JP6230248B2 - 方向性結合器 - Google Patents
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Description
方向性結合器としては、2つの線路を上下に配置した構成がある(例えば、下記非特許文献1参照)。
このように、2つの線路を上下に配置することで、電気的に結合(ブロードサイド結合)が生じることから、方向性結合器を実現できる。
結合線路インピーダンスが終端インピーダンスよりも低い場合、偶モード動作時の通過位相は奇モード動作時の通過位相よりも進むため、偶/奇モード動作時で位相差が生じ、方向性が劣化するという課題がある。
よって、第1の結合部のアイソレーションと第2の結合部のアイソレーションとの振幅は等しく、ほぼ逆相となるため、第1の結合部と第2の結合部のアイソレーションが打ち消し合うことから、折り曲げ構造としてもアイソレーション特性の劣化を回避でき、また、製造上の制約により結合線路インピーダンスが、方向性結合器の各端子に接続される終端インピーダンスよりも低くなる場合でも、方向性が良好な方向性結合器を得ることができる効果がある。
以下、本発明の方向性結合器の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明するが、各図において、同一または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
図1(a)は上面透視図である。
図1(b)は図1(a)におけるA1−A1’面についての断面図であり、実施の形態1による方向性結合器では、マイクロストリップ線路を用いている。
さらに、主信号線導体1002と主信号線導体1002の直下から平行に移動させ、主信号線導体1002に沿って配置した副信号線導体1012とにより、オフセット・ブロードサイド結合線路1032を構成している。
同様に、副信号線導体1011は、接続部1042において、副信号線導体1012の端部と接続され、副信号線導体1011は、端子1053に、副信号線導体1012は、端子1054にそれぞれ接続されている。
なお、結合線路の各端子に接続された終端インピーダンスを変化させたときに、結合線路の反射特性やアイソレーション量が最小となる終端インピーダンスの値が、その結合線路の結合線路インピーダンスとなる。
また、同様に、折り曲げ部の影響により、接続部1041からオフセット・ブロードサイド結合線路1032に入力された電力は、端子1052および接続部1042に出力され、端子1054は、アイソレーション端子となるため、僅かな電力が出力される。
図2は図1に示した方向性結合器に関する等価回路を示す。
また、信号線モデル2101と信号線モデル2111により、結合線路モデル2131を構成し、信号線モデル2102と信号線モデル2112により、結合線路モデル2132を構成する。
また、図1における端子1051、端子1052、端子1053、端子1054をそれぞれ端部2151、端部2152、端部2153、端部2154が表す。
ここで、各端部に接続される終端インピーダンスは、Z0として、結合線路モデル2131の結合線路インピーダンスをZ1として、結合線路モデル2132の結合インピーダンスをZ2として示した。
このとき、2つの結合線路のアイソレーションに大きな位相差が生ずる。
さらに、2つの結合線路の結合長を調整することにより、2つの結合線路のアイソレーション等振幅とすることが可能となる。
各結合インピーダンスは、低インピーダンス結合線路では44Ω、高インピーダンス結合線路では59Ωとして、ともに電気長を10degとして計算を行っている。
実線は低インピーダンス結合線路の特性を、破線は高インピーダンス結合線路の特性を表している。
これらの結果より、Z1<Z0<Z2の条件が成り立つときに、2つの結合線路のアイソレーションは、およそ等振幅逆相となることがわかる。
ブロードサイド結合線路1031において、接続部1042に出力されるアイソレーションは、副信号線導体1012を通り端子1054に出力されため、端子1054にはブロードサイド結合線路1031およびオフセット・ブロードサイド結合線路1032とのアイソレーションの合成が出力される。
ここで、2つの結合線路の結合長を調整することにより、合成される2つの結合のアイソレーションは、等振幅であり位相差が大きくなるため打ち消し合い、折り曲げ構造としてもアイソレーションの劣化を回避でき、特性が改善される。
そのため、ブロードサイド結合線路1031およびオフセット・ブロードサイド結合線路1032を有する方向性結合器は、方向性が改善される。
これに限るものではなく、主信号線導体1001,1002は、誘電体基板1000の内層に配置されても良い。
図1(c)はストリップ線路形式として用いた場合の、図1(a)におけるA1−A1’面についての断面図であり、図1(c)に示すように、誘電体基板1000の接地導体1021が形成された面と反対側の最上層に地導体1022を設け、ストリップ線路形式として用いても良い。
これに限るものではなく、副信号線導体1011に対して、副信号線導体1012を誘電体基板1000の中心側へ平行に移動させ、主信号線導体1002に沿って配置しても良い。
なお、図4では、結合線路1031,1032において、主信号線導体1001,1002、および副信号線路1011,1012に折り曲げ構造を有するものである。
これに限るものではなく、結合線路1031をオフセット・ブロードサイド結合線路とし、結合線路1032をブロードサイド結合線路として用いても良い。
これに限るものではなく、結合線路モデル2131を高インピーダンス結合線路とし、結合線路モデル2132を低インピーダンス結合線路として用いても良い。
これに限るものではなく、主信号線導体1001,1002が副信号線導体1011,1012よりも、誘電体基板1000の下位層に配置されても良い。
このときは、結合線路1031をブロードサイド結合線路、結合線路1032をオフセット・ブロードサイド結合線路とするのではなく、主信号線導体1001,1002の同一面上の側部に副信号線導体1011,1012を配置し、主信号線導体1001,1002と副信号線導体1011,1012との間隔と、各信号線導体幅を調整することによって、端子に接続される終端インピーダンスに対して、2つの結合線路の結合インピーダンスの一方を高く、もう一方を低くしても良い。
この場合は、各結合線路のアイソレーションが等振幅とならずとも、同相となる結合線路のアイソレーションの振幅を足合わせたものが、アイソレーションの位相が逆相となる結合線路の振幅と等しければ良い。
これに限るものではなく、図2で示した等価回路に対応する方向性結合器であれば、どのような構成であっても良い。
図6は、本発明の実施の形態2による方向性結合器を示す構成図である。
図6(a)は上面透視図である。
図6(b)は図6(a)におけるA1−A1’面についての断面図であり、実施の形態2による方向性結合器では、マイクロストリップ線路を用いている。
主信号線導体を、主信号線導体1002を含む主信号線導体1001のみとしている。
副信号線導体1012を、主信号線導体1001の直下から誘電体基板1000の中心側へ平行に移動させ、主信号線導体1001に沿って配置している。
オフセット・ブロードサイド結合線路となる結合線路1032を、主信号線導体1001と副信号線導体1012とによって形成することで、結合線路1031,1032において、主信号線導体1001を共有化している。
接続部1042を用いるのではなく、迂回信号線導体1061を用いて副信号線導体1011,1012を接続している。
端子1051がビアにより、終端インピーダンスに接続されている。
その他の構造については、前記実施の形態1と同様であり、その説明を省略する。
また、結合線路1031,1032において、主信号線導体1001、および副信号線路1011,1012に折り曲げ構造を有するものである。
図7に示した実施の形態2による方向性結合器の等価回路は、図2に示した実施の形態1による方向性結合器の等価回路と比べ、以下の点が異なる。
信号線モデルを2101のみとし、結合線路モデル2131,2132で信号線モデル2101を共有化している。
迂回信号線モデル2161を用いて、信号線モデル2111,2112を接続している。
その他については、前記実施の形態1と同様であり、その説明を省略する。
したがって、Z1<Z0<Z2の条件が成り立つとき、終端インピーダンスに比べ、結合線路モデル2131の結合インピーダンスは低いことから、低インピーダンス結合線路となり、また、終端インピーダンスに比べ、結合線路モデル2132の結合インピーダンスは高いことから、高インピーダンス結合線路となる。
このとき、2つの結合線路のアイソレーションに大きな位相差が生ずる。
また、前記実施の形態1による方向性結合器より、信号線導体を少なくすることができるため、同じ周波数帯域で用いる場合において、前記実施の形態1による方向性結合器より小型にすることができる。
これに限るものではなく、副信号線導体1011を主信号線導体1001の直下から誘電体基板1000の中心側へ平行に移動させ、主信号線導体1001に沿って配置し、副信号線導体1012を主信号線導体1001の直下に沿って配置しても良い。
これに限るものではなく、副信号線導体を副信号線導体1012を含む副信号線導体1011のみとし、主信号線導体1001を副信号線導体1011の直上に、主信号線導体1002を副信号線導体1011の直上から誘電体基板1000の中心側もしくは外縁側へ平行に移動させ、副信号線導体1011に沿って配置することで、結合線路1031,1032で副信号線導体1011を共有化しても良い。
図8は、本発明の実施の形態3による方向性結合器を示す構成図である。
図8(a)は上面透視図である。
図8(b)は図8(a)におけるA1−A1’面についての断面図、図8(d)は図8(a)におけるB1−B1’面についての断面図であり、実施の形態3による方向性結合器では、マイクロストリップ線路を用いている。
副信号線導体1011をビア1071によって、副信号線導体1011の直下に配置された迂回信号線導体1061の一方の端部に接続しており、副信号線導体1012の直下に配置された迂回信号線導体1061のもう一方の端部をビア1072によって、副信号線導体1012に接続している。
端子1054がビアにより、終端インピーダンスに接続されていない。
その他の構造については、前記実施の形態2と同様であり、その説明を省略する。
また、結合線路1031,1032において、主信号線導体1001および副信号線路1011,1012を直線構造としている。
これに限るものではなく、迂回信号線導体1061を、1011,1012が配置された層より上の層に設けて用いても良い。
また、前記実施の形態2による方向性結合器より、迂回信号線導体1061を、副信号線導体1011,1012と異なる平面に配置したことにより、レイアウト設計の自由度を高めることができる。
実施の形態3は、図8(c),(e)に示すように、誘電体基板1000の接地導体1021が形成された面と反対側の最上層に地導体1022を設け、ストリップ線路形式として用いても良い。
これに限るものではなく、図9に示すように、結合線路1031,1032において、主信号線導体1001および副信号線路1011,1012に折り曲げ構造を有するものとしても良い。
図9(a)は上面透視図である。
図9(b)は図9(a)におけるA1−A1’面についての断面図、図9(d)は図9(a)におけるB1−B1’面についての断面図である。
図9(a),(b),(d)による方向性結合器では、マイクロストリップ線路を用いている。
図9(c),(e)に示すように、誘電体基板1000の接地導体1021が形成された面と反対側の最上層に地導体1022を設け、ストリップ線路形式として用いても良い。
Claims (8)
- 第1の主信号線導体、および該第1の主信号線導体と平行に配置された第1の副信号線導体からなる第1の結合部と、
前記第1の主信号線導体と端部同士が接続された第2の主信号線導体、および前記第1の副信号線導体と端部同士が接続され、かつ該第2の主信号線導体と平行に配置された第2の副信号線導体からなる第2の結合部とを備え、
前記第1の結合部における第1の結合線路インピーダンスは、
終端インピーダンスよりも低く、
前記第2の結合部における第2の結合線路インピーダンスは、
終端インピーダンスよりも高いことを特徴とする方向性結合器。 - 前記第1の主信号線導体と前記第1の副信号線導体との間隔よりも広い間隔で、前記第2の主信号線導体と前記第2の副信号線導体が配置されたことを特徴とする請求項1記載の方向性結合器。
- 前記第1の主信号線導体、前記第2の主信号線導体、前記第1の副信号線導体、および前記第2の副信号線導体のうちのいずれか1つ以上の信号線導体は、
少なくとも1つ以上の折り曲げ構造を有することを特徴とする請求項1記載の方向性結合器。 - 主信号線導体、および該主信号線導体と平行に配置された第1の副信号線導体からなる第1の結合部と、
前記主信号線導体、および該主信号線導体と平行に配置された第2の副信号線導体からなる第2の結合部と、
前記第1の副信号線導体の一方の端部と該第1の副信号線導体のもう一方の端部側の前記第2の副信号線導体の端部とを接続する迂回信号線導体とを備え、
前記第1の副信号線導体は、前記主信号線導体の直下に沿って配置され、
前記第2の副信号線導体は、前記主信号線導体の直下から平行に移動した位置に前記主信号線導体に沿って配置されており、
前記第1の結合部における第1の結合線路インピーダンスは、
終端インピーダンスよりも低く、
前記第2の結合部における第2の結合線路インピーダンスは、
終端インピーダンスよりも高いことを特徴とする方向性結合器。 - 前記主信号線導体と前記第1の副信号線導体との間隔よりも広い間隔で、該主信号線導体と前記第2の副信号線導体が配置されたことを特徴とする請求項4記載の方向性結合器。
- 前記主信号線導体、前記第1の副信号線導体、および前記第2の副信号線導体のうちのいずれか1つ以上の信号線導体は、
少なくとも1つ以上の折り曲げ構造を有することを特徴とする請求項4記載の方向性結合器。 - 前記主信号線導体は、
少なくとも2つ以上の同じ方向に折り曲がる折り曲げ構造を有することを特徴とする請求項4記載の方向性結合器。 - 前記迂回信号線導体は、
前記第1の副信号線導体、および前記第2の副信号線導体と異なる平面に配置されたことを特徴とする請求項4記載の方向性結合器。
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