JP3732954B2

JP3732954B2 - Directional coupler

Info

Publication number: JP3732954B2
Application number: JP18206698A
Authority: JP
Inventors: 昭典佐藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2018-06-29
Also published as: JP2000022412A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミリ波集積回路等に組み込まれ、高周波信号のガイドとして用いられるＮＲＤガイドを用いた方向性結合器に係わるもので、特に量産性に優れた結合器に係わるものである。
【０００２】
【従来技術】
従来から、ＮＲＤガイド（非放射性誘電体線路）を用いた方向性結合器としては、高周波信号（電磁波）を分割及び結合するために用いられるものであるが、その一般的な構造を図５に示した。図５によれば、一対の平行平板導体１１ａ，１１ｂ（説明の便宜上、平板導体１１ａは、一点鎖線で示した）間に、２つの誘電体線路１２、１３が配設されている。２つの誘電体線路のうち、少なくとも一方が曲線状に形成され、図５では、誘電体線路１２、１３の両方が曲線状に形成されており、両誘電体線路１２、１３の最近接部分の間隙ｘが所定間隔になるように配設されている。
【０００３】
上記構造の結合器においては、誘電体線路１２の入力ポート１２ａから入力された高周波信号は、最近接部分で分離され、誘電体線路１３のポート１３ａからは出力されることなく、誘電体線路１２の出力ポート１２ｂと、誘電体線路１３の出力ポート１３ｂからそれぞれ信号が出力されるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方向性結合器では、最近接部分の距離ｘが方向性結合器の特性に大きな影響を与える。例えば、誘電体線路１２、１３が、誘電率５、幅１ｍｍ、高さ２ｍｍのＮＲＤガイドからなる場合、最近接部分の距離ｘの精度を０．１ｍｍ以下に制御する必要がある。このように、２つの誘電体線路１２、１３を高精度に一対の平行平板導体１１ａ、１１ｂ間に設置するのは、非常に難しく、量産性を阻害する大きな要因となっており、それに伴い、組み立て時の位置合わせの精度調整のために製品コストも高くなる等の問題があった。
【０００５】
従って、本発明は、２つの誘電体線路を具備する方向性結合器の組み立て時の位置合わせに格別な精度調整を必要とせず、量産性に優れた方向性結合器を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題に対して、２つの誘電体線路を結合器の特性に影響を与えることなく一体的に形成可能な構造について検討を重ねた結果、１つの一対の平行平板導体間に、入力ポートおよび出力ポートをそれぞれ具備する第１及び第２の誘電体線路を配設してなり、第１の誘電体線路の入力ポートから入力した高周波信号を前記第１の誘電体線路の出力ポートおよび第２の誘電体線路の出力ポートから出力させる方向性結合器において、前記第１および第２の誘電体線路を前記平板導体と平行に並べ、２つ以上の結合穴を有する導体層を介して一体的に形成されており、前記結合穴間の距離を高周波信号の管内波長の（２ｎ−１）／４波長（ｎ：整数）相当長さに設定することによって、上記目的が達成されることを見いだしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の方向性結合器の一例を示す図面をもとに説明する。
図１は、本発明の方向性結合器の概略斜視図であり、図２はその側面図である。図１、図２に示すように、本発明の方向性結合器は、一対の平行平板導体１、２（説明の便宜上、平板導体２は一点鎖線で示した）間に、第１の誘電体線路３、第２の誘電体線路４が配設されてなるものであるが、本発明の大きな特徴は、この第１の誘電体線路３および第２の誘電体線路４が、導体層５を挟んで一体的に形成されたものである点にある。
【０００８】
かかる構造においては、平板導体１、２、第１の誘電体線路３および導体層５によって、いわゆるイメージＮＲＤガイドが形成されている。また、同様に、平板導体１、２、第２の誘電体線路４および導体層５によってもイメージＮＲＤガイドが形成されている。
【０００９】
そして、第１および第２の誘電体線路３、４の合わせ面に存在する導体層５には、導体が無い部分、即ち結合穴６ａ，６ｂが形成されており、この結合穴６ａ、６ｂは、その間隔ｘが高周波信号の管内波長の（２ｎ−１）／４（ｎ：整数）波長相当長さとなるような位置に形成されることにより、第１および第２の誘電体線路３、４がこの結合穴６ａ，６ｂによって電磁的に形成されている。
【００１０】
本発明の方向性結合器においては、図３の信号の流れを説明する平面図に示されるように、第１の誘電体線路３のポート７ａから入力した高周波信号が、結合穴６ａ、６ｂを介した電磁的な結合によって分割され、第１の誘電体線路３のポート７ｂと、第２の誘電体線路４のポート７ｄとから出力され、第２の誘電体線路４のポート７ｃからは信号が何ら出力されないという特性を有する。
【００１１】
本発明によれば、前記結合穴６ａ，６ｂの間隔を上記のように設定することにより、第１の誘電体線路３のポート７ａから入力した高周波信号波は、結合穴６ａにおいて一部反射するが、結合穴６ｂにおいて反射した信号波を位相差１／２波長で互いに干渉し、ポート７ａから出力することはない。
【００１２】
一方、第２の誘電体線路４のポート７ｃへは、結合穴６ａにおける散乱により生じる信号波が、結合穴６ｂにおける散乱により生じる信号波を位相差１／２波長で互いに干渉し、入力ポート７ｃから出力することはない。
【００１３】
一方、第１の誘電体線路３のポート７ｂへは、結合穴６ａ、６ｂを透過した信号波が、また、第２の誘電体線路４のポート７ｄへは、結合穴６ａ、６ｂを経由した信号波が同位相となることにより、信号が強めあうように干渉して出力される。
【００１４】
本発明において、導体層５に形成される結合穴６ａ、６ｂの形状は、円形、楕円形、四角形などの多角形などの形状から構成されるが、第１の誘電体線路３と第２の誘電体線路４との結合穴６ａ、６ｂによる電磁的な結合性の観点からは、結合穴６ａ、６ｂの形状、寸法は、７ｂと７ｄへの出力する信号の比に応じて適当な設計で決められる。
【００１５】
また、本発明の方向性結合器は、第１の誘電体線路３と第２の誘電体線路４とが、導体層５を介して一体的に形成された形状からなるものであることから、従来のように、第１の誘電体線路３と第２の誘電体線路４とを所定の間隔に精度よく配置するなどの手間が不要となる他、極めて容易に作製することができる。
【００１６】
誘電体線路３および誘電体線路４を形成するための誘電体としては、コーディエライト、アルミナ、ガラスセラミックス等のセラミックスの他、有機系誘電体材料、有機−無機複合系誘電体材料によって形成されるものである。
【００１７】
例えば、誘電体線路がセラミックスの場合には、所定の厚みを有する第１の誘電体線路成形体および第２の誘電体線路成形体を作製し、その一方の成形体の合わせ面に前述したような２つの結合穴が形成されるように金属ペーストを印刷塗布したり、予め２つの結合穴が形成された薄い金属箔や金属板を間に挟んで積層した後、それらを一体的に焼結することによって第１の誘電体線路と第２の誘電体線路を一体的に形成することができる。
【００１８】
また、第１の誘電体線路および第２の誘電体線路をそれぞれ独自に焼成して形成した後、周知のセラミック同士の接合技術を用いて、一方の誘電体の合わせ面に２つの結合穴が形成されるように金属ペーストを印刷塗布して熱処理したり、メッキや金属箔貼り付けなどの薄膜形成法によって結合穴を有する導体層を形成して第１および第２の誘電体線路を接合したり、予め２つの結合穴が形成された薄い金属箔や金属板を間に挟んで接着剤によって一体化したり、さらには、２つの結合穴が形成された導電性の接着層を介して第１の誘電体線路と第２の誘電体線路とを接着一体化することによっても形成できる。
【００１９】
また、誘電体線路を有機系誘電体材料、有機−無機複合系誘電体材料によって形成する場合には、周知の成形方法、例えば、射出成形方法、プレス成形方法等によって各線路を形成した後、一方の表面に金属ペーストの印刷やメッキや金属箔貼り付けなどの薄膜形成法によって導体層を形成して両線路を接合することによって作製することができる。
【００２０】
その後、一体化された第１および第２の誘電体線路を一対の平行平板導体間に配設することにより本発明の方向性結合器を得ることができる。
【００２１】
なお、上記の実施態様においては、結合穴が２つの場合について詳述したが、結合穴は、３つ以上であってもそれらの、間隔を管内波長の（２ｎ−１）／４波長相当長さ（ｎ：整数）に設定することによって、上記と同様の効果が得られるものである。
【００２２】
【実施例】
誘電率４．８、誘電損失２．７×１０^-4（測定周波数６０ＧＨｚ）のコーディエライト焼結体からなり、断面が幅０．５ｍｍ×高さ２．２５ｍｍの２つの誘電体線路を作製し、この２つの焼結体の一方の貼り合わせ面に銅メッキによって導体層を形成し、レジスト形成、エッチングによって、幅０．２ｍｍ×高さ２．２５ｍｍの形状の結合穴を穴中心間距離が２．０５ｍｍとなるように形成した。
【００２３】
そして、この銅からなる導体層を介して２つの誘電体線路を接着剤によって貼り合わせ一体化した。そして、この一体化物を銅からなる一対の平行平板導体間に配設して図１、図２の構造の方向性結合器を作製した。
【００２４】
そして、この方向性結合器に対して、ネットワークアナライザを用いて高周波伝送特性を測定し、その結果を図４に示した。なお、図４において、Ｓ１１はポート７ａにおける反射損失、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１は、それぞれポート７ｂ、７ｄ、７ｃの挿入損失である。
【００２５】
図４の結果から明らかなように、５７．６ＧＨｚにおいてＳ１１、Ｓ４１の損失が急激に増大しており、その結果、かかる周波数域において方向性結合器が形成されることが確認された。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、方向性結合器において、２つの誘電体線路を特定の間隔をもって形成された２つの結合穴を有する導体層を介して一体的に形成することにより、方向性結合器の組み立て時に、２つの誘電体線路間距離の位置合わせのための精度調整を行う必要がなく、方向性結合器を容易に作製することが可能であり、その結果、方向性結合器の量産性を高め、製品コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方向性結合器の概略斜視図である。
【図２】図１の方向性結合器の側面図である。
【図３】本発明の方向性結合器における信号の流れを説明するための平面図である。
【図４】本発明における方向性結合器の高周波伝送特性の一例を示す図である。
【図５】従来の方向性結合器の概略斜視図である。
【符号の説明】
１、２平行平板導体
３第１誘電体線路
４第２誘電体線路
５導体層
６ａ結合穴
６ｂ結合穴
７ａ〜７ｄポート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a directional coupler using an NRD guide incorporated in a millimeter wave integrated circuit or the like and used as a guide for a high frequency signal, and particularly to a coupler excellent in mass productivity.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a directional coupler using an NRD guide (non-radiative dielectric line) has been used to divide and combine high-frequency signals (electromagnetic waves). The general structure is shown in FIG. Indicated. According to FIG. 5, two dielectric lines 12 and 13 are disposed between a pair of parallel plate conductors 11a and 11b (for convenience of explanation, the plate conductor 11a is indicated by a one-dot chain line). At least one of the two dielectric lines is formed in a curved shape. In FIG. 5, both of the dielectric lines 12 and 13 are formed in a curved shape. The gap x is arranged at a predetermined interval.
[0003]
In the coupler having the above structure, the high-frequency signal input from the input port 12a of the dielectric line 12 is separated at the nearest portion, and is not output from the port 13a of the dielectric line 13, but the dielectric line 12 The output port 12b and the output port 13b of the dielectric line 13 respectively output signals.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional directional coupler, the distance x of the closest portion has a great influence on the characteristics of the directional coupler. For example, when the dielectric lines 12 and 13 are NRD guides having a dielectric constant of 5, a width of 1 mm, and a height of 2 mm, it is necessary to control the accuracy of the distance x of the closest part to 0.1 mm or less. Thus, it is very difficult to install the two dielectric lines 12 and 13 between the pair of parallel plate conductors 11a and 11b with high accuracy, which is a major factor that hinders mass productivity. There have been problems such as an increase in product cost due to adjustment of alignment accuracy during assembly.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a directional coupler excellent in mass productivity without requiring special accuracy adjustment for alignment during assembly of a directional coupler having two dielectric lines. To do.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a result of studying a structure in which two dielectric lines can be integrally formed without affecting the characteristics of the coupler, the present inventor has conducted research on the above problem, and as a result, between a pair of parallel plate conductors. The first and second dielectric lines each having an input port and an output port are disposed, and a high-frequency signal input from the input port of the first dielectric line is output from the first dielectric line. In the directional coupler for outputting from the port and the output port of the second dielectric line, the conductor layer having two or more coupling holes is arranged by arranging the first and second dielectric lines in parallel with the plate conductor. The above object is achieved by setting the distance between the coupling holes to a length equivalent to (2n-1) / 4 wavelength (n: integer) of the guide wavelength of the high frequency signal. I found out that is there.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, description will be made based on the drawings showing an example of the directional coupler of the present invention.
FIG. 1 is a schematic perspective view of a directional coupler according to the present invention, and FIG. 2 is a side view thereof. As shown in FIGS. 1 and 2, the directional coupler of the present invention includes a first dielectric between a pair of parallel plate conductors 1 and 2 (for convenience of explanation, the plate conductor 2 is indicated by a one-dot chain line). The line 3 and the second dielectric line 4 are provided. The main feature of the present invention is that the first dielectric line 3 and the second dielectric line 4 are formed of the conductor layer 5. It is in the point that it is formed integrally with sandwiching.
[0008]
In such a structure, a so-called image NRD guide is formed by the flat conductors 1 and 2, the first dielectric line 3 and the conductor layer 5. Similarly, an image NRD guide is formed by the flat conductors 1 and 2, the second dielectric line 4, and the conductor layer 5.
[0009]
And the conductor layer 5 which exists in the mating surface of the 1st and 2nd dielectric lines 3 and 4 is formed with the part which does not have a conductor, ie, coupling holes 6a and 6b, and these coupling holes 6a and 6b are The first and second dielectric lines 3 and 4 are formed such that the distance x is a length equivalent to the (2n-1) / 4 (n: integer) wavelength of the guide wavelength of the high-frequency signal. Is formed electromagnetically by the coupling holes 6a and 6b.
[0010]
In the directional coupler of the present invention, as shown in the plan view for explaining the signal flow in FIG. 3, the high frequency signal input from the port 7a of the first dielectric line 3 passes through the coupling holes 6a and 6b. And is output from the port 7b of the first dielectric line 3 and the port 7d of the second dielectric line 4, and is output from the port 7c of the second dielectric line 4. Is not output at all.
[0011]
According to the present invention, by setting the interval between the coupling holes 6a and 6b as described above, the high-frequency signal wave input from the port 7a of the first dielectric line 3 is partially reflected at the coupling hole 6a. However, the signal waves reflected in the coupling hole 6b interfere with each other with a phase difference of ½ wavelength and are not output from the port 7a.
[0012]
On the other hand, to the port 7c of the second dielectric line 4, the signal wave generated by scattering in the coupling hole 6a interferes with the signal wave generated by scattering in the coupling hole 6b with a phase difference of 1/2 wavelength, and the input port 7c. Will not output.
[0013]
On the other hand, the signal wave transmitted through the coupling holes 6a and 6b is passed to the port 7b of the first dielectric line 3, and the port 7d of the second dielectric line 4 is passed through the coupling holes 6a and 6b. When the signal waves have the same phase, the signals are interfered and output so as to strengthen each other.
[0014]
In the present invention, the shape of the coupling holes 6a and 6b formed in the conductor layer 5 is configured by a shape such as a circle, an ellipse, a polygon such as a quadrangle, etc., but the first dielectric line 3 and the second From the viewpoint of electromagnetic coupling by the coupling holes 6a and 6b with the dielectric line 4, the shape and size of the coupling holes 6a and 6b are designed appropriately according to the ratio of signals output to 7b and 7d. It is decided.
[0015]
Further, the directional coupler of the present invention has a shape in which the first dielectric line 3 and the second dielectric line 4 are formed integrally with the conductor layer 5 therebetween, As in the prior art, the first dielectric line 3 and the second dielectric line 4 are not required to be arranged accurately at a predetermined interval, and can be manufactured very easily.
[0016]
The dielectric for forming the dielectric line 3 and the dielectric line 4 is made of an organic dielectric material or an organic-inorganic composite dielectric material, in addition to ceramics such as cordierite, alumina, and glass ceramics. Is.
[0017]
For example, when the dielectric line is a ceramic, a first dielectric line molded body and a second dielectric line molded body having a predetermined thickness are produced, and the mating surface of one molded body is as described above. After printing and applying metal paste so that two bonding holes are formed, or laminating a thin metal foil or metal plate with two bonding holes in advance, they are sintered together. By doing so, the first dielectric line and the second dielectric line can be integrally formed.
[0018]
In addition, after the first dielectric line and the second dielectric line are formed by firing independently, two bonding holes are formed on the mating surface of one dielectric using a well-known ceramic bonding technique. The first and second dielectric lines are joined by printing and applying a metal paste to form a heat treatment, or by forming a conductor layer having a coupling hole by a thin film forming method such as plating or metal foil pasting. Or a thin metal foil or metal plate in which two coupling holes are formed in advance and integrated with an adhesive, or further through a conductive adhesive layer in which two coupling holes are formed. This dielectric line and the second dielectric line can also be formed by bonding and integration.
[0019]
In addition, when the dielectric lines are formed of an organic dielectric material, an organic-inorganic composite dielectric material, after forming each line by a known molding method, for example, an injection molding method, a press molding method, It can be manufactured by forming a conductor layer on one surface by a thin film forming method such as printing of metal paste, plating or metal foil, and joining both lines.
[0020]
Then, the directional coupler of the present invention can be obtained by disposing the integrated first and second dielectric lines between a pair of parallel plate conductors.
[0021]
In the above embodiment, the case where there are two coupling holes has been described in detail. However, even if there are three or more coupling holes, the distance between them is (2n-1) / 4 wavelength equivalent length of the guide wavelength. By setting to (n: integer), the same effect as described above can be obtained.
[0022]
【Example】
Made of cordierite sintered body with a dielectric constant of 4.8 and dielectric loss of 2.7 × 10 ^-4 (measuring frequency 60 GHz), producing two dielectric lines with a cross section of 0.5 mm width x height of 2.25 mm Then, a conductor layer is formed on one bonding surface of the two sintered bodies by copper plating, and a bonding hole having a shape of width 0.2 mm × height 2.25 mm is formed by resist formation and etching. Was formed to be 2.05 mm.
[0023]
Then, two dielectric lines were bonded and integrated with an adhesive via the conductor layer made of copper. Then, this integrated product was disposed between a pair of parallel plate conductors made of copper to produce a directional coupler having the structure shown in FIGS.
[0024]
The high-frequency transmission characteristics of this directional coupler were measured using a network analyzer, and the results are shown in FIG. In FIG. 4, S11 is a reflection loss at the port 7a, and S21, S31, and S41 are insertion losses at the ports 7b, 7d, and 7c, respectively.
[0025]
As is apparent from the results of FIG. 4, the loss of S11 and S41 increased rapidly at 57.6 GHz, and as a result, it was confirmed that a directional coupler was formed in such a frequency range.
[0026]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, in the directional coupler, the two dielectric lines are integrally formed via the conductor layer having two coupling holes formed at a specific interval, When the directional coupler is assembled, it is not necessary to adjust the accuracy for positioning the distance between the two dielectric lines, and the directional coupler can be easily manufactured. The mass productivity of the vessel can be increased and the product cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a directional coupler according to the present invention.
FIG. 2 is a side view of the directional coupler of FIG.
FIG. 3 is a plan view for explaining the flow of signals in the directional coupler of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of high-frequency transmission characteristics of a directional coupler according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic perspective view of a conventional directional coupler.
[Explanation of symbols]
1, 2 Parallel plate conductor 3 First dielectric line 4 Second dielectric line 5 Conductor layer 6a Coupling hole 6b Coupling holes 7a-7d Port

Claims

１つの一対の平行平板導体間に、入力ポートおよび出力ポートをそれぞれ具備する第１及び第２の誘電体線路を配設してなり、第１の誘電体線路の入力ポートから入力した高周波信号を前記第１の誘電体線路の出力ポートおよび第２の誘電体線路の出力ポートから出力させる方向性結合器において、前記第１および第２の誘電体線路を前記平板導体と平行に並べ、２つ以上の結合穴を有する導体層を介して一体的に形成されており、前記結合穴間の距離を高周波信号の管内波長の（２ｎ−１）／４波長（ｎ：整数）相当長さに設定したことを特徴とする方向性結合器。 A first and second dielectric lines each having an input port and an output port are disposed between a pair of parallel plate conductors, and a high frequency signal input from the input port of the first dielectric line is received. In the directional coupler for outputting from the output port of the first dielectric line and the output port of the second dielectric line, the first and second dielectric lines are arranged in parallel with the plate conductor, It is formed integrally through the conductor layer having the above coupling holes, and the distance between the coupling holes is set to a length equivalent to (2n-1) / 4 wavelengths (n: integer) of the in-tube wavelength of the high frequency signal. A directional coupler characterized by that.