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JP2010088011A - Directional coupler - Google Patents

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JP2010088011A
JP2010088011A JP2008257099A JP2008257099A JP2010088011A JP 2010088011 A JP2010088011 A JP 2010088011A JP 2008257099 A JP2008257099 A JP 2008257099A JP 2008257099 A JP2008257099 A JP 2008257099A JP 2010088011 A JP2010088011 A JP 2010088011A
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JP
Japan
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line
directional coupler
sub
dielectric substrate
main line
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Pending
Application number
JP2008257099A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Yasui
健治 安井
Tomotaka Nobue
等隆 信江
Yoshiharu Omori
義治 大森
Makoto Mihara
誠 三原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Publication date
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  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized directional coupler passing high power therethrough. <P>SOLUTION: The directional coupler includes a master line 2 constituted of a microstrip line formed on a first dielectric substrate 1 and a sub line 4 constituted of a microstrip line formed on a second dielectric substrate 3 disposed while being spaced apart from the master line 2, the sub line 4 includes a projecting portion and the projecting portion makes it possible to adjust coupling due to an electric field and coupling due to a magnetic field, thereby a small-sized directional coupler having sufficient directivity is actualized. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、マイクロ波電力を検出する方向性結合器に関するものであり、特にマイクロストリップ線路によって形成された方向性結合器に関するものである。   The present invention relates to a directional coupler for detecting microwave power, and more particularly to a directional coupler formed by a microstrip line.

従来、電子回路の小型化、集積化が進むようになり、各素子部品の小型化が望まれるようになっており、方向性結合器も同様に小型化が望まれる素子部品のひとつとして知られている。   In the past, electronic circuits have become smaller and more integrated, and it has been desired to reduce the size of each component. Directional couplers are also known as one of the component components that are also desired to be reduced in size. ing.

方向性結合器はマイクロ波などの電力検出器として使用され、進行波電力と反射波電力を分離して検出できる十分な方向性を持つことが要求されている。   The directional coupler is used as a power detector such as a microwave, and is required to have sufficient directivity that can separately detect traveling wave power and reflected wave power.

一般にマイクロストリップ線路を用いた方向性結合器では図10に示す1/4波長結合線路を用いた構成がよく知られているが、結合線路部分が検出する信号の1/4波長の長さに規定されるため検出する信号の周波数によってその大きさが制限されてしまう。   In general, a directional coupler using a microstrip line is well known to have a structure using a quarter wavelength coupled line as shown in FIG. Since it is defined, its size is limited by the frequency of the signal to be detected.

また、小型化のためにガラス基材によって主線路、副線路を覆ったCM型方向性結合器が特許文献1にて開示されている。特許文献1の方向性結合器においては誘電体であるガラスによってCM型の方向性結合器が形成され、従来の1/4波長結合線路型の方向性結合器に対して実装時の占有面積を1/10に小型化することができる。
特開平6−45811号公報
In addition, Patent Document 1 discloses a CM type directional coupler in which a main line and a sub line are covered with a glass base material for miniaturization. In the directional coupler of Patent Document 1, a CM type directional coupler is formed by glass as a dielectric, and the occupied area when mounted is smaller than that of a conventional quarter wavelength coupled line type directional coupler. The size can be reduced to 1/10.
JP-A-6-45811

しかしながら、前述の特許文献1に挙げた構成の方向性結合器では挿入損失があるため例えば数百Wの大電力を通過させるためには小型化が非常に困難であり、特に数GHzという高周波帯においては損失が指数的に増加するため専用の放熱構造を必要とするなど小型化を疎外する要因が発生する。また、1/4波長結合線路型方向性結合器においては構造が検出波長に制限され十分な小型が達成されない、また、同一の誘電体基板上に主線路と副線路を配置するため隅モードの励振と奇モードの励振の位相速度が異なるため十分な方向性を得ることが困難であるという課題がある。   However, since the directional coupler having the configuration described in Patent Document 1 has an insertion loss, it is very difficult to reduce the size in order to pass a large power of, for example, several hundred watts. In this case, the loss increases exponentially, so that a factor for alienating the miniaturization occurs, such as requiring a dedicated heat dissipation structure. In addition, in the 1/4 wavelength coupled line type directional coupler, the structure is limited to the detection wavelength, and sufficient size reduction cannot be achieved. Also, since the main line and the sub line are arranged on the same dielectric substrate, the corner mode There is a problem that it is difficult to obtain sufficient directionality because the phase speeds of excitation and odd mode excitation are different.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、通過電力を大きく取れかつ小型化が可能な方向性結合器を提供することである。   The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a directional coupler capable of obtaining a large amount of passing power and reducing the size.

前記従来の課題を解決するために、本発明の方向性結合器は第1の誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路からなる主線路と、前記主線路に空隙を隔てて配置した第2の誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路からなる副線路を備え、前記副線路はコの字状の構成としたものである。   In order to solve the conventional problem, a directional coupler according to the present invention includes a main line made of a microstrip line formed on a first dielectric substrate, and a second line disposed on the main line with a gap therebetween. A sub-line made of a microstrip line is formed on the dielectric substrate, and the sub-line has a U-shaped configuration.

これによって、コの字状部によって電界による結合と磁界による結合を調整することができるので十分な方向性を有した小型な方向性結合器を実現することができる。   Thereby, since the coupling by the electric field and the coupling by the magnetic field can be adjusted by the U-shaped portion, it is possible to realize a small directional coupler having sufficient directivity.

本発明の方向性結合器は、コの字状部によって電界による結合と磁界による結合を調整することができるので、十分な方向性を有した小型な方向性結合器を実現することができ
る。
Since the directional coupler of the present invention can adjust the coupling by the electric field and the coupling by the magnetic field by the U-shaped portion, it is possible to realize a small directional coupler having sufficient directionality.

第1の発明は、第1の誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路からなる主線路と、前記主線路に空隙を隔てて配置した第2の誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路からなる副線路を備え、前記副線路はコの字状の構成とすることにより、コの字状部によって電界による結合と磁界による結合を調整することができるので十分な方向性を有した方向性結合器を実現することができる。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a main line composed of a microstrip line formed on a first dielectric substrate, and a microstrip line formed on a second dielectric substrate disposed on the main line with a gap. A direction having sufficient directivity because the sub-line has a U-shaped configuration, and the coupling by the electric field and the coupling by the magnetic field can be adjusted by the U-shaped part. A sex coupler can be realized.

第2の発明は、特に第1の発明の副線路のコの字状部の一部は主線路と基板の垂直方向で重なり部分を持つ構成とすることにより、コの字状部によって電界による結合と磁界による結合を調整することができるので十分な方向性を有した方向性結合器を実現することができる。   According to the second invention, in particular, a part of the U-shaped portion of the sub-line of the first invention has an overlapping portion in the vertical direction of the main line and the substrate, so that the U-shaped portion depends on the electric field. Since the coupling and the coupling by the magnetic field can be adjusted, a directional coupler having sufficient directivity can be realized.

第3の発明は、特に第1ないし第2の発明の副線路と主線路間の空隙は2mm以上とする構成とすることにより、小型でかつコの字状部によって電界による結合と磁界による結合を調整することができるので十分な方向性を有し、主線路副線路間の距離を2mm以上としているので主線路の特性インピーダンスに大きな影響を与えない方向性結合器を実現することができる。   In the third invention, the gap between the sub-line and the main line of the first and second inventions is set to be 2 mm or more, so that it is small and coupled by an electric field and a magnetic field by a U-shaped portion. Since the distance between the main line and the sub-line is 2 mm or more, a directional coupler that does not significantly affect the characteristic impedance of the main line can be realized.

第4の発明は、特に第3の発明のコの字状部の長さは5mm以上8mm以下となるように構成することにより、小型でかつコの字状部によって電界による結合と磁界による結合を調整することができ、結合を最良の状態にできるので十分な方向性を有する方向性結合器を実現することができる。   According to the fourth invention, in particular, the U-shaped portion of the third invention is configured to have a length of 5 mm or more and 8 mm or less, so that it is small and is coupled by an electric field and a magnetic field by the U-shaped portion. Can be adjusted, and the coupling can be in the best condition, so that a directional coupler having sufficient directivity can be realized.

第5の発明は、特に第4の発明のコの字状部のパターン間距離は0.5mm以下とする構成とすることにより、コの字状部によって電界による結合と磁界による結合を最良の状態にできるので十分な方向性を有した方向性結合器を実現することができる。   In the fifth aspect of the invention, the distance between the patterns of the U-shaped portion of the fourth invention is set to 0.5 mm or less, so that the coupling by the electric field and the coupling by the magnetic field is best by the U-shaped portion. Therefore, a directional coupler having sufficient directionality can be realized.

第6の発明は、特に第1から第5の発明のマイクロストリップ線路からなる副線路の特性インピーダンスは50オームとなるように線路の幅を設定した構成とすることにより、方向性結合器の出力に検波回路を接続する際に計測器によって容易に方向性結合器の方向性、結合度を計測することができ安定した性能の方向性結合器を実現することができる。   According to the sixth aspect of the invention, in particular, the output of the directional coupler is configured by setting the width of the line so that the characteristic impedance of the sub-line consisting of the microstrip line of the first to fifth aspects is 50 ohms. When the detector circuit is connected to the directional coupler, the directionality and the degree of coupling of the directional coupler can be easily measured by the measuring instrument, and a directional coupler with stable performance can be realized.

第7の発明は、特に第1から第5の発明のマイクロストリップ線路からなる副線路の特性インピーダンスは50オームより大きくなるように線路幅を設定した構成とすることにより、副線路の線路幅を細くすることができるので、より小型な方向性結合器を実現することができる。   According to the seventh aspect of the invention, in particular, the line width of the sub line is set by setting the line width so that the characteristic impedance of the sub line composed of the microstrip line of the first to fifth aspects of the invention is larger than 50 ohms. Since the thickness can be reduced, a smaller directional coupler can be realized.

第8の発明は、特に第1から第7の発明の第2の誘電体基板の周囲に金属製のシールド部材を設ける構成とすることにより、外部からの電界、磁界の影響を遮断できるのでより、検出精度の高い方向性結合器を提供することができる。   According to the eighth aspect of the invention, in particular, by providing a metal shield member around the second dielectric substrate of the first to seventh aspects, the influence of an external electric field and magnetic field can be blocked. A directional coupler with high detection accuracy can be provided.

第9の発明は、特に第8の発明の金属製のシールド部材によって第2の誘電体基板を保持し、第1の誘電体基板との距離を確保する構成とすることにより、金属製のシールド部材によって第2の誘電体基板を保持し、第1の誘電体基板との距離を確保する構成とすることにより、外部からの電界および磁界の影響を遮断し検出精度を向上すると共に基板間の距離をシールド部材によって固定できるので製造時のばらつきを抑えた方向性結合器を提供することができる。   According to the ninth aspect of the invention, the metal shield member is held by the metal shield member of the eighth aspect of the invention, and the distance from the first dielectric substrate is ensured. By holding the second dielectric substrate by the member and securing the distance from the first dielectric substrate, the influence of the electric field and magnetic field from the outside is cut off to improve the detection accuracy and between the substrates. Since the distance can be fixed by the shield member, it is possible to provide a directional coupler that suppresses variations during manufacturing.

第10の発明は、特に第1から第9の発明の副線路の両方の出力端に検波回路を設け、前記検波回路の入力インピーダンスを副線路の特性インピーダンスとマッチングするように構成することにより、検波回路の入力端における電力反射を防ぎ、検出精度の高い方向性結合器を提供することができる。   According to a tenth aspect of the invention, in particular, by providing a detection circuit at both output ends of the sub-line of the first to ninth aspects, and by configuring the input impedance of the detection circuit to match the characteristic impedance of the sub-line, It is possible to provide a directional coupler with high detection accuracy by preventing power reflection at the input end of the detection circuit.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1、図2は、本発明の第1の実施形態における方向性結合器の構成図である。図1は本実施の形態の平面図であり、図2(1)は図1のA1−A2線における断面図、図2(2)は同B1−B2線における断面図である。本実施の形態では、2GHzから3GHz程度の周波数で、数100Wの通過電力を扱う場合において用いられるように構成されている。
(Embodiment 1)
1 and 2 are configuration diagrams of a directional coupler according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a plan view of the present embodiment, FIG. 2 (1) is a cross-sectional view taken along the line A1-A2 of FIG. 1, and FIG. 2 (2) is a cross-sectional view taken along the line B1-B2. In the present embodiment, it is configured to be used when passing power of several hundred W with a frequency of about 2 GHz to 3 GHz.

図1および図2において、方向性結合器は、第1の誘電体基板1上に構成された主線路2と、この主線路2と対向して配置された第2の誘電体基板3上に配置された副線路4と、この副線路4を含む第2の誘電体基板3を覆うようにしてなる金属シールド5から構成されている。金属シールド5は、対向する側壁にそれぞれ開孔5aが形成され、主線路2が貫通している。また、金属シールド5は、第1の誘電体基板1の裏面に構成された導体面1aと接続され、同電位になっている。主線路2は、裏面をグランド電位となる導体面1aで覆われており、その特性インピーダンスは、略50Ωとなる線幅にて構成されている。副線路4は、第2の誘電体基板3上に配置され、コの字状に突出した構成となっており、突出した部分は、一部が主線路2と垂直方向に重なる部分を有するように空隙を有して配置されている。   1 and 2, the directional coupler is provided on a main line 2 configured on the first dielectric substrate 1 and on a second dielectric substrate 3 disposed to face the main line 2. The sub-line 4 is arranged, and a metal shield 5 is formed so as to cover the second dielectric substrate 3 including the sub-line 4. The metal shield 5 is formed with openings 5a in opposing side walls, and the main line 2 passes therethrough. The metal shield 5 is connected to the conductor surface 1a formed on the back surface of the first dielectric substrate 1 and has the same potential. The main line 2 has a back surface covered with a conductor surface 1a having a ground potential, and has a characteristic impedance with a line width of approximately 50Ω. The sub line 4 is arranged on the second dielectric substrate 3 and has a U-shaped projecting shape, and the projecting part has a part that overlaps the main line 2 in the vertical direction. Are arranged with gaps.

以上のように構成した方向性結合器について、以下にその動作、作用を説明する。   About the directional coupler comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.

主線路2を高周波電力が通過すると、それに応じた電界および磁界が、その周囲に発生する。この発生した電界および磁界が、副線路4と結合することによって、副線路4の端部4A、および端部4Bに信号を生じる。電界によってコの字状をした副線路4に生じる起電力は、主線路2によって生じる電界に比例したものであり、この電界によって生じた起電力は、等価回路で考えると図3に示すようになり、副線路4の端部4A、4Bに電圧を生じる。この電圧をそれぞれVA1、VB1とすると、VA1=VB1の関係が成り立つ。   When the high frequency power passes through the main line 2, an electric field and a magnetic field corresponding to the high frequency power are generated around it. The generated electric field and magnetic field are combined with the sub-line 4 to generate signals at the end 4A and the end 4B of the sub-line 4. The electromotive force generated in the U-shaped sub-line 4 by the electric field is proportional to the electric field generated by the main line 2, and the electromotive force generated by this electric field is as shown in FIG. Thus, a voltage is generated at the end portions 4A and 4B of the sub line 4. When these voltages are VA1 and VB1, respectively, the relationship of VA1 = VB1 is established.

次に、コの字状をした副線路4を鎖交する磁界によって、副線路4の端部4A−4B間に磁界による電流を生じるため、端部4A、4Bに所定のインピーダンスの負荷回路が接続されていると、端部4A、4Bで電圧として観測することができる。このときの等価回路を図4に示し、このときの電圧をVA2、VB2とすると、電圧VA2と電圧VB2は、端子間に流れる電流によって生じる電圧であるため、VA2=−VB2の関係が成り立つ。   Next, since a magnetic field current is generated between the end portions 4A and 4B of the sub-line 4 by the magnetic field interlinking the U-shaped sub-line 4, a load circuit having a predetermined impedance is provided at the end portions 4A and 4B. When connected, it can be observed as a voltage at the end portions 4A and 4B. FIG. 4 shows an equivalent circuit at this time, and assuming that the voltages at this time are VA2 and VB2, since the voltage VA2 and the voltage VB2 are voltages generated by the current flowing between the terminals, the relationship of VA2 = −VB2 is established.

以上の関係を重ね合わせると、電圧VA1と電圧VA2とが足し合わす方向である時、電圧VB1と電圧VB2とは減じあう方向になるため、VB1=−VB2となるように副線路4のコの字の形状、および第1の誘電体基板1と第2の誘電体基板3の距離を最良の状態に配置することによって、副線路4の一方には信号を出して他方には信号を出さない方向性結合器を形成することができる。   By superimposing the above relationship, when the voltage VA1 and the voltage VA2 are in the direction of adding, the voltage VB1 and the voltage VB2 are in the direction of subtraction, so By arranging the shape of the character and the distance between the first dielectric substrate 1 and the second dielectric substrate 3 in the best condition, a signal is output to one of the sub-lines 4 and no signal is output to the other. A directional coupler can be formed.

図5は、第1の実施の形態における特性の実測例を示す特性図である。   FIG. 5 is a characteristic diagram illustrating an example of actual measurement of characteristics in the first embodiment.

同図において、横軸は周波数、縦軸には進行波電力Pf、反射波電力Pr、挿入損失をデシベル表示にて示している。実測における周波数は、2GHz〜3GHzとしている。挿入損失は、測定周波数帯にわたって、概ね−0.2dB以下となっており、数100Wの電力を通過させても、ほとんど損失を発生することは無い。例えば、200Wの電力を通過させても、9W程度以下の損失しか発生せず、十分に放熱可能な値であり実用に供しうる。   In the figure, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents traveling wave power Pf, reflected wave power Pr, and insertion loss in decibels. The frequency in the actual measurement is 2 GHz to 3 GHz. The insertion loss is approximately −0.2 dB or less over the measurement frequency band, and almost no loss occurs even when several hundreds of watts of power is passed. For example, even when 200 W of electric power is passed, only a loss of about 9 W or less is generated, and it is a value that can sufficiently dissipate heat and can be put to practical use.

実測に当たっては、第1の誘電体基板1に、比誘電率が2.7、基板厚みが0.8mmのテフロン(登録商標)基板を用いたため、主線路2の特性インピーダンスを50オームにする線路幅が、およそ2mm程度となっている。第1の誘電体基板1の誘電体基板厚みをさらに厚くすることや、比誘電率が低く誘電損失の少ない誘電体基板材料とすることによって、特性インピーダンスが50オームになる線路幅をより太くすることができるので、この挿入損失はさらに軽減することが可能である。   In the actual measurement, a Teflon (registered trademark) substrate having a relative dielectric constant of 2.7 and a substrate thickness of 0.8 mm was used as the first dielectric substrate 1, so that the characteristic impedance of the main line 2 was set to 50 ohms. The width is about 2 mm. By further increasing the thickness of the dielectric substrate of the first dielectric substrate 1 or by using a dielectric substrate material having a low relative dielectric constant and a low dielectric loss, the line width at which the characteristic impedance is 50 ohms is increased. This insertion loss can be further reduced.

また、進行波電力Pfを検出する検出感度示す結合度および反射波電力Prを検出する分離度は、それぞれ略−30dB、略−60dBとなっており、この結果、方向性は常に20dB以上有しており、十分に進行波電力と反射波電力の分離ができて良好な方向性を示している。図5に示した特性は第1の誘電体基板1にテフロン(登録商標)基板、第2の誘電体基板3にCEM3基板を用い両基板間の距離は2mmとし、副線路4のコの字状の平行部分の間隔は0.5mmで構成している。副線路4の線路幅はその特性インピーダンスを略50オームにするために1.5mm幅にしているので方向性結合器の幅としては10mm以下で構成できるので1/4波長結合線路型方向性結合器を用いた方向性結合器に比べ格段に小型化することができる。また、主線路2に部品を挿入追加する構成ではないので、通過電力による発熱も問題になることは無く、非常に小型で方向性のよい方向性結合器を得ることができる。   Further, the degree of coupling indicating the detection sensitivity for detecting the traveling wave power Pf and the degree of separation for detecting the reflected wave power Pr are approximately −30 dB and approximately −60 dB, respectively. As a result, the directionality is always 20 dB or more. Therefore, the traveling wave power and the reflected wave power can be sufficiently separated, and the directionality is good. The characteristics shown in FIG. 5 are as follows. The first dielectric substrate 1 is a Teflon (registered trademark) substrate, the second dielectric substrate 3 is a CEM3 substrate, the distance between the substrates is 2 mm, and the sub-line 4 has a U-shape. The interval between the parallel portions is 0.5 mm. Since the line width of the sub line 4 is 1.5 mm in order to make its characteristic impedance approximately 50 ohms, the width of the directional coupler can be configured to be 10 mm or less. Compared to a directional coupler using a filter, the size can be significantly reduced. Moreover, since it is not the structure which inserts and adds components to the main line 2, the heat_generation | fever by passing electric power does not become a problem, and a very small and directional coupler with good directivity can be obtained.

また、図6は、第1の誘電体基板1と第2の誘電体基板3間の距離を変化させた時の主線路2のインピーダンスの変化を示している。この図から両基板間の距離を2mm未満に近づけると、第2の誘電体基板3の影響が主線路2に大きく現れインピーダンスが大きく変化してしまう。マイクロ波線路上でインピーダンスの不整合がおきると、そのインピーダンス不整合点で電力の反射が起こるため反射電力によって周囲の部品に悪影響を引き起こす恐れがある。   FIG. 6 shows a change in impedance of the main line 2 when the distance between the first dielectric substrate 1 and the second dielectric substrate 3 is changed. From this figure, when the distance between the two substrates is close to less than 2 mm, the influence of the second dielectric substrate 3 appears to the main line 2 and the impedance changes greatly. When impedance mismatching occurs on the microwave line, power is reflected at the impedance mismatching point, and there is a possibility that surrounding power may be adversely affected by the reflected power.

また、方向性結合器においては主線路2の入出力端において反射波が発生するこの反射波が検出出力に重畳するため、十分な分離度を得ることができなくなり、方向性結合器としての性能を劣化させてしまう。このため、本発明の方向性結合器においては、主線路2の特性インピーダンスの変動を数オーム以下に抑えるために、基板1、3間の距離は2mm以上とすることが望ましい。   Further, in the directional coupler, the reflected wave generated at the input and output ends of the main line 2 is superimposed on the detection output, so that sufficient separation cannot be obtained, and the performance as a directional coupler is achieved. Will deteriorate. For this reason, in the directional coupler of the present invention, it is desirable that the distance between the substrates 1 and 3 is 2 mm or more in order to suppress the fluctuation of the characteristic impedance of the main line 2 to several ohms or less.

図7は、図1に示した副線路4のコの字状の平行部分4aのパターン間距離dを変えた時の方向性結合器の実測の特性図を示した特性図である。本図では、進行波電力Pfを検出する感度を示す結合度と、反射波電力Prを検出する分離度の差を示しており、この図で方向性結合器の方向性特性を表すことができる。この図から、パターン間距離dを広くしていくと、方向性が悪化している傾向を示している。これはパターン間距離dを広くすることによって、この部分でコの字状部に生じる電界磁界による誘導起電力に位相差が生じ、図3、図4で示した等価回路が単純には成立しなくなるため、方向性が悪化しているものと考えることができる。   FIG. 7 is a characteristic diagram showing an actually measured characteristic diagram of the directional coupler when the inter-pattern distance d of the U-shaped parallel portion 4a of the sub-line 4 shown in FIG. 1 is changed. This figure shows the difference between the degree of coupling indicating sensitivity for detecting traveling wave power Pf and the degree of separation for detecting reflected wave power Pr, and this figure can represent the directional characteristics of the directional coupler. . From this figure, it is shown that the directionality deteriorates when the inter-pattern distance d is increased. This is because by increasing the inter-pattern distance d, a phase difference occurs in the induced electromotive force due to the electric field generated in the U-shaped portion in this portion, and the equivalent circuit shown in FIGS. 3 and 4 is simply established. Since it disappears, it can be considered that the directionality has deteriorated.

このため、コの字状部における隣接パターン間の距離は、できるだけ近接させることが
望ましい。一般に、プリント基板のパターン設計においては、パターン間距離は0.25mm以上であると良好な仕上がり状態を比較的容易に得ることができるので、このパターン間の距離は、製造上の容易性も鑑み、0.25mm以上0.5mm以下とすることが望ましい。
For this reason, it is desirable that the distance between adjacent patterns in the U-shaped portion be as close as possible. Generally, in the pattern design of a printed circuit board, a good finished state can be obtained relatively easily when the distance between patterns is 0.25 mm or more. 0.25 mm to 0.5 mm is desirable.

また、本構成の方向性結合器においては、電力を伝送する主線路2に、主線路2を伝送する電力を検出する副線路4を後から追加できる構造になっているので、副線路4によって伝送電力を検出するだけの長さを有した主線路2の任意の位置に、副線路4を含む第2の誘電体基板3を配置することができ、方向性結合器の設置位置を任意の位置に設置することができ、基板の実装自由度を向上させることができる。   Moreover, in the directional coupler of this structure, since it has the structure which can add the subline 4 which detects the electric power which transmits the main line 2 later to the main line 2 which transmits electric power, The second dielectric substrate 3 including the sub line 4 can be disposed at an arbitrary position of the main line 2 having a length sufficient to detect transmission power, and the directional coupler can be installed at any position. It can be installed at a position, and the degree of freedom of mounting the substrate can be improved.

(実施の形態2)
図8、図9は、本発明の第2の実施形態における方向性結合器の構成図である。図8は本実施の形態の平面図であり、図9(1)は図8のA1−A2線における断面図、図9(2)は同B1−B2線における断面図である。本実施の形態では2GHzから3GHz程度の周波数で、数100Wの通過電力を扱う場合において用いられるように構成されている。
(Embodiment 2)
8 and 9 are configuration diagrams of a directional coupler according to the second embodiment of the present invention. 8 is a plan view of the present embodiment. FIG. 9A is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of FIG. 8, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line B1-B2. In the present embodiment, it is configured to be used when passing power of several hundreds of watts at a frequency of about 2 GHz to 3 GHz.

図8および図9において、方向性結合器は第1の誘電体基板1上に構成された主線路2と、主線路2と対向して配置された第2の誘電体基板3上に配置された副線路4と、副線路4を含む第2の誘電体基板3を覆うようにしてなる金属シールド5から構成されている。主線路2は裏面をグランド電位となる導体面で覆われておりその特性インピーダンスは略50Ωとなる線幅にて構成されている。副線路4は第2の誘電体基板3上に配置されコの字状に突出した構成となっており、突出した部分は一部が主線路2と垂直方向に重なる部分を有するように空隙を有して配置されている。そして副線路4の特性インピーダンスZは50オームよりも高い値、例えば75オームや100オームのような値になるように設定されている。   8 and 9, the directional coupler is disposed on the main line 2 configured on the first dielectric substrate 1 and on the second dielectric substrate 3 disposed to face the main line 2. And a metal shield 5 which covers the second dielectric substrate 3 including the sub line 4. The main line 2 has a back surface covered with a conductor surface having a ground potential, and has a characteristic impedance with a line width of approximately 50Ω. The sub-line 4 is arranged on the second dielectric substrate 3 and protrudes in a U-shape, and the protruding part has a gap so that a part thereof overlaps the main line 2 in the vertical direction. It is arranged. The characteristic impedance Z of the sub line 4 is set to a value higher than 50 ohms, for example, 75 ohms or 100 ohms.

以上のように構成した方向性結合器について、以下にその動作、作用を説明する。   About the directional coupler comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.

主線路2を高周波電力が通過すると、それに応じた電界および磁界がその周囲に発生する。この発生した電界および磁界が副線路4と結合することによって、副線路4の端部4A、4Bに信号を生じる。電界によって副線路4のコの字状部分に生じる起電力は、主線路2によって生じる電界に比例したものであり、この電界によって生じた起電力は、等価回路で考えると前述の実施の形態と同様図3のごとくなり、副線路4の端部4A、4Bに電圧を生じる。この電圧をそれぞれVA1、VB1とすると、VA1=VB1の関係が成り立つ。   When the high frequency power passes through the main line 2, an electric field and a magnetic field corresponding to the high frequency power are generated around it. The generated electric field and magnetic field are combined with the sub line 4 to generate a signal at the end portions 4A and 4B of the sub line 4. The electromotive force generated in the U-shaped portion of the sub-line 4 by the electric field is proportional to the electric field generated by the main line 2, and the electromotive force generated by this electric field is the same as that of the above-described embodiment in terms of an equivalent circuit. Similarly, as shown in FIG. 3, a voltage is generated at the end portions 4 </ b> A and 4 </ b> B of the sub line 4. When these voltages are VA1 and VB1, respectively, the relationship of VA1 = VB1 is established.

次に、コの字状の部分を鎖交する磁界によって、端部4A−4B間に磁界による電流を生じるため、端部4A、4Bに所定のインピーダンスが接続されていると、端部4A、4Bで電圧として観測することができる。この時の等価回路は、同様に前述の実施の形態と同様図4のごとくなり、このときの電圧をVA2、VB2とするとVA2=−VB2の関係が成り立つ。以上の関係を重ね合わせると、電圧VA1、VA2が足しあわす方向である時、電圧VB1、VB2は減じあう方向になるため、VB1=−VB2となるようにコの字状の形状、および第1の誘電体基板1と第2の誘電体基板3の距離を最良の状態に配置することによって、副線路4の一方には信号を出して、他方には信号を出さない方向性結合器を形成することができる。   Next, since a magnetic field is generated between the end portions 4A and 4B by a magnetic field interlinking the U-shaped portions, when a predetermined impedance is connected to the end portions 4A and 4B, the end portion 4A, It can be observed as a voltage at 4B. The equivalent circuit at this time is similarly as shown in FIG. 4 as in the above-described embodiment. When the voltages at this time are VA2 and VB2, the relationship of VA2 = −VB2 is established. By superimposing the above relationship, when the voltages VA1 and VA2 are in the direction of adding up, the voltages VB1 and VB2 are in the direction of subtraction, so that the U-shaped shape so that VB1 = −VB2 By arranging the distance between the dielectric substrate 1 and the second dielectric substrate 3 in the best condition, a directional coupler that outputs a signal to one of the sub-lines 4 and does not output a signal to the other is formed. can do.

また、副線路4の特性インピーダンスは、一般に高周波回路で用いられる50オームよりも大きな値に設計しているので、線路幅をより細くすることができるとともに、副線路
4を含む第2の誘電体基板3そのものの形状をより小型にすることができ、方向性結合器全体の形状を小型化することが可能になる。
Further, since the characteristic impedance of the sub line 4 is designed to be larger than 50 ohms generally used in a high frequency circuit, the line width can be further reduced, and the second dielectric including the sub line 4 can be used. The shape of the substrate 3 itself can be further reduced, and the overall shape of the directional coupler can be reduced.

また、本構成の方向性結合器においては電力を伝送する主線路2に主線路2を伝送する電力を検出する副線路4を後から追加できる構造になっているので副線路4によって伝送電力を検出するだけの長さを有した主線路2の任意の位置に副線路4を含む第2の誘電体基板3を配置することができ、方向性結合器の設置位置を任意の位置に設置することができ基板の実装自由度を向上させることができる。   Moreover, in the directional coupler of this structure, since it has the structure which can add the subline 4 which detects the electric power which transmits the main line 2 to the main line 2 which transmits electric power later, transmission power is transmitted by the subline 4. The second dielectric substrate 3 including the sub-line 4 can be disposed at an arbitrary position of the main line 2 having a length to be detected, and the directional coupler is disposed at an arbitrary position. The degree of freedom for mounting the board can be improved.

以上のように、本発明にかかる方向性結合器は、小型で大きな通過電力を扱うことができるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した加熱装置や生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置であるプラズマ電源のマイクロ波電源などの用途に用いる電力増幅器の電力検出器にも適用できる。   As described above, since the directional coupler according to the present invention is small and can handle large passing electric power, a heating device, a garbage disposal machine, or a semiconductor using dielectric heating as represented by a microwave oven is used. The present invention can also be applied to a power detector of a power amplifier used for applications such as a microwave power source of a plasma power source as a manufacturing apparatus.

本発明の第1の実施の形態の方向性結合器の平面図The top view of the directional coupler of the 1st Embodiment of this invention (a)同方向性結合器の図1のA1−A2線における断面図(b)同方向性結合器のB1−B2線における断面図(A) Cross-sectional view of the directional coupler taken along line A1-A2 in FIG. 1 (b) Cross-sectional view of the directional coupler taken along line B1-B2 同方向性結合器の電界結合による等価回路図Equivalent circuit diagram of electric field coupling of the directional coupler 同方向性結合器の磁界結合による等価回路図Equivalent circuit diagram of magnetic coupling of directional coupler 同方向性結合器の実測特性を示す特性図Characteristic diagram showing the measured characteristics of the directional coupler 同方向性結合器における誘電体基板間の距離と主線路の特性インピーダンスの変化を示す特性図Characteristic diagram showing changes in distance between dielectric substrates and characteristic impedance of main line in co-directional coupler 同方向性結合器の副線路4のパターン間距離と方向性の周波数特性を示す特性図Characteristic diagram showing inter-pattern distance and directionality frequency characteristics of sub-line 4 of same direction coupler 本発明の第2の実施の形態の方向性結合器の平面図The top view of the directional coupler of the 2nd Embodiment of this invention (a)同方向性結合器の図1のA1−A2線における断面図(b)同方向性結合器のB1−B2線における断面図(A) Cross-sectional view of the directional coupler taken along line A1-A2 in FIG. 1 (b) Cross-sectional view of the directional coupler taken along line B1-B2 (a)従来の1/4波長方向性結合器の構成を示す平面図(b)同方向性結合器の断面図(A) Plan view showing the configuration of a conventional quarter wavelength directional coupler (b) Cross-sectional view of the same directional coupler

符号の説明Explanation of symbols

1 第1の誘電体基板
2 主線路
3 第2の誘電体基板
4 副線路
5 金属シールド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st dielectric substrate 2 Main line 3 2nd dielectric substrate 4 Subline 5 Metal shield

Claims (10)

第1の誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路からなる主線路と、前記主線路に空隙を隔てて配置した第2の誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路からなる副線路を備え、前記副線路はコの字状の構成とした方向性結合器。 A main line made of a microstrip line formed on a first dielectric substrate, and a sub-line made of a microstrip line formed on a second dielectric substrate disposed on the main line with a gap. The sub-line is a directional coupler having a U-shaped configuration. 副線路のコの字状の一部は主線路と基板の垂直方向で重なり部分を持つ構成とした請求項1に記載の方向性結合器。 The directional coupler according to claim 1, wherein a part of the U-shape of the sub line has an overlapping portion in a direction perpendicular to the main line and the substrate. 副線路と主線路間の空隙は2mm以上とする構成とした請求項1または2に記載の方向性結合器。 The directional coupler according to claim 1 or 2, wherein a gap between the sub line and the main line is 2 mm or more. コの字状部の長さは5mm以上8mm以下となるように構成した請求項3に記載の方向性結合器。 The directional coupler according to claim 3, wherein the length of the U-shaped portion is configured to be 5 mm or more and 8 mm or less. コの字状部のパターン間距離は0.5mm以下とする構成とした請求項4に記載の方向性結合器。 The directional coupler according to claim 4, wherein a distance between patterns of the U-shaped portion is 0.5 mm or less. マイクロストリップ線路からなる副線路の特性インピーダンスは50オームとなるように線路の幅を設定した請求項1から5のいずれか1項に記載の方向性結合器。 The directional coupler according to any one of claims 1 to 5, wherein the line width is set so that the characteristic impedance of the sub-line composed of a microstrip line is 50 ohms. マイクロストリップ線路からなる副線路の特性インピーダンスは50オームより大きくなるように線路幅を設定した請求項1から5のいずれか1項に記載の方向性結合器。 The directional coupler according to any one of claims 1 to 5, wherein the line width is set so that the characteristic impedance of the sub-line composed of a microstrip line is greater than 50 ohms. 第2の誘電体基板の周囲に金属製のシールド部材を設ける構成とした請求項1から7のいずれか1項に記載の方向性結合器。 The directional coupler according to claim 1, wherein a metal shield member is provided around the second dielectric substrate. 金属製のシールド部材によって第2の誘電体基板を保持し、第1の誘電体基板との距離を確保する構成とした請求項8に記載の方向性結合器。 The directional coupler according to claim 8, wherein the second dielectric substrate is held by a metal shield member to secure a distance from the first dielectric substrate. 副線路の両方の出力端に検波回路を設け、前記検波回路の入力インピーダンスを副線路の特性インピーダンスとマッチングするように構成した請求項1から9のいずれか1項に記載の方向性結合器。 The directional coupler according to any one of claims 1 to 9, wherein a detector circuit is provided at both output ends of the sub line, and an input impedance of the detector circuit is matched with a characteristic impedance of the sub line.
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