JPS606121B2 - 方向性結合器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に方向性結合器に関し、、詳細には方向性
結合器の各ボートにおいて容量性整合回路網をそなえる
ことによりさらに小型の４ボート、２分岐方向性結合器
を構成する技術に関する。

第１図はストリップ線路中に構成された従来技術による
結合回路網を示し、本出願人による出願番号第７６６４
３１号の米国出願に示されているものと同一である。

一般的な結合器においては、物理的線路長１は装置の動
作周波数に反比例する。高いマイクロ波周波数において
は、線路長は比較的短く、装置は非常に小型になるため
に問題は生じなし、。しかし、低いマイクロ波周波数に
おいては、線路長が長く・なり、装置全体も高い周波数
において使用した装置に比して非常に大きくなってしま
つｏ従って、本発明の目的は、従釆技術による結合器よ
りもより４・型に構成できる分布定数回路要素を有する
方向性結合器を提供することにあり、特に、低いマイク
ロ波周波数すなわちＵＨＦ周波数帯城において動作する
小型の方向性結合器を提供することである。

本発明の別の目的は、ストリップ線路中に良好に組み込
むことができるとともに非常に簡単に小型に製造できる
小型分岐結合器を提供することである。

本発明の上記目的および他の目的を達成するために、２
対の２ボート回路網を有し、各２ボート回路網のボート
が他の対の２ボート回路網のそれぞれのボートの１つに
接続され、基本的４ボート結合器を形成する分岐線路方
向性結合器が提供される。

結合器の１つのボートは信号入力ボートと呼ばれ、結合
器の他の２つのボートは信号出力ポ−トと呼ばれる。実
際に、結合器のどのボートも入力ボートとして使用でき
る。好ましい構成例では、各回路網は伝送線路の一部の
形をとり、装置全体はスストリップ線路構成をとる。本
発明によれば「所定の動作周波数において、回路網の物
理的線路長は公知装置に使用されている物理的線路長よ
り短くなり、装置が小型となる。また、本発明は、等価
アドミタンスにおいて誘導性不整合を生じさせるが、こ
の不整合は結合器の各ボートに接続される容量性整合回
路網により補償される。結合器の等価アドミタンスは実
部（コンダクタンス）と虚部（サセプタンス）とを有す
ることが知られており、また、公知の設計技術では、分
岐線路電気長８‘ま９ぴとされ、装置は完全に整合する
。しかしながら、本発明の設計方法によれば、所定動作
周波数における物理的線路長は蟹気長ａの値を小さく選
択することにより短くなる。蟹気長は例えば４５ｏに選
択することが望ましい。しかしこのように選択すると、
等価アドミタンスにおいて誘導性不整合が生じるが、こ
の不整合は結合器の各ボートすなわち中継部に容量性整
合回路網をそなえることにより補償され、全体のサセプ
タンスはひとなり、従って装置はａ：４５ｏで整合する
。容量性整合回路網は結合器を区画する４つのストリッ
プ伝送線路部の間に形成される中央開口部に配置すると
都合がよい。別の実施例は、許容誤差を大きくすること
ができるように装置をより大きくするものであり、ａ‘
ま９００より大きく選択され、また、結合器の各ボート
に結合される誘導性整合回路網が必要である。好ましい
構成例では、２ボート回路網の対が伝送線路の一部をな
し、伝送線路は円形状に延長され、容量性整合回路網は
それぞれ結合器のボートに結合される実質的な四分円部
分を有し、円形軌跡により区画される領域の内部に配設
される。

本発明の他の目的、特徴および利点は以下に述べる詳細
説明を添付図面を参照して読まれることにより明らかと
なろう。第１図は分岐線路方向性結合器の代表的従来例
を示し、この方向性結合器は該結合器のポートー，２，
３，４を形成する相互接続された４つの２ボート回路網
をそなえる。

この例では、ボートに結合されている入力ストリップＩ
Ａに入力信号が印加され、出力信号は結合器のボート２
と３にそれぞれ結合されている出力ストリップ２Ａと３
Ａから与えられるようになっている。ボート１，４とボ
ート２，３は伝送線路Ｎを形成している２ボート回路網
により接続され、他方、ボート１，２とボート３，４と
は別の２ボート回路網（線路）Ｎ′により接続されてい
る。第１図の一般的回路網を設計するには、各回路網の
線路長１は通常等しい長さとされ、装置の動作周波数に
反比例の関係がある。

次式は物理的線路長と動作周波数との関係を示す。佐竿
・・・・．・‘１’ ここで、８＝電気長、１＝物理的線路長、＾＝動作周波
数における波長である。

通常、電気長は２つの分岐ケースが完全に整合したとき
の周波数において９びとなる。

公３句の設計技術では式０１から明らかなように、低い
マイクロ波周波数においては、すなわち動作波長が大き
くなると、物理的線路長もまた大きくしていた。しかし
ながら、このように線路の長さを長くすると比較的大き
な装置を必要とする。例えば比較的低い周波数であるＵ
ＨＦ帯の１０■けＨｚでは６４５の（１０ぴ平方ィンチ
）もの大きさの装層を必要とする。米国特許第４１２７
８３１号には、２つの分岐を有する分岐線路方向性結合
器には次の関係があることが示されている。

これは２つの分岐を有する整合された分岐線路方向性結
合器には周知の理論である。ｌきｌ２＝Ｙ２−１肌■ ここでＳ，２はボート１からボート２に伝送される信号
の振幅、Ｓ，３はボート１からボート３に伝送される信
号の振幅、Ｙは伝送線路部分ＮとＮ′の間のァドミタン
ス・レベル比である。

第２図および第３図に示す本発明の実施例である直角ハ
イブリッドにおいては、アドミタンス・レベル比はノ亥
である。本発明の発明者による米国特許第４１２７８３
１号にはＬ ４ボート２分岐結合器の等価アドミタンス
Ｙｅｑについては一般に次のような関係があることが記
載されている。

Ｙｅｑ＝ゾでこ丁Ｙ，２十ｊ（１十Ｙ）Ｙ，．ここでＹ
，．及びＹ，２はそれぞれ第１図に示されているような
２ボート分岐回路網Ｎのアドミタンスマトリクスの要素
であり、Ｙはアドミタス’レベル比である。

第１図に示されているような特性アドミタンスＹｏ及び
電気長８の伝送線にあってはァドミタンスマトリクス要
素Ｙ，．及びＹ，２は、Ｙ，．＝一Ｙｏｃｏｔ８、Ｙ，
２＝Ｙｏ／ｓｉｎ８で与えられる。従って、等価アドミ
タンスＹｅｑは次式で与えられる。Ｙｅｑ＝ごま雀二１
−ｉ（１十Ｙ）Ｙ。

■ｔ８……‘３１Ｙが２に等しい直角ハイブリッドでは
、式｛３’‘ま次のようになる。Ｙｏ Ｙｅｑ＝Ｓ前市−ｊ（１十ノ亥）Ｙｏｃｏｔ８……【４
’通常の設計においては、電気長８はけ／２であり、分
岐線路アドミタンス値は１に選択され、完全に整合され
る。

その結果、線路１は式｛１１‘こより決定され、動作周
波数が選択されると固定した値となる。等価アドミタン
スは１に等しい実部のみを有する。しかしながら、本発
明では、装置の各ボートに適当な整合回路網をそなえる
ことにより、より短い電気長の分岐線で動作する構成に
することができ、装置を非常に４・さなものにすること
ができる。このことは、一般の装置が非常に大きな寸法
となるＵＨＦ周波数帯およびマイクロ波スベクトラムの
最低周波数において特に重要な意味をもつ。本発明の一
例をあげると、分岐線路の電気長８は一般に選択される
９０ｏではなく４５０に選択される。

このことは、同じ動作周波数において線路長が半分にな
るとともに、式｛１め）ら明らかなように、接合（中継
）領域が１／４に減少することを意味する。式｛側こつ
いてみると、等価アドミタンスの実部はノ２Ｙｏに等し
くなる。コンダクタンスが１とすると、分岐線路アドミ
タンスはＹｏ＝１／ ２である。８が９０ｏより小さく
選択されたので、式■において虚数項は誘導性サセプタ
ンス−ｉ（１十ノ２）／ノ２となる。

この誘導性不整合は装置の各接合部に容量性回路網を使
用してサセプタンスの合計を０とすることにより簡単に
補償でき、これにより、装置は８＝忙／４のときに整合
する。第２図および第３図は本発明によるストリップ線
路構造の好ましい実施例を示す。この装置は多層構造と
なっており、各層は適当な方法で相互接続されている。
ストリップ線路装置は導体１２に張り合わされているプ
リント回路板１０上に主として構成され「導体１２の形
態は第２図中に最もよく示されている。ストリップ線路
装置はまたサンドイッチ構造中に接地平面１４，１６と
、絶縁薄板１８とを有する。ストリップ線路装置の適当
なボートを接地するための標準的コネクタが第３図に示
されている。この実施例では、入力ボートはボート２１
であり、２つの出力ボートはボート２２と２３である。
ボート２４はコネクタ２０に結合される一般的終端を有
している。第２図と第３図に示されているストリップ線
路の伝送線路部分ＮとＮ′は還状部分に沿って延長され
ることが望ましい。

直角ハイブリッド結合器においては、回路網ＮとＮ′の
アドミタンスの比は ２／２：１０である。このように
アドミタンスが異なっていることは図において伝送線路
Ｎを伝送線路部Ｎ′より狭く描くことにより示されてい
る。適当に整合させるために、本発明では容量性平板３
１，３２，３３，３４がそれぞれボート２１，２２，２
３，２４に関連して設けられている。

これら容量性平板は、伝送線路部ＮとＮ′の間に区画さ
れた中央空間領域３８に予め配設される。容量性部分３
１〜３４は第２図に示すようにその近接領域と互いに絶
縁されている。

さらに、基板１０を貫通して中央関口部３８がそなえら
れている。閉口部３８の直径は容量性部分の表面領域を
調整できるように制御され、これにより所望の動作周波
数に同調できるようになっている。第２図に示す容量性
平板のそれぞれのキヤパシタンスは誘導性不整合とバラ
ンスするように選択され、これにより、ストリップ線路
装置の各部分のサセブタンスは実質的に零となる。キャ
パシタンスおよび動作周波数は式｛４）に示されるよう
に等価アドミタンスの直接の関数であり、次のような関
係が保持される。Ｃの＝（１十ノ亥）Ｙｏｃｏｔ８……
｛５１ここで、Ｃ＝各容量性部分のキャパシタンス「Ｙ
ｏ＝伝送線路部分Ｎの分岐線路のアドミタンス、０＝４
５０である。

式‘５｝において、変数０とＹｏの値はわかっているの
で、所定動作周波数叫こついてのＣの値が計算できる。

キャパシタンス、基板材料の譲蟹率および接地平板と容
量性部分との間隔を知ることができれば、容量性平板３
１〜３４の各領域を計算できる。上述のように、基板１
０中の閉口部３８の寸法を制御することにより上記容量
性平板の領域をさらに調整することができる。第２図お
よび第３図に示すような構成の本発明の実施例ではト装
道が動作する中心周波数は約５０肌姫ｚである。

この動作周波数のとき、両方向の大きさ‘ま６３５肌（
２号インチ）である。従来技術によるこの寸法の装置で
は整合用回路を用いないと、約１００ｍＭ世の周波数で
動作するのみである。以上、本発明の一実施例について
説明したが、当業者には種々の他の実施例を構成するこ
とができることは明らかであろう。

例えば、第２図に示す容量性平板は、寸法法を減少させ
たまま集中型のコンデンサと置換することができる。ま
た、本発明の装置は種々異なった形態にすることができ
「例えば装置を四角形とし、容量性平板もまた四角形状
にすることができる。また、本発明の重要な特徴として
あげられるのは、上述の縮小方法は中継の帯城幅に重要
な影響を与えることはなく。２のＢの反射損に対して約
１０％を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従釆技術による２分岐、４ボート分岐線路結合
器を示す概略構成図、第２図は本発明の原理により構成
された２分岐「 ４ボート方向性結合器を示す正面図、
第３図は本発明の原理により機成された装置全体を一部
断面をもって示す斜視図。 〔符号説明〕「 １，２，３，亀……ボート、２Ａ？
３Ａ……出力ストリップ「Ｎ，Ｎ……伝送線路、１２…
…導体「 １０……プリント回路板、１４，１６・…・
・接地平面、１８・・…・絶縁薄板、２１……入力ボー
ト、２２，２３……出力ボート、２４……ボート、２０
……コネクタ、３６……中央空間領域、３１，３２，３
３，３４・・・…容量性部分、３８・…・・中央開□部
。 （′タ′ （夕．２ 行／夕．３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 方向性結合器の４ポートを形成するように相互に接
   続された信号伝送線の４つの部分を有する方向性結合器
   において、方向性結合器の各ポートに接続されたリアク
   テイブ整合要素を有し、前記信号伝送線の前記部分がそ
   の内側に開口領域を区画し、該開口領域内に前記リアク
   テイブ整合要素が配設され、これにより方向性結合器の
   全体領域が小型にされることを特徴とする方向性結合器
   。