CN118235294A - 定向耦合器、高频电路以及通信装置 - Google Patents

Abstract

定向耦合器(1)具备：输入端子(40)；输出端子(44)；检测端子(41)；主线路(20)，与输入端子(40)以及输出端子(44)连接；副线路(21)；以及电容器(31)，将副线路(21)与主线路(20)配置为能够磁场耦合以及能够电场耦合，副线路(21)与电容器(31)的一端以及检测端子(41)连接，电容器(31)的另一端与大地连接。

Description

定向耦合器、高频电路以及通信装置

技术领域

本发明涉及定向耦合器、高频电路以及通信装置。

背景技术

在高频通信装置中，使用定向耦合器等，检测通信信号的状态，基于该状态来进行通信信号、通信路径的控制。由于通信信号的状态受到负载阻抗的影响，因此要求负载阻抗的检测精度的提高。

在非专利文献1中，使用电容分割器进行电场耦合，检测电场耦合信号，另外，使主线路与副线路进行磁场耦合，将副线路的两端的电压设为差动信号，由此检测磁场耦合信号。

非专利文献1：“An Impedance Sensor for MEMS Adaptive Antenna Matching”,Armin Tavakol et al.,in 2015IEEE Radio Frequency Integrated CircuitsSymposium

然而，在非专利文献1中，不检测电磁场耦合信号，检测电场耦合信号和磁场耦合信号，因此负载阻抗的检测精度降低。

发明内容

因此，本发明提供定向耦合器、高频电路以及通信装置，能够检测电磁场耦合信号，能够实现负载阻抗的检测精度的提高。

本发明的一个技术方案的定向耦合器具备：输入端子；输出端子；第一检测端子；主线路，与上述输入端子以及上述输出端子连接；第一副线路；以及第一电容元件，将上述第一副线路与上述主线路配置为能够磁场耦合以及能够电场耦合，上述第一副线路与上述第一电容元件的一端以及上述第一检测端子连接，上述第一电容元件的另一端与大地连接。

另外，本发明的一个技术方案的定向耦合器具备：输入端子；输出端子；第一检测端子；主线路，与输入端子和输出端子连接；第一副线路；以及第一电容元件，第一副线路与主线路在至少一部分相邻配置，第一副线路与第一电容元件的一端以及第一检测端子连接，第一电容元件的另一端与大地连接。

另外，本发明的一个技术方案的定向耦合器具备：输入端子；输出端子；第一检测端子；主线路，与输入端子和输出端子连接；第一副线路；以及第一电容元件，在第一副线路与主线路之间没有布线，第一副线路与第一电容元件的一端以及第一检测端子连接，第一电容元件的另一端与大地连接。

另外，本发明的一个技术方案的高频电路具备：高频输入端子以及高频输出端子；上述定向耦合器；第一运算电路，与第一检测端子连接；第二运算电路，与第二检测端子连接；第三运算电路，与第三检测端子连接；加法电路，与第一运算电路、第二运算电路以及第三运算电路连接；以及高频电路部件，配置于将高频输入端子和定向耦合器连结的路径或者配置于将高频输出端子和定向耦合器连结的路径，上述高频电路部件与加法电路的输出端子连接。

根据本发明的一个技术方案的定向耦合器，能够检测电磁场耦合信号，能够实现负载阻抗的检测精度的提高。

附图说明

图1是实施方式的定向耦合器、高频电路以及通信装置的电路结构图。

图2A是实施方式的定向耦合器的俯视图。

图2B是构成实施方式的定向耦合器的第一层的俯视图。

图2C是构成实施方式的定向耦合器的第二层的俯视图。

图2D是构成实施方式的定向耦合器的第三层的俯视图。

图2E是构成实施方式的定向耦合器的剖视图。

图3是变形例1的高频电路的电路结构图。

图4是变形例2的高频电路的电路结构图。

图5是变形例3的高频电路的电路结构图。

图6是变形例4的高频电路的电路结构图。

具体实施方式

以下，使用附图而详细地说明本发明的实施方式及其变形例。此外，以下说明的实施方式及其变形例均表示总括性或者具体的例子。以下的实施方式及其变形例所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置以及连接方式等是一例子，并不旨在限定本发明。

此外，各图是为了表示本发明而适当地进行了强调、省略、或者比率的调整的示意图，未必一定严格地图示，有时与实际的形状、位置关系、以及比率不同。在各图中，对于实质上相同的结构标注相同的附图标记，有时省略或者简化重复的说明。

在以下的各图中，x轴以及y轴是在与基板的主面平行的平面上相互正交的轴。另外，z轴是与基板的主面垂直的轴，其正方向表示上方向，其负方向表示下方向。

另外，本发明中的用语的含义如下所述。

“连接”不仅包含利用连接端子和/或布线导体直接连接的情况，还包含经由其他的电路元件而电连接的情况。另外，“连接在A以及B之间”是指在A以及B之间与A以及B双方连接，除了包含将A以及B与连结路径串联连接之外，还包含并联连接(分流连接)在该路径与大地之间。

“直接连接”是指不经由其他的电路元件而利用连接端子和/或布线导体直接连接。

“平行”以及“垂直”等表示要素间的关系性的用语、以及“矩形”等表示要素的形状的用语、以及数值范围并不仅表示严格的意思，而是指包含实质上同等的范围、例如几％左右的差异。

“将部件A与路径B串联配置”是指部件A的信号输入端以及信号输出端双方与构成路径B的布线、电极、或者端子连接。

“俯视”是指从z轴正侧向xy平面正投影物体并进行观察。

“在基板的俯视时，A与B重叠”是指在俯视该基板的情况下所投影的A的区域与B的区域重叠。

(实施方式)

[1定向耦合器1、高频电路2以及通信装置5的电路结构]

对本实施方式的定向耦合器1、高频电路2以及通信装置5的电路结构进行说明。图1是实施方式的定向耦合器1、高频电路2以及通信装置5的电路结构图。

[1.1通信装置5的电路结构]

首先，一边参照图1一边具体地说明通信装置5的电路结构。如图1所示，通信装置5具备高频电路2、RFIC3、天线4。

高频电路2在天线4与RFIC3之间传送高频信号。关于高频电路2的详细的电路结构，后述说明。

天线4与高频电路2的高频输出端子120连接，放射从高频电路2输出的高频信号，另外，接收来自外部的高频信号并输出到高频电路2。

RFIC3是对利用天线4发送接收的高频信号进行处理的信号处理电路的一例子。具体而言，RFIC3通过下变频等对经由高频电路2的接收信号路径输入的高频接收信号进行信号处理，将进行该信号处理而生成的接收信号输出到基带信号处理电路(BBIC：未图示)。另外，RFIC3通过上变频等对从BBIC输入的发送信号进行信号处理，将进行该信号处理而生成的高频发送信号输出到高频电路2的发送信号路径。

另外，RFIC3将用于调整高频电路2的功率放大器10的增益等的控制信号传递到高频电路2。

此外，本实施方式的通信装置5也可以不具备天线4。即，天线4并不是本发明的通信装置所必须的结构要素。

[1.2高频电路2的电路结构]

接下来，一边参照图1一边具体地说明高频电路2的电路结构。如图1所示，高频电路2具备定向耦合器1、功率放大器10、匹配电路11以及12、校正电路15、对数转换电路51、52以及53、检波电路54、55以及56、增益转换电路57、58以及59、加法电路60、高频输入端子110、高频输出端子120。

定向耦合器1具备输入端子40、输出端子44、检测端子41、42以及43、主线路20、副线路21以及22、电容器31、32、33以及34。

主线路20是一端与输入端子40连接，另一端与输出端子44连接，对从功率放大器10输出的高频信号进行传送的线路。

副线路21是第一副线路的一例子，配置为与主线路能够磁场耦合以及能够电场耦合。主线路20与副线路21隔着空间或者电介质部件而相邻配置。副线路21的一端与电容器31的一端连接，另一端与检测端子41连接。

副线路22是第二副线路的一例子，配置为与主线路能够磁场耦合以及能够电场耦合。主线路20与副线路22隔着空间或者电介质部件而相邻配置。副线路22的一端与电容器31的一端连接，另一端与检测端子42连接。

电容器31是第一电容元件的一例子，其一端与副线路21以及22连接，另一端与大地连接。

电容器32是第二电容元件的一例子，串联配置于将主线路20和大地连结的第一路径。

电容器33是第三电容元件的一例子，串联配置于上述第一路径中电容器32与主线路20之间的路径。

电容器34串联配置于将主线路20和大地连结的第二路径中电容器31与主线路20之间的路径。

检测端子41是第一检测端子的一例子，配置在将副线路21和检波电路54连结的路径上。检测端子42是第二检测端子的一例子，配置在将副线路22和检波电路55连结的路径上。检测端子43是第三检测端子的一例子，配置在将上述第一路径上的电容器32以及33的连接点和检波电路56连结的路径上。

此外，本实施方式的定向耦合器1只要具备主线路20、副线路21、电容器31、输入端子40、输出端子44、以及检测端子41即可，也可以不具有检测端子42以及43、副线路22、电容器32、33以及34。

在现有的定向耦合器中，由于副线路不是以电容器31而是以电阻为终端，因此在该副线路中生成的信号仅具有实数成分。与此相对，在本实施方式的定向耦合器1中，通过将主线路20与副线路21配置为能够磁场耦合以及能够电场耦合且配置电容器31，由此能够利用副线路21生成基于电磁场耦合的信号，该基于电磁场耦合的信号通过磁场耦合而生成的信号成分与通过电场耦合而生成的信号成分错开相位地重叠而得到。另外，能够从检测端子41输出基于该电磁场耦合的信号。由此，定向耦合器1能够检测基于电磁场耦合的信号，能够将其用于负载阻抗的检测精度的提高。

另外，根据定向耦合器1的上述结构，通过将主线路20与副线路21以及22配置为能够磁场耦合以及能够电场耦合且配置电容器31，由此能够利用副线路21以及22的检测端子41以及42来检测与传送主线路20的高频信号对应的信号。

此外，关于将主线路20与副线路21以及22配置为能够磁场耦合以及能够电场耦合，具体而言，表示将主线路20的至少一部分与副线路21以及22的至少一部分相邻配置。“将主线路与副线路相邻配置”是指“在主线路与副线路之间不存在RF信号通过的布线”。另外，如上述那样，将主线路20与副线路21以及22相邻配置为至少一部分的长度方向一致，因此主线路20与副线路21以及22能够磁场耦合以及能够电场耦合。

另外，相邻配置不仅是指将主线路与副线路配置在同一层上的情况，也可以是将主线路与副线路配置在不同的层上的情况。在将主线路与副线路配置在不同的层上的情况下，在基板的俯视时，主线路与副线路重叠的情况也相当于本实施方式中的相邻配置。

此外，关于定向耦合器1的安装结构，后述说明。

功率放大器10(在图1中记载为放大器)是高频电路部件的一例子，对从RFIC3经由高频输入端子110输入的高频信号进行放大。功率放大器10是放大器的一例子，配置于将高频输入端子110和定向耦合器1连结的路径，增益基于从加法电路60输出的信号而可变。

此外，功率放大器10也可以具有将多个场效应型晶体管多级连接的结构。另外，构成功率放大器10的晶体管也可以是具有基极、发射极以及集电极的双极型的晶体管。另外，构成功率放大器10的晶体管例如可以是通过SOI(Silicon On Insulator：绝缘体上硅)工序而形成的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)晶体管，另外，也可以是由GaAs或者SiGe构成的晶体管。

此外，高频电路2也可以取代功率放大器10，而具备连接在高频输入端子110与定向耦合器1之间的低噪声放大器。

匹配电路11是高频电路部件的一例子，连接在功率放大器10的输出端子与输入端子40之间，取得功率放大器10与主线路20的阻抗匹配的阻抗匹配电路。匹配电路12是高频电路部件的一例子，连接在输出端子44与高频输出端子120之间，取得主线路20与天线4的阻抗匹配的阻抗匹配电路。匹配电路11以及12分别包含电感器以及电容器中的至少一个。

检波电路54(在图1中记载为检波)是第一检波电路的一例子，连接在检测端子41与对数转换电路51之间，对利用副线路21检测出的第一交流信号进行检波并转换为第一直流信号。检波电路55(在图1中记载为检波)是第二检波电路的一例子，连接在检测端子42与对数转换电路52之间，对利用副线路22检测出的第二交流信号进行检波并转换为第二直流信号。检波电路56(在图1中记载为检波)是第三检波电路的一例子，连接在检测端子43与对数转换电路53之间，对在电容器32以及33的连接点检测出的第三交流信号进行检波并转换为第三直流信号。即，检波电路54～56检测第一交流信号～第三交流信号的振幅。通过检波电路54～56，将交流信号转换为直流信号，因此在比检波电路54～56靠近后级的电路中，能够仅通过直流信号的运算来提取功率成分、负载阻抗电阻成分以及电抗成分。

对数转换电路51(在图1中记载为Log)是第一运算电路的一例子，经由检波电路54与检测端子41连接，对从检波电路54输出的第一直流信号进行对数转换并输出第一对数信号。对数转换电路52(在图1中记载为Log)是第二运算电路的一例子，经由检波电路55与检测端子42连接，对从检波电路55输出的第二直流信号进行对数转换并输出第二对数信号。对数转换电路53(在图1中记载为Log)是第三运算电路的一例子，经由检波电路56与检测端子43连接，对从检波电路56输出的第三直流信号进行对数转换并输出第三对数信号。

从定向耦合器1取出的第一交流信号～第三交流信号的振幅成分即第一直流信号～第三直流信号对应于将从输入端子40输入到主线路20的高频信号的输入功率(功率成分)和与输出端子44连接的负载的反射系数(实数成分(负载阻抗电阻成分)以及虚数成分(负载阻抗电抗成分))相乘而得的信号。由于使用第一直流信号～第三直流信号，在后级的增益转换电路57～59以及加法电路60中，高精度地分离提取功率成分、负载阻抗电阻成分以及电抗成分，因此在对数转换电路51～53中，将与功率与反射系数的相乘对应的第一直流信号～第三直流信号转换为与功率与反射系数的加减法对应的信号。

此外，对数转换电路51～53各自也可以包含用于对第一直流信号～第三直流信号进行对数转换的二极管或者双极晶体管。二极管以及双极晶体管的电压-电流特性为指数函数，因此通过输入电流，输出电压，能够实现对数函数的输入输出特性。

增益转换电路57是第一增益转换电路的一例子，连接在对数转换电路51与加法电路60之间，以第一增益对从对数转换电路51输出的第一对数信号进行增益转换并输出第一增益信号。增益转换电路58是第二增益转换电路的一例子，连接在对数转换电路52与加法电路60之间，以第二增益对从对数转换电路52输出的第二对数信号进行增益转换并输出第二增益信号。增益转换电路59是第三增益转换电路的一例子，连接在对数转换电路53与加法电路60之间，以第三增益对从对数转换电路53输出的第三对数信号进行增益转换并输出第三增益信号。

增益转换电路57～59控制利用加法电路60将第一增益信号、第二增益信号以及第三增益信号相加时的权重。

这里，对于希望提取的三个参数即功率成分、负载阻抗电阻成分以及电抗成分，得到以不同的三个增益进行了转换的三个增益信号，因此能够提取功率成分、负载阻抗电阻成分以及电抗成分。

加法电路60经由增益转换电路57、58以及59与对数转换电路51、52以及53连接，将从增益转换电路57、58以及59输出的第一增益信号、第二增益信号以及第三增益信号相加。此外，加法电路60包含减去从增益转换电路57、58以及59输出的第一增益信号～第三增益信号中的至少一个的功能。将利用加法电路60相加的加法信号输出到校正电路15。

这里，在增益转换电路57～59中，通过调整第一增益、第二增益以及第三增益的比率，能够从加法电路60高精度地输出与主线路20的功率成分对应的信号、与负载阻抗电阻成分对应的信号、以及与负载阻抗电抗成分对应的信号。换言之，根据增益转换电路57～59的增益的组合，能够决定提取功率成分、负载阻抗电阻成分以及电抗成分中的哪个。此外，增益转换电路57～59的增益可以不是可变的，也可以是固定值。

根据检波电路54～56、对数转换电路51～53、增益转换电路57～59、以及加法电路60，将从定向耦合器1输出的第一交流信号～第三交流信号转换为直流信号，进行对数转换，并进行增益转换，因此能够利用简易的运算处理，高精度地提取功率成分、负载阻抗电阻成分以及电抗成分。

校正电路15是控制电路的一例子，连接在加法电路60的输出端子与功率放大器10之间，生成与从加法电路60输出的加法信号对应的校正信号，将该校正信号输出到功率放大器10。通过该校正信号，例如将供给到功率放大器10的电源电压(Vcc)或者偏置电压(或者电流)优化。其中，上述校正信号的输出目的地除了功率放大器10之外，还可以是匹配电路11或者12。

此外，本实施方式的高频电路2只要具备定向耦合器1、功率放大器10、对数转换电路51～53、以及加法电路60即可，也可以不存在匹配电路11以及12、校正电路15、检波电路54～56以及增益转换电路57～59。也可以是，在高频电路2不具备校正电路15的情况下，加法电路60的输出端子与功率放大器10连接，将来自加法电路60的输出信号直接供给到功率放大器10。另外，校正电路15也可以包含于RFIC3。

在现有的高频电路中，在功率检测器中使用电场耦合和磁场耦合而利用副线路检测信号，因此容易地取出相位信息(实数成分+虚数成分)是很难的。要想取出相位信息(实数成分+虚数成分)，使用相位比较器等复杂的电路、或者即使能够取出也在通过复杂的电路的期间信号恶化，精度恶化。因此，无法高精度地获取负载的反射系数，即无法高精度地掌握负载阻抗，很难构成高精度的负载变动补偿电路。

与此相对，根据高频电路2的上述结构，从各检测端子输出包含具有虚数成分的至少两个电磁场耦合信号的三个信号，将这三个信号进行对数转换以及相加，由此能够高精度地检测高频信号的功率、负载的反射系数的大小以及相位。因此，能够提高负载阻抗的检测精度。

另外，通过校正电路15，基于提取出的高频信号的功率、负载的反射系数的大小以及相位，能够使在主线路20中传送的高频信号的功率稳定化。

[1.3定向耦合器1的安装结构]

接下来，一边参照图2A～图2E一边具体地说明定向耦合器1的安装结构。

图2A是实施方式的定向耦合器1的俯视图。图2B是构成实施方式的定向耦合器1的第一层的俯视图。图2C是构成实施方式的定向耦合器1的第二层的俯视图。图2D是构成实施方式的定向耦合器1的第三层的俯视图。图2E是实施方式的定向耦合器1的剖视图。更具体而言，图2A表示从z轴正侧透视基板90的主面90a的图，图2B表示从z轴正侧观察基板90的第一层(主面90a)的图，图2C表示从z轴正侧观察基板90的第二层的图，图2D表示从z轴正侧观察基板90的第三层的图。另外，图2E是图2A的IIE-IIE线处的剖面。

如图2A～图2E所示，定向耦合器1除了具备图1所示的电路元件之外，还具备基板90。

基板90具备具有相互对置的主面90a以及90b，从主面90a侧层叠第一层、第二层、以及第三层的构造。作为基板90，例如能够使用硅基板、印刷基板(Printed CircuitBoard：PCB)、低温同时烧制陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics：LTCC)基板、或者树脂多层基板等，但不限于此。此外，在基板90例如由硅基板等形成的情况下，至少主线路20以及副线路21以及22形成于包含基板90的IC(Integrated Circuit：集成电路)。

如图2A以及图2B所示，在基板90的第一层形成有主线路20的一部分以及副线路21。主线路20的一部分由形成于第一层的大致环状的平面导体构成。另外，副线路21由形成于第一层的平面螺旋状的平面导体构成。将主线路20与副线路21相邻配置为至少一部分的长度方向一致。通过主线路20以及副线路21的上述配置结构，在主线路20与副线路21之间形成有电容器34。在从主面90a侧(z轴正方向)观察时，主线路20从输入端子40逆时针地形成于第一层以及第二层，副线路21从检测端子41顺时针地形成于第一层。根据上述结构，主线路20与副线路21例如具有互感M，能够进行电场耦合以及磁场耦合。另外，在第一层形成有构成电容器33的一个电极。

另外，如图2A以及图2C所示，在基板90的第二层形成有主线路20的一部分以及副线路22。主线路20的一部分由形成于第二层的大致环状的平面导体构成。另外，副线路22由形成于第二层的平面螺旋状的平面导体构成。将主线路20与副线路22相邻配置为至少一部分的长度方向一致。通过主线路20以及副线路22的上述配置结构，在主线路20与副线路22之间形成有电容器34。在从主面90a侧(z轴正方向)观察时，主线路20从输入端子40逆时针地形成于第一层以及第二层，副线路22从检测端子42逆时针地形成于第二层。根据上述结构，主线路20与副线路22例如具有互感(-M)，能够进行电场耦合以及磁场耦合。另外，在第二层形成有构成电容器31的一个电极、构成电容器32的一个电极、以及构成电容器33的一个电极。

此外，主线路20、副线路21以及22除了如上述那样由大致环状或者螺旋状的平面导体构成之外，也可以由蜿蜒状的平面导体构成。并且，在主线路20、副线路21以及22的至少一部分的电感值可以较小的情况下，该至少一部分可以由单纯的线状的布线形成。

另外，如图2D所示，在第三层形成有构成电容器31的另一个电极、构成电容器32的另一个电极、以及构成电容器33的另一个电极。

根据定向耦合器1的上述安装结构，通过将主线路20与副线路21以及22配置为能够磁场耦合以及能够电场耦合且配置电容器31，由此能够利用副线路21以及22的检测端子41以及42来检测与在主线路20中传送的高频信号对应的信号。

此外，电容器31～34分别也可以是如本实施方式中的电容器34那样由两个布线与其间的电介质形成的线间电容。另外，也可以像本实施方式中的电容器31～33那样，是由对置的两个平面电极以及其间的电介质形成的电容。另外，也可以是由梳齿状电极形成的电容。另外，也可以是由MOS(Metal Oxide Semiconductor：金属氧化物半导体)形成的电容。

[1.4变形例1的高频电路2A的电路结构]

接下来，一边参照图3一边具体地说明变形例1的高频电路2A的电路结构。如图3所示，高频电路2A具备定向耦合器1、功率放大器10以及13、匹配电路11、12以及14、校正电路15、对数转换电路51、52以及53、检波电路54、55以及56、增益转换电路57、58以及59、加法电路60、开关61、高频输入端子110以及111、高频输出端子120。本变形例的高频电路2A与实施方式的高频电路2进行比较，主要在如下的方面不同，附加功率放大器13、匹配电路14以及开关61。以下，对于本变形例的高频电路2A，关于与实施方式的高频电路2相同的方面省略说明，以不同点为中心进行说明。

功率放大器13是高频电路部件的一例子，对从RFIC3经由高频输入端子111输入的高频信号进行放大。功率放大器13是放大器的一例子，配置于将高频输入端子111和定向耦合器1连结的路径，增益基于从加法电路60输出的信号而可变。

匹配电路14是高频电路部件的一例子，连接在功率放大器13的输出端子与输入端子40之间，取得功率放大器13与主线路20的阻抗匹配。

开关61连接在功率放大器10以及13与输入端子40之间，切换功率放大器10与输入端子40的连接、以及功率放大器13与输入端子40的连接。

校正电路15连接在加法电路60的输出端子与功率放大器10以及13之间，生成与从加法电路60输出的加法信号对应的校正信号，并将该校正信号输出到功率放大器10以及13。通过该校正信号，例如将向功率放大器10以及13供给的电源电压(Vcc)或者偏置电压(或者电流)优化。此外，上述校正信号的输出目的地除了是功率放大器10以及13之外，还可以是匹配电路11、12或者14。

根据高频电路2A的上述结构，从各检测端子输出包含具有虚数成分的至少两个电磁场耦合信号的三个信号，将这三个信号进行对数转换以及相加，由此能够高精度地检测从功率放大器10以及13输出的高频信号的功率、负载的反射系数的大小以及相位。因此，例如，能够针对频率不同的多个高频信号中的每个，提高负载阻抗的检测精度。

[1.5变形例2的高频电路2B的电路结构]

接下来，一边参照图4一边具体地说明变形例2的高频电路2B的电路结构。如图4所示，高频电路2B具备定向耦合器1、功率放大器10、匹配电路11以及12、校正电路15、对数转换电路51、52以及53、检波电路54、55以及56、增益转换电路57、58以及59、加法电路60、高频输入端子110、高频输出端子120。本变形例的高频电路2B与实施方式的高频电路2进行比较，在如下的方面不同，校正信号的输出目的地不仅包含功率放大器10，还包含匹配电路11以及12。以下，对于本变形例的高频电路2B，关于与实施方式的高频电路2相同的方面省略说明，以不同点为中心进行说明。

将从校正电路15输出的校正信号输出到功率放大器10、匹配电路11以及12。

匹配电路11是高频电路部件的一例子，配置于将高频输入端子110和定向耦合器1连结的路径，阻抗基于从加法电路60输出的信号而可变，取得功率放大器10与主线路20的阻抗匹配。

匹配电路12是高频电路部件的一例子，配置于将高频输出端子120和定向耦合器1连结的路径，阻抗基于从加法电路60输出的信号而可变，取得主线路20与天线4的阻抗匹配。

此外，匹配电路11以及12分别包含电感值可变的可变电感器以及电容值可变的可变电容器中的至少一个。

校正电路15连接在加法电路60的输出端子与功率放大器10、匹配电路11以及12之间，生成与从加法电路60输出的加法信号对应的校正信号，并将该校正信号输出到功率放大器10、匹配电路11以及12。通过该校正信号，例如将供给到功率放大器10的电源电压(Vcc)或者偏置电压(或者电流)优化，将匹配电路11以及12的阻抗优化。

根据高频电路2B的上述结构，从各检测端子输出包含具有虚数成分的至少两个电磁场耦合信号的三个信号，将这三个信号进行对数转换以及相加，由此能够高精度地检测从功率放大器10输出的高频信号的功率、负载的反射系数的大小以及相位。因此，能够将高精度地检测出的负载阻抗反馈给各种高频电路部件。

[1.6变形例3的高频电路2C的电路结构]

接下来，一边参照图5一边具体地说明变形例3的高频电路2C的电路结构。如图5所示，高频电路2C具备定向耦合器1、功率放大器10、衰减器16、匹配电路11以及12、校正电路15、对数转换电路51、52以及53、检波电路54、55以及56、增益转换电路57、58以及59、加法电路60、高频输入端子110、高频输出端子120。本变形例的高频电路2C与实施方式的高频电路2进行比较，在如下的方面不同，附加衰减器16，校正信号的输出目的地是衰减器16。以下，对于本变形例的高频电路2C，关于与实施方式的高频电路2相同的方面省略说明，以不同点为中心进行说明。

衰减器16是高频电路部件的一例子，连接在高频输入端子110与功率放大器10之间，衰减率基于从加法电路60输出的信号而可变。由此，衰减器16能够使从高频输入端子110输入的高频信号衰减。衰减器16例如由多个电阻元件构成，该多个电阻元件中的至少一个是电阻值可变的可变电阻元件。

校正电路15连接在加法电路60的输出端子与衰减器16之间，生成与从加法电路60输出的加法信号对应的校正信号，并将该校正信号输出到衰减器16。通过该校正信号，例如衰减器16的衰减率可变。此外，上述校正信号的输出目的地除了是衰减器16之外，也可以是功率放大器10、匹配电路11或者12。

例如，在功率放大器10的增益变动而增加的情况下，通过对由定向耦合器1检测出的第一高频信号～第三高频信号进行信号处理而得到的校正信号，提高衰减器16的衰减率。由此，能够抑制从功率放大器10输出的高频信号的功率上升。

根据高频电路2C的上述结构，从各检测端子输出包含具有虚数成分的至少两个电磁场耦合信号的三个信号，将这三个信号进行对数转换以及相加，由此能够高精度地检测从功率放大器10输出的高频信号的功率、负载的反射系数的大小以及相位。因此，能够将高精度地检测出的功率信息以及负载阻抗信息(校正信号)反馈给衰减器16，抑制基于功率放大器10的增益变动的功率变动。

此外，在高频电路2C中，优选衰减器16并不是配置在功率放大器10与定向耦合器1之间(功率放大器10的后级)，而是配置在高频输入端子110与功率放大器10之间(功率放大器10的前级)。若将衰减器16配置于功率放大器10的后级，则使放大后的高输出信号衰减，效率降低。

另外，在高频电路2C中，也可以取代功率放大器10，而具备连接在高频输入端子110与定向耦合器1之间的低噪声放大器。此时，优选衰减器16配置在低噪声放大器的输出端子侧(后级)。若将衰减器16配置在低噪声放大器的前级，则使微弱的输入信号衰减，接收灵敏度降低。

[1.7变形例4的高频电路2D的电路结构]

接下来，一边参照图6一边具体地说明变形例4的高频电路2D的电路结构。如图6所示，高频电路2D具备定向耦合器1、功率放大器10、匹配电路11以及12、校正电路15、对数转换电路51、52以及53、检波电路54、55以及56、增益转换电路57、58以及59、加法电路60、高频输入端子110、高频输出端子120。本变形例的高频电路2D与实施方式的高频电路2进行比较，在如下的方面不同，功率放大器10具有反馈电路17，校正信号的输出目的地是反馈电路17。以下，对于本变形例的高频电路2D，关于与实施方式的高频电路2相同的方面省略说明，以不同点为中心进行说明。

功率放大器10是高频电路部件的一例子，对从RFIC3经由高频输入端子110输入的高频信号进行放大。功率放大器10是放大器的一例子，配置于将高频输入端子110和定向耦合器1连结的路径，增益基于从加法电路60输出的信号而可变。另外，功率放大器10具有与输入端以及输出端连接的反馈电路17。反馈电路17接受从校正电路15输出的校正信号。

反馈电路17例如具有可变电阻元件以及可变电容元件中的至少一个，使可变电阻元件的电阻值和/或可变电容元件的电容值变化，由此反馈率变化。可变电阻元件例如也可以具有如下的结构，具有电阻值不同的多个电阻元件，通过开关来选择该多个电阻元件中的至少一个。另外，可变电容元件例如也可以具有如下的结构，具有电容值不同的多个电容元件，通过开关来选择该多个电容元件中的至少一个。

校正电路15连接在加法电路60的输出端子与反馈电路17之间，生成与从加法电路60输出的加法信号对应的校正信号，并将该校正信号输出到反馈电路17。通过该校正信号，例如反馈电路17的反馈率可变。此外，上述校正信号的输出目的地除了是反馈电路17之外，也可以是匹配电路11或者12。

例如，在功率放大器10的增益变动而增加的情况下，通过对由定向耦合器1检测出的第一高频信号～第三高频信号进行信号处理而得到的校正信号，使反馈电路17的反馈率增加。由此，能够减少功率放大器10的增益。另一方面，在功率放大器10的增益变动而减少的情况下，通过对由定向耦合器1检测出的第一高频信号～第三高频信号进行信号处理而得到的校正信号，减少反馈电路17的反馈率。由此，能够增加功率放大器10的增益。

根据高频电路2D的上述结构，从各检测端子输出包含具有虚数成分的至少两个电磁场耦合信号的三个信号，将这三个信号进行对数转换以及相加，由此能够高精度地检测从功率放大器10输出的高频信号的功率、负载的反射系数的大小以及相位。因此，能够将高精度地检测出的功率信息以及负载阻抗信息(校正信号)反馈给反馈电路17，抑制功率放大器10的增益变动。

[2效果等]

像以上那样，实施方式的定向耦合器1具备输入端子40、输出端子44、检测端子41、与输入端子40以及输出端子44连接的主线路20、副线路21、电容器31，将副线路21与主线路20配置为能够磁场耦合以及能够电场耦合，副线路21与电容器31的一端以及检测端子41连接，电容器31的另一端与大地连接。

由此，通过将副线路21与主线路20配置为能够磁场耦合以及能够电场耦合且配置电容器31，由此能够利用副线路21生成基于电磁场耦合的信号，该电磁场耦合的信号通过磁场耦合而生成的信号成分与通过电场耦合而生成的信号成分错开相位地重叠而得。另外，能够从检测端子41输出基于该电磁场耦合的信号。因此，定向耦合器1能够检测基于电磁场耦合的信号，能够将其用于负载阻抗的检测精度的提高。

另外，例如也可以是，定向耦合器1还具备：副线路22；电容器32，串联配置于将主线路20以及大地连结的第一路径；电容器33，串联配置于第一路径中电容器32与主线路20之间的路径；以及检测端子42以及43，将副线路22与主线路20配置为能够磁场耦合以及能够电场耦合，副线路22与电容器31的一端以及检测端子42连接，检测端子43连接在第一路径中电容器32与电容器33的连接点。

由此，通过将副线路22与主线路20配置为能够磁场耦合以及能够电场耦合且配置电容器31，由此能够利用副线路22生成基于电磁场耦合的信号，该基于电磁场耦合的信号通过磁场耦合而生成的信号成分与通过电场耦合而生成的信号成分错开相位地重叠而得。即，能够从检测端子41～43输出包含具有虚数成分的至少两个电磁场耦合信号的三个信号。因此，能够进一步提高负载阻抗的检测精度。

另外，也可以是，实施方式的高频电路2具备：高频输入端子110以及高频输出端子120；定向耦合器1；对数转换电路51，与检测端子41连接；对数转换电路52，与检测端子42连接；对数转换电路53，与检测端子43连接；加法电路60，与对数转换电路51～53连接；以及高频电路部件，配置于将高频输入端子110和定向耦合器1连结的路径、或者将高频输出端子120和定向耦合器1连结的路径，与加法电路60的输出端子连接。

由此，对从定向耦合器1输出的信号进行对数转换，因此能够利用简易的运算处理，高精度地提取功率成分、负载阻抗电阻成分以及电抗成分。另外，能够将提取出的功率成分、负载阻抗电阻成分以及电抗成分用于高频电路部件的特性改善。因此，能够提高负载阻抗的检测精度，并且能够改善高频电路部件的特性。

另外，例如也可以是，高频电路2还具备校正电路15，该校正电路15连接在加法电路60的输出端子与高频电路部件之间，向该高频电路部件输出校正信号。

由此，基于提取出的功率成分、负载阻抗电阻成分以及电抗成分，能够使高频电路部件的特性稳定化。

另外，例如在高频电路2中，也可以是，高频电路部件是功率放大器10。

由此，能够基于提取出的功率成分、负载阻抗电阻成分以及电抗成分来控制功率放大器10的增益，因此能够使在主线路20中传送的高频信号的功率稳定化。

另外，例如，在高频电路2中，也可以是，功率放大器10具有反馈电路17，该反馈电路17与输入端以及输出端连接，接受从校正电路15输出的信号。

由此，能够基于提取出的功率成分、负载阻抗电阻成分以及电抗成分来控制功率放大器10的反馈率，因此能够将功率放大器10的增益优化。

另外，例如，在高频电路2中，也可以是，高频电路部件是匹配电路11。

由此，能够基于提取出的功率成分、负载阻抗电阻成分以及电抗成分来控制匹配电路11的阻抗，因此能够将在主线路20中传送的高频信号低损失化。

另外，例如，在高频电路2中，也可以是，高频电路部件是衰减器16。

由此，能够基于提取出的功率成分、负载阻抗电阻成分以及电抗成分来控制衰减器16的衰减率，因此能够使在主线路20中传送的高频信号的功率稳定化。

另外，例如，在高频电路2中，也可以是，对数转换电路51～53分别包含二极管或者双极晶体管。

由此，二极管以及双极晶体管的电压-电流特性为指数函数，因此，利用通过将电流设为输入、将电压设为输出而简化的结构，能够实现对数函数的输入输出特性。

另外，例如也可以是，高频电路2还具备：检波电路54，连接在检测端子41与对数转换电路51之间；检波电路55，连接在检测端子42与对数转换电路52之间；检波电路56，连接在检测端子43与对数转换电路53之间；增益转换电路57，连接在对数转换电路51与加法电路60之间；增益转换电路58，连接在对数转换电路52与加法电路60之间；以及增益转换电路59，连接在对数转换电路53与加法电路60之间。

由此，将从定向耦合器1输出的第一交流信号～第三交流信号转换为直流信号，进行对数转换，并进行增益转换，因此能够利用简易的运算处理，高精度地提取功率成分、负载阻抗电阻成分以及电抗成分。

另外，实施方式的定向耦合器1具备：输入端子40；输出端子44；检测端子41；主线路20，与输入端子40以及输出端子44连接；副线路21；以及电容器31，副线路21与主线路20在至少一部分相邻配置，副线路21与电容器31的一端以及检测端子41连接，电容器31的另一端与大地连接。

另外，实施方式的定向耦合器1具备：输入端子40；输出端子44；检测端子41；主线路20，与输入端子40以及输出端子44连接；副线路21；以及电容器31，在副线路21与主线路20之间没有布线，副线路21与电容器31的一端以及检测端子41连接，电容器31的另一端与大地连接。

由此，副线路21与主线路20通过在至少一部分相邻配置且配置电容器31，由此能够利用副线路21生成基于电磁场耦合的信号，该基于电磁场耦合的信号通过磁场耦合而生成的信号成分与通过电场耦合而生成的信号成分错开相位地重叠而得。另外，能够从检测端子41输出基于该电磁场耦合的信号。因此，定向耦合器1能够检测基于电磁场耦合的信号，能够将其用于负载阻抗的检测精度的提高。

另外，例如也可以是，定向耦合器1还具备：副线路22；电容器32，串联配置于将主线路20以及大地连结的第一路径；电容器33，串联配置于第一路径中电容器32与主线路20之间的路径；以及检测端子42以及43，副线路22与主线路20在至少一部分相邻配置，副线路22与电容器31的一端以及检测端子42连接，检测端子43连接在第一路径中电容器32与电容器33的连接点。

由此，副线路22与主线路20通过在至少一部分相邻配置且配置电容器31，由此能够利用副线路22生成基于电磁场耦合的信号，该基于电磁场耦合的信号通过磁场耦合而生成的信号成分与通过电场耦合而生成的信号成分错开相位地重叠而得。即，能够从检测端子41～43输出包含具有虚数成分的至少两个电磁场耦合信号的三个信号。因此，能够进一步提高负载阻抗的检测精度。

另外，实施方式的通信装置5具备：RFIC3，对高频信号进行处理；以及高频电路2，在RFIC3与天线4之间传送高频信号。

由此，能够利用通信装置5实现高频电路2的效果。

(其他的实施方式)

以上，对于本发明的定向耦合器、高频电路以及通信装置，列举实施方式以及变形例进行了说明，但本发明不限于上述实施方式以及变形例。针对上述实施方式以及变形例在不脱离本发明的主旨的范围内实施本领域技术人员想到的各种变形而得的变形例、内置了本发明的定向耦合器、高频电路以及通信装置的各种机器也包含于本发明。

另外，例如，在上述实施方式以及变形例的定向耦合器、高频电路以及通信装置中，也可以在各构成要素之间连接电感器以及电容器等匹配元件以及开关电路。此外，在电感器中也可以包含基于将各构成要素间相连的布线的布线电感器。

产业上的可利用性

本发明能够广泛作为定向耦合器使用。

附图标记的说明

1…定向耦合器；2、2A、2B、2C、2D…高频电路；3…RFIC；4…天线；5…通信装置；10、13…功率放大器；11、12、14…匹配电路；15…校正电路；16…衰减器；17…反馈电路；20…主线路；21、22…副线路；31、32、33、34…电容器；40…输入端子；41、42、43…检测端子；44…输出端子；51、52、53…对数转换电路；54、55、56…检波电路；57、58、59…增益转换电路；60…加法电路；61…开关；90…基板；90a、90b…主面；110、111…高频输入端子；120…高频输出端子。

Claims (17)

1.一种定向耦合器，其中，具备：

输入端子；

输出端子；

第一检测端子；

主线路，与所述输入端子以及所述输出端子连接；

第一副线路；以及

第一电容元件，

将所述第一副线路与所述主线路配置为能够磁场耦合以及能够电场耦合，

所述第一副线路与所述第一电容元件的一端以及所述第一检测端子连接，

所述第一电容元件的另一端与大地连接。

2.根据权利要求1所述的定向耦合器，其中，还具备：

第二副线路；

第二电容元件，串联配置于将所述主线路和接地连结的第一路径；

第三电容元件，串联配置于所述第一路径中所述第二电容元件与所述主线路之间的路径；

第二检测端子；以及

第三检测端子，

将所述第二副线路与所述主线路配置为能够磁场耦合以及能够电场耦合，

所述第二副线路与所述第一电容元件的一端以及所述第二检测端子连接，

所述第三检测端子连接在所述第一路径中所述第二电容元件与所述第三电容元件的连接点。

3.一种高频电路，其中，具备：

高频输入端子以及高频输出端子；

权利要求2所述的定向耦合器；

第一运算电路，与所述第一检测端子连接；

第二运算电路，与所述第二检测端子连接；

第三运算电路，与所述第三检测端子连接；

加法电路，与所述第一运算电路、所述第二运算电路以及所述第三运算电路连接；以及

高频电路部件，配置于将所述高频输入端子和所述定向耦合器连结的路径、或者将所述高频输出端子和所述定向耦合器连结的路径，所述高频电路部件与所述加法电路的输出端子连接。

4.根据权利要求3所述的高频电路，其中，

还具备校正电路，该校正电路连接在所述加法电路的输出端子与所述高频电路部件之间，向所述高频电路部件输出校正信号。

5.根据权利要求4所述的高频电路，其中，

所述高频电路部件是放大器。

6.根据权利要求5所述的高频电路，其中，

所述放大器具有反馈电路，该反馈电路与输入端以及输出端连接，接受从所述校正电路输出的信号。

7.根据权利要求4所述的高频电路，其中，

所述高频电路部件是匹配电路。

8.根据权利要求4所述的高频电路，其中，

所述高频电路部件是衰减器。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的高频电路，其中，

所述第一运算电路、所述第二运算电路以及所述第三运算电路分别包含二极管或者双极晶体管。

10.根据权利要求3至9中任一项所述的高频电路，其中，

所述第一运算电路、所述第二运算电路以及所述第三运算电路分别是对数转换电路。

11.根据权利要求3至10中任一项所述的高频电路，其中，还具备：

第一检波电路，连接在所述第一检测端子与所述第一运算电路之间；

第二检波电路，连接在所述第二检测端子与所述第二运算电路之间；

第三检波电路，连接在所述第三检测端子与所述第三运算电路之间；

第一增益转换电路，连接在所述第一运算电路与所述加法电路之间；

第二增益转换电路，连接在所述第二运算电路与所述加法电路之间；以及

第三增益转换电路，连接在所述第三运算电路与所述加法电路之间。

12.一种定向耦合器，其中，具备：

输入端子；

输出端子；

第一检测端子；

主线路，与所述输入端子和所述输出端子连接；

第一副线路；以及

第一电容元件，

所述第一副线路与所述主线路在至少一部分相邻配置，

所述第一副线路与所述第一电容元件的一端以及所述第一检测端子连接，

所述第一电容元件的另一端与大地连接。

13.一种定向耦合器，其中，具备：

输入端子；

输出端子；

第一检测端子；

主线路，与所述输入端子和所述输出端子连接；

第一副线路；以及

第一电容元件，

在所述第一副线路与所述主线路之间没有布线，

所述第一副线路与所述第一电容元件的一端以及所述第一检测端子连接，

所述第一电容元件的另一端与大地连接。

14.根据权利要求12或13所述的定向耦合器，其中，还具备：

第二副线路；

第二电容元件，串联配置于将所述主线路和接地连结的第一路径；

第三电容元件，串联配置于所述第一路径中所述第二电容元件与所述主线路之间的路径；

第二检测端子；以及

第三检测端子，

所述第二副线路与所述主线路在至少一部分相邻配置，

所述第二副线路与所述第一电容元件的一端以及所述第二检测端子连接，

所述第三检测端子连接在所述第一路径中所述第二电容元件与所述第三电容元件的连接点。

15.一种高频电路，其中，具备：

高频输入端子以及高频输出端子；

权利要求14所述的定向耦合器；

第一运算电路，与所述第一检测端子连接；

第二运算电路，与所述第二检测端子连接；

第三运算电路，与所述第三检测端子连接；

加法电路，与所述第一运算电路、所述第二运算电路以及所述第三运算电路连接；以及

高频电路部件，配置于将所述高频输入端子和所述定向耦合器连结的路径或者配置于将所述高频输出端子和所述定向耦合器连结的路径，所述高频电路部件与所述加法电路的输出端子连接。

16.根据权利要求15所述的高频电路，其中，

还具备校正电路，该校正电路连接在所述加法电路的输出端子与所述高频电路部件之间，向所述高频电路部件输出校正信号。

17.一种通信装置，其中，具备：

信号处理电路，对利用天线发送接收的高频信号进行处理；以及

权利要求3至11、15以及16中任意一项所述的高频电路，在所述天线与所述信号处理电路之间传送所述高频信号。