WO2017010238A1 - 方向性結合器 - Google Patents

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WO2017010238A1
WO2017010238A1 PCT/JP2016/068275 JP2016068275W WO2017010238A1 WO 2017010238 A1 WO2017010238 A1 WO 2017010238A1 JP 2016068275 W JP2016068275 W JP 2016068275W WO 2017010238 A1 WO2017010238 A1 WO 2017010238A1
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inductor
pass filter
terminal
electrode
capacitor
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PCT/JP2016/068275
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陽 田中
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
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    • H01P5/184—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being strip lines or microstrips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H01P1/2039—Galvanic coupling between Input/Output

Definitions

  • the present invention relates to a directional coupler, and more particularly to a directional coupler in which the degree of coupling is flattened over a wide band and coupling in an unnecessary frequency band is suppressed.
  • a directional coupler that extracts a part of the high-frequency signal is used to measure the characteristics of the high-frequency signal.
  • the directional coupling of a general structure is such that a main line connected between an input terminal and an output terminal and a sub line connected between a coupling terminal and a termination terminal are arranged in parallel. A part of the high-frequency signal flowing through the sub-line is taken out.
  • the coupling degree is flat over a wide band and that coupling in an unnecessary frequency band (for example, a frequency band on a higher frequency side than the frequency band used for coupling) is suppressed.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-46305
  • a low-pass filter is inserted between the coupling terminal and the sub line so that an unnecessary frequency band on the high frequency side can be obtained.
  • the degree of coupling is flattened over a wide band.
  • the sub-line is divided into a first sub-line and a second sub-line, and the first sub-line and the second sub-line are divided.
  • a low-pass filter By inserting a low-pass filter between them, coupling in an unnecessary frequency band on the high frequency side is suppressed, and the degree of coupling is flattened over a wide band.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 have certain effects for suppressing coupling in an unnecessary frequency band on the high frequency side and flattening the coupling degree over a wide band.
  • manufacturers and distributors of electronic devices using directional couplers are required to further suppress the coupling in unnecessary frequency bands and flatten the coupling degree over a wide band.
  • a low-pass filter inserted between the coupling terminal and the sub-line and a low-pass filter inserted between the first sub-line and the second sub-line are multistaged.
  • a way to do this is considered.
  • the method disclosed in Patent Document 1 and the method disclosed in Patent Document 2 are combined, both between the coupling terminal and the sub-line, and between the first sub-line and the second sub-line. It is conceivable to insert a low-pass filter in
  • the directional coupler of the present invention includes an input terminal, an output terminal, a coupling terminal, a termination terminal, and a ground.
  • the sub-line is divided into a plurality of sub-lines connected to each other, and includes at least a first sub-line and a second sub-line, and a first low-pass filter is inserted between the coupling terminal and the sub-line.
  • a plurality of at least a first ground terminal and a second ground terminal wherein the second low-pass filter is inserted between the first sub line and the second sub line, and the ground terminals are separated from each other.
  • the first low-pass fill Is connected to the first ground terminal
  • a second low-pass filter has to be connected to the second ground terminal.
  • the first low-pass filter includes at least a first inductor, a second inductor, a first capacitor, a second capacitor, and a third capacitor, and a coupling terminal.
  • One end of the first inductor is connected, the other end of the first inductor and one end of the second inductor are connected, the other end of the second inductor and the sub line are connected, and the first capacitor is connected in parallel with the first inductor.
  • a second capacitor is connected in parallel with the second inductor
  • a third capacitor is connected between a connection point between the first inductor and the second inductor and the first ground terminal, and a second low-pass filter is connected.
  • a third inductor Includes at least a third inductor, a fourth inductor, a fourth capacitor, a fifth capacitor, and a sixth capacitor, and includes a first sub-line and a third inductor.
  • One end of the third inductor and one end of the fourth inductor are connected, the other end of the fourth inductor and the second subline are connected, and the first subline and the third inductor are connected to each other.
  • a fourth capacitor is connected between the connection point of the second inductor and the second ground terminal, and a fifth capacitor is connected between the connection point of the third inductor and the fourth inductor and the second ground terminal.
  • a sixth capacitor may be connected between the connection point between the fourth inductor and the second sub line and the second ground terminal.
  • an attenuation pole is formed on the higher frequency side than the frequency band used for coupling by the first low-pass filter to increase attenuation on the high-frequency side, and the degree of coupling is flattened over a wide band by the second low-pass filter. Can do.
  • the directional coupler of the present invention in the first low-pass filter, one additional inductor or a plurality of additional inductors connected in series with each other is inserted between the second inductor and the sub line, An additional capacitor is connected in parallel with each additional inductor. When there is one additional inductor, an additional capacitor is inserted between the connection point between the second inductor and the additional inductor and the first ground terminal. When there are a plurality of inductors, between the connection point of the second inductor and the additional inductor and the first ground terminal, and between the connection point of the additional inductor and the additional inductor and the first ground terminal, respectively. , An additional capacitor may be inserted. In this case, the number of stages of the first low-pass filter can be increased, and the characteristics of the directional coupler can be further improved.
  • one additional inductor or a plurality of additional inductors connected in series are inserted between the fourth inductor and the second sub line.
  • an additional capacitor is inserted between the connection point of the additional inductor and the second sub line and the second ground terminal.
  • the additional inductor and the additional inductor are added. It is assumed that an additional capacitor is inserted between the connection point of the inductor and the second ground terminal, and between the connection point of the additional inductor and the second sub-line and the second ground terminal. be able to. In this case, the number of stages of the second low-pass filter can be increased, and the characteristics of the directional coupler can be further improved.
  • the cutoff frequency of the first low-pass filter is different from the cutoff frequency of the first low-pass filter, and the cutoff frequency of the first low-pass filter is different from that of the second low-pass filter. It can be on the higher frequency side than the cutoff frequency.
  • the cutoff frequency of the first low-pass filter and the cutoff frequency of the second low-pass filter are different, the degree of coupling is flattened over a wide band, and at the same time, higher than the frequency band used for coupling. Can increase the attenuation.
  • an additional inductor may be further inserted in the connection path between the first low-pass filter and the first ground terminal.
  • the attenuation pole can be formed at a frequency slightly separated from the frequency band used for coupling on the high frequency side, and the characteristics of the directional coupler can be further improved.
  • the directional coupler of the present invention described above can be configured in a stacked body in which a plurality of insulator layers are stacked, and a first ground electrode is formed between predetermined layers of the insulator layers, A second ground electrode is formed between the predetermined layers, the first ground electrode and the second ground electrode are isolated from each other in the stacked body, the first low-pass filter is connected to the first ground electrode, and the second low-pass filter is connected.
  • the filter may be connected to the second ground electrode, the first ground electrode may be connected to the first ground terminal, and the second ground electrode may be connected to the second ground terminal. In this case, since the first ground electrode and the second ground electrode are isolated from each other, it is possible to prevent unnecessary signal wraparound through the ground electrode, and to improve the characteristics of the directional coupler. Can be further improved.
  • the second ground electrode is divided and disposed between two or more layers of the insulator layer in the laminate,
  • the main line and the sub-line are respectively disposed between the upper and lower second ground electrodes divided between the two or more layers, and when the stacked body is seen through in the stacking direction,
  • the second ground electrode divided between two or more layers, the main line, and the sub line may be at least partially overlapped. In this case, it is possible to prevent the main line and the sub-line from being affected by an external noise signal.
  • the first low-pass filter and the first ground electrode are: Although at least partially overlapping, the first low pass filter may not overlap the second ground electrode. In this case, it is possible to reduce the number of ground electrodes that obstruct the magnetic field generated by the inductor that constitutes the first low-pass filter. Therefore, it is possible to increase the attenuation on the higher frequency side than the frequency band used for coupling, and the directionality The characteristics of the coupler can be further improved.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the directional coupler 100.
  • FIG. 3 is a graph showing coupling characteristics of the directional coupler 100.
  • 4 is a graph showing frequency characteristics of a first low-pass filter LPF1 and a second low-pass filter LPF2 included in the directional coupler 100.
  • 4 is a graph showing insertion loss characteristics and reflection loss characteristics of the directional coupler 100, respectively.
  • 4 is a graph showing the isolation characteristics of the directional coupler 100. It is a graph which shows the coupling characteristic of the directional coupler concerning a comparative example. It is a principal part disassembled perspective view which shows the directional coupler 200 concerning 2nd Embodiment.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the directional coupler 200.
  • FIG. 4 is a graph showing a comparison between the coupling characteristics of the directional coupler 100 and the coupling characteristics of the directional coupler 200. It is an equivalent circuit schematic of the directional coupler 300 concerning 3rd Embodiment.
  • each embodiment shows an embodiment of the present invention by way of example, and the present invention is not limited to the content of the embodiment. Moreover, it is also possible to implement combining the content described in different embodiment, and the implementation content in that case is also included in this invention. Further, the drawings are for helping understanding of the embodiment, and may not be drawn strictly. For example, a drawn component or a dimensional ratio between the components may not match the dimensional ratio described in the specification. In addition, the constituent elements described in the specification may be omitted in the drawings or may be drawn with the number omitted.
  • FIG. 1 and 2 show a directional coupler 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view in the case where the directional coupler 100 is configured using a laminated body in which a plurality of insulator layers are laminated.
  • FIG. 2 is obtained by replacing the configuration of the exploded perspective view of FIG. 1 with an equivalent circuit.
  • a directional coupler 100 includes a laminated body 1 in which 16 insulating layers 1a to 1p are laminated.
  • the laminated body 1 has a rectangular parallelepiped shape.
  • a predetermined terminal is formed on each of the four side surfaces of the laminate 1.
  • the terminal formed in the laminated body 1 is demonstrated, the terminal formed in each side surface is demonstrated clockwise from the near side surface in FIG. 1 for convenience of explanation.
  • the near side, the left side, the back side, and the right side respectively indicate directions in FIG.
  • the upper side and the lower side also point in the direction in FIG.
  • a termination terminal 3, a coupling terminal 2, and a first ground terminal 4 are formed in this order on the right side surface on the near side of the laminate 1 in this order.
  • a second ground terminal 5 a is formed on the left side surface of the laminate 1.
  • An input terminal 6, a second ground terminal 5 b, and an output terminal 7 are formed in this order on the left side surface on the back side of the laminate 1.
  • a second ground terminal 5 c is formed on the right side surface of the laminate 1.
  • the coupling terminal 2, termination terminal 3, first ground terminal 4, second ground terminals 5 a, 5 b, 5 c, input terminal 6, and output terminal 7 formed on the four side surfaces of the laminate 1 are respectively laminated bodies. 1 (insulator layer 1a) on the lower main surface and laminated body 1 (insulator layer 1p) on the upper main surface.
  • the coupling terminal 2, the termination terminal 3, the first ground terminal 4, the second ground terminals 5a, 5b, 5c, the input terminal 6, and the output terminal 7 are mainly composed of, for example, Ag, Cu, or an alloy thereof.
  • the plating layer which consists of a metal and has Ni, Sn, Au etc. as a main component is formed in the surface as needed in one layer or multiple layers as needed.
  • Ceramics are used for the material of the insulator layers 1a to 1p constituting the laminated body 1.
  • Each of the insulator layers 1a to 1p can also be understood as a dielectric layer having a dielectric constant.
  • a first ground electrode 8 and a second ground electrode 9a are formed on the upper main surface of the insulator layer 1a.
  • the first ground electrode 8 is connected to the first ground terminal 4.
  • the second ground electrode 9a is connected to the second ground terminals 5a, 5b, and 5c.
  • a capacitor electrode 10a is formed on the upper main surface of the insulator layer 1b.
  • a via electrode 11a is formed so as to penetrate between both main surfaces of the insulator layer 1b.
  • the via electrode 11a has one end connected to the capacitor electrode 10a and the other end connected to the first ground electrode 8 formed on the insulator layer 1a.
  • a capacitor electrode 10b is formed on the upper main surface of the insulator layer 1c.
  • Capacitor electrodes 10c and 10d are formed on the upper main surface of the insulator layer 1d.
  • a via electrode 11b is formed so as to penetrate between both main surfaces of the insulator layer 1d.
  • the capacitor electrode 10 c is connected to the coupling terminal 2.
  • One end of the via electrode 11b is exposed on the upper main surface of the insulator layer 1d, and the other end is connected to the capacitor electrode 10b formed on the insulator layer 1c.
  • a main line 12 is formed on the upper main surface of the insulator layer 1e. Further, via electrodes 11c and 11d are formed through both main surfaces of the insulator layer 1e.
  • the main line 12 has one end connected to the input terminal 6 and the other end connected to the output terminal 7.
  • One end of the via electrode 11c is exposed on the upper main surface of the insulator layer 1e, and the other end is connected to the via electrode 11b formed on the insulator layer 1d.
  • One end of the via electrode 11d is exposed on the upper main surface of the insulator layer 1e, and the other end is connected to the capacitor electrode 10d formed on the insulator layer 1d.
  • a first sub-line 13a is formed on the upper main surface of the insulator layer 1f.
  • via electrodes 11e and 11f are formed through both main surfaces of the insulator layer 1f.
  • One end of the via electrode 11e is connected to one end of the first sub-line 13a, and the other end is connected to the via electrode 11d formed in the insulator layer 1e.
  • One end of the via electrode 11f is exposed on the upper main surface of the insulator layer 1f, and the other end is connected to the via electrode 11c formed on the insulator layer 1e.
  • a second sub-line 13b is formed on the upper main surface of the insulator layer 1g.
  • via electrodes 11g, 11h, and 11i are formed so as to penetrate between both main surfaces of the insulator layer 1g.
  • One end of the second sub-line 13 b is connected to the termination terminal 3.
  • One end of the via electrode 11g is exposed on the upper main surface of the insulator layer 1g, and the other end is connected to the via electrode 11f formed on the insulator layer 1f.
  • One end of the via electrode 11h is exposed on the upper main surface of the insulator layer 1g, and the other end is connected to the other end of the first sub-line 13a formed on the insulator layer 1f.
  • One end of the via electrode 11i is exposed to the upper main surface of the insulator layer 1g, and the other end is connected to one end of the first sub line 13a formed in the insulator layer 1f.
  • a second ground electrode 9b is formed on the upper main surface of the insulator layer 1h. Further, via electrodes 11j, 11k, 11l, and 11m are formed so as to penetrate between both main surfaces of the insulator layer 1h. The second ground electrode 9b is connected to the second ground terminals 5a, 5b, and 5c. One end of the via electrode 11j is exposed on the upper main surface of the insulator layer 1h, and the other end is connected to the other end of the second sub-line 13b formed in the insulator layer 1g. One end of the via electrode 11k is exposed on the upper main surface of the insulator layer 1h, and the other end is connected to the via electrode 11g formed on the insulator layer 1g.
  • One end of the via electrode 11l is exposed on the upper main surface of the insulator layer 1h, and the other end is connected to the via electrode 11h formed on the insulator layer 1g.
  • One end of the via electrode 11m is exposed on the upper main surface of the insulator layer 1h, and the other end is connected to the via electrode 11i formed on the insulator layer 1g.
  • Capacitor electrodes 10e and 10f are formed on the upper main surface of the insulator layer 1i.
  • via electrodes 11n, 11o, 11p, and 11q are formed through both main surfaces of the insulator layer 1i.
  • the via electrode 11n has one end connected to the capacitor electrode 10e and the other end connected to the via electrode 11j formed in the insulator layer 1h.
  • the via electrode 11o has one end connected to the capacitor electrode 10f and the other end connected to the via electrode 11l formed in the insulator layer 1h.
  • One end of the via electrode 11p is exposed on the upper main surface of the insulator layer 1i, and the other end is connected to the via electrode 11k formed on the insulator layer 1h.
  • One end of the via electrode 11q is exposed on the upper main surface of the insulator layer 1i, and the other end is connected to the via electrode 11m formed on the insulator layer 1h.
  • Line electrodes 15a and 15b are formed on the upper main surface of the insulator layer 1j. Further, via electrodes 11r, 11s, 11t, and 11u are formed so as to penetrate between both main surfaces of the insulator layer 1j.
  • the via electrode 11r has one end connected to one end of the line electrode 15a and the other end connected to the capacitor electrode 10e formed on the insulator layer 1i.
  • One end of the via electrode 11s is connected to one end of the line electrode 15b, and the other end is connected to the capacitor electrode 10f formed in the insulator layer 1i.
  • One end of the via electrode 11t is exposed on the upper main surface of the insulator layer 1j, and the other end is connected to the via electrode 11p formed on the insulator layer 1i.
  • One end of the via electrode 11u is exposed to the upper main surface of the insulator layer 1j, and the other end is connected to the via electrode 11q formed on the insulator layer 1i.
  • Line electrodes 15c, 15d, and 15e are formed on the upper main surface of the insulator layer 1k.
  • via electrodes 11v, 11w, 11x, and 11y are formed through both main surfaces of the insulator layer 1k.
  • the via electrode 11v has one end connected to one end of the line electrode 15c and the other end connected to the other end of the line electrode 15a formed in the insulator layer 1j.
  • the via electrode 11w has one end connected to one end of the line electrode 15d and the other end connected to the other end of the line electrode 15b formed on the insulator layer 1j.
  • the via electrode 11x has one end connected to the middle portion of the line electrode 15e and the other end connected to the via electrode 11t formed in the insulator layer 1j.
  • One end of the via electrode 11y is exposed on the upper main surface of the insulator layer 1k, and the other end is connected to the via electrode 11u formed on the insulator layer 1j.
  • Line electrodes 15f, 15g, 15h, and 15i are formed on the upper main surface of the insulator layer 1l. Further, via electrodes 11z, 11A, 11B, 11C, and 11D are formed so as to penetrate between both main surfaces of the insulator layer 1l.
  • the via electrode 11z has one end connected to one end of the line electrode 15f and the other end connected to the other end of the line electrode 15c formed on the insulator layer 1k.
  • the via electrode 11A has one end connected to one end of the line electrode 15g and the other end connected to the other end of the line electrode 15d formed in the insulator layer 1k.
  • the via electrode 11B has one end connected to one end of the line electrode 15h and the other end connected to one end of the line electrode 15e formed on the insulator layer 1k.
  • the via electrode 11C has one end connected to one end of the line electrode 15i and the other end connected to the other end of the line electrode 15e formed on the insulator layer 1k.
  • the via electrode 11D has one end exposed at the upper main surface of the insulator layer 11 and the other end connected to the via electrode 11y formed on the insulator layer 1k.
  • Line electrodes 15j, 15k, 15l are formed on the upper main surface of the insulator layer 1m. Further, via electrodes 11E, 11F, 11G, 11H, and 11I are formed through both main surfaces of the insulator layer 1m. One end of the line electrode 15 k is connected to the coupling terminal 2.
  • the via electrode 11E has one end connected to one end of the line electrode 15j and the other end connected to the other end of the line electrode 15f formed in the insulator layer 11.
  • the via electrode 11F has one end connected to the other end of the line electrode 15j and the other end connected to the other end of the line electrode 15g formed in the insulator layer 11.
  • the via electrode 11G has one end connected to the other end of the line electrode 15k and the other end connected to the other end of the line electrode 15h formed in the insulator layer 11.
  • the via electrode 11H has one end connected to one end of the line electrode 151 and the other end connected to the other end of the line electrode 15i formed in the insulator layer 11.
  • One end of the via electrode 11I is exposed on the upper main surface of the insulator layer 1m, and the other end is connected to the via electrode 11D formed on the insulator layer 11.
  • a second ground electrode 9c and a line electrode 15m are formed on the upper main surface of the insulator layer 1n. Further, via electrodes 11J, 11K, and 11L are formed through both main surfaces of the insulator layer 1n.
  • the second ground electrode 9c is connected to the second ground terminals 5a, 5b, and 5c.
  • the via electrode 11J has one end connected to one end of the line electrode 15m and the other end connected to the other end of the line electrode 15l formed in the insulator layer 1m.
  • the via electrode 11K has one end connected to the other end of the line electrode 15m and the other end connected to the via electrode 11I formed in the insulator layer 1m.
  • One end of the via electrode 11L is exposed on the upper main surface of the insulator layer 1n, and the other end is connected to an intermediate portion of the line electrode 15j formed on the insulator layer 1m.
  • a capacitor electrode 10g is formed on the upper main surface of the insulator layer 1o.
  • a via electrode 11M is formed so as to penetrate between both main surfaces of the insulator layer 1o.
  • the via electrode 11M has one end connected to the capacitor electrode 10g and the other end connected to the via electrode 11L formed in the insulator layer 1n.
  • the coupling terminal 2 On the upper main surface of the insulator layer 1p, as described above, the coupling terminal 2, the terminal terminal 3, the first ground terminal 4, and the first terminal extended from the four side surfaces of the multilayer body 1 (insulator layer 1p).
  • Two ground terminals 5a, 5b, and 5c, an input terminal 6, and an output terminal 7 are formed.
  • the first ground electrode 8, the second ground electrodes 9a to 9c, the capacitor electrodes 10a to 10g, the via electrodes 11a to 11M, the main line 12, the first sub line 13a, the second sub line 13b, and the line electrodes 15a to 15m For example, Ag, Cu, or a metal mainly composed of an alloy thereof is used as the material.
  • the directional coupler 100 according to the first embodiment having the above-described structure is conventionally used to manufacture a directional coupler configured using a laminate in which insulator layers are laminated. It can be manufactured by a general manufacturing method.
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit of the directional coupler 100 according to the first embodiment.
  • the directional coupler 100 includes a first ground terminal 4, second ground terminals 5 a, 5 b, 5 c, an input terminal 6, an output terminal 7, a coupling terminal 2, a termination terminal 3, a main line 12, and the like.
  • the reference numerals indicating the second ground terminals are three, that is, 5a, 5b, and 5c.
  • the stacked directional coupler 100 shown in FIG. 1 has three second ground terminals 5a and 5b. 5c.
  • the number of second ground terminals is not limited to three, and may be less than three or more than three.
  • the main line 12 is connected between the input terminal 6 and the output terminal 7.
  • the first low-pass filter LPF1, the first sub line 13a, the second low-pass filter LPF2, and the second sub line 13b are connected in order between the coupling terminal 2 and the termination terminal 3.
  • the main line 12 and the sub line including the first sub line 13a and the second sub line 13b are electromagnetically coupled.
  • the first low-pass filter LPF1 includes a first inductor L1, a second inductor L2, a first capacitor C1, a second capacitor C2, a third capacitor C3, and an additional inductor L11.
  • the coupling terminal 2 and one end of the first inductor L1 are connected, the other end of the first inductor L1 and one end of the second inductor L2 are connected, and the other end of the second inductor L2.
  • the first sub line 13a are connected, the first capacitor C1 is connected in parallel with the first inductor L1, the second capacitor C2 is connected in parallel with the second inductor L2, and the first inductor L1 and the second inductor L2 are connected.
  • a third capacitor C3 and an additional inductor L11 are connected between the connection point between the first capacitor and the first ground terminal 4.
  • the second low-pass filter LPF2 includes a third inductor L3, a fourth inductor L4, a fourth capacitor C4, a fifth capacitor C5, and a sixth capacitor C6.
  • the first sub-line 13a and one end of the third inductor L3 are connected, the other end of the third inductor L3 and one end of the fourth inductor L4 are connected, and other than the fourth inductor L4.
  • a fourth capacitor C4 is connected between the connection point of the first sub-line 13a and the third inductor L3 and the second ground terminals 5a, 5b, 5c
  • a fifth capacitor C5 is connected between a connection point between the third inductor L3 and the fourth inductor L4 and the second ground terminals 5a, 5b, and 5c, and a connection between the fourth inductor L4 and the second sub line 13b.
  • a sixth capacitor C6 is connected between the point and the second ground terminals 5a, 5b, and 5c.
  • the main line 12 shown in FIG. 1 is formed on the insulator layer 1e shown in FIG. 1, and is connected between the input terminal 6 and the output terminal 7.
  • the first sub line 13a shown in FIG. 2 is formed on the insulator layer 1f shown in FIG.
  • the second sub-line 13b shown in FIG. 1 is formed in the insulator layer 1g shown in FIG. 1, and one end thereof is connected to the termination terminal 3.
  • the first inductor L1 constituting the first low-pass filter LPF1 is intermediate between the line electrode 15e from the coupling terminal 2 shown in FIG. 1 via the line electrode 15k, via electrode 11G, line electrode 15h, and via electrode 11B. It is formed by a path connecting the parts.
  • the intermediate portion of the line electrode 15e is a connection point between the first inductor L1 and the second inductor L2.
  • the second inductor L2 constituting the first low-pass filter LPF1 is connected to the via electrode 11C, the line electrode 15i, the via electrode 11H, the line electrode 151, the via electrode 11J, and the line electrode 15m from the middle portion of the line electrode 15e shown in FIG. , Via electrode 11K, via electrode 11I, via electrode 11D, via electrode 11y, via electrode 11u, via electrode 11q, via electrode 11m, and via electrode 11i.
  • the via electrode 11i is connected to one end of the first sub line 13a.
  • the first capacitor C1 constituting the first low-pass filter LPF1 is formed by a capacitance generated between the capacitor electrode 10c connected to the coupling terminal 2 and the opposing capacitor electrode 10b.
  • the capacitor electrode 10b is connected to the first inductor L1 and the second inductor via the via electrode 11b, the via electrode 11c, the via electrode 11f, the via electrode 11g, the via electrode 11k, the via electrode 11p, the via electrode 11t, and the via electrode 11x. It is connected to an intermediate portion of the line electrode 15e that is a connection point with the inductor L2.
  • the second capacitor C2 constituting the first low-pass filter LPF1 is formed by a capacitance generated between the capacitor electrode 10d and the opposing capacitor electrode 10b.
  • the capacitor electrode 10d is connected to one end of the first sub line 13a via the via electrode 11d and the via electrode 11e.
  • the third capacitor C3 constituting the first low-pass filter LPF1 is formed by a capacitance generated between the capacitor electrode 10b and the opposing capacitor electrode 10a.
  • the capacitor electrode 10 a is connected to the first ground terminal 4 via the via electrode 11 a and the first ground electrode 8.
  • An additional inductor L11 is formed by an inductance component generated by a part of the capacitor electrode 10, the via electrode 11a, and the first ground electrode 8.
  • the second low-pass filter LPF2 is connected between the first sub line 13a and the second sub line 13b.
  • a specific connection relationship between the second low-pass filter LPF2 and the first sub-line 13a and the second sub-line 13b will be described later.
  • the third inductor L3 constituting the second low-pass filter LPF2 connects an intermediate portion of the via electrode 11s, the line electrode 15b, the via electrode 11w, the line electrode 15d, the via electrode 11A, the line electrode 15g, the via electrode 11F, and the line electrode 15j. It is formed by a route.
  • the intermediate portion of the line electrode 15j is a connection point between the third inductor L3 and the fourth inductor L4.
  • the fourth inductor L4 constituting the second low-pass filter LPF2 includes the via electrode 11E, the line electrode 15f, the via electrode 11z, the line electrode 15c, the via electrode 11v, the line electrode 15a, and the via electrode 11r from the middle part of the line electrode 15j. It is formed by a connecting path.
  • the fourth capacitor C4 constituting the second low-pass filter LPF2 is formed by a capacitance generated between the capacitor electrode 10f and the opposing second ground electrode 9b.
  • the capacitor electrode 10f is connected to the via electrode 11s that is one end of the third inductor L3.
  • the fifth capacitor C5 constituting the second low-pass filter LPF2 is formed by a capacitance generated between the capacitor electrode 10g and the opposing second ground electrode 9c.
  • the capacitor electrode 10g is connected to an intermediate portion of the line electrode 15j that is a connection point between the third inductor L3 and the fourth inductor L4 via the via electrode 11M and the via electrode 11L.
  • the sixth capacitor C6 constituting the second low-pass filter LPF2 is formed by a capacitance generated between the capacitor electrode 10e and the opposing second ground electrode 9b.
  • the capacitor electrode 10e is connected to the via electrode 11r that is the other end of the fourth inductor L4.
  • One end of the second low-pass filter LPF2 (the via electrode 11s that is one end of the third inductor L3 and the capacitor electrode 10f that is one capacitor electrode of the fourth capacitor C4) passes through a wiring that connects the via electrodes 11o, 11l, and 11h. And connected to the other end of the first sub-line 13a.
  • the other end of the second low-pass filter LPF2 (the via electrode 11r that is the other end of the fourth inductor L4 and the capacitor electrode 10e that is one capacitor electrode of the sixth capacitor C6) passes through a wiring that connects the via electrodes 11n and 11j. And connected to the other end of the second sub-line 13b.
  • the ground terminals 5a, 5b, and 5c are connected.
  • the second ground electrode 9a that is a floating electrode in the multilayer body 1 is also connected to the three second ground terminals 5a, 5b, and 5c.
  • the directional coupler 100 of the present embodiment it is important that the first ground terminal 4 and the second ground terminals 5a, 5b, and 5c are provided separately. That is, in the directional coupler 100, since the first ground terminal 4 and the second ground terminals 5a, 5b, and 5c are provided separately from each other, unnecessary wraparound of signals is suppressed.
  • the second ground electrode is divided into the second ground electrode 9a and the second ground electrode 9b formed in different layers in the stacked body 1.
  • the second ground electrode 9a and the second ground electrode 9b sandwich the main line 12 and the sub lines (first sub line 13a and second sub line 13b) from above and below.
  • the main line 12 and the sub-lines are prevented from being affected by an external noise signal.
  • the first low-pass filter LPF1 and the first ground electrode 8 overlap at least partially.
  • the first low-pass filter LPF1 is configured not to overlap with the second ground electrodes 9a, 9b, 9c.
  • the first low-pass filter LPF1 is formed in the area on the front half of the multilayer body 1 in FIG.
  • the directional coupler 100 has few ground electrodes that obstruct the magnetic field generated by the inductor constituting the first low-pass filter LPF1, and has higher attenuation on the high frequency side than the frequency band used for coupling. Ring characteristics have been improved.
  • the laminated directional coupler 100 shown in FIG. 1 constitutes an equivalent circuit shown in FIG.
  • FIG. 3 shows the coupling characteristics of the directional coupler 100.
  • the coupling characteristic indicates the amount of signal flowing from the input terminal 6 to the coupling terminal 2 shown in FIGS.
  • FIG. 4 shows the frequency characteristics of the first low-pass filter LPF1 and the second low-pass filter LPF2 of the directional coupler 100, respectively.
  • FIG. 4 also shows the coupling characteristics of the directional coupler 100.
  • FIG. 5 shows insertion loss characteristics and reflection loss characteristics of the directional coupler 100, respectively.
  • the insertion loss characteristic here is a characteristic obtained by looking at the loss of the signal path from the input terminal 6 to the output terminal 7, and the reflection loss characteristic is a signal ratio at which the signal input from the input terminal 6 returns to the input terminal 6. is there.
  • FIG. 6 shows the isolation characteristics of the directional coupler 100.
  • FIG. 6 also shows the coupling characteristics of the directional coupler 100.
  • the isolation characteristic is a signal ratio output from the output terminal 7 to the coupling terminal 2.
  • the ground electrode is not divided (isolated) into the first ground electrode 8 and the second ground electrodes 9a, 9b, and 9c, and the ground terminal is separated from the first ground terminal 4 and the second ground electrode.
  • the coupling characteristics when not divided (isolated) into two ground terminals 5a, 5b, and 5c are shown. For example, this is a case where the first ground electrode 8 and the second ground electrode 9a formed on the upper main surface of the insulator layer 1a are integrated without being separated (see FIG. 1).
  • the directional coupler 100 has a coupling characteristic flattened to an attenuation of 23 dB to 28 dB over a wide bandwidth of 0.7 GHz to 2.7 GHz. Further, in the frequency band of 5.1 GHz to 6.0 GHz on the high frequency side, attenuation of 35 dB or more is obtained, and unnecessary coupling is suppressed.
  • Fig. 3 shows the 0.7 GHz to 2.7 GHz region flattened to 23 dB to 28 dB attenuation as X, and the 5.1 GHz to 6.0 GHz region where 35 dB or more attenuation is obtained as Y.
  • the attenuation by the second low-pass filter LPF2 is formed in the region indicated by A in FIG. 3, which contributes to the formation of excellent coupling characteristics.
  • the second low-pass filter LPF2 has a cutoff frequency in the vicinity of 2.3 GHz.
  • the first low-pass filter LPF1 has a cutoff frequency in the vicinity of 4.4 GHz.
  • the ground electrode is divided (isolated) into the first ground electrode 8 and the second ground electrodes 9a, 9b, 9c, and the ground terminal is connected to the first ground terminal 4. It is important that the second ground terminals 5a, 5b, and 5c are divided (isolated). This is because if they are not divided (isolated), as will be described later, signal wraparound occurs and desired attenuation cannot be obtained.
  • Attenuation by the additional inductor 11 added to the first low-pass filter LPF1 is formed in a region indicated by C in FIG. 3, and it is possible to suppress unnecessary coupling in the frequency band.
  • the ground electrode is not divided (isolated) into the first ground electrode 8 and the second ground electrodes 9a, 9b, and 9c, and the ground terminal is connected to the first ground terminal 4 and the second ground electrode.
  • the necessary attenuation is not obtained in the region indicated by Z due to the signal wraparound.
  • an attenuation of 35 dB or more is not obtained, and the standard required as a product is not satisfied.
  • the directional coupler 100 according to the first embodiment has a flat coupling degree over a wide band and suppresses coupling in an unnecessary frequency band.
  • FIG. 8 and 9 show a directional coupler 200 according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is an essential part exploded perspective view in the case where the directional coupler 200 is configured using a laminated body in which a plurality of insulator layers are laminated.
  • FIG. 9 is obtained by replacing the configuration of the main part exploded perspective view of FIG. 8 with an equivalent circuit.
  • the insulator layer 1b is deleted as shown in FIG. 8, and the additional inductor L11 is deleted as shown in FIG.
  • the third capacitor C3 shown in FIG. 9 is formed by a capacitance generated between the capacitor electrode 10b and the first ground electrode 8, as shown in FIG.
  • FIG. 10 shows the coupling characteristics of the directional coupler 200. In FIG. 10, the coupling characteristics of the directional coupler 100 are also shown.
  • the attenuation pole formed in the vicinity of 8 GHz shown in the region C disappears in the coupling characteristic of the directional coupler 100, which is higher than 6 GHz.
  • the characteristics on the high frequency side are jumping up.
  • the required attenuation of 35 dB or more is obtained in the frequency band of 5.1 GHz to 6.0 GHz.
  • the additional inductor L11 is inserted between the third capacitor C3 of the first low-pass filter LPF1 and the first ground terminal 4 as in the directional coupler 100 according to the first embodiment, 8 GHz. It has been found that a pole is formed in the vicinity, and a large attenuation can be obtained on the high frequency side than 6 GHz.
  • the directional coupler 200 when large attenuation is not required on the high frequency side than 6 GHz, it is possible to delete the additional inductor L11 as in the directional coupler 200 according to the second embodiment. In this case, Since one insulating layer (insulating layer 1b) stacked in the stacked body 1 is eliminated, the directional coupler can be reduced in height.
  • FIG. 11 shows an equivalent circuit of the directional coupler 300 according to the third embodiment.
  • the first low-pass filter LPF1 and the second low-pass filter LPF2 are each configured in two stages.
  • an additional inductor L21 and additional capacitors C21 and C22 are added to the first low-pass filter LPF1 to form three stages. Further, in the directional coupler 300, as shown in FIG. 11, an additional inductor L31 and an additional capacitor C31 are added to the second low-pass filter LPF2 to form a three-stage configuration.
  • the number of stages of the first low-pass filter LPF1 and the second low-pass filter LPF2 is increased to 3 stages, so that the coupling characteristics are flattened in a wide bandwidth and an unnecessary frequency. Bonding at the band is further suppressed.
  • the directional coupler of the present invention does not necessarily have to be configured using a laminate in which insulator layers are laminated, and may be configured by mounting so-called discrete electronic components on a substrate. .
  • the number of stages of the first low-pass filter LPF1 and the second low-pass filter LPF2 is configured to be two stages, respectively, and the directionality according to the third embodiment.
  • the number of stages of the first low-pass filter LPF1 and the second low-pass filter LPF2 is three, respectively, but the number of stages of the first low-pass filter LPF1 and the second low-pass filter LPF2 is arbitrary, It may be more or less than these.
  • the number of stages of the first low-pass filter LPF1 and the number of stages of the second low-pass filter LPF2 do not need to match, and the number of stages of the first low-pass filter LPF1 and the number of stages of the second low-pass filter LPF2 may be different.
  • both the number of stages of the first low-pass filter LPF1 and the number of stages of the second low-pass filter LPF2 are increased to 3, but only one of the stages is increased. You may do it.

Abstract

結合度が広帯域にわたって平坦であり、かつ不要な周波数帯での結合が抑制された方向性結合器を提供する。　入力端子６と、出力端子７と、カップリング端子２と、終端端子３と、第１グランド端子４と、第２グランド端子５ａ～５ｃと、主線路１２と、第１副線路１３ａと、第２副線路１３ｂとを備え、カップリング端子２と第１の副線路１３ａとの間に第１ローパスフィルタＬＰＦ１が挿入され、第１の副線路１３ａと第２の副線路１３ｂとの間に第２ローパスフィルタＬＰＦ２が挿入され、第１ローパスフィルタＬＰＦ１が第１グランド端子４に接続され、第２ローパスフィルタＬＰＦ２が第２グランド端子５ａ～５ｃに接続されるようにした。

Description

方向性結合器
　本発明は方向性結合器に関し、さらに詳しくは、結合度が広帯域にわたって平坦化され、かつ、不要な周波数帯での結合が抑制された方向性結合器に関する。
　高周波機器において、高周波信号の特性を測定するために、高周波信号の一部を取り出す方向性結合器が使用されている。一般的な構造の方向性結合は、入力端子と出力端子との間に接続された主線路と、カップリング端子と終端端子との間に接続された副線路とを平行に配置し、主線路に流れる高周波信号の一部を副線路から取り出すようにしている。
　方向性結合器においては、結合度が広帯域にわたって平坦であることや、不要な周波数帯（たとえば結合に用いる周波数帯よりも高周波側の周波数帯）での結合が抑制されていることが求められる。
　たとえば、特許文献１（特開２０１３－４６３０５号公報）に開示された方向性結合器では、カップリング端子と副線路との間にローパスフィルタを挿入することにより、高周波側の不要な周波数帯での結合を抑制し、結合度を広帯域にわたって平坦化している。
　また、特許文献２（特開２０１３－５０７６号公報）に開示された方向性結合器では、副線路を第１副線路と第２副線路とに分割し、第１副線路と第２副線路との間にローパスフィルタを挿入することにより、高周波側の不要な周波数帯での結合を抑制し、結合度を広帯域にわたって平坦化している。
特開２０１３－４６３０５号公報 特開２０１３－５０７６号公報
　特許文献１や特許文献２に開示された方向性結合器は、高周波側の不要な周波数帯での結合の抑制や、広帯域にわたる結合度の平坦化に対して、一定の効果を奏している。しかしながら、方向性結合器を使用する電子機器の製造者・販売者からは、不要な周波数帯での結合の抑制や、広帯域にわたる結合度の平坦化を、更に進めることが要求されている。
　このような要求に応える方法としては、まず、カップリング端子と副線路との間に挿入されるローパスフィルタや、第１副線路と第２副線路との間に挿入されるローパスフィルタを多段化する方法が考えられる。また別の方法として、特許文献１に開示された方法と特許文献２に開示された方法とを組み合わせ、カップリング端子と副線路の間と、第１副線路と第２副線路の間の両方にローパスフィルタを挿入する方法が考えられる。
　しかしながら、ローパスフィルタを多段化しても、方向性結合器の大きさが格段に大きくなる一方、期待するような特性の改善はみられなかった。また、単純に、カップリング端子と副線路の間と、第１副線路と第２副線路の間の両方にローパスフィルタを挿入しても、方向性結合器内で信号の不要な回り込みが発生し、期待するような特性の改善は見られなかった。
　本発明は、上述した従来の問題を解決するためになされたものであり、その手段として本発明の方向性結合器は、入力端子と、出力端子と、カップリング端子と、終端端子と、グランド端子と、入力端子と出力端子との間に接続された主線路と、カップリング端子と終端端子との間に接続された副線路とを備え、主線路と副線路とが間隔を設けて配置され、副線路は、相互に接続された複数の副線路に分割され、少なくとも第１副線路と第２副線路とを備え、カップリング端子と副線路との間に、第１ローパスフィルタが挿入され、第１の副線路と第２の副線路との間に、第２ローパスフィルタが挿入され、グランド端子は、相互に隔離された、少なくとも第１グランド端子と第２グランド端子とを含む複数からなり、第１ローパスフィルタが第１グランド端子に接続され、第２ローパスフィルタが第２グランド端子に接続されるようにした。
　本発明の方向性結合器は、たとえば、第１ローパスフィルタは、少なくとも、第１インダクタと、第２インダクタと、第１キャパシタと、第２キャパシタと、第３キャパシタとを備え、カップリング端子と第１インダクタの一端とが接続され、第１インダクタの他端と第２インダクタの一端とが接続され、第２インダクタの他端と副線路とが接続され、第１インダクタと並列に第１キャパシタが接続され、第２インダクタと並列に第２キャパシタが接続され、第１インダクタと第２インダクタとの接続点と、第１グランド端子との間に、第３キャパシタが接続され、第２ローパスフィルタは、少なくとも、第３インダクタと、第４インダクタと、第４キャパシタと、第５キャパシタと、第６キャパシタとを備え、第１副線路と第３インダクタの一端とが接続され、第３インダクタの他端と第４インダクタの一端とが接続され、第４インダクタの他端と前記第２副線路とが接続され、第１副線路と第３インダクタとの接続点と、第２グランド端子との間に、第４キャパシタが接続され、第３インダクタと第４インダクタとの接続点と、第２グランド端子との間に、第５キャパシタが接続され、第４インダクタと第２副線路との接続点と、第２グランド端子との間に、第６キャパシタが接続されたものとして構成することができる。この場合には、第１ローパスフィルタによって、結合に用いる周波数帯よりも高周波側に減衰極を形成し、高周波側の減衰を高め、第２ローパスフィルタにより、広帯域にわたって結合度の平坦化をはかることができる。
　また、本発明の方向性結合器は、第１ローパスフィルタにおいて、第２インダクタと副線路との間に、１つの追加インダクタ、または、相互に直列に接続された複数の追加インダクタが挿入され、追加インダクタそれぞれと並列に追加キャパシタが接続されるとともに、追加インダクタが１つの場合は、第２インダクタと追加インダクタとの接続点と、第１グランド端子との間に、追加キャパシタが挿入され、追加インダクタが複数の場合は、第２インダクタと追加インダクタとの接続点と、第１グランド端子との間、および、追加インダクタと追加インダクタとの接続点と、第１グランド端子との間に、それぞれ、追加キャパシタが挿入されたものとすることができる。この場合には、第１ローパスフィルタの段数を増やすことができ、方向性結合器の特性を更に改善することができる。
　また、本発明の方向性結合器は、第２ローパスフィルタにおいて、第４インダクタと第２副線路との間に、１つの追加インダクタ、または、相互に直列に接続された複数の追加インダクタが挿入され、追加インダクタが１つの場合は、追加インダクタと第２副線路との接続点と、第２グランド端子との間に、追加キャパシタが挿入され、追加インダクタが複数の場合は、追加インダクタと追加インダクタとの接続点と、第２グランド端子との間、および、追加インダクタと第２副線路との接続点と、第２グランド端子との間に、それぞれ、追加キャパシタが挿入されたものとすることができる。この場合には、第２ローパスフィルタの段数を増やすことができ、方向性結合器の特性を更に改善することができる。
　また、本発明の方向性結合器において、第１ローパスフィルタのカットオフ周波数と、第２ローパスフィルタのカットオフ周波数とが異なっており、第１ローパスフィルタのカットオフ周波数が、第２ローパスフィルタのカットオフ周波数よりも高周波側にあるものとすることができる。この場合には、第１ローパスフィルタのカットオフ周波数と、第２ローパスフィルタのカットオフ周波数とが異なることにより、広帯域にわたって結合度の平坦化をはかると同時に、結合に用いる周波数帯よりも高周波側の減衰を高めることができる。
　また、本発明の方向性結合器において、第１ローパスフィルタと第１グランド端子との接続経路に、さらに、追加インダクタを挿入させても良い。この場合には、結合に用いる周波数帯から高周波側にやや大きく離れた周波数に減衰極を形成することができ、方向性結合器の特性を更に改善することができる。
　上述した本発明の方向性結合器は、複数の絶縁体層が積層された積層体内に構成することができ、絶縁体層の所定の層間に、第１グランド電極が形成され、絶縁体層の所定の層間に、第２グランド電極が形成され、積層体内において、第１グランド電極と第２グランド電極は相互に隔離されており、第１ローパスフィルタが第１グランド電極に接続され、第２ローパスフィルタが第２グランド電極に接続され、第１グランド電極が第１グランド端子に接続され、第２グランド電極が第２グランド端子に接続されたものとすることができる。この場合には、第１グランド電極と第２グランド電極が相互に隔離されたことにより、グランド電極を介して信号の不要な回り込みが発生するのを防止することができ、方向性結合器の特性を更に改善することができる。
　本発明の方向性結合器を複数の絶縁体層が積層された積層体内に構成するにあたり、積層体内において、第２グランド電極が、絶縁体層の２つ以上の層間に分割して配置され、積層体内において、主線路および副線路が、それぞれ、それらの２つ以上の層間に分割された第２グランド電極に上下から挟まれて配置され、積層体を積層方向に透視した場合に、それらの２つ以上の層間に分割された第２グランド電極と、主線路および副線路とが、少なくとも部分的に重なっているようにすることができる。この場合には、外部からのノイズ信号により、主線路および副線路が影響を受けることを防止することができる。
　また、本発明の方向性結合器を複数の絶縁体層が積層された積層体内に構成するにあたり、積層体を積層方向に透視した場合に、第１ローパスフィルタと、第１グランド電極とは、少なくとも部分的に重なっているが、第１ローパスフィルタは、第２グランド電極とは重なっていないようにすることができる。この場合には、第１ローパスフィルタを構成するインダクタが発生させる磁界の障害となるグランド電極を少なくすることができるため、結合に用いる周波数帯よりも高周波側の減衰を高めることができ、方向性結合器の特性を更に改善することができる。
　本発明によれば、信号の不要な回り込みが発生せず、結合度が広帯域にわたって平坦化され、不要な周波数帯での結合が抑制された方向性結合器を得ることができる。
第１実施形態にかかる方向性結合器１００を示す分解斜視図である。 方向性結合器１００の等価回路図である。 方向性結合器１００のカップリング特性を示すグラフである。 方向性結合器１００に含まれる第１ローパスフィルタＬＰＦ１と第２ローパスフィルタＬＰＦ２の周波数特性をそれぞれ示すグラフである。 方向性結合器１００の挿入損失特性と反射損失特性をそれぞれ示すグラフである。 方向性結合器１００のアイソレーション特性を示すグラフである。 比較例にかかる方向性結合器のカップリング特性を示すグラフである。 第２実施形態にかかる方向性結合器２００を示す要部分解斜視図である。 方向性結合器２００の等価回路図である。 方向性結合器１００のカップリング特性と、方向性結合器２００のカップリング特性とを、比較して示したグラフである。 第３実施形態にかかる方向性結合器３００の等価回路図である。
　以下、図面とともに、本発明を実施するための形態について説明する。
　なお、各実施形態は、本発明の実施の形態を例示的に示したものであり、本発明が実施形態の内容に限定されることはない。また、異なる実施形態に記載された内容を組合せて実施することも可能であり、その場合の実施内容も本発明に含まれる。また、図面は、実施形態の理解を助けるためのものであり、必ずしも厳密に描画されていない場合がある。たとえば、描画された構成要素ないし構成要素間の寸法の比率が、明細書に記載されたそれらの寸法の比率と一致していない場合がある。また、明細書に記載されている構成要素が、図面において省略されている場合や、個数を省略して描画されている場合などがある。
　［第１実施形態］
　図１および図２に、本発明の第１実施形態にかかる方向性結合器１００を示す。ただし、図１は、方向性結合器１００を、複数の絶縁体層が積層された積層体を用いて構成した場合における分解斜視図である。図２は、図１の分解斜視図の構成を等価回路に置き換えたものである。
　図１に示すように、方向性結合器１００は、１６層の絶縁体層１ａ～１ｐが積層された積層体１を備える。積層体１は、直方体形状からなる。
　積層体１の４つの側面には、それぞれ、所定の端子が形成されている。以下、積層体１に形成された端子について説明するが、説明の便宜上、図１における手前側の側面から、順番に、時計回りに、各側面に形成された端子について説明する。なお、以下の説明中において、手前側、左側、奥側、右側は、それぞれ、図１の中での方向を指している。また、上側および下側も、図１の中での方向を指している。
　積層体１の手前側の右側の側面には、順に、終端端子３、カップリング端子２、第１グランド端子４が、それぞれ形成されている。
　積層体１の左側の側面には、第２グランド端子５ａが形成されている。
　積層体１の奥側の左側の側面には、順に、入力端子６、第２グランド端子５ｂ、出力端子７が、それぞれ形成されている。
　積層体１の右側の側面には、第２グランド端子５ｃが形成されている。
　積層体１の４つの側面に形成された、カップリング端子２、終端端子３、第１グランド端子４、第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃ、入力端子６、出力端子７は、それぞれ、積層体１（絶縁体層１ａ）の下側の主面、および、積層体１（絶縁体層１ｐ）の上側の主面に延出して形成されている。
　カップリング端子２、終端端子３、第１グランド端子４、第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃ、入力端子６、出力端子７は、たとえば、Ａｇ、Ｃｕや、これらの合金などを主成分とする金属からなり、必要に応じて表面に、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｕなどを主成分にするめっき層が、１層または複数層にわたって形成されている。
　積層体１を構成する絶縁体層１ａ～１ｐの材質には、セラミックスが使用されている。絶縁体層１ａ～１ｐは、それぞれ、誘電率を有する誘電体層と理解することもできる。
　絶縁体層１ａの上側主面には、第１グランド電極８、第２グランド電極９ａが形成されている。第１グランド電極８は、第１グランド端子４に接続されている。第２グランド電極９ａは、第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃに接続されている。
　絶縁体層１ｂの上側主面には、キャパシタ電極１０ａが形成されている。また、絶縁体層１ｂの両主面間を貫通してビア電極１１ａが形成されている。ビア電極１１ａは、一端がキャパシタ電極１０ａに接続され、他端が絶縁体層１ａに形成された第１グランド電極８に接続されている。
　絶縁体層１ｃの上側主面には、キャパシタ電極１０ｂが形成されている。
　絶縁体層１ｄの上側主面には、キャパシタ電極１０ｃ、１０ｄが形成されている。また、絶縁体層１ｄの両主面間を貫通してビア電極１１ｂが形成されている。キャパシタ電極１０ｃは、カップリング端子２に接続されている。ビア電極１１ｂは、一端が絶縁体層１ｄの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｃに形成されたキャパシタ電極１０ｂに接続されている。
　絶縁体層１ｅの上側主面には、主線路１２が形成されている。また、絶縁体層１ｅの両主面間を貫通してビア電極１１ｃ、１１ｄが形成されている。主線路１２は、一端が入力端子６に接続され、他端が出力端子７に接続されている。ビア電極１１ｃは、一端が絶縁体層１ｅの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｄに形成されたビア電極１１ｂに接続されている。ビア電極１１ｄは、一端が絶縁体層１ｅの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｄに形成されたキャパシタ電極１０ｄに接続されている。
　絶縁体層１ｆの上側主面には、第１副線路１３ａが形成されている。また、絶縁体層１ｆの両主面間を貫通してビア電極１１ｅ、１１ｆが形成されている。ビア電極１１ｅは、一端が第１副線路１３ａの一端に接続され、他端が絶縁体層１ｅに形成されたビア電極１１ｄに接続されている。ビア電極１１ｆは、一端が絶縁体層１ｆの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｅに形成されたビア電極１１ｃに接続されている。
　絶縁体層１ｇの上側主面には、第２副線路１３ｂが形成されている。また、絶縁体層１ｇの両主面間を貫通してビア電極１１ｇ、１１ｈ、１１ｉが形成されている。第２副線路１３ｂは、一端が終端端子３に接続されている。ビア電極１１ｇは、一端が絶縁体層１ｇの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｆに形成されたビア電極１１ｆに接続されている。ビア電極１１ｈは、一端が絶縁体層１ｇの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｆに形成された第１副線路１３ａの他端に接続されている。ビア電極１１ｉは、一端が絶縁体層１ｇの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｆに形成された第１副線路１３ａの一端に接続されている。
　絶縁体層１ｈの上側主面には、第２グランド電極９ｂが形成されている。また、絶縁体層１ｈの両主面間を貫通してビア電極１１ｊ、１１ｋ、１１ｌ、１１ｍが形成されている。第２グランド電極９ｂは、第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃに接続されている。ビア電極１１ｊは、一端が絶縁体層１ｈの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｇに形成された第２副線路１３ｂの他端に接続されている。ビア電極１１ｋは、一端が絶縁体層１ｈの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｇに形成されたビア電極１１ｇに接続されている。ビア電極１１ｌは、一端が絶縁体層１ｈの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｇに形成されたビア電極１１ｈに接続されている。ビア電極１１ｍは、一端が絶縁体層１ｈの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｇに形成されたビア電極１１ｉに接続されている。
　絶縁体層１ｉの上側主面には、キャパシタ電極１０ｅ、１０ｆが形成されている。また、絶縁体層１ｉの両主面間を貫通してビア電極１１ｎ、１１ｏ、１１ｐ、１１ｑが形成されている。ビア電極１１ｎは、一端がキャパシタ電極１０ｅに接続され、他端が絶縁体層１ｈに形成されたビア電極１１ｊに接続されている。ビア電極１１ｏは、一端がキャパシタ電極１０ｆに接続され、他端が絶縁体層１ｈに形成されたビア電極１１ｌに接続されている。ビア電極１１ｐは、一端が絶縁体層１ｉの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｈに形成されたビア電極１１ｋに接続されている。ビア電極１１ｑは、一端が絶縁体層１ｉの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｈに形成されたビア電極１１ｍに接続されている。
　絶縁体層１ｊの上側主面には、線路電極１５ａ、１５ｂが形成されている。また、絶縁体層１ｊの両主面間を貫通してビア電極１１ｒ、１１ｓ、１１ｔ、１１ｕが形成されている。ビア電極１１ｒは、一端が線路電極１５ａの一端に接続され、他端が絶縁体層１ｉに形成されたキャパシタ電極１０ｅに接続されている。ビア電極１１ｓは、一端が線路電極１５ｂの一端に接続され、他端が絶縁体層１ｉに形成されたキャパシタ電極１０ｆに接続されている。ビア電極１１ｔは、一端が絶縁体層１ｊの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｉに形成されたビア電極１１ｐに接続されている。ビア電極１１ｕは、一端が絶縁体層１ｊの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｉに形成されたビア電極１１ｑに接続されている。
　絶縁体層１ｋの上側主面には、線路電極１５ｃ、１５ｄ、１５ｅが形成されている。また、絶縁体層１ｋの両主面間を貫通してビア電極１１ｖ、１１ｗ、１１ｘ、１１ｙが形成されている。ビア電極１１ｖは、一端が線路電極１５ｃの一端に接続され、他端が絶縁体層１ｊに形成された線路電極１５ａの他端に接続されている。ビア電極１１ｗは、一端が線路電極１５ｄの一端に接続され、他端が絶縁体層１ｊに形成された線路電極１５ｂの他端に接続されている。ビア電極１１ｘは、一端が線路電極１５ｅの中間部分に接続され、他端が絶縁体層１ｊに形成されたビア電極１１ｔに接続されている。ビア電極１１ｙは、一端が絶縁体層１ｋの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｊに形成されたビア電極１１ｕに接続されている。
　絶縁体層１ｌの上側主面には、線路電極１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉが形成されている。また、絶縁体層１ｌの両主面間を貫通してビア電極１１ｚ、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄが形成されている。ビア電極１１ｚは、一端が線路電極１５ｆの一端に接続され、他端が絶縁体層１ｋに形成された線路電極１５ｃの他端に接続されている。ビア電極１１Ａは、一端が線路電極１５ｇの一端に接続され、他端が絶縁体層１ｋに形成された線路電極１５ｄの他端に接続されている。ビア電極１１Ｂは、一端が線路電極１５ｈの一端に接続され、他端が絶縁体層１ｋに形成された線路電極１５ｅの一端に接続されている。ビア電極１１Ｃは、一端が線路電極１５ｉの一端に接続され、他端が絶縁体層１ｋに形成された線路電極１５ｅの他端に接続されている。ビア電極１１Ｄは、一端が絶縁体層１ｌの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｋに形成されたビア電極１１ｙに接続されている。
　絶縁体層１ｍの上側主面には、線路電極１５ｊ、１５ｋ、１５ｌが形成されている。また、絶縁体層１ｍの両主面間を貫通してビア電極１１Ｅ、１１Ｆ、１１Ｇ、１１Ｈ、１１Ｉが形成されている。線路電極１５ｋは、一端がカップリング端子２に接続されている。ビア電極１１Ｅは、一端が線路電極１５ｊの一端に接続され、他端が絶縁体層１ｌに形成された線路電極１５ｆの他端に接続されている。ビア電極１１Ｆは、一端が線路電極１５ｊの他端に接続され、他端が絶縁体層１ｌに形成された線路電極１５ｇの他端に接続されている。ビア電極１１Ｇは、一端が線路電極１５ｋの他端に接続され、他端が絶縁体層１ｌに形成された線路電極１５ｈの他端に接続されている。ビア電極１１Ｈは、一端が線路電極１５ｌの一端に接続され、他端が絶縁体層１ｌに形成された線路電極１５ｉの他端に接続されている。ビア電極１１Ｉは、一端が絶縁体層１ｍの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｌに形成されたビア電極１１Ｄに接続されている。
　絶縁体層１ｎの上側主面には、第２グランド電極９ｃ、線路電極１５ｍが形成されている。また、絶縁体層１ｎの両主面間を貫通してビア電極１１Ｊ、１１Ｋ、１１Ｌが形成されている。第２グランド電極９ｃは、第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃに接続されている。ビア電極１１Ｊは、一端が線路電極１５ｍの一端に接続され、他端が絶縁体層１ｍに形成された線路電極１５ｌの他端に接続されている。ビア電極１１Ｋは、一端が線路電極１５ｍの他端に接続され、他端が絶縁体層１ｍに形成されたビア電極１１Ｉに接続されている。ビア電極１１Ｌは、一端が絶縁体層１ｎの上側主面に露出され、他端が絶縁体層１ｍに形成された線路電極１５ｊの中間部分に接続されている。
　絶縁体層１ｏの上側主面には、キャパシタ電極１０ｇが形成されている。また、絶縁体層１ｏの両主面間を貫通してビア電極１１Ｍが形成されている。ビア電極１１Ｍは、一端がキャパシタ電極１０ｇに接続され、他端が絶縁体層１ｎに形成されたビア電極１１Ｌに接続されている。
　絶縁体層１ｐの上側主面には、上述したとおり、積層体１（絶縁体層１ｐ）の４つの側面から延出された、カップリング端子２、終端端子３、第１グランド端子４、第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃ、入力端子６、出力端子７が、それぞれ形成されている。
　以上において、第１グランド電極８、第２グランド電極９ａ～９ｃ、キャパシタ電極１０ａ～１０ｇ、ビア電極１１ａ～１１Ｍ、主線路１２、第１副線路１３ａ、第２副線路１３ｂ、線路電極１５ａ～１５ｍの材質には、たとえば、Ａｇ、Ｃｕや、これらの合金を主成分とする金属が使用されている。
　以上のような構造からなる第１実施形態にかかる方向性結合器１００は、従来から、絶縁体層が積層された積層体を用いて構成した方向性結合器を製造するのに使用されている一般的な製造方法により、製造することができる。
　図２に、第１実施形態にかかる方向性結合器１００の等価回路を示す。
　方向性結合器１００は、第１グランド端子４と、第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃと、入力端子６と、出力端子７と、カップリング端子２と、終端端子３と、主線路１２と、第１副線路１３ａと第２副線路１３ｂとを備えた副線路と、第１ローパスフィルタＬＰＦ１と、第２ローパスフィルタＬＰＦ２とを備える。なお、上記において、第２グランド端子を表す符号が５ａ、５ｂ、５ｃの３つからなるのは、図１に示した積層型の方向性結合器１００が、３つの第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃを備えていることによる。第２グランド端子の数は３つには限定されず、３つより少なくても良く、また、３つより多くても良い。
　入力端子６と出力端子７との間に、主線路１２が接続されている。
　カップリング端子２と終端端子３との間に、順に、第１ローパスフィルタＬＰＦ１、第１副線路１３ａ、第２ローパスフィルタＬＰＦ２、第２副線路１３ｂが接続されている。主線路１２と、第１副線路１３ａと第２副線路１３ｂとを備えた副線路とは、電磁気的に結合している。
　第１ローパスフィルタＬＰＦ１は、第１インダクタＬ１と、第２インダクタＬ２と、第１キャパシタＣ１と、第２キャパシタＣ２と、第３キャパシタＣ３と、追加のインダクタＬ１１とを備える。第１ローパスフィルタＬＰＦ１においては、カップリング端子２と第１インダクタＬ１の一端とが接続され、第１インダクタＬ１の他端と第２インダクタＬ２の一端とが接続され、第２インダクタＬ２の他端と第１副線路１３ａとが接続され、第１インダクタＬ１と並列に第１キャパシタＣ１が接続され、第２インダクタＬ２と並列に第２キャパシタＣ２が接続され、第１インダクタＬ１と第２インダクタＬ２との接続点と、第１グランド端子４との間に、第３キャパシタＣ３と、追加のインダクタＬ１１とが接続されている。
　第２ローパスフィルタＬＰＦ２は、第３インダクタＬ３と、第４インダクタＬ４と、第４キャパシタＣ４と、第５キャパシタＣ５と、第６キャパシタＣ６とを備える。第２ローパスフィルタＬＰＦ２においては、第１副線路１３ａと第３インダクタＬ３の一端とが接続され、第３インダクタＬ３の他端と第４インダクタＬ４の一端とが接続され、第４インダクタＬ４の他端と第２副線路１３ｂとが接続され、第１副線路１３ａと第３インダクタＬ３との接続点と、第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃとの間に、第４キャパシタＣ４が接続され、第３インダクタＬ３と第４インダクタＬ４との接続点と、第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃとの間に、第５キャパシタＣ５が接続され、第４インダクタＬ４と第２副線路１３ｂとの接続点と、第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃとの間に、第６キャパシタＣ６が接続されている。
　次に、図１と図２とを参照しながら、積層型の方向性結合器１００の構造と、等価回路との関係について説明する。
　図２に示す主線路１２は、図１に示す絶縁体層１ｅに形成され、入力端子６と出力端子７との間に接続されている。
　図２に示す第１副線路１３ａは、図１に示す絶縁体層１ｆに形成されている。
　図２に示す第２副線路１３ｂは、図１に示す絶縁体層１ｇに形成され、一端が終端端子３に接続されている。
　次に、図２に示す、第１ローパスフィルタＬＰＦ１について説明する。
　第１ローパスフィルタＬＰＦ１を構成する第１インダクタＬ１は、図１に示す、カップリング端子２から、線路電極１５ｋ、ビア電極１１Ｇ、線路電極１５ｈ、ビア電極１１Ｂを経由して、線路電極１５ｅの中間部分を繋ぐ経路により形成されている。なお、線路電極１５ｅの中間部分は、第１インダクタＬ１と第２インダクタＬ２との接続点である。
　第１ローパスフィルタＬＰＦ１を構成する第２インダクタＬ２は、図１に示す、線路電極１５ｅの中間部分から、ビア電極１１Ｃ、線路電極１５ｉ、ビア電極１１Ｈ、線路電極１５ｌ、ビア電極１１Ｊ、線路電極１５ｍ、ビア電極１１Ｋ、ビア電極１１Ｉ、ビア電極１１Ｄ、ビア電極１１ｙ、ビア電極１１ｕ、ビア電極１１ｑ、ビア電極１１ｍ、ビア電極１１ｉを繋ぐ経路により形成されている。なお、ビア電極１１ｉは、第１副線路１３ａの一端に接続されている。
　第１ローパスフィルタＬＰＦ１を構成する第１キャパシタＣ１は、カップリング端子２に接続されたキャパシタ電極１０ｃと、対向するキャパシタ電極１０ｂとの間に発生する容量により形成されている。なお、キャパシタ電極１０ｂは、ビア電極１１ｂ、ビア電極１１ｃ、ビア電極１１ｆ、ビア電極１１ｇ、ビア電極１１ｋ、ビア電極１１ｐ、ビア電極１１ｔ、ビア電極１１ｘを経由して、第１インダクタＬ１と第２インダクタＬ２との接続点である線路電極１５ｅの中間部分に接続されている。
　第１ローパスフィルタＬＰＦ１を構成する第２キャパシタＣ２は、キャパシタ電極１０ｄと、対向するキャパシタ電極１０ｂとの間に発生する容量により形成されている。なお、キャパシタ電極１０ｄは、ビア電極１１ｄ、ビア電極１１ｅを経由して、第１副線路１３ａの一端に接続されている。
　第１ローパスフィルタＬＰＦ１を構成する第３キャパシタＣ３は、キャパシタ電極１０ｂと、対向するキャパシタ電極１０ａとの間に発生する容量により形成されている。なお、キャパシタ電極１０ａは、ビア電極１１ａ、第１グランド電極８を経由して、第１グランド端子４に接続されている。そして、キャパシタ電極１０の一部、ビア電極１１ａ、第１グランド電極８により発生するインダクタンス成分により、追加のインダクタＬ１１が形成されている。
　次に、図２に示す、第２ローパスフィルタＬＰＦ２について説明する。
　第２ローパスフィルタＬＰＦ２は、上述したとおり、第１副線路１３ａと、第２副線路１３ｂとの間に接続されている。第２ローパスフィルタＬＰＦ２と、第１副線路１３ａおよび第２副線路１３ｂとの具体的な接続関係については後述する。
　第２ローパスフィルタＬＰＦ２を構成する第３インダクタＬ３は、ビア電極１１ｓ、線路電極１５ｂ、ビア電極１１ｗ、線路電極１５ｄ、ビア電極１１Ａ、線路電極１５ｇ、ビア電極１１Ｆ、線路電極１５ｊの中間部分を繋ぐ経路により形成されている。なお、線路電極１５ｊの中間部分は、第３インダクタＬ３と第４インダクタＬ４との接続点である。
　第２ローパスフィルタＬＰＦ２を構成する第４インダクタＬ４は、線路電極１５ｊの中間部分から、ビア電極１１Ｅ、線路電極１５ｆ、ビア電極１１ｚ、線路電極１５ｃ、ビア電極１１ｖ、線路電極１５ａ、ビア電極１１ｒを繋ぐ経路により形成されている。
　第２ローパスフィルタＬＰＦ２を構成する第４キャパシタＣ４は、キャパシタ電極１０ｆと、対向する第２グランド電極９ｂとの間に発生する容量により形成されている。なお、キャパシタ電極１０ｆは、第３インダクタＬ３の一端であるビア電極１１ｓに接続されている。
　第２ローパスフィルタＬＰＦ２を構成する第５キャパシタＣ５は、キャパシタ電極１０ｇと、対向する第２グランド電極９ｃとの間に発生する容量により形成されている。なお、キャパシタ電極１０ｇは、ビア電極１１Ｍ、ビア電極１１Ｌを経由して、第３インダクタＬ３と第４インダクタＬ４との接続点である線路電極１５ｊの中間部分に接続されている。
　第２ローパスフィルタＬＰＦ２を構成する第６キャパシタＣ６は、キャパシタ電極１０ｅと、対向する第２グランド電極９ｂとの間に発生する容量により形成されている。なお、キャパシタ電極１０ｅは、第４インダクタＬ４の他端であるビア電極１１ｒに接続されている。
　第２ローパスフィルタＬＰＦ２の一端（第３インダクタＬ３の一端であるビア電極１１ｓおよび第４キャパシタＣ４の一方のキャパシタ電極であるキャパシタ電極１０ｆ）は、ビア電極１１ｏ、１１ｌ、１１ｈを繋ぐ配線を経由して、第１副線路１３ａの他端に接続されている。
　第２ローパスフィルタＬＰＦ２の他端（第４インダクタＬ４の他端であるビア電極１１ｒおよび第６キャパシタＣ６の一方のキャパシタ電極であるキャパシタ電極１０ｅ）は、ビア電極１１ｎ、１１ｊを繋ぐ配線を経由して、第２副線路１３ｂの他端に接続されている。
　第４キャパシタＣ４、第６キャパシタＣ６、それぞれの他方のキャパシタ電極を構成する第２グランド電極９ｂ、および、キャパシタ５の他方のキャパシタ電極を構成する第２グランド電極９ｂは、それぞれ、３つの第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃに接続されている。
　なお、積層体１の内部において浮き電極となっている第２グランド電極９ａも、３つの第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃに接続されている。
　本実施形態の方向性結合器１００においては、第１グランド端子４と、第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃとが、隔離されて設けられていることが重要である。すなわち、方向性結合器１００では、第１グランド端子４と、第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃとが隔離されて設けられていることにより、信号の不要な回り込みが抑制されている。
　また、本実施形態の方向性結合器１００においては、第２グランド電極が、積層体１内において、異なる層に形成された第２グランド電極９ａと第２グランド電極９ｂとに分割して形成され、第２グランド電極９ａと第２グランド電極９ｂとで、主線路１２と副線路（第１副線路１３ａ、第２副線路１３ｂ）とを上下から挟んでいる。この結果、方向性結合器１００では、外部からのノイズ信号により、主線路１２および副線路（第１副線路１３ａ、第２副線路１３ｂ）が影響を受けることが防止されている。
　また、本実施形態の方向性結合器１００においては、積層体１を積層方向に透視した場合に、第１ローパスフィルタＬＰＦ１と、第１グランド電極８とは、少なくとも部分的に重なっているが、第１ローパスフィルタＬＰＦ１は、第２グランド電極９ａ、９ｂ、９ｃとは重ならないように構成されている。なお、第１ローパスフィルタＬＰＦ１は、図１において、積層体１の手前側半分の領域内に形成されている。この結果、方向性結合器１００は、第１ローパスフィルタＬＰＦ１を構成するインダクタが発生させる磁界の障害となるグランド電極が少なく、結合に用いる周波数帯よりも高周波側の減衰が高められており、カップリング特性が改善されている。
　以上に説明した接続関係により、図１に示す積層型の方向性結合器１００は、図２に示す等価回路を構成している。
　次に、第１実施形態にかかる方向性結合器１００の特性について説明する。
　図３に、方向性結合器１００のカップリング特性を示す。カップリング特性は、図１、２に示す入力端子６からカップリング端子２に流れる信号の量を示したものである。
　図４に、方向性結合器１００の第１ローパスフィルタＬＰＦ１と第２ローパスフィルタＬＰＦ２の周波数特性をそれぞれ示す。なお、図４には、方向性結合器１００のカップリング特性を併せて示している。
　図５に、方向性結合器１００の挿入損失特性、反射損失特性をそれぞれ示す。ここでの挿入損失特性は、入力端子６から出力端子７の信号経路の損失を見た特性であり、反射損失特性は、入力端子６から入力した信号が入力端子６に戻ってくる信号比である。
　図６に、方向性結合器１００のアイソレーション特性を示す。なお、図６には、方向性結合器１００のカップリング特性を併せて示している。アイソレーション特性は、出力端子７からカップリング端子２に出力する信号比である。
　また、比較のために、図７に、グランド電極を第１グランド電極８と第２グランド電極９ａ、９ｂ、９ｃとに分割（隔離）せず、また、グランド端子を第１グランド端子４と第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃとに分割（隔離）しなかった場合のカップリング特性を示す。たとえば、絶縁体層１ａの上側主面に形成された第１グランド電極８と第２グランド電極９ａとを隔離せず、一体化させたような場合である（図１参照）。
　図３に示すように、方向性結合器１００は、カップリング特性が、０．７ＧＨｚ～２．７ＧＨｚの広い帯域幅にわたって、２３ｄＢ～２８ｄＢの減衰に平坦化されている。また、高周波側の５．１ＧＨｚ～６．０ＧＨｚの周波数帯において、３５ｄＢ以上の減衰が得られており、不要な結合が抑制されている。
　図３に、２３ｄＢ～２８ｄＢの減衰に平坦化されている０．７ＧＨｚ～２．７ＧＨｚの領域をＸ、３５ｄＢ以上の減衰が得られている５．１ＧＨｚ～６．０ＧＨｚの領域をＹで示す。
　このような優れたカップリング特性を得られたのは、次の理由による。
　まず、第２ローパスフィルタＬＰＦ２による減衰が、図３においてＡで示す領域に形成されており、優れたカップリング特性の形成に寄与している。図４に示すように、第２ローパスフィルタＬＰＦ２は、カットオフ周波数が２．３ＧＨｚ付近に存在している。
　また、第１ローパスフィルタＬＰＦ１による減衰が、図３においてＢで示す領域に形成されており、優れたカップリング特性の形成に寄与している。図４に示すように、第１ローパスフィルタＬＰＦ１は、カットオフ周波数が４．４ＧＨｚ付近に存在している。なお、領域Ｂの減衰を形成するためには、グランド電極が第１グランド電極８と第２グランド電極９ａ、９ｂ、９ｃとに分割（隔離）され、また、グランド端子が第１グランド端子４と第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃとに分割（隔離）されていることが重要である。これらが分割（隔離）されていないと、後述するように、信号の回り込みが発生してしまい、所望の減衰を得ることができないからである。
　また、第１ローパスフィルタＬＰＦ１に付加された付加インダクタ１１による減衰が、図３においてＣで示す領域に形成されており、必要としない周波数帯域の結合を抑制することができる。
　これに対し、図７に示すように、グランド電極を第１グランド電極８と第２グランド電極９ａ、９ｂ、９ｃとに分割（隔離）せず、また、グランド端子を第１グランド端子４と第２グランド端子５ａ、５ｂ、５ｃとに分割（隔離）しなかった方向性結合器では、Ｚで示す領域において、信号の回り込みが原因により、必要な減衰が得られていない。特に、５．１ＧＨｚ～６．０ＧＨｚの周波数帯において、３５ｄＢ以上の減衰が得られておらず、製品として求められる規格を満たしていない。
　以上より、第１実施形態にかかる方向性結合器１００は、結合度が広帯域にわたって平坦化され、かつ、不要な周波数帯での結合が抑制されていることが確認できた。
　［第２実施形態］
　図８および図９に、第２実施形態にかかる方向性結合器２００を示す。ただし、図８は、方向性結合器２００を、複数の絶縁体層が積層された積層体を用いて構成した場合における要部分解斜視図である。図９は、図８の要部分解斜視図の構成を等価回路に置き換えたものである。
　図１および図２に示した第１実施形態にかかる方向性結合器１００では、図１に示す、絶縁体層１ｂに形成されたキャパシタ電極１０の一部と、ビア電極１１ａと、絶縁体層１ａに形成された第１グランド電極８とにより発生するインダクタンス成分により、図２に示すように、第３キャパシタＣ３と第１グランド端子４との間に、追加のインダクタＬ１１が形成されている。
　第２実施形態にかかる方向性結合器２００では、図８に示すように、絶縁体層１ｂを削除し、図９に示すように、追加のインダクタＬ１１を削除した。なお、図９に示す第３キャパシタＣ３は、図８に示すように、キャパシタ電極１０ｂと第１グランド電極８との間に発生する容量により形成される。
　図１０に、方向性結合器２００のカップリング特性を示す。なお、図１０には、方向性結合器１００のカップリング特性も併せて示している。
　図１０から分かるように、方向性結合器２００のカップリング特性においては、方向性結合器１００のカップリング特性において、領域Ｃで示す８ＧＨｚ付近に形成されていた減衰極が消失し、６ＧＨｚよりも高周波側の特性が跳ね上がっている。ただし、５．１ＧＨｚ～６．０ＧＨｚの周波数帯において、必要とされる３５ｄＢ以上の減衰は得られている。
　以上より、第１実施形態にかかる方向性結合器１００のように、第１ローパスフィルタＬＰＦ１の第３キャパシタＣ３と、第１グランド端子４との間に、追加のインダクタＬ１１を挿入すれば、８ＧＨｚ付近に極が形成され、６ＧＨｚよりも高周波側において大きな減衰を得られることが分かった。
　しかしながら、６ＧＨｚよりも高周波側において大きな減衰を必要としない場合には、第２実施形態にかかる方向性結合器２００のように、追加のインダクタＬ１１を削除することも可能であり、この場合には、積層体１内に積層される絶縁体層（絶縁体層１ｂ）が１層削除されるため、方向性結合器の低背化をはかることができる。
　［第３実施形態］
　図１１に、第３実施形態にかかる方向性結合器３００の等価回路を示す。
　図１および図２に示した方向性結合器１００では、第１ローパスフィルタＬＰＦ１および第２ローパスフィルタＬＰＦ２が、それぞれ２段に構成されていた。
　これに対し、方向性結合器３００では、図１１に示すように、第１ローパスフィルタＬＰＦ１に、追加のインダクタＬ２１、追加のキャパシタＣ２１、Ｃ２２を追加し、３段に構成した。また、方向性結合器３００では、同じく図１１に示すように、第２ローパスフィルタＬＰＦ２に、追加のインダクタＬ３１、追加のキャパシタＣ３１を追加し、３段に構成した。
　方向性結合器３００は、第１ローパスフィルタＬＰＦ１および第２ローパスフィルタＬＰＦ２の段数が、それぞれ３段に増やされたことにより、カップリング特性が広い帯域幅においてより平坦化され、かつ、不要な周波数帯での結合がより抑制されている。
　以上、第１～第３実施形にかかる方向性結合器１００～３００について説明した。しかしながら、本発明がこれらの内容に限定されることはなく、発明の趣旨に沿って、種々の変形をなすことができる。
　たとえば、本発明の方向性結合器は、必ずしも絶縁体層が積層された積層体を用いて構成する必要はなく、基板上にいわゆるディスクリート型の電子部品を実装して構成するようにしても良い。
　また、第１、第２実施形態にかかる方向性結合器１００、２００では、第１ローパスフィルタＬＰＦ１、第２ローパスフィルタＬＰＦ２の段数を、それぞれ２段に構成し、第３実施形態にかかる方向性結合器３００では、第１ローパスフィルタＬＰＦ１、第２ローパスフィルタＬＰＦ２の段数を、それぞれ３段に構成しているが、第１ローパスフィルタＬＰＦ１、第２ローパスフィルタＬＰＦ２の段数は、それぞれ任意であり、これらより多くても良く、少なくても良い。また、第１ローパスフィルタＬＰＦ１の段数と、第２ローパスフィルタＬＰＦ２の段数とを一致させる必要はなく、第１ローパスフィルタＬＰＦ１の段数と、第２ローパスフィルタＬＰＦ２の段数とが異なっていても良い。たとえば、第３実施形態にかかる方向性結合器３００では、第１ローパスフィルタＬＰＦ１の段数と、第２ローパスフィルタＬＰＦ２の段数の両方を３段に増やしているが、いずれか一方の段数のみを増やすようにしても良い。
１・・・積層体
１ａ～１ｐ・・・絶縁体層
２・・・カップリング端子
３・・・終端端子
４・・・第１グランド端子
５ａ、５ｂ、５ｃ・・・第２グランド端子
６・・・入力端子
７・・・出力端子
８・・・第１グランド電極
９ａ、９ｂ、９ｃ・・・第２グランド電極
１０ａ～１０ｇ・・・キャパシタ電極
１１ａ～１１Ｍ・・・ビア電極
１２・・・主線路
１３ａ・・・第１副線路
１３ｂ・・・第２副線路
１５ａ～１５ｍ・・・線路電極
ＬＰＦ１・・・第１ローパスフィルタ
ＬＰＦ２・・・第２ローパスフィルタ
１００、２００、３００・・・方向性結合器

Claims (9)

  1. 　入力端子と、
    　出力端子と、
    　カップリング端子と、
    　終端端子と、
    　グランド端子と、
    　前記入力端子と前記出力端子との間に接続された主線路と、
    　前記カップリング端子と前記終端端子との間に接続された副線路とを備え、
    　前記主線路と前記副線路とが間隔を設けて配置された方向性結合器であって、
    　前記副線路は、相互に接続された複数の副線路に分割され、少なくとも第１副線路と第２副線路とを備え、
    　前記カップリング端子と前記副線路との間に、第１ローパスフィルタが挿入され、
    　前記第１の副線路と前記第２の副線路との間に、第２ローパスフィルタが挿入され、
    　前記グランド端子は、相互に隔離された、少なくとも第１グランド端子と第２グランド端子とを含む複数からなり、
    　前記第１ローパスフィルタが前記第１グランド端子に接続され、前記第２ローパスフィルタが前記第２グランド端子に接続された方向性結合器。
  2. 　前記第１ローパスフィルタは、少なくとも、第１インダクタと、第２インダクタと、第１キャパシタと、第２キャパシタと、第３キャパシタとを備え、
    　前記カップリング端子と前記第１インダクタの一端とが接続され、
    　前記第１インダクタの他端と前記第２インダクタの一端とが接続され、
    　前記第２インダクタの他端と前記副線路とが接続され、
    　前記第１インダクタと並列に第１キャパシタが接続され、
    　前記第２インダクタと並列に第２キャパシタが接続され、
    　前記第１インダクタと前記第２インダクタとの接続点と、前記第１グランド端子との間に、前記第３キャパシタが接続され、
    　前記第２ローパスフィルタは、少なくとも、第３インダクタと、第４インダクタと、第４キャパシタと、第５キャパシタと、第６キャパシタとを備え、
    　前記第１副線路と前記第３インダクタの一端とが接続され、
    　前記第３インダクタの他端と前記第４インダクタの一端とが接続され、
    　前記第４インダクタの他端と前記第２副線路とが接続され、
    　前記第１副線路と前記第３インダクタとの接続点と、前記第２グランド端子との間に、前記第４キャパシタが接続され、
    　前記第３インダクタと前記第４インダクタとの接続点と、前記第２グランド端子との間に、前記第５キャパシタが接続され、
    　前記第４インダクタと前記第２副線路との接続点と、前記第２グランド端子との間に、前記第６キャパシタが接続された、請求項１に記載された方向性結合器。
  3. 　前記第１ローパスフィルタにおいて、
    　前記第２インダクタと前記副線路との間に、１つの追加インダクタ、または、相互に直列に接続された複数の追加インダクタが挿入され、
    　前記追加インダクタそれぞれと並列に追加キャパシタが接続されるとともに、
    　前記追加インダクタが１つの場合は、前記第２インダクタと前記追加インダクタとの接続点と、前記第１グランド端子との間に、追加キャパシタが挿入され、
    　前記追加インダクタが複数の場合は、前記第２インダクタと前記追加インダクタとの接続点と、前記第１グランド端子との間、および、前記追加インダクタと前記追加インダクタとの接続点と、前記第１グランド端子との間に、それぞれ、追加キャパシタが挿入された、請求項１または２に記載された方向性結合器。
  4. 　前記第２ローパスフィルタにおいて、
    　前記第４インダクタと前記第２副線路との間に、１つの追加インダクタ、または、相互に直列に接続された複数の追加インダクタが挿入され、
    　前記追加インダクタが１つの場合は、前記追加インダクタと前記２副線路との接続点と、前記第２グランド端子との間に、追加キャパシタが挿入され、
    　前記追加インダクタが複数の場合は、前記追加インダクタと前記追加インダクタとの接続点と、前記第２グランド端子との間、および、前記追加インダクタと前記第２副線路との接続点と、前記第２グランド端子との間に、それぞれ、追加キャパシタが挿入された、請求項１または２に記載された方向性結合器。
  5. 　前記第１ローパスフィルタのカットオフ周波数と、前記第２ローパスフィルタのカットオフ周波数とが異なっており、
    　前記第１ローパスフィルタのカットオフ周波数が、前記第２ローパスフィルタのカットオフ周波数よりも高周波側にある、請求項１ないし４のいずれか１項に記載された方向性結合器。
  6. 　前記第１ローパスフィルタと前記第１グランド端子との接続経路に、さらに、追加インダクタが挿入されている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された方向性結合器。
  7. 　請求項１ないし６のいずれか１項に記載された方向性結合器であって、
    　複数の絶縁体層が積層された積層体を備え、
    　前記絶縁体層の所定の層間に、第１グランド電極が形成され、
    　前記絶縁体層の所定の層間に、第２グランド電極が形成され、
    　前記積層体内において、前記第１グランド電極と前記第２グランド電極は相互に隔離されており、
    　前記第１ローパスフィルタが前記第１グランド電極に接続され、
    　前記第２ローパスフィルタが前記第２グランド電極に接続され、
    　前記第１グランド電極が前記第１グランド端子に接続され、
    　前記第２グランド電極が前記第２グランド端子に接続された方向性結合器。
  8. 　前記積層体内において、前記第２グランド電極が、前記絶縁体層の２つ以上の層間に分割して配置され、
    　前記積層体内において、前記主線路および前記副線路が、それぞれ、前記２つ以上の層間に分割された前記第２グランド電極に上下から挟まれて配置され、
    　前記積層体を積層方向に透視した場合に、前記２つ以上の層間に分割された前記第２グランド電極と、前記主線路および前記副線路とが、少なくとも部分的に重なっている、請求項７に記載された方向性結合器。
  9. 　前記積層体を積層方向に透視した場合に、前記第１ローパスフィルタと、前記第１グランド電極とが、少なくとも部分的に重なっているが、前記第１ローパスフィルタは、前記第２グランド電極とは重なっていない、請求項７または８に記載された方向性結合器。 
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