(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の上面に外部線路導体を、下面に接地導体を形成するとともに、前記外部線路導体と前記接地導体との間に位置する前記誘電体基板の内部に、前記外部線路導体と電磁結合され、且つ前記外部線路導体よりも線路幅の狭い内部線路導体を配置して成ることを特徴とする方向性結合器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯およびミリ波帯で用いられる混合器や検出器・電力増幅器等に利用される線路導体を用いた方向性結合器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波帯およびミリ波帯で用いられる混合器や検出器・電力増幅器等に利用されるストリップ導体等の線路導体を用いた方向性結合器として、従来より、図５に示す様な構成のものが知られている。
【０００３】
図５は従来の方向性結合器の構成の例を示す斜視図である。この方向性結合器によれば、接地導体２が形成された誘電体基板１上に、それぞれコの字形状で折り曲げられて近接配置された２本のストリップ導体３・４が、結合部において互いに所定間隔だけ離れて電磁的に結合するように形成されている。
【０００４】
このような方向性結合器において大きな結合量を得ようとする場合には、その２本のストリップ導体３・４による結合部の間隔を小さくする必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すような構成の方向性結合器において、２本のストリップ導体３・４による結合部について同一の間隔を保ちかつその間隔を小さくすることは、実際の製造上非常に難しく、良好な特性のものを安定して作製することが困難であるという問題点があった。
【０００６】
そこで、この問題点を解決するために、大きな結合量を得ることができ、しかも製作が容易である方向性結合器として、例えば特開昭60−4306号公報ならびに特開平４−26201 号公報において、図６に斜視図で示すような構成の方向性結合器が提案されている。
【０００７】
図６に示す方向性結合器において、11は誘電体基板、12は誘電体基板11の下面に形成された接地導体、13は誘電体基板11上に形成された第１のストリップ導体、14は第１のストリップ導体13上に配置された、所定の広がりを有する絶縁体でなる薄膜、15は絶縁体でなる薄膜14上に第１のストリップ導体13と隣接させて配置した第２のストリップ導体である。
【０００８】
このようなブロードサイド型と言われる方向性結合器によれば、第１のストリップ導体13と第２のストリップ導体15とが絶縁体からなる薄膜14を介して互いに重なりあって配置されていることから、２本のストリップ導体13・15の間隔を小さくすることが可能となり、これによって大きな結合量を得ることができる利点があるというものである。
【０００９】
また、結合部における第１のストリップ導体13と第２のストリップ導体15の線路長を互いに異なるように設定することにより、所定の位相差を有する方向性結合器を構成することができるというものである。
【００１０】
しかしながら、この図６に示すような方向性結合器では、２本のストリップ導体13・15が接地導体12に対して異なった位置にあり異なった接地状態にあるので、各ストリップ導体13・15の実効インピーダンスが異なることとなり、その結果、良好なアイソレーション特性を得ることが困難であるという問題があった。
【００１１】
さらに、２本のストリップ導体13・15の重なり量によっても結合量を変化させるため、製作の際に２本のストリップ導体13・15の重なり量がわずかでもずれることにより所望の結合量よりずれてしまうこととなり、所望の特性を有する方向性結合器を安定して作製することが困難であるという問題点があった。
【００１２】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、線路導体を用いた方向性結合器について、アイソレーション特性が良く、かつ製造の際の線路導体の位置ずれによる特性変化の少ない方向性結合器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の方向性結合器は、誘電体基板の上面に外部線路導体を、下面に接地導体を形成するとともに、前記外部線路導体と前記接地導体との間に位置する前記誘電体基板の内部に、前記外部線路導体と電磁結合され、且つ前記外部線路導体よりも線路幅の狭い内部線路導体を配置して成ることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、内部線路導体と外部線路導体とを誘電体基板の誘電体層を介して電磁的に結合するように配置したことから、２つの線路導体の間隔を小さくして大きな結合量を得ることができるとともに、２つの線路導体の重なり量で結合量が決まるのに対して外部線路導体よりも線路幅の狭い内部線路導体とした、すなわち、接地導体と外部線路導体との間に位置する内部線路導体の線路幅より外部線路導体の線路幅を広くしたことから、その線路幅の差の範囲内で作製の際に２つの線路導体の積層位置ずれが生じても内部線路導体は外部線路導体と接地導体との間に所定の重なり量で位置させることができ、位置ずれによる特性変化を抑制することができる。
【００１５】
以下、本発明の方向性結合器について図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明の方向性結合器の実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２はそのＡ−Ａ線断面図である。これらの図において、21は誘電体基板、22は誘電体基板21の裏面に形成された接地導体、23は誘電体基板上に形成された内部線路導体、24は内部線路導体23上に誘電体層を介して電磁的に結合するように形成された外部線路導体である。また、Ｗ１は内部線路導体23の線路幅を、Ｗ２は外部線路導体24の線路幅を示しており、ｈ１は接地導体22から内部線路導体23までの距離を、ｈ２は接地導体22から外部線路導体24までの距離を示している。そして、本発明においては、結合部における線路導体の線路幅を、内部線路導体23の線路幅Ｗ１より外部線路導体24の線路幅Ｗ２を広く、すなわちＷ１＜Ｗ２としたことが特徴である。
【００１７】
なお、ここでは、内部線路導体23を形成した誘電体基板と内部線路導体23と外部線路導体24との間の誘電体層を一体として誘電体基板21とした例、すなわち内部線路導体23を誘電体基板21の内部に内層線路導体として形成した例を示している。これに限らず、内部線路導体23を誘電体基板上に形成し、その上に少なくとも結合部を覆うように誘電体層を形成し、さらにその上に外部線路導体24を重ねるようにして形成してもよい。
【００１８】
一般的に、高周波部品は、所定の入力インピーダンスおよび出力インピーダンス（例えば50Ω）に合った特性インピーダンスに設計する必要がある。この特性インピーダンスをＺ0 、信号線のもつインダクタンス成分をＬ、信号線と接地導体間の容量成分をＣとした場合、Ｚ0 ＝√Ｌ／√Ｃの関係がある。
【００１９】
本発明の方向性結合器における特性インピーダンスは実効インピーダンスＺeff と言われる。内部および外部線路導体23・24の持つインダクタンス成分を各々Ｌ１・Ｌ２とし、内部および外部線路導体23・24と接地導体22と間の容量成分を各々Ｃ１・Ｃ２とした場合、各々の線路導体23・24の実効インピーダンスＺeff1およびＺeff2は、簡易的に次のように経験式で、
Ｚeff1≒√Ｌ１／√Ｃ１、  Ｚeff2≒√Ｌ２／√Ｃ２
と表わされる。
【００２０】
ここで、図２に示すように内部線路導体23の線路幅および接地導体22からの距離をそれぞれＷ１・ｈ１とし、外部線路導体24の線路幅および接地導体22からの距離をそれぞれＷ２・ｈ２としたとき、Ｗ１≧Ｗ２であるとすると、各線路導体23・24の接地導体22からの距離はｈ１＜ｈ２であるため、Ｌ１＜Ｌ２、Ｃ１＞Ｃ２である。その結果、Ｚeff1＜Ｚeff2となり、Ｚeff1とＺeff2とは必ず異なるため、方向性結合器のアイソレーション特性が劣化してしまう。
【００２１】
これに対し、本発明の方向性結合器によれば、Ｗ１＜Ｗ２としたことからＬ１＞Ｌ２であるが、Ｃ１・Ｃ２の関係は線路幅によって大きく調整することができるため、Ｚeff1とＺeff2との差はＷ１≧Ｗ２の場合より小さくなるか、またはＺeff1とＺeff2とがほぼ等しくなる。その結果、入出力部のインピーダンス不整合による高周波信号の反射等が抑制されるため、アイソレーション特性の優れた方向性結合器が得られる。
【００２２】
また、ブロードサイド型方向性結合器における２つの線路導体の結合量は内部および外部線路導体23・24の重なり量で決まるため、Ｗ１＜Ｗ２とした場合、その差Ｗ２−Ｗ１の範囲内のパターンずれでは重なり量は変化しないこととなるため、パターンずれによる結合量の変化はＷ１＝Ｗ２あるいはＷ１＞Ｗ２の場合よりも軽減されることとなり、位置ずれによる特性変化を小さく抑えることができる。
【００２３】
このような線路幅Ｗ１・Ｗ２としては、方向性結合器の小型化の観点から、Ｗ１≦0.2 ｍｍに設定することが好ましく、さらに、線路導体の位置ずれによる特性の変化を抑えるという観点から、Ｗ２≧Ｗ１＋0.1 ｍｍ（ずれ量）に設定することが好ましい。
【００２４】
また、線路幅Ｗ１・Ｗ２と各線路導体23・24の接地導体22からの距離との関係については、小型化・高結合の観点より、ｈ２−ｈ１≦0.2 ｍｍに設定することが好ましい。
【００２５】
なお、内部線路導体23と外部線路導体24との結合部における線路長や各導体の厚み・各導体を形成する材料については、線路長は小型化の観点より10ｍｍ以下とすることが好ましく（ただし、長くても問題はない）、導体の厚みは一般的な厚みとして約20μｍ程度であればよく、導体材料は銅のような低抵抗導体等、このような高周波用電子部品に通常使用されるものであればよい。
【００２６】
【実施例】
本発明の方向性結合器として、図１および図２に示した構成で、誘電体基板21に比誘電率εr ＝5.6 のガラスセラミックスを用いてＷ１＝0.13ｍｍ・Ｗ２＝0.28ｍｍ・ｈ１＝0.2 ｍｍ・ｈ２＝0.3 ｍｍとし、これにより本発明の方向性結合器の試料Ａを得た。
【００２７】
また、同様に、比誘電率εr ＝5.6 のガラスセラミックス誘電体基板を用いてＷ１＝Ｗ２＝0.13ｍｍ・ｈ１＝0.2 ｍｍ・ｈ２＝0.3 ｍｍとし、これにより比較例としての従来の方向性結合器の試料Ｂを得た。
【００２８】
これらの試料Ａ・Ｂについて、高周波2.5 次元電磁界シミュレータ「モーメンタム（ヒューレットパッカード社製）」により、アイソレーション特性を求めた。その結果を図３に線図で示す。図３において横軸は500 ＭＨｚ〜1.5 ＧＨｚの周波数を、縦軸はアイソレーション（単位：ｄＢ）を表わし、実線および破線はそれぞれ試料Ａおよび試料Ｂのアイソレーションの周波数特性を示している。
【００２９】
図３の結果により、試料Ｂより試料Ａの方が低い値を示しており、試料Ａの方がアイソレーション（絶縁）特性が優れていることが分かる。これにより、本発明の方向性結合器によれば、内部線路導体の線路幅Ｗ１よりも外部線路導体の線路幅Ｗ２を広くしたことから、良好なアイソレーション特性が得られることが確認できた。
【００３０】
次に、線路導体の位置ずれに対する特性変化を調べるため、前記試料Ａに対して同じ誘電体基板21を用いてＷ１＝0.13ｍｍ・Ｗ２＝0.28ｍｍ・ｈ１＝0.2 ｍｍ・ｈ２＝0.3 ｍｍ・内部線路導体23と外部線路導体24のずれ量を0.1 ｍｍとし、これにより本発明の方向性結合器の試料Ａ’を得た。
【００３１】
また、同様に従来の方向性結合器の試料Ｂに対して同じ誘電体基板を用いてＷ１＝Ｗ２＝0.13ｍｍ・ｈ１＝0.2 ｍｍ・ｈ２＝0.3 ｍｍ・線路導体のずれ量を0.1 ｍｍとし、これにより比較例としての従来の方向性結合器の試料Ｂ’を得た。
【００３２】
そして、これら試料Ａ・Ａ’・Ｂ・Ｂ’について、高周波2.5 次元電磁界シミュレータ「モーメンタム（ヒューレットパッカード社製）」により、それぞれの結合特性を評価した。その結果を図４に線図で示す。図４において横軸は500 ＭＨｚ〜1.5 ＧＨｚの周波数を、縦軸は結合量（単位：ｄＢ）を表わし、実線および破線はそれぞれ試料Ａ・Ａ’および試料Ｂ・Ｂ’のアイソレーションの周波数特性を示している。
【００３３】
図４の結果より、試料Ｂ−Ｂ’間の差と試料Ａ−Ａ’間の差とを見ると試料Ａ−Ａ’間の差の方が小さく、すなわち本発明の方向性結合器の試料の方が線路導体のパターン位置ずれに対する特性変化が小さいことが分かる。また、アイソレーション特性についても同様に、本発明の方向性結合器によれば、線路導体の位置ずれに対する特性変化が従来の方向性結合器に比べて小さなものであった。
【００３４】
これにより、本発明の方向性結合器によれば、内部線路導体の線路幅Ｗ１よりも外部線路導体の線路幅Ｗ２を広くしたことから、線路導体の位置ずれに対する特性変化を小さく抑えることができ、所望の特性の方向性結合器を安定して作製できることが分かる。
【００３５】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を加えることは何ら差し支えない。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の方向性結合器によれば、誘電体基板の上面に外部線路導体を、下面に接地導体を形成するとともに、外部線路導体と接地導体との間に位置する誘電体基板の内部に、外部線路導体と電磁結合された内部線路導体を配置するように形成された方向性結合器において、内部線路導体と外部線路導体とを誘電体基板の誘電体層を介して電磁的に結合するように配置したことから２つの線路導体の間隔を小さくして大きな結合量を得ることができるとともに、内部線路導体の線路幅を外部線路導体の線路幅よりも狭くしたことから、２つの線路導体の積層位置ずれが生じても内部線路導体は外部線路導体と接地導体との間に所定の重なり量を確保させることができ、アイソレーション特性が良好で、位置ずれによる特性変化を抑制することができるものとなる。
【００３７】
以上により、本発明によれば、線路導体を用いたブロードサイド型の方向性結合器について、アイソレーション特性が良く、かつ製造の際の線路導体の位置ずれによる特性変化の少ない方向性結合器を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方向性結合器の実施の形態の例を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】方向性結合器のアイソレーション特性を示す線図である。
【図４】方向性結合器の結合特性を示す線図である。
【図５】従来の方向性結合器の例を示す斜視図である。
【図６】従来の方向性結合器の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
21・・・・・誘電体基板
22・・・・・接地導体
23・・・・・内部線路導体
24・・・・・外部線路導体
Ｗ１・・・・内部線路導体の線路幅
Ｗ２・・・・外部線路導体の線路幅
【図１】
0003766554.tif 000002
【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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