JPH0661709A

JPH0661709A - ハイブリッドカプラ

Info

Publication number: JPH0661709A
Application number: JP4211182A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hayashi; 克彦林
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1992-08-07
Filing date: 1992-08-07
Publication date: 1994-03-04

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】本発明は、ハイブリッドカプラに関し、ハイ
ブリッドカプラの小型化及び薄型化を実現し、かつ、そ
の製造を容易にすることを目的とする。【構成】図Ａ，図Ｂのように、２つの信号線路導体
４，５を、同一の高誘電体層８−３上に、所定の間隔を
おいて設定すると共に、信号線路導体４，５の両側（積
層方向の両側）を高誘電体層８−２，８−３で挟み、そ
の片側、或いは両側を低誘電体層７−１，７−４で挟
み、更にその片側、或いは両側にＧＮＤ電極２を設定し
た。また、図１Ｃのように、２つの信号線路導体４，５
を、積層方向で向かい合うようにして、異なる高誘電体
層８−３，８−５上に設定すると共に、各信号線路導体
４，５の両側を、高誘電体層８−２〜８−５で挟んで高
誘電体の積層構造体とし、該積層構造体の両側を、低誘
電体層７−１，７−４で挟み、更にその両側（積層方向
の両側）に、ＧＮＤ電極２を設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コードレスホン、携帯
電話機等の無線機器、或いは、その他の各種通信機器等
の分野において、方向性結合器、移相器、電力分配器、
電力合成器等として利用可能な分布定数型のハイブリッ
ドカプラに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５、図６は従来例を示した図であり、
図５、図６中、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３はポート（入／出力端
子）、ＨＹはハイブリッド回路、Ｒｅは抵抗、ｓｔ１，
ｓｔ２はストリップライン、１は誘電体基板、２はＧＮ
Ｄ電極、３は誘電体、４、５は信号線路導体（ストリッ
プラインｓｔ１，ｓｔ２を構成する導体）を示す。

【０００３】従来、各種の無線機器、或いは、他の通信
機器等において、ハイブリッド回路を使用したカプラ
（以下、単に「ハイブリッドカプラ」という）が用いら
れていた。

【０００４】ハイブリッドカプラ（ｈｙｂｒｉｄｃｏ
ｕｐｌｅｒ）は、一般的に、３つ以上のポート（入／出
力端子）を持ち、方向性結合器、移相器として用いられ
たり、或いは、電力の分配器、合成器、として用いられ
たりする。

【０００５】例えば、ハイブリッドカプラは、図５Ａに
示したように、ハイブリッド回路ＨＹに、３つのポート
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を設け、ポートとしない部分に抵抗Ｒ
ｅを接続した構成となっている。

【０００６】図５Ａにおいて、ポートＰ３に信号を入力
すると、ポートＰ１，Ｐ２の両方に信号が現れる（分配
器として使用する場合）。また、ポートＰ１に信号を入
力すると、ポートＰ３には信号が現れるが、ポートＰ
１，Ｐ２間には、アイソレーションがあるため、ポート
Ｐ２には、信号が現れない。

【０００７】更に、ポートＰ２に信号を入力した場合に
も、ポートＰ３には信号が現れるがポートＰ１には、信
号が現れない。しかし、ポートＰ１，Ｐ２に同時に信号
を入力すると、これらの信号が合成されて、ポートＰ３
に現れる（合成器として使用する場合）。

【０００８】なお、ポートＰ３に信号を入力して、ポー
トＰ１，Ｐ２から信号を取り出す場合、ポートＰ１，Ｐ
２の信号は、互いに位相の等しい場合もあれば、位相の
異なる場合もある。例えば、ポートＰ３に信号を入力し
て、ポートＰ１，Ｐ２に９０°位相の異なる信号が現れ
るようにして、９０°移相器を実現することも出来る。

【０００９】上記ハイブリッドカプラの回路例を図５Ｂ
に示す。この例は、分布定数型のハイブリッドカプラの
例であり、上記ハイブリッド回路ＨＹを、２つのストリ
ップラインｓｔ１，ｓｔ２で実現している。

【００１０】このような分布定数型のハイブリッドカプ
ラをモジュール化した例を、図６に示す。図６Ａは、マ
イクロストリップラインを使用したハイブリッドカプラ
のモジュール例であり、図６Ｂは、トリプレートライン
（トリプレート型のストリップライン）を使用したハイ
ブリッドカプラのモジュール例である。

【００１１】図示のように、図６Ａの例では、誘電体基
板１の一面に、所定の間隔をおいて、２つの信号線路導
体４，５を設け、該誘電体基板１の他面に、ＧＮＤ電極
２を設けたものである。この場合、信号線路導体４，５
は、それぞれ、マイクロストリップライン（上記ストリ
ップラインｓｔ１，ｓｔ２に相当）を構成するものであ
る。

【００１２】また、図６Ｂの例は、所定の間隔で配置さ
れた２つの信号線路導体４，５の両側（周囲）に、誘電
体（誘電体層）３を設け、該誘電体３の外周部（ただ
し、電極取り出し面を除く）に、ＧＮＤ電極２を設けた
ものである。

【００１３】すなわち、信号線路導体４，５の両側を誘
電体で挟み、その両側に、ＧＮＤ電極を設けたトリプレ
ート構造としたものである。この場合、信号線路導体
４，５は、それぞれ、トリプレート型のストリップライ
ン（上記ストリップラインｓｔ１，ｓｔ２に相当）を構
成するものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のも
のにおいては、次のような課題があった。（１）、図６Ａに示したマイクロストリップライン使用
のハイブリッドカプラは、信号線路導体が表面に露出し
ている。従って、波長短縮が大きくないため、モジュー
の小型化が困難である。

【００１５】（２）、図６Ｂに示したトリプレートライ
ン使用のハイブリッドカプラは、所定のラインインピー
ダンスを得るため、誘電体を厚くする必要がある。従っ
て、モジュールが大型化する。また、誘電体がセラミッ
クの場合、該誘電体が厚いと、その製造過程において、
脱バインダー処理に時間がかかる。

【００１６】本発明は、このような従来の課題を解決
し、ハイブリッドカプラの小型化と、薄型化を実現し、
かつ、その製造を容易にすることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図であり、図１中、図５，図６と同じものは、同一符号
で示してある。また、７−１，７−４は低誘電体層、８
−１〜８−５は高誘電体層、８は高誘電体の積層構造体
を示す。

【００１８】本発明は上記の課題を解決するため、次の
ように構成した。（１）、複数の誘電体層を積層した積層体に、ハイブリ
ッド回路を構成する２つの信号線路導体４，５を設定し
たハイブリッドカプラであって、上記誘電体層を、低誘
電体層（誘電率：ε₁）と、高誘電体層（誘電率：
ε₂）とで構成し（ただし、ε₁＜ε₂）、上記２つの
信号線路導体４，５を、同一の高誘電体層８−３上に、
所定の間隔をおいて設定すると共に、該信号線路導体
４，５の両側（積層方向の両側）を、高誘電体層８−
２，８−３で挟み、その積層方向の片側に、低誘電体層
７−４を設け、更に、該低誘電体層７−４の外側（高誘
電体層の反対側）に、ＧＮＤ電極２を設定した。

【００１９】（２）、複数の誘電体層を積層した積層体
に、ハイブリッド回路を構成する２つの信号線路導体
４，５を設定したハイブリッドカプラであって、上記誘
電体層を、低誘電体層（誘電率：ε₁）と、高誘電体層
（誘電率：ε₂）とで構成し（ただし、ε₁＜ε₂）、
上記２つの信号線路導体４，５を、同一の高誘電体層８
−３上に、所定の間隔をおいて設定すると共に、該信号
線路導体４，５の両側（積層方向の両側）を、高誘電体
層８−２，８−３で挟み、その両側（積層方向の両側）
を低誘電体層７−１，７−４で挟み、更にその両側（積
層方向の両側）に、ＧＮＤ電極２を設定した。

【００２０】（３）、複数の誘電体層を積層した積層体
に、ハイブリッド回路を構成する２つの信号線路導体
４，５を設定したハイブリッドカプラであって、上記誘
電体層を、低誘電体層（誘電率：ε₁）と、高誘電体層
（誘電率：ε₂）とで構成し（ただし、ε₁＜ε₂）、
上記２つの信号線路導体４，５を、積層方向で向かい合
うようにして、異なる高誘電体層８−３，８−５上に設
定すると共に、上記各信号線路導体４，５の両側（積層
方向の両側）を、高誘電体層８−２〜８−５で挟んで、
高誘電体の積層構造体８とし、該積層構造体８の両側
（積層方向の両側）を、低誘電体層７−１，７−４で挟
み、更にその両側（積層方向の両側）に、ＧＮＤ電極２
を設定した。

【００２１】

【作用】上記構成に基づく本発明の作用を、図１に基づ
いて説明する。上記信号線路導体に接続された入力ポー
トに信号を入力すると、該信号は、信号線路導体４、５
を伝播し、所定の出力ポートに出力する（上記従来例と
同様に動作する）。

【００２２】一般的に、上記ハイブリッドカプラのよう
な高周波部品は、所定の入力及び出力インピーダンス
（例えば、５０Ω）に設計する必要がある。この入／出
力インピーダンスをＺ₀、信号ラインの持つインダクタ
ンス成分をＬ、信号ラインとＧＮＤ電極間の容量成分を
Ｃとした場合、Ｚ₀∝√Ｌ／√Ｃの関係がある。

【００２３】本発明のハイブリッドカプラのような分布
定数線路では、Ｌはあまり大きくできないので、Ｃを小
さくする必要がある。すなわち、Ｃを小さくするには、
信号ラインとＧＮＤ電極間の距離を大きくする必要があ
る（Ｃ∝１／Ｔｄただし、Ｔｄ：コンデンサの電極間距
離）。

【００２４】上記の事項より、誘電体として高誘電体を
用いた場合、誘電体による波長短縮（λ／√ε_r，ただ
し、λ：信号の波長，ε_r：誘電体の比誘電率）によ
り、信号の伝達方向は小型化されるが、Ｃが大きくなる
ため厚み方向は（信号ラインとＧＮＤ電極間）は厚くす
る必要がある。

【００２５】また、誘電体として低誘電体を用いた場
合、Ｃを低くできるため厚み方向（信号ラインとＧＮＤ
電極間）は薄く出来る（Ｃ∝ε_r）が、信号伝達方向は
小型化は出来ない。

【００２６】そもそも、高周波帯では、信号導体の導体
損が無視出来ないため、信号伝達方向が大きい（伝送路
が長い）ものは、部品特性としての信号の挿入損失とい
う面で不利である。

【００２７】ところで、本発明においては、各信号線路
導体（信号ライン）４，５は、高誘電体層８−２，８−
３、或いは、８−２〜８−５によって挟まれており、従
来のように、空間に露出した部分もない。このため、比
誘電率ε_rを大きくした場合、十分な波長短縮が出来
る。

【００２８】しかも、高誘電体層の比誘電率ε_rが大き
い場合でも、ＧＮＤ電極２との間には、低誘電体層７−
４、又は７−１，７−４或いは７−１，７−６が介在し
ているため、積層体の厚みを薄くしても、Ｃ成分（容量
成分）が大きくならない。従って、薄くて、小型のハイ
ブリッドカプラを容易に製造出来る。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。（第１実施例の説明）図２、図３は、第１実施例の説明
図であり、図２は、ハイブリッドカプラの分解斜視図、
図３Ａはハイブリッドカプラの斜視図（完成したモジュ
ールの外観図）、図３Ｂは、図３ＡのＸ−Ｙ方向断面図
である。

【００３０】図２、図３中、図１、図５、図６と同じも
のは、同一符号で示してある。また、９は引き出し部、
１０はＧＮＤ端子（外部端子）、１１は信号端子（外部
端子）を示す。

【００３１】本実施例のハイブリッドカプラは、セラミ
ック多層基板を用いたＳＭＤ（表面実装部品）モジュー
ルとして実現した例であり、その回路は、図５Ｂに示し
たような分布定数型のハイブリッド回路（２つのストリ
ップラインｓｔ１，ｓｔ２使用）である。

【００３２】図２に示したように、本実施例のセラミッ
ク多層基板は、第１層及び第４層の低誘電体層（誘電
率：ε₁）７−１，７−４と、第２層及び第３層の高誘
電体層（誘電率：ε₂）８−２，８−３で構成されてい
る（ただし、ε₁＜ε₂）。

【００３３】そして、第１層の低誘電体層７−１上に
は、ＧＮＤ電極２をほぼ全面に形成（ベタＧＮＤパター
ン）し、第２層の高誘電体層８−２には、パターンを形
成せず、第３層の高誘電体層８−３上には、所定の間隔
をおいて２つの信号線路導体４、５を形成する。

【００３４】また、第４層の低誘電体層７−４の下側
に、ＧＮＤ電極２をほぼ全面に形成する（ベタＧＮＤパ
ターン）。この場合、上記ＧＮＤ電極２、信号線路導体
４，５は、それぞれ、導体ペーストの印刷等により、厚
膜導体として形成する。また、上記信号線路導体４，５
は、それぞれ、上記ストリップラインｓｔ１，ｓｔ２
（図５参照）を構成する導体である。

【００３５】このようにすれば、信号線路導体４，５の
両側（積層方向の両側）を高誘電体層８−２，８−３で
挟み、その両側（積層方向の両側）を低誘電体層７−
１，７−４で挟み、更に、その両側（積層方向の両側）
をＧＮＤ電極２−１，２−２で挟んだ構造となる。

【００３６】なお、上記ＧＮＤ電極２には、それぞれ多
層基板の側面部まで延長した引き出し部９を形成してお
き、この引き出し部９を、図３に示したＧＮＤ端子（外
部端子）１０に接続する。また、上記信号線路導体４，
５は、それぞれ多層基板の側面部まで延長しておき、図
３に示した信号端子（外部端子）１１に接続する。

【００３７】このようにして、ＳＭＤ化したハイブリッ
ドカプラとなる（図３参照）。（第２実施例の説明）図４は第２実施例の説明図であ
り、図４中、図１〜図３、図５、図６と同じものは同一
符号で示してある。また、７−６は低誘電体層、８−
５，８−６は高誘電体層を示す。

【００３８】本実施例のハイブリッドカプラは、セラミ
ック多層基板を用いたＳＭＤ（表面実装部品）モジュー
ルとして実現した例であり、その回路は、図５に示した
ような分布定数型のハイブリッド回路（２つのストリッ
プラインｓｔ１，ｓｔ２使用）である。

【００３９】図４に示したように、第２実施例のセラミ
ック多層基板は、第１層及び第６層の低誘電体層（誘電
率：ε₁）７−１，７−６と、第２層乃至第３層の高誘
電体層（誘電率：ε₂）８−２〜８−５で構成されてい
る（ただし、ε₁＜ε₂）。

【００４０】そして、第１層の低誘電体層７−１上に
は、ＧＮＤ電極２を、ほぼ全面に形成（ベタＧＮＤパタ
ーン）し、第２層の高誘電体層８−２には、パターンを
形成せず、第３層の高誘電体層８−３上には、信号線路
導体４を形成する。

【００４１】また、第４層の高誘電体層８−４上には、
パターンを形成せず、第５層の高誘電体層８−５上に
は、信号線路導体５を形成し、第６層の低誘電体層７−
６の下側には、ＧＮＤ電極２をほぼ全面に形成する（ベ
タＧＮＤパターン）。

【００４２】この場合、上記ＧＮＤ電極２、信号線路導
体４，５は、それぞれ、導体ペーストの印刷等により、
厚膜導体として形成する。また、上記信号線路導体４，
５は、それぞれ、上記ストリップラインｓｔ１，ｓｔ２
（図５参照）を構成する導体であり、積層方向で向かい
合うように形成する。

【００４３】このようにすれば、２つの信号線路導体
４，５を、積層方向で向かい合うようにして、異なる高
誘電体層８−３，８−５上に設定すると共に、上記各信
号線路導体４，５の両側（積層方向の両側）を、高誘電
体層８−２〜８−５で挟んで、高誘電体の積層構造体と
し、該積層構造体の両側（積層方向の両側）を、低誘電
体層７−１，７−４で挟み、更にその両側（積層方向の
両側）を、ＧＮＤ電極２で挟んだ構造となる。

【００４４】なお、この例でも上記実施例と同じよう
に、上記ＧＮＤ電極２をＧＮＤ端子（外部端子）に接続
する。また、上記信号線路導体４，５は、それぞれ多層
基板の側面部まで延長しておき、信号端子（外部端子）
に接続する。

【００４５】（他の実施例）以上実施例について説明し
たが、本発明は次のようにしても実施可能である。（１）、上記第１実施例の低誘電体層７−１，７−４、
及び、第２実施例の低誘電体層７−１，７−６を、例え
ば、エポキシ等の樹脂の誘電体層で構成することも可能
である。

【００４６】（２）、上記第１実施例の低誘電体層７−
１，７−４、及び、第２実施例の低誘電体層７−１，７
−６を樹脂の誘電体層で構成し、上記第１実施例の高誘
電体層８−２，８−３及び第２実施例の高誘電体層８−
２〜８−５を、例えば、エポキシ等の樹脂に、例えば、
チタン酸系セラミックを分散させた、樹脂系の高誘電体
層で構成することも可能である。

【００４７】（３）、図４に示した第２実施例のハイブ
リッドカプラにおいて、高誘電体層８−４は用いなくて
も良い。（４）、上記実施例における各誘電体層の厚みは、特性
を出す上で必要な任意の厚みに設定すれば良い。

【００４８】上記図２に示した第１実施例のハンブリッ
ドカプラにおいて、第１層の低誘電体層７−１と、その
上のＧＮＤ電極２を取り除いたマイクロストリップライ
ンで構成することも可能である。

【００４９】この場合、第２層，第３層の高誘電体層８
−２，８−３（信号線路導体４，５を含む）と、第４層
の低誘電体層７−４及び、この低誘電体層７−４の下側
に設けたＧＮＤ電極２とで上記マイクロストリップライ
ンを構成する。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。（１）、一般的に、上記ハイブリッドカプラのような高
周波部品は、所定の入力及び出力インピーダンス（例え
ば、５０Ω）に設計する必要がある。この入／出力イン
ピーダンスをＺ₀、信号ラインの持つインダクタンス成
分をＬ、信号ラインとＧＮＤ電極間の容量成分をＣとし
た場合、Ｚ₀∝√Ｌ／√Ｃの関係がある。

【００５１】本発明のハイブリッドカプラのような分布
定数線路では、Ｌはあまり大きくできないので、Ｃを小
さくする必要がある。すなわち、Ｃを小さくするには、
信号ラインとＧＮＤ電極間の距離を大きくする必要があ
る（Ｃ∝１／Ｔｄただし、Ｔｄ：コンデンサの電極間距
離）。

【００５２】上記の事項より、誘電体として高誘電体を
用いた場合、誘電体による波長短縮（λ／√ε_rただ
し、λ：信号の波長，ε_r：誘電体の比誘電率）によ
り、信号の伝達方向は小型化されるが、厚み方向は（信
号ラインとＧＮＤ電極間）は厚くする必要がある。

【００５３】また、誘電体として低誘電体を用いた場
合、厚み方向（信号ラインとＧＮＤ電極間）は薄く出来
る（Ｃ∝ε_r）が、信号伝達方向は小型化は出来ない。
そもそも、高周波帯では、信号導体の導体損が無視出来
ないため、信号伝達方向が大きい（伝送路が長い）もの
は、部品特性としての信号の挿入損失という面で不利で
ある。

【００５４】ところで、本発明においては、各信号線路
導体（信号ライン）は、高誘電体層によって挟まれてお
り、従来のように、空間に露出した部分もない。このた
め、比誘電率ε_rを大きくした場合、十分な波長短縮が
出来る。

【００５５】しかも、高誘電体層の比誘電率ε_rが大き
い場合でも、ＧＮＤ電極との間には、低誘電体層が介在
しているため、積層体の厚みを薄くしても、Ｃ成分（容
量成分）が大きくならない。

【００５６】従って、上記高誘電体層での波長短縮によ
る小型化と、低誘電体層による薄型化により、薄くて小
型のハイブリッドカプラが得られる。（２）、基板を薄くする事ができるため、基板にセラミ
ック多層基板を用いた場合、脱バインダーが行い易く、
かつ、脱バインダーを行う時間も短くて済む。その結
果、ハイブリッドカプラの製造が容易となり、製造時間
が短縮出来る。

【００５７】（３）、分布定数型のハイブリッドカプラ
の小型化が出来ると共に、コストダウンも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の第１実施例の説明図（ハイブリッドカ
プラの分解斜視図）である。

【図３】本発明の第１実施例の説明図であり、Ａ図はハ
イブリッドカプラの斜視図、Ｂ図はＡ図のＸ−Ｙ方向の
断面図である。

【図４】本発明の第２実施例の説明図（ハイブリッドカ
プラの分解斜視図）である。

【図５】従来のハイブリッドカプラの説明図であり、Ａ
図はハイブリッドカプラのブロック図、Ｂ図は回路例で
ある。

【図６】従来のハイブリッドカプラ例であり、Ａ図は例
１（マイクロストリップライン使用）、Ｂ図は例２（ト
リプレートライン使用）を示す。

【符号の説明】

２ＧＮＤ電極４信号線路導体５信号線路導体７−１，７−４，７−６低誘電体層８−２〜８−５高誘電体層８高誘電体の積層構造体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の誘電体層を積層した積層体に、ハイブリッド回路（ＨＹ）を構成する２つの信号線路導
体（４，５）を設定したハイブリッドカプラであって、上記誘電体層を、低誘電体層（誘電率：ε₁）と、高誘
電体層（誘電率：ε₂）とで構成し（ただし、ε₁＜ε
₂）、上記２つの信号線路導体（４，５）を、同一の高誘電体
層（８−３）上に、所定の間隔をおいて設定すると共
に、該信号線路導体（４，５）の両側（積層方向の両側）
を、高誘電体層（８−２，８−３）で挟み、その積層方向の片側に、低誘電体層（７−４）を設け、更に、該低誘電体層（７−４）の外側（高誘電体層の反
対側）に、ＧＮＤ電極（２）を設定したことを特徴とす
るハイブリッドカプラ。
【請求項２】複数の誘電体層を積層した積層体に、ハイブリッド回路（ＨＹ）を構成する２つの信号線路導
体（４，５）を設定したハイブリッドカプラであって、上記誘電体層を、低誘電体層（誘電率：ε₁）と、高誘
電体層（誘電率：ε₂）とで構成し（ただし、ε₁＜ε
₂）、上記２つの信号線路導体（４，５）を、同一の高誘電体
層（８−３）上に、所定の間隔をおいて設定すると共
に、該信号線路導体（４，５）の両側（積層方向の両側）
を、高誘電体層（８−２，８−３）で挟み、その両側（積層方向の両側）を低誘電体層（７−１，７
−４）で挟み、更にその両側（積層方向の両側）に、ＧＮＤ電極（２）
を設定したことを特徴とするハイブリッドカプラ。
【請求項３】複数の誘電体層を積層した積層体に、ハイブリッド回路（ＨＹ）を構成する２つの信号線路導
体（４，５）を設定したハイブリッドカプラであって、上記誘電体層を、低誘電体層（誘電率：ε₁）と、高誘
電体層（誘電率：ε₂）とで構成し（ただし、ε₁＜ε
₂）、上記２つの信号線路導体（４，５）を、積層方向で向か
い合うようにして、異なる高誘電体層（８−３，８−
５）上に設定すると共に、上記各信号線路導体（４，５）の両側（積層方向の両
側）を、高誘電体層（８−２〜８−５）で挟んで、高誘
電体の積層構造体（８）とし、該積層構造体（８）の両側（積層方向の両側）を、低誘
電体層（７−１，７−４）で挟み、更にその両側（積層方向の両側）に、ＧＮＤ電極（２）
を設定したことを特徴とするハイブリッドカプラ。