(57)【要約】【課題】電気的特性の劣化を伴うことなく、かつ、形状を大きくすることなく位相量の可変範囲を拡大することが可能な結合回路を提供する。【解決手段】  回転結合導体（２１）の結合部（２１ｂ）を介して出力側マイクロストリップ線路（１５）の円弧状結合部（１５ａ）に入力された高周波電力は、円弧状結合部（１５ａ）で分配されて各出力端子（１５ｂ、１５ｃ）から出力される。回転結合導体（２１）は、支軸（４０）を中心とする回転に伴って結合部（２１ｂ）が円弧状結合部（１５ａ）上を移動する。付加誘電体（３０）は、回転結合導体（２１）が形成された誘電体基板（２０）に嵌合されて、回転結合導体（２１）と共に回転する。円弧状結合部（１５ａ）は、出力側マイクロストリップ線路（１５）が形成された誘電体基板（１０）と付加誘電体（３０）とによって挟まれる。付加誘電体（３０）の誘電率は、誘電体基板（１０）の誘電率よりも高いので、円弧状結合部（１５ａ）の実効誘電率が増大される。【選択図】  図１
2010074710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の誘電体基板に形成され、一端に入力端子を有する入力側マイクロストリップ線路と、
前記第１の誘電体基板に形成され、第１の出力端子、第２の出力端子およびこれらの出力端子間に介在する円弧状結合部を有する出力側マイクロストリップ線路と、
第２の誘電体基板に形成され、前記円弧状結合部の曲率中心を通る支軸によって枢支された回転結合導体と、
前記第２の誘電体基板に付加され、該第２の誘電体基板と共に前記支軸を中心として回転する付加誘電体と、を備え、
前記回転結合導体は、前記枢支部位において前記入力側マイクロストリップ線路の他端部と結合する第１の結合部を有するとともに、前記円弧状結合部と結合する第２の結合部を有し、
前記付加誘電体は、前記第１の誘電体基板の誘電率よりも高い誘電率を有するように、かつ、前記円弧状結合部における前記第２の結合部の結合部位を除いた部位を覆うように形成され、
前記第２の結合部は、前記円弧状結合部におけるその結合部位の特性インピーダンスがその結合部位を除いた部位の特性インピーダンスと同一となるようにその大きさが設定されていることを特徴とする結合回路。
【請求項２】
前記回転結合導体は、前記第２の結合部からλｇ／４（λｇは、前記回転結合導体上における使用周波数の波長）だけ前記第１の結合部側に寄った箇所に至る部位に４分の１波長変成器としての機能を有する負荷インピーダンス回路が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の結合回路。
【請求項３】
前記付加誘電体は、切欠き部を有し、該切欠き部を前記第２の誘電体基板に嵌合させることによって前記軸を中心として回転可能な円板状の回転体を構成するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の結合回路。
【請求項４】
前記回転結合導体の第２の結合部は、該回転結合導体の長手方向中心軸線から前記出力側マイクロストリップ線路の第１の出力端子側に寄った部位もしくは第２の出力端子側に寄った部位に電力分配調整スタブを備えることを特徴とする請求項1に記載の結合回路。
【請求項５】
前記電力分配調整スタブは、前記回転結合導体の長手方向中心軸線からλｇ／４（λｇは前記回転結合導体上における使用周波数の波長）以下の距離をおいて設けられることを特徴とする請求項４に記載の結合回路。
【請求項６】
前記回転結合導体の第１、第２の結合部は、それぞれ電気絶縁性の膜を介して結合させたことを特徴とする請求項1に記載の結合回路。
【請求項７】
第１の誘電体基板に形成され、一端に入力端子を有する入力側マイクロストリップ線路と、
前記第１の誘電体基板に形成され、それぞれが第１の出力端子、第２の出力端子および該各出力端子間に介在する円弧状結合部を有し、それぞれの前記円弧状結合部が異径かつ同心で互いに並行している複数の出力側マイクロストリップ線路と、
第２の誘電体基板に形成され、前記各円弧状結合部の同心位置を通る支軸によって枢支された回転結合導体と、
前記第２の誘電体基板に付加され、該第２の誘電体基板と共に前記支軸を中心として回転する付加誘電体と、を備え、
前記回転結合導体は、前記枢支部位において前記入力側マイクロストリップ線路の他端部と結合する第１の結合部を有するとともに、前記各円弧状結合部とそれぞれ結合する複数の第２の結合部を有し、
前記付加誘電体は、前記第１の誘電体基板の誘電率よりも高い誘電率を有するように、かつ、前記各円弧状結合部における前記各第２の結合部の結合部位を除く部位を覆うように形成され、
前記各第２の結合部は、対応する前記円弧状結合部におけるその結合部位の特性インピーダンスがその結合部位を除いた部位の特性インピーダンスと同一となるようにその大きさが設定されていることを特徴とする結合回路。
【請求項８】
前記回転結合導体は、前記各第２の結合部からλｇ／４（λｇは、前記回転結合導体上における使用周波数の波長）だけ前記第１の結合部側に寄った箇所に至る複数の部位にそれぞれ４分の１波長変成器としての機能を有する負荷インピーダンス回路が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の結合回路。
【請求項９】
前記付加誘電体は、切欠き部を有し、該切欠き部を前記第２の誘電体基板に嵌合させることによって前記軸を中心として回転可能な円板状の回転体を構成するように形成されていることを特徴とする請求項７に記載の結合回路。
【請求項１０】
前記回転結合導体の各第２の結合部は、該回転結合導体の長手方向中心軸線から対応する前記出力側マイクロストリップ線路の第１の出力端子側に寄った部位もしくは第２の出力端子側に寄った部位にそれぞれ電力分配調整スタブを備えることを特徴とする請求項７に記載の結合回路。
【請求項１１】
前記各電力分配調整スタブは、前記回転結合導体の長手方向中心軸線からλｇ／４（λｇは前記回転結合導体上における使用周波数の波長）以下の距離をおいて設けられることを特徴とする請求項１１に記載の結合回路。
【請求項１２】
前記回転結合導体の第１の結合部および各第２の結合部は、それぞれ電気絶縁性の膜を介して結合させたことを特徴とする請求項1に記載の結合回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号を分配し、かつ、分配した高周波信号の位相を連続的に変化させることができる結合回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波信号の位相を連続的に変化させる機能を有した結合回路は、例えば、下記特許文献１、２によって提案されている。
この従来の結合回路は、誘電体基板に形成された入力側ストリップ線路および出力側ストリップ線路と、上記入力側ストリップ線路にその一端部が結合かつ枢支された回転結合導体とを備えている。上記出力側ストリップ線路は、上記回転結合導体の枢軸を中心とする円周上に位置した円弧状結合部を有し、上記回転結合導体の他端部がこの円弧状結合部に対し移動可能に結合している。
【０００３】
この結合回路においては、入力側ストリップ線路に設けられた入力端子に高周波信号が入力される。入力された高周波信号は、回転結合導体を介して出力側ストリップ線路の円弧状結合部に入力された後に２分配され、その分配された高周波信号が出力側ストリップ線路の一端および他端に設けられた一方および他方の出力端子に供給される。
【０００４】
上記円弧状結合部に対する回転結合導体の結合位置は、該回転結合導体の回転操作によって変化する。そして、この回転結合導体の結合位置の変化は、該結合位置から出力側ストリップ線路の各出力端子に至る二つの経路の長さの変化をもたらすので、結果的に、上記各出力端子に供給される高周波信号の位相量を変化させることになる。
つまり、この結合回路は、入力電力を等分した電力を各出力端子に分配供給する分配器としての機能と、各出力端子に分配される電力の位相を回転結合導体の回転に伴って連続的に変化させる移相器としての機能とを併せ持つ。
【特許文献１】特許第３０９５６７６号
【特許文献２】特許第３０９５６７７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記結合回路では、誘電体基板の誘電率、出力側マイクロストリップ線路の円弧状結合部の円弧径、および、回転結合導体の可動範囲が可変位相量を決定する要素となる。
【０００６】
そこで、上記位相量の可変範囲をより大きくするための手段として以下の方法が考えられる。
方法１：誘電体基板の誘電率を大きくする。
出力側マイクロストリップ線路の実効誘電率が大きくなるので、位相量
の可変範囲が拡大する。
方法２：出力側マイクロストリップ線路の円弧状結合部の円弧径を大きくする。
回転結合導体の結合位置から出力側ストリップ線路の各出力端子に至る
二つの経路の長さの比を大きく変化させることが可能になるので、位相
量の可変範囲が拡大する。
【０００７】
しかし、上記方法１では、入力側マイクロストリップ線路の実効誘電率も大きくなる。一般的に、誘電体基板の誘電率には、製作に伴うある範囲の誤差が含まれているが、誘電体基板の誘電率を大きくした場合には、この誤差の範囲も大きくなる。このため、入力側マイクロストリップ線路および出力側マイクロストリップ線路の特性インピーダンス（例えば５０Ω）を規定する線路幅のバラツキや絶対位相量のバラツキが大きくなって、ＶＳＷＲ特性の劣化、損失の増大などの問題を生じ、その結果、量産性が低下する。
一方、上記方法２は、円弧状結合部を形成するために大きなスペースを必要とするので、全体形状が大きくなるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、電気的特性の劣化を伴うことなく、かつ、形状を大きくすることなく位相量の可変範囲を拡大することができる結合回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、第１の誘電体基板に形成され、一端に入力端子を有する入力側マイクロストリップ線路と、前記第１の誘電体基板に形成され、第１の出力端子、第２の出力端子およびこれらの出力端子間に介在する円弧状結合部を有する出力側マイクロストリップ線路と、第２の誘電体基板に形成され、前記円弧状結合部の曲率中心を通る支軸によって枢支された回転結合導体と、前記第２の誘電体基板に付加され、該第２の誘電体基板と共に前記支軸を中心として回転する付加誘電体とを備える結合回路を提供する。
前記回転結合導体は、前記枢支部位において前記入力側マイクロストリップ線路の他端部と結合する第１の結合部を有するとともに、前記円弧状結合部と結合する第２の結合部を有する。前記付加誘電体は、前記第１の誘電体基板の誘電率よりも高い誘電率を有するように、かつ、前記円弧状結合部における前記第２の結合部の結合部位を除いた部位を覆うように形成され、前記第２の結合部は、前記円弧状結合部におけるその結合部位の特性インピーダンスがその結合部位を除いた部位の特性インピーダンスと同一となるようにその大きさが設定される。
【００１０】
実施の態様において、前記回転結合導体は、前記第２の結合部からλｇ／４（λｇは、前記回転結合導体上における使用周波数の波長）だけ前記第１の結合部側に寄った箇所に至る部位に４分の１波長変成器としての機能を有する負荷インピーダンス回路を形成し、これによって前記第１の結合部におけるインピーダンス整合を図るようにしている。
また、実施の態様において、前記付加誘電体は切欠き部を有し、該切欠き部を前記第２の誘電体基板に嵌合させることによって前記軸を中心として回転可能な円板状の回転体を構成するように形成されている。
【００１１】
前記回転結合導体の第２の結合部は、該回転結合導体の長手方向中心軸線から前記出力側マイクロストリップ線路の第１の出力端子側に寄った部位もしくは第２の出力端子側に寄った部位に電力分配調整スタブを備えることができる。前記第２の結合部にこの電力分配調整スタブを具備させることにより、前記出力側マイクロストリップ線路の第１の出力端子と第２の出力端子から出力させる電力の分配比を調整することが可能になる。
実施の態様において、前記電力分配調整スタブは、前記回転結合導体の長手方向中心軸線からλｇ／４（λｇは前記回転結合導体上における使用周波数の波長）以下の距離をおいて設けられている。
【００１２】
前記回転結合導体の第１、第２の結合部は、これらの結合部の機械的接触に起因する雑音の発生や相互変調の問題が回避するために、それぞれ電気絶縁性の膜を介して結合させることが望ましい。
【００１３】
本発明は、第１の誘電体基板に形成され、一端に入力端子を有する入力側マイクロストリップ線路と、前記第１の誘電体基板に形成され、それぞれが第１の出力端子、第２の出力端子および該各出力端子間に介在する円弧状結合部を有し、それぞれの前記円弧状結合部が異径かつ同心で互いに並行している複数の出力側マイクロストリップ線路と、第２の誘電体基板に形成され、前記各円弧状結合部の同心位置を通る支軸によって枢支された回転結合導体と、前記第２の誘電体基板に付加され、該第２の誘電体基板と共に前記支軸を中心として回転する付加誘電体とを備える結合回路も提供する。
前記回転結合導体は、前記枢支部位において前記入力側マイクロストリップ線路の他端部と結合する第１の結合部を有するとともに、前記各円弧状結合部とそれぞれ結合する複数の第２の結合部を有する。
前記付加誘電体は、前記第１の誘電体基板の誘電率よりも高い誘電率を有するように、かつ、前記各円弧状結合部における前記各第２の結合部の結合部位を除く部位を覆うように形成され、前記各第２の結合部は、対応する前記円弧状結合部におけるその結合部位の特性インピーダンスがその結合部位を除いた部位の特性インピーダンスと同一となるようにその大きさが設定される。
【００１４】
実施の態様において、前記回転結合導体は、前記各第２の結合部からλｇ／４（λｇは、前記回転結合導体上における使用周波数の波長）だけ前記第１の結合部側に寄った箇所に至る複数の部位にそれぞれ４分の１波長変成器としての機能を有する負荷インピーダンス回路形成し、これによって前記第１の結合部におけるインピーダンス整合を図るようにしている。
また、実施の態様において、前記付加誘電体は切欠き部を有し、該切欠き部を前記第２の誘電体基板に嵌合させることによって前記軸を中心として回転可能な円板状の回転体を構成するように形成されている。
【００１５】
前記回転結合導体の各第２の結合部は、該回転結合導体の長手方向中心軸線から対応する前記出力側マイクロストリップ線路の第１の出力端子側に寄った部位もしくは第２の出力端子側に寄った部位にそれぞれ電力分配調整スタブを備えることができる。前記各第２の結合部に前記電力分配調整スタブを具備させることにより、前記対応する出力側マイクロストリップ線路の第１の出力端子と第２の出力端子から出力させる電力の分配比を調整することが可能になる。
【００１６】
実施の態様において、前記各電力分配調整スタブは、前記回転結合導体の長手方向中心軸線からλｇ／４（λｇは前記回転結合導体上における使用周波数の波長）以下の距離をおいて設けられている。
【００１７】
前記回転結合導体の第１の結合部および各第２の結合部は、これらの結合部の機械的接触に起因する雑音の発生や相互変調の問題が回避するために、それぞれ電気絶縁性の膜を介して結合させることが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、付加誘電体によって出力側マイクロストリップ線路の円弧状結合部の実効誘電率を増大させている。したがって、出力側マイクロストリップ線路が形成された誘電体基板の誘電率を高くするという手法によって上記実効誘電率を増大させた場合の問題点である電気的特性の劣化やバラツキを回避して、量産性を向上することができる。また、上記円弧状結合部の円弧径を大きくするという手法によって上記実効誘電率を増大させた場合には、全体形状が大きくなるという問題を生じるが、本発明によれば、そのような不都合を回避することができる。
さらに、出力側マイクロストリップ線路を複数設けるようにした第２の発明によれば、上記の利点に加えて、上記出力側マイクロストリップ線路の数に対応した数の分配出力電力を得ることができるという利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明に係る結合回路の実施の形態について説明する。
図１は、２ＧＨｚ帯の周波数に適用し得るように、また、１：１の電力分配比が得られるように構成した本実施形態に係る結合回路の分解斜視図である。本実施形態に係る結合回路は、誘電体基板１０、２０および付加誘電体３０を備えている。
【００２０】
誘電体基板１０の上面には、入力側線路導体１１および出力側線路導体１２がそれぞれ金属箔（例えば銅箔）を着設することによって形成され、また、該誘電体基板1０の下面全域には同様の金属箔によって接地導体１３が形成されている。
図２（ａ）に示すように、入力線路導体１１は、誘電体基板１０の中央部から前端に向かって直線上に延び、図１に示す接地導体１３と共に入力側マイクロストリップ線路１４を構成している。入力側マイクロストリップ線路１４は、基端に入力端子１４ａを有し、先端に円形の結合部１４ｂを有している。
【００２１】
出力側線路導体１２は、上記円形結合部１４ｂの中心を曲率中心とする円弧状部位と、該円弧状部位の一端および他端からそれぞれ誘電体基板１０の前端に向かって直線上に延びる導体部をそれぞれ備え、図１に示す接地導体１３と共に出力側マイクロストリップ線路１５を構成している。
出力側マイクロストリップ線路１５は、出力側線路導体１２の円弧状部位において円弧状結合部１５ａを形成し、かつ、誘電体基板１の前端側に位置した一端
部及び他端部において出力端子１５ｂおよび１５ｃをそれぞれ形成している。
本実施形態においては、上記円弧状結合部１５ａが半径Ｒ１＝０．２４λ（λは使用周波数の波長である）の円周上に位置している。したがって、この円弧状結合部１５ａの線路長Ｌ１はπ・０．２４λである。
【００２２】
次に、誘電体基板２０について説明する。図２（ｂ）に示すように、この誘電体基板２０は細長に形成され、その下面に回転結合導体２１が上記金属箔によって形成されている。
回転結合導体２１は、その基端側（入力側）に設けられた円形結合部２１ａと、その先端側（出力側）に設けられた線路状結合部２１ｂと、これらの結合部２１ａ、２１ｂ間に位置された方形状の幅広部２１ｃとを備えている。
上記幅広部２１ｃは、線路状結合部２１ｂからλｇ／４（λｇは、回転結合導体２１上における使用周波数の波長）だけ円形結合部２１ａ側に寄った箇所に形成されている。線路状結合部２１ｂ、幅広部２１ｃおよびこれら間に介在する導体部分は、周知の４分の１波長変成器としての機能を有する後述の負荷インピーダンス回路２２を構成している。なお、上記幅広部２１の形状は方形に限らず、例えば円形であっても良い。
【００２３】
図１に示すように、誘電体基板１０には、前記入力側マイクロストリップ線路１４の円形結合部１４ａの中心を支軸４０が貫通している。誘電体基板２０は、回転結合導体２１の円形結合部２１ａの中心に上記支軸４０を貫通させることによって誘電体基板１０に回転可能に支持される。このとき、図３に示すように、円形結合部２１ａが入力側マイクロストリップ線路１４の円形結合部１４ｂ上に重ね合わされるとともに、線路状結合部２１ｂが出力側マイクロストリップ線路１５の円弧状結合部１５ａ上に重ね合わされる。したがって、誘電体基板２０を上記支軸４０を中心として回転させれば、回転結合導体２１の線路状結合部２１ｂが円弧状結合部１５ａ上を移動することになる。
なお、本実施形態における誘電体基板１０、２０は、厚さが１．６ｍｍに、また、誘電率が２．６にそれぞれ設定されている。
【００２４】
次に、負荷インピーダンス回路２２について説明する。出力側マイクロストリップ線路１５の特性インピーダンスをＺout、回転結合導体２１の入力側部分の特性インピーダンスをＺinとすると、出力側マイクロストリップ線路１５が回転結合導体２１の線路状結合部２１ｂの結合部位で左右に分岐していることから、この線路状結合部２１ｂから出力側マイクロストリップ線路１５側を見た負荷インピーダンスは略Ｚout／２になる。
本実施形態において、Ｚin、Ｚoutは５０Ωに設定される。したがって、通常、このままでは出力側結合部２１ｂでの整合をとることはできない。しかし、本実施形態では、回転結合導体２１に上述した負荷インピーダンス回路２２が設けられているので、これによるインピーダンス変換作用によって整合をとることができる。
【００２５】
すなわち、負荷インピーダンス回路２２の部分の静電容量をＣ、信号の群速度をＶpとすると、この部分の等価特性インピーダンスＺoはＺo＝（Ｖp・Ｃ）−１と表される。線路状結合部２１ｂにおけるインピーダンス整合条件はＺin・Ｚout＝Ｚo２である。負荷インピーダンス回路２２は、幅広部２１ｃによる上記静電容量Ｃの増大によって上記等価特性インピーダンスＺoを小さくし、それによって、上記整合条件を満足させる機能を有する。
【００２６】
なお、上記負荷インピーダンス回路２２は、出力側マイクロストリップ線路１５の円弧状結合部１５ａの寸法や、入力側マイクロストリップ線路１４の円形結合部１４ａの寸法などのパラメータを考慮して４分の１波長変成器としての機能を持つように適宜設計すればよいので、本実施形態の構成に限定されない。例えば、回転結合導体２１における線路状結合部２１ｂからλｇ／４だけ円形結合部１４ａ側に寄った箇所に至る区間の線路幅を単に広くする等の手段によっても負荷インピーダンス回路２２を構成することができる。
【００２７】
本実施形態によれば、回転結合導体２１の線路状結合部２１ｂと、出力側マイクロストリップ線路１５の円弧状結合部１５ａとがインピーダンス整合されるので、線路状結合部２１ｂの長さをλｇ／４よりも小さくすることが可能である。これは、上記円弧状結合部１５ａにおける回転結合導体２１の回転可能範囲が広くなることを意味する。
【００２８】
次に、付加誘電体３０について説明する。図２（ｃ）に示すように、この付加誘電体３０は、円板状誘電体にその半径方向に沿った切欠き部３１を形成した構成を有する。切欠き部３１の形状は、図２（ｂ）に示す誘電体基板２０の外形と一致しているので、この切欠き部３１を誘電体基板２０に嵌合した場合、図３に示すように、前記支軸４０を中心として回転可能な円板状回転体が構成される。
本実施形態における付加誘電体３０は、半径Ｒ２が０．２７λに、厚さが１．６ｍｍに、誘電率が２０にそれぞれ設定されている。
【００２９】
図３から明らかなように、出力側マイクロストリップ線路１５には、誘電体基板２０もしくは付加誘電体３０によって覆われる第１の部分、換言すれば、誘電体基板１０と誘電体基板２０もしくは誘電体基板１０と付加誘電体３０によって挟まれる部分（円弧状結合部１５ａはこの部分に含まれている）と、そうでない第２の部分とが存在する。
図２（ａ）に示すように、上記第１の部分の線路幅ｗ１は、上記第２の部分の線路幅ｗ２よりも小さく設定されている。線路幅ｗ１は、該当領域の線路が誘電体基板１０と付加誘電体３０とで挟まれた状態下で所定の特性インピーダンス（本実施形態では５０Ω）を示すように設定される。本実施形態において、線路幅ｗ１は１．８６ｍｍである。
【００３０】
ところで、上記幅ｗ１の線路には、誘電体基板２０によって覆われる部位、換言すれば、誘電体基板１０と該誘電体基板２０とによって挟まれる部位が存在する。上記したように、幅ｗ１の線路は、誘電体基板１０と付加誘電体３０とで挟まれた状態下で所定の特性インピーダンス（本実施形態では５０Ω）を示す。誘電体基板２０の誘電率（本実施形態では２．６）は、付加誘電体３０の誘電率（本実施形態では２０）に比して大幅に低いので、上記誘電体基板１０と該誘電体基板２０とによって挟まれる部位の特性インピーダンスは、上記所定の特性インピーダンスからずれることになる。
そこで、本実施形態では、上記誘電体基板１０と該誘電体基板２０とによって挟まれる部位の特性インピーダンスが上記所定の特性インピーダンス５０Ωを示すように、上記回転結合導体２１の線路状結合部２１ｂの線路幅ｗ３（図２（ｂ）参照）を４．０１ｍｍに設定している。
【００３１】
出力側マイクロストリップ線路１５の線路幅ｗ１および線路状結合部２１ｂの線路幅ｗ２を上記のように設定した本実施形態によれば、回転結合導体２１の回転位置によらず出力側マイクロストリップ線路１５の特性インピーダンスを５０Ωに維持することが可能となる。
なお、出力側マイクロストリップ線路１５における上記第２の部分、すなわち、誘電体基板２０および誘電体３０のいずれにも覆われない部分は、その特性インピーダンスが５０Ωになるようにその線路幅ｗ２が設定されている。本実施形態において、線路幅ｗ３は４．４２ｍｍである。
【００３２】
次に、入力側マイクロストリップ線路１４について説明する。この入力側マイクロストリップ線路１４には、誘電体基板２０によって常時覆われる（誘電体基板１０、２０によって常時挟まれる）第１の部分と、付加誘電体３０によって常時覆われる（誘電体基板１０と付加誘電体３０とによって常時挟まれる）第２の部分と、誘電体基板２０および付加誘電体３０のいずれによっても覆われない第３の部分とが存在する。
そこで、本実施形態では、上記第１、第２および第３の部分の特性インピーダンスがいずれも５０Ωを示すように、上記第１の部分の線路幅ｗ４を４．０１ｍｍに、上記第２の部分の線路幅ｗ５を１．８６ｍｍ（＝ｗ１）に、また、上記第３の部分の線路幅ｗ６を４．４２ｍｍ（＝ｗ３）にそれぞれ設定している。
【００３３】
上記構成の本実施形態に係る結合回路においては、入力側マイクロストリップ線路１４の円形結合部１４ｂと回転結合導体２１の円形結合部２１ａとが高周波的に結合され、また、回転結合導体２１の線路状結合部２１ｂと、出力側マイクロストリップ線路１５の円弧状結合部１５ａとが高周波的に結合されている。
したがって、入力側マイクロストリップ線路１４の入力端子１４ａに入力された高周波電力（本実施形態では、２ＧＨｚ帯の周波数を有する）は、該入力側マイクロストリップ線路１４と回転結合導体２１とを介して出力側マイクロストリップ線路１５の円弧状結合部１５ａに供給される。このとき、回転結合導体２１の線路状結合部２１ｂでの電力の反射は生じない。なぜなら、線路状結合部２１ｂは、４分の１波長変成器としての機能を持つ上記した負荷インピーダンス回路２２によって円弧状結合部１５ａとのインピーダンス整合が取れた状態にあるからである。
【００３４】
出力側マイクロストリップ線路１５は、円弧状結合部１５ａにおける線路状結合部２１ｂの結合部位において左右に分岐することになる。したがって、円弧状結合部１５ａに入力された高周波電力は、上記分岐点から一方の出力端子１５ｂに向う電力と他方の出力端子１５ｃに向う電力に分配される。なお、本実施形態における電力の分配比は１：１である。
上記出力端子１５ｂから出力される電力の位相量と上記出力端子１５ｃから出力される電力の位相量との差は、上記線路状結合部２１ｂの結合位置から出力端子１５ｂ、１５ｃに至る各線路の長さの差に対応する。そして、この線路の長さの差は、回転結合導体２１の回転位置に応じて変化することになる。
【００３５】
回転結合導体２１の回転によって変化される位相量は、出力側マイクロストリップ線路１５の円弧状結合部１５ａの実効誘電率εeffに比例する。
ここで、付加誘電体３０を使用しない比較例に係る結合回路について考察する。この比較例に係る結合回路の場合、上記円弧状結合部１５ａは、５０Ωの特性インピーダンスをもたすために、その線路幅ｗ１が４．４２ｍｍ（＝ｗ２）に設定される。この円弧状結合部１５ａは、実効誘電率εeffが２．１７、波長短縮率εeff−０．５が０．６８であるので、周波数２．０４５ＧＨｚにおける線路長１ｍｍあたりの位相量が３．６１°になる。したがって、円弧状結合部１５ａの円弧半径を０．２４λ、回転結合導体２１の回転角度±θを±９０°とした場合の可変位相量は±２０４°となる。
【００３６】
これに対して、本実施形態に係る結合回路によれば、円弧状結合部１５ａが誘電体基板１０と該誘電体基板１０よりも高い誘電率を有する付加誘電体３０とによって挟まれるため、円弧状結合部１５ａの実効誘電率εeffが５．１５に、また、波長短縮率εeff−０．５が０．４４になり、その結果、２．０４５ＧＨｚにおける線路長１ｍｍあたりの位相量が５．５７°になる。
したがって、上記と同様に、出力側マイクロストリップ線路１５の円弧半径を０．２４λ、回転結合導体２１の回転角度±θを±９０°とした場合、可変位相量が±３１５°となる。
【００３７】
このように、本実施形態に係る結合回路によれば、誘電体基板１０の誘電率よりも高い誘電率を有する付加誘電体３０を備えているので、出力側マイクロストリップ線路１５の実効誘電率が増大され、その結果、全体形状の大きさを変えることなく可変位相量を大きくすることができる。
付加誘電体３０は、その誘電率が誘電体基板１０の誘電率よりも高く設定されていれば、出力側マイクロストリップ線路１５の実効誘電率の増大をもたらす。したがって、この付加誘電体３０の誘電率の値は、上記実施形態の値２０に限定されず、２０以下であってもあるいは２０より大きくてもよい。そして、付加誘電体３０の誘電率を２０よりも高い値に設定すれば、上記した±３１５°よりも大きな可変位相量を得ることができる。
なお、本実施形態では、誘電体基板２０の誘電率を誘電体基板１０の誘電率の値２．６と同じ値に設定しているが、回転結合導体２１の設計に支障をきたさない範囲内であれば、２．６とは異なる値に設定してもよい。
【００３８】
上記のように付加誘電体３０は、円弧状結合部１５ａの実効誘電率を大きくするように作用する。したがって、誘電体基板１０の誘電率が小さい場合においても、付加誘電体３０の誘電率を適宜設定することにより、円弧状結合部１５ａに充分高い実効誘電率を持たすことが可能である。つまり、本実施形態に係る結合回路によれば、低誘電率の誘電体基板１０を使用することが可能であり、これは、次のような利点をもたらす。
すなわち、誘電体基板は、その誘電率が高いほど製作上における誘電率の誤差の範囲が大きくなる傾向を示す。低誘電率の誘電体基板１０を使用することが可能な本実施形態によれば、上記誘電率の誤差の影響による入力側マイクロストリップ線路１４の特性インピーダンス（５０Ω）のバラツキや、絶対位相量のバラツキ等が抑制されるため、ＶＳＷＲ（定在波比）特性などの電気特性の安定化や損失の低減を図ることが可能となり、これは量産性の向上に寄与する。
【００３９】
ところで、入力側マイクロストリップ線路１４の円形結合部１４ｂと回転結合導体２１の円形結合部２１ａ相互、および、回転結合導体２１の線路状結合部２１ｂと出力側マイクロストリップ線路１５の円弧状結合部１５ａ相互を機械的に接触させた場合、雑音の発生や相互変調の問題、耐久性の低下等を生じるおそれがある。
このため、本実施形態では、少なくとも誘電体基板２０の下面、もしくは、該下面が摺動する誘電体基板１０の上面を厚さ０．２ｍｍ程度の電気絶縁性の膜で被覆して上記した各要素相互の機械的接触を回避し、それによって信頼性の向上を図っている。
なお、上記被覆処理に際しては、その処理が各線路の特性インピーダンスに影響を与えないように被覆材の膜厚等を考慮することが望ましい。
【００４０】
図４は、本実施形態に係る結合回路のリターンロス特性を示す。また、図５の（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本実施形態に係る結合回路の右側出力端子１６ｂおよび左側出力端子１６ｃ（図３参照）での通過損失特性を示す。なお、これらの特性は、回転結合導体２１が図３に示す０°位置にある状態で測定したものである。
図４において、周波数０．９４ｆ０（１．９２ＧＨｚ）、周波数ｆ０（２．０４５ＧＨｚ）および周波数１．０６ｆ０（２．１７ＧＨｚ）での反射損失は、それぞれ−２３．４０７ｄＢ、−２３．６５６ｄＢおよび−１９．４０４ｄＢである。
また、図５（ａ）において、周波数０．９４ｆ０、周波数ｆ０および周波数１．０６ｆ０での通過損失は、それぞれ−３．５９４５ｄＢ、−３．６７６４ｄＢおよび−３．５５４６ｄＢである。
さらに、図５（ｂ）において、周波数０．９４ｆ０、周波数ｆ０および周波数１．０６ｆ０での通過損失は、それぞれ−３．５４６５ｄＢ、−３．６５６４ｄＢおよび−３．５２９８ｄＢである。
図４および図５に示すように、本実施形態に係る結合回路は、良好なリターンロス特性および通過損失特性を示す。
【００４１】
図６において、実線および太点線は、本実施形態に係る結合回路の右側出力端子１６ｂおよび左側出力端子１６ｃでの位相変化量特性をそれぞれ示す。また、この図６において、一転鎖線および細点線は、付加誘電体３０を併用しない比較例に係る結合回路の右側出力端子１６ｂおよび左側出力端子１６ｃでの位相変化量特性をそれぞれ示す。なお、前記したように、比較例に係る結合回路では、円弧状結合部１５ａの線路幅ｗ１が４．４２ｍｍに設定される。
この図６から明らかなように、付加誘電体３０を使用する本実施形態に係る結合回路によれば、比較例に係る結合回路に比して大きな位相変化量を得ることができる。
【００４２】
本実施形態に係る結合回路は、例えばアレーアンテナの各アンテナ素子の前段に配置して使用する。この場合、アレーアンテナの給電信号の位相を連続的に変化させて、該アレーアンテナからの放射のメインローブ方向を連続して変化させることが可能になる。
【００４３】
本実施形態に係る結合回路における電力の分配比は１：１である。しかし、移動体通信に用いるアレーアンテナの指向性制御に適用する場合には、個々のアンテナ素子に給電される電力の振幅が必ずしも均一にならないので、所望の分配比の電力を取り出せる機能を上記結合回路に持たせることが望ましい。
図７に所望の分配比の電力を取り出せる機能を有した本発明に係る結合回路の実施形態を示す。
この結合回路において、誘電体基板２００および付加誘電体３００は、それぞれ図１に示す誘電体基板２０および付加誘電体３０に対応するものである。本実施形態の結合回路は、誘電体基板２００に設けられた回転結合導体２１０の構成および付加誘電体３００の切欠き部３１０の形状においてのみ、図１に示した結合回路と相違している。
【００４４】
回転結合導体２１０は、図１に示す円形結合部２１ａ、線路状結合部２１ｂおよび幅広部２１ｃに対応する円形結合部２１０ａ、線路状結合部２１０ｂおよび幅広部２１０ｃに加えて、金属箔からなる電力分配調整スタブ２１０ｄを備えている。
電力分配調整スタブ２１０ｄは、図８に示すように、回転結合導体２１０の長手軸線に沿う形態で線路状結合部２１０ｂから円形結合部２１ａ側に向かって延びている。この電力分配調整スタブ２１０ｄの長手軸線と回転結合導体２１０の長手軸線とのなす間隔Ｄは、λｇ／４以下に設定され、本実施形態では０．０５２λｇに設定されている。また、この電力分配調整スタブ２１０ｄの長さＬ２は、所望の電力分配比が得られるように適宜設定され、本実施形態では０．２９４λｇに設定されている。
付加誘電体３００の切欠き部３１０は、誘電体基板２００の外形に合致するように形成されている。
【００４５】
本実施形態に係る結合回路によれば、線路状結合部２１０ｂを介して円弧状結合部１５ａに流入して出力端子１５ｃ側に向う電力の一部が上記分配調整スタブ２１０ｄによって反射される。この反射された電力は、出力端子１５ｂ側に向かって移動し、その結果、出力端子１５ｂに分配される電力が出力端子１５ｃに分配される電力よりも大きくなる。すなわち、本実施形態では、出力端子１５ｂに分配される電力と出力端子１５ｃに分配される電力の比が例えば２：１になる。
【００４６】
以上の説明から明らかなように、電力分配比は、電力分配調整スタブ２１０ｄによる電力の反射量に依存する。そして、この電力の反射量は、上記電力分配調整スタブ２１０ｄの配置距離Ｄおよび形状要素（長さＬ２並びに幅）によって規定される。それ故、本実施形態に係る結合回路によれば、上記電力分配調整スタブ２１０ｄの配置距離Ｄおよび／または形状要素の調整によって、所望の電力分配比を設定することが可能である。もちろん、本実施形態に係る結合回路は、前記実施形態に係る結合回路の利点を併せ持つ。
なお、上記電力分配調整スタブ２１０ｄは、回転結合導体２１０の長手軸線を基準として出力側マイクロストリップ線路１５の出力端子１５ｃ側に設けられているが、同線路１５の出力端子１５ｂ側に設けてもよい。
【００４７】
図９は、２分配された高周波電力を複数出力するように構成された本発明の実施形態を示す。
本実施形態に係る結合回路は、誘電体基板１０に出力側マイクロストリップ線路１５'を追加形成した点と、回転結合導体２１に線路状結合部２１ｂ'および幅広部２１ｃ'を追加形成した点において図１に示した結合回路と相違する。以下、この相違点のみについて説明する。
【００４８】
出力側マイクロストリップ線路１５'は、入力側マイクロストリップ線路１４と出力側マイクロストリップ線路１５との間に形成され、該出力側マイクロストリップ線路１５の円弧状結合部１５ａおよび出力端子１５ｂ、１５ｃに対応する円弧状結合部１５ａ'および出力端子１５ｂ'、１５ｃ'を備えている。
この出力側マイクロストリップ線路１５'の線路幅は、出力側マイクロストリップ線路１５の線路幅に準じて設定されている。したがって、円弧状結合部１５ａ'は、誘電体基板１０と付加誘電体３０とによって挟まれた状態において５０Ωの特性インピーダンスを示す。
【００４９】
線路状結合部２１ｂ'は、円弧状結合部１５ａ'と結合し得る位置に設けられている。そして、この線路状結合部２１ｂ'は、誘電体基板１０と誘電体基板２０とによって挟まれた状態での円弧状結合部１５ａ'が５０Ωの特性インピーダンスを示すようにその大きさが設定されている。
線路状結合部２１ｂ'、幅広部２１ｃ'およびこれら間に介在する導体部分は、周知の４分の１波長変成器としての機能を有する負荷インピーダンス回路２２'を構成している。もちろん、この負荷インピーダンス回路２２'は、線路状結合部２１ｂ'と円弧状結合部１５ａ'とのインピーダンス整合をとるために設けられている。
以上の構成により、回転結合導体２１の回転位置によらず線路状結合部２１ｂ'と円弧状結合部１５ａ'とがインピーダンス整合され、かつ、円弧状結合部１５ａ'の特性インピーダンスが５０Ωに維持される。
【００５０】
本実施形態に係る結合回路によれば、出力側マイクロストリップ線路１５の各出力端子１５ｂ、１５ｃから等分配された電力が出力され、同様に、出力側マイクロストリップ線路１５'の各出力端子１５ｂ'、１５ｃ'からも等分配された電力が出力される。そして、回転結合導体２１の回転操作に伴って、出力端子１５ｂ、１５ｃおよび１５ｂ'、１５ｃ'から出力される電力の位相が図６に例示したような形態で変化される。
【００５１】
なお、本実施形態に係る結合回路は、前記各実施形態の結合回路と同様に、少なくとも誘電体基板２０の下面、もしくは、該下面が摺動する誘電体基板１０の上面が厚さ０．２ｍｍ程度の電気絶縁性の膜で被覆される。
また、本実施形態に係る結合回路では、２つの出力側マイクロストリップ線路１５、１５'を設けているが、２つよりも多い出力側マイクロストリップ線路を備える結合回路を構成することも当然可能である。もちろんこの場合には、回転結合導体２１において個々の出力側マイクロストリップ線路に対応する線路状結合部および幅広部が設けられることになる。
【００５２】
図９に示した実施形態においても、回転結合導体２１の線路状結合部２１ｂ、２１ｂ'に対して図８に例示した電力分配調整スタブ２１０ｄに相当する電力分配調整スタブ（図示せず）を付設することができる。
この場合、個々の電力分配調整スタブの配置距離（図８の距離Ｄ参照）および／または形状要素の調整によって、個々の出力側マイクロストリップ線路の各出力端子から出力される電力の分配比を任意に設定することができる。したがって、個々の出力側マイクロストリップ線路の各出力端子から出力される電力の分配比を全て同一もしくは相違させることや、特定の出力側マイクロストリップ線路の各出力端子から出力される電力の分配比を他の出力側マイクロストリップ線路の各出力端子から出力される電力の分配比と相違させることなどが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る結合回路の一実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】（ａ）は入力側マイクロストリップ線路および出力側マイクロストリップ線路の形状構成を示す平面図、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ回転結合導体および付加誘電体の形状構成を示す平面図である。
【図３】図１に示す各要素を組み合わせた状態を示す平面図である。
【図４】本発明に係る結合回路のリターンロス特性を例示したグラフである。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明に係る結合回路における右側出力端子および左側出力端子での通過損失特性を例示したグラフである。
【図６】本発明に係る結合回路の位相変化特性と比較例に係る結合回路の位相変化特性とを例示したグラフである。
【図７】回転結合導体に電力分配調整スタブを設けた本発明に係る結合回路の実施形態を示す分解斜視図である。
【図８】電力分配調整スタブの形状構成を示す平面図である。
【図９】複数の出力側マイクロストリップ線路を備えた本発明に係る結合回路の実施形態を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  誘電体基板
１１  入力側線路導体
１２  出力側線路導体
１３  接地導体
１４  入力側マイクロストリップ線路
１４ａ  入力端子
１４ｂ  円形結合部
１５  出力側マイクロストリップ線路
１５ａ  円弧状結合部
１５ｂ、１５ｃ、１５ｂ'、１５ｃ'  出力端子
２０  誘電体基板
２１、２１０  回転結合導体
２１ａ、２１０ａ    円形結合部
２１ｂ、２１ｂ'、２１０ｂ  線路状結合部
２１ｃ、２１ｃ'、２１０ｃ  幅広部
２２、２２'  負荷インピーダンス回路
３０、３００  付加誘電体
３１，３１０  切欠き部
４０  支軸
２１０ｄ  スタブ
【図１】
2010074710.tif 000003
【図２】
2010074710.tif 000004
【図３】
2010074710.tif 000005
【図４】
2010074710.tif 000006
【図５】
2010074710.tif 000007
【図６】
2010074710.tif 000008
【図７】
2010074710.tif 000009
【図８】
2010074710.tif 000010
【図９】
2010074710.tif 000011