JPH10335913A - マイクロ波方向性カプラに関する改良 - Google Patents
マイクロ波方向性カプラに関する改良Info
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- JPH10335913A JPH10335913A JP9131866A JP13186697A JPH10335913A JP H10335913 A JPH10335913 A JP H10335913A JP 9131866 A JP9131866 A JP 9131866A JP 13186697 A JP13186697 A JP 13186697A JP H10335913 A JPH10335913 A JP H10335913A
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- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】高価な材料を使用することなく、マイクロ波方
向性カプラを提供する。 【解決手段】方向性カプラ20を含むマイクロ波装置は
カプラ誘電ボード22であって、ペアレント回路ボード
24の表面に垂直に装着されたものを含んで構成され
る。上部インターディジタルエレメントは、カプラ誘電
ボード22の対向する表面上に配置される。上部インタ
ーディジタルエレメント間のカップリングは、マイクロ
波方向性カプラの奇数モードインピーダンスZooを決
定する。下部インターディジタルエレメントもまた、カ
プラ誘電ボードの対向表面上に配置される。この下部イ
ンターディジタルエレメントは大地に接続され、また下
部インターディジタルエレメントおよび上部インターデ
ィジタルエレメント間のカップリングがマイクロ波方向
性カプラの偶数モードインピーダンスZoeを決定する
ようにアレンジされている。
向性カプラを提供する。 【解決手段】方向性カプラ20を含むマイクロ波装置は
カプラ誘電ボード22であって、ペアレント回路ボード
24の表面に垂直に装着されたものを含んで構成され
る。上部インターディジタルエレメントは、カプラ誘電
ボード22の対向する表面上に配置される。上部インタ
ーディジタルエレメント間のカップリングは、マイクロ
波方向性カプラの奇数モードインピーダンスZooを決
定する。下部インターディジタルエレメントもまた、カ
プラ誘電ボードの対向表面上に配置される。この下部イ
ンターディジタルエレメントは大地に接続され、また下
部インターディジタルエレメントおよび上部インターデ
ィジタルエレメント間のカップリングがマイクロ波方向
性カプラの偶数モードインピーダンスZoeを決定する
ようにアレンジされている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波装置、たとえ
ば方向性カプラに関し、またインターディジタル(inter
digital)カップリングラインエレメントを有するカプラ
に関する。
ば方向性カプラに関し、またインターディジタル(inter
digital)カップリングラインエレメントを有するカプラ
に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波方向性カプラは、パワ・デバ
イダまたはコンバイナ(power divideror combiner) と
して用いられる4個のポートを備えるマイクロ波装置で
ある。信号がポート1に入力されると、それはポート4
ではなくて、ポート2および3に結合される。ポート4
に入力された信号は同様にポート1にではなく、ポート
2および3に結合される。それはポート1および4の間
には結合が存在しないからであり、これらのポートは互
いに関して非結合または隔離ポートとして知られる。信
号をポート2および3に入力させることが出来るし、あ
るいはこれらにおける反射から得ることも出来る。ポー
ト2に入力された信号はポート1および4に結合される
が、ポート3にはされない。一方、ポート3に入力され
た信号はポート1および4に結合されるが、ポート2に
はされない。このように、ポート2および3は互いに隔
離されたポートである。
イダまたはコンバイナ(power divideror combiner) と
して用いられる4個のポートを備えるマイクロ波装置で
ある。信号がポート1に入力されると、それはポート4
ではなくて、ポート2および3に結合される。ポート4
に入力された信号は同様にポート1にではなく、ポート
2および3に結合される。それはポート1および4の間
には結合が存在しないからであり、これらのポートは互
いに関して非結合または隔離ポートとして知られる。信
号をポート2および3に入力させることが出来るし、あ
るいはこれらにおける反射から得ることも出来る。ポー
ト2に入力された信号はポート1および4に結合される
が、ポート3にはされない。一方、ポート3に入力され
た信号はポート1および4に結合されるが、ポート2に
はされない。このように、ポート2および3は互いに隔
離されたポートである。
【0003】レーダーシステムにおいて、レーダートラ
ンスミッタは方向性カプラのポート1に結合される。次
に、アンテナはポート2に、マイクロ波パワディテクタ
はポート3に結合され、そしてポート4は整合させたロ
ード(matched load)において終結する。この構成によっ
て、トランスミッタのパワ出力としてポート3において
測定されるポート2への反射されたパワ伝搬では、如何
なるアンテナのインピーダンス不整合も生ずることはな
い。このことは真実である。それはポート2および3は
隔離されたポートであり、そしてポート2に入力された
信号がポート3に結合されることは無いからである。
ンスミッタは方向性カプラのポート1に結合される。次
に、アンテナはポート2に、マイクロ波パワディテクタ
はポート3に結合され、そしてポート4は整合させたロ
ード(matched load)において終結する。この構成によっ
て、トランスミッタのパワ出力としてポート3において
測定されるポート2への反射されたパワ伝搬では、如何
なるアンテナのインピーダンス不整合も生ずることはな
い。このことは真実である。それはポート2および3は
隔離されたポートであり、そしてポート2に入力された
信号がポート3に結合されることは無いからである。
【0004】マイクロストリップ方向性カプラは米国特
許第4,823,097 号中に開示されており、そしてこれはペ
アレント誘電ボードの上面に直立する第一誘電ボードを
含んで成る。カップリングライン部分は第一誘電ボード
の各側面上に配置されている。リード線がペアレント誘
電ボードの上面に配置され、そして各カップリングライ
ン部分の両端に接続される。接地面は、ペアレント誘電
ボードの下面に配置された導電層によって形成される。
この物理的構成は、カップリングライン部分間のカップ
リングならびに各カップリングライン部分と接地面間の
カップリング双方によって決定されるカプラの偶数およ
び奇数モードのインピーダンスをもたらす。インピーダ
ンスは、接地面にカップリングすることによって部分的
に決定されるので、ペアレント誘電ボードの構成および
物理的寸法はインピーダンスに影響を及ぼす。従って、
カプラの設計にはそれに対して第一の誘電ボードが装着
されるであろうペアレント誘電ボードのタイプについて
の知識および考察を要する。
許第4,823,097 号中に開示されており、そしてこれはペ
アレント誘電ボードの上面に直立する第一誘電ボードを
含んで成る。カップリングライン部分は第一誘電ボード
の各側面上に配置されている。リード線がペアレント誘
電ボードの上面に配置され、そして各カップリングライ
ン部分の両端に接続される。接地面は、ペアレント誘電
ボードの下面に配置された導電層によって形成される。
この物理的構成は、カップリングライン部分間のカップ
リングならびに各カップリングライン部分と接地面間の
カップリング双方によって決定されるカプラの偶数およ
び奇数モードのインピーダンスをもたらす。インピーダ
ンスは、接地面にカップリングすることによって部分的
に決定されるので、ペアレント誘電ボードの構成および
物理的寸法はインピーダンスに影響を及ぼす。従って、
カプラの設計にはそれに対して第一の誘電ボードが装着
されるであろうペアレント誘電ボードのタイプについて
の知識および考察を要する。
【0005】マイクロストリップ方向性カプラの他の実
施態様は米国特許第5,373,266 号中に開示されている。
このカプラは一対のマイクロストリップ・カップリング
エレメントであって、真っ直ぐで互いに離れたエッジを
有するものと、隣接するエッジであって、曲率、たとえ
ば正弦または半円パターンにおいて逆転されたものを有
する湾曲したパスに従うものとを含んで構成される。こ
れらのカップリングエレメントは誘電基板の一表面に配
置されている。接地面伝導層は誘電基板の反対側の表面
に配置される。このカプラにおいて、偶数モードインピ
ーダンスは、マイクロストリップ・カップリングエレメ
ントの直線離間エッジおよび接地面間のカップリングに
よって形成される。
施態様は米国特許第5,373,266 号中に開示されている。
このカプラは一対のマイクロストリップ・カップリング
エレメントであって、真っ直ぐで互いに離れたエッジを
有するものと、隣接するエッジであって、曲率、たとえ
ば正弦または半円パターンにおいて逆転されたものを有
する湾曲したパスに従うものとを含んで構成される。こ
れらのカップリングエレメントは誘電基板の一表面に配
置されている。接地面伝導層は誘電基板の反対側の表面
に配置される。このカプラにおいて、偶数モードインピ
ーダンスは、マイクロストリップ・カップリングエレメ
ントの直線離間エッジおよび接地面間のカップリングに
よって形成される。
【0006】複数個の離間した歯を備える細長い母線を
有する櫛形電極(comb electrodes)を含む方向性カプラ
が米国特許第4,394,630 号中に開示されている。一実施
態様において、第一櫛形電極は誘電基板の一側に配置さ
れ、また第二櫛形電極は他の側に配置されている。通
常、矩形で中空の導体が誘電基板を取り入れ、そしてこ
れを支持する。所定の誘電特性を有する充填物質を使用
して、誘電基板の一側と中空矩形の導体の隣接側との間
の容積を充填する。同じ方法において、その誘電基板の
他の側と中空矩形の導体の隣接側との間の容積を充填す
るために充填物質が使用される。カプラの偶数および奇
数モードのインピーダンスは、誘電基板および充填物質
双方の組成および物理的寸法により決定される。
有する櫛形電極(comb electrodes)を含む方向性カプラ
が米国特許第4,394,630 号中に開示されている。一実施
態様において、第一櫛形電極は誘電基板の一側に配置さ
れ、また第二櫛形電極は他の側に配置されている。通
常、矩形で中空の導体が誘電基板を取り入れ、そしてこ
れを支持する。所定の誘電特性を有する充填物質を使用
して、誘電基板の一側と中空矩形の導体の隣接側との間
の容積を充填する。同じ方法において、その誘電基板の
他の側と中空矩形の導体の隣接側との間の容積を充填す
るために充填物質が使用される。カプラの偶数および奇
数モードのインピーダンスは、誘電基板および充填物質
双方の組成および物理的寸法により決定される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】これらの従来技術によ
るカプラに共通である短所は、カップリングエレメント
を形成する導体ラインパターンが他の周辺電子回路を含
むペアレントプリント配線ボード上に印刷されることを
要することである。この状況、すなわち方向性カプラが
要求される性能を達成するために高価な誘電性物質を必
要とするのに対し、周辺回路はより安価な物質で足りる
という状況において設計上のコンフリクトが生ずる。カ
プラおよび周辺回路が同一の回路ボードに収容されるが
故に、カプラ設計基準に合致するためにボード全体に関
して高価な物質の使用が必要となる。
るカプラに共通である短所は、カップリングエレメント
を形成する導体ラインパターンが他の周辺電子回路を含
むペアレントプリント配線ボード上に印刷されることを
要することである。この状況、すなわち方向性カプラが
要求される性能を達成するために高価な誘電性物質を必
要とするのに対し、周辺回路はより安価な物質で足りる
という状況において設計上のコンフリクトが生ずる。カ
プラおよび周辺回路が同一の回路ボードに収容されるが
故に、カプラ設計基準に合致するためにボード全体に関
して高価な物質の使用が必要となる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は方向性カプラを
含むマイクロ波装置を包含するものであり、このマイク
ロ波装置は、対向する表面を有するペアレント回路ボー
ドと、カプラ誘電ボードであって、対向する表面を備
え、かつその対向する表面が前記ペアレント回路ボード
の対向する表面の一方に対し略垂直に装着されるもの
と、第一および第二の上部インターディジタル電気的導
電性エレメントであって、前記カプラ誘電ボードの対向
する表面上にそれぞれ配置されたものと、第一および第
二の下部インターディジタル電気的導電性エレメントで
あって、前記カプラ誘電ボードの対向する表面上にそれ
ぞれ配置されたものとを含んで構成され、前記上部イン
ターディジタル電気的導電性エレメントは互いに電気的
にカップリングされて、前記カプラをして奇数モードイ
ンピーダンスであって、カップリングの関数として変化
する値を有するものを呈示せしめ、前記下部インターデ
ィジタル電気的導電性エレメントのそれぞれは各上部イ
ンターディジタル電気的導電性エレメントから離間して
おり、そして前記下部インターディジタル電気的導電性
エレメントおよび前記上部インターディジタル電気的導
電性エレメントは互いに電気的にカップリングされて、
前記カプラをして偶数モードインピーダンスであって、
前記下部インターディジタル電気的導電性エレメントと
前記上部インターディジタル電気的導電性エレメントと
の間のカップリングの関数として変化する値を有するも
のを呈示せしめることを特徴としている。
含むマイクロ波装置を包含するものであり、このマイク
ロ波装置は、対向する表面を有するペアレント回路ボー
ドと、カプラ誘電ボードであって、対向する表面を備
え、かつその対向する表面が前記ペアレント回路ボード
の対向する表面の一方に対し略垂直に装着されるもの
と、第一および第二の上部インターディジタル電気的導
電性エレメントであって、前記カプラ誘電ボードの対向
する表面上にそれぞれ配置されたものと、第一および第
二の下部インターディジタル電気的導電性エレメントで
あって、前記カプラ誘電ボードの対向する表面上にそれ
ぞれ配置されたものとを含んで構成され、前記上部イン
ターディジタル電気的導電性エレメントは互いに電気的
にカップリングされて、前記カプラをして奇数モードイ
ンピーダンスであって、カップリングの関数として変化
する値を有するものを呈示せしめ、前記下部インターデ
ィジタル電気的導電性エレメントのそれぞれは各上部イ
ンターディジタル電気的導電性エレメントから離間して
おり、そして前記下部インターディジタル電気的導電性
エレメントおよび前記上部インターディジタル電気的導
電性エレメントは互いに電気的にカップリングされて、
前記カプラをして偶数モードインピーダンスであって、
前記下部インターディジタル電気的導電性エレメントと
前記上部インターディジタル電気的導電性エレメントと
の間のカップリングの関数として変化する値を有するも
のを呈示せしめることを特徴としている。
【0009】次に、本発明を添付図面を参照することに
よって実施例により説明する。マイクロ波方向性カプラ
20が図1−図3に示されている。カプラ20は、平坦
な表面22aおよび22bを有するカプラ誘電ボード2
2を含む。カプラ20は、平坦な表面24aおよび24
bを有するペアレント回路上に装着される。カプラ20
は、ペアレント回路ボード24の平坦面24aおよび2
4bに垂直である、その平坦表面22aおよび22bと
共に装着されている。図1−図3中には示されていない
が、この回路と関連する他の周辺回路であって、ここに
おいてカプラ20が用いられるものもまたペアレントボ
ード24上に装架されている。カプラ20は表面22a
および22b上にそれぞれ配置されたインターディジテ
ーテッド(反復的に指状に刻んだ)・カップリングエレ
メント26および28を含んでいる。このインターディ
ジタル・カップリングエレメント26は上部インターデ
ィジタルエレメント26aおよび下部インターディジタ
ルエレメント26bを包含する。上部インターディジタ
ルエレメント26aは2個の側方部30および32を含
んで成り、それぞれは長手部34であって、所定の長さ
および幅を有するものに接続している。長手部34は真
っ直ぐな上部エッジ36および歯40を備える下部エッ
ジ38を有している。歯40に対し反復的に指状に刻ま
れているのは、下部インターディジタルエレメント26
bの上部エッジ44上に形成された歯42である。
よって実施例により説明する。マイクロ波方向性カプラ
20が図1−図3に示されている。カプラ20は、平坦
な表面22aおよび22bを有するカプラ誘電ボード2
2を含む。カプラ20は、平坦な表面24aおよび24
bを有するペアレント回路上に装着される。カプラ20
は、ペアレント回路ボード24の平坦面24aおよび2
4bに垂直である、その平坦表面22aおよび22bと
共に装着されている。図1−図3中には示されていない
が、この回路と関連する他の周辺回路であって、ここに
おいてカプラ20が用いられるものもまたペアレントボ
ード24上に装架されている。カプラ20は表面22a
および22b上にそれぞれ配置されたインターディジテ
ーテッド(反復的に指状に刻んだ)・カップリングエレ
メント26および28を含んでいる。このインターディ
ジタル・カップリングエレメント26は上部インターデ
ィジタルエレメント26aおよび下部インターディジタ
ルエレメント26bを包含する。上部インターディジタ
ルエレメント26aは2個の側方部30および32を含
んで成り、それぞれは長手部34であって、所定の長さ
および幅を有するものに接続している。長手部34は真
っ直ぐな上部エッジ36および歯40を備える下部エッ
ジ38を有している。歯40に対し反復的に指状に刻ま
れているのは、下部インターディジタルエレメント26
bの上部エッジ44上に形成された歯42である。
【0010】インターディジテーテッド・カップリング
エレメント28は平坦面22b上に対称に配置されてい
る。このインターディジテーテッド・カップリングエレ
メント28は上部インターディジタルエレメント28a
および下部インターディジタルエレメント28bを含ん
でいる。上部インターディジタルエレメント28aは2
個の側方部46および48を含んで成り、それぞれは、
所定の長さおよび幅を有する長手部50の一端に接続し
ている。長手部50は真っ直ぐな上部エッジ52および
歯56を備える下部エッジ54を有している。歯56に
対しインターディジテーテッドされているのは下部イン
ターディジタルエレメント28bの上部エッジ60上に
形成された歯58である。
エレメント28は平坦面22b上に対称に配置されてい
る。このインターディジテーテッド・カップリングエレ
メント28は上部インターディジタルエレメント28a
および下部インターディジタルエレメント28bを含ん
でいる。上部インターディジタルエレメント28aは2
個の側方部46および48を含んで成り、それぞれは、
所定の長さおよび幅を有する長手部50の一端に接続し
ている。長手部50は真っ直ぐな上部エッジ52および
歯56を備える下部エッジ54を有している。歯56に
対しインターディジテーテッドされているのは下部イン
ターディジタルエレメント28bの上部エッジ60上に
形成された歯58である。
【0011】カップリングエレメント26および28は
対称的に示され、かつ説明されているが、これは必ずし
もそうであることを要しない。たとえば、上部インター
ディジタルエレメント26aおよび28aの幅を異なら
せて、カプラ20の所望カップリング因子を調整するこ
とも出来る。上部インターディジタルエレメント26a
および28aならびに下部インターディジタルエレメン
ト26bおよび28b(図2においてW2として示され
る)もまた調整される。これらの長さはカプラ20の所
望動作周波数の関数として設定される。
対称的に示され、かつ説明されているが、これは必ずし
もそうであることを要しない。たとえば、上部インター
ディジタルエレメント26aおよび28aの幅を異なら
せて、カプラ20の所望カップリング因子を調整するこ
とも出来る。上部インターディジタルエレメント26a
および28aならびに下部インターディジタルエレメン
ト26bおよび28b(図2においてW2として示され
る)もまた調整される。これらの長さはカプラ20の所
望動作周波数の関数として設定される。
【0012】インターディジテーテッド・カップリング
エレメント26および28は、非常に高い精度で製造さ
れた写真マスターに従ってカプラ誘電ボード22の表面
をエッチングすることによって形成される。エッチング
に先立って、カプラ誘電ボード22の表面は、その平坦
面22aおよび22b上で、圧延または電着した銅フィ
ルムをもってカバーされる。写真マスターに付された整
合マークがそのパターンの高度の裏−表整合を保証す
る。
エレメント26および28は、非常に高い精度で製造さ
れた写真マスターに従ってカプラ誘電ボード22の表面
をエッチングすることによって形成される。エッチング
に先立って、カプラ誘電ボード22の表面は、その平坦
面22aおよび22b上で、圧延または電着した銅フィ
ルムをもってカバーされる。写真マスターに付された整
合マークがそのパターンの高度の裏−表整合を保証す
る。
【0013】更に、ペアレント回路ボード24上に導電
トレースを配置してカプラ20の装着を容易にせねばな
らない。ペアレント回路ボード24の平坦面24a上に
は、4個の導電トレース62、64、66および68が
配置されている。トレース62、64、66および68
は最小の端効果を伴って、それぞれ部分30、32、4
6および48に対する直接接続を提供する。これは導電
トレースおよび関連する側方部間に良好な整合を提供す
る。導電トレース62、64、66および68に加え
て、2枚の接地面70および72もまた、ペアレント回
路ボード24の平坦面24a上に配置される。接地面7
0および72は幅W2を下部インターディジタル・カッ
プリングエレメント26bおよび28bと同一にする。
下部接地面74はペアレント回路ボード24の平坦面2
4b上に配置される。各接地面70および72は複数個
の通路76によって下部接地面74に接続される。この
下部接地面74はシステムの大地電位に接続され、そし
て通路76は、これもまたシステム大地電位にある接地
面70および72に帰着する。
トレースを配置してカプラ20の装着を容易にせねばな
らない。ペアレント回路ボード24の平坦面24a上に
は、4個の導電トレース62、64、66および68が
配置されている。トレース62、64、66および68
は最小の端効果を伴って、それぞれ部分30、32、4
6および48に対する直接接続を提供する。これは導電
トレースおよび関連する側方部間に良好な整合を提供す
る。導電トレース62、64、66および68に加え
て、2枚の接地面70および72もまた、ペアレント回
路ボード24の平坦面24a上に配置される。接地面7
0および72は幅W2を下部インターディジタル・カッ
プリングエレメント26bおよび28bと同一にする。
下部接地面74はペアレント回路ボード24の平坦面2
4b上に配置される。各接地面70および72は複数個
の通路76によって下部接地面74に接続される。この
下部接地面74はシステムの大地電位に接続され、そし
て通路76は、これもまたシステム大地電位にある接地
面70および72に帰着する。
【0014】方向性カプラ20は、カプラ誘電ボード2
2上に配置された導電トレースを、ペアレント回路ボー
ド上に配置されたそれらに半田付けすることによってペ
アレント回路ボード24に接続される。側方部30およ
び32は、カプラ誘電ボード22の下部エッジ78にお
いて、それぞれ導電トレース62および64に対し半田
付けされる。側方部46および48は同様に下部エッジ
78において、それぞれ導電トレース66および68に
半田付けされる。下部インターディジタル・カップリン
グエレメント26bは、下部エッジ78において、接地
面70に半田付けされるのに対し、下部インターディジ
タル・カップリングエレメント28bは、下部エッジ7
8において、接地面72に半田付けされる。これら全て
の半田接続部はフィレ半田ジョイント80を形成する。
他の方法、たとえば適当な導電性接着剤をフィレ半田ジ
ョイント80の代わりに使用してもよい。
2上に配置された導電トレースを、ペアレント回路ボー
ド上に配置されたそれらに半田付けすることによってペ
アレント回路ボード24に接続される。側方部30およ
び32は、カプラ誘電ボード22の下部エッジ78にお
いて、それぞれ導電トレース62および64に対し半田
付けされる。側方部46および48は同様に下部エッジ
78において、それぞれ導電トレース66および68に
半田付けされる。下部インターディジタル・カップリン
グエレメント26bは、下部エッジ78において、接地
面70に半田付けされるのに対し、下部インターディジ
タル・カップリングエレメント28bは、下部エッジ7
8において、接地面72に半田付けされる。これら全て
の半田接続部はフィレ半田ジョイント80を形成する。
他の方法、たとえば適当な導電性接着剤をフィレ半田ジ
ョイント80の代わりに使用してもよい。
【0015】半田付けまたは他の接続手段を行う間の、
カプラ誘電ボード22の適当な機械的整列は装着用ペグ
82および84の使用によって遂行される。それぞれの
装着用ペグ82および84はペアレント回路ボード24
上の関連する装着穴(図示せず)に嵌合させる。整列の
ための装着用ペグ82および84の使用ならびに機械的
および電気的接続のためのフィレ半田ジョイント80の
使用は、知られた「ピック−アンド−プレース(pick-an
d-place)」アセンブリ技法を利用して容易に自動化され
るべきである。
カプラ誘電ボード22の適当な機械的整列は装着用ペグ
82および84の使用によって遂行される。それぞれの
装着用ペグ82および84はペアレント回路ボード24
上の関連する装着穴(図示せず)に嵌合させる。整列の
ための装着用ペグ82および84の使用ならびに機械的
および電気的接続のためのフィレ半田ジョイント80の
使用は、知られた「ピック−アンド−プレース(pick-an
d-place)」アセンブリ技法を利用して容易に自動化され
るべきである。
【0016】方向性カプラ20の電気的特性はカプラの
カップリング因子Cによって決定される。等しい大いさ
の電流が同一方向において、上部インターディジタル・
カップリングエレメント26aおよび28aの両者中に
流れていると、Zoeで表される偶数モードインピーダ
ンスがそれぞれのエレメントおよびアース間に存在す
る。同様に、等しい大いさの、しかし反対方向の電流が
上部インターディジタル・カップリングエレメント26
aおよび28a中を流れていると、Zooで表される奇
数モードインピーダンスがそれぞれのエレメントおよび
アース間に存在する。連結された一対のラインに関する
偶数および奇数モードインピーダンスは下記の等式によ
って与えられる。
カップリング因子Cによって決定される。等しい大いさ
の電流が同一方向において、上部インターディジタル・
カップリングエレメント26aおよび28aの両者中に
流れていると、Zoeで表される偶数モードインピーダ
ンスがそれぞれのエレメントおよびアース間に存在す
る。同様に、等しい大いさの、しかし反対方向の電流が
上部インターディジタル・カップリングエレメント26
aおよび28a中を流れていると、Zooで表される奇
数モードインピーダンスがそれぞれのエレメントおよび
アース間に存在する。連結された一対のラインに関する
偶数および奇数モードインピーダンスは下記の等式によ
って与えられる。
【0017】
【数1】
【0018】
【数2】 但し、Cはカップリング因子であり、そしてZoはカプ
ラ20が接続されている伝送線路(すなわち、導電トレ
ース62−68)の特有インピーダンスである。式
(1)および(2)は、カップリング因子Cならびに偶
数および奇数モードインピーダンスZoeおよびZoo
間の関数関係を示している。カプラ20の設計に際し
て、所望のカップリング因子Cが選択される(たとえ
ば、3dB)。選択されたカップリング因子Cから、式
(1)および(2)は、そのカップリング因子を成就す
るために必要とされる偶数および奇数モードインピーダ
ンスZoeおよびZooを得る。所要の偶数および奇数
モードインピーダンスZoeおよびZooはまた、当該
技術分野で知られるように、インピーダンス整合要件を
満たすために関係式Zo=(ZoeZoo)1/2を満
足せねばならない。式(1)および(2)は偶数および
奇数モードインピーダンスZoeおよびZooの両者に
関連する電波の位相速度を等しいと仮定する。これらの
位相速度が等しくなければ、各モードの具体的な位相速
度を用いて関連のインピーダンスを決定せねばならな
い。もしそうでなければ、方向性カプラの帯域幅および
指向性は相違する位相速度によって悪影響を受ける。
ラ20が接続されている伝送線路(すなわち、導電トレ
ース62−68)の特有インピーダンスである。式
(1)および(2)は、カップリング因子Cならびに偶
数および奇数モードインピーダンスZoeおよびZoo
間の関数関係を示している。カプラ20の設計に際し
て、所望のカップリング因子Cが選択される(たとえ
ば、3dB)。選択されたカップリング因子Cから、式
(1)および(2)は、そのカップリング因子を成就す
るために必要とされる偶数および奇数モードインピーダ
ンスZoeおよびZooを得る。所要の偶数および奇数
モードインピーダンスZoeおよびZooはまた、当該
技術分野で知られるように、インピーダンス整合要件を
満たすために関係式Zo=(ZoeZoo)1/2を満
足せねばならない。式(1)および(2)は偶数および
奇数モードインピーダンスZoeおよびZooの両者に
関連する電波の位相速度を等しいと仮定する。これらの
位相速度が等しくなければ、各モードの具体的な位相速
度を用いて関連のインピーダンスを決定せねばならな
い。もしそうでなければ、方向性カプラの帯域幅および
指向性は相違する位相速度によって悪影響を受ける。
【0019】図5および図6は相違する位相速度の原因
を例示している。位相速度の一般式は下記の通りであ
る。
を例示している。位相速度の一般式は下記の通りであ
る。
【0020】
【数3】 但し、4は自由空間における光の速度(すなわち、3×
108m/秒)、そして∈effは、電界がその中を伝
搬する媒質の有効誘電率である。図5に示すように、偶
数モードインピーダンスZoeに関連する電界86は部
分的にカプラ誘電ボード22内を、そして部分的には空
気88中を伝搬する。その結果、有効誘電率∈effは
自由空間の誘電率∈oと誘電ボード22の相対誘電率∈
rとの間の何処かに存在する。しかしながら、偶数モー
ドインピーダンスZoeに関する有効誘電率∈eff
は、図6に示すように、奇数モードインピーダンスZo
oに関するそれよりも相違している。奇数モードインピ
ーダンスZooに関連する電界90は誘電ボード22に
主として伝搬し、従って有効誘電率∈effであって、
誘電ボードの相対誘電率∈rにより近いものを有するこ
とになる。関連する位相速度の関数として、偶数および
奇数モードインピーダンスZoeおよびZooに関する
式は以下の通りである。
108m/秒)、そして∈effは、電界がその中を伝
搬する媒質の有効誘電率である。図5に示すように、偶
数モードインピーダンスZoeに関連する電界86は部
分的にカプラ誘電ボード22内を、そして部分的には空
気88中を伝搬する。その結果、有効誘電率∈effは
自由空間の誘電率∈oと誘電ボード22の相対誘電率∈
rとの間の何処かに存在する。しかしながら、偶数モー
ドインピーダンスZoeに関する有効誘電率∈eff
は、図6に示すように、奇数モードインピーダンスZo
oに関するそれよりも相違している。奇数モードインピ
ーダンスZooに関連する電界90は誘電ボード22に
主として伝搬し、従って有効誘電率∈effであって、
誘電ボードの相対誘電率∈rにより近いものを有するこ
とになる。関連する位相速度の関数として、偶数および
奇数モードインピーダンスZoeおよびZooに関する
式は以下の通りである。
【0021】
【数4】
【0022】
【数5】 但し、Vpoは奇数モードインピーダンスZooに関連
する位相速度であり、Vpeは偶数モードインピーダン
スZoeに関連する位相速度であり、Cooは奇数モー
ドインピーダンスに関する接地への1本のラインの単位
長さ当たりの有効キャパシタンスであり、そしてCoe
は偶数モードインピーダンスに関する接地への1本のラ
インの単位長さ当たりの有効キャパシタンスである。
する位相速度であり、Vpeは偶数モードインピーダン
スZoeに関連する位相速度であり、Cooは奇数モー
ドインピーダンスに関する接地への1本のラインの単位
長さ当たりの有効キャパシタンスであり、そしてCoe
は偶数モードインピーダンスに関する接地への1本のラ
インの単位長さ当たりの有効キャパシタンスである。
【0023】伝搬遅延を等しくするために、偶数モード
インピーダンスZoeに関連する電波を歯40、42、
56および58によって生成されるギャップであって、
インターディジテーテッドパターンを形成するものの周
囲に曲がりくねって進ませる。偶数モードインピーダン
スZoeに関連する電波に対する伝搬遅延はそれらの歯
の数または周期性の関数である。実際には、式(4)お
よび(5)をZooおよびZoeを直接決定するために
用いることは出来ない。それは位相速度VpoおよびV
peを容易に測定することが出来ないからである。その
代わりに、キャパシタンスCooおよびCoeをモデリ
ング、マッピングまたは計算することによって決定せね
ばならない。従って、決定されたキャパシタンスCoo
およびCoeは奇数および偶数インピーダンスZooお
よびZoeを概算するために使用される。次いで、位相
速度は、所要のZooおよびZoeが実現されて所望の
カップリング因子Cが得られるまで、インターディジテ
ーテッドパターンの物理的レイアウトを変化させること
によって調節される。
インピーダンスZoeに関連する電波を歯40、42、
56および58によって生成されるギャップであって、
インターディジテーテッドパターンを形成するものの周
囲に曲がりくねって進ませる。偶数モードインピーダン
スZoeに関連する電波に対する伝搬遅延はそれらの歯
の数または周期性の関数である。実際には、式(4)お
よび(5)をZooおよびZoeを直接決定するために
用いることは出来ない。それは位相速度VpoおよびV
peを容易に測定することが出来ないからである。その
代わりに、キャパシタンスCooおよびCoeをモデリ
ング、マッピングまたは計算することによって決定せね
ばならない。従って、決定されたキャパシタンスCoo
およびCoeは奇数および偶数インピーダンスZooお
よびZoeを概算するために使用される。次いで、位相
速度は、所要のZooおよびZoeが実現されて所望の
カップリング因子Cが得られるまで、インターディジテ
ーテッドパターンの物理的レイアウトを変化させること
によって調節される。
【0024】上記の本発明による方向性カプラ20の一
実施態様を構成し、かつ試験した。本実施態様の物理的
パラメータは以下の通りであった。 上部インターディジタル・カップリングエレメントの平均長さ 58.6 mm 下部インターディジタル・カップリングエレメントの長さ 46.0 mm 歯の幅 1.0 mm 歯の間隙 2.5 mm カップリングエレメントを形成するフォイルの全厚さ .038mm カプラ誘電ボード厚さ .813mm カプラ誘電ボード定数 2.5 カプラ誘電ボード解離因子 10GHzにおいて0.0025 本実施態様におけるカプラ誘電ボード22はガラス繊維
織物/PTFE複合材料から調製した。
実施態様を構成し、かつ試験した。本実施態様の物理的
パラメータは以下の通りであった。 上部インターディジタル・カップリングエレメントの平均長さ 58.6 mm 下部インターディジタル・カップリングエレメントの長さ 46.0 mm 歯の幅 1.0 mm 歯の間隙 2.5 mm カップリングエレメントを形成するフォイルの全厚さ .038mm カプラ誘電ボード厚さ .813mm カプラ誘電ボード定数 2.5 カプラ誘電ボード解離因子 10GHzにおいて0.0025 本実施態様におけるカプラ誘電ボード22はガラス繊維
織物/PTFE複合材料から調製した。
【0025】好ましい実施態様の試験結果は図7乃至図
9に示す。図7において、線92および94はグラフで
あり、これらは、ポート1およびポート4に入力される
信号が整合ロードにおいて決定される場合のポート2お
よび3からの出力をそれぞれ示している。垂直軸は、各
垂直区画1dBをもって表したパワである。水平軸は周
波数を表しており、そしてこれは450Mhzから95
0Mhzに及んでいる。完全な500Mhz周波数範囲
を超えると、図7のグラフはカプラ20の良好な性能を
示す。ポート1に対するパワ入力は略1/2がポート2
に、そして1/2がポート3に結合される。矢印98で
示される中心周波数700Mhzにおいて、ポート3に
おけるパワは約−2.76dBであり、一方ポート2に
おけるパワは約−3.45dBである。
9に示す。図7において、線92および94はグラフで
あり、これらは、ポート1およびポート4に入力される
信号が整合ロードにおいて決定される場合のポート2お
よび3からの出力をそれぞれ示している。垂直軸は、各
垂直区画1dBをもって表したパワである。水平軸は周
波数を表しており、そしてこれは450Mhzから95
0Mhzに及んでいる。完全な500Mhz周波数範囲
を超えると、図7のグラフはカプラ20の良好な性能を
示す。ポート1に対するパワ入力は略1/2がポート2
に、そして1/2がポート3に結合される。矢印98で
示される中心周波数700Mhzにおいて、ポート3に
おけるパワは約−2.76dBであり、一方ポート2に
おけるパワは約−3.45dBである。
【0026】
【発明の効果】図8は、カプラ20が良好なリターンロ
スを示すことを表している。図8において、垂直軸は再
びパワを、そして水平軸は周波数を表している。各垂直
区画は10dBを表しており、そして100は0dBの
基準レベルである。線102は、カプラ20のポートの
内の3個のポートが整合ロードに終結される場合の、他
の1個への入力信号から得られる反射されたパワについ
てのグラフである。理想的には、この構成に関して反射
パワはゼロであるべきである。全周波数範囲に亘って、
線102はその反射パワが約−25dB以下のレベルに
おいて示されている。中心周波数700Mhzにおい
て、矢印104によって示されるように、反射パワレベ
ルは−27.917dBである。
スを示すことを表している。図8において、垂直軸は再
びパワを、そして水平軸は周波数を表している。各垂直
区画は10dBを表しており、そして100は0dBの
基準レベルである。線102は、カプラ20のポートの
内の3個のポートが整合ロードに終結される場合の、他
の1個への入力信号から得られる反射されたパワについ
てのグラフである。理想的には、この構成に関して反射
パワはゼロであるべきである。全周波数範囲に亘って、
線102はその反射パワが約−25dB以下のレベルに
おいて示されている。中心周波数700Mhzにおい
て、矢印104によって示されるように、反射パワレベ
ルは−27.917dBである。
【0027】図9はカプラ20が良好な分離、延いては
関連周波数範囲に及ぶ良好な指向性を示すことを表して
いる。垂直軸は、各垂直区画10dBをもって再びパワ
を示す。水平軸は再び周波数である。矢印106は0d
B基準レベルである。線108は、ポート1ならびにポ
ート2および3に入力された信号が整合ロードにおいて
終結される場合の、ポート4から出力されるパワについ
てのグラフである。理想的にはポート1および4が隔離
されることであるのを想起すべきである。すなわち、意
味するところは如何なるパワもポート1乃至ポート4に
結合されないこと(すなわち、無限指向性)である。矢
印110で示される中心周波数700Mhzにおいて、
ポート4におけるパワは約−47.015dBである。
全周波数範囲に亘り、線108はポート4におけるパワ
が−38dB以下のレベルにあることを示しており、こ
れはこの種のカプラに関し優れた隔離および指向性であ
る。
関連周波数範囲に及ぶ良好な指向性を示すことを表して
いる。垂直軸は、各垂直区画10dBをもって再びパワ
を示す。水平軸は再び周波数である。矢印106は0d
B基準レベルである。線108は、ポート1ならびにポ
ート2および3に入力された信号が整合ロードにおいて
終結される場合の、ポート4から出力されるパワについ
てのグラフである。理想的にはポート1および4が隔離
されることであるのを想起すべきである。すなわち、意
味するところは如何なるパワもポート1乃至ポート4に
結合されないこと(すなわち、無限指向性)である。矢
印110で示される中心周波数700Mhzにおいて、
ポート4におけるパワは約−47.015dBである。
全周波数範囲に亘り、線108はポート4におけるパワ
が−38dB以下のレベルにあることを示しており、こ
れはこの種のカプラに関し優れた隔離および指向性であ
る。
【図1】本発明によるマイクロ波方向性カプラである。
【図2】図1のカプラ誘電ボード22の一側面を示す側
面図である。
面図である。
【図3】図2のカプラ誘電ボード22の他の側面を示す
側面図である。
側面図である。
【図4】マイクロ波方向性カプラを示す横断面図であ
る。
る。
【図5】偶数モードインピーダンスZoeに関連する電
界を示すマイクロ波方向性カプラの横断面図である。
界を示すマイクロ波方向性カプラの横断面図である。
【図6】奇数モードインピーダンスZooに関連する電
界を示すマイクロ波方向性カプラの横断面図である。
界を示すマイクロ波方向性カプラの横断面図である。
【図7】周波数を関数とするマイクロ波方向性カプラの
結合されたポートからのパワ出力を示すグラフである。
結合されたポートからのパワ出力を示すグラフである。
【図8】周波数を関数とするマイクロ波方向性カプラの
入力リターンロスを示すグラフである。
入力リターンロスを示すグラフである。
【図9】周波数を関数とするマイクロ波方向性カプラの
隔離を示すグラフである。
隔離を示すグラフである。
20 マイクロ波方向性カプラ 22 カプラ誘電ボード 22a、22b 平坦な表面 24 ペアレント回路ボード 24a、24b 平坦な表面 26、28 カップリングエレメント 26a、28a 上部インターディジタルエレメント 26b、28b 下部インターディジタル・カップリン
グエレメント 62、64、66、68 導電トレース 70、72 接地面 74 下部接地面 76 通路
グエレメント 62、64、66、68 導電トレース 70、72 接地面 74 下部接地面 76 通路
Claims (10)
- 【請求項1】 対向する表面を有するペアレント回路ボ
ードと、カプラ誘電ボードであって、対向する表面を備
え、かつその対向する表面が前記ペアレント回路ボード
の対向する表面の一方に対し略垂直に装着されるもの
と、第一および第二の上部インターディジタル電気的導
電性エレメントであって、前記カプラ誘電ボードの対向
する表面上にそれぞれ配置されたものと、第一および第
二の下部インターディジタル電気的導電性エレメントで
あって、前記カプラ誘電ボードの対向する表面上にそれ
ぞれ配置されたものとを含んで構成され、前記上部イン
ターディジタル電気的導電性エレメントは互いに電気的
にカップリングされて、前記カプラをして奇数モードイ
ンピーダンスであって、カップリングの関数として変化
する値を有するものを呈示せしめ、前記下部インターデ
ィジタル電気的導電性エレメントのそれぞれは各上部イ
ンターディジタル電気的導電性エレメントから離間して
おり、そして前記下部インターディジタル電気的導電性
エレメントおよび前記上部インターディジタル電気的導
電性エレメントは互いに電気的にカップリングされて、
前記カプラをして偶数モードインピーダンスであって、
前記下部インターディジタル電気的導電性エレメントと
前記上部インターディジタル電気的導電性エレメントと
の間のカップリングの関数として変化する値を有するも
のを呈示せしめることを特徴とする方向性カプラを含む
マイクロ波装置。 - 【請求項2】 前記第一および第二上部インターディジ
タル電気的導電性エレメントは対称であり、ここにおい
て前記第一および第二下部インターディジタル電気的導
電性エレメントが対称である請求項1記載の装置。 - 【請求項3】 前記カプラ誘電ボードが誘電率∈を有
し、前記ペアレント回路ボードが誘電率∈r、そしてこ
れら誘電率の値∈および∈rが等しくない請求項1また
は2記載の装置。 - 【請求項4】 前記第一および第二下部インターディジ
タル電気的導電性エレメントを大地電位に対し電気的に
接続するための手段を含み、そしてここにおいて前記第
一および第二上部インターディジタル電気的導電性エレ
メントが好ましくは等しくない幅を有する前記請求項1
乃至3のいずれかに記載の装置。 - 【請求項5】 所望の動作周波数を有し、そしてここに
おいて前記第一および第二上部および下部インターディ
ジタル電気的導電性エレメントが、その所望動作周波数
の関数として基準化された長さを有する前記請求項1乃
至4のいずれかに記載の装置。 - 【請求項6】 対向する表面を有するペアレント回路ボ
ードと、カプラ誘電ボードであって、対向する表面を備
え、かつその対向する表面が前記ペアレント回路ボード
の対向する表面の一方に対し略垂直に装着されるもの
と、第一および第二の上部インターディジタル電気的導
電性エレメントであって、前記カプラ誘電ボードの対向
する表面上にそれぞれ配置されたものと、第一および第
二の下部インターディジタル電気的導電性エレメントで
あって、前記カプラ誘電ボードの対向する表面上にそれ
ぞれ配置されたものとを含んで構成され、前記上部イン
ターディジタル電気的導電性エレメントは真っ直ぐな頂
部エッジおよびその上に配置された複数個の歯を有する
底部エッジを有し、前記上部インターディジタル電気的
導電性エレメントは互いに電気的にカップリングされ
て、前記カプラをして奇数モードインピーダンスであっ
て、カップリングの関数として変化する値を有するもの
を呈示せしめ、前記下部インターディジタル電気的導電
性エレメントのそれぞれは各上部インターディジタル電
気的導電性エレメントから離間しており、前記下部イン
ターディジタル電気的導電性エレメントは真っ直ぐな底
部エッジおよびその上に配置された複数個の歯を有する
頂部エッジを有しているが、これらの歯は前記上部イン
ターディジタル電気的導電性エレメントの各底部エッジ
に配置された歯に対して反復的に指状に刻まれたもので
あり、そして前記下部インターディジタル電気的導電性
エレメントおよび前記上部インターディジタル電気的導
電性エレメントは互いに電気的にカップリングされて、
前記カプラをして偶数モードインピーダンスであって、
前記下部インターディジタル電気的導電性エレメントと
前記上部インターディジタル電気的導電性エレメントと
の間のカップリングの関数として変化する値を有するも
のを呈示せしめることを特徴とする方向性カプラを含む
マイクロ波装置。 - 【請求項7】 前記上部インターディジタル電気的導電
性エレメントの底部エッジに配置された歯の数は偶数で
あり、そしてこの場合前記下部インターディジタル電気
的導電性エレメントの頂部エッジに配置された歯の数が
好ましくは奇数である請求項6記載の装置。 - 【請求項8】 前記第一および第二上部インターディジ
タル電気的導電性エレメントは対称であり、そして前記
第一および第二下部インターディジタル電気的導電性エ
レメントが対称である請求項6記載の装置。 - 【請求項9】 前記カプラ誘電ボードが誘電率∈rを有
し、前記ペアレント回路ボードが誘電率∈、そしてこれ
ら誘電率の値∈rおよび∈が等しくない前記請求項6乃
至8のいずれかに記載の装置。 - 【請求項10】 前記第一および第二下部インターディ
ジタル電気的導電性エレメントを大地電位に対し電気的
に接続するための手段を含む前記請求項6乃至9のいず
れかに記載の装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9131866A JPH10335913A (ja) | 1997-05-22 | 1997-05-22 | マイクロ波方向性カプラに関する改良 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9131866A JPH10335913A (ja) | 1997-05-22 | 1997-05-22 | マイクロ波方向性カプラに関する改良 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10335913A true JPH10335913A (ja) | 1998-12-18 |
Family
ID=15067968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9131866A Pending JPH10335913A (ja) | 1997-05-22 | 1997-05-22 | マイクロ波方向性カプラに関する改良 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10335913A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2860175C1 (ru) * | 2025-11-13 | 2026-04-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Импеданс-трансформирующий поперечно-направленный ответвитель на связанных линиях |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS5442437U (ja) * | 1977-08-30 | 1979-03-22 | ||
| JPS6313502A (ja) * | 1986-07-04 | 1988-01-20 | Yuniden Kk | マイクロ波方向性結合器 |
| JPH01208901A (ja) * | 1988-02-16 | 1989-08-22 | Mitsubishi Electric Corp | マイクロ波集積回路 |
| JPH0320162B2 (ja) * | 1985-12-02 | 1991-03-18 | Kenwood Corp | |
| JPH0314803Y2 (ja) * | 1985-11-22 | 1991-04-02 | ||
| JPH0314802Y2 (ja) * | 1985-11-22 | 1991-04-02 | ||
| JPH06350308A (ja) * | 1993-06-11 | 1994-12-22 | Nec Corp | 信号伝送回路 |
-
1997
- 1997-05-22 JP JP9131866A patent/JPH10335913A/ja active Pending
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