JPH06291524A - 高周波用結合器およびその設計方法 - Google Patents

高周波用結合器およびその設計方法

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JPH06291524A
JPH06291524A JP5074558A JP7455893A JPH06291524A JP H06291524 A JPH06291524 A JP H06291524A JP 5074558 A JP5074558 A JP 5074558A JP 7455893 A JP7455893 A JP 7455893A JP H06291524 A JPH06291524 A JP H06291524A
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JP
Japan
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waveguide
dielectric film
metal pattern
pattern
coupling
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Application number
JP5074558A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Matsuura
裕之 松浦
Fuerenku Meruniei
メルニェイ・フェレンク
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TERA TEC KK
Original Assignee
TERA TEC KK
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 製作工程を簡単にし、結合特性を設計値にし
たがって設定する。 【構成】 誘電体基板5上に設けられたコプレーナウェ
ーブガイドの金属パターンで構成される第一の導波路1
と、この第一の導波路1の上に設けられた誘電体膜3
と、この誘電体膜3の上に設けられた金属パターンと第
一の導波路1の接地電位金属パターンとして接地電位電
極10との間に形成される第二の導波路2とを備え、第
一の導波路1の非接地金属パターンの長手方向中心線と
第二の導波路2の非接地金属パターンの長手方向中心線
とを互いに平行に設定しておき、二つの中心線間の距離
をパラメタとして二つの導波路間の結合度を演算する。 【効果】 一つの集積回路内に異なった特性の結合器が
必要とされるとき、誘電体膜の厚さまたは材料の変更な
しに配線パターンの設計変更だけでこれに対応できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波帯およびミリ
波帯領域の周波数の導波路回路に利用する。特に、二つ
の導波路を結合させる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】CPW(Coplanar Wave guide) はマイク
ロ波帯からミリ波帯領域の回路中の導波路として広く用
いられている。一方、結合器は信号分岐または信号合成
の手段として一般的であり、CPWを用いたカプラの必
要性は大きい。CPWは同一平面に構成された導波路で
あり、オーム社「電子情報通信ハンドブック」1988
年3月30日発行の216〜218頁に詳しい記載があ
る。
【0003】従来例を図8〜図10を参照して説明す
る。図8〜図10は従来例の構成図である。図8に示す
結合器は、誘電体基板5としてガリウムヒ素(GaA
s)の基板を用いている。この誘電体基板5にハッチン
グで示した部分に金属パターンで構成される第一の導波
路1、第二の導波路2および接地電位電極10を設けた
ものである。実線部分は、空間を介して配線を交差させ
るエアブリッジ4を示している。
【0004】図9および図10に示す結合器は、ガリウ
ムヒ素の誘電体基板上に強い結合特性を示す三層構造に
より構成された結合器である。図9に示す従来例は、
「M.GILLICK et al,1992 Europian Microwave Conferen
ce Digest Page 724-728」に掲載されている例であり、
メタルアンダーパス(M2)を設けることにより結合を
強く構成した例である。図10に示す従来例は、「I.To
yoda et al,IEEE 1992 Microwave and Millimeter wave
monolithic circuits Symposium Digest,page 79-82」
に掲載されている例であり、マイクロストリップ線路
(#1)をポリイミドの中に設けて結合を強く構成した
例である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図8に示す従来例で
は、二つのパターンのそれぞれのエッジ部分で結合さ
せるため結合が深くとれない、CPW線路から結合部
へのトランジションがスムースでない。すなわち、CP
W線路は両側がグランドなのに結合部では片側グランド
であり、さらに他方は別の信号線路であるためバランス
が良くない、このバランスを改善するために、エアブ
リッジを用いるが、このため主要部(結合部)は一層だ
けなのに結局は二層の配線層が必要である、などの問題
がある。
【0006】図9および図10に示す従来例では、三
層構造のため製作プロセスが複雑になる、特に図10に
示したように、ポリイミドの中にマイクロストリップ線
路を設けるのは複雑な製作工程を要する、強い結合特
性は作り易いが弱い結合特性は作り難い、などの問題が
ある。
【0007】本発明は、このような背景に行われたもの
であり、製作工程が簡単であり、結合特性を設計値にし
たがって設定できる結合器およびその設計法を提供する
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点は、
誘電体基板上に設けられた金属パターンで構成される第
一の導波路と、この第一の導波路の上に設けられた誘電
体膜と、この誘電体膜の上に設けられた金属パターンの
少なくとも一部を非接地金属パターンとする第二の導波
路とを備えた高周波用結合器をシミュレーションにより
設計する方法である。
【0009】ここで、本発明の特徴とするところは、こ
の第一の導波路の非接地金属パターンの長手方向中心線
と前記第二の導波路の非接地金属パターンの長手方向中
心線とを互いに平行に設定しておき、その二つの中心線
間の距離をパラメータとして二つの導波路間の結合度を
演算するところにある。
【0010】本発明の第二の観点は、高周波結合器であ
りその特徴とするところは、誘電体基板上に設けられた
金属パターンで構成される第一の導波路と、この第一の
導波路の上に設けられた誘電体膜と、この誘電体膜の上
に設けられた金属パターンの少なくとも一部を非接地金
属パターンとする第二の導波路とを備え、この第一の導
波路の非接地金属パターンの長手方向中心線と前記第二
の導波路の非接地金属パターンの長手方向中心線とが互
いに平行にかつずれて形成されたところにある。
【0011】前記第一の導波路はコプレーナウェーブガ
イドであり、前記第二の導波路が前記第一の導波路上に
設けられた誘電体膜とこの誘電体膜上に設けられた金属
パターンおよび前記第一の導波路の接地電位金属パター
ンで構成されるマイクロストリップ線路であることが望
ましい。
【0012】
【作用】CPWの上に誘電体膜を介してマイクロストリ
ップ線路を設けることにより結合器を構成する。このC
PWの位置とマイクロストリップ線路の位置とが完全に
重なっているとき、結合特性は最大値を示す。これらの
線路の位置のずれが大きければ大きいほど結合特性は小
さい値を示す。これにより、簡単なパターン変更により
幅広く結合特性を有する結合器が提供できる。
【0013】
【実施例】本発明実施例の構成を図1および図2を参照
して説明する。図1は本発明実施例の上面図である。図
2は本発明実施例の断面図(XからX′)である。
【0014】本発明の第一の観点は、誘電体基板5上に
設けられたコプレーナウェーブガイドの金属パターンで
構成される第一の導波路1と、この第一の導波路1の上
に設けられた誘電体膜3と、この誘電体膜3の上に設け
られた金属パターンと第一の導波路1の接地電位金属パ
ターンとして接地電位電極10との間に形成される第二
の導波路2とを備えた高周波用結合器をシミュレーショ
ンにより設計する方法である。
【0015】ここで、本発明の特徴とするところは、こ
の第一の導波路1の非接地金属パターンの長手方向中心
線と第二の導波路2の非接地金属パターンの長手方向中
心線とを互いに平行に設定しておき、その二つの中心線
間の距離をパラメタとして二つの導波路間の結合度を演
算するところにある。
【0016】本発明の第二の観点は、高周波結合器であ
りその特徴とするところは、誘電体基板5上に設けられ
たコプレーナウェーブガイドの金属パターンで構成され
る第一の導波路1と、この第一の導波路1の上に設けら
れた誘電体膜3と、この誘電体膜3の上に設けられた金
属パターンと第一の導波路1の接地電位金属パターンと
の間に形成される第二の導波路2とを備え、この第一の
導波路1の非接地金属パターンの長手方向中心線と第二
の導波路2の非接地金属パターンの長手方向中心線とが
互いに平行にかつずれて形成されたところにある。
【0017】第一の導波路1は、CPW(Coplanar Wave
guide) で構成されることはすでに述べたが、第二の導
波路2は、誘電体膜3および第一の導波路1の接地電位
金属パターンによりマイクロストリップ線路を構成す
る。
【0018】誘電体基板5は長方形であり、第一の導波
路1の入出力端Port3およびPort4は、誘電体
基板5の長手方向の両端にそれぞれ設けられ、第二の導
波路2の入出力端Port1およびPort2は、誘電
体基板5の片側の長辺に偏って設けられ、この長辺は、
この第二の導波路2の第一の導波路1に対するずれ方向
側にある長辺である。これは、次に示す図3(a)、
(b)に比較してマッチングを良くするためである。
【0019】その他の第二の導波路2の設置パターンを
図3を参照して説明する。図3は第二の導波路2のその
他の設置パターンを示す図である。図3(a)は、第二
の導波路2の第一の導波路1に対するずれの反対方向に
ある長辺に入出力端Port1および2が設けられてい
る。図3(b)は、入出力端Port1および2がそれ
ぞれ反対側に設けられている。このような入出力端Po
rt1および2の配置もマッチングは若干悪いが、配線
の引き出し方向が限定されている場合など用途に応じて
用いることができる。
【0020】次に、本発明実施例の動作を説明する。第
二の導波路2の入出力端Port1に入力された信号
は、入出力端Port2に出力される。しかし、その途
中で第一の導波路1と結合しているため入出力端Por
t3にもその信号が出力される。結合部の長さがその信
号のλ/4に近い周波数では入出力端Port4には信
号は出力されない。
【0021】本発明実施例の動作特性をコンピュータに
よる電磁界シミュレーションで示す。これは市販ソフト
の有限要素法を用いたものである。図4を参照してこの
シミュレーションのパラメータを示す。図4はシミュレ
ーションのパラメータを示す図である。図4(a)に示
すように、第一の導波路1の厚みt1 =0μm(ただし
抵抗は零)、第二の導波路2の厚みt2 =0μm(ただ
し抵抗は零)、誘電体基板5の厚みtS =450μm,
εs (誘電率)=13.0、誘電体膜3の厚みtp =5
μm,εp (誘電率)=3.3、第一の導波路1と接地
電位電極10との距離s=37.5μm、第一の導波路
1の幅W1 =75μm 第二の導波路2の幅W2 =25μm 図4(b)に示すように、区間L′=1000μmとす
る。
【0022】第一の導波路1と第二の導波路2との中心
位置のずれを0〜100μmまで変化させたときの28
GHz信号に関する結合特性を図5に示す。図5はずれ
と結合特性との関係を示す図である。横軸にオフセット
距離を示し、縦軸に結合特性を示す。図5からわかるよ
うに、ずれの大きさを変化させることにより、結合特性
は−3dBから−30dBまでの範囲で設計可能であ
る。
【0023】入力される周波数を変化させたときの結合
特性を図6を参照して説明する。図6は周波数と結合特
性との関係を示す図である。図6は横軸に周波数を示
し、左側の縦軸は入出力端Port1から入力して入出
力端Port2に出力したときの伝送特性を示し、右側
の縦軸は入出力端Port1から入力して入出力端Po
rt3に出力したときの結合特性を示す。ただし、ずれ
の大きさは62.5μmとしてシミュレーションを行っ
た。図6からわかるように、広帯域にわたり実用化でき
る結合特性を有している。
【0024】アイソレーション特性および反射特性を図
7を参照して説明する。図7はアイソレーション特性お
よび反射特性を示す図である。横軸に周波数を示し、縦
軸に伝送特性を示す。アイソレーション特性は入出力端
Port1から入力した信号を入出力端Port4で計
測するとしてシミュレーションを行った。反射特性は入
出力端Port1から入力したときの入出力端Port
1への反射を計測するとしてシミュレーションを行っ
た。いずれも、広帯域にわたり実用化できる特性を有し
ていることがわかる。
【0025】また、図4(b)に示した区間L′におい
てずれLの大きさ、第一の導波路1の幅W1 、第二の導
波路2の幅W2 、第一の導波路1と接地電位電極10と
の距離sを一定の値とせず、いくつかの区間ごとにちが
う値をとるようにすることによりさらに広帯域化がはか
れる。
【0026】本発明実施例では、誘電体基板5の上にコ
プレーナウェーブガイド型の第一の導波路1を設け、誘
電体膜3を介して第二の導波路2を設けるように説明し
たが、誘電体基板5の上に第二の導波路2を設け、誘電
体膜3を介して最上部にコプレーナウェーブガイド型の
第一の導波路1を設ける構成とすることもできる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば製
作工程が簡単であり、結合特性を設計値にしたがって正
確に設定できる結合器が提供できる。すなわち、一つの
集積回路内に結合係数の異なる特性の結合器が必要とさ
れるときには、誘電体膜の厚さまたは材料の変更をする
ことなく配線パターンの設計変更だけでこれに対応する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の上面図。
【図2】本発明実施例の断面図。
【図3】第二の導波路のその他の設置パターンを示す
図。
【図4】シミュレーションのパラメータを示す図。
【図5】オフセットと結合特性との関係を示す図。
【図6】周波数と結合特性との関係を示す図。
【図7】アイソレーション特性および反射特性を示す
図。
【図8】従来例の構成図。
【図9】従来例の構成図。
【図10】従来例の構成図。
【符号の説明】
1 第一の導波路 2 第二の導波路 3 誘電体膜 4 エアブリッジ 5 誘電体基板 L 距離 L′区間 Port1〜Port4 入出力端 s 第一の導波路と接地電位電極との距離 t1 第一の導波路の厚み t2 第二の導波路の厚み tS 誘電体基板の厚み tp 誘電体膜の厚み W1 第一の導波路の幅 W2 第二の導波路の幅

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘電体基板上に設けられた金属パターン
    で構成される第一の導波路と、この第一の導波路の上に
    設けられた誘電体膜と、この誘電体膜の上に設けられた
    金属パターンの少なくとも一部を非接地金属パターンと
    する第二の導波路とを備えた高周波用結合器をシミュレ
    ーションにより設計する方法において、 この第一の導波路の非接地金属パターン(幅W1 )の長
    手方向中心線と前記第二の導波路の非接地金属パターン
    (幅W2 )の長手方向中心線とを互いに平行に設定して
    おき、その二つの中心線間の距離(L)をパラメータと
    して二つの導波路間の結合度を演算することを特徴とす
    る高周波用結合器の設計方法。
  2. 【請求項2】 前記第一の導波路はコプレーナウェーブ
    ガイドであり、前記第二の導波路が前記第一の導波路上
    に設けられた誘電体膜とこの誘電体膜上に設けられた金
    属パターンおよび前記第一の導波路の接地電位金属パタ
    ーンで構成されるマイクロストリップ線路である請求項
    1記載の高周波用結合器の設計方法。
  3. 【請求項3】 誘電体基板上に設けられた金属パターン
    で構成される第一の導波路と、この第一の導波路の上に
    設けられた誘電体膜と、この誘電体膜の上に設けられた
    金属パターンの少なくとも一部を非接地金属パターンと
    する第二の導波路とを備え、 この第一の導波路の非接地金属パターン(幅W1 )の長
    手方向中心線と前記第二の導波路の非接地金属パターン
    (幅W2 )の長手方向中心線とが互いに平行にかつずれ
    て形成されたことを特徴とする高周波用結合器。
  4. 【請求項4】 前記第一の導波路はコプレーナウェーブ
    ガイドであり、前記第二の導波路が前記第一の導波路上
    に設けられた誘電体膜とこの誘電体膜上に設けられた金
    属パターンおよび前記第一の導波路の接地電位金属パタ
    ーンで構成されるマイクロストリップ線路である請求項
    3記載の高周波用結合器。
JP5074558A 1993-03-31 1993-03-31 高周波用結合器およびその設計方法 Pending JPH06291524A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07263923A (ja) * 1994-03-23 1995-10-13 Murata Mfg Co Ltd 90°分配器
KR100613041B1 (ko) * 2004-12-23 2006-08-16 학교법인 경희대학교 코플래나웨이브가이드에 유전체공진기를 결합시킨병렬공진회로
US7605676B2 (en) 2003-04-25 2009-10-20 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Directional coupler
JP2013534766A (ja) * 2010-07-01 2013-09-05 ノキア シーメンス ネットワークス オサケユキチュア アンテナ構成体
US10263330B2 (en) 2016-05-26 2019-04-16 Nokia Solutions And Networks Oy Antenna elements and apparatus suitable for AAS calibration by selective couplerline and TRX RF subgroups

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