increase in cost, performance degradation, or the like.
本発明の一形態は、基板の表面に形成された入力ポートと出力ポートとを接続する主線路と、前記主線路に所定の間隔をあけて近接する近接部を介して前記主線路と電磁界接続する副線路とを備え、前記主線路は、前記入力ポートと前記出力ポートとを接続する導電部の一部が前記表面から隆起されてなる立体導電部を備え、前記立体導電部と前記近接部とが前記電磁界接続を確立する方向性結合器である。 According to one aspect of the present invention, a main line that connects an input port and an output port formed on a surface of a substrate, and a main part and an electromagnetic field via a proximity part that is close to the main line with a predetermined interval therebetween A sub-line to be connected, and the main line is provided with a three-dimensional conductive part in which a part of a conductive part connecting the input port and the output port is raised from the surface, and the three-dimensional conductive part and the proximity Is a directional coupler that establishes the electromagnetic field connection.
本発明によれば、コストの増加、性能劣化等を招くことなく、基板上での設計の自由度を大きく向上させることができる。これにより、所望の電気的特性を得るための設計を実現することが容易となる。 According to the present invention, the degree of freedom of design on a substrate can be greatly improved without causing an increase in cost, performance degradation, or the like. Thereby, it becomes easy to realize a design for obtaining desired electrical characteristics.
実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、実施の形態1に係る方向性結合器1の構成及び第1の実装例を示している。図2は、図1のII−II断面図である。
Embodiment 1
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of the directional coupler 1 according to the first embodiment and a first mounting example. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
方向性結合器1は、基板2、主線路3、及び副線路4を有する。
The directional coupler 1 includes a
基板2は、誘電体5からなり、その表面に主線路3及び副線路4が形成され、その裏面にグランドパターン6が形成されている。
The
主線路3は、基板2の表面に形成された入力ポート11と出力ポート12とを接続する導電部である。主線路3は、基板2の表面に直接形成された基板導電部20と、基板2の表面から隆起するように形成された立体導電部21とを有する。
The
立体導電部21は、チップ部材25、接続端子26、及び半田27を有する。チップ部材25は、直方体形状の誘電体30からなり、誘電体30の上下一対の面のうち一方の面(本実施の形態においては上面)には、導電パターン31が形成されている。
The three-dimensional
接続端子26は、導電性の部材であり、導電パターン31と半田27との間に介在している。半田27は、基板導電部20と接続端子26との間に介在し、チップ部材25及び接続端子26を基板2の表面から上方に離間した状態で保持する。チップ部材25の下部と基板2の表面との間には空間が形成されている。
The
副線路4は、基板2の表面に形成されたアイソレーションポート13とカップリングポート14とを接続する導電部である。副線路4は、主線路3と近接する近接部35を有する。近接部35は、基板2の表面においてチップ部材25の下部に潜り込むように形成されている。これにより、導電パターン31と近接部35とが所定の間隔をあけて近接配置された状態となり、導電パターン31及び近接部35を介して主線路3及び副線路4が電磁界接続される。
The
上記構成により、入力ポート11から入力した高周波信号は、チップ部材25の導電パターン31を介して出力ポート12から出力する。入力ポート11からアイソレーションポート13への結合は、チップ部材25を介して行われる。この時、チップ部材25下部にある近接部35の長さを、扱う信号の周波数のλ/4の長さに設計することが好ましい。
With the above configuration, the high frequency signal input from the
図3は、上記方向性結合器1の電気的特性を示している。縦軸は減衰量、横軸は周波数を表わす。同図中、実線Aは、入力ポート11から入力して出力ポート12から出力する信号の通過特性を示し、一点鎖線Bは、入力ポート11から入力してアイソレーションポート13から出力する信号のアイソレーション特性を示し、破線Cは、入力ポート11から入力してカップリングポート14から出力する信号のカップリング特性を示す。
FIG. 3 shows the electrical characteristics of the directional coupler 1. The vertical axis represents attenuation, and the horizontal axis represents frequency. In the figure, a solid line A indicates a passing characteristic of a signal input from the
上記構成によれば、主線路3の立体導電部21の導電パターン31と副線路4の近接部35とにより電磁界接続が確立する。方向性結合器1の電気的特性は、近接部35の長さ・幅、近接部35と導電パターン31との間隔等により決定する。従来のように1つの基板2上だけで主線路と副線路との電磁界接続を確立しようとする場合、基板2の面積等の制約により、所望の電気的特性を得るための条件を満たすことができない場合が多い。しかし、本実施の形態のような立体導電部21を採用すれば、立体導電部21の下部も近接部35を配置するための部分として利用することができるようになり、所望の電気的特性を得るための設計の自由度が向上する。また、本実施の形態においては、主線路3のうち電磁界接続に関与する一部分、即ち導電パターン31の部分だけが立体形状になっている。そのため、従来のように基板全体を他層構造にする場合に比べ、コストの増加、製品サイズ等の増大を抑えることができ、ビアを介することによる性能劣化が生ずることもない。
According to the above configuration, the electromagnetic field connection is established by the
図4は、上記方向性結合器1の第2の実装例を示している。本実装例におけるチップ部材25は、導電パターン31が基板2の表面に対向するように配置されている。これにより、導電パターン31と近接部35との間隔が小さくなり、主線路3と副線路4との結合量が大きくなる。
FIG. 4 shows a second implementation example of the directional coupler 1. The
図5は、図4に示す実装例における電気的特性を示している。一点鎖線B1は図4に係るアイソレーション特性を示し、一点鎖線Bは図1に係るアイソレーション特性を示す。破線C1は図4に係るカップリング特性を示し、破線Cは図1に係るカップリング特性を示す。図4に係る両線B1,C1の結合量は、図1に係る両線B,Cの結合量より大きくなっている。 FIG. 5 shows electrical characteristics in the mounting example shown in FIG. An alternate long and short dash line B1 indicates the isolation characteristic according to FIG. 4, and an alternate long and short dash line B indicates the isolation characteristic according to FIG. A broken line C1 indicates the coupling characteristic according to FIG. 4, and a broken line C indicates the coupling characteristic according to FIG. The coupling amount between both lines B1 and C1 according to FIG. 4 is larger than the coupling amount between both lines B and C according to FIG.
このように、チップ部材25の向きを上下に反転させるだけで主線路3と副線路4との結合量を変化させることができるので、方向性結合器1の構成部品の設計を変更することなく結合量を調整することが可能となる。
As described above, the amount of coupling between the
図6は、上記方向性結合器1の第3の実装例を示している。本実装例は、上記第1の実装例(図1)に比べ、半田27Aの量が多くなっている。そのため、チップ部材25の位置が高く、導電パターン31と近接部35との間隔が大きくなっている。これにより、第1の実装例に比べ、主線路3と副線路4との結合量が小さくなる。
FIG. 6 shows a third implementation example of the directional coupler 1. In this mounting example, the amount of
図7は、上記方向性結合器1の第4の実装例を示している。本実装例は、上記第2の実装例(図4)に比べ、半田27Bの量が少なくなっている。そのため、チップ部材25の位置が低く、導電パターン31と近接部35との間隔が小さくなっている。これにより、第2の実装例に比べ、主線路3と副線路4との結合量が大きくなる。
FIG. 7 shows a fourth implementation example of the directional coupler 1. In this mounting example, the amount of
図8は、結合量の変化に伴う通過特性の変化を示している。図9は、結合量の変化に伴うアイソレーション特性の変化を示している。図10は、結合量の変化に伴うカップリング特性の変化を示している。 FIG. 8 shows a change in the passage characteristic accompanying a change in the coupling amount. FIG. 9 shows changes in the isolation characteristics accompanying changes in the amount of binding. FIG. 10 shows a change in coupling characteristics accompanying a change in the amount of coupling.
上記半田27の量を減らすことにより、上記結合量が増加する。これに伴い、図8に示すように、通過特性の結合量は全体的に減少し、図9及び図10に示すように、アイソレーション特性及びカップリング特性の結合量は全体的に増加する。
By reducing the amount of the
上述のように、半田27の量を調整するだけで主線路3と副線路4との結合量を変化させることができるので、方向性結合器1の構成部品の設計を変更することなく結合量を調整することが可能となる。
As described above, the amount of coupling between the
実施の形態2
以下、本発明の他の実施の形態について説明するが、上記実施の形態1と同一又は同様の作用効果を奏する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。図11は、実施の形態2に係る方向性結合器51の構成及び第1の実装例を示している。図12は、当該方向性結合器51の構成及び第2の実装例を示している。図13は、当該方向性結合器51の立体導電部21を除いた状態を示している。
Hereinafter, although other embodiments of the present invention will be described, the same reference numerals are given to the portions having the same or similar effects as those of the first embodiment, and the description thereof will be omitted. FIG. 11 shows a configuration of the
本実施の形態に係る方向性結合器51は、接続部52を有することを特徴とする。接続部52は、基板2に形成された配線パターンであり、主線路3の基板導電部20と立体導電部21とを、接続端子26及び半田27を介して接続する。接続部52は、第1の接続部55及び第2の接続部56を有する。
The
第1の接続部55は、基板導電部20に重なるように形成されている。立体導電部21が第1の接続部55に接続された場合には、図11に示すように、立体導電部21と副線路4の近接部35とが重なった状態となる。
The
第2の接続部56は、基板導電部20に対して直角方向に且つ副線路4から離れる方向に形成されている。立体導電部21が第2の接続部56に接続された場合には、図12に示すように、立体導電部21と近接部35とが重なった状態にはならない。
The
上記図12に示す状態における立体導電部21の導電パターン31と近接部35との間隔は、上記図11に示す状態における間隔よりも大きくなる。即ち、図12の状態における主線路3と副線路4との結合量は、図11の状態における結合量よりも小さくなる。
The interval between the
このように、本実施の形態に係る方向性結合器51によれば、立体導電部21を設置する場所を変更するだけで、主線路3と副線路4との結合量を変化させ、電気的特性を変化させることができる。また、本実施の形態に係る構成に加え、上記実施の形態1において示したチップ部材21の反転、半田27の量の調整に係る構成を組み合わせることにより、更に結合量の調整の幅を広げることができる。
As described above, according to the
実施の形態3
図14は、実施の形態3に係る方向性結合器61の構成及び実装例を示している。
FIG. 14 shows a configuration and mounting example of the
本実施の形態に係る方向性結合器61は、半田62の形状に特徴を有する。半田62は、ボール形状を有し、接続端子26の下端部と基板導電部20との間に介在している。
The
このような構成においては、半田62の径を変化させることにより、主線路3と副線路4との結合量を変化させることができる。また、本実施の形態に係る構成に加え、上記他の実施の形態において示した構成を適宜組み合わせることにより、更に結合量の調整の幅を広げることができる。
In such a configuration, the coupling amount between the
実施の形態4
図15は、実施の形態4に係る方向性結合器71の構成及び実装例を示している。
FIG. 15 shows a configuration and mounting example of the
本実施の形態に係る方向性結合器71は、チップ部材25の下部と基板2の表面との間に形成された空間に、強誘電体72が配置されていることを特徴とする。
The
これにより、当該空間になにも配置しない場合に比べ、主線路3と副線路4との結合量を大きくすることができる。
Thereby, compared with the case where nothing is arrange | positioned in the said space, the coupling | bonding amount of the
実施の形態5
図16は、実施の形態5に係る方向性結合器81の構成及び実装例を示している。図17は、図16のXVII−XVII断面図である。
FIG. 16 shows a configuration and an implementation example of the
本実施の形態に係る方向性結合器81は、1つの主線路3に2つの立体導電部21が形成され、これに対応して、1つの副線路4に2つの近接部35が形成されていることを特徴とする。
In the
このような構成は、1つの立体導電部21では近接部35の長さを十分に確保できない場合等に有効である。例えば、扱う信号の周波数が低い場合には、λ/4の関係を実現するために必要な近接部35の距離が大きくなるが、このような場合には、本実施の形態のように複数の立体導電部21を用いることが有効となる。
Such a configuration is effective when the length of the
尚、本発明は上記実施の形態に限られるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
1,51,61,71,81 方向性結合器
2 基板
3 主線路
4 副線路
11 入力ポート
12 出力ポート
13 アイソレーションポート
14 カップリングポート
20 基板導電部
21 立体導電部
25 チップ部材
26 接続端子
27,27A,27B,62 半田
30 誘電体
31 導電パターン
35 近接部
52 接続部
55 第1の接続部
56 第2の接続部
72 強誘電体
1, 51, 61, 71, 81
Claims (8)
前記主線路に所定の間隔をあけて近接する近接部を介して前記主線路と電磁界接続する副線路と、
を備え、
前記主線路は、前記入力ポートと前記出力ポートとを接続する導電部の一部が前記表面から隆起されてなる立体導電部を備え、
前記立体導電部は、前記基板の表面から上方に離間した位置に導電性部材を介して設置され一対の平行な面のうち一方の面に導電パターンが形成されたチップ部材を備え、
前記導電パターンと前記近接部とが前記電磁界接続を確立する、
方向性結合器。 A main line connecting the input port and the output port formed on the surface of the substrate;
A sub line that is electromagnetically connected to the main line through a proximity portion that is close to the main line with a predetermined interval;
With
The main line includes a three-dimensional conductive part formed by raising a part of a conductive part connecting the input port and the output port from the surface;
The three-dimensional conductive portion includes a chip member that is installed via a conductive member at a position spaced upward from the surface of the substrate, and a conductive pattern is formed on one surface of a pair of parallel surfaces,
The conductive pattern and the proximity portion establish the electromagnetic field connection;
Directional coupler.
請求項1に記載の方向性結合器。The directional coupler according to claim 1.
前記近接部は、前記空間に形成される、
請求項1又は2に記載の方向性結合器。 A space is formed between the lower part of the three-dimensional conductive part and the surface of the substrate,
The proximity portion is formed in the space.
The directional coupler according to claim 1 or 2 .
前記半田の量又は形状を変化させることにより、前記導電パターンと前記近接部との間隔を変更可能である、
請求項1、2又は3に記載の方向性結合器。 The conductive member includes solder,
By changing the amount or shape of the solder, the distance between the conductive pattern and the proximity portion can be changed.
The directional coupler according to claim 1, 2 or 3 .
前記立体導電部をどの前記接続部に接続するかを選択することにより、前記立体導電部と前記近接部との間隔を変更可能である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の方向性結合器。 A plurality of connecting portions on the surface of the substrate;
By selecting which connection portion to connect the three-dimensional conductive portion, the interval between the three-dimensional conductive portion and the proximity portion can be changed.
The directional coupler according to any one of claims 1 to 4.
請求項3に記載の方向性結合器。 Ferroelectric material is disposed in the space,
The directional coupler according to claim 3 .
請求項1〜6のいずれか1項に記載の方向性結合器。 A plurality of the three-dimensional conductive portions are provided on one main line,
The directional coupler according to any one of claims 1 to 6.
前記副線路の他方の端部はカップリングポートに接続する、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の方向性結合器。 One end of the sub-line is connected to an isolation port,
The other end of the sub-line is connected to a coupling port;
The directional coupler according to any one of claims 1 to 7.
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