JP6163383B2 - 方向性結合器及びそれを備える通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、方向性結合器、及び方向性結合器によって通信する通信装置に関する。

デジタル信号の伝送方式には、シングルエンド信号伝送と差動信号伝送の２つの方式がある。差動信号伝送は、２本の配線に共通印加されたノイズが相殺するから、ノイズ耐性が高い。したがって、信号振幅を小さくできるので、高速に信号伝送できる。ところが、差動振動伝送の信号線路は、シングルエンド信号伝送の２倍必要になるから、多数の信号を配線する場合は（特にコストや容積や重量の制約が強い場合は）、シングルエンド信号伝送が用いられることが多い。

一方、複数のモジュールを電気的に接続するには、例えば、コネクタが使われる。従来のコネクタは、バネで電極を圧着させる構造であるため、信頼性等の問題が生ずることがある。

このような問題を解決する手段として、電磁界結合で信号伝送する方向性結合器を備えた非接触コネクタ（ＥＭコネクタ）が知られている（例えば、特許文献１を参照）。方向性結合器は、高周波信号成分しか通過させることができないので、デジタル信号が入力されると小振幅のパルス信号を出力する。この信号から、比較回路と信号保持回路を用いた受信回路で、元のデジタル信号が復元される。

特許第５２１３０８７号公報

しかしながら、方向性結合器から出力される信号振幅は方向性結合器に入力される信号振幅に対して大きく減衰するため、方向性結合器を用いた信号伝送は、シングルエンド信号伝送同様に、ノイズ耐性が差動信号伝送に比べて低いという問題がある。

そこで、シングルエンド信号伝送の特長と差動信号伝送の特長を兼ね備えるため、シングルエンド信号を差動信号に又は差動信号をシングルエンド信号に変換できる、方向性結合器及びそれを備える通信装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、
整合終端された終端部と、前記終端部とは反対側の端部である先端部とを有する第１の伝送線路と、前記第１の伝送線路と電磁界結合する第２の伝送線路と、前記第１の伝送線路と電磁界結合する第３の伝送線路とを備え、前記第２の伝送線路と前記第３の伝送線路のそれぞれは、前記先端部から前記第１の伝送線路を辿ると前記先端部から近い方に位置する近端と、前記先端部から前記第１の伝送線路を辿ると前記先端部から遠い方に位置する遠端とを有し、前記第２の伝送線路の近端は、前記第２の伝送線路の特性インピーダンスよりも小さなインピーダンスで終端された、方向性結合器及びそれを備える無線装置が提供される。

本発明の一態様によれば、シングルエンド信号を差動信号に又は差動信号をシングルエンド信号に変換できる。

方向性結合器の一構成例を示した図 方向性結合器を備えた無線装置の一構成例を示した図 差動回路の一構成例を示した図 差動回路の一構成例を示した図 方向性結合器を備えた無線装置の一構成例を示した図 方向性結合器の動作原理を説明するための図 方向性結合器の各部における波形を示した図 シミュレーション回路を示した図 方向性結合器のシミュレーション結果を示したグラフ 方向性結合器のシミュレーション結果を示したグラフ 方向性結合器のシミュレーション結果を示したグラフ 方向性結合器の一レイアウト例を示した図 方向性結合器の変形例を示した図 方向性結合器の一構成例を示した図 方向性結合器の一レイアウト例を示した図 方向性結合器の一構成例を示した図 方向性結合器の一レイアウト例を示した図 方向性結合器を備えた無線装置の一構成例を示した図 方向性結合器を備えた無線装置の一構成例を示した図 伝送線路の積層配置の一例を示した図 送受信回路の一構成例を示した図 送受信回路の一構成例を示した図 方向性結合器の第１の送受信構成を示した図 方向性結合器の第２の送受信構成を示した図 方向性結合器を備えた無線装置の一構成例を示した図 送受信回路の一構成例を示した図 送受信回路の一構成例を示した図 マルチドロップバスの第１の送受信構成を示した図 マルチドロップバスの第２の送受信構成を示した図 送受信回路の一構成例を示した図 方向性結合器の一構成例を示した図 結合器（比較例）の構成を示した図 結合器（比較例）のシミュレーション結果を示したグラフ 結合器（比較例）のシミュレーション結果を示したグラフ 方向性結合器（実施例）と結合器（比較例）の結合度を示したグラフ 結合器（比較例）のシミュレーション結果を示したグラフ

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。なお、「シングルエンド回路」とは、シングルエンド信号を送信又は受信可能な回路のことをいい、「差動回路」とは、差動信号を受信又は送信可能な回路のことをいう。

＜実施例１の構成＞
図１は、方向性結合器１の構成を示した図である。方向性結合器１は、第１の伝送線路１０と、第２の伝送線路２０と、第３の伝送線路３０とを備えている。

伝送線路１０は、整合終端された端部である終端部１２と、終端部１２とは反対側の端部である先端部１１とを有している。終端部１２は、例えば、伝送線路１０の特性インピーダンスＺと等しいインピーダンスを有する終端抵抗１３で終端電位Ｖ_Ｔ１に整合終端された端部である。終端電位Ｖ_Ｔ１は、例えば、先端部１１に接続されるシングルエンド回路（後述の送信回路１６など）の電源電位Ｖ_ＤＤの１／２の電位である。

伝送線路２０は、伝送線路１０と電磁界結合する伝送線路である。伝送線路２０は、例えば、先端部１１から伝送線路１０を辿ると先端部１１から近い方に位置する近端２１と、先端部１１から伝送線路１０を辿ると先端部１１から遠い方に位置する遠端２２とを有する。例えば、先端部１１から伝送線路１０を遠端２２に最近接する部位まで辿る長さは、先端部１１から伝送線路１０を近端２１に最近接する部位まで辿る長さよりも長い。「遠端２２に最近接する部位」とは、伝送線路１０の部位であり、例えば、先端部１１と終端部１２との間の中央部（伝送線路１０の中央部）である。「近端２１に最近接する部位」とは、伝送線路１０の部位であり、例えば、先端部１１である。

伝送線路３０は、伝送線路１０と電磁界結合する伝送線路である。伝送線路３０は、例えば、先端部１１から伝送線路１０を辿ると先端部１１から近い方に位置する近端３１と、先端部１１から伝送線路１０を辿ると先端部１１から遠い方に位置する遠端３２とを有する。例えば、先端部１１から伝送線路１０を遠端３２に最近接する部位まで辿る長さは、先端部１１から伝送線路１０を近端３１に最近接する部位まで辿る長さよりも長い。「遠端３２に最近接する部位」とは、伝送線路１０の部位であり、例えば、終端部１２である。「近端３１に最近接する部位」とは、伝送線路１０の部位であり、例えば、先端部１１と終端部１２との間の中央部（伝送線路１０の中央部）である。

伝送線路２０は、伝送線路３０よりも先端部１１に近くなるように伝送線路１０に対向して配置されている。伝送線路２０と伝送線路３０は、それぞれ、伝送線路１０に対向して近接配置されている。

伝送線路２０の遠端２２と伝送線路３０の近端３１との間には微小な間隙が存在する。しかしながら、当該間隙が大きくなりすぎないように、伝送線路２０と伝送線路３０とが配置されることが好ましい。当該間隙を所定の微小値以下にすることによって、遠端２２から出力される信号Ｓ−と近端３１から出力される信号Ｓ＋との位相差を１８０°に容易に近づけることができる。

また、伝送線路１０と伝送線路２０，３０とが対向する方向において伝送線路２０と伝送線路３０とが重複しないように、伝送線路２０と伝送線路３０とが配置されることが好ましい。伝送線路２０と伝送線路３０とがこのように重複しないことによって、伝送線路１０と伝送線路２０との結合度又は伝送線路１０と伝送線路３０との結合度が低下することを抑えることができる。

伝送線路２０の近端２１は、終端電位Ｖ_Ｔ２に短絡終端された端部である。伝送線路３０の遠端３２は、伝送線路３０の特性インピーダンスＺと等しいインピーダンスを有する終端抵抗３３で終端電位Ｖ_Ｔ２に整合終端された端部である。伝送線路２０及び／又は伝送線路３０は、伝送線路１０の特性インピーダンスＺと等しい特性インピーダンスを有している。終端電位Ｖ_Ｔ２は、例えば、遠端２２及び近端３１に接続される差動回路（後述の受信回路４０など）の電源電位Ｖ_ＤＤの１／２の電位である。終端電位Ｖ_Ｔ２は、終端電位Ｖ_Ｔ１と同じ電位でも異なる電位でもよい。

このような方向性結合器１によれば、シングルエンド信号Ｓ０を先端部１１に入力することによって、伝送線路２０の遠端２２は、負極性の信号Ｓ−を出力できるとともに、伝送線路３０の近端３１は、正極性の信号Ｓ＋を出力できる（詳細後述）。シングルエンド信号Ｓ０は、立ち上がり波形又は立ち下がり波形の波頭を有する信号である。一対の信号Ｓ−，Ｓ＋は、互いの位相が反転した差動信号である。つまり、シングルエンド信号を差動信号に変換できる。

逆に、このような方向性結合器１によれば、負極性の信号Ｓ−を伝送線路２０の遠端２２に入力し且つ正極性の信号Ｓ＋を伝送線路３０の近端３１に入力することによって、伝送線路１０の先端部１１は、シングルエンド信号Ｓ０を出力できる（詳細後述）。信号Ｓ−，Ｓ＋は、立ち上がり波形又は立ち下がり波形の波頭を有する信号であり、且つ、互いの位相が反転した差動信号である。つまり、差動信号をシングルエンド信号に変換できる。

図２は、方向性結合器１を備えた通信装置１０１Ａの構成を示した図である。通信装置１０１Ａは、方向性結合器１によって、モジュール５１とモジュール５２との間を非接触で通信する装置である。

モジュール５１は、伝送線路１０と、終端抵抗１３と、先端部１１に接続されるシングルエンド式の送信回路１６とを有している。先端部１１に接続されるシングルエンド式の送信回路１６は、先端部１１から伝送線路１０に入力されるシングルエンド信号Ｉｎを送信可能なシングルエンド回路である。

モジュール５２は、伝送線路２０と、伝送線路３０と、終端抵抗３３と、伝送線路２０の遠端２２及び伝送線路３０の近端３１に接続される差動式の受信回路４０とを有している。受信回路４０は、遠端２２及び近端３１から出力される差動信号を受信可能な差動入力回路を有する差動回路である。受信回路４０は、例えば、差動入力回路で受信した差動信号に対応したシングルエンド信号Ｏｕｔを出力する。

モジュールは、他のモジュールと方向性結合器を介して非接触で通信するデバイスであり、信号を受信する受信部及び／又は信号を送信する送信部を備えたものである。具体例として、一方のモジュールが、パッケージされた半導体デバイスであり、他方のモジュールが、伝送線路を有する基板であるが、本例は、単なる一例にすぎない。また、一方のモジュールと他方のモジュールとが同一の回路基板上に構成される場合も、本発明に含まれる。

図３は、受信回路４０の第１の構成例を示した図である。受信回路４０は、比較回路４１と、信号保持回路４２とを有している。比較回路４１は、差動信号を受信可能な差動入力回路であり、信号保持回路４２は、比較回路４１の出力信号を保持するヒステリシス回路である。本図の受信回路４０は、比較回路４１及び信号保持回路４２によって、受信した差動信号から元のデジタル信号を復元する。

図４は、受信回路４０の第２の構成例を示した図である。受信回路４０は、比較回路４３と、信号保持回路４４とを有している。比較回路４３は、差動信号を受信可能な差動入力回路であり、信号保持回路４４は、比較回路４３の出力信号を保持するヒステリシス回路である。本図の受信回路４０は、比較回路４３及び信号保持回路４４によって、受信した差動信号から元のデジタル信号を復元する。

図５は、方向性結合器１を備えた通信装置１０１Ｂの構成を示した図である。通信装置１０１Ｂは、方向性結合器１によって、モジュール５３とモジュール５４との間を非接触で通信する装置である。

モジュール５３は、伝送線路２０と、伝送線路３０と、終端抵抗３３と、伝送線路２０の遠端２２及び伝送線路３０の近端３１に接続される差動式の送信回路１７とを有している。差動式の送信回路１７は、遠端２２及び近端３１から伝送線路２０，３０に入力される差動信号を送信可能な差動回路である。差動式の送信回路１７は、負極性の入力信号Ｉｎ−と正極性の入力信号Ｉｎ＋とにより構成される差動信号を送信し、入力信号Ｉｎ−と入力信号Ｉｎ＋とは互いの位相が反転した信号である。

モジュール５４は、伝送線路１０と、終端抵抗１３と、先端部１１に接続される受信回路４５とを備えている。受信回路４５は、先端部１１に接続される非反転入力部（＋）と、終端電位Ｖ_Ｔ１に接続される反転入力部（−）とを有する差動入力回路を備えた差動式の差動回路である。受信回路４５は、先端部１１から出力されるシングルエンド信号を受信可能な回路である。受信回路４５は、先端部１１から出力されるシングルエンド信号の電位と終端電位Ｖ_Ｔ１との電位差に対応したシングルエンド信号Ｏｕｔを出力する。

＜方向性結合器の動作原理＞
図６は、方向性結合器１の動作を説明するための図である。図７は、方向性結合器の各部における波形を示した図である。図６及び図７を参照して、方向性結合器の動作原理について説明する。

図７（ａ）は、入力信号Ｉｎが先端部１１に入力されることにより、先端部１１を終端部１２に向かう方向に進行する信号Ｓ１の波形である。入力信号Ｉｎが伝送線路１０の先端部１１から終端部１２に向けて伝搬するとき、伝搬する信号の波頭では電流と電圧が変化する。伝送線路１０と伝送線路２０との間及び伝送線路１０と伝送線路３０との間には、相互キャパシタンスＣと相互インダクタンスＭが連続して存在する。よって、ｉ＝Ｃ（ｄｖ／ｄｔ）およびｖ＝Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）の結合作用により、容量結合性電流と誘導結合性電流が伝送線路２０及び伝送線路３０に誘起して流れる。

容量結合性電流は、伝送線路１０から伝送線路２０に誘起電流が流れた後、その点から左右方向に見た伝送線路２０の特性インピーダンスが等しいので、左右に等しく分かれて両端に分流する。つまり、容量性結合電流の半分は近端２１へ後戻りし、半分は遠端２２へ前進する。

近端２１に逆戻りする信号は、その電流信号源である波頭が伝送線路１０を先端部１１から終端部１２に向けて前進するのと同じ速度で伝送線路２０を近端２１に向けて逆戻りする。

つまり、伝送線路１０を伝搬する信号の波頭が、先端部１１に入力されてから波の立ち上り時間ｔｒ後に伝送線路１０に完全に入る。そして、その波頭が伝送線路１０の中央部（伝送線路１０のうち遠端２２及び近端３１に対向する線路部位）に向けて伝搬する間は、伝送線路１０の中央部に向けて前進する電流信号源から出た誘起電流の半分が、近端２１を目指して同じ速度で逆戻りするので、近端２１での電流値は一定である。入力信号Ｉｎが先端部１１から伝送線路１０の中央部に伝搬する時間をｔｄとすると、伝送線路１０の中央部に到達した時点で伝送線路２０に移った誘起電流の半分は、更に時間ｔｄをかけて伝送線路２０の近端２１に戻るので、近端２１に現れる信号は、２ｔｄの時間幅のパルス信号となる。

また、遠端２２を目指して前進する残り半分の電流は、電流信号源が伝送線路１０の中央部に向けて前進するので、それと共に電流量を積み重ねながらｔｄ後に遠端２２に到達する。

一方、誘導結合性電流は、誘導結合で伝送線路２０に誘起される電圧源によって流れる電流であるが、その向きは伝送線路１０の電流ループの向きと逆回りになり、巨視的には遠端２２から近端２１に向かう。

したがって、誘導結合で近端２１に生じる信号は、容量結合で近端２１に生じる信号と同じ符号で強め合い、近端２１で現れる信号は、図７（ｂ）に示す波形となる。図７（ｂ）は、信号Ｓ１が伝送線路１０から伝送線路２０に伝搬することにより、近端２１を遠端２２から近端２１に向かう方向に進行する信号Ｓ２の波形である。

ところが、近端２１は短絡終端されているので、信号Ｓ２が近端２１で全反射することによって、信号Ｓ２を打ち消すような反射波が近端２１に発生する。近端２１で発生した反射波は、近端２１から遠端２２に向かう方向に進行し、近端２１から遠端２２まで進行するのに時間ｔｄかかる。したがって、遠端２２で現れる信号は、図７（ｃ）に示す波形となる。図７（ｃ）は、信号Ｓ２が近端２１で全反射することによって、遠端２２を近端２１から遠端２２に向かう方向に進行する信号Ｓ３の波形である。つまり、負極性のパルス信号Ｏｕｔ−が、遠端２２から出力される。

一方、伝送線路１０を伝搬する信号の波頭は、先端部１１に入力されてから時間ｔｄ経過時に、伝送線路１０の中央部を通過しはじめる。そして、その波頭が伝送線路１０の中央部から終端部１２に向けて伝搬する間は、容量結合性電流と誘導結合性電流が伝送線路２０に流れる上記現象と同様の現象が、伝送線路３０にも生じる。

したがって、伝送線路３０の近端３１で現れる信号は、図７（ｄ）に示す波形となる。図７（ｄ）は、信号Ｓ１が伝送線路１０から伝送線路３０に伝搬することにより、近端３１を遠端３２から近端３１に向かう方向に進行する信号Ｓ４の波形である。つまり、正極性のパルス信号Ｏｕｔ＋が、近端３１から出力される。

このように、方向性結合器は、負極性のパルス信号Ｏｕｔ−と、パルス信号Ｏｕｔ−に対して位相が１８０°反転した正極性の信号Ｏｕｔ＋とによって構成された差動信号を出力できる。つまり、シングルエンド信号を差動信号に変換できる。なお、逆に、遠端２２及び近端３１に差動信号を入力する場合も同様に考えることができるので、差動信号をシングルエンド信号に変換することもできる。

＜方向性結合器の動作シミュレーション＞
次に、本実施形態の方向性結合器をコンピュータ上で動作させたときのシミュレーション結果を示す。図８は、シミュレーションに用いた送信回路を示している。この送信回路は、方向性結合器１の先端部１１に入力されるシングルエンド信号Ｉｎを生成するための回路であり、プリドライバ４６と、５０オームドライバ４７とを備えている。

インダクタンス４８は、送信回路と先端部１１とを結ぶボンディングワイヤのインダクタンス成分を表す。キャパシタンス４９は、送信回路とボンディングワイヤとを接続するためのパッドの寄生容量を表す。キャパシタンス５０は、先端部１１とボンディングワイヤとを接続するためのパッドの寄生容量を表す。

本シミュレーションでは、
送信回路と先端部１１とを結ぶボンディングワイヤの長さ：２ｍｍ
送信回路と先端部１１とを結ぶボンディングワイヤのインダクタンス：２ｎＨ
キャパシタンス４９，５０：６０ｆＦ
伝送線路１０及び伝送線路２０，３０の線幅：５００μｍ
伝送線路１０及び伝送線路２０，３０の線路長：５ｍｍ
伝送線路１０と伝送線路２０，３０との間の距離（通信距離）：０．１ｍｍ
伝送線路１０と伝送線路２０，３０との間の媒質の比誘電率：３．４
伝送線路１０と伝送線路２０，３０が形成された誘電体基板ＦＲ４の比誘電率：３．４
伝送線路１０及び伝送線路２０，３０の特性インピーダンス：５０Ω
終端抵抗１３，３３のインピーダンス：５０Ω
に設定した。

図９は、方向性結合器１の結合度のシミュレーション結果（Ｓパラメータ）を示す。Ｓ（１，１）は、先端部１１における入力反射係数であり、Ｓ（２，１）は、先端部１１から伝送線路３０の近端３１への伝送係数であり、Ｓ（３，１）は、先端部１１から伝送線路２０の遠端２２への伝送係数である。図９に示されるように、方向性結合器１は、広い周波数帯域で一定の結合度を有している。

図１０は、方向性結合器１から出力される差動信号の位相差のシミュレーション結果を示す。図１０に示されるように、方向性結合器１によれば、広い周波数帯域で１８０°の移相が可能である。

図１１は、先端部１１に振幅６００ｍＶのシングルエンド信号を入力したときの、方向性結合器１から出力される差動信号のシミュレーション結果を示す。信号Ｓ＋は、伝送線路３０の近端３１から出力される信号であり、信号Ｓ−は、伝送線路２０の遠端２２から出力される信号である。立ち上がり時間ｔｒが５０ｐｓと２００ｐｓのいずれの場合でも、信号Ｓ＋と信号Ｓ−は、精度よく位相が反転し、振幅もほぼ等しい。

＜実施例１のレイアウト＞
図１２は、方向性結合器１を備えた通信装置１０１Ｃの構成を示した図であり、方向性結合器１のレイアウト例を示した図である。通信装置１０１Ｃは、方向性結合器１によって、モジュール５５とモジュール５６との間を非接触で通信する装置である。

モジュール５５は、伝送線路１０と、終端抵抗１３と、先端部１１に接続されるシングルエンド式のシングルエンド回路とを有している。本図の伝送線路１０は、Ｕ字状に折り曲げて形成された折り返し線路であり、伝送線路部１４と、伝送線路部１５とを有している。

モジュール５６は、伝送線路２０と、伝送線路３０と、終端抵抗３３と、伝送線路２０の遠端２２及び伝送線路３０の近端３１に接続される差動式の差動回路とを有している。

図１２では、便宜上、見えやすいように、モジュール５５とモジュール５６とが紙面に対して平行な方向に並べて描画されている。しかしながら、モジュール５５とモジュール５６とは、実際には、紙面に対して直角な方向に積層配置されている。紙面に対して直角な方向（すなわち、モジュールが積層する方向）を単に「積層方向」という。

すなわち、モジュール５５とモジュール５６との積層方向において、伝送線路部１４と伝送線路２０とが電磁界結合可能に対向して配置され、伝送線路部１５と伝送線路３０とが電磁界結合可能に対向して配置されている。また、モジュール５５とモジュール５６との積層方向において、伝送線路部１４の先端部１１と伝送線路２０の近端２１とが対向して配置され、伝送線路部１５の終端部１２と伝送線路３０の遠端３２とが対向して配置されている。

伝送線路部１４，１５，２０，３０をこのように対向配置し、終端抵抗３３で近端２１と遠端３２とを連結することで、終端電位Ｖ_Ｔ２を１箇所で取ることができる。

＜実施例１の変形例＞
図１３は、方向性結合器１の変形例を示した図である。本図の伝送線路１０は、伝送線路部１４と伝送線路部１５とに配線で連結可能に分割されている。伝送線路部１４は、伝送線路２０と電磁界結合可能に対向配置され、伝送線路部１５は、伝送線路３０と電磁界結合可能に対向配置されている。このように構成されていることにより、伝送線路部、終端電位、終端抵抗などに接続する配線の仕方を変更することによって、方向性結合器の差動方式側とシングルエンド方式側とを容易に入れ替えることができる。

図示のように、伝送線路２０と伝送線路３０とが連結されずに伝送線路部１４と伝送線路部１５とが配線で連結される場合、伝送線路部１４，１５側の伝送方式をシングルエンド方式に変更でき、伝送線路２０，３０側の伝送方式を差動方式に変更できる。図示とは逆に、伝送線路部１４と伝送線路部１５とが連結されずに伝送線路２０と伝送線路３０とが配線で連結される場合、伝送線路２０，３０側の伝送方式をシングルエンド方式に変更でき、伝送線路部１４，１５側の伝送方式を差動方式に変更できる。

＜実施例２の構成＞
図１の方向性結合器１において、伝送線路２０及び／又は伝送線路３０は、伝送線路１０の特性インピーダンスＺと異なる特性インピーダンスＺ１を有してよい。また、終端抵抗３３のインピーダンスは、伝送線路３０のインピーダンスＺ１と整合させてよい。例えば、インピーダンスＺ１は、インピーダンスＺよりも大きくてよい。具体的には、Ｚ＝５０Ω，Ｚ１＝７５Ωでもよい。電磁界結合する伝送線路部間の小さなインピーダンスの不整合は、シングルエンド信号を差動信号に又は差動信号をシングルエンド信号に変換する上で、障害とならない。

＜実施例３の構成＞
図１の方向性結合器１において、伝送線路３０の遠端３２は、整合終端でなくても、大きな反射障害は生じない。特に、伝送線路１０から伝送線路３０の近端３１に伝搬する信号が大きく遠端３２に伝搬する信号が小さい場合（方向性が強く現れる場合）、遠端３２が整合終端されていなくて信号が反射しても、その影響は小さく、障害とならない。そのため、終端抵抗３３のインピーダンスＺ３は、伝送線路３０の特性インピーダンスＺと異なってよい。例えば、終端抵抗３３のインピーダンスＺ３は、伝送線路３０の特性インピーダンスＺよりも小さなインピーダンスでよい。具体的には、Ｚ＝５０Ω，Ｚ３＝２５Ωでもよい。例えば、図１４の方向性結合器３のように、遠端３２は短絡終端されてよい（Ｚ３＝０Ω）。

＜実施例３のレイアウト＞
図１５は、図１４の方向性結合器３を備えた通信装置１０３の構成を示した図であり、方向性結合器３のレイアウト例を示した図である。通信装置１０３は、方向性結合器３によって、モジュール５５とモジュール５７との間を非接触で通信する装置である。通信装置１０３においても、図１２と同様に、モジュール５５とモジュール５７とは、実際には、紙面に対して直角な方向に積層配置されている。

図１４の方向性結合器３のように遠端３２を短絡終端すると、図１５のように、方向性結合器３に構成される伝送線路部のレイアウトが送信側と受信側とで同一になる。したがって、伝送線路部、終端電位、終端抵抗などに接続する配線の仕方を変更することによって、方向性結合器の差動方式側とシングルエンド方式側とを容易に入れ替えることができる。

図１５では、近端２１と遠端３２とが接続され、近端２１と遠端３２とが接続された部位である接続部９５が、終端電位Ｖ_Ｔ２に短絡終端されている。

モジュール５５は、伝送線路１０と、終端抵抗１３と、先端部１１に接続されるシングルエンド式のシングルエンド回路とを有している。本図の伝送線路１０は、Ｕ字状に折り曲げて形成された折り返し線路であり、伝送線路部１４と、伝送線路部１５とを有している。

モジュール５７は、伝送線路２０と、伝送線路３０と、伝送線路２０の遠端２２及び伝送線路３０の近端３１に接続される差動式の差動回路とを有している。モジュール５７側の伝送線路は、伝送線路２０の近端２１と伝送線路３０の遠端３２とが接続された線路であり、Ｕ字状に折り曲げて形成された折り返し線路である。

伝送線路部１４と伝送線路部１５との接続によって第１のＵ字状伝送線路が形成され、伝送線路２０と伝送線路３０との接続によって第２のＵ字状伝送線路が形成されている。第１のＵ字状伝送線路と第２のＵ字状伝送線路とは、第１のＵ字状伝送線路と第２のＵ字状伝送線路との積層方向から投影的に見ると一方のＵ字状伝送線路のみが上下反転して見えるように、電磁界結合可能に対向配置されている（図２０と同様）。

＜実施例４の構成＞
図１の方向性結合器１において、伝送線路２０の近端２１は、短絡終端でなくても、大きな反射障害は生じない。特に、伝送線路１０から伝送線路２０の近端３１に伝搬する信号が大きく遠端３２に伝搬する信号が小さい場合（方向性が強く現れる場合）、近端２１が短絡終端されていなくて信号が反射しても、その影響は小さく、障害とならない。そのため、近端２１は、伝送線路２０の特性インピーダンスＺよりも小さなインピーダンスＺ２で終端されてよい。図１６は、伝送線路２０の特性インピーダンスＺよりも小さなインピーダンスＺ２を有する終端抵抗２３で近端２１が終端電位Ｖ_Ｔ２に終端された方向性結合器４の構成を示した図である。

伝送線路２０の特性インピーダンスをＺ、終端抵抗２３のインピーダンスをＺ２とすると、伝送線路２０から終端抵抗２３に入力信号を入力したときの近端２１での反射係数Ａは、
Ａ＝（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｚ２＋Ｚ１）
と表される。したがって、方向性結合器４において、反射係数Ａは、−１より大きく０未満の負の値であってよい。なお、方向性結合器４は、終端抵抗２３のインピーダンスＺ２を０Ωにすると、反射係数Ａが−１である図１の方向性結合器１と同じになる。

なお、図１６の方向性結合器４において、終端抵抗３３のインピーダンスＺ３は、伝送線路３０の特性インピーダンスＺと異なってよい。例えば、終端抵抗３３のインピーダンスＺ３は、伝送線路３０のインピーダンスＺよりも小さなインピーダンスでよい。

＜実施例４のレイアウト＞
図１７は、図１６の方向性結合器４を備えた通信装置１０４の構成を示した図であり、方向性結合器４のレイアウト例を示した図である。通信装置１０４は、方向性結合器４によって、モジュール５５とモジュール５８との間を非接触で通信する装置である。通信装置１０４においても、図１２と同様に、モジュール５５とモジュール５８とは、実際には、紙面に対して直角な方向に積層配置されている。

図１６の方向性結合器４において、終端抵抗２３と終端抵抗３３それぞれのインピーダンスを、伝送線路２０，３０の特性インピーダンスＺよりも小さく、且つ、互いに等しいインピーダンスＺ２にする（例えば、Ｚ＝５０Ω、Ｚ２＝１０Ω）。これにより、図１７のように、方向性結合器４に構成される伝送線路部のレイアウトが送信側と受信側とで同一になる。したがって、伝送線路部、終端電位、終端抵抗などに接続する配線の仕方を変更することによって、方向性結合器の差動方式側とシングルエンド方式側とを容易に入れ替えることができる。

図１７では、近端２１と遠端３２とが接続され、近端２１と遠端３２とが接続された部位である接続部９５が、共通の終端抵抗２３，３３で終端電位Ｖ_Ｔ２に終端されている。

モジュール５５は、伝送線路１０と、終端抵抗１３と、先端部１１に接続されるシングルエンド式のシングルエンド回路とを有している。本図の伝送線路１０は、Ｕ字状に折り曲げて形成された折り返し線路であり、伝送線路部１４と、伝送線路部１５とを有している。

モジュール５８は、伝送線路２０と、伝送線路３０と、伝送線路２０の遠端２２及び伝送線路３０の近端３１に接続される差動式の差動回路とを有している。モジュール５８側の伝送線路は、伝送線路２０の近端２１と伝送線路３０の遠端３２とが接続された線路であり、Ｕ字状に折り曲げて形成された折り返し線路である。

伝送線路部１４と伝送線路部１５との接続によって第１のＵ字状伝送線路が形成され、伝送線路２０と伝送線路３０との接続によって第２のＵ字状伝送線路が形成されている。第１のＵ字状伝送線路と第２のＵ字状伝送線路とは、第１のＵ字状伝送線路と第２のＵ字状伝送線路との積層方向から投影的に見ると一方のＵ字状伝送線路のみが上下反転して見えるように、電磁界結合可能に対向配置されている（図２０と同様）。

＜実施例５の構成＞
図１８は、図１の方向性結合器１を複数備えた通信装置１０５の構成を示した図である。通信装置１０５は、複数の方向性結合器１によって、モジュール５９とモジュール６０との間を非接触で通信する装置である。伝送線路１０は、伝送線路部１０_１と伝送線路部１０_２と伝送線路部１０_３とが配線で直列接続された構成を有し、当該構成を先端部１１と終端部１２との間に有している。第１の伝送線路部１０_１は、第２の伝送線路２０_１及び第３の伝送線路３０_１と電磁界結合可能に対向して近接配置されている。同様に、第１の伝送線路部１０_２も、第２の伝送線路２０_２及び第３の伝送線路３０_２と電磁界結合可能に対向して近接配置されている。第１の伝送線路部１０_３も、第２の伝送線路２０_３及び第３の伝送線路３０_３と電磁界結合可能に対向して近接配置されている。

伝送線路２０_１は、先端部１１から伝送線路１０を辿ると先端部１１から近い方に位置する近端２１と、先端部１１から伝送線路１０を辿ると先端部１１から遠い方に位置する遠端２２とを有する。伝送線路３０_１は、先端部１１から伝送線路１０を辿ると先端部１１から近い方に位置する近端３１と、先端部１１から伝送線路１０を辿ると先端部１１から遠い方に位置する遠端３２とを有する。他の伝送線路２０_２，３０_２，２０_３，３０_３についても同様である。

伝送線路部１０_１が伝送線路２０_１及び伝送線路３０_１と電磁界結合可能に近接配置されていることにより、結合器１_１が形成されている。結合器１_１は、伝送線路部１０_１と、伝送線路２０_１及び伝送線路３０_１とにより構成された方向性結合器である。他の結合器１_２，１_３についても同様である。

このような構成を有する通信装置１０５は、シングルエンドの一つの入力デジタル信号Ｉｎを複数組の差動信号（この場合、Ｓ１−／Ｓ１＋と、Ｓ２−／Ｓ２＋と、Ｓ３−／Ｓ３＋との３組の差動信号）に分配するマルチドロップバスとして機能する。各結合器１_１，１_２，１_３で分配された各差動信号は、各受信回路４０_１，４０_２，４０_３で差動増幅され、シングルエンド式の出力信号Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２，Ｏｕｔ３に変換される。

先端部１１から入力される信号Ｉｎのエネルギーは、先端部１１から終端部１２に向かう伝搬方向において順番に各結合器１_１，１_２，１_３で分配される。そのため、各結合器に到達する信号のエネルギーは、先端部１１から伝送線路１０を辿る経路が長いほど小さくなる。

例えば、３つの結合部１_１，１_２，１_３の結合度がいずれも「１／６」であるとすると、信号エネルギーが１の信号Ｉｎが先端部１１から入力される場合、近似的には、
結合器１_１の遠端２２及び近端３１に接続される受信回路４０_１から出力される信号Ｏｕｔ１のエネルギーは、先端部１１に入力される信号Ｉｎのエネルギーに対して、
１×（１／６）＝１／６（約０．１７）
の割合で低減し、
結合器１_２の遠端２２及び近端３１に接続される受信回路４０_２から出力される信号Ｏｕｔ２のエネルギーは、先端部１１に入力される信号Ｉｎのエネルギーに対して、
（１−（１／６））×（１／６）＝５／３６（約０．１４）
の割合で低減し、
結合器１_３の遠端２２及び近端３１に接続される受信回路４０_３から出力される信号Ｏｕｔ３のエネルギーは、先端部１１に入力される信号Ｉｎのエネルギーに対して、
（１−（１／６）−（５／３６））×（１／６）＝２５／２１６（約０．１２）
の割合で低減する。

このように、各結合器の結合度が等しいと、各受信回路から出力される信号のエネルギーは、Ｏｕｔ１＞Ｏｕｔ２＞Ｏｕｔ３となる。つまり、先端部１１から伝送線路１０を辿る経路において先端部１１から遠くなるほど、結合器に到達する信号は大きく減衰するため、先端部１１から遠方の結合器で非接触伝送される信号の誤差が大きくなりやすい。

そこで、伝送線路１０に構成される複数の伝送線路部１０_ｎのうち、先端部１１から伝送線路１０を辿る長さが長い伝送線路部１０_ｊほど、伝送線路部１０_ｊに近接配置された伝送線路２０_ｊ及び伝送線路３０_ｊと強く結合することが好ましい。ｊは、その値が大きな自然数ほど、先端部１１から伝送線路１０を辿る長さが長い結合器であることを表す。例えば、各結合器の結合度が、先端部１１から伝送線路１０を辿る長さが長い結合器ほど大きく設定されることが好ましい。

例えば、各結合器の結合度Ｃ_ｊは、
Ｃ_１≦Ｃ_２≦・・・≦Ｃ_ｎ （ただし、Ｃ_１＜Ｃ_ｎ）
に設定される。このように設定されることにより、先端部１１から伝送線路１０を辿る経路において先端部１１から遠くても、結合器に到達する信号が減衰することが抑えられ、先端部１１から遠方の結合器で非接触伝送される信号の誤差が大きくなりにくい。

例えば、３つの結合器１_１，１_２，１_３の結合度が、それぞれ、１／６，１／５，１／４であるとすると、信号エネルギーが１の信号Ｉｎが先端部１１から入力される場合、近似的には、
結合器１_１の遠端２２及び近端３１に接続される受信回路４０_１から出力される信号Ｏｕｔ１のエネルギーは、先端部１１に入力される信号Ｉｎのエネルギーに対して、
１×（１／６）＝１／６
の割合で低減し、
結合器１_２の遠端２２及び近端３１に接続される受信回路４０_２から出力される信号Ｏｕｔ２のエネルギーは、先端部１１に入力される信号Ｉｎのエネルギーに対して、
（１−（１／６））×（１／５）＝１／６
の割合で低減し、
結合器１_３の遠端２２及び近端３１に接続される受信回路４０_３から出力される信号Ｏｕｔ３のエネルギーは、先端部１１に入力される信号Ｉｎのエネルギーに対して、
（１−（１／６）−（１／６））×（１／４）＝１／６
の割合で低減する。

このように、先端部１１から伝送線路１０を辿る長さが長い結合器ほど結合度を大きく設定することによって、信号Ｏｕｔ２，Ｏｕｔ３のエネルギー（例えば、信号振幅）を大きくできる。つまり、先端部１１から離れた結合器に到達する信号が減衰することを抑制できるため、先端部１１から離れた結合器で非接触伝送される信号の誤差を小さくできる。また、各結合器の結合度Ｃ_ｊを適切な値に調整することによって、各受信回路から出力される信号のエネルギーを等しく揃えることができる（Ｏｕｔ１＝Ｏｕｔ２＝Ｏｕｔ３）。

各結合器の結合度Ｃ_ｊは、例えば、伝送線路１０_ｊと伝送線路２０_ｊ又は伝送線路３０_ｊとの距離、各伝送線路の線路寸法（線路長や線幅等）などに応じて調整できる。例えば、伝送線路１０_ｊと伝送線路２０_ｊ又は伝送線路３０_ｊとの距離が短いほど、結合度Ｃ_ｊは大きくなる。また、各伝送線路の線路幅が広いほど、結合度Ｃ_ｊは大きくなる。

なお、結合度Ｃ_ｊの数値が大きいほど、伝送線路１０_ｊと伝送線路２０_ｊ及び伝送線路３０_ｊとの結合が強いことを表す。結合度Ｃ_ｊは、例えば、伝送線路１０_ｊの先端部１１側の端部に入力される電力に対する、受信回路４０_ｊから出力される信号Ｏｕｔの電力の比に応じて決められた値である。ただし、各受信回路４０_ｊの増幅率は、互いに同じであるとする。

また、伝送線路１０_ｊと伝送線路２０_ｊとの結合度と、伝送線路１０_ｊと伝送線路３０_ｊとの結合度とが等しくなるように、伝送線路１０_ｊ，２０_ｊ，３０_ｊは構成されることが好ましい。伝送線路１０_ｊと伝送線路２０_ｊとの結合度は、例えば、伝送線路１０_ｊの先端部１１側の端部に入力される電力に対する、伝送線路２０_ｊの遠端２２から出力される電力の比に応じた値である。伝送線路１０_ｊと伝送線路３０_ｊとの結合度は、例えば、伝送線路１０_ｊの先端部１１側の端部に入力される電力に対する、伝送線路３０_ｊの近端３１から出力される電力の比に応じた値である。

なお、モジュール５９とモジュール６０とが同一の回路基板上に構成される場合も、本発明に含まれる。また、図１８において、２組又は４組以上の差動信号に分配するマルチドロップバスに拡張することも可能である。また、実施例２〜４に示した方向性結合器を用いて、マルチドロップバスとして機能させてもよい。

＜実施例６の構成＞
図１９は、図１７のモジュール５８側の伝送線路のレイアウトを応用した方向性結合器６を備えた通信装置１０６の構成を示した図である。通信装置１０６は、方向性結合器６によって、モジュール６１とモジュール６２との間を非接触で通信する装置である。通信装置１０６においても、図１２，１５，１７と同様に、モジュール６１とモジュール６２とは、実際には、紙面に対して直角な方向に積層配置されている（図２０参照）。

方向性結合器６は、第１の伝送線路ＴＬ１１と、第２の伝送線路ＴＬ１２とを備えている。第１の伝送線路ＴＬ１１は、第１の伝送線路部ＴＬ１と第４の伝送線路部ＴＬ４とを有している。第２の伝送線路ＴＬ１２は、伝送線路部ＴＬ１と電磁界結合する第２の伝送線路部ＴＬ２と、伝送線路部ＴＬ４と電磁界結合する第３の伝送線路部ＴＬ３とを有している。

伝送線路部ＴＬ１は、例えば、伝送線路ＴＬ１２の一端ｎ２から伝送線路ＴＬ１２を辿ると一端ｎ２から近い方に位置する近端ｎ１１と、伝送線路ＴＬ１２の一端ｎ２から伝送線路ＴＬ１２を辿ると一端ｎ２から遠い方に位置する遠端ｎ１とを有する。

伝送線路部ＴＬ４は、例えば、伝送線路ＴＬ１２の一端ｎ２から伝送線路ＴＬ１２を辿ると一端ｎ２から近い方に位置する近端ｎ４と、伝送線路ＴＬ１２の一端ｎ２から伝送線路ＴＬ１２を辿ると一端ｎ２から遠い方に位置する遠端ｎ１４とを有する。

伝送線路部ＴＬ２は、例えば、伝送線路ＴＬ１１の一端ｎ１から伝送線路ＴＬ１１を辿ると一端ｎ１から近い方に位置する近端ｎ１２と、伝送線路ＴＬ１１の一端ｎ１から伝送線路ＴＬ１１を辿ると一端ｎ１から遠い方に位置する遠端ｎ２とを有する。

伝送線路部ＴＬ３は、例えば、伝送線路ＴＬ１１の一端ｎ１から伝送線路ＴＬ１１を辿ると一端ｎ１から近い方に位置する近端ｎ３と、伝送線路ＴＬ１１の一端ｎ１から伝送線路ＴＬ１１を辿ると一端ｎ１から遠い方に位置する遠端ｎ１３とを有する。

伝送線路ＴＬ１１は、伝送線路部ＴＬ１の近端ｎ１１と伝送線路部ＴＬ４の遠端ｎ１４とが接続される第１の接続部９１を有し、伝送線路ＴＬ１２は、伝送線路部ＴＬ２の近端ｎ１２と伝送線路部ＴＬ３の遠端ｎ１３とが接続される第２の接続部９２を有している。

方向性結合器６は、モジュール６１に構成されるスイッチ７１と、モジュール６２に構成されるスイッチ７２とを備えている。

スイッチ７１は、選択信号Ｓの論理レベルに従って、伝送線路部ＴＬ１及び／又は伝送線路部ＴＬ４の特性インピーダンスよりも小さな第１のインピーダンスＲｏｎで接続部９１を終端するか否かを切り替える切り替え回路である。スイッチ７１は、Ｎチャネル型とＰチャネル型のＭＯＳトランジスタを並列接続した構成を有し、両ＭＯＳトランジスタがオンしたときのオン抵抗が第１のインピーダンスＲｏｎに相当する。

スイッチ７２は、選択信号Ｓの論理レベルに従って、伝送線路部ＴＬ２及び／又は伝送線路部ＴＬ３の特性インピーダンスよりも小さな第２のインピーダンスＲｏｎで接続部９２を終端するか否かを切り替える切り替え回路である。スイッチ７２は、Ｎチャネル型とＰチャネル型のＭＯＳトランジスタを並列接続した構成を有し、両ＭＯＳトランジスタがオンしたときのオン抵抗が第２のインピーダンスＲｏｎに相当する。

モジュール６１は、伝送線路部ＴＬ１の遠端ｎ１及び伝送線路部ＴＬ４の近端ｎ４に接続される送受信回路７３を有している。モジュール６２は、伝送線路部ＴＬ２の遠端ｎ２及び伝送線路部ＴＬ３の近端ｎ３に接続される送受信回路７４を有している。

図２１は、送受信回路７３の構成を示した図である。送受信回路７３は、シングルエンド信号を送信可能な送信回路７６と、差動信号を受信可能な受信回路７７と、送受切り替え回路７５とを有している。送受切り替え回路７５は、選択信号Ｓの論理レベルに従って、伝送線路部ＴＬ１の遠端ｎ１の接続先を、送信回路７６か受信回路７７のいずれか一方に切り替え、伝送線路部ＴＬ４の近端ｎ４の接続先を、終端抵抗ＲＲ１か受信回路７７のいずれか一方に切り替える。

図２２は、送受信回路７４の構成を示した図である。送受信回路７４は、シングルエンド信号を送信可能な送信回路７９と、差動信号を受信可能な受信回路８０と、送受切り替え回路７８とを有している。送受切り替え回路７８は、選択信号Ｓの論理レベルに従って、伝送線路部ＴＬ２の遠端ｎ２の接続先を、送信回路７９か受信回路８０のいずれか一方に切り替え、伝送線路部ＴＬ３の近端ｎ３の接続先を、終端抵抗ＲＲ２か受信回路８０のいずれか一方に切り替える。

選択信号Ｓ＝０のとき、スイッチ７１のオフにより接続部９１は第１のインピーダンスＲｏｎで短絡されず、スイッチ７２のオンにより接続部９２は第２のインピーダンスＲｏｎで終端される。また、選択信号Ｓ＝０のとき、送受切り替え回路７８は、伝送線路部ＴＬ２の遠端ｎ２及び伝送線路部ＴＬ３の近端ｎ３の接続先を受信回路８０に切り替える。また、選択信号Ｓ＝０のとき、送受切り替え回路７５は、伝送線路部ＴＬ１の遠端ｎ１の接続先を送信回路７６に切り替え且つ伝送線路部ＴＬ４の近端ｎ４の接続先を終端抵抗ＲＲ１に切り替える。

すなわち、選択信号Ｓ＝０のとき、伝送線路部ＴＬ４の近端ｎ４は、終端抵抗ＲＲ１で整合終端され、モジュール６１の伝送線路部ＴＬ１，ＴＬ４からモジュール６２の伝送線路部ＴＬ２，ＴＬ４に信号が転送される動作モードに切り替えられる（図２３参照）。

一方、選択信号Ｓ＝１のとき、スイッチ７２のオフにより接続部９２は第２のインピーダンスＲｏｎで短絡されず、スイッチ７１のオンにより接続部９１は第１のインピーダンスＲｏｎで終端される。また、選択信号Ｓ＝１のとき、送受切り替え回路７５は、伝送線路部ＴＬ１の遠端ｎ１及び伝送線路部ＴＬ４の近端ｎ４の接続先を受信回路７７に切り替える。また、選択信号Ｓ＝１のとき、送受切り替え回路７８は、伝送線路部ＴＬ２の遠端ｎ２の接続先を送信回路７９に切り替え且つ伝送線路部ＴＬ３の近端ｎ３の接続先を終端抵抗ＲＲ２に切り替える。

すなわち、選択信号Ｓ＝１のとき、伝送線路部ＴＬ３の近端ｎ３は、終端抵抗ＲＲ２で整合終端され、モジュール６２の伝送線路部ＴＬ２，ＴＬ４からモジュール６１の伝送線路部ＴＬ１，ＴＬ４に信号が転送される動作モードに切り替えられる（図２４参照）。

＜実施例７の構成＞
図２５は、図１７のモジュール５８側の伝送線路のレイアウトを応用した方向性結合器７を備えた通信装置１０７の構成を示した図である。通信装置１０７は、方向性結合器７によって、モジュール６３とモジュール６４との間を非接触で通信する装置である。通信装置１０７においても、図１２，１５，１７と同様に、モジュール６３とモジュール６４とは、実際には、紙面に対して直角な方向に積層配置されている（図２０参照）。上述の構成と同様の構成についての説明は省略又は簡略する。

方向性結合器７は、第１の伝送線路ＴＬ１１と、第２の伝送線路ＴＬ１２と、第３の伝送線路ＴＬ１３と、第４の伝送線路ＴＬ１４とを備えている。第３の伝送線路ＴＬ１３は、第５の伝送線路部ＴＬ５と第８の伝送線路部ＴＬ８とを有している。第４の伝送線路ＴＬ１４は、伝送線路部ＴＬ５と電磁界結合する第６の伝送線路部ＴＬ６と、伝送線路部ＴＬ８と電磁界結合する第７の伝送線路部ＴＬ７とを有している。

伝送線路部ＴＬ５は、例えば、伝送線路ＴＬ１４の一端ｎ６から伝送線路ＴＬ１４を辿ると一端ｎ６から近い方に位置する近端ｎ１５と、伝送線路ＴＬ１４の一端ｎ６から伝送線路ＴＬ１４を辿ると一端ｎ６から遠い方に位置する遠端ｎ５とを有する。

伝送線路部ＴＬ８は、例えば、伝送線路ＴＬ１４の一端ｎ６から伝送線路ＴＬ１４を辿ると一端ｎ６から近い方に位置する近端ｎ８と、伝送線路ＴＬ１４の一端ｎ６から伝送線路ＴＬ１４を辿ると一端ｎ６から遠い方に位置する遠端ｎ１８とを有する。

伝送線路部ＴＬ６は、例えば、伝送線路ＴＬ１３の一端ｎ５から伝送線路ＴＬ１３を辿ると一端ｎ５から近い方に位置する近端ｎ１６と、伝送線路ＴＬ１３の一端ｎ５から伝送線路ＴＬ１３を辿ると一端ｎ５から遠い方に位置する遠端ｎ６とを有する。

伝送線路部ＴＬ７は、例えば、伝送線路ＴＬ１３の一端ｎ５から伝送線路ＴＬ１３を辿ると一端ｎ５から近い方に位置する近端ｎ７と、伝送線路ＴＬ１３の一端ｎ５から伝送線路ＴＬ１３を辿ると一端ｎ５から遠い方に位置する遠端ｎ１７とを有する。

伝送線路ＴＬ１３は、伝送線路部ＴＬ５の近端ｎ１５と伝送線路部ＴＬ８の遠端ｎ１８とが接続される第３の接続部９３を有し、伝送線路ＴＬ１４は、伝送線路部ＴＬ６の近端ｎ１６と伝送線路部ＴＬ７の遠端ｎ１７とが接続される第４の接続部９４を有している。

方向性結合器７は、モジュール６３に構成されるスイッチ７１，８１と、モジュール６４に構成されるスイッチ７２，８２とを備えている。

スイッチ８１は、選択信号Ｓの論理レベルに従って、伝送線路部ＴＬ５及び／又は伝送線路部ＴＬ８の特性インピーダンスよりも小さな第３のインピーダンスＲｏｎで接続部９３を終端するか否かを切り替える切り替え回路である。スイッチ８１は、Ｎチャネル型とＰチャネル型のＭＯＳトランジスタを並列接続した構成を有し、両ＭＯＳトランジスタがオンしたときのオン抵抗が第３のインピーダンスＲｏｎに相当する。

スイッチ８２は、選択信号Ｓの論理レベルに従って、伝送線路部ＴＬ６及び／又は伝送線路部ＴＬ７の特性インピーダンスよりも小さな第４のインピーダンスＲｏｎで接続部９４を終端するか否かを切り替える切り替え回路である。スイッチ８２は、Ｎチャネル型とＰチャネル型のＭＯＳトランジスタを並列接続した構成を有し、両ＭＯＳトランジスタがオンしたときのオン抵抗が第４のインピーダンスＲｏｎに相当する。

モジュール６３は、伝送線路部ＴＬ１，ＴＬ５の遠端ｎ１，ｎ５及び伝送線路部ＴＬ４，ＴＬ８の近端ｎ４，ｎ８に接続される送受信回路８５を有している。モジュール６４は、伝送線路部ＴＬ２，ＴＬ６の遠端ｎ２，ｎ６及び伝送線路部ＴＬ３，ＴＬ７の近端ｎ３，ｎ７に接続される送受信回路８６を有している。

図２６は、送受信回路８５の構成を示した図である。送受信回路８５は、シングルエンド信号を送信可能な送信回路Ｔと、差動信号を受信可能な受信回路８８と、送受切り替え回路８７とを有している。送受切り替え回路８７は、選択信号Ｓの論理レベルに従って、伝送線路部ＴＬ１，ＴＬ５の遠端ｎ１，ｎ５の接続先を、送信回路Ｔか受信回路８８のいずれか一方に切り替え、伝送線路部ＴＬ４，ＴＬ８の近端ｎ４，ｎ８の接続先を、終端抵抗ＲＲ３か受信回路８８のいずれか一方に切り替える。

図２７は、送受信回路８６の構成を示した図である。送受信回路８６は、シングルエンド信号を送信可能な送信回路Ｔと、差動信号を受信可能な受信回路９０と、送受切り替え回路８９とを有している。送受切り替え回路８９は、選択信号Ｓの論理レベルに従って、伝送線路部ＴＬ２，ＴＬ６の遠端ｎ２，ｎ６の接続先を、送信回路Ｔか受信回路９０のいずれか一方に切り替え、伝送線路部ＴＬ３，ＴＬ７の近端ｎ３，ｎ７の接続先を、終端抵抗ＲＲ４か受信回路９０のいずれか一方に切り替える。

選択信号Ｓ＝０のとき、スイッチ７１，８１のオフにより接続部９１，９３は第１，第３のインピーダンスＲｏｎで短絡されず、スイッチ７２，８２のオンにより接続部９２，９４は第２，第４のインピーダンスＲｏｎで終端される。また、選択信号Ｓ＝０のとき、送受切り替え回路８９は、伝送線路部ＴＬ２，ＴＬ６の遠端ｎ２，ｎ６及び伝送線路部ＴＬ３，ＴＬ７の近端ｎ３，ｎ７の接続先を受信回路９０に切り替える。また、選択信号Ｓ＝０のとき、送受切り替え回路８７は、伝送線路部ＴＬ１，ＴＬ５の遠端ｎ１，ｎ５の接続先を送信回路Ｔに切り替え且つ伝送線路部ＴＬ４，ＴＬ８の近端ｎ４，ｎ８の接続先を終端抵抗ＲＲ３に切り替える。

すなわち、選択信号Ｓ＝０のとき、伝送線路部ＴＬ４の近端ｎ４は、伝送線路部ＴＬ５及び伝送線路部ＴＬ８を介して終端抵抗ＲＲ３で整合終端される。そして、モジュール６３の伝送線路部ＴＬ１，ＴＬ４，ＴＬ５，ＴＬ８からモジュール６４の伝送線路部ＴＬ２，ＴＬ３，ＴＬ６，ＴＬ７に信号が転送されるマルチドロップバス動作モードに切り替えられる（図２８参照）。

一方、選択信号Ｓ＝１のとき、スイッチ７２，８２のオフにより接続部９２，９４は第２，第４のインピーダンスＲｏｎで短絡されず、スイッチ７１，８１のオンにより接続部９１，９３は第１，第３のインピーダンスＲｏｎで終端される。また、選択信号Ｓ＝１のとき、送受切り替え回路８７は、伝送線路部ＴＬ１，ＴＬ５の遠端ｎ１，ｎ５及び伝送線路部ＴＬ４，ＴＬ８の近端ｎ４，ｎ８の接続先を受信回路８８に切り替える。また、選択信号Ｓ＝１のとき、送受切り替え回路８９は、伝送線路部ＴＬ２，ＴＬ６の遠端ｎ２，ｎ６の接続先を送信回路Ｔに切り替え且つ伝送線路部ＴＬ３，ＴＬ７の近端ｎ３，ｎ７の接続先を終端抵抗ＲＲ４に切り替える。

すなわち、選択信号Ｓ＝１のとき、伝送線路部ＴＬ３の近端ｎ３は、伝送線路部ＴＬ６及び伝送線路部ＴＬ７を介して終端抵抗ＲＲ４で整合終端される。そして、モジュール６４の伝送線路部ＴＬ２，ＴＬ３，ＴＬ６，ＴＬ７からモジュール６３の伝送線路部ＴＬ１，ＴＬ４，ＴＬ５，ＴＬ８に信号が転送されるマルチドロップバス動作モードに切り替えられる（図２９参照）。

＜実施例８の構成＞
図３０は、方向性結合器８の構成を示した図である。図３０のように、図１の構成とは逆に、伝送線路２０は、伝送線路３０よりも先端部１１に遠くなるように伝送線路１０に対向して配置されてもよい。方向性結合器８の場合、入力信号Ｓ０が伝送線路１０の中央部まで伝搬する時間分だけ、負極性の信号の出力が正極性の信号よりも遅延するものの、１８０°移相器として十分に機能する。

この場合、先端部１１から伝送線路１０を遠端２２に最近接する部位まで辿る長さは、先端部１１から伝送線路１０を近端２１に最近接する部位まで辿る長さよりも長い。「遠端２２に最近接する部位」とは、伝送線路１０の部位であり、例えば、終端部１２である。「近端２１に最近接する部位」とは、伝送線路１０の部位であり、先端部１１と終端部１２との間の中央部（伝送線路１０の中央部）である。同様に、先端部１１から伝送線路１０を遠端３２に最近接する部位まで辿る長さは、先端部１１から伝送線路１０を近端３１に最近接する部位まで辿る長さよりも長い。「遠端３２に最近接する部位」とは、伝送線路１０の部位であり、例えば、先端部１１と終端部１２との間の中央部（伝送線路１０の中央部）である。「近端３１に最近接する部位」とは、伝送線路１０の部位であり、例えば、先端部１１である。

伝送線路３０の遠端３２と伝送線路２０の近端２１との間には微小な間隙が存在する。しかしながら、当該間隙が大きすぎないように、伝送線路２０と伝送線路３０とが配置されることが好ましい。当該間隙を所定の微小値以下にすることによって、遠端２２から出力される信号Ｓ−と近端３１から出力される信号Ｓ＋との位相差を１８０°に容易に近づけることができる。

また、伝送線路１０と伝送線路２０，３０とが対向する方向において伝送線路２０と伝送線路３０とが重複しないように、伝送線路２０と伝送線路３０とが配置されることが好ましい。伝送線路２０と伝送線路３０とがこのように重複しないことによって、伝送線路１０と伝送線路２０との結合度又は伝送線路１０と伝送線路３０との結合度が低下することを抑えることができる。

＜実施例９の構成＞
図１の方向性結合器１において、伝送線路３０の遠端３２は、整合終端でなくても、大きな反射障害は生じない。特に、伝送線路１０から伝送線路３０の近端３１に伝搬する信号が大きく遠端３２に伝搬する信号が小さい場合（方向性が強く現れる場合）、遠端３２が整合終端されていなくて信号が反射しても、その影響は小さく、障害とならない。そのため、終端抵抗３３のインピーダンスＺ３は、伝送線路３０の特性インピーダンスＺと異なってよい。例えば、終端抵抗３３のインピーダンスＺ３は、伝送線路３０の特性インピーダンスＺよりも大きなインピーダンスでよい。具体的には、Ｚ＝５０Ω，Ｚ３＝７５Ωでもよい。また、例えば、図３１の方向性結合器９のように、遠端３２は、開放終端されてもよい（Ｚ３＝∞Ω）。この場合、終端抵抗や終端電位への接続配線が不要になる利点が生じる。

＜第１の伝送線路の終端部の整合終端について＞
次に、シングルエンド側の伝送線路１０の終端部１２が整合終端されている場合（本発明の実施例：図１の方向性結合器１）と開放されている場合（比較例：図３２の結合器１００）との違いについて説明する。図３２は、終端部１２が整合終端されずに開放された結合器１００（比較例）の構成を示した図である。結合器１００は、マーチャントバランとも称される。

図３３は、結合器１００の結合度のシミュレーション結果（Ｓパラメータ）を示す。図９（方向性結合器１）と図３３（結合器１００）とを比較すると明らかなように、図９の方が、広い周波数帯で結合度が一定であるという点で優れている。特に、１３ＧＨｚ近辺で差異がある。

図３４は、結合器１００から出力される差動信号の位相差のシミュレーション結果を示す。図１０（方向性結合器１）と図３４（結合器１００）とを比較すると明らかなように、図１０の方が、広い周波数帯域で１８０°近辺での移相が可能であるという点で優れている。特に、１３ＧＨｚ近辺で差異がある。

図３５は、図９（方向性結合器１）と図３３（結合器１００）の低周波数帯域での結合度を拡大表示したグラフである。図３５に示されるように、方向性結合器１は低周波数域で２０ｄＢ／ｄｅｃ減衰する。このため、入力信号は１階微分されるので、デジタル信号を入力するとパルス波形が出力される。したがって、受信回路でデジタル信号に戻すことが容易であり、受信回路の構成を簡易化できる。

これに対し、結合器１００は低周波数域で４０ｄＢ／ｄｅｃ減衰する。このため、入力信号は２階微分されるので、デジタル信号を入力すると双極パルス波形が出力される（図３６参照）。したがって、受信回路でデジタル信号に戻すことが容易ではなく、受信回路の構成が複雑化する。

つまり、方向性結合器１は、大振幅で周波数範囲の広いデジタル信号の１８０°移相器として効果的に機能するのに対し、結合器１００は、そのようなデジタル信号の１８０°移相器として効果的に機能させることが難しい。

以上、方向性結合器及び通信装置を実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。他の実施例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、伝送線路の形状の「Ｕ字」には、「Ｖ字」の意味が含まれてよく、Ｕ字の「Ｕ」の開き角も任意である。

１，３，４，６，７，８，９ 方向性結合器
１ａ，１ｂ，１ｃ 結合器
１０，２０，３０，２０_１，３０_１，２０_２，３０_２，２０_３，３０_３ 伝送線路
１０_１，１０_２，１０_３，１４，１５ 伝送線路部
１１ 先端部
１２ 終端部
１３，２３，３３，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 終端抵抗
１６ 送信回路
１７ 受信回路
２１，３１，２１ａ，３１ａ，２１ｂ，３１ｂ，２１ｃ，３１ｃ 近端
２２，３２，２２ａ，３２ａ，２２ｂ，３２ｂ，２２ｃ，３２ｃ 遠端
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ 受信回路
４１，４３ 比較回路
４２，４４ 信号保持回路
４５ 送信回路
４６ プリドライバ
４７ ５０オームドライバ
４８ インダクタンス
４９，５０ キャパシタンス
５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８，５９，６０，６１，６２，６３，６４ モジュール
７１，７２，８１，８２ スイッチ
７３，７４，８５，８６ 送受信回路
７６，７９ 送信回路
７７，８０，８８，９０ 受信回路
７５，７８，８７，８９ 送受切り替え回路
９１，９２，９３，９４，９５ 接続部
１００ 結合器
１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７ 通信装置

Claims (22)

1. 整合終端された終端部と、前記終端部とは反対側の端部である先端部とを有する第１の伝送線路と、
   前記第１の伝送線路と電磁界結合する第２の伝送線路と、
   前記第１の伝送線路と電磁界結合する第３の伝送線路とを備え、
   前記第２の伝送線路と前記第３の伝送線路のそれぞれは、前記先端部から前記第１の伝送線路を辿ると前記先端部から近い方に位置する近端と、前記先端部から前記第１の伝送線路を辿ると前記先端部から遠い方に位置する遠端とを有し、
   前記第２の伝送線路の近端は、前記第２の伝送線路の特性インピーダンスよりも小さなインピーダンスで終端された、方向性結合器。
2. 前記先端部に入力される信号によって、
   前記第２の伝送線路の遠端は、負極性の信号を出力し、
   前記第３の伝送線路の近端は、正極性の信号を出力する、請求項１に記載の方向性結合器。
3. 前記第２の伝送線路は、前記第３の伝送線路よりも前記先端部から近い、請求項１又は２に記載の方向性結合器。
4. 前記第２の伝送線路は、前記第３の伝送線路よりも前記先端部から遠い、請求項１又は２に記載の方向性結合器。
5. 前記第２の伝送線路の近端は、短絡終端された、請求項１から４のいずれか一項に記載の方向性結合器。
6. 前記第３の伝送線路の遠端は、整合終端された、請求項１から５のいずれか一項に記載の方向性結合器。
7. 前記第３の伝送線路の遠端は、前記第３の伝送線路の特性インピーダンスよりも小さなインピーダンスで終端された、請求項１から５のいずれか一項に記載の方向性結合器。
8. 前記第３の伝送線路の遠端は、短絡終端された、請求項７に記載の方向性結合器。
9. 前記第２の伝送線路の近端と前記第３の伝送線路の遠端との接続部が、短絡終端された、請求項８に記載の方向性結合器。
10. 前記第２の伝送線路の近端と前記第３の伝送線路の遠端との接続部が、前記第２の伝送線路又は前記第３の伝送線路の特性インピーダンスよりも小さなインピーダンスで終端された、請求項７に記載の方向性結合器。
11. 前記第２の伝送線路と前記第３の伝送線路とによってＵ字状の伝送線路が形成された、請求項９又は１０に記載の方向性結合器。
12. 前記第３の伝送線路の遠端は、前記第２の伝送線路の特性インピーダンスよりも大きなインピーダンスで終端された、請求項１から５のいずれか一項に記載の方向性結合器。
13. 前記第３の伝送線路の遠端は、開放終端された、請求項１２に記載の方向性結合器。
14. 前記第２の伝送線路又は前記第３の伝送線路は、前記第１の伝送線路と等しい特性インピーダンスを有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方向性結合器。
15. 前記第２の伝送線路又は前記第３の伝送線路は、前記第１の伝送線路と異なる特性インピーダンスを有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方向性結合器。
16. 前記第１の伝送線路は、複数の伝送線路部を前記先端部と前記終端部との間に有し、
    前記複数の伝送線路部は、前記第２の伝送線路及び前記第３の伝送線路と結合する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方向性結合器。
17. 前記複数の伝送線路部のうち、前記先端部から前記第１の伝送線路を辿る長さが長い伝送線路部ほど、前記第２の伝送線路及び前記第３の伝送線路と強く結合する、請求項１６に記載の方向性結合器。
18. 請求項１から１７のいずれか一項に記載の方向性結合器と、
    前記先端部に接続されるシングルエンド回路と、
    前記第２の伝送線路の遠端及び前記第３の伝送線路の近端に接続される差動回路とを備えた、通信装置。
19. 第１の伝送線路部と第４の伝送線路部とを有する第１の伝送線路と、
    前記第１の伝送線路部と電磁界結合する第２の伝送線路部と、前記第４の伝送線路部と電磁界結合する第３の伝送線路部とを有する第２の伝送線路と、
    切り替え回路とを備え、
    前記第１の伝送線路部と前記第４の伝送線路部のそれぞれは、前記第２の伝送線路の一端から前記第２の伝送線路を辿ると前記第２の伝送線路の一端から近い方に位置する近端と、前記第２の伝送線路の一端から前記第２の伝送線路を辿ると前記第２の伝送線路の一端から遠い方に位置する遠端とを有し、
    前記第２の伝送線路部と前記第３の伝送線路部のそれぞれは、前記第１の伝送線路の一端から前記第１の伝送線路を辿ると前記第１の伝送線路の一端から近い方に位置する近端と、前記第１の伝送線路の一端から前記第１の伝送線路を辿ると前記第１の伝送線路の一端から遠い方に位置する遠端とを有し、
    前記第１の伝送線路は、前記第１の伝送線路部の近端と前記第４の伝送線路部の遠端とが接続される第１の接続部を有し、
    前記第２の伝送線路は、前記第２の伝送線路部の近端と前記第３の伝送線路部の遠端とが接続される第２の接続部を有し、
    前記切り替え回路は、前記第２の接続部が短絡されない場合に、前記第１の接続部が前記第１の伝送線路部又は前記第４の伝送線路部の特性インピーダンスよりも小さな第１のインピーダンスで終端されるとき、前記第３の伝送線路部の近端を整合終端に切り替え、
    前記切り替え回路は、前記第１の接続部が短絡されない場合に、前記第２の接続部が前記第２の伝送線路部又は前記第３の伝送線路部の特性インピーダンスよりも小さな第２のインピーダンスで終端されるとき、前記第４の伝送線路部の近端を整合終端に切り替える、方向性結合器。
20. 請求項１９に記載の方向性結合器と、
    前記第３の伝送線路部の近端が整合終端に切り替えられるとき、前記第２の伝送線路部の遠端に接続される第１のシングルエンド回路と、
    前記第３の伝送線路部の近端が整合終端に切り替えられるとき、前記第１の伝送線路部の遠端及び前記第４の伝送線路部の近端に接続される第１の差動回路と、
    前記第４の伝送線路部の近端が整合終端に切り替えられるとき、前記第１の伝送線路部の遠端に接続される第２のシングルエンド回路と、
    前記第４の伝送線路部の近端が整合終端に切り替えられるとき、前記第２の伝送線路部の遠端及び前記第３の伝送線路部の近端に接続される第２の差動回路とを備えた、通信装置。
21. 第５の伝送線路部と第８の伝送線路部とを有する第３の伝送線路と、
    前記第５の伝送線路部と電磁界結合する第６の伝送線路部と、前記第８の伝送線路部と電磁界結合する第７の伝送線路部とを有する第４の伝送線路とを備え、
    前記第５の伝送線路部と前記第８の伝送線路部のそれぞれは、前記第４の伝送線路の一端から前記第４の伝送線路を辿ると前記第４の伝送線路の一端から近い方に位置する近端と、前記第４の伝送線路の一端から前記第４の伝送線路を辿ると前記第４の伝送線路の一端から遠い方に位置する遠端とを有し、
    前記第６の伝送線路部と前記第７の伝送線路部のそれぞれは、前記第３の伝送線路の一端から前記第３の伝送線路を辿ると前記第３の伝送線路の一端から近い方に位置する近端と、前記第３の伝送線路の一端から前記第３の伝送線路を辿ると前記第３の伝送線路の一端から遠い方に位置する遠端とを有し、
    前記第３の伝送線路は、前記第５の伝送線路部の近端と前記第８の伝送線路部の遠端とが接続される第３の接続部を有し、
    前記第４の伝送線路は、前記第６の伝送線路部の近端と前記第７の伝送線路部の遠端とが接続される第４の接続部を有し、
    前記切り替え回路は、前記第２の接続部及び前記第４の接続部が短絡されない場合に、前記第１の接続部が前記第１のインピーダンスで終端され且つ前記第３の接続部が前記第５の伝送線路部又は前記第８の伝送線路部の特性インピーダンスよりも小さな第３のインピーダンスで終端されるとき、前記第３の伝送線路部の近端を前記第６の伝送線路部及び前記第７の伝送線路部を介して整合終端に切り替え、
    前記切り替え回路は、前記第１の接続部及び前記第３の接続部が短絡されない場合に、前記第２の接続部が前記第２のインピーダンスで終端され且つ前記第４の接続部が前記第６の伝送線路部又は前記第７の伝送線路部の特性インピーダンスよりも小さな第４のインピーダンスで終端されるとき、前記第４の伝送線路部の近端を前記第５の伝送線路部及び前記第８の伝送線路部を介して整合終端に切り替える、請求項１９に記載の方向性結合器。
22. 請求項２１に記載の方向性結合器と、
    前記第３の伝送線路部の近端が前記第６の伝送線路部及び前記第７の伝送線路部を介して整合終端に切り替えられるとき、前記第２の伝送線路部の遠端に接続される第１のシングルエンド回路と、
    前記第３の伝送線路部の近端が前記第６の伝送線路部及び前記第７の伝送線路部を介して整合終端に切り替えられるとき、前記第１の伝送線路部の遠端及び前記第４の伝送線路部の近端に接続される第１の差動回路と、
    前記第３の伝送線路部の近端が前記第６の伝送線路部及び前記第７の伝送線路部を介して整合終端に切り替えられるとき、前記第５の伝送線路部の遠端及び前記第８の伝送線路部の近端に接続される第２の差動回路と、
    前記第４の伝送線路部の近端が前記第５の伝送線路部及び前記第８の伝送線路部を介して整合終端に切り替えられるとき、前記第１の伝送線路部の遠端に接続される第２のシングルエンド回路と、
    前記第４の伝送線路部の近端が前記第５の伝送線路部及び前記第８の伝送線路部を介して整合終端に切り替えられるとき、前記第２の伝送線路部の遠端及び前記第３の伝送線路部の近端に接続される第３の差動回路と、
    前記第４の伝送線路部の近端が前記第５の伝送線路部及び前記第８の伝送線路部を介して整合終端に切り替えられるとき、前記第６の伝送線路部の遠端及び前記第７の伝送線路部の近端に接続される第４の差動回路とを備えた、通信装置。

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