JP3732954B2 - Directional coupler - Google Patents
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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
[0003]
In the coupler having the above structure, the high-frequency signal input from the
[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
[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
[0008]
In such a structure, a so-called image NRD guide is formed by the
[0009]
And the
[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
[0011]
According to the present invention, by setting the interval between the
[0012]
On the other hand, to the
[0013]
On the other hand, the signal wave transmitted through the
[0014]
In the present invention, the shape of the
[0015]
Further, the directional coupler of the present invention has a shape in which the first
[0016]
The dielectric for forming the
[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
[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
[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
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