JPH11284413A - 方向性結合器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化した場合でも、主ライン及び副ライン
のライン・インピーダンスを低下させないですむ方向性
結合器を提供する。 【解決手段】 基板１は電気絶縁材料でなる。主ライン
２は基板１の一面上に備えられている。絶縁膜４１、４
２は、主ライン２と副ライン３との間に備えられてい
る。副ライン３は、絶縁膜４１、４２を介して、主ライ
ン２と電磁気的に結合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、方向性結合器に関
する。本発明に係る方向性結合器は、携帯電話や自動車
電話等の無線機器またはその他各種通信機器等の高周波
回路において用いられる。

【０００２】

【従来の技術】この種の方向性結合器は、４つ以上のポ
ート（入／出力端子）を持った回路装置であり、２本の
ストリップラインの内、一方のストリップライン（主ラ
イン）の入力端から出力端の方向に信号が伝送されたと
き、他方のストリップライン（副ライン）の第１の出力
端にのみ、主ラインとの間の結合度によって定まる電力
が発生し、副ラインの第２の出力端には電力が発生しな
い。

【０００３】主ラインの入力端より入力され、出力端の
方向に向かって伝送された信号の一部が、方向性結合器
の後段に接続された回路の入力部等で反射され、反射信
号が、主ラインの出力端から、再び入り込んだ場合、副
ラインの第２の出力端には反射信号によって結合した電
力が発生する。

【０００４】従って、副ラインの第１の出力端からは、
主ラインの入力端から入力された信号によって結合した
電力のみが出力されることになる。

【０００５】方向性結合器としては、２本のラインの長
さを、対象とする周波数帯に対して約１／４波長程度の
長さに設定したものや、２本のラインをコイル形状と
し、コイル結合を利用したもの等が知られている。上記
２本のラインについては、実際の回路において、方向性
結合器の入出力端のインピーダンスを、５０Ω程度に設
定するためのライン・インピーダンスを設計する必要が
ある。ライン・インピーダンスは、各ラインの巾と厚
み、ラインとＧＮＤ電極との距離、及び、ラインとＧＮ
Ｄ電極間に存在する誘電体の誘電率等により定まる。

【０００６】先行技術として、例えば、特開平７−１３
１２１１号公報には、主ライン及び副ラインの積層部分
を、２つのＧＮＤ電極により、上下からサンドイッチす
る構造が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、主ライン及び
副ラインの積層部分を、２つのＧＮＤ電極により、上下
からサンドイッチする構造では、主ライン及び副ライン
のライン・インピーダンスが低下しやすい。即ち、ライ
ン・インピーダンスは、ライン巾、ライン厚み、及びラ
インとＧＮＤ電極と間に介在する誘電体の誘電率に加え
て、ラインとＧＮＤ電極との距離より決まるから、２つ
のＧＮＤ電極により、主ライン及び副ラインの積層部分
を、上下からサンドイッチする構造では、主ライン及び
副ラインと、ＧＮＤ電極との距離を大きして、ライン・
インピーダンスの低下を押さえなければならない。この
ため、方向性結合器としての全体厚みが厚くなりやすか
った。

【０００８】また、従来の方向性結合器は、厚みが厚く
なりやすいため、電極パターン形成領域の平面積を小さ
くして小型化していくと、平面積に対する厚みの比が大
きくなり、実装時の安定性（俗に言う座り）が悪くな
る。このため、量産時、或いはマザーボード等へのマウ
ント時に工程上の処理がしづらくなる。

【０００９】本発明の課題は、小型化した場合でも、主
ライン及び副ラインのライン・インピーダンスを低下さ
せないですむ方向性結合器を提供することである。

【００１０】本発明のもう一つの課題は、主ライン及び
副ラインの間の結合度を、適切な値に、容易に調整し得
る方向性結合器を提供することである。

【００１１】本発明の更にもう一つの課題は、量産また
はマザーボード等へのマウント処理の容易な方向性結合
器を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明に係る方向性結合器は、基板と、主ライン
と、副ラインと、絶縁膜とを含む。前記基板は、電気絶
縁材料でなる。前記主ラインは、前記基板の一面上に備
えられている。

【００１３】前記絶縁膜は、少なくとも、前記主ライン
と前記副ラインとの間に備えられている。前記副ライン
は、前記絶縁膜を介して、前記主ラインと電磁気的に結
合する。

【００１４】本発明に係る方向性結合器において、少な
くとも、主ラインと副ラインとの間に、絶縁膜が備えら
れており、副ラインは、絶縁膜を介して、主ラインと電
磁気的に結合する。従って、主ラインと副ラインとの間
に、絶縁膜を介して、電磁気的結合を生じさせ、主ライ
ンを通って伝送される信号を副ライン側に結合させるこ
とが可能となる。

【００１５】また、副ラインは、絶縁膜を介して、主ラ
インと電磁気的に結合するから、ＧＮＤ電極を設ける場
合、ＧＮＤ電極を、主ラインまたは副ラインの何れか一
方側にのみに配置する。これにより、ＧＮＤ電極で主ラ
イン及び副ラインをサンドイッチする従来構造に比べ、
小型化した場合でも、主ライン及び副ラインのライン・
インピーダンスを低下させないですむ。

【００１６】しかも、副ラインを、絶縁膜を介して、主
ラインに対して電磁気的に結合させる構造であるから、
絶縁膜の厚みや誘電率等を選定することにより、主ライ
ン及び副ラインの間の結合度を、適切な値に調整するこ
とができる。

【００１７】更に、ＧＮＤ電極は、主ラインまたは副ラ
インの何れか一方側にのみに配置されることになるか
ら、全体の厚みを薄くすることができる。このため、電
極パターン形成領域の平面積を小さくして小型化した場
合でも、方向性結合器としての平面積に対する厚みの比
を、俗に言う座りのよい値に設定し、量産またはマザー
ボード等へのマウント処理の容易な方向性結合器を得る
ことができる。

【００１８】好ましい態様として、基板はその内部にＧ
ＮＤ電極が備えられる。この構成によれば、ＧＮＤ電極
と主ライン及び副ラインとの距離を十分確保することが
できるようになり、主ライン及び副ラインのライン・イ
ンピーダンスを低下させないですむ。

【００１９】また、主ライン及び副ラインは、うず巻き
状パターンを有する。渦巻き状であると、主ライン及び
副ラインの間の結合度を、渦巻きパターンの長さ、形状
及び重なり具合を調整することにより、制御することが
可能である。

【００２０】更に別の好ましい態様では、主ラインのラ
イン長を、副ラインのライン長より短くする。この構成
によれば、副ラインの両出力端間におけるダイレクティ
ビティを向上させることができる。また、主ラインのラ
イン長が短くなることから、挿入損失が低下する。

【００２１】本発明の他の目的、構成及び利点について
は、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。添付図面
は、単に、実施例を示すものに過ぎない。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る方向性結合器
の分解斜視図、図２は図１に示した方向性結合器の外観
斜視図、図３は図２の３ー３線に沿った断面図、図４は
図２の４ー４線に沿った断面図である。図３及び図４で
は、内部構造理解のために、切断位置を、３ー３線及び
４ー４線において正確に切断されたものとは若干異なら
せてある。

【００２３】図１〜４を参照すると、本発明に係る方向
性結合器は、基板１と、主ライン２と、副ライン３と、
絶縁膜４とを含む。基板１は、電気絶縁材料でなる。主
ライン２は、基板１の一面上に備えられている。

【００２４】絶縁膜４は、少なくとも、主ライン２と副
ライン３との間に備えられている。副ライン３は、絶縁
膜４を介して、主ライン２と電磁気的に結合する。実施
例において、絶縁膜４は、第１の絶縁膜４１及び第２の
絶縁膜４２を含んでいる。第１の絶縁膜４１は、主ライ
ン２を覆い、主ライン２の一端に接続する第１の接続導
体膜５１２及び副ライン３の一端に接続する第２の接続
導体膜６２２を支持している。第２の絶縁膜４２は、第
１の絶縁膜４１の上に積層され、副ライン３を支持して
いる。

【００２５】第１の絶縁膜４１及び第２の絶縁膜４２
は、基板１の相対する両辺にスペースが残るように付与
され、残ったスペースの一方に外部接続用の対の導体膜
５１１、５２１が備えられている。導体膜５１１は主ラ
イン２の一部を構成する。導体膜５１１、５２１の間に
は接地電極となる導体膜７１１が備えられている。端子
電極５２１の表面には、端子電極５２２が積層されてお
り、端子電極５２１と端子電極５２２は電気的に接続さ
れて端子電極５２が構成されている。

【００２６】スペースの他方には導体膜６１１、６２１
が備えられている。導体膜６１１、６２１の間には接地
電極として用いられる導体膜７２１が備えられている。

【００２７】第１の接続導体膜５１２は、一端が第１の
絶縁膜４１を貫通するスルーホール８１によって、主ラ
イン２の一端２１に接続される。第１の接続導体膜５１
２の他端は、導体膜５１１に重なり、導体膜５１１と共
に、端子電極５１を構成する。

【００２８】第２の接続導体膜６２２は、一端が第２の
絶縁膜４２を貫通するスルーホール８２によって、副ラ
イン３の一端に接続され、他端が端子電極６２１に重な
る。端子電極６２１と、その上に重なる第２の接続導体
膜６２２とにより、端子電極６２が構成される。導体膜
６１１には副ライン３の他端を構成する導体膜６１２が
積層され、導体膜６１１と導体膜６１２とにより端子電
極６１が構成される。

【００２９】更に、実施例では、絶縁膜でなる保護層４
３を含んでおり、保護膜４３は、第２の絶縁膜４２の上
に積層され、副ライン３を覆っている。更に、接地電極
として用いられる導体膜７１１、７２１の上には、副ラ
イン３と同時に形成された導体膜７１２、７２２が積層
されている。導体膜７１１と導体膜７１２との積層によ
り、端子電極７１が構成され、導体膜７２１と導体膜７
２２との積層により、端子電極７２が構成される。

【００３０】上述したように、本発明に係る方向性結合
器において、少なくとも、主ライン２と副ライン３との
間に、第１の絶縁膜４１及び第２の絶縁膜４２が備えら
れており、副ライン３は、第１の絶縁膜４１及び第２の
絶縁膜４２を介して、主ライン２と電磁気的に結合す
る。従って、主ライン２を通って伝送される信号を副ラ
イン３側に結合させることが可能となる。

【００３１】実施例において、基板１はその内部にＧＮ
Ｄ電極９が備えられる。この構成によれば、ＧＮＤ電極
９は、主ライン２または副ライン３の何れか一方側にの
みに配置されることになる。これにより、ＧＮＤ電極９
と主ライン２及び副ライン３との距離を十分確保するこ
とができるようになり、小型化した場合でも、主ライン
２及び副ライン３のライン・インピーダンスを低下させ
ないですむ。

【００３２】また、副ライン３を、第１の絶縁膜４１及
び第２の絶縁膜４２を介して、主ライン２に対して電磁
気的に結合させる構造であるから、第１の絶縁膜４１及
び第２の絶縁膜４２の厚みや誘電率等を選定することに
より、主ライン２及び副ライン３の間の結合度を、適切
な値に調整することができる。

【００３３】またＧＮＤ電極９は、主ライン２または副
ライン３の何れか一方側にのみに配置されることになる
から、全体の厚みを薄くすることができる。このため、
電極パターン形成領域の平面積を小さくして小型化した
場合でも、方向性結合器としての平面積に対する厚みの
比を、俗に言う座りのよい値に設定し、量産またはマザ
ーボード等へのマウント処理の容易な方向性結合器を得
ることができる。

【００３４】実施例において、主ライン２及び副ライン
３は、うず巻き状パターンを有する。渦巻き状である
と、主ライン２及び副ライン３の間の結合度を、渦巻き
パターンの長さ、形状及び重なり具合を調整することに
より、制御することが可能である。

【００３５】主ライン２は、主たる信号通過ラインとし
て用い、副ライン３は、主ライン２に対して電磁気的に
結合するラインとして用いる。この場合、主ライン２の
ライン長を、副ライン３のライン長よりは短くする。こ
の構成によれば、副ライン３の両出力端間におけるダイ
レクティビティを向上させることができる。また、主ラ
イン２のライン長が短くなることから、挿入損失が低下
する。

【００３６】上記ライン長の関係から主ライン２よりも
副ライン３の方がその入出力端におけるインピーダンス
が高くなるように思われるが、渦巻きパターンにより形
成される副ライン３のの電極面積が、主ライン２の渦巻
きパターンのそれよりも増大することにより、基板１内
のＧＮＤ電極９に対する接地容量が増加し、副ライン３
の入出力端のインピーダンスが低下することの方が実際
は影響が大きい。

【００３７】実施例では、ライン長の短い主ライン２を
下側とし、副ライン３を上側に配置する構造としてある
から、副ライン３の渦巻きパターン部分が、基板１内の
ＧＮＤ電極９に対して距離が大きくなる構造となってお
り、副ライン３の渦巻きパターンにより形成されるパタ
ーンの電極面積が、主ライン２の渦巻きパターンのそれ
よりも増大しても、副ライン３の渦巻きパターンによる
基板１内のＧＮＤ電極９に対する接地容量の増加を抑え
ることができる。

【００３８】本発明に係る方向性結合器を構成する材料
については特に限定するものではないが、基板１はセラ
ミック材料で構成することができる。セラミックとガラ
スとの混合でなるセラミック材料が特に適している。

【００３９】セラミック材料でなる基板１によれば、熱
膨張等による電気特性への影響を小さくできること、及
び、多層配線構造を取りやすいという利点が得られる。
また、主ライン２や導体膜５１１、５２１、６１１、６
２１、７１１、７２１等を、厚膜法で形成することが可
能となる。厚膜法は、スクリーンを用いて導体ペースト
を印刷し、その後焼成により導体パターンとする方法で
あり、例えば湿式メッキや蒸着、スパッタに比べ、厚い
導体を容易に形成できる。そのため、高周波帯において
低損失の導体パターンを形成できる長所がある。また、
導体パターンは、導体ペースト中に含有されるガラスフ
リットにより、基板１に強固に付着させることが可能で
ある。

【００４０】基板１上に主ライン２、導体膜５１１、５
２１、６１１、６２１、７１１、７２１を形成するのに
適した別の手段は、フォトリソグラフィ技術である。フ
ォトリソグラフィ技術の適用に当たっては、基板１の表
面全面に導体ペーストを塗布し、焼成して導体膜を形成
する。

【００４１】次に、導体膜の上に、フォトレジスト塗料
を塗布し、塗布されたフォトレジストをフォトマスクを
用いて露光し、現像し、更にエッチングして、目的の導
体パターンを形成する。

【００４２】基板１の表面全面に導体ペーストを塗布
し、焼成して導体膜を形成する工程によれば、導体膜を
厚膜法で形成されできるため、基板１に対して十分な付
着強度を持つ導体膜を形成することが可能となる。これ
により、本発明の方向性結合器をマザーボードに搭載し
た際、マザーボードに対して十分な固着強度を持たせる
ことが可能となる。また、フォトリソグラフィ技術の適
用により、高精度の導体パターンを形成することができ
る。

【００４３】第１の絶縁膜４１及び第２の絶縁膜４２と
しては、フォトリソグラフィ技術を適用しやすいポリイ
ミド樹脂、エポキシ樹脂等が適している。第２の絶縁膜
４２の表面に、副ライン３等の導体膜を形成する手段と
しては、湿式メッキ、蒸着またはスパッタ等の方法で導
体膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を適用し
て、目的の導体パターンを形成する方法が適している。

【００４４】図５は本発明に係る方向性結合器１００を
マザーボード２００上に搭載した際の断面図を示してい
る。方向性結合器１００は、保護膜４３を下側にして、
マザーボード２００の上に搭載されている。接地用の導
体膜７１１、７１２が、マザーボード２００の表面に形
成された導体パターン２１０、２２０に半田３１０、３
２０によって接続されている。図示はされていないが、
導体膜５１１、５２１及び導体膜６１１、６２１もマザ
ーボード２００に形成された他の導体パターンに半田付
けされる。

【００４５】このような接続を行わせる場合、端子電極
５１、５２、６１、６２、７１、７２を構成する導体膜
５１２、５２２、６１２、６２２、７１２、７２２の表
面に半田バンプ（突起物）を形成しておくことが好まし
い。この半田バンプを、図５の半田３１０、３２０とし
て利用することにより、方向性結合器１００をマザーボ
ード２００に半田付けすることができる。

【００４６】半田バンプは、クリーム半田を導体膜５１
２、５２２、６１２、６２２、７１２、７２２の表面に
塗布し、熱処理することにより得られる。また、溶融し
た半田が付着しないシートに半田粒を仮付着させてお
き、この半田粒に導体膜５１２、５２２、６１２、６２
２、７１２、７２２が対応するように張り合わせて熱処
理し、次に、前記シートをはがすことによっても得るこ
とができる。また、導体膜５１２、５２２、６１２、６
２２、７１２、７２２に、半田を蒸着により付着させ、
更に熱処理して得ることも可能である。

【００４７】図６は本発明に係る方向性結合器の電気回
路図を示している。主ライン２の入力端となる端子電極
５１に信号を入力し、出力端となる端子電極５２から信
号を出力させたとき、副ライン３の端子電極６１に、主
ライン２との間の結合度による電力が発生し、端子電極
６２には電力が発生しないという特性を示す。

【００４８】このことにより、方向性結合器１００の端
子電極５１より入力され、端子電極５２を出て行った信
号の一部が、後段の回路（例えばアンテナ）で反射され
て、その反射された信号が方向性結合器１００の出力端
５２から再び入り込んだ場合、副ライン３の出力端６２
には、反射された信号によって結合した電力が発生する
が、端子電極６１には電力は発生しないことになる。従
って、端子電極６１に現れる電力は、方向性結合器１０
０の入力端となる端子電極５１からのみ入力された信号
によって結合した電力のみを出力することになる。ゆえ
に、方向性結合器１００は通過する信号の１方向性電力
のみを検出することが可能となる。

【００４９】前述の方向性結合器を実際の回路内で使用
する場合は、主ライン２及び副ライン３のライン・イン
ピーダンスは、各入出力端が５０Ωになるように設定さ
れ、副ラインの一方の端子には５０Ωの抵抗が他端を接
地する形で付加される。

【００５０】上記実施例では方向性結合器を一個の部品
として形成する例を示したが、他の回路機能、例えばア
ンプやフィルタ等と同一のモジュール内で形成すること
も可能である。また、上記実施例では、外部接続端子電
極に半田バンプを形成しているが、単に半田付け性を良
好にするための半田プリコートのみの処理であってもよ
い。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果を得ることができる。 （ａ）小型化した場合でも、主ライン及び副ラインのラ
イン・インピーダンスを低下させないですむ方向性結合
器を提供することができる。 （ｂ）主ライン及び副ラインの間の結合度を、適切な値
に、容易に調整し得る方向性結合器を提供することがで
きる。 （ｃ）量産またはマザーボード等へのマウント処理の容
易な方向性結合器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る方向性結合器の分解斜視図であ
る。

【図２】図１に示した方向性結合器の外観斜視図であ
る。

【図３】図２の３ー３線に沿った断面図である。

【図４】図２の４ー４線に沿った断面図である。

【図５】本発明に係る方向性結合器をマザーボード上に
搭載した際の断面図を示している。

【図６】本発明に係る方向性結合器の電気回路図を示し
ている。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 主ライン ３ 副ライン ４ 絶縁膜 ４１ 第１の絶縁膜 ４２ 第２の絶縁膜 ４３ 保護膜 ５１、５２ 端子電極 ６１、６２ 端子電極 １００ 方向性結合器 ２００ マザーボード

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、主ラインと、副ラインと、絶縁
   膜とを含む方向性結合器であって、 前記基板は、電気絶縁材料でなり、 前記主ラインは、前記基板の一面上に備えられており、 前記絶縁膜は、少なくとも、前記主ラインと前記副ライ
   ンとの間に備えられており、 前記副ラインは、前記絶縁膜を介して、前記主ラインと
   電磁気的に結合する方向性結合器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された方向性結合器であ
   って、 前記基板は、その内部に接地用電極が備えられている方
   向性結合器。
3. 【請求項３】 請求項１または２の何れかに記載された
   方向性結合器であって、 前記主ライン及び前記副ラインは、うず巻き状パターン
   を有する方向性結合器。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３の何れかに記載さ
   れた方向性結合器であって、 前記主ラインは、ライン長が、前記副ラインのライン長
   よりは短い方向性結合器。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３または４の何れかに記
   載された方向性結合器であって、 前記主ラインは、両端が外部接続用である第１の端子電
   極の対に導かれており、 前記副ラインは、両端が外部接続用である第２の端子電
   極の対に導かれている方向性結合器。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４または５の何れか
   に記載された方向性結合器であって、 前記基板は、セラミック材料によって構成されており、 前記主ラインは、焼結導体膜でなる方向性結合器。
7. 【請求項７】 請求項５または６の何れかに記載された
   方向性結合器であって、 前記第１の端子電極の対及び前記第２の端子電極の対
   は、前記基板の前記一面上において、その周辺部に設け
   られ、表面が露出している方向性結合器。
8. 【請求項８】 請求項７に記載された方向性結合器であ
   って、 前記第１の端子電極対及び前記第２の端子電極対は、そ
   の表面に、半田プリコート層または半田バンプを有する
   方向性結合器。
9. 【請求項９】 請求項５乃至８の何れかに記載された方
   向性結合器であって、 前記絶縁膜は、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜を含んで
   おり、 前記第１の絶縁膜は、前記主ラインを覆い、前記主ライ
   ンの一端に接続する第１の接続導体膜及び前記副ライン
   の一端に接続する第２の接続導体膜を支持しており、 前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜の上に積層さ
   れ、前記副ラインを支持しており、 前記第１の接続導体膜は、前記第１の絶縁膜を貫通する
   スルーホールによって、前記主ラインの前記一端に接続
   され、他端が前記第１の端子電極の対の一つに接続され
   ており、 前記第２の接続導体膜は、前記第２の絶縁膜を貫通する
   スルーホールによって、前記副ラインの前記一端に接続
   され、他端が第２の端子電極対の一つに接続されている
   方向性結合器。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至９の何れかに記載された
    方向性結合器であって、 更に、保護膜を含んでおり、前記保護膜は、前記第２の
    絶縁膜の上に積層され、前記副ラインを覆っている方向
    性結合器。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０の何れかに記載され
    た方向性結合器であって、 前記主ライン及び前記副ラインは、フォトリソグラフィ
    技術を用いて形成されている方向性結合器。