CN1383591A - 定向耦合器和定向耦合方法 - Google Patents

定向耦合器和定向耦合方法 Download PDF

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CN1383591A
CN1383591A CN01801880.7A CN01801880A CN1383591A CN 1383591 A CN1383591 A CN 1383591A CN 01801880 A CN01801880 A CN 01801880A CN 1383591 A CN1383591 A CN 1383591A
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山崎正纯
佐佐木冨士雄
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Abstract

输入端子101通过开路短截线107、主线路105、开路短截线108连接到输出端子102。耦合端子103通过与主线路105电磁耦合的副线路106连接到隔离端子104。开路短截线107和开路短截线108在期望的截止频率时具有与1/4波长相当的短截线长度。由此,即使在微波至毫米波频带中,也可以提供小型、低损耗并且具有良好的高频寄生抑制特性的定向耦合器和定向耦合方法。

Description

定向耦合器和定向耦合方法
                        技术领域
本发明特别涉及从微波至毫米波频带使用的携带电话、无线数据通信终端等的无线通信机中使用的可应用于带状线路的定向耦合器和定向耦合方法。
                        背景技术
一般来说，在无线通信机中，为了监视发送功率，使用采用λ/4带状线路的定向耦合器或能够小型化的层积型定向耦合器。例如，在(日本)特开平10-290108号公报(定向耦合器)中披露的定向耦合器是附加了低通滤波器功能的定向耦合器。通过将定向耦合器和构成低通滤波器的电容器或并联谐振器进行一体化并构成层积体，与单独实现定向耦合器和低通滤波器的情况相比，可以获得小型并且损耗低的特性。
这里，从携带电话的普及和高速数据通信的需要来看，无线通信的载波频率有高频化至频率资源丰富的微波至毫米波频带的倾向。而且，作为低通滤波器抑制对象的高谐波频率频带还有成为高频化载波频率的整数倍的高频频带。在这样高的高频频带中，不能忽视相对于波长的部件尺寸，电路按分布常数工作。因此，在现有的无线通信机中，不能实现构成低通滤波器的电容器或并联谐振器所需要的特性，存在不能获得作为滤波器的期望抑制量的问题。
                        发明内容
本发明的目的在于，在微波至毫米波频带中，也可以提供小型、低损耗并且获得良好的高频寄生抑制特性的定向耦合器和定向耦合方法。
该目的如下实现：在定向耦合器的主线路的输入输出中配置高频寄生抑制用的短截线，在载波频率时短截线具有的电纳和主线路进行输入输出端上连接的电路间的阻抗匹配。
                        附图说明
图1表示本发明实施例1的定向耦合器的结构例的图；
图2表示本发明实施例1的定向耦合器的匹配电路的图；
图3表示本发明实施例1自定向耦合器的特性的图；
图4表示使用本发明实施例1的定向耦合器的无线通信机的结构例的图；
图5表示本发明实施例2的定向耦合器的结构例的图；
图6表示本发明实施例2的定向耦合器的匹配电路的图；
图7表示本发明实施例2的定向耦合器的特性的图；
图8表示使用本发明实施例2的定向耦合器的无线通信机的结构例的图；
图9表示本发明实施例3的定向耦合器的结构例的图；
图10表示本发明实施例3的定向耦合器的匹配电路的图；
图11表示本发明实施例3的定向耦合器的特性的图；
图12表示使用本发明实施例3的定向耦合器的无线通信机的结构例的图；
图13表示本发明实施例4的定向耦合器的结构例的图；
图14表示本发明实施例4的定向耦合器的匹配电路的图；
图15表示本发明实施例4的定向耦合器的特性的图；
图16表示使用本发明实施例4的定向耦合器的无线通信机的结构例的图；
图17表示本发明实施例5的定向耦合器的结构例的图；
图18表示本发明实施例5的定向耦合器的匹配电路的图；
图19表示本发明实施例5的定向耦合器的特性的图；
图20表示使用本发明实施例5的定向耦合器的无线通信机的结构例的图；
图21表示本发明实施例6的定向耦合器的结构例的图；
图22表示本发明实施例6的定向耦合器的匹配电路的图；
图23表示本发明实施例6的定向耦合器的特性的图；
图24表示使用本发明实施例6的定向耦合器的无线通信机的结构例的图；
图25表示本发明实施例7的定向耦合器的结构例的图；
图26表示本发明实施例7的定向耦合器的匹配电路的图；
图27表示本发明实施例7的定向耦合器的特性的图；
图28表示使用本发明实施例7的定向耦合器的无线通信机的结构例的图；
图29表示本发明实施例8的定向耦合器的结构例的图；
图30表示本发明实施例8的定向耦合器的匹配电路的图；
图31表示本发明实施例8的定向耦合器的特性的图；
图32表示使用本发明实施例8的定向耦合器的无线通信机的结构例的图；
图33表示本发明实施例9的定向耦合器的结构例的图；
图34表示本发明实施例9的定向耦合器的匹配电路的图；
图35表示本发明实施例9的定向耦合器的特性的图；及
图36表示使用本发明实施例9的定向耦合器的无线通信机的结构例的图。
                      具体实施方式
本发明在定向耦合器的主线路的输入输出中配置高频寄生抑制用的短截线，通过在载波频率时短截线具有的电纳和主线路进行输入输出端上连接的电路间的阻抗匹配，即使在微波至毫米波频带中，也可实现小型、低损耗并且获得良好的高频寄生抑制特性。短截线是信号线上装载的一种线路，具有电气长度、特性阻抗和终端条件(开路/短路)这三个参数。电气长度是由短截线的长度决定的参数，特性阻抗是由短截线的宽度决定的参数。
以下，参照附图来说明本发明的实施例。
(实施例1)
图1是表示本发明实施例1的定向耦合器的结构例的图，是应用于监视发送功率的定向耦合器。
定向耦合器100主要由输入端子101、输出端子102、耦合端子103、隔离端子104、主线路105、副线路106、开路短截线107及开路短截线108构成。
输入端子101通过开路短截线107、主线路105、开路短截线108连接到输出端子102。耦合端子103通过与主线路105电磁耦合的副线路106连接到隔离端子104。
开路短截线107和开路短截线108具有相同特性，在期望的截止频率fs11时具有与1/4波长相当的短截线长度。以下说明使主线路105和副线路106构成的定向耦合器的特性阻抗与外部电路的阻抗相等。
首先，说明实现抑制期望的截止频率时的无用波。开路短截线的电纳Bos(f)在短截线的电气长度与1/4波长相当的频率f＝fsos时有Bos(fsos)＝无限大。因此，在频率fsos时，插入开路短截线后的阻抗Zos无论短截线插入点的阻抗Zip的值如何，都如下式(1)所示，使电路短路。
Zos(fsos)＝1/{1/Zip+jBos(fsos)}＝0Ω           ……(1)
因此，在图1所示的结构中，在fs11时，由于通过开路短截线107、108使主线路105短路，所以可以抑制截止频率fs11时的无用波。
下面，说明进行通过频率时的与定向耦合器100的输入输出连接的外部电路(图中省略)的阻抗匹配的情况。在图1中，主线路105和开路短截线107、108例如可以由微带线那样的分布常数元件来构成。一般地，分布常数元件具有与电感器或电容器等集中常数元件不同的频率特性，但如果限制在单一的频率内，那么通过分布常数元件可以高精度地近似于集中常数元件。
图2表示通过频率f0时由集中常数元件来近似图1的定向耦合器100的输入端子101至输出端子102的匹配电路200。在图2中，输入端子201对应于图1的输入端子101，输出端子202对应于图1的输出端子102，电感器203对应于图1的主线路105，电容器204对应于图1的开路短截线107，电容器205对应于图1的开路短截线108。这里，匹配电路200有与π型LC匹配电路相同的结构，所以可以获得与输入端子201和输出端子202上连接的外部电路间的匹配，其结果，可以减少不匹配损耗，实现低损耗特性。
图3表示设计通过频率f0＝5GHz、截止频率fs11＝10GHz、耦合度为17dB的定向耦合器的通过特性。定向耦合器100构成在基板厚度为0.635mm、介电常数为10的铝基板上。
这里，通过频率f0时的输入端子101和输出端子102间的损耗是0.25dB，其中，耦合损耗是0.09dB，纯粹的损耗是0.16dB。现有的定向耦合器在单体时有0.2dB的损耗(包括耦合损耗)，滤波器的损耗为0.2dB左右，所以实施例1的定向耦合器100与现有的定向耦合器相比，通过特性改善了约0.15dB。而且，在fs11(10GHz：相当于2倍波)时获得30dB以上的抑制量。
图4是表示采用本发明实施例1的定向耦合器的无线通信机的具体结构例的图。在图4中，由于定向耦合器100的结构与图1相同，所以附以与图1相同的标号，并省略详细的说明。在图4中，输入到可变增益放大器401的高频信号通过功率放大器402、定向耦合器100从天线403发送。电阻404是防止天线的不匹配等造成的一部分反射波在耦合端子103上产生感应的吸收电阻。自动功率控制电路405监视从定向耦合器100取出的一部分发送输出，控制可变增益放大器401的增益，使得发送输出收敛在规定的范围内。
于是，通过将除去高频寄生的低通滤波器的功能附加在定向耦合器上，与单独实现定向耦合器和低通滤波器的情况相比，可以获得小型、低损耗特性。而且，通过将定向耦合器形成为图1的电路结构，可以兼顾截止频率时的抑制特性和通过频率时的低损耗特性，并且可以实现小型的定向耦合器。
(实施例2)
以下，用图5至图8来说明本发明的实施例2。图5是表示本发明实施例2的定向耦合器的结构例的图，应用于监视发送功率的定向耦合器。
定向耦合器500主要由输入端子501、输出端子502、耦合端子503、隔离端子504、主线路505、副线路506、开路短截线507及开路短截线508构成。输入端子501通过开路短截线507、主线路505、开路短截线508连接到输出端子502。耦合端子503通过与主线路505电磁耦合的副线路506连接到隔离端子504。
开路短截线507和开路短截线508在两个不同的截止频率fs21和fs22时具有与1/4波长相当的短截线长度。以下说明使主线路505和副线路506构成的定向耦合器的特性阻抗与外部电路的阻抗相等。
首先，说明实现抑制期望的截止频率时的无用波。在图5所示的结构中，根据上述式(1)，在截止频率fs21时通过开路短截线507来使主线路505短路，而在截止频率fs22时通过开路短截线508来使主线路505短路，所以可以抑制两个不同的截止频率fs21和fs22时的无用波。
下面，说明进行通过频率时的与定向耦合器500的输入输出连接的外部电路(图中省略)的阻抗匹配的情况。主线路505和开路短截线507、508例如可以由微带线那样的分布常数元件来构成。一般地，分布常数元件具有与电感器或电容器等集中常数元件不同的频率特性，但如果限制在单一的频率内，那么通过分布常数元件可以高精度地近似于集中常数元件。
图6表示通过频率f0时由集中常数元件来近似图5的定向耦合器500的输入端子501至输出端子502的匹配电路600。这里，输入端子601对应于图5的输入端子501，输出端子602对应于图5的输出端子502，电感器603对应于图5的主线路505，电容器604对应于图5的开路短截线507。这里，匹配电路600有与π型LC匹配电路相同的结构，所以可以获得与输入端子601和输出端子602上连接的外部电路间的匹配，其结果，可以减少不匹配损耗，实现低损耗特性。
图7表示定向耦合器500的特性例的图，表示通过频率f0＝5GHz、截止频率fs21＝10GHz、fs22＝15GHz情况下的特性仿真结果。作为截止频率时的抑制量，在fs21(10GHz：相当于2倍波)时获得35dB以上的值，在fs22(15GHz：相当于3倍波)时获得30dB以上的值。
图8是表示采用本发明实施例2的定向耦合器的无线通信机的具体结构例的图。图8所示的无线通信机相对于图4所示的无线通信机来说，采用定向耦合器500来代替定向耦合器100。图8所示的无线通信机与图4所示的无线通信机相比，由于将不同的两个截止频率时除去寄生的功能附加在定向耦合器上，所以可以获得更良好的寄生抑制特性。
(实施例3)
以下，用图9至图12来说明本发明的实施例3。图9是表示本发明实施例3的定向耦合器的结构例的图，应用于监视发送功率的定向耦合器。
定向耦合器900主要由输入端子901、输出端子902、耦合端子903、隔离端子904、主线路905、副线路906、开路短截线907、开路短截线908及开路短截线909构成。输入端子901通过开路短截线907、主线路905、开路短截线908连接到输出端子902。开路短截线909被配置在主线路905上。耦合端子903通过与主线路905电磁耦合的副线路906连接到隔离端子904。
开路短截线907、908及909在三个不同的截止频率fs31、fs32及fs33时具有与1/4波长相当的短截线长度。而且，主线路905和副线路906不具有相同的长度也可以。
首先，说明实现抑制期望的截止频率时的无用波。在图9所示的结构中，根据上述式(1)，分别在截止频率fs31时通过开路短截线907、在截止频率fs32时通过开路短截线908、在截止频率fs33时通过开路短截线909来使主线路905短路，所以可以抑制三个不同的截止频率fs31、fs32和fs33时的无用波。
下面，说明进行通过频率时的与定向耦合器900的输入输出连接的外部电路(图中省略)的阻抗匹配的情况。主线路905和开路短截线907、908、909例如可以由微带线那样的分布常数元件来构成。一般地，分布常数元件具有与电感器或电容器等集中常数元件不同的频率特性，但如果限制在单一的频率内，那么通过分布常数元件可以高精度地近似于集中常数元件。
图10表示通过频率f0时由集中常数元件来近似图9的定向耦合器900的输入端子901至输出端子902的匹配电路1000。这里，输入端子1001对应于图9的输入端子901，输出端子1002对应于图9的输出端子902，电感器1003、1004对应于图9的主线路905，电容器1005对应于图9的开路短截线907，电容器1006对应于图9的开路短截线908，电容器1007对应于图9的开路短截线909。这里，匹配电路1000有与LC多级π型匹配电路相同的结构，所以可以获得与输入端子1001和输出端子1002上连接的外部电路间的匹配，其结果，可以减少不匹配损耗，实现低损耗特性。
图11表示定向耦合器900的特性例的图，表示Zos31＝57.7Ω、Zos32＝41.4Ω、Zos33＝50Ω、通过频率f0＝5GHz、截止频率fs31＝15GHz、fs32＝20GHz、fs33＝10GHz、主线路905的特征阻抗为50Ω、相位角为133.2度、开路短截线909配置在主线路905的中心情况下的模拟特性的模拟结果。Zos31、Zos32、Zos33是构成图9的开路短截线907、908、909的线路的阻抗。作为截止频率时的抑制量，在fs31(15GHz：相当于3倍波)时获得20dB以上的值，在fs32(20GHz：相当于4倍波)时获得20dB以上的值，在fs33(10GHz：相当于2倍波)时获得30dB以上的值。
图12是表示采用本发明实施例3的定向耦合器的无线通信机的具体结构例的图。图12所示的无线通信机相对于图4所示的无线通信机来说，采用定向耦合器900来代替定向耦合器100。图12所示的无线通信机与图4所示的无线通信机相比，由于将不同的三个截止频率时除去寄生的功能附加在定向耦合器900上，所以可以获得更良好的寄生抑制特性。
(实施例4)
以下，用图13至图16来说明本发明的实施例4。图13是表示本发明实施例4的定向耦合器的结构例的图，应用于监视发送功率的定向耦合器。
定向耦合器1300主要由输入端子1301、输出端子1302、耦合端子1303、隔离端子1304、主线路1305、副线路1306、开路短截线1307、开路短截线1308及短路短截线1309构成。输入端子1301通过开路短截线1307、主线路1305、开路短截线1308连接到输出端子1302。短路短截线1309被配置在主线路1305上。耦合端子1303通过与主线路1305电磁耦合的副线路1306连接到隔离端子1304。
开路短截线1307和开路短截线1308具有相同特性，在期望的截止频率fs11时具有与1/4波长相当的短截线长度。短路短截线1309在期望的通过频率f0时具有与1/4波长相当的短截线长度。以下说明使主线路1305和副线路1306构成的的定向耦合器的特性阻抗与外部电路的阻抗相等。
首先，说明实现抑制期望的截止频率时的无用波。在图13所示的结构中，根据上述式(1)，在截止频率fs41时通过开路短截线1307和开路短截线1308来使主线路1305短路，所以可以抑制截止频率fs41时的无用波。
短路短截线的电纳Bos(f)在短截线的电气长度与1/2波长相当的频率f＝fsss时有Bss(fsss)＝无限大。因此，在频率fsss时，插入短路短截线后的阻抗Zss无论短截线插入点的阻抗Zip的值如何，都如下式(2)所示，使电路短路。
Zss(fsss)＝1/{1/Zip+jBss(fsss)}＝0Ω         ……(2)
因此，在图13所示的结构中，在2f0时，由于通过短路短截线1309使主线路1305短路，所以可以抑制截止频率2f0时的无用波。
下面，说明进行通过频率时的与定向耦合器900的输入输出连接的外部电路(图中省略)的阻抗匹配的情况。在图13中，主线路1305、开路短截线1307、1308和短路短截线1309例如可以由微带线那样的分布常数元件来构成。一般地，分布常数元件具有与电感器或电容器等集中常数元件不同的频率特性，但如果限制在单一的频率内，那么通过分布常数元件可以高精度地近似于集中常数元件。
图14表示通过频率f0时由集中常数元件来近似图13的定向耦合器1300的输入端子1301至输出端子1302的匹配电路1400。在图14中，输入端子1401对应于图13的输入端子1301，输出端子1402对应于图13的输出端子1302，电感器1403对应于图13的主线路1305，电容器1404对应于图13的开路短截线1307，电容器1405对应于图13的开路短截线1308。短路短截线1309在通过频率f0时具有与1/4波长相当的短截线长度，所以电纳为0。因此，在图14中可忽略短路短截线1309。这里，匹配电路1400有与π型LC匹配电路相同的结构，所以可以获得与输入端子1401和输出端子1402连接的外部电路间的匹配，其结果，可以减少不匹配损耗，实现低损耗特性。
图15表示定向耦合器1300的特性例的图，表示Zos41＝60Ω、Zss41＝100Ω、通过频率f0＝5GHz、截止频率fs41＝10GHz、主线路1305的特征阻抗为50Ω、f0的相位角为67.4度、短路短截线1309配置在主线路1305的中心情况下的模拟特性结果。Zos41是构成开路短截线1307和开路短截线1308的线路的特性阻抗，Zss41是构成短路短截线1309的线路的特性阻抗。作为截止频率时的抑制量，在fs41(10GHz：相当于2倍波)时获得40dB以上的值。即使在低频区也可以获得抑制特性。在本次设计中，由于有fs41＝2f0这样的关系，所以开路短截线1307和开路短截线1308产生的截止频率与短路短截线1309产生的截止频率一致。这里，如果改变开路短截线1307和开路短截线1308的电气长度，那么可以在开路短截线1307和开路短截线1308产生的截止频率、以及短路短截线1309产生的截止频率这两个不同的频率时获得抑制特性。
图16是表示采用本发明实施例4的定向耦合器的无线通信机的具体结构例的图。图16所示的无线通信机相对于图4所示的无线通信机来说，采用定向耦合器1300来代替定向耦合器100。图16所示的无线通信机与图4所示的无线通信机相比，由于可以获得低频带区中的抑制特性，所以可以获得更良好的寄生抑制特性。
(实施例5)
以下，用图17至图20来说明本发明的实施例5。图17是表示本发明实施例5的定向耦合器的结构例的图，应用于监视发送功率的定向耦合器。
定向耦合器1700主要由输入端子1701、输出端子1702、耦合端子1703、隔离端子1704、主线路1705、副线路1706、开路短截线1707、开路短截线1708及短路短截线1709构成。输入端子1701通过开路短截线1707、主线路1705、开路短截线1708连接到输出端子1702。短路短截线1709被配置在主线路1705上。耦合端子1703通过与主线路1705电磁耦合的副线路1706连接到隔离端子1704。
开路短截线1707和开路短截线1708在两个不同的截止频率fs21和fs22时具有与1/4波长相当的短截线长度。短路短截线1709在期望的通过频率f0时具有与1/4波长相当的短截线长度。以下说明使主线路1705和副线路1706构成的的定向耦合器的特性阻抗与外部电路的阻抗相等。
首先，说明实现抑制期望的截止频率时的无用波。在图17所示的结构中，根据上述式(1)，在截止频率fs51时通过开路短截线1707来使主线路1705短路，而在截止频率fs52时通过开路短截线1708来使主线路1705短路，所以可以抑制两个不同的截止频率fs51和fs52时的无用波。在图17所示的结构中，根据上述式(2)，在2f0时，由于短路短截线1709使主线路1705短路，所以可以抑制截止频率2f0时的无用波。
下面，说明进行通过频率时的与定向耦合器1700的输入输出连接的外部电路(图中省略)的阻抗匹配的情况。主线路1705和开路短截线1707、1708、及短路短截线1709例如可以由微带线那样的分布常数元件来构成。一般地，分布常数元件具有与电感器或电容器等集中常数元件不同的频率特性，但如果限制在单一的频率内，那么通过分布常数元件可以高精度地近似于集中常数元件。
图18表示通过频率f0时由集中常数元件来近似图17的定向耦合器1700的输入端子1701至输出端子1702的匹配电路1800。这里，输入端子1801对应于图17的输入端子1701，输出端子1802对应于图17的输出端子1702，电感器1803对应于图17的主线路1705，电容器1804对应于图17的开路短截线1707，电容器1805对应于图17的开路短截线1708。短路短截线1709在通过频率f0时具有与1/4波长相当的短截线长度，所以电纳为0。因此，在图18中可忽略短路短截线1709。这里，匹配电路1800有与π型LC匹配电路相同的结构，所以可以获得与输入端子1801和输出端子1802上连接的外部电路间的匹配，其结果，可以减少不匹配损耗，实现低损耗特性。
图19表示定向耦合器1700的特性例的图，表示Zos51＝90Ω、Zos52＝52Ω、Zss51＝100Ω、通过频率f0＝5GHz、截止频率fs51＝10GHz、fs52＝15GHz、主线路1705的特征阻抗为50Ω、f0的相位角为74.5度、短路短截线1709配置在主线路1305的中心情况下的特性模拟结果。作为截止频率时的抑制量，在fs51(10GHz：相当于2倍波)时获得40dB以上的值，在fs52(15GHz：相当于3倍波)时获得25dB以上的值。
图20是表示采用本发明实施例5的定向耦合器的无线通信机的具体结构例的图。图20所示的无线通信机相对于图4所示的无线通信机来说，采用定向耦合器1700来代替定向耦合器100。图20所示的无线通信机与图4所示的无线通信机相比，由于将在两个不同的截止频率时除去寄生的功能附加在定向耦合器上，所以可以获得更良好的寄生抑制特性。由于可以获得低频区中的抑制特性，所以可以获得更好的寄生抑制特性。
(实施例6)
以下，用图21至图24来说明本发明的实施例6。图21是表示本发明实施例6的定向耦合器的结构例的图，应用于监视发送功率的定向耦合器。
定向耦合器2100主要由输入端子2101、输出端子2102、耦合端子2103、隔离端子2104、主线路2105、副线路2106、开路短截线2107、开路短截线2108、开路短截线2109及短路短截线2110构成。输入端子2101通过开路短截线2107、主线路2105、开路短截线2108连接到输出端子2102。开路短截线2109和短路短截线2110被配置在主线路2105上。耦合端子2103通过与主线路2105电磁耦合的副线路2106连接到隔离端子2104。
开路短截线2107、2108及2109在三个不同的截止频率fs61、fs62及fs63时具有与1/4波长相当的短截线长度。短路短截线2110在期望的通过频率f0时具有与1/4波长相当的短截线长度。而且，主线路2105和副线路2106不具有相同的长度也可以。
首先，说明实现抑制期望的截止频率时的无用波。在图21所示的结构中，根据上述式(1)，分别在截止频率fs61时通过开路短截线2107、在截止频率fs62时通过开路短截线2108、在截止频率fs63时通过开路短截线2109来使主线路2105短路，所以可以抑制三个不同的截止频率fs61、fs62和fs63时的无用波。在图21所示的结构中，根据上述式(2)，在2f0时，由于短路短截线2110使主线路2105短路，所以可以抑制截止频率2f0时的无用波。
下面，说明进行通过频率时的与定向耦合器2100的输入输出上连接的外部电路(图中省略)的阻抗匹配的情况。主线路2105和开路短截线2107、2108、2109及短路短截线2110例如可以由微带线那样的分布常数元件来构成。一般地，分布常数元件具有与电感器或电容器等集中常数元件不同的频率特性，但如果限制在单一的频率内，那么通过分布常数元件可以高精度地近似于集中常数元件。
图22表示通过频率f0时由集中常数元件来近似图21的定向耦合器2100的输入端子2101至输出端子2102的匹配电路2200。这里，输入端子2201对应于图21的输入端子2101，输出端子2202对应于图21的输出端子2102，电感器2203、2204对应于图21的主线路2105，电容器2205对应于图21的开路短截线2107，电容器2206对应于图21的开路短截线2109，电容器2207对应于图21的开路短截线2108。短路短截线2110在通过频率f0时具有与1/4波长相当的短截线长度，所以电纳为0。因此，在图22中短路短截线2110可忽略。这里，匹配电路2200有与LC多级π型匹配电路相同的结构，所以可以获得与输入端子2201和输出端子2202连接的外部电路间的匹配，其结果，可以减少不匹配损耗，实现低损耗特性。
图23表示图21的定向耦合器2100的特性例的图，表示Zos61＝57.7Ω、Zos62＝41.4Ω、Zos63＝50Ω、通过频率f0＝5GHz、截止频率fs61＝10GHz、fs62＝15GHz、fs63＝20GHz、主线路2105的特征阻抗为50Ω、相位角为133.2度、开路短截线2109配置在主线路2105的中心、短路短截线2110配置在开路短截线2108和开路短截线2109中间的结构的定向耦合器2100的模拟特性。Zos61、Zos62、Zos63是构成图21的开路短截线2107、2108、2109的线路的阻抗。作为截止频率时的抑制量，在fs61(10GHz：相当于2倍波)时获得40dB以上的值，在fs62(15GHz：相当于3倍波)时获得25dB以上的值，在fs63(20GHz：相当于4倍波)时获得40dB以上的值。
图24是表示采用本发明实施例6的定向耦合器的无线通信机的具体结构例的图。图24所示的无线通信机相对于图4所示的无线通信机来说，采用定向耦合器2100来代替定向耦合器100。图24所示的无线通信机与图4所示的无线通信机相比，由于将在不同的三个截止频率时除去寄生的功能附加在定向耦合器2100上，所以可以获得更良好的寄生抑制特性。而且，由于可以获得在低频区中的抑制特性，所以可以获得更好的寄生抑制特性。
(实施例7)
以下，用图25至图28来说明本发明的实施例7。图25是表示本发明实施例7的定向耦合器的结构例的图，应用于监视发送功率的定向耦合器。
定向耦合器2500主要由输入端子2501、输出端子2502、耦合端子2503、隔离端子2504、主线路2505、副线路2506、短路短截线2507及短路短截线2508构成。输入端子2501通过短路短截线2507、主线路2505、短路短截线2508连接到输出端子2502。耦合端子2503通过与主线路2505电磁耦合的副线路2506连接到隔离端子2504。
短路短截线2507和短路短截线2508具有相同特性，在期望的截止频率fs71时具有与1/2波长相当的短截线长度。再有，主线路2505和副线路2506具有不同长度也可以。
首先，说明实现抑制期望的截止频率时的无用波。在图25所示的结构中，根据上述式(1)，在截止频率fs71时通过短路短截线2507和短路短截线2508来使主线路2505短路，所以可以抑制截止频率fs71时的无用波。
下面，说明进行通过频率时的与定向耦合器2500的输入输出上连接的外部电路(图中省略)的阻抗匹配的情况。主线路2505、短路短截线2507、2508例如可以由微带线那样的分布常数元件来构成。一般地，分布常数元件具有与电感器或电容器等集中常数元件不同的频率特性，但如果限制在单一的频率内，那么通过分布常数元件可以高精度地近似于集中常数元件。
图26表示通过频率f0时由集中常数元件来近似图25的定向耦合器2500的输入端子2501至输出端子2502的匹配电路2600。这里，输入端子2601对应于图25的输入端子2501，输出端子2602对应于图25的输出端子2502，电感器2603对应于图25的主线路2505，电感器2604对应于图25的短路短截线2507，电感器2605对应于图25的短路短截线2508。这里，匹配电路2600有与LCπ型匹配电路相同的结构，所以可以获得与输入端子2601和输出端子2602上连接的外部电路间的匹配，其结果，可以减少不匹配损耗，实现低损耗特性。
图27表示定向耦合器2500的特性例的图，表示Zss71＝Zss72＝100Ω、通过频率f0＝5GHz、截止频率fs71＝15GHz、主线路2505的特征阻抗为50Ω、相位角为98.2度情况下的特性模拟结果。Zss71、Zss72是构成短路短截线2507和短路短截线2508的线路的阻抗。作为截止频率时的抑制量，在fs71(15GHz：相当于3倍波)时获得30dB以上的值。即使在低频区也可以获得抑制特性。
图28是表示采用本发明实施例7的定向耦合器的无线通信机的具体结构例的图。图28所示的无线通信机相对于图4所示的无线通信机来说，采用定向耦合器2500来代替定向耦合器100。图28所示的无线通信机与图4所示的无线通信机相比，由于可以获得低频带区中的抑制特性，所以可以获得更良好的寄生抑制特性。
(实施例8)
以下，用图29至图32来说明本发明的实施例8。图29是表示本发明实施例8的定向耦合器的结构例的图，应用于监视发送功率的定向耦合器。
定向耦合器2900主要由输入端子2901、输出端子2902、耦合端子2903、隔离端子2904、主线路2905、副线路2906、短路短截线2907、短路短截线2908及开路短截线2909构成。输入端子2901通过短路短截线2907、主线路2905、短路短截线2908连接到输出端子2902。开路短截线2909被配置在主线路2905上。耦合端子2903通过与主线路2905电磁耦合的副线路2906连接到隔离端子2904。
短路短截线2907和短路短截线2908具有相同特性，在期望的截止频率fs81时具有与1/2波长相当的短截线长度。开路短截线2909在截止频率fs82时具有与1/4波长相当的短截线长度。再有，主线路2905和副线路2906具有不同长度也可以。
首先，说明实现抑制期望的截止频率时的无用波。在图29所示的结构中，根据上述式(1)，在截止频率fs81时通过短路短截线2907和短路短截线2908来使主线路2905短路，所以可以抑制截止频率fs81时的无用波。而且，根据上述式(1)，在截止频率fs82时由开路短截线2909使主线路2905短路，所以可以抑制截止频率fs82时的无用波。
下面，说明进行通过频率时的与定向耦合器2900的输入输出上连接的外部电路(图中省略)的阻抗匹配的情况。主线路2905、短路短截线2907、2908及开路短截线2909例如可以由微带线那样的分布常数元件来构成。一般地，分布常数元件具有与电感器或电容器等集中常数元件不同的频率特性，但如果限制在单一的频率内，那么通过分布常数元件可以高精度地近似于集中常数元件。
图30表示通过频率f0时由集中常数元件来近似图29的定向耦合器2900的输入端子2901至输出端子2902的匹配电路3000。这里，输入端子3001对应于图29的输入端子2901，输出端子3002对应于图29的输出端子2902，电感器3003、3004对应于图29的主线路2905，电感器3005对应于图29的短路短截线2907，电感器3006对应于图29的短路短截线2908，电容器3007对应于开路短截线2909。这里，匹配电路3000有与LC多级π型匹配电路相同的结构，所以可以获得与输入端子3001和输出端子3002上连接的外部电路间的匹配，其结果，可以减少不匹配损耗，实现低损耗特性。
图31表示定向耦合器2900的特性例的图，表示Zss81＝Zss82＝50Ω、Zss83＝69.1Ω、通过频率f0＝5GHz、截止频率fs81＝15GHz、截止频率fs82＝10GHz、主线路2905的特征阻抗为50Ω、相位角为28.9度、开路短截线2909被配置在主线路2905的中心情况下的特性模拟结果。Zss81、Zss82是构成短路短截线2907、2908的线路的阻抗，Zss83是构成开路短截线2909的线路的阻抗。作为截止频率时的抑制量，在fs81(15GHz：相当于3倍波)时获得35dB以上的值，在fs82(10GHz：相当于2倍波)时获得30dB以上的值。而且，即使在低频区也可以获得抑制特性。
图32是表示采用本发明实施例8的定向耦合器的无线通信机的具体结构例的图。图32所示的无线通信机相对于图4所示的无线通信机来说，采用定向耦合器2900来代替定向耦合器100。图32所示的无线通信机与图4所示的无线通信机相比，由于可以将在两个不同的截止频率时除去寄生的功能附加在定向耦合器上，所以可以获得更良好的寄生抑制特性。此外，由于可以获得低频区中的抑制特性，所以可以获得更良好的寄生抑制特性。
(实施例9)
以下，用图33至图36来说明本发明的实施例9。图33是表示本发明实施例9的定向耦合器的结构例的图，应用于监视发送功率的定向耦合器。
定向耦合器3300主要由输入端子3301、输出端子3302、耦合端子3303、隔离端子3304、主线路3305、副线路3306、短路短截线3307、短路短截线3308及开路短截线3309构成。输入端子3301通过短路短截线3307、主线路3305、短路短截线3308连接到输出端子3302。开路短截线3309被配置在主线路3305上。耦合端子3303通过与主线路3305电磁耦合的副线路3306连接到隔离端子3304。
短路短截线2907和短路短截线2908在两个不同的截止频率fs91和fs92时具有与1/2波长相当的短截线长度。开路短截线3309在截止频率fs93时具有与1/4波长相当的短截线长度。再有，主线路3305和副线路3306具有不同长度也可以。
首先，说明实现抑制期望的截止频率时的无用波。在图33所示的结构中，根据上述式(2)，在截止频率fs91时通过短路短截线3307来使主线路3305短路，在截止频率fs92时通过短路短截线3308使主线路短路，所以可以抑制截止频率fs91和截止频率fs92时的无用波。而且，根据上述式(1)，在截止频率fs93时由开路短截线3309使主线路3305短路，所以可以抑制截止频率fs93时的无用波。
下面，说明进行通过频率时的与定向耦合器3300的输入输出上连接的外部电路(图中省略)的阻抗匹配的情况。主线路3305、短路短截线3307、3308及开路短截线3309例如可以由微带线那样的分布常数元件来构成。一般地，分布常数元件具有与电感器或电容器等集中常数元件不同的频率特性，但如果限制在单一的频率内，那么通过分布常数元件可以高精度地近似于集中常数元件。
图34表示通过频率f0时由集中常数元件来近似图33的定向耦合器3300的输入端子3301至输出端子3302的匹配电路3400。这里，输入端子3401对应于图33的输入端子3301，输出端子3402对应于图33的输出端子3302，电感器3403、3404对应于图33的主线路3305，电感器3405对应于图33的短路短截线3307，电感器3406对应于图33的短路短截线3308，电容器3407对应于开路短截线3309。这里，匹配电路3400有与LC多级π型匹配电路相同的结构，所以可以获得与输入端子3401和输出端子3402上连接的外部电路间的匹配，其结果，可以减少不匹配损耗，实现低损耗特性。
图35表示定向耦合器3300的特性例的图，表示Zss91＝50Ω、Zss92＝86.7Ω、Zss93＝69.1Ω、通过频率f0＝5GHz、截止频率fs91＝15GHz、截止频率fs92＝20GHz、截止频率fs＝10GHz、主线路3305的特征阻抗为50Ω、相位角为28.9度、开路短截线3309被配置在主线路3305的中心情况下的特性模拟结果。Zss91、Zss92是构成短路短截线3307、3308的线路的阻抗，Zss93是构成开路短截线3309的线路的阻抗。作为截止频率时的抑制量，在fs91(15GHz：相当于3倍波)时获得20dB以上的值，在fs92(20GHz：相当于4倍波)时获得20dB以上的值，在fs93(10GHz：相当于2倍波)时获得35dB以上的值。而且，即使在低频区也可以获得抑制特性。
图36是表示采用本发明实施例9的定向耦合器的无线通信机的具体结构例的图。图36所示的无线通信机相对于图4所示的无线通信机来说，采用定向耦合器3300来代替定向耦合器100。图36所示的无线通信机与图4所示的无线通信机相比，由于至少在两个不同的截止频率时除去寄生的功能附加在定向耦合器上，所以可以获得更良好的寄生抑制特性。此外，由于可以获得低频区中的抑制特性，所以可以获得更良好的寄生抑制特性。
如以上说明，根据本发明，在定向耦合器的主线路的输入输出中配置高频寄生抑制用的短截线，通过在载波频率时进行短截线的电纳和主线路与输入输出端子上连接的电路间的阻抗匹配，即使在微波至毫米波频带中，也可以获得小型、低损耗并且良好的高频寄生抑制特性。
本说明书基于2000年7月4日申请的(日本)特愿2000-202665。其内容全部包含于此。
                   产业上的可利用性
本发明适用于携带电话、无线数据通信终端等的无线通信机。

Claims (12)

1.一种定向耦合器，包括：传输高频信号的主线路；与所述主线路进行电磁耦合的副线路；连接到所述主线路的输入端的第1开路短截线；以及连接到所述主线路的输出端的第2开路短截线；其中，所述第1和第2开路短截线具有在期望的频率中短路的短截线长度，通过所述主线路和所述第1及第2开路短截线，来构成通过频率时与外部电路的阻抗匹配电路。
2.如权利要求1所述的定向耦合器，其中，第1和第2开路短截线通过相互不同的频率来短路。
3.如权利要求1所述的定向耦合器，其中，包括与主线路连接、具有与第1和第2开路短截线不同的频率时短路的短截线长度的第3开路短截线，通过所述主线路和所述第1、第2及第3开路短截线，来构成通过频率时与外部电路的阻抗匹配电路。
4.如权利要求1所述的定向耦合器，其中，包括与主线路连接、具有在期望的频率时短路的短截线长度的短路短截线，通过所述主线路和所述第1、第2开路短截线及所述短路短截线，来构成通过频率时与外部电路的阻抗匹配电路。
5.如权利要求4所述的定向耦合器，其中，第1和第2开路短截线通过相互不同的频率来短路。
6.如权利要求1所述的定向耦合器，其中，包括：与主线路连接、具有与第1和第2开路短截线不同频率时短路的短截线长度第3开路短截线；以及具有在期望的频率时短路的短截线长度的短路短截线；通过所述主线路和所述第1、第2开路短截线及所述短路短截线，来构成通过频率时与外部电路的阻抗匹配电路。
7.一种定向耦合器，包括：传输高频信号的主线路；与所述主线路进行电磁耦合的副线路；连接到所述主线路的输入端的第1短路短截线；以及连接到所述主线路的输出端的第2短路短截线；其中，所述第1和第2短路短截线具有在期望的频率时短路的短截线长度，通过所述主线路和所述第1及第2短路短截线，来构成通过频率时与外部电路的阻抗匹配电路。
8.如权利要求7所述的定向耦合器，其中，第1和第2短路短截线通过相互不同的频率来短路。
9.如权利要求7所述的定向耦合器，其中，包括与主线路连接、具有在期望的频率时短路的短截线长度的开路短截线，通过所述主线路、第1及第2短路短截线和所述开路短截线，来构成通过频率时与外部电路的阻抗匹配电路。
10.一种无线通信机，包括：将输入的高频信号可变放大的可变增益放大器；对从该可变增益放大器输出的信号进行阻抗匹配的权利要求1所述的定向耦合器；以及控制所述可变增益放大器的增益，使得从该定向耦合器取出的发送输出收敛到规定的范围内的自动功率控制电路。
11.一种定向耦合方法，包括：使主线路和副线路进行电磁耦合的步骤；连接使所述主线路的输入端和输出端在期望的频率时短路的开路短截线，在通过频率时进行与外部电路的阻抗匹配的步骤；以及将高频信号传输到所述主线路和所述开路短截线的步骤。
12.一种定向耦合方法，在定向耦合器的主线路的输入输出端配置抑制高频寄生的短截线，在载波频率时短截线具有的电纳和主线路进行输入输出端上连接的电路间的阻抗匹配。
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