(57)【要約】多層式双方向性結合器は、主及び補助信号線路と接続するために、所定の軸に沿って配置された導電性トレースを含む。前記軸は、互いに所定の角度で配置して、それに接続するための面積が最大になるようにし、それが前記方向性結合器の寸法を最小にする。接地平面を使用して、トレース間の寄生結合を最小化している。平坦な絶縁層の対向する側面に配置され、誘導的に結合された螺旋コイルは、主及び補助信号線路を提供する。
2005527167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方向性結合器であって、
第１の層と、第２の層と、前記第１と第２の層の間に配設された基板層とを有する第１の部材であって、第１の導電トレースは、前記第１の層上の第１の軸に沿って配設され、第２の導電トレースは、前記第１の層上の第２の軸に沿って配設され、第１の信号線路は、前記第２の層上に設けられ、前記第１の信号線路は、前記第１のトレース及び前記第２のトレースに接続されている、第１の部材と、
第３の層と、第４の層と、前記第３と第４の層の間に配設された更なる基板層とを有する第２の部材であって、第３の導電トレースは、前記第３の層上の第３の軸に沿って配設され、第４の導電トレースは、前記第３の層上の第４の軸に沿って配設され、第２の信号線路は、前記第４の層上に設けられ、前記第２の信号線路は、前記第３のトレース及び前記第４のトレースに接続されている、第２の部材と、
対向する平坦な側部を有する絶縁部材と、
を備え、
前記第１の信号線路の信号を誘導的に前記第２の信号線路に結合することを可能にするために、前記第１及び第２の信号線路は、前記絶縁部材の前記対向する平坦な側面上で並列に配置されている、方向性結合器。
【請求項２】
請求項１に記載の方向性結合器であって、前記第１及び第２の軸は、互いに９０度の角度をなす直線に沿っている、方向性結合器。
【請求項３】
請求項１に記載の方向性結合器であって、前記第２及び第３の軸各々は、互いに９０度の角度をなす直線に沿っている、方向性結合器。
【請求項４】
請求項１に記載の方向性結合器であって、前記第１、第２、第３及び第４の軸は、前記方向性結合器の縮小化を助長するために、全て、互いに９０度の角度をなす直線に沿っている、方向性結合器。
【請求項５】
請求項１に記載の方向性結合器であって、前記第１の層は、前記第１および第２のトレースを互いに遮蔽するために、前記第１のトレースの少なくとも一部を取り囲む接地平面を有する、方向性結合器。
【請求項６】
請求項１に記載の方向性結合器であって、前記第２の層は、前記第１及び第２のトレースの少なくとも１つを前記第３及び第４のトレースの少なくとも１つから遮蔽するために、前記第１の信号線路の少なくとも一部を取り囲む接地平面を有する、方向性結合器。
【請求項７】
請求項１に記載の方向性結合器であって、前記第３の層は、前記第３のトレース及び第４のトレースを互いに遮蔽するために、前記第３のトレースの少なくとも一部を取り囲む接地平面を有する、方向性結合器。
【請求項８】
請求項１に記載の方向性結合器であって、前記第４の層は、前記第１及び第２のトレースの少なくとも１つを前記第３及び第４のトレースの少なくとも１つから遮蔽するために、前記第２の信号線路の少なくとも一部を取り囲む接地平面を有する、方向性結合器。
【請求項９】
請求項１に記載の方向性結合器であって、
前記第１及び第２のトレース各々は、端部部分を有し、前記第１の信号線路は、第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の信号線路の前記第１及び第２の端部は、それぞれ前記第１及び第２のトレースの前記端部部分と位置合わせされ、前記基板層を貫通して接続されており、
前記第３及び第４のトレース各々は、端部部分を有し、前記第２の信号線路は、第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の信号線路の前記第１及び第２の端部は、それぞれ前記第３及び第４のトレースの前記端部部分と位置合わせされ、前記更なる基板層を貫通して接続されている、方向性結合器。
【請求項１０】
請求項１に記載の方向性結合器であって、
前記第１の信号線路は、第１の螺旋の形状をなし、前期第２の信号線路は、第２の螺旋の形状をなし、
前記第１の信号線路の前記信号の、前記第２の信号線路への誘導結合を容易にするために、前記第１及び第２の螺旋は、互いに交差するように並置されている、方向性結合器。
【請求項１１】
多層式の小型の方向性結合器であって、
第１及び第２の平坦な表面を有する第１の絶縁基板と、
前記第１の平坦な表面にきっちりと添えられた第１の導電層と、
前記第２の平坦な表面にきっちりと添えられた第２の導電層と、
を組合せで含み、
前記第１の導電層は、第１の軸に沿って延びる第１の導電トレース及び第２の軸に沿って延びる第２の導電トレースを有し、前記第１および第２の導電トレースは、各々端部を有し、
前記第２の導電層は、第１の端部及び第２の端部を有する第１の導電性螺旋を有し、前記第１の螺旋の前記第１の端部は、前記第１のトレースの前記端部部分に位置合わせされ、前記第１の基板を貫通して接続され、前記第１の螺旋の前記第２の端部は、前記第２のトレースの前記端部部分に位置合わせされ、前記第１の基板を貫通して接続され、
第１及び第２の平坦な表面を有する第２の絶縁基板と、
前記第２の基板の前記第１の平坦な表面にきっちりと添えられた第３の導電層と、
前記第２の基板の前記第２の平坦な表面にきっちりと添えられた第４の導電層と、
をさらに組合せで含み、
前記第３の導電層は、第３の軸に沿って第３の導電トレース及び第４の軸に沿って第４の導電トレースを有し、前記第３及び第４の導電トレースは、各々端部を有し、
前記第４の導電層は、第１の端部及び第２の端部を有する第２の導電性螺旋を有し、前記第２の螺旋の第１の端部は、前記第３のトレースの前記端部部分に位置合わせされ、前記第２の基板を貫通して接続され、前記第２の螺旋の前記第２の端部は、前記第４のトレースの前記端部部分に位置合わせされ、前記第２の基板を貫通して接続され、
前記第１の螺旋にきっちりと添えられた第１の表面と、前記第２の螺旋にきっちりと添えられた第２の表面とを有する中央基板であって、前記螺旋同士は、並置されて、前記第１の螺旋によって伝えられた信号は、前記第２の螺旋に結合されることが可能になる、中央基板を、
さらに組合せで含み、
前記方向性結合器が、最小化された長さ及び幅寸法を持つことを可能にするために、前記第１及び第２の軸は、互いに９０度の角度にあり、前記第２及び第３の軸は、互いに９０度の角度にあり、前記第３及び第４の軸は、互いに９０度の角度にある、多層式の小型の方向性結合器。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方向性結合器であって、前記第１及び第２の螺旋は、互いに交差するように並置され、前記第１の螺旋の信号の、前記第２の螺旋への誘導結合を容易にしている、方向性結合器。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方向性結合器であって、前記第２の導電層は、前記第１の螺旋の少なくとも一部を取り囲む接地平面を含む、方向性結合器。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方向性結合器であって、前記第１の導電層は、前記第２のトレースの少なくとも一部を取り囲む接地平面を含む、方向性結合器。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方向性結合器であって、前記第４の導電層は、前記第２の螺旋の少なくとも一部を取り囲む接地平面を含む、方向性結合器。
【請求項１６】
請求項１１に記載の方向性結合器であって、
前記第１のトレース、前記第２のトレース及び前記第１の螺旋は、少なくとも１つの主要な信号を伝えるための主信号線路を形成し、
前記第３のトレース、前記第４のトレース及び前記第２の螺旋は、前記主信号線路の前記主要信号を監視するための補助信号線路を形成する、方向性結合器。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方向性結合器であって、
前記主信号線路は、順方向の信号を伝え、
前記第３のトレースは、前記順方向信号の監視を容易にさせる、方向性結合器。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方向性結合器であって、
前記主信号線路は、逆方向信号を伝え、
前記第４のトレースは、前記逆方向信号の監視を容易にさせる、方向性結合器。
【請求項１９】
請求項１１に記載の方向性結合器であって、
実質上５５メガヘルツ〜１５５メガヘルツの周波数範囲で動作するのに適し、実質上１．５２４ｃｍ（０．６インチ）の幅及び実質上０．１６５ｃｍ（０．０６５インチ）の高さを有する方向性結合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、方向性結合器に関し、より具体的には、最小寸法を有する方向性結合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書でより完全に説明するが、方向性結合器は、線形で、受動形の、複数ポートを有する回路網であり、一対の電磁的に結合された、ストリップ線又は伝送線のような信号伝導「線」又は構造物からなる。その一対の線のうちの一方は、「主信号線路」であり、結合器の入力ポート部を出力ポート部に接続する。一対の線のうちの他方は、「補助信号線路」であり、少なくとも１つの測定又は稼動ポートに接続される。補助線路は、線同士が互いにごく近接している「結合領域」を介して主線路に結合される。主線路に加えられた無線周波数（ｒｆ）の信号は、補助線路内に信号を誘導する。信号の結合が最大になるのは、結合領域の長さが、主線内を伝わる信号の１／４波長の奇数倍になるときである。ある長さの結合領域を有する結合器をある特定の周波数帯に限定するとき、この特性が、結果として効率の良い動作をもたらす。
【０００３】
従って、方向性結合器は、例えば信号源と負荷の間で主線路を経由して移動する無線周波数のエネルギの小部分をサンプルする測定ツールとして、動作することができる。このエネルギは、送信機のような信号源から、アンテナのような負荷にむかって順方向に移動することができ、かつ／またアンテナから送信機にむかって逆方向に反射されることもある。
【０００４】
３つのポート部を有する一方向性結合器と、４つのポート部を有する双方向性結合器がある。一方向性結合器は、主線路及び補助線路からなり、補助線路は結合器内においてその一端で成端させることができ、他端が、結合された出力を提供する。一方向性結合器は、物理的に逆にして順方向及び逆方向の信号電力を一つずつ、個々に測定する必要がある。双方向性結合器は、その補助線路の両端が結合された出力を提供することを除き一方向性結合器と同様である。従って、双方向性結合器を使用して順方向電力及び反射電力の双方を同時に監視することができる。
【０００５】
順方向送信電力を監視して、送信出力電力及び効率を判定できる。反射された送信電力を監視して、出力伝送ケーブル及び関連するアンテナの状態を判定できる。無線通信システムの性能は、アンテナの効率に比例する。順方向の電力と反射された電力を比較すれば、通信システムの性能を計量できる。順方向に結合出力された電力と逆方向に反射された電力との割合に比例する「送信効率」は、双方向性結合器のポート部での電気的負荷のインピーダンスの大きさに依存する。
【０００６】
方向性結合器は、様々な電子応用分野（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）で用いられている。例えば、航空電子機器や、携帯用機器に恒久的に搭載されるこのような結合器の大きさや重量を最小限に抑えることが必要とされている。従来技術による並列ストリップ線結合器を、直線で狭い間隔をあけられた導電トレースを有するプリント基板上に配置し、長い並行な部分を利用して結合領域を設けることがある。既述のように、これら結合器の物理的な大きさは、結合された信号の波長の関数である。これらのストリップ線結合器は、いくつかの適用分野で有用であるが、その結合領域の長さゆえに航空電子機器及び携帯用製品に恒久的に取り付けるには、長すぎる傾向にある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、従来技術による別の方向性結合器が開発されたが、繊細な、業者が供給する、巻線形構成部品を慎重に手を使って取り付けて短い結合領域を設ける必要があった。このような結合器は、航空電子機器に恒久的に取り付けられてきた。伝統的技術では、手を使う組立てを必要とするこのような構成部品の数の減少が必然である。
【０００８】
従来技術によるさらに別の結合器には、互いに向い合い、鏡像平面関係にある主及び補助螺旋巻線がある。このような構造は、結果として、巻線間に望ましくない量の容量結合をもたらし、結合量を周波数と共に有害に増加させる原因になる。結合量は、動作周波数帯にわたってできるだけ一定量に留まることが望ましい。さらに、従来技術によるこのような構造は、導電トレースと巻線端部の電気的結合を容易にするために、有害に大きな寸法を有する必要がある。さらに、このような構造は、動作周波数帯にわたって結合特性を歪める傾向もある寄生容量をトレース間で許す傾向がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って、航空及び携帯通信システムに恒久的に取り付けるのに適した最小のスペース及び重量要件を有する、経済的な方向性結合器の構造が必要とされている。また、このような結合器は、挿入損失が最小で結合効率が最大であることが望ましい。さらに、動作周波数帯にわたって一定の結合感度を有し、寄生結合を最小にする結合器を提供することが望まれる。さらに、耐久性を高められた（ｒｕｇｇｅｄｉｚｅｄ）され、信頼性があり、手を使った取付けや業者が供給する部品を必要としない、製作が容易な結合器が望まれている。
【００１０】
本明細書の以下の部分で、本発明の内容を具体的に示し、特徴的に説明する。しかし、本発明は、動作の機構及び方法に関して、下記の説明を、同じ部品は同じ番号で示される添付図面と併せて参照すれば最もよく理解できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の内容は、航空機及び航空電子機器で使用され、最小のスペースを占め、最小の重量を有することを求められる、通信システムと関連して使用するのに特に適している。従って、本発明の好ましい例示的実施形態を、それに関連して説明する。しかし、このような説明は、本発明の使用又は適用性を限定するものではなく、単に、好ましい実施形態を全て、完全に説明することを可能にするために提供されていることを理解されたい。例えば、本発明は、携帯又は手持ちの通信システムで使用される結合器にも適用することができる。
【００１２】
図１は、ｒｆ信号電源１２及びアンテナ１４に関する順方向及び逆方向信号電力を測定するために接続された双方向性結合器１０の一般化した適用例を示す。より詳細には、電源１２は、入力伝送線路１８を通して結合器１０の主信号線路２２の入力ポート２０に結合される出力端子１６を有する２５ワットの航空機送信機の出力増幅器とすることができる。主線路２２の出力ポート２４は、出力伝送線路２６を通して航空機のアンテナ１４に結合されている。補助線路３０の順方向信号監視又は利用ポート２８は、抵抗器３４を通して接地３２に接続されている。同様に、補助線路３０の逆方向信号監視又は利用ポート３６は、抵抗器３８を通して接地３２に接続されている。順方向電力計４０は、抵抗器３２の両端に接続され、逆方向電力計４２は、抵抗器３８の両端に接続される。
【００１３】
線路２２及び３０それぞれの並行な部分４４及び４６が、「結合領域」を提供し主線路２２から補助線路３０への信号の電磁結合を容易にしている。より詳細には、増幅器１２によって線路２２に加えられた２５ワットの電力を有する順方向ｒｆ入力信号に応答して、例えば２００ミリワットの大きさを有するこの順方向電力の一部が、矢印４８で示されるように、結合領域４６を通して誘起され抵抗器３４に加えられメータ４０がこれを測定する。その結果、順方向電力の大部分が、主線路２２によって伝送線路２６を介してアンテナ１４に加えられる。
【００１４】
しかし、ポート部２０及び２４でのインピーダンス不整合があると、その結果、順方向電力の一部がポート部２４から反射され、逆方向電力が発生する。インピーダンス不整合が大きくなると、逆方向電力も、大きくなる。例えば、２．５ミリワットより少ない逆方向電力の一部は、矢印５０で示されるように結合領域４６に電磁気的に結合されポート３６を介して抵抗器３８に加えられ、メータ４０がこれを測定する。メータ４０で測定された順方向電力の、メータ４２で測定された逆方向電力に対する比率が、増幅器１２からアンテナ１４への電力伝達効率に比例する測定量を提供する。
【００１５】
図２は、１０５メガヘルツ（ＭＨｚ）〜１５５ＭＨｚの通信帯域で使用する従来技術による方向性結合器１０’の見下し図（ｔｏｐ  ｄｏｗｎ  ｖｉｅｗ）である。ストリップ線基板の上側表面をエッチングして、主及び補助線路２２及び３０を形成する。図１の説明からの符号を使用して、図２の対応する構造を識別する。ｒｆコネクタ５６、５８、６０及び６２が、それぞれのポート２０、２４、２８及び３６に接続されている。結合器１０’の長さＬ１は、７．０４９ｃｍ（２．７７５０インチ）、幅Ｗ１は、３．６２ｃｍ（１．４２５インチ）である。結合器１０’の長さＬ１は、動作の中心周波数での波長の１／４よりずっと小さいので、当技術分野では、「電気的に短い」と呼ばれている。結合器１０は、航空電子機器及び携帯通信システムでテストを実施するのに有用であるが、結合器１０’をこのような装置に恒久的に取り付けるには、結合器１０’の寸法は、有害に大きい。
【００１６】
図３は、航空通信帯域で使用される、従来技術によるもう一つの方向性結合器１０”の見下し図であり、その寸法は、結合器１０’よりずっと小さい。より詳細には、「電気的に短い」結合器１０”の長さＬ２は、３．４２９ｃｍ（１．３５インチ）、幅Ｗ２は、２．０３２ｃｍ（０．８インチ）である。また、図１、２及び３に共通の符号を使用して、対応する構造物を示している。結合器１０”の結合領域は、繊細で、業者が供給する、巻線形の、構成部品６６が提供するが、その部品６６は手で或いは手動で結合器１０”に取り付けなくてはならない。構成部品６６の高さＨ１は、０．６６ｃｍ（０．２６インチ）である。結合器１０”の寸法は、１０’の寸法より小さいが、構成部品１０”の使用は、コイル６６ゆえに、製造コスト、信頼性及び高耐久化の面から好ましくない。
【００１７】
図４は、本発明による、双方向性螺旋形結合器７０の例示的一実施形態の分解図である。結合器７０は、第１又は底部部材７２、中央又は中間部部材７４、及び第２又は頂部部材７６を含む。
【００１８】
より詳細には、部材７２は、タブ又はトレース８０及び８２を提供するようにパターン形成された銅製のストリップ線接地平面（ｓｔｒｉｐ  ｌｉｎｅ  ｇｒｏｕｎｄ  ｐｌａｎｅ）７８を備える低層を含む。図５に示すように、トレース８０は、第１の水平軸８１に沿って設けられ、トレース８２は、第２の水平軸８３に沿って設けられる。軸８１及び８３は、互いに９０度の角度にある。トレース８０及び８２は、図６に示す螺旋形コイル９０のそれぞれの端部端子（ｅｎｄ  ｔｅｒｍｉｎａｌ）８８及び８９と電気接続をするために、それぞれの端部部分（ｅｎｄ  ｐｏｒｔｉｏｎ）又は端子（ｔｅｒｍｉｎａｌ）８６及び８７を含む。図４の垂直軸９１は、端子８６と８８との位置が合っていることを示し、垂直軸９２は、端子８７と８９との位置が合っていることを示している。コイル９０は、部材７２の導電接地平面層９３にエッチングで形成される。例えば、コイル９０は、図１に示す線路２２の機能を実施する第１又は主線路を提供することができる。コイル９０は、分割した直線状の螺旋相当物とすることができる。
【００１９】
図４の絶縁基板層９４が、導電層７８と９３を分離する。層９４は、それぞれ導電層７８及び９３に固定された（ａｆｆｉｘｅｄ）平坦な底部及び頂部表面を有する。層９４を貫通して孔９５及び９６が設けられ、それによって、タブの端子８６及び８７をそれぞれコイルの端子８８及び８９に接続することができる。より詳細には、図９についてこれから説明するように、軸９１と位置が合った孔９５を貫通して導体をめっきし、図５のタブの端子８６を図６のコイルの端子８８に接続する。軸９２に位置が合った孔９６を貫通してもう１つの導体をめっきし、タブの端子８７をコイルの端子８９に接続する。このような導体は、当技術分野で周知の同様な方式で設けられる。
【００２０】
図４の中央基板部材７４は、平坦な底部表面７５及び平坦な頂部表面７７を有する絶縁材料を全体に備える。表面７５は、層９３の平坦な頂部表面にきっちりと添えられている。
【００２１】
図４の頂部部材７６は、図７の螺旋形コイル９８がその上に設けられた底部導電層９７を含む。コイル９８は、分割した直線状の螺旋相当物とすることもできる。層９７は、基板７４の表面７７にきっちりと添えられている。例えば、コイル９８を利用して、図１の補助信号線路３０を提供することができる。部材７６の頂部表面９９は、めっきされた貫通導体を受容するようにパターン形成された銅製のストリップ線接地平面を備え、その貫通導体はコイル９８の端部の端子１００及び１０１に結合されて、図８のそれぞれのタブ又はトレース１０６及び１０７のそれぞれの端部端子１０３及び１０５に電気的に接続される。トレース１０６及び１０７は、エッチングで上側の導電層９９に形成される。図８のタブ１０６は、水平軸１０９に沿って延び、タブ１０７は、水平軸１１０に沿って延びる。軸１０９及び１１０は、互いに９０度の角度をなしている。
【００２２】
図４の垂直軸１１１は、コイル端子１０１とタブ端子１０５の位置が合っていることを示し、垂直軸１１２は、コイル端子１００とタブターミナル１０３の位置が合っていることを示している。図４の絶縁基板層１１３は、頂部部材７６のパターン形成された層９７と９９を分離している。層１１３は、平坦な頂部及び底部表面を有し、それぞれ層９７及び９９にきっちりと添えられている。
【００２３】
トレースの軸８１及び８３は、それぞれの接触点８８及び８９で螺旋９０の接線に直角である。同様に、トレースの軸１０９及び１１０は、それぞれの接触点１００及び１０１で螺旋９８の接線に直角である。
【００２４】
製作工程中に、結合器７０の各層の角の切欠き１１４を利用して、このような層の位置合わせを可能にすることができる。
図４、５及び７から明らかなように、トレース８０及び８２は、トレース１０６及び１０７と平面的、対面する関係にはない。この、重なっていない配置が、これらトレース間の好ましくない結合の可能性を少なくしている。さらに、層９３及び９７の導電材料が、トレース８０及び８２をトレース１０６及び１０７から遮蔽する傾向にある。層７８の導電材料も、トレース８０及び８２を互いから遮蔽し、層９９の導電材料が、トレース１０６及び１０７を互いから遮蔽する。より詳細には、図４に示すように、接地平面部分１１８が、トレース８０及び８２の部分を取り囲む。接地平面部分１２０及び１２２が、それぞれの螺旋９０及び９８を取り囲む。接地平面部分１２４が、トレース１０６及び１０７の部分を取り囲む。従って、このような遮蔽及びトレースの配置が、このようにしなければ起こる筈の、好ましくない寄生結合を減少させる。このような寄生結合は、結合器７０の結合感度に、好ましくない影響を有する。
【００２５】
図９は、図５の軸８１に沿った、部材７２及び７４の断面を示す。例示的なめっきされた貫通導体１１６が、タブ８１の端子８６をコイル９０の端子８８に接続する。導体８８は、図４の軸９１に沿ってあり、基板層９４の孔９５を貫通して延びている。図９に、それぞれの層７８及び９３のコイル９０と接地平面１１８及び１２０の断面を示す。同様に、軸８３，１０９及び１１０に沿って他の断面を取れば、それぞれ端子８７及び８９、１０３及び１００並びに１０５及び１００を接続する他のめっきされた貫通導体を明らかにすることができることが、当業者には明白であろう。
【００２６】
図５のタブ８０及び８２はそれぞれ、信号線路９０の入力及び出力ポートへの接続を容易にすることができる。例えば、他のストリップ線又はストリップマイクロフィルム・トレース（ｍｉｃｒｏ−ｓｔｒｉｐ  ｔｒａｃｅ）を使用して、タブ８０を図１の送信機出力１６に、また、タブ８２を、図１のアンテナの同軸ケーブル２６に接続されたｒｆコネクタに電気的に接続することができる。タブ又はトレース１０６及び１０７が、それぞれ順方向ポート２８及び逆方向ポート３６への接続を可能にする。
【００２７】
或いは、結合器７０が対称性であるので、タブ８０及び８２を補助線路のポート部に、タブ１０６及び１０７を主線路のポート部に接続することができる。
タブ８０、８２、１０６及び１０７は、所定の幅と、それらが隣接する接地平面からの所定の間隔を有し、これらが結合器７０のポート部でのインピーダンスを決める。これらポートでのインピーダンスが５０オームになるように、タブ８０、８２、１０６及び１０７の形状を決めることが望ましい。部材７２、７４及び７６の平面層は全て、周知の方法で纏めて結束されて、結合器７０のストリップ線構造が作りだされる。
【００２８】
図１０は、部材７２、７４及び７６を有する螺旋式結合器の非分解図である。底部部材７２及び頂部部材７６の絶縁物９４及び１１３の厚さは、０．３８１ｍｍ（０．０１５インチ）、中間部の絶縁部材７４の厚さは、０．７６２ｍｍ（０．０３インチ）である。結合器７０の誘電層は、ＲＦ−４で造ることができる。前述の寸法は、５０オームの特性インピーダンスを有する結合器７０に適している。他の厚さを選定して、５０オーム以外の特性インピーダンスを提供することができる。
【００２９】
結合器７０は、周知の方法でタブに接続された薄い金属トレース又は導体を提供する多層回路基板に組み込むことができ、それによって、順方向及び逆方向の信号が結合器の主線路によって伝えられ、その信号が、順方向及び逆方向のポート部から提供される帰還信号を誘導する。これらの帰還信号は、通信システムの様々な機能を制御することができ、かつ／また関連する通信システムの様々なパラメータの測定を可能にすることができる。
【００３０】
タブ８０、８２、１０６及び１０７は、外部トレースをタブに接続するための最大の面積又は場所を提供するために、全て互いに９０度つまり互いに直交するそれぞれの軸８１、８３、１０９及び１１０に沿っている。これが、螺旋式結合器７０が最小寸法と、従って最小重量とを有することを可能にしている。図１１は、結合器７０の平面図である。図１１のＬ３及びＷ３は、各々１５．２４ｍｍ（０．６０インチ）であり、図１０のＨ３は、１．６５ｍｍ（０．０６５インチ）である。勿論、結合器７０の使用材料の種類及び寸法は、当該の帯域幅に依存する。従って、結合器７０は、例えば、従来技術による、それぞれ図２及び図３の結合器１０’及び１０”よりはるかに小さい。
【００３１】
図１２は、層９７及び９３の平面図であり、螺旋９８（点線で示す）及び螺旋９０（実線で示す）が並置されていることを示す。従来技術による対面する巻線がもたらす容量結合は、動作周波数が増加するに従って、主線路と補助線路の間の結合量を有害に増加させる傾向にある。これは、結合器の感度を周波数と共に増加させ、特に結合器７０のような電気的に短い結合器には外部周波数補償が必要になる。螺旋の長さ及び直径は結合器７０の動作帯域幅に依存する。図示のように、螺旋９０と９８は、１２５及び１２７の点で交差する傾向にあり、如何なる点でも互いに位置合わせされておらず、それによって螺旋同士間の結合が増加するようになされている。この誘導結合は、帯域幅にわたる動作周波数が増加するとき結合感度を平坦に保ち、結合器７０の動作特性を高める傾向にある。
【００３２】
より詳細には、図１３のグラフは、１０５ＭＨｚと１５５ＭＨｚの間の周波数計測用の横座標軸１２８及び図１の順方向監視ポート２８での減衰量のデシベル（ｄＢ）計測用の縦座標軸１２９を含む。基準軸１３０は、結合器７０が図１の結合器１０として接続されたとき、図１の主線路端子２２と２６の間の、接地に対する信号レベルを表わす。グラフ１３１は、結果として現れる順方向信号のポート２８における減衰度を、ポート２０と２２の間で伝えられる主信号の周波数の関数として示す。例えば、１３２の点で示されるように、１３７ＭＨｚでの順方向結合減衰度は、約２２ｄＢである。結合器７０に対する、当該の航空用帯域は１１２〜１５１ＭＨｚである。従って、特性１３１が、当該の周波数帯にわたって結合器７０の感度が当該の周波数帯にわたって、所望の量のみ上昇することを示していることを当業者であれば理解するであろう。
【００３３】
図１４のグラフは、図１の逆方向監視ポート３６での減衰度のｄＢ測定用に横座標軸１３３及び縦座標軸１３４を含む。この場合も、参考軸１３６は、結合器７０が結合器１０として接続されたとき、図１の主線路端子２２および２６における接地に対する信号レベルを示す。グラフ１３８は、結果として現れる順方向信号のポート３６における減衰度を、ポート２０と２２の間の主信号の周波数の関数として示す。例えば、１２６の点で示されるように、１３７ＭＨｚでの逆方向結合減衰度は、約４４ｄＢである。従って、順方向結合と逆方向結合の間の差はおよそ２２ｄＢであり、これは利点として優れた数字であることを当業者なら理解されるであろう。
【００３４】
前述のように、所望の特性１３１及び１３８が、トレース間の好ましくない寄生結合を減少させ、螺旋コイル９０と９８間の誘導結合を最大化させたことに起因することも当業者なら理解されるであろう。
【００３５】
好ましい例示的な一実施形態についての前述の具体的な説明から、最小スペースを占め、最小重量を有する結合器構造７０について説明がなされたことを理解されるであろう。従って、結合器７０は、航空機及び携帯通信用製品に恒久的に取り付けるのに適している。結合器７０は、最小の挿入損失及び最大の結合効率を有する。さらに、結合器７０は、動作帯域幅にわたって比較的平坦な、つまり一定の結合効率を有する。結合器７０の好ましい特性は、少なくとも部分的に、高められた誘導結合及び好ましくない寄生結合の減少に起因する。開示された結合器７０の、耐久性を高められた構造は、手で取り付ける部品又は業者が供給する特別な部品を必要とせず、製造が容易な構造である。
【００３６】
前述の詳細説明に、好ましい例示的な一実施例が呈示されたが、その膨大な数の変形形態が存在することを理解されたい。例えば、結合器７０を双方向性結合器として説明したが、当技術分野で周知の方式によりその補助端子の１つを成端することにより、結合器７０を一方向性結合器として使用することができる。この好ましい例示的な実施形態は、一例に過ぎず、いかなる形であれ、本発明の範囲、適用性或いは構成を限定するものではないことを理解されたい。むしろ、頭記の詳細説明が、当業者に本発明の一実施形態を実施するための好都合な指針（ｍａｐ）を提供することになろう。例示的な好ましい実施例で説明された構成部品の機能及び配置は、添付の特許請求の範囲に述べるごとく、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく様々に変更がすることができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ｒｆ信号源及び負荷に関する順方向及び逆方向信号電力を計測するために接続された双方向性結合器を示す略図である。
【図２】ある適用例には寸法が有害に大きい従来技術による双方向性結合器の構造を示す図である。
【図３】繊細な、巻線形構成部品を有する、従来技術による双方向性結合器の構造を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による多層方向性結合器の構造の分解図である。
【図５】図４の結合器の低層に関する導電タブの構造を示す図である。
【図６】図４の結合器の低部部材の頂部表面上の螺旋状巻線を示す図である。
【図７】図４の結合器の頂部部材の底部表面上の螺旋状巻線を示す図である。
【図８】図４の結合器の頂部表面上の導電タブを示す図である。
【図９】その導電層同士の例示的接続を示す、図４の結合器の断面を示す図である。
【図１０】図４の多層構造を示す非分解図（ｎｏｎ−ｅｘｐｌｏｄｅｄ  ｖｉｅｗ）である。
【図１１】本発明の一実施形態の構造の相対寸法を図２及び図３の従来技術による構造と比較することを容易にする、図１０の構造の平面図である。
【図１２】並置された、図４の構造の螺旋状巻線を示す平面図である。
【図１３】本発明の一実施形態の方向性結合器の順方向補助ポートでの順方向結合特性を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態の逆方向補助信号ポートでの、方向性結合器の順方向結合特性を示す図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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