(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体に主線路と副線路が間隔を介し、かつ、少なくとも一部分を並設し電磁結合可能な状態で形成されており、副線路は主線路の線路長より長い線路長を有し、電磁結合により主線路を流れる信号の一部を取り出す構成を備えた方向性結合器において、前記基体は多層構造と成しており、前記主線路は、副線路と電磁結合する電磁結合部位が直線状と成しており、前記副線路は前記基体の多層構造の主線路が形成されている層と主線路が形成されていない層の複数の層に渡ってビアホールを介したスパイラル状に形成される構成と成し、前記主線路と電磁結合する前記副線路の直線部は、主線路の電磁結合部位と同一平面上の少なくとも一方の横側に間隔を介して並設する部分と、前記主線路の電磁結合部位の真上側に間隔を介して並設する部分を有しており、前記主線路は全長に渡って直線状に形成されていることを特徴とした方向性結合器。
【請求項２】
基体に主線路と副線路が間隔を介し、かつ、少なくとも一部分を並設し電磁結合可能な状態で形成されており、副線路は主線路の線路長より長い線路長を有し、電磁結合により主線路を流れる信号の一部を取り出す構成を備えた方向性結合器において、前記基体は多層構造と成しており、前記主線路は、副線路と電磁結合する電磁結合部位が直線状と成しており、前記副線路は前記基体の多層構造の主線路が形成されている層と主線路が形成されていない層の複数の層に渡ってビアホールを介したスパイラル状に形成される構成と成し、前記主線路と電磁結合する前記副線路の直線部は、主線路の電磁結合部位と同一平面上の両方の横側にそれぞれ間隔を介して並設する部分を有しており、前記主線路は全長に渡って直線状に形成されていることを特徴とした方向性結合器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば出力信号の一部を取り出してフィードバック制御用の信号として出力する方向性結合器に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
図８には方向性結合器の一例が模式的な平面図により示されている。この方向性結合器１は、基体２と、この基体２に形成されている主線路３および副線路４とを有して構成されている。主線路３と副線路４は、互いに一部分が間隔を介し並設されており、この並設部分で電磁結合する。副線路４は、その電磁結合によって、主線路３を流れる信号の一部を取り出すことができる。
【０００３】
例えば、方向性結合器１が携帯型電話機に組み込まれる場合には、送信側の高周波回路で使用される。主線路３の一端側３αが高周波増幅回路に接続され、他端側３βがアンテナ側に接続される。また、副線路４の一端側４αが高周波増幅回路を制御する回路に接続され、他端側４βは終端抵抗で終端されている。副線路４は、主線路３を通過する電力の一部を取り出し（検出し）、この検出信号は高周波増幅回路を制御する回路に送られ、当該回路によって高周波増幅回路から出力される高周波電力を制御することで、アンテナから発せられる信号の大きさを予め定められた範囲内に保っている。
【０００４】
なお、主線路３の一端３αから入力され、他端３βに出力される際に発生する損失を「挿入損失」と称し、また、主線路３の一端３αから入力され、副線路４の一端４αに出力される電力を「結合度」と称し、さらに、主線路３の一端３αから入力された電力が結合器内部や出力端（他端）３βなどで反射され入力端３αに出力される電力に対して副線路４の他端４βに現れる微小な電力を「アイソレーション」と称し、さらにまた、「結合度」と「アイソレーション」の比を「ダイレクティビティ」と称する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、携帯型電話機などの組み込み対象装置の小型化に伴って、方向性結合器１の小型化が図られている。このため、基体２が小さくなって、必然的に、主線路３と副線路４の並設部分の長さが短くなる。つまり、主線路３と副線路４が電磁結合している部分が短くなる。このことから、十分な結合度を得られない、という問題が生じてきている。
【０００６】
そこで、十分な結合度を得るためには、主線路３と副線路４間の間隔を狭くすることが考えられる。しかしながら、間隔を狭くしすぎると、主線路３と副線路４間で絶縁破壊が発生する虞があり、主線路３と副線路４間の間隔を狭くするのにも限界があり、満足な結合度を得ることができない。
【０００７】
このため、図９に示されるような方向性結合器１が提案されている。この提案の方向性結合器１では、主線路３の両側にそれぞれ間隔を介して副線路４（４Ａ，４Ｂ）を並設し、これら副線路４Ａ，４Ｂの両端をそれぞれ短絡している。この構成では、主線路３と平行になっている副線路部分を増加することで、満足のいく結合度を得ようとするものである。
【０００８】
また、その他の提案としては、両線路３，４の線幅を細くすることで基板２上に長い線路を配置することが考えられる。しかし、この場合、線路の損失が増大することから挿入損失を大きくすることにつながり、方向性結合器１を組み込んだ機器の消費電力が大きくなる原因となる。これは、電池駆動が一般的である携帯電話端末などでは駆動時間短縮につながる問題となる。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、所望の結合度と十分なダイレクティビティを確保しつつ、装置の小型化を図ることができる方向性結合器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、基体に主線路と副線路が間隔を介し、かつ、少なくとも一部分を並設し電磁結合可能な状態で形成されており、副線路は主線路の線路長より長い線路長を有し、電磁結合により主線路を流れる信号の一部を取り出す構成を備えた方向性結合器において、前記基体は多層構造と成しており、前記主線路は、副線路と電磁結合する電磁結合部位が直線状と成しており、前記副線路は前記基体の多層構造の主線路が形成されている層と主線路が形成されていない層の複数の層に渡ってビアホールを介したスパイラル状に形成される構成と成し、前記主線路と電磁結合する前記副線路の直線部は、主線路の電磁結合部位と同一平面上の少なくとも一方の横側に間隔を介して並設する部分と、前記主線路の電磁結合部位の真上側に間隔を介して並設する部分を有しており、前記主線路は全長に渡って直線状に形成されている構成と成していることを特徴としている。
【００１１】
第２の発明は、基体に主線路と副線路が間隔を介し、かつ、少なくとも一部分を並設し電磁結合可能な状態で形成されており、副線路は主線路の線路長より長い線路長を有し、電磁結合により主線路を流れる信号の一部を取り出す構成を備えた方向性結合器において、前記基体は多層構造と成しており、前記主線路は、副線路と電磁結合する電磁結合部位が直線状と成しており、前記副線路は前記基体の多層構造の主線路が形成されている層と主線路が形成されていない層の複数の層に渡ってビアホールを介したスパイラル状に形成される構成と成し、前記主線路と電磁結合する前記副線路の直線部は、主線路の電磁結合部位と同一平面上の両方の横側にそれぞれ間隔を介して並設する部分を有しており、前記主線路は全長に渡って直線状に形成されていることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１（ａ）には第１実施形態例の方向性結合器が模式的な平面図により示され、図１（ｂ）には第１実施形態例の方向性結合器の分解図が示され、図１（ｃ）には図１（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図が模式的に示されている。なお、この第１実施形態例の説明において、図８や図９に示す方向性結合器と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００１５】
第１実施形態例では、基体２は絶縁体により構成されており、多層構造となっている。この基体２の１層目２ａに主線路３が形成されている。この主線路３は、基体２の一端側から他端側にかけて全長が直線状に形成されており、主線路３の両端部には、それぞれ、外部接続用電極６が設けられている。主線路３は、外部接続用電極６を介して、外部の例えばアンテナや信号供給源の回路に導通接続されることとなる。
【００１６】
副線路４は、基体２の１層目２ａから２層目２ｂに渡って形成されており、基体２の１層目２ａに形成されている部分（１層目形成部分）４ａと、２層目２ｂに形成されている部分（２層目形成部分）４ｂとはビアホール７を介して接続されている。この副線路４は、略スパイラル形状となっている。
【００１７】
この第１実施形態例では、副線路４の１層目形成部分４ａは直線部と成し、全長に渡って主線路３の横側に間隔を介し、かつ、主線路３に沿って並設されている。また、２層目形成部分４ｂはその一部の直線部分Ｐが主線路３の上方側に当該主線路３に沿って並設されている。この副線路４の両端部にも、それぞれ、主線路３と同様に、外部接続用電極Ｘ，Ｙが設けられており、当該外部接続用電極Ｘ，Ｙによって、副線路４は、外部の回路と導通接続することができる。なお、図１では、基体２は２層だけしか図示されていないが、例えば、２層目２ｂの上側に副線路４を保護するための外装用絶縁層を形成してもよい。
【００１８】
この第１実施形態例では、上記のように、副線路４は、主線路３の横側に間隔を介して並設する部分４ａと、主線路３の上方側に間隔を介して並設する部分Ｐとを有している。その副線路４の一部分４ａ，Ｐと、主線路３のほぼ全長とは、互いに電磁結合する電磁結合部位Ｅとなっている。つまり、図８に示される方向性結合器１のように主線路３の一方側の横側だけに副線路４が並設されている構成に比べて、副線路４と主線路３が電磁結合する部分の長さを長くすることができる構成となっている。これにより、基体２を大型化することなく、主線路３と副線路４の結合度を高めることができる。
【００１９】
このことは、本発明者の実験により確認されている。その実験では、第１実施形態例の方向性結合器１と、図８の方向性結合器１と、図９の方向性結合器１とに関して、それぞれ、主線路３と副線路４の結合度を調べた。その結果が図２に示されている。図２では、実線Ａは、第１実施形態例の方向性結合器１のものであり、実線Ｂは、図８の方向性結合器１のものであり、点線Ｃは、図９の方向性結合器１のものである。この図２にも示されているように、この第１実施形態例の構成を有することによって、図８や図９の構成に比べて、主線路３と副線路４の結合度を高めることができる。
【００２０】
また、この第１実施形態例では、副線路４は略スパイラル形状と成しており、副線路４のインダクタンス値を大きくできる構成である。このため、アイソレーション特性を向上させることができる。
【００２１】
よって、図３に示されるダイレクティビティを調べる実験結果にも表されているように、第１実施形態例の構成を有する方向性結合器１（実線Ａ参照）は、図８のもの（実線Ｂ参照）や図９のもの（点線Ｃ参照）に比べて、ダイレクティビティを格段に向上させることができる。なお、この第１実施形態例では、副線路４のインダクタンス値をできるだけ大きくしてダイレクティビティの改善を図るために、副線路４は、基体２の端縁の近傍に当該端縁に沿って形成されており、線路長を長くしている。
【００２２】
以上のように、この第１実施形態例の構成を備えることによって、ダイレクティビティを向上させて副線路４が主線路３から検出する信号の検出精度を高めつつ、小型化を図ることができる方向性結合器１を提供することが容易となる。
【００２３】
また、この第１実施形態例では、主線路３は、全長に渡って直線状に形成されており、線路の長さを抑えている。これにより、次に示すような効果を得ることができる。例えば、主線路３が長いと、挿入損失が増加し、方向性結合器１が組み込まれる装置の電力消費量を増加させてしまうという問題が生じる。例えば、方向性結合器１が携帯型電話機などの電池駆動式の装置に搭載される場合には、主線路３の挿入損失増加によって、その装置の電池の消耗を早めてしまうという問題が生じる。これに対して、この第１実施形態例では、主線路３を直線状にして短く形成しているので、挿入損失を抑制することができて、方向性結合器１が組み込まれる装置の電力消費量を抑えることができる。
【００２４】
以下に、第１実施形態例の方向性結合器１の製造工程の一例を図４を利用して簡単に説明する。まず、図４（ａ）に示されるような、複数の方向性結合器１を取り出し形成するための親基板１０を用意する。この親基板１０は絶縁基板であり、この親基板１０の構成材料としては、例えば、アルミナやガラスセラミックス等のセラミックスや、フェライトや、それら以外の誘電体などがある。
【００２５】
この親基板１０の各々の方向性結合器形成領域１２に、図４（ｂ）に示されるように、基体２の１層目２ａに形成される線路（つまり、主線路３および副線路４の１層目形成部分４ａ）を形成する。
【００２６】
この線路の形成手法の一つとして、例えば、フォトリソグラフィ技術がある。フォトリソグラフィ技術の場合、まず、親基板１０の上面全面に例えば印刷工法や成膜形成工法（例えばスパッタリングや蒸着など）により導電膜を成膜する。次に、その導電膜の上にフォトレジスト材をコートし、この上に主線路３および副線路４の１層目形成部分４ａのパターン形状でマスクし露光を行う。そして、不要なレジスト材を溶剤等で除去する。その後、例えばウエットエッチングやドライエッチングやリフトオフやアディティブやセミアディティブなどの工法により上記導体層を加工して主線路３および副線路４の１層目形成部分４ａを形成する。
【００２７】
また、フォトリソグラフィ技術により主線路３および副線路４の１層目形成部分４ａを形成するのではなく、例えば、印刷工法により主線路３および副線路４の１層目形成部分４ａを形成することもできる。この場合には、マスクパターンを利用して親基板１０の表面に導電性のペーストを印刷することで、親基板１０の各々の方向性結合器形成領域１２に、主線路３および副線路４の１層目形成部分４ａを形成することができる。
【００２８】
上記のように主線路３および副線路４の１層目形成部分４ａを形成した後、図４（ｃ）に示されるように、親基板１０の上面全面に、線路の厚みよりも厚い絶縁材料の層１３を例えば印刷工法やスピンコートなどの手法により形成する。この絶縁層１３を構成する材料の例を挙げると、例えば、ガラスや、ポリイミドや、更にこれらに感光成分を含ませた感光性ガラスや、感光性ポリイミドなどがある。
【００２９】
そして、この絶縁層１３の各方向性結合器形成領域１２毎にそれぞれビアホール（７）を形成する。
【００３０】
然る後に、図４（ｄ）に示されるように、絶縁層１３の上側に、各方向性結合器形成領域１２毎に、前記同様に、基体２の２層目２ｂに形成される線路（つまり、この第１実施形態例では、副線路４の２層目形成部分４ｂ）を形成する。
【００３１】
その後、図４（ｅ）に示されるように、絶縁層１３の上面全面に、線路の厚みよりも厚い絶縁層１４を絶縁層１３の形成手法と同様に外装用絶縁層として形成する。
【００３２】
そして、各方向性結合器形成領域１２間の境界線Ｌに沿って親基板１０を分割することで、図４（ｆ）に示されるような方向性結合器１を多数取り出すことができる。親基板１０を分割する手法としては、例えば、ダイシングやスクライブブレイク等の工法がある。なお、この親基板１０の分割工程において、親基板１０を設定の載置位置に精度良く位置決めするために、例えば、親基板１０の分割工程の前に、親基板１０の絶縁層１４の上面に位置決め用のマークなどを形成してもよい。
【００３３】
以上のようにして、方向性結合器１を作り出すことができる。
【００３４】
以下に、本発明に関連する参考例を説明する。なお、この参考例の説明において、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００３５】
図５（ａ）には参考例の方向性結合器の上面図が模式的に示され、図５（ｂ）には参考例の方向性結合器の模式的な分解図が示されている。この参考例では、主線路３は、基体２の１層目２ａに略コ字形状に形成されている。この主線路３の両端部にも、それぞれ、第１実施形態例と同様に、外部接続用電極６が設けられており、基体側面に設けた端子を通して各回路と接続される。
【００３６】
副線路４は、第１実施形態例と同様に、基体２の１層目２ａと２層目２ｂに渡って形成されて略スパイラル形状に形成されており、１層目形成部分４ａと、２層目形成部分４ｂとはビアホール７を介して接続されている。副線路４の１層目形成部分４ａは殆どが主線路３の横側に間隔を介し該主線路３に沿って直線状に並設されている。副線路４の２層目形成部分４ｂは一部分Ｐが主線路３の上方側に間隔を介して該主線路３に沿って直線状に並設されている。副線路４の両端にも、それぞれ、主線路３と同様に、外部接続用電極Ｘ，Ｙが設けられて、基体側面に設けられた端子を通して各回路と接続される。
【００３７】
この参考例においても、第１実施形態例と同様に、副線路４は、主線路３の上方側に並設する部分Ｐと、主線路３の横側に並設する部分４ａとを有し、主線路３と電磁結合する電磁結合部位Ｅを長くできることから、基体２を大型化することなく、主線路３と副線路４の結合度を高めることができる。
【００３８】
その上、副線路４は略スパイラル形状と成しているために、副線路４のインダクタンス値を大きくすることができるので、アイソレーション特性を向上させることができる。このアイソレーション特性の向上効果と、結合度の向上効果とが相まって、方向性結合器１の小型化を図りつつ、ダイレクティビティを格段に改善することができる。これにより、副線路４による主線路３の信号の検出精度を高めることができる。
【００３９】
なお、この発明は第１実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第１実施形態例では、副線路４は、主線路３の上方側に間隔を介して並設する部分Ｐと、主線路３の横側に間隔を介して並設する部分４ａとを有していたが、例えば、図６（ｂ）の断面図に示されるように、略スパイラル形状の副線路４は、主線路３の同一平面上の一方側の横側に間隔を介して直線状に並設する部分と、他方側の横側に間隔を介して直線状に並設する部分とを有する構成としてもよい。この場合には、例えば、主線路３や副線路４を、図６（ａ）の分解図に示されるような形状に形成することにより、図６（ｂ）の断面図に示されるような配置関係を持つ主線路３と副線路４を形成することができる。なお、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ部分に対応する断面図となる。
【００４０】
また、例えば、図７（ｂ）の断面図に示されるように、略スパイラル形状の副線路４は、主線路３の上方側に間隔を介して直線状に並設する部分と、主線路３の同一平面上の一方側の横側に間隔を介して直線状に並設する部分と、他方側の横側に間隔を介して直線状に並設する部分とを有する構成としてもよい。この場合には、例えば、主線路３や副線路４を、図７（ａ）の分解図に示されるような形状に形成することにより、図７（ｂ）の断面図に示されるような配置関係を持つ主線路３と略スパイラル形状の副線路４とを形成することができる。なお、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ部分に対応する断面図となる。
【００４３】
さらに、副線路４は、主線路３の上方側に間隔を介して並設する部分と、主線路３の下方側に間隔を介して並設する部分と、主線路３の同一平面上の一方側の横側に間隔を介して並設する部分と、他方側の横側に間隔を介して並設する部分とを全て有する構成としてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
この発明によれば、副線路は略スパイラル形状と成しているので、副線路のインダクタンス値を大きくすることができる。このため、主線路と副線路のアイソレーション特性を向上させることができて、ダイレクティビティを改善することができる。これにより、副線路による主線路の信号の検出精度を高めることができて、性能の信頼性の高い方向性結合器を提供することができる。
【００４５】
また、この発明では、主線路の電磁結合部位が直線状となっており、主線路の長さを抑制することが容易な構成となっており、主線路の挿入損失の増加を抑えることができる。特に、主線路の全長に渡って直線状に形成しているので、主線路を短くできて挿入損失の増加をより確実に防止できる。
【００４６】
このように、主線路の挿入損失の増加を抑制できることにより、組み込み対象装置の消費電力増加を防止することができる。このため、例えば、方向性結合器が電池駆動式の装置に組み込まれる場合には、その組み込み対象装置の電池の消耗を抑えることができて、装置の使い勝手を向上させることができる。
【００４７】
また、副線路は基体の複数の層に渡って形成される構成と成し、当該副線路は前記基体の多層構造の主線路が形成されている層と主線路が形成されていない層の複数の層に渡ってビアホールを介したスパイラル状に形成される構成と成し、その上で、前記主線路と電磁結合する前記副線路の直線部は、主線路の電磁結合部位と同一平面上の少なくとも一方の横側に間隔を介して並設する部分と、前記主線路の電磁結合部位の真上側に間隔を介して並設する部分を有している構成とするか、或いは、前記主線路と電磁結合する前記副線路の直線部は、主線路の電磁結合部位と同一平面上の両方の横側にそれぞれ間隔を介して並設する部分を有している構成とすることによって、基体を大型化することなく、副線路における主線路と電磁結合する部分の長さを大幅に長くすることができる。これにより、主線路と副線路の結合度を高めることができて、より一層ダイレクティビティを向上させることができる。よって、より一層性能の良い方向性結合器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例の方向性結合器を説明するための図である。
【図２】第１実施形態例に示した構成による主線路と副線路の結合度向上効果を説明するためのグラフである。
【図３】第１実施形態例に示した構成によるダイレクティビティ向上効果を説明するためのグラフである。
【図４】第１実施形態例の方向性結合器の製造工程の一例を説明するための図である。
【図５】  参考例の方向性結合器を説明するための図である。
【図６】その他の実施形態例を説明するための図である。
【図７】さらに、その他の実施形態例を説明するための図である。
【図８】  方向性結合器の一従来例を示す平面図である。
【図９】  方向性結合器のその他の従来例を示す平面図である。
【符号の説明】
１  方向性結合器
２  基体
３  主線路
４  副線路
Ｅ  電磁結合部位
【図１】
0003763280.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003763280.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003763280.tif 000007
【図７】
0003763280.tif 000008
【図８】
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【図９】
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