(57)【要約】【課題】側結合においても密結合を実現し、加工精度による結合度のばらつきも抑える。【解決手段】誘電体基板１の表面に設けられた第１のストリップ導体２と、同じく誘電体基板１の表面に設けられ、第１のストリップ導体２に平行になるように配置された第２のストリップ導体３と、第１のストリップ導体２と第２のストリップ導体３との間の誘電体基板１の表面に設けられ、第１および第２のストリップ導体２，３のいずれにも接続されない第１の浮遊導体４と、第１のストリップ導体２及び第２のストリップ導体３の近傍になるように誘電体基板１の裏面に配置される地導体５と、第１のストリップ導体２と地導体５とを接続するとともに、第２のストリップ導体３と地導体５とを接続するショートスタブ６と、第１のストリップ導体２の両端と第２のストリップ導体３の両端とに設けられた入出力線路７〜１０とを備えている。【選択図】図１
2009253424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のストリップ導体と、
前記第１のストリップ導体に平行に配置された第２のストリップ導体と、
前記第１のストリップ導体と前記第２のストリップ導体との間に設けられ、いずれの導体とも接続されない第１の浮遊導体と、
前記第１のストリップ導体及び前記第２のストリップ導体の近傍に配置される地導体と、
前記第１のストリップ導体と前記地導体とを接続する第１の接続導体と、
前記第２のストリップ導体と前記地導体とを接続する第２の接続導体と
を備え、
前記第１のストリップ導体の両端と前記第２のストリップ導体の両端とに入出力線路を設けたことを特徴とする方向性結合器。
【請求項２】
前記第１のストリップ導体と前記第２のストリップ導体と前記第１の浮遊導体と前記第１の接続導体と前記第２の接続導体とから第１の単位セルを構成し、
前記第１のストリップ導体の端部どうしが対向し、且つ、前記第２のストリップ導体の端部どうしが対向するように前記第１の単位セルを複数個並べて配置したことを特徴とする請求項１に記載の方向性結合器。
【請求項３】
前記第１のストリップ導体と前記入出力線路とが対向する部分の上部または下部、および、前記第２のストリップ導体と前記入出力線路とが対向する部分の上部または下部に、前記第１および第２のストリップ導体のいずれにも接続されない第２の浮遊導体を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の方向性結合器。
【請求項４】
前記第１のストリップ導体の端部どうしが対向する部分の上部または下部、および、前記第２のストリップ導体の端部どうしが対向する部分の上部または下部に、前記第１および第２のストリップ導体のいずれにも接続されない第３の浮遊導体を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の方向性結合器。
【請求項５】
第１のストリップ導体と、
前記第１のストリップ導体に平行に配置された第２のストリップ導体と、
前記第１のストリップ導体と前記入出力線路とが対向する部分の上部または下部から前記第２のストリップ導体と前記入出力線路とが対向する部分の上部または下部まで延設され、前記第１および第２のストリップ導体のいずれにも接続されない第４の浮遊導体と、
前記第１のストリップ導体及び前記第２のストリップ導体の近傍に配置される地導体と、
前記第１のストリップ導体と前記地導体とを接続する第１の接続導体と、
前記第２のストリップ導体と前記地導体とを接続する第２の接続導体と
を備え、
前記第１のストリップ導体の両端と前記第２のストリップ導体の両端とに入出力線路を設けたことを特徴とする方向性結合器。
【請求項６】
前記第１のストリップ導体と前記第２のストリップ導体と前記第１の接続導体と前記第２の接続導体とから第２の単位セルを構成し、
前記第１のストリップ導体の端部どうしが対向し、且つ、前記第２のストリップ導体の端部どうしが対向するように前記第２の単位セルを複数個並べて配置したことを特徴とする請求項５に記載の方向性結合器。
【請求項７】
前記第１のストリップ導体の端部どうしが対向する部分の上部または下部から前記第２のストリップ導体の端部どうしが対向する部分の上部または下部まで延設され、前記第１および第２のストリップ導体のいずれにも接続されない第５の浮遊導体を設けたことを特徴とする請求項６に記載の方向性結合器。
【請求項８】
前記第１のストリップ導体と前記入出力線路とが対向する部分の上部または下部、および、前記第２のストリップ導体と前記入出力線路とが対向する部分の上部または下部に、前記第４の浮遊導体の端部に近接して設けられ、前記第１および第２のストリップ導体のいずれにも接続されない第６の浮遊導体を設けたことを特徴とする請求項５ないし７に記載の方向性結合器。
【請求項９】
前記第１のストリップ導体の端部どうしが対向する部分の上部または下部、および、前記第２のストリップ導体の端部どうしが対向する部分の上部または下部に、前記第５の浮遊導体の端部に近接して設けられ、前記第１および第２のストリップ導体のいずれにも接続されない第７の浮遊導体を設けたことを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載の方向性結合器。
【請求項１０】
前記第６および第７の浮遊導体の少なくともいずれか一方と、前記第１および第２のストリップ導体および前記入出力線路の少なくともいずれか一方とを接続する第３の接続導体を設けたことを特徴とする請求項９に記載の方向性結合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は方向性結合器に関し、特に、アンテナや導波管等に用いられる方向性結合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
方向性結合器は電力監視を行うために広く用いられる。一般的なストリップ線路を用いた方向性結合器の構成としては、２つのストリップ線路を近接させて平行に配置し、側結合させる構成がある（例えば、特許文献１、および、非特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−９０８０９号公報（第１図など）
【非特許文献１】Ikalainen, P. K. and Matthaei, G. L., “Wide-Band, Forward-Coupling Microstrip Hybrids with High Directivity,” IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques., vol. MTT-35, No. 8, pp.719-725, Aug. 1987
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のこのような構成のフォワード結合する方向性結合器においては、偶モード時の結合線路における位相速度と奇モード時の結合線路における位相速度との差が大きいほど、結合度が大きくなるが、実際には位相速度の差を大きくすることができず、密結合なフォワード結合する方向性結合器を実現することができないという問題点があった。
【０００５】
また、できるだけ密結合を得るためには、２つのストリップ線路をできるだけ近接させる必要があるが、ストリップ線路の間隔を狭くすると、微細な加工が必要となるため、加工精度によって結合度が大きくばらついてしまい、製品の性能にばらつきが生じる可能性があるという問題点があった。
【０００６】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、側結合においても密結合を実現し、加工精度による結合度のばらつきも抑えることが可能な方向性結合器を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、第１のストリップ導体と、前記第１のストリップ導体に平行に配置された第２のストリップ導体と、前記第１のストリップ導体と前記第２のストリップ導体との間に設けられ、いずれの導体とも接続されない第１の浮遊導体と、前記第１のストリップ導体及び前記第２のストリップ導体の近傍に配置される地導体と、前記第１のストリップ導体と前記地導体とを接続する第１の接続導体と、前記第２のストリップ導体と前記地導体とを接続する第２の接続導体とを備え、前記第１のストリップ導体の両端と前記第２のストリップ導体の両端とに入出力線路を設けたことを特徴とする方向性結合器である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、第１のストリップ導体と、前記第１のストリップ導体に平行に配置された第２のストリップ導体と、前記第１のストリップ導体と前記第２のストリップ導体との間に設けられ、いずれの導体とも接続されない第１の浮遊導体と、前記第１のストリップ導体及び前記第２のストリップ導体の近傍に配置される地導体と、前記第１のストリップ導体と前記地導体とを接続する第１の接続導体と、前記第２のストリップ導体と前記地導体とを接続する第２の接続導体とを備え、前記第１のストリップ導体の両端と前記第２のストリップ導体の両端とに入出力線路を設けたことを特徴とする方向性結合器であるので、側結合においても密結合を実現し、加工精度による結合度のばらつきも抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ’断面図である。図１及び図２おいて、１は、セラミック等から構成された多角形形状の誘電体基板である。２は誘電体基板１の表面に設けられた、略々Ｔ字型の第１のストリップ導体（第１のストリップ線路）、３は誘電体基板１の表面に設けられ、同じく略々Ｔ字型の第２のストリップ導体（第２のストリップ線路）、４は、第１のストリップ導体２と第２のストリップ導体との間に配置されるように、誘電体基板１の表面に設けられた、略々矩形の第１の浮遊導体である。また、５は、誘電体基板１の裏面に設けられた地導体である。６は、第１のストリップ導体２と地導体５、及び、第２のストリップ導体３と地導体５とを接続するショートスタブである。従って、ショートスタブ６は、第１のストリップ導体２と地導体５とを接続する第１の接続導体と、第２のストリップ導体３と地導体５とを接続する第２の接続導体とを構成している。
【００１０】
本実施の形態１に係わる方向性結合器においては、図１に示すように、誘電体基板１の表面上に、第１のストリップ導体２と第２のストリップ導体３とが平行に配置され、その間に設けられている第１の浮遊導体４は、第１のストリップ導体２と第２のストリップ導体３のいずれの導体とも接続されておらず、それらの導体との間に所定間隔のギャップ（隙間）１１〜１４が存在している。図１の例では、第１のストリップ導体２と第２のストリップ導体３とが、図中のＢ−Ｂ’線を軸として、線対称になるように配置されている。なお、Ａ−Ａ線およびＢ−Ｂ’線は、誘電体基板１の横方向および縦方向の中央線を示しているが、いずれも説明のために図示された架空の線であることは言うまでもない。
【００１１】
なお、図１の例では、誘電体基板１が多角形で、第１および第２のストリップ導体２，３が略々Ｔ字型の例を示しているが、いずれも、これに限定されるものではない。
【００１２】
また、図１において、７，８は、方向性結合器の誘電体基板１の表面において、第１のストリップ導体２の両端に設けられた入出力線路である。また、９，１０は、方向性結合器の誘電体基板１の表面において、第２のストリップ導体３の両端に設けられた入出力線路である。図１の例では、入出力線路７と８とが、Ａ−Ａ’線を軸として、線対称になるように配置されるとともに、入出力線路９と１０とが、Ａ−Ａ’線を軸として、線対称になるように配置されている。さらに、入出力線路７と９とが、Ｂ−Ｂ’線を軸として、線対称になるように配置されるとともに、入出力線路８と１０とが、Ｂ−Ｂ’線を軸として、線対称になるように配置されている。
【００１３】
また、１１は、第１のストリップ導体２と入出力線路７との間、および、第１の浮遊導体４と入出力線路７との間に存在する入出力ギャップであり、１２は、第１のストリップ導体２と入出力線路８との間、および、第１の浮遊導体４と入出力線路８との間に存在する入出力ギャップである。また、１３は、第２のストリップ導体３と入出力線路９との間、および、第１の浮遊導体４と入出力線路９との間に存在する入出力ギャップであり、１４は、第２のストリップ導体３と入出力線路１０との間、および、第１の浮遊導体４と入出力線路１０との間に存在する入出力ギャップである。
【００１４】
また、図２において、１５は、第１のストリップ導体２と第２のストリップ導体３と第１の浮遊導体４とショートスタブ６とからなる第１の単位セルである。
【００１５】
なお、図２に示すように、本実施の形態１においては、地導体５は誘電体基板１の裏面に設けられている例について説明するが、その場合に限らず、地導体５は、第１のストリップ導体２及び第２のストリップ導体３の近傍に配置されていればよいこととする。
【００１６】
図３は、図１のＢ−Ｂ’線における断面（断面Ｂ−Ｂ'とする。）に磁気壁を配置した状態を仮定した場合の等価回路を示したもので、従って、第１のストリップ導体２と、断面Ｂ−Ｂ'より第１のストリップ導体２側の第１の浮遊導体４と、断面Ｂ−Ｂ'より第１のストリップ導体２側のショートスタブ６と、入出力線路７，８とで構成されるストリップ線路を用いた方向性結合器の等価回路を示したものである。すなわち、図３に示す等価回路は、本実施の形態１に係る方向性結合器の偶モード動作時の等価回路である。図３において、１６は入出力線路７，８の偶モードの伝送線路モデル、１７は入出力ギャップ１１，１２による偶モードでの直列キャパシタンス、１８は第１のストリップ導体２と第１の浮遊導体４による偶モードでの直列インダクタンス、１９は第１のストリップ導体２と第１の浮遊導体４による偶モードでの並列キャパシタンス、２０は第１のストリップ導体２とショートスタブ６の偶モードでの並列インダクタンスを表す。
【００１７】
図４は、図１の断面Ｂ−Ｂ'に電気壁を配置した状態を仮定した場合の等価回路を示したもので、従って、第１のストリップ導体２と、断面Ｂ−Ｂ'より第１のストリップ導体２側の第１の浮遊導体４と、断面Ｂ−Ｂ'より第１のストリップ導体２側のショートスタブ６と、入出力線路７，８とで構成されるストリップ線路を用いた方向性結合器の等価回路を示したものである。すなわち、図４に示す等価回路は、本実施の形態１に係る方向性結合器の奇モード動作時の等価回路である。図４において、２１は奇モードの入出力線路７，８の伝送線路モデル、２２は入出力ギャップ１１，１２による奇モードの直列キャパシタンス、２３は第１のストリップ導体２と第１の浮遊導体４による奇モードの直列インダクタンス、２４は第１のストリップ導体２と第１の浮遊導体４による奇モードの並列キャパシタンス、２５は第１のストリップ導体２とショートスタブ６による奇モードの並列インダクタンスを表す。
【００１８】
次に、本実施の形態１に係る方向性結合器の動作について説明する。
図３または図４で表される回路の伝送線路モデル１６または２１以外の部分の伝搬定数は、次式（１）〜（３）のように表される。
【００１９】
【数１】
2009253424.tif 000003
【００２０】
ＬＲは直列インダクタンス１８または２３のインダクタンス値、ＣＲは並列キャパシタンス１９または２４のキャパシタンス値、ＬＬは並列インダクタ２０または２５のインダクタンス値、ＣＬは直列キャパシタンス１７または２２のキャパシタンス値、ωは各周波数、αは減衰定数、βは位相定数である。ＬＲＣＬ＞ＬＬＣＲのときの位相定数の周波数特性を図５に示す。２６は位相定数の値が０以外となる帯域の低周波側の帯域端部周波数fcl、２７は位相定数の値が０以外となる帯域の高周波側の帯域端部周波数fseであり、それぞれ、次式（４）〜（８）のように表される。
【００２１】
【数２】
2009253424.tif 000004
【００２２】
本実施の形態１においては、図１に示されるように、第１のストリップ導体２と、ショートスタブ６及び入出力線路７，８は、断面Ｂ−Ｂ'から第１の浮遊導体４を介して離れて配置されるため、断面Ｂ−Ｂ'からの影響は小さい。一方、第１の浮遊導体４は断面Ｂ−Ｂ'に接続されるため、偶モード動作時では断面Ｂ−Ｂ'が磁気壁となるから第１の浮遊導体４はどの導体にも接続されない浮遊導体となるが、奇モード動作時では断面Ｂ−Ｂ'が電気壁となるから第１の浮遊導体４は地導体となる。
【００２３】
従って、偶モード動作時（図３）は、入出力線路７と第１の浮遊導体４とが対向する部分もキャパシタンス１７に寄与する部分となるが、奇モード動作時（図４）は、第１の浮遊導体４が地導体となるため、入出力線路７と第１の浮遊導体４とが対向する部分はキャパシタンス２２に寄与しない。つまり、偶モードの直列キャパシタンス１７の値をＣｅＬ、奇モードの直列キャパシタンス２２の値をＣ０Ｌとすると、ＣｅＬ＞Ｃ０Ｌとなる。
【００２４】
このことから、式（５）より偶モード動作時の高周波側の帯域端周波数２７は、奇モード動作時では高周波側に移動する。このとき、直列キャパシタンス１７，２２により、高周波側の帯域端周波数２７と同様に、低周波側の帯域端周波数２６が高周波側に移動するように寸法を決定すると、位相定数の特性は図６のようになる。図６において、２８は偶モードにおける位相定数の周波数特性、２９は奇モードにおける位相定数の周波数特性をそれぞれ表す。
【００２５】
上述のことから、本実施の形態１においては、第１の浮遊導体４を設けたことにより、偶・奇モードにおけるＣＬの値の差を大きくできるため、図６のように偶・奇モードの位相定数が平行移動となるように特性が変化し、側結合の場合においても、密結合で広帯域なフォワード結合の方向性結合器となる。また、同じ結合量であれば、従来方法によるフォワード結合の方向性結合器よりも小型化することができる。
【００２６】
なお、上記の本実施の形態１の説明では、第１の浮遊導体４を第１のストリップ導体２及び第２のストリップ導体３と同じ面に配置したが、その場合に限らず、図３１の断面図のように、第１の浮遊導体４を第１のストリップ導体２及び第２のストリップ導体３と異なる面に配置するようにしてもよい。この場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２７】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。図７において、１，４，７−１０，１５は、図１と同様であり、これらについては同一符号を付して示し、ここでは説明を省略する。図７の構成において、図１と異なる点は、第１の単位セル１５が図１では１つ設けられていたのに対し、図７では、３つ設けられている点である。但し、図７の構成においても、第１の単位セル１５は、第１のストリップ導体２と第２のストリップ導体３と第１の浮遊導体４とショートスタブ６とから構成され、図１および図２に示した構成と全く同じである。また、図７において、３０は第１の単位セル１５間に存在する単位セル間ギャップである。本実施の形態２では、第１の単位セル１５を、第１のストリップ導体２の左右の端部どうし、かつ、第２のストリップ導体３の左右の端部どうしが対向するように単位セル間ギャップ３０を介して複数個並べて配置し、ショートスタブ６および地導体５を介して３つ縦続接続する。
【００２８】
本実施の形態２は、上記の実施の形態１と同様に、偶・奇モード動作時の位相定数を変化させることができるため、上記の実施の形態１と同様な方向性結合器を構成できる。また、本実施の形態２においては、第１の単位セル１５を、第１のストリップ導体２の左右の端子どうし、かつ、第２のストリップ導体３の左右の端部どうしが対向するように、単位セル間ギャップ３０を介して、３つ縦続接続するようにしたので、上記の実施の形態１よりも結合線路部分が長いため、より密結合な方向性結合器を実現することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態２では入出力ギャップ１１〜１４及び単位セル間ギャップ３０の形状を直線（すなわち、第１および第２のストリップ導体２，３の側面形状および第１の浮遊導体４の側面形状が直線）としたが、その場合に限らず、図８に示すように、それらが細かい凹凸を有する形状にしたインターデジタルキャパシタとしてもよく、その場合にも、同様の効果が得られる。また、インターデジタルキャパシタとすることで、単位セル間ギャップ３０間のキャパシタンス値が増加し、より低周波数で密結合な方向性結合器を実現することができる。
【００３０】
また、本実施の形態２では、第１の浮遊導体４を長方形としたが、その場合に限らず、図９に示すように、第１の浮遊導体４どうしが対向する距離が大きくなるように、内部に向かって凹となるような略々エの字型の形状としても、同様の効果が得られる。このように、第１の浮遊導体４を内に凹となるようにすることで、第１の浮遊導体４どうしの結合が低減し、より図３および図４に示す等価回路の特性に近くなり、良好な特性の方向性結合器が得られる。
【００３１】
なお、本実施の形態２では、第１の単位セル１５を３つ縦続接続したが、その場合に限らず、２つにしてもよく、あるいは、４つ以上の第１の単位セル１５を縦続接続しても良い。それらの場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３２】
実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。図１１は、図１０における断面Ｃ−Ｃ'の断面図である。図１２は、図１０における断面Ｄ−Ｄ'の断面図である。図１０、図１１及び図１２における３１は、第１のストリップ導体２と入出力線路７，８及び第２のストリップ線路３と入出力線路９，１０とが対向する部分の下部に配置され、どの導体とも接続されない第２の浮遊導体である。すなわち、本実施の形態３における方向性結合器の構成は、図１および図２に示した実施の形態１の構成に、さらに、第２の浮遊導体３１を追加した構成である。
【００３３】
本実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、対称面となる断面Ｂ−Ｂ'に電気壁および磁気壁を仮定することができ、そのときの等価回路はそれぞれ図３および図４となる。すなわち、上記の実施の形態１と同様に、偶・奇モード動作時の位相定数の差を大きくできるため、上記の実施の形態１と同様な方向性結合器を構成できる。また、入出力ギャップ１１〜１４（図１参照）の近傍に第２の浮遊導体３１が存在するため、直列キャパシタンス１７，２２の値が増加し、より低周波数で密結合な方向性結合器を実現することができる。
【００３４】
なお、上記の説明においては、第２の浮遊導体３１を、第１のストリップ導体２と入出力線路７，８及び第２のストリップ線路３と入出力線路９，１０とが対向する部分の下部に配置する例について説明したが、その場合に限らず、第１のストリップ導体２と入出力線路７，８及び第２のストリップ線路３と入出力線路９，１０とが対向する部分の上部になるように配置してもよく、その場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３５】
実施の形態４．
図１３は、この発明の実施の形態４に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。図１３において、３２は、第１のストリップ導体２の左右の端子どうし及び第２のストリップ導体３の左右の端子どうしが対向する部分の下部に配置され、第１および第２のストリップ導体２，３のいずれにも接続されていない第３の浮遊導体である。実施の形態４では、図１３に示すように、第１の単位セル１５を第３の浮遊導体３２を介して３つ縦続接続する。また、本実施の形態４においても、上記の図１０に示した実施の形態３と同様に、入出力ギャップの下部には、第２の浮遊導体３１が配置されている。従って、本実施の形態４における方向性結合器の構成は、図７に示した実施の形態２の構成に、実施の形態３の第２の浮遊導体３１と、本実施の形態４の第３の浮遊導体３２とをさらに追加した構成である。
【００３６】
本実施の形態４は、上記の実施の形態３と同様に、偶・奇モード動作時の位相定数を変化させることができるため、実施の形態３と同様な方向性結合器を構成できる。また、第１の単位セル１５を第３の浮遊導体３２を介して３つ縦続接続するようにしたので、実施の形態３よりも結合線路部分が長いため、より密結合な方向性結合器を実現することができる。
【００３７】
なお、本実施の形態４では、第２および第３の浮遊導体３１，３２をのべ４つ配置し、第１の単位セル１５を３つ縦続接続する例について説明したが、この場合に限らず、２つ、あるいは、４つ以上の第１の単位セル１５を縦続接続し、各単位セル間ギャップに第３の浮遊導体３２を複数配置するようにしても良い。なお、その場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３８】
なお、本実施の形態４では、第２の浮遊導体３１と第３の浮遊導体３２を、入出力ギャップまたは単位セル間ギャップの下部に配置したが、その場合に限らず、入出力ギャップまたは単位セル間ギャップの上部に配置しても良い。また、その場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３９】
実施の形態５．
図１４は、この発明の実施の形態５に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。図１５は、図１４における断面Ｃ−Ｃ'における断面図、図１６は、図１４における断面Ｄ−Ｄ'の断面図である。図１４、図１５、図１６における３３は、入出力線路７，８と第１のストリップ導体２とが対向する部分、及び、入出力線路９，１０と第２のストリップ線路３とが対向する部分のぞれぞれの下部に配置され、第１および第２のストリップ導体のいずれとも接続されない第４の浮遊導体である。第４の浮遊導体３３は、入出力線路７，８と第１のストリップ導体２とが対向している入出力ギャップの下部から、入出力線路９，１０と第２のストリップ線路３とが対向している入出力ギャップの下部まで、延設されている。また、図１４における３４は、第１のストリップ導体２と第２のストリップ導体３とショートスタブ６とからなる第２の単位セルである。すなわち、本実施の形態５の構成は、図１に示した実施の形態１の構成から第１の浮遊導体４を取り除き、代わりに、第４の浮遊導体３３を配置した構成であり、従って、図１に示した第１の単位セル１５と同様に、第２の単位セル３４が配置された構成である。
【００４０】
本実施の形態５では、上記の実施の形態１と同様に、対称面となる断面Ｂ−Ｂ'に電気壁および磁気壁を仮定することができ、そのときの等価回路はそれぞれ図３および図４となる。つまり、実施の形態１と同様に、偶・奇モード動作時の位相定数を変化させることができるため、実施の形態１と同様な方向性結合器を構成できる。また、入出力ギャップ１１〜１４の下部に第４の浮遊導体３３が存在するため、キャパシタンス１７，２２の値が増加し、より低周波数で密結合な方向性結合器を実現することができ、また、実施の形態３と比べ、簡単な構造とすることができる。
【００４１】
なお、本実施の形態５では、第４の浮遊導体３３を第１及び第２のストリップ導体２，３よりも下部に配置したが、この場合に限らず、第１及び第２のストリップ導体２，３よりも上部などに配置しても良い。また、その場合にも、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４２】
実施の形態６．
図１７は、この発明の実施の形態６に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。図１７における３５は、第２の単位セル３４どうしが対向している部分の下部に配置される第５の浮遊導体である。第５の浮遊導体３５は、第１のストリップ導体２の左右の端部どうしが対向している単位セルギャップ３０から、第２のストリップ導体３の左右の端部どうしが対向している単位セルギャップまで延設され、第１および第２のストリップ導体２，３のいずれにも接続されていない。本実施の形態６では、第２の単位セル３４を第５の浮遊導体３５を介して３つ縦続接続する。第２の単位セル３４は、第１のストリップ導体２の左右の端部どうし、かつ、第２のストリップ導体３の左右の端部どうしが対向するように単位セル間ギャップ３０を介して複数個並べて配置され、ショートスタブ６および地導体５を介して縦続接続されている。従って、本実施の形態６における方向性結合器の構成は、図７に示した実施の形態２の構成から第１の浮遊導体４を取り除き、代わりに、実施の形態５の第４の浮遊導体３３と、本実施の形態６の第５の浮遊導体３５とをさらに追加した構成である。
【００４３】
本実施の形態６は、上記の実施の形態５と同様に、偶・奇モード動作時の位相定数を変化させることができるため、実施の形態５と同様な方向性結合器を構成できる。また、第２の単位セル３４を第５の浮遊導体３５を介して３つ縦続接続するようにしたので、実施の形態５よりも結合線路部分が長いため、より密結合な方向性結合器を実現することができる。
【００４４】
なお、本実施の形態６では、第２の単位セル３４を３つ縦続接続したが、その場合に限らず、２つ、あるいは、４つ以上の第２の単位セル３４を縦続接続するようにしても良い。また、その場合にも、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４５】
なお、本実施の形態６では、第４の浮遊導体３３と第５の浮遊導体３５を第１および第２のストリップ導体２，３よりも下部に配置したが、第１および第２のストリップ導体２，３よりも上部などに配置しても良い。また、その場合にも、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４６】
実施の形態７．
図１８は、この発明の実施の形態７に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。図１９は、図１８における断面Ｄ−Ｄ'の断面図である。図１８及び図１９における３６は、入出力線路７，８と第１のストリップ導体２が対向する入出力ギャップの一部分の下部（または上部）、および、入出力線路９，１０と第２のストリップ線路３が対向する入出力ギャップの一部分の下部（または上部）に、第４の浮遊導体３３の長手方向の端部に近接して配置される第６の浮遊導体である。なお、第６の浮遊導体３６は、第１および第２のストリップ導体２，３のいずれにも接続されていない。すなわち、本実施の形態７の構成は、図１４に示した実施の形態５の延設された第４の浮遊導体３３を若干短めにし、その短くした両端の部分に別体の第６の浮遊導体３６を設けた構成である。
【００４７】
本実施の形態７においても、実施の形態１と同様に、対称面となる断面Ｂ−Ｂ'に電気壁および磁気壁を仮定することができ、そのときの等価回路は、それぞれ図３および図４となる。すなわち、上記の実施の形態１と同様に、偶・奇モード動作時の位相定数を変化させることができるため、実施の形態１と同様な方向性結合器を構成できる。また、偶・奇モードにより、入出力線路７，８と第６の浮遊導体３６との対向している部分による図３及び図４の直列キャパシタンス１７，２２に寄与するキャパシタンスの値は、偶・奇モードでほぼ変化しないため、実施の形態５の場合よりも、偶モードの直列キャパシタンス１７と奇モードの直列キャパシタンス２２の値の差が小さい。このことから、実施の形態５における直列キャパシタンス１７，２２の差が大きいために結合量が大きすぎる場合、実施の形態７の構造とすることで、疎結合な方向性結合器を実現できる効果がある。
【００４８】
実施の形態８．
図２０は、この発明の実施の形態８に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。図２０における３７は、第２の単位セル３４の第１または第２のストリップ導体の左右の端子どうしが対向している入出力ギャップの一部分の下部（または上部）に、第５の浮遊導体３５の長手方向の端部に近接して配置される第７の浮遊導体である。なお、第７の浮遊導体３７は、第１および第２のストリップ導体２，３のいずれにも接続されていない。本実施の形態８では、第２の単位セル３４を、第１のストリップ導体２の左右の端子どうし且つ第２のストリップ導体３の左右の端子どうしが対向するように、３つ縦続接続する。すなわち、本実施の形態８の構成は、図１７に示した実施の形態６の延設された第４の浮遊導体３３および第５の浮遊導体３５をそれぞれ若干短くし、その短くした両端に、別体からなる第６の浮遊導体３６および第７の浮遊導体３７をそれぞれ設けた構成である。
【００４９】
実施の形態８は、上記の実施の形態７と同様に、偶・奇モード動作時の位相定数を変化させることができるため、実施の形態７と同様な方向性結合器を構成できる。また、本実施の形態においては、第２の単位セル３４を第５の浮遊導体３７を介して３つ縦続接続するようにしたので、実施の形態７よりも結合線路部分が長いため、より密結合な方向性結合器を実現することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態８では、第２の単位セル３４を３つ縦続接続したが、この場合に限らず、２つ、あるいは、４つ以上の第２の単位セル３４を、複数の第５の浮遊導体３６と第７の浮遊導体３７を介して縦続接続しても良い。その場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５１】
なお、本実施の形態８では、第４の浮遊導体３３、第５の浮遊導体３５、第６の浮遊導体３６及び第７の浮遊導体３７を、それぞれ、入出力線路７，８，９，１０よりも下部に配置したが、その場合に限らず、入出力線路７，８，９，１０よりも上部などに配置しても良い。その場合にも、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５２】
また、本実施の形態８では、第４の浮遊導体３３および第５の浮遊導体３５を長方形（矩形）としたが、その場合に限らず、図２１に示すように、第４の浮遊導体３３端部と第５の浮遊導体３５の端部との距離または第５の浮遊導体３５の端部間の距離が大きくなるように、内に凹となるような略々エの字形状としても、同様の効果が得られる。このように、第５の浮遊導体３５を内に凹となるようにすることで、第５の浮遊導体３５どうしの結合が低減し、より図３および図４に示す等価回路の特性となるため、より良い特性の方向性結合器を実現でき、また設計が容易となる効果がある。
【００５３】
また、この実施の形態８では、第１のストリップ導体２と、第６の浮遊導体３６および第７の浮遊導体３７とは接続されていないが、図２２のように、第１および第２のストリップ導体２，３と、第６の浮遊導体３６および第７の浮遊導体３７とを第３の接続導体３８により接続してもよく、その場合も同様の効果が得られる。図２３は、図２２の断面Ｅ−Ｅ'における断面図である。図２３に示すように、接続導体３８は、第１及び第２のストリップ導体２，３から、第６の浮遊導体３６または第７の浮遊導体３７まで、誘電体基板１を貫通するように配置されている。このように、第６の浮遊導体３６および第７の浮遊導体３７と第１，第２のストリップ導体２，３とを第３の接続導体３８を介して接続することで、等価回路上の並列キャパシタンス１７，２２が増加し、より低周波数で密結合な方向性結合器を実現することができる。
【００５４】
実施の形態９．
図２４はこの発明の実施の形態９に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。本実施の形態９においては、図７の実施の形態２における入出力ギャップ１１〜１４の間隔に対して、単位セル間ギャップ３０の間隔が、約２倍となるように、単位セル間ギャップ３０を大きくして、入出力線路７〜１０と第１の単位セル１５とを縦続接続している。他の構成は、実施の形態２と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。
【００５５】
図２５は、図２４における断面Ｂ−Ｂ'に磁気壁または電気壁を仮定したときの、断面Ｂ−Ｂ'より入出力線路７，８側の第１の単位セル１５と、入出力線路７，８とで構成されるストリップ線路を用いた本実施の形態９の方向性結合器の等価回路である。図２５における１７aは入出力ギャップ１１，１２による偶モードでの直列キャパシタンスである。また、図２６における１７ｂは、図２５の直列キャパシタンス１７aのキャパシタンス値の約半分となる直列キャパシタである。
【００５６】
図２５におけるキャパシタンス１７aは直列に接続されていることから、キャパシタンス１７aのキャパシタンス値の約半分の値となるキャパシタンス１７ｂで置き換えることができるため、図２５の等価回路は、図２６のようになる。一方、図２４においては、入出力ギャップ１１〜１４の間隔に対して、単位セル間ギャップ３０の間隔が約２倍となっているため、入出力ギャップ７〜１０のキャパシタンスに比べて単位セル間ギャップ３０のキャパシタンスは約１／２となっている。したがって、本実施の形態９によれば、より図２６に示す等価回路に近い構成となるため、インピーダンス整合のとれた良好な反射特性を有する方向性結合器が得られるという効果がある。
【００５７】
なお、本実施の形態９では、第１の単位セル１５を３つ縦続接続したが、その場合に限らず、２つ、あるいは、４つ以上の第１の単位セル１５を縦続接続しても良い。また、その場合にも、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５８】
実施の形態１０．
図２７は、この発明の実施の形態１１に係わるマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。入出力ギャップ１１〜１４と第４の浮遊導体３３によるキャパシタンス値が、第２の単位セル３４どうしが対向する部分と第５の浮遊導体３５によるキャパシタンス値の約２倍となるように、第２の単位セル３４どうしが対向する側の第１のストリップ導体２と第２のストリップ導体３の幅を狭くしている。あるいは、図２８に示すように、第５の浮遊導体３５の大きさ（幅）を、第４の浮遊導体３３の大きさ（幅）の約半分として配置している。図２７および図２８の構成においては、共に、入出力線路７〜１０に対して、単位セル３４を３つ縦続接続している。他の構成は、図１７の実施の形態６の構成と基本的に同じである。なお、図２７の構成と図２８の構成とを組み合わせるようにしてもよい。
【００５９】
本実施の形態１０は、入出力ギャップ１１〜１４と第４の浮遊導体３３によるキャパシタンス値が、第２の単位セル３４どうしが対向する部分と第５の浮遊導体３５によるキャパシタンス値の約２倍となっていることから、実施の形態６よりも、図２６に示す等価回路に近い構成となるため、インピーダンス整合のとれた良好な反射特性を有する方向性結合器が得られるという効果がある。
【００６０】
なお、本実施の形態１０では、第２の単位セル３４を３つ縦続接続したが、その場合に限らず、２つ、あるいは、４つ以上の単位セル３４と第５の浮遊導体３５を縦続接続しても良い。
【００６１】
実施の形態１１．
図２９は、この発明の実施の形態１１に係わるコプレナー線路を用いた方向性結合器の構成を示す上面図である。図３０は、図２９における断面Ｃ−Ｃ'の断面図である。本実施の形態１１においては、入出力線路７と９との間、および、入出力線路８と１０との間の、誘電体基板１の表面上に、地導体５が設けられている。また、入出力線路７と８との間、および、入出力線路９と１０との間の、誘電体基板１の表面上に、第１および第２のストリップ導体２，３に接続された地導体５が設けられている。
【００６２】
本実施の形態においても、上記の実施の形態１と同様に対称面となる断面Ｂ−Ｂ'に電気壁および磁気壁を仮定することができ、そのときの等価回路はそれぞれ図３、図４となる。すなわち、本実施の形態１１においても、実施の形態１と同様に、偶・奇モード動作時の位相定数を変化させることができるため、実施の形態１と同様な方向性結合器を構成できる。また、本実施の形態１１においては、第１および第２のストリップ線路２，３や、入出力線路７〜１０、および、第１の浮遊導体４に対して、地導体５を同一平面で形成できるため、誘電体基板１の上面の導体と下面の導体を接続する構造が不要となり、実施の形態１よりも構成が簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る方向性結合器の構成を示した上面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る方向性結合器の構成を示した図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る方向性結合器において、図１のＢ−Ｂ’断面に磁気壁を仮定した場合の等価回路を示した回路図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る方向性結合器において、図１のＢ−Ｂ’断面に電気壁を仮定した場合の等価回路を示した回路図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る方向性結合器における周波数特性をグラフで示した説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る方向性結合器における周波数特性をグラフで示した説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る方向性結合器の構成を示した上面図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る方向性結合器の変形例の構成を示した上面図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る方向性結合器の変形例の構成を示した上面図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る方向性結合器の構成を示した上面図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に係る方向性結合器の構成を示した図１０のＣ−Ｃ’断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態３に係る方向性結合器の構成を示した図１０のＤ−Ｄ’断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に係る方向性結合器の構成を示した上面図である。
【図１４】この発明の実施の形態５に係る方向性結合器の構成を示した上面図である。
【図１５】この発明の実施の形態５に係る方向性結合器の構成を示した図１４のＣ−Ｃ’断面図である。
【図１６】この発明の実施の形態５に係る方向性結合器の構成を示した図１４のＤ−Ｄ’断面図である。
【図１７】この発明の実施の形態６に係る方向性結合器の構成を示した上面図である。
【図１８】この発明の実施の形態７に係る方向性結合器の構成を示した上面図である。
【図１９】この発明の実施の形態７に係る方向性結合器の構成を示した図１８のＤ−Ｄ’断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態８に係る方向性結合器の構成を示した上面図である。
【図２１】この発明の実施の形態８に係る方向性結合器の変形例の構成を示した上面図である。
【図２２】この発明の実施の形態８に係る方向性結合器の変形例の構成を示した上面図である。
【図２３】この発明の実施の形態８に係る方向性結合器の構成を示した図２２のＥ−Ｅ’断面図である。
【図２４】この発明の実施の形態９に係る方向性結合器の変形例の構成を示した上面図である。
【図２５】この発明の実施の形態９に係る方向性結合器において、図２４のＢ−Ｂ’断面に磁気壁または電気壁を仮定した場合の等価回路を示した回路図である。
【図２６】この発明の実施の形態９に係る方向性結合器における図２５の回路の等価回路を示した回路図である。
【図２７】この発明の実施の形態１０に係る方向性結合器の構成を示した上面図である。
【図２８】この発明の実施の形態１０に係る方向性結合器の変形例の構成を示した上面図である。
【図２９】この発明の実施の形態１１に係る方向性結合器の構成を示した上面図である。
【図３０】この発明の実施の形態１１に係る方向性結合器の構成を示した図２９のＣ−Ｃ’断面図である。
【図３１】この発明の実施の形態１に係る方向性結合器の変形例の構成を示したＡ−Ａ’断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  誘電体基板、２  第１のストリップ導体、３  第２のストリップ導体、４  第１の浮遊導体、５  地導体、６  ショートスタブ、７，８，９，１０  入出力線路、１１，１２，１３，１４  入出力ギャップ、１５  第１の単位セル、１６，２１  伝送線路モデル、１７，２２  直列キャパシタンス、１８，２３  直列インダクタンス、１９，２４  並列キャパシタンス、２０，２５  並列インダクタンス、３０  単位セル間ギャップ、３１  第２の浮遊導体、３２  第３の浮遊導体、３３  第４の浮遊導体、３４  第２の単位セル、３５  第５の浮遊導体、３６  第６の浮遊導体、３７  第７の浮遊導体。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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