JPS63300606A - 方向性結合器 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は方向性結合器に関する。

［従来の技術］ 第６図（Ａ）は、従来例の同一平面で結合するマイクロ
ストリップ線路を用いた１／４波長波長線路型方向性結
合器の平面図であり、第６図（Ｂ）は、第６図（Ａ）の
ｃ−ｃ’線についての縦断面図である。

第６図（Ａ）及び（Ｂ）において、裏面全面上に接地導
体２が形成された誘電体基板ｌの上表面上に、Ｕ字形状
のストリップ導体３及び４が形成されている。５は、λ
ｇ／４の長さにわたって平行に２本のマイクロストリッ
プ線路が配置され互いに分布結合する構造の分布結合型
方向性結合器の結合部であり、ここで、λ９は管内波長
である。また、６及び７は上記ストリップ導体３の信号
端子であり、８及び９は上記ストリップ導体４の信号端
子である。

以上のように構成された方向性結合器においては、スト
リップ導体３と接地導体２並びにストリップ導体４と接
地導体２によってそれぞれマイクロストリップ線路を構
成し、各マイクロストリップ線路の結合部５のストリッ
プ導体３ｃ及び４ｃに沿って伝送する信号が結合部５に
おいて互いに結合する。

第７図は第６図（Ａ）の方向性結合器の等価回路の回路
図であり、第８図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ２つの直
交モートである偶モード及び奇モードの場合の励振を示
す回路図である。ここで、Ｚ　ｏｅ。

ｏｅ及びＺ。０．θ０はそれぞれ偶モード及び奇モード
の特性インピーダンス、電気長を示している。

第８図（Ａ）及び（Ｂ）から次式の回路方程式が得られ
る。

Ｉ＋ｅ＝Ｅ／（ｚｏ＋Ｚ、ｅ） Ｅ　ＩＢ＝　Ｅ　Ｚ　＋ｅ／　（Ｚ　＋ｅ＋　Ｚ　ｏ）
１　＋ｏ＝Ｅ／　（Ｚｏ十Ｚ　ｔｏ） Ｅ　、Ｑ＝　Ｅ　Ｚ　、ｏ／　（Ｚ　＋Ｏ＋　Ｚ　ｏ）
・　・　・・　（１） この方向性結合器の解析については、１９５６年ＩＯ月
にアイ・アール・イー・トランザクション（ＩＲＥ　　
Ｔｒａｎｓ、　）、　ＭＴＴ−４において掲載されたジ
ェイ・リード（Ｊ、　Ｒｅｅｄ）及びジー・ジェイ・ホ
イーラー（Ｇ　、　Ｊ　、　Ｗｈｅｅｌｅｒ）による“
対称４ボートネツトワークの解析方法（Ａ　　ｍｅｔｈ
ｏｄｏｆ　　ａｎａｌｙｓｉｓ　　ｏｆ　　ｓｙｍｍｅ
ｔｒｉｃａｌ　　ｆｏｕｒ−ｐｏｒｔｎｅｔｗｏｒｋｓ
）”において、偶・奇モード励振法によって解析されて
いる。ここで、各入出力端子でインピーダンス整合させ
る条件としては、 ｚ。＝（Ｅ、ｏ＋Ｅ＋ｅ）／Ｕ　＋ｏ＋　Ｉ　＋ｅ）　
　−（２）が成立する必要がある。さらに、公知の伝送
方程式から次式が得られる。

Ｚ、ｅ＝Ｚｏｅ（（Ｚｏ→ｊＺｏｅ−ｔａｎθｅ）／（
Ｚｏｅ＋ｊＺｏ４ａｎθｅ））Ｚ＋ｏ＝Ｚｏｏ（（Ｚｏ
＋ｊＺｏｏ４ａｎθｏ）／（Ｌｏ十ｊＺｏ４ａｎθｏ）
）・・・・・（３） 例えばマイクロストリップ線路のような不均質媒体伝送
路では、一般にθｅ≠００であるが、ここでは近似的に
θｅ−ｅｏ＝０と仮定する。（１）式と（３）式の関係
に、Ｚｏ−、ｒＺｏｅ−Ｚｏｏの仮定を加えると、（２
）式は常に成立する。これは、この方向性結合器のイン
ピーダンス整合は周波数に依存せず、全周波数領域で成
立することを意味している。従って、ｚ。＝−ｒＴ’：
丁７７；石及びθｅ−θ０ヨθの仮定のもとでは、上記
方向性結合器の結合度Ｃは次式のようになる。

「発明が解決しようとする問題点］ この従来例の構造のもとで、これらの結合線路の間隔や
線路の幅を適当に設計すると、信号端子６に高周波信号
を加えた場合、信号端子７および８に信号が生じ、信号
端子９には信号が生じないようにすることができる。し
かし、この方向性結合器では、エツジ結合のため密結合
を実現しにくく、この方向性結合器において密結合を実
現するためにはインターディジティト型又はタンデム接
続型等の形状を用いる必要があり、従って、該回路が大
型になる。また、これらの形状での結合方法では、ワイ
ヤ又はリボン状導体で結合線路間をブリッジ結合させる
必要があり、該ブリッジ結合部のりアクタンスが存在す
るため高周波化には限界がある。

さらに、従来例の方向性結合器においては、２本のマイ
クロストリップ線路が同一の誘電体基板１上に形成され
ているため、結合を目的とした箇所以外では、これら２
本のマイクロストリップ線路同志を近接配置することが
できない。したがって、誘電体基板１上における各種マ
イクロ波回路の配置に制約が生じ、該方向性結合器を搭
載する集積回路を小型化することができないという問題
点があった。

４一 本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来例に比較し
て密結合状態で小型化及び高周波化することができ、結
合を目的としない箇所ではマイクロストリップ線路同志
の干渉がない方向性結合器を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、２個の結合用導体を接地導体の両側に誘電体
基板を介して形成し、上記各結合用導体間の結合のため
に上記各結合用導体間に形成された接地導体に欠落部を
設けたことを特徴とする。

［作用］ 以上のように構成することにより、上記２個の結合用導
体の信号が上記接地導体の欠落部を介してモード結合し
、本発明の方向性結合器が第６図（Ａ）及び（Ｂ）の従
来例と同様に動作する。

例えば上記各結合用導体に、各誘電体基板に形成されそ
れぞれ２個の信号端子を有する第１と第２のマイクロス
トリップ線路のストリップ導体を接続した場合、上記第
１と第２のマイクロストリップ線路が本発明の方向性結
合器において結合する。

このとき、例えば上記第１のマイクロストリップ線路の
一方の信号端子に入力されたマイクロ波信号は上記方向
性結合器の結合用導体を通過して上記第１のマイクロス
トリップ線路の他方の信号端子に出力されるともに、上
記第１のマイクロストリップ線路に接続される上記結合
用導体、上記接地導体の欠落部、並びに上記第２のマイ
クロストリップ線路に接続される上記結合用導体を介し
て、上記第２のマイクロストリップ線路の他方の信号端
子に出力される。また、上記第１のマイクロストリップ
線路の一方の信号端子に人力されたマイクロ波信号は、
上述と同様に、」−記第２のマイクロストリップ線路の
他方の信号端子に、出力される。

以上のように構成された方向性結合器において、上記各
結合用導体が同一平面−Ｌにないので、従来例に比較し
て約１／２の大きさの方向性結合器を構成することがで
きる。また、ブリッジ結合部を設ける必要がないので、
インターディッチイト型又はタンデム型等の従来例に比
較して高周波化が容易である。さらに、結合を目的とし
ない箇所では接地導体が形成されているので、上記各結
合用導体に接続されるマイクロ波線路の各信号間におい
て干渉することがない。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例である方向性結合器の一部破
断斜視図、第２図は第１図の方向性結合器の平面図、第
３図は第１図の接地導体２の平面図、第４図は第１図の
Ａ−Ａ’線についての縦断面図であり、第１図ないし第
４図において上述の図面と同一の機能を有するものにつ
いては同一の符号を付している。

本発明の方向性結合器は、接地導体２の中央部に設けら
れた接地導体２の欠落部である結合孔１１に充てんされ
た結合部誘電体１ｃを介して、接地導体２に対して面対
称に設けられた誘電体基板Ｉａ、ｌｂ上の結合用導体１
０ａ及び１０ｂの各信号かモード結合することを特徴と
している。

第１図ないし第４図において、厚さｔ。を有する長方平
板状の接地導体２の中央部に、短辺の長さＷ及び長辺の
長さλ９／４の結合孔１１か設けられ、この結合孔１１
に結合用誘電体１ｃか充てんされる。この接地導体２が
厚さｔの２個の誘電体基板１　ａ、　１　ｂによって挟
設される。

誘電体基板１ａの上表面の中央部であって結合用誘電体
１ｃの直上部に短辺の長さＳ及び長辺の長さλ９／４の
長方形状の結合用導体１０ａが形成され、該導体１０ａ
の各短辺にそれぞれ接続される幅ｄのストリップ導体３
ａ及び３ｂが誘電体基板Ｉａの上表面上に形成される。

なお、導体１０ａに接続されたストリップ導体３ａ及び
３ｂの端部はそれぞれ信号端子６及び７を構成し、スト
リップ導体３ａと接地導体２並びにストリップ導体３ｂ
と接地導体２によってそれぞれ、第１のマイクロストリ
ップ線路を構成している。また、誘電体基板１ｂの下表
面上に、導体３ａ、３ｂ、１０ａと同様にストリップ導
体４ａ、４ｂ、１０ｂが形成される。なお、ストリップ
導体４ａ及び４ｂの導体、導体１０ｂに接続されたスト
リップ導体４ａ及び４ｂの端部はそれぞれ信号端子８及
び９を構成し、ストリップ導体４ａと接地導体２並びに
ストリップ導体４ａと接地条件２によってそれぞれ第２
のマイクロストリップ線路を構成している。

ここで、接地導体２の結合孔１１の各短辺、並びに結合
用導体１０ａ及び１０ｂの各短辺はそれぞれ２個の同一
縦断面に接し、また、第２図における１１が示す点線は
該方向性結合器の上表面から見た結合孔ｌｌの位置を示
す。誘電体基板１ａ及びｌｂ及び結合用誘電体１ｃはそ
れぞれ同一の誘電率を有し、かつ一体的に形成される。

さらに、第１及び第２のマイクロストリップ線路の特性
インピーダンスが与えられると、公知の通り各ストリッ
プ導体３および４の導体幅ｄが決定される。

以上のように構成された方向性結合器においては、マイ
クロストリップ線路のストリップ導体６が結合用導体１
０ａを介してマイクロストリップ線路のストリップ導体
７に接続され、一方、マイクロストリップ線路のストリ
ップ導体８が結合用導体１０ｂを介してマイクロストリ
ップ線路のストリップ導体７に接続される。

また、第１のマイクロストリップ線路と第２のマイクロ
ストリップ線路は、結合孔１１の結合用誘電体１ｃ以外
の箇所では接地導体２により完全に遮へいされ、すなわ
ち、第１と第２のマイクロストリップ線路は結合孔ＩＩ
の誘電体１ｃを介して、従来例の分布結合型方向性結合
器と同様に、奇モードと偶モードのモード結合により結
合する。

従って、例えば第１のマイクロストリップ線路の信号端
子６にマイクロ波信号が入力されたとき、該マイクロ波
信号はストリップ導体３ａ及び接地導体２にて成るマイ
クロストリップ線路、結合用導体１０ａ及びストリップ
導体３ｂ及び接地導体２にて成るマイクロストリップ線
路を介して信号端子７に出力されるとともに、一部の上
記マイクロ波信号がストリップ導体３ａ及び接地導体２
にて成るマイクロストリップ線路、結合用導体１０ａ及
び１０ｂを介して第２のマイクロストリップ線路側に出
力され、さらに、ストリップ導体４ａ及び接地導体２に
て成るマイクロストリップ線路を介して信号端子８に出
力される。この場合、ストリップ導体４ｂ及び接地導体
２にて成るマイクロストリップ線路の信号端子８には信
号が出力されない。

第５図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、第１図のＢ−Ｂ”
線の結合部における偶モードと奇モードの電界分布を示
した縦断面図である。第５図（Ａ）の偶モードにおいて
は、各ストリップ導体１０ａ及び１０ｂから接地導体２
に対して電界が生じ、一方、第５図（Ｂ）の奇モードに
おいてはストリップ導体１０ａから接地導体２及びスト
リップ導体１０ｂに対して、並びに接地導体２からスト
リップ導体１０ｂに対して電界が生じる。本実施例にお
いては、結合孔１１の結合用誘電体１ｃ、結合用導体１
０ａ及びＩＯｂの長辺の長さをλ９／４としているので
、従来例と同様にストリップ導体３　ａ、　３　ｂ、　
４　ａ及び４ｂのマイクロストリップ線路の特性インピ
ーダンスＺ。をＺ。−Ｍ’　Ｚ　Ｏｅ　＋　Ｚ　ｏｏと
仮定すると、結合用導体１０ａ及び１０ｂ間の結合度Ｃ
は上述の（４）式となる。

（４）式かられかるように、結合度Ｃは偶モード＝１１
＝ の特性インピーダンスＺ。ｅと奇モードの特性インピー
ダンスＺ。０により決定され、逆に結合度Ｃと入出力線
路の特性インピーダンスＺ。が与えられれば、偶モード
の特性インピーダンスＺ。ｅと奇モードの特性インピー
ダンスＺ。０を求めることができる。この実施例の方向
性結合器では、第５図（Ａ）及び（Ｂ）に示すようにモ
ード結合が生じるので、基本的には、偶モードの特性イ
ンピーダンスＺ。ｅより結合用導体１０ａおよび１０ｂ
の導体幅Ｓが決定され、この導体幅Ｓと奇モードの特性
インピーダンスＺ。０により、結合孔１１の幅Ｗが決定
される。このようにして、結合部の形状を設計すること
により、第１のマイクロストリップ線路と第２のマイク
ロストリップ線路間の結合度３ｄＢの方向性結合器が得
られる。なお、結合度Ｃを増大させるためには、結合孔
１１の幅Ｗを大きくすればよい。

以上説明したように、接地導体２の両面側に誘電体基板
１　ａ、　１　ｂを介してそれぞれ、第１および第２の
マイクロストリップ線路の各ストリップ導１２一 体６．７及び８，９に接続される接続用導体１０ａ。

ｔａｂを形成し、上記結合用導体１０ａ、１０ｂ間の接
地導体２に上記接地導体２の欠落部である所定の形状を
有する結合孔１１を設けることにより、上記結合用導体
１０ａ、１０ｂの信号間に密結合のモード結合が生じ、
これにより、上記第１および第２のマイクロストリップ
線路の各信号が該方向性結合器を介して結合する。従っ
て、従来例に比較して１／２の大きさを有し、小型であ
ってかつ密結合な方向性結合器を構成することができる
。

また、上述のように第１のマイクロストリップ線路と第
２のマイクロストリップ線路とは、結合孔１１以外の箇
所では接地導体２により完全に遮蔽されているため互い
に信号の干渉がない。したがって、誘電体基板１ａ、ｌ
ｂ上における各種マイクロ波回路の配置に自由度が増し
、該回路の小型化に有効である。さらに、この特徴を生
かして各種マイクロ波集積回路の応用回路を構成するこ
とができる。

なお、以上の実施例では、誘電体基板の厚み及び誘電率
を同一としたが、これに限らず同一でなくてもよい。こ
の場合には、第１および第２のマイクロストリップ線路
のストリップ導体幅ｄが異なることになる。

また、以上の実施例において、接地導体２の結合孔１１
の誘電体の誘電率を基板の誘電率と同じとしたか、異な
っていてもよい。

さらに、以上の実施例において、結合用導体ｌＯａ、Ｉ
Ｏｂ及び結合孔１１の平面形状を長方形状としているが
、これに限らず、本発明の要旨は結合用導体１０ａとＩ
Ｏｂ間に接地導体２が形成されない結合孔１１が形成さ
れ、結合用導体１０ａと１０ｂとの間でモード結合させ
ることにあり、上記形状は限定されない。

し発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、２個の結合用導体
を接地導体の両側に誘電体基板を介して形成し、上記各
結合用導体の信号を結合させるために上記各結合用導体
間に形成された接地導体に欠落部を設けたので、上記各
結合用導体の信号が＝１５− 上記接地導体の欠落部を介して、従来例に比較して密結
合状態でモード結合する。ここで、上記各結合用導体が
同一平面上にないので、従来例に比較して約１／２の大
きさの方向性結合器を構成することができる。また、ブ
リッジ結合部を設ける必要がないので、インターディジ
ティト型又はタンデム型等の従来例に比較して高周波化
が容易であるという利点がある。さらに、結合を目的と
しない箇所では接地導体が形成されているので、上記各
結合用導体に接続されるマイクロ波線路の各信号間にお
いて干渉することがないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である方向性結合器の一部破
断斜視図、 第２図は第１図の方向性結合器の平面図、第３図は第１
図の接地導体２の平面図、第４図は第１図のＡ−Ａ’線
についての縦断面図、 第５図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ第１図のＢ−Ｂ線の
結合部における偶モードと奇モードの電界分布を示した
縦断面図、 第６図（Ａ）は従来例の方向性結合器の平面図、第６図
（Ｂ）は第６図（Ａ）のｃ−ｃ’線についての縦断面図
、 第７図は第６図（Ａ）の方向性結合器の等価回路の回路
図、 第８図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ偶モードと奇モード
の場合の励振を示す回路図である。 １ａ、１ｂ・・・誘電体基板、 １ｃ・・・誘電体、 ２・・接地導体、 ３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ−ストリップ導体、５・・・結
合部、 ６．７，８．９・・信号端子、 １０ａ、１０ｂ−結合用導体、 １１・・・結合孔。 特許出願人　株式会社　エイ・ティ・アール光電波通信
研究所 代　理　人　弁理士　前出　葆　ほか２名第３図 第５図（Ａ） 第５図（Ｂ） 第６図（Ａ）　　　　　　　　　　　第６図（８）□１ 特開昭６３−３００ＧＯＧ　（７） 第７図 第８図ＣＢ） １□１：旧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２個の結合用導体を接地導体の両側に誘電体基板
   を介して形成し、上記各結合用導体の信号を結合させる
   ために上記各結合用導体間に形成された接地導体に欠落
   部を設けたことを特徴とする方向性結合器。