JP7199615B2

JP7199615B2 - ブランチラインカプラ

Info

Publication number: JP7199615B2
Application number: JP2022558702A
Authority: JP
Inventors: 素実渡辺; 拓真西村; 秀憲湯川; 伸一山本; 徹高橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2023-01-05
Anticipated expiration: 2040-10-29
Also published as: JPWO2022091283A1; WO2022091283A1

Description

本開示は、導波管コンポーネントの一つであるブランチラインカプラに関する。

一般的なブランチラインカプラは、断面形状が矩形である２本の主導波管が互いの広壁面が対向するように配置され、これらの主導波管を、断面形状が矩形である複数の結合用導波管によって接続した構造を有する。ブランチラインカプラの特性は、各導波管の断面寸法および長さを選定することによって決定される。例えば、非特許文献１には、断面形状が六角形である導波管を有したブランチラインカプラが記載されている。

ＭｏｔｏｍｉＡｂｅ，ＨｉｄｅｎｏｒｉＹｕｋａｗａ，ＹｕＵｓｈｉｊｉｍａ，ＴａｋｕｍａＮｉｓｈｉｍｕｒａ，ＮａｏｆｕｍｉＹｏｎｅｄａ，ＭｏｒｉｙａｓｕＭｉｙａｚａｋｉ， " Ａ３－ＤＭｅｔａｌ－Ｄｉｒｅｃｔ－Ｐｒｉｎｔｅｄ，Ｌｏｗ－Ｃｏｓｔ，ａｎｄＬｉｇｈｔＨｅｘａｇｏｎａｌＷａｖｅｇｕｉｄｅＫａ－ＢａｎｄＢｒａｎｃｈＬｉｎｅＣｏｕｐｌｅｒ "，２０１７ＥｕＭＷ，１８８－１９１（２０１７）．

ブランチラインカプラの製造には、例えば、３次元（以下、３Ｄと記載する）プリンタが用いられる。３Ｄプリンタは、粉末材料を層状に積み重ねて焼成することにより目的の形状を形成する装置である。ブランチラインカプラは、例えば、３Ｄプリンタを用いて、水平面上でポート側から鉛直方向に粉末材料を積層することにより製造される。

非特許文献１に記載されたブランチラインカプラを、３Ｄプリンタを用いて、水平面上でポート側から主導波管の管軸方向に沿って粉末材料を積層した場合、主導波管間を接続する結合用導波管には、水平面に平行な壁面部分が形成される。結合用導波管における、水平面に平行な壁面部分は、焼成前に自重によって鉛直下方に撓むという課題があった。このように結合用導波管の壁面部分が撓むと、結合用導波管の断面形状が変化するので、ブランチラインカプラの特性が設計値から変化してしまう。

本開示は上記課題を解決するものであり、主導波管の管軸方向に沿って粉末材料を積層しても、結合用導波管の撓みの発生を軽減することができるブランチラインカプラを得ることを目的とする。

本開示に係るブランチラインカプラは、第１の主導波管と、第１の主導波管と平行に対向して設けられた第２の主導波管と、第１の主導波管と第２の主導波管とが対向する面に並んで設けられ、第１の主導波管と第２の主導波管との間を連通して接続する複数の結合用導波管とを備え、複数の結合用導波管のそれぞれは、管軸方向に直交する方向の断面の形状寸法が一定であり、同一方向に凸状に屈曲している。

本開示によれば、複数の結合用導波管の凸側が鉛直上方になるように、水平面から主導波管の管軸方向に沿って粉末材料を積層することによって、屈曲した結合用導波管の凸状を構成する粉末粒子が斜め上方に向かって重なっていく。これにより、隣り合う粉末粒子同士が支え合う部分が形成されるので、本開示に係るブランチラインカプラは、主導波管の管軸方向に沿って粉末材料を積層しても、結合用導波管の撓みの発生を軽減することができる。

図１Ａは、実施の形態１に係るブランチラインカプラの構成を示す斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａの矢印Ａ方向からみたブランチラインカプラを示す矢示図であり、図１Ｃは、図１Ａの矢印Ｂ方向からみたブランチラインカプラを示す矢示図である。図２Ａは、水平面に平行な結合用導波管を構成する粉末粒子の積層状態の概要を示す概要図であり、図２Ｂは、実施の形態１における結合用導波管を構成する粉末粒子の積層状態の概要を示す概要図である。図３Ａは、ブランチラインカプラの第１のポートにおける反射特性を示す図であり、図３Ｂは、ブランチラインカプラの第１のポートと第２のポートとの間の通過特性を示す図であり、図３Ｃは、ブランチラインカプラの第１のポートと第３のポートとの間の結合特性を示す図であり、図３Ｄは、ブランチラインカプラの第１のポートと第４のポートとの間のアイソレーション特性を示す図である。理想的な電気特性が得られる参照用のブランチラインカプラを示す上面図である。図５Ａは、実施の形態１に係るブランチラインカプラの変形例（１）の構成を示す斜視図であり、図５Ｂは、図５Ａの矢印Ｄ方向からみたブランチラインカプラの変形例（１）を示す矢示図であり、図５Ｃは、図５ＡのＥ－Ｅ線で切断されたブランチラインカプラの変形例（１）を示す断面矢示図である。図６Ａは、実施の形態１に係るブランチラインカプラの変形例（２）の構成を示す斜視図であり、図６Ｂは、図６Ａの矢印Ｆ方向からみたブランチラインカプラの変形例（２）を示す矢示図であり、図６Ｃは、ブランチラインカプラの変形例（２）における図６Ｂの破線で囲まれた部分を示す部分拡大図である。図７Ａは、実施の形態１に係るブランチラインカプラの変形例（３）の構成を示す斜視図であり、図７Ｂは、図７Ａの矢印Ｇ方向からみたブランチラインカプラの変形例（３）を示す矢示図である。図８Ａは、実施の形態１に係るブランチラインカプラの変形例（４）の構成を示す斜視図であり、図８Ｂは、図８Ａの矢印Ｈ方向からみたブランチラインカプラの変形例（４）を示す矢示図であり、図８Ｃは、図８Ａの矢印Ｉ方向からみたブランチラインカプラの変形例（４）を示す矢示図である。図９Ａは、実施の形態１に係るブランチラインカプラの変形例（５）の構成を示す斜視図であり、図９Ｂは、図９Ａの矢印Ｊ方向からみたブランチラインカプラの変形例（５）を示す矢示図である。ポート側からみた実施の形態１に係るブランチラインカプラの変形例（６）を示す平面図である。ポート側からみた実施の形態１に係るブランチラインカプラの変形例（７）を示す平面図である。

実施の形態１．
図１Ａは、実施の形態１に係るブランチラインカプラ１の構成を示す斜視図である。図１Ｂは、図１Ａの矢印Ａ方向からみたブランチラインカプラ１を示す矢示図である。図１Ｃは、図１Ａの矢印Ｂ方向からみたブランチラインカプラ１を示す矢示図である。ブランチラインカプラ１は、図１Ａに示すように、４つのポート２ａ～２ｄを有した９０°ハイブリッド回路として機能する導波管コンポーネントであり、第１の主導波管２、第２の主導波管および結合用導波管４ａ～４ｉを備える。

第１の主導波管２は、ポート２ａ（第１のポート）およびポート２ｂ（第２のポート）を有した導波管である。第２の主導波管３は、ポート２ｃ（第３のポート）およびポート２ｂ（第４のポート）を有した導波管である。第１の主導波管２および第２の主導波管３は、同一の構造および同一の寸法を有した導波管である。第１の主導波管２および第２の主導波管３は、平行に対向して設けられる。例えば、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する間隔は、使用周波数帯域の中心周波数における波長λの４分の１の距離である。

以下の説明において、第１の主導波管２および第２の主導波管３の管軸方向に直交する方向の断面の形状は、例えば、矩形である。また、第１の主導波管２および第２の主導波管３における、管軸方向に直交する方向の矩形断面の長辺を含んだ側壁面が「広壁面」であり、矩形断面の短辺を含んだ側壁面が「狭壁面」であるものとする。第１の主導波管２および第２の主導波管３は、平行に互いの広壁面を対向させて配置される。

結合用導波管４ａ～４ｉは、図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する広壁面に並んで設けられ、第１の主導波管２と第２の主導波管３とを連通して接続する。以下の説明において、結合用導波管４ａ～４ｉは、例えば、管軸方向に直交する方向の断面の形状が矩形であるものとする。

また、結合用導波管４ａ～４ｉのそれぞれは、矩形断面の長辺を含んだ側壁面が「広壁面」であり、矩形断面の短辺を含んだ側壁面が「狭壁面」であるものとする。第１の主導波管２および第２の主導波管３の広壁面において、隣り合う結合用導波管の間隔は、λ／４程度の間隔である。

結合用導波管４ａ～４ｉのそれぞれは、狭壁面の幅が一定、すなわち、管軸方向に直交する方向の断面の面積が一定である。さらに、結合用導波管４ａ～４ｉのそれぞれは、同一方向に凸状に屈曲している。例えば、図１Ｃに示すように、結合用導波管４ａ～４ｉのそれぞれは、同一の曲率で円弧状に屈曲している。すなわち、結合用導波管４ａ～４ｉのそれぞれの広壁面が、同一方向に、同一の曲率で、円弧状に屈曲している。

図１Ｂに示すように、結合用導波管４ａ～４ｉのそれぞれは、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する広壁面の幅と等しい幅を有している。第１の主導波管２および第２の主導波管３の広壁面の幅とは、矢印Ｂ方向からみた狭壁面と、矢印Ｂとは反対側の方向からみた狭壁面との間の距離である。同様に、結合用導波管４ａ～４ｉのそれぞれの幅は、矢印Ｂ方向からみた狭壁面と、矢印Ｂとは反対側の方向からみた狭壁面との間の距離である。

第１の主導波管２、第２の主導波管および結合用導波管４ａ～４ｉは、３Ｄプリンタを用いて水平面上でポート２ａおよび３ｂ側から矢印Ｃ方向に粉末材料を積み重ねて焼成することにより形成される。矢印Ｃ方向は、第１の主導波管２および第２の主導波管３の管軸方向に沿った方向である。図１Ａおよび図１Ｃに示すように、矢印Ｃ方向に粉末材料を積み重ねても、結合用導波管４ａ～４ｉには、水平面に平行な壁面部分は形成されず、鉛直上方が凸状に屈曲した壁面部分が形成される。

図２Ａは、水平面に平行な結合用導波管を構成する粉末粒子ｐａの積層状態の概要を示す概要図である。図２Ｂは、結合用導波管４ａ～４ｉを構成する粉末粒子ｐａの積層状態の概要を示す概要図である。図２Ａに示すように、屈曲していない、水平面に平行な結合用導波管の製造において、鉛直方向である矢印Ｃ方向に粉末材料を積層していくと、粉末粒子ｐａは、水平面に平行に横並びになる。このため、結合用導波管は、自重によって、矢印Ｃ１で示す鉛直下方に撓んでしまう。これに対して、結合用導波管４ａ～４ｉでは、図２Ｂに示すように、矢印Ｃ方向に粉末材料を積層していくと、凸状を構成する粉末粒子ｐａは、斜め上方に向かって重なっていく。これにより、破線で囲んで示すように、隣り合う粉末粒子ｐａ同士が支え合う部分Ｃ２が形成される。このため、ブランチラインカプラ１は、鉛直方向に粉末材料を積層して形成しても、結合用導波管４ａ～４ｉの壁面部分の撓みの発生を軽減することが可能である。

管軸に直交する方向の断面の形状寸法が一定でない結合用導波管、例えば狭壁面の幅（断面形状が矩形の場合、矩形断面の短辺方向の寸法）が一定でない結合用導波管は、この断面の違いに対応した特性インピーダンスを考慮した設計が必要となる。これに対して、結合用導波管４ａ～４ｉは、断面の形状寸法が一定であるので、この断面の違いに応じた特性インピーダンスを考慮する必要がない。このため、ブランチラインカプラ１は、設計が容易で所望の電気特性を実現しやすい。

結合用導波管４ａ～４ｉの個々の結合用導波管は、狭壁面の幅が一定であるが、図１Ｃに示すように、結合用導波管４ａと結合用導波管４ｉの狭壁面は、同じ幅であり、結合用導波管４ｂ～４ｈの狭壁面の幅は、結合用導波管４ａおよび結合用導波管４ｉの狭壁面の幅よりも広い幅になっている。

結合用導波管によって実現される伝送線路は、結合用導波管の狭壁面の幅が異なると、特性インピーダンスが異なり、導波管の中心に沿った経路長も異なるものとなる。すなわち、狭壁面の幅が異なる結合用導波管は、電気長が異なる。ブランチラインカプラ１において、結合用導波管４ａ～４ｉのそれぞれの狭壁面の幅は、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する間隔をλ／４程度に保ちかつ所望の電気特性が得られる値に設計されている。

ブランチラインカプラの電気特性を向上させるためには、少なくとも２本以上の結合用導波管が必要である。結合用導波管の数が増えると、ブランチラインカプラの電気特性は向上する。ブランチラインカプラの特性インピーダンスは、結合用導波管の狭壁面の幅に依存する。このため、結合用導波管４ａ～４ｉの狭壁面の幅は、ブランチラインカプラ１が所望の特性インピーダンスの値となる幅である。

図３Ａは、ブランチラインカプラ１の第１のポートであるポート２ａにおける反射特性を示す図である。図３Ｂは、ブランチラインカプラのポート２ａとポート２ｂとの間の通過特性を示す図であり、図３Ｃは、ブランチラインカプラのポート２ａとポート２ｃとの間の結合特性を示す図であり、図３Ｄは、ブランチラインカプラのポート２ａとポート２ｄとの間のアイソレーション特性を示す図である。図４は、理想的な電気特性が得られる参照用のブランチラインカプラ１００を示す上面図である。

図３Ａから図３Ｄにおいて、横軸は、正規化周波数Ｆ／Ｆ０である。周波数Ｆ０は、ブランチラインカプラの設計時における使用周波数帯域の中心周波数であり、周波数Ｆは、使用周波数帯域の各周波数である。縦軸は、正規化周波数Ｆ／Ｆ０におけるＳ－パラメータ（振幅値）である。実線で示す特性は、図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃに示したブランチラインカプラ１の特性であり、破線で示す特性は、図４に示すブランチラインカプラ１００の特性である。

ブランチラインカプラ１００は、図４に示すように、第１の主導波管１０１、第２の主導波管１０２および結合用導波管１０３ａ～１０３ｉを備える。第１の主導波管１０１と第２の主導波管１０２は、同一の構造および同一の寸法を有し、平行に対向して設けられる。第１の主導波管１０１と第２の主導波管１０２との対向間隔は、中心周波数Ｆ０における波長λの４分の１の距離である。第１の主導波管１０１および第２の主導波管１０２の管軸方向に直交する方向の断面の形状は、矩形である。

結合用導波管１０３ａ～１０３ｉは、第１の主導波管１０１と第２の主導波管１０２とが対向する面に並んで設けられ、第１の主導波管１０１と第２の主導波管１０２とを連通して接続する。結合用導波管１０３ａ～１０３ｉは、管軸方向に直交する方向の断面形状が矩形である。第１の主導波管１０１および第２の主導波管１０２の広壁面において、隣り合う結合用導波管の間隔は、λ／４である。

３Ｄプリンタを用いて水平面から第１の主導波管１０１および第２の主導波管１０２の管軸方向に沿って粉末材料を積層すると、結合用導波管１０３ａ～１０３ｉには、水平面に平行な壁面部分が形成される。ただし、ブランチラインカプラ１００は、結合用導波管１０３ａ～１０３ｉの上記壁面部分に撓みが発生しないと仮定した仮想のカプラであり、ブランチラインカプラとして理想的な電気特性が得られる。

図３Ａから図３Ｄのいずれにおいても、ブランチラインカプラ１の電気特性（実線）とブランチラインカプラ１００の電気特性（破線）との間には、振幅値に差異がある。この差異は、ブランチラインカプラ１の結合用導波管４ａ～４ｉが同一方向に凸状に屈曲しているのに対して、ブランチラインカプラ１００の結合用導波管１０３ａ～１０３ｉは屈曲していない、という構造上の差異に起因する。ただし、上記振幅値の差異は数ｄＢ程度に収まっており、ブランチラインカプラ１は、ブランチラインカプラ１００の理想的な電気特性と同等の電気特性を有すると言える。

ブランチラインカプラ１では、３Ｄプリンタを用いて、水平面から鉛直方向に粉末材料を積層させた際に、結合用導波管が撓まないように抑えるサポート部材を用いなくても、結合用導波管４ａ～４ｉの撓みの発生が軽減される。また、ブランチラインカプラ１は、第１の主導波管２および第２の主導波管３の管軸方向に粉末材料を積層して形成することができるので、主導波管の管軸方向に直交する方向の断面の形状寸法を一定に形成しやすい。このため、ブランチラインカプラ１は、設計が容易でありかつ３Ｄプリンタを用いて所望の電気特性を実現する構造を形成しやすい。

これまでの説明では、ブランチラインカプラ１が９本の結合用導波管４ａ～４ｉを備える構成を示した。しかしながら、結合用導波管の本数は２本以上であればよく、ブランチラインカプラ１は、所望の電気特性に応じた本数の結合用導波管を備える。

図５Ａは、ブランチラインカプラ１の変形例（１）であるブランチラインカプラ１Ａの構成を示す斜視図である。図５Ｂは、図５Ａの矢印Ｄ方向からみたブランチラインカプラ１Ａを示す矢示図である。図５Ｃは、図５ＡのＥ－Ｅ線で切断されたブランチラインカプラ１Ａを示す断面矢示図である。図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃにおいて、図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃと同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

結合用導波管５ａ～５ｉは、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する広壁面に並んで設けられ、第１の主導波管２と第２の主導波管３とを連通して接続する導波管である。また、結合用導波管５ａ～５ｉは、管軸方向に直交する方向の断面の形状が矩形であり、管軸方向に直交する方向の断面の形状寸法が一定である。さらに、結合用導波管５ａ～５ｉのそれぞれの広壁面が、同一方向に、同一の曲率で、円弧状に屈曲している。

図５Ｃに示すように、結合用導波管５ａ～５ｉのそれぞれは、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する広壁面の幅とは異なる幅を有している。第１の主導波管２および第２の主導波管３の広壁面の幅とは、矢印Ｄ方向からみた狭壁面と、矢印Ｄとは反対側の方向からみた狭壁面との間の距離である。結合用導波管５ａ～５ｉは、いずれも、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する広壁面の幅よりも狭い幅である。例えば、ブランチラインカプラ１Ａは、結合用導波管５ａ、５ｅおよび５ｉが同一幅で最も広く、結合用導波管５ｃおよび５ｇが同一幅で次に広く、結合用導波管５ｂ、５ｄ、５ｆおよび５ｈが同一幅で最も狭く構成されている。

なお、ブランチラインカプラ１Ａにおいて、結合用導波管５ａ～５ｉのそれぞれは、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する広壁面の幅と等しい幅に限定されず、異なる幅が許容されている。結合用導波管５ａ～５ｉの幅を変更することにより、例えば、主導波管と結合用導波管との接続部分に発生する寄生成分を補正することができる。寄生成分を補正することにより、ブランチラインカプラ１Ａの電気特性を向上させることができる。

図６Ａは、ブランチラインカプラ１の変形例（２）であるブランチラインカプラ１Ｂの構成を示す斜視図である。図６Ｂは、図６Ａの矢印Ｆ方向からみたブランチラインカプラ１Ｂを示す矢示図である。図６Ｃは、ブランチラインカプラ１Ｂにおける図６Ｂの破線で囲まれた部分を示す部分拡大図である。図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃにおいて、図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃと同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

結合用導波管６ａ～６ｉは、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する広壁面に並んで設けられ、第１の主導波管２と第２の主導波管３とを連通して接続する導波管である。また、結合用導波管６ａ～６ｉは、管軸方向に直交する方向の断面の形状が矩形であり、管軸方向に直交する方向の断面の形状寸法が一定である。結合用導波管６ａ～６ｉのそれぞれの広壁面は、同一方向に、同一の曲率で円弧状に屈曲している。

図６Ｃに示すように、結合用導波管６ａ～６ｉのそれぞれは、結合用導波管４ａ～４ｉよりも大きな曲率で屈曲している。すなわち、ブランチラインカプラ１Ｂは、ブランチラインカプラ１とは異なる曲率で屈曲している結合用導波管６ａ～６ｉを備える。３Ｄプリンタを用いて水平面から鉛直方向に粉末材料を積層してブランチラインカプラ１Ｂを形成しても、結合用導波管６ａ～６ｉには、水平面に平行な壁面部分は形成されず、鉛直上方が凸状に屈曲した壁面部分が形成される。これにより、結合用導波管６ａ～６ｉの撓みの発生が軽減される。

ブランチラインカプラ１Ｂは、曲率が大きな結合用導波管６ａ～６ｉを備えることで、第１の主導波管２と第２の主導波管３との間の距離をλ／４程度に保ちつつ、その間隔を詰めることが可能となる。これにより、ブランチラインカプラ１Ｂは、全体的な小型化を実現することができる。また、結合用導波管６ａ～６ｉのそれぞれは、結合用導波管５ａ～５ｉと同様に、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する広壁面の幅とは異なる幅を有する導波管であってもよい。

図７Ａは、ブランチラインカプラ１の変形例（３）であるブランチラインカプラ１Ｃの構成を示す斜視図である。図７Ｂは、図７Ａの矢印Ｇ方向からみたブランチラインカプラ１Ｃを示す矢示図である。図７Ａおよび図７Ｂにおいて、図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃと同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

結合用導波管７ａ～７ｉは、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する広壁面に並んで設けられ、第１の主導波管２と第２の主導波管３とを連通して接続する。また、結合用導波管７ａ～７ｉのそれぞれは、管軸方向に直交する方向の断面の形状が矩形であり、断面の形状寸法が一定、すなわち狭壁面の幅が一定である。

結合用導波管７ａ～７ｉのそれぞれは、同一方向に円弧状に屈曲しており、結合用導波管７ａ～７ｉには、円弧の曲率が異なるものが含まれる。例えば、図７Ｂに示すように、結合用導波管７ａ、７ｃ、７ｅ、７ｇおよび７ｉは、結合用導波管６ａ～６ｉと同様に、曲率が大きい円弧状に屈曲している。結合用導波管７ｂ、７ｄ、７ｆおよび７ｈは、結合用導波管４ａ～４ｉと同様に、曲率が小さい円弧状に屈曲している。

円弧状に屈曲した結合用導波管によって実現される伝送線路は、円弧の曲率が異なると、特性インピーダンスが異なり、導波管の中心に沿った経路長も異なるものとなる。すなわち、曲率が異なる円弧状の結合用導波管は電気長が異なる。そこで、ブランチラインカプラ１Ｃにおいて、結合用導波管７ａ～７ｉのそれぞれの曲率は、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する間隔をλ／４程度に保ちつつ、所望の電気長が得られる値に設計される。

結合用導波管７ａ～７ｉは、曲率が異なる円弧状の結合用導波管の組み合わせである。ブランチラインカプラ１Ｃは、結合用導波管７ａ～７ｉを備えることにより、第１の主導波管２と第２の主導波管３との間の距離をλ／４程度に保ちつつ、その間隔を詰めることができ、全体的な小型化を実現することが可能である。また、結合用導波管７ａ～７ｉのそれぞれは、結合用導波管５ａ～５ｉと同様に、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する広壁面の幅とは異なる幅を有する導波管であってもよい。

図８Ａは、ブランチラインカプラ１の変形例（４）であるブランチラインカプラ１Ｄの構成を示す斜視図である。図８Ｂは、図８Ａの矢印Ｈ方向からみたブランチラインカプラ１Ｄを示す矢示図であり、図８Ｃは、図８Ａの矢印Ｉ方向からみたブランチラインカプラ１Ｄを示す矢示図である。図８Ａ、図８Ｂおよび図７Ｃにおいて、図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃと同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

結合用導波管８ａ～８ｉは、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する広壁面に並んで設けられ、第１の主導波管２と第２の主導波管３とを連通して接続する導波管である。また、結合用導波管８ａ～８ｉは、管軸方向に直交する方向の断面の形状が矩形であり、管軸方向に直交する方向の断面の形状寸法が一定である。さらに、結合用導波管８ａ～８ｉのそれぞれの広壁面が、同一方向に同一の角度で三角屋根状に屈曲している。

第１の主導波管２、第２の主導波管および結合用導波管８ａ～８ｉは、３Ｄプリンタを用いて水平面上で矢印Ｃ方向に粉末材料を積み重ねて焼成することにより形成される。図８Ａおよび図８Ｃに示すように、矢印Ｃ方向に粉末材料を積み重ねても、結合用導波管８ａ～８ｉには、水平面に平行な壁面部分は形成されず、鉛直上方が凸状に屈曲した壁面部分が形成される。

ブランチラインカプラ１Ｄは、鉛直方向に粉末材料を積層した際に、鉛直上方が凸状に屈曲した壁面部分を構成する粉末粒子が斜め上方に向かって重なっていき、隣り合う粉末粒子同士が支え合う部分が形成される。このため、結合用導波管８ａ～８ｉの壁面部分の撓みの発生を軽減することが可能である。なお、結合用導波管８ａ～８ｉは、三角屋根形状の屈曲角度を小さくするにつれて急峻に傾くので、三角屋根の頂点付近においても粉末粒子が斜め上方に重なり横並びになる粉末粒子同士が少なくなるので、さらに撓みの発生が抑えられる。

結合用導波管８ａ～８ｉの個々の結合用導波管は、狭壁面の幅が一定であるが、図８Ｃに示すように、結合用導波管８ａと結合用導波管８ｉの狭壁面は、同じ幅であり、結合用導波管８ｂ～８ｈの狭壁面の幅は、結合用導波管８ａおよび結合用導波管８ｉの狭壁面の幅よりも広い幅になっている。

ブランチラインカプラ１Ｄにおいて、結合用導波管８ａ～８ｉのそれぞれの三角屋根形状の角度は、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する間隔をλ／４程度に保ちかつ所望の電気特性が得られる値に設計される。また、結合用導波管８ａ～８ｉのそれぞれは、結合用導波管５ａ～５ｉと同様に、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する広壁面の幅とは異なる幅を有する導波管であってもよい。

図９Ａは、ブランチラインカプラ１の変形例（５）であるブランチラインカプラ１Ｅの構成を示す斜視図である。図９Ｂは、図９Ａの矢印Ｊ方向からみたブランチラインカプラ１Ｅを示す矢示図である。図９Ａおよび図９Ｂにおいて、図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃと同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

結合用導波管９ａ～９ｉは、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する広壁面に並んで設けられ、第１の主導波管２と第２の主導波管３とを連通して接続する。また、結合用導波管９ａ～９ｉのそれぞれは、管軸方向に直交する方向の断面の形状が矩形であり、断面の形状寸法が一定、すなわち狭壁面の幅が一定である。

結合用導波管９ａ～９ｉのそれぞれは、同一方向に三角屋根形状に屈曲しており、結合用導波管９ａ～９ｉには、三角屋根の角度が異なるものが含まれる。例えば、図９Ｂに示すように、結合用導波管９ａ、９ｃ、９ｅ、９ｇおよび９ｉは、結合用導波管８ａ～８ｉと同様に、角度が大きい三角屋根形状に屈曲している。結合用導波管９ｂ、９ｄ、９ｆおよび９ｈは、結合用導波管８ａ～８ｉよりも角度が小さい三角屋根形状に屈曲している。

三角屋根形状に屈曲した結合用導波管によって実現される伝送線路は、三角屋根形状の角度が異なると、特性インピーダンスが異なり、電気長が異なるものとなる。ブランチラインカプラ１Ｅにおいて、結合用導波管９ａ～９ｉのそれぞれの三角屋根形状の角度は、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する間隔をλ／４程度に保ちかつ所望の電気特性が得られる値に設計される。また、結合用導波管９ａ～９ｉのそれぞれは、結合用導波管５ａ～５ｉと同様に、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する広壁面の幅とは異なる幅を有する導波管であってもよい。

結合用導波管９ａ～９ｉは、屈曲角度が異なる三角屋根形状の結合用導波管の組み合わせである。ブランチラインカプラ１Ｅは、結合用導波管９ａ～９ｉを備えることにより、第１の主導波管２と第２の主導波管３との間の距離をλ／４程度に保ちつつ、その間隔を詰めることができ、全体的な小型化を実現することが可能である。また、結合用導波管９ａ～９ｉのそれぞれは、結合用導波管５ａ～５ｉと同様に、第１の主導波管２と第２の主導波管３とが対向する広壁面の幅とは異なる幅を有する導波管であってもよい。

図１０は、ブランチラインカプラ１の変形例（６）であるブランチラインカプラ１Ｆを、ポート側からみた様子を示す平面図である。ブランチラインカプラ１Ｆは、第１の主導波管１０、第２の主導波管１１および結合用導波管４ａ～４ｉを備えている。第１の主導波管１０および第２の主導波管１１は、図１０に示すように、管軸方向に直交する方向の断面の形状が、四隅に丸みがある矩形形状である。

さらに、第１の主導波管１０および第２の主導波管１１のそれぞれの管軸方向のいずれかの位置には、外周の四隅に丸みがある矩形である第１の部分と、内周の四隅に丸みがある矩形である第２の部分とが設けられている。第１の主導波管１０および第２の主導波管１１は、第１の部分が第２の部分に嵌合されて接続される構造を有する。

ブランチラインカプラ１Ｆは、３Ｄプリンタを用いて全ての導波管コンポーネントを形成するのではなく、一部の導波管コンポーネントを、エンドミルを用いた切削加工により形成する場合に有効である。エンドミルを用いた切削加工によって形成された導波管コンポーネントは、図１０に示すように四隅に丸みがある矩形形状の断面となる。

そこで、３Ｄプリンタを用いて第１の部分（または第２の部分）を形成し、エンドミルを用いた切削加工によって第２の部分（または第１の部分）を形成して、第１の部分を第２の部分に嵌合する。これにより、第１の部分と第２の部分の接続部分で断面形状を同一にすることができるので、接続部分における特性の整合がとりやすくなり、第１の部分と第２の部分を接続して主導波管を形成しても、所望の電気特性から逸脱しにくくなる。

図１１は、ブランチラインカプラ１の変形例（７）であるブランチラインカプラ１Ｇを、ポート側からみた様子を示す平面図である。ブランチラインカプラ１Ｇは、第１の主導波管１２、第２の主導波管１３および結合用導波管４ａ～４ｉを備えている。第１の主導波管１２および第２の主導波管１３は、図１１に示すように、管軸方向に直交する方向の断面の形状が楕円形である。

第１の主導波管１２および第２の主導波管１３の断面形状が楕円形であっても、結合用導波管４ａ～４ｉが同一方向に屈曲しているので、ブランチラインカプラ１と同様な効果が得られる。なお、実施の形態１に係るブランチラインカプラには、ブランチラインカプラ１および１Ａ～１Ｅが備える第１の主導波管および第２の主導波管の代わりに、第１の主導波管１２および第２の主導波管１３を備えたものも含まれる。

また、実施の形態１に係るブランチラインカプラを、３Ｄプリンタを用いて製作した部分とエンドミルを用いた切削加工によって製作した部分とを組み合わせて構成する場合、３Ｄプリンタを用いて製作した部分は、結合用導波管が同一の方向に凸状に屈曲しているが、切削加工によって製作した部分における結合用導波管は、３Ｄプリンタを用いて製作した部分における結合用導波管とは反対方向に凸状に屈曲していてもよいし、屈曲していなくてもよい。すなわち、実施の形態１に係るブランチラインカプラには、全ての結合用導波管が同一方向に凸状に屈曲している構成の他に、複数の結合用導波管のうち、一部に反対方向に凸状に屈曲している結合用導波管または屈曲していない結合用導波管を備える構成も含まれる。

以上のように、実施の形態１に係るブランチラインカプラ１は、結合用導波管４ａ～４ｉの凸側が鉛直上方になるように、水平面から第１の主導波管２および第２の主導波管３の管軸方向に沿って粉末材料を積層することにより、屈曲した結合用導波管４ａ～４ｉの凸状を構成する粉末粒子が斜め上方に向かって重なっていく。これにより、隣り合う粉末粒子同士が支え合う部分が形成されるので、ブランチラインカプラ１は、第１の主導波管２および第２の主導波管３の管軸方向に沿って粉末材料を積層しても、結合用導波管４ａ～４ｉの撓みの発生を軽減することができる。

なお、実施の形態の任意の構成要素の変形もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

本開示に係るブランチラインカプラは、例えば、高周波回路に利用可能である。

１，１Ａ～１Ｇブランチラインカプラ、２，１０，１２第１の主導波管、３，１１，１３第２の主導波管、４ａ～４ｉ，５ａ～５ｉ，６ａ～６ｉ，７ａ～７ｉ，８ａ～８ｉ，９ａ～９ｉ結合用導波管。

Claims

第１の主導波管と、
前記第１の主導波管と平行に対向して設けられた第２の主導波管と、
前記第１の主導波管と前記第２の主導波管とが対向する面に並んで設けられ、前記第１の主導波管と前記第２の主導波管との間を連通して接続する複数の結合用導波管と、
を備え、
複数の前記結合用導波管のそれぞれは、管軸方向に直交する方向の断面の形状寸法が一定であり、同一方向に凸状に屈曲していること
を特徴とするブランチラインカプラ。
前記第１の主導波管と前記第２の主導波管とが対向する面の間隔は、使用周波数帯域の中心周波数における波長の４分の１の距離であること
を特徴とする請求項１に記載のブランチラインカプラ。
前記第１の主導波管、前記第２の主導波管および複数の前記結合用導波管は、それぞれ断面の形状が矩形であること
を特徴とする請求項１に記載のブランチラインカプラ。
前記第１の主導波管、前記第２の主導波管および複数の前記結合用導波管は、それぞれ断面の形状が楕円形であること
を特徴とする請求項１に記載のブランチラインカプラ。
前記第１の主導波管および前記第２の主導波管は、管軸方向に直交する方向の断面の形状が、外周の四隅に丸みがある矩形である第１の部分と、内周の四隅に丸みがある矩形である第２の部分とを有し、
前記第１の主導波管および前記第２の主導波管のそれぞれの管軸方向のいずれかの位置において、前記第１の部分が前記第２の部分に嵌合されて接続されていること
を特徴とする請求項１に記載のブランチラインカプラ。
複数の前記結合用導波管は、円弧状に屈曲していること
を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のブランチラインカプラ。
複数の前記結合用導波管は、同一の曲率で屈曲していること
を特徴とする請求項６に記載のブランチラインカプラ。
複数の前記結合用導波管は、互いに異なる曲率で屈曲していること
を特徴とする請求項６に記載のブランチラインカプラ。
複数の前記結合用導波管は、三角屋根状に屈曲していること
を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のブランチラインカプラ。
複数の前記結合用導波管は、同一の角度で屈曲していること
を特徴とする請求項９に記載のブランチラインカプラ。
複数の前記結合用導波管は、互いに異なる角度で屈曲していること
を特徴とする請求項９に記載のブランチラインカプラ。
複数の前記結合用導波管のそれぞれは、前記第１の主導波管と前記第２の主導波管とが対向する面の幅と等しい幅を有すること
を特徴とする請求項１に記載のブランチラインカプラ。
複数の前記結合用導波管のそれぞれは、前記第１の主導波管と前記第２の主導波管とが対向する面の幅とは異なる幅を有すること
を特徴とする請求項１に記載のブランチラインカプラ。