JP6318792B2 - 方向性結合器 - Google Patents

Description

この発明は、主としてマイクロ波帯及びミリ波帯で使用される方向性結合器に関するものである。

２本の線路を接近し平行に配置して結合させた結合線路形の方向性結合器は、電力監視を行うために広く用いられる（例えば、非特許文献１参照）。方向性結合器では、反射量およびアイソレーション量が最小かつ、通過量および結合量が最大となる結合線路の特性インピーダンスＺ_Cが、結合線路における終端の負荷インピーダンスＺ_Lよりも低くなり、特性が劣化することがある。そのため、良好な特性を得られる方向性結合器が提案されている。

このような方向性結合器として、接近して平行に配置した２本の線路の間隔が異なる結合線路を繋ぎ合わせたものがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。このような構成の方向性結合器は、線路間隔の異なる結合線路（セクション）を有することで、結合量の周波数特性が平坦な方向性結合器、または良好な方向性となる方向性結合器を実現することに適用される。

また、接近して平行に配置した２本の線路の中間に接地導体を配置した方向性結合器がある（例えば、特許文献３参照）。このような構成の方向性結合器は、偶奇モードの通過位相速度を合わせられることから、良好な方向性を可能にする。

特開２０１０−１９３３６８号公報 特開平９−２４６８１８号公報 特開昭５６−１１７４０１号公報

David M. Pozar、"Microwave Engineering - Second Edition"（pp.384，John Wiley & Sons. Inc，1998年出版）

しかしながら、従来技術（特許文献１、特許文献２）には、以下のような課題がある。このような構成の方向性結合器は、線路間隔の異なる結合線路（セクション）を有することから、方向性結合器の占有面積が増加する場合がある。さらに、四分の一波長以上の結合長が必要となることから、方向性結合器が大きくなる。

また、従来技術（特許文献３）には、以下のような課題がある。このような構成の方向性結合器は、結合線路間に接地導体を配置する必要があることから、結合線路の間隔を広げなければならず、疎結合になるとともに方向性結合器の占有面積が増加する。さらに、結合線路間に接地導体を配置することからも、偶奇モードのインピーダンス差が小さくなり、疎結合となる。

この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、方向性結合器の占有面積を増加させず、また、アイソレーション特性の劣化を回避しつつ、結合特性が大きく低下することを防ぎ、良好な方向性となる方向性結合器を得ることを目的とする。

この発明に係る方向性結合器は、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副信号線導体からなる結合部と、前記主信号線導体と前記副信号線導体とから隔離されて配置された接地導体と、前記結合部と前記接地導体との間の第１の領域およびその側部近傍の第２の領域のうち少なくとも一方の領域に前記主信号線導体と相対向して配置された平板状接地導体と、前記平板状接地導体を前記接地導体に接続する接続導体とを備え、前記主信号線導体および前記副信号線導体並びに前記平板状接地導体は、折り曲げ構造を有する。

この発明に係る方向性結合器によれば、一端が短絡され、もう一端が開放されている平板状接地導体を設けることにより、アイソレーション量が最小となる結合線路インピーダンスＺ_CISOと終端の負荷インピーダンスＺ_Lを等しくすることができることから、従来の方向性結合器にて、反射量およびアイソレーション量が最小かつ、通過量および結合量が最大となる結合線路の特性インピーダンスＺ_Cが、方向性結合器の各端子に接続される終端の負荷インピーダンスＺ_Lよりも低くなり方向性が劣化した場合でも、良好な方向性となる方向性結合器を容易に得ることができるという効果がある。

この発明の実施の形態１に係る方向性結合器の一例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る方向性結合器の偶奇モードにおける各接地導体を主として流れる電流の経路を示す図である。 従来例およびこの発明の実施の形態１に係る方向性結合器の偶奇モード動作時の通過位相に関するシミュレーション結果を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第１の変形例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第２の変形例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第３の変形例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第４の変形例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第５の変形例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第６の変形例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第７の変形例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第８の変形例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第９の変形例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第１０の変形例を示す構成図である。 この発明の実施の形態２に係る方向性結合器の一例を示す構成図である。 この発明の実施の形態２に係る他の方向性結合器の第１の変形例を示す構成図である。 この発明の実施の形態２に係る他の方向性結合器の第２の変形例を示す構成図である。 この発明の実施の形態３に係る方向性結合器の一例を示す構成図である。 この発明の実施の形態３に係る他の方向性結合器の変形例を示す構成図である。

以下、この発明の方向性結合器について、実施の形態を挙げ、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る方向性結合器の一例を示す構成図である。ここで、図１（ａ）は上面透視図であり、図１（ｂ）は分解斜視図である。また、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＡ１−Ａ１’面についての断面図であり、図１（ｄ）は図１（ａ）における対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）についての断面図である。なお、実施の形態１に係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１（ａ），（ｂ）に示すように、実施の形態１に係る方向性結合器の構造は、誘電体基板０００１の上面に設けられた平板状接地導体１２０１と、基板０００１の内層に設けられた接続導体１３０１と、誘電体基板０００１の上層となる誘電体基板０００２の上面の同一平面上に設けられた主信号線導体１１０１、および副信号線導体１１０２と、誘電体基板０００１の下面に設けられた接地導体１００１から形成されている。

また、主信号線導体１１０１と主信号線導体１１０１と電気的に結合するように近接して平行に配置された副信号線導体１１０２により、結合部を構成し、当該結合部と接地導体１００１により結合線路を構成している。

また、対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）は、主信号線導体１１０１と副信号線導体１１０２の中間を通り、かつ主信号線導体１１０１からの最短距離と、副信号線導体１１０２からの最短距離とが常に等しくなるよう設けられている。ここでは、対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）に磁気壁境界条件を適用した場合の特性インピーダンスを偶モードのインピーダンスＺeとして、対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）に電気壁境界条件を適用した場合の特性インピーダンスを奇モードのインピーダンスＺoとして扱う。

また、平板状接地導体１２０１は、主信号線導体１１０１と副信号線導体１１０２とからなる結合部と接地導体１００１との間の領域において、対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）と交わるように配置されている。

さらに、接続導体１３０１は、平板状接地導体１２０１の一端と接地導体１００１とを接続するよう配置されている。ここでは、平板状接地導体１２０１の他の一端は開放されている。

当該結合線路における反射量およびアイソレーション量が最小、かつ通過量および結合量が最大となる結合線路の特性インピーダンスＺ_Cは、各端子に接続される終端の負荷インピーダンスＺ_Lと等しくなるよう決定した場合、良好な方向性を得られる。

結合線路の特性インピーダンスＺ_Cと、終端の負荷インピーダンスＺ_Lとが等しくなるとき、偶モード動作時の通過位相θeと、奇モード動作時の通過位相θoとの関係は、式（１）により表される。

しかし、製造上の制約等から結合線路の特性インピーダンスＺ_Cが、終端の負荷インピーダンスＺ_Lよりも低くなるとき、偶モード動作時の通過位相θeと、奇モード動作時の通過位相θoとの関係は、式（２）により表され、偶モード動作時の通過位相θeが、奇モード動作時の通過位相θoに比べ進む。

ここで、接続導体１３０１を用いて接地導体１００１に接続した平板状接地導体１２０１を設けることにより、偶モード動作時の通過位相θeを奇モード動作時の通過位相θoに比べて大きく遅らせることができることから、偶奇モード動作時の通過位相を等しくできる。このとき、アイソレーション量が最小となる結合線路インピーダンスＺ_CISOが、終端の負荷インピーダンスＺ_Lと等しくなることで、良好な方向性を得ることができる。

次に、実施の形態１に係る方向性結合器について、偶奇モード動作時における通過位相が等しくなる理由を詳細に説明する。

図２は、この発明の実施の形態１に係る方向性結合器の偶奇モードにおける各接地導体を主として流れる電流の経路を示す図である。この方向性結合器の偶奇モード動作時における、主信号線導体１１０１、および主信号線導体１１０１が配置された平面と相対向した平面に配置された接地導体を流れる電流を対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）より見たときの主たる電流経路を示している。

図２（ａ）は、図１（ｄ）に示した方向性結合器において、偶モード動作時に主信号線導体１１０１、および主信号線導体１１０１が配置された平面と相対向した平面に配置された接地導体１００１、もしくは接続導体１３０１、平板状接地導体１２０１を、主として流れる電流の経路を示す。また、図２（ｂ）は、図１（ｄ）に示した方向性結合器において、奇モード動作時に主信号線導体１１０１、および主信号線導体１１０１が配置された平面と相対向した平面に配置された接地導体１００１、もしくは接続導体１３０１、平板状接地導体１２０１を、主として流れる電流の経路を示す。

図２（ａ）において、電流経路３００１は、偶モード動作時に対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）より見た接地導体１００１、もしくは接続導体１３０１、平板状接地導体１２０１を主として流れる電流の経路を表す。

図２（ａ）に示す偶モード動作時には、対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）に磁気壁境界条件が適用されることから、主信号線導体１１０１と副信号線導体１１０２とからなるエッジ結合部に最も近接した接地導体の一つが、平板状接地導体１２０１となる。このとき、平板状接地導体１２０１は、接続導体１３０１を介してのみ接地導体１００１に接続される。そのため、対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）上で接地導体１００１を流れていた電流は、接続導体１３０１、および平板状接地導体１２０１の外周に沿って主に流れ、再度、接地導体１００１に流れ、電流経路３００１のように主として流れる。

また、図２（ｂ）において、電流経路３００２は、奇モード動作時に対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）より見た接地導体１００１、もしくは接続導体１３０１、平板状接地導体１２０１を主として流れる電流の経路を表す。

図２（ｂ）に示す奇モード動作時には、対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）に電気壁境界条件が適用されることから、主信号線導体１１０１と副信号線導体１１０２とからなるエッジ結合部に近接した接地導体、および完全導体は、平板状接地導体１２０１、および対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）となる。このとき、平板状接地導体１２０１は、接続導体１３０１を介して接地導体１００１に接続されるとともに、完全導体として扱う対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）に接続される。そのため、対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）上で接地導体１００１に流れる電流は、主に接地導体１００１以外を流れず、電流経路３００２のように主として流れる。

つまり、図１の方向性結合器において、偶モード動作時には主として流れる電流の迂回電流経路が生じることから、偶モード動作時の通過位相θeを奇モード動作時の通過位相θoに比べて大きく遅らせることが可能となる。

よって、偶奇モード動作時の通過位相が式（２）により表される関係となるときにおいて、偶モード動作時の通過位相θeを遅らせることで、式（１）により表される関係とすることができ、方向性が改善される。

次に、このような効果を確認するために実施した偶奇モード動作時のシミュレーション結果を示す。図３は、従来例およびこの発明の実施の形態１に係る方向性結合器の偶奇モード動作時の通過位相に関するシミュレーション結果を示す図である。ここで、図３（ａ）は非特許文献１に示される従来構造による方向性結合器における偶奇モード動作時の通過位相のシミュレーション結果であり、図３（ｂ）は図１に示した構造の方向性結合器における偶奇モード動作時の通過位相のシミュレーション結果である。図３（ａ）、（ｂ）に示す２つのグラフにおいて、横軸は規格化周波数（Normalized Frequencyと表記）、縦軸は通過位相（Phaseと表記）を示している。

図３においては、図１に示した対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）に磁気壁境界条件を適用した場合の偶モードの通過位相を“ｅｖｅｎ”として破線で示し、同対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）に電気壁境界条件を適用した場合の奇モードの通過位相を“ｏｄｄ”として実線で示すシミュレーションには有限要素法を用いた３次元電磁界シミュレーションを適用した。従来構造の方向性結合器は、結合線路の特性インピーダンスＺ_Cが約４２Ωと、各端部に接続された終端の負荷インピーダンスＺ_L＝５０Ωよりも低くなる場合を仮定し設計した。ここで、アイソレーション量が最小となる結合線路インピーダンスＺ_CISOが終端の負荷インピーダンスＺ_Lと同じ５０Ωに近づくよう調整を行った。

図３（ａ）では、偶モード動作時の通過位相が奇モード動作時の通過位相に比べ進んでおり、規格化周波数において、偶奇モード動作時の通過位相の差が０．５５ｄｅｇ生じていることがわかる。一方、図３（ｂ）では、偶モード動作時の通過位相と奇モード動作時の通過位相が等しく、規格化周波数において偶奇モード動作時の通過位相の差が無いことがわかる。また、図３（ａ）と図３（ｂ）とを比較すると、偶モード動作時の通過位相のみが遅れて変化していることがわかる。

以上のように、実施の形態１によれば、製造上の制約等から結合線路の特性インピーダンスＺ_Cが、終端の負荷インピーダンスＺ_Lよりも低下したとき、接続導体１３０１を用いて接地導体１００１に接続した平板状接地導体１２０１を、対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）と交わるよう主信号線導体１１０１と副信号線導体１１０２とからなる結合部と接地導体１００１との間の領域に設けることにより、方向性結合器の各終端に接続される終端の負荷インピーダンスＺ_Lと、アイソレーションが最小となる結合線路インピーダンスＺ_CISOとを調整することで、方向性を改善することができる。各終端に接続される終端の負荷インピーダンスＺ_Lと結合線路インピーダンスＺ_CISOとを合わせることで、偶奇モード動作時の通過位相が等しくなり、方向性が改善した方向性結合器を得ることができる。

なお、実施の形態１で説明した方向性結合器の構成の一部を変形しても実施することができる。以下の変形例の説明に用いる方向性結合器の構成図においては、実施の形態１に係る方向性結合器の構成図（図１）で説明した同一または相当する部分について同一符号を付し、その説明を一部省略する。

まず、実施の形態１では、主信号線導体１１０１と副信号線導体１１０２とからなる結合部と接地導体１００１との間の領域に、接続導体１３０１を用いて接地導体１００１に接続した平板状接地導体１２０１を、対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）と交わるよう配置されている場合について示した。ここで示した構成に限るものではなく、対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）と近接した側部近傍の領域に平板状接地導体を配置してもよい。

図４は、この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第１の変形例を示す構成図である。対称面２００２（Ｂ１−Ｂ１’面）と近接するよう平板状接地導体を配置した場合の上面図および断面図であり、主信号線導体１１０１と副信号線導体１１０２とからなる結合部と接地導体１００１との間の領域に、接続導体１３０１を用いて接地導体１００１に接続した平板状接地導体１２０１を、対称面２００２（Ｂ１−Ｂ１’面）と近接した側部近傍の領域であって、この対称面２００２と交わらない状態で副信号線導体１１０２と相対向して配置した場合について示している。また、平板状接地導体１２０１を副信号線導体１１０２と相対向して配置するのではなく、主信号線導体１１０１と相対向して配置してもよい。このような構成に変更しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

また、実施の形態１では、誘電体基板０００１の上層となる誘電体基板０００２の上面の同一平面上に設けられた主信号線導体１１０１と、副信号線導体１１０２とからなるエッジ結合部と、誘電体基板０００１の下面に設けられた接地導体１００１との間の領域に、１つの接続導体（接続導体１３０１）と１つの平板状接地導体（平板状接地導体１２０１）とが配置されたマイクロストリップ線路で構成したエッジ結合形方向性結合器について示した。ここで示した構成に限るものではなく、２つ以上の接続導体、および２つ以上の平板状接地導体を配置してもよい。

図５は、この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第２の変形例を示す構成図である。２つの接続導体、および２つの平板状接地導体を配置した場合の分解斜視図であり、誘電体基板０００１の上層となる誘電体基板０００２の上面の同一平面上に設けられた主信号線導体１１０１と、副信号線導体１１０２とからなるエッジ結合部と、誘電体基板０００１の下面に設けられた接地導体１００１との間の領域に、接地導体１００１と相対向して平板状接地導体１２０１、および平板状接地導体１２０２とが配置されており、平板状接地導体１２０１は接続導体１３０１により接地導体１００１に接続されており、平板状接地導体１２０２は接続導体１３０２により接地導体１００１に接続されている場合について、マイクロストリップ線路形式で示している。このような構成に変更しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

さらに、図６は、この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第３の変形例を示す構成図である。２つの接続導体、および２つの平板状接地導体を配置した場合の図５とは異なる方向性結合器の上面図および断面図であり、対称面２００２（Ｂ１−Ｂ１’面）と近接するよう平板状接地導体を配置した場合の上面図および断面図であり、主信号線導体１１０１と副信号線導体１１０２とからなる結合部と接地導体１００１との間の領域に、副信号線導体１１０２と相対向して平板状接地導体１２０１が配置され、主信号線導体１１０１と相対向して平板状接地導体１２０２が配置されており、平板状接地導体１２０１は接続導体１３０１により接地導体１００１に接続され、平板状接地導体１２０２は接続導体１３０２により接地導体１００１に接続されている場合について示している。このような構成に変更しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

また、実施の形態１では、図１、および図４〜図６に示したように、１つの平板状接地導体と１つの接続導体とが対になり、単独または、他の１つの平板状接地導体と他の１つの接続導体とがなす対より独立して配置されている場合について示した。ここで示した構成に限るものではなく、１つの平板状接地導体と１つの接続導体との対と、他の１つの平板状接地導体と他の１つの接続導体との対とは、２つの接続導体の配置された間隔が、どちらか一方の平板状接地導体の方向性結合器における長手方向の距離よりも短ければ、各平板状接地導体の接続導体が配置されている近傍同士を接合導体により繋げていてもよい。

図７は、この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第４の変形例を示す構成図である。２つの平板状接地導体の接続導体が配置されている近傍同士を接合導体でつなげた場合の分解斜視図であり、誘電体基板０００１の上層となる誘電体基板０００２の上面の同一平面上に設けられた主信号線導体１１０１と、副信号線導体１１０２とからなるエッジ結合部と、誘電体基板０００１の下面に設けられた接地導体１００１との間の領域に、接地導体１００１と相対向して平板状接地導体１２０１、および平板状接地導体１２０２とが配置されており、平板状接地導体１２０１は接続導体１３０１により接地導体１００１に接続され、平板状接地導体１２０２は接続導体１３０２により接地導体１００１に接続されており、平板状接地導体１２０１と平板状接地導体１２０２とが接合導体１４０１によって繋がれている場合について、マイクロストリップ線路形式で示している。なお、この構成は、１つの平板状接地導体１２０１に複数の接続導体を配置して接地導体１００１に接続するものと見ることもできる。ここで、１つの平板状接地導体１２０１の長手方向に配置した複数の接続導体うち、１つの平板状接地導体１２０１の各端点寄りのものを接続導体１３０１、１３０２とし、複数の接続導体が３つ以上であれば、これら接続導体１３０１、１３０２の間にさらに接続導体が配置されているものとする。このとき、複数の接続導体が配置された寸法として接続導体１３０１、１３０２の間の寸法をＡとし、接続導体１３０１から平板状接地導体の開放端点の間の寸法をＳ１、接続導体１３０２から平板状接地導体の開放端点の間の寸法をＳ２とすれば、Ｓ１＞ＡおよびＳ２＞Ａの少なくとも１つの寸法関係が成立するように、１つの平板状接地導体１２０１に複数の接続導体を配置して接地導体１００１に接続する。このような構成に変更しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

また、実施の形態１では、図１、および図４〜図７に示したように、１つの平板状接地導体に対して、１つの接続導体が設けられている場合について示した。ここで示した構成に限るものではなく、２つ以上の平板状接地導体が１つの接続導体を共有し、接地導体へと接続されていてもよい。

図８は、この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第５の変形例を示す構成図である。２つの平板状接地導体が１つの接続導体を共有し、接地導体へと接続されている場合の分解斜視図であり、誘電体基板０００１の上層となる誘電体基板０００２の上面の同一平面上に設けられた主信号線導体１１０１と、副信号線導体１１０２とからなるエッジ結合部と、誘電体基板０００１の下面に設けられた接地導体１００１との間の領域に、接地導体１００１と相対向して平板状接地導体１２０１、および平板状接地導体１２０２とが配置されており、平板状接地導体１２０１の一端と平板状接地導体１２０２の一端とがその近傍で接続され、連結平板状接地導体１５０１を構成しており、連結平板状接地導体１５０１は、接続導体１３０１によって、平板状接地導体１２０１と平板状接地導体１２０２とが連結された点が、接地導体１００１に接続されている場合について、マイクロストリップ線路形式で示している。なお、この構成は、１つの平板状接地導体１２０１に接続導体１３０１を配置して接地導体１００１に接続するものと見ることもできる。このような構成に変更しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

また、図９は、この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第６の変形例を示す構成図である。平板状接地導体１２０１、および平板状接地導体１２０２が、図８に示した実施の形態１に係る方向性結合器の短手方向に対して幅広となることによって、連結平板状接地導体１５０１が矩形状になった場合の分解斜視図であり、誘電体基板０００１の上層となる誘電体基板０００２の上面の同一平面上に設けられた主信号線導体１１０１と、副信号線導体１１０２とからなるエッジ結合部と、誘電体基板０００１の下面に設けられた接地導体１００１との間の領域に、図８に示した実施の形態１に係る方向性結合器の短手方向に対して幅広となった連結平板状接地導体１５０１が接地導体１００１と相対向して配置されており、連結平板状接地導体１５０１は、接続導体１３０１によって接地導体１００１に接続されている場合について、マイクロストリップ線路形式で示している。図９では連結平板状接地導体１５０１を矩形状としたが、任意の形状でもよい。このような構成に変更しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

さらに、図１０は、この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第７の変形例を示す構成図である。図９に示した実施の形態１に係る方向性結合器の接続導体１３０１が連結平板状接地導体１５０１の中央から離れた位置に配置された場合の分解斜視図であり、図８に示した実施の形態１に係る方向性結合器の短手方向に対して幅広となった平板状接地導体１２０１の一端と、図８に示した実施の形態１に係る方向性結合器の短手方向に対して幅広となった平板状接地導体１２０２の一端が、接続導体１３０１によって接地導体が１００１に接続される位置は中央に限らず任意の位置でよい。このような構成に変更しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

さらに、実施の形態１では、図９および図１０に示したように、１つの接地導体、および１つの連結平板状接地導体が配置されている場合について示した。ここで示した構成に限るものではなく、２つ以上の接続導体、および２つ以上の連結平板状接地導体を配置してもよい。

図１１は、この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第８の変形例を示す構成図である。５つの接続導体、および５つの連結平板状接地導体を配置した場合の分解斜視図であり、誘電体基板０００１の上層となる誘電体基板０００２の上面の同一平面上に設けられた主信号線導体１１０１と、副信号線導体１１０２とからなるエッジ結合部と、誘電体基板０００１の下面に設けられた接地導体１００１との間の領域に、接地導体１００１と相対向して連結平板状接地導体１５０１〜１５０５が配置されており、連結平板状接地導体１５０１〜１５０５は、それぞれ接続導体１３０１〜１３０５によって接地導体１００１に接続されている場合について、マイクロストリップ線路形式で示している。このような構成に変更しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

さらに、実施の形態１では、図１に示すように、主信号線導体１１０１、および副信号線導体１１０２、平板状接地導体１２０１を直線構造とした。ここで示した構成に限るものではなく、主信号線導体１１０１、および副信号線路１１０２、平板状接地導体１２０１が折り曲げ構造を有する場合に用いてもよい。

図１２は、この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第９の変形例を示す構成図である。主信号線導体１１０１、および副信号線路１１０２、平板状接地導体１２０１が折り曲げ構造を有する構造となっている。このような構成に変更しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

さらに、実施の形態１では、結合線路インピーダンスＺ_CISOと各端部に接続された終端の負荷インピーダンスＺ_Lとを等しくし、方向性を改善する場合について説明した。ここで示した構成に限るものではなく、結合線路インピーダンスＺ_CISOを向上させるにあたって、各端部に接続された終端の負荷インピーダンスＺ_Lと比較して、高くする場合について用いてもよい。このような構成に変更しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

さらに、実施の形態１では、図１に示すように、平板状接地導体１２０１は、対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面） と交わるよう、主信号線導体１１０１と副信号線導体１１０２との間と、接地導体１００１との間の領域に、接地導体１００１と相対向して設けられている。ここで示した構成に限るものではなく、平板状接地導体１２０１は、主信号線導体１１０１と接地導体１００１との間の領域、および副信号線導体１１０２と接地導体１００１との間の領域に、接地導体１００１と相対向して配置されていてもよい。このような構成に変更しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

さらに、実施の形態１では、図１に示すように、平板状接地導体の幅を一様とした。ここで示した構成に限るものではなく、平板状接地導体はテーパ状、または平板状接地導体の幅が一様でない任意の形状でもよい。このような構成に変更しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

また、実施の形態１では、結合線路をなす主信号線導体、および副信号線導体は、ビアにより異なる層にわたって配置し用いられても良く、これと同様に平板状接地導体も異なる層にわたって配置してもよい。このような構成に変更しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

また、実施の形態１では、接地導体の一部に切り欠き（スリット）を設けて用いても良く、これと同様に平板状接地導体も切り欠きを設けて用いてもよい。

図１３は、この発明の実施の形態１に係る他の方向性結合器の第１０の変形例を示す構成図である。接地導体１００１、および連結平板状接地導体１５０１に切り欠きを設けた場合の分解斜視図であり、接地導体１００１に切り欠き１６０１を設け、連結平板状接地導体１５０１に切り欠き１６１１を設けた場合について、マイクロストリップ線路形式で示している。このような構成に変更しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

実施の形態２．
図１４は、この発明の実施の形態２に係る方向性結合器の一例を示す構成図である。ここで、図１４（ａ）は実施の形態２に係る方向性結合器の層厚方向におけるＣ２−Ｃ２’面についての断面図からの上面透視図であり、図１４（ｂ）は分解斜視図である。また、図１４（ｃ）は実施の形態２に係る方向性結合器の長手方向におけるＡ２−Ａ２’面についての断面図であり、図１４（ｄ）は実施の形態２に係る方向性結合器の短手方向における図１４（ａ）における対称面２００２（Ｂ２−Ｂ２’面）についての断面図である。なお、実施の形態２に係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。図において、この発明の実施の形態１に係る方向性結合器の構成図で説明した同一または相当する部分については、同一符号を付し、その説明を一部省略する。

図１４に示した実施の形態２に係る方向性結合器の構造は、図１に示した実施の形態１に係る方向性結合器の構造と比べ、以下の点が異なる。

誘電体基板０００３を誘電体基板０００２の主信号線導体１１０１、および副信号線導体１１０２が配置された面側に設け、平板状設置導体１２１１を誘電体基板０００３の誘電体基板０００２が配置された面と反対側の面に設けている。さらに、誘電体基板０００４を誘電体基板０００３の平板状設置導体１２１１が配置された面側に設け、接続導体１３１１を基板０００４の内層に設け、地導体１００２を誘電体基板０００４の誘電体基板０００３が配置された面と反対側の面に設けている。

その他の構造については、実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。

以上のように、実施の形態２によれば、ストリップ線路形式の方向性結合器の場合、誘電体基板０００１の上層となる誘電体基板０００２の上面の同一平面上に設けられた主信号線導体１１０１と、副信号線導体１１０２とからなるエッジ結合部と、誘電体基板０００１の下面に設けられた接地導体１００１との間の領域に、接続導体１３０１と平板状接地導体１２０１とを設け、誘電体基板０００３の下層となる誘電体基板０００２の上面の同一平面上に設けられた主信号線導体１１０１と、副信号線導体１１０２とからなるエッジ結合部と、誘電体基板０００３の上層となる誘電体基板０００４の上面に設けられた接地導体１００２との間の領域に、接続導体１３１１と平板状接地導体１２１１とを設けることにより、方向性結合器の各終端に接続される終端の負荷インピーダンスＺ_Lと、アイソレーションが最小となる結合線路インピーダンスＺ_CISOとを調整できるので、方向性を改善することができる。各終端に接続される終端の負荷インピーダンスＺ_Lと結合線路インピーダンスＺ_CISOとを合わせることで、偶奇モード動作時の通過位相が等しくなり、方向性が改善した方向性結合器を得ることができる。

まず、実施の形態２では、主信号線導体１１０１と副信号線導体１１０２とからなる結合部と接地導体１００１との間の領域に、接続導体１３０１を用いて接地導体１００１に接続した平板状接地導体１２０１を、対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）と交わるよう配置されている場合について示した。ここで示した構成に限るものではなく、対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）と近接した側部近傍の領域に平板状接地導体を配置してもよい。

また、実施の形態２では、主信号線導体１１０１と副信号線導体１１０２とからなる結合部と接地導体１００２との間の領域に、接続導体１３１１を用いて接地導体１００２に接続した平板状接地導体１２１１を、対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）と交わるよう配置されている場合について示した。ここで示した構成に限るものではなく、対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）と近接した側部近傍の領域に平板状接地導体を配置してもよい。

なお、実施の形態２で説明した方向性結合器の構成の一部を変形しても実施することができる。変形例として説明する。以下の変形例の説明に用いる方向性結合器の構成図においては、実施の形態２に係る方向性結合器の構成図（図１４）で説明した同一または相当する部分について同一符号を付し、その説明を一部省略する。

まず、実施の形態２では、図１４に示したように平板状設置導体１２０１と平板状設置導体１２１１、また、接続導体１３０１と接続導体１３１１とが、それぞれ相対向するように設けられている。ここで示した構成に限るものではなく、平板状設置導体１２０１と平板状設置導体１２１１、また、接続導体１３０１と接続導体１３１１とは、相対向しないよう設けてもよい。このような構成に変更しても、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、この発明の実施の形態１および以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

また、実施の形態２では、図１４に示したように平板状設置導体１２０１と平板状設置導体１２１１とが設けられている。ここで示した構成に限るものではなく、平板状設置導体１２０１と平板状設置導体１２１１のうちどちらか一方のみ設けてもよい。このような構成に変更しても、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、この発明の実施の形態１および以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

図１５は、この発明の実施の形態２に係る他の方向性結合器の第１の変形例を示す構成図である。図１４に示した実施の形態２に係る方向性結合器において、平板状設置導体１２１１、接続導体１３１１を取り除いた場合に相当する。このような構成に変更しても、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、この発明の実施の形態１および以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

図１６は、この発明の実施の形態２に係る他の方向性結合器の第２の変形例を示す構成図である。図１４に示した実施の形態２に係る方向性結合器において、平板状設置導体１２１１、接続導体１３１１、さらに誘電体基板０００３の上層となる誘電体基板０００４を取り除いた場合に対し、平板状接地導体１２０１および平板状接地導体１２０２が配置され、平板状接地導体１２０１は接続導体１３０１により接地導体１００１に接続され、平板状接地導体１２０２は接続導体１３０２により接地導体１００１に接続された場合に相当する。このような構成に変更しても、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、この発明の実施の形態１および以下の実施の形態においても同様に適用することができる。

実施の形態３．
図１７は、この発明の実施の形態３に係る方向性結合器の一例を示す構成図である。ここで、図１７（ａ）は実施の形態３に係る方向性結合器の上面透視図であり、図１７（ｂ）は分解斜視図である。また、図１７（ｃ）は実施の形態３に係る方向性結合器の長手方向におけるＡ３−Ａ３’面についての断面図である。なお、実施の形態３では、マイクロストリップ線路で構成したオフセット・ブロードサイド結合形式の方向性結合器を示している。図において、この発明の実施の形態１および実施の形態２に係る方向性結合器の構成図で説明した同一または相当する部分については、同一符号を付し、その説明を一部省略する。

図１７に示した実施の形態３に係る方向性結合器の構造は、図１に示した実施の形態１に係る方向性結合器の構造と比べ、以下の点が異なる。

副信号線導体１１０２を誘電体基板０００１の上面に配置された平板状接地導体１２０１と同一面に設けている。さらに、平板状接地導体１２０１、および接続導体１３０１を
主信号線導体１１０１と接地導体１００１との間の領域から、この領域の側部近傍の領域にかけて設けている。

また、仮想の対称面２００３（Ｂ３−Ｂ３’面）を図１７（ｃ）に示すように設ける。ここで、仮想の対称面２００３（Ｂ３−Ｂ３’面）は、主信号線導体１１０１と副信号線導体１１０２の中間を通り、かつ主信号線導体１１０１からの最短距離と、副信号線導体１１０２からの最短距離とが常に等しくなるよう設けられている。この図中、例えば図１に示される対称面２００１（Ｂ１−Ｂ１’面）、図１４に示される対称面２００２（Ｂ２−Ｂ２’面）に対して、傾斜した面として表わされる。

その他の構造については、実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。

以上のように、実施の形態３によれば、マイクロストリップ線路で構成したオフセット・ブロードサイド結合形式の方向性結合器の場合、誘電体基板０００１の上層となる誘電体基板０００２の上面に設けられた主信号線導体１１０１と、誘電体基板０００１の上面に設けられた副信号線導体１１０２とからなるエッジ結合部と、副信号線導体１１０２と同一平面に設けた平板状接地導体１２０１と、平板状接地導体１２０１と誘電体基板０００１の下面に設けられた接地導体１００１との間の領域に、接続導体１３０１とを設けることにより、方向性結合器の各終端に接続される終端の負荷インピーダンスＺ_Lと、アイソレーションが最小となる結合線路インピーダンスＺ_CISOとを調整できるので、方向性を改善することができる。各終端に接続される終端の負荷インピーダンスＺ_Lと結合線路インピーダンスＺ_CISOとを合わせることで、偶奇モード動作時の通過位相が等しくなり、方向性が改善した方向性結合器を得ることができる。

なお、実施の形態３で説明した方向性結合器の構成の一部を変形しても実施することができる。変形例として説明する。以下の変形例の説明に用いる方向性結合器の構成図においては、実施の形態３に係る方向性結合器の構成図（図１７）で説明した同一または相当する部分について同一符号を付し、その説明を一部省略する。

まず、実施の形態３では、図１７に示したように、主信号線導体１１０１が誘電体基板０００２の上面に配置され、副信号線導体１１０２が誘電体基板０００１の上面、かつ平板状接地導体１２０１と同一面に配置されている例について示した。ここで示した構成に限るものではなく、主信号線導体１１０１が誘電体基板０００１の上面、かつ平板状接地導体１２０１と同一面に配置され、副信号線導体１１０２が誘電体基板０００２の上面に配置されてもよい。その場合には、平板状接地導体１２０１、および接続導体１３０１は、副信号線導体１１０２と接地導体１００１との間の領域から、この領域の側部近傍の領域にかけて設けてもよい。このような構成に変更しても、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、この発明の実施の形態１および実施の形態２においても同様に適用することができる。

また、実施の形態３では、図１７に示したように、マイクロストリップ線路で構成したオフセット・ブロードサイド結合形方向性結合器の例について示した。ここで示した構成に限るものではなく、ストリップ線路で構成したオフセット・ブロードサイド結合形方向性結合器の場合でもよい。

図１８は、この発明の実施の形態３に係る他の方向性結合器の変形例を示す構成図である。実施の形態３において、ストリップ線路形式で構成した場合について示しており、誘電体基板０００３を誘電体基板０００２の主信号線導体１１０１が配置された面側に設け、接地導体１００２を誘電体基板０００３の誘電体基板０００２が配置された面と反対側の面側に設けている。また、平板状導体１２１１を誘電体基板０００２の主信号線導体１１０１が配置された面と同一面に設け、接続導体１３１１を誘電体基板０００３の内層に設けている。ここでも、図１７と同様に仮想の対称面２００３（Ｂ３−Ｂ３’面）が想定される。このとき、平板状導体１２１１と接続導体１３１１は副信号線導体１１０２と接地導体１００２との間の領域から、この領域の側部近傍の領域にかけて配置されている。また、図１７と同様に、平板状接地導体１２０１、および接続導体１３０１は、副信号線導体１１０２と接地導体１００１との間の領域から、この領域の側部近傍の領域にかけて設けてもよい。このような構成に変更しても、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。このような構成の変形は、この発明の実施の形態１および実施の形態２においても同様に適用することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

０００１，０００２，０００３，０００４ 誘電体基板、１１０１ 主信号線導体、１１０２ 副信号線導体、１００１，１００２ 接地導体、１２０１，１２０２，１２１１ 平板状接地導体、１３０１，１３０２，１３０３，１３０４，１３０５，１３１１ 接続導体、１４０１ 接合導体、１５０１，１５０２，１５０３，１５０４，１５０５ 連結平板状接地導体、１６０１，１６１１ 切り欠き、２００１，２００２、２００３ 対称面、２００３ 仮想の対称面、３００１，３００２ 電流経路。

Claims (15)

1. 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副信号線導体からなる結合部と、
   前記主信号線導体と前記副信号線導体とから隔離されて配置された接地導体と、
   前記結合部と前記接地導体との間の第１の領域およびその側部近傍の第２の領域のうち少なくとも一方の領域に前記主信号線導体と相対向して配置された平板状接地導体と、
   前記平板状接地導体を前記接地導体に接続する接続導体と
   を備え、
   前記主信号線導体および前記副信号線導体並びに前記平板状接地導体は、折り曲げ構造を有することを特徴とする方向性結合器。
2. 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副信号線導体からなる結合部と、
   前記主信号線導体と前記副信号線導体とから隔離されて配置された第１の接地導体と、
   前記結合部を挟んで、前記第１の接地導体と相対向して配置された第２の接地導体と、
   前記結合部と前記第１の接地導体との間の第１の領域およびその側部近傍の第２の領域のうち少なくとも１つの領域に前記主信号線導体と相対向して配置された第１の平板状接地導体と、
   前記結合部と前記第２の接地導体との間の第３の領域およびその側部近傍の第４の領域のうち少なくとも１つの領域に前記副信号線導体と相対向して配置された第２の平板状接地導体と、
   前記第１の平板状接地導体を前記第１の接地導体に接続する第１の接続導体と、
   前記第２の平板状接地導体を前記第２の接地導体に接続する第２の接続導体と
   を備えた方向性結合器。
3. 主信号線導体および該主信号線導体から隔離されて平行に配置された副信号線導体からなる結合部と、
   前記主信号線導体と前記副信号線導体とから隔離されて配置された接地導体と、
   前記主信号線導体と前記副信号線導体のうち前記接地導体からより離れた信号線導体と前記接地導体との間の第５の領域およびその側部近傍の第６の領域のうち少なくとも１つの領域に前記主信号線導体と相対向して配置された平板状接地導体と、
   前記平板状接地導体を前記接地導体に接続する接続導体と
   を備え、
   前記主信号線導体および前記副信号線導体並びに前記平板状接地導体は、折り曲げ構造を有することを特徴とする方向性結合器。
4. 主信号線導体および該主信号線導体から隔離されて平行に配置された副信号線導体からなる結合部と、
   前記主信号線導体と前記副信号線導体とから隔離されて配置された第１の接地導体と、
   前記結合部を挟んで、前記第１の接地導体と相対向して配置された第２の接地導体と、
   前記第１の接地導体からより離れた前記主信号線導体と前記第１の接地導体との間の第５の領域およびその側部近傍の第６の領域のうち少なくとも１つの領域に前記主信号線導体と相対向して配置された第１の平板状接地導体と、
   前記第２の接地導体からより離れた前記副信号線導体と前記第２の接地導体との間の第７の領域およびその側部近傍の第８の領域のうち少なくとも１つの領域に前記副信号線導体と相対向して配置された第２の平板状接地導体と、
   前記第１の平板状接地導体を前記第１の接地導体に接続する第１の接続導体と、
   前記第２の平板状接地導体を前記第２の接地導体に接続する第２の接続導体と
   を備えた方向性結合器。
5. 前記平板状接地導体は、その一端で前記接続導体により前記接地導体に接続され、他端が開放された
   請求項１または請求項３に記載の方向性結合器。
6. 前記第１の平板状接地導体は、その一端で前記第１の接続導体により前記第１の接地導体に接続され、他端が電気的に開放された
   請求項２または請求項４に記載の方向性結合器。
7. 前記接続導体は、前記平板状接地導体の長手方向に対応した寸法の１／２以下の寸法の範囲内に配置して前記平板状接地導体を前記接地導体に接続する複数の接続導体からなり、
   前記平板状接地導体は、少なくともいずれか一端から前記複数の接続導体まで電気的に開放された寸法が前記複数の接続導体を前記平板状接地導体の長手方向に対応して配置した寸法より大きくした請求項１または請求項３に記載の方向性結合器。
8. 前記第１の接続導体は、前記第１の平板状接地導体の長手方向に対応した寸法の１／２以下の寸法の範囲内に配置して前記第１の平板状接地導体を前記第１の接地導体に接続する複数の接続導体からなり、
   前記第２の接続導体は、前記第２の平板状接地導体の長手方向に対応した寸法の１／２以下の寸法の範囲内に配置して前記第２の平板状接地導体を前記第２の接地導体に接続する複数の接続導体からなり、
   前記第１の平板状接地導体および前記第２の平板状接地導体は、少なくともいずれか一端から前記複数の接続導体まで電気的に開放された寸法が前記複数の接続導体を前記第１の平板状接地導体の長手方向および前記第２の平板状接地導体に対応して配置した寸法より大きくした請求項２または請求項４に記載の方向性結合器。
9. 前記接続導体および前記平板状接地導体は、前記主信号線導体の前記結合部の長手方向に対応した箇所と前記副信号線導体の前記結合部の長手方向に対応した箇所とからの距離が等しい対称面に交わるように配置された
   請求項１または請求項３に記載の方向性結合器。
10. 前記第１の接続導体および前記第１の平板状接地導体並びに前記第２の接続導体および前記第２の平板状接地導体は、前記主信号線導体の前記結合部の長手方向に対応した箇所と前記副信号線導体の前記結合部の長手方向に対応した箇所とからの距離が等しい対称面に交わるように配置された
    請求項２または請求項４に記載の方向性結合器。
11. 前記主信号線導体および前記副信号線導体並びに前記第１の平板状接地導体および前記第２の平板状接地導体は、折り曲げ構造を有する請求項２または請求項４に記載の方向性結合器。
12. 前記接地導体は、切り欠きを有する請求項１または請求項３に記載の方向性結合器。
13. 前記第１の接地導体および前記第２の接地導体のうち少なくとも１つは、切り欠きを有する請求項２または請求項４に記載の方向性結合器。
14. 前記平板状接地導体は、切り欠きを有する請求項１または請求項３に記載の方向性結合器。
15. 前記第１の平板状接地導体および前記第２の平板状接地導体のうち少なくとも１つは、切り欠きを有する請求項２または請求項４に記載の方向性結合器。

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