JP3735332B2 - Multilayer directional coupler - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストリップライン構造の積層型方向性結合器に関し、更に詳しく述べると、互いに逆向きの渦巻き状パターンを組み合わせた形状の結合ラインを有する積層型方向性結合器に関するものである。この積層型方向性結合器は、例えば移動体通信機器などの高周波回路に用いられる。
【0002】
【従来の技術】
方向性結合器は、例えば誘電体基板に2本の結合ラインを近接配置した構造をなし、電磁波が一方の結合ラインをある方向に進行する過程で、他方の結合ラインに電磁波エネルギーが移行するように機能するデバイスである。
【0003】
誘電体基板に2本の結合ラインを近接配置する構造の例として、誘電体層を介して対向するように配置する積層構成がある。その場合、結合ラインは、図8に示すような渦巻き状とするか、あるいは図9に示すようなミアンダライン状とする。図9の例では、Aに示すパターンとBに示すパターンとが誘電体層を介して重なり合うように積層する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
結合ラインを単純な渦巻き状にすると、図8に示すように、渦巻き状パターン10の中心から誘電体基板の側面に引き出す際、別の層に引出パターン12を形成してビア14により層間接続を行う必要がある。そのため工程が増加し、コストアップにつながる。また、余分なパターンが付加されるため、特性の悪化が懸念される。更に、2本の結合ラインの形状が異なるために、位相のずれが発生する。
【0005】
結合ラインを図9のようなミアンダライン状パターン16にすると、磁界発生量が少なく、方向性が弱い。また、パターンが急峻なカーブを連続して描くことになり、その箇所で電界の集中が生じ、通過特性に悪影響を与える。
【0006】
本発明の目的は、構造が簡素化されているにもかかわらず特性が良好で、小型化できる積層型方向性結合器を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、積層方向で誘電体層を介して対向する2本の結合ラインを有するストリップライン構造の積層型方向性結合器において、それぞれの結合ラインは、いずれも外側端部から一方の向きで中心に向かって巻き込まれる第1の渦巻き状パターンと、その渦の中心で連続し渦の中心から前記第1の渦巻き状パターンとは逆向きで且つ同一平面上を並走するように外側端部へと巻き出る第2の渦巻き状パターンとの組み合わせを有し、2本の結合ラインの合計4個の渦巻き状パターンの外側端部がそれぞれ端子電極に接続されることを特徴とする積層型方向性結合器である。
【0008】
また本発明は、積層方向で誘電体層を介して対向する2本の結合ラインを有するストリップライン構造の積層型方向性結合器において、それぞれの結合ラインは、いずれも外側端部から一方の向きで中心に向かって巻き込まれる第1の渦巻き状パターンと、その渦の中心で連続し渦の中心から前記第1の渦巻き状パターンとは逆向きで且つ同一平面上を並走するように外側端部へと巻き出る第2の渦巻き状パターンとの組み合わせを有し、第1及び第2の渦巻き状パターンの外側端部には積層方向で重ならないように引出パターンが形成され積層体側面まで引き出されて端子電極に接続され、両方の結合ラインの積層方向外側に誘電体層を介してほぼ全面におよぶアースパターンが形成されて積層体側面のアース電極に接続されていることを特徴とする積層型方向性結合器である。
【0009】
これらにおいて、通常、引出パターンの端部と積層体の一方の主面に形成されている端子電極との間が積層体の側面に形成されたライン接続パターンで接続され、アースパターンの端部と積層体の一方の主面に形成されているアース電極との間が積層体の側面に形成されているアース接続パターンで接続され、面実装対応構造となっている。結合ラインをアースパターンで挟む構造とすることで、外部からの影響を受け難くなる。両方の結合ラインは、同一形状をなしているのが好ましい。両方の結合ラインの形状を同一にすることによって、位相ずれを低減することができる。
【0010】
また、両方の結合ラインの第1及び第2の渦巻き状パターンの一部もしくは全部のパターン幅が、引出パターンのパターン幅よりも細く形成するのも有効である。方向性結合器の結合ラインには結合している箇所と結合していない箇所が存在する。結合している箇所ではラインの特性インピーダンスが低下するため、反射損失が増加してしまう。そこで、結合している箇所(第1及び第2の渦巻き状パターン)を全体的にあるいは部分的に線路幅を細くすることでインピーダンスのマッチングを行い、反射損失の増加を抑えることができる。
【0011】
【実施例】
図1は本発明に係る積層型方向性結合器の一実施例を示す内部構造の説明図、図2はその線路パターンの説明図、図3は製品外観の一例を示す斜視図である。
【0012】
この積層型方向性結合器は、積層方向に誘電体層を介して対向する2本の結合ライン20,22を有するストリップライン構造をなしている。上方の結合ライン20は、一方の向き(時計回り)に巻き込まれる第1の渦巻き状パターン20aと、その渦の中心から連続し前記第1の渦巻き状パターン20aとは逆向き(反時計回り)で且つ並走するように巻き出る第2の渦巻き状パターン20bの組み合わせを有する。第1の渦巻き状パターン20aの端部には短い第1の引出パターン20cが連続して誘電体層24の一側面まで引き出され、第2の渦巻き状パターン20bの端部には長い第2の引出パターン20dが連続して誘電体層24の同じ側面まで引き出される。下方の結合ライン22も、一方の向き(時計回り)に巻き込まれる第1の渦巻き状パターン22aと、その渦の中心から連続し前記第1の渦巻き状パターン22aとは逆向き(反時計回り)で且つ並走するように巻き出る第2の渦巻き状パターン22bの組み合わせを有する。第1の渦巻き状パターン22aの端部には長い第1の引出パターン22cが連続して誘電体層24の前記一側面と対向する側面まで引き出され、第2の渦巻き状パターン22bの端部には短い第2の引出パターン22dが連続して誘電体層24の同じ側面まで引き出される。図2では、引出パターン20c,20d,22c,22dを細かな斜線で表している。
【0013】
本実施例では上方の結合ライン20と下方の結合ライン22は同一形状となっている。また、第1の渦巻き状パターン20a,22a及び第2の渦巻き状パターン20b,22bと全ての引出パターン20c,20d,22c,22dは、全て同じパターン幅で設計されている。
【0014】
そして、それら結合ライン20,22の積層方向外側(即ち上下)に誘電体層を介してアースパターン26,28が形成される。両アースパターン26,28は、横方向(図1で紙面の左右方向)の中央部のみが前後(手前と奥)の外周縁まで達し、それ以外は全体的に外周縁よりも若干引っ込んでいる面状パターンである。
【0015】
構造的には、最下層の誘電体層に下方のアースパターン28を形成し、その上の誘電体層に下方の結合ライン22を形成し、その上の誘電体層に上方の結合ライン20を形成し、その上の誘電体層に上方のアースパターン26を形成し、更に最上層の誘電体層を設ける。各パターンは導電体層である。また誘電体層は、1枚若しくは複数枚の誘電体シート、あるいは1回若しくは複数回印刷した誘電体パターンである。いずれにしても、上記のような順序で誘電体層24を積層して一体化する。これによって、上方の結合ライン20と下方の結合ライン22が誘電体層を介して対向し、それらを上下から誘電体層を介してアースパターン26,28で挟み込む構造となる。第1及び第2の渦巻き状パターン同士(20aと22a及び20bと22b)は重なり合う(結合する)が、引出パターン同士(20cと22c及び20dと22d)は重なり合わない(結合しない)。
【0016】
最終的には、図3に示すように、積層体30の一方の主面(実装面)の4箇所に端子電極32a,32b,32c,32d及び2箇所にアース電極34a,34bを印刷形成する。そして引出パターン22c,22dから積層体30の一側面を経て端子電極30a,30bに側面引出パターン34a,34bで接続し、両アースパターン26,28から積層体30の一側面を経てアース電極32に側面引出パターン36aで接続する。積層体30の反対側の側面も同様の構造とする。このような積層型方向性結合器は、回路基板に搭載され、端子電極及びアース電極が半田付けで固定接続される。
【0017】
上記パターンの結合ラインを用いた積層型方向性結合器の周波数特性の一例を図4に示す。曲線a、曲線b、曲線cはそれぞれ挿入損失、結合度、方向性の周波数特性を示している。このグラフから、方向性結合器として良好に機能することが分かる。
【0018】
このような積層型方向性結合器を製造する方法としては、シート積層法と印刷積層法がある。シート積層法は、未焼成の誘電体セラミックスシート(グリーンシート)を用い、その上にスクリーン印刷法などによって導体ペースト(例えば銀ペースト)で導体パターンを印刷し、所定の順序で積層(シート積層)して、加圧一体化する方法である。印刷積層法は、誘電体セラミックスペーストを必要回数重ねて印刷して誘電体層を形成し、導体ペースト(例えば銀ペースト)で導体パターンを印刷し、それを所定の順序で積層(印刷積層)する方法である。通常は、縦横に規則的に多数個一体的に成形し、縦横に切断して1個1個の積層体とする。そして、いずれの積層法にしても、積層体の側面に側面引出パターンを印刷し、焼成する。
【0019】
図5及び図6は、本発明に係る積層型方向性結合器の他の実施例を示す線路パターンの説明図である。基本的なパターンは前記実施例と同様なので、説明を分かり易くするために対応する部分には同一符号を付す。図5に示す例では、両方の結合ライン20,22の第1の渦巻き状パターン20a,22aと第2の渦巻き状パターン20b,22bの全てのパターン幅を、引出パターン20c,20d,22c,22dのパターン幅よりも細く形成している。また図6に示す例では、両方の結合ライン20,22の第2の渦巻き状パターン20b,22bのパターン幅を、第1の渦巻き状パターン20a,22aのパターン幅及び引出パターン20c,20d,22c,22dのパターン幅よりも細く形成している。いずれの例も上方の第1及び第2の渦巻き状パターン20a,20bと下方の第1及び第2の渦巻き状パターン22a,22bは同一形状であり、AのパターンとBのパターンが誘電体層を介して重なり合うように積層されている。
【0020】
方向性結合器の結合ラインには結合している箇所(第1及び第2の渦巻き状パターン)と結合していない箇所(引出パターン)が存在する。結合している箇所では線路の特性インピーダンスが低下するため、これらの実施例のように全体的にあるいは部分的にパターン幅を細くすることでインピーダンスのマッチングを行い、反射損失の増加を抑えることができる。
【0021】
図7は、曲線aは、第1及び第2の渦巻き状パターンが引出パターンと同じ幅の場合、曲線bは、第1及び第2の渦巻き状パターンが引出パターンよりも細幅の場合の反射特性を示している。図7から、結合している箇所のパターン幅を引出パターンよりも細幅とすることで、反射損失が改善されていることが分かる。但し、パターン幅を細くする場合、過度に細くすると逆に反射特性が悪化する恐れがあるので、細くする場合にも一定の限度がある。
【0022】
本発明は上記の実施例のみに限定されるものではない。渦巻き状パターンの巻数(長さ)や形状は要求特性に応じて適宜調整する。製造方法としては、誘電体基板上に導電体パターンを設け、所定の順序で接着層を介して積層し、一体化する方法でもよい。その方法では、焼結済みの誘電体セラミック基板を用いることもできるし、その他の樹脂基板を用いることもできる。
【0023】
【発明の効果】
本発明は上記のように、両方の結合ラインは、それぞれ一方の向きに巻き込まれる第1の渦巻き状パターンと、その渦の中心から連続し前記第1の渦巻き状パターンとは逆向きで且つ並走するように巻き出る第2の渦巻き状パターンの組み合わせを有する積層型方向性結合器であるので、良好な特性が得られ、それぞれ結合ラインを1層で形成できるために、ビア等による層間接続が不要であり、工程を簡略化でき、小型化が可能で、高精度で容易に製造できる。また、アースパターンに挟まれた構造であるため、外部からの影響を受け難い。
【0024】
本発明では、結合ラインを同一にできるため、それによって位相ずれを低減することができる。また、両方の結合ラインの第1及び第2の渦巻き状パターンの一部もしくは全部のパターン幅を、引出パターンのパターン幅よりも細く形成することにより、インピーダンスのマッチングを行い、反射損失の増加を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る積層型方向性結合器の一実施例を示す内部構造の説明図。
【図2】その結合ラインの説明図。
【図3】製品外観の一例を示す斜視図。
【図4】本発明に係る積層型方向性結合器の周波数特性の一例を示すグラフ。
【図5】本発明に係る積層型方向性結合器の他の実施例を示す結合ラインの説明図。
【図6】本発明に係る積層型方向性結合器の他の実施例を示す結合ラインの説明図。
【図7】線路パターンによる反射特性の変化を示すグラフ。
【図8】従来技術の一例(単純渦巻き状パターン)を示す説明図。
【図9】従来技術の他の例(ミアンダライン状パターン)を示す説明図。
【符号の説明】
20,22 結合ライン
20a,22a 第1の渦巻き状パターン
20b,22b 第2の渦巻き状パターン
20c,20d,22c,22d 引出パターン
24 誘電体層
26,28 アースパターン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laminated directional coupler having a stripline structure. More specifically, the present invention relates to a laminated directional coupler having a coupling line having a shape obtained by combining spiral patterns opposite to each other. This laminated directional coupler is used in a high frequency circuit such as a mobile communication device.
[0002]
[Prior art]
A directional coupler has, for example, a structure in which two coupling lines are arranged close to each other on a dielectric substrate, and in the process in which an electromagnetic wave travels in one direction along one coupling line, the electromagnetic energy is transferred to the other coupling line. It is a device that works.
[0003]
As an example of a structure in which two coupling lines are arranged close to each other on a dielectric substrate, there is a stacked configuration in which the two coupling lines are arranged to face each other with a dielectric layer interposed therebetween. In this case, the connecting line is formed in a spiral shape as shown in FIG. 8 or a meander line shape as shown in FIG. In the example of FIG. 9, the pattern shown in A and the pattern shown in B are stacked so as to overlap each other through a dielectric layer.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When the coupling line is formed in a simple spiral shape, as shown in FIG. 8, when drawing out from the center of the
[0005]
If the coupling line is a
[0006]
An object of the present invention is to provide a laminated directional coupler that has good characteristics and can be miniaturized despite its simplified structure.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a laminated directional coupler having a stripline structure having two coupling lines facing each other through a dielectric layer in the laminating direction, and each coupling line is oriented in one direction from the outer end. A first spiral pattern wound toward the center , and an outer end portion that is continuous at the center of the vortex and runs in the opposite direction from the center of the vortex and on the same plane. It has a combination of the winding leaving the second spiral pattern to multilayer direction outer end portion of the total of four spiral patterns of the two coupling lines is characterized in that it is connected to the terminal electrodes, respectively It is a sex coupler.
[0008]
Further, the present invention provides a laminated directional coupler having a stripline structure having two coupling lines facing each other through a dielectric layer in the laminating direction, and each coupling line is oriented in one direction from the outer end. A first spiral pattern wound toward the center at the outer edge so that the first spiral pattern is continuous from the center of the vortex and is opposite to the first spiral pattern and runs in parallel on the same plane. has a combination of the second spiral pattern exiting winding into parts, the product layer side surface lead pattern is formed so as not to overlap in the lamination direction in the outer end portion of the first and second spiral pattern until it is withdrawn connected to the terminal electrodes, that in the stacking direction outside the both bonded lines through the dielectric layer is connected to substantially ground electrode of the grounding pattern is formed by the laminate side spanning the entire surface A laminated type directional coupler according to symptoms.
[0009]
In these, normally, the end of the lead pattern and the terminal electrode formed on one main surface of the laminate are connected by a line connection pattern formed on the side of the laminate, and the end of the earth pattern A ground connection pattern formed on the side surface of the laminate is connected to the ground electrode formed on one main surface of the laminate to form a surface mount-compatible structure. By adopting a structure in which the coupling line is sandwiched between ground patterns, it is difficult to be affected by the outside. Both coupling lines preferably have the same shape. By making the shapes of both coupling lines the same, the phase shift can be reduced.
[0010]
It is also effective to form part or all of the pattern widths of the first and second spiral patterns of both coupling lines narrower than the pattern width of the lead pattern. In the coupling line of the directional coupler, there are a portion that is coupled and a portion that is not coupled. Since the characteristic impedance of the line is lowered at the coupled portion, the reflection loss is increased. Therefore, impedance matching is performed by narrowing the line width of the coupled portions (first and second spiral patterns) entirely or partially so that an increase in reflection loss can be suppressed.
[0011]
【Example】
FIG. 1 is an explanatory view of an internal structure showing an embodiment of a laminated directional coupler according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory view of a line pattern thereof, and FIG. 3 is a perspective view showing an example of an appearance of a product.
[0012]
This laminated directional coupler has a stripline structure having two
[0013]
In this embodiment, the
[0014]
Then, the
[0015]
Structurally, a
[0016]
Finally, as shown in FIG. 3,
[0017]
FIG. 4 shows an example of the frequency characteristic of the laminated directional coupler using the above-described pattern coupling line. Curves a, b, and c show frequency characteristics of insertion loss, coupling degree, and directivity, respectively. From this graph, it can be seen that it functions well as a directional coupler.
[0018]
As a method for manufacturing such a laminated directional coupler, there are a sheet lamination method and a printing lamination method. In the sheet lamination method, an unfired dielectric ceramic sheet (green sheet) is used, and a conductor pattern (for example, silver paste) is printed thereon by screen printing or the like, and then laminated in a predetermined order (sheet lamination). Thus, the pressure is integrated. In the printing lamination method, a dielectric ceramic paste is printed by overlapping a required number of times to form a dielectric layer, a conductor pattern is printed with a conductor paste (for example, a silver paste), and then laminated in a predetermined order (print lamination). Is the method. Usually, a large number of pieces are regularly formed integrally in the vertical and horizontal directions, and cut into vertical and horizontal directions to form a single laminate. In any lamination method, the side surface drawing pattern is printed on the side surface of the laminated body and fired.
[0019]
5 and 6 are explanatory diagrams of a line pattern showing another embodiment of the laminated directional coupler according to the present invention. Since the basic pattern is the same as that of the above embodiment, the same reference numerals are given to corresponding parts for easy understanding of the description. In the example shown in FIG. 5, all the pattern widths of the
[0020]
In the coupling line of the directional coupler, there are a portion (first and second spiral pattern) that is joined and a portion (drawer pattern) that is not joined. Since the characteristic impedance of the line is lowered at the coupling point, impedance matching is performed by narrowing the pattern width as a whole or partly as in these embodiments to suppress an increase in reflection loss. it can.
[0021]
In FIG. 7, the curve a represents the reflection when the first and second spiral patterns have the same width as the extraction pattern, and the curve b represents the reflection when the first and second spiral patterns are narrower than the extraction pattern. The characteristics are shown. From FIG. 7, it can be seen that the reflection loss is improved by making the pattern width of the joined portion narrower than the extraction pattern. However, when the pattern width is narrowed, if it is excessively thinned, there is a possibility that the reflection characteristics are deteriorated.
[0022]
The present invention is not limited to the above embodiments. The number of turns (length) and shape of the spiral pattern are appropriately adjusted according to required characteristics. As a manufacturing method, a method may be used in which a conductor pattern is provided on a dielectric substrate, laminated in a predetermined order via an adhesive layer, and integrated. In that method, a sintered dielectric ceramic substrate can be used, or another resin substrate can be used.
[0023]
【The invention's effect】
In the present invention, as described above, both of the coupling lines are each formed in a first spiral pattern that is wound in one direction, and the first spiral pattern that is continuous from the center of the spiral and is opposite to and parallel to the first spiral pattern. Since it is a stacked type directional coupler having a combination of the second spiral pattern that unwinds so as to run, good characteristics can be obtained and each coupling line can be formed in one layer. Is not required, the process can be simplified, the size can be reduced, and it can be easily manufactured with high accuracy. Further, since the structure is sandwiched between ground patterns, it is difficult to be influenced from the outside.
[0024]
In the present invention, since the coupling line can be made the same, the phase shift can be reduced thereby. Further, by forming a part or all of the pattern widths of the first and second spiral patterns of both coupling lines to be narrower than the pattern width of the extraction pattern, impedance matching is performed, thereby increasing the reflection loss. Can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an internal structure showing an embodiment of a laminated directional coupler according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of the coupling line.
FIG. 3 is a perspective view illustrating an example of a product appearance.
FIG. 4 is a graph showing an example of frequency characteristics of the laminated directional coupler according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a coupling line showing another embodiment of the laminated directional coupler according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a coupling line showing another embodiment of the laminated directional coupler according to the present invention.
FIG. 7 is a graph showing changes in reflection characteristics due to line patterns.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of a conventional technique (simple spiral pattern).
FIG. 9 is an explanatory view showing another example of the prior art (a meander line pattern).
[Explanation of symbols]
20, 22
Claims (5)
それぞれの結合ラインは、いずれも外側端部から一方の向きで中心に向かって巻き込まれる第1の渦巻き状パターンと、その渦の中心で連続し渦の中心から前記第1の渦巻き状パターンとは逆向きで且つ同一平面上を並走するように外側端部へと巻き出る第2の渦巻き状パターンとの組み合わせを有し、2本の結合ラインの合計4個の渦巻き状パターンの外側端部がそれぞれ端子電極に接続されることを特徴とする積層型方向性結合器。In a laminated directional coupler having a stripline structure having two coupling lines facing each other through a dielectric layer in a laminating direction,
Each of the coupling lines includes a first spiral pattern that is wound toward the center in one direction from the outer end, and the first spiral pattern that is continuous at the center of the vortex and extends from the center of the vortex. and in the reverse direction to have a combination of the second spiral pattern exiting winding to the outer end portion so as to extend in parallel on the same plane, the outer end of a total of four spiral patterns of the two coupling lines Are each connected to a terminal electrode, The laminated type directional coupler characterized by the above-mentioned.
それぞれの結合ラインは、いずれも外側端部から一方の向きで中心に向かって巻き込まれる第1の渦巻き状パターンと、その渦の中心で連続し渦の中心から前記第1の渦巻き状パターンとは逆向きで且つ同一平面上を並走するように外側端部へと巻き出る第2の渦巻き状パターンとの組み合わせを有し、第1及び第2の渦巻き状パターンの外側端部には積層方向で重ならないように引出パターンが形成され積層体側面まで引き出されて端子電極に接続され、両方の結合ラインの積層方向外側に誘電体層を介してほぼ全面におよぶアースパターンが形成されて積層体側面のアース電極に接続されていることを特徴とする積層型方向性結合器。In a laminated directional coupler having a stripline structure having two coupling lines facing each other through a dielectric layer in a laminating direction,
Each of the coupling lines includes a first spiral pattern that is wound toward the center in one direction from the outer end, and the first spiral pattern that is continuous at the center of the vortex and extends from the center of the vortex. It has a combination with a second spiral pattern that rolls out to the outer end so as to run in the opposite direction and on the same plane , and the outer end of the first and second spiral patterns has a stacking direction in the lead pattern so as not to overlap with each other is formed is drawn to the product layer side surface is connected to the terminal electrodes, the lamination direction outward of both coupling line earth pattern substantially over the entire surface with the dielectric layer is formed A laminated directional coupler, wherein the laminated directional coupler is connected to a ground electrode on a side surface of the laminated body .
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