JPH11127005A - 積層型方向性結合器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ローパスフィルタ機能を内蔵した積層型方向
性結合器を提供する。 【解決手段】 第１のアース電極と第２のアース電極に
挟まれた領域に、コイル構造の主線路と副線路が配され
てなる積層型方向性結合器において、前記第２のアース
電極と第３のアース電極に挟まれた領域に容量形成電極
を配し、前記主線路に前記容量形成電極により構成され
るコンデンサを接続してローパスフィルタを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、マイクロ波通信機
器などに用いられる方向性結合器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の複数のストリップラインを用いた
方向性結合器を図４に示す。この従来例は、主線路及び
副線路を同じ基板上に作製した同一平面型の場合を示
す。これは、裏面に平面状の地導体５２が形成された誘
電体基板５１の表面に２本のストリップライン５３、５
４が間隔Ｓだけ離れて平行に配されている。これらのス
トリップライン５３、５４の平行な長さは誘電体基板内
を伝搬する電磁波の波長の１／４波長の長さになるよう
に構成されている。

【０００３】ポートＰ１より入力された高周波電力は、
主線路であるストリップライン５３を通り、ポートＰ２
に出力される。このとき、主線路であるストリップライ
ン５３と副線路であるストリップライン５４との結合に
より、ストリップライン５３を通る電力の一部が、スト
リップライン５４に流れ、ポートＰ３に出力される。こ
のとき、ポートＰ４には出力は現れない。次に、主線路
であるストリップライン５３の逆方向に、つまりポート
Ｐ２からポートＰ１に向かって電力を流した場合、その
一部の電力がポートＰ４に現れ、ポートＰ３には現れな
い。つまり、このような構成をとることにより、主線路
のストリップライン５３を流れる順方向電力と逆方向電
力の一部を、副線路のストリップライン５４の出力ポー
トＰ３及びＰ４端子にそれぞれ分離して取り出すことが
できる。これが、方向性結合器の基本的な動作である。

【０００４】主線路５３から副線路５４への結合は、二
つのストリップラインの平行部分の間隔Ｓを調節するこ
とにより可能である。図４の従来例の説明では、主線路
及び副線路をストリップライン５３、５４としたが、図
４の対称な構造から明らかなように、主線路及び副線路
の役割を入れ替えても、同じように方向性結合器の基本
的動作を実現できる。

【０００５】このように高周波電力の一部を方向性を持
たせて分離する機能を有する方向性結合器は、マイクロ
波通信の例えば携帯電話器の送信器の送信電力を制御す
るため用いられる。図５にその応用例のブロック図を示
す。方向性結合器７１の主線路７２のポートＰ１、Ｐ２
を送信電力増幅器とアンテナ７４の間に配するととも
に、副線路７３の一つのポートＰ３を自動利得制御回路
に接続し、他のポートＰ４に電力を吸収する抵抗素子７
５を接続する。このようにすると、送信電力増幅器の出
力の一部だけがポートＰ３に現れ自動利得制御回路に導
かれる。アンテナ７４から逆流する高周波電力の一部は
ポートＰ４に現れ、抵抗素子７５で吸収される。自動利
得制御回路の信号出力は利得制御可能な送信電力増幅器
に送られ、目的に応じた高周波出力の制御を行うことが
できる。

【０００６】また、この方向性結合器を積層構造で構成
した例として、特開平７−１３１２１１号公報がある。
これには、１回以上巻回された２個のストリップライン
が２つの地導体に挟まれた構造の積層型方向性結合器が
示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイク
ロ波通信分野でめざましい発展を遂げている携帯電話器
などでは、その小型化が重要な課題となっており、素子
単体の小型化とともに、複数の機能を一つの素子に組み
込んだ複合化が要求されるようになっている。本発明
は、上記のことを鑑みて、ローパスフィルタ機能を内蔵
した積層型方向性結合器を提供すること、又そのローパ
スフィルタ機能を内蔵した積層型方向性結合器を小型に
構成することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１のアース
電極と第２のアース電極に挟まれた領域に、主線路と副
線路が配置され、第２のアース電極と第３のアース電極
に挟まれた領域に、容量形成電極が配置され、前記主線
路に容量形成電極により構成されるコンデンサを接続
し、前記主線路と前記コンデンサとによりローパスフィ
ルタを構成していることを特徴とするローパスフィルタ
機能を有する積層型方向性結合器である。

【０００９】また本発明は、前記主線路は少なくとも１
回以上巻回されたコイル状に形成されているのである。

【００１０】また本発明は、前記副線路は一回以上巻回
されたコイル構造となっているものである。

【００１１】また本発明は、前記副線路は一回未満に巻
回されたコイル構造となっているものである。

【００１２】また本発明は、前記容量形成電極は、一面
でアース電極と対向し、他面で他の容量形成電極と対向
する構造となっているものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明では、第１と第２のアース
電極に挟まれた領域に、主線路と副線路を形成し、方向
性結合器を構成している。そして、前記第２のアース電
極と第３のアース電極に挟まれた領域に、容量形成電極
を形成し、これにより構成されたコンデンサを前記主線
路に接続してローパスフィルタを構成している。つま
り、主線路を方向性結合器の主線路として、更にローパ
スフィルタのＬ素子として用い、兼用することにより、
方向性結合器とローパスフィルタを一体化するととも
に、素子数を削減し、小型化を達成するものである。

【００１４】本発明の構造では、主線路が一回以上巻回
されたコイル構造、副線路が一回以上又は一回未満巻回
されたコイル構造となっており、それぞれの巻回部分が
互いに重なっている構造を用いている。これにより、従
来１／４波長の長さの主線路及び副線路としていたもの
を、長さを１／８〜１／１５波長程度と短くした主線路
及び副線路にて構成することが可能となり、小型化を達
成できる。つまり、従来の方向性結合器では、主線路と
副線路は、その線路を所定間隔で一定長さ対向させて結
合させていたが、本発明では、主線路と副線路は、コイ
ル状であり、そのコイルによる磁気結合により結合させ
ている。言い換えれば、本発明は、線路を所定間隔で対
向させるのではなく、コイルを対向させている構造であ
る。

【００１５】また本発明では、積層型方向性結合器の積
層構造を利用し、その積層型方向性結合器を構成してい
る一方のアース電極と第３のアース電極との間に、容量
形成電極層を配置している。この容量形成電極層は、２
つの電極層で構成できる。それぞれアース電極と対向す
る電極層であり、かつ各電極層がその一部で対向する構
造としている。

【００１６】これにより、コイル構造の主線路の両端に
コンデンサを接続する構造が可能となっている。このコ
イル構造の主線路はＬ素子として見ることができ、その
Ｌ素子の両端にアースに接続されるコンデンサを接続し
て、所謂π型のローパスフィルタを構成している。さら
に、そのＬ素子の両端間にもコンデンサを接続した構造
となっている。つまり、コイル状の主線路は、方向性結
合器の主線路の役割とローパスフィルタのＬ素子の役割
を有し、兼用することにより、複合化及び小型化を容易
としている。

【００１７】本構造によれば、巻回するコイルの断面積
及び主線路と副線路の間隔を変更すること及び副線路の
巻回数を一回未満にすることにより、任意の結合度を得
ることが出来る。また巻回するコイルの断面積及び容量
形成電極の大きさ、アース電極との間隔を変更すること
により、種々の周波数のシステムに容易に対応すること
が可能である。

【００１８】また第２のアース電極で、主線路、副線路
部分と容量形成電極部分を仕切ることにより、方向性を
妨げる不要な浮遊容量及び干渉を排除することができ、
優れた特性の方向性結合器を得ることができる。

【００１９】このように、本発明によれば非常に簡単な
構造により、ローパスフィルタ機能付積層型方向性結合
器を構成することができる。また、複合化することによ
り、部品の実装工数を低減でき、また部品ごとのバラツ
キによる特性バラツキを抑制することができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を詳
細に説明する。本発明に係わる一実施例の内部パターン
構造図を図１に示す。また、本発明に係わる一実施例の
積層型方向性結合器１の斜視図を図２に示す。

【００２１】本発明の実施例である積層型方向性結合器
１は、第１のアース電極用誘電体層２と、主線路用のコ
イル電極が形成された誘電体層３、４と、副線路用のコ
イル電極が形成された誘電体層５、６と、第２のアース
電極用誘電体層７と、容量形成電極が形成された誘電体
層１０、１１と、第３のアース電極用誘電体層９と、保
護用誘電体層８とを積層して構成されている。これらの
各誘電体層は、低温焼結用のセラミックグリーンシート
が用いられている。

【００２２】前記誘電体層２は、セラミックグリーンシ
ートの上に端部を少し残して一面に第１のアース電極２
ａが形成されている。アース電極２ａの中央の端部には
２箇所の突起が設けられ、側面の二つの外部電極２ｂに
接続される。前記主線路用の誘電体層３は、セラミック
グリーンシートの一面にストリップライン電極３ａが形
成されている。このストリップライン電極３ａの一端は
外部電極３ｂに接続され、他端には、スルーホール１２
が形成されている。もう一つの主線路用の誘電体層４
は、セラミックグリーンシートの一面にストリップライ
ン電極４ａが形成されている。このストリップライン電
極４ａの一端は外部電極４ｂに接続され、他端は、前記
誘電体層３のスルーホール１２と接続される。これによ
り約２回巻のコイルを形成し、主線路としている。

【００２３】副線路用の誘電体層５、６は、主線路用の
誘電体層３、４と同様の構成であり、ストリップライン
電極５ａと６ａは、スルーホール１２で接続され、約２
回巻のコイルの構成となっている。そして、それぞれ側
面の外部電極５ｂ、６ｂに接続される。前記誘電体層７
は、前記誘電体層２と同じ構成であり、セラミックグリ
ーンシートの上に端部を少し残して一面に第２のアース
電極７ａが形成されている。そして、側面の二つの外部
電極２ｂに接続される。この第１のアース電極２ａと第
２のアース電極７ａは、主線路、副線路の高周波電力が
外部に漏れることを防ぐシールド効果を実現している。

【００２４】容量形成用誘電体層１０には、容量形成用
電極１０ａが形成されている。この容量形成用電極１０
ａは、一端が外部電極４ｂに接続される。この外部端子
４ｂにより、主線路の端部と接続される。また容量形成
用誘電体層１１にも同様に容量形成用電極１１ａが形成
されている。そして、この容量形成用電極１１ａは、一
端が外部電極３ｂに接続される。この外部端子３ｂによ
り、主線路の端部と接続される。また、この容量形成用
電極１０ａと１１ａとは、一部分が互いに対向するよう
に形成されている。

【００２５】そして、誘電体層９には、第３のアース電
極９ａが形成されている。これは、第１及び第２のアー
ス電極と同様である。そして、最上層に保護用の誘電体
層８が設けられている。

【００２６】上記誘電体層は、所定の各電極が印刷技術
により形成された後に積み重ねられ、９００℃程度の温
度で焼成され一体化される。結果として図２に示す方向
性結合器１が完成する。尚、側面の外部電極２ｂ、３
ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂは、グリーンシートの積層体を焼
成した後に、印刷焼付け及びメッキにより形成した。本
実施例のセラミックグリーンシートは、比誘電率εｒが
約８で、９００℃で焼成可能な誘電材料であり、積層後
一体焼成して完成したローパスフィルタ機能付積層型方
向性結合器の外寸法は、３．２×１．６×１．０ｔ（ｍ
ｍ）であった。尚、電極にはＡｇペーストを用い、スク
リーン印刷で形成した。

【００２７】この実施例の等価回路図を図３に示す。ス
トリップライン電極３ａと４ａとを接続した主線路はＬ
１で示され、ストリップライン電極５ａと６ａとを接続
した副線路はＬ２で示される。また、容量形成用電極１
０ａと第２のアース電極７ａとにより、コンデンサＣ２
を、容量形成用電極１１ａと第３のアース電極９ａとに
より、コンデンサＣ１を、そして、容量形成用電極１０
ａと容量形成用電極１１ａとにより、コンデンサＣ３を
構成している。そして、主線路Ｌ１と副線路Ｌ２が結合
して、方向性結合器を構成し、Ｌ１、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３
にてローパスフィルタを構成している。つまり、Ｌ１
は、方向性結合器の主線路であり、かつローパスフィル
タのＬ素子であり、２つの役目を果たしている。

【００２８】実施例１ 上記実施例において、主線路、副線路を構成するコイル
の断面積（コイルの環状部の内周部分の面積）を１．２
６ｍｍ^２とし、主線路の４ａと副線路の５ａとの間隔を
２００μｍとし、容量形成電極１０ａ、１１ａの面積を
１．７ｍｍ^２とし、容量形成電極１０ａ、１１ａとアー
ス電極７ａ、９ａとの間隔を５０μｍとして、積層型方
向性結合器を得た。この実施例１の結合特性を図７に、
アイソレーション特性を図８に示す。この図７、８に示
すように、この実施例１は、９００ＭＨｚにおいて、１
４ｄＢの結合度、２４ｄＢのアイソレーションを得てい
る。また、図９に通過特性を示す。９００ＭＨｚ
（ｆ_０）において挿入損失０．５ｄＢ、２倍波（２
ｆ_０：１８００ＭＨｚ）、３倍波（３ｆ_０：２７００Ｍ
Ｈｚ）の減衰量も３０ｄＢと良好なローパスフィルタ特
性を有している。このように、実施例１は、ローパスフ
ィルタ機能を有する方向性結合器として優れた特性を有
している。

【００２９】実施例２ 実施例２の積層パターン図を図６に示す。この実施例２
は、実施例１の内部構造（図１）とほぼ同様であって、
パターン形状を変更したものである。誘電体層１５に第
１のアース電極１５ａ、誘電体層２０に第２のアース電
極２０ａ、誘電体層２３に第３のアース電極２３ａが形
成され、誘電体層１６、１７のライン電極１６ａ、１７
ａをスルーホール１２で接続して、約２回巻のコイルを
構成し、主線路を構成し、誘電体層１８、１９のライン
電極１８ａ、１９ａをスルーホール１２で接続して、約
２回巻のコイルを構成し、副線路を構成している。そし
て、容量形成電極２１ａ、２２ａが誘電体層２１、２２
に形成されている。回路構造、外部端子構造は、実施例
１と同様である。

【００３０】この実施例２において、主線路、副線路を
構成するコイルの断面積（コイルの環状部の内周部分の
面積）を０．３６ｍｍ^２とし、主線路の１７ａと副線路
の１８ａとの間隔を１００μｍとし、容量形成電極２１
ａ、２２ａの面積を１．２ｍｍ^２とし、容量形成電極２
１ａ、２２ａとアース電極２０ａ、２３ａとの間隔を１
００μｍとして、積層型方向性結合器を得た。尚、外寸
法は、３．２×１．６×１．０ｔ（ｍｍ）であり、誘電
体には、比誘電率εｒが約８で、９００℃で焼成可能な
誘電材料を用いた。また、電極材料は、Ａｇを用いた。

【００３１】この実施例２の結合特性を図１０に、アイ
ソレーション特性を図１１に示す。この図１０、１１に
示すように、この実施例２は、１７００ＭＨｚにおい
て、１５ｄＢの結合度、２６ｄＢのアイソレーションを
得ている。また、図１２に通過特性を示す。１７００Ｍ
Ｈｚ（ｆ_０）において挿入損失０．５ｄＢ、２倍波（２
ｆ_０：３４００ＭＨｚ）、３倍波（３ｆ_０：５１００Ｍ
Ｈｚ）の減衰量も３０ｄＢ以上と良好なローパスフィル
タ特性を有している。このように、実施例２も、ローパ
スフィルタ機能を有する方向性結合器として優れた特性
を有している。

【００３２】実施例３ 実施例３の積層パターン図を図１３に示す。この実施例
３は、実施例１の内部構造において副線路の巻回数を１
回未満にしたものである。誘電体層２６に第１のアース
電極２６a、誘電体層３０に第２のアース電極３０a、誘
電体層３３に第３のアース電極３３ａが形成されてい
る。誘電体層２７,２８のライン電極２７a、２８aはス
ルーホール１２で接続され、約２回巻のコイルを構成
し、主線路を構成している。誘電体層２９のライン電極
２９aは約０．７回巻のコイルを構成し、副線路を構成
している。そして、容量形成電極３１ａ、３２ａが誘電
体層３１、３２に形成されている。回路構造、外部端子
構造は、実施例１と同様である。

【００３３】この実施例３において、主線路を構成する
コイルの断面積を実施例１と同じく１．２６ｍｍ^２と
し、主線路の２８ａと副線路の２９ａとの間隔を２５０
μｍとし、容量形成電極３１ａ、３２ａの面積を１．７
ｍｍ^２とし、容量形成電極３１ａ、３２ａとアース電極
３０ａ、３３ａとの間隔を５０μｍとして、積層型方向
性結合器を得た。この実施例３の結合特性を図１４に、
アイソレーション特性を図１５に示す。この図１４,１
５に示すように、この実施例は９００ＭＨｚにおいて、
２０ｄＢの結合度、３５ｄＢのアイソレーションを得て
いる。また、図１６に通過特性を示す。９００ＭＨｚ
（ｆ_０）において挿入損失０．３ｄＢ、２倍波(２ｆ_０:
１８００ＭＨｚ)、３倍波(３ｆ_０:２７００ＭＨｚ)の減
衰量も３０ｄＢと良好なローパスフィルタ特性を有して
いる。このように実施例３もローパスフィルタ機能を有
する方向性結合器として優れた特性を有している。

【００３４】本発明の実施例によれば、積層型方向性結
合器であって、ローパスフィルタ機能を有するものを非
常に小型に構成することができた。また、方向性結合器
の主線路とローパスフィルタのＬ素子とを共用化するこ
とにより、内部構造を簡単にすることができ、複合化を
容易とし、しかも小型に構成することができた。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、ローパスフィルタ機能
を有する方向性結合器を、簡単な構造で達成でき、非常
に小型で、しかも高性能なローパスフィルタ機能を有す
る積層型方向性結合器を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる一実施例の内部パターン構造
図である。

【図２】 本発明に係わる一実施例の斜視図である。

【図３】 本発明に係わる一実施例の等価回路図であ
る。

【図４】 従来技術の斜視図である。

【図５】 方向性結合器の使用例の回路ブロック図であ
る。

【図６】 本発明に係わる実施例２の内部パターン構造
図である。

【図７】 本発明に係わる実施例１の結合特性のグラフ
である。

【図８】 本発明に係わる実施例１のアイソレーション
特性のグラフである。

【図９】 本発明に係わる実施例１の通過特性のグラフ
である。

【図１０】 本発明に係わる実施例２の結合特性のグラ
フである。

【図１１】 本発明に係わる実施例２のアイソレーショ
ン特性のグラフである。

【図１２】 本発明に係わる実施例２の通過特性のグラ
フである。

【図１３】 本発明に係わる実施例３の内部パターン構
造図である。

【図１４】 本発明に係わる実施例３の結合特性のグラ
フである。

【図１５】 本発明に係わる実施例３のアイソレーショ
ン特性のグラフである。

【図１６】 本発明に係わる実施例３の通過特性のグラ
フである。

【符号の説明】

１ 方向性結合器 ２、７、９、１５、２０、２３、２６、３０、３３ ア
ース電極用誘電体層 ３、４、５、６、１６、１７、１８、１９、２７、２
８、２９ 線路用誘電体層 ８、２４、２５ 保護用誘電体層 ２ａ、１５ａ、２６ａ 第１のアース電極 ３ａ、４ａ、５ａ、６ａ、１６ａ、１７ａ、１８ａ、１
９ａ、２７ａ、２８ａ、２９ａ ストリップライン電極 ２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂ 外部電極 ７ａ、２０ａ、３０ａ 第２のアース電極 ９ａ、２３ａ、３３ａ 第３のアース電極 １０ａ、１１ａ、２１ａ、２２ａ、３１ａ、３２ａ 容
量形成用電極

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のアース電極と第２のアース電極に
   挟まれた領域に、主線路と副線路が配置され、第２のア
   ース電極と第３のアース電極に挟まれた領域に、容量形
   成電極が配置され、前記主線路に容量形成電極により構
   成されるコンデンサを接続し、前記主線路と前記コンデ
   ンサとによりローパスフィルタを構成していることを特
   徴とするローパスフィルタ機能を有する積層型方向性結
   合器。
2. 【請求項２】 前記主線路は少なくとも１回以上巻回さ
   れたコイル状に形成されていることを特徴とする請求項
   １記載の積層型方向性結合器。
3. 【請求項３】 前記副線路は一回以上巻回されたコイル
   構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の積
   層型方向性結合器。
4. 【請求項４】 前記副線路は一回未満に巻回されたコイ
   ル構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の
   積層型方向性結合器。
5. 【請求項５】 前記容量形成電極は、一面でアース電極
   と対向し、他面で他の容量形成電極と対向する構造であ
   ることを特徴とする請求項１記載の積層型方向性結合
   器。