JP6042014B1 - 方向性結合器及びダイプレクサ - Google Patents

Abstract

【課題】設計時の動作周波数において、反射損失を抑制可能な方向性結合器を提供する。【解決手段】方向性結合器（１）の矩形導波路（１１，１２）の各々は、第２の狭壁（１１２，１２２）が第１の狭壁（１３）に向かって突出している突出区間であって、開口（１３１）の少なくとも一部を含む突出区間（１１ｂ，１２ｂ）を有し、突出量（Ｐ）は、突出区間（１１ｂ，１２ｂ）の両端より中央において大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、２つの矩形導波路を備えた方向性結合器に関する。また、そのような方向性結合器を備えたダイプレクサに関する。

マイクロ波やミリ波などの高周波信号を扱う技術分野では、このような高周波信号を分波する又は合波する方向性結合器が広く利用されている。このような方向性結合器の一例として、開口が形成された導波路狭壁を共有する２本のポスト壁導波路を備えた方向性結合器が非特許文献１の図１に記載されている。図２９は、非特許文献１に記載された方向性結合器７の構成を模式的に示す斜視図である。図２９では、ポスト壁を模式化することによって導体壁として表している。すなわち、図２９では、誘電体基板の両面に設けられた一対の導体板と、一対のポスト壁とによって形成されるポスト壁導波路を模式化することによって、４つの導体壁からなる矩形導波路を表している。

図２９に示すように、方向性結合器７は、第１の矩形導波路７１と第２の矩形導波路７２とを備えている。第１の矩形導波路７１及び第２の矩形導波路７２は、狭壁７３を共有している。狭壁７３には、開口７３１が形成されており、この開口７３１を介して第１の矩形導波路７１の内部と第２の矩形導波路７２の内部とが連通する。

狭壁７３に開口７３１が形成されていることにより、第１の矩形導波路７１と第２の矩形導波路７２とは、互いに電磁気的に結合している。したがって、例えば第１のポートＰ１に高周波信号を入射させた場合、その高周波信号は、第２のポートＰ２のみならず第３のポートＰ３及び第４のポートＰ４からも出射される。このとき、第１のポートＰ１に入射された高周波信号の電力に対する第３のポートＰ３から出射される高周波信号の電力の比は、第１の矩形導波路７１と第２の矩形導波路７２との結合の強さに依存する。この結合の強さのことを結合度と呼称する。結合度の大小は、開口の幅Ｗを変化させることによって変化させることができる。結合度が結合度３ｄＢの方向性結合器の場合、第２のポートＰ２から出射される高周波信号の電力に対する第３のポートＰ３から出射される高周波信号の電力の比は、１：１となる。

Z.C. Hao et. al.，Microwaves, Antennas and Propagation, IEE Proceedings，Vol. 153, No. 5, p. 426，October 2006 Ji-Xin Chen et. al.，IEEE Microwave and Wireless Components Letters，Vol. 16, No. 2, p. 84, February 2006

本願の発明者ら（以下、発明者ら）は、動作周波数が６０ＧＨｚとなるように、より具体的には、６０ＧＨｚのおよそ２／３倍である３９．５ＧＨｚがＴＥ_１０モードのカットオフ周波数となるように、第１の従来例の方向性結合器７の各パラメータを以下の通りに設計した。

第１の矩形導波路７１の内部及び第２の矩形導波路７２の内部の比誘電率を３．８２３とした。

第１の矩形導波路７１の幅及び第２の矩形導波路７２の幅を１．９４ｍｍとした。

第１の矩形導波路７１の高さ及び第２の矩形導波路７２の高さを０．５ｍｍとした。

狭壁７３の厚みを０．２ｍｍとした。

なお、結合度がおおよそ３ｄＢ付近の方向性結合器とするために、開口７３１の幅Ｗを２．８５ｍｍとした。

各パラメータをこのように定めた従来の方向性結合器７（以下、第１の従来例）を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を、図３０に示す。図３０に示したＳパラメータのうちＳ（１，１）は、第１のポートＰ１に高周波信号を入射させた場合において、入射させた高周波信号の電力に対する、第１のポートＰ１から反射された高周波信号の電力の割合を表す。同様に、Ｓ（１，２）、Ｓ（１，３）、及びＳ（１，４）の各々は、第１のポートＰ１に高周波信号を入射させた場合において、入射させた高周波信号の電力に対する、第２のポートＰ２、第３のポートＰ３、及び第４のポートＰ４のそれぞれから出射された高周波信号の電力の割合を表す。

５０ＧＨｚ〜５９ＧＨｚの周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、それぞれ、−１３ｄＢを下回り、第１の矩形導波路７１と第２の矩形導波路７２との結合状態としては、オーバーカップル特性を実現している。すなわち、５０ＧＨｚ以上５９ＧＨｚ以下の周波数領域において、第１の従来例の方向性結合器７は、方向性結合器として動作していることが分かる。

一方、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを上回る周波数領域（６０ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域）において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、増大することが分かる。具体的には、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、およそ６０．５ＧＨｚにおいて−１３ｄＢを上回り、６２ＧＨｚにおいて−６．５ｄＢ程度に達している。第１のポートＰ１に高周波信号を入射させた場合において、第４のポートＰ４から高周波信号が出射されるということは、方向性結合器７の方向性が劣化しているということを意味する。また、第１のポートＰ１に高周波信号を入射させた場合において、第１のポートＰ１から高周波信号が反射されるということは、方向性結合器７の整合状態が崩れていることを意味する。以上のように、方向性結合器７は、方向性結合器として正しく動作していないことが分かった。

この原因を探るために、発明者らは、第１の従来例の方向性結合器７の広壁に平行な面における電界強度を計算した。その電界強度の計算結果を、図３１に示す。図３１の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、５５ＧＨｚ及び６２ＧＨｚの高周波信号を第１のポートＰ１に入射させた場合に得られた電界強度のコンター図である。

図３１の（ａ）を参照すると、（１）第１のポートＰ１に入射された高周波信号が第１の導波路７１の内部を伝搬し第２のポートＰ２から出射されること、（２）開口７３１において第１の導波路７１の内部から第２の導波路７２の内部へ結合した高周波信号が第３のポートＰ３から出射されること、（３）開口７３１において第１の導波路７１の内部から第２の導波路７２の内部へ結合した高周波信号のうち、第４のポートＰ４から出射される高周波信号の電界強度は、第３のポートＰ３から出射される高周波信号の電界強度と比較して明確に小さいこと、の３点が読み取れた。

一方、図３１の（ｂ）を参照すると、（１）開口７３１を隔てて第１の導波路７１及び第２の導波路７２の双方にまたがって分布する電界強度の姿態が乱れており、その結果、（２）第１のポートＰ１に入射された高周波信号が第２のポートＰ２及び第３のポートＰ３のみならず、第４のポートＰ４からも電界強度の高い高周波信号が出射されていることが読み取れた。

非特許文献２の図２には、安価で、かさばらず、且つ、高性能なミキサーを実現するための技術として、上述した方向性結合器７を発展させたものが記載されている。図３２は、非特許文献２に記載された方向性結合器８の構成を模式的に示す斜視図である。図３２では、図２９と同様に、ポスト壁を模式化することによって導体壁として表している。すなわち、図３２では、誘電体基板の両面に設けられた一対の導体板と、一対のポスト壁とによって形成されるポスト壁導波路を模式化することによって、４つの導体壁からなる矩形導波路を表している。

方向性結合器８は、開口８３１が形成された第１の狭壁８３を共有する２本の矩形導波路８１，８２を備えており、これら２本の矩形導波路８１，８２の各々には、第２の狭壁から第１の狭壁８３に向かって突出している突出区間８１ｂ及び突出区間８２ｂが設けられている。換言すれば、突出区間８１ｂにおける第１の矩形導波路８１の幅は、第１の矩形導波路８１の第１の区間８１ａの幅及び第１の矩形導波路８１の第２の区間８１ｃの幅と比較して、突出量Ｐの分だけ狭い。突出区間８２ｂにおける第２の矩形導波路８１の幅についても同様である。方向性結合器８において、突出区間８１ｂ，８２ｂの長さＬは、開口８３１の幅Ｗよりも短い。

発明者らは、動作周波数が６０ＧＨｚとなるように、より具体的には、６０ＧＨｚのおよそ２／３倍である３９．５ＧＨｚがＴＥ_１０モードのカットオフ周波数となるように、第２の従来例の方向性結合器８の各パラメータを以下の通りに設計した。

第１の矩形導波路８１の内部及び第２の矩形導波路８１の内部の比誘電率を３．８２３とした。

第１の矩形導波路８１の幅及び第２の矩形導波路８２の幅を１．９４ｍｍとした。

第１の矩形導波路８１の高さ及び第２の矩形導波路８２の高さを０．５ｍｍとした。

狭壁８３の厚みを０．２ｍｍとした。

なお、結合度３ｄＢの方向性結合器とするために、開口８３１の幅Ｗを、２．８５ｍｍとした。

突出区間８１ｂ，８２ｂの突出量Ｐを３００μｍとした。

突出区間８１ｂ，８２ｂの長さＬを、２．４ｍｍ、２．８５ｍｍ、及び３．２ｍｍとした。以下において、長さＬを２．４ｍｍ、２．８５ｍｍ、及び３．２ｍｍとした方向性結合器８の各々を、それぞれ、第２〜第４の従来例の方向性結合器８と呼称する。

このように各パラメータを定めた第２〜第４の従来例の方向性結合器８のＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を、それぞれ、図３３〜図３５に示す。

図３３を参照すると、６０ＧＨｚを中心とする広い周波数領域において、第２の従来例の方向性結合器８のＳ（１，１）及びＳ（１，４）の各々が、それぞれ、−１３ｄＢ以上であること、すなわち、反射損失が増大し、且つ、方向性が劣化していることが分かった。

図３４を参照すると、６０ＧＨｚを中心とする広い周波数領域において、第３の従来例の方向性結合器８のＳ（１，１）及びＳ（１，４）の各々が、それぞれ、−１３ｄＢ以上であること、すなわち、反射損失が増大し、且つ、方向性が劣化していることが分かった。

図３５を参照すると、６０ＧＨｚを中心とする広い周波数領域において、第４の従来例の方向性結合器８のＳ（１，１）及びＳ（１，４）の各々が、それぞれ、−１３ｄＢ以上であること、すなわち、反射損失が増大し、且つ、方向性が劣化していることが分かった。

このように、第１の矩形導波路８１及び第２の矩形導波路８２の各々に、それぞれ、突出区間８１ｂ及び突出区間８２ｂが設けた場合であっても、設計時の動作周波数において反射損失を抑制できないことが分かった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、マイクロ波及びミリ波に対して利用可能な方向性結合器であって、設計時の動作周波数において反射損失を抑制可能な方向性結合器を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る方向性結合器は、開口が形成された第１の狭壁を共有する第１の矩形導波路と第２の矩形導波路とを備えた方向性結合器であって、上記第１の矩形導波路及び上記第２の矩形導波路の各々は、第２の狭壁が上記第１の狭壁に向かって突出している突出区間であって、上記開口の少なくとも一部を含む突出区間を有し、上記突出区間において上記第２の狭壁が上記第１の狭壁に向かって突出する突出量は、上記突出区間の両端より上記突出区間の中央において大きい、ことを特徴としている。

上記のように構成された方向性結合器の第１の矩形導波路の一方の端部に、設計時の動作周波数である高周波信号を入射させた場合、設計時の動作周波数におけるＳ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、何れも十分に小さくなる。すなわち、この方向性結合器は、設計時の動作周波数において反射損失を抑制することができる。

本発明の一態様に係る方向性結合器において、上記突出量は、上記突出区間の両端から上記突出区間の中央に近づくにしたがって連続的に大きくなる、ことが好ましい。

上記の構成によれば、設計時の動作周波数におけるＳ（１，１）及びＳ（１，４）の各々を更に抑制することができる。

本発明の一態様に係る方向性結合器において、上記突出量は、上記突出区間の両端から上記突出区間の中央に近づくにしたがって離散的に大きくなる、ように構成されていてもよい。

上記の構成によれば、設計時の動作周波数におけるＳ（１，１）及びＳ（１，４）の各々を更に抑制することができる。

本発明の一態様に係る方向性結合器において、上記突出区間の長さは、導波方向に沿って測った上記開口の幅以上である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、方向性結合器が方向性結合器として動作する周波数帯域を高周波側にシフトさせることができる。

本発明の一態様に係る方向性結合器において、上記第１の矩形導波路の広壁及び上記第２の矩形導波路の広壁は、それぞれ、誘電体基板の両面に設けられた一対の導体板からなり、上記第１の矩形導波路の狭壁及び上記第２の矩形導波路の狭壁は、それぞれ、上記誘電体基板を貫通する導体ポストからなる、ことが好ましい。

このように構成された方向性結合器は、ポスト壁導波路技術を用いることによって作製することができる。ポスト壁導波路技術を用いて本発明に係る方向性結合器を作製することによって、金属製の導波管を用いて方向性結合器を作製する場合と比較して、容易に作製することができる。その結果として、方向性結合器の製造コストを抑制することができる。

また、ポスト壁導波路技術を用いて本発明に係る方向性結合器を作製することによって、方向性結合器を他の導波路やバンドパスフィルタなどと共に１枚の誘電体基板に集積化することができる。したがって、方向性結合器を含む高周波伝送システムを小型化することができる。

本発明の一態様に係るダイプレクサは、本発明の各態様に係る方向性結合器の何れかを第１の方向性結合器及び第２の方向性結合器として備えたダイプレクサであって、上記第１の方向性結合器の第１の矩形導波路及び上記第２の方向性結合器の第１の矩形導波路の間に挿入された第１のバンドパスフィルタと、上記第１の方向性結合器の第２の矩形導波路及び上記第２の方向性結合器の第２の矩形導波路の間に挿入された第２のバンドパスフィルタと、を更に備えている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、本発明の各態様に係る方向性結合器と同様の効果を奏する。

本発明は、マイクロ波及びミリ波に対して利用可能な方向性結合器であって、設計時の動作周波数において反射損失を抑制可能な方向性結合器を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施例に係る方向性結合器のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 上記方向性結合器のＨ面における電界強度を示すコンター図である。 上記方向性結合器の第１の変形例のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 上記方向性結合器の第２の変形例のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 上記方向性結合器の第３の変形例のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 上記方向性結合器の第４の変形例のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 上記方向性結合器の第５の変形例のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 上記方向性結合器の第６の変形例のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 上記方向性結合器の第７の変形例の構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施例に係る方向性結合器のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 上記方向性結合器の第８の変形例のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 上記方向性結合器の第９の変形例のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 本発明の第１の比較例に係る方向性結合器のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 本発明の第１０の変形例に係る方向性結合器のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 本発明の参考形態に係る方向性結合器の構成を示す斜視図である。 本発明の参考例に係る方向性結合器のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 本発明の第１１の変形例に係る方向性結合器のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 本発明の第１２の変形例のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 本発明の第１３の変形例のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 本発明の第１４の変形例のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 本発明の第１５の変形例のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 本発明の第１６〜第１８の変形例のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 本発明の第１９〜第２１の変形例のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 本発明の第２２〜第２４の変形例のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す上面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係るダイプレクサの構成を示すブロック図である。 非特許文献１に係る方向性結合器の構成を示す斜視図である。 上記方向性結合器のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 上記方向性結合器のＨ面における電界強度を示すコンター図である。 非特許文献２に係る方向性結合器の構成を示す斜視図である。 上記方向性結合器のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。 非特許文献２に係る方向性結合器の変形例のＳパラメータの周波数依存を示すグラフである。 非特許文献２に係る方向性結合器の別の変形例のＳパラメータの周波数依存を示すグラフである。

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係る方向性結合器について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る方向性結合器１の構成を示す斜視図である。

図１に示すように、方向性結合器１は、第１の導波路１１と第２の導波路１２とを備えている。第１の導波路１１の高さ及び第２の導波路１２の高さは、高さＨで共通である。第１の導波路１１は、その幅Ｗ１が高さＨよりも長い矩形導波路である。同様に、第２の導波路１２は、その幅Ｗ２が高さＨよりも長い矩形導波路である。第１の導波路１１及び第２の導波路１２の各々は、それぞれを構成する一対の狭壁のうち第１の狭壁である狭壁１３を共有する。

第１の導波路１１は、狭壁１３に加えて、狭壁１３と対向する第２の狭壁である狭壁１１２、並びに、一対の広壁である広壁１１１ａ及び広壁１１１ｂによって構成された管状の導波路である。同様に、第２の導波路１２は、狭壁１３に加えて、狭壁１３と対向する第２の狭壁である狭壁１２２、並びに、一対の広壁である広壁１２１ａ及び広壁１２１ｂによって構成された管状の導波路である。

狭壁１３には、開口１３１が形成されている。第１の導波路１１の内部と第２の導波路１２の内部とは、開口１３１を介して連通する。開口１３１の高さは、第１の導波路１１及び第２の導波路１２の高さである高さＨと共通である。第１の導波路１１と第２の導波路１２とは、開口１３１を介して結合する。したがって、方向性結合器１は、Ｈ面結合を利用した方向性結合器である。

開口１３１の幅Ｗを変化させることによって、方向性結合器１における第１の導波路１１と第２の導波路１２との結合度（以下、方向性結合器１の結合度）を変化させることができる。すなわち、幅Ｗは、方向性結合器１の結合度を制御する重要なパラメータである。

本明細書において、例えば、結合度が３ｄＢである方向性結合器１のことを結合度３ｄＢの方向性結合器と呼称する。

第１の導波路１１は、開口１３１に対向する狭壁１１２に形成された突出区間１１ｂを含んでいる。突出区間１１ｂは、幅Ｗ１が一定である第１の区間１１ａと幅Ｗ１が一定である第２の区間１１ｃとの間に形成されている。突出区間１１ｂは、開口１３１に向かって突出している。突出区間１１ｂにおいて、狭壁１１２が狭壁１３に向かって突出する突出量Ｐは、突出区間１１ｂの両端（突出区間１１ｂと第１の区間１１ａとの接続位置、及び、突出区間１１ｂと第２の区間１１ｃとの接続位置）より突出区間１１ｂの中央において大きい。すなわち、突出区間１１ｂの中央における突出量Ｐは、突出区間１１ｂの両端における突出量Ｐよりも大きく、突出区間１１ｂの中央における幅Ｗ１は、突出区間１１ｂの両端における幅Ｗ１よりも狭い。

同様に、第２の導波路１２は、開口１３１に対向する狭壁１２２に形成された突出区間１２ｂを含んでいる。突出区間１２ｂは、幅Ｗ２が一定である第１の区間１２ａと幅Ｗ２が一定である第２の区間１２ｃとの間に形成されている。突出区間１２ｂは、開口１３１に向かって突出している。突出区間１２ｂにおいて、狭壁１２２が狭壁１３に向かって突出する突出量Ｐは、突出区間１２ｂの両端（突出区間１２ｂと第１の区間１２ａとの接続位置、及び、突出区間１２ｂと第２の区間１２ｃとの接続位置）より突出区間１２ｂの中央において大きい。すなわち、突出区間１２ｂの中央における突出量Ｐは、突出区間１２ｂの両端における突出量Ｐより大きく、突出区間１２ｂの中央における幅Ｗ２は、突出区間１２ｂの両端における幅Ｗ２より狭い。

（方向性結合器の分類）
ここで、突出区間における突出量Ｐの変化の仕方に着目して、方向性結合器を分類しておく。

本明細書において、突出区間の両端から突出区間の中央に近づくにしたがって突出量Ｐが大きくなるように構成された方向性結合器のことをテーパ型の方向性結合器と呼称する。このテーパ型の方向性結合器は、突出量Ｐの変化の仕方に応じてスロープテーパ型とステップテーパ型とに分類される。

スロープテーパ型の方向性結合器とは、突出区間の両端から突出区間の中央に近づくにしたがって突出量Ｐが連続的に大きくなるように構成された突出区間を含む方向性結合器のことを指す。連続的に突出量Ｐの具体例としては、突出区間の両端からの距離の関数として、突出量Ｐが一次関数又は二次関数で表される場合が挙げられる。また、方向性結合器の広壁を上面視した場合において、突出区間における狭壁の形状が円又は楕円の円弧の一部によって構成されている方向性結合器もスロープテーパ型の方向性結合器である。

図１に示した方向性結合器１の突出区間１１ｂ，１２ｂにおいて、突出量Ｐは、突出区間１１ｂ，１２ｂの両端からの距離の関数として一次関数で表されるように構成されている。したがって、方向性結合器１は、スロープテーパ型の方向性結合器の具体例である。

ステップテーパ型の方向性結合器とは、突出区間の両端から突出区間の中央に近づくにしたがって突出量Ｐが離散的に大きくなるように構成された方向性結合器のことを指す。別の言い方をすれば、ステップテーパ型の方向性結合器は、突出区間の両端から突出区間の中央に近づくにしたがって突出量Ｐが階段状に複数回にわたって大きくなるように構成された方向性結合器である。

第２の実施形態において後述する方向性結合器２（図１１参照）は、ステップテーパ型の方向性結合器の具体例である。

また、本明細書において、突出量Ｐが突出区間を通じて一定であるように構成された方向性結合器の事をステップ型の方向性結合器と呼称する。参考形態において後述する方向性結合器３（図１７参照）及び非特許文献２に記載された方向性結合器８（図３２参照）は、何れもステップ型の方向性結合器の具体例である。

（突出区間の長さＬと開口の幅Ｗとの大小関係）
本実施形態に係る方向性結合器１の突出区間１１ｂ，１２ｂの長さＬと開口１３１の幅Ｗとの大小関係は、特に限定されるものではない。すなわち、長さＬと幅Ｗとの大小関係は、Ｌ＞Ｗ、Ｌ＝Ｗ、及びＬ＜Ｗの何れであってもよい。なお、図１に示した方向性結合器１においては、長さＬと幅Ｗとの大小関係としてＬ＞Ｗを採用している。

長さＬと幅Ｗとの大小関係の変化が方向性結合器１の透過特性に与える影響については、図２及び図４〜図９を参照して後述する。

（方向性結合器の構成）
方向性結合器１は、第１の導波路１１及び第２の導波路１２のそれぞれとして、ポスト壁導波路を採用してもよいし、金属製の導波管を採用してもよい。ポスト壁導波路は、（１）誘電体基板の両面に設けられた一対の導体板と、（２）一対のポスト壁とによって四方を囲まれた導波路である。上記一対のポスト壁は、上記誘電体基板を貫通し、上記一対の導体板を導通させる。導体ポストは、誘電体基板を貫通するスルーホールの内壁に沿って形成された導体、又は、このスルーホールの内側に充填された導体からなる。第１の導波路１１及び第２の導波路１２のそれぞれとして、ポスト壁導波路を採用した構成については、図２７を参照しながら後述する。

なお、第１の導波路１１及び第２の導波路１２のそれぞれとして金属製の導波管を採用する場合、第１の導波路１１及び第２の導波路は、それらの内部の比誘電率を制御するために、それぞれの金属製の導波管の内部に所望の比誘電率を有する誘電体が充填されていてもよい。一方、第１の導波路１１及び第２の導波路１２のそれぞれとしてポスト壁導波路を採用する場合には、所望の比誘電率を有する誘電体基板を選択することによって、第１の導波路１１の内部及び第２の導波路の媒質の比誘電率を制御することができる。

（方向性結合器の機能）
方向性結合器１の第１のポートＰ１に高周波信号を入射させた場合、入射された高周波信号は、第１の導波路１１の内部を伝搬して第２のポートＰ２から出射される。また、開口１３１を介して第２の導波路１２と結合した高周波信号は、第２の導波路１２の内部を伝搬して第３のポートＰ３から出射される。このように、方向性結合器１は、１つのポートに入射された高周波信号を２つのポートから出射する分波器として機能する。

なお、第２のポートＰ２から出射された高周波信号は、第１のポートＰ１に入射された高周波信号と同位相である。それに対して、第３のポートＰ３から出射された高周波信号は、第１のポートＰ１に入射された高周波信号に対して位相が９０°ずれる。すなわち、第２のポートＰ２から出射された高周波信号の位相と、第３のポートＰ３から出射された高周波信号の位相とは、９０°ずれている。このことから、方向性結合器１は、９０°ハイブリッドとも呼ばれる。

第２のポートＰ２に第１の高周波信号を入射させ、且つ、第３のポートＰ３に第１の高周波信号と位相が９０°異なる第２の高周波信号を入射させた場合、第１のポートＰ１からは、合波された第１の高周波信号及び第２の高周波信号が出射される。このように、方向性結合器１は、２つのポートに入射された高周波信号を１つのポートから出射する合波器としても機能する。

〔第１の実施例〕
本発明の第１の実施例に係る方向性結合器について、図２〜図３を参照して説明する。第１の実施例に係る方向性結合器１は、第１の実施形態に係る方向性結合器１の各パラメータを以下のように定めたものである。

幅Ｗ１及び幅Ｗ２の各々として、それぞれ、１．９４ｍｍを採用した。

高さＨとして０．５ｍｍを採用した。

導波路１１，１２の内部に充填する誘電体の比誘電率として、３．８２３を採用した。

幅Ｗとして２．８５ｍｍを採用した。

長さＬとして１５ｍｍを採用した。

突出量Ｐとして３００μｍを採用した。

本実施例に係る方向性結合器１の設計時の動作周波数は、６０ＧＨｚである。周波数が６０ＧＨｚである高周波信号の波長は、自由空間中及び比誘電率が３．８２３である誘電対中において、それぞれ５．００ｍｍ及び２．５６ｍｍである。また、周波数が６０ＧＨｚである高周波信号の管内波長は、上述のように構成された方向性結合器１において３．４０ｍｍである。

また、本実施例に係る方向性結合器１は、結合度３ｄＢの方向性結合器として設計されている。

本実施例に係る方向性結合器１を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図２に示す。図２は、本実施例に係る方向性結合器１のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。なお、第１の実施例に係る方向性結合器１のＳパラメータＳ（１，１）、Ｓ（１，２）、Ｓ（１，３）、及びＳ（１，４）を計算するときに、第１のポートＰ１に高周波信号を入射するものとした。また、その高周波信号の周波数を５０ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数範囲において変化させた。これらのＳパラメータの周波数依存性を計算するために用いた条件は、後述する各変形例に係る方向性結合器１についても共通である。

図２に示したＳパラメータのうちＳ（１，１）は、第１のポートＰ１に高周波信号を入射させた場合において、入射させた高周波信号の電力に対する、第１のポートＰ１から反射された高周波信号の電力の割合を表す。同様に、Ｓ（１，２）、Ｓ（１，３）、及びＳ（１，４）の各々は、第１のポートＰ１に高周波信号を入射させた場合において、入射させた高周波信号の電力に対する、第２のポートＰ２、第３のポートＰ３、及び第４のポートＰ４のそれぞれから出射された高周波信号の電力の割合を表す。

本明細書において、方向性結合器が方向性結合器として動作しているか否かの判定基準を、設計時の動作周波数において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々が−１３ｄＢ未満である、と定める。また、方向性結合器が方向性結合器としてより好適に動作しているか否かの判定基準を、（１）Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差が１．０ｄＢ未満である、と定める。

図２を参照すると、周波数が５４ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第１の実施例に係る方向性結合器１は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５４ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５５ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５５ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢの方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

第１の実施例に係る方向性結合器１の第１のポートＰ１に６２ＧＨｚの周波数を入射させた場合に得られた電界強度を図３に示す。図３は、第１の実施例に係る方向性結合器１のＨ面における電界強度を示すコンター図である。

図３を参照すると、開口１３１を隔てて導波路１１，１２の双方にまたがって分布する電界強度の姿態が乱れていないことが分かった。

一方、上述したように、図３１の（ｂ）に示した第１の従来例の方向性結合器７のＨ面における電界強度においては、開口７３１を隔てて導波路７１，７２の双方にまたがって分布する電界強度の姿態が乱れていた。

これらの結果より、発明者らは、この電界強度の姿態が乱れている状態では、高次モードが発生している可能性が高いと推測するとともに、この高次モードの発生と反射損失が増大すること（Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々が増大すること）との間には、密接な関係があると推測している。したがって、発明者らは、設計時の動作周波数で方向性結合器として動作する方向性結合器１を提供するために、開口１３１を隔てて導波路１１，１２の双方にまたがって分布する電界強度の姿態を乱さないような形状の突出区間１１ｂ，１２ｂを設計することが重要であるとの知見を得た。

〔第１の変形例〕
本発明の第１の変形例に係る方向性結合器について、図４を参照して説明する。第１の変形例に係る方向性結合器１は、第１の実施形態に係る方向性結合器１における突出区間１１ｂ，１２ｂの長さＬを１．２ｍｍに変形することによって得られる。

第１の変形例に係る方向性結合器１を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図４に示す。図４は、第１の変形例に係る方向性結合器１のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図４を参照すると、周波数が５０ＧＨｚ以上６４ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第１の変形例に係る方向性結合器１は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５０ＧＨｚ以上６４ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５１ＧＨｚ以上６１ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５１ＧＨｚ以上６１ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢの方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

〔第２の変形例〕
本発明の第２の変形例に係る方向性結合器について、図５を参照して説明する。第２の変形例に係る方向性結合器１は、第１の実施形態に係る方向性結合器１における突出区間１１ｂ，１２ｂの長さＬを２．４ｍｍに変形することによって得られる。

第２の変形例に係る方向性結合器１を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図５に示す。図５は、第２の変形例に係る方向性結合器１のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図５を参照すると、周波数が５０ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第２の変形例に係る方向性結合器１は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５０ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５１ＧＨｚ以上６１ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５１ＧＨｚ以上６１ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢの方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

〔第３の変形例〕
本発明の第３の変形例に係る方向性結合器について、図６を参照して説明する。第３の変形例に係る方向性結合器１は、第１の実施形態に係る方向性結合器１における突出区間１１ｂ，１２ｂの長さＬを３．２ｍｍに変形することによって得られる。

第３の変形例に係る方向性結合器１を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図６に示す。図６は、第３の変形例に係る方向性結合器１のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図６を参照すると、周波数が５０ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第３の変形例に係る方向性結合器１は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５０ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５３ＧＨｚ以上６３ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５３ＧＨｚ以上６３ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢの方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

〔第４の変形例〕
本発明の第４の変形例に係る方向性結合器について、図７を参照して説明する。第４の変形例に係る方向性結合器１は、第１の実施形態に係る方向性結合器１における突出区間１１ｂ，１２ｂの長さＬを４．８ｍｍに変形することによって得られる。

第４の変形例に係る方向性結合器１を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図７に示す。図７は、第４の変形例に係る方向性結合器１のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図７を参照すると、周波数が５０ＧＨｚ以上６８ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第４の変形例に係る方向性結合器１は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５０ＧＨｚ以上６８ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５５ＧＨｚ以上６５ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５５ＧＨｚ以上６５ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢの方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

〔第５の変形例〕
本発明の第５の変形例に係る方向性結合器について、図８を参照して説明する。第５の変形例に係る方向性結合器１は、第１の実施形態に係る方向性結合器１における突出区間１１ｂ，１２ｂの長さＬを６．４ｍｍに変形することによって得られる。

第５の変形例に係る方向性結合器１を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図８に示す。図８は、第５の変形例に係る方向性結合器１のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図８を参照すると、周波数が５０ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第５の変形例に係る方向性結合器１は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５０ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５５ＧＨｚ以上６６ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５５ＧＨｚ以上６６ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢの方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

〔第６の変形例〕
本発明の第６の変形例に係る方向性結合器について、図９を参照して説明する。第６の変形例に係る方向性結合器１は、第１の実施形態に係る方向性結合器１における突出区間１１ｂ，１２ｂの長さＬを８．８ｍｍに変形することによって得られる。

第６の変形例に係る方向性結合器１を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図９に示す。図９は、第６の変形例に係る方向性結合器１のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図９を参照すると、周波数が５０ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第６の変形例に係る方向性結合器１は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５０ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５５ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５５ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢの方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

〔第７の変形例〕
本発明の第７の変形例に係る方向性結合器について、図１０を参照して説明する。第７の変形例に係る方向性結合器１は、第１の実施形態に係る方向性結合器１に対して、突出部１１ｂ１，１２ｂ１を追加することによって得られる。したがって、ここでは、突出部１１ｂ１，１２ｂ１について説明し、第１の実施形態に係る方向性結合器１の各部材と同様の構成については、その説明を省略する。

図１０に示すように、突出部１１ｂ１，１２ｂ１は、突出区間１１ｂ，１２ｂの中央に形成された突出部であって、第２の峡壁１１２，１２２から開口１３１に向かって突出している突出部である。突出部１１ｂ１，１２ｂ１は、突出区間１１ｂ，１２ｂの一部を構成する。

このように構成された突出区間１１ｂ，１２ｂの突出量Ｐは、突出区間１１ｂ，１２ｂの両端より突出区間１１ｂ，１２ｂの中央において大きい。突出量Ｐは、（１）突出区間１１ｂ，１２ｂのうち突出部１１ｂ１，１２ｂ１が設けられていない区間において、突出区間１１ｂ，１２ｂの両端より突出区間１１ｂ，１２ｂの中央に近づくにしたがって連続的に大きくなり、（２）突出区間１１ｂ，１２ｂのうち突出部１１ｂ１，１２ｂ１が設けられている区間の両端において、離散的に大きくなる。

突出部１１ｂ１，１２ｂ１の幅Ｗｂ１は、突出区間１１ｂ，１２ｂの長さＬより短い範囲内で、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）を抑制可能なように適宜定めることができる。また、突出部１１ｂ１，１２ｂ１の突出量ＰＢ１は、第１のポートＰ１及び第４のポートＰ４における幅Ｗ１，Ｗ２より狭い範囲内で、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）を抑制可能なように適宜定めることができる。

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係る方向性結合器について、図１１を参照して説明する。図１１は、本実施形態に係る方向性結合器２の構成を示す斜視図である。

方向性結合器２は、第１の実施形態に係る方向性結合器１が備えている突出区間１１ｂ，１２ｂを突出区間２１ｂ，２２ｂに置換することによって得られる。以下では、主に突出区間２１ｂ，２２ｂの構成について説明する。

図１１に示すように、方向性結合器２は、第１の導波路２１と第２の導波路２２とを備えている。第１の導波路２１及び第２の導波路２２の各々は、それぞれ、方向性結合器１の第１の導波路１１及び第２の導波路１２に対応する。第１の導波路２１及び第２の導波路２２の各々は、それぞれを構成する一対の狭壁のうち第１の狭壁である狭壁２３を共有する。狭壁２３には、幅Ｗである開口２３１が形成されている。これらの構成について、方向性結合器２は、方向性結合器１と同様である。

第１の導波路２１は、幅Ｗ１が一定である第１の区間２１ａと幅Ｗ１が一定である第２の区間２１ｃとの間に挿入された突出区間２１ｂであって、開口２３１に対向する狭壁２１２が、開口２３１に向かって突出している突出区間２１ｂを含む。突出区間２１ｂにおいて、狭壁２１２が狭壁２３に向かって突出する突出量Ｐは、突出区間２１ｂの両端（突出区間２１ｂと第１の区間２１ａとの接続位置、及び、突出区間２１ｂと第２の区間２１ｃとの接続位置）より突出区間２１ｂの中央において大きい。より具体的には、突出区間２１ｂの両端から突出区間２１ｂの中央に近づくにしたがって離散的に大きくなる。言い換えれば、幅Ｗ１は、突出区間２１ｂの両端から突出区間２１ｂの中央に近づくにしたがって離散的に狭くなる。

同様に、第２の導波路２２は、幅Ｗ２が一定である第１の区間２２ａと幅Ｗ２が一定である第２の区間２２ｃとの間に挿入された突出区間２２ｂであって、開口２３１に対向する狭壁２２２が、開口２３１に向かって突出している突出区間２２ｂを含む。突出区間２２ｂにおいて、狭壁２２２が狭壁２３に向かって突出する突出量Ｐは、突出区間２２ｂの両端（突出区間２２ｂと第１の区間２２ａとの接続位置、及び、突出区間２２ｂと第２の区間２２ｃとの接続位置）より突出区間２１ｂの中央において大きい。より具体的には、突出区間２２ｂの両端から突出区間２２ｂの中央に近づくにしたがって離散的に大きくなる。言い換えれば、幅Ｗ２は、突出区間２２ｂの両端から突出区間２２ｂの中央に近づくにしたがって離散的に狭くなる。

このように、方向性結合器２は、ステップテーパ型の方向性結合器である。

突出区間２１ｂ，２２ｂにおいて、狭壁２１２，２２２は、２回に渡って開口２３１に向かって突出する。具体的には、狭壁２１２，２２２は、（１）突出区間２１ｂ，２２ｂの両端においてＰ／２突出し、（２）突出区間２１ｂ，２２ｂの両端から突出区間２１ｂ，２２ｂの中央にＬ／４近づいた位置においてＰ／２突出するように構成されている。

なお、突出区間２１ｂ，２２ｂにおいて、狭壁２１２，２２２は、２回にわたって階段状に突出するように構成されている。しかし、狭壁２１２，２２２が突出する回数は、複数回であればよく、特に限定されるものではない。

〔第２の実施例〕
本発明の第２の実施例に係る方向性結合器について、図１２を参照して説明する。第２の実施例に係る方向性結合器２は、第２の実施形態に係る方向性結合器２の各パラメータを以下のように定めたものである。

幅Ｗ１及び幅Ｗ２の各々として、それぞれ、１．９４ｍｍを採用した。

高さＨとして０．５ｍｍを採用した。

導波路２１，２２の内部に充填する誘電体の比誘電率として、３．８２３を採用した。

幅Ｗとして２．８５ｍｍを採用した。

長さＬとして２．４ｍｍを採用した。

突出量Ｐとして３００μｍを採用した。

本実施例に係る方向性結合器２の設計時の動作周波数は、６０ＧＨｚである。周波数が６０ＧＨｚである高周波信号の波長は、自由空間中及び比誘電率が３．８２３である誘電対中において、それぞれ５．００ｍｍ及び２．５６ｍｍである。また、周波数が６０ＧＨｚである高周波信号の管内波長は、上述のように構成された方向性結合器２において３．４０ｍｍである。

また、本実施例に係る方向性結合器２は、結合度３ｄＢの方向性結合器として設計されている。

本実施例に係る方向性結合器２を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図１２に示す。図１２は、本実施例に係る方向性結合器２のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図１２を参照すると、周波数が５０ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第６の変形例に係る方向性結合器１は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５０ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５９ＧＨｚ以上６２ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５９ＧＨｚ以上６２ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢの方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

〔第８の変形例〕
本発明の第８の変形例に係る方向性結合器について、図１３を参照して説明する。第８の変形例に係る方向性結合器２は、第２の実施形態に係る方向性結合器２における突出区間２１ｂ，２２ｂの長さＬを３．２ｍｍに変形することによって得られる。

第８の変形例に係る方向性結合器２を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図１３に示す。図１３は、第８の変形例に係る方向性結合器２のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図１３を参照すると、周波数が５０ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第８の変形例に係る方向性結合器２は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５０ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５７ＧＨｚ以上６５ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差が１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５７ＧＨｚ以上６５ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢの方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

〔第９の変形例〕
本発明の第９の変形例に係る方向性結合器について、図１４を参照して説明する。第９の変形例に係る方向性結合器２は、第２の実施形態に係る方向性結合器２における突出区間２１ｂ，２２ｂの長さＬを４．８ｍｍに変形することによって得られる。

第９の変形例に係る方向性結合器２を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図１４に示す。図１４は、第９の変形例に係る方向性結合器２のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図１４を参照すると、周波数が５４ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第９の変形例に係る方向性結合器２は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５４ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５７ＧＨｚ以上６８ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５７ＧＨｚ以上６８ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢの方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

〔第１の比較例〕
本発明の第１の比較例に係る方向性結合器について、図１５を参照して説明する。第１の比較例に係る方向性結合器１０１は、第２の実施形態に係る方向性結合器２における突出区間２１ｂ，２２ｂの長さＬを６．４ｍｍに変形することによって得られる。

第１の比較例に係る方向性結合器１０１を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図１５に示す。図１５は、第１の比較例に係る方向性結合器１０１のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図１５を参照すると、６６ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第１の比較例に係る方向性結合器１０１は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚにおいて、反射損失を抑制できないことが分かった。

〔第１０の変形例〕
本発明の第１０の変形例に係る方向性結合器について、図１６を参照して説明する。第２の比較例に係る方向性結合器１０２は、第２の実施形態に係る方向性結合器２における突出区間２１ｂ，２２ｂの長さＬを８．８ｍｍに変形することによって得られる。

第１０の変形例に係る方向性結合器１０２を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図１６に示す。図１６は、第２の比較例に係る方向性結合器１０２のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図１６を参照すると、周波数が６０ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第１０の変形例に係る方向性結合器１０２は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む６０ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５９ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５９ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢの方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

〔参考形態〕
本発明の参考形態に係る方向性結合器について、図１７を参照して説明する。図１７は、本参考形態に係る方向性結合器３の構成を示す斜視図である。

方向性結合器３は、第１の実施形態に係る方向性結合器１が備えている突出区間１１ｂ，１２ｂを突出区間３１ｂ，３２ｂに置換することによって得られる。以下では、主に突出区間３１ｂ，３２ｂの構成について説明する。

図１７に示すように、方向性結合器３は、第１の導波路３１と第２の導波路３２とを備えている。第１の導波路３１及び第２の導波路３２の各々は、それぞれ、方向性結合器１の第１の導波路１１及び第２の導波路１２に対応する。第１の導波路３１及び第２の導波路３２の各々は、それぞれを構成する一対の狭壁のうち第１の狭壁である狭壁３３を共有する。狭壁３３には、幅Ｗである開口３３１が形成されている。これらの構成について、方向性結合器３は、方向性結合器１と同様である。

第１の導波路３１は、幅Ｗ１が一定である第１の区間３１ａと幅Ｗ１が一定である第２の区間３１ｃとの間に挿入された突出区間３１ｂであって、開口３３１に対向する狭壁３１２が、開口３３１に向かって突出している突出区間３１ｂを含む。突出区間３１ｂにおける突出量Ｐは、一定である。突出区間３１ｂの長さＬは、開口３３１の幅Ｗの１．６８倍以上になるように設定される。

同様に、第２の導波路３２は、幅Ｗ２が一定である第１の区間３２ａと幅Ｗ２が一定である第２の区間３２ｃとの間に挿入された突出区間３２ｂであって、開口３３１に対向する狭壁３２２が、開口３３１に向かって突出している突出区間３２ｂを含む。突出区間３２ｂにおける突出量Ｐは、一定である。突出区間３２ｂの長さＬは、開口３３１の幅Ｗの１．６８倍以上になるように設定される。

このように、方向性結合器３は、長さＬが幅Ｗの１．６８倍以上になるように設定されたステップ型の方向性結合器である。

第１の導波路３１の突出区間３１ｂは、開口区間３１ｂ０、第１の非開口区間３１ｂ１、及び第２の非開口区間３１ｂ２の３区間に分割することができる（図１７参照）。開口区間３１ｂ０は、開口３３１の両端を始端及び終端とする区間である。第１の非開口区間３１ｂ１は、開口区間３１ｂ０の前段に配置された区間であって、突出区間３１ｂの一方の端部を始端とし、開口３３１の一方の端部を終端とする区間である。第２の非開口区間３１ｂ２は、開口区間３１ｂ０の後段に配置された区間であって、開口３３１の他方の端部を始端とし、突出区間３１ｂの他方の端部を終端とする区間である。突出区間３１ｂにおいて、第１の非開口区間３１ｂ１及び第２の非開口区間３１ｂ２は、共通の長さＳを有する。

同様に、第２の導波路３２の突出区間３２ｂは、開口区間３２ｂ０、第１の非開口区間３２ｂ１、及び第２の非開口区間３２ｂ２の３区間に分割することができる（図１７参照）。開口区間３２ｂ０は、開口３３１の両端を始端及び終端とする区間である。第１の非開口区間３２ｂ１は、開口区間３２ｂ０の前段に配置された区間であって、突出区間３２ｂの一方の端部を始端とし、開口３３１の一方の端部を終端とする区間である。第２の非開口区間３２ｂ２は、開口区間３２ｂ０の後段に配置された区間であって、開口３３１の他方の端部を始端とし、突出区間３２ｂの他方の端部を終端とする区間である。突出区間３２ｂにおいて、第１の非開口区間３２ｂ１及び第２の非開口区間３２ｂ２は、共通の長さＳを有する。

このように構成された方向性結合器３において、長さＳは、設計目標とする動作周波数の高周波信号が第１の導波路３１及び第２の導波路３２を導波する場合の管内波長をλｇ、正の整数をｎとして、次の式（１）を満たす、ことが好ましい。

（λｇ／２）×ｎ×０．８≦Ｓ≦（λｇ／２）×ｎ×１．２ （１）
上記の構成によれば、設計時の動作周波数におけるＳ（１，１）及びＳ（１，４）の各々を更に抑制することができる。これは、式（１）又は（２）を満たす長さＳを採用することによって、（１）第１の非開口区間３１ｂ１，３２ｂ１の始端において反射された高周波信号と、（２）第１の非開口区間３１ｂ１，３２ｂ１の終端において反射された高周波信号とが、互いに打ち消し合うためと推測される。そのため、長さＳの好ましい範囲は、管内波長λｇに応じて周期的に存在する。

また、長さＳは、次の式（２）を満たすことがより好ましい。

（λｇ／２）×０．８≦Ｓ≦（λｇ／２）×１．２ （２）
式（２）は、式（１）においてｎ＝１を採用することによって得られる。図２１〜図２６を参照して後述するように、ｎ＝１を満足する長さＳを採用することによって、ｎ＝２，３を満足する長さＳを採用する場合と比較して、反射損失を−１３ｄＢ以下に抑制することができる周波数帯域の下限値を低周波側へ拡大することができる。

〔参考例〕
本発明の参考例に係る方向性結合器３について、図１７を参照して説明する。本参考例に係る方向性結合器３は、参考形態に係る方向性結合器３の各パラメータを以下のように定めたものである。

幅Ｗ１及び幅Ｗ２の各々として、それぞれ、１．９４ｍｍを採用した。

高さＨとして０．５ｍｍを採用した。

導波路３１，３２の内部に充填する誘電体の比誘電率として、３．８２３を採用した。

幅Ｗとして２．８５ｍｍを採用した。

長さＬとして４．８ｍｍを採用した。すなわち、長さＬは、幅Ｗの１．６８倍である。また、長さＳは、０．９７５ｍｍであり、０．２８７λｇに相当する。

突出量Ｐとして３００μｍを採用した。

本参考例に係る方向性結合器３の設計時の動作周波数は、６０ＧＨｚである。周波数が６０ＧＨｚである高周波信号の波長は、自由空間中及び比誘電率が３．８２３である誘電対中において、それぞれ５．００ｍｍ及び２．５６ｍｍである。また、周波数が６０ＧＨｚである高周波信号の管内波長λｇは、上述のように構成された方向性結合器３において３．４０ｍｍである。

また、本参考例に係る方向性結合器３は、結合度３ｄＢの方向性結合器として設計されている。

本参考例に係る方向性結合器３を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図１８に示す。図１８は、本参考例に係る方向性結合器３のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図１８を参照すると、周波数が５９ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、本参考例に係る方向性結合器３は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５９ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５５ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５９ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢの方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

〔第１１の変形例〕
本発明の第１１の変形例に係る方向性結合器について、図１９を参照して説明する。第１１の変形例に係る方向性結合器３は、参考例に係る方向性結合器３における突出区間３１ｂ，３２ｂの長さＬを６．４ｍｍに変形することによって得られる。すなわち、本変形例において、長さＬは、幅Ｗの２．２５倍である。また、長さＳは、１．７７５ｍｍであり、０．５２２λｇに相当する。

第１１の変形例に係る方向性結合器３を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図１９に示す。図１９は、第１１の変形例に係る方向性結合器３のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図１９を参照すると、周波数が５５ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第１１の変形例に係る方向性結合器３は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５５ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５２ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５５ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢの方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

〔第１２の変形例〕
本発明の第１２の変形例に係る方向性結合器について、図２０を参照して説明する。第１２の変形例に係る方向性結合器３は、参考例に係る方向性結合器３における突出区間３１ｂ，３２ｂの長さＬを８．８ｍｍに変形することによって得られる。すなわち、本変形例において、長さＬは、幅Ｗの３．０９倍である。また、長さＳは、２．９７５ｍｍであり、０．８７５λｇに相当する。

第１２の変形例に係る方向性結合器３を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図２０に示す。図２０は、第１２の変形例に係る方向性結合器３のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図２０を参照すると、周波数が６０ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第１２の変形例に係る方向性結合器３は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む６０ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５７ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、６０ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢ方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

〔第１３の変形例〕
本発明の第１３の変形例に係る方向性結合について、図２１を参照して説明する。第１３の変形例に係る方向性結合器３は、参考例に係る方向性結合器３における突出区間３１ｂ，３２ｂの長さＬを６．０ｍｍに変形することによって得られる。すなわち、本変形例においては、長さＬは、２．１１倍である。また、長さＳは、１．５７５ｍｍであり、０．４６３λｇに相当する。

第１３の変形例に係る方向性結合器３を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図２１に示す。図２１は、図１３の変形例に係る方向性結合器３のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図２１を参照すると、周波数が５５ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第１３の変形例に係る方向性結合器３は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５５ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５３ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５５ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢ方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

〔第１４の変形例〕
本発明の第１４の変形例に係る方向性結合について、図２２を参照して説明する。第１４の変形例に係る方向性結合器３は、参考例に係る方向性結合器３における突出区間３１ｂ，３２ｂの長さＬを９．４ｍｍに変形することによって得られる。すなわち、本変形例においては、長さＬは、３．３０倍である。また、長さＳは、３．２７５ｍｍであり、０．９６３λｇに相当する。

第１４の変形例に係る方向性結合器３を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図２２に示す。図２２は、図１４の変形例に係る方向性結合器３のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図２２を参照すると、周波数が５８ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第１４変形例に係る方向性結合器３は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５８ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５６ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５８ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢ方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

〔第１５の変形例〕
本発明の第１５の変形例に係る方向性結合について、図２３を参照して説明する。第１５の変形例に係る方向性結合器３は、参考例に係る方向性結合器３における突出区間３１ｂ，３２ｂの長さＬを１３ｍｍに変形することによって得られる。すなわち、本変形例においては、長さＬは、４．５６倍である。また、長さＳは、５．０７５ｍｍであり、１．４９λｇに相当する。

第１５の変形例に係る方向性結合器３を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図２３に示す。図２３は、図１５の変形例に係る方向性結合器３のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。

図２３を参照すると、周波数が６０ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第１５の変形例に係る方向性結合器３は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む６０ＧＨｚ以上７０ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５７ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、６０ＧＨｚ以上６９ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢ方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

第１１〜第１５の変形例のうち、第１１の変形例及び第１３の変形例の長さＳは、ｎ＝１である場合の式（１）、すなわち式（２）を満足し、第１２の変形例及び第１４の変形例の長さＳは、ｎ＝２である場合の式（１）を満足し、第１５の変形例の長さＳは、ｎ＝３である場合の式（１）を満足する。以下において、第１１の変形例及び第１３の変形例のことを、ｎ＝１を満足する変形例群と称し、第１２の変形例及び第１４の変形例のことを、ｎ＝２を満足する変形例群と称し、第１５の変形例のことを、ｎ＝３を満足する変形例と称する。

図１９〜図２３の各々を比較すると、反射損失を−１３ｄＢ以下に抑制することができる周波数帯域の下限値は、ｎ＝１を満足する変形例群において最も低く（５４．５ＧＨｚ及び５５．５ＧＨｚ）、ｎ＝２を満足する変形例群において高周波側にシフト（５８ＧＨｚ及び５９．３ＧＨｚ）し、ｎ＝３を満足する変形例において更に高周波側にシフト（５９．５ＧＨｚ）する。以上のことから、ｎ＝１を満足する長さＳを採用することによって、ｎ＝２，３を満足する長さＳを採用する場合と比較して、反射損失を−１３ｄＢ以下に抑制することができる周波数帯域の下限値を低周波側へ拡大することができる。

〔第１６〜第１８の変形例〕
本発明の第１６〜第１８の変形例に係る方向性結合器について、図２４を参照して説明する。第１６の変形例に係る方向性結合器３は、参考例に係る方向性結合器３における突出量Ｐを２００μｍに変形するとともに、突出区間３１ｂ，３２ｂの長さＬを６．０ｍｍに変形することによって得られる。また、第１７の変形例及び第１８の変形例の各々に係る方向性結合器３は、それぞれ、第１６の変形例に係る方向性結合器３における長さＬを６．４ｍｍ及び５．６ｍｍに変形することによって得られる。すなわち、第１６〜第１８の変形例の各々においては、長さＬは、それぞれ２．１１倍，２．２５倍，１．９６倍である。第１６の変形例において、長さＳは、１．５７５ｍｍであり、０．４６３λｇに相当する。第１７の変形例において、長さＳは、１．７７５ｍｍであり、０．５２２λｇに相当する。第１８の変形例において、長さＳは、１．３７５ｍｍであり、０．４０４λｇに相当する。

第１６〜第１８の変形例に係る方向性結合器３の各々を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図２４に示す。図２４は、第１６〜第１８の変形例に係る方向性結合器３のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。なお、第１７〜第１８の変形例に係る方向性結合器３については、Ｓ（１，１）のみを図示している。

図２４を参照すると、第１６の変形例に係る方向性結合器３は、周波数が５３ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第１６の変形例に係る方向性結合器３は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５３ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５０ＧＨｚ以上６５ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５３ＧＨｚ以上６５ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢ方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

また、第１７の変形例に係る方向性結合器３は、周波数が５２ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第１７の変形例に係る方向性結合器３は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５２ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。

また、第１８の変形例に係る方向性結合器３は、周波数が５４ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第１７の変形例に係る方向性結合器３は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５４ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。

〔第１９〜第２１の変形例〕
本発明の第１９〜第２１の変形例に係る方向性結合器について、図２５を参照して説明する。第１９の変形例に係る方向性結合器３は、第１６の変形例に係る方向性結合器３における突出区間３１ｂ，３２ｂの長さＬを９．４ｍｍに変形することによって得られる。また、第２０の変形例及び第２１の変形例の各々に係る方向性結合器３は、それぞれ、第１６の変形例に係る方向性結合器３における長さＬを９．８ｍｍ及び９．０ｍｍに変形することによって得られる。すなわち、第１９〜第２１の変形例の各々においては、長さＬは、それぞれ３．３０倍，３．４４倍，３．１６倍である。第１９の変形例において、長さＳは、３．２７５ｍｍであり、０．９６３λｇに相当する。第２０の変形例において、長さＳは、３．４７５ｍｍであり、１．０２λｇに相当する。第２１の変形例において、長さＳは、３．０７５ｍｍであり、０．９０４λｇに相当する。

第１９〜第２１の変形例に係る方向性結合器３の各々を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図２５に示す。図２５は、第１９〜第２１の変形例に係る方向性結合器３のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。なお、第２０〜第２１の変形例に係る方向性結合器３については、Ｓ（１，１）のみを図示している。

図２５を参照すると、第１９の変形例に係る方向性結合器３は、周波数が５６ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第１９の変形例に係る方向性結合器３は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５６ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５３ＧＨｚ以上６５ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５６ＧＨｚ以上６５ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢ方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

また、第２０の変形例に係る方向性結合器３は、周波数が５５ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第２０の変形例に係る方向性結合器３は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５５ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。

また、第２１の変形例に係る方向性結合器３は、周波数が５６ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第１７の変形例に係る方向性結合器３は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５６ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。

〔第２２〜第２４の変形例〕
本発明の第２２〜第２４の変形例に係る方向性結合器について、図２６を参照して説明する。第２２の変形例に係る方向性結合器３は、第１６の変形例に係る方向性結合器３における突出区間３１ｂ，３２ｂの長さＬを１３．０ｍｍに変形することによって得られる。また、第２３の変形例及び第２４の変形例の各々に係る方向性結合器３は、それぞれ、第１６の変形例に係る方向性結合器３における長さＬを１３．４ｍｍ及び１２．６ｍｍに変形することによって得られる。すなわち、第２２〜第２４の変形例の各々においては、長さＬは、それぞれ４．５６倍，４．７０倍，４．４２倍である。第２２の変形例において、長さＳは、５．０７５ｍｍであり、１．４９λｇに相当する。第２３の変形例において、長さＳは、５．２７５ｍｍであり、１．５５λｇに相当する。第２４の変形例において、長さＳは、４．８７５ｍｍであり、１．４３λｇに相当する。

第２２〜第２４の変形例に係る方向性結合器３の各々を用いてＳパラメータの周波数依存性を計算した結果を図２６に示す。図２６は、第２２〜第２４の変形例に係る方向性結合器３のＳパラメータの周波数依存性を示すグラフである。なお、第２３〜第２４の変形例に係る方向性結合器３については、Ｓ（１，１）のみを図示している。

図２６を参照すると、第２２の変形例に係る方向性結合器３は、周波数が５７ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第２２の変形例に係る方向性結合器３は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５７ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。また、周波数が５０ＧＨｚ以上６５ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，２）とＳ（１，３）との差は、１．０ｄＢ未満であった。すなわち、５７ＧＨｚ以上６５ＧＨｚ以下の周波数領域において、結合度３ｄＢ方向性結合器としてより好適に動作することが分かった。

また、第２３の変形例に係る方向性結合器３は、周波数が５６ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第２３の変形例に係る方向性結合器３は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５６ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。

また、第２４の変形例に係る方向性結合器３は、周波数が５７ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、−１３ｄＢ未満であった。すなわち、第２４の変形例に係る方向性結合器３は、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む５７ＧＨｚ以上６７ＧＨｚ以下の周波数領域において、反射損失を抑制可能であることが分かった。

参考例に係る方向性結合器３（図１８参照）及び第１１〜第１５の変形例に係る方向性結合器３（図１９〜図２３参照）の各々の反射損失を参照すると、反射損失が−１３ｄＢ未満となる周波数領域の下限値は、長さＬ＝６．４ｍｍの場合（図１９参照）に最も小さくなることが分かった。換言すれば、長さＬ＝６．４ｍｍの場合に、設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む帯域の帯域幅が最も広くなることが分かった。また、長さＬが６．４ｍｍ以上１３ｍｍ以下の範囲内においては、長さＬが長くなるほど設計時の動作周波数である６０ＧＨｚを含む帯域の帯域幅が狭くなることが分かった。

第１１の変形例〜第１５の変形例のうち、第１１の変形例及び第１３の変形例の長さＳは、ｎ＝１である場合の式（１）、すなわち式（２）を満足し、第１２の変形例及び第１４の変形例の長さＳは、ｎ＝２である場合の式（１）を満足し、第１５の変形例の長さＳは、ｎ＝３である場合の式（１）を満足する。以下において、第１１の変形例及び第１３の変形例のことを、ｎ＝１を満足する変形例群と称し、第１２の変形例及び第１４の変形例のことを、ｎ＝２を満足する変形例群と称し、第１５の変形例のことを、ｎ＝３を満足する変形例と称する。

図１９〜図２３の各々を比較すると、反射損失を−１３ｄＢ以下に抑制することができる周波数帯域の下限値は、ｎ＝１を満足する変形例群において最も低く（５４．５ＧＨｚ及び５５．５ＧＨｚ）、ｎ＝２を満足する変形例群において高周波側にシフト（５８ＧＨｚ及び５９．３ＧＨｚ）し、ｎ＝３を満足する変形例において更に高周波側にシフト（５９．５ＧＨｚ）する。以上のことから、ｎ＝１を満足する長さＳを採用することによって、ｎ＝２，３を満足する長さＳを採用する場合と比較して、反射損失を−１３ｄＢ以下に抑制することができる周波数帯域の下限値を低周波側へ拡大することができる。

第１６〜第２４の変形例のうち、第１６〜第１８の変形例の長さＳは、ｎ＝１である場合の式（１）、すなわち式（２）を満足し、第１９〜第２１の変形例の長さＳは、ｎ＝２である場合の式（１）を満足し、第２２〜第２４の変形例の長さＳは、ｎ＝３である場合の式（１）を満足する。以下において、第１６〜第１８の変形例のことを、ｎ＝１を満足する変形例群と称し、第１９〜第２１の変形例のことを、ｎ＝２を満足する変形例群と称し、第２２〜第２４の変形例のことを、ｎ＝３を満足する変形例群と称する。

図２４〜図２６の各々を比較すると、反射損失を−１３ｄＢ以下に抑制することができる周波数帯域の下限値は、ｎ＝１を満足する変形例群において最も低く（５１，７ＧＨｚ、５２．５ＧＨｚ、５３．７ＧＨｚ）、ｎ＝２を満足する変形例群において高周波側にシフト（５５．１ＧＨｚ、５５．６ＧＨｚ、５６．３ＧＨｚ）し、ｎ＝３を満足する変形例群において更に高周波側にシフト（５６．２ＧＨｚ、５６．６ＧＨｚ、５７．２ＧＨｚ）する。以上のことから、ｎ＝１を満足する長さＳを採用することによって、ｎ＝２，３を満足する長さＳを採用する場合と比較して、反射損失を−１３ｄＢ以下に抑制することができる周波数帯域の下限値を低周波側へ拡大することができる。

また、突出量Ｐが３００μｍである第１１〜第１５の変形例と、突出量Ｐが２００μｍである第１６〜第２４の変形例とを比較した結果によれば、突出量Ｐを大きくすることによって、反射損失を−１３ｄＢ以下に抑制することができる周波数帯域を高周波側へシフトさせることができる。あるいは、突出量Ｐを小さくすることによって、上記周波数帯域を低周波側へシフトさせることができる。

このように、方向性結合器３においては、突出量Ｐを変化させることにより、上記周波数帯域を制御することができる。換言すれば、突出量Ｐを変化させることによって、方向性結合器の他のパラメータを変更することなく、反射損失がよく抑制された周波数帯域を容易に制御ことができる。なお、突出量Ｐは、管内波長λｇの１３．５％以下であることが好ましい。

〔構成例〕
第１の実施形態に係る方向性結合器１の構成例について、図２７を参照して説明する。図２７は、本構成例に係る方向性結合器１の構成を示す上面図である。

本構成例に係る方向性結合器１が備えている第１の導波路１１及び第２の導波路１２の各々は、何れもポスト壁導波路技術を用いて作製されている。

具体的には、第１の導波路１１は、誘電体基板１０と、誘電体基板１０の両面に設けられた一対の導体板（図２７に不図示）と、誘電体基板１０を貫通する導体ポスト１１２ｉを壁状に配置したポスト壁と、導体ポスト１３ｉを壁状に配置したポスト壁とによって構成されている。本構成例において、導体ポスト１３ｉは、一対の導体ポストからなる。

方向性結合器１を上面視した場合に、導体ポスト１１２ｉの各々は、それらの中心を結んだ線が、図１に示した狭壁１１２の形状と一致するように配置されており、導体ポスト１３ｉの各々は、それらの中心を結んだ線が、図１に示した狭壁１３の形状と一致するように配置されている。

したがって、誘電体基板１０の両面に設けられた一対の導体板の各々は、それぞれ、広壁１１１ａ及び広壁１１１ｂとして機能する。導体ポスト１３ｉを壁状に配置したポスト壁は、第１の狭壁である狭壁１３として機能する。導体ポスト１１２ｉを壁状に配置したポスト壁は、第２の狭壁である狭壁１１２として機能する。

第２の導波路１２は、誘電体基板１０と、誘電体基板１０の両面に設けられた一対の導体板（図２７に不図示）と、誘電体基板１０を貫通する導体ポスト１２２ｉを壁状に配置したポスト壁と、導体ポスト１３ｉを壁状に配置したポスト壁とによって構成されている。第２の導波路１２は、第１の導波路１１と同様に構成されている。

すなわち、誘電体基板１０の両面に設けられた一対の導体板の各々は、それぞれ、広壁１２１ａ及び広壁１２１ｂとして機能する。導体ポスト１３ｉを壁状に配置したポスト壁は、第１の狭壁である狭壁１３として機能する。すなわち、第１の導波路１１と第２の導波路１２とは、狭壁１３を共有している。導体ポスト１２２ｉを壁状に配置したポスト壁は、第２の狭壁である狭壁１２２として機能する。

なお、本構成例において、導体ポスト１１２ｉ，１２２ｉの直径及び導体ポスト１３ｉの直径は、何れも１００μｍである。また、互いに隣接する導体ポスト１１２ｉと導体ポスト１１２ｉ＋１との間隔、互いに隣接する導体ポスト１２２ｉと導体ポスト１２２ｉ＋１との間隔、及び、互いに隣接する導体ポスト１３ｉと導体ポスト１３ｉ＋１との間隔は、何れも２００μｍである。しかし、これらの直径及びこれらの間隔は、何れも、本構成例に限定されるものではなく、設計時の動作周波数に応じて適宜定めることができる。

本構成例によれば、ポスト壁導波路技術を用いて方向性結合器１を作成することができる。したがって、方向性結合器１を、ポスト壁導波路技術を用いて作成された他の導波路やバンドパスフィルタなどと共に１枚の誘電体基板に集積化することができる。

また、方向性結合器１は、共有する狭壁１３に形成された開口１３１を介して第１の導波路１１と第２の導波路１２とが結合するＨ面結合型の方向性結合器である。Ｈ面結合型の方向性結合器１は、ポスト壁導波路技術を利用して作製する方向性結合器として好適である。なぜなら、１枚の誘電体基板１０を利用して方向性結合器１を作製できるからである。

なお、本構成例においては、ポスト壁導波路技術を第１の実施形態に係る方向性結合器１に適用する場合について説明した。しかし、方向性結合器１に限らず第１の実施形態に係る方向性結合器２及び参考形態に係る方向性結合器３の何れにもポスト壁導波路技術を適用することができる。

〔第３の実施形態〕
本発明の第３の実施形態に係るダイプレクサについて、図２８を参照して説明する。図２８の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るダイプレクサ５の構成を示すブロック図である。

図２８の（ａ）に示すように、ダイプレクサ５は、２つの第１の実施形態に係る方向性結合器１と、第１のフィルタ５１と、第２のフィルタ５２とを備えている。

本実施形態では、２つの方向性結合器１の各々を、方向性結合器１ａ（第１の方向性結合器）及び方向性結合器１ｂ（第２の方向性結合器）と表記することによって区別する。また、方向性結合器１ａの４つのポートの各々を第１のポートＰ１ａ〜第４のポートＰ４ａと表記し、方向性結合器１ｂの４つのポートの各々を第１のポートＰ１ｂ〜第４のポートＰ４ｂと表記することによって区別する。

また、本実施形態では、第１のフィルタ５１及び第２のフィルタ５２の各々としてバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を採用している。以下では、第１のフィルタ５１のことをＢＰＦ５１と表記し、第２のフィルタ５２のことをＢＰＦ５２と表記する。ＢＰＦ５１，５２は、所定の周波数帯域の高周波信号のみを透過させ、それ以外の周波数帯域の高周波信号を反射する。

ＢＰＦ５１は、方向性結合器１ａの第２のポートＰ２ａと方向性結合器１ｂの第１のポートＰ１ｂとを接続する。また、ＢＰＦ５２は、方向性結合器１ａの第３のポートＰ３ａと方向性結合器１ｂの第４のポートＰ４ｂとを接続する。

ＢＰＦ５１，５２は、アンテナ６３が受信した高周波信号を透過させ、且つ、送信回路６１が送信する高周波信号を反射するように構成されている。

このように構成されたダイプレクサ５が実現する機能について、次に説明する。図２８の（ａ）に示すように、方向性結合器１ａの第１のポートＰ１ａにアンテナ６３を接続し、方向性結合器１ａの第４のポートＰ４ａに送信回路６１（Ｔｘ）を接続し、方向性結合器１ｂの第２のポートＰ２ｂを終端抵抗６４を介して接地し、方向性結合器１ｂの第３のポートＰ３ｂに受信回路６２（Ｒｘ）を接続する。

アンテナ６３が接続された第１のポートＰ１ａから受信回路６２が接続された第３のポートＰ３ｂまでの経路は、２つある。第１の経路は、第１のポートＰ１ａから第２のポートＰ２ａ、ＢＰＦ５１及び第１のポートＰ１ｂを経由して第３のポートＰ３ｂに至る経路である。第２の経路は、第１のポートＰ１ａから第３のポートＰ３ａ、ＢＰＦ５２及び第４のポートＰ４ｂを経由して第３のポートＰ３ｂに至る経路である。

上記のように構成されたダイプレクサ５によれば、アンテナ６３が受信し第１のポートＰ１ａに入射された高周波信号は、受信回路６２に到達することができる。

同様に、送信回路６１が接続された第４のポートＰ４ａからアンテナ６３が接続された第１のポートＰ１ａまでの経路も、２つある。第１の経路は、第３のポートＰ３ａとＢＰＦ５２との界面で反射された後に、第１のポートＰ１ａに至る経路であり、第２の経路は、第２のポートＰ２ａとＢＰＦ５１との界面で反射された後に、第１のポートＰ１ａに至る経路である。

上記のように構成されたダイプレクサ５によれば、送信回路６１から第４のポートＰ４ａに入射された高周波信号は、アンテナ６３に到達することができる。

以上のように、ダイプレクサ５は、（１）アンテナ６３が接続された第１のポートＰ１ａから入射された高周波信号を受信回路６２が接続された第３のポートＰ３ｂから出射させ、（２）送信回路６１が接続された第４のポートＰ４ａから入射された高周波信号をアンテナ６３が接続された第１のポートＰ１ａから出射させることができる。

なお、ダイプレクサ５は、構成例に上述したようにポスト壁導波路技術を適用して作製されていることが好ましい。ポスト壁導波路技術を用いて作製することにより、方向性結合器１ａ、方向性結合器１ｂ、ＢＰＦ５１、及びＢＰＦ５２の各々を同一の誘電体基板に集積することができる。したがって、ダイプレクサ５の製造コストを抑制することができ、且つ、集積化を図ることができる。

なお、本実施形態において、ダイプレクサ５は、第１の方向性結合器及び第２の方向性結合器の各々として第１の実施形態に係る方向性結合器１を備えているものとして説明した。しかし、ダイプレクサ５の第１の方向性結合器及び第２の方向性結合器の各々として、第２の実施形態に係る方向性結合器２を採用してもよいし、参考形態に係る方向性結合器３を採用してもよい。

また、ダイプレクサ５は、図２８の（ｂ）に示すように、方向性結合器１ａの第４のポートＰ４ａに受信回路６２を接続し、方向性結合器１ｂの第３のポートＰ３ｂに送信回路６１を接続する構成を採用してもよい。この場合、ＢＰＦ５１，５２は、アンテナ６３が受信した高周波信号を反射させ、且つ、送信回路６１が送信する高周波信号を透過するように構成されていればよい。図２８の（ｂ）に示すダイプレクサ５は、図２８の（ａ）に示すダイプレクサ５と同様の機能を有する。

〔付記事項〕
本発明の参考形態に係る方向性結合器は、以下のように表現することもできる。

本発明の参考形態に係る方向性結合器の第１の態様は、開口が形成された第１の狭壁を共有する第１の矩形導波路と第２の矩形導波路とを備えた方向性結合器であって、上記第１の矩形導波路及び上記第２の矩形導波路の各々は、第２の狭壁が上記第１の狭壁に向かって突出している突出区間であって、上記開口の少なくとも一部を含む突出区間を有し、上記突出区間の長さは、導波方向に沿って測った上記開口の幅の１．６８倍以上である、事を特徴とする。

上記のように構成された方向性結合器の第１の矩形導波路の一方の端部に、設計時の動作周波数である高周波信号を入射させた場合、設計時の動作周波数におけるＳ（１，１）及びＳ（１，４）の各々は、何れも十分に小さくなる。すなわち、この方向性結合器は、設計時の動作周波数において反射損失を抑制することができる。

本発明の参考形態に係る方向性結合器の第２の態様は、上記第１の態様において、上記突出区間において、上記第２の狭壁が上記第１の狭壁に向かって突出している突出量は、上記突出区間の全区間に亘って一定である、構成を採用してもよい。

上記の構成によれば、ステップ型の方向性結合器を用いて、設計時の動作周波数における反射損失を抑制することができる。

本発明の参考形態に係る方向性結合器の第３の態様は、上記第２の態様において、
上記突出区間を、（１）上記開口の両端を始端及び終端とする開口区間、（２）上記開口区間の前段に配置された第１の非開口区間であって、上記突出区間の一方の端部を始端とし、上記開口の一方の端部を終端とする第１の非開口区間、（３）上記開口区間の後段に配置された第２の非開口区間であって、上記開口の他方の端部を始端とし、上記突出区間の他方の端部を終端とする第２の非開口区間、の３区間に分割した場合に、
上記第１の非開口区間及び上記第２の非開口区間の各々の長さＳは、設計目標とする動作周波数の高周波信号が上記第１の矩形導波路及び上記第２の矩形導波路を導波する場合の管内波長をλｇ、正の整数をｎとして、次の式（１）を満たす、ことが好ましい。

（λｇ／２）×ｎ×０．８≦Ｓ≦（λｇ／２）×ｎ×１．２ （１）
上記の構成によれば、設計時の動作周波数におけるＳ（１，１）及びＳ（１，４）の各々を更に抑制することができる。

本発明の参考形態に係る方向性結合器の第４の態様は、上記第３の態様の何れか１態様において、上記突出量は、上記管内波長λｇの１３．５％以下である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、設計時の動作周波数におけるＳ（１，１）及びＳ（１，４）の各々を確実に抑制することができる。

また、上記の範囲内において突出量を変化させることにより、設計時の動作周波数を含む、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）がよく抑制された周波数帯域を制御することができる。換言すれば、突出量を変化させることによって、方向性結合器の他のパラメータを変更することなく、Ｓ（１，１）及びＳ（１，４）がよく抑制された周波数帯域を容易に制御することができる。

本発明の参考形態に係る方向性結合器の第５の態様は、上記第１〜第４の態様の何れか１態様において、上記第１の矩形導波路の広壁及び上記第２の矩形導波路の広壁は、それぞれ、誘電体基板の両面に設けられた一対の導体板からなり、上記第１の矩形導波路の狭壁及び上記第２の矩形導波路の狭壁は、それぞれ、上記誘電体基板を貫通する導体ポストからなる、事が好ましい。

このように構成された方向性結合器は、ポスト壁導波路技術を用いることによって製造することができる。したがって、金属製の導波管を用いて方向性結合器を作製する場合よりも製造が容易になる。その結果として、方向性結合器の製造コストを抑制することができる。

本発明の参考形態に係るダイプレクサは、上記第１〜第５の態様の何れか一態様に記載の方向性結合器を第１の方向性結合器及び第２の方向性結合器として備えたダイプレクサであって、上記第１の方向性結合器の第１の矩形導波路及び上記第２の方向性結合器の第１の矩形導波路の間に挿入された第１のフィルタと、上記第１の方向性結合器の第２の矩形導波路及び上記第２の方向性結合器の第２の矩形導波路の間に挿入された第２のフィルタと、を更に備えている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、本発明の各態様に係る方向性結合器と同様の効果を奏する。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、２つの矩形導波路を備えた方向性結合器に利用することができる。また、そのような方向性結合器を備えたダイプレクサに利用することができる。

１，２，３ 方向性結合器
１１，２１，３１ 第１の導波路（第１の矩形導波路）
１１ａ，２１ａ、３１ａ 第１の区間
１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ 突出区間
３１ｂ０ 開口区間
３１ｂ１ 第１の非開口区間
３１ｂ２ 第２の非開口区間
１１ｃ，２１ｃ，３１ｃ 第２の区間
１１１ａ，１１１ｂ，２１１ａ，２１１ｂ，３１１ａ，３１１ｂ 広壁
１１２，２１２，３１２ 狭壁（第２の狭壁）
１２，２２，３２ 第２の導波路（第２の矩形導波路）
１２ａ，２２ａ、３２ａ 第１の区間
１２ｂ，２２ｂ，３２ｂ 突出区間
３２ｂ０ 開口区間
３２ｂ１ 第１の非開口区間
３２ｂ２ 第２の非開口区間
１２ｃ，２２ｃ，３２ｃ 第２の区間
１２１ａ，１２１ｂ，２２１ａ，２２１ｂ，３２１ａ，３２１ｂ 広壁
１２２，２２２，３２２ 狭壁（第２の狭壁）
１３，２３，３３ 狭壁（第１の狭壁）
１３１，２３１，３３１ 開口
５ ダイプレクサ
５１，５２ ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
Ｐ１，Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ 第１のポート
Ｐ２，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ 第２のポート
Ｐ３，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ 第３のポート
Ｐ４，Ｐ４ａ，Ｐ４ｂ 第４のポート

Claims (4)

1. 開口が形成された第１の狭壁を共有する第１の矩形導波路と第２の矩形導波路とを備えた方向性結合器であって、
   上記第１の矩形導波路及び上記第２の矩形導波路の各々は、第２の狭壁が上記第１の狭壁に向かって突出している突出区間であって、上記開口の少なくとも一部を含む突出区間を有し、
   上記突出区間において上記第２の狭壁が上記第１の狭壁に向かって突出する突出量は、上記突出区間の両端より上記突出区間の中央において大きく、
   上記突出量は、上記突出区間の両端から上記突出区間の中央に近づくにしたがって連続的に大きくなり、且つ、上記突出区間の中央には、その両端において上記突出量が離散的に大きくなる突出部が更に設けられている、
   ことを特徴とする方向性結合器。
2. 上記突出区間の長さは、導波方向に沿って測った上記開口の幅以上である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方向性結合器。
3. 上記第１の矩形導波路の広壁及び上記第２の矩形導波路の広壁は、それぞれ、誘電体基板の両面に設けられた一対の導体板からなり、
   上記第１の矩形導波路の狭壁及び上記第２の矩形導波路の狭壁は、それぞれ、上記誘電体基板を貫通する導体ポストからなる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方向性結合器。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の方向性結合器を第１の方向性結合器及び第２の方向性結合器として備えたダイプレクサであって、
   上記第１の方向性結合器の第１の矩形導波路及び上記第２の方向性結合器の第１の矩形導波路の間に挿入された第１のバンドパスフィルタと、
   上記第１の方向性結合器の第２の矩形導波路及び上記第２の方向性結合器の第２の矩形導波路の間に挿入された第２のバンドパスフィルタと、を更に備えている、
   ことを特徴とするダイプレクサ。