(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板（７０）の信号伝達層（７２）でミリメートル波信号またはセンチメートル波信号（Ｓ１；Ｓ２；Ｓ３）のための伝送回線（１１；１２；１３）を交差させるための結合構造において、結合構造（１０）は３つの平坦なクロスカプラ（３０；４０；５０）を含んでおり、３つのクロスカプラ（３０；４０；５０）の各々からクロスカプラ（３０；４０；５０）の平面で時計回りに連続する前記クロスカプラ（３０；４０；５０）の２つの入力点／出力点（３３；３４；４３；４４；５３；５４）のそれぞれが、前記３つのクロスカプラ（３０；４０；５０）のうちの別の２つのクロスカプラの各１つの入力点／出力点（３３；３４；４３；４４；５３；５４）とそれぞれ接続されている結合構造。
【請求項２】
前記クロスカプラ（３０；４０；５０）はそれぞれ９０°ハイブリッドカプラ（６０；６２）のカスケードとして構成されている、請求項１に記載の結合構造。
【請求項３】
前記３つクロスカプラ（３０；４０；５０）のうちの少なくとも２つのクロスカプラ（３０；５０）はそれぞれ該当するカスケードの端部に、前記結合構造（１０）の入力点／出力点（２１；２２；２５；２６）を形成する、相並んで位置する２つの入力点／出力点（３１；３２；５１；５２）を有している、請求項２に記載の結合構造。
【請求項４】
前記３つのクロスカプラ（３０；４０；５０）の各々から前記クロスカプラ（３０；４０；５０）の平面で時計回りに連続する前記クロスカプラ（３０；４０；５０）の２つの入力点／出力点（３３；３４；４３；４４；５３；５４）のそれぞれが、前記３つのクロスカプラ（３０；４０；５０）のうちの別の２つのクロスカプラの各１つの入力点／出力点（３３；３４；４３；４４；５３；５４）とそれぞれ直接的に同一の信号伝達層（３２）で接続されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の結合構造。
【請求項５】
前記３つのクロスカプラ（３０；４０；５０）は星型に配置されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の結合構造。
【請求項６】
前記３つのクロスカプラ（３０；４０；５０）はシーケンシャルに相前後して配置されており、第２の中央のクロスカプラ（４０）は第１および第３のクロスカプラ（３０；５０）に対して側方にオフセットされて配置されており、中央のクロスカプラ（４０）と並んで延びる信号回線（５８）は前記第１のクロスカプラ（３０）の入力点／出力点（３４）を前記第３のクロスカプラ（５０）の入力点／出力点（５３）と接続する、請求項１から４のいずれか１項に記載の結合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板の信号伝達層で伝送回線を交差させるための結合構造、特に、ミリメートル波信号またはセンチメートル波信号のための伝送回線を交差させるための結合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波信号のための伝送回線を交差させるために、複数の金属被覆層を備える回路基板を提供することが知られており、その回路基板の上で、それぞれ異なる金属被覆層の中に形成された伝送回線を互いに交差させることができる。１つの金属被覆層の中の伝送回線は、他の金属被覆層を介しての迂回路を通じて交差領域を橋渡しすることができる。この場合の欠点は、第２の金属被覆層またはさらに別の金属被覆層を設けるための追加のコストである。
【０００３】
離散したコンポーネントからなるブリッジによって、同一の金属被覆平面の２つの伝送回線の交差を具体化することも知られている。しかしその場合、要求事項によっては不都合な出力損失が生じることがある。
【０００４】
非特許文献１は、３６ＧＨｚ信号用の２つの伝送回線を交差させるための結合構造を記載している。この結合構造は、２つの伝送回線の交差をこれらの間の最小の結合度で可能にする、０−ｄＢカプラとも呼ばれる平坦なクロスカプラで構成されている。平坦なクロスカプラは、２つの９０°ハイブリッドカプラのカスケードとして施工されている。それ自体公知のこのような９０°ハイブリッドカプラは、２つの入力点での入力信号から、９０°だけ位相ずれした２つの信号を出力点で生成する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】J.-S.Neron, G.-Y.Delisle著、"Microstrip EHF Butler Matrix Design and Realization", ETRI Journal, Volume 27, Number 6, December 2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、回路基板の信号伝達層で特に７６から７７ＧＨｚの範囲内の信号のための３つの伝送回線を交差させるための結合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題の解決への寄与は、本発明によると、平坦なクロスカプラを含む、回路基板の信号伝達層でミリメートル波信号またはセンチメートル波信号のための３つの伝送回線を交差させるための結合構造によって行われ、３つのクロスカプラの各々からクロスカプラの平面で時計回りに連続するクロスカプラの２つの入力点／出力点が、３つのクロスカプラのうちのそれぞれ別のクロスカプラの１つの入力点／出力点とそれぞれ接続されている。信号伝達層は、回路基板の金属被覆層であるのが好ましい。
【０００８】
このような結合構造は、特に、それぞれのクロスカプラの時計回りに連続する上述した入力点／出力点が、同一の信号伝達層で、３つのクロスカプラのうちの別のそれぞれ１つの入力点／出力点とそれぞれ接続されることを可能にする。このように、ただ１つの信号伝達層の内部で３つの伝送回線を交差させるための交差構造を具体化することができ、この結合構造は、信号伝達層の外部に配置されたコンポーネントを有しておらず、特に、離散したコンポーネントを有していない。
【０００９】
このような結合構造は、たとえば、該当する周波数領域の信号が金属被覆層の内部で交差するべきである、レーダセンサのためのアナログ回路および／またはデジタル回路で好ましく適用することができる。
【００１０】
本発明のその他の好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。
【００１１】
本発明の実施例が図面に示されており、以下の記述において詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による結合構造を示す模式図である。
【図２】本発明による結合構造の別の例を示す模式図である。
【図３】９０°ハイブリッドカプラの形態のクロスカプラを示す模式図である。
【図４】本発明による結合構造によって交差された３つの伝送回線を示す模式図である。
【図５】回路基板の層構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１と図２は、図４の模式図に示すような、７６から７７ＧＨｚの範囲内の信号Ｓ１，Ｓ２およびＳ３のための３つの伝送回線１１，１２，１３を交差させるための結合構造１０，１０’のそれぞれ異なる例を示している。図１、図２、および図４ではそれぞれ左側である第１の回路側から、３つの信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３についてこの順序で相並んで配置された信号回線１１，１２，１３（図４）が、それぞれ１つの入力点／出力点２１，２２，２３と接続されている。結合構造１０のこれと向かい合う側ではこれと逆の順序で、信号Ｓ３，Ｓ２，Ｓ１についての３つの信号回線１３’，１２’，１１’の延長部が、結合構造１０のそれぞれ１つの入力点／出力点２６，２５，２４と接続されている。結合構造の一方の側の入力点／出力点２１，２２，２３に印加される信号が、結合構造１０の他方の側の入力点／出力点２６，２５，２４へと伝達され、それにより、信号の順序（すなわち、相並んだ信号経路の配置に関する順序）が入れ替わるようになっている。図１，２，および４では、結合構造１０ないし１０’の対応する側が破線で互いに区分けされている。
【００１４】
図１は、図４に呼応する結合構造１０の第１の例を示している。結合構造１０は、星型に相互に接続され、回路基板の同一の信号伝達層に配置された、平坦な３つのクロスカプラ３０，４０，５０で成り立っている。第１のクロスカプラ３０の相並んで位置する２つの第１の入力点／出力点３１，３２が、結合構造の入力点／出力点２１，２２を形成し、第２のクロスカプラ４０の相並んで位置する２つの第１の入力点／出力点４１，４２が、結合構造の入力点／出力点２３，２４を形成し、第３のクロスカプラ５０の相並んで位置する２つの第１の入力点／出力点５１，５２が、結合構造１０の入力点／出力点２５，２６を形成する。
【００１５】
それぞれのクロスカプラ３０，４０，５０の反対側では、第１のクロスカプラの相並んで位置する第２の入力点／出力点３３，３４が、回路点Ｂ，Ａで、３つのクロスカプラのうちそれぞれ他のクロスカプラ４０，５０の第２の入力点／出力点４４ないし５３とそれぞれ直接的に同一の信号伝達層で接続されており、第２のクロスカプラの別の第２の入力点／出力点４３が、回路点Ｃで、第３のクロスカプラ５０の別の第２の入力点／出力点５４と直接的に同一の信号伝達層で接続されている。
【００１６】
このように、それぞれのクロスカプラ３０，４０，５０のそれぞれ相並んで位置する２つの第１の入力点／出力点３１，３２；４１，４２；ないし５１；５２が、結合構造の入力点／出力点２１から２６を形成しており、それぞれのクロスカプラ３０，４０，５０の反対側で相並んで位置するクロスカプラの第２の入力点／出力点３３，３４；４３，４４；ないし５３，５４が、３つのクロスカプラ３０，４０，５０のうちそれぞれ他のクロスカプラの第２の入力点／出力点４４，５３；５４，３３；ないし３４，４３とそれぞれ直接的に同一の信号伝達層で接続されている。
【００１７】
それによって形成される結合構造１０は、この順序で第１の側で入力点／出力点２１，２２，２３を介して供給される信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を、結合構造１０の反対側で逆の順序で入力点／出力点２６，２５，２４と結合する。結合構造１０の個々の部分または導体区域、およびクロスカプラ３０，４０，５０の個々の部分または導体区域を適切に設計することで、結合構造１０および個々のクロスカプラ３０，４０，５０のジオメトリーを最適化して、出力部として利用される入力点／出力点２６，２５，２４で、それぞれ希望する信号Ｓ３，Ｓ２ないしＳ１の成分が強めあうように重ね合わされるとともに、それぞれの他の信号の成分が弱めあうように重ね合わされるようにすることができる。特に、電気的な長さや回線抵抗が適切に調整される。このことは、所与の基板について、回線長や回線幅を適合化することによって実現することができる。このようにして、３つの信号回線１１，１２，１３の交差を、できる限り少ない相互の信号干渉で実現することができる。
【００１８】
図２は、同じく３つの平坦なクロスカプラ３０，４０，５０を含む、本発明による結合構造１０’の第２の例を示している。これらのクロスカプラは相前後して配置されており、結合構造１０’の第１の側の第１のクロスカプラ３０は、結合構造１０’の入力点／出力点２１，２２に対応する、信号Ｓ１，Ｓ２についてのクロスカプラ３０の２つの第１の入力点／出力点３１，３２を、逆の順序で配置されたクロスカプラ３０の第２の入力点／出力点３３，３４と結合する。第１のクロスカプラ３０の第２の入力点／出力点３３は、回路点Ｄで、後続する第２のクロスカプラ４０の第１の入力点／出力点４１と直接的に接続されており、後者のクロスカプラの他方の第１の入力点／出力点４２は信号Ｓ３に割り当てられており、結合構造１０’の入力点／出力点２３に対応している。このとき第２のクロスカプラ４０は、信号Ｓ１についての第１の入力点／出力点３１に対角線上で向かい合う、第１のクロスカプラ３０の第２の入力点／出力点３３と接続されている。それに応じてクロスカプラ１０’の上述した側では、信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３がこの順序で相並んで供給される。
【００１９】
回路点Ｄは第２のクロスカプラ４０を介して、結合構造１０’の入力点／出力点２４に対応する、信号Ｓ１のための第２のクロスカプラ４０の対角線上で向かい合う第２の入力点／出力点４３と結合されている。それに応じて第２のクロスカプラ４０を介して、第２のクロスカプラ４０の他方の第１の入力点／出力点４２に印加される信号Ｓ３は、対角線上で向かい合う回路点Ｅで、第３のクロスカプラ５０の第２の入力点／出力点５４と直接的に同一の信号伝達層で接続されている。
【００２０】
第３のクロスカプラ５０の他方の第２の入力点／出力点５３は、回路点Ｆで、導体区域の形態の信号回線５８を介して同一の信号伝達層で、第１のクロスカプラ３０の他方の第２の入力点／出力点３４と直接的に接続されている。このように、この接続は第２のクロスカプラ４０と平行に延びている。第３のクロスカプラ５０を介して、さらに両方の回路点Ｅ，Ｆは、結合構造１０’の入力点／出力点２６，２５に対応する、第３のクロスカプラ５０のそれぞれ対角線上で向かい合う第１の入力点／出力点５２，５１と結合されており、それにより、全体として結合構造１０’により、信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の配置の順序が逆転する。
【００２１】
図３は、図１または図２のクロスカプラ３０，４０，５０のうちの１つの構造をクロスカプラ３０を取り上げて模式的に示している。他のクロスカプラ４０，５０もこれに準じて構成されている。
【００２２】
クロスカプラ３０は、２つの９０°ハイブリッドカプラ６０，６２のカスケードとして構成されており、カスケードの第１の端部にはクロスカプラの第１の入力点／出力点３１，３２が直接的に相並んで配置されており、カスケードの第２の端部には第２の入力点／出力点３４，３３が直接的に相並んで配置されている。クロスカプラ３０の平面では、入力点／出力点が時計回りに３１，３２，３３，３４，３１，．．．の順序で連続している。クロスカプラ３０は、入力点／出力点３１および３４ないし３２および３３を直接的かつ直線状に相互に接続し、３つの横方向接続部６８により相互に接続された２つの長手方向接続部６４，６６を含んでおり、それにより、３つの横木をもつ梯子形の構造が形成されている。横方向接続部６８の長さは、信号回線における信号波長のおよそ４分の１である。２つの横方向接続部６８の間における長手方向接続部６４，６６の各区域の長さは、同じく信号波長のおよそ４分の１に相当している。
【００２３】
図１および２に示す各例では、３つのクロスカプラのうち常に少なくとも２つのクロスカプラ３０，５０は、それぞれの９０°ハイブリッドカプラ６０，６２の該当するカスケードの端部のところに、結合構造１０，１０’の入力点／出力点２１，２２ないし２５，２６を形成する、それぞれ相並んで位置する２つの入力点／出力点３１，３２ないし５１，５２を有している。図１の例では、このことは３つのクロスカプラの各々について当てはまる。
【００２４】
図５は、例えば結合構造１０または１０’が具体化されている回路基板７０の構造を模式的に示している。回路基板７０は、それぞれの結合構造１０，１０’が構成された、相応に構造化された金属被覆層の形態の信号伝達層７２を含んでいる。さらに回路基板７０は、誘電体の形態の支持プレート７４と、アース層７６とを含んでいる。信号伝達層７２とアース層７６は、支持プレート７４のそれぞれ反対の側に配置されている。
【符号の説明】
【００２５】
１１，１２，１３  伝送回線
３０，４０，５０  クロスカプラ
３３，３４，４１，４３，４４，５３，５４  入力点／出力点
５８  信号回線
６０，６２  ９０°ハイブリッドカプラ
７０  回路基板
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３  信号
【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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