(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交カップラであって：
第１誘電体層により分離された一対の重複ストリップ導体であり、該一対の重複ストリップ導体の間に結合領域を提供する一対の重複ストリップ導体；
一対の対向する接地パッドであり、該一対の対向する接地パッドの間に前記結合領域が配置される一対の対向する接地パッド；
前記結合領域上で、前記一対の対向する接地パッドの間に配置される第２誘電体層；及び
前記第２誘電体層の上に配置され、前記第２誘電体層の対向する側部を覆って、前記一対の対向する接地パッド上にまで延びる導電性シールド層；
を含む直交カップラ。
【請求項２】
請求項１に記載の直交カップラであって、
第２対の接地パッドを含み、
前記結合領域は、前記第２対の接地パッド及び前記一対の対向する接地パッドの間に配置され、
前記一対の接地パッド間を結ぶ直線と前記第２対の接地パッド間を結ぶ直線が互いに垂直になるように、前記一対の接地パッド及び前記第２対の接地パッドが配置され、
前記導電性シールド層は、前記第１誘電体層の対向する対の上で、かつ前記第２対の接地パッド上にまで配置される、
直交カップラ。
【請求項３】
直交カップラであって：
誘電体基板；
前記誘電体基板の上方表面上に配置される第１金属層であり、
一対の接地パッド；
前記一対の接地パッドから離間された第1下方ストリップ導体であり、第１端部における入力と、第２端部における出力と、前記第１端部と前記第２端部との間及び前記一対の接地パッドの間に配置される結合領域を提供する部分とを有する、第１下方ストリップ導体；
入力端と出力端とを有する第２下方ストリップ導体；及び
入力端と出力端とを有する第３下方ストリップ導体；
を提供するようにパターン化されている第１金属層；
前記結合領域上に配置された第１誘電体層；
前記結合領域上の前記第１誘電体層を覆って配置され、ストリップ導体として構成された第２金属層であり、第２下方ストリップ導体の前記出力端上に電気的に接続されて配置された第１端を有し、第３下方ストリップ導体の前記入力端上に電気的に接続されて配置された第２端を有する、第２金属層；
前記第２金属層の上で、前記一対の接地パッドの間に配置される第２誘電体層；及び
前記第２誘電体層の上方表面上に配置され、前記第２誘電体層の側面を覆い前記一対の接地パッド上まで延びる導電性シールド層；
を含む直交カップラ。
【請求項４】
請求項３に記載の直交カップラであって、
第２対の接地パッドを含み、
前記結合領域は、前記第２対の接地パッド及び前記一対の対向する接地パッドの間に配置され、
前記一対の接地パッド間を結ぶ直線と前記第２対の接地パッド間を結ぶ直線が互いに垂直になるように、前記一対の接地パッド及び前記第２対の接地パッドが配置され、
前記導電性シールド層は、前記第１誘電体層の対向する対の上で、かつ前記第２対の接地パッド上にまで配置される、
直交カップラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に直交ハイブリッドカップラに関する。
【背景技術】
【０００２】
当技術分野で知られているように、直交カップラ（quadrature  coupler）は、入力信号を、通常は等しい大きさで、位相が90度離れている一対の出力信号へと分割するために、種々のマイクロ波回路において使用されている。そのような直交カップラの例は、埋め込まれたストリップライン幅広側カップラ（embedded  stripline  broadside  coupler）、又はランゲ（Lange）又はハイブリッド(分岐)スプリッタ（hybrid  (branchline)  splitter）のようなトップサイド直交カップラ（topside  quadrature  coupler）である。直交カップラの1つの使用は、デバイスの対をインピーダンス整合することである。デバイスは、デバイスからの反射が、90度(直交)位相差のために直交カップラの入力から分離された負荷で終端されるように、配置される。
【０００３】
当技術分野で知られているように、従来技術の直交カップラは、多くの機能を有するより大きな基板に統合される。このように、カップリングの程度のような設計は、容易に変更することができない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示によれば、開示された直交カップラは、第１誘電体層により分離された一対の重複ストリップ導体であり、該一対の重複ストリップ導体の間に結合領域を提供する一対の重複ストリップ導体；  一対の対向する接地パッドであり、該一対の対向する接地パッドの間に前記結合領域が配置される一対の対向する接地パッド；  前記結合領域上で、前記一対の対向する接地パッドの間に配置される第２誘電体層；  及び前記第２誘電体層の上に配置され、前記第２誘電体層の対向する側部を覆って、前記一対の対向する接地パッド上にまで延びる導電性シールド層；を含む。
【０００５】
そのような構成では、導電性シールド層は、結合領域のための電気的絶縁を改善する。
【０００６】
一実施形態では、カップラの一部分は、プリント又はアディティブ製造によって形成される。
【０００７】
このような構成では、プリント又はアディティブ製造により、カップラがまだ多重機能を有する基板上にある間に、カップラストリップ導体幅、従って、ストリップ導体対間の結合度を調整又は同調することができる。
【０００８】
一実施形態では、方向性カップラは、第２対の接地パッドを含み、前記結合領域は、前記第２対の接地パッド及び前記一対の対向する接地パッドの間に配置され、前記一対の接地パッド及び前記第２対の接地パッドは、垂直線に沿って配置され、前記導電性シールド層は、前記第１誘電体層の対向する対の上で、かつ前記第２対の接地パッド上にまで配置され。
【０００９】
一実施形態において提供される直交カップラは、誘電体基板及び前記誘電体基板の上方表面上に配置される第１金属層を含む。第1金属層は、パターン化されて、一対の接地パッド；  前記一対の接地パッドから離間された第1下方ストリップ導体であり、第１端部における入力と、第２端部における出力と、前記第１端部と前記第２端部との間及び前記一対の接地パッドの間に配置される結合領域を提供する部分とを有する、第１下方ストリップ導体；  入力端と出力端とを有する第２下方ストリップ導体；及び  入力端と出力端とを有する第３下方ストリップ導体；を提供する。第１誘電体層が、前記結合領域上に配置される。第２金属層が、前記結合領域上の前記第１誘電体層を覆って配置され、ストリップ導体として構成される。第２誘電体層は、第２下方ストリップ導体の前記出力端上に電気的に接続されて配置された第１端を有し、第３下方ストリップ導体の前記入力端上に電気的に接続されて配置された第２端を有する。第２誘電体層が、第２金属層の上で、前記一対の接地パッドの間に配置される。導電性シールド層が、前記第２誘電体層の上方表面上に配置され、前記第２誘電体層の側面を覆い前記一対の接地パッド上まで延びる。
【００１０】
一実施形態では、直交カップラを同調するための方法が提供される。該方法は、(a)誘電体層により分離された一対の重複ストリップ導体を含む直交カップラを提供するステップ；  (b)前記一対のストリップ導体対間の結合度を測定するステップ；  (c)前記の測定された結合度を所定の結合度と比較するステップ；  (d)前記一対のストリップ導体の上方の1つの幅を調整するステップ；  (e)前記の測定された結合度が前記所定の結合度に達するまで、ステップ(b)〜(d)を繰り返すステップ；を含む。
【００１１】
本開示における1又は複数の実施形態の詳細は、添付図面及び下記の記述において説明される。本開示の他の特徴、目的及び利点は、明細書及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかであろう。
【００１２】
図１Ａ乃至図５Ｃは、直交カップラの製造中の様々な段階における本開示による直交カップラの概略平面図、側面断面図、正面断面図、斜視図である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本開示による直交カップラの概略平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す直交カップラを１Ｂ線に沿って切った側面断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示す直交カップラを１Ｃ線に沿って切った正面断面図である。
【図２Ａ】本開示による直交カップラの概略平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示す直交カップラを２Ｂ線に沿って切った側面断面図である。
【図２Ｃ】図２Ａに示す直交カップラを２Ｃ線に沿って切った正面断面図である。
【図３Ａ】本開示による直交カップラの概略平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す直交カップラを３Ｂ線に沿って切った側面断面図である。
【図３Ｃ】図３Ａに示す直交カップラを３Ｃ線に沿って切った正面断面図である。
【図３Ｄ】図３Ａの直交カップラの３Ｄ線で示す領域の斜視図である。
【図４Ａ】本開示による直交カップラの概略平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示す直交カップラを４Ｂ線に沿って切った側面断面図である。
【図４Ｃ】図４Ａに示す直交カップラを４Ｃ線に沿って切った正面断面図である。
【図５Ａ】本開示による完成した直交カップラの概略平面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示す直交カップラを５Ｂ線に沿って切った側面断面図である。
【図５Ｃ】図５Ａに示す直交カップラを５Ｃ線に沿って切った正面断面図である。
【図６Ａ】図５Ａ乃至５Ｃの直交カップラを製造するプロセス内で用いられるステップのフローチャートである。
【図６Ｂ】図５Ａ乃至５Ｃの直交カップラを製造するプロセス内で用いられるステップのフローチャートである。  種々の図面中の同様な参照符号は、同様な部材を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃを参照すると、誘電体基板12が示されている。誘電基板12は、基板12の上部表面に配置された第１金属層14と、基板12の底部表面に配置された、ここでは、例えば金である接地面導電体13とを有する。第1金属層14はパターン化されて、以下の部材を提供する。すなわち、図示のような、2対の接地パッド対16a1、16a2、及び対16b1、16b2を提供する。また、接地パッド対から離間された第１下方ストリップ導体18であり、第１端部18Iにおける入力、第２端部18Oにおける出力、並びに図示のような第1端部18Iと第2端部18Oとの間及び接地パッド対16a1、16a2の間及び対16b1、16b2の間に配置された結合領域20を提供する部分を有する第１下方ストリップ導体18を提供する。入力端22I及び出力端22Oを有する第２下方ストリップ導体22を提供し、さらに、図示のような、入力端24I及び出力端24Oを有する第３下方ストリップ導体24を提供する。第１金属層14は、例えば、プリント回路板の形成に使用されるように、プリントされ、アディティブ製造を使用して形成され、或いは従来のフォトリソグラフィエッチングプロセスを使用して形成されてもよい。
次に、図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、第1誘電体層26が示されている。ここでは、例えば、マサチューセッツ州Ayer  のCreative  Materials社からのエポキシベースの誘電体インク118〜12である第1誘電体層26が、例えば、プリント又はアディティブ製造を用いて結合領域20上に配置される。
【００１５】
次に、図３Ａ〜図３Ｄを参照すると、第２金属層、ストリップ導体28が示されている。第２金属層、ストリップ導体28は、ここでは、第１誘電体層20上に配置されたストリップ導体として、印刷されるか、或いは例えば、Paruナノ銀PG-007又はDupont  CB028のような導電性インクを使用して、アディティブ製造によって形成される。ストリップ導体28は、第1下方ストリップ導体18、特に結合領域20の上方に重なり、すなわち重複する。なお、第２金属層の部分28a、28bは、第1誘電体層26の外方側壁の一部を覆い、第３下方ストリップ導体24の出力端240の一部の上と、第２下方ストリップ導体22の入力端22Iの一部の上とに形成される。したがって、第２金属層28は、第２下方ストリップ導体22の入力端22I上に配置され、そこに電気的に接続された一端28aを有し、かつ、第３下方ストリップ導体24の出力端24O上に配置され、そこに電気的に接続された第２端28bを有する。結合領域20上の第２金属層28の幅は、直交カップラ10を同調するために、アディティブ製造又は印刷プロセスによって調整することができる。
【００１６】
次に、図４Ａ〜図４Ｃを参照すると、第２誘電体層30が示されている。第２誘電体層30は、図示のように、第２金属層28の上に、かつ、２対の接地パッド対16a1、16a、及び対16b1、16b2の間に配置される。第２誘電体層30は、例えば、マサチューセッツ州AyerのCreative  Materials  社からのエポキシベースの誘電体インク118-12などの任意の適切な誘電体を使用して、アディティブ製造によってプリント又は形成することができる。
【００１７】
次に、図５Ａ〜図５Ｃを参照すると、導電性シールド層32が示されている。導電性シールド層34は、図示のように、第２誘電体層30の上方表面上に配置され、第２誘電体層30の側面を覆って延び、接地パッド対16a1、16a2、及び対16b1、16b2上に延びる。導電層34a、34bが、図示されるように、接地パッド16a1、16a2を接地平面導体13に電気的に接続するために、基板12の側面に配置され、それによって直交カップラ10を完成する。導電性シールド層34及び導電層34a、34bは、ここでは、例えば、Paraナノ銀PG-007又はデュポンCB028のような導電性インクを用いたアディティブ製造によってプリント又は形成されることに留意されたい。
【００１８】
アディティブ製造プリントプロセスのために、直交カップラ10は容易に同調することができる。より詳細には、図６Ａ及び６Ｂを参照すると、第１に、製造プロセスに先立ち、誘電体材料30（図４Ａ〜４Ｃ）を形成する前にストリップ導体28（図３Ａ〜３Ｃ）に必要とされる幅を決定する。これにより、誘電体材料30及びシールド層34を形成した後に、上方ストリップ導体28と下方ストリップ導体20との間に所望の所定の結合度を有する直交カップラ10を生成するのに適切な幅を、完成直交カップラ10が有するようにする。従って、図６Ａを参照すると、例えば、Ansys-HFFS  (Ansys  corporation,  Canonsburg,  PA  15317)などの３次元電磁シミュレータを用いたコンピュータシミュレーションを用いて、完成直交カップラ10をモデル化する。この完成直交カップラ10は、シミュレートされた完成直交カップラのパラメータを入力する。このようなパラメータは、下方ストリップ導体20と上方ストリップ導体28との間に所定の所望の結合度を提供するように推定された上方ストリップ導体28の幅と、誘電体材料26と、その厚さと誘電率と、誘電体材料30と、その厚さと誘電率と、シールド層32とを含む。そのようなパラメータをコンピュータシミュレータに入力し、前記シミュレートされた直交カップラによって生成される実際の結合度をコンピュータに生成させる。生成された実際の結合度から、生成された実際の結合度と所定の所望の結合度との比較が行われる。もし生成された実際の結合度と所定の所望の結合度とが異なる場合には、シミュレーションにおける上方ストリップ導体28の幅を変化させ、それらが等しくなるまでそのプロセスを継続する。次に、図３Ａ〜図３Ｃに示すように、誘電体材料26、その厚さ及び誘電率（誘電定数）、及びシールド層34をシミュレーションから除去し、それにより、製造の中間段階でカップラのコンピュータモデルを提供する。次に、製造のその中間段階でのそのようなカップラの結合度を記録する。
【００１９】
この記録された結合度は、直交カップラ10の実際の製作中に使用される。より詳細には、図６Ｂを参照すると、製造プロセスは、  (a)  最小予測幅を有する上方ストリップ導体28の幅を伴う、図３Ａ〜図３Ｃに示す構造の完了後の直交カップラを設けるステップと、  (b)  例えば、Sパラメータアナライザのような従来のプロセスを用いて、ストリップ導体対間の結合度を測定するステップと、  (c)  測定された結合度を、記録された結合度と比較するステップと、  (d)  上方ストリップ導体28（図３Ａ〜３Ｃ）の幅を、徐々に増加させるステップと、  (e)  結合度が記録された結合度に達するまで(b)〜(d)を繰り返すステップと、  (f)  図４Ａ〜４Ｃから図５Ａ〜５Ｃに関連して上述したように、直交カップラ10を完成させるステップとを含む。所望のカップラを達成するために、最小カップラ仕様及び線幅28を設定して、線幅28を増加させる代わりに、カップラのための公称又はより大きな線幅28を使用することができ、線幅を所望のレベルまで減少させるためにレーザトリム又はミリングツールのような技術を使用することができることを理解されたい。
【００２０】
本開示による直交カップラは、  第１誘電体層により分離された一対の重複ストリップ導体であり、該一対の重複ストリップ導体の間に結合領域を提供する一対の重複ストリップ導体；  一対の対向する接地パッドであり、該一対の対向する接地パッドの間に前記結合領域が配置される一対の対向する接地パッド；  前記結合領域上で、前記一対の対向する接地パッドの間に配置される第２誘電体層；及び  前記第２誘電体層の上に配置され、前記第２誘電体層の対向する側部を覆って、前記一対の対向する接地パッド上にまで延びる導電性シールド層；  を含むことを理解されたい。
【００２１】
ここで、本開示による直交カップラは、誘電体基板；  前記誘電体基板の上方表面上に配置される第１金属層であり、    一対の接地パッド；    前記一対の接地パッドから離間された第1下方ストリップ導体であり、第１端部における入力と、第２端部における出力と、前記第１端部と前記第２端部との間及び前記一対の接地パッドの間に配置される結合領域を提供する部分とを有する、第１下方ストリップ導体；    入力端と出力端とを有する第２下方ストリップ導体；及び    入力端と出力端とを有する第３下方ストリップ導体；    を提供するようにパターン化されている第１金属層；  前記結合領域上に配置された第１誘電体層；  前記結合領域上の前記第１誘電体層を覆って配置され、ストリップ導体として構成された第２金属層であり、第２下方ストリップ導体の前記出力端上に電気的に接続されて配置された第１端を有し、第３下方ストリップ導体の前記入力端上に電気的に接続されて配置された第２端を有する、第２金属層；  第２金属層の上で、前記一対の接地パッドの間に配置される第２誘電体層；及び  前記第２誘電体層の上方表面上に配置され、前記第２誘電体層の側面を覆い前記一対の接地パッド上まで延びる導電性シールド層；  を含むことを理解されたい。
【００２２】
本開示に従った直交カップラを同調させる方法は、(a)誘電体層により分離された一対の重複ストリップ導体を含む直交カップラを提供するステップ；  (b)前記一対のストリップ導体対間の結合度を測定するステップ；  (c)前記の測定された結合度を所定の結合度と比較するステップ；  (d)前記一対のストリップ導体の上方の1つの幅を調整するステップ；  (e)前記の測定された結合度が前記所定の結合度に達するまで、ステップ(b)〜(d)を繰り返すステップ；  を含むことを理解されたい。
【００２３】
本開示の多くの実施形態を記述してきた。しかしながら、本開示の技術思想及び範囲から逸脱せずに、種々の改変がなされ得るということを理解されたい。例えば、接地パッド16a1、16a2を接地面導体13に電気的に接続するために、基板12の側面に配置された導電層34a、34bの代わりに、導電性ビアが基板12を通過するようにして、接地パッド16a1、16a2、及び対16b1、16b2を接地面導体13に接続してもよい。これらのビアは、第1金属層14(図１Ａ〜１Ｃ)を形成する前に形成することができる。したがって、他の態様は特許請求の範囲の範囲内にある。
【図１Ａ】
0006906640.tif 000002
【図１Ｂ】
0006906640.tif 000003
【図１Ｃ】
0006906640.tif 000004
【図２Ａ】
0006906640.tif 000005
【図２Ｂ】
0006906640.tif 000006
【図２Ｃ】
0006906640.tif 000007
【図３Ａ】
0006906640.tif 000008
【図３Ｂ】
0006906640.tif 000009
【図３Ｃ】
0006906640.tif 000010
【図３Ｄ】
0006906640.tif 000011
【図４Ａ】
0006906640.tif 000012
【図４Ｂ】
0006906640.tif 000013
【図４Ｃ】
0006906640.tif 000014
【図５Ａ】
0006906640.tif 000015
【図５Ｂ】
0006906640.tif 000016
【図５Ｃ】
0006906640.tif 000017
【図６Ａ】
0006906640.tif 000018
【図６Ｂ】
0006906640.tif 000019