CN102468526A - 定向耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及定向耦合器，能够获得具有大耦合度和良好的方向性的定向耦合器。主线路（1）连接于输入端子（IN1）和输出端子（OUT1）之间。该主线路（1）传播高频信号。副线路（2）连接于输入端子（IN2）和输出端子(OUT2)之间。该副线路（2）相对于主线路（1）平行配置，与主线路（1）电磁耦合。相对于副线路（2）并联连接有电容器（C1）。通过主线路（1）和副线路（2）具有的电感（L）和电容器（C1）具有的电容（C）构成LC谐振电路。该LC谐振电路相对于从输入端子（IN1）向输出端子（OUT2）传播的高频信号而谐振。

Description

定向耦合器
技术领域
本发明涉及具备传播高频信号的主线路和相对于主线路平行地配置并与主线路电磁耦合的副线路的定向耦合器。
背景技术
定向耦合器具备传播高频信号的主线路和相对于主线路平行地配置并与主线路电磁耦合的副线路。该定向耦合器利用主线路和副线路的电磁耦合，将从主线路的各端子输入的高频信号的一部分向副线路的各端子输出。
在主线路和副线路中，产生被称为偶模式或奇模式的高频信号的传播。偶模式指的是主线路和副线路以同电位即同相等振幅进行激励的情况。奇模式指的是主线路和副线路以反电位即反相等振幅进行激励的情况。各模式的阻抗以线路剖面形状而决定。
当将偶模式中的特性阻抗设为Z0e、将奇模式中的特性阻抗设为Z0o时，主线路和副线路的特性阻抗Z0以Z0=(Z0e･Z0o)/2来赋予。
通过使各模式的相位速度相等，使主线路和副线路的长度为高频信号的波长的1/4倍，从而从主线路的输入端子输入的高频信号仅出现在副线路的输出端子，能够获得良好的隔离度特性。例如，在2.5GHz的高频信号的情况下，该线路长度成为30mm左右。
再有，提出了对主线路并联连接电容器，通过主线路和电容器构成LC谐振电路，相对于主线路的输入端子向主线路的输出端子传播的高频信号谐振，由此谋求损失减少的定向耦合器（例如，参照专利文献1）。
专利文献1：日本特开平10-290108号公报
发明要解决的问题
主线路和副线路的耦合度k以k=(Z0e-Z0o)/(Z0e+Z0o)赋予。因此，为了使耦合度增大，需要减小奇模式的特性阻抗Z0o。为此，必须增大耦合线路间的每单位长度的电容（耦合电容）。可是，当为了增大耦合电容而减小线路间隔时，在奇偶模式的各相位速度中产生差，方向性劣化。另一方面，在不使奇偶模式的各相位速度产生差的条件下，由于不太能缩小线路间隔，所以不能获得大的耦合度。
发明内容
本发明正是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于获得一种具有大耦合度和良好的方向性的定向耦合器。
用于解决课题的方案
本发明的定向耦合器，具备：主线路，连接于第1输入端子和第1输出端子之间，对高频信号进行传播；副线路，连接于第2输入端子和第2输出端子之间，相对于所述主线路平行地配置，与所述主线路电磁耦合；以及第1电容器，相对于所述主线路或所述副线路并联连接，通过所述主线路和所述副线路具有的电感和所述第1电容器具有的电容构成LC谐振电路，所述LC谐振电路相对于从所述第1输入端子向所述第2输出端子传播的高频信号进行谐振。
发明的效果
通过本发明，能够获得具有大耦合度和良好的方向性的定向耦合器。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的定向耦合器的图。
图2是表示本发明的实施方式1的定向耦合器的S参数的计算结果的图。
图3是表示本发明的实施方式1的定向耦合器的方向性的计算结果的图。
图4是表示比较例的定向耦合器的方向性的计算结果的图。
图5是表示本发明的实施方式1的定向耦合器的变形例1的图。
图6是表示本发明的实施方式1的定向耦合器的变形例2的图。
图7是表示本发明的实施方式1的定向耦合器的变形例3的图。
图8是表示本发明的实施方式2的定向耦合器的图。
图9是表示本发明的实施方式2的定向耦合器的变形例的图。
图10是表示本发明的实施方式3的定向耦合器的图。
图11是表示本发明的实施方式3的定向耦合器的变形例的图。
图12是表示本发明的实施方式4的定向耦合器的图。
图13是表示本发明的实施方式4的定向耦合器的变形例的图。
图14是表示本发明的实施方式5的定向耦合器的图。
图15是表示本发明的实施方式5的定向耦合器的变形例的图。
图16是表示本发明的实施方式6的定向耦合器的图。
图17是表示本发明的实施方式6的定向耦合器的变形例的图。
图18是表示本发明的实施方式7的定向耦合器的图。
图19是表示本发明的实施方式7的定向耦合器的变形例的图。
图20是表示本发明的实施方式8的定向耦合器的图。
图21是表示本发明的实施方式8的定向耦合器的变形例的图。
图22是表示本发明的实施方式9的定向耦合器的图。
图23是表示本发明的实施方式9的定向耦合器的变形例的图。
具体实施方式
针对本发明的实施方式的定向耦合器，参照附图进行说明。对同样的或对应的结构要素赋予相同的符号，有省略反复说明的情况。
实施方式1
图1是表示本发明的实施方式1的定向耦合器的图。主线路1连接于输入端子IN1和输出端子OUT1之间。该主线路1传播高频信号。副线路2连接于输入端子IN2和输出端子OUT2之间。该副线路2相对于主线路1平行配置，与主线路1电磁耦合。
在本实施方式中，相对于副线路2并联连接有电容器C1。通过主线路1和副线路2具有的电感L和电容器C1具有的电容C构成LC谐振电路。该LC谐振电路相对于从输入端子IN1向输出端子OUT2传播的高频信号而谐振。当将从输入端子IN1向输出端子OUT2传播的高频信号的频率设为f时，电容C设定为满足f=1/2π(LC)1/2的LC谐振的关系的值。此外，表示LC谐振电路的谐振的峰的锐度的Q值，是使用LC谐振电路的电阻值R、电感L、电容C以Q=(L/C)1/2/R来赋予。
图2是表示本发明的实施方式1的定向耦合器的S参数的计算结果的图。S（2，1）是在主线路1中传播的高频信号，频率约为4.5GHz。S（4，1）是从主线路1的输入端子IN1向副线路2的输出端子OUT2传播的高频信号，频率约为2GHz。因此，在本实施方式中，以LC谐振电路以大约2GHz进行谐振的方式设定电容C。
接着，针对本实施方式的效果，与比较例进行比较来说明。比较例是从本实施方式的结构中省略了电容器C1的结构。图3是表示本发明的实施方式1的定向耦合器的方向性的计算结果的图。图4是表示比较例的定向耦合器的方向性的计算结果的图。纵轴是方向性（directivity）、耦合度（coupling）、隔离度（isolation），横轴是频率。通过该计算结果，可知在实施方式1中与比较例相比，在以频率1.95GHz为中心从1.1GHz到2.4GHz的频率范围中改善了方向性。
在比较例中，当为了增大耦合度而减小线路间隔时，在奇偶模式的各相位速度中产生差，方向性劣化。相对于此，在本实施方式中，设置电容器C1，其电容C以满足上述谐振条件的方式设定，由此能够获得大的耦合度，同时获得良好的方向性。
在这里，相位速度依赖（与1/(LC)1/2成比例）于L、C，因此通过改变L、C能够调整相位速度。而且，在方向性改善的频率中，推测奇偶模式的相位速度一致。因此，在本实施方式中，考虑通过LC谐振能够补偿奇偶模式的相位速度的差。
图5是表示本发明的实施方式1的定向耦合器的变形例1的图。与实施方式1的不同之处在于电容器C1相对于主线路1并联连接。在该情况下，只要满足LC谐振电路相对于从输入端子IN1向输出端子OUT2传播的高频信号进行谐振的条件，也能够获得与实施方式1同样的效果。
图6是表示本发明的实施方式1的定向耦合器的变形例2的图。相对于主线路1的宽度缩窄副线路2的宽度。由此，能够使定向耦合器小型化。此外，虽然当假设缩窄主线路1时主线路1的损失增加，但在变形例2中主线路1的损失不增加。
图7是表示本发明的实施方式1的定向耦合器的变形例3的图。即使像这样缩窄线路间隔来构成电容器C1，也能够获得同样的效果。
此外，即使作为电容器C1使用MIM（Metal-Insulator-Metal，金属绝缘体金属）电容器，也能够获得同样的效果。在该情况下，为了缩小MIM电容器的尺寸，对电容器C1附加串联连接的电感器也可。
实施方式2
图8是表示本发明的实施方式2的定向耦合器的图。在实施方式1的结构中附加有相对于电容器C1串联连接的电阻R1。由此，能够减小Q值，使定向耦合器和电感器C1的LC谐振的峰钝化。因此，与实施方式1相比能够扩展改善的方向性的频率范围。
图9是表示本发明的实施方式2的定向耦合器的变形例的图。在实施方式1的变形例1的结构中附加有相对于电容器C1串联连接的电阻R1。由此，能够获得与实施方式2同样的效果。
实施方式3
图10是表示本发明的实施方式3的定向耦合器的图。在实施方式1的结构中附加有相对于电容器C1串联连接的电感器L1。由此，能够增大Q值，使定向耦合器和电感器C1的LC谐振的峰锐化。因此，与实施方式1相比，能够增大在狭窄的频率范围中改善的方向性的绝对值。进而，与实施方式1相比，也能够减小电容器C1的电容。
图11是表示本发明的实施方式3的定向耦合器的变形例的图。在实施方式1的变形例1的结构中附加有相对于电容器C1串联连接的电感器L1。由此，能够获得与实施方式3同样的效果。
实施方式4
图12是表示本发明的实施方式4的定向耦合器的图。在实施方式1的结构中附加有相对于主线路1串联连接的电感器L2。由此，能够改变定向耦合器的电感。因此，与实施方式1相比，能够调整改善的方向性的频率的中心值、频率范围、以及谐振的峰的锐度。
图13是表示本发明的实施方式4的定向耦合器的变形例的图。在实施方式1的变形例1的结构中附加有相对于主线路1串联连接的电感器L2。由此，能够获得与实施方式4同样的效果。
实施方式5
图14是表示本发明的实施方式5的定向耦合器的图。在实施方式1的结构中附加有相对于主线路1串联连接的电感器L2和电容器C2。由此，能够改变定向耦合器的电感和电容。因此，与实施方式1相比，能够调整改善的方向性的频率的中心值、频率范围、以及谐振的峰的锐度。
图15是表示本发明的实施方式5的定向耦合器的变形例的图。在实施方式1的变形例1的结构中附加有相对于主线路1串联连接的电感器L2和电容器C2。由此，能够获得与实施方式5同样的效果。
实施方式6
图16是表示本发明的实施方式6的定向耦合器的图。在实施方式2的结构中附加有实施方式4的电感器L2。由此，能够获得实施方式2和实施方式4的效果。即，能够一边改变定向耦合器的电感来调整Q值，一边扩展方向性的频率范围。
例如，在增大在狭窄的频率范围中改善的方向性的绝对值的情况下，需要增大Q值，因此减小电容、增大电感、减小电阻值即可。另一方面，在希望在宽阔的频率范围中改善方向性的情况下，需要缩小Q值，因此进行相反的调整即可。但是，LC谐振电路的谐振频率的中心值需要与改善方向性的频率的中心值相等。
图17是表示本发明的实施方式6的定向耦合器的变形例的图。在实施方式2的变形例的结构中附加有实施方式4的电感器L2。由此，能够获得实施方式3的变形例和实施方式4的效果。
实施方式7
图18是表示本发明的实施方式7的定向耦合器的图。在实施方式3的结构中附加有实施方式4的电感器L2。由此，能够获得实施方式3和实施方式4的效果。
图19是表示本发明的实施方式7的定向耦合器的变形例的图。在实施方式3的变形例的结构中附加有实施方式4的电感器L2。由此，能够获得实施方式3的变形例和实施方式4的效果。
实施方式8
图20是表示本发明的实施方式8的定向耦合器的图。在实施方式2的结构中附加有实施方式5的电感器L2和电容器C2。由此，能够获得实施方式2和实施方式5的效果。
图21是表示本发明的实施方式8的定向耦合器的变形例的图。在实施方式2的变形例的结构中附加有实施方式5的电感器L2和电容器C2。由此，能够获得实施方式2的变形例和实施方式5的效果。
实施方式9
图22是表示本发明的实施方式9的定向耦合器的图。在实施方式3的结构中附加有实施方式5的电感器L2和电容器C2。由此，能够获得实施方式3和实施方式5的效果。
图23是表示本发明的实施方式9的定向耦合器的变形例的图。在实施方式3的变形例的结构中附加有实施方式5的电感器L2和电容器C2。由此，能够获得实施方式3的变形例和实施方式5的效果。
附图标记说明
1 主线路；
2 副线路；
C1 电容器（第1电容器）；
C2 电容器（第2电容器）；
IN1 输入端子（第1输入端子）；
IN2 输入端子（第2输入端子）；
L1 电感器（第1电感器）；
L2 电感器（第2电感器）；
OUT1 输出端子（第1输出端子）；
OUT2 输出端子（第2输出端子）；
R1 电阻。

Claims (5)

1.一种定向耦合器，其特征在于，具备：
主线路，连接于第1输入端子和第1输出端子之间，对高频信号进行传播；
副线路，连接于第2输入端子和第2输出端子之间，相对于所述主线路平行地配置，与所述主线路电磁耦合；以及
第1电容器，相对于所述主线路或所述副线路并联连接，
通过所述主线路和所述副线路具有的电感和所述第1电容器具有的电容构成LC谐振电路，
所述LC谐振电路相对于从所述第1输入端子向所述第2输出端子传播的高频信号进行谐振。
2.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，还具备：电阻，相对于所述第1电容器串联连接。
3.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，还具备：第1电感器，相对于所述第1电容器串联连接。
4.根据权利要求1~3的任一项所述的定向耦合器，其特征在于，还具备：第2电感器，相对于所述主线路串联连接。
5.根据权利要求1~3的任一项所述的定向耦合器，其特征在于，还具备：第2电容器，相对于所述主线路串联连接。
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