特許 7499625 ループ方向性結合器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-06

(45)【発行日】2024-06-14

(54)【発明の名称】ループ方向性結合器

(51)【国際特許分類】

   H01P 5/18 20060101AFI20240607BHJP

【ＦＩ】

H01P5/18 P

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020113221

(22)【出願日】2020-06-30

(65)【公開番号】P2022011835

(43)【公開日】2022-01-17

【審査請求日】2023-03-14

(73)【特許権者】

【識別番号】591036457

【氏名又は名称】三菱電機エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003166

【氏名又は名称】弁理士法人山王内外特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長瀬 健司

【審査官】赤穂 美香

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００４／００４６６２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１２３８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１１８５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０２３４２４８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｐ ５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主線路部と、第１副線路部及び第２副線路部を含む副線路部と、前記主線路部と前記副線路部との間に設けられた結合線路部を含むループ線路部と、を備え、
前記主線路部は、第１金属ブロックを用いた導波管線路により構成されており、
前記副線路部は、第２金属ブロックを用いた同軸線路により構成されており、
前記ループ線路部は、多層基板を用いたストリップ線路により構成され、
前記ループ線路部は、前記結合線路部と前記第１副線路部及び前記第２副線路部の各々との間に設けられた接続線路部を含み、
前記接続線路部の線路長は、前記第１副線路部と前記第２副線路部との配置間隔が１波長間隔以上となる値に設定されている、
ループ方向性結合器。

【請求項2】

前記多層基板における前記結合線路部の周囲に複数本のスルーホールが配列されていることにより、前記主線路部と前記副線路部との間における結合空間が形成されるものであることを特徴とする請求項１記載のループ方向性結合器。

【請求項3】

前記第１金属ブロックにおける前記多層基板に対する対向面部が平面状であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のループ方向性結合器。

【請求項4】

前記第１金属ブロックに対する前記第２金属ブロック及び前記多層基板の取付け角度が調整自在であることにより、前記主線路部に対する前記結合線路部の傾き角度が調整自在であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のループ方向性結合器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ループ方向性結合器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ループ方向性結合器が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。ループ方向性結合器は、例えば、無線通信装置における送信機とアンテナとの間に設けられるものである。かかるループ方向性結合器を用いることにより、送信機による出力電力を監視することができるとともに、アンテナによる反射電力を監視することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－１２３８３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

通常、ループ方向性結合器は、１本の主線路の機能を果たす線路部（以下「主線路部」という。）を有するものであり、かつ、２本の副線路の機能を果たす線路部（以下「副線路部」という。）を有するものである。また、ループ方向性結合器は、主線路部と副線路部との間における電磁結合用の線路部（以下「結合線路部」という。）を有するものである。ループ方向性結合器における結合線路部は、ループ状の線路部（以下「ループ線路部」という。）のうちの少なくとも一部により構成されている。

【0005】

従来のループ方向性結合器における主線路部は、金属ブロック（以下「第１金属ブロック」という。）を用いた導波管線路により構成されている。また、従来のループ方向性結合器における副線路部は、他の金属ブロック（以下「第２金属ブロック」という。）を用いた同軸線路により構成されている。すなわち、第２金属ブロックに２個の貫通孔が設けられており、当該２個の貫通孔に２本の金属線がそれぞれ通されている。このようにして、副線路部が構成されている。

【0006】

ここで、従来のループ方向性結合器においては、第１金属ブロックにおける第２金属ブロックに対する対向面部又は第２金属ブロックにおける第１金属ブロックに対する対向面部に凹部が形成されている。例えば、特許文献１記載のループ方向性結合器においては、第２金属ブロックにおける第１金属ブロックに対する対向面部に凹部が形成されている。また、従来のループ方向性結合器においては、当該凹部の内部に他の金属ブロック（以下「第３金属ブロック」という。）が設けられている。第３金属ブロックにより、上記２本の金属線が互いに電気的に接続されている。

【0007】

すなわち、従来のループ方向性結合器においては、上記凹部により、主線路部と副線路部との間における電磁結合用の空間（以下「結合空間」という。）が形成されるものである。また、従来のループ方向性結合器におけるループ線路部は、上記凹部の内部に第３金属ブロックが設けられた構造による同軸線路により構成されている。

【0008】

従来のループ方向性結合器を製造するとき、ループ線路部を実現するための金属加工が要求される。すなわち、第１金属ブロック又は第２金属ブロックに上記凹部を形成する金属加工が要求されるとともに、第３金属ブロックを形成する金属加工が要求される。ここで、使用される周波数（以下「使用周波数」という。）が高いとき、ループ線路部のサイズが小さいことにより、かかる金属加工が困難である。したがって、従来のループ方向性結合器においては、特に使用周波数が高いとき、製造が困難であるという問題があった。

【0009】

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、使用周波数に対して製造が容易な構造を有するループ方向性結合器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示に係るループ方向性結合器は、主線路部と、第１副線路部及び第２副線路部を含む副線路部と、主線路部と副線路部との間に設けられた結合線路部を含むループ線路部と、を備え、主線路部は、第１金属ブロックを用いた導波管線路により構成されており、副線路部は、第２金属ブロックを用いた同軸線路により構成されており、ループ線路部は、多層基板を用いたストリップ線路により構成され、ループ線路部は、結合線路部と第１副線路部及び第２副線路部の各々との間に設けられた接続線路部を含み、接続線路部の線路長は、第１副線路部と第２副線路部との配置間隔が１波長間隔以上となる値に設定されているものである。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、上記のように構成したので、使用周波数に対して製造が容易な構造を有するループ方向性結合器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態１に係るループ方向性結合器の要部を示す斜視図である。

【図2】実施の形態１に係るループ方向性結合器の要部を示す断面図である。

【図3】実施の形態１に係るループ方向性結合器における多層基板及びコネクタの要部を示す平面図である。

【図4】比較用のループ方向性結合器の要部を示す斜視図である。

【図5】比較用のループ方向性結合器の要部を示す断面図である。

【図6】実施の形態１に係るループ方向性結合器において、多層基板を用いることにより電磁波が遮断されることを示す説明図である。

【図7】比較用のループ方向性結合器において、第１金属ブロックにおける第２金属ブロックに対する対向面部が非平面状であることを示す説明図である。

【図8】実施の形態１に係るループ方向性結合器において、第１金属ブロックにおける多層基板に対する対向面部が平面状であることを示す説明図である。

【図9】実施の形態１に係る他のループ方向性結合器の要部を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るループ方向性結合器の要部を示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係るループ方向性結合器の要部を示す断面図である。図３は、実施の形態１に係るループ方向性結合器における多層基板及びコネクタの要部を示す平面図である。図１～図３を参照して、実施の形態１に係るループ方向性結合器について説明する。

【0014】

ループ方向性結合器１は、主線路部２を有するものである。主線路部２は、第１金属ブロックＢ１を用いた導波管線路により構成されている。

【0015】

ループ方向性結合器１は、副線路部３を有するものである。副線路部３は、２個の副線路部４を含むものである。すなわち、副線路部３は、第１副線路部４＿１及び第２副線路部４＿２を含むものである。副線路部３は、第２金属ブロックＢ２を用いた同軸線路により構成されている。より具体的には、第２金属ブロックＢ２に２個の貫通孔Ｈ１＿１，Ｈ１＿２が設けられている。貫通孔Ｈ１＿１に金属線Ｗ＿１が通されていることにより、第１副線路部４＿１が構成されている。貫通孔Ｈ１＿２に金属線Ｗ＿２が通されていることにより、第２副線路部４＿２が構成されている。

【0016】

ループ方向性結合器１は、ループ線路部５を有するものである。ループ線路部５は、多層基板Ｂ３を用いたストリップ線路により構成されている。多層基板Ｂ３は、第１金属ブロックＢ１と第２金属ブロックＢ２との間に設けられている。多層基板Ｂ３の表面部には、ストリップ線路における地導体の機能を果たす金属パターンＰ１＿１が設けられている。多層基板Ｂ３の裏面部には、ストリップ線路における地導体の機能を果たす金属パターンＰ１＿２が設けられている。金属パターンＰ１＿１と金属パターンＰ１＿２とは、スルーホールＨ２により電気的に接続されている。

【0017】

多層基板Ｂ３の内部には、ストリップ線路における信号導体の機能を果たす金属パターンＰ２が設けられている。金属パターンＰ２により、第１副線路部４＿１の一端部（より具体的には金属線Ｗ＿１の一端部）と第２副線路部４＿２の一端部（より具体的には金属線Ｗ＿２の一端部）とが電気的に接続されている。

【0018】

第１副線路部４＿１の他端部にコネクタ６＿１が設けられており、かつ、第２副線路部４＿２の他端部にコネクタ６＿２が設けられている。個々のコネクタ６は、第２金属ブロックＢ２の外部に突出している。

【0019】

ここで、主線路部２の側面部に開口部Ａが設けられている。金属パターンＰ２は、開口部Ａにより主線路部２に対して電磁的に結合する部位（図中Ｐ２＿１）を含むものである。すなわち、かかる金属パターンＰ２＿１により、結合線路部７の要部が構成されている。金属パターンＰ２＿１の長手方向は、主線路部２の管軸方向に対して傾いている。図中、θは、かかる傾き角度を示している。傾き角度θが変化することにより、ループ方向性結合器１の性能が変化するものである。

【0020】

また、スルーホールＨ２は、金属パターンＰ２＿１の周囲に配列された複数本のスルーホールＨ２＿１を含むものである。複数本のスルーホールＨ２＿１により囲まれた領域により、主線路部２に対する結合空間Ｓが形成されるものである。すなわち、ループ方向性結合器１においては、多層基板Ｂ３の内部に結合空間Ｓが形成されるものである。

【0021】

また、金属パターンＰ２は、結合線路部７と第１副線路部４＿１との間における接続用の線路部（以下「接続線路部」という。）８＿１の機能を果たす部位（図中Ｐ２＿２＿１）を含むものである。また、スルーホールＨ２は、かかる金属パターンＰ２＿２＿１の両側に配列された複数本のスルーホールＨ２＿２＿１を含むものである。

【0022】

また、金属パターンＰ２は、結合線路部７と第２副線路部４＿２との間における接続用の線路部（以下「接続線路部」という。）８＿２の機能を果たす部位（図中Ｐ２＿２＿２）を含むものである。また、スルーホールＨ２は、かかる金属パターンＰ２＿２＿２の両側に配列された複数本のスルーホールＨ２＿２＿２を含むものである。

【0023】

個々の接続線路部８の長さ（以下「線路長」という。）Ｌは、所定の値に設定されている。具体的には、例えば、線路長Ｌは、第１副線路部４＿１が配置されている位置と第２副線路部４＿２が配置されている位置との間隔（以下「配置間隔」という。）Ｄが使用周波数ｆに対応する波長λと同等の間隔（以下「１波長間隔」という。）以上となる値に設定されている。ここで、配置間隔Ｄは、主線路部２の管軸直交方向に対する間隔である。

【0024】

このようにして、ループ方向性結合器１の要部が構成されている。

【0025】

次に、図４及び図５を参照して、ループ方向性結合器１に対する比較用のループ方向性結合器１’について説明する。ループ方向性結合器１’は、従来のループ方向性結合器に相当するものである。

【0026】

ループ方向性結合器１’は、主線路部２’を有するものである。主線路部２’は、第１金属ブロックＢ１’を用いた導波管線路により構成されている。

【0027】

ループ方向性結合器１’は、副線路部３’を有するものである。副線路部３’は、２個の副線路部４’を含むものである。すなわち、副線路部３’は、第１副線路部４’＿１及び第２副線路部４’＿２を含むものである。副線路部３’は、第２金属ブロックＢ２’を用いた同軸線路により構成されている。より具体的には、第２金属ブロックＢ２’に２個の貫通孔Ｈ１’＿１，Ｈ１’＿２が設けられている。貫通孔Ｈ１’＿１に金属線Ｗ’＿１が通されていることにより、第１副線路部４’＿１が構成されている。貫通孔Ｈ１’＿２に金属線Ｗ’＿２が通されていることにより、第２副線路部４’＿２が構成されている。

【0028】

主線路部２’の側面部に開口部Ａ’が設けられている。また、主線路部２’の外周部における開口部Ａ’を含む領域に凹部Ｒ’が設けられている。凹部Ｒ’の内部に第３金属ブロックＢ３’が設けられている。第３金属ブロックＢ３’により、第１副線路部４’＿１の一端部（より具体的には金属線Ｗ’＿１の一端部）と第２副線路部４’＿２の一端部（より具体的には金属線Ｗ’＿２の一端部）とが電気的に接続されている。

【0029】

すなわち、ループ方向性結合器１’においては、凹部Ｒ’により、主線路部２’に対する結合空間Ｓ’が形成されるものである。また、ループ方向性結合器１’におけるループ線路部５’は、凹部Ｒ’の内部に第３金属ブロックＢ３’が設けられた構造による同軸線路により構成されている。ここで、第３金属ブロックＢ３’の中央部は、開口部Ａ’と対向配置されている。すなわち、第３金属ブロックＢ３’の中央部により、主線路部２’に対する結合線路部７’が構成されている。

【0030】

第１副線路部４’＿１の他端部にコネクタ６’＿１が設けられており、かつ、第２副線路部４’＿２の他端部にコネクタ６’＿２が設けられている。個々のコネクタ６’は、第２金属ブロックＢ２’の外部に突出している。

【0031】

このようにして、ループ方向性結合器１’の要部が構成されている。

【0032】

次に、ループ方向性結合器１’における課題について説明する。また、ループ方向性結合器１を用いることによる効果について説明する。

【0033】

第一に、ループ方向性結合器１’においては、第１金属ブロックＢ１’の凹部Ｒ’により結合空間Ｓ’が形成されるものである。このため、第１副線路部４’＿１と第２副線路部４’＿２との配置間隔Ｄ’（不図示）を大きくすることが困難である。より具体的には、配置間隔Ｄ’を１波長間隔以上にすることが困難である。このため、ループ方向性結合器１’の製造が困難であるという問題があった。

【0034】

これに対して、ループ方向性結合器１においては、多層基板Ｂ３のサイズを大きくすることにより、線路長Ｌを容易に大きくすることができる。これにより、配置間隔Ｄを容易に大きくすることができる。より具体的には、配置間隔Ｄを１波長間隔以上にすることができる。これにより、ループ方向性結合器１’に比して、ループ方向性結合器１の製造を容易にすることができる。

【0035】

第二に、ループ方向性結合器１’においては、第１金属ブロックＢ１’の凹部Ｒ’により結合空間Ｓ’が形成されるものである。凹部Ｒ’の内部に第３金属ブロックＢ３’が設けられた構造による同軸線路によりループ線路部５’が構成されている。

【0036】

このため、ループ方向性結合器１’を製造するとき、ループ線路部５’を実現するための金属加工が要求される。すなわち、第１金属ブロックＢ１’に凹部Ｒ’を形成する金属加工が要求されるとともに、第３金属ブロックＢ３’を形成する金属加工が要求される。ここで、使用周波数ｆが高いとき、対応する波長λが短いことにより、ループ線路部５’のサイズが小さくなる。このとき、かかる金属加工が困難であるという問題があった。

【0037】

これに対して、ループ方向性結合器１においては、多層基板Ｂ３に設けられた複数本のスルーホールＨ２＿１により囲まれた空間により結合空間Ｓが形成されるものである。また、多層基板Ｂ３を用いたストリップ線路によりループ線路部５が構成されている。

【0038】

このため、ループ方向性結合器１を製造するとき、凹部Ｒ’に相当する凹部を第１金属ブロックＢ１に形成する金属加工が不要である。また、第３金属ブロックＢ３’に相当する金属ブロックを形成する金属加工も不要である。これにより、ループ方向性結合器１’に比して、ループ方向性結合器１の製造を容易にすることができる。特に、使用周波数ｆが高いとき、ループ方向性結合器１の製造を容易にすることができる。

【0039】

第三に、ループ方向性結合器１においては、多層基板Ｂ３における金属パターンＰ２の形状等により、種々の回路を実現することができる。すなわち、ループ方向性結合器１’のループ線路部５’における回路設計の自由度に比して、ループ方向性結合器１のループ線路部５における回路設計の自由度を向上することができる。

【0040】

第四に、ループ方向性結合器１においては、多層基板Ｂ３を用いたストリップ線路によりループ線路部５が構成されている。すなわち、信号導体の機能を果たす金属パターンＰ２が多層基板Ｂ３の内部に設けられており、かつ、地導体の機能を果たす金属パターンＰ１が多層基板Ｂ３の両面部に設けられている。これにより、多層基板Ｂ３の外部から多層基板Ｂ３の内部に侵入しようとする電磁波Ｅを遮断することができる（図６参照）。この結果、電磁波Ｅに対する耐性を向上することができる。

【0041】

第五に、ループ方向性結合器１’においては、凹部Ｒ’が設けられていることにより、第１金属ブロックＢ１’における第２金属ブロックＢ２’に対する対向面部Ｏ’の面形状が非平面状である。すなわち、対向面部Ｏ’の面形状が階段状である（図７参照）。

【0042】

これに対して、ループ方向性結合器１においては、凹部Ｒ’に相当する凹部が不要である。これにより、第１金属ブロックＢ１における多層基板Ｂ３に対する対向面部Ｏの面形状を平面状にすることができる（図８参照）。これにより、第１金属ブロックＢ１’を製造するときの工程数（すなわち金属加工における加工回数）に比して、第１金属ブロックＢ１を製造するときの工程数（すなわち金属加工における加工回数）を低減することができる。この結果、製造コストの低減を図ることができる。

【0043】

次に、図９を参照して、ループ方向性結合器１の変形例について説明する。

【0044】

図９に示す如く、複数本のねじ９により第２金属ブロックＢ２及び多層基板Ｂ３が第１金属ブロックＢ１に固定されているものであっても良い。図９に示す例においては、４本のねじ９＿１，９＿２，９＿３，９＿４により第２金属ブロックＢ２及び多層基板Ｂ３が第１金属ブロックＢ１に固定されている。ねじ９＿１，９＿２，９＿３，９＿４は、貫通孔Ｈ３＿１，Ｈ３＿２，Ｈ３＿３，Ｈ３＿４にそれぞれ通されている。個々の貫通孔Ｈ３は、第２金属ブロックＢ２及び多層基板Ｂ３を貫通している。

【0045】

ここで、個々の貫通孔Ｈ３の形状は、扇状（すなわち円弧状）である。かかる円弧に対応する円の中心位置は、例えば、多層基板Ｂ３における結合線路部７の中心位置に対応している。これにより、第１金属ブロックＢ１に対する第２金属ブロックＢ２及び多層基板Ｂ３の取付け角度φが調整自在である。ここで、取付け角度φは、かかる円の円周方向（すなわち多層基板Ｂ３の板面に沿う方向）に対する角度である。

【0046】

取付け角度φが変化することにより、主線路部２に対する結合線路部７の傾き角度θ（図３参照）が変化する。傾き角度θが変化することにより、ループ方向性結合器１の性能が変化する。すなわち、ループ方向性結合器１においては、取付け角度φを調整することにより、その性能を調整することができる。

【0047】

次に、ループ方向性結合器１の他の変形例について説明する。

【0048】

図１～図３に示す例においては、第１金属ブロックＢ１において、主線路部２に対する両側部に凸部が設けられている。これにより、第１金属ブロックＢ１の外形が十字状であり、多層基板Ｂ３の片面部の全体が第１金属ブロックＢ１に当接している。

【0049】

第１金属ブロックＢ１は、これらの凸部を有しないものであっても良い。ただし、多層基板Ｂ３を機械的に安定させる観点から、これらの凸部が設けられているのがより好適である。

【0050】

以上のように、実施の形態１に係るループ方向性結合器１は、主線路部２と、第１副線路部４＿１及び第２副線路部４＿２を含む副線路部３と、主線路部２と副線路部３との間に設けられた結合線路部７を含むループ線路部５と、を備え、主線路部２は、第１金属ブロックＢ１を用いた導波管線路により構成されており、副線路部３は、第２金属ブロックＢ２を用いた同軸線路により構成されており、ループ線路部５は、多層基板Ｂ３を用いたストリップ線路により構成されている。これにより、使用周波数ｆに対してループ方向性結合器１の製造を容易にすることができる。

【0051】

なお、本願開示はその開示の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

【符号の説明】

【0052】

１ ループ方向性結合器、２ 主線路部、３ 副線路部、４＿１ 副線路部（第１副線路部）、４＿２ 副線路部（第２副線路部）、５ ループ線路部、６ コネクタ、７ 結合線路部、８ 接続線路部、９ ねじ、Ａ 開口部、Ｂ１ 第１金属ブロック、Ｂ２ 第２金属ブロック、Ｂ３ 多層基板、Ｈ１ 貫通孔、Ｈ２ スルーホール、Ｈ３ 貫通孔、Ｐ１ 金属パターン、Ｐ２ 金属パターン、Ｗ 金属線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】