WO2003055002A1 - 方向性結合器における結合度の調整構造 - Google Patents

Description

方向性結合器における結合度の調整構造 技術分野

本発明は方向性結合器に関し、 特にトリプレート線路型およびマイクロストリ ップ線路型の方向性結合器における結合度の調整構造に関する。 背景技術

従来、 マイクロ波帯の方向性結合器としては、 マイクロストリップ線路基板上 に 2本の伝送線路が配置された方向性結合器、 2枚の誘電体基板の間に 2本の伝 送線路を挟んでなるトリプレート線路型の方向性結合器、 2本の金属導体を平行 に配置して結合させる方向性結合器等がある。 これらの方向性結合器の結合度は 、 主に主線路と結合線路とからなる 2本の伝送線路の間隔寸法で決定される。 し たがって、 所望の結合度を得るためには、 この間隔寸法に高い寸法精度が要求さ れる。

誘電体基板を用いた方向性結合器では伝送線路の間隔寸法に十分な精度を確保 しても、 誘電体の誘電率の僅かな相違やばらつきによつて結合度が変わってしま うことがある。 また、 例えばフッ素樹脂のような誘電体をある厚さに加工して所 望の厚さや寸法を高い精度で得るのは非常に困難である。 したがって、 所望の結 合度を得るためにこれら 2本の伝送線路の間隔を手作業で調整する工程が必要と なる。

例えば、 金属導体のように 2本の伝送線路を動かすことが可能ならば一方かあ るいは両方の伝送線路を動かして線路間の間隔寸法を調整する。 また、 伝送線路 が基板上のパターン等で設計されていて伝送線路を動かすことが不可能ならば線 路の銅箔を削ったりあるいは銅箔を付け加えるなどして線路間の間隔寸法を調整 する。 あるいは、 あらかじめ間隔寸法の異なる伝送線路をいくつか用意しておき 、 その中から適当なものを選別して使用するという方法もある。 しかしながら、 これらはいずれも手作業によるものであり、 所望の結合度や特性を得るためには 精度の高い作業が必要となる。 そのため経験や知識を有する調整者が行ったとし ても決して容易なものではない。

さらに、 近年では低伝送損失を得るためにマイクロストリップ線路構造の方向 性結合器よりも誘電体で 2本の伝送線路を完全に覆ってしまったトリプレート線 路型の方向性結合器が主流となっている。 しかしながら、 このトリプレート線路 型の方向性結合器では、 2本の伝送線路が誘電体で完全に覆われてしまっている ため、 線路間の間隔寸法を調整することが困難である上に調整後の特性は再び誘 電体で覆った状態でなければ確認できない。 また、 銅箔を削ったり付け加えたり する作業では線路そのものを傷つけてしまうおそれがある。 線路の上から誘電体 を配置して挟み込む構造では、 調整箇所に、 付け加えた銅箔により誘電体を持ち 上げるなどして隙間を作ってしまったり、 誘電体を密着させたときに銅箔を付け 加えたことにより伝送線路に余分なストレスを加えてしまう原因となる。 したが つて、 以上述べた従来の調整方法はあまり望ましいものではない。

2本の伝送線路間隔を直接調整して所望の結合度を得る際の上記の問題点を解 決するために、 例えば、 特開平 9一 1 8 2 0 7号公報、 特開平 1 1— 1 5 0 4 0 5号公報は、 2本の伝送線路間に薄い誘電体層を所望の結合度が得られるまで挟 み込む方法を提案している。 しかし、 この方法も調整作業を繰り返し行う必要が あり、 またその都度筐体の力パーを開け閉めする必要がある。 さらに、 この方法 では、 薄い誘電体を挟む際に入出力と伝送線路との接合部の半田付けを取り外す 必要があるが、 これは、 生産性や品質を考慮すれば決して好ましいものではない また、 特開平 9— 1 8 2 0 7号公報のような方法で誘電体を挟んでいく場合、 薄いとはいえ誘電体を筐体の中に追カ卩していくため枚数によっては筐体の深さが 誘電体の厚さに合わなくなる虞があり、 枚数が多ければ誘電体が筐体からはみ出 してしまう。 その結果、 カバーの取り付けの際にはみ出した誘電体を介して伝送 線路にストレスを加えることになつてしまう。 逆に、 ほとんど誘電体を挟む必要 が無かった場合には、 誘電体と筐体の間に空間が出来てしまうため誘電体を固定 することが困難となる。

さらに、 これらの調整方法では、 結合度は主に挟み込む誘電体の厚さや誘電率 によって決定されるため、 結合度を連続的に調整することができないという問題 がある。 挟み込む誘電体の厚さを薄くすることによりある程度連続的な調整を行 うことは可能ではあるが、 その分調整作業に手間がかかり、 また厚さの精度を上 げるのも困難である。

方向性結合器の結合度は主に 2本の伝送線路間の間隔で決定されるが、 近年の ように方向性結合器の小型化が進んでくると、 その外部を覆っているグランド、 すなわち筐体の形状によっても結合度が大きな影響を受けるようになる。 これは 伝送線路間の電界強度がグランドとの電界強度によって変わるためである。 例え ばグランドとの電界強度が強くなれば伝送線路間の電界強度が弱くなるために結 合度が弱くなる。 すなわち、 伝送線路が同じ間隔で設計されたとしても筐体が方 向性結合器の設計時のものと異なっている場合には必ずしも設計時と同じ結合度 が得られるとは限らない。 ，

そこでこのような問題点に鑑み、 例えば、 実開昭 5 6— 1 2 5 6 0 8号公報、 特開平 5— 9 0 8 0 9号公報は、 方向性結合器の結合度を伝送線路間の間隔を加 ェして調整するのでなく、 周囲を覆っているグランドとの電界強度を部分的に変 えることで伝送線路間の結合度の調整を行う手段を設け、 結合度を連続的に調整 することを可能にする方法を提案している。

これら特許文献では、 マイクロストリップ線路ライン構造の方向性結合器の導 体パターン上面に、 上下方向に移動可能な結合度調整用導体板を設け、 結合度を 連続的に変化させることにより、 伝送線路あるいは誘電体を直接調整している。 これにより、 所望の結合度を得る手段の問題点を解決して簡単な操作で任意の結 合度を得ることを可能にしている。

上記実開昭 5 6— 1 2 5 6 0 8号公報あるいは特開平 5— 9 0 8 0 9号公報記 載の方法は、 方向性結合器の結合度を調骜するために、 その都度筐体のカバーを 開け閉めする必要はなく、 また、 結合度の変化に応じた結合器を各種用意したり 、 調整のための特別の手作業等も不要となる利点がある。 し力 し、 この方法は、 方向性結合器の導体パターンの上面を覆う金属板が可動な構成となっているため 、 導体パターンの上面が空気層となっているマイクロストリップ線路ライン構造 の方向性結合器にのみ有効な方法である。 この方法は例えば導体パターンの上面 も誘電体層で覆われているトリプレート線路型の方向性結合器には使用できない 。 また、 可動金属板を方向性結合器の導体パターンの上面から上下方向に移動さ せる構成は、 導体パターンの上面の空気層もある程度余裕を持った幅に構成する 必要があり、 さらに可動の金属板を空間内で安定に支持する必要がある。 そのた め、 可動機構の強度も要求されるため、 その構造も大型でかつ複雑なものとなら ざるを得ない。 さらに、 このような大型の構造物を可動にしなければならないた め、 調整時に中心周波数がずれやすく、 また周波数特性を平坦な状態で保つこと が困難である。 発明の開示

本発明の目的は、 トリプレート線路型の方向性結合器にも適用可能でかつ結合 度が連続的に可変な方向性結合器を提供することにある。

本発明の他の目的は、 結合度を変化させた場合においても中心周波数がずれた り、 周波数特性が劣化せず、 さらに複雑な調整機構を必要としない、 非常に安価 で小型の方向性結合器を提供することにある。

本発明の第 1の態様によれば、 グランドを形成する筐体と、 該筐体内に位置し 方向性結合を行う複数の伝送線路とを有するトリプレート線路型の方向性結合器 において、 筐体の底面内側には該筐体を貫通して少なくとも複数の伝送線路の近 傍まで達する溝が形成され、 該溝内には結合度調整部材が筐体の外部から、 その 揷入量が調整可能に揷入されていることを特徴とするトリプレート線路型の方向 性結合器が提供される。

本発明の第 2の態様によれば、 グランドを形成する筐体と、 該筐体内に位置し 方向性結合を行う複数の伝送線路とを有するトリプレート線路型の方向性結合器 において、 筐体の底部を貫通し、 複数の伝送線路の結合部近傍まで達する範囲で 挿入量が調整可能な結合度調整部材を有することを特徴とするトリプレート線路 型の方向性結合器が提供される。

本発明の第 3の態様によれば、 接地基板と、 該接地基板上に配置された誘電体 基板と、 該誘電体基板上に配置されて方向性結合を行う複数の伝送線路とを有す るマイクロストリップ線路型方向性結合器において、 接地基板の誘電体基板との 境界面には、 少なくとも接地基板の端部から複数の伝送線路近傍まで達する溝が 形成されており、 該溝内には接地基板端部から結合度調整部材が、 その挿入量が 調整可能に揷入されていることを特徴とするマイクロストリップ線路型方向性結 合器が提供される。

本発明の第 4の態様によれば、 接地基板と、 該接地基板上に配置された誘電体 基板と、 該誘電体基板上に配置されて方向性結合を行う複数の伝送線路とを有す るマイクロストリップ線路型方向性結合器において、 複数の伝送線路の近傍に、 かつ接地基板およぴ誘電体基板を貫通する孔が形成され、 結合度調整部材が接地 基板側から孔に沿って複数の伝送線路近傍まで、 その挿入量が調整され可能に揷 入されていることを特徴とするマイクロストリツプ線路型方向性結合器が提供さ れる。

本発明による方向性結合器は、 筐体外部から筐体の底部内面に形成した溝ある いは筐体の底部から誘電体内部に達するように形成した孔に沿って筐体外部から 出し入れ可能に構成した結合度調整部材を備えているので、 トリプレート線路型 の線路にも容易に適用することができる。 また、 伝送線路間の電界強度は周囲の グランド部分が若干異なるだけでも、 強くなつたり弱くなつたりするので可動部 分は小型で良く、 その位置や可動方向も自由に決めてよい。 さらに、 可動部分が 小型であるため調整により元来の特性をほとんど劣化させることなく、 すなわち 中心周波数がずれたり周波数特性が劣化したりすることは殆ど無い。 これにより 中心周波数や平坦な周波数特性を保ったまま非常に高い精度で所望の結合度を得 ることができる。 さらに、 方向性結合器の結合度を、 伝送線路を加工することな く調整できるので、 筐体や力パーの開け閉めが不要であり、 調整時間の大幅な短 縮が可能である。 図面の簡単な説明

図 1は本発明の第 1の実施形態による方向性結合器の断面図；

図 2は本発明の第 1の実施形態による方向性結合器の斜視図；

図 3 Aから図 3 Cは第 1の実施形態における結合度調整用ネジの挿入量と電界 強度分布の関係を示す図；

図 4は第 1の実施形態の方向性結合器での結合度の調整例を示す図； 図 5は第 1の実施形態の方向性結合器での結合度の調整例を示す図； 図 6は本発明の第 2の実施形態による方向性結合器の平面図；

図 7 A、 図 7 Bはそれぞれ本発明の第 3の実施形態による方向性結合器の断面 図と平面図；

図 8 A、 図 8 Bはそれぞれ本発明の第 4の実施形態による方向性結合器の断面 図と平面図；

図 9 A、 図 9 Bはそれぞれ本発明の第 5の実施形態による方向性結合器の断面 図と平面図である 発明を実施するための最良の形態

第 1の実施の形態

図 1、 図 2に示すように、 本実施形態の方向性結合器は、 グランドを形成する 筐体 （ケース） 4と力パー 1で形成される空間内に、 方向性結合を行なう複数の 伝送線路 2と誘電体 3が配置されている。 2本の伝送線路 2は誘電体 3により完 全に覆われたトリプレート線路式の方向性結合器を構成している。 図 2では、 分 かりやすくするために、 カバー 1および誘電体 3は除かれている。 筐体 4の底部 には 2本の互 ヽに平行な溝 5が、 伝送線路 2の下を通過するように形成されてい る。 溝 5内には、 筐体 4の外側から導電体の結合度調整用ネジ 7が挿入され、 ナ ット 6で固定されている。 結合度調整用ネジ 7の溝 5に対する挿入量の大きさを 変化させることにより、 伝送線路 2とグランド （筐体 4 ) との電界強度を変化さ せることができる。 すなわち、 方向性結合器のグランド （筐体 4 ) の一部に設け られた溝 5によってその部分のグランドへの電界強度が弱められた状態となって おり、 この溝 5が結合度調整用ネジ 7により埋められるに従って、 その部分のグ ランドへの電界強度が強められる。

図 3は本実施形態における結合度調整用ネジ 7の挿入量と電界強度分布の関係 を示している。 図 3 Aは、 結合度調整用ネジ 7が揷入されていないもしくは挿入 量が小さい状態を示している。 この場合、 伝送線路 2とグランド間の電界分布が 最小となり、 2本の伝送線路 2間の電界は最も強く、 したがって結合度も強くな る。 次に、 図 3 Bに示すように、 結合度調整用ネジ 7を溝 5に挿入していくと、 電界が結合度調整用ネジ 7にも集中するようになるため 2本の伝送線路 2間の電 界が徐々に弱くなり、 結合度も徐々に弱くなる。 さらに、 図 3 Cに示すように結 合度調整用ネジ 7の挿入量を増やしていった場合には、 2本の伝送線路 2間の電 界はさらに弱まるため、 結合度は最も弱くなる。

図 4は、 本実施形態の方向性結合器での狭帯域での結合度の調整例を、 図 5は 本実施形態の方向性結合器での広帯域での結合度の調整例を示している。 この場 合、 結合度は図 4、 図 5に示す範囲で連続的に調整していくことが可能である。 これらの図からも分かるように、 本実施形態では、 結合度が連続的に変化しな がらも中心周波数や周波数特性がほとんど変化していない。 このようにして方向 性結合器を所望の結合度に調整できたならば、 結合度調整用ネジ 7をナツト 6等 で固定し、 必要ならば結合度調整用ネジ 7の不要部分を切断する。 . - 本実施形態では、 溝 5を 2本設け、 それぞれの溝 5に結合度調整用ネジ 7を揷 入している。 しかし、 溝 5は 1本でもよく、 また結合度の調整範囲をより大きく するには、 溝 5を大きくする、 あるいは溝 5の数を増やすことで対応することが できる。 例えば、 本実施形態で調整範囲をさらに広げようとする場合には、 溝 5 と結合度調整用ネジ 7の本数を増やせばよい。 あるいは、 溝 5を大きくしておき 、 それに合わせて結合度調整用ネジ 7の径も大きくしておけばネジ 1本当たりの 調整範囲を広げることができる。 しかしながら径の大きなネジを使用すると、 方 向性結合器が大型化してしまうため、 小型化を図りたい場合や大きな溝が設けら れない場合には小径のネジを用いて本数を増やせばよい。 さらに、 溝 5は少なく とも伝送線路 2の近傍まで形成されてレヽればよレ、。

本実施形態では、 結合度の調整を、 上述のように筐体の底面に沿って溝を設け るだけで、 しかも極めて短時間、 かつ容易に行なうことができる。 また、 従来の ように伝送線路を加工する必要が無いため多層基板等で伝送線路の加工が不可能 な場合でも結合度の調整可能であり、 また筐体や力パーの取り外しを行うような 作業も必要ない。

なお、 本実施形態は、 伝送線路とグランドとの電界強度を変えることで結合度 の調整を行うため、 結合部の周囲にグランドをもつ方向性結合器ならば使用周波 数帯や構造に関わらず適用可能である。 第 2の実施の形態

図 6に示すように、 本実施形態では、 筐体 4の底面に幅の広い溝 9を設け、 こ の溝 9に対して板状またはプロック状の導電体の結合度調整部材 8を挿入するこ とにより結合度の調整を行う。

なお、 溝 9の位置や大きさ、 数、 _方向は要求される構造条件や所望する調整範 囲に応じて任意に決定することができる。 また、 第 1の実施形態の結合度調整用 ネジ 7と結合度調整部材 8を併用した構造であってもよい。

第 3の実施の形態

図 7 Aおよび図 7 Bに示すように、 本実施形態では、 誘電体 3内に筐体 4の底 部から 2本の伝送線路 2近傍まで達する孔 3 aを形成し、 筐体 4の外部から該孔 3 a内に導電体の結合度調整用ネジ 7を挿入し、 その挿入量を調整可能にしたも のである。

この場合もやはり結合度調整用ネジ 7の挿入量によって 2本の伝送線路 2間の 電界強度が変化するため結合度を調整することができる。 また、 孔 3 aを複数形 成し、 各孔 3 aに結合度調整用ネジ 7を揷入するようにしてもよい。 さらに、 本 実施形態においても、 結合度調整用ネジ 7の代わりに結合度調整用の板またはブ ロックを用いてもよい。 また、 以上の実施形態は、 筐体内に誘電体が配置され たトリプレート線路型の方向性結合器であるが、 筐体内の誘電体がエアー （空気 ) に置き換わったエアーライン型のトリプレート線路にも適用可能である。

第 4の実施の形態

図 8 A、 図 8 Bに示すように、 本実施形態では、 接地基板 1 0の、 誘電体基板 3との境界面に溝 5が設けられ、 この溝 5内を導電体の結合度調整用ネジ 7が抜 き差しできるようになっている。 結合度調整用ネジ 7の揷入量で溝 5の長さを変 化させることによって、 伝送線路 2と接地基板 1 0との間の電界強度を可変にす ることができる。

すなわち、 方向性結合器を構成するマイクロストリップ線路線路の接地基板 1 0の一部に設けられた溝 5によってその部分のグランドへの電界強度が弱められ た状態となっており、 この溝 5が結合度調整用ネジ 7により埋められるに従つて 、 その部分のグランドへの電界強度が強められる。 なお、 接地基板 1 0に設けら れた溝 5の幅を広くし、 板状あるいはブロック状の導電体の結合度調整用部材を 溝 5に挿入するようにしてもよい。 また、 溝 5の位置や大きさ、 数、 方向は要求 される構造条件や所望する調整範囲に応じて任意に決定することができる。

第 5の実施の形態

図 9 A、 図 9 Bに示すように、 本実施形態では、 マイクロストリップ線路の接 地基板 1 0から誘電体基板 3を貫通し、 2本の伝送線路 2近傍まで達する孔 3 a が形成され、 接地基板 1 0側から誘電体基板 3を貫通する孔 3 a内に結合度調整 用ネジ 7が、 揷入量を調整可能に挿入されている。

この場合もやはり導電体の結合度調整用ネジ 7の挿入量によって 2本の伝送線 路 2間の電界強度が変化するため結合度を調整することができる。 また、 孔 3 a を複数形成し、 各孔 3 aに結合度調整用ネジ 7を挿入するようにしてもよい。 さ らに、 本実施形態においても、 結合度調整用ネジ 7の代わりに結合度調整用の導 電体の板またはブロックを用いてもよく、 またそれらを併用してもよい。

Claims

請求の範囲

1 . グランドを形成する筐体と、 一

該筐体内に位置し、 方向性結合を行う複数の伝送線路と、

. 結合度調整部材とを有し、

前記筐体の底面内側には該筐体を貫通して少なくとも前記複数の伝送線路の近 傍まで達する溝が形成され、 該溝内には前記結合度調整部材が前記筐体の外部か ら、 その挿入量が調整可能に挿入されているトリプレート型の方向性結合器。

2 . 前記筐体の内面と前記複数の伝送線路間には誘電体が配置されている、 請求 項 1記載の方向性結合器。

3 . 前記結合度調整部材は、 結合度調整用導電体ネジによって構成されている、 請求項 1に記載の方向性結合器。

4 . 前記結合度調整部材は、 板状またはブロック状の導電体によって構成されて いる、 請求項 1に記載の方向性結合器。

5 . 前記溝が複数形成され、 それぞれの溝に前記結合度調整部材が揷入されてい る、 請求項 1に記載の方向性結合器。

6 . グランドを形成する筐体と、

該筐体内に位置し、 方向性結合を行う複数の伝送線路と、

前記筐体の底部を貫通し、 前記複数の伝送線路の結合部近傍まで達する範囲で 挿入量が調整可能な結合度調整部材を有するトリプレート型の方向性結合器。

7 . 前記筐体の内面と前記複数の伝送線路間には誘電体が配置されており、 該誘 電体には前記筐体の底部から前記誘電体内を通過して前記複数の伝送線路の結合 部近傍まで達する孔が形成され、 前記結合度調整部材は、 前記筐体の外部から前 記誘電体に形成された孔内に挿入されている， 請求項 6に記載の方向性結合器。

8 . 前記結合度調整部材は、 結合度調整用導電体ネジによって構成されている， 請求項 6に記載の方向性結合器。

9 . 前記結合度調整部材は、 板状またはブロック状の導電体によって構成されて いる、 請求項 6に記載の方向性結合器。

1 0 . 前記孔は複数形成され、 それぞれの孔に前記結合調整部材が揷入されてい る、 請求項 6に記載の方向性結合器。

1 1 . 接地基板と、

該接地基板上に配置された誘電体基板と、

該誘電体基板上に配置されて方向性結合を行う複数の伝送線路と、

結合度調整部材を有し、

前記接地基板の前記誘電体基板との境界面には、 少なくとも前記接地基板の端 部から前記複数の伝送線路近傍まで達する溝が形成されており、 該溝内には前記 接地基板端部から前記結合度調整部材が、 その挿入量が調整可能に挿入されてい るマイクロストリップ線路型の方向性結合器。

1 2 . 前記結合度調整部材は、 結合度調整用導電体ネジによって構成されている 、 請求項 1 1に記載の方向性結合器。

1 3 . 前記結合度調整部材は、 板状またはブロック状の導電体によって構成され ている、 請求項 1 1に記載の方向性結合器。

1 4 . 前記溝は複数形成され、 それぞれの溝に前記結合度調整部材が揷入されて いる、 請求項 1 1に記載の方向性結合器。

1 5 . 接地基板と、

該接地基板上に配置された誘電体基板と、

該誘電体基板上に配置されて方向性結合を行う複数の伝送線路と、

結合度調整部材とを有し、

前記複数の伝送線路の近傍に、 かつ前記接地基板および前記誘電体基板を貫通 する孔が形成され、 前記結合度調整部材が前記接地基板側から前記孔に沿つて前 記複数の伝送線路近傍まで、 その揷入量が調整され可能に揷入されているマイク ロストリツプ線路型の方向性結合器。

1 6 . 前記結合度調整部材は、 結合度調整用導電体ネジによって構成されている 、 請求項 1 5に記載の方向性結合器。

1 7 . 前記結合度調整部材は、 板状またはブロック状の導電体によって構成され ている、 請求項 1 5に記載の方向性結合器。

1 8 . 前記孔は複数形成され、 それぞれの孔に前記結合調整部材が揷入されてい る、 請求項 1 5に記載の方向性結合器。