WO2022080089A1 - 方向性結合器 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a directional coupler including a main line and a plurality of sub lines.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of the directional coupler according to the first embodiment.
  • 2 (A), 2 (B), and 2 (C) are plan views of a predetermined layer of the laminated body according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a side sectional view showing the configuration of the directional coupler according to the first embodiment.
  • FIG. 3 shows a cross section taken along the line AA of FIGS. 2 (A) and 2 (B).
  • FIG. 2 (A), FIG. 2 (B), FIG. 2 (C), and FIG. 3 the shape of each part is appropriately emphasized in order to make the configuration easy to understand.
  • the shapes of the respective parts are appropriately emphasized.
  • the directional coupler 10 includes a laminate 20, a conductor 31, a conductor 32, and a conductor 33.
  • the insulator layer 22 and the insulator layer 23 are laminated in this order on one main surface side of the insulator layer 21.
  • the insulator layer 24 and the insulator layer 25 are laminated in this order on the other main surface side of the insulator layer 21.
  • the insulator layer 21 is a core material layer
  • the insulator layer 22, the insulator layer 23, the insulator layer 24, and the insulator layer 25 are prepreg layers.
  • the insulator layer 22 and the insulator layer 23 are sequentially laminated on one main surface side of the insulator layer 21 which is a core material, and the insulator layer is on the other main surface side of the insulator layer 21. 24.
  • the insulator layer 25 is sequentially laminated and heat-bonded to form the insulator layer 25.
  • the conductor 31, the conductor 32, and the conductor 33 are, for example, linear conductors.
  • the conductor 31, the conductor 32, and the conductor 33 can be realized by, for example, copper or the like.
  • the conductor 31 corresponds to the "main line” of the present invention, and the conductor 32 and the conductor 33 correspond to the "first sub line” and the "second sub line” of the present invention, respectively.
  • the conductor 32 is arranged at the interface where the insulator layer 22 and the insulator layer 23 come into contact with each other. In other words, the conductor 32 is arranged on the opposite side of the conductor 31 via the insulator layer 22.
  • the conductor 33 is a wound shape having less than one circumference, and includes a conductor portion 331, a conductor portion 332, a conductor portion 333, and a conductor portion 334 as shown in FIG. 2 (C). ..
  • the conductor portion 331, the conductor portion 332, the conductor portion 333, and the conductor portion 334 are connected in this order.
  • the conductor portion 331 and the conductor portion 333 are linear extending in the y direction.
  • the conductor portion 312 and the conductor portion 314 are linear extending in the x direction. With such a shape, the conductor 33 realizes a wound shape having less than one circumference.
  • the conductor 31 and the conductor 32 run in parallel in close proximity to each other. More specifically, the conductor portion 321 and the conductor portion 325 of the conductor 32 run in parallel in the vicinity of the conductor portion 311 of the conductor 31. The conductor portion 322 and the conductor portion 326 of the conductor 32 run in parallel with each other in the vicinity of the conductor portion 312 of the conductor 31. The conductor portion 323 and the conductor portion 327 of the conductor 32 run in parallel with each other in the vicinity of the conductor portion 313 of the conductor 31. The conductor portion 324 and the conductor portion 328 of the conductor 32 run in parallel in the vicinity of the conductor portion 314 of the conductor 31.
  • One end of the main line (conductor 31) is connected to the input / output terminal P311 and the other end is connected to the input / output terminal P312.
  • the termination circuit 81 includes a parallel circuit of the variable resistor Rt1 and the variable capacitor Ct1. The parallel circuit of the termination circuit 81 is connected between the other end E322 of the sub line (conductor 32) and the reference potential.
  • the termination circuit 82 includes a parallel circuit of the variable resistor Rt2 and the variable capacitor Ct2. The parallel circuit of the termination circuit 82 is connected between the other end E332 of the sub line (conductor 33) and the reference potential.
  • the conductor 31 and the conductor 32 are arranged at a distance D12 in the z direction.
  • the conductor 31 and the conductor 33 are arranged at a distance D13 in the z direction.
  • the conductor 32 and the conductor 33 are arranged at a distance D23 in the z direction.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of the simulation result of the transmission characteristic (S21) of the main line.
  • the solid line shows the characteristics of the configuration of the present application
  • the broken line shows the characteristics of the comparative configuration.
  • the comparative configuration is, for example, a configuration that does not have a relationship between the main line of the present invention and the plurality of sub lines as shown in Patent Document 1.
  • the directional coupler 10 includes a plurality of sub-lines (conductors 32) and sub-lines (conductors 33) that run in parallel with the main line (conductor 31) and have different lengths.
  • a detection signal of the first frequency band in the frequency band of the high frequency signal transmitted on the main line (conductor 31) can be obtained.
  • a detection signal in the second frequency band in the frequency band of the high frequency signal transmitted through the main line (conductor 31) can be obtained.
  • the second frequency band is a frequency band on the higher frequency side than the first frequency band.
  • the coupling capacitance C23 between the sub-tracks can be reduced. Therefore, in the directional coupler 10, as shown by the solid line in FIG. 8, the frequency of the attenuation pole can be shifted to the higher frequency side. In addition, the amount of attenuation at the attenuation pole frequency can be reduced.
  • the frequency band in which the desired level of passing characteristics can be obtained becomes wider on the frequency side lower than the attenuation pole frequency.
  • the directional coupler 10 can suppress an increase in insertion loss in a wider frequency band, and can transmit a high frequency signal in a wider frequency band with low loss.
  • the main line (conductor 31) is arranged between the sub line (conductor 32) and the sub line (conductor 33). Therefore, the coupling capacitance between the sub line (conductor 32) and the sub line (conductor 33) can be further suppressed. Therefore, the directional coupler 10 can suppress an increase in insertion loss in a wider frequency band, and can transmit a high frequency signal in a wider frequency band with low loss.
  • the directional coupler 10A according to the second embodiment is coupled with the point where the switch circuit 41 and the switch circuit 42 are added to the directional coupler 10 according to the first embodiment.
  • the difference is that the output terminal and the termination circuit are shared by multiple sub-lines.
  • Other configurations of the directional coupler 10A are the same as those of the directional coupler 10, and the description of the same parts will be omitted.
  • the opening and short-circuiting of the plurality of switch elements of the switch circuit 41, the opening and continuity of the plurality of switch elements of the switch circuit 42 are controlled by, for example, a control circuit (not shown).
  • the directional coupler 10A switches the directionality (first-direction mode or second-direction mode) of the connection between the sub-line (conductor 32) and the sub-line (conductor 33). That is, the directional coupler 10A has a first-direction embodiment in which one end E321 of the sub line (conductor 32) is connected to the coupling output terminal Pcp and the other end E322 is connected to the terminal circuit, and the sub line (conductor 32). The other end E322 is connected to the coupling output terminal Pcp, and the one end E321 is connected to the termination circuit in the second direction.
  • the directional coupler 10B according to the third embodiment is different from the directional coupler 10 according to the first embodiment in the arrangement position of the auxiliary line (conductor 33).
  • Other configurations of the directional coupler 10B are the same as those of the directional coupler 10, and the description of the same parts will be omitted.
  • the facing area between the sub line (conductor 33) and the sub line (conductor 32) is smaller than the facing area between the sub line (conductor 33) and the main line (conductor 31). As a result, the coupling capacitance between the sub-line (conductor 33) and the sub-line (conductor 32) becomes small.
  • FIG. 11 is a side sectional view showing the configuration of the directional coupler according to the fourth embodiment.
  • the directional coupler 10C according to the fourth embodiment has a sub-line (conductor 32) with respect to the main line (conductor 31) with respect to the directional coupler 10 according to the first embodiment. And the arrangement position of the sub line (conductor 33) is different.
  • Other configurations of the directional coupler 10C are the same as those of the directional coupler 10, and the description of the same parts will be omitted.
  • FIG. 14 is a side sectional view showing the configuration of the directional coupler according to the seventh embodiment.
  • the area facing the sub line (conductor 32) and the sub line (conductor 33) is the main line (conductor 31) and a plurality of sub lines (conductor 32, conductor 33). Is smaller than their respective facing areas. Therefore, the directional coupler 10G1 can reduce the coupling capacitance between the plurality of sub-lines.
  • the directional couplers 10G1 and 10G2 can be made thinner.

Landscapes

  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
  • Waveguide Connection Structure (AREA)

Abstract

方向性結合器(10)は、複数の絶縁体層(21-25)が積層された積層体(20)に配置された主線路の導体(31)と、積層体(20)に配置され、それぞれが主線路の導体(31)に対して電磁気的に結合可能に配置する複数の副線路の導体(32、33)と、を備える。副線路の導体(32)と副線路の導体(33)との対向面積は、副線路の導体(32、33)と主線路の導体(31)との対向面積、よりも小さい。また、副線路の導体(32)と副線路の導体(33)との距離(D23)は、副線路の導体(32、33)と主線路の導体(31)との距離(D12、D13)よりも大きい。

Description

方向性結合器
 本発明は、主線路と複数の副線路とを備えた方向性結合器に関する。
 特許文献1には、主線路および複数の副線路を備える方向性結合器が記載されている。複数の副線路は、主線路に対して並走して配置される。
 この構成によって、複数の副線路のそれぞれは、主線路に対して、所定の結合度で電磁気的に結合可能に配置する。
米国特許第10498004号明細書
 しかしながら、特許文献1に示すような従来の方向性結合器では、複数の副線路間も電磁気的に結合し、所定の結合容量を生じる。
 このような複数の副線路間の結合容量によって、主線路を伝送する高周波信号の挿入損失が増加してしまうことがあった。
 したがって、本発明の目的は、複数の副線路間の結合を抑制することである。
 この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に配置された主線路と、積層体に配置され、それぞれが主線路に対して電磁気的に結合可能に配置する第1副線路および、第2副線路と、を備える。複数の絶縁体層の積層方向において、第1副線路と第2副線路とは、異なる位置に配置される。第1副線路と第2副線路との対向面積は、第1副線路と主線路との対向面積、および、第2副線路と主線路との対向面積よりも小さい。
 また、この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に配置された主線路と、積層体に配置され、それぞれが主線路に対して電磁気的に結合可能に配置する第1副線路および、第2副線路と、を備える。複数の絶縁体層の積層方向において、第1副線路と第2副線路とは、異なる位置に配置される。第1副線路と第2副線路との距離は、第1副線路と主線路との距離、または、第2副線路と主線路との距離よりも大きい。
 これらの構成では、主線路と第1副線路および第2副線路との間に、それぞれ所望の結合度が実現し、さらに、第1副線路と第2副線路との結合容量が小さく抑えられる。
 この発明によれば、複数の副線路間の結合を抑制できる。
図1は、第1の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す分解斜視図である。 図2(A)、図2(B)、図2(C)は、第1の実施形態に係る積層体の所定層の平面図である。 図3は、第1の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す側面断面図である。 図4は、第1の実施形態に係る方向性結合器の等価回路図である。 図5は、第1の実施形態に係る方向性結合器の一部を拡大した断面図である。 図6は、対向面積を示す平面図である。 図7は、第1の実施形態に係る方向性結合器の導体間結合容量を含む等価回路図である。 図8は、主線路の伝送特性(S21)のシミュレーション結果の一例を示すグラフである。 図9は、第2の実施形態に係る方向性結合器の等価回路図である。 図10は、第3の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す側面断面図である。 図11は、第4の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す側面断面図である。 図12は、第5の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す側面断面図である。 図13は、第6の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す側面断面図である。 図14は、第7の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す側面断面図である。 図15(A)、図15(B)は、第8の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す側面断面図である。 図16は、第9の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す側面断面図である。
 [第1の実施形態]
 本発明の第1の実施形態に係る方向性結合器について、図を参照して説明する。
 (方向性結合器10の構造の一例)
 図1は、第1の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す分解斜視図である。図2(A)、図2(B)、図2(C)は、第1の実施形態に係る積層体の所定層の平面図である。図3は、第1の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す側面断面図である。図3は、図2(A)、図2(B)のA-A断面を示す。なお、図1、図2(A)、図2(B)、図2(C)、図3では、構成を分かり易くするため、各部の形状は、適宜、強調している。また、以下の各実施形態の図についても同様に、各部の形状は、適宜、強調している。
 図1、図2(A)、図2(B)、図2(C)、図3に示すように、方向性結合器10は、積層体20、導体31、導体32、導体33を備える。
 積層体20は、絶縁体層21、絶縁体層22、絶縁体層23、絶縁体層24、および、絶縁体層25を備える。すなわち、積層体20は、複数の絶縁体層21-25が積層された構成を備える。複数の絶縁体層21-25は、所定の誘電率を有する材料からなる。なお、本実施形態では、積層体20は、5層から構成されるが、積層体20は、少なくとも、絶縁体層21と絶縁体層22との2層を備えていればよく、層数は、方向性結合器10の仕様に応じて適宜設定すればよい。
 絶縁体層21の一方主面側には、絶縁体層22および絶縁体層23が順に積層される。絶縁体層21の他方主面側には、絶縁体層24および絶縁体層25が順に積層される。例えば、絶縁体層21は、コア材層であり、絶縁体層22、絶縁体層23、絶縁体層24、および、絶縁体層25は、プリプレグ層である。例えば、積層体20は、コア材である絶縁体層21の一方主面側に、絶縁体層22、絶縁体層23を順次積層し、絶縁体層21の他方主面側に、絶縁体層24、絶縁体層25を順次積層し、加熱圧着することによって、形成される。
 導体31、導体32、および、導体33は、例えば、線状導体である。導体31、導体32、および、導体33は、例えば、銅等によって実現可能である。導体31は、本発明の「主線路」に対応し、導体32および導体33は、それぞれに、本発明の「第1副線路」、「第2副線路」に対応する。
 導体31は、絶縁体層21と絶縁体層22とが当接する界面に配置される。導体31は、所定形状で延びる導体である。
 より具体的には、導体31は、略1周の巻回形であり、図2(B)に示すように、導体部分311、導体部分312、導体部分313、および、導体部分314を備える。導体部分311、導体部分312、導体部分313、および、導体部分314は、この順に接続する。なお、本発明のおける巻回形とは、完全な環状である必要はなく、少なくとも環状の一部を有する形状である。より好ましくは、本発明における巻回形とは、3個以上の直線部分を有し、これら3以上の直線部分が、順に0度(180度)でない角度でつながる形状である。さらに好ましくは、本発明のおける巻回形は、3個以上の直線部分のうち、直接に接続しない2個の直線部分が平行である形状である。
 導体部分311および導体部分313は、複数の絶縁体層21-25の積層方向(積層体20の厚み方向)であるz方向に直交するx方向に距離をおいて配置され、z方向およびx方向に直交するy方向に延びる直線状である。導体部分312および導体部分314は、y方向に距離をおいて配置され、x方向に延びる直線状である。このような形状によって、導体31は、略1周の巻回形を実現する。
 導体32は、絶縁体層22と絶縁体層23とが当接する界面に配置される。言い換えれば、導体32は、絶縁体層22を介して、導体31と反対側に配置される。
 導体32は、略2周の巻回形であり、図2(A)に示すように、導体部分321、導体部分322、導体部分323、導体部分324、導体部分325、導体部分326、導体部分327、および、導体部分328を備える。導体部分321、導体部分322、導体部分323、導体部分324、導体部分325、導体部分326、導体部分327、および、導体部分328は、この順に接続する。
 導体部分321、導体部分323、導体部分325、および、導体部分327は、y方向に延びる直線状である。導体部分321と導体部分325とは、隣接して並走し、導体部分323と導体部分327とは、隣接して並走する。導体部分322、導体部分324、導体部分326、および、導体部分328は、x方向に延びる直線状である。導体部分322と導体部分326とは、隣接して並走し、導体部分324と導体部分328とは、隣接して並走する。このような形状によって、導体32は、略2周の巻回形、すなわち、2本の導体部分が並走する部分を少なくとも1箇所有する1周以上の巻回形を実現する。
 導体33は、絶縁体層21と絶縁体層24とが当接する界面に配置される。言い換えれば、導体33は、絶縁体層21を介して、導体31と反対側に配置される。導体33は、所定形状で延びる導体である。
 より具体的には、導体33は、1周に満たない巻回形であり、図2(C)に示すように、導体部分331、導体部分332、導体部分333、および、導体部分334を備える。導体部分331、導体部分332、導体部分333、および、導体部分334は、この順に接続する。
 導体部分331および導体部分333は、y方向に延びる直線状である。導体部分312および導体部分314は、x方向に延びる直線状である。このような形状によって、導体33は、1周に満たない巻回形を実現する。
 導体31と導体32とは、近接して並走する。より具体的には、導体32の導体部分321および導体部分325は、導体31の導体部分311に近接して、並走する。導体32の導体部分322および導体部分326は、導体31の導体部分312に近接して、並走する。導体32の導体部分323および導体部分327は、導体31の導体部分313に近接して、並走する。導体32の導体部分324および導体部分328は、導体31の導体部分314に近接して、並走する。
 これにより、導体31と導体32との間には、所定の結合容量が発生し、所定の電磁気的な結合が実現する。すなわち、導体31からなる主線路と、導体32からなる副線路とは、所定の結合容量を生じ、所定の電磁気的な結合を実現する。
 導体31と導体33とは、近接して並走する。より具体的には、導体33の導体部分331は、導体31の導体部分311に近接して、並走する。導体33の導体部分332は、導体31の導体部分312に近接して、並走する。導体33の導体部分333は、導体31の導体部分313に近接して、並走する。導体33の導体部分334は、導体31の導体部分314に近接して、並走する。
 これにより、導体31と導体33との間には、所定の結合容量が発生し、所定の電磁気的な結合が実現する。すなわち、導体31からなる主線路と、導体33からなる副線路とは、所定の結合容量を生じ、所定の電磁気的な結合を実現する。
 (方向性結合器10の回路構成)
 図4は、第1の実施形態に係る方向性結合器の等価回路図である。
 図4に示すように、回路構成として、方向性結合器10は、主線路(導体31)、副線路(導体32)、副線路(導体33)を備える。また、方向性結合器10は、入出力端子P311、入出力端子P312、結合出力端子Pcp1、結合出力端子Pcp2、終端回路81、および、終端回路82を備える。
 主線路(導体31)の一方端は、入出力端子P311に接続し、他方端は、入出力端子P312に接続する。
 副線路(導体32)の一方端E321は、結合出力端子Pcp1に接続し、他方端E322は、終端回路81に接続する。終端回路81は、可変抵抗器Rt1と可変コンデンサCt1との並列回路を備える。終端回路81の並列回路は、副線路(導体32)の他方端E322と基準電位との間に接続される。
 副線路(導体33)の一方端E331は、結合出力端子Pcp2に接続し、他方端E332は、終端回路82に接続する。終端回路82は、可変抵抗器Rt2と可変コンデンサCt2との並列回路を備える。終端回路82の並列回路は、副線路(導体33)の他方端E332と基準電位との間に接続される。
 主線路(導体31)と副線路(導体32)は、電磁気的に結合可能に配置する。したがって、主線路(導体31)を伝送する高周波信号によって、副線路(導体32)に、結合度に応じた高周波信号が励起し、検出信号として、結合出力端子Pcp1から出力される。この検出信号の周波数は、主線路(導体31)と副線路(導体32)との並走距離(例えば、検出対象の高周波信号の波長の略1/4)によって決まる。なお、並走するとは、一方と他方とが全く同じ距離を維持しながら並走する場合のみならず、一方と他方とが略一定の距離を保って並走する場合(例えば、一方と他方との間の距離が±10%以内の範囲で変化しながら並走する場合)も含まれるものとする。ここで、距離の誤差である±10%についても、製造誤差、特性の許容範囲等によって適宜設定可能である。
 主線路(導体31)と副線路(導体33)は、電磁気的に結合可能に配置する。したがって、主線路(導体31)を伝送する高周波信号によって、副線路(導体33)に、結合度に応じた高周波信号が励起し、検出信号として、結合出力端子Pcp2から出力される。この検出信号の周波数は、主線路(導体31)と副線路(導体33)との並走距離(例えば、検出対象の高周波信号の波長の略1/4)によって決まる。なお、ここでの並走の定義も、上述の並走の定義と同様である。
 方向性結合器10では、主線路(導体31)と副線路(導体32)との並走距離は、主線路(導体31)と副線路(導体33)との並走距離よりも長い。したがって、結合出力端子Pcp1から出力される検出信号の周波数は、結合出力端子Pcp2から出力される検出信号の周波数よりも低い。言い換えれば、方向性結合器10は、複数の周波数の検出信号を出力できる。
 また、方向性結合器10では、副線路(導体32)と副線路(導体33)とは、主線路(導体31)における同じ箇所に結合するように配置される(図4参照)。これにより、複数の副線路が主線路のそれぞれ別の箇所に結合する構成と比較して、方向性結合器10は小型になる。
 (主線路(導体31)、副線路(導体32)、副線路(導体33)のより具体的な位置関係)
 図5は、第1の実施形態に係る方向性結合器の一部を拡大した断面図である。図6は、対向面積を示す平面図である。図7は、第1の実施形態に係る方向性結合器の導体間結合容量を含む等価回路図である。
 図5に示すように、複数の絶縁体層21-25の積層方向(z方向)において、導体32および導体33は、導体31と異なる位置に配置される。さらに、z方向において、導体32と導体33とは、異なる位置に配置される。より具体的に、z方向において、導体32と導体33とは、導体31を挟む位置に配置される。言い換えれば、導体32と導体33とは、導体31を基準にして、互いに反対側に配置される。
 導体31と導体32とは、z方向において、距離D12の間隔で配置される。導体31と導体33とは、z方向において、距離D13の間隔で配置される。導体32と導体33とは、z方向において、距離D23の間隔で配置される。
 距離D12は、絶縁体層22の厚み程度であり、距離D13は、絶縁体層21の厚み程度である。距離D23は、絶縁体層21の厚みと絶縁体層22の厚みとを加算した厚み程度である。このように、距離D23は、距離D12および距離D13よりも大きい。したがって、導体32と導体33との結合容量C23(図7参照)は、導体31と導体32との結合容量C12(図7参照)、および、導体31と導体33との結合容量C13(図7参照)よりも小さい。すなわち、2個の副線路間の電気的な結合度は、主線路と2個の副線路とのそれぞれの電気的な結合度よりも小さい。これにより、2個の副線路間の結合容量は、主線路と2個の副線路とのそれぞれの結合容量よりも小さい。
 このように、副線路同士の距離が主線路と副線路との距離よりも長いことによって、方向性結合器10は、主線路と複数の副線路のそれぞれとの間の電磁気的な結合を所望レベルで確保しながら、複数の副線路間の不要な結合(結合容量)を抑制できる。
 また、積層体20の平面視において(z方向に視て)、導体31と導体33とは、重なっている。言い換えれば、導体31と導体33とは対向している。一方、導体32と導体33とは、重なっていない。言い換えれば、導体32と導体33とは、対向していない。これにより、2個の副線路の対向面積は、主線路と副線路との対向面積よりも小さい。したがって、2個の副線路間の結合容量は、主線路と2個の副線路とのそれぞれの結合容量よりも、さらに小さい。
 なお、本願発明の対向面積とは、対象の2個の線路(導体)が並ぶ方向に視て、これら対象の2個の線路が重なる面積を意味する。例えば、図6におけるハッチングされた領域S3133の面積が、導体31と導体33との対向面積に対応する。
 このように、副線路同士の対向面積が主線路と副線路との対向面積よりも小さいことによって、方向性結合器10は、主線路と複数の副線路のそれぞれとの間の電磁気的な結合を所望レベルで確保しながら、複数の副線路間の不要な結合(結合容量)を抑制できる。
 図8は、主線路の伝送特性(S21)のシミュレーション結果の一例を示すグラフである。図8において、実線は、本願構成の特性を示し、破線は、比較構成の特性を示す。比較構成は、例えば、特許文献1に示すような、本願発明の主線路と複数の副線路との関係を備えない構成である。
 上述のように、方向性結合器10は、主線路(導体31)に並走する長さが異なる複数の副線路(導体32)および副線路(導体33)を備える。これにより、副線路(導体32)では、主線路(導体31)を伝送する高周波信号の周波数帯域における第1周波数帯域の検出信号を得られる。副線路(導体33)では、主線路(導体31)を伝送する高周波信号の周波数帯域における第2周波数帯域の検出信号を得られる。第2周波数帯域は、第1周波数帯域よりも高周波数側の周波数帯域である。例えば、第2周波数帯域は、1.5[GHz]以上の周波数帯域であって、所定の周波数帯域幅を有し、第1周波数帯域は、1.5[GHz]未満の周波数帯域であって、所定の周波数帯域幅を有する。なお、この第1周波数帯域と第2周波数帯域とは、一例であり、これに限るものではない。
 このように主線路に対して複数の副線路を結合させる方向性結合器は、広帯域の高周波信号に対して、検出信号を得られる。ただし、この構成では、図7に示すような副線路間の結合容量C23を含む不所望なLC共振回路が形成されてしまう。このため、図8に示すように、このLC共振回路の共振周波数に応じた減衰極が発生する。そして、この減衰極によって、主線路の挿入損失が大きくなる周波数帯域が存在する。
 しかしながら、方向性結合器10の構成を備えることによって、副線路間の結合容量C23を小さくできる。したがって、方向性結合器10では、図8の実線に示すように、減衰極の周波数を、より高周波数側にシフトできる。また、減衰極周波数での減衰量を小さくできる。
 これにより、減衰極周波数よりも低周波数側で、所望レベルの通過特性を得られる周波数帯域は、広くなる。この結果、方向性結合器10は、より広い周波数帯域で、挿入損失の増加を抑えることができ、より広い周波数帯域の高周波信号を低損失で伝送できる。
 また、この構成では、副線路(導体32)と副線路(導体33)との間に、主線路(導体31)が配置される。したがって、副線路(導体32)と副線路(導体33)との結合容量は、さらに小さく抑えられる。したがって、方向性結合器10は、より広い周波数帯域で、挿入損失の増加を抑えることができ、より広い周波数帯域の高周波信号を低損失で伝送できる。
 また、この構成では、複数の絶縁体層21-25の積層方向において、副線路(導体32)と副線路(導体33)とは、異なる位置に配置される。これにより、方向性結合器10は、平面形状を小型化し易くなる。
 [第2の実施形態]
 本発明の第2の実施形態に係る方向性結合器について、図を参照して説明する。図9は、第2の実施形態に係る方向性結合器の等価回路図である。
 図9に示すように、第2の実施形態に係る方向性結合器10Aは、第1の実施形態に係る方向性結合器10に対して、スイッチ回路41、スイッチ回路42を追加した点、結合出力端子および終端回路を、複数の副線路で共有化した点で異なる。方向性結合器10Aの他の構成は、方向性結合器10と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
 方向性結合器10Aは、スイッチ回路41、スイッチ回路42、結合出力端子Pcp、および、終端回路80を備える。スイッチ回路41は、副線路(導体32)の一方端E321および他方端E322と、結合出力端子Pcpおよび終端回路80との間に接続される。スイッチ回路42は、副線路(導体33)の一方端E331および他方端E332と、結合出力端子Pcpおよび終端回路80との間に接続される。終端回路80は、可変抵抗器Rtと可変コンデンサCtとの並列回路を備える。この並列回路は、スイッチ回路41およびスイッチ回路42と、基準電位との間に接続される。
 スイッチ回路41は、複数のスイッチ素子(スイッチ素子SW11、スイッチ素子SW12、スイッチ素子SW13、および、スイッチ素子SW14)を備える。スイッチ素子SW11は、副線路(導体32)の一方端E321と結合出力端子Pcpとの間に接続される。スイッチ素子SW12は、副線路(導体32)の他方端E322と結合出力端子Pcpとの間に接続される。スイッチ素子SW13は、副線路(導体32)の一方端E321と終端回路80との間に接続される。スイッチ素子SW14は、副線路(導体32)の他方端E322と終端回路80との間に接続される。
 スイッチ回路42は、複数のスイッチ素子(スイッチ素子SW21、スイッチ素子SW22、スイッチ素子SW23、および、スイッチ素子SW24)を備える。スイッチ素子SW21は、副線路(導体33)の一方端E331と結合出力端子Pcpとの間に接続される。スイッチ素子SW22は、副線路(導体33)の他方端E332と結合出力端子Pcpとの間に接続される。スイッチ素子SW23は、副線路(導体33)の一方端E331と終端回路80との間に接続される。スイッチ素子SW24は、副線路(導体33)の他方端E332と終端回路80との間に接続される。
 詳細は省略するが、スイッチ回路41の複数のスイッチ素子の開放、短絡、スイッチ回路42の複数のスイッチ素子の開放、導通は、例えば制御回路(不図示)などにより制御される。
 これにより、方向性結合器10Aは、副線路(導体32)および副線路(導体33)を、結合出力端子Pcpおよび終端回路80に、選択的に接続する。すなわち、方向性結合器10Aは、副線路(導体32)を結合出力端子Pcpおよび終端回路80に接続する第1接続態様と、副線路(導体33)を結合出力端子Pcpおよび終端回路80に接続する第2接続態様とを切り替える。
 さらに、方向性結合器10Aは、副線路(導体32)および副線路(導体33)の接続の方向性(第1方向態様または第2方向態様)を切り替える。すなわち、方向性結合器10Aは、副線路(導体32)の一方端E321を結合出力端子Pcpに接続し、他方端E322を終端回路に接続する第1方向態様と、副線路(導体32)の他方端E322を結合出力端子Pcpに接続し、一方端E321を終端回路に接続する第2方向態様とを切り替える。また、方向性結合器10Aは、副線路(導体33)の一方端E331を結合出力端子Pcpに接続し、他方端E332を終端回路に接続する第1方向態様と、副線路(導体33)の他方端E332を結合出力端子Pcpに接続し、一方端E331を終端回路に接続する第2方向態様とを切り替える。言い換えれば、スイッチ回路41、42は、副線路(導体32)および副線路(導体33)のうち、結合出力端子Pcpおよび終端回路80に接続する選択副線路の一方端を結合出力端子Pcpに接続し、他方端を終端回路80に接続する第1方向態様と、選択副線路の一方端を終端回路80に接続し、他方端を結合出力端子Pcpに接続する第2方向態様とを切り替える。
 このような構成によって、方向性結合器10Aは、結合出力端子および終端回路を1個にすることができる。また、方向性結合器10Aは、主線路(導体31)を伝送する双方向の高周波信号に対する検出信号を出力できる。すなわち、方向性結合器10Aは、入出力端子P311から入出力端子P312に向けて主線路(導体31)を伝送する高周波信号と、入出力端子P312から入出力端子P311に向けて主線路(導体31)を伝送する高周波信号(入出力端子P311から入出力端子P312に向けて主線路(導体31)を伝送する高周波信号の反射信号)とに対して、それぞれ選択的に、検出信号を出力できる。
 ここで、スイッチ回路41およびスイッチ回路42を構成する各スイッチ素子は、開放状態において、容量成分を有する。そして、この容量成分は、上述のLC共振回路の容量性として寄与し、減衰極周波数の低周波数化に影響を与える。
 しかしながら、方向性結合器10Aは、主線路(導体31)、副線路(導体32)、および、副線路(導体33)に対して、上述の方向性結合器10と同様の構成を備えている。したがって、減衰極周波数の低周波数化を抑制できる。すなわち、方向性結合器10Aのように複数のスイッチ素子を備える構成に対して、上述の主線路(導体31)、副線路(導体32)、および、副線路(導体33)の構造は、より有効に作用する。そして、方向性結合器10Aは、上述の主線路(導体31)、副線路(導体32)、および、副線路(導体33)の構造を備えることによって、広い周波数帯域で、挿入損失の増加を抑えることができ、広い周波数帯域の高周波信号を低損失で伝送できる。
 [第3の実施形態]
 本発明の第3の実施形態に係る方向性結合器について、図を参照して説明する。図10は、第3の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す側面断面図である。
 図10に示すように、第3の実施形態に係る方向性結合器10Bは、第1の実施形態に係る方向性結合器10に対して、副線路(導体33)の配置位置において異なる。方向性結合器10Bの他の構成は、方向性結合器10と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
 方向性結合器10Bでは、副線路(導体33)と副線路(導体32)とは、平面視において部分的に重なり、対向している。また、副線路(導体33)と主線路(導体31)とは、平面視において部分的に重なり、対向している。
 副線路(導体33)と副線路(導体32)との対向面積は、副線路(導体33)と主線路(導体31)との対向面積よりも小さい。これにより、副線路(導体33)と副線路(導体32)との間の結合容量は、小さくなる。
 また、この構成においても、副線路(導体33)と副線路(導体32)との距離は、副線路(導体33)と主線路(導体31)との距離、および、副線路(導体32)と主線路(導体31)との距離よりも大きい。これにより、副線路(導体33)と副線路(導体32)との間の結合容量は、さらに小さくなる。
 このように、副線路(導体33)と副線路(導体32)とが対向していても、上述の関係を確保することで、方向性結合器10Bは、複数の副線路間の結合容量を小さくできる。したがって、方向性結合器10Bは、広い周波数帯域で、挿入損失の増加を抑えることができ、広い周波数帯域の高周波信号を低損失で伝送できる。
 [第4の実施形態]
 本発明の第4の実施形態に係る方向性結合器について、図を参照して説明する。図11は、第4の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す側面断面図である。
 図11に示すように、第4の実施形態に係る方向性結合器10Cは、第1の実施形態に係る方向性結合器10に対して、主線路(導体31)に対する副線路(導体32)および副線路(導体33)の配置位置において異なる。方向性結合器10Cの他の構成は、方向性結合器10と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
 方向性結合器10Cでは、主線路(導体31)と副線路(導体32)とは、平面視において部分的に重なり、対向している。副線路(導体32)と副線路(導体33)とは、平面視において重ならず、対向していない。
 この構成によって、方向性結合器10Cでは、副線路(導体32)と副線路(導体33)と対向面積は、主線路(導体31)と複数の副線路(導体32、導体33)とのそれぞれの対向面積よりも小さい。したがって、方向性結合器10Cは、複数の副線路間の結合容量を小さくできる。
 また、この構成では、副線路(導体32)は、主線路(導体31)の外周側の領域において、主線路(導体31)に対向する。副線路(導体33)は、主線路(導体31)の内周側の領域において、主線路(導体31)に対向する。これにより、副線路(導体32)と副線路(導体33)との結合容量は、さらに小さく抑えられる。したがって、方向性結合器10Cは、より広い周波数帯域で、挿入損失の増加を抑えることができ、より広い周波数帯域の高周波信号を低損失で伝送できる。
 [第5の実施形態]
 本発明の第5の実施形態に係る方向性結合器について、図を参照して説明する。図12は、第5の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す側面断面図である。
 図12に示すように、第5の実施形態に係る方向性結合器10Dは、第1の実施形態に係る方向性結合器10に対して、主線路(導体31)に対する副線路(導体32)および副線路(導体33)の配置位置において異なる。方向性結合器10Dの他の構成は、方向性結合器10と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
 方向性結合器10Dでは、主線路(導体31)と副線路(導体32)と副線路(導体33)とが、積層方向に副線路(導体33)、主線路(導体31)、副線路(導体32)の順に配置され、平面視において重なる部分(図11の図面左側部分)と、主線路(導体31)と副線路(導体32)とが主線路(導体31)、副線路(導体32)の順に配置され、平面視において重なる部分(副線路(導体33)が存在しない部分(図11の図面右側部分))とを有する。
 副線路(導体33)、主線路(導体31)、副線路(導体32)が平面視において重なる部分では、副線路(導体33)と主線路(導体31)とが対向し、副線路(導体32)と主線路(導体31)とが対向する。副線路(導体33)と副線路(導体32)とは、主線路(導体31)を挟んで配置されることで、直接に対向せず、副線路間の距離も大きい。このため、副線路(導体33)と副線路(導体32)との結合容量は、副線路(導体33)と主線路(導体31)との結合容量、および、副線路(導体32)と主線路(導体31)との結合容量よりも小さい。
 また、副線路(導体33)が配置されていない部分では、副線路(導体32)と主線路(導体31)とは対向するが、当然に、副線路(導体33)と副線路(導体32)とが対向することはない。
 したがって、このような構成においても、副線路(導体32)および副線路(導体33)と主線路(導体31)とが対向する部分において、上述の対向面積、距離、結合容量の関係を有することで、方向性結合器10Dは、副線路(導体32)と副線路(導体33)との結合容量を小さくできる。
 [第6の実施形態]
 本発明の第6の実施形態に係る方向性結合器について、図を参照して説明する。図13は、第6の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す側面断面図である。
 図13に示すように、第6の実施形態に係る方向性結合器10Eは、第1の実施形態に係る方向性結合器10に対して、主線路(導体31)に対する副線路(導体32)および副線路(導体33)の配置位置において異なる。方向性結合器10Eの他の構成は、方向性結合器10と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
 方向性結合器10Eでは、複数の絶縁体層21-25の積層方向(z方向)において、副線路(導体32)と副線路(導体33)とは、主線路(導体31)に対して同じ側に配置される。
 副線路(導体32)は、z方向において、副線路(導体33)よりも主線路(導体31)に近い位置に配置される。副線路(導体32)と主線路(導体31)とは、平面視において部分的に重なり、対向している。
 副線路(導体33)と主線路(導体31)とは、平面視において重なり、対向している。副線路(導体32)と副線路(導体33)とは、重ならず、対向していない。
 このような構成によって、方向性結合器10Eでは、副線路(導体32)と副線路(導体33)と対向面積は、主線路(導体31)と複数の副線路(導体32、導体33)とのそれぞれの対向面積よりも小さい。したがって、方向性結合器10Eは、複数の副線路間の結合容量を小さくできる。
 また、この構成では、副線路(導体32)と副線路(導体33)とは、z方向の異なる位置に配置されており、同層に形成されていない。これにより、積層体の横方向(z方向に直交する方向)の寸法を大きくすることなく、副線路(導体32)と副線路(導体33)との距離を稼ぐことができる。これにより、副線路(導体32)と副線路(導体33)との結合容量を、さらに小さく抑えられる。
 [第7の実施形態]
 本発明の第7の実施形態に係る方向性結合器について、図を参照して説明する。図14は、第7の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す側面断面図である。
 図14に示すように、第7の実施形態に係る方向性結合器10Fは、第6の実施形態に係る方向性結合器10Eに対して、低誘電率部240を備える点で異なる。方向性結合器10Fの他の構成は、方向性結合器10Eと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
 方向性結合器10Fは、積層体20Fを備える。積層体20Fは、部分的に低誘電率部240を備える。低誘電率部240は、積層体20Fの他の部分よりも実効誘電率が低い部分である。低誘電率部240は、例えば、絶縁体層に空隙等を設けることによって実現可能である。
 低誘電率部240は、積層体20Fの絶縁体層24に配置される。より具体的には、低誘電率部240は、副線路(導体32)における副線路(導体33)側に配置される。すなわち、低誘電率部240は、z方向において、副線路(導体32)と副線路(導体33)との間の位置に配置される。
 この構成によって、副線路(導体32)と副線路(導体33)との結合容量は、小さく抑えられる。したがって、方向性結合器10Fは、複数の副線路間の結合容量を小さくできる。
 なお、この際、低誘電率部240は、副線路(導体33)と主線路(導体31)とが対向する領域に重ならないことが好ましい。これにより、副線路(導体33)と主線路(導体31)とにおいて、所望レベルの結合度を得やすい。
 [第8の実施形態]
 本発明の第8の実施形態に係る方向性結合器について、図を参照して説明する。図15(A)、図15(B)は、第8の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す側面断面図である。
 図15(A)、図15(B)に示すように、第8の実施形態に係る方向性結合器10G1、10G2は、第1の実施形態に係る方向性結合器10に対して、主線路(導体31)に対する副線路(導体32)および副線路(導体33)の配置位置において異なる。方向性結合器10G1、10G2の他の構成は、方向性結合器10と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
 図15(A)に示すように、方向性結合器10G1では、複数の絶縁体層21-25の積層方向(z方向)において、主線路(導体31)と副線路(導体32)とは、同層に配置される。これにより、主線路(導体31)と副線路(導体32)とは、導体の側面(複数の絶縁体層21-25の積層方向に延びる面)によって対向する。
 副線路(導体33)は、主線路(導体31)および副線路(導体32)と異なる層に配置される。副線路(導体33)は、平面視において、主線路(導体31)に重なり、対向している。副線路(導体33)は、平面視において、副線路(導体32)に重ならず、対向していない。
 このような構成によって、方向性結合器10G1では、副線路(導体32)と副線路(導体33)と対向面積は、主線路(導体31)と複数の副線路(導体32、導体33)とのそれぞれの対向面積よりも小さい。したがって、方向性結合器10G1は、複数の副線路間の結合容量を小さくできる。
 図15(B)に示すように、方向性結合器10G2では、複数の絶縁体層21-25の積層方向(z方向)において、主線路(導体31)と副線路(導体33)とは、同層に配置される。これにより、主線路(導体31)と副線路(導体33)とは、導体の側面によって対向する。
 副線路(導体32)は、主線路(導体31)および副線路(導体33)と異なる層に配置される。副線路(導体32)は、平面視において、主線路(導体31)に重なり、対向している。副線路(導体32)は、平面視において、副線路(導体33)に重ならず、対向していない。
 このような構成によって、方向性結合器10G2では、副線路(導体32)と副線路(導体33)と対向面積は、主線路(導体31)と複数の副線路(導体32、導体33)とのそれぞれの対向面積よりも小さい。したがって、方向性結合器10G2は、複数の副線路間の結合容量を小さくできる。
 また、この構成では、三種類の導体が二層に配置されるので、図示は省略しているが、積層体における絶縁体層の積層数を減らすことが可能になる。これにより、方向性結合器10G1、10G2は、より薄型にすることも可能である。
 [第9の実施形態]
 本発明の第9の実施形態に係る方向性結合器について、図を参照して説明する。図16は、第9の実施形態に係る方向性結合器の構成を示す側面断面図である。
 図16に示すように、第9の実施形態に係る方向性結合器10Hは、第1の実施形態に係る方向性結合器10に対して、主線路(導体31)に対する副線路(導体32)および副線路(導体33)の配置位置において異なる。方向性結合器10Hの他の構成は、方向性結合器10と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
 図16に示すように、方向性結合器10Hでは、複数の絶縁体層21-25の積層方向(z方向)において、主線路(導体31)、副線路(導体32)、および、副線路(導体33)は、同層に配置される。この際、副線路(導体32)と副線路(導体33)とは、主線路(導体31)を間に挟むように配置される。これにより、主線路(導体31)と副線路(導体32)とは、導体の側面によって対向し、主線路(導体31)と副線路(導体33)とは、導体の側面によって対向する。副線路(導体32)と副線路(導体33)とは、側面視において重なっているが、主線路(導体31)が間に配置されることによって、直接的に対向していない。
 このような構成によって、方向性結合器10Hでは、主線路(導体31)と複数の副線路(導体32、導体33)との間の結合容量と比較して、複数の副線路(導体32、導体33)間の結合容量を小さくできる。
 また、この構成では、三種類の導体が一層に配置されるので、図示は省略しているが、積層体における絶縁体層の積層数を減らすことが可能になる。これにより、方向性結合器10Hは、より薄型にすることも可能である。
 なお、上述の各実施形態の構成および派生例の構成は、適宜組み合わせることが可能であり、それぞれの組合せに応じた作用効果を奏することができる。
10、10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G1、10G2、10H:方向性結合器
20、20F:積層体
21、22、23、24、25:絶縁体層
31、32、33:導体
41、42:スイッチ回路
80、81、82:終端回路
240:低誘電率部
311、312、313、314、321、322、323、324、325、326、327、328、331、332、333、334:導体部分
C12、C13、C23:結合容量
Ct、Ct1、Ct2:可変コンデンサ
D12、D13、D23:距離
E321:一方端
E322:他方端
E331:一方端
E332:他方端
P311、P312:入出力端子
Pcp、Pcp1、Pcp2:結合出力端子
Rt、Rt1、Rt2:可変抵抗器
SW11、SW12、SW13、SW14、SW21、SW22、SW23、SW24:スイッチ素子

Claims (13)

  1.  複数の絶縁体層が積層された積層体と、
     前記積層体に配置された主線路と、
     前記積層体に配置され、それぞれが前記主線路に対して電磁気的に結合可能に配置する第1副線路および、第2副線路と、
     を備え、
     前記複数の絶縁体層の積層方向において、前記第1副線路と前記第2副線路とは、異なる位置に配置され、
     前記第1副線路と前記第2副線路との対向面積は、前記第1副線路と前記主線路との対向面積、および、前記第2副線路と前記主線路との対向面積よりも小さい、
     方向性結合器。
  2.  複数の絶縁体層が積層された積層体と、
     前記積層体に配置された主線路と、
     前記積層体に配置され、それぞれが前記主線路に対して電磁気的に結合可能に配置する第1副線路および、第2副線路と、
     を備え、
     前記複数の絶縁体層の積層方向において、前記第1副線路と前記第2副線路とは、異なる位置に配置され、
     前記第1副線路と前記第2副線路との距離は、前記第1副線路と前記主線路との距離、および、前記第2副線路と前記主線路との距離よりも大きい、
     方向性結合器。
  3.  複数の絶縁体層が積層された積層体と、
     前記積層体に配置された主線路と、
     前記積層体に配置され、それぞれが前記主線路に対して電磁気的に結合可能に配置する第1副線路および、第2副線路と、
     を備え、
     前記第1副線路と前記第2副線路との電気的な結合度は、前記第1副線路と前記主線路との電気的な結合度、および、前記第2副線路と前記主線路との電気的な結合度よりも小さい、
     方向性結合器。
  4.  前記複数の絶縁体層の積層方向において、前記第1副線路と前記第2副線路とは、異なる位置に配置される、
     請求項3に記載の方向性結合器。
  5.  前記第1副線路と前記第2副線路とは対向していない、
     請求項1に記載の方向性結合器。
  6.  前記距離は、前記複数の絶縁体層の積層方向に沿った距離である、
     請求項2に記載の方向性結合器。
  7.  前記距離は、前記複数の絶縁体層の積層方向に直交する方向に沿った距離である、
     請求項2に記載の方向性結合器。
  8.  前記複数の絶縁体層の積層方向において、前記第1副線路と前記第2副線路とは、前記主線路を挟む位置に配置される、
     請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の方向性結合器。
  9.  前記複数の絶縁体層の積層方向において、前記第1副線路と前記第2副線路とは、前記主線路に対して同じ側に配置される、
     請求項1乃至請求項5、請求項7のいずれかに記載の方向性結合器。
  10.  前記第1副線路および前記第2副線路に接続可能な結合出力端子および終端回路と、
     前記第1副線路および前記第2副線路と、前記結合出力端子および前記終端回路との間に接続されたスイッチ回路と、
     を備える、請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の方向性結合器。
  11.  前記スイッチ回路は、
      前記第1副線路を前記結合出力端子および前記終端回路に接続する第1接続態様と、
      前記第2副線路を前記結合出力端子および前記終端回路に接続する第2接続態様と、
     を切り替える、
     請求項10に記載の方向性結合器。
  12.  前記スイッチ回路は、
     前記第1副線路および前記第2副線路における前記結合出力端子および前記終端回路に接続する選択副線路の一方端を前記結合出力端子に接続し、他方端を前記終端回路に接続する第1方向態様と、
     前記選択副線路の一方端を前記終端回路に接続し、他方端を前記結合出力端子に接続する第2方向態様と、
     を切り替える、
     請求項11に記載の方向性結合器。
  13.  前記スイッチ回路は、
     複数のスイッチ素子を含む、
     請求項10乃至請求項12のいずれかに記載の方向性結合器。
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