CN104253295A - 定向耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有优异的方向性的定向耦合器。定向耦合器包括：层叠体，该层叠体通过将多个绝缘体层进行层叠而构成；第1端子至第4端子，该第1端子至第4端子设置在层叠体的表面上；主线路，该主线路连接于第1端子与第2端子之间，并设置在绝缘体层上；第1副线路，该第1副线路与第3端子相连接，且与主线路进行电磁耦合，而且该第1副线路设置在绝缘体层上；第2副线路，该第2副线路与第4端子相连接，且与主线路进行电磁耦合，而且该第2副线路设置在绝缘体层上；以及相位调节电路，该相位调节电路连接于第1副线路与第2副线路之间，并相对于通过信号产生相位偏移，从层叠方向俯视时，主线路与第1副线路及第2副线路不重合。

Description

定向耦合器

技术领域

本发明涉及定向耦合器，尤其涉及在利用高频信号进行通信的无线通信设备等中使用的定向耦合器。

背景技术

作为现有的定向耦合器，例如，已知有专利文献1记载的定向耦合器。在该定向耦合器中，主线路与副线路隔着绝缘体层相对。由此，主线路与副线路进行磁耦合，并且进行电容耦合。

然而，在专利文献1记载的定向耦合器中，如以下说明的那样，存在方向性较差这样的问题。对磁耦合时及电容耦合时的信号流动进行说明。图16至图18是表示定向耦合器中的信号流动的图。

在磁耦合时会产生偶模式，在电容耦合时会产生奇模式。在偶模式中，如图16所示，通过磁耦合所引起的电磁感应，信号Sig1在主线路中流动，朝与信号Sig1相反方向前进的信号Sig2在副线路中前进。另一方面，在奇模式中，如图17所示，通过电容耦合所引起的电场，朝与信号Sig1相反方向前进的信号Sig3、以及与信号Sig1相同方向前进的信号Sig4在副线路中前进。如上所述，主线路与副线路进行磁耦合，并且还进行电容耦合。因此，在副线路中，如图18所示，信号Sig2的一部分与信号Sig4相互抵消。其结果是，在副线路中，因信号Sig2的一部分与信号Sig4相互抵消而产生的信号Sig5会朝着与信号Sig1相反方向前进。在定向耦合器中，需要使信号不对副线路的信号Sig4所面对的端子输出，而是使信号对信号Sig3、Sig5所面对的端子输出。由此，在定向耦合器的副线路中，将信号仅向单侧的端子输出的特性称为方向性，通过调节磁耦合和电容耦合的耦合度，能调节该方向性。

然而，在专利文献1记载的定向耦合器中，主线路与副线路彼此以面相对，因此，电容耦合较强。因此，在定向耦合器中，奇模式表现得比偶模要强。在奇模式中，信号Sig3和Sig4朝相反方向前进，因此，若奇模式表现得比偶模式要强，则难以获得所希望的方向性。如上所述，专利文献1记载的定向耦合器具有方向性较差这样的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2013-5076号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

因此，本发明的目的在于提供一种具有优异的方向性的定向耦合器。解决技术问题所采用的技术方案

本发明的一个实施方式所涉及的定向耦合器是在规定的频带下使用的定向耦合器，其特征在于，包括：层叠体，该层叠体通过将多个绝缘体层进行层叠而构成；第1端子至第4端子，该第1端子至第4端子设置在所述层叠体的表面上；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，并设置在所述绝缘体层上；第1副线路，该第1副线路与所述第3端子相连接，且与所述主线路进行电磁耦合，而且该第1副线路设置在所述绝缘体层上；第2副线路，该第2副线路与所述第4端子相连接，且与所述主线路进行电磁耦合，而且该第2副线路设置在所述绝缘体层上；以及相位调节电路，该相位调节电路连接于所述第1副线路与所述第2副线路之间，并相对于通过信号产生相位偏移，从层叠方向俯视时，所述主线路与所述第1副线路及所述第2副线路不重合。

发明的效果

根据本发明，能提高定向耦合器中的方向性。

附图说明

图1是实施方式1至实施方式4所涉及的定向耦合器的等效电路图。

图2是实施方式1至实施方式4所涉及的定向耦合器的外观立体图。

图3A是实施方式1所涉及的定向耦合器的层叠体的分解立体图。

图3B是将线路部重叠表示的图。

图4是变形例所涉及的定向耦合器的层叠体的分解立体图。

图5是表示样品1的通过特性的曲线图。

图6是表示样品1的耦合特性及隔离特性的曲线图。

图7是表示样品2的通过特性的曲线图。

图8是表示样品2的耦合特性及隔离特性的曲线图。

图9是表示模型1的模拟结果的曲线图。

图10是表示模型2的模拟结果的曲线图。

图11是表示模型3的模拟结果的曲线图。

图12是表示模型4的模拟结果的曲线图。

图13是表示模型5的模拟结果的曲线图。

图14是实施方式2所涉及的定向耦合器的层叠体的分解立体图。

图15是变形例所涉及的定向耦合器的层叠体的分解立体图。

图16是表示定向耦合器中的信号流动的图。

图17是表示定向耦合器中的信号流动的图。

图18是表示定向耦合器中的信号流动的图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式所涉及的定向耦合器进行说明。

（实施方式1）

以下，参照附图对实施方式1所涉及的定向耦合器进行说明。图1是实施方式1至实施方式4所涉及的定向耦合器10a～10d的等效电路图。

对定向耦合器10a的电路结构进行说明。定向耦合器10a在规定的频带下进行使用。例如，在具有824MHz～915MHz（GSM800/900）的频带的信号以及具有1710MHz～1910MHz（GSM1800/1900）的频带的信号输入到定向耦合器10a中的情况下，所谓规定的频带，是指824MHz～1910MHz。

定向耦合器10a作为电路结构包括外部电极（端子）14a～14h、主线路M、副线路S1、S2、以及低通滤波器LPF。主线路M连接于外部电极14a和14b之间。副线路S1与外部电极14c相连接，并且与主线路M进行电磁耦合。副线路S2与外部电极14d相连接，并且与主线路M进行电磁耦合。副线路S1的线路长度与副线路S2的线路长度相同。

此外，低通滤波器LPF连接于副线路S1和副线路S2之间，是一种相位调节电路，在规定频带下，相对于通过信号产生具有随着频率的增高而在0度以上180度以下的范围内单调增加的绝对值的相位偏移。低通滤波器LPF的截止频率不在规定的频带内。在本实施方式中，低通滤波器LPF的截止频率例如从规定频率偏离1GHz以上。低通滤波器LPF包含线圈L1、L2及电容器C1～C3。

线圈L1、L2串联连接于副线路S1和S2之间，未与主线路M进行电磁耦合。线圈L1与副线路S1相连接，线圈L2与副线路S2相连接。

电容器C1与线圈L1的一端相连接。具体而言，电容器C1连接在线圈L1和副线路S1的连接部、与外部电极14e～14h之间。电容器C2与线圈L2的一端相连接。具体而言，电容器C2连接在线圈L2和副线路S2之间的连接部、与外部电极14e～14h之间。电容器C3连接在线圈L1和线圈L2之间的节点、与外部电极14e～14h之间。

在以上的定向耦合器10a中，外部电极14a用作输入端口，外部电极14b用作输出端口。此外，外部电极14c用作耦合端口，外部电极14d用作在50Ω进行终端化的终端端口。此外，外部电极14e～14h用作接地的接地端口。而且，若信号输入到外部电极14a，则该信号从外部电极14b输出。而且，由于主线路M与副线路S1、S2进行电磁耦合，因此，从外部电极14c输出具有与从外部电极14b输出的信号的功率成正比的功率的信号。

接下来，参照附图对定向耦合器10a的具体结构进行说明。图2是实施方式1至实施方式4所涉及的定向耦合器10a～10d的外观立体图。图3A是实施方式1所涉及的定向耦合器10a的层叠体12a的分解立体图。图3B是将线路部18、19、20、22重叠表示的图。以下，将层叠方向定义为z轴方向，将从z轴方向俯视时的定向耦合器10a的长边方向定义为x轴方向，将从z轴方向俯视时的定向耦合器10a的短边方向定义为y轴方向。另外，x轴、y轴、z轴彼此正交。

如图2及图3A所示，定向耦合器10a包括层叠体12a、外部电极14a～14h、主线路M、副线路S1、S2、低通滤波器LPF、及通孔导体v1～v9。如图2所示，层叠体12a呈长方体状，如图3A所示，通过将绝缘体层16a～16i以从z轴方向的正方向侧向着负方向侧按此顺序进行排列的方式进行层叠而构成。在将定向耦合器10a安装到电路基板上时，层叠体12a的z轴方向的负方向侧的面成为与电路基板相对的安装面。绝缘体层16a～16i为电介质陶瓷，并呈长方形形状。

在层叠体12a的y轴方向的正方向侧的侧面上，外部电极14a、14e、14g、14c设置成从x轴方向的负方向着侧向正方向侧按此顺序进行排列。在层叠体12a的y轴方向的负方向侧的侧面，外部电极14b、14f、14h、14d设置成从x轴方向的负方向侧向着正方向侧按此顺序进行排列。

如图3A所示，主线路M由线路部18、19构成。在各不相同的绝缘体层16e、16f上，线路部18、19分别设置在绝缘体层16e、16f的x轴方向的负方向侧的短边附近，且是在y轴方向延伸的线状的导体层。线路部18、19分别具有相对于通过绝缘体层16e、16f的y轴方向的中央、且在x轴方向上延伸的线构成线对称的结构。线路部18、19具有相同的形状，从z轴方向俯视时，以相一致的状态重合。

线路部18由区间18a～18c构成。区间18b构成线路部18的y轴方向的正方向侧的端部，区间18c构成线路部18的y轴方向的负方向侧的端部。此外，区间18a是夹在区间18b和18c之间的区间。此外，线路部19由区间19a～19c构成。区间19b构成线路部19的y轴方向的正方向侧的端部，区间19c构成线路部19的y轴方向的负方向侧的端部。区间19a是夹在区间19b和19c之间的区间。

线路部18b、19b的y轴方向的正方向侧的端部与外部电极14a相连接，线路部18c、19c的y轴方向的负方向侧的端部与外部电极14b相连接。因此，线路部18与19在外部电极14a和14b之间并联连接。由此，主线路M直线连接到外部电极14a和外部电极14b。

如图3A所示，副线路S1由线路部20构成，其是设置在绝缘体层16d上的U字形的线状导体层。更详细而言，线路部20由区间20a～20c构成。区间20a沿着绝缘体层16d的y轴方向的正方向侧的长边而在x轴方向上延伸。区间20a的x轴方向的正方向侧的端部与外部电极14c相连接。如图3B所示，从z轴方向俯视时，区间20b在y轴方向上延伸，以使得区间20b与线路部18、19的区间18a、19a中相比y轴方向的中央更靠近y轴方向的正方向侧的部分并行。由此，副线路S1与主线路M进行电磁耦合。其中，从z轴方向俯视时，主线路M与副线路S1没有重合。区间20b的y轴方向的正方向侧的端部与区间20a的x轴方向的正方向侧的端部相连接。而且，区间20b的y轴方向的正方向侧的端部（即，靠近外部电极14c的端部）处于相比区间18a、19a的y轴方向的正方向侧的端部（即，靠近外部电极14a的端部）要更靠近y轴方向的负方向侧的位置（即，远离绝缘体层16d～16f的外缘）。区间20c相对于区间20a设置在y轴方向的负方向侧，并在x轴方向上延伸。区间20c的x轴方向的负方向侧的端部与区间20b的y轴方向的负方向侧的端部相连接。

如图3A所示，副线路S2由线路部22构成，其是设置在绝缘体层16d上的U字形的线状的导体层。此外，副线路S2具有相对于通过绝缘体层16d的y轴方向的中央、且在x轴方向上延伸的线而与副线路S1构成线对称的结构。更详细而言，线路部22由区间22a～22c构成。区间22a沿着绝缘体层16d的y轴方向的负方向侧的长边而在x轴方向上延伸。区间22a的x轴方向的正方向侧的端部与外部电极14d相连接。如图3B所示，从z轴方向俯视时，区间22b在y轴方向上延伸，以使得区间22b与线路部18、19的区间18a、19a中的相比y轴方向的中央更靠近y轴方向的负方向侧的部分并行。由此，副线路S2与主线路M进行电磁耦合。但是，从z轴方向俯视时，主线路M与副线路S2不重合。区间22b的y轴方向的负方向侧的端部与区间22a的x轴方向的正方向侧的端部相连接。而且，区间22b的y轴方向的负方向侧的端部（即，靠近外部电极14d的端部）处于相比区间18a、19a的y轴方向的负方向侧的端部（靠近外部电极14b的端部）要更靠近y轴方向的正方向侧的位置（即，远离绝缘体层16d～16f的外缘）。区间22c相对于区间22a设置在y轴方向的正方向侧，并在x轴方向上延伸。区间22c的x轴方向的负方向侧的端部与区间22b的y轴方向的正方向侧的端部相连接。

此处，在主线路M中与副线路S1、S2并行的区间18a、19a的线宽W1比在副线路S1、S2中与主线路M并行的区间20b、22b的线宽W3要粗。而且，在主线路M中未与副线路S1、S2并行的区间18b、18c、19b、19c的线宽W2比在主线路M中与副线路S1、S2并行的区间18a、19a的线宽W1要粗。此外，在副线路S1、S2中未与主线路M并行的区间20a、20c、22a、22c的线宽W4比在副线路S1、S2中与主线路M并行的区间20b、22b的线宽W3要粗。通过使线路宽度变粗，能降低直流电阻值，能降低主线路M及副线路S1、S2的损耗。

低通滤波器LPF由线圈L1、L2及电容器C1～C3构成。线圈L1、L2及电容器C1～C3由设置在与设有副线路S1、S2的绝缘体层16d不同的绝缘体层上的导体层构成。更详细而言，线圈L1由线路部40构成。线路部40设置在绝缘体层16g上，从z轴方向俯视时，其是沿逆时针方向环绕大致半周的线状的导体层。以下，将线路部40的逆时针方向的上游侧的端部称为上游端，将线路部40的逆时针方向的下游侧的端部称为下游端。从z轴方向俯视时，线路部40的上游端与区间20c的x轴方向的正方向侧的端部重合。

通孔导体v2～v4分别在z轴方向上贯通绝缘体层16d～16f，并通过彼此连接而得以构成一根通孔导体。通孔导体v2与区间20c的x轴方向的正方向侧的端部相连接。通孔导体v4与线路部40的上游端相连接。

线圈L2由线路部42构成。线路部42设置在绝缘体层16g上，从z轴方向俯视时，其是沿顺时针方向环绕大致半周的线状的导体层。以下，将线路部42的顺时针方向的上游侧的端部称为上游端，将线路部42的顺时针方向的下游侧的端部称为下游端。另外，线路部40的下游端与线路部42的下游端相连，是共用的。从z轴方向俯视时，线路部42的上游端与区间22c的x轴方向的正方向侧的端部重合。

通孔导体v7～v9分别在z轴方向上贯通绝缘体层16d～16f，并通过彼此连接而得以构成一根通孔导体。通孔导体v7与区间22c的x轴方向的正方向侧的端部相连接。通孔导体v9与线路部42的上游端相连接。

电容器C1由电容器导体26及接地导体30构成。电容器导体26设置在绝缘体层16c上，并呈矩形形状。从z轴方向俯视时，电容器导体26与区间20c的x轴方向的正方向侧的端部附近重合。接地导体30设置在绝缘体层16b上，并覆盖绝缘体层16b的大致整个表面。由此，接地导体30经由绝缘体层16b与电容器导体26相对。因此，在电容器导体26与接地导体30之间形成电容。此外，接地导体30与外部电极14e～14h相连接。

通孔导体v1在z轴方向上贯通绝缘体层16c，从而连接电容器导体26和区间20c的x轴方向的正方向侧的端部附近。由此，电容器C1连接于副线路S1的端部与外部电极14e～14h之间。

电容器C2由电容器导体28及接地导体30构成。电容器导体28设置在绝缘体层16c上，并呈矩形形状。从z轴方向俯视时，电容器导体28与区间22c的x轴方向的正方向侧的端部附近重合。接地导体30设置在绝缘体层16b上，并覆盖绝缘体层16b的大致整个面。由此，接地导体30经由绝缘体层16b与电容器导体28相对。因此，在电容器导体28与接地导体30之间形成电容。

通孔导体v6在z轴方向上贯通绝缘体层16c，从而连接线圈导体28和区间22c的x轴方向的正方向侧的端部附近。由此，电容器C2连接于副线路S2的端部与外部电极14e～14h之间。

电容器C3由电容器导体46及接地导体32构成。电容器导体46设置在绝缘体层16h上，并呈矩形形状。从z轴方向俯视时，电容器导体46与线路部40、42的下游端重合。接地导体32设置在绝缘体层16i上，并覆盖绝缘体层16i的大致整个表面。由此，接地导体32经由绝缘体层16h与电容器导体46相对。因此，在电容器导体46与接地导体32之间形成电容。此外，接地导体32与外部电极14e～14h相连接。

通孔导体v5在z轴方向上贯通绝缘体层16g，从而连接电容器导体46和线路部40、42的下游端。由此，电容器C3连接于线圈L1和线圈L2之间的部位、与外部电极14e～14h之间。

（效果）

根据本实施方式所涉及的定向耦合器10a，能获得优异的方向性。更详细而言，在专利文献1记载的定向耦合器中，主线路与副线路彼此以面相对，因此，电容耦合较强。因此，在定向耦合器中，奇模式表现得比偶模要强。在奇模式中，信号Sig3与Sig4朝相反方向前进，因此，若奇模式表现得比偶模式要强，则难以得到所希望的方向性。

另一方面，在定向耦合器10a中，从z轴方向俯视时，主线路M与副线路S1、S2没有重合。由此，在定向耦合器10a中，与专利文献1记载的定向耦合器相比，能抑制奇模式的产生。因此，如图18所示，在副线路S1、S2中，信号Sig2的一部分与信号Sig4相互抵消。其结果是，在副线路S1、S2中，信号Sig5朝与信号Sig1相反的方向前进。如上所述，在定向耦合器10a中，信号不从外部电极14d输出，而是信号从外部电极14c输出。因此，根据定向耦合器10a，能获得优异的方向性。

此外，在定向耦合器10a中，主线路M和副线路S1、S2设置在不同的绝缘体层上。由此，在主线路M与副线路S1、S2之间存在绝缘体层16d，因此，通过主线路M与副线路S1、S2之间所产生的电压来抑制离子迁移的发生。

此外，在定向耦合器10a中，如以下说明的那样，能提高通过特性。所谓通过特性，是指从外部电极14b输出的信号的强度与从外部电极14a输入的信号的强度的比值。更详细而言，在定向耦合器10a中，从z轴方向俯视时，主线路M与副线路S1、S2没有重合。因此，即使增大主线路M的线宽，在主线路M与副线路S1、S2之间所形成的电容的大小也基本上不会增大，定向耦合器10a的方向性不会有较大的恶化。另一方面，如果主线路M的线宽增大，则主线路M的直流电阻值降低。其结果是，能提高定向耦合器10a的通过特性。

此外，在定向耦合器10a中，主线路M通过将线路部18、19并联连接而得以构成。由此，能实现主线路M的直流电阻值的降低。其结果是，能提高定向耦合器10a的通过特性。

此外，在定向耦合器10a中，主线路M具有线对称的结构，且副线路S1与副线路S2具有线对称的关系。由此，即使在将外部电极14b用作输入端口、将外部电极14a用作输出端口、将外部电极14d用作耦合端口、将外部电极14c用作终端端口的情况下，也能获得与将外部电极14a用作输入端口、将外部电极14b用作输出端口、将外部电极14c用作耦合端口、将外部电极14d用作终端端口的情况相同的特性。

此外，区间20b的y轴方向的正方向侧的端部处于相比区间18a、19a的y轴方向的正方向侧的端部要更靠近y轴方向的负方向侧的位置。由此，在线路部18、19中，能缩短对与线路部20的耦合不起作用的区间18b、19b。同样，区间22b的y轴方向的负方向侧的端部处于相比区间18a、19a的y轴方向的负方向侧的端部要更靠近y轴方向的正方向侧的位置。由此，在线路部18、19b中，能缩短对与线路部22的耦合不起作用的区间18c、19c的长度。由此，在线路部18、19中，能缩短对与线路部20、22的耦合不起作用的区间18a、18b、19a、19b，因此，能减小它们的直流电阻值。其结果是，能实现主线路M的直流电阻值的降低。另外，在区间18a、18b、19a、19b变短的同时，在线路部20、22中，区间20a、22b变长。然而，在副线路S1、S2中，耦合度比电阻值更为优先。因此，区间20、22延长所引起的线路部20、22的直流电阻值的增加不会成为大问题。

此外，根据定向耦合器10a，如以下说明的那样，能使耦合信号的振幅特性接近平坦。更详细而言，在定向耦合器10a中，低通滤波器LPF设置在副线路S1与副线路S2之间。低通滤波器LPF通过使用线圈、电容器或传输线路而得以构成，因此，在规定的频带下，相对于通过低通滤波器LPF的信号（通过信号），产生具有随着频率的升高而在0度以上180度以下的范围内单调增加的绝对值的相位的偏移。由此，在定向耦合器10a中，能使从耦合端口（外部电极14c）输出的信号的振幅特性接近平坦。

（变形例）

以下，参照附图对变形例所涉及的定向耦合器10b进行说明。图4是变形例所涉及的定向耦合器10b的层叠体12b的分解立体图。定向耦合器10b的外观立体图沿用图2。

定向耦合器10b与定向耦合器10a的不同之处在于，接地导体32分割为接地导体32a、32b。以下，以上述不同点为中心对定向耦合器10b进行说明。

层叠体12b通过将绝缘体层16a～16j从z轴方向的正方向侧朝负方向侧按此顺序进行层叠而构成。接地导体32a设置成覆盖绝缘体层16j的相比x轴方向的中央更靠近x轴方向的正方向侧的区域。接地导体32a与电容器导体46相对而构成电容器C3，并且与作为副线路S1、S2的线路部40、42相对。

接地导体32b设置在与设有接地导体32a的绝缘体层16j不同的绝缘体层16i上，并且覆盖绝缘体层16i的相比x轴方向的中央更靠近x轴方向的负方向侧的区域。接地导体32b与作为主线路M的线路部19相对。

在具有以上结构的定向耦合器10b中，与线路部40、42相对的接地导体32a、以及与线路部19相对的接地导体32b设置在不同的绝缘体层16i、16j上。由此，能分别调节线路部40、42与接地导体32a之间的距离、以及线路部19与接地导体32b之间的距离，并且能分别调节线路部40、42与接地导体32a之间形成的电容、以及线路部19与接地导体32b之间形成的电容。其结果是，能分别调节主线路M的特性阻抗和副线路S1、S2的特性阻抗。

（实验）

本申请的发明人为了进一步明确定向耦合器10a、10b所起到的效果，进行了以下说明的实验。

本申请发明人制作了具有图4所示的结构的定向耦合器10b作为样品1，并且，制作了具有专利文献1的图9记载的结构的定向耦合器作为样品2。对样品1及样品2的共同的条件进行如下说明。

尺寸：4.5mm×3.2mm×1.5mm

2GHz频带下的耦合特性：-20dB

2GHz频带下的隔离特性：-57dB

2GHz频带下的方向性：-37dB

图5是表示样品1的通过特性的曲线图。图6是表示样品1的耦合特性及隔离特性的曲线图。图7是表示样品2的通过特性的曲线图。图8是表示样品2的耦合特性及隔离特性的曲线图。纵轴表示衰减量，横轴表示频率。

所谓通过特性，是指从输出端口（外部电极14b）输出的信号强度与从输入端口（外部电极14a）输入的信号强度的比值。所谓耦合特性，是指从耦合端口（外部电极14c）输出的信号强度与从输入端口（外部电极14a）输入的信号强度的比值。所谓隔离特性，是指从终端端口（外部电极14d）输出的信号强度与从输入端口（外部电极14a）输入的信号强度的比值。

以下，所谓通过特性较好，是指在图5及图7的曲线图中衰减量接近0dB。以下，所谓耦合特性较好，是指在图6及图8的曲线图中衰减量接近0dB。此外，所谓隔离特性较好，是指在图6及图8的曲线图中衰减量远离0dB。

如图8所示，在样品2中，将主线路的宽度等设计成2GHz下的耦合特性接近20dB。具体而言，在样品2中，使主线路的线宽较细，能降低主线路与副线路之间形成的电容。不过，在样品2中，由于主线路的直流电阻值增大，因此，从图7可见，通过特性变差。

此外，在样品2中，主线路与副线路在层叠方向上相对，因此，在主线路与副线路之间形成较大的电容。因此，在样品2中，产生较强的奇模式，方向性较差。所谓方向性，是指从终端端口输出的信号强度与从耦合端口输出的信号强度的比值。所谓方向性较差，是指耦合特性较差或隔离特性较差。从图8可见，在样品2中隔离特性较差。

另一方面，在样品1中，在设计成2GHz下的耦合特性为-20dB左右的情况下，从图5可见，与样品2相比，通过特性良好。因此，根据本实验发现，样品1能获得比样品2更为优异的通过特性。

此外，在样品1及样品2中，2GHz下的耦合特性均为-20dB。另一方面，从图6可见，样品1能获得比样品2更为良好的隔离特性。如果耦合特性及隔离特性良好，则方向性也良好。因此，可见样品1能获得比样品2更为优异的方向性。

（模拟）

接下来，本申请发明人为了调查从z轴方向俯视时的区间18a、19a与区间20b、22b之间的间隔的合适值而进行了以下的计算机模拟。在计算机模拟中，制作了以下进行说明的模型1至模型5。

模型1的条件

模型1的结构：图4所示的定向耦合器10b

区间18a、19a的线宽：75μm

区间22b、22c的线宽：50μm

从z轴方向俯视时的区间18a、19a与区间20b、22b之间的间隔：100μmz轴方向上的区间18a、19a与区间20b、22b之间的间隔：25μm

绝缘体层的相对介电常数：6.8

模型2的条件

模型2的结构：图4所示的定向耦合器10b

区间18a、19a的线宽：75μm

区间22b、22c的线宽：50μm

从z轴方向俯视时的区间18a、19a与区间20b、22b之间的间隔：150μmz轴方向上的区间18a、19a与区间20b、22b之间的间隔：25μm

绝缘体层的相对介电常数：6.8

模型3的条件

模型3的结构：图4所示的定向耦合器10b

区间18a、19a的线宽：75μm

区间22b、22c的线宽：50μm

从z轴方向俯视时的区间18a、19a与区间20b、22b之间的间隔：50μmz轴方向上的区间18a、19a与区间20b、22b之间的间隔：25μm

绝缘体层的相对介电常数：6.8

模型4的条件

模型4的结构：图4所示的定向耦合器10b

区间18a、19a的线宽：75μm

区间20b、22b的线宽：50μm

从z轴方向俯视时的区间18a、19a与区间20b、22b之间的间隔：50μmz轴方向上的区间18a、19a与区间20b、22b之间的间隔：100μm

绝缘体层的相对介电常数：6.8

模型5的条件

模型5的结构：在图4所示的定向耦合器10b中删除了线路部19

区间18a、19a的线宽：75μm

区间22b、22c的线宽：50μm

从z轴方向俯视时的区间18a、19a与区间20b、22b之间的间隔：100μm

z轴方向上的区间18a、19a与区间20b、22b之间的间隔：25μm

绝缘体层的相对介电常数：6.8

使用以上的模型1至模型5，运算了通过特性、耦合特性及隔离特性。图9是表示模型1的模拟结果的曲线图。图10是表示模型2的模拟结果的曲线图。

图11是表示模型3的模拟结果的曲线图。图12是表示模型4的模拟结果的曲线图。图13是表示模型5的模拟结果的曲线图。纵轴表示衰减量，横轴表示频率。

若将模型1的模拟结果与模型2的模拟结果相比较，则如图9及图10所示，在模型1中，2GHz下的耦合特性为-20dB，与此不同的是，模型2比-20dB要大。其结果是，耦合特性减小。可以认为其原因在于，在模型2中，从z轴方向俯视时的区间18a、19a与区间20b、22b之间的间隔过大。

接下来，若将模型1的模拟结果与模型3的模拟结果相比较，则如图9及图11所示，在模型1中，2GHz下的耦合特性为-20dB，与此不同的是，模型2比-20dB要小。其结果是，耦合特性增大。可以认为其原因在于，在模型3中，从z轴方向俯视时的区间18a、19a与区间22b、22之间的间隔过小。如上所述，从z轴方向俯视时的区间18a、19a与区间20b、22b之间的间隔优选为100μm左右。

接下来，对模型4的模拟结果进行研究。若将模型3的模拟结果与模型4的模拟结果相比较，则从图11及图12可见，在模型3中，2GHz下的隔离特性为-39dB，与此不同的是，模型4在2GHz下的隔离特性为-45dB。此处，与模型3相比，模型4中增大了z轴方向上的区间18a、19a与区间20b、22b之间的间隔。然而，在模型4中，与模型3相同，由于从z轴方向俯视时的区间18a、19a与区间20b、22b之间的间隔过小，因此，在区间18a、19a与区间22b、22之间产生较大的电容。因此，可以认为无法获得足够的隔离特性。可见若从z轴方向俯视时的区间18a、19a与区间20b、22b之间的间隔过小，则即使在z轴方向上将区间18a、19a与区间20b、22b进行分离，也难以获得足够的隔离特性。

接下来，对模型5的模拟结果进行研究。在模型5中删除了线路部19。因此，主线路M的直流电阻值增大。其结果是，模型1在2GHz下的通过特性为-0.083dB，与此不同的是，模型5在2GHz下的通过特性为-0.093dB。因此，对于主线路M，优选为线路部18与线路部19并联连接。

（实施方式2）

接下来，参照附图对实施方式2所涉及的定向耦合器10c的具体结构进行说明。图14是实施方式2所涉及的定向耦合器10c的层叠体12c的分解立体图。对于定向耦合器10c的外观立体图沿用图2。

如图2及图14所示，定向耦合器10c包括层叠体12c、外部电极14a～14h、主线路M、副线路S1、S2、低通滤波器LPF、及通孔导体v11～v18、v21。定向耦合器10c的层叠体12c及外部电极14a～14h的结构与定向耦合器10c的层叠体12a及外部电极14a～14h的结构相同，因此，省略说明。

如图14所示，主线路M由线路部118、119构成。主线路M具有相对于通过绝缘体层16d、16e的y轴方向的中央、且在x轴方向上延伸的线构成线对称的结构。线路部118、119分别设置在互不相同的绝缘体层16d、16e上。线路部118、119具有相同的形状，从z轴方向俯视时，以相一致的状态重合。

线路部118由区间118a～118e构成。区间118d构成线路部118的y轴方向的正方向侧的端部，区间118e构成线路部118的y轴方向的负方向侧的端部。此外，区间118a～118c是夹在区间118d和118e之间的区间。区间118a与区间118d的y轴方向的负方向侧的端部相连接，并朝x轴方向的正方向侧延伸。区间118c与区间118e的y轴方向的正方向侧的端部相连接，并朝x轴方向的正方向侧延伸。区间118b在y轴方向上延伸，并连接区间118a的x轴方向的正方向侧的端部和区间118c的x轴方向的正方向侧的端部。

线路部119由区间119a～119e构成。区间119d构成线路部119的y轴方向的正方向侧的端部，区间119e构成线路部119的y轴方向的负方向侧的端部。此外，区间119a～119c是夹在区间119d和119e之间的区间。区间119a与区间119d的y轴方向的负方向侧的端部相连接，并朝x轴方向的正方向侧延伸。区间119c与区间119e的y轴方向的正方向侧的端部相连接，并朝x轴方向的正方向侧延伸。区间119b在y轴方向上延伸，并连接区间119a的x轴方向的正方向侧的端部和区间119c的x轴方向的正方向侧的端部。

区间118d、119d的y轴方向的正方向侧的端部与外部电极14a相连接，线路部118e、119e的y轴方向的负方向侧的端部与外部电极14b相连接。因此，线路部118、119在外部电极14a、14b之间并联连接。

如图14所示，副线路S1由线路部120构成，其是设置在绝缘体层16f上的U字形的线状的导体层。更详细而言，线路部120由区间120a～120c构成。区间120a沿着绝缘体层16f的y轴方向的正方向侧的长边在x轴方向上延伸。区间120a的x轴方向的正方向侧的端部与外部电极14c相连接。区间120b与区间120a的x轴方向的负方向侧的端部相连接，并朝y轴方向的负方向侧延伸。区间120c与区间120b的y轴方向的负方向侧的端部相连接，从z轴方向俯视时，以与线路部118、119的区间118a、119a并行的方式在x轴方向上延伸。由此，副线路S1与主线路M进行电磁耦合。其中，从z轴方向俯视时，主线路M与副线路S1没有重合。

如图14所示，副线路S2由线路部122构成，其是设置在绝缘体层16f上的U字形的线状的导体层。更详细而言，线路部122由区间122a～122c构成。区间122a沿着绝缘体层16f的y轴方向的负方向侧的长边在x轴方向上延伸。区间122a的x轴方向的正方向侧的端部与外部电极14d相连接。区间122b与区间122a的x轴方向的负方向侧的端部相连接，并朝y轴方向的正方向侧延伸。区间122c与区间122b的y轴方向的正方向侧的端部相连接，从z轴方向俯视时，以与线路部118、119的区间118c、119c并行的方式在x轴方向上延伸。由此，副线路S2与主线路M进行电磁耦合。其中，从z轴方向俯视时，主线路M与副线路S2没有重合。

此处，在主线路M中与副线路S1、S2并行的区间118a、118c、119a、119c的线宽W11比在副线路S1、S2中与主线路M并行的区间120c、122c的线宽W13要粗。而且，在主线路M中未与副线路S1、S2并行的区间118b、118d、118e、119b、119d、119e的线宽W12比在主线路M中与副线路S1、S2并行的区间118a、118c、119a、119c的线宽W11要粗。此外，在副线路S1、S2中未与主线路M并行的区间120a、120b、122a、122b的线宽W14比在副线路S1、S2中与主线路M并行的区间120c、122c的线宽W13要粗。

低通滤波器LPF由线圈L1、L2及电容器C1～C3构成。线圈L1、L2及电容器C1～C3由设置在与设有副线路S1、S2的绝缘体层16f不同的绝缘体层上的导体层构成。更详细而言，线圈L1由线路部40a、40b及通孔导体v19构成。线路部40a设置在绝缘体层16g上，从z轴方向俯视时，其是沿逆时针方向环绕大致一周的线状的导体层。以下，将线路部40a的逆时针方向的上游侧的端部称为上游端，将线路部40a的逆时针方向的下游侧的端部称为下游端。从z轴方向俯视时，线路部40a的上游端与区间120c的x轴方向的正方向侧的端部重合。

线路部40b设置在绝缘体层16h上，从z轴方向俯视时，其是沿逆时针方向环绕大致一周的线状的导体层。以下，将线路部40b的逆时针方向的上游侧的端部称为上游端，将线路部40b的逆时针方向的下游侧的端部称为下游端。从z轴方向俯视时，线路部40b的上游端与线路部40a的下游端重合。

通孔导体v19连接线路部40a的下游端和线路部40b的上游端。由此，构成螺旋状的线圈L1。

通孔导体v14在z轴方向上贯通绝缘体层16f，从而连接区间120c的x轴方向的正方向侧的端部和线路部40a的上游端。

线圈L2由线路部42a、42b及通孔导体v20构成。线路部42a设置在绝缘体层16g上，从z轴方向俯视时，其是沿顺时针方向环绕大致一周的线状的导体层。以下，将线路部42a的顺时针方向的上游侧的端部称为上游端，将线路部42a的顺时针方向的下游侧的端部称为下游端。从z轴方向俯视时，线路部42a的上游端与区间122c的x轴方向的正方向侧的端部重合。

线路部42b设置在绝缘体层16h上，从z轴方向俯视时，其是沿顺时针方向环绕大致一周的线状的导体层。以下，将线路部42b的顺时针方向的上游侧的端部称为上游端，将线路部42b的逆时针方向的下游侧的端部称为下游端。从z轴方向俯视时，线路部42b的上游端与线路部42a的下游端重合。

通孔导体v20连接线路部42a的上游端和线路部42b的下游端。由此，构成螺旋状的线圈L2。

通孔导体v18在z轴方向上贯通绝缘体层16f，从而连接区间122c的x轴方向的正方向侧的端部和线路部42a的上游端。

定向耦合器10c的电容器C1～C3的结构与定向耦合器10a的电容器C1～C3的结构相同，因此，省略说明。

在定向耦合器10c中，主线路M与副线路S1、S2并行的区间的长度比定向耦合器10a中主线路M与副线路S1、S2并行的区间的长度要长。因此，通过使主线路M、副线路S1、S2的线路长度延长，在定向耦合器10c中，与定向耦合器10a相比，能降低所使用的频带。例如，在定向耦合器10a中，在2GHz附近的频带下使用，与此不同的是，在定向耦合器10c中，在1GHz附近的频带下使用。

（变形例）

以下，参照附图对变形例所涉及的定向耦合器10d进行说明。图15是变形例所涉及的定向耦合器10d的层叠体12d的分解立体图。

定向耦合器10d与定向耦合器10c的不同之处在于设有接地导体50。以下，以上述不同点为中心对定向耦合器10d进行说明。

在定向耦合器10d中，在绝缘体层16f与绝缘体层16g之间设有绝缘体层16k。此外，接地导体50设置在绝缘体层16k上，从z轴方向俯视时，与线路部118、119、120、122、40a、40b、42a、42b重合。即，在z轴方向上，接地导体50设置在线圈L1、L2与主线路M及副线路S1、S2之间。其中，为了能进行线路部120与线路部40a的连接、以及线路部122与线路部42a的连接，接地导体50未设置在绝缘体层16k的x轴方向的正方向侧的短边附近。此外，接地导体50与外部电极14e～14h相连接。

在具有以上结构的定向耦合器10d中，在z轴方向上，接地导体50设置在线圈L1、L2与主线路M及副线路S1、S2之间。因此，能抑制在线圈L1、L2与主线路M及副线路S1、S2之间形成电容。其结果是，能抑制主线路M及副线路S1、S2的特性阻抗从所希望的值发生变动。

（其它实施方式）

本发明所涉及的定向耦合器并不限于定向耦合器10a～10d，能在其要点的范围内进行变更。

另外，不仅主线路M，而且副线路S1、S2也可以通过将多个线路导体进行并联连接而构成。其中，副线路S1、S2容易发生特性阻抗的变动，因此，优选为由比主线路M要少的总数（具体而言为一层）的线路导体构成。

另外，也可以将定向耦合器10a～10d的结构进行组合。

工业上的实用性

如上所述，本发明对定向耦合器是有用的，尤其在能提高方向性方面具有优势。

附图标记

C1～C3  电容器

L1、L2  线圈

LPF  低通滤波器

M   主线路

S1、S2  副线路

10a～10d 定向耦合器

12a～12d 层叠体

14a～14h 外部电极

16a～16k 绝缘体层

18、19、20、22、40、40a、40b、42、42a、42b、118、119、120、122线路部

18a～18c、19a～19c、20a～20c、22a～22c、118a～118e、119a～119e、120a～120c、122a～122c区间

26、28、46  电容器导体

30、32、32a、32b 接地导体

Claims (13)

1.一种定向耦合器，该定向耦合器在规定的频带下进行使用，其特征在于，包括：

层叠体，该层叠体通过将多个绝缘体层进行层叠而构成；

第1端子至第4端子，该第1端子至第4端子设置在所述层叠体的表面上；

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，并设置在所述绝缘体层上；

第1副线路，该第1副线路与所述第3端子相连接，且与所述主线路进行电磁耦合，而且该第1副线路设置在所述绝缘体层上；

第2副线路，该第2副线路与所述第4端子相连接，且与所述主线路进行电磁耦合，而且该第2副线路设置在所述绝缘体层上；以及

相位调节电路，该相位调节电路连接于所述第1副线路与所述第2副线路之间，并相对于通过信号产生相位偏移，

从层叠方向俯视时，所述主线路与所述第1副线路及所述第2副线路不重合。

2.如权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，

所述相位调节电路是低通滤波器。

3.如权利要求2所述的定向耦合器，其特征在于，

所述主线路的线宽比所述第1副线路的线宽及所述第2副线路的线宽要粗。

4.如权利要求2或3所述的定向耦合器，其特征在于，

所述主线路与所述第1副线路及所述第2副线路并行，

在所述主线路中未与所述第1副线路及所述第2副线路并行的区间的线宽比在该主线路中与该第1副线路及该第2副线路并行的区间的线宽要粗。

5.如权利要求2至4的任一项所述的定向耦合器，其特征在于，

所述主线路与所述第1副线路及所述第2副线路并行，

在所述第1副线路或所述第2副线路中未与所述主线路并行的区间的线宽比在该第1副线路或该第2副线路中与该主线路并行的区间的线宽要粗。

6.如权利要求2至5的任一项所述的定向耦合器，其特征在于，

所述主线路与所述第1副线路并行，

在所述第1副线路中与所述主线路并行的区间的靠近所述第3端子的端部、和在该主线路中与该第1副线路并行的区间的靠近所述第1端子的端部相比要更加远离所述绝缘体层的外缘。

7.如权利要求2至6的任一项所述的定向耦合器，其特征在于，

所述低通滤波器由设置在与设有所述第1副线路及所述第2副线路的所述绝缘体层不同的所述绝缘体层上的导体层所构成。

8.如权利要求2至7的任一项所述的定向耦合器，其特征在于，

所述主线路由彼此并联连接、且设置在不同的所述绝缘体层上的多个导体层所构成。

9.如权利要求2至8的任一项所述的定向耦合器，其特征在于，

所述主线路直线连接所述第1端子和所述第2端子。

10.如权利要求2至9的任一项所述的定向耦合器，其特征在于，

所述低通滤波器包括：

线圈，该线圈设置在所述绝缘体层上；以及

电容器，该电容器由电容器导体和接地导体构成，其中，所述电容器导体与所述线圈相连接，所述接地导体与该电容器导体相对，且在层叠方向上设置在该线圈与所述主线路、所述第1副线路及第2副线路之间。

11.如权利要求2至10的任一项所述的定向耦合器，其特征在于，

所述低通滤波器包括：

线圈，该线圈设置在所述绝缘体层上；以及

电容器，该电容器由电容器导体和第1接地导体构成，其中，所述电容器导体与所述线圈相连接，所述第1接地导体设置在所述绝缘体层上，且与该电容器导体相对，

所述定向耦合器还包括第2接地导体，该第2接地导体设置在与设有所述第1接地导体的所述绝缘体层不同的所述绝缘体层上。

12.如权利要求2至11的任一项所述的定向耦合器，其特征在于，

所述低通滤波器在所述规定的频带下，相对于通过信号产生具有随着频率增高而在0度以上180度以下的范围内单调增加的绝对值的相位的偏移。

13.如权利要求2至12的任一项所述的定向耦合器，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。