(57)【要約】  【課題】  マイクロストリップ線路を用いて構成された充分な方向性を有する導波管型の方向性結合器を提供する。  【解決手段】  隣接配置されたマイクロストリップ線路10，20の平面状接地導体30に形成した２つの結合用貫通孔41，42の間隔Ｌを、Ｌ＝（θ／π＋ｎ）λ／２を満たすように設定するとともに、θは、Ｃ１＝Ａ３１ｅｘｐ（ｊθ３１），Ｃ２＝Ａ２１Ａ３１Ａ３４ｅｘｐ｛ｊ（θ２１＋θ３１＋θ３４−２θ）｝，Ｃ３＝Ａ２１Ａ１１Ａ３２ｅｘｐ｛ｊ（θ２１＋θ１１＋θ３２−２θ）｝，Ｃ４＝Ａ４１Ａ３３Ａ３４ｅｘｐ｛ｊ（θ４１＋θ３３＋θ３４−２θ）｝，Ｃ５＝Ａ４１Ａ１３Ａ３２ｅｘｐ｛ｊ（θ４１＋θ１３＋θ３２−２θ）｝で示される５つのベクトルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４およびＣ５が互いに打ち消し合うような値に設定する。マイクロストリップ線路を用いて構成された充分な方向性を有する方向性結合器が得られる。【選択図】  図１
2011249989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状接地導体およびその両面に配置された誘電体層ならびにそれらを介して対向する２つの線路導体からなる２つのマイクロストリップ線路と、前記平面状接地導体の前記誘電体層を介して前記２つの線路導体に対向する位置に、前記２つの線路導体の長さ方向に所定の間隔Ｌをあけて形成された同一形状を有する２つの結合用貫通孔とを備え、前記一方のマイクロストリップ線路の両端がそれぞれ第１，第２ポートとなり、前記他方のマイクロストリップ線路の両端がそれぞれ第３，第４ポートとなり、前記第１および第３ポートが同じ側に配置され、前記第２および第４ポートが同じ側に配置された方向性結合器であって、
前記２つの結合用貫通孔の部位のそれぞれにおいて、前記第１ポート側から入射して結合用貫通孔の部位で反射して入射方向へ戻る信号の反射係数をＡ１１ｅｘｐ（ｊθ１１），結合用貫通孔を介して前記第３ポート側から前記第１ポート側へ通過する信号の伝送係数をＡ１３ｅｘｐ（ｊθ１３），前記第１ポート側から前記第２ポート側へ通過する信号の伝送係数をＡ２１ｅｘｐ（ｊθ２１），結合用貫通孔を介して前記第１ポート側から前記第３ポート側へ通過する信号の伝送係数をＡ３１ｅｘｐ（ｊθ３１），結合用貫通孔を介して前記第２ポート側から前記第３ポート側へ通過する信号の伝送係数をＡ３２ｅｘｐ（ｊθ３２），前記第３ポート側から入射して結合用貫通孔の部位で反射して入射方向へ戻る信号の反射係数をＡ３３ｅｘｐ（ｊθ３３），前記第４ポート側から前記第３ポート側へ通過する信号の伝送係数をＡ３４ｅｘｐ（ｊθ３４），結合用貫通孔を介して前記第１ポート側から前記第４ポート側へ通過する信号の伝送係数をＡ４１ｅｘｐ（ｊθ４１）とし、
前記２つのマイクロストリップ線路を伝搬する信号の波長をλとすると、前記所定の間隔Ｌは、
Ｌ＝（θ／π＋ｎ）λ／２  （０＜θ＜π，ｎは０または自然数）
を満たすとともに、θは、
Ｃ１＝Ａ３１ｅｘｐ（ｊθ３１）
Ｃ２＝Ａ２１Ａ３１Ａ３４ｅｘｐ｛ｊ（θ２１＋θ３１＋θ３４−２θ）｝
Ｃ３＝Ａ２１Ａ１１Ａ３２ｅｘｐ｛ｊ（θ２１＋θ１１＋θ３２−２θ）｝
Ｃ４＝Ａ４１Ａ３３Ａ３４ｅｘｐ｛ｊ（θ４１＋θ３３＋θ３４−２θ）｝
Ｃ５＝Ａ４１Ａ１３Ａ３２ｅｘｐ｛ｊ（θ４１＋θ１３＋θ３２−２θ）｝
で示される５つのベクトルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４およびＣ５が互いに打ち消し合うような値に設定されていることを特徴とする方向性結合器。
【請求項２】
前記誘電体層の厚みおよび比誘電率が前記平面状接地導体の両側において等しく、且つ前記２つの線路導体の横断面の形状が等し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】
本発明は、マイクロストリップ線路を用いて構成された方向性結合器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
方向性結合器として、互いに平行に隣接配置された２つの導波管の共有する管壁に、導波管の長さ方向に沿って２つの結合用貫通孔を形成した構造を備える方向性結合器が知られている。このような方向性結合器においては、２つの結合用貫通孔の間隔を管内波長の１／４の奇数倍に設定することにより、異なる結合用貫通孔を通過して特定方向に進行する２つの信号同士に180°の位相差を生じさせて打ち消し合わせることで方向性結合器と
して機能させるものである。
【０００３】
ところがこのような従来の方向性結合器においては、特定方向において２つの信号が完全に打ち消し合う周波数が所望の周波数からずれてしまい、所望の周波数においては、特定方向において２つの信号が充分に打ち消し合わず、充分な方向性が得られないという問題があった。そこで、この問題の原因を、結合用貫通孔の部分において位相がずれることと推定し、この位相のずれを考慮して２つの結合用貫通孔の間隔を管内波長の１／４の奇数倍からずらすことにより方向性の改善を試みた方向性結合器が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2008-35187号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１にて提案された方向性結合器によれば、従来の方向性結合器と比較して改善されるものの、特定方向において２つの信号が完全に打ち消し合う周波数は所望の周波数に一致せず、その効果は充分なものではなかった。さらに、導波管で構成された方向性結合器を、基板に実装される他の実装部品に接続する際には、導波管からマイクロストリップ線路等への変換が必要になるという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、マイクロストリップ線路を用いて構成された充分な方向性を有する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】
本発明の第１の方向性結合器は、平面状接地導体およびその両面に配置された誘電体層ならびにそれらを介して対向する２つの線路導体からなる２つのマイクロストリップ線路と、前記平面状接地導体の前記誘電体層を介して前記２つの線路導体に対向する位置に、前記２つの線路導体の長さ方向に所定の間隔Ｌをあけて形成された同一形状を有する２つの結合用貫通孔とを備え、前記一方のマイクロストリップ線路の両端がそれぞれ第１，第２ポートとなり、前記他方のマイクロストリップ線路の両端がそれぞれ第３，第４ポートとなり、前記第１および第３ポートが同じ側に配置され、前記第２および第４ポートが同じ側に配置された方向性結合器であって、前記２つの結合用貫通孔の部位のそれぞれにおいて、前記第１ポート側から入射して結合用貫通孔の部位で反射して入射方向へ戻る信号の反射係数をＡ１１ｅｘｐ（ｊθ１１），結合用貫通孔を介して前記第３ポート側から前
記第１ポート側へ通過する信号の伝送係数をＡ１３ｅｘｐ（ｊθ１３），前記第１ポート側から前記第２ポート側へ通過する信号の伝送係数をＡ２１ｅｘｐ（ｊθ２１），結合用貫通孔を介して前記第１ポート側から前記第３ポート側へ通過する信号の伝送係数をＡ３１ｅｘｐ（ｊθ３１），結合用貫通孔を介して前記第２ポート側から前記第３ポート側へ通過する信号の伝送係数をＡ３２ｅｘｐ（ｊθ３２），前記第３ポート側から入射して結合用貫通孔の部位で反射して入射方向へ戻る信号の反射係数をＡ３３ｅｘｐ（ｊθ３３），前記第４ポート側から前記第３ポート側へ通過する信号の伝送係数をＡ３４ｅｘｐ（ｊθ３４），結合用貫通孔を介して前記第１ポート側から前記第４ポート側へ通過する信号の伝送係数をＡ４１ｅｘｐ（ｊθ４１）とし、前記２つのマイクロストリップ線路を伝搬する信号の波長をλとすると、前記所定の間隔Ｌは、
Ｌ＝（θ／π＋ｎ）λ／２  （０＜θ＜π，ｎは０または自然数）
を満たすとともに、θは、
Ｃ１＝Ａ３１ｅｘｐ（ｊθ３１）
Ｃ２＝Ａ２１Ａ３１Ａ３４ｅｘｐ｛ｊ（θ２１＋θ３１＋θ３４−２θ）｝
Ｃ３＝Ａ２１Ａ１１Ａ３２ｅｘｐ｛ｊ（θ２１＋θ１１＋θ３２−２θ）｝
Ｃ４＝Ａ４１Ａ３３Ａ３４ｅｘｐ｛ｊ（θ４１＋θ３３＋θ３４−２θ）｝
Ｃ５＝Ａ４１Ａ１３Ａ３２ｅｘｐ｛ｊ（θ４１＋θ１３＋θ３２−２θ）｝
で示される５つのベクトルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４およびＣ５が互いに打ち消し合うような値に設定されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の第２の方向性結合器は、前記第１の方向性結合器において、前記誘電体層の厚みおよび比誘電率が前記平面状接地導体の両側において等しく、且つ前記２つの線路導体の横断面の形状が等しいことを特徴とするものである。
【０００９】
なお、本明細書において、２つの結合用貫通孔の間隔Ｌは、２つのマイクロストリップ線路の長さ方向における、それぞれの結合用貫通孔が形成された領域の中心同士の間隔を意味する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の方向性結合器によれば、第１ポートから入力されて第３ポートから出力される高周波信号が所望の周波数において充分に打ち消し合うため、マイクロストリップ線路を用いて構成された方向性の優れた方向性結合器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態の例の方向性結合器を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示す方向性結合器における第１の信号伝播ルートを模式的に示す縦断面図である。
【図３】図１に示す方向性結合器における第２の信号伝播ルートを模式的に示す縦断面図である。
【図４】図１に示す方向性結合器における第３の信号伝播ルートを模式的に示す縦断面図である。
【図５】図１に示す方向性結合器における第４の信号伝播ルートを模式的に示す縦断面図である。
【図６】図１に示す方向性結合器における第５の信号伝播ルートを模式的に示す縦断面図である。
【図７】伝送係数および反射係数の算出方法の一例を説明するための模式図である。
【図８】本発明の実施の形態の例の方向性結合器の電気特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】比較例の方向性結合器の電気特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の方向性結合器を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態の例の方向性結合器を模式的に示す斜視図である。
【００１４】
本例の方向性結合器は、図１に示すように、第１および第２のマイクロストリップ線路10，20と、第１および第２の結合用貫通孔41，42とを備えている。
【００１５】
第１および第２のマイクロストリップ線路10，20は、平面状接地導体30およびその両面に配置された第１および第２の誘電体層11，21ならびにそれらを介して対向する第１および第２の線路導体12，22からなる。すなわち、第１のマイクロストリップ線路10は、平面状接地導体30と、その一方の主面に配置された第１の誘電体層11と、その表面に配置された第１の線路導体12とで構成されている。第２のマイクロストリップ線路20は、平面状接地導体30と、その他方の主面に配置された第２の誘電体層21と、その表面に配置された第２の線路導体22とで構成されている。平面状接地導体30は第１および第２のマイクロストリップ線路10，20で共有されている。そして、第１および第２の線路導体12，22は、互いに平行に、第１および第２の誘電体層11，21ならびに平面状接地導体30を介して互いに対向するように配置されている。
【００１６】
また、第１および第２の誘電体層11，21は、厚みおよび比誘電率が互いに等しくされており、第１および第２の線路導体12，22は、横断面の形状が互いに等しくされている。
【００１７】
そして、第１のマイクロストリップ線路の一方端が第１ポート51、他方端が第２ポート52とされ、第２のマイクロストリップ線路一方端が第３ポート53、他方端が第４ポート54とされ、第１ポート51および第３ポート53が同じ側に配置され、第２ポート52および第４ポート54が同じ側に配置されている。
【００１８】
第１および第２の結合用貫通孔41，42は、平面状接地導体30の第１および第２の誘電体層11，21を介して第１および第２の線路導体12，22と対向する位置に、第１および第２の線路導体12，22の長さ方向に所定の間隔Ｌをあけて形成されている。また、第１の結合用貫通孔41は、第１および第２の線路導体12，22の長さ方向において、第１ポート51および第３ポート53から距離Ｌ１だけ離れた位置に設けられている。そして、第１および第２の結合用貫通孔41，42は、同一の形状を有しており、それぞれ高周波信号の伝播方向に垂直な方向（第１および第２の線路導体12，22の幅方向）に長い矩形状のスロットとなっている。
【００１９】
そして、本例の方向性結合器によれば、第１および第２の結合用貫通孔41，42の部位のそれぞれにおいて、第１ポート51側から入射して結合用貫通孔の部位で反射して入射方向へ戻る信号の反射係数をＫ１１＝Ａ１１ｅｘｐ（ｊθ１１），結合用貫通孔を介して第３ポート53側から第１ポート51側へ通過する信号の伝送係数をＫ１３＝Ａ１３ｅｘｐ（ｊθ１３），第１ポート51側から第２ポート52側へ通過する信号の伝送係数をＫ２１＝Ａ２１ｅｘｐ（ｊθ２１），結合用貫通孔を介して第１ポート51側から第３ポート53側へ通過する信号の伝送係数をＫ３１＝Ａ３１ｅｘｐ（ｊθ３１），結合用貫通孔を介して第２ポート52側から第３ポート53側へ通過する信号の伝送係数をＫ３２＝Ａ３２ｅｘｐ（ｊθ３２），第３ポート53側から入射して結合用貫通孔の部位で反射して入射方向へ戻る信号の反射係数をＫ３３＝Ａ３３ｅｘｐ（ｊθ３３），第４ポート54側から第３ポート53側へ通過する信号の伝送係数をＫ３４＝Ａ３４ｅｘｐ（ｊθ３４），結合用貫通孔を介して第１ポート51側から第４ポート54側へ通過する信号の伝送係数をＫ４１＝Ａ４１ｅｘｐ（ｊθ４１）とし、第１および第２のマイクロストリップ線路10，20を伝播する信号の波長をλと
したときに、第１および第２の線路導体12，22の長さ方向における第１の結合用貫通孔41と第２の結合用貫通孔42との間隔（第１および第２の線路導体12，22の長さ方向（高周波信号の伝播方向）における第１の結合用貫通孔41が形成された領域の中心と第２の結合用貫通孔42が形成された領域の中心との間隔）Ｌが、
Ｌ＝（θ／π＋ｎ）λ／２  （０＜θ＜π，ｎは０または自然数）
を満たすとともに、θは、
Ｃ１＝Ａ３１ｅｘｐ（ｊθ３１）
Ｃ２＝Ａ２１Ａ３１Ａ３４ｅｘｐ｛ｊ（θ２１＋θ３１＋θ３４−２θ）｝
Ｃ３＝Ａ２１Ａ１１Ａ３２ｅｘｐ｛ｊ（θ２１＋θ１１＋θ３２−２θ）｝
Ｃ４＝Ａ４１Ａ３３Ａ３４ｅｘｐ｛ｊ（θ４１＋θ３３＋θ３４−２θ）｝
Ｃ５＝Ａ４１Ａ１３Ａ３２ｅｘｐ｛ｊ（θ４１＋θ１３＋θ３２−２θ）｝
で示される５つのベクトルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５が互いに打ち消し合うような値に設定されていることから、第１ポート51から入力されて複数の伝播ルートを経て第３ポート53へ向かう高周波信号が互いに打ち消し合って、第３ポート53から出力される高周波信号が充分に小さくなるため、方向性の優れた方向性結合器を得ることができる。この効果が得られる理由について以下に説明する。
【００２０】
本願の発明者は、従来の導波管型の方向性結合器において、２つの結合用貫通孔の間隔を波長の１／４の奇数倍に設定すると充分な方向性が得られない現象について種々の検討を行った。その結果、第１ポート51から第３ポート53への高周波信号の伝播ルートが、従来考えられていた２つのルート以外に複数存在し、それらのルートを通過する高周波信号の影響が考慮されていないことが原因であることを解明し、それを考慮した方向性の優れた導波管型の方向性結合器を得ることに成功した。そして、さらなる検討の結果、マイクロストリップ線路を用いた方向性結合器にも同じ手法が適用できることがわかり、本発明に至った。
【００２１】
図２〜図６は、図１に示す本例の方向性結合器において、第１ポート51から第３ポート53に至る複数の高周波信号の伝播ルートの中で考慮すべき主要な信号伝播ルートを模式的に示す縦断面図である。従来の方向性結合器において考慮されていたのは図２および図３に示す信号伝播ルートのみであったが、結合用貫通孔が形成された部位においてインピーダンスの不連続に起因する反射が生じるために、図４および図５に示すような信号伝播ルートが生じることを新たに発見した。このとき、高周波信号の反射は信号の伝播方向における結合用貫通孔の両端部で生じるが、両端部における２つの反射波を合成すると、結合用貫通孔の中心で反射すると考えることができるため、図４および図５のように図示している。また、結合用貫通孔を複数回通過することによって、図６に示すような信号伝播ルートが存在することも新たに発見した。なお、図２〜図６に示した信号伝播ルート以外の信号伝播ルートも存在するが、それらのルートを通過する高周波信号の強度は小さいため、実用上は無視することができる。
【００２２】
そして、図２〜図６に示した５つの信号伝播ルートをそれぞれ通過して第３ポート53に向かう５つの高周波信号が互いに打ち消し合うように第１の結合用貫通孔41と第２の結合用貫通孔42との間隔Ｌを設定することにより、第３ポート53から出力される高周波信号が充分に小さくなって、方向性に優れた方向性結合器を得ることができるのであるが、５つの高周波信号は互いに大きさが異なる信号であるため、従来の方向性結合器のように互いの位相差を考慮するだけでは打ち消し合わせることができない。そこで、５つの高周波信号の大きさと位相をそれぞれ算出し、それらのベクトル和が０に近づくように第１の結合用貫通孔41と第２の結合用貫通孔42との間隔Ｌを設定することにより、５つの高周波信号を互いに打ち消し合わせることができ、方向性に優れた方向性結合器を得ることができる。
【００２３】
まず、図２〜図６に示したそれぞれの信号伝播ルートを通過する高周波信号の大きさと位相を算出する。図２に示した第１の信号伝播ルートは、第１ポート51から入射した後に、第１の結合用貫通孔41を第１ポート51側から第３ポート53側へ通過して第３ポート53に至るルートである。この信号伝播ルートを通過する高周波信号の大きさおよび位相は、第１の結合用貫通孔41を介して第１ポート51側から第３ポート53側へ通過する信号の伝送係数をＫ３１＝Ａ３１ｅｘｐ（ｊθ３１）とすると、Ｂ１＝Ａ３１ｅｘｐ｛ｊ（θ３１−２π・２Ｌ１／λ）｝と表すことができる。ここで、λは第１および第２のマイクロストリップ線路10，20を伝播する信号の波長である。また、Ａ３１は第１の結合用貫通孔41を介して第１ポート51側から第３ポート53側へ通過することによる高周波信号の大きさの変化を示し、θ３１は第１の結合用貫通孔41を介して第１ポート51側から第３ポート53側へ通過することによる高周波信号の位相の変化を示す。そして、２π・２Ｌ１／λは、高周波信号が第１および第２のマイクロストリップ線路10，20内をそれぞれ距離Ｌ１だけ伝播することによる位相変化を示している。なお、第１および第２のマイクロストリップ線路10，20内を伝播することによる高周波信号の大きさの変化は充分に小さいため無視している。
【００２４】
同様に、図３に示した第２の信号伝播ルートは、第１ポート51から入射した後に、第１の結合用貫通孔41の部位を第１ポート51側から第２ポート52側へ通過し、第２の結合用貫通孔42を第１ポート51側から第３ポート53側へ通過した後に、第１の結合用貫通孔41の部位を第４ポート54側から第３ポート53側へ通過して第３ポート53に至るルートである。この信号伝播ルートを通過する高周波信号の大きさおよび位相は、第１の結合用貫通孔41の部位において第１ポート51側から第２ポート52側へ通過する信号の伝送係数をＫ２１＝Ａ２１ｅｘｐ（ｊθ２１），第２の結合用貫通孔42を介して第１ポート51側から第３ポート53側へ通過する信号の伝送係数をＫ31＝Ａ３１ｅｘｐ（ｊθ３１），第１の結合用貫通孔41の部位において第４ポート54側から第３ポート53側へ通過する信号の伝送係数をＫ３４＝Ａ３４ｅｘｐ（ｊθ３４）とすると、Ｂ２＝Ａ２１Ａ３１Ａ３４ｅｘｐ｛ｊ（θ２１＋θ３１＋θ３４−２θ−２π・２Ｌ１／λ）｝と表すことができる。ここで、２θは、高周波信号が第１および第２のマイクロストリップ線路10，20内をそれぞれ距離Ｌだけ伝播することによる位相変化を示している。
【００２５】
同様に、図４に示した第３の信号伝播ルートは、第１ポート51から入射した後に、第１の結合用貫通孔41の部位を第１ポート51側から第２ポート52側へ通過し、第２の結合用貫通孔42の部位で第１ポート51側へ反射し、第１の結合用貫通孔41を第２ポート52側から第３ポート53側へ通過して第３ポート53に至るルートである。この信号伝播ルートを通過する高周波信号の大きさおよび位相は、第１の結合用貫通孔41の部位において第１ポート51側から第２ポート52側へ通過する信号の伝送係数をＫ２１＝Ａ２１ｅｘｐ（ｊθ２１），第１ポート51側から入射して第２の結合用貫通孔42の部位で反射して入射方向へ戻る信号の反射係数をＫ１１＝Ａ１１ｅｘｐ（ｊθ１１），第１の結合用貫通孔41を介して第２ポート52側から第３ポート53側へ通過する信号の伝送係数をＫ３２＝Ａ３２ｅｘｐ（ｊθ３２）とすると、Ｂ３＝Ａ２１Ａ１１Ａ３２ｅｘｐ｛ｊ（θ２１＋θ１１＋θ３２−２θ−２π・２Ｌ１／λ）｝と表すことができる。
【００２６】
同様に、図５に示した第４の信号伝播ルートは、第１ポート51から入射した後に、第１の結合用貫通孔41を第１ポート51側から第４ポート54側へ通過し、第２の結合用貫通孔42の部位で第３ポート53側へ反射し、第１の結合用貫通孔41の部位を第４ポート54側から第３ポート53側へ通過して第３ポート53に至るルートである。この信号伝播ルートを通過する高周波信号の大きさおよび位相は、第１の結合用貫通孔41を介して第１ポート51側から第４ポート54側へ通過する信号の伝送係数をＫ４１＝Ａ４１ｅｘｐ（ｊθ４１），第３ポート53側から入射して第２の結合用貫通孔42の部位で反射して入射方向へ戻る信号の反射係数をＫ３３＝Ａ３３ｅｘｐ（ｊθ３３），第１の結合用貫通孔41の部位において第４ポ
ート54側から第３ポート53側へ通過する信号の伝送係数をＫ３４＝Ａ３４ｅｘｐ（ｊθ３４）とすると、Ｂ４＝Ａ４１Ａ３３Ａ３４ｅｘｐ｛ｊ（θ４１＋θ３３＋θ３４−２θ−２π・２Ｌ１／λ）｝と表すことができる。
【００２７】
同様に、図６に示した第５の信号伝播ルートは、第１ポート51から入射した後に、第１の結合用貫通孔41を第１ポート51側から第４ポート54側へ通過し、第２の結合用貫通孔42を第３ポート53側から第１ポート51側へ通過し、第１の結合用貫通孔41を第２ポート52側から第３ポート53側へ通過して第３ポート53に至るルートである。この信号伝播ルートを通過する高周波信号の大きさおよび位相は、第１の結合用貫通孔41を介して第１ポート51側から第４ポート54側へ通過する信号の伝送係数をＫ４１＝Ａ４１ｅｘｐ（ｊθ４１），第２の結合用貫通孔42を介して第３ポート53側から第１ポート51側へ通過する信号の伝送係数をＫ１３＝Ａ１３ｅｘｐ（ｊθ１３），第１の結合用貫通孔41を介して第２ポート52側から第３ポート53側へ通過する信号の伝送係数をＫ３２＝Ａ３２ｅｘｐ（ｊθ３２）とすると、Ｂ５＝Ａ４１Ａ１３Ａ３２ｅｘｐ｛ｊ（θ４１＋θ１３＋θ３２−２θ−２π・２Ｌ１／λ）｝と表すことができる。
【００２８】
よって、このようなＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４およびＢ５のベクトル和を０に近づけることにより、５つの伝播ルートを通過した高周波信号を互いに打ち消し合わせることができる。ここで、上記Ａ１〜Ｂ５全ての位相成分には、高周波信号が第１および第２のマイクロストリップ線路10，20内をそれぞれ距離Ｌ１だけ伝播することによる位相変化を示す、２π・２Ｌ１／λが含まれており、θを算出するときには無視することができるため、実際には、この成分をＡ１〜Ｂ５からそれぞれ除いて得られる、次に示すＣ１〜Ｃ５のベクトル和が０に近づくθの値を求めればよいことになる。
Ｃ１＝Ａ３１ｅｘｐ（ｊθ３１）
Ｃ２＝Ａ２１Ａ３１Ａ３４ｅｘｐ｛ｊ（θ２１＋θ３１＋θ３４−２θ）｝
Ｃ３＝Ａ２１Ａ１１Ａ３２ｅｘｐ｛ｊ（θ２１＋θ１１＋θ３２−２θ）｝
Ｃ４＝Ａ４１Ａ３３Ａ３４ｅｘｐ｛ｊ（θ４１＋θ３３＋θ３４−２θ）｝
Ｃ５＝Ａ４１Ａ１３Ａ３２ｅｘｐ｛ｊ（θ４１＋θ１３＋θ３２−２θ）｝
次に、上記Ｃ１〜Ｃ５を計算するのに必要な、第１の結合用貫通孔41および第２の結合用貫通孔42の部位における、各伝送係数および反射係数の算出方法の一例を示す。図７は、図１に示す方向性結合器において第２の結合用貫通孔42を無くして、第１の結合用貫通孔41のみが存在するようにした構造を模式的に示す縦断面図である。このような構造における第１〜第４ポート51〜54におけるＳパラメータをシミュレーションまたは実験によって求めることにより、上記各伝送係数および反射係数を算出することができる。なお、図７において、図１〜図６に示した方向性結合器と同様の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。
【００２９】
図７に示す構造において第１ポート51における反射係数であるＳ１１は、第１の結合用貫通孔41の部位で反射して入射方向へ戻る信号の反射係数をＫ１１＝Ａ１１ｅｘｐ（ｊθ１１）とすると、Ｓ１１＝Ａ１１ｅｘｐ｛ｊ（θ１１−２π・２Ｌ２／λ）｝と表すことができる。ここで、Ｌ２は第１ポート51から第１の結合用貫通孔41の部位の中心までの距離であり、λは波長である。波長は第１および第２の線路導体12，22の横断面の形状ならびに第１および第２の誘電体層11，21の厚みおよび誘電率から算出できるため、２π・２Ｌ２／λは計算で求めることができる。よって、Ｓ１１をシミュレーションまたは測定によって求めることにより、Ｓ１１からＫ１１を算出することができる。なお、第１および第２のマイクロストリップ線路10，20は同一の構造を有し、第１および第２の結合用貫通孔41，42は同一の構造を有するため、Ｋ３３はＫ１１に一致する。
【００３０】
同様に、図７に示す構造において第１ポート51から第２ポート52への伝送係数であるＳ２１は、第１の結合用貫通孔41の部位において第１ポート51側から第２ポート52側へ通過
する信号の伝送係数をＫ２１＝Ａ２１ｅｘｐ（ｊθ２１）とすると、Ｓ２１＝Ａ２１ｅｘｐ｛ｊ（θ２１−２π・（Ｌ２＋Ｌ３）／λ）｝と表すことができる。ここで、Ｌ２＋Ｌ３は第１ポート51から第２ポート52への距離であり、高周波信号が第１のマイクロストリップ線路10内を距離（Ｌ２＋Ｌ３）だけ伝播することによる位相変化を示す、２π・（Ｌ２＋Ｌ３）／λは計算で求めることができる。よって、Ｓ２１をシミュレーションまたは測定によって求めることにより、Ｓ２１からＫ２１を算出することができる。そして、Ｋ３４はＫ２１に一致する。
【００３１】
同様に、図７に示す構造において第１ポート51から第３ポート53への伝送係数であるＳ３１は、第１の結合用貫通孔41を介して第１ポート51側から第３ポート53側へ通過する信号の伝送係数をＫ３１＝Ａ３１ｅｘｐ（ｊθ３１）とすると、Ｓ３１＝Ａ３１ｅｘｐ｛ｊ（θ３１−２π・２Ｌ２／λ）｝と表すことができる。ここで、２Ｌ２は第１ポート51から第３ポート53への伝播距離であり、高周波信号が第１のマイクロストリップ線路10内を距離２Ｌ２だけ伝播することによる位相変化を示す、２π・２Ｌ２／λは計算で求めることができる。よって、Ｓ３１をシミュレーションまたは測定によって求めることにより、Ｓ３１からＫ３１を算出することがきる。
【００３２】
同様に、図７に示す構造において第１ポート51から第４ポート54への伝送係数であるＳ４１は、第１の結合用貫通孔41を介して第１ポート51側から第４ポート54側へ通過する信号の伝送係数をＫ４１＝Ａ４１ｅｘｐ（ｊθ４１）とすると、Ｓ４１＝Ａ４１ｅｘｐ｛ｊ（θ４１−２π・（Ｌ２＋Ｌ３）／λ）｝と表すことができる。ここで、Ｌ２＋Ｌ３は第１ポート51から第４ポート54への距離であり、高周波信号が第１および第２のマイクロストリップ線路10，20内を距離（Ｌ２＋Ｌ３）だけ伝播することによる位相変化を示す、２π・（Ｌ２＋Ｌ３）／λは計算で求めることができる。よって、Ｓ４１をシミュレーションまたは測定によって求めることにより、Ｓ４１からＫ４１を算出することができる。そして、Ｋ３２はＫ４１に一致する。
【００３３】
このようにして、図７に示すような、作成したい方向性結合器と同じ断面形状を備えるとともに同一形状の結合用貫通孔を１つだけ備える構造の第１〜第４ポート51〜54におけるＳパラメータをシミュレーションまたは測定によって求めることにより、Ｃ１〜Ｃ５の算出に必要な全ての反射係数および伝送係数を得ることができる。
【００３４】
また、本例の方向性結合器によれば、平面状接地導体30の両側に位置する第１および第２の誘電体層11，21の厚みおよび被誘電率が互いに等しく、且つ２つの線路導体12，22の横断面の形状が等しいことから、上述したように、各伝送係数および反射係数の算出も簡略化でき、設計が容易な方向性結合器を得ることができる。
【００３５】
なお、第１の結合用貫通孔41と第２の結合用貫通孔42との間隔Ｌについては、あまりに小さくすると第１および第２の結合用貫通孔41，42同士の結合が生じて好ましくないので、波長の１／４よりも大きく設定するのが望ましい。
【００３６】
本例の方向性結合器において、第１および第２の誘電体層11，21の材質としては、高周波信号の伝送を妨げない特性を有するものであれば特に限定するものではなく、ガラスエポキシ等の樹脂を使用することも可能であるが、加工精度および製造の容易性の点からは誘電体セラミックスを使用することが望ましい。また、誘電体基板の比誘電率は、例えば２〜20程度に設定される。
【００３７】
第１および第２の線路導体12，22ならびに平面状接地導体30は、例えば、アルミニウムや銅などの良導電性の金属を使用して形成することができ、その厚みは、例えば、３μｍ〜50μｍ程度とされる。
【００３８】
本例の方向性結合器は、例えば、次のようにして作製することができる。まず、ガラス，アルミナ，窒化アルミニウム等を主成分とするセラミック原料粉末に適当な有機溶剤と溶媒とを添加混合して得た泥漿を用いて、ドクターブレード法やカレンダーロール法等によってセラミックグリーンシートを作製する。次に、金属粉末に適当なアルミナ・シリカ・マグネシア等の酸化物や有機溶剤等を添加混合してペースト状にしたものを、厚膜印刷法によりセラミックグリーンシートの表面に塗布して導体ペースト付きセラミックグリーンシートを作製する。次に、得られた導体ペースト付きセラミックグリーンシートを積層し、ホットプレス装置を用いて圧着して積層体を形成する。そして、得られた積層体を、誘電体基板がガラスセラミックスの場合は850℃〜1000℃程度、アルミナ質セラミックス
の場合は1500℃〜1700℃程度、窒化アルミニウム質セラミックスの場合は1600℃〜1900℃程度のピーク温度で焼成することによって作製される。なお、金属粉末としては、第１および第２の誘電体層11，21がガラスセラミックスの場合は銅，金または銀が、第１および第２の誘電体層11，21がアルミナ質セラミックスまたは窒化アルミニウム質セラミックスの場合にはタングステンまたはモリブデンが好適である。
【００３９】
（変形例）
本発明は前述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更，改良が可能である。
【００４０】
例えば、前述した実施の形態の例においては、第１および第２の結合用貫通孔41，42が矩形の場合を示したが、結合用貫通孔として機能すれば他の形状でもよく、例えば、長円型の結合用貫通孔としても構わない。
【００４１】
また、前述した実施の形態の例においては、１つの平面状接地導体30が第１および第２のマイクロストリップ線路10，20で共有された例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、それぞれのマイクロストリップ線路の平面状接地導体30が隣接配置されて、それぞれの平面状接地導体30を貫通するように第１および第２の結合用貫通孔41，42が形成されるようにしても構わない。
【００４２】
さらに、前述した実施の形態の例においては、第１および第２の誘電体層11，21の厚みおよび被誘電率が互いに等しく、且つ第１および第２の線路導体12，22の横断面の形状が互いに等しい例を示したが、これに限定されるものではない。第１および第２のマイクロストリップ線路10，20を伝播する信号の波長が等しいという条件を満たせば、第１および第２の誘電体層11，21の厚みおよび被誘電率が互いに異なってもよく、第１および第２の線路導体12，22の横断面の形状が異なっても構わない。
【実施例】
【００４３】
次に、本発明の方向性結合器の具体例について説明する。
【００４４】
図１に示した実施の形態の例の方向性結合器における電気特性を電磁場解析によるシミュレーションによって算出した。算出条件としては、中心周波数は76.5ＧＨｚに設定した。第１および第２の線路導体12，22は、幅を0.12ｍｍとし、厚みを0.01ｍｍとした。第１および第２の誘電体層11，21は、厚みを0.15ｍｍとし、比誘電率を9.75とした。平面状接地導体30の厚みは0.02ｍｍとした。第１および第２の結合用貫通孔41，42の断面形状は、それぞれ長さが1.2ｍｍで幅が0.1ｍｍの矩形状とした。第１および第２の結合用貫通孔41，42の間隔Ｌは、前述した方法で算出した結果、0.507ｍｍとなった。
【００４５】
そして、第１ポート51から第３ポート53への通過特性（Ｓ３１）を算出した。図８はその結果を示すグラフであり、横軸は周波数を表し、縦軸は減衰量を表している。図８に示
すグラフによれば、設計した中心周波数の76.5ＧＨｚに減衰極が形成されて、その値は−30ｄＢを超えており、良好な方向性が得られていることがわかる。
【００４６】
また、従来の方向性結合器のように第１および第２の結合用貫通孔41，42の間隔Ｌを波長の１／４である0.371ｍｍに設定した比較例の方向性結合器のシミュレーション結果を
図９に示す。図９のグラフにおいて、横軸は周波数を表し、縦軸は減衰量を表している。図９に示すグラフによれば、減衰極は設計した中心周波数の76.5ＧＨｚから大きく離れた92ＧＨｚに形成されており、中心周波数の76.5ＧＨｚにおける減衰量は−10ｄＢ程度しかなく、良好な方向性が得られていないことがわかる。以上の結果により、本発明の有効性が確認できた。
【符号の説明】
【００４７】
10：第１のマイクロストリップ線路
11：第１の誘電体層
12：第１の線路導体
20：第２のマイクロストリップ線路
21：第２の誘電体層
22：第２の線路導体
30：平面状接地導体
41：第１の結合用貫通孔
42：第２の結合用貫通孔
51：第１ポート
52：第２ポート
53：第３ポート
54：第４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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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