(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の表面に形成されるサスペンデッド線路構造の主線路と、
前記誘電体基板の表面又は裏面に形成され、前記誘電体基板を平面視したときに前記主線路から所定間隔をあけて配置される副線路と、
前記主線路と前記副線路との間に設けられ前記誘電体基板を貫通する開口部と
を具備することを特徴とする方向性結合器。
【請求項２】
前記副線路の長さは、前記主線路から検波する伝送信号の波長λに対してλ／４よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の方向性結合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えば、大電力を伝送するデジタルテレビ送信機用の電力増幅器に用いられる方向性結合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、方向性結合器は一般的な構造として、誘電体基板の裏面全面が導体グランドで、その表面に主線路および副線路（方向性結合器）パターンを構築するマイクロストリップライン構造が用いられている。副線路の一部となる結合線路は、基板上に適切な長さの線路パターンを主線路から微小な間隔をあけて配置されている。
【０００３】
一般的にこの結合線路の長さ（カップリングポートとアイソレーションポートとの間の距離）を、主線路から検波する伝送信号の波長λに対してλ／４にすれば、方向性が最も良いことが知られている。しかし、ＵＨＦ帯においてλ／４波長の線路長が長く、回路が大型になってしまう。そこで、方向性をある程度犠牲にしても、λ／4より短い適切な長さを持つループ結合線路がよく用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３３６１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、デジタルテレビ送信機用電力増幅器など大電力信号を伝送する装置では、伝送路の出力電力のレベルが大きいため、大電力を検波する際には、方向結合器の方向性（アイソレーション特性）が重要視されている。したがって、方向性を改善できる小型の方向性結合器の実現が求められている。
【０００６】
本実施形態の目的は、高方向性かつ小型の方向性結合器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態に係る方向性結合器は、誘電体基板と、前記誘電体基板の表面に形成される主線路と、前記誘電体基板の表面又は裏面に形成され、前記誘電体基板を平面視したときに前記主線路から所定間隔をあけて配置される副線路と、前記主線路と前記副線路との間に設けられ前記誘電体基板を貫通する開口部とを具備するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る方向性結合器の構成を示す斜視図。
【図２】図１に示す方向性結合器の平面図および断面図。
【図３】図１に示す方向性結合器のシミュレーション結果を示す図。
【図４】比較例に係る方向性結合器の構成を示す斜視図。
【図５】図４に示す方向性結合器の平面図および断面図。
【図６】図４に示す方向性結合器のシミュレーション結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係る方向性結合器を説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る方向性結合器の構成を示す斜視図であり、地上デジタルテレビ送信機用大電力増幅器に使用される方向結合器を一例として示している。図２（ａ）は、図１の方向性結合器の平面図であり、図２（ｂ）は、Ａ−Ａ´断面図である。なお、図１においてシールド１５は省略している。
【００１１】
主線路１１は、誘電体基板１０の表面に配置され、副線路１２は誘電体基板１０の裏面に形成され、誘電体基板１０を平面視したときに主線路１１から所定間隔をあけて配置される。また、副線路１２に重なるように誘電体基板１０の表面に、副線路１２のグランド面１３が形成される。主線路１１は耐電力性を考慮し、線路幅が広くできるサスペンデッド線路構造を用いる。副線路１２はマイクロストリップ構造を用いる。なお、副線路１２とグランド面１３を入れ替えて副線路１２は誘電体基板１０の表面に配置してもよい。
【００１２】
さらに、主線路１１と副線路１２との間に開口部１４を設ける。この開口部１４は誘電体基板１０を貫通するものである。この開口部１４の幅Ｗ、長さＬの形状、主線路１１から開口部までの距離Ｄ１、および開口部１４から副線路１２の結合線路部分までの距離Ｄ２は、電磁界シミュレーションを用いて最適化する。
【００１３】
ここで、開口部１４による影響について説明する。主線路１１と副線路１２は対面して誘電体基板１０を挟む構造であり、その周辺は空気であるため、偶モードの位相速度が奇モードより速くなり、そのため方向性が劣化する。これに対し、本実施形態では開口部１４を設けることにより、誘電体基板１０の一部の誘電体を無くすことで両モードの位相速度を近づかせることができる。そのため、方向性結合器の方向性の改善が可能となる。
【００１４】
図３に、本実施形態に係る方向性結合器のシミュレーション結果を示す。下記の式（１）に示すように、方向性結合器の方向性Ｄは、入力ポートＰ１からのカップリングポートＰ３に対する結合度Ｉと入力ポートＰ１からのアイソレーションポートＰ４に対する結合度Ｃの差分により計算できる。
【００１５】
方向性Ｄ＝｜Ｉ−Ｃ｜［ｄB］・・・式（１）  
図３の結果から上記式（１）により方向性Ｄを算出すると、３１ｄＢ程度の方向性が得られることが分かる。なお、図３中のＳ２，１はＩに、Ｓ３，１はＣに相当する。
【００１６】
ここで、本実施形態との比較のため、図４に比較例に係る方向性結合器の構成を示す。図５（ａ）は、図４の方向性結合器の平面図であり、図５（ｂ）は、Ｂ−Ｂ´断面図である。開口部１４を設けていないこと以外は、本実施形態に係る方向性結合器と同様の構成である。
【００１７】
図５（ａ）において、結合線路の長さをＬｃ（＜λ／４波長）とし、主線路までの距離をＤｃとする。Ｄｃにより結合度が決まる。一般的に、方向性結合器の結合線路の長さＬｃは、λ／４波長より短いループアンテナ状の配線構造が広く用いられている。しかし、この構造では、偶モードと奇モードの位相伝送速度が異なるため、方向性結合器の方向性が劣化する欠点がある。結合度が弱い疎結合の場合はさらに、方向性が劣化する傾向がある。
【００１８】
図６に、図４の方向性結合器のシミュレーション結果を示す。図４の構造において、図６の結果から上記式（１）により方向性Ｄを算出すると、方向性は１１ｄＢ程度であることが分かる。
【００１９】
図３と図６とを比較すると、本実施形態の方向性結合器では、図４のものより方向性が２０ｄＢ改善されており、副線路１２の結合線路部分がλ／４波長の長さを有しなくても、十分な方向性を得ることができる。したがって、この開口部１４を設けることにより、方向性結合器の方向性が改善できていることが分かる。
【００２０】
以上述べたように本実施形態では、主線路と副線路との間に補正用の開口部を設けることによって方向性の改善が可能となる。結合線路はλ／４波長の長さがなくても、高方向性が得られる。したがって、本実施形態によれば、高方向性かつ小型の方向性結合器を実現することができる。
【００２１】
さらに、本実施形態に係る方向性結合器の応用例としては、例えば、ＵＨＦ（Ultra-High Frequency）帯におけるデジタルテレビ送信機用の大電力増幅器の出力伝送路に設けることができる。電力増幅器の合成出力と出力コネクタとの間に配置し、出力電力の出力レベルおよび反射レベルを検出する回路として使用する。
【００２２】
なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２３】
１０…誘電体基板、１１…主線路、１２…副線路、１３…副線路のグランド面、１４…開口部、１５…シールド、Ｐ１…入力ポート、Ｐ２…出力ポート、Ｐ３…カップリングポート、Ｐ４…アイソレーションポート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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