CN102903994A - 方向性耦合器和无线通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供方向性耦合器和无线通信装置，方向性耦合器具有传送发送信号的主线路；将发送信号输入至主线路的输入端；从主线路输出发送信号的输出端；与主线路电磁场耦合而取出发送信号的一部分的副线路；在副线路的一端部所具备的耦合端；以及在副线路的另一端部所具备的隔离端；在副线路与耦合器之间，具备具有作为低通滤波器的功能的低通滤波器部。

Description

方向性耦合器和无线通信装置

技术领域

本发明涉及方向性耦合器和无线通信装置，特别涉及使方向性耦合器中的耦合度的频率特性平坦化的技术。

背景技术

可以取出在传送线路上传播的电力的一部分的方向性耦合器（Directional Coupler/以下仅称为“耦合器”），在构成手机或无线LAN通信装置、蓝牙（Bluetooth）标准的通信装置等各种无线通信器械的发送电路的方面成为不可或缺的部件。

具体而言，耦合器构成以使发送信号的电平（level）成为一定的方式进行控制的调整单元，但该调整单元具备可控制增益的电力放大器（以下称为“PA”）、检测出发送信号的电平的耦合器、自动输出控制电路（以下称为“APC电路”）。所输入的发送信号被PA放大后，通过耦合器输出。耦合器将与从PA输出的发送信号的电平对应的电平的监测信号输出至APC电路。APC电路根据监测信号的电平（即发送信号的电平）控制PA的增益以使PA的输出成为一定。通过这样的PA的反馈控制来谋求发送输出的稳定化。

上述耦合器具备以电磁场耦合的方式彼此接近而配置的主线路与副线路，传送发送信号的主线路分别在一端配备输入端，在另一端配备输出端，检测出发送信号的电平的副线路分别在一端配备耦合端、在另一端配备隔离端。然后，在主线路传送的发送信号的一部分通过副线路被取出，通过耦合端而作为监测信号输出至APC电路。

作为耦合器的主要特性，可以举出插入损耗、耦合度、隔离度和方向性。插入损耗是由于耦合而产生的损耗，希望是低的。耦合度是正向（从主线路的输入端向输出端的方向）传播的电力与耦合端所取出的电力之比。隔离度表示反向（从主线路的输出端向输入端的方向）传播的电力朝着耦合端的泄漏的少的程度，因此希望其是高的（泄漏小）。另外，方向性是隔离度与耦合度之差，越高（绝对值大）则成为越良好的耦合器，能够减小检测误差而形成良好的APC电路。因此，方向性一般要求在20dB以上。

另一方面，手机或智能手机所代表的携带终端的通信频率带在各国家或地区不同，因此近年来提供了可利用能够灵活对应于这些频率情形的多个频带的通信装置。例如是可利用2个频带的双波段方式或可利用3个频带的三波段方式、还有可利用4个频带的四波段方式等。

另外，作为与这样的耦合器关联的文献有下述专利文献。

专利文献1：日本特开2002-280812号公报

专利文献2：日本特开2011-61440号公报

专利文献3：日本特开2009-27617号公报

发明内容

然而，作为发送信号传播的电力与耦合器的耦合端所取出的电力之比即所述耦合度，在实现发送电力的高精度的控制（PA的正确的反馈控制）的方面上希望其频率特性是平坦的，一般而言，若将主线路与副线路的长度设定为使用频带的1/4波长左右，则能够在该频带中获得平坦的耦合度。

然而，手机等的移动体无线器械主要所使用的准微波带的1/4波长为25cm~3cm左右（例如在10GHz是3cm），非常长，从尺寸的方面看,在需要轻薄短小化的手机等的移动体无线器械中所使用的耦合器中配备该长度的耦合线路是不现实的。另外，若使用数厘米以上的长的耦合线路，则插入损耗变得非常大，产生导致电池寿命的大幅劣化这样的对于移动体无线器械而言致命的不利情形。因此，通常使用比使用频带的1/4波长更短的耦合线路的耦合器。但是，这样的耦合线路的特性一般随频率变动，有频率越高耦合度越上升的趋势（例如参照上述专利文献1的图6（b））。

另一方面，在UMTS（Universal Mobile Telecommunications System：通用移动电话通信系统）或3G这样的第3代手机系统中，对于例如覆盖Band1（波段1）（1920~2170MHz）至Band5（波段5）（824~894MHz）而言，有必要使耦合度在800~2200MHz的宽频带中一定，但现在未能提供满足这样的标准的耦合器。

因此，在现有技术中，在构成利用频带涉及宽范围的装置的情况下，有必要具备多个耦合器。例如，图27是表示可利用多个频带的手机的发送接收部的一个例子的框图，但是在该图所示的现有的多波段方式的手机中，对应于利用频带而设置的发送电路301、401中分别配备耦合器311、411。再有，在该图中，符号101表示天线，102表示将通过天线101接收的电波分配至接收电路103、104并且将从发送电路301、401输入的发送信号送出至天线101的开关。开关102通过组合例如双工器（diplexer）或高频开关而构成。

另一方面，若在这样的多波段方式的通信装置中也能够使耦合器共用化（例如取为1个），则能够减少发送电路内的部件个数，降低装置的制造成本。另外，还可以谋求携带通信装置的更进一步的小型化。此外，在进行发送电力的更简单且检测误差少的控制方面上优选使耦合器的耦合度平坦化。再有，上述专利文献均没有表示这样的本申请发明的想法及其解决手段。

此外，近年来，被称为LTE（Long Term Evolution：长期演进）的手机的新通信标准的服务有望开始，根据该标准，会使用称为700~2700MHz的进一步宽的频带。这里，若耦合度的平坦度高，则越高（若变动幅度小，则越小）越好，但一般而言，若在频带内将变动幅度抑制至6dB以下（更优选为4.5dB以下），则可供实用。对此，例如在考虑使用上述专利文献1所记载的耦合器的情况下，在700~2700MHz下为约9dB（参照同文献的图6（B）），该耦合器不能经受实用。

因此，本发明的目的在于实现耦合度遍及宽频带而平坦的耦合器。

为了解决上述课题而达到目的，本发明所涉及的耦合器（方向性耦合器）是具有传送发送信号的主线路、将所述发送信号输入至该主线路的输入端、从该主线路输出所述发送信号的输出端、与所述主线路电磁场耦合而取出所述发送信号的一部分的副线路、在该副线路的一端部所具备的耦合端、以及在该副线路的另一端部所具备的隔离端的方向性耦合器，在所述副线路与所述耦合端之间，具备具有作为低通滤波器的功能的低通滤波器部。

本发明是如发明所要解决的课题的事项中所叙述的那样不是在探讨研究使现有配备多个的耦合器共用化中而得到的，而是本发明人发现了，若在使用传送发送信号的主线路以及相对于该主线路以电磁场耦合的方式接近配置的副线路的耦合器中，在副线路与耦合端之间配备低通滤波器部（以下称为“LPF部”），则能够使该耦合器的耦合度的频率特性平坦化，并基于该见解来构成本发明。

上述LPF部具有屏蔽高频信号（使高频信号衰减）并使低频信号通过的功能，起到抑制该耦合器的耦合度随频率变动（越高频越上升）的功能。由此，与现有的耦合器相比，可以使耦合度的频率特性在遍及低频至高频的宽频带平坦化。再有，关于该点，在后面的实施方式的说明中基于仿真结果进一步叙述。

作为LPF部的具体结构，只要包含例如串联连接在副线路与耦合端之间的电感器、以及一端连接在副线路与耦合端之间且另一端连接于地的电容器即可。

另外，上述本发明的耦合器还可以具备（1）一端连接在所述主线路与所述输入端之间且另一端连接在所述副线路与所述耦合端之间的电容器，或者，还可以具备（2）一端连接在所述主线路与所述输入端之间且另一端连接于地的电容器。

通过如上述那样具备LPF部，从而可以使耦合度平坦化，但在一方中附加了LPF部的耦合器中发现了隔离度和方向性的劣化。因此，在这样的情况下维持耦合度的平坦性并尝试改善这些问题，其结果发现了，通过采用附加上述电容器的（1）或（2）的结构，从而能够矫正隔离度和方向性的劣化并改善这些问题。再有，关于此点，在后面的实施方式的说明中进一步详细地叙述。

另外，在本发明的一个方式中，除了上述LPF部（连接在副线路与耦合端之间的LPF部/以下有称为“第1LPF部”的情形）以外，还在副线路与隔离端之间进一步具备具有作为低通滤波器的功能的其他LPF部（以下有称为“第2LPF部”的情形）。

根据像这样在副线路的两端部具备LPF部的方式，不仅对从所述主线路的输入端向输出端的方向（将该方向称为“正向”），而且对与其相反从主线路的输出端向输入端的方向（将该方向称为“反向”）所相关的耦合度的频率特性，也可以使其平坦化。例如，在为了在无线通信装置中检测·计量与天线的匹配（来自于天线的反射电力）而从隔离端取出反向传播的反射波来进行监测那样的情况下，根据能够使反向的耦合度平坦化的该方式，与正向同样地能够进行误差少的更正确的检测。

另外，作为该方式中的LPF部的结构，例如可以是，第1LPF部（副线路与耦合端之间所具备的LPF部）包含串联连接在副线路与耦合端之间的电感器、以及一端连接在副线路与耦合端之间且另一端连接于地的电容器，第2LPF部（副线路与隔离端之间所具备的LPF部）包含串联连接在副线路与隔离端之间的电感器、以及一端连接在副线路与隔离端之间且另一端连接于地的电容器。

此外，在本发明中，即使还具备一端连接在所述副线路与所述耦合端之间且另一端连接于所述副线路与所述隔离端之间的电容器，也能够构成同样的耦合度的平坦性优良的耦合器。

另一方面，本发明人发现了，通过不仅像上述那样所提及的对现有的耦合器附加LPF部，而且附加LPF部以使在比使用频带更高频带侧形成共振点，从而能够使使用频带中的耦合度平坦化。

即，在该耦合器中，与所述耦合器同样地具备LPF部，但此时具备该LPF部以使在比使用频带更高频带侧（在比使用频带高的频带靠近该使用频带的频率位置）形成共振点（耦合度的衰减极），由此，使使用频带中的耦合度平坦化。

共振点的形成位置（共振频率）可以根据LPF部的具体结构，即形成LPF部（实现低通滤波器功能）的电路元件的结构或各电路元件（电容器或电感器、电阻）的电容值或电感值、电阻值等进行调整，但在本发明的优选的方式中，当使使用频带的下端频率为F1、上端频率为F2、中心频率为Fc、频带宽度为BW、所述共振点的频率即共振频率为Fr时，以作为用频带宽度和中心频率来标准化共振频率与中心频率之差的值的（Fr-Fc）/Fc/BW在0.6~1.2的范围内，更优选地，在0.65~0.9的范围内的方式设定上述共振点。再有，中心频率Fc是（F1+F2）/2。

由此，能够提高使用频带内的耦合度的平坦度。再有，有关这些共振点与使用频带的关系，在后面的实施方式的说明中基于仿真结果来详细叙述。

另外，从同样地抑制使用频带内的耦合度的变动幅度而提高平坦度的观点看，作为本发明的另一个方式，可以形成上述共振点，以使使用频带的下端频率F1中的耦合度与该使用频率的上端频率F2中的耦合度实质上相等。

另外，在像上述那样通过共振点的形成来提高平坦度的情况下，也与上述的耦合器同样，作为LPF部的具体的结构，例如，能够包含串联连接在副线路与耦合端之间的电感器、以及一端连接在副线路与耦合端之间且另一端连接于地的电容器。另外，除了连接在副线路与耦合端之间的LPF部（第1LPF部）以外，可以还在副线路与隔离端之间进一步具备其他LPF部（第2LPF部）。此外，即使具备一端连接在副线路与耦合端之间且另一端连接在副线路与隔离端之间的电容器，也同样能够构成耦合度的平坦性优良的耦合器。

另外，在上述本发明所涉及的各耦合器中，可以将衰减器连接在副线路与耦合端之间、以及、副线路与隔离端之间中的任一方或双方。

若像这样将衰减器附加在副线路，则能够通过该衰减器减轻副线路上所连接的其他电路要素的阻抗变动的影响，当将本发明的耦合器实际组装于装置中并进行使用时，能够难以承受因其他电路要素带来的影响。

另外，在像这样具备衰减器的耦合器中，可以将由电抗元件构成的电抗部连接在衰减器的内部或耦合端与隔离端之间。

原因在于，通过增加电抗成分，从而调整阻抗并使该耦合器的耦合度或方向性等最优化。再有，作为上述电抗元件，可以使用例如电感器或电容器。

本发明所涉及的无线通信装置包含上述本发明所涉及的任一个的耦合器。

具体而言，该无线通信装置包含可发送信号的天线、检测该天线所传送的发送信号的电平的耦合器、以及至少可生成第一通信频带的发送信号和与该第一通信频带不同的第二通信频带的发送信号的发送电路。再者，该耦合器是上述的本发明所涉及的任一个耦合器，连接在所述天线与所述发送电路之间，以可输入所述第一通信频带的发送信号和所述第二通信频带的发送信号的两者（作为检测第一通信频带的发送信号的电平与第二通信频带的发送信号的电平的共用的耦合器）。

再有，本发明所提及的无线通信装置典型的是手机或智能手机、具备无线通信功能的PDA（Personal Digital Assistants：个人数字助理）或平板型电脑等的携带终端装置，但不限于这些，无线LAN用的通信装置或蓝牙（Bluetooth）标准的通信装置等的可无线通信的各种通信装置包含在本发明中。

根据本发明，能够实现耦合度遍及宽频带平坦且隔离度和方向性优良的小型耦合器。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的耦合器的图。

图2是表示将所述第1实施方式所涉及的耦合器的耦合度的频率特性与现有的耦合器相比较的线图。

图3是表示将所述第1实施方式所涉及的耦合器的隔离度的频率特性与现有的耦合器相比较的线图。

图4是表示具备所述第1实施方式的耦合器的多波段方式的手机的构成例的框图。

图5是表示本发明的第2实施方式所涉及的耦合器的图。

图6是表示本发明的第3实施方式所涉及的耦合器的图。

图7是表示将所述第3实施方式所涉及的耦合器的耦合度的频率特性与现有的耦合器相比较的线图。

图8是表示将所述第3实施方式所涉及的耦合器的隔离度的频率特性与现有的耦合器相比较的线图。

图9是表示所述第1实施方式的变形例所涉及的耦合器的图。

图10是表示基于所述第1实施方式增加了LPF部的耦合器的频率特性（耦合度和隔离度）的线图。

图11是表示所述第1实施方式的变形例所涉及的耦合器的频率特性（耦合度和隔离度）的线图。

图12是表示所述第1实施方式的其他变形例所涉及的耦合器的图。

图13是表示基于所述第1实施方式增加了LPF部的耦合器的频率特性（耦合度）的线图。

图14是表示基于所述第1实施方式增加了LPF部的耦合器的频率特性（隔离度）的线图。

图15是表示所述第1实施方式的其他变形例所涉及的耦合器的频率特性（耦合度）的线图。

图16是表示所述第1实施方式的其他变形例所涉及的耦合器的频率特性（隔离度）的线图。

图17是表示现有构造的耦合器的耦合度的频率特性的线图。

图18是表示本发明的第4实施方式所涉及的耦合器的耦合度的频率特性的线图。

图19是表示在所述第4实施方式所涉及的耦合器中使共振点移动至低频带侧的情况下的耦合度的频率特性的线图。

图20是表示在所述第4实施方式所涉及的耦合器中使共振点移动至比所述图19的情况更低频带侧的情况下的耦合度的频率特性的线图。

图21是表示在所述第4实施方式所涉及的耦合器中使共振点进行各种改变的情况下的使用频带内的耦合度的变动幅度△的线图。

图22是表示放大所述图21的线图的一部分的图。

图23是表示本发明的第5实施方式所涉及的耦合器的耦合度和隔离度的频率特性的线图。

图24是表示本发明的第6实施方式所涉及的耦合器的图。

图25是表示所述第6实施方式的耦合器的变形例的图。

图26是表示所述第6实施方式的耦合器的其他变形例的图。

图27是表示现有的多波段方式的手机的发送接收部的一个例子的框图。

具体实施方式

本发明的其他目的、技术特征以及优点，通过基于附图而叙述的以下的本发明的实施方式的说明而明了。还有，在各图中，相同的符号表示相同或者相当的部分。

[第1实施方式]

如图1所示，本发明的第1实施方式所涉及的耦合器11具备传送发送信号的主线路12、以与该主线路12电磁场耦合的方式接近配置的副线路13。主线路12，在其一端部具有输入端P1，在另一端部具有输出端P2。另外，副线路13，在其一端部具有耦合端P3，在另一端部具有隔离端P4。再有，在以下的说明中，分别将输入端称为“P1”，将输出端称为“P2”，将耦合端称为“P3”，将隔离端称为“P4”。

另外，若像上述那样将主线路与副线路的长度设定为使用频带的四分之一波长左右，则得到平坦的耦合度，但由此该主线路和副线路变得非常长，因此在本实施方式中主线路与副线路均具有比使用频带的四分之一短的线路长。

另外，在副线路13与耦合端P3之间具备LPF部21。该LPF部21是由电感器22和电容器23构成的所谓L型低通滤波器，由串联插入在副线路13与耦合端P3之间的电感器22、以及连接在该副线路13与耦合端P3之间的传送路与地之间的电容器23构成。

图2和图3是分别表示将本实施方式所涉及的耦合器11的耦合度（图2）和隔离度（图3）的频率特性的仿真结果与现有的耦合器（不具备LPF部21的耦合器）相比较的图。再有，构成LPF部21的电感器22的电感为2.7nH，电容器23的电容为5pF。

如图2所示，在考虑例如700MHz~2.7GHz作为使用频带的情况下，现有的耦合器在该频带内不能满足上述的一般所需要的耦合度的变动幅度即6dB以下的标准。相对于此，根据在耦合端部具备LPF部21的本实施方式，可知与现有比较，可以使耦合度平坦化，能够满足该6dB以下的标准。另外，如图3所示，与现有比较，也能够改善隔离度。

如此，根据本实施方式，由于能够使耦合度平坦化，因此能够减少耦合器的配设个数。

[无线通信装置]

例如，在考虑构成可利用800MHz带和2GHz带的2个通信频带的双波段方式的手机的情况下，若是现有技术，则由于在800MHz和2GHz带耦合度变动大，因而有必要在各频带的发送电路分别设置以使在各频带（800MHz带和2GHz带）下耦合度大致相等的方式进行调整的2个耦合器（参照所述图18），但根据上述实施方式，由于耦合度遍及两个频带（800MHz带和2GHz带）大致是平坦的，因此只要在各频带设置1个共用的耦合器即可，能够减少部件个数而使发送电路简单化。再有，对于后述的其他实施方式或各变形例所涉及的耦合器也是同样的。

图4是表示使用所述第1实施方式的耦合器11的多波段方式的手机的发送接收部的构成例的图。如该图所示，根据上述实施方式，只要在天线101与开关102之间设置1个耦合器即可，与现有（参照所述图27）相比，能够使发送电路201简单化。再有，PA202使用可遍及两个频带使用的耦合器，将由耦合器11所得到的监测信号（对应于发送信号的电平的信号）输入至APC电路203，APC电路203根据监测信号的电平（即发送信号的电平）来控制PA202的增益以使PA202的输出成为一定。另外，开关102起到将通过天线101接收的电波分配至接收电路103、104，并且将从发送电路201输入的发送信号送出至天线101的功能，因此，例如可以通过组合双工器或高频开关而构成。

[第2实施方式]

如图5所示，本发明的第2实施方式所涉及的耦合器，与上述第1实施方式同样地，在副线路13与耦合端P3之间具备LPF部（第1LPF部）31，但还在副线路13与隔离端P4之间也具备LPF部（第2LPF部）41。

再有，在本实施方式中，各LPF部31、41是具备并联连接在串联连接的电感器32、42的两侧的2个电容器33、34；43、44的所谓π型的低通滤波器。第1LPF部31由串联插入在副线路13与耦合端P3之间的电感器32、以及在该电感器32的两侧分别连接在副线路13-耦合端P3间的传送路与地之间的电容器33、34构成。另外，第2LPF部41由串联插入在副线路13与隔离端P4之间的电感器42、以及在该电感器42的两侧分别连接在副线路13-隔离端P4间的传送路与地之间的电容器43、44构成。再有，各LPF部31、41与上述第1实施方式同样地，可以是L型低通滤波器，或者，可以是由串联连接的2个电感器、以及连接在这2个电感器之间与地之间的电容器构成的所谓T型低通滤波器。

根据像这样夹着由主线路12和副线路13构成的耦合器主体部而对称地（在输入侧和输出侧的两方）具备LPF部31、41的本实施方式，不仅能够如上述第1实施方式那样使正向的耦合度平坦化，而且能够通过第2LPF部41与正向同样地也使反向的耦合度（从主线路的输出端P2输入，被输出至隔离端P4的电力）的频率特性平坦化。因此，如上述那样，在为了检测·计量例如无线通信装置中与天线的匹配（来自于天线的反射电力）而从隔离端P4取出反向传播的反射波来进行监测那样的情况下，可以与正向同样地进行误差少的更正确的检测。

[第3实施方式]

如图6所示，本发明的第3实施方式所涉及的耦合器与上述第2实施方式的耦合器同样地，在副线路13的两侧（耦合端P3与副线路13之间、以及隔离端P4与副线路13之间）分别具备LPF部51、61，但除此之外，还在耦合端P3与隔离端P4间连接电容器65。再有，各LPF部51、61是由与上述第1实施方式相同的电感器52、62和电容器53、63构成的L型低通滤波器。

图7和图8是与所述图2和图3同样地分别表示将本实施方式所涉及的耦合器的耦合度（图7）和隔离度（图8）的频率特性的仿真结果与现有的耦合器（不具备LPF部51、61和P3-P4间的电容器65的耦合器）比较的图。再有，构成各LPF部51、61的电感器52、62的电感均为5.5nH、构成各LPF部51、61的电容器53、63的电容均为2.2pF，P3-P4间的电容器65的电容为1.2pF。

根据图7所示那样在P3-P4间具备电容器65的本实施方式，与现有比较也能够使耦合度平坦化。

另外，本实施方式由于LPF部是2阶L型低通滤波器，因此，与LPF部是3阶的π型低通滤波器的上述第2实施方式相比，能够减少元件数或导体线路的布线而抑制不必要的耦合成分或共振的产生，由此能够改善隔离特性和方向性，并使耦合度的频率特性平坦化。

此外，在本实施方式中，通过在P3-P4间连接电容器65，可以改善隔离特性和方向性，能够如图7和图8所示那样在0.7~2GHz的区域中确保实用上所需要的20dB以上的方向性（耦合度和隔离度之差）。再有，可以认为该P3-P4间的电容器65起到消除隔离端P4所产生的不需要的漏泄电流的相位调整功能。

[第1实施方式的变形例]

在上述的第1实施方式的耦合器11中，通过具备LPF部21，从而能够使耦合度平坦化，但若像这样连接LPF部21，则会产生隔离度或方向性的劣化。

即，耦合器通过副线路中的感应电流与位移电流的组合来获得方向性，但若产生耦合端与输出端之间的不需要的耦合、或副线路中的感应电流与位移电流的相位偏移等，则多会引起隔离度或方向性的劣化。另一方面，在上述实施方式中，将LPF部21连接至副线路13。因此，可以认为，由于LPF部21的连接而打破了副线路13中的感应电流与位移电流之间的相位差的平衡，这有时成为引起隔离度或方向性的劣化的原因。

对于隔离度或方向性的劣化原因而言，有其他的各种主要原因（例如因寄生电容或不需要耦合而引起的信号分离度的劣化，因耦合器中产生的偶模与奇模之间的相位速度差而引起的方向性的劣化、因电抗元件附加而引起的阻抗不匹配或不需要共振的发生等），而且也起因于LPF部21的连接与这些各种主要原因的相互关系，因此，不能一概而论地认为一旦连接LPF部21就会使隔离度或方向性劣化，但发现了在发生这样的特性劣化的情况下，能够根据下述方法来消除该问题。

（1）作为第一方法，如图9所示，除了LPF部21之外，还在输入端P1与耦合端P3之间连接电容器71。

图10是表示与上述第1实施方式同样地在耦合端与副线路之间具备由L型低通滤波器构成的LPF部的耦合器的耦合度（实线）和隔离度（虚线）的频率特性的仿真结果，图11是表示应用了上述第一方法的耦合器的耦合度（实线）和隔离度（虚线）的频率特性的仿真结果。再有，在这些图10和图11所涉及的结构中，LPF部内的电感器22的电感均为2.7nH，电容器23的电容均为5pF，连接在P1-P3间的电容器71的电容为1pF。

如这些图10和图11所示，通过在输入端P1与耦合端P3之间连接电容器71，能够大致同等地维持平坦的耦合度，同时能够改善隔离度（因而也改善隔离度和耦合度之差即方向性）。

（2）作为第二方法，如图12所示，除了LPF部21之外，还在输入端P1与地之间连接电容器72。

图13和图14分别是表示与上述第1实施方式同样地在耦合端与副线路之间具备由L型低通滤波器构成的LPF部的耦合器的耦合度（图13）和隔离度（图14）的频率特性的仿真结果，图15和图16分别是表示应用了上述第二方法的耦合器的耦合度（图15）和隔离度（图16）的频率特性的仿真结果。再有，在这些图13和图14所涉及的结构中，LPF部内的电感器22的电感均为0.3nH，电容器23的电容均为5pF，连接在输入端P1-地间的电容器72的电容为0.16pF。

如这些图13至图16所示，通过在输入端P1与地之间连接电容器72，也能够大致同等地维持平坦的耦合度，同时能够改善隔离度（因而也改善方向性）。

再有，可以认为，在上述第一和第二方法中，消除了由于附加的电容器71、72而在副线路13产生的感应电流与位移电流的相位差的平衡的破坏，由此改善了隔离度和方向性的劣化。

[由共振点的形成而实现的平坦化]

接着，关于通过在比使用频带更高频带侧形成共振点而使使用频带内的耦合度平坦化的实施方式，作为第4~第5实施方式来叙述。

[第4实施方式]

本发明的第4实施方式所涉及的耦合器具有与所述图1所示的第1实施方式的耦合器相同的电路结构。即，该耦合器具有：分别在一端部具有输入端P1，在另一端部具有输出端P2的主线路12；以及分别在一端部具有耦合端P3，在另一端部具有隔离端P4，并以与主线路12电磁场耦合的方式接近配置的副线路13；在P3与副线路13之间具备LPF部21。

LPF部是由电感器22和电容器23构成的所谓L型低通滤波器，由串联插入在副线路13与P3之间的电感器22、以及连接在该副线路13与P3之间的传送路与地之间的电容器23构成。

另外，与上述现有例同样地使使用频带为700MHz（下端频率F1）~2.7GHz（上端频率F2），并在该频带的高频带侧的附近位置产生共振点，因此，使构成LPF部21的电感器22的电感为5.2nH，电容器23的电容为2.7pF。由此能够在5.0GHz附近产生共振。

再有，作为比较对象通过仿真算出不具备LPF部21的耦合器（现有构造）的耦合度的频率特性，得到图17。从该图明显看出，在考虑例如700MHz~2.7GHz作为使用频带的情况下，该频带内的耦合度的最小值为700MHz时的29.1dB，最大值为2.7GHz时的17.8dB，因而耦合度的变动幅度△变为11.3dB，完全不能够满足一般所需要的变动幅度即上述6dB以下的标准。

相对于此，图18表示上述第4实施方式所涉及的耦合器的耦合度的频率特性（仿真结果）。如从该图可知，频带内（700MHz~2.7GHz）的耦合度的最小值为700MHz时的27.1dB，最大值为1.8GHz时的22.1dB，耦合度的变动幅度△变为5.0dB，能够满足一般所需要的变动幅度即上述6dB以下的标准。

其原因在于，通过LPF部与耦合线路（主线路和副线路）间的电磁场耦合而在5.0GHz形成共振（衰减极），由此抑制了使用频带（700MHz~2.7GHz）中的耦合度的上升，耦合度在该使用频带中被平坦化。再有，在9.0GHz附近也看到衰减极（参照图18），但可以认为这是起因于从电感器或电容器的自身共振产生的派生的共振。

如此，根据本实施方式的耦合器，通过在使用频带的高频带侧附近位置产生共振，从而能够抑制使用频带内的耦合度的变动而使耦合度平坦化。另外，使用频带内的耦合度的平坦度（变动幅度△）根据共振点的位置（在哪里形成共振点）而改变。接着，对该点进行叙述。

图19是使共振点移动至低频带侧的例子（称为变形例1），是在所述图18的例子（第4实施方式）中，不改变LPF部内的电感器的电感值（5.2nH），使电容器的电容为5.5pF的例子。由此，共振点变为4.1GHz附近，能够将共振点移动至低频带侧而使共振点靠近使用频带。

其结果，频带内（700MHz~2.7GHz）的耦合度的最小值变为700MHz时的29.1dB、最大值变为1.45GHz时的26.6dB，耦合度的变动幅度△变为2.6dB，与上述第4实施方式（图18）相比变动幅度更小，能够足够地满足一般所需要的变动幅度即上述6dB以下的标准。再有，在供实用的情况下，由于产生制造时的误差、或形成电路时的来自于其他元件的影响或特性的偏差等，因此，为了形成稳定的APC电路，如果该变动幅度小，则优选越小越好。

图20是使共振点移动至比上述图19的变形例1更低频带侧的例子（称为变形例2）。在用于实现此的该变形例2中，通过使LPF部的电感器的开口径变大而将电感值提高至6.9nH，并且通过增加电容器的电极相对面积而使电容值变为8.2pF。其结果，如图20所示，共振点变为3.3GHz附近，能够使共振点更靠近使用频带。

在该变形例2中，从图20可知，频带内（700MHz~2.7GHz）的耦合度的最小值变为2.7GHz时的37.8dB，最大值变为1.1GHz时的28.4dB，耦合度的变动幅度△变为9.4dB，与现有例（上述图17）相比虽然改善了平坦性，但不能满足一般所需要的变动幅度即上述6dB以下的标准。

此外，为了求得最优选的共振点位置（共振频率），进行以各种方式改变LPF部的电感器的电感值和电容器的电容值而改变共振点的仿真。具体而言，除了上述现有例（图17）、第4实施方式（共振点Fr=5.0GHz）、变形例1（共振点Fr=4.1GHz）和变形例2（共振点Fr=3.3GHz）以外，还有如下表1所示的那样，使共振点Fr为4.6GHz（变形例3）、4.2GHz（变形例4）和3.9GHz（变形例5）的情况下进行仿真，当分别使使用频带的下端频率为F1，上端频率为F2，中心频率为Fc，频带宽度为BW，共振点的频率（共振频率）为Fr时，用频带宽度BW（=F2-F1）和中心频率Fc来标准化共振频率Fr与中心频率Fc之差，研究该值（Fr-Fc）/Fc/BW与使用频带中的耦合度的变动幅度△的关系。

结果是下表1以及图21~图22所示的那样。再有，在该仿真中，使使用频带为700MHz~2.7GHz。因此，F1=700MHz，F2=2.7GHz，Fc=（0.7+2.7）/2=1.7GHz。另外，由于在现有例中在直到10GHz为止的范围内检测不到共振点，因此使共振频率Fr为10GHz。

[表1]

从上表1和图21~图22可知，使用频带与共振点的关系，对于共振点从使用频带向高频带侧远离而言与现有的耦合器同样没有平坦化的效果，另一方面，太近也会损失使用频带中的耦合度的平坦性。因此，为了达到上述一般所需要的6dB以下的变动幅度，可以设置共振点以使标准化值（Fr-Fc）/Fc/BW在0.6~1.2的范围内（参照图21~图22），为了实现更优选的4.5dB以下的变动幅度，可以设置共振点以使标准化值（Fr-Fc）/Fc/BW在0.65~0.9的范围内。

[第5实施方式]

本发明的第5实施方式所涉及的耦合器与上述图6所示的第3实施方式的耦合器具有相同的电路结构。即，该耦合器与上述第4实施方式同样地在副线路13与P3之间具备LPF部（第1LPF部）51，但还在副线路13与P4之间具备LPF部（第2LPF部）61。各LPF部51、61与上述第4实施方式同样地是由电感器52、62、以及电容器53、63构成的L型低通滤波器。

图23表示本实施方式所涉及的耦合器的耦合度和隔离度的频率特性。再有，在该实施方式中，假定使用频带为800MHz~1.9GHz（F1=800MHz，F2=1.9GHz，中心频率Fc=1.35GHz，BW=1.1GHz），并通过使各LPF部51、61的电感器52、62的电感值为6.2nH，电容器53、63的电容值为1.9pF，P3-P4间的电容器65的电容值为1.1pF，从而在2.5GHz形成共振点（Fr）。此时，上述共振点的标准化值（Fr-Fc）/Fc/BW）变为0.77。

根据本实施方式，耦合度的变动幅度△是3dB，能够满足一般所需要的变动幅度6dB以下。再有，方向性（隔离度与耦合度之差）也能够满足上述一般所要求的20dB。

另外，在本实施方式以及上述第4实施方式中，通过使用共振点的标准化值（用频带宽度和中心频率来标准化共振频率与使用频带的中心频率之差的值），并将该标准化值调整至规定范围，从而谋求使用频带中的耦合度的平坦化，但在本发明中，从其他的观点出发，即通过在使下端频率F1与上端频率F2大致相等那样的频率位置形成共振点，也同样能够谋求使用频带中的耦合度的平坦化。

例如，上述第5实施方式（图23）的使用频带是800MHz~1.9GHz，但使下端频率F1（800MHz）中的耦合度与上端频率F2（1.9GHz）中的耦合度大致相等，由此提高了使用频带内的耦合度的平坦性。另外，对于将变动幅度△抑制为最小的上述变形例1（图19），也使下端频率F1（700MHz）中的耦合度（29.1dB）与上端频率F2（1.9GHz）中的耦合度（29.2dB）大致相等，由此在使用频带内获得优良的耦合度的平坦性。

通过上述那样在使使用频带的下端频率F1与上端频率F2大致相等那样的频率位置形成共振点的方法，从而同样能够谋求使用频带内的耦合度的平坦化。

[第6实施方式]

此外，本发明的第6实施方式所涉及的耦合器，如图24所示，与上述第3实施方式和第5实施方式所涉及的耦合器同样地，在副线路13的两侧分别具备LPF部51、61，在P3-P4间连接电容器65，但在副线路13（LPF部51）与P3之间、以及、副线路13（LPF部61）与P4之间分别连接衰减器73、74。

若像这样在副线路13附加衰减器73、74，则能够如上述那样减轻连接于副线路13的其他电路要素的阻抗变动的影响。再有，在上述第1实施方式至第5实施方式和变形例所涉及的各耦合器中，也与本实施方式同样地，可以在P3与副线路13（LPF部21、31、51）之间、以及、P4与副线路13（LPF部41、61）之间连接衰减器。

另外，在如上述那样具备衰减器的耦合器上，还可以附加电抗成分（电抗部）。这是为了进行阻抗调整，使该耦合器的耦合度或方向性等最优化。

具体而言，衰减器通过像上述图24所示那样以所谓π型的方式连接电阻元件，或者以T型方式连接电阻元件等而构成，但例如通过像图25所示那样将电感器81连接至衰减器73、74的内部（与衰减器73、74内的串联连接的电阻元件串联）而附加电抗成分。另外，也可以如图26所示那样添加一端连接在P3与衰减器73之间且另一端连接在P4与衰减器74之间的电容器82作为上述电抗成分。

以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并不限定于这些，对于本领域技术人员而言，显然能够在专利请求的范围所记载的范围内进行各种变更。

例如，在本发明中使用频带或频带宽度不限于上述实施方式所示的那些，也可以是其他频带或频带宽度。另外，作为LPF部，在上述实施方式中，使用了L型低通滤波器或π型低通滤波器，但也可以适当地使用其他低通滤波器例如由串联连接的2个电感器、以及连接在这2个电感器之间与地之间的电容器构成的所谓T型低通滤波器。再有，如上述实施方式那样，使用2阶L型低通滤波器作为LPF部，与使用例如3阶π型低通滤波器的情况相比，优点在于减少了元件数或导体线路的布线而抑制了不需要的耦合成分或共振的产生。

Claims (16)

1.一种方向性耦合器，其特征在于，

具有：

主线路，传送发送信号；

输入端，将所述发送信号输入至该主线路；

输出端，从该主线路输出所述发送信号；

副线路，与所述主线路电磁场耦合而取出所述发送信号的一部分；

耦合端，配备在该副线路的一端部；以及

隔离端，配备在该副线路的另一端部，

在所述副线路与所述耦合端之间，具备具有作为低通滤波器的功能的低通滤波器部。

2.根据权利要求1所述的方向性耦合器，其特征在于，

所述低通滤波器部包含：

串联连接在所述副线路与所述耦合端之间的电感器；以及

一端连接在所述副线路与所述耦合端之间且另一端连接于地的电容器。

3.根据权利要求1所述的方向性耦合器，其特征在于，

还具备一端连接在所述主线路与所述输入端之间且另一端连接在所述副线路与所述耦合端之间的电容器。

4.根据权利要求1所述的方向性耦合器，其特征在于，

还具备一端连接在所述主线路与所述输入端之间且另一端连接于地的电容器。

5.根据权利要求1所述的方向性耦合器，其特征在于，

除了所述低通滤波器部以外，还在所述副线路与所述隔离端之间进一步具备具有作为低通滤波器的功能的其他的低通滤波器部。

6.根据权利要求5所述的方向性耦合器，其特征在于，

所述副线路与所述耦合端之间所具备的低通滤波器部包含：

串联连接在所述副线路与所述耦合端之间的电感器；以及

一端连接在所述副线路与所述耦合端之间且另一端连接于地的电容器，

所述副线路与所述隔离端之间所具备的低通滤波器部包含：

串联连接在所述副线路与所述隔离端之间的电感器；以及

一端连接在所述副线路与所述隔离端之间且另一端连接于地的电容器。

7.根据权利要求5所述的方向性耦合器，其特征在于，

还具备一端连接在所述副线路与所述耦合端之间且另一端连接在所述副线路与所述隔离端之间的电容器。

8.根据权利要求1所述的方向性耦合器，其特征在于，

通过具备所述低通滤波器部，从而在比使用频带更高频带侧形成共振点而使所述使用频带中的耦合度平坦化。

9.根据权利要求8所述的方向性耦合器，其特征在于，

当使所述使用频带的下端频率为F1、上端频率为F2、中心频率为Fc、频带宽度为BW，并使作为所述共振点的频率的共振频率为Fr时，

作为用所述频带宽度和所述中心频率来标准化所述共振频率与所述中心频率之差的值的（Fr-Fc）/Fc/BW，在0.6~1.2的范围内。

10.根据权利要求9所述的方向性耦合器，其特征在于，

作为用所述频带宽度和所述中心频率来标准化所述共振频率与所述中心频率之差的值的（Fr-Fc）/Fc/BW，在0.65~0.9的范围。

11.根据权利要求8所述的方向性耦合器，其特征在于，

形成所述共振点，以使所述使用频带的下端频率中的耦合度与所述使用频率的上端频率中的耦合度实质上相等。

12.根据权利要求1~11中的任一项所述的方向性耦合器，其特征在于，

将衰减器连接在所述副线路与所述耦合端之间、以及、所述副线路与所述隔离端之间中的任一方或双方。

13.根据权利要求12所述的方向性耦合器，其特征在于，

将由电抗元件构成的电抗部连接在所述衰减器的内部、或者、所述耦合端与所述隔离端之间。

14.一种无线通信装置，其特征在于，

包含：

天线，能够发送信号；

方向性耦合器，检测出所述天线所传送的发送信号的电平；以及

发送电路，至少能够生成第一通信频带的发送信号和与该第一通信频带不同的第二通信频带的发送信号，

所述方向性耦合器连接在所述天线与所述发送电路之间，以能够输入所述第一通信频带的发送信号和所述第二通信频带的发送信号的两者，

作为该方向性耦合器，具备权利要求1~11中的任一项所述的方向性耦合器。

15.一种无线通信装置，其特征在于，

包含：

天线，能够发送信号；

方向性耦合器，检测出所述天线所传送的发送信号的电平；以及

发送电路，至少能够生成第一通信频带的发送信号和与该第一通信频带不同的第二通信频带的发送信号，

所述方向性耦合器连接在所述天线与所述发送电路之间，以能够输入所述第一通信频带的发送信号和所述第二通信频带的发送信号的两者，

作为该方向性耦合器，具备权利要求12所述的方向性耦合器。

16.一种无线通信装置，其特征在于，

包含：

天线，能够发送信号；

方向性耦合器，检测出所述天线所传送的发送信号的电平；以及

发送电路，至少能够生成第一通信频带的发送信号和与该第一通信频带不同的第二通信频带的发送信号，

所述方向性耦合器连接在所述天线与所述发送电路之间，以能够输入所述第一通信频带的发送信号和所述第二通信频带的发送信号的两者，

作为该方向性耦合器，具备权利要求13所述的方向性耦合器。

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