(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成された入力ポートと出力ポートとを接続する主線路と、
前記主線路に所定の間隔をあけて近接する近接部を介して前記主線路と電磁界接続する副線路と、
を備え、
前記主線路は、前記入力ポートと前記出力ポートとを接続する導電部の一部が前記表面から隆起されてなる立体導電部を備え、
前記立体導電部は、前記基板の表面から上方に離間した位置に導電性部材を介して設置され一対の平行な面のうち一方の面に導電パターンが形成されたチップ部材を備え、
前記導電パターンと前記近接部とが前記電磁界接続を確立する、
方向性結合器。
【請求項２】
前記チップ部材を設置する際に、前記基板の表面に前記導電パターンが形成された面を対向させるか、前記導電パターンが形成されていない面を対向させるかを選択することにより、前記導電パターンと前記近接部との間隔を変更可能である、
請求項１に記載の方向性結合器。
【請求項３】
前記立体導電部の下部と前記基板の表面との間には空間が形成され、
前記近接部は、前記空間に形成される、
請求項１又は２に記載の方向性結合器。
【請求項４】
前記導電性部材は、半田を含み、
前記半田の量又は形状を変化させることにより、前記導電パターンと前記近接部との間隔を変更可能である、
請求項１、２又は３に記載の方向性結合器。
【請求項５】
前記基板の表面上に複数の接続部を備え、
前記立体導電部をどの前記接続部に接続するかを選択することにより、前記立体導電部と前記近接部との間隔を変更可能である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方向性結合器。
【請求項６】
前記空間に強誘電体が配置されている、
請求項３に記載の方向性結合器。
【請求項７】
１つの前記主線路に複数の前記立体導電部が設けられている、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方向性結合器。
【請求項８】
前記副線路の一方の端部はアイソレーションポートに接続し、
前記副線路の他方の端部はカップリングポートに接続する、
請求項１〜７のいずれか１項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、方向性結合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
方向性結合器に関するものとして、以下の文献が開示されている。
【０００３】
特許文献１は、プリプレグを用いて作製される基板とその基板を用いて作製される積層電子部品等の製造方法に関するものである。当該発明は、導体の基材への固着強度が高く、高周波特性に優れ、比較的簡単な工程により得ることができる積層電子部品等を提供することを目的とする。当該発明は、樹脂又は樹脂に機能材料粉末を混合した材料からなる基材上に形成された官能基を有するカップリング剤層と、その上にめっきにより形成された導体層とを形成し、基材と導体層との間の表面粗さを３μｍ以下とすることを主な技術的特徴とする。
【０００４】
特許文献２は、主としてマイクロ波帯及びミリ波帯で用いる結合線路形の方向性結合器に関するものである。当該発明は、製造ばらつき等による特性ばらつきの問題が起こりにくく、高い耐電力性が確保でき、製造コストを低減することを目的とする。当該発明は、複数の誘電体基板を積層して構成された多層誘電体基板と、多層誘電体基板の表面の中央に近接して並べられて配置された２本の結合部線路パターンと、多層誘電体基板の表面の端部に配置され２本の結合部線路パターンの長手方向の端にそれぞれ接続された４本の入出力線路パターンと、多層誘電体基板の内層に設けられた第１の内層地導体パターンと、多層誘電体基板の裏面に設けられた裏面地導体パターンと、第１の内層地導体パターンと裏面地導体パターンとを接続する複数の導体柱とを備え、第１の内層地導体パターンは、２本の結合部線路パターンが存在する領域に積層方向で対応する位置に設けられた領域よりも広い穴を有し、複数の導体柱は、第１の内層地導体パターンの穴の周囲に設けられていることを主な技術的特徴とする。
【０００５】
特許文献３は、方向性結合器に関し、特に光スイッチや光変調器に用いられる反転Δβ方向性結合器に関するものである。当該発明は、駆動電圧を低減し、進行波型電極を比較的自由に設計できるようにし、高速動作を可能にすることを目的とする。当該発明は、制御電極の電界が作用する光導波路の作用部では、１対の光導波路の中心線を境界とし、中心線の左右では、基板の分極方向が異なり且つ光導波路に沿った長手方向には作用部を複数の領域に分割するように中心線を横切る１本もしくは複数の横断線を境界とし、横断線の前後では、基板の分極方向が異なることを主な技術的特徴とする。
【０００６】
特許文献４は、方向性結合器に関するものである。当該発明は、コストの増加を防ぎ、結合線路間のブリッジに障害が発生する可能性を低減することを目的とする。当該発明は、薄膜基板上ではなく一般の基板の上面に形成したマイクロストリップラインに適当な高さと幅と長さを持ち、両側面に導体パターンが形成された短冊状誘導体基板を接続することを主な技術的特徴とする。
【０００７】
特許文献５は、マイクロストリップ線路により構成される方向性結合器に関するものである。当該発明は、簡素な構成で設計通りの結合量を容易且つ確実に得られるようにすることを目的とする。当該発明は、主線路上に誘電体を介して導体を配することで主信号の一部を容量結合させる一対の結合部と、これらの結合部間を接続する結合部接続線路とを備えることを主な技術的特徴とする。
【０００８】
特許文献６は、方向性結合器に関するものである。当該発明は、基板が同軸線路の内部へ挿入され、主線路が同軸線路の中心導体であり、接地電極が、基板を介して結合線路部の線路幅の全てを含む範囲に亘って結合線路部と対向する部分と、基板の縁端部から結合線路部の線路幅方向に結合線路部の線路幅の全てを含む範囲に亘って切り欠いた部分と、からなることを主な技術的特徴とする。これにより、送信電力を監視するために必要な方向性を得ることができ、電極パターン形成時の線路部と接地電極との位置ずれによる方向性の変化を小さくすることができるという効果が主張されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３６３５５３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５８６５９号公報
【特許文献３】特開２０１１−０７５９２８号公報
【特許文献４】特開昭６２−１０４２０２号公報
【特許文献５】特開平０９−０５５６０８号公報
【特許文献６】特許第４１０３９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１８〜図２３は、従来の方向性結合器の問題点を説明するためのものである。図１８は、一般的な方向性結合器の第１の例を示している。図１９は、図１８のXIX−XIX断面図である。本例に係る方向性結合器１０１は、１つの基板１０２の表面に主線路１０３及び副線路１０４が形成されてなる。主線路１０３は、入力ポート１１１と出力ポート１１２とを接続する。副線路１０４は、アイソレーションポート１１３とカップリングポート１１４とを接続する。主線路１０３及び副線路１０４は、それぞれ近接部１２１，１２２を有する。両近接部１２１，１２２は、所定の間隔をあけて平行に近接するように形成されている。当該構成により、信号が入力ポート１１１から入力して出力ポート１１２から出力する際に、主線路３と副線路４とが近接部１２１，１２２を介して電磁界接続する。
【００１１】
上記電磁界接続における結合量（減衰量）は、副線路４の近接部１２２の長さ・幅、両近接部１２１，１２２の間隔等により決定する。従って、所望の電気的特性を得るためには、近接部１２２の長さ等が所定の条件に適合するように設計されなければならない。しかし、このような設計は、基板２の面積等の制約により、困難となる場合がある。特に、本例のように１つの基板１０２上に主線路３及び副線路４の両方を形成する場合には、このような困難に遭遇することが多い。
【００１２】
図２０は、上記方向性結合器１０１における電気的特性を示している。同図中、実線Ｘ１は入力ポート１１１から入力し出力ポート１１２から出力する信号の周波数と減衰量との関係を示している。一点鎖線Ｙ１は入力ポート１１１から入力しアイソレーションポート１１３から出力する信号の周波数と減衰量との関係を示している。破線Ｚ１は入力ポート１１１から入力しカップリングポート１１４から出力する信号の周波数と減衰量との関係を示している。
【００１３】
上記一点鎖線Ｙ１及び破線Ｚ１に示す結合量は、近接部１２２の長さを大きくする、両近接部１２１，１２２の間隔を小さくする等の処置により、大きくすることができる。しかし、このような処置が基板２上の制約等により行えない場合には、当該結合量を所望のレベルまで増加させることができない。
【００１４】
図２１は、一般的な方向性結合器の第２の例を示している。図２２は、図２１のXXII−XXII断面図である。本例に係る方向性結合器２０１は、他層構造を有するものである。主線路と副線路との電磁界接続は、基板２０２の表面に形成されたランドパターン２０３、ランドパターン２０３と接続し基板２０２の表面から内部に穿設されたビア２０４、及び基板２０２内部に形成されビア２０４と接続する内部パターン２０５を介して行われる。
【００１５】
このような構成によれば、基板２０２の表面上の制約に関わらず、内部パターン２０５の形状を調整することができる。しかし、このような他層構造を採用すると、製造コストの増加等の問題に加え、性能劣化の問題が生ずる。
【００１６】
図２３は、上記方向性結合器２０１における電気的特性を示している。同図中、実線Ｘ２は入力ポート２１１から入力し出力ポート２１２から出力する信号の周波数と減衰量との関係を示している。一点鎖線Ｙ２は入力ポート２１１から入力しアイソレーションポート２１３から出力する信号の周波数と減衰量との関係を示している。破線Ｚ２は入力ポート２１１から入力しカップリングポート２１４から出力する信号の周波数と減衰量との関係を示している。
【００１７】
図２３に示すように、本例の構成によると、通過特性（Ｘ２）、アイソレーション特性（Ｙ２）、及びカップリング特性（Ｚ２）は、周波数の増加に伴い大きく劣化していく。その理由は、ビア２０４を介する必要があるためと考えられる。
【００１８】
そこで、本発明は、コストの増加、性能劣化等を招くことなく、所望の電気的特性を得るための設計の自由度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一形態は、基板の表面に形成された入力ポートと出力ポートとを接続する主線路と、前記主線路に所定の間隔をあけて近接する近接部を介して前記主線路と電磁界接続する副線路とを備え、前記主線路は、前記入力ポートと前記出力ポートとを接続する導電部の一部が前記表面から隆起されてなる立体導電部を備え、前記立体導電部と前記近接部とが前記電磁界接続を確立する方向性結合器である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、コストの増加、性能劣化等を招くことなく、基板上での設計の自由度を大きく向上させることができる。これにより、所望の電気的特性を得るための設計を実現することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る方向性結合器の構成及び第１の実装例を示す上面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】実施の形態１の第１の実装例に係る方向性結合器の電気的特性を示すグラフである。
【図４】第１の実施の形態に係る方向性結合器の第２の実装例を示すII−II線に相当する部分の断面図である。
【図５】実施の形態１の第２の実装例に係る方向性結合器の電気的特性を示すグラフである。
【図６】実施の形態１に係る方向性結合器の第３の実装例を示すII−II線に相当する部分の断面図である。
【図７】実施の形態１に係る方向性結合器の第４の実装例を示すII−II線に相当する部分の断面図である。
【図８】結合量（減衰量）の変化に伴う通過特性の変化を示すグラフである。
【図９】結合量の変化に伴うアイソレーション特性の変化を示すグラフである。
【図１０】結合量の変化に伴うカップリング特性の変化を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る方向性結合器の構成及び第１の実装例を示す上面図である。
【図１２】実施の形態２に係る方向性結合器の第２の実装例を示す上面図である。
【図１３】実施の形態２に係る方向性結合器の立体導電部を除いた状態を示す上面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る方向性結合器の構成及び実装例を示すII−II線に相当する部分の断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態４に係る方向性結合器の構成及び実装例を示すII−II線に相当する部分の断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態５に係る方向性結合器の構成及び実装例を示す上面図である。
【図１７】図１６のXVII−XVII断面図である。
【図１８】一般的な方向性結合器の第１の例の構成を示す上面図である。
【図１９】図１８のXIX−XIX断面図である。
【図２０】一般的な方向性結合器の第１の例における電気的特性を示すグラフである。
【図２１】一般的な方向性結合器の第２の例の構成を示す上面図である。
【図２２】図２１のXXII−XXII断面図である。
【図２３】一般的な方向性結合器の第２の例における電気的特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１に係る方向性結合器１の構成及び第１の実装例を示している。図２は、図１のII−II断面図である。
【００２３】
方向性結合器１は、基板２、主線路３、及び副線路４を有する。
【００２４】
基板２は、誘電体５からなり、その表面に主線路３及び副線路４が形成され、その裏面にグランドパターン６が形成されている。
【００２５】
主線路３は、基板２の表面に形成された入力ポート１１と出力ポート１２とを接続する導電部である。主線路３は、基板２の表面に直接形成された基板導電部２０と、基板２の表面から隆起するように形成された立体導電部２１とを有する。
【００２６】
立体導電部２１は、チップ部材２５、接続端子２６、及び半田２７を有する。チップ部材２５は、直方体形状の誘電体３０からなり、誘電体３０の上下一対の面のうち一方の面（本実施の形態においては上面）には、導電パターン３１が形成されている。
【００２７】
接続端子２６は、導電性の部材であり、導電パターン３１と半田２７との間に介在している。半田２７は、基板導電部２０と接続端子２６との間に介在し、チップ部材２５及び接続端子２６を基板２の表面から上方に離間した状態で保持する。チップ部材２５の下部と基板２の表面との間には空間が形成されている。
【００２８】
副線路４は、基板２の表面に形成されたアイソレーションポート１３とカップリングポート１４とを接続する導電部である。副線路４は、主線路３と近接する近接部３５を有する。近接部３５は、基板２の表面においてチップ部材２５の下部に潜り込むように形成されている。これにより、導電パターン３１と近接部３５とが所定の間隔をあけて近接配置された状態となり、導電パターン３１及び近接部３５を介して主線路３及び副線路４が電磁界接続される。
【００２９】
上記構成により、入力ポート１１から入力した高周波信号は、チップ部材２５の導電パターン３１を介して出力ポート１２から出力する。入力ポート１１からアイソレーションポート１３への結合は、チップ部材２５を介して行われる。この時、チップ部材２５下部にある近接部３５の長さを、扱う信号の周波数のλ／４の長さに設計することが好ましい。
【００３０】
図３は、上記方向性結合器１の電気的特性を示している。縦軸は減衰量、横軸は周波数を表わす。同図中、実線Ａは、入力ポート１１から入力して出力ポート１２から出力する信号の通過特性を示し、一点鎖線Ｂは、入力ポート１１から入力してアイソレーションポート１３から出力する信号のアイソレーション特性を示し、破線Ｃは、入力ポート１１から入力してカップリングポート１４から出力する信号のカップリング特性を示す。
【００３１】
上記構成によれば、主線路３の立体導電部２１の導電パターン３１と副線路４の近接部３５とにより電磁界接続が確立する。方向性結合器１の電気的特性は、近接部３５の長さ・幅、近接部３５と導電パターン３１との間隔等により決定する。従来のように１つの基板２上だけで主線路と副線路との電磁界接続を確立しようとする場合、基板２の面積等の制約により、所望の電気的特性を得るための条件を満たすことができない場合が多い。しかし、本実施の形態のような立体導電部２１を採用すれば、立体導電部２１の下部も近接部３５を配置するための部分として利用することができるようになり、所望の電気的特性を得るための設計の自由度が向上する。また、本実施の形態においては、主線路３のうち電磁界接続に関与する一部分、即ち導電パターン３１の部分だけが立体形状になっている。そのため、従来のように基板全体を他層構造にする場合に比べ、コストの増加、製品サイズ等の増大を抑えることができ、ビアを介することによる性能劣化が生ずることもない。
【００３２】
図４は、上記方向性結合器１の第２の実装例を示している。本実装例におけるチップ部材２５は、導電パターン３１が基板２の表面に対向するように配置されている。これにより、導電パターン３１と近接部３５との間隔が小さくなり、主線路３と副線路４との結合量が大きくなる。
【００３３】
図５は、図４に示す実装例における電気的特性を示している。一点鎖線Ｂ１は図４に係るアイソレーション特性を示し、一点鎖線Ｂは図１に係るアイソレーション特性を示す。破線Ｃ１は図４に係るカップリング特性を示し、破線Ｃは図１に係るカップリング特性を示す。図４に係る両線Ｂ１，Ｃ１の結合量は、図１に係る両線Ｂ，Ｃの結合量より大きくなっている。
【００３４】
このように、チップ部材２５の向きを上下に反転させるだけで主線路３と副線路４との結合量を変化させることができるので、方向性結合器１の構成部品の設計を変更することなく結合量を調整することが可能となる。
【００３５】
図６は、上記方向性結合器１の第３の実装例を示している。本実装例は、上記第１の実装例（図１）に比べ、半田２７Ａの量が多くなっている。そのため、チップ部材２５の位置が高く、導電パターン３１と近接部３５との間隔が大きくなっている。これにより、第１の実装例に比べ、主線路３と副線路４との結合量が小さくなる。
【００３６】
図７は、上記方向性結合器１の第４の実装例を示している。本実装例は、上記第２の実装例（図４）に比べ、半田２７Ｂの量が少なくなっている。そのため、チップ部材２５の位置が低く、導電パターン３１と近接部３５との間隔が小さくなっている。これにより、第２の実装例に比べ、主線路３と副線路４との結合量が大きくなる。
【００３７】
図８は、結合量の変化に伴う通過特性の変化を示している。図９は、結合量の変化に伴うアイソレーション特性の変化を示している。図１０は、結合量の変化に伴うカップリング特性の変化を示している。
【００３８】
上記半田２７の量を減らすことにより、上記結合量が増加する。これに伴い、図８に示すように、通過特性の結合量は全体的に減少し、図９及び図１０に示すように、アイソレーション特性及びカップリング特性の結合量は全体的に増加する。
【００３９】
上述のように、半田２７の量を調整するだけで主線路３と副線路４との結合量を変化させることができるので、方向性結合器１の構成部品の設計を変更することなく結合量を調整することが可能となる。
【００４０】
実施の形態２
以下、本発明の他の実施の形態について説明するが、上記実施の形態１と同一又は同様の作用効果を奏する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。図１１は、実施の形態２に係る方向性結合器５１の構成及び第１の実装例を示している。図１２は、当該方向性結合器５１の構成及び第２の実装例を示している。図１３は、当該方向性結合器５１の立体導電部２１を除いた状態を示している。
【００４１】
本実施の形態に係る方向性結合器５１は、接続部５２を有することを特徴とする。接続部５２は、基板２に形成された配線パターンであり、主線路３の基板導電部２０と立体導電部２１とを、接続端子２６及び半田２７を介して接続する。接続部５２は、第１の接続部５５及び第２の接続部５６を有する。
【００４２】
第１の接続部５５は、基板導電部２０に重なるように形成されている。立体導電部２１が第１の接続部５５に接続された場合には、図１１に示すように、立体導電部２１と副線路４の近接部３５とが重なった状態となる。
【００４３】
第２の接続部５６は、基板導電部２０に対して直角方向に且つ副線路４から離れる方向に形成されている。立体導電部２１が第２の接続部５６に接続された場合には、図１２に示すように、立体導電部２１と近接部３５とが重なった状態にはならない。
【００４４】
上記図１２に示す状態における立体導電部２１の導電パターン３１と近接部３５との間隔は、上記図１１に示す状態における間隔よりも大きくなる。即ち、図１２の状態における主線路３と副線路４との結合量は、図１１の状態における結合量よりも小さくなる。
【００４５】
このように、本実施の形態に係る方向性結合器５１によれば、立体導電部２１を設置する場所を変更するだけで、主線路３と副線路４との結合量を変化させ、電気的特性を変化させることができる。また、本実施の形態に係る構成に加え、上記実施の形態１において示したチップ部材２１の反転、半田２７の量の調整に係る構成を組み合わせることにより、更に結合量の調整の幅を広げることができる。
【００４６】
実施の形態３
図１４は、実施の形態３に係る方向性結合器６１の構成及び実装例を示している。
【００４７】
本実施の形態に係る方向性結合器６１は、半田６２の形状に特徴を有する。半田６２は、ボール形状を有し、接続端子２６の下端部と基板導電部２０との間に介在している。
【００４８】
このような構成においては、半田６２の径を変化させることにより、主線路３と副線路４との結合量を変化させることができる。また、本実施の形態に係る構成に加え、上記他の実施の形態において示した構成を適宜組み合わせることにより、更に結合量の調整の幅を広げることができる。
【００４９】
実施の形態４
図１５は、実施の形態４に係る方向性結合器７１の構成及び実装例を示している。
【００５０】
本実施の形態に係る方向性結合器７１は、チップ部材２５の下部と基板２の表面との間に形成された空間に、強誘電体７２が配置されていることを特徴とする。
【００５１】
これにより、当該空間になにも配置しない場合に比べ、主線路３と副線路４との結合量を大きくすることができる。
【００５２】
実施の形態５
図１６は、実施の形態５に係る方向性結合器８１の構成及び実装例を示している。図１７は、図１６のXVII−XVII断面図である。
【００５３】
本実施の形態に係る方向性結合器８１は、１つの主線路３に２つの立体導電部２１が形成され、これに対応して、１つの副線路４に２つの近接部３５が形成されていることを特徴とする。
【００５４】
このような構成は、１つの立体導電部２１では近接部３５の長さを十分に確保できない場合等に有効である。例えば、扱う信号の周波数が低い場合には、λ／４の関係を実現するために必要な近接部３５の距離が大きくなるが、このような場合には、本実施の形態のように複数の立体導電部２１を用いることが有効となる。
【００５５】
尚、本発明は上記実施の形態に限られるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１，５１，６１，７１，８１  方向性結合器
２  基板
３  主線路
４  副線路
１１  入力ポート
１２  出力ポート
１３  アイソレーションポート
１４  カップリングポート
２０  基板導電部
２１  立体導電部
２５  チップ部材
２６  接続端子
２７，２７Ａ，２７Ｂ，６２  半田
３０  誘電体
３１  導電パターン
３５  近接部
５２  接続部
５５  第１の接続部
５６  第２の接続部
７２  強誘電体
【図１】
0005811788.tif 000002
【図２】
0005811788.tif 000003
【図３】
0005811788.tif 000004
【図４】
0005811788.tif 000005
【図５】
0005811788.tif 000006
【図６】
0005811788.tif 000007
【図７】
0005811788.tif 000008
【図８】
0005811788.tif 000009
【図９】
0005811788.tif 000010
【図１０】
0005811788.tif 000011
【図１１】
0005811788.tif 000012
【図１２】
0005811788.tif 000013
【図１３】
0005811788.tif 000014
【図１４】
0005811788.tif 000015
【図１５】
0005811788.tif 000016
【図１６】
0005811788.tif 000017
【図１７】
0005811788.tif 000018
【図１８】
0005811788.tif 000019
【図１９】
0005811788.tif 000020
【図２０】
0005811788.tif 000021
【図２１】
0005811788.tif 000022
【図２２】
0005811788.tif 000023
【図２３】
0005811788.tif 000024