CN103370832A

CN103370832A - 方向性耦合器

Info

Publication number: CN103370832A
Application number: CN2012800077411A
Authority: CN
Inventors: 田丸育生
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2032-01-19
Also published as: TWI500213B; CN103370832B; US8629736B2; WO2012124374A1; TW201242160A; JPWO2012124374A1; JP5652542B2; US20130300518A1

Abstract

本发明的目的在于使方向性耦合器的耦合度特性接近于平坦。低通滤波器（LPF1），包含连接于外部电极（14a）与主线路（M）之间的线圈（L1），且具有在规定频带中，衰减量随着频率变高而增加的特性。低通滤波器（LPF2），包含连接于外部电极（14b）与主线路（M）之间的线圈（L2），且具有在规定频带中，衰减量随着频率变高而增加的特性。高通滤波器（HPF），在线圈（L1）与外部电极（14a）之间和线圈（L2）与外部电极（14b）之间与主线路（M）并联连接，且具有在规定频带中，衰减量随着频率变高而减少的特性。

Description

方向性耦合器

技术领域

本发明涉及一种方向性耦合器，更特定而言，涉及使用于利用高频信号进行通信的无线通信设备等的方向性耦合器。

背景技术

作为现有的方向性耦合器，已知有例如专利文献1所揭示的方向性耦合器。该方向性耦合器由层叠形成线圈状导体及接地导体的多个电介质层而构成。线圈状导体设有2个。一个线圈状导体构成主线路，另一个线圈状导体构成副线路。主线路与副线路彼此电磁耦合。此外，接地导体从层叠方向夹着线圈状导体。对接地导体施加接地电位。在上述那样的方向性耦合器中，若将高频信号输入至主线路，则从副线路输出具有与该高频信号的功率成正比的功率的高频信号。

然而，在专利文献1所揭示的方向性耦合器中，具有主线路与副线路的耦合度随着输入至主线路的高频信号的频率变高而变高(亦即，耦合度特性不平坦)的问题。因此，即使将相同功率的高频信号输入至主线路，若高频信号的频率发生变动，则从副线路输出的高频信号的功率也会发生变动。因此，与副线路相连接的IC需要具有基于高频信号的频率来修正高频信号的功率的功能。

专利文献1：日本特开平8－237012号公报

发明内容

发明所要解决的问题

因此，本发明的目的在于使方向性耦合器的耦合度特性接近于平坦。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的方式1所涉及的方向性耦合器，用于规定频带，其特征在于，具备：第1端子至第4端子；主线路，该主线路连接于所述第1端子与所述第2端子之间；副线路，该副线路连接于所述第3端子与所述第4端子之间，且与所述主线路产生电磁耦合；第1低通滤波器，该第1低通滤波器包含连接于所述第1端子与所述主线路之间的第1线圈，具有在所述规定频带中，衰减量随着频率变高而增加的特性；第2低通滤波器，该第2低通滤波器包含连接于所述第2端子与所述主线路之间的第2线圈，具有在所述规定频带中，衰减量随着频率变高而增加的特性；以及高通滤波器，该高通滤波器在所述第1线圈与所述第1端子之间和所述第2线圈与所述第2端子之间与所述主线路并联连接，具有在所述规定频带中，衰减量随着频率变高而减少的特性。

发明的效果

根据本发明，能使方向性耦合器的耦合度特性接近于平坦。

附图说明

图1是实施方式1的方向性耦合器的等效电路图。

图2是表示从图1的方向性耦合器移除低通滤波器及高通滤波器后的现有的方向性耦合器的插入损耗特性及耦合度特性的图表。

图3是表示从图1的方向性耦合器移除高通滤波器后的方向性耦合器的插入损耗特性及耦合度特性的图表。

图4是表示图1的方向性耦合器的插入损耗特性及耦合度特性的图表。

图5是图1的方向性耦合器的外观立体图。

图6是图1的方向性耦合器的层叠体的分解立体图。

具体实施方式

以下，说明本发明实施方式的方向性耦合器。

(方向性耦合器的电路结构)

以下，参照附图对实施方式1的方向性耦合器进行说明。图1是实施方式1的方向性耦合器10的等效电路图。

说明方向性耦合器10的电路结构。方向性耦合器10用于规定频带。规定频带，例如在将具有824MHz～894MHz(W-CDMA的BAND5)的频率的高频信号及具有2500MHz～2690MHz(W-CDMA的BAND7)的频率的高频信号输入至方向性耦合器10的情况下，为824MHz～2690MHz。此外，以下，将824MHz～894MHz(W-CDMA的BAND5)的频带称为频带B1，将2500MHz～2690MHz(W-CDMA的BAND7)的频带称为频带B2。

方向性耦合器10的电路结构具备外部电极(端子)14a～14f、主线路M、副线路S、低通滤波器LPF1、LPF2及高通滤波器HPF。主线路M连接于外部电极14a、14b之间。副线路S连接于外部电极14c、14d之间，且与主线路M产生电磁耦合。

此外，低通滤波器LPF1连接于外部电极14a与主线路M之间，具有在规定频带中，衰减量随着频率变高而增加的特性。低通滤波器LPF1是包含电容器C1、C2及线圈L1的π型低通滤波器。线圈L1连接于外部电极14a与主线路M之间。电容器C1连接于线圈L1与外部电极14a之间和外部电极14e、14f之间。电容器C2连接于主线路M与线圈L1之间和外部电极14e、14f之间。

此外，低通滤波器LPF2连接于外部电极14b与主线路M之间，具有在规定频带中，衰减量随着频率变高而增加的特性。在方向性耦合器10中，低通滤波器LPF1的特性与低通滤波器LPF2的特性相同。低通滤波器LPF2是包含电容器C3、C4及线圈L2的π型低通滤波器。线圈L2连接于外部电极14b与主线路M之间。电容器C3连接于线圈L2与外部电极14b之间和外部电极14e、14f之间。电容器C4连接于主线路M与线圈L2之间和外部电极14e、14f之间。

此外，高通滤波器HPF在线圈L1与外部电极14a之间和线圈L2与外部电极14b之间与主线路M并联连接，具有在规定频带中，衰减量随着频率变高而减少的特性。高通滤波器HPF由电容器C5构成。

在上述那样的方向性耦合器10中，外部电极14a作用为输入端口，外部电极14b作用为输出端口。此外，外部电极14c作用为耦合端口，外部电极14d作用为以50Ω终端化的终端端口。此外，外部电极14e、14f作用为接地的接地端口。然后，若对外部电极14a输入高频信号，则该高频信号从外部电极14b输出。并且，由于主线路M与副线路S产生电磁耦合，因此从外部电极14c输出具有与高频信号的功率成正比的功率的高频信号。

根据具有以上电路结构的方向性耦合器10，如以下说明，能使耦合度特性接近于平坦。图2是表示从图1的方向性耦合器10移除低通滤波器LPF1、LPF2及高通滤波器HPF后的现有的方向性耦合器的插入损耗特性及耦合度特性的图表。图3是表示从图1的方向性耦合器10移除高通滤波器HPF后的方向性耦合器的插入损耗特性及耦合度特性的图表。图4是表示图1的方向性耦合器10的插入损耗特性及耦合度特性的图表。图2至图4是表示仿真结果。此外，插入损耗特性是从外部电极14b(输出端口)输出的高频信号的功率对从外部电极14a(输入端口)输入的高频信号的功率的比(即，衰减量)的值及频率的关系。耦合度特性是从外部电极14c(耦合端口)输出的高频信号的功率对输入至外部电极14a(输入端口)的高频信号的功率的比(即，衰减量)的值及频率的关系。图2至图4中，纵轴表示插入损耗及耦合度，横轴表示频率。

在现有的方向性耦合器中，主线路与副线路的耦合度随着高频信号的频率变高而变高。因此，如图2所示，现有的方向性耦合器的耦合度特性，随着频率变高，从耦合端口输出的高频信号的功率对从输入端口输入的高频信号的功率的比的值增加。因此，在将频带B1的高频信号输入至输入端口的情况下与在将频带B2的高频信号输入至输入端口的情况下，即使它们的功率相同，从耦合端口输出的高频信号的功率也不同。

因此，在方向性耦合器10中，在外部电极14a与主线路M之间连接有低通滤波器LPF1，在外部电极14b与主线路M之间连接有低通滤波器LPF2。低通滤波器LPF1、LPF2，具有在规定频带中，衰减量随着频率变高而增加的插入损耗特性。因此，随着从外部电极14a输入的高频信号的频率变高，经由低通滤波器LPF1、LPF2向连接于外部电极14e、14f的接地端流动的高频信号的功率变大。因此，在频率较高的区域中，通过主线路M的高频信号的功率与频率较低的区域的情况相比变小。其结果是，如图3所示，在方向性耦合器10中，能使耦合度特性接近于平坦。

然而，在从方向性耦合器10移除高通滤波器HPF后的方向性耦合器中，如图3所示，随着从外部电极14a输入的高频信号的频率变高，插入损耗特性的衰减量增加。因此，在将频带B1的高频信号输入至输入端口的情况下与在将频带B2的高频信号输入至输入端口的情况下，即使它们的功率相同，从输出端口输出的高频信号的功率也不同。

因此，在方向性耦合器10中，高通滤波器HPF在线圈L1与外部电极14a之间和线圈L2与外部电极14b之间与主线路M并联连接。高通滤波器HPF具有在规定频带中，衰减量随着频率变高而减少的特性。由此，若从外部电极14a输入的高频信号的频率变高，则高频信号几乎不通过低通滤波器LPF1、LPF2及主线路M，而通过高通滤波器HPF。其结果是，如图4所示，在方向性耦合器10中，与没有高通滤波器HPF的情况相比较，插入损耗特性变得平坦。

(方向性耦合器的结构)

接着，参照附图说明方向性耦合器10的具体结构。图5是图1的方向性耦合器10的外观立体图。图6是图1的方向性耦合器10的层叠体12的分解立体图。以下，将层叠方向定义为z轴方向，将从z轴方向俯视时的方向性耦合器10的长边方向定义为x轴方向，将从z轴方向俯视时的方向性耦合器10的短边方向定义为y轴方向。另外，x轴、y轴、z轴彼此正交。

方向性耦合器10，如图5及图6所示，具备层叠体12、外部电极14(14a～14f)、主线路M、副线路S、线圈L1、L2及电容器C1～C5。层叠体12，如图5所示，呈长方体状，如图6所示，绝缘体层16(16a～16p)以从z轴方向的正方向侧向负方向侧依该顺序排列的方式进行层叠而构成。绝缘体层16是电介质陶瓷，且呈长方形。

外部电极14a、14e、14b，在层叠体12的y轴方向的正方向侧的侧面内，设置成从x轴方向的正方向侧向负方向侧依该顺序排列。外部电极14c、14f、14d，在层叠体12的y轴方向的负方向侧的侧面内，设置成从x轴方向的正方向侧向负方向侧依该顺序排列。

副线路S，如图6所示，由线路部20(20a、20b)及通孔导体b17构成，呈随着从z轴方向的正方向侧向负方向侧逆时针旋转的螺线状。此处，在副线路S中，将逆时针的上游侧端部称为上游端，将逆时针的下游侧端部称为下游端。线路部20a是设置在绝缘体层16m上的线状导体层，其上游端与外部电极14d相连接。线路部20b是设置在绝缘体层16n上的线状导体层，其下游端与外部电极14c相连接。通孔导体b17在z轴方向贯通绝缘体层16m，并将线路部20a的下游端与线路部20b的上游端加以连接。由此，副线路S连接于外部电极14c、14d之间。

主线路M，如图6所示，由线路部18(18a、18b)及通孔导体b6～b8、b14～b16构成，呈随着从z轴方向的正方向侧向负方向侧顺时针旋转的螺线状。即，主线路M与副线路S在相反方向旋转。并且，主线路M所围绕的区域，在从z轴方向俯视时，与副线路S所围绕的区域重叠。即，主线路M与副线路S隔着绝缘体层16l对向。由此，主线路M与副线路S电磁耦合。此处，在主线路M中，将顺时针的上游侧端部称为上游端，将顺时针的下游侧端部称为下游端。线路部18a是设置在绝缘体层16k上的线状导体层。线路部18b是设置在绝缘体层16l上的线状导体层。导通孔导体b8在z轴方向贯通绝缘体层16k，将线路部18a的下游端与线路部18b的上游端加以连接。然后，通孔导体b6、b7在z轴方向贯通绝缘体层16i、16j，彼此连接。然后，通孔导体b7与线路部18a的上游端相连接。此外，通孔导体b14～b16在z轴方向贯通绝缘体层16i～16k，彼此连接。然后，通孔导体b16与线路部18b的下游端相连接。

低通滤波器LPF1由线圈L1及电容器C1、C2构成。线圈L1由线路部22(22a～22d)及通孔导体b1～b5构成，呈随着从z轴方向的正方向侧向负方向侧顺时针旋转的螺旋状。此处，在线圈L1中，将顺时针的上游侧端部称为上游端，将顺时针的下游侧端部称为下游端。线路部22a是设置在绝缘体层16d上的线状导体层，其上游端与外部电极14a相连接。线路部22b～22d分别是设置在绝缘体层16e～16g上的线状导体层。通孔导体b1在z轴方向贯通绝缘体层16d，将线路部22a的下游端与线路部22b的上游端加以连接。通孔导体b2在z轴方向贯通绝缘体层16e，将线路部22b的下游端与线路部22c的上游端加以连接。通孔导体b3在z轴方向贯通绝缘体层16f，将线路部22c的下游端与线路部22d的上游端加以连接。通孔导体b4、b5分别在z轴方向贯通绝缘体层16g、16h，彼此连接。然后，通孔导体b4与线路部22d的下游端相连接。此外，通孔导体b5与通孔导体b6相连接。由此，线圈L1连接于主线路M与外部电极14a之间。

电容器C1由电容器导体层32a及接地导体层34构成。电容器导体层32a设置在绝缘体层16o上，且与外部电极14a相连接。接地导体层34设置在绝缘体层16p上，呈覆盖绝缘体层16p大致整个面的长方形。由此，电容器导体层32a与接地导体层34隔着绝缘体层16o对向，且在电容器导体层32a与接地导体层34之间产生电容。此外，接地导体层34与外部电极14e、14f相连接。因此，电容器C1连接于外部电极14a与外部电极14e、14f之间。即，电容器C1连接于线圈L1与外部电极14a之间和外部电极14e、14f之间。

电容器C2由电容器导体层26a及接地导体层30a、30b构成。电容器导体层26a设置在绝缘体层16i上，与通孔导体b5、b6相连接。接地导体层30a、30b分别设在绝缘体层16h、16j上，呈覆盖绝缘体层16h,16j大致整个面的长方形。由此，电容器导体层26a与接地导体层30a、30b隔着绝缘体层16h、16i对向，且在电容器导体层26a与接地导体层30a、30b之间产生电容。此外，接地导体层30a、30b与外部电极14e、14f相连接。因此，电容器C2连接于线圈L1与主线路M之间和外部电极14e、14f之间。

低通滤波器LPF2由线圈L2及电容器C3、C4构成。低通滤波器LPF2，从z轴方向俯视时，具有相对于绝缘体层16的长边的垂直二等分线与低通滤波器LPF1呈线对称的结构。

线圈L2由线路部24(24a～24d)及通孔导体b9～b13构成，呈随着从z轴方向的正方向侧向负方向侧逆时针旋转的螺旋状。此处，在线圈L2中，将逆时针的上游侧端部称为上游端，将逆时针旋转的下游侧端部称为下游端。线路部24a是设置在绝缘体层16d上的线状导体层，其上游端与外部电极14b相连接。线路部24b～24d分别是设置在绝缘体层16e～16g上的线状导体层。通孔导体b9在z轴方向贯通绝缘体层16d，将线路部24a的下游端与线路部24b的上游端加以连接。通孔导体b10在z轴方向贯通绝缘体层16e，将线路部24b的下游端与线路部24c的上游端加以连接。通孔导体b11在z轴方向贯通绝缘体层16f，将线路部24c的下游端与线路部24d的上游端加以连接。通孔导体b12、b13分别在z轴方向贯通绝缘体层16g、16h，彼此连接。然后，通孔导体b12与线路部24d的下游端相连接。此外，通孔导体b13与通孔导体b14相连接。由此，线圈L2连接于主线路M与外部电极14b之间。

电容器C3由电容器导体层32b及接地导体层34构成。电容器导体层32b设置在绝缘体层16o上，与外部电极14b相连接。接地导体层34设置在绝缘体层16p上，呈覆盖绝缘体层16p大致整个面的长方形。由此，电容器导体层32b与接地导体层34隔着绝缘体层16o对向，且在电容器导体层32b与接地导体层34之间产生电容。此外，接地导体层34与外部电极14e、14f相连接。因此，电容器C3连接于外部电极14b与外部电极14e、14f之间。即，电容器C3连接于线圈L2与外部电极14b之间和外部电极14e、14f之间。

电容器C4由电容器导体层26b及接地导体层30a、30b构成。电容器导体层26b设置在绝缘体层16i上，与通孔导体b13、b14相连接。接地导体层30a、30b分别设置在绝缘体层16h、16j上，呈覆盖绝缘体层16h、16j大致整个面的长方形。由此，电容器导体层26b与接地导体层30a、30b隔着绝缘体层16h、16i对向，且在电容器导体层26b与接地导体层30a,30b之间产生电容。此外，接地导体层30a、30b与外部电极14e、14f相连接。因此，电容器C4连接于线圈L2与主线路M之间和外部电极14e、14f之间。

电容器C5由电容器导体层36、38构成。电容器导体层36设置在绝缘体层16b上，与外部电极14b相连接。电容器导体层38设置在绝缘体层16c上，与外部电极14a相连接。电容器导体层36与电容器导体层38隔着绝缘体层16b对向，且在电容器导体层36与电容器导体层38之间产生电容。因此，电容器C5在线圈L1与外部电极14a之间和线圈L2与外部电极14b之间与主线路M并联连接。

(效果)

根据以上的方向性耦合器10，能使耦合度特性接近于平坦。更详细而言，在方向性耦合器10中，在外部电极14a与主线路M之间连接有低通滤波器LPF1，在外部电极14b与主线路M之间连接有低通滤波器LPF2。低通滤波器LPF1、LPF2，具有在规定频带中，衰减量随着频率变高而增加的插入损耗特性。因此，随着从外部电极14a输入的高频信号的频率变高，经由低通滤波器LPF1、LPF2向连接于外部电极14e、14f的接地端流动的高频信号的功率变大。因此，通过主线路M的高频信号的功率变小。其结果是，如图2所示，在方向性耦合器10中，能使耦合度特性接近于平坦。

并且，在方向性耦合器10中，高通滤波器HPF在线圈L1与外部电极14a之间和线圈L2与外部电极14b之间与主线路M并联连接。高通滤波器HPF具有在规定频带中，衰减量随着频率变高而减少的特性。由此，若从外部电极14a输入的高频信号的频率变高，则高频信号几乎不通过低通滤波器LPF1、LPF2及主线路M，而通过高通滤波器HPF。其结果是，如图4所示，在方向性耦合器10中，与没有高通滤波器HPF的情况相比较，插入损耗特性变得平坦。

此外，在方向性耦合器10中，接地导体层30a、30b，如图6所示，设在线圈L1、L2与主线路M及副线路S之间。因此，可抑制线圈L1、L2产生的电场及磁场对主线路M及副线路S造成的影响、及主线路M及副线路S产生的电场及磁场对线圈L1、L2造成的影响。

此外，在方向性耦合器10中，接地导体层34设置在绝缘体层16上所设置的导体层之内、z轴方向的最靠负方向侧(层叠方向的最下侧)。由此，可抑制在方向性耦合器10内产生的电场及磁场泄漏到方向性耦合器10以外，且可抑制电场及磁场从方向性耦合器10外侵入到方向性耦合器10内。

此外，在方向性耦合器10中，电容器C5，如图1所示，连接于较电容器C1更靠外部电极14a侧，且连接于较电容器C3更靠外部电极14b侧。然而，在方向性耦合器10中，电容器C5也可以连接于较电容器C1更靠线圈L1侧，且连接于较电容器C3更靠线圈L2侧。

此外，低通滤波器LPF1、LPF2为π型低通滤波器，但也可以为T型低通滤波器或L型低通滤波器。

此外，高通滤波器HPF为电容器C5，但也可以为设置有多个电容器等其它方式的高通滤波器。

如上所述，本发明对方向性耦合器有用，尤其在能使耦合度特性接近平坦这点上较为优异。

标号说明

C1～C5：电容器

HPF：高通滤波器

L1、L2：线圈

LPF1、LPF2：低通滤波器

M：主线路

S：副线路

b1～b17：通孔导体

10：方向性耦合器

12：层叠体

14a～14f：外部电极

16a～16p：绝缘体层

18a、18b、20a、20b、22a～22d、24a～24d：线路部

26a、26b、32a、32b、36、38：电容器导体层

30a、30b、34：接地导体层

Claims

1.一种方向性耦合器，用于规定频带，其特征在于，具备：

第1端子至第4端子；

主线路，该主线路连接于所述第1端子与所述第2端子之间；

副线路，该副线路连接于所述第3端子与所述第4端子之间，且与所述主线路产生电磁耦合；

第1低通滤波器，该第1低通滤波器包含连接于所述第1端子与所述主线路之间的第1线圈，具有在所述规定频带中，衰减量随着频率变高而增加的特性；

第2低通滤波器，该第2低通滤波器包含连接于所述第2端子与所述主线路之间的第2线圈，具有在所述规定频带中，衰减量随着频率变高而增加的特性；以及

高通滤波器，在所述第1线圈与所述第1端子之间和所述第2线圈与所述第2端子之间与所述主线路并联连接，具有在所述规定频带中，衰减量随着频率变高而减少的特性。

2.如权利要求1所述的方向性耦合器，其特征在于，

所述第1端子，是输入信号的输入端子；

所述第2端子，是输出所述信号的第1输出端子；

所述第3端子，是输出具有与所述信号的功率成正比的功率的信号的第2输出端子；

所述第4端子，是终端化的终端端子。

3.如权利要求1或2的任一项所述的方向性耦合器，其特征在于，

所述第1低通滤波器与所述第2低通滤波器具有相同特性。

4.如权利要求1至3的任一项所述的方向性耦合器，其特征在于，

所述方向性耦合器进一步具备由多个绝缘体层层叠而构成的层叠体；

所述主线路、所述副线路、所述第1低通滤波器、所述第2低通滤波器及所述高通滤波器利用设置在所述绝缘体层上的导体层构成。

5.如权利要求4所述的方向性耦合器，其特征在于，

设置在所述第1线圈及所述第2线圈与所述主线路及所述副线路之间的导体层为保持于接地电位的第1接地导体层。

6.如权利要求4或5的任一项所述的方向性耦合器，其特征在于，

设置在所述绝缘体层上的导体层中、设在层叠方向最下侧的导体层为保持于接地电位的第2接地导体层。

7.如权利要求4至6的任一项所述的方向性耦合器，其特征在于，

所述第1低通滤波器及所述第2低通滤波器具有线对称结构。