JPS6313502A

JPS6313502A - マイクロ波方向性結合器

Info

Publication number: JPS6313502A
Application number: JP61156153A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Konishi; 小西　良弘; Haruaki Fujimoto; 藤本　晴昭
Original assignee: YUNIDEN KK; Uniden Corp
Current assignee: YUNIDEN KK; Uniden Corp
Priority date: 1986-07-04
Filing date: 1986-07-04
Publication date: 1988-01-20
Also published as: US4823097A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業」二の利用分野〉本発明はマイクロ波領域における方向性結合器の改良に
関し、特に、一対の結合線路部が互いに誘電物質を挟ん
で対向して設けられる分布結合型マイクロ波方向性結合
器の改良に関する。

〈従来の技術〉マイクロ波信号を処理する回路系においては、例えばミ
キシングのため等に方向性結合器を必要とすることが多
い。周知のように、こうしたマイクロ波領域では、方向
性結合器を構成するにも二通りの方法があり、　・つは
導油１ｒｌ・を用いる方法、他の−・つはストリップ線
路ないし導体線路を用いる方法である。

しかし、最近の電ｆ−機器の軒１−小型化の下にあって
は、他の回路部分と回・の回路基板」二に搭載できるこ
とから、特に後者の導体線路を用いた方向性結合器が要
請される傾向が強い。

一方、こうした導体線路を用いてのマイクロ波方向性結
合器としても、従来から各種各様のものが開発されてい
るが、それらは代表的には第１１図から第１４図に示さ
れるものに集約され、さらに区分すると、第１１図に示
される連続した導体パターンタイプと、第１２図から第
１４図までに示される％波長型分布結合タイプに分ける
ことができる。

第１１図（Ａ）に示される方向性結合器３ｏは、全ての
導体パターンが直流的にはオーミックに接続した平面型
分布線路を用いたもので、ブランチライン型と呼称され
ている。簡単に説明すると、対向した一対の端子３１　
、３２と３３　、３４はそれぞれ一本の導体線路３５　
、３６で連結されており、当該線路３５゜３６の長さの
途中は互いにほぼ烏波長だけ離間した二ケ所において、
同様にその長さがほぼ％波長の架橋線路３？　、　３８
で接続されている。

こうした導体パターンは、一般に適当な誘電材料製の基
板（プリント基板）３９の上にパターニラ１グ形成され
、この方向性結合器３０と共に、図示しないが他の回路
系も同一の基板上に搭載されるようになっている。

この方向性結合器３０では、端子３１からの入力は端子
３２　、３４に出力され、端子３３には出力されず、一
方、端子３３からの人力は端７’３２．３４に出力され
、端子３１には出力されない。

第１１図（Ｂ）に示される方向性結合器４０は、ラット
レース型と呼ばれるものであって、誘電体基板４１の上
に、周長がほぼ１局波ＪＬの円形の導体パターン４２と
、その゛ＩＬ１￥方向で対向する二点から引出された端
子４３　、４４と、それら端子４３．４４からそれぞれ
左回り、右回１）にほぼ月波長の点から引出されたさら
に二つの端ｆ４５，４Ｂとをパターニングして成ってい
る。この方向性結合器４０では、端子４３から入力した
マイクロ波釘１３−は端子４４．４５に出力されるが端
ｆ−４６には出力されず、端子４４から入力したマイク
ロ波釘を用土端子４３．４８に出力され、端子４５には
出力されないようになっている。

第１１図に示される各方向性結合器３０．４０は、既述
したように、いづれも各端ｒ−間が完全に導体にて接続
された形ｆＲ；を取っているが、これに対し、分布古都
：を介しての結合を図った月波長分布結合型と呼ばれる
方１ｒｒ目１１結合器もある。

第１２図（Ａ）はそうした方向性結合器５０の基本構成
であって、それぞれ長さがほぼ月波長の一対の結合線路
５１　、５２が間隙５３を介して平行に設けられており
、従って直接にはこの結合線路の厚味の薄い縁部同志が
対向することから、ナローサイドカプリング型と呼称さ
れることもあるが、各結合線路の両端からはそれぞれ各
端子線路５４　、５５　、５８　。

５７が引出されている。こうした導体パターンも適当な
誘電体基板５８のににパターニング形成される。

この方向性結合器５０においては、端子５４からの入力
マイクロ波信号は端子５５，５１３に出力され、端子５
７に出力Ｓれることはなく、また端子５６からの入力マ
イクロ波信号は端子５４．５７に出力されるのみであっ
て、端子５５への出力はない。

第１２図（Ｂ）に示される方向性結合器はオーバレイ型
方向性結合器６０と呼ばれるもので、先の第１２図（Ａ
）に示される断面線１２Ｂ、１２Ｂに従う部分の結合線
路１１１１　、８２　（５１、５２相当）とその間の間
隙６３のＬ方を覆うように、結合度の向」二を図るべく
短線板θ４を設けたものである。

結合線路６１　、６２は誘電体基板８５の上にパターニ
ングされ、短絡板６４は基板ｆ３５１−に一対の結合線
路θ１，６２を埋設するように形成された第一の誘電物
質６Ｂの」二に形成されている。

なお、この図が小すように、−１−記してきた従来例や
後述の第１３図に示す従来例においても、誘電体基板の
裏側には、少なくとも＞１／１該結合部分付近にのみで
あっても基′準′屯位導体面θ７（一般には接地電位に
付けられる）が設けられている。

第１３図（八）に小される従来例はタンデム接続型と呼
ばれる方向性結合器７０であり、第１３図ＣＢ）に示さ
れる従来例はインターデジタル型と呼ばれる方向性結合
器８０である。

これらはいづれも、四つの信号入出力端子７１゜７２　
、７３　、７４　：　８１　、８２　、卸、８４の間に
あって結合に所定の方向性を′Ｉｉ！める結合部分７５
　：　８５に、誘電体基板７６　：　８Ｂの表面に形成
された特定の導体パターンを渡し越すブリッジ線路？？
　、　７１１　：　８１　、８Ｂを要して成っている。

一方、空間的に高さ方向に水平層を重ね合せて組」−げ
るという立体構造に特徴を持つ従来例として、第１４図
に示されるようなトリプレート型方向性結合器９０があ
る。

同図（Ａ）は当該方向性結合器９０の概略的な斜視図、
同図ＣＢ）は同図（Ａ）の断面線１４Ｂ　、　１４Ｂに
従う断面図であるが、この方向性結合器８０は、それぞ
れ片面に一対の引出し端子線路９１，９２；９３，９４
と結合線路９５　；　９Ｂのパターンを有し、他面には
接地導体面θ７，９８を有する一対の誘電体基板１００
゜１０）をそれらの間に誘電体スペーサ板８９を挟んで
対向させ、この状態を維持させることによって構成され
る。

一般には上記の三層構造は、第１４図（Ｂ）に示される
ように、半休１０２　、１０３をネジ１０４　、　、、
、、で組付けることにより内部を閉ざすハウジング１０
５内に収められるが、このハウジング１０５が金属製の
場合には、先に述べた各誘電体基板１００　、１０１の
裏面の接地導体面パターン９７　、９８は不要とされる
。

（発ＩＪが解決しようとする問題点〉上記したように、導体線路を用いてのマイクロ波方向性
結合器にも従来から様々なものがあるが、それらはいづ
れも−・長−・短で、性能的にも物理構造的にも解決す
べき問題を抱えている。

まず第一に、全ての従来構成に共通と考えられる欠点を
挙げると、この種の方向性結合器に必要な誘電体基板の
材質が、当該方向性結合器番こ本来的に要求される電気
的な性能−１−の問題からだけではなく、他の要因によ
り拘束され易いということがある。

例えば実際の回路構造においては、先に述べてきた各従
来例の誘゛屯体基板は、他の回路系の支持基板ともなる
プリント基板で代用されるのが汁通である。換言すれば
、プリント基板の上に他の回路要素のための導体パター
ンを形成すると同時に、こうした方向性結合器に必要な
導電線路パターンも形成されるのである。

そのため、例えば方向性結合器自体としては誘電損の小
さいテフロン等の高価な基板を使用したくとも、逆にそ
の方向性結合器だけのために他の回路要素部分の基板に
まで、テフロン等の高品質材料を用いるのは無駄に過ぎ
、むしろ一般にはコストの低廉化が至上命題であること
から、結局は良くてもガラスエポキシ、紙フェノール等
、プリント基板として性能とコストの両天秤の取れたも
のを妥協的に使用するに留められていた。

さらに、幾何的な二次元平面構造に鑑みてのこうした共
通の欠点に加え、従来の方向性結合器は、それぞれ個別
的にも問題を残していた。　。

第１１図（Ａ）　、　（Ｂ）に示されたブランチライン
型やラットレース型の方向性結合器３０．４０にあって
は、いづれも二次元的に占有面積をかなり要するという
大きな欠点がある。

具体的に言うなら、この方向性結合器３０．４０を例え
ば１ＧＨｚ帯のマイクロ波ミクサ段に使用することを考
えると、短辺でさえ、少なくとも３ｃ＋ｓから４ｃｍ以
」二にのぼる矩形平面領域（一般には９ｃｍ２から１８
ｃｍ２以」二のほぼ正方形領域）を要する。

これは相当に大きな面積領域である。例えばこの種マイ
クロ波利用［，４の一例として、レーダ・ディテクタと
か衛ｊ、４放送受信機等の実際の製品に鑑みると、当該
方向性結合器を除いた他の全回路に要する基板としては
、長辺でさえせいぜい１０ｃ＊オーダからそれ以下で足
りるので、これに比せばこうしたミクサ段等が単一の回
路要素だけで如何に大きな面積を占めてしめうかが理解
される。

実際ト、昨今のこの種方向性結合器を用いる電子回路系
にとって、その占有面積の大きさはほとんど致命的とな
っている。

また、この第１！図（Ａ）　、　（Ｂ）に示される従来
例においては、それぞれこの種方向性結合器に本来的な
形として、それらを−３ｄＢ型に設計しても、一つの入
力を分岐した一ユつの出力に強度差が出易く、使用？１
シ域幅も狭いという欠点があった。

その点、第１２図（＾）に示される烏波長型方向性結合
器５０では、帯域幅は改りされ、比較的広くなってはい
るが、結合度の低さや設計自由度の乏しさを否めなかっ
た。

第１２図（Ｂ）に示されるオーバレイ型方向性結合器６
０では、短絡板８４の存在により、帯域の広さとあいま
って結合度も相当程度改善されるが、いかんせん、こう
した結合線路８１．８２の埋込み構造は製作が難しかっ
た。実際上、昨今の小型電子機器においては採用し得な
い構造である。

第１３図（Ａ）に示されるタンデム接続型方向性結合器
７０や第１３図（Ｂ）に示されるインターデジタル型方
向性結合器８０では、その特性はかなり向上することが
できるが、これも基板の上方をまたいでのブリッジ線路
７７．７Ｂ、８７．８８を要する点で製作が厄介であり
、実用的でない。

ましてや、第１４図に示されるトリプレート型は原理的
には極めて満足する結果が得られる筈であっても、当該
良好な性能を得るための物理構造を維持することが難し
く、三層の全てを厳密に位置決めするのに極めて高度な
技術を要する外、ハウジング１０５を組立てる際のネジ
１０４の締め付は具合によるバラ付きや、結合線路の導
体パターン９５．９１３がない部分における各基板１０
０　、１０１　と中間の誘電体スペーサ板８９との間の
隙間による反り等さえもが問題となる。

また、入出力端ｒ−が基板に対して高さ方向に距離を置
いた上方空間位置にできるので、それと基板上の他の周
辺回路系の配線部分との接続に困難を伴うという欠点も
ある。

本発明はこうした従来の欠点に鑑み、まず第一義に二次
元平面的に見た場合の占有面積の縮小化が図れ、作成が
簡便であり、それでいて電気的な特性を損うこともなく
、要すればむしろ向」二できるマイクロ波方向性結合器
の提供をその目的としたものである。

〈問題点を解決するための手＋＋＞本発明はに記目的を達成するため、烏波長分布結合型の
基本構成に即しながらも、その一対の結合要素を、引出
し線路を配した誘電体基板に対して垂直な仮想面に対し
面対称な面トに構成すること、および−に足面対称な面
を構成し１−記結合要素を物理的に支持する誘電体基板
を上記引出し線路を支持した基板とは別途なｆＡ１ＦＬ
体基板で体栽板ることを提案する。

したがって、本発明によるマイクロ波方向性結合器の発
明としての要旨構成は、基本的には下記の記載により定
義される。

第一の誘電体基板の一主面に対し垂直な仮想面を含んで
起立し、かつ該第−誘電体基板に沿う方向に幅を有する
第二の誘電体基板と；上記仮想面に対し面対称となる上記第二誘電体基板両面
に形成され、該第二誘電体基板を挟み互いに対向する結
合要素を各々有する一対の結合線路部と；該一対の結合線路部の上記幅方向の両端部の各々と電気
的に接続され、上記第一の誘電体基板上に位置する引出
し線路と；を有して成るマイクロ波方向性結合器。

〈作用および効果〉本発明においては顕かなように、マイクロ波方向性結合
器の当該結合に関与する主たる部分、すなわち一対の結
合線路部中の両結合要素が、第一の誘電体基板とは独立
で、しかも起立した第二の誘電体基板の上に形成されて
いる。

したがって第１１図に示したような本質的に占有面積を
大きく取らねばならない従来例に比し、その二次元平面
的な占有面積は大きく低減することができる。

結合部分のみ見ればそれ程には大きな占有面積を取って
はいない第１２図に示されるような従来例に比してもな
お、はぼその平面的な導体幅の寸法部分だけはさらに縮
小化が可能である。

物理構造的にも、第二の誘電体基板を第一の基板に対し
て起立的に設けることはそれ程困難な技術を必要とせず
、第二の誘電体基板にパターニング形成した結合線路部
の端部導体線路に対し、第一誘電体基板に形成した川出
し線路の端部を接続することも、それら線路間の端部同
志での半田付は等により簡単に行なうことができる。

したがって第１２１司（Ｂ）や第１３図、第１４図に示
したような構造的な複雑さを何等要求せず、既存のプリ
ント配線技術に大きな変更を要することもないため、作
成の筒便さという１（的も達成することができる。

にもかかわらず、電気的な設計自由度は大きく、任意の
結合率、所要の帯域のものを設計し易く、要すれば広帯
域で高結合率のものをも比較的簡単に得ることができる
。

特にこれは二つの理由による。その一つは、本発明の構
造によるマイクロ波方向性結合器では、嵐波長分布結合
型と言っても、第１２図に示されたような十ローサイド
カプリング型と異なり、いわゆるワイドサイドカプリン
グ原理をも加え得ることである。第二の誘電体基板を挟
んで対向する一対の結合線路部中の再結合要素は、それ
が導体線路で構成されている場合、その導体幅にわたっ
て互いに対向するからである。

また、後述の実施例に見られるように、結合線路部が集
中定数による結合要素で構成されている場合にも、面と
して対向的に構成されていることに変わりはない。

こうしたことから、原理的に高結合度を得易いものとな
るし、結合要素としての導体線路幅寸法ないし結合要素
部分の面積寸法によって設計自由度は極めて広く取るこ
とができる。これが従来のようにナローサイド結合ｈ；
（理が支配的であると、その導体厚は原理的には住方、
な筈であっても、実際には基板−］二、数層から厚くて
もたかだか百数士脚というように、制限が出てしまうの
である。

第二の理由は、そしてこの理由が極めて有意義な結果を
生むが、結合に関り゛・する第二誘電体基板の材質が第
−誘゛市体基板の材質に拘束されないということである
。すなわち、任意の誘電率や任意の板厚等のものを第一
１ＦＡ重体基板に選択することにより、大きな設、；１
自由度を１１７られるし、例えばテフロン等、高価で誘
電損の小さな材料を選んで高結合効率の達成を図る場合
にも、当該方向性結合自体には関係のない他の周辺回路
系を搭載する大面積の第一誘電体基板の方には安価な材
質を用いることができる。

なお、木節１５１により定義される結合線路部中の結合
要素は、本発明費旨中、実施１１１様項２）で定義され
ているように、それぞれ、第１ｊＡ重体基板の各面にの
み、形成されていても良いし、実施態様項３）に示され
ているように、各結合線路部中の結合要素が第二誘電体
基板の左右に割振られた複数の部分結合要素の集合から
構成されていても良い。上記前者の場合が最も基本的な
形態であることは顕かであるが、後者の場合も実際には
極めて便利な結果を生む。

例えば理解のため、実施態様項３）で定義される整数ｎ
を２°′とすると、部分結合要素はそれぞれ第一、第二
の二つになるが、こうした場合、一方の結合線路部にあ
って第一の結合要素は第二誘電体基板の一面側に形成し
、第二の部分結合要素は接続部を介して電気的に第一部
分結合要素に電気的に接続を取りながら第二誘電体基板
の他面側に配することができる。もちろん、このとき、
他方の結合線路部中の第一の部分結合要素は上記一方の
結合線路部中の第一の部分結合要素に対応的に対向する
べく、第二誘電体基板の上記他面側に形成され、第二の
部分結合要素は上記第二誘電体基板の一面側に形成され
るものとなる。

このようにすると、基本的な構成においては第１誘電体
基板の左側にあった一方のり１出し線路を第二誘電体基
板の右側に持ってき、逆に右側にあった一方の引出し線
路を左側に持ってくる等、四つの引出し線路の相対位置
関係を周辺回路との接続に便利なように変■できるので
ある。

これを一般的に展開すれば、当該実施態様項３）に示さ
れているように、２以１−の整数ｎ個の部分結合要素の
集合の場合に適用できるのである。ただし、理解される
ように、上記引出し線路の相対位置関係の変更のために
この部分要素への分割手法を採用する場合には、ｎが偶
数のときにしか実質的には意味がない。奇数であれば結
合要素が単一の要素から成っている場合と線路引出し方
向は同じになってしまうからである。

しかし、設工１的な要請から、あるいはまた積極的な特
性調整のために、こうした部分要素の集合から結合要素
を構成することも十分に考えられ、したがってそうした
場合には、実施態様用３）における数値ｎは２以Ｉ−で
あれば良く、奇数、偶数を問うことはもちろんない。

（実　施　例）第１図には本発明に即して構成されたマイクロ波方向性
結合器の基本的な第一の実施例が示されている。

本発明では第一の誘電体基板１１と第二の誘電体基板１
２とを使用する。第二の誘電体基板１２は第一の誘電体
基板１１に対し起立した関係に設けられ、図示実施例で
は特にその両面１２ａ　、　１２ｂが共に第一誘電体基
板１１に対し垂直になっている。

したがって当然のことながら、この実施例においては、
当該第二誘電体基板１２の両面１２ａ　、　１２ｂは、
特に第１図（Ｂ）　、　（Ｃ）に示されているように、
第一誘電体基板１１に垂直であって第二誘電体基板の厚
味の真ん中に仮想的に位置する仮想面２５に対し、面対
称の関係にある。

この実施例では、第一誘電体基板１１上には四つの信号
入出力端子を各々構成する引出し線路１７゜ＩＪ１９．
２０がパターニングされ、さらにこの方向性結合器の特
性を調整するための分布線路部２１゜２２がパターニン
グされている。

一方、第二誘電体基板１２の１−記両面１２ａ　、　１
２ｂには、それぞれ結合線路部１５．ｔｏが形成されて
いる。

結合線路部１５．１８は、後述の実施例や既述した所か
ら顕かなように、観念としては結合要素（場合によりこ
れは複数個の部分結合要素を有する）や、必要に応じて
は第二誘電体基板を貫通する電気的な接続部等をも含ん
で成るが、この実施例は比較的基本的な実施例であるた
め、当該結合線路部は単一、一連な結合要素そのものと
して構成されており、所定の導体形状、導体幅のパター
ン１５．１Ｂとしてパターニング形成されている。

もちろん、これら各導体線路ないし結合要素１５　、１
８は、一般的には通常のプリント基板における配線パタ
ーニングと同様の手続によって形成するのが最も簡単で
・Ｊ−法精度も良く、信頼性が高いが、導体箔を個別に
添着することにより形成しても良い。

この実施例の場合、各対応する引出し線路１７〜２０と
各結合要素１５．１Ｂ、さらには各結合要素１５゜１６
と分布線路部２１　、２２とは、それぞれ特に第１図（
Ｃ）に良く示されているように、半田２４により、物理
的および電気的に接続、固定されている。ただし場合に
より、導電性接着剤等の援用を妨げるものではない。

またこのようなことからすれば、第二誘電体基板１２そ
れ自体を第一誘電体基板１１に対し物理的に固定する手
段は特にはなくても良いが、半田付は処理の前には第一
誘電体基板１１の上に立てた状態で仮止めして詮くこと
ができると便利なので、この実施例では第１図（Ｄ）に
良く示されているように、第二誘電体基板１２の両端部
下縁に突起１２ｃ。

１２ｄを形成し、これを第一誘電体基板１１の方の所定
位置に位置決めを兼ねて設けた孔１１ａ、ｌｌｂの中に
やや無理に挿入するようにしている。ただしもちろん、
これは設計事項であって、起立状態に仮保持する必要が
ある場合にも、その手法は様々なものが考えられる。

こうした組立の結果、引出し線路１７．１８は結合線要
素１５の両端に直流的にはオーミックに連続し、引出し
線路１９　、２０も結合要素１６の両端に直流的にオー
ミックに連続する一力、一対の結合線路部（結合要素）
１５．１８がそのに而において誘電体を挟んで対向した
構造が得られる。なお、第一誘電体基板１１の裏面には
全回に、ないし少なくともこの方向性結合器１０のある
近傍部分直下だけでも、この種の方向性結合器に常識的
な事実として、回路基準電位（一般に接地電位）に付け
られる導電面２３が形成されている。

このように、第１図に示される実施例においては、一対
の結合線路部ないしその結合要素１５．１８が誘電体基
板１２を挟んで面対称に対向することとなるが、その結
合動作は次のように説明することができる。

まず一般的な所から始めると、広帯域の方向性結合器を
実現するための条件は、二つの直交モードの中、奇モー
ド励振時の位相定数、インピーダンスを各々βｏ　、　
Ｚａ　、偶モード励振時のそれらをＬｅ　、　Ｚｅ　、
端子の特性インピーダンスをＺとし、回路の結合度をＣ
で表すと、 β０＝βｅ　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・
・（１）Ｚｏ＝Ｚ・［（１−ｃ）／（１＋ｃ）ＩＯ３、
、、、、、（２）Ｚｅ＝Ｚ・［（１＋ｃ）／（１−ｃ）］’−５、、、、
、、（３）が必要なことが知られている。上記（２）　、　（３）
式は、結局、下記の（０式が必要なことを意味している
。

Ｚｅ　＞Ｚｏ　　　　　　　　　　　　、−０，、、（
４）しかるに、第１図の本発明実施例による方向性結合
器ｌＯにおいて、まず電界について考えると、奇モード
励振時は第２図（Ａ）に示されるように。

再結合要素１５　、１８の面対称性を保証する仮想面２
５は電気壁となるため、その電気力線は大部分が第一、
第二の誘電体基板１１．１２中を通過する分布となり、
回路は単位長あたり容量Ｃｏを持つ。

一方、偶モード励振時は第２図（Ｂ）に示されるように
、第二誘電体基板１２の厚味中心の仮想面２５は磁界壁
となり、一部周囲の媒質中をも通過する電気力線分布と
なって、このときにも単位長あた１）に特定の容ｉ１　
Ｃｅを持つ。

しかるに、４．管に第二゛、誘電体ノ＾板１２の誘電率
を周囲の媒質より１・分大きなものに選べば、Ｃｏ　＞
Ｃｅ　　　　　　　　　　　　、−−０−０Ｃ５）なる
条件を比較的筒中に満足することができる。

次いで磁界につき占えると、〜モード励振時は仮想面２
５が電気壁であるため、第３図（Ａ）中にあって矢印で
示されるようなループ状の分布となり、そのときに回路
は単位長あたり特定のインダクタンスＬＯを持つ。

一方、偶モード励振時には、顕かに第３図（Ｂ）に示さ
れるような磁力線分布となり、このときにも回路は単位
長あたり、ある特定のインダクタンスＬｅを持つ。

しかるに、図示のような磁力線分布は、奇モード励振時
には回路１５（２１）と回ｋｖ％１Ｂ（２２）との相互
コンダクタンスが負となり、逆に偶モード励振時には正
となることを意味しているので、結局、Ｌｏ　＜Ｌｅ　
　　　　　　　　　　　　　、、、、、、（８）となる
ことを示している。

こうした（５）　、　（６）式からして、用いる第二誘
電体基板１２の誘電率、板厚、結合要素１５．１８に関
する回路寸法、さらには分布線路部２１　、２２に関す
る回路寸法等を適当に設計すれば、（Ｌｏ−ｃｏ）Ｏｊ＝　（Ｌｅ　−Ｃｅ）”、、、、、
、（７）（Ｌｏ　／Ｃｏ　）　”＜　（Ｌｅ　／Ｃｅ　）　ｏ５
、、、、、、（８）を満足することは容易であり、上記（７）式は上記（１
）式で示した位相条件を満たし、また上記（８）式は上
記（２）式で示したインピーダンス条件を満たし得るか
ら、結局、本発明によれば広帯域の方向性結合器を得ら
れることが分かるし、またその結合度についても、Ｚｏ
　、Ｚｅの設計により相当程度の範囲内で任意に設定可
能となる。もちろん、場合により、分布線路部２１　、
２２は不要となることもある。

本発明の場合、特に有効なのは、第一誘電体基板１１が
例えば紙フェノールを使用しなければならない等、第一
誘電体基板１１が他の周辺回路系を搭載するプリント基
板として材料を特定されて構成された場合にも（そして
そうした場合が最も多いと考えられるが）、もう一つの
設計条件を選択するための第二誘電体ノ＾板１２があり
、この材質を任意のものとし得るということである。

例えば高能率を要求される場合にはテフロン等を選んで
良いし、した場合にも、他の周辺回路系を搭載する基板
全体にこうした高価な基板を使用する場合に比し、第二
誘電体系板１２の寸法はたいして大きくはないので、廉
価に済ませることができ、性能の優秀さをのみ享受する
ことができる。

そして、こうした効果を１１７６だめの作成手法も極め
てｍ単である。何等特殊な技術を要せず、単に基板相互
の組立や半１１１処理に帰結させることができる。

さらに、二次元的な占有ｉｎｉ　Ｊ＆を大きく低減する
ことができ、昨今の各種電子機器における超小型化の意
向に沿うことができる。

ここで本発明の効果を実証するべく、第４図に即し、一
つの具体的な作成例として本発明により１ＧＨｚ帯にお
ける一３ｄＢ方向性結合器を実現した場合につき説明す
る。ここで便宜のため、引出し線路１７〜２０に対して
は第４図（Ａ）に示す順序で端子番号１〜４を付して置
く。各部の寸法や誘電率、誘電正接等のパラメータは次
の通りである。

第一誘電体基板１１の板厚　　１．８ｍ園；同七導体用
の銅箔厚　　１８３ｕｎ　；ＩＧ［ｚにおける誘電率　
　３．Ｅ１５　。

１ＧＨｚにおける誘電正接　　０．００４５　；第二誘
電体基板１２の板厚　　０．７＋ｍｍ；同」−導体用の
銅箔厚　　１Ｂ％ｍ　；ＩＣｌ３における誘電率　　３
．８５；ＩＧＨｚにおける誘電正接　　０．００４５　
。

また、各部寸法は次の通りである。

結合要素１５．１８の幅　　３．７ｍｍ；同上結合要素
の長さ　３７．３ｍｍ　；分布線路部２１．２２の幅　
　１．３鵬■；同上線路部の長さ　３７．３＋＋ｍ；引出し線路部１７〜２０の幅　　３．４５ｍ■：同上線
路部の長さ　１０．０ｍｍ；こうした方向性結合器において上記した順序で端子番号
１〜４をイ・１した場合、そのＳパラメータは第４図（
Ｂ）　、　（Ｃ）に示されるようなものとなった。

これらの特性曲線からすれば、　０．８８〜１．１３０
ＧＨｚ（比帯域幅５７．８％）の範囲内において、結合
誤差０．８ｄＢ以内１位相偏差３度以内、分離度１８ｄ
Ｂ以上、入出カリターンロス１５ｄＢ以」−１という好
結果が得られていることが分かる。なお１本作成例では
、誘電体損のため、約０．３ｄＢの挿入損失が発生した
が、総合的にはほぼオクターブバンドに亘って良好な特
性が得られている。

また、第一、第二誘電体基板材質としては、上記作成例
ではパラメータ表に顧かなように同じ材質を用いたが、
例えば第二誘電体基板にさらに特性的に良好なものを使
用することも本発明の構成では当然に可能である。

第５図から第１０図までは本発明のさらなる実施例を示
している。

先に述べたように、本発明において必要な条件の一つに
、結合線路部ｔ５．ｔｏは第一誘電体基板１１に対して
垂直な仮想面２５に面対称な面上に形成されていなけれ
ばならないというのがあるが、当該結合線路部自体が常
に第一誘電体基板１１に対し垂直である必要はない。

例えば第５図に示されるように、第一誘電体基板１１に
対して垂直な仮想面２５を含む第二誘電体基板１２の両
面１２ａ、１２ｂが両者あいまって末広が１）になるよ
うに傾斜していたり、第６図に示されるように、模型に
逆傾斜していても良い、これでも当該第二誘電体基板１
２の両面１２ａ　、　１２ｂは第一誘電体基板１１に垂
直な仮想面２５に対し、面対称性を維持している。

また、分布線路２１　、２２が極小になるか、または不
要となる設計例においては、当然、上述した実施例群に
おいても対応する部分２１　、２２を省略して良い外、
第７図に示されるように、結合線路部中の結合要素１５
．１８を第二誘電体基板１２の各面上においてやや上方
にパターニングし、図中において見えている部分結合要
素ないし導体部分１５ａ（ｌｅａ）のように、第二誘電
体基板」二を高さ方向に伸びる部分を形成し、結合ｆｉ
Ｊ１５．１０の実効長を確保しながら二次元平面的な全
体形状のより一層の小型化を図っても良い。

こうした考えはさらに、第８図に示されるように結合要
素１５．１６を部分目で示すように蛇行させる手法に展
開することができ、また、電気的な特性上、既述した分
布線路部２１　、２２の存在に起因する容琶分やインダ
クタンス分が必要となった場合には、仮想４１１３で７
１＜されるように、これらを導体パターンにより集中装
架しても良い。

さらに、−１−述の実施例では、いづれも結合要素１５
　、１８は文字通り導体線路のみで形成されていたが、
ここを集中装架型に変更することも可能である。

つまり、第９図に示されるように、インダクタンスはワ
イヤーコイルとかプリンＩ・コイル等のコイル２６で、
キャパシタンスは同様にセラミックコンデンサとかブリ
ントコンデン４Ｊ等のコンデンサ２７で置き変えること
ができる。

以上の実施例においては、いづれも各結合線路部を構成
する結合要素１５．１８は、それぞれ第二誘電体基板１
２の一面側にのみ、形成されていた。換言すれば各結合
線路部はそれぞれ単一の結合要素により構成されていた
。

しかし例えば、四つの入出力端子１７〜２０の相対位置
ないし引出し方向を変えると周辺回路との接続上、都合
が良い場合には、第１θ図に示される実施例のように、
各結合要素１５．１８を第一と第二の二つ（７）ｆｆｆ
ｉ分結合要素１５ｃ、　１５ｄ　；　　１８ｃ、　ｌｅ
ｄに分け、それぞれ一方を第二誘電体基板１２の片面あ
てに配するようにし、それらの中央寄りの端部を第二誘
電体基板１２を貫通するスルーホールや金属ビスないし
金属ロンド等の導電路手段２８を有する接続部で電気的
に接続すれば良い、こうした場合には、それに呼応して
必要に応じ設けられる分布線路部２１．２２も二つの部
分２１ｃ、　２１ｄ　；　　２２ｃ、　２２ｄに分けて
構成される。

なお、厳密には、この第１θ図に示される実施例の場合
、各結合線路部１５．１８は、それぞれ結合に関与する
第一、第二の部分結合要素１５ｃ、　１５ｄ　；１６ｃ
　、　Ｏｌｄと、それら各第−・、第二の部分結合要素
の近接端部相互の間に設けられ、既述の導電路手段２８
を含む接続部とから構成されたものと考えることができ
、第一：Ａ電体基板１１に対して垂直な仮想面に対して
面対称に形成される部分は、少なくともその部分結合要
素１５ｃ、　１５ｄ　；　　１８ｃ、　ｌｅｄに関して
のみであれば良く、導電路手段２８やその直近の導電パ
ターン部分を含む接続部にまで、そうした要求を課すも
のではない。

さらに、この第１０図に示される実施例は、一般的に２
”以」−の整数ｎ個の部分結合要素からなる実施例に展
開することができる。

すなわち、各結合線路部１５．１６を１番目からｎ番目
までのｎ個の部分結合要素の集合で成るものとし、当該
１番１］からｎ番「１までの各部分結合要素を、その隣
接する番ＩＩの部分結合要素同志の近接端部相互が、第
ニー誘電体基板１２を貫通する導電路手段２８を含む接
続部を介して電気的に接続されるようにしながら、第ニ
ー誘電体基板１２の幅方向に沿って当該第二誘電体基板
の一面側と他面側とに順番に振分けるられるように設け
、かつ、各結合線路部中のそれぞれの番目の部分結合要
素を、相手方の結合線路部の同じ番目の部分結合要素に
対し、第二誘電体基板１２を挟んで対応的に対向させれ
ば良い。

もちろん、こうした場合、接続部の数はｎ−１個となる
し、ｎ＝２の場合は上記第１θ図に示される実施例に対
応する。

このようにすると、例えばｎが偶数に選ばれている場合
、第９図までの実施例においては第二誘電体基板１２の
左側にあった一方の引出し線路２０を第二誘電体基板１
２の右側に持ってき、逆に右側にあった一方の引出し線
路１８を左側に持ってくる等、四つの引出し線路の相対
位置関係を周辺回路との接続に便利なように変更できる
のである。

ただし、ｎを奇数に選んだときには、結果としては引出
し線路の相対位置変更の効果はない。しかし、設計的な
要請から、あるいはまた積極的な特性調整のために、こ
うした複数の部分要素の集合からそれぞれの結合要素を
構成することも十分に考えられ、ために当然、数値ｎは
２以上であれば良く、奇数、偶数を問うことはないもの
となる。

また、各々の部分結合要素の寸法も全て同じである必要
はなく、例えば二つの場合にも、一方が他方に比べて大
きくて良い。

この考えを推し進めると、−・方の、ないし最端部の部
分結合要素が究極的に小さくなった結果、接続部が第二
誘電体基板端部側に来た場合も含まれることになる。

以上、各種の実施例につき述べてきたが、要すればこれ
らの実施例の特徴構成部分を複数組合せて、さらに本発
明の新たな実施例とすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により構成されたマイクロ波方向性結合
器の第一の実施例の概略構成図、第２図および第３図は
第１図示実施例の動作の説明図、第４図は第１図に示さ
れる実施例に即して実際に作成された具体的作成例とし
ての方向性結合器の特性図、第５図から該１０図までの
各図はそれぞれ本発明の他の実施例の概略構成図、第１
１図から第１４図までの各図はそれぞれ従来の各種方向
性結合器の概略構成図、である。図中、ｌＯは本発明によるマイクロ波方向性結合器、１
１は第一の誘電体基板、１２は第二の誘電体基板、１５
．１８は結合線路部ないし結合要素、　１５Ｃ２１５ｄ
　；　　ｌｅｅ　、　１８ｄは部分結合要素、１７．１
８，１９゜２０は引出し線路、２１　、２２は分布線路
部、２３は導体面、２５は第一誘電体基板に垂直な仮想
面、２８は各部分結合要素近接端部相互を接続する接続
部中の導電路手段、である。（９ｐ）　Ｊａ）ａＬＵＢＪＰｄ　に〒−Ｃ１（８Ｐ）　　」ｅ４６ＬＬＬＬ’ＪＰｄ　　Ｓ　　　（
５ａＯ）’Ｊ！Ｇａ５Ｅ”Ｊｄ第７図第８図手　’Ｉｆｖｙ’ｃ　　、？１ｌｌ−＋Ｌ１：　（自発
）昭和６１年１２月２５ト１

Claims

【特許請求の範囲】１）第一の誘電体基板の一主面に対し垂直な仮想面を含
んで起立し、かつ該第ー誘電体基板に沿う方向に幅を有
する第二の誘電体基板と；上記仮想面に対し面対称となる上記第二誘電体基板両面
に形成され、該第二誘電体基板を挟み互いに対向する結
合要素を各々有する一対の結合線路部と；該一対の結合線路部の上記幅方向の両端部の各々と電気
的に接続され、上記第一の誘電体基板上に位置する引出
し線路と；を有して成るマイクロ波方向性結合器。２）上記一対の結合線路部にあって、一方の結合線路部
の上記結合要素は上記第二誘電体基板の一面側にのみ形
成され、他方の結合線路部の結合要素は上記第二誘電体
基板の他面側にのみ形成されていること：を特徴とする特許請求の範囲１）に記載のマイクロ波方
向性結合器。３）上記一対の結合線路部の各々に形成されている上記
結合要素は、ｎを２以上の整数としてそれぞれ１番目か
らｎ番目までのｎ個の部分結合要素から構成され：各結合線路部中の上記１番目からｎ番目までの各部分結
合要素は、その隣接する番目の部分結合要素同志の近接
端部相互が、上記第二誘電体基板を貫通する導電路手段
を含む接続部を介して電気的に接続されることにより、
上記第二誘電体基板の上記幅方向に沿って電気的に連続
しながらも該第二誘電体基板の一面側と他面側とに順番
に振分けられるよう設けられ；かつ、各結合線路部中のそれぞれの番目の部分結合要素
は、相手方の結合線路部の同じ番目の部分結合要素に対
し、上記第二誘電体基板を挟んで対応的に対向している
こと；を特徴とする特許請求の範囲１）に記載のマイクロ波方
向性結合器。