(57)【要約】【課題】 ローパスフィルタ機能を内蔵した積層型方向性結合器を提供することを目的とする。【解決手段】主線路と副線路で構成した方向性結合器に、主線路をＬ素子とし、主線路をコンデンサでアース接続するとともに、主線路の両端間に他のコンデンサを並列接続してローパスフィルタを複合した積層型方向性結合器であって、積層型方向性結合器の一側面に主線路の端部と接続する外部端子と主線路の他端部と接続する他の外部端子を形成し、  積層型方向性結合器の側面と対向する他の側面に副線路の端部と接続する外部端子と副線路の他端部と接続する他の外部端子を形成した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主線路と副線路で構成される方向性結合器に、前記主線路をＬ素子とし、前記主線路をコンデンサでアース接続するとともに、前記主線路の両端間に他のコンデンサを並列接続してローパスフィルタを複合した積層型方向性結合器であって、
前記積層型方向性結合器の一側面には前記主線路の端部と接続する外部端子と前記主線路の他端部と接続する他の外部端子が形成され、
前記積層型方向性結合器の前記側面と対向する他の側面には前記副線路の端部と接続する外部端子と前記副線路の他端部と接続する他の外部端子が形成されていることを特徴とする積層型方向性結合器。
【請求項２】
前記積層型方向性結合器はアース電極を有し、前記外部端子が形成された両側面には前記アース電極と接続する他の外部電極を有することを特徴とする請求項１に記載の積層型方向性結合器。
【請求項３】
積層型方向性結合器の両側面に形成されたアース電極と接続する外部端子は、他の外部端子に挟まれることを特徴とする請求項２に記載の積層型方向性結合器。
【請求項４】
前記積層型方向性結合器は２つの容量形成電極を有し、前記容量形成電極と前記アース電極を対向させて前記主線路の両端に接続するコンデンサとしたことを特徴とする請求項２又は３に記載の積層型方向性結合器。
【請求項５】
前記容量形成電極の一部を対向させてＬ素子と並列に接続するコンデンサとしたことを特徴とする請求項４に記載の積層型方向性結合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波通信機器などに用いられる方向性結合器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の複数のストリップラインを用いた方向性結合器を図４に示す。この従来例は、主線路及び副線路を同じ基板上に作製した同一平面型の場合を示す。これは、裏面に平面状の地導体５２が形成された誘電体基板５１の表面に２本のストリップライン５３、５４が間隔Ｓだけ離れて平行に配されている。これらのストリップライン５３、５４の平行な長さは誘電体基板内を伝搬する電磁波の波長の１／４波長の長さになるように構成されている。
【０００３】
ポートＰ１より入力された高周波電力は、主線路であるストリップライン５３を通り、ポートＰ２に出力される。このとき、主線路であるストリップライン５３と副線路であるストリップライン５４との結合により、ストリップライン５３を通る電力の一部が、ストリップライン５４に流れ、ポートＰ３に出力される。このとき、ポートＰ４には出力は現れない。次に、主線路であるストリップライン５３の逆方向に、つまりポートＰ２からポートＰ１に向かって電力を流した場合、その一部の電力がポートＰ４に現れ、ポートＰ３には現れない。つまり、このような構成をとることにより、主線路のストリップライン５３を流れる順方向電力と逆方向電力の一部を、副線路のストリップライン５４の出力ポートＰ３及びＰ４端子にそれぞれ分離して取り出すことができる。これが、方向性結合器の基本的な動作である。
【０００４】
主線路５３から副線路５４への結合は、二つのストリップラインの平行部分の間隔Ｓを調節することにより可能である。図４の従来例の説明では、主線路及び副線路をストリップライン５３、５４としたが、図４の対称な構造から明らかなように、主線路及び副線路の役割を入れ替えても、同じように方向性結合器の基本的動作を実現できる。
【０００５】
このように高周波電力の一部を方向性を持たせて分離する機能を有する方向性結合器は、マイクロ波通信の例えば携帯電話器の送信器の送信電力を制御するため用いられる。図５にその応用例のブロック図を示す。方向性結合器７１の主線路７２のポートＰ１、Ｐ２を送信電力増幅器とアンテナ７４の間に配するとともに、副線路７３の一つのポートＰ３を自動利得制御回路に接続し、他のポートＰ４に電力を吸収する抵抗素子７５を接続する。このようにすると、送信電力増幅器の出力の一部だけがポートＰ３に現れ自動利得制御回路に導かれる。アンテナ７４から逆流する高周波電力の一部はポートＰ４に現れ、抵抗素子７５で吸収される。自動利得制御回路の信号出力は利得制御可能な送信電力増幅器に送られ、目的に応じた高周波出力の制御を行うことができる。
【０００６】
また、この方向性結合器を積層構造で構成した例として、特開平７−１３１２１１号公報がある。これには、１回以上巻回された２個のストリップラインが２つの地導体に挟まれた構造の積層型方向性結合器が示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、マイクロ波通信分野でめざましい発展を遂げている携帯電話器などでは、その小型化が重要な課題となっており、素子単体の小型化とともに、複数の機能を一つの素子に組み込んだ複合化が要求されるようになっている。本発明は、上記のことを鑑みて、ローパスフィルタ機能を内蔵した積層型方向性結合器を提供すること、又そのローパスフィルタ機能を内蔵した積層型方向性結合器を小型に構成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、主線路と副線路で構成される方向性結合器に、前記主線路をＬ素子とし、前記主線路をコンデンサでアース接続するとともに、前記主線路の両端間に他のコンデンサを並列接続してローパスフィルタを複合した積層型方向性結合器であって、前記積層型方向性結合器の一側面には前記主線路の端部と接続する外部端子と前記主線路の他端部と接続する他の外部端子が形成され、前記積層型方向性結合器の前記側面と対向する他の側面には前記副線路の端部と接続する外部端子と前記副線路の他端部と接続する他の外部端子が形成されていることを特徴とする積層型方向性結合器である。
【０００９】
また本発明は、前記積層型方向性結合器はアース電極を有し、前記外部端子が形成された両側面には前記アース電極と接続する他の外部電極を有するものである。
【００１０】
また本発明は、積層型方向性結合器の両側面に形成されたアース電極と接続する外部端子は、他の外部端子に挟まれるようにしたものである。
【００１１】
また本発明は、前記積層型方向性結合器は２つの容量形成電極を有し、前記容量形成電極と前記アース電極を対向させて前記主線路の両端に接続するコンデンサとしたものである。
【００１２】
また本発明は、前記容量形成電極の一部を対向させてＬ素子と並列に接続するコンデンサとしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ローパスフィルタ機能を有する方向性結合器を、簡単な構造で達成でき、非常に小型で、しかも高性能なローパスフィルタ機能を有する積層型方向性結合器を得ることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明では、第１と第２のアース電極に挟まれた領域に、主線路と副線路を形成し、方向性結合器を構成している。そして、前記第２のアース電極と第３のアース電極に挟まれた領域に、容量形成電極を形成し、これにより構成されたコンデンサを前記主線路に接続してローパスフィルタを構成している。つまり、主線路を方向性結合器の主線路として、更にローパスフィルタのＬ素子として用い、兼用することにより、方向性結合器とローパスフィルタを一体化するとともに、素子数を削減し、小型化を達成するものである。
【００１５】
本発明の構造では、主線路が一回以上巻回されたコイル構造、副線路が一回以上又は一回未満巻回されたコイル構造となっており、それぞれの巻回部分が互いに重なっている構造を用いている。これにより、従来１／４波長の長さの主線路及び副線路としていたものを、長さを１／８〜１／１５波長程度と短くした主線路及び副線路にて構成することが可能となり、小型化を達成できる。つまり、従来の方向性結合器では、主線路と副線路は、その線路を所定間隔で一定長さ対向させて結合させていたが、本発明では、主線路と副線路は、コイル状であり、そのコイルによる磁気結合により結合させている。言い換えれば、本発明は、線路を所定間隔で対向させるのではなく、コイルを対向させている構造である。
【００１６】
また本発明では、積層型方向性結合器の積層構造を利用し、その積層型方向性結合器を構成している一方のアース電極と第３のアース電極との間に、容量形成電極層を配置している。この容量形成電極層は、２つの電極層で構成できる。それぞれアース電極と対向する電極層であり、かつ各電極層がその一部で対向する構造としている。
【００１７】
これにより、コイル構造の主線路の両端にコンデンサを接続する構造が可能となっている。このコイル構造の主線路はＬ素子として見ることができ、そのＬ素子の両端にアースに接続されるコンデンサを接続して、所謂π型のローパスフィルタを構成している。さらに、そのＬ素子の両端間にもコンデンサを接続した構造となっている。つまり、コイル状の主線路は、方向性結合器の主線路の役割とローパスフィルタのＬ素子の役割を有し、兼用することにより、複合化及び小型化を容易としている。
【００１８】
本構造によれば、巻回するコイルの断面積及び主線路と副線路の間隔を変更すること及び副線路の巻回数を一回未満にすることにより、任意の結合度を得ることが出来る。また巻回するコイルの断面積及び容量形成電極の大きさ、アース電極との間隔を変更することにより、種々の周波数のシステムに容易に対応することが可能である。
【００１９】
また第２のアース電極で、主線路、副線路部分と容量形成電極部分を仕切ることにより、方向性を妨げる不要な浮遊容量及び干渉を排除することができ、優れた特性の方向性結合器を得ることができる。
【００２０】
このように、本発明によれば非常に簡単な構造により、ローパスフィルタ機能付積層型方向性結合器を構成することができる。また、複合化することにより、部品の実装工数を低減でき、また部品ごとのバラツキによる特性バラツキを抑制することができる。
【実施例】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に説明する。本発明に係わる一実施例の内部パターン構造図を図１に示す。また、本発明に係わる一実施例の積層型方向性結合器１の斜視図を図２に示す。
【００２２】
本発明の実施例である積層型方向性結合器１は、第１のアース電極用誘電体層２と、主線路用のコイル電極が形成された誘電体層３、４と、副線路用のコイル電極が形成された誘電体層５、６と、第２のアース電極用誘電体層７と、容量形成電極が形成された誘電体層１０、１１と、第３のアース電極用誘電体層９と、保護用誘電体層８とを積層して構成されている。これらの各誘電体層は、低温焼結用のセラミックグリーンシートが用いられている。
【００２３】
前記誘電体層２は、セラミックグリーンシートの上に端部を少し残して一面に第１のアース電極２ａが形成されている。アース電極２ａの中央の端部には２箇所の突起が設けられ、側面の二つの外部電極２ｂに接続される。前記主線路用の誘電体層３は、セラミックグリーンシートの一面にストリップライン電極３ａが形成されている。このストリップライン電極３ａの一端は外部電極３ｂに接続され、他端には、スルーホール１２が形成されている。もう一つの主線路用の誘電体層４は、セラミックグリーンシートの一面にストリップライン電極４ａが形成されている。このストリップライン電極４ａの一端は外部電極４ｂに接続され、他端は、前記誘電体層３のスルーホール１２と接続される。これにより約２回巻のコイルを形成し、主線路としている。
【００２４】
副線路用の誘電体層５、６は、主線路用の誘電体層３、４と同様の構成であり、ストリップライン電極５ａと６ａは、スルーホール１２で接続され、約２回巻のコイルの構成となっている。そして、それぞれ側面の外部電極５ｂ、６ｂに接続される。前記誘電体層７は、前記誘電体層２と同じ構成であり、セラミックグリーンシートの上に端部を少し残して一面に第２のアース電極７ａが形成されている。そして、側面の二つの外部電極２ｂに接続される。この第１のアース電極２ａと第２のアース電極７ａは、主線路、副線路の高周波電力が外部に漏れることを防ぐシールド効果を実現している。
【００２５】
容量形成用誘電体層１０には、容量形成用電極１０ａが形成されている。この容量形成用電極１０ａは、一端が外部電極４ｂに接続される。この外部端子４ｂにより、主線路の端部と接続される。また容量形成用誘電体層１１にも同様に容量形成用電極１１ａが形成されている。そして、この容量形成用電極１１ａは、一端が外部電極３ｂに接続される。この外部端子３ｂにより、主線路の端部と接続される。また、この容量形成用電極１０ａと１１ａとは、一部分が互いに対向するように形成されている。
【００２６】
そして、誘電体層９には、第３のアース電極９ａが形成されている。これは、第１及び第２のアース電極と同様である。そして、最上層に保護用の誘電体層８が設けられている。
【００２７】
上記誘電体層は、所定の各電極が印刷技術により形成された後に積み重ねられ、９００℃程度の温度で焼成され一体化される。結果として図２に示す方向性結合器１が完成する。尚、側面の外部電極２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂは、グリーンシートの積層体を焼成した後に、印刷焼付け及びメッキにより形成した。本実施例のセラミックグリーンシートは、比誘電率εｒが約８で、９００℃で焼成可能な誘電材料であり、積層後一体焼成して完成したローパスフィルタ機能付積層型方向性結合器の外寸法は、３．２×１．６×１．０ｔ（ｍｍ）であった。尚、電極にはＡｇペーストを用い、スクリーン印刷で形成した。
【００２８】
この実施例の等価回路図を図３に示す。ストリップライン電極３ａと４ａとを接続した主線路はＬ１で示され、ストリップライン電極５ａと６ａとを接続した副線路はＬ２で示される。また、容量形成用電極１０ａと第２のアース電極７ａとにより、コンデンサＣ２を、容量形成用電極１１ａと第３のアース電極９ａとにより、コンデンサＣ１を、そして、容量形成用電極１０ａと容量形成用電極１１ａとにより、コンデンサＣ３を構成している。そして、主線路Ｌ１と副線路Ｌ２が結合して、方向性結合器を構成し、Ｌ１、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３にてローパスフィルタを構成している。つまり、Ｌ１は、方向性結合器の主線路であり、かつローパスフィルタのＬ素子であり、２つの役目を果たしている。
【００２９】
実施例１上記実施例において、主線路、副線路を構成するコイルの断面積（コイルの環状部の内周部分の面積）を１．２６ｍｍ２とし、主線路の４ａと副線路の５ａとの間隔を２００μｍとし、容量形成電極１０ａ、１１ａの面積を１．７ｍｍ２とし、容量形成電極１０ａ、１１ａとアース電極７ａ、９ａとの間隔を５０μｍとして、積層型方向性結合器を得た。この実施例１の結合特性を図７に、アイソレーション特性を図８に示す。この図７、８に示すように、この実施例１は、９００ＭＨｚにおいて、１４ｄＢの結合度、２４ｄＢのアイソレーションを得ている。また、図９に通過特性を示す。９００ＭＨｚ（ｆ０）において挿入損失０．５ｄＢ、２倍波（２ｆ０：１８００ＭＨｚ）、３倍波（３ｆ０：２７００ＭＨｚ）の減衰量も３０ｄＢと良好なローパスフィルタ特性を有している。このように、実施例１は、ローパスフィルタ機能を有する方向性結合器として優れた特性を有している。
【００３０】
実施例２実施例２の積層パターン図を図６に示す。この実施例２は、実施例１の内部構造（図１）とほぼ同様であって、パターン形状を変更したものである。誘電体層１５に第１のアース電極１５ａ、誘電体層２０に第２のアース電極２０ａ、誘電体層２３に第３のアース電極２３ａが形成され、誘電体層１６、１７のライン電極１６ａ、１７ａをスルーホール１２で接続して、約２回巻のコイルを構成し、主線路を構成し、誘電体層１８、１９のライン電極１８ａ、１９ａをスルーホール１２で接続して、約２回巻のコイルを構成し、副線路を構成している。そして、容量形成電極２１ａ、２２ａが誘電体層２１、２２に形成されている。回路構造、外部端子構造は、実施例１と同様である。
【００３１】
この実施例２において、主線路、副線路を構成するコイルの断面積（コイルの環状部の内周部分の面積）を０．３６ｍｍ２とし、主線路の１７ａと副線路の１８ａとの間隔を１００μｍとし、容量形成電極２１ａ、２２ａの面積を１．２ｍｍ２とし、容量形成電極２１ａ、２２ａとアース電極２０ａ、２３ａとの間隔を１００μｍとして、積層型方向性結合器を得た。尚、外寸法は、３．２×１．６×１．０ｔ（ｍｍ）であり、誘電体には、比誘電率εｒが約８で、９００℃で焼成可能な誘電材料を用いた。また、電極材料は、Ａｇを用いた。
【００３２】
この実施例２の結合特性を図１０に、アイソレーション特性を図１１に示す。この図１０、１１に示すように、この実施例２は、１７００ＭＨｚにおいて、１５ｄＢの結合度、２６ｄＢのアイソレーションを得ている。また、図１２に通過特性を示す。１７００ＭＨｚ（ｆ０）において挿入損失０．５ｄＢ、２倍波（２ｆ０：３４００ＭＨｚ）、３倍波（３ｆ０：５１００ＭＨｚ）の減衰量も３０ｄＢ以上と良好なローパスフィルタ特性を有している。このように、実施例２も、ローパスフィルタ機能を有する方向性結合器として優れた特性を有している。
【００３３】
実施例３実施例３の積層パターン図を図１３に示す。この実施例３は、実施例１の内部構造において副線路の巻回数を１回未満にしたものである。誘電体層２６に第１のアース電極２６a、誘電体層３０に第２のアース電極３０a、誘電体層３３に第３のアース電極３３ａが形成されている。誘電体層２７,２８のライン電極２７a、２８aはスルーホール１２で接続され、約２回巻のコイルを構成し、主線路を構成している。誘電体層２９のライン電極２９aは約０．７回巻のコイルを構成し、副線路を構成している。そして、容量形成電極３１ａ、３２ａが誘電体層３１、３２に形成されている。回路構造、外部端子構造は、実施例１と同様である。
【００３４】
この実施例３において、主線路を構成するコイルの断面積を実施例１と同じく１．２６ｍｍ２とし、主線路の２８ａと副線路の２９ａとの間隔を２５０μｍとし、容量形成電極３１ａ、３２ａの面積を１．７ｍｍ２とし、容量形成電極３１ａ、３２ａとアース電極３０ａ、３３ａとの間隔を５０μｍとして、積層型方向性結合器を得た。この実施例３の結合特性を図１４に、アイソレーション特性を図１５に示す。この図１４,１５に示すように、この実施例は９００ＭＨｚにおいて、２０ｄＢの結合度、３５ｄＢのアイソレーションを得ている。また、図１６に通過特性を示す。９００ＭＨｚ（ｆ０）において挿入損失０．３ｄＢ、２倍波(２ｆ０:１８００ＭＨｚ)、３倍波(３ｆ０:２７００ＭＨｚ)の減衰量も３０ｄＢと良好なローパスフィルタ特性を有している。このように実施例３もローパスフィルタ機能を有する方向性結合器として優れた特性を有している。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の実施例によれば、積層型方向性結合器であって、ローパスフィルタ機能を有するものを非常に小型に構成することができた。また、方向性結合器の主線路とローパスフィルタのＬ素子とを共用化することにより、内部構造を簡単にすることができ、複合化を容易とし、しかも小型に構成することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係わる一実施例の内部パターン構造図である。
【図２】本発明に係わる一実施例の斜視図である。
【図３】本発明に係わる一実施例の等価回路図である。
【図４】従来技術の斜視図である。
【図５】方向性結合器の使用例の回路ブロック図である。
【図６】本発明に係わる実施例２の内部パターン構造図である。
【図７】本発明に係わる実施例１の結合特性のグラフである。
【図８】本発明に係わる実施例１のアイソレーション特性のグラフである。
【図９】本発明に係わる実施例１の通過特性のグラフである。
【図１０】本発明に係わる実施例２の結合特性のグラフである。
【図１１】本発明に係わる実施例２のアイソレーション特性のグラフである。
【図１２】本発明に係わる実施例２の通過特性のグラフである。
【図１３】本発明に係わる実施例３の内部パターン構造図である。
【図１４】本発明に係わる実施例３の結合特性のグラフである。
【図１５】本発明に係わる実施例３のアイソレーション特性のグラフである。
【図１６】本発明に係わる実施例３の通過特性のグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１ 方向性結合器
２、７、９、１５、２０、２３、２６、３０、３３ アース電極用誘電体層
３、４、５、６、１６、１７、１８、１９、２７、２８、２９ 線路用誘電体層
８、２４、２５ 保護用誘電体層
２ａ、１５ａ、２６ａ 第１のアース電極
３ａ、４ａ、５ａ、６ａ、１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａ、２７ａ、２８ａ、２９ａ ストリップライン電極
２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂ 外部電極
７ａ、２０ａ、３０ａ 第２のアース電極
９ａ、２３ａ、３３ａ 第３のアース電極
１０ａ、１１ａ、２１ａ、２２ａ、３１ａ、３２ａ 容量形成用電極
【図１】
2005143150.tif 000003
【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】
2005143150.tif 000012
【図１１】
2005143150.tif 000013
【図１２】
2005143150.tif 000014
【図１３】
2005143150.tif 000015
【図１４】
2005143150.tif 000016
【図１５】
2005143150.tif 000017
【図１６】
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