JPH08195606A - マイクロ波結合線路 - Google Patents

マイクロ波結合線路

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JPH08195606A
JPH08195606A JP7005220A JP522095A JPH08195606A JP H08195606 A JPH08195606 A JP H08195606A JP 7005220 A JP7005220 A JP 7005220A JP 522095 A JP522095 A JP 522095A JP H08195606 A JPH08195606 A JP H08195606A
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JP
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strip
conductor
shaped
microwave
ground conductor
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JP7005220A
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English (en)
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Koji Okazaki
浩司 岡崎
哲夫 ▲廣▼田
Tetsuo Hirota
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 通信用マイクロ波集積回路における結合線路
の小型化を図り、高密度かつ小型の集積回路を提供す
る。 【構成】 接地導体21に対して4本のストリップ状導
体31〜34を設け、ストリップ状導体31、32につ
いてはその一部または全部が互いに重なるように配置
し、ストリップ状導体33、34についてもその一部ま
たは全部が互いに重なるように配置し、ストリップ状導
体31、33を互いに接続し、ストリップ状導体32、
34を互いに接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波の伝送に利用
する。特に、1GHz以上の周波数の信号を分配あるい
は合成するマイクロ波結合線路に関する。本発明は例え
ば方向性結合器として用いることができる。
【0002】
【従来の技術】図9は従来例の基本的なマイクロ波結合
線路を示す断面構造図である。この従来例は、誘電体ま
たは半導体の基板11上に形成された接地導体21と、
この接地導体21上に形成された誘電体膜12とを備
え、誘電体膜12の表面には平行な2本のストリップ状
導体31、32を備える。接地導体21およびストリッ
プ状導体31により第一のマイクロストリップ線路が構
成され、接地導体21およびストリップ状導体32によ
り第二のマイクロストリップ線路が構成される。ストリ
ップ状導体31および32を近接して配置することによ
り、第一および第二のマイクロストリップ線路がマイク
ロ波結合線路として動作する。
【0003】しかし、この構造のマイクロ波結合線路
は、ストリップ状導体22、23の間隔を極端に小さく
しないと密結合の結合線路を構成することができず、製
造上困難があった。
【0004】この困難を解決した従来例を図10ないし
図12に断面構造により示す。
【0005】図10に示す従来例は、誘電体または半導
体の基板11の全面に形成された接地導体21と、この
接地導体21上に形成された誘電体膜12とを備え、誘
電体膜12の内部には2本のストリップ状導体31、3
2を備える。誘電体膜12上には全面に接地導体22を
備える。接地導体21およびストリップ状導体31によ
り第一のマイクロストリップ線路が構成され、接地導体
22およびストリップ状導体32により第二のマイクロ
ストリップ線路が構成される。ストリップ状導体31お
よび32を対向させて配置することにより、第一および
第二のマイクロストリップ線路がマイクロ波結合線路と
して動作する。
【0006】図11に示す従来例は、誘電体または半導
体の基板11の全面に形成された接地導体21と、この
接地導体21上に形成された誘電体膜12とを備え、誘
電体膜12の表面には平行な4本のストリップ状導体3
1、32、33、34を備え、ストリップ状導体31と
ストリップ状導体33とは間にストリップ状導体32を
挟んで互いに接続され、ストリップ状導体32とストリ
ップ状導体34とは間にストリップ状導体33を挟んで
互いに接続される。接地導体21とストリップ状導体3
1、33とにより第一のマイクロストリップ線路が構成
され、接地導体21とストリップ状導体32、34とに
より第二のマイクロストリップ線路が構成される。第一
のマイクロストリップ線路を構成するストリップ状導体
31、33と第二のマイクロストリップ線路を構成する
ストリップ状導体32、34とを交互に近接して配置す
ることにより、これらのマイクロストリップ線路がマイ
クロ波結合線路として動作する。この構造はランゲ・カ
プラ(Lange Coupler)として知られている。
【0007】図12に示す従来例は、誘電体または半導
体の基板11の全面に形成された接地導体21と、この
接地導体21上に形成された誘電体膜12とを備え、誘
電体膜12の表面と内部とにそれぞれストリップ状導体
31、32を備える。これらのストリップ状導体31、
32は、その一部または全体が互いに重なり合うように
配置される。接地導体21とストリップ状導体31とに
より第一のマイクロストリップ線路が構成され、接地導
体21とストリップ状導体32とにより第二のマイクロ
ストリップ線路が構成され、これらがマイクロ波結合線
路として動作する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図10に示し
た2本のストリップ状導体を誘電体膜内に埋め込んだ構
造のマイクロ波結合線路は、複数の接地導体を必要と
し、しかも離れて形成するため集積化が困難であった。
また、図11に示したランゲ・カプラは、構造が複雑で
あり形状が大型になるため、マイクロ波集積回路の小型
化の障害となっていた。さらに、図12に示した2本の
ストリップ状導体の一方を誘電体膜の表面、他方を誘電
体膜の内部に配置する構造では、結合線路が非対称とな
り、実用的な設計が困難となる問題があった。
【0009】本発明は、このような課題を解決し、高密
度かつ小型の集積回路を実現するための小型のマイクロ
波結合線路を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波結合
線路は、4本のストリップ状導体を備え、第一および第
二のストリップ状導体は少なくともその一部が接地導体
に対して垂直の方向に並んで配置され、第三のストリッ
プ状導体は第二のストリップ状導体と実質的に同じ面で
あって接地導体に対して実質的に平行な面に配置され、
第四のストリップ状導体は、第一のストリップ状導体と
実質的に同じ面であって接地導体に対して実質的に平行
な面に、第三のストリップ状導体に対して少なくともそ
の一部が接地導体から垂直の方向に並んで配置され、第
一のストリップ状導体と第三のストリップ状導体とが互
いに電気的に接続され、第二のストリップ状導体と第四
のストリップ状導体とが互いに電気的に接続されたこと
を特徴とする。
【0011】2本のマイクロ波線路は入力端と出力端と
の間が対称に形成されることが望ましい。
【0012】
【作用】第一のストリップ状導体と第三のストリップ状
導体とが接地導体との間で1本のマイクロ波線路が形成
され、第二のストリップ状導体と第四のストリップ状導
体とが接地導体との間でもう1本のマイクロ波線路が形
成される。これらのマイクロ波線路は、マイクロ波信号
が入力されたとき、ブロードサイド結合線路として動作
する。
【0013】本発明のマイクロ波結合線路は構造的に対
称結合線路であり、従来からの設計法による設計が可能
である。
【0014】さらに、第一と第二、第三と第四のストリ
ップ状導体の少なくとも一部が重ねて形成されるので、
2本のマイクロ波線路で構成されるマイクロ波結合線路
をメアンダ状に形成することができ、マイクロ波結合線
路を小型化することができる。
【0015】
【実施例】図1は本発明第一実施例のマイクロ波結合線
路を示す斜視図であり、図2はその断面図である。図1
では導体形状を示すため一部を透かして示す。このマイ
クロ波結合線路は、接地導体21と、この接地導体21
との間で電気的に2本のマイクロ波線路を形成する4本
のストリップ状導体31〜34とを備え、2本のマイク
ロ波線路は相互に信号の分配あるいは合成が行われるよ
うに少なくともその一部が近接して配置される。ここ
で、第一および第二のストリップ状導体31、32は少
なくともその一部が接地導体21に対して垂直の方向に
並んで配置され、第三のストリップ状導体33は第二の
ストリップ状導体32と実質的に同じ面であって接地導
体21に対して実質的に平行な面に配置され、第四のス
トリップ状導体34は、第一のストリップ状導体31と
実質的に同じ面であって接地導体21に対して実質的に
平行な面に、第三のストリップ状導体33に対して少な
くともその一部が接地導体21から垂直の方向に並んで
配置される。第一のストリップ状導体31と第三のスト
リップ状導体33とは互いに電気的に接続され、第二の
ストリップ状導体32と第四のストリップ状導体34と
は互いに電気的に接続される。
【0016】このようなマイクロ波結合線路を製造する
には、まず、誘電体または半導体の基板11の全面に接
地導体21を形成する。ついでその接地導体21上に誘
電体膜12を形成し、その誘電体膜12上に2本の幅w
1 のストリップ状導体32、33を間隔d1 で形成す
る。さらに、誘電体膜12およびストリップ状導体3
2、33上に誘電体膜13を形成し、その誘電体膜13
上に2本の幅w2 のストリップ状導体31、34を間隔
d2 で形成する。ここで、「上」とは基板から離れる方
向を意味し、マイクロ波結合線路の製造時あるいは使用
時の方向をいうものではない。
【0017】ストリップ状導体31〜34を形成すると
きには、ストリップ状導体32、33の中心線とストリ
ップ状導体31、34の中心線とを結ぶ面が、接地導体
21と垂直に交わるようにする。また、ストリップ状導
体31〜34をメアンダ状に形成する。さらに、ストリ
ップ状導体31、33間およびストッリプ状導体23、
34間をそれぞれスルーホールその他で電気的に接続す
る。
【0018】このようにして得られたマイクロ波結合線
路にマイクロ波信号を伝搬させると、接地導体21とス
トリップ状導体31、33とで構成された第一のマイク
ロストリップ線路と、接地導体21とストリップ状導体
32、34とで構成されたマイクロストリップ線路との
間で電磁界の結合が生じ、マイクロ波結合線路として動
作する。
【0019】図1ではストリップ状導体31、33間お
よび32、34間のそれぞれの接続を両端部で行うよう
に示したが、この接続はストリップ状導体31〜34の
どの位置で行ってもよく、その数もいくらでもよい。
【0020】図3は図1および図2に示した構造のマイ
クロ波結合線路のSパラメータをモーメント法により計
算した結果を示す。図1および図2に示したマイクロ波
結合線路は構造的に対称であるため、従来の対称結合線
路における設計法を利用することができる。図3には、
接地導体21とストリップ状導体31、33とからなる
第一のマイクロストリップ線路の入力端から出力端に伝
搬する振幅Mag〔S21〕および位相Phase〔S
21〕と、同じ入力端から接地導体21とストリップ状
導体32、34とからなる第二のストリップ線路の出力
端に伝搬する振幅Mag〔S41〕および位相Phas
e〔S41〕とを示す。ストリップ状導体31〜34の
それぞれの幅および間隔を調整することで、30GHz
付近においてほぼ所望の位相差90度の等振幅分配が得
られた。計算時の条件は、 各導体の幅および間隔w1 =w2 =d1 =d2 =5μm 各導体の長さ=1250μm ストリップ状導体32、33の厚さ=9.0μm ストリップ状導体31、34の厚さ=11.5μm 誘電体膜12、13の比誘電率εr =3.3 である。
【0021】図4ないし図8はそれぞれ本発明の第二な
いし第六実施例のマイクロ波結合線路を示す断面図であ
る。これらの実施例は、誘電体膜と接地導体との配置、
あるいはこれらに対するストリップ状導体31〜34の
位置についての修正例であり、4本のストリップ状導体
31〜34の位置関係および接続は第一実施例と同等で
ある。
【0022】図4に示す第二実施例は、ストリップ状導
体が誘電体膜内に配置され、接地導体が上部に配置され
たことが第一実施例と異なる。すなわち、誘電体または
半導体の基板11上に誘電体膜14を備え、この誘電体
膜14の上部に接地導体22を備え、4本のストリップ
状導体31〜34が誘電体14の内部に配置される。
【0023】図5に示す第三実施例は、接地導体および
ストリップ状導体がそれぞれ誘電体膜内に配置されたこ
とが第一実施例と異なる。すなわち、誘電体または半導
体の基板11上に誘電体膜15を備え、この誘電体膜1
5上に接地導体23を備え、この接地導体23上に誘電
体膜16を備え、4本のストリップ状導体31〜34が
誘電体膜16の内部に配置される。
【0024】図6に示す第四実施例は、接地導体が誘電
体膜内に配置されたことが第一実施例と異なる。すなわ
ち、誘電体または半導体の基板11上に誘電体膜15を
備え、この誘電体膜15上に接地導体23を備え、この
接地導体23上に誘電体膜16を備え、ストリップ状導
体32および33は誘電体膜16内に、ストリップ状導
体31、34は誘電体膜16上に配置される。
【0025】図7に示す第五実施例は、接地導体が誘電
体膜内に配置されたことが図4に示した実施例と異な
る。すなわち、誘電体または半導体の基板11上に誘電
体膜14を備え、この誘電体膜14上に接地導体22を
備え、この接地導体22上に誘電体膜17を備える。4
本のストリップ状導体31〜34は誘電体14の内部に
配置される。
【0026】図8に示す第六実施例は、ストリップ状導
体32、33が誘電体膜14の下部に配置されたことが
図7に示した実施例と異なる。
【0027】これらの実施例は、4本ストリップ状導体
31〜34の位置関係および接続が第一実施例と同等で
あり、その動作も第一実施例と同等である。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のマイクロ
波結合線路は、第一および第二のストリップ状導体の一
部または全部が重なって形成され、第三および第四のス
トリップ状導体の一部または全部が重なって形成される
ので、マイクロ波結合線路の占める面積を小さくするこ
とができる。また、本発明のマイクロ波結合線路はメア
ンダ状の線路パターンに形成することが可能であり、回
路をさらに小型化することができる。
【0029】また、本発明のマイクロ波結合線路はブロ
ードサイド結合であり、広帯域化と密結合化を容易に実
現することができる。
【0030】さらに、本発明のマイクロ波結合線路は構
造的に対称であり、従来のマイクロ波結合線路の設計法
を利用することができ、設計が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第一実施例のマイクロ波結合線路を示す
斜視図。
【図2】本発明第一実施例のマイクロ波結合線路の構造
を示す断面図。
【図3】マイクロ波結合線路のSパラメータをモーメン
ト法により計算した結果を示す図。
【図4】本発明第二実施例のマイクロ波結合線路の構造
を示す断面図。
【図5】本発明第三実施例のマイクロ波結合線路の構造
を示す断面図。
【図6】本発明第四実施例のマイクロ波結合線路の構造
を示す断面図。
【図7】本発明第五実施例のマイクロ波結合線路の構造
を示す断面図。
【図8】本発明第六実施例のマイクロ波結合線路の構造
を示す断面図。
【図9】従来例の基本的な構造を示す断面図。
【図10】図9に示した従来例の問題点を解決した従来
例の構造を示す断面図。
【図11】別の従来例を示す断面図。
【図12】さらに別の従来例を示す断面図。
【符号の説明】
11 基板 12〜17 誘電体膜 21〜23 接地導体 31〜35 ストリップ状導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/822 H01P 3/08 11/00 G N16

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 接地導体と、 この接地導体との間で電気的に2本のマイクロ波線路を
    形成する複数のストリップ状導体とを備え、 前記2本のマイクロ波線路は相互に信号の分配あるいは
    合成が行われるように少なくともその一部が近接して配
    置されたマイクロ波結合線路において、 前記複数は4であり、 第一および第二のストリップ状導体は少なくともその一
    部が接地導体に対して垂直の方向に並んで配置され、 第三のストリップ状導体は前記第二のストリップ状導体
    と実質的に同じ面であって接地導体に対して実質的に平
    行な面に配置され、 第四のストリップ状導体は、前記第一のストリップ状導
    体と実質的に同じ面であって接地導体に対して実質的に
    平行な面に、前記第三のストリップ状導体に対して少な
    くともその一部が接地導体から垂直の方向に並んで配置
    され、 前記第一のストリップ状導体と前記第三のストリップ状
    導体とが互いに電気的に接続され、 前記第二のストリップ状導体と前記第四のストリップ状
    導体とが互いに電気的に接続されたことを特徴とするマ
    イクロ波結合線路。
  2. 【請求項2】 前記2本のマイクロ波線路は入力端と出
    力端との間が対称に形成された請求項1記載のマイクロ
    波結合線路。
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