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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Richtkoppler.
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Richtungs- oder Richtkoppler wurden in verschiedenen Anwendungen verwendet. 17 zeigt eine beispielhafte Anwendung eines Richtkopplers, insbesondere ein typisches System in einer Mobiltelefoneinheit, die einen Leistungsverstärker (oder PA), einen Richtkoppler sowie eine Wellenerfassungsschaltung aufweist. Das Bezugszeichen ANT bezeichnet eine Antenne. Das in 17 dargestellte System ist dafür ausgelegt, einen Strom durch den Richtkoppler zu überwachen. In diesem System kann die Vorwärtsleistung von dem PA genau überwacht werden, indem der Einfluss der Fehlanpassung in der Impedanz an dem Antennenanschluss auf die ermittelte Spannung mittels der Richtwirkung des Richtkopplers in großem Maße reduziert wird. Derartige Überwachungssysteme werden häufig in GSM-Anschlusseinrichtungen verwendet (GSM = Global System for Mobile Communications), die im Ausland sehr gebräuchlich sind, sowie in CDMA-Anschlusseinrichtungen. Sie sind jedoch nicht auf eine Verwendung in Anschlusseinrichtungen beschränkt, sondern sind die am weitesten verbreiteten Systeme zur Überwachung einer Übertragungsleistung.
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18 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen der Richtwirkung des Richtkopplers und dem Fehler in der Leistungsmessung. Insbesondere zeigt 18, als Funktion der Richtwirkung des Richtkopplers, den berechneten Fehler in der Messung der Vorwärtsleistung, wie es sich aus der Signalleistung ergibt, die an dem Koppelanschluss oder gekoppelten Anschluss CPL auftritt, wenn das System unter der fehlangepassten Lastbedingung betrieben wird, dass VSWR = 4:1. Wenn ein Hauptsignal von dem Eingangsanschluss IN an den Ausgangsanschluss OUT über den Richtkoppler übertragen wird, kann ein Teil der Vorwärtsleistung an den Koppelanschluss CPL ausgekoppelt werden, um diese Vorwärtsleistung oder Übertragungsleistung zu überwachen. 18 zeigt, dass, um einen Messfehler von weniger als 0,5 dB zu erhalten, der Richtkoppler eine Richtwirkung von mehr als 20 dB haben muss.
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Der Grad, mit dem der Eingangsanschluss IN mit dem Koppelanschluss gekoppelt ist, wird als ”Kopplung” oder ”Koppelfaktor” bezeichnet. Das heißt, dass die Kopplung das Verhältnis der CPL-Signalleistung zu der IN-Signalleistung ist, wobei sie typischerweise ungefähr –10 dB bis –20 dB beträgt.
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Eine Fehlanpassung in der Impedanz an dem Ausgangsanschluss OUT resultiert in einer gewissen Reflexion des Signals an diesem Anschluss, so dass eine reflektierte Welle von dem Ausgangsanschluss OUT zurück zu dem Eingangsanschluss IN wandert. Zu dieser Zeit wird ein Teil der Eingangswelle (reflektierte Welle) zu dem Ausgangsanschluss OUT in dem isolierten Widerstand absorbiert. (Das heißt, dass die Beziehung zwischen dem Ausgangsanschluss OUT und dem isolierten Anschluss ähnlich zu derjenigen zwischen dem Eingangsanschluss IN und dem Koppelanschluss CPL ist.) Eine reflektierte Wellenkomponente erscheint auch an dem Koppelanschluss. Der Begriff ”Isolierung”, wie er im Stand der Technik verwendet wird, bezieht sich auf das Verhältnis der an dem Koppelanschluss auftretenden Signalleistung zu der an dem Ausgangsanschluss OUT eingegebenen Signalleistung (d. h. CPL-Signalleistung/OUT-Eingangsleistung [dB]). Richtkoppler liefern typischerweise eine Isolierung von ungefähr –15 dB bis –30 dB.
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Die Richtwirkung wird als das Verhältnis von Kopplung zu Isolierung definiert und wird in dB ausgedrückt. Je höher die Richtwirkung ist, desto geringer ist die an dem Koppelanschluss auftretende reflektierte Wellenleistung. Das heißt, wenn die Richtungskopplung eine hohe Richtwirkung hat, wird es im Wesentlichen nur einer vorwärts gerichteten Wellenkomponente ermöglicht, an dem Koppelanschluss aufzutreten. Der Fehler in der Messung der Vorwärtsleistung wird kleiner, wenn die Richtwirkung ansteigt, wie es in 18 dargestellt ist, da der Einfluss der reflektierten Welle auf die Wellenerfassungsschaltung abnimmt. Das bedeutet, dass es möglich ist, die Vorwärtsleistung durch die Verwendung der Wellenerfassungsschaltung selbst unter Lastveränderungen genau zu überwachen. Das bedeutet, dass die Verringerung in der reflektierten Wellenkomponente der von der Wellenerfassungsschaltung ermittelten Spannung in einem verringerten Fehler in der Messung der Vorwärtsleistung resultiert. Dieses verhindert, dass der PA unter Lastveränderungen eine übermäßige Leistung abgibt, wodurch eine Abstrahlung deformierter Komponenten verhindert wird.
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19 zeigt eine beispielhafte Anwendung von Leistungsverstärkern und Richtkopplern. Diese Schaltung wird häufig in Mobiltelefoneinheiten mit Mehrbandfähigkeit verwendet, die in den letzten Jahren in ihrer Anzahl stark zugenommen haben. Die Bezugszeichen PA1 bis PA3 bezeichnen Leistungsverstärker, die dafür ausgelegt sind, in verschiedenen Betriebsbändern zu arbeiten, und ein Richtkoppler ist mit jedem dieser Leistungsverstärker verbunden. Diese Schaltung ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet: die gekoppelten Leitungen (oder Sub-Leitungen) der mit den Leistungsverstärkern PA1, PA2 und PA3 verbundenen Richtkoppler sind in dieser Reihenfolge zwischen einem abschließenden Widerstand von 50 O und einer RF-IC (eine Schaltung) in Serie geschaltet, die eine Wellenerfassungsschaltung aufweist; der isolierte Anschluss C12 der gekoppelten Leitung des mit dem Leistungsverstärker PA1 verbundenen Richtkopplers ist mit dem abschließenden Widerstand verbunden, um den isolierten Anschluss C12 abzuschließen; und der gekoppelte Anschluss C31 des mit dem Leistungsverstärker PA3 verbundenen Richtkopplers ist mit der RF-IC verbunden. Eine derartige Verbindung wird als ”Verkettung” (”daisy-chain”) bezeichnet.
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Wenn sie auf einem Substrat implementiert ist, schafft diese Verkettungskonfiguration eine einfachere Schaltung als eine Konfiguration, bei der die isolierten Anschlüsse C12, C22 und C32 der drei Richtkoppler (wie sie beispielsweise in 17 dargestellt sind) getrennt abgeschlossen sind und die Koppelanschlüsse C11, C21 und C31 dieser drei Richtkoppler mit einem Schalter verbunden sind, um einen der Koppelanschlüsse selektiv mit der überwachenden Wellenerfassungsschaltung zu verbinden. Die Verkettungskonfiguration ist auch dahingehend vorteilhaft, dass nur einer der Leistungsverstärker (PAs) zu einer Zeit betrieben wird, wenn der Anschluss in Betrieb ist. Das bedeutet, dass die Wellenerfassungsschaltung die Ausgangsleistung dieses Betriebsleistungsverstärkers überwacht. Im Prinzip ergibt sich daher kein Problem, selbst wenn die Ausgangsleistung jedes Leistungsverstärkers durch die gekoppelten Leitungen der Richtkoppler für andere Leistungsverstärker überwacht wird, die dafür ausgelegt sind, in einem anderen Betriebsband als dieser Leistungsverstärker zu arbeiten.
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Der Stand der Technik umfasst die offengelegte
japanische Patentveröffentlichung Nr. 2007-194870 sowie die offengelegte Gebrauchsmuster-Patentveröffentlichung Nr. 5-41206 (1993).
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20 ist eine äquivalente Schaltung eines Richtkopplers mit daran angeschlossenen Komponenten. Insbesondere stellt diese Schaltung einen kleinen, auf einem GaAs-Substrat gebildeten Richtkoppler zusammen mit einem Leistungsverstärker dar, und dieser Chip ist auf einem Modulsubstrat angebracht. 21 ist ein beispielhaftes Schaltungsmuster der in 20 dargestellten Schaltung. Unter Bezugnahme auf 20 bezeichnen die Bezugszeichen IN und OUT den Eingangsanschluss bzw. den Ausgangsanschluss der Hauptleitung 214 des Richtkopplers und CPL und ISO bezeichnen den gekoppelten Anschluss bzw. den isolierten Anschluss der gekoppelten Leitung 220 des Richtkopplers. Die Bezugszeichen Lw1 und Lw2 bezeichnen die Induktanzen der zwischen dem Richtkoppler auf dem Chip und dem Modulsubstrat angeschlossenen Bond- oder Verbindungsdrähte.
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22 zeigt den Reflexionsverlust in dem Chip mit oder ohne den Drähten. In 22 bezeichnet das Bezugszeichen ”S33w/o-L, S44w/o-L” den Reflexionsverlust in dem Chip ohne die Drähte. Das Bezugszeichen ”S33with-L, S44with-L” bezeichnet andererseits den Reflexionsverlust in dem Chip mit den angebrachten Drähten. Wie es in 22 dargestellt ist, resultiert das Hinzufügen der Drähte (die eine Induktanz haben) zu dem Chip in einer beträchtlichen Steigerung des Reflexionsverlustes in dem Chip. Diese Reflexionsverluststeigerung beträgt ungefähr 10 bis 15 dB.
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Die Verschlechterung der Reflexionsverlusteigenschaften der gekoppelten Leitung, wie es in 22 dargestellt ist, stellt ein Problem dar, wenn die gekoppelten Leitungen mehrerer Richtkoppler in Serie geschaltet werden, wie es in 19 dargestellt ist, um eine Mehrbandfähigkeit zu erreichen. Das bedeutet unter Bezugnahme auf 19, dass eine Verschlechterung der Reflexionsverlusteigenschaften irgendeiner der drei gekoppelten Leitungen in einer Verschlechterung der kombinierten Reflexionsverlusteigenschaften der drei gekoppelten Leitungen resultiert, wie sie von der RF-IC-Seite gemessen werden. Diese Verschlechterung der kombinierten Reflexionsverlusteigenschaften resultiert in Herstellungsschwankungen sowie einer Verschlechterung der Wellenerfassungseigenschaften der Wellenerfassungsschaltung, wenn sie auf der Platine des Anschlusses montiert ist. Wenn die gekoppelten Leitungen mehrerer Richtkoppler in Serie miteinander geschaltet sind, wie es in 19 dargestellt ist, um eine Mehrbandfähigkeit zu erreichen, ist es daher notwendig, das Problem der Verschlechterung der Reflexionsverlusteigenschaften der gekoppelten Leitungen zu betrachten.
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Wenn mehrere gekoppelte Leitungen in Serie miteinander geschaltet sind, wie bei der in 19 gezeigten Konfiguration, ist es daher notwendig, die Reflexionsverlusteigenschaften jeder gekoppelten Leitung über die gesamten Bänder zu verbessern, in denen die Leistungsverstärker PA1 bis PA3 arbeiten, und die Richtwirkung der Richtkoppler zu verbessern. Die mit dem Chip verbundenen Verbindungsdrähte wirken so, dass sie den Reflexionsverlust in dem Chip stark vergrößern, wie es oben unter Bezugnahme auf 22 beschrieben wurde. Es war daher schwierig, die Reflexionsverlusteigenschaften der gekoppelten Leitungen von Richtkopplern mit über ein breites Band daran angeschlossenen induktiven Verbindungselementen, wie beispielsweise Drähten, zu verbessern.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Richtkoppler zu schaffen, dessen gekoppelte Leitung verbesserte Reflexionsverlusteigenschaften hat.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Richtkoppler nach Patentanspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Richtkoppler eine Hauptleitung, eine gekoppelte Leitung, ein erstes kapazitives Element und ein zweites kapazitives Element. Die Hauptleitung ist auf einem Substrat ausgebildet. Die Hauptleitung ist an einem Ende an einem Eingangsanschluss und an dem anderen Ende an einem Ausgangsanschluss angeschlossen. Die gekoppelte Leitung ist auf dem Substrat vorgesehen und erstreckt sich entlang der Hauptleitung. Ein Ende der gekoppelten Leitung ist auf der gleichen Seite des Richtkopplers angeordnet wie der Eingangsanschluss und ist mit einem Koppelanschluss verbunden. Das andere Ende der gekoppelten Leitung ist auf der gleichen Seite des Richtkopplers angeordnet wie der Ausgangsanschluss und ist mit einem isolierten Anschluss verbunden. Das erste kapazitive Element ist auf dem Substrat vorgesehen. Das erste kapazitive Element ist an einem Ende zwischen dem gekoppelten Anschluss und dem einen Ende der gekoppelten Leitung und an dem anderen Ende an Erde angeschlossen. Das zweite kapazitive Element ist auf dem Substrat vorgesehen. Das zweite kapazitive Element ist an einem Ende zwischen dem isolierten Anschluss und dem anderen Ende der gekoppelten Leitung und an dem anderen Ende an Erde angeschlossen.
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Wenn der Richtkoppler der vorliegenden Erfindung montiert ist, z. B. auf einem Modulsubstrat, so dass der gekoppelte Anschluss und der isolierte Anschluss des Kopplers durch Verbindungselemente an dem Modulsubstrat angeschlossen sind, sind die ersten und zweiten kapazitiven Elemente des Richtkopplers elektrisch mit diesen Verbindungselementen verbunden. Dieses ermöglicht es der parasitären induktiven Komponente der Verbindungselemente, mit der kapazitiven Komponente der ersten und zweiten kapazitiven Elemente mitzuschwingen, um zu gewährleisten, dass die gekoppelte Leitung gute Reflexionsverlusteigenschaften über ein breites Band zeigt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine Charakteristik eines Richtkopplers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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5 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt eine Charakteristik eines Richtkopplers gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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8 zeigt eine Charakteristik eines Richtkopplers gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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9 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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10 zeigt eine Charakteristik eines Richtkopplers gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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11 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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12 zeigt eine Charakteristik eines Richtkopplers gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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13 ist ein Blockdiagramm eines Richtkopplers gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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14 ist ein Schaltungsdiagramm eines Verstärkers eines Richtkopplers gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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15 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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16 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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17 zeigt ein Beispiel eines Überwachungssystems der Leistung für einen drahtlosen Anschluss.
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18 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen der Richtwirkung des Richtkopplers und dem Fehler in der Leistungsmessung.
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19 zeigt eine beispielhafte Anwendung für Leistungsverstärker und Richtkoppler.
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20 ist ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm eines auf einem Chip ausgeführten Typs eines Richtkopplers.
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21 zeigt ein beispielhaftes Schaltungsmuster eines auf einem Chip ausgeführten Typs eines Richtkopplers.
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22 zeigt eine beispielhafte Charakteristik eines auf einem Chip ausgeführten Typs eines Richtkopplers.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGFORMEN
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Erste Ausführungsform
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in Verbindung mit einer Konfiguration beschrieben, bei der ein Chip mit einem darauf angeordneten Richtkoppler auf einem Modulsubstrat oder einer gedruckten Platine angebracht ist. Der Chip mit einem Richtkoppler darauf kann durch ein GaAs-HBT-Verfahren, ein GaAs-BiFET-(HBT + FET oder HBT + HEMT)-Verfahren oder ein GaAs-HEMT/FET-Verfahren hergestellt werden. Der gekoppelte Anschluss und der isolierte Anschluss des Richtkopplers sind beide an einer Komponente oder einer Einrichtung außerhalb des Moduls angeschlossen. Diese Verbindung wird durch induktive Verbindungselemente, wie beispielsweise Bonding- oder Verbindungsdrähte, und Übertragungsleitungen in dem Modulsubstrat bewerkstelligt. Es ist zu beachten, dass die unten beschriebenen Ausführungsformen auch auf Richtkoppler angewendet werden können, die mit einem Si-basierenden Verfahren hergestellt werden. Darüber hinaus sind diese Ausführungsformen in einer Anwendung auf den Fall geeignet, in dem die gekoppelten Leitungen (die auch als die ”Sub-Leitungen” bezeichnet werden) des Richtkopplers in einem mehrbandfähigen Anschluss in Serie miteinander geschaltet sind.
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1 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers 101 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Richtkoppler 101 ist auf einem GaAs/Si-Substrat ausgebildet. In der Praxis ist der GaAs/Si-Chip mit dem darauf angeordneten Richtkoppler 101 auf einem Modulsubstrat oder einer gedruckten Platine angebracht. Unter Bezugnahme auf 1 bezeichnet das Bezugszeichen IN einen Eingangsanschluss 12 für die Hauptleitung 14; das Bezugszeichen OUT einen Ausgangsanschluss 16 für die Hauptleitung 14; das Bezugszeichen CPL einen gekoppelten Anschluss 18 für die gekoppelte Leitung 20; und das Bezugszeichen ISO einen isolierten Anschluss 22 für die gekoppelte Leitung 20. In dem Schaltungsdiagramm der 1 ist der von den gestrichelten Linien 2 umschlossene Teil auf dem GaAs/Si-Substrat ausgebildet. Dieser von den gestrichelten Linien 2 umschlossene Teil wird im Folgenden zur Vereinfachung auch als das ”Substrat 2” bezeichnet.
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Der Richtkoppler 101 der vorliegenden Ausführungsform weist die auf dem Substrat 2 ausgebildete Hauptleitung 14 auf. Ein Ende der Hauptleitung 14 ist mit dem Eingangsanschluss 12 verbunden, und das andere Ende ist mit dem Ausgangsanschluss 16 verbunden. Die Hauptleitung 14 überträgt Übertragungsleistung (oder eine vorwärtsgerichtete Welle) von dem Eingangsanschluss 12 an den Ausgangsanschluss 16. Die gekoppelte Leitung 20 ist auf dem Substrat 2 ausgebildet und erstreckt sich entlang der Hauptleitung 14. Ein Ende der gekoppelten Leitung 20 ist an dem gekoppelten Anschluss 18 angeschlossen, und das andere Ende ist an dem isolierten Anschluss 22 angeschlossen. Die gekoppelte Leitung 20 ist eine Leitung, über die ein Teil der in der Hauptleitung 14 übertragenen Leistung an den gekoppelten Anschluss ausgekoppelt wird. Wie es in 1 dargestellt ist, sind der Eingangsanschluss 12 und der gekoppelte Anschluss 18 an einer Seite des Substrats 2 angeordnet (der linken Seite des Substrats 2, wie in 1 gezeigt). Der Ausgangsanschluss 16 und der isolierte Anschluss 22 sind des weiteren an der gegenüberliegenden Seite des Substrats 2 angeordnet (der rechten Seite des Substrats 2, wie in 1 gezeigt).
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Der auf dem Substrat 2 vorgesehene Richtkoppler 101 ist auf einem Modulsubstrat oder einer gedruckten Platine (nicht dargestellt) montiert. In 1 bezeichnen die Bezugszeichen Lw1 und Lw2 Verbindungselemente, die eine Induktanz aufweisen, insbesondere zum Beispiel Bonding- oder Verbindungsdrähte, Übertragungsleitungen in dem Modulsubstrat oder Stützpfeiler für eine Flip-Befestigung. Der gekoppelte Anschluss 18 ist über Lw1 mit einem gekoppelten Anschluss 19 verbunden, und der isolierte Anschluss 22 ist über Lw2 mit einem isolierten Anschluss 23 verbunden.
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Der Richtkoppler 101 der ersten Ausführungsform weist kapazitive Elemente Cp1 und Cp2 auf. Cp1 und Cp2 sind für die gekoppelte Leitung 20 elektrisch an dem gekoppelten Anschluss 18 bzw. dem isolierten Anschluss 22 angeschlossen. Cp1 und Cp2 dienen als kapazitive Anpassungselemente. In der ersten Ausführungsform sind Cp1 und Cp2 auf dem Substrat 2 (auf dem Chip) ausgebildete MIM-(Metall-Isolator-Metall)-Kondensatoren. Ein Ende von Cp1 ist zwischen dem gekoppelten Anschluss 18 und der gekoppelten Leitung 20 angeschlossen, und das andere Ende ist geerdet. Andererseits ist ein Ende von Cp2 zwischen dem isolierten Anschluss 22 und der gekoppelten Leitung 20 angeschlossen, und das andere Ende ist geerdet. Das tatsächliche Schaltungsmuster und die Positionen und Verbindungen der MIM-Kondensatoren auf dem Substrat 2 können so ausgelegt sein, dass eine Schaltung gebildet wird, die gleich oder äquivalent zu dem Schaltungsdiagramm der 1 ist.
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2 zeigt den Reflexionsverlust in der gekoppelten Leitung mit oder ohne den induktiven Verbindungselementen Lw1 und Lw2 und mit oder ohne den kapazitiven Anpassungselementen Cp1 und Cp2, wobei angegeben wird, wie die Reflexionsverlusteigenschaften der gekoppelten Leitung durch Lw1 und Lw2 verschlechtert und durch Cp1 und Cp2 verbessert werden. Wie oben unter Bezugnahme auf 22 beschrieben wurde, beeinflusst die Verbindung von Lw1 und Lw2 mit der Kopplungsleitung ihre Reflexionsverlusteigenschaften nachteilig. Als Ergebnis werden die Reflexionsverlusteigenschaften beispielsweise von denjenigen, die in 2 durch das Bezugszeichen ”S33, S44 (w/o)-L” angegeben sind, auf diejenige verändert, die durch das Bezugszeichen ”S33, S44 (with-L)” angegeben sind. Die Reflexionsverluststeigerung beträgt zum Beispiel ungefähr 10 dB. In dem Richtkoppler 101 der ersten Ausführungsform sind Cp1 und Cp2 für die gekoppelte Leitung auf dem Chip an dem gekoppelten Anschluss bzw. dem isolierten Anschluss angeschlossen. Diese kapazitiven Elemente Cp1 und Cp2 wirken als Anpassungskapazitäten, um die Wirkung von Lw1 und Lw2 auszulöschen. Dieses verringert die Reflexionsverluststeigerung aufgrund von Lw1 und Lw2 in großem Maße und kann darüber hinaus die Reflexionsverlusteigenschaften der gekoppelten Leitung über ein gewisses Band verbessern, wie es der Fall bei den Reflexionsverlusteigenschaften ist, die in 2 durch das Bezugszeichen ”S33, S44 (w-C&L)” angegeben sind. Die gekoppelte Leitung kann darüber hinaus gute Reflexionsverlusteigenschaften haben, nämlich einen Reflexionsverlust von –20 dB oder weniger über ein relativ breites Band (z. B. ein Band von ungefähr 0,8 bis 2,5 GHz). Es sollte beachtet werden, dass, wenn die Induktivität der Drähte zum Beispiel 0,6 bis 1,0 nH ist, der Kapazitätswert von Cp1 und Cp2 ungefähr 0,2 bis 0,4 pF sein muss. Der erforderliche Kapazitätswert ist somit sehr klein.
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Wie oben beschrieben wurde, hat die gekoppelte Leitung in dem Richtkoppler der vorliegenden Ausführungsform die Reflexionsverlusteigenschaften über ein breites Band verbessert.
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In einem mehrbandfähigen Anschluss, bei dem die gekoppelten Leitungen der Richtkoppler in Serie miteinander verbunden sind, können diese Richtkoppler von der Art der vorliegenden Ausführungsform sein. Dieses macht es möglich, eine Verschlechterung der Reflexionsverlusteigenschaften jeder gekoppelten Leitung zu verhindern, wobei diese Verschlechterung insbesondere bei mehrbandfähigen Anschlüssen problematisch ist, bei denen die gekoppelten Leitungen der Richtkoppler in Serie miteinander verbunden sind. Das bedeutet, dass mehrere Richtkoppler 101 der ersten Ausführungsform anstelle von herkömmlichen Richtkopplern verwendet werden können, und dass die gekoppelten Leitungen dieser Richtkoppler in der Art einer Verkettung miteinander verbunden sein können. Dieses ermöglicht es, eine Verschlechterung der Reflexionsverlusteigenschaften jeder gekoppelten Leitung zu reduzieren, (wobei diese Verschlechterung besonders problematisch ist, wenn die gekoppelten Leitungen in Serie miteinander verbunden sind), während die Vorteile der Verkettungsverbindung genutzt werden.
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Zweite Ausführungsform
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3 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers 102 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser Richtkoppler 102 unterscheidet sich von dem Richtkoppler 101 der ersten Ausführungsform darin, dass er zusätzlich Induktivitäten L3 und L4 und kapazitive Elemente Cp3 und Cp4 aufweist. L3 und L4 sind die parasitären Induktivitäten verbindender Elemente. Das bedeutet, dass jede Anpassungsschaltung für die gekoppelte Leitung 20 des Richtkopplers 102 eine LCLC-Schaltung ist und vier Komponenten aufweist, wohingegen jede Anpassungsschaltung für die gekoppelte Leitung des Richtkopplers 101 der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform eine LC-Schaltung ist und zwei Komponenten aufweist. Diese Steigerung in der Anzahl der Komponenten ermöglicht es, dass die Reflexionsverlusteigenschaften der gekoppelten Leitung im Vergleich zu der ersten Ausführungsform über ein breiteres Band verbessert werden.
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Dritte Ausführungsform
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4, die die 4A und 4B umfasst, zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers 103 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser Richtkoppler 103 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Richtkoppler 101 dahingehend, dass die kapazitiven Elemente Cp1 und Cp2 durch variable Kapazitätselemente Cpv1 bzw. Cpv2 ersetzt sind, wie es in 4A dargestellt ist. 4B zeigt die tatsächliche Schaltungskonfiguration der variablen Kapazitätselemente Cpv1 und Cpv2. Wie es in 4B gezeigt ist, weist jedes der Elemente Cpv1 und Cpv2 einen Widerstand R1a, eine Kapazität Cb1, eine variable Kapazitätsdiode D1 sowie eine Kapazität C1a mit einem festen Wert auf. Die Kapazität von Cpv1 und Cpv2 kann verändert werden, indem die Steuerspannung Vc verändert wird. Dieses ermöglicht es, die Reflexionseigenschaften der gekoppelten Leitung zu verändern (wobei diese Eigenschaften denjenigen entsprechen, die durch das Bezugszeichen ”S33, S44 (w-C&L)” in 2 angegeben sind), was es den Eigenschaften ermöglicht, fein oder über ein ausgewähltes Band eingestellt zu werden, selbst nach einer Anbringung des Richtkopplers. Darüber hinaus hat die dritte Ausführungsform auch die gesamten anderen Vorteile der ersten Ausführungsform.
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Vierte Ausführungsform
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5 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers 104 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser Richtkoppler 104 unterscheidet sich von dem Richtkoppler 101 der ersten Ausführungsform darin, dass er eine Phasenverschiebungseinrichtung aufweist, wie es unten beschrieben wird. In 5 bezeichnet das Bezugszeichen Lcp1 die Koppellänge zwischen der Hauptleitung 14 und der gekoppelten Leitung 20. Die Koppellänge Lcp1 ist ungefähr ein Zehntel (1/10) bis ein Zwanzigstel (1/20) von λ/4, wobei λ die Wellenlänge der Frequenz der über die Hauptleitung 14 übertragenen Leistung ist.
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Unter Bezugnahme auf
5 bezeichnen die Bezugszeichen R1a und R1b Widerstände, L1a und L1b bezeichnen Induktivitäten, und C1 bezeichnet ein kapazitives Element. In
5 bilden diese Komponenten R1a, R1b, L1a, L1b und C1 gemeinsam eine 180°-Phasenverschiebungseinrichtung sowie eine Dämpfungseinrichtung, die dazu dienen, die Richtwirkung des Richtkopplers bei einer bestimmten Frequenz zu verbessern. Die Konfiguration dieser Phasenverschiebungseinrichtung ist im Detail auch in der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-874 offenbart. Die kapazitiven Elemente Cp1 und Cp2 in dem Richtkoppler der vierten Ausführungsform wirken auch als Anpassungskapazitäten, was es dem Richtkoppler ermöglicht, die gleichen Vorteile zu haben, wie sie in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurden.
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Ein Ende von R1b ist zwischen dem Koppelanschlussseitenende der gekoppelten Leitung 20 und der Induktivität Lw1 angeschlossen. Dieses Ende von R1b ist außerdem an ein Ende von Cp1 angeschlossen. Darüber hinaus ist ein Ende von R1a zwischen dem Ende der Seite des isolierten Anschlusses der gekoppelten Leitung 20 und der Induktivität Lw2 angeschlossen. Dieses Ende von R1a ist außerdem an ein Ende von Cp2 angeschlossen. Eine Serienschaltung von L1b und L1a ist zwischen dem anderen Ende von R1b und dem anderen Ende von R1a angeschlossen. Ein Ende von C1 ist zwischen L1b und L1a angeschlossen, und das andere Ende von C1 ist geerdet.
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Die reflektierte Wellenkomponente, die von dem Ausgangsanschluss 16 zu dem gekoppelten Anschluss 18 über die gekoppelte Leitung 20 wandert, wird hier zur Vereinfachung auch als die ”erste reflektierte Wellenkomponente” bezeichnet. Die reflektierte Wellenkomponente, die von dem Ausgangsanschluss 16 zu dem gekoppelten Anschluss 18 über den isolierten Anschluss 22 und die Phasenverschiebungseinrichtung wandert, wird zur Vereinfachung hier außerdem als die ”zweite reflektierte Wellenkomponente” bezeichnet. Die in 5 gezeigte Phasenverschiebungseinrichtung phasenverschiebt die zweite reflektierte Wellenkomponente unter Verwendung einer Resonanz darin, so dass die zweite reflektierte Wellenkomponente in der Phase entgegengesetzt ist zu der ersten reflektierten Wellenkomponente.
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Im Allgemeinen wird die Leistungsfähigkeit eines Richtkopplers durch seine Kopplung, Isolation und Richtwirkung bestimmt. Die Kopplung ist der Grad, mit dem der gekoppelte Anschluss 18 an den Eingangsanschluss 12 gekoppelt ist. Das bedeutet, dass die Kopplung die von dem gekoppelten Anschluss 18 ausgegebene Signalleistung dividiert durch die an den Eingangsanschluss 12 eingegebene Signalleistung ist. Die Isolation ist der Grad, mit dem die reflektierte Welle von dem Ausgangsanschluss 16 an den gekoppelten Anschluss 18 gekoppelt wird. Das heißt, dass die Isolation die an den gekoppelten Anschluss 18 eingegebenen Signalleistung der reflektierten Welle dividiert durch die Leistung der von dem Ausgangsanschluss 16 ausgegebenen reflektierten Welle ist.
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Die Richtwirkung ist das Verhältnis der Kopplung zu der Isolation. Je größer die Richtwirkung ist, desto geringer ist der Einfluss der reflektierten Welle von dem Ausgangsanschluss 16 auf die Erfassung der Übertragungsleistung, und um so kleiner ist somit der Fehler in der Übertragungsleistungsmessung unter Verwendung des Richtkopplers.
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Die Kombination der Phasenverschiebungseinrichtung und des Dämpfungsglieds der vorliegenden Ausführungsform hat eine symmetrische Schaltungskonfiguration, insbesondere eine R-L-C-L-R-Schaltungskonfiguration, wie es in 5 dargestellt ist. Der Grund hierfür besteht darin, dass die Reflexionsverlusteigenschaften der gekoppelten Leitung in einer symmetrischen Art und Weise verbessert werden. Das heißt, dass es diese symmetrische Schaltungskonfiguration gestattet, die Eigenschaften der Seite des gekoppelten Anschlusses und der Seite des isolierten Anschlusses der gekoppelten Leitung gleichmäßig zu verbessern. Diese Konfiguration ist zur Verbesserung der Reflexionsverlusteigenschaften der gekoppelten Leitungen (oder Sub-Leitungen) von Richtkopplern geeignet, die in der Art einer Verkettung miteinander verbunden sind.
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Es besteht eine Notwendigkeit, die Größe der Richtkoppler zu verringern. Wenn, um diese Notwendigkeit zu erfüllen, die Koppellänge zwischen der Hauptleitung und der gekoppelten Leitung eines Richtkopplers kürzer gemacht wird als λ/4, könnte es eine Abnahme in der Richtwirkung geben. Die vorliegende Ausführungsform gestattet es jedoch, dass die Richtwirkung eines Richtkopplers erhöht wird, selbst wenn seine Koppellänge kürzer als λ/4 ist. Da die Phasenverschiebungseinrichtung die zweite reflektierte Welle so phasenverschiebt, dass die zweite reflektierte Welle in der Phase im Wesentlichen entgegengesetzt ist zu der ersten reflektierten Welle, bedeutet das, dass der Dezibelwert der Isolierung (S32) über einen gewissen Frequenzbereich hoch ist. Als Ergebnis hat der Richtkoppler über diesen Frequenzbereich eine hohe Richtwirkung. Dieser Frequenzbereich kann zufällig verändert werden, indem die Resonanzfrequenz (ein Schaltungsparameter) der Phasenverschiebungseinrichtung verändert wird.
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Es sollte beachtet werden, dass in einer Variante der vierten Ausführungsform das kapazitive Element C1 in der Phasenverschiebungseinrichtung des Richtkopplers 104 durch ein variables Kapazitätselement ersetzt werden kann. Beispielsweise kann dieses variable Kapazitätselement die gleiche Schaltungskonfiguration haben, wie diejenige von Cpv1 und Cpv2, wie in 4 dargestellt. 6 ist ein Diagramm, das den Effekt darstellt, der erhalten wird, wenn das kapazitive Element C1 des Richtkopplers 104 durch ein variables Kapazitätselement ersetzt wird. Die Resonanzfrequenz der Phasenverschiebungseinrichtung kann verändert werden, indem die Steuerspannung (Vc in 4) des variablen Kapazitätselements eingestellt wird, wodurch der Kapazitätswert des Elements verändert wird. Der Frequenzbereich, über den der Richtkoppler eine hohe Richtwirkung hat, kann somit verändert werden, wie es durch den Pfeil in 6 angegeben ist. Dieser Richtkoppler ist insbesondere bei Mehrbandanwendungen nützlich (die eine Vielzahl verschiedener Frequenzen verwenden).
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Fünfte Ausführungsform
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7 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers 105 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf einen Richtkoppler mit variablen Kopplungslängen. Insbesondere ist der Richtkoppler 105 der vorliegenden Ausführungsform für einen Dualbandbetrieb geeignet, und er weist außerdem Anpassungskapazitäten der Art auf, wie sie in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurden. Der Begriff ”Dualbandbetrieb” bezieht sich auf einen Betrieb in zwei Bändern, nämlich einem niedrigen und einem hohen Band.
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Unter Bezugnahme auf 7 bezeichnen die Bezugszeichen Cp11, Cp12, Cp21, und Cp22 kapazitive Elemente, die als Anpassungskapazitäten dienen, und die Bezugszeichen F1, F2, Fp11, Fp12, Fp21 und Fp22 bezeichnen FET-Schalteinrichtungen. In dieser Ausführungsform weist die gekoppelte Leitung eine gekoppelte Leitung 144 auf der Seite des Koppelanschlusses und eine gekoppelte Leitung 142 auf der Seite des isolierten Anschlusses auf. Die Schalteinrichtung F1 ist zwischen einem Ende der gekoppelten Leitung 144 der Seite des Koppelanschlusses und einem Ende der gekoppelten Leitung 142 der Seite des isolierten Anschlusses angeschlossen, so dass diese gekoppelten Leitungen 144 und 142 elektrisch miteinander verbunden und voneinander getrennt werden können. Die Schalteinrichtung F2 ist des weiteren zwischen einem Ende der Phasenverschiebungseinrichtung und dem einen Ende der gekoppelten Leitung 144 der Seite des Koppelanschlusses angeschlossen. Ein Ende von Cp11 ist über Fp11 zwischen einem Koppelanschluss 19 und dem anderen Ende der gekoppelten Leitung 144 der Seite des Koppelanschlusses angeschlossen, und das andere Ende von Cp11 ist geerdet. Ein Ende von Cp12 ist über Fp12 zwischen dem Koppelanschluss 19 und dem anderen Ende der gekoppelten Leitung 144 der Seite des Koppelanschlusses angeschlossen. Das andere Ende von Cp12 ist geerdet. Ein Ende von Cp21 ist über Fp21 zwischen einem isolierten Anschluss 23 und dem anderen Ende der gekoppelten Leitung 142 der Seite des isolierten Anschlusses angeschlossen. Das andere Ende von Cp21 ist geerdet. Ein Ende von Cp22 ist über Fp22 zwischen dem isolierten Anschluss 23 und dem anderen Ende der gekoppelten Leitung 142 der Seite des isolierten Anschlusses angeschlossen. Das andere Ende von Cp22 ist geerdet. Fp11, Fp12, Fp21 und Fp22 können ein- und ausgeschaltet werden, so dass die jeweils Ausgewählten von Cp11, Cp12, Cp21 und Cp22 als Anpassungskapazitäten dienen.
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Der Betrieb dieser Schaltung wird kurz beschrieben. Wenn F1 eingeschaltet und F2 ausgeschaltet ist, sind die gekoppelte Leitung 144 der Seite des Koppelanschlusses und die gekoppelte Leitung 142 der Seite des isolierten Anschlusses elektrisch in Serie miteinander verbunden, und sie wirken gemeinsam als eine einzige längere gekoppelte Leitung (was hier als der ”erste Betriebszustand” bezeichnet wird). In 8 ist die Charakteristik des Richtkopplers in diesem Zustand durch gestrichelte Linien angegeben. Wenn F1 ausgeschaltet und F2 eingeschaltet ist, ist andererseits die gekoppelte Leitung 142 der Seite des isolierten Anschlusses elektrisch von der gekoppelten Leitung 144 der Seite des Koppelanschlusses getrennt, wobei nur die gekoppelte Leitung 144 der Seite des Koppelanschlusses als eine gekoppelte Leitung fungiert (hier als der ”zweite Betriebszustand” bezeichnet). Die Charakteristik des Richtkopplers in diesem Zustand ist in 8 durch durchgezogene Linien dargestellt. Wie es in 8 gezeigt ist, hat der Richtkoppler unterschiedliche Charakteristiken, wenn er sich in dem ersten Betriebszustand und wenn er sich in dem zweiten Betriebszustand befindet. Dieser Richtkoppler kann daher in den ersten Betriebszustand eingestellt sein, wenn der Richtkoppler in einem ersten Band Band1 verwendet wird, und er kann in den zweiten Betriebszustand eingestellt sein, wenn der Richtkoppler in einem zweiten Band Band2 verwendet wird, wodurch ein Dualbandbetrieb erreicht wird.
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Wenn der Richtkoppler in Band1 verwendet wird, ist die an jeden Transistor angelegte Spannung so eingestellt, dass F1, Fp12 und Fp22 eingeschaltet sind und F2, Fp11 und Fp21 ausgeschaltet sind. Dieses verbessert die Richtwirkung des Richtkopplers über das Band Band1 erheblich, wie es in 8 dargestellt ist. Da Fp12 und Fp22 eingeschaltet und Fp11 und Fp21 ausgeschaltet sind, fungieren Cp12 und Cp22 als Anpassungskapazitäten. Die Werte dieser Anpassungskapazitäten können derart sein, dass die Induktivitäten Lw1 und Lw2 mit Cp12 bzw. Cp22 mitschwingen, so dass der Reflexionsverlust in den gekoppelten Leitungen verringert wird. Dieses verbessert die Reflexionsverlusteigenschaften der gekoppelten Leitungen über einen weiten Bereich, wie in dem in 2 dargestellten Fall.
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Wenn der Richtkoppler in Band2 verwendet wird, wird die an jeden Transistor angelegte Spannung so eingestellt, dass F1, Fp12 und Fp22 ausgeschaltet sind und F2, Fp11 und Fp21 eingeschaltet sind. Wenn F1 ausgeschaltet und F2 eingeschaltet ist, arbeitet der Richtkoppler in dem zweiten Betriebszustand, in dem nur die gekoppelte Leitung 144 der Seite des Koppelanschlusses als eine gekoppelte Leitung fungiert. Da Fp12 und Fp22 ausgeschaltet und Fp11 und Fp21 eingeschaltet sind, fungieren Cp11 und Cp21 als Anpassungskapazitäten. Die Werte dieser Anpassungskapazitäten können derart sein, dass Lw1 und Lw2 mit Cp11 bzw. Cp21 mitschwingen, so dass der Reflexionsverlust in der gekoppelten Leitung 144 verringert wird. Dieses verbessert die Reflexionsverlusteigenschaften der gekoppelten Leitung 144 über einen weiten Bereich, wenn der Richtkoppler in Band2 betrieben wird.
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Es ist vorteilhaft, die Kopplung eines Richtkopplers zwischen der Vielzahl der Bänder abzugleichen, in denen der Kuppler betrieben wird. Der Richtkoppler der vorliegenden Ausführungsform ist daher dafür ausgelegt, in der Lage zu sein, verschiedene Koppellängen zu haben, wenn er sich in verschiedenen Bändern befindet, nämlich Band1 und Band2. Dieses gleicht die Kopplung des Richtkopplers zwischen Band1 und Band2 ab. Es sollte beachtet werden, dass, wie Cp1 und Cp2 der ersten Ausführungsform, Cp11, Cp12, Cp21 und Cp22 MIM-Kondensatoren sein können.
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Sechste Ausführungsform
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9 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers 106 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Richtkoppler 106 der vorliegenden Ausführungsform ist für einen Dualbandbetrieb geeignet und weist außerdem Anpassungskapazitäten der Art auf, wie sie in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Der Richtkoppler 106 unterscheidet sich von dem Richtkoppler 105 der fünften Ausführungsform darin, dass er zwei lange, parallele gekoppelte Leitungen aufweist, die sich entlang der Hauptleitung erstrecken, anstelle einer Serienschaltung von zwei kurzen gekoppelten Leitungen, die sich entlang der Hauptleitung erstrecken. In dieser Konfiguration können die zwei gekoppelten Leitungen mit unterschiedlichen Abständen von der Hauptleitung angeordnet sein, um es dem Richtkoppler zu ermöglichen, in zwei Bändern zu arbeiten.
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Die Hauptleitung 14 ist schichtartig zwischen einer gekoppelten Leitung 200 eines zweiten Bands und einer gekoppelten Leitung 202 eines ersten Bands angeordnet. Ein Ende der gekoppelten Leitung 202 des ersten Bands ist über eine FET-Schalteinrichtung F1S mit einer Induktivität Lw1 verbunden. Das andere Ende der gekoppelten Leitung 202 des ersten Bands ist über eine FET-Schalteinrichtung F3S mit einer Induktivität Lw2 verbunden. Andererseits ist ein Ende der gekoppelten Leitung 200 des zweiten Bands über eine FET-Schalteinrichtung F2S mit Lw1 verbunden. Das andere Ende der gekoppelten Leitung 200 des zweiten Bands ist über eine FET-Schalteinrichtung F4S mit Lw2 verbunden.
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Ein Ende eines kapazitiven Elements Cp11 ist über eine FET-Schalteinrichtung Fp11 mit dem gekoppelten Anschluss verbunden, und das andere Ende ist geerdet. Ein Ende eines kapazitiven Elements Cp12 ist über eine FET-Schalteinrichtung Fp12 mit dem gekoppelten Anschluss verbunden, und das andere Ende ist geerdet. Darüber hinaus ist ein Ende eines kapazitiven Elements Cp21 über eine FET-Schalteinrichtung Fp21 mit dem isolierten Anschluss verbunden, und das andere Ende ist geerdet. Ein Ende eines kapazitiven Elements Cp22 ist über eine FET-Schalteinrichtung Fp22 mit dem isolierten Anschluss verbunden, und das andere Ende ist geerdet. Wie Cp1 und Cp2 der ersten Ausführungsform können Cp11, Cp12, Cp21 und Cp22 MIM-Kondensatoren sein.
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Wenn eine der zwei gekoppelten Leitungen (d. h. die gekoppelte Leitung 202 des ersten Bands und die gekoppelte Leitung 200 des zweiten Bands) verwendet werden soll, werden die mit dieser gekoppelten Leitung verbundenen oder dieser zugeordneten FET-Schalteinrichtungen eingeschaltet, und die mit der anderen gekoppelten Leitung verbundenen oder dieser zugeordneten FET-Schalteinrichtungen werden ausgeschaltet. Wenn der Richtkoppler in einem ersten Band Band1 verwendet wird, sind beispielsweise die Schalteinrichtungen F1S, F3S, Fp11 und Fp21 eingeschaltet und die Schalteinrichtungen F2S, F4S, Fp12 und Fp22 sind ausgeschaltet. Wenn der Richtkoppler in einem zweiten Band Band2 verwendet wird, sind andererseits die Schalteinrichtungen F1S, F3S, Fp11 und Fp21 ausgeschaltet und die Schalteinrichtungen F2S, F4S, Fp12 und Fp22 eingeschaltet.
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Der Richtkoppler weist eine Phasenverschiebungseinrichtung und ein Dämpfungsglied zur Verbesserung der Richtwirkung auf, wie in der vierten und der fünften Ausführungsform. Die mit den kapazitiven Elementen verbundenen Schalteinrichtungen können ein- und ausgeschaltet sein, so dass die ausgewählten dieser kapazitiven Elemente als Anpassungskapazitäten dienen, um die Richtwirkung des Richtkopplers zu verbessern, wie es in 10 dargestellt ist, und um die Reflexionseigenschaften der gekoppelten Leitung über ein breites Band zu verbessern, wie in dem in 2 dargestellten Fall.
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Die gekoppelte Leitung 202 des ersten Bands kann unter einem kleineren Abstand von der Hauptleitung 14 angeordnet sein als die gekoppelte Leitung 200 des zweiten Bands. Das bedeutet, dass ein relativ kleiner Abstand zwischen der Hauptleitung 14 und der gekoppelten Leitung 202 des ersten Bands vorgesehen sein kann, um eine ausreichende Kopplung zwischen diesen zu gewährleisten, wenn der Richtkoppler in Band1 verwendet wird. Andererseits kann ein relativ großer Abstand zwischen der Hauptleitung 14 und der gekoppelten Leitung 200 des zweiten Bands vorgesehen sein, um eine übermäßige Steigerung in der Kopplung zwischen diesen Leitungen zu vermeiden, wenn der Richtkoppler in Band2 verwendet wird. Auf diese Weise können diese gekoppelten Leitungen unter einem Abstand von der Hauptleitung 14 so angeordnet sein, dass die Kopplung des Richtkopplers zwischen den zwei Frequenzbändern im Wesentlichen abgeglichen ist. Die von dem Detektor (in einer nachfolgenden Stufe) erfasste Leistung, der mit dem Koppelanschluss verbunden ist, liegt im allgemeinen vorzugsweise innerhalb eines vorgegebenen Bereichs, unabhängig von der Betriebsfrequenz, um eine ausreichende Erfassungsgenauigkeit zu gewährleisten.
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Siebte Ausführungsform
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11 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers
107 gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Richtkoppler
107 der vorliegenden Ausführungsform ist für einen Dualbandbetrieb geeignet und weist außerdem Anpassungskapazitäten der in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Art auf. Der Richtkoppler
107 unterscheidet sich von dem Richtkoppler
106 der sechsten Ausführungsform darin, dass er zwei Hauptleitungen anstelle nur einer und nur eine gekoppelte Leitung anstelle von zwei Leitungen aufweist. In dieser Konfiguration können die zwei Hauptleitungen unter verschiedenen Abständen von der gekoppelten Leitung angeordnet sein, um es dem Richtkoppler zu ermöglichen, in zwei Bändern zu arbeiten. Ein Teil der Konfiguration der siebten Ausführungsform (die einen Richtkoppler, Phasenverschiebungseinrichtungen, etc., für einen Dualbandbetrieb aufweist), ist auch im Detail in der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-874 offenbart.
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Ein Ende einer Hauptleitung 302 eines ersten Bands ist mit einem Eingangsanschluss 308 eines ersten Bands verbunden, und das andere Ende ist mit einem Ausgangsanschluss 310 eines ersten Bands verbunden. Ein Ende einer Hauptleitung 300 eines zweiten Bands ist mit einem Eingangsanschluss 304 eines zweiten Bands verbunden, und das andere Ende ist mit einem Ausgangsanschluss 306 eines zweiten Bands verbunden. Die Hauptleitung 300 des zweiten Bands und die Hauptleitung 302 des ersten Bands sind so ausgebildet, dass sie die gekoppelte Leitung 20 schichtartig dazwischen aufnehmen.
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Der Richtkoppler 107 weist zwei Phasenverschiebungseinrichtungen auf. Unter Bezugnahme auf 11 wird die aus den Komponenten R1b, L1b, L1a, R1a und C1 gebildete Phasenverschiebungseinrichtung im Folgenden insbesondere als die ”Phasenverschiebungseinrichtung des ersten Bands” bezeichnet. Des Weiteren wird die aus den Komponenten R2b, L2b, L2a, R2a und C2 gebildete Phasenverschiebungseinrichtung im Folgenden als die ”Phasenverschiebungseinrichtung des zweiten Bands” bezeichnet. Ein Ende der Phasenverschiebungseinrichtung des ersten Bands ist über eine erste Schalteinrichtung F1d mit dem gekoppelten Anschluss verbunden, und das andere Ende ist über eine zweite Schalteinrichtung F3d mit dem isolierten Anschluss verbunden. Ein Ende der Phasenverschiebungseinrichtung des zweiten Bands ist über eine dritte Schalteinrichtung F2d mit dem gekoppelten Anschluss verbunden, und das andere Ende ist über eine vierte Schalteinrichtung F4d mit dem isolierten Anschluss verbunden.
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Der Richtkoppler 107 weist vier kapazitive Anpassungselemente Cp11, Cp12, Cp21 und Cp22 auf, wie es in 11 dargestellt ist. Ein Ende von Cp11 ist über eine fünfte Schalteinrichtung Fp11 mit dem gekoppelten Anschluss verbunden, und das andere Ende ist geerdet. Ein Ende von Cp12 ist über eine sechste Schalteinrichtung Fp12 mit dem gekoppelten Anschluss verbunden, und das andere Ende ist geerdet. Ein Ende von Cp21 ist über eine siebte Schalteinrichtung Fp21 mit dem isolierten Anschluss verbunden, und das andere Ende ist geerdet. Ein Ende von Cp22 ist über eine achte Schalteinrichtung Fp22 mit dem isolierten Anschluss verbunden, und das andere Ende ist geerdet. Wie Cp1 und Cp2 der ersten Ausführungsform können Cp11, Cp12, Cp21 und Cp22 MIM-Kondensatoren sein.
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Wenn der Richtkoppler insbesondere in einem ersten Band Band1 verwendet wird, sind die Schalteinrichtungen F1d, F3d, Fp11 und Fp21 eingeschaltet und die Schalteinrichtungen F2d, F4d, Fp12 und Fp22 ausgeschaltet. Wenn der Richtkoppler andererseits in einem zweiten Band Band2 verwendet wird, sind F1d, F3d, Fp11 und Fp21 ausgeschaltet und F2d, F4d, Fp12 und Fp22 eingeschaltet.
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Diese Ein/Aus-Steuerung, d. h. das Ein- und Ausschalten der Schalteinrichtungen, wird durch eine Spannungsanlegeschaltung durchgeführt, die innerhalb oder außerhalb des Richtkopplers 107 vorgesehen ist. Der Richtkoppler 107 weist einen Spannungsanlegeanschluss für jede Schalteinrichtung als Mittel zum Ein- und Ausschalten der Schalteinrichtung auf. (Diese Spannungsanlegeanschlüsse sind in 11 durch die Bezugszeichen Vc1 und Vc2 angegeben.)
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Wenn eine der zwei Hauptleitungen verwendet werden soll, wird in der siebten Ausführungsform die an diese Hauptleitung angeschlossene FET-Schalteinrichtung eingeschaltet und die an die andere Hauptleitung angeschlossene FET-Schalteinrichtung ausgeschaltet. Zu dieser Zeit können die an die Anpassungskapazitäten angeschlossenen FET-Schalteinrichtungen ein- und ausgeschaltet sein, so dass jeweils ausgewählte dieser Anpassungskapazitäten mit der Schaltung verbunden sind. Der Richtkoppler weist Phasenverschiebungseinrichtungen und Dämpfungsglieder für eine Verbesserung der Richtwirkung auf, wie es der Fall bei den Richtkupplern der vierten, fünften und sechsten Ausführungsform ist. Die Konfiguration des Richtkupplers 107 ermöglicht es, die Richtwirkung zu verbessern, wie es in 12 dargestellt ist, sowie die Reflexionseigenschaften der gekoppelten Leitung 20 über ein breites Band zu verbessern.
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In der vorliegenden Ausführungsform können die Phasenverschiebungseinrichtung des ersten Bands und die Phasenverschiebungseinrichtung des zweiten Bands für verschiedene Betriebsfrequenzen verwendet werden. Dieses gestattet es, dass der Richtkoppler eine hohe Richtwirkung bei einer Vielzahl verschiedener Betriebsfrequenzen aufweist. Es ist zu beachten, dass die Hauptleitung 302 des ersten Bands unter einem kürzeren Abstand von der gekoppelten Leitung 20 angeordnet sein kann als es der Fall bei der Hauptleitung 300 des zweiten Bands ist, so dass die Kopplung des Richtkopplers zwischen Band1 und Band2 abgeglichen ist.
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Achte Ausführungsform
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13 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers 108 gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Richtkoppler 108 weist eine Phasenverschiebungseinrichtung (P. S.) 414 sowie einen invertierenden Verstärker (INV) 412 (eine aktive Einrichtung) auf. Der Richtkoppler 108 der achten Ausführungsform weist des weiteren Anpassungskapazitäten der in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Art auf.
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Der invertierende Verstärker 412 weist eine variable Verstärkung auf und kann ein Eingangssignal dämpfen und dieses an den gekoppelten Anschluss weiterleiten. Die Verstärkung des invertierenden Verstärkers 412 kann so eingestellt werden, dass die zweite reflektierte Wellenkomponente gedämpft wird (die sich durch die Phasenverschiebungseinrichtung ausbreitet), so dass sie die gleiche Amplitude aufweist wie die erste reflektierte Wellenkomponente (die sich durch die gekoppelte Leitung ausbreitet), wie in der vierten Ausführungsform.
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14 zeigt die detaillierte Schaltungskonfiguration der Phasenverschiebungseinrichtung (P. S.) 414 und des invertierenden Verstärkers (INV) 412, die in 13 dargestellt sind. Unter Bezugnahme auf 14 bezeichnen die Bezugszeichen Tr1 und TrREF HBTs (bipolare Heteroübergangstransistoren). Darüber hinaus bezeichnet F1 einen FET (Feldeffekttransistor) und Rc1 bezeichnet einen Lastwiderstand. Die Bezugszeichen RFB1 und RFB2 bezeichnen des weiteren Widerstände und CFB1 bezeichnet eine Kapazität. Diese Komponenten bilden eine zwischen der Basis und dem Kollektor von Tr1 angeschlossene Rückkopplungsschaltung. Der invertierende Verstärker 412 der vorliegenden Ausführungsform ist eine Schaltung mit variabler Verstärkung, die eine Dämpfungscharakteristik aufweist. Die Rückkopplungsschaltung dient dazu, die Betriebsbandbreite zu vergrößern und die Verstärkung des invertierenden Verstärkers 412 zu reduzieren. Die Gate-Spannung VGC1 des an die Rückkopplungsschaltung angeschlossenen FETs F1 kann so eingestellt werden, dass sie den Ein-Widerstand von F1 einstellt. Auf diese Weise kann der Betrag an Rückkopplung variiert werden, um die Verstärkung des invertierenden Verstärkers 412 einzustellen. Die Bezugszeichen RIN1 und RO1 bezeichnen verstärkungsverringernde Widerstände des invertierenden Verstärkers 412. Die Werte dieser Widerstände können derart sein, dass der phaseninvertierende Verstärker 412 eine Dämpfungscharakteristik aufweist, die es dem Richtkoppler ermöglicht, eine hohe Richtwirkung zu haben. Tr1 und TrREF bilden eine Stromspiegelschaltung. Der Vorspannungsstrom für Tr1 kann durch eine Spannung VREF gesteuert werden. Da die Leitfähigkeit (gm) von Tr1 proportional zu diesem Vorspannungsstrom ist, kann die Verstärkung (oder der Betrag der Dämpfung) des Verstärkers durch ein Einstellen dieses Vorspannungsstroms eingestellt werden.
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In 14 bezeichnen die Bezugszeichen Cp1 und Cp2 Anpassungskapazitäten, die mit den Induktivitäten Lw1 bzw. Lw2 mitschwingen. Die Kapazitätswerte von Cp1 und Cp2 können derart sein, dass die gekoppelte Leitung verbesserte Reflexionseigenschaften über ein breites Band aufweist. Darüber hinaus ermöglicht es die Eingliederung der aktiven Phasenverschiebungseinrichtung und des Dämpfungsglieds, dass der Richtkoppler eine verbesserte Richtwirkung über ein breites Band aufweist.
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Die Verwendung eines invertierenden Verstärkers (412) für eine Phasenverschiebungseinrichtung, wie in der achten Ausführungsform, ist vorteilhaft für eine Reduzierung der Schaltungsdimensionierung der Phasenverschiebungseinrichtung. Der Grund hierfür besteht darin, dass, da invertierende Verstärker im allgemeinen aus Transistoren und Widerständen gebildet werden, sie kleiner sein können als die Phasenverschiebungseinrichtung der vierten Ausführungsform, die Induktoren und kapazitive Elemente aufweist.
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Neunte Ausführungsform
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15 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers 109 gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser Richtkoppler 109 ist derart aufgebaut, dass, wenn der an einem Ende der gekoppelten Leitung angeschlossene Anschluss als ein Koppelanschluss verwendet wird, der an das andere Ende angeschlossene Anschluss als ein isolierter Anschluss verwendet werden kann, und umgekehrt. Der Richtkoppler 109 der neunten Ausführungsform weist außerdem Anpassungskapazitäten auf, die die gleiche Funktion wie Cp1 und Cp2 der ersten Ausführungsform haben.
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Der Richtkoppler 109 weist zwei invertierende Verstärker 430 und 432 auf. Der invertierende Verstärker 430 ist an seinem Eingang an einem Anschluss 23 und an seinem Ausgang an einem Anschluss 19 elektrisch angeschlossen, wohingegen der invertierende Verstärker 432 an seinem Eingang an dem Anschluss 19 und an seinem Ausgang an dem Anschluss 23 elektrisch angeschlossen ist. Jeder dieser invertierenden Verstärker arbeitet als eine Phasenverschiebungseinrichtung. Da die invertierenden Verstärker 430 und 432 in einer umgekehrten Beziehung zwischen den Anschlüssen 19 und 23 elektrisch angeschlossen sind, kann Leistung somit sowohl von dem Eingangsanschluss an den Ausgangsanschluss als auch von dem Ausgangsanschluss an den Eingangsanschluss übertragen werden (d. h. bidirektionale Übertragung), indem wahlweise einer der invertierenden Verstärker verwendet wird.
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Die invertierenden Verstärker 430 und 432 sind invertierende Verstärker mit einer variablen Verstärkung. Der in 15 gezeigte Richtkoppler kann eine hohe Richtwirkung haben, während er für eine bidirektionale Leistungsübertragung geeignet ist.
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Der Ausgangsanschluss des invertierenden Verstärkers 430 ist über eine Schalteinrichtung F1L an den Verbindungspunkt zwischen der gekoppelten Leitung 20 und einer Induktivität Lw1 angeschlossen. Ein Ende eines kapazitiven Elements Cp1 ist zwischen der Schalteinrichtung F1L und dem Ausgangsanschluss des invertierenden Verstärkers 430 angeschlossen. Das andere Ende von Cp1 ist geerdet. Darüber hinaus ist der Eingangsanschluss. des invertierenden Verstärkers 430 über eine Schalteinrichtung F2L an den Verbindungspunkt zwischen der gekoppelten Leitung 20 und einer Induktivität Lw2 angeschlossen. Ein Ende eines kapazitiven Elements Cp2 ist zwischen der Schalteinrichtung F2L und dem Eingangsanschluss des invertierenden Verstärkers 430 angeschlossen. Das andere Ende von Cp2 ist geerdet.
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In einer Konfiguration ähnlich der an den invertierenden Verstärker 430 angeschlossenen Schaltung sind eine Schalteinrichtung F3L und ein kapazitives Element Cp3 an den Eingangsanschluss des invertierenden Verstärkers 432 angeschlossen, und eine Schalteinrichtung F4L und ein kapazitives Element Cp4 sind an den Ausgangsanschluss des invertierenden Verstärkers 432 angeschlossen. Der invertierende Verstärker 430 ist an seinem Eingangsanschluss jedoch elektrisch an dem Anschluss 23 und an seinem Ausgangsanschluss an dem Anschluss 19 angeschlossen, wohingegen der invertierende Verstärker 432 an seinem Eingangsanschluss elektrisch an dem Anschluss 19 und an seinem Ausgangsanschluss an dem Anschluss 23 angeschlossen ist, wie es oben beschrieben wurde.
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Wenn Leistung von dem Eingangsanschluss 12 zu dem Ausgangsanschluss 16 übertragen wird, sind die Transistoren F1L und F2L eingeschaltet und die Transistoren F3L und F4L sind ausgeschaltet. Im Ergebnis arbeitet der invertierende Verstärker 430 als eine Phasenverschiebungseinrichtung. Wenn Leistung andererseits von dem Ausgangsanschluss 16 zu dem Eingangsanschluss 12 übertragen wird, sind die Transistoren F1L und F2L ausgeschaltet und die Transistoren F3L und F4L sind eingeschaltet. In diesem Fall arbeitet der invertierende Verstärker 432 als eine Phasenverschiebungseinrichtung.
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Die Kapazitätswerte von Cp1 und Cp2 können so sein, dass Cp1 und Cp2 mit Lw1 bzw. Lw2 mitschwingen, so dass die gekoppelte Leitung über ein breites Band verbesserte Reflexionsverlusteigenschaften aufweist, wenn Leistung von dem Eingangsanschluss 12 zu dem Ausgangsanschluss 16 übertragen wird (d. h., wenn der Anschluss 19 als der gekoppelte Anschluss und der Anschluss 23 als der isolierte Anschluss verwendet wird). Gleichermaßen können die Kapazitätswerte von Cp3 und Cp4 so sein, dass Cp3 und Cp4 mit Lw1 bzw. Lw2 mitschwingen, so dass die gekoppelte Leitung über ein breites Band verbesserte Reflexionsverlusteigenschaften aufweist, wenn Leistung von dem Ausgangsanschluss 16 zu dem Eingangsanschluss 12 übertragen wird (d. h., wenn der Anschluss 23 als der gekoppelte Anschluss und der Anschluss 19 als der isolierte Anschluss verwendet wird). Die Einbindung der aktiven Phasenverschiebungseinrichtungen und der Dämpfungsglieder gestattet es darüber hinaus, dass der Richtkoppler über ein breites Band eine verbesserte Richtwirkung aufweist.
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Zehnte Ausführungsform
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16 ist ein Schaltungsdiagramm eines Richtkopplers 110 gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser Richtkoppler 110 ist wie der Richtkoppler 109 der neunten Ausführungsform so aufgebaut, dass, wenn der an ein Ende der gekoppelten Leitung angeschlossene Anschluss als ein gekoppelter Anschluss verwendet wird, der an das andere Ende angeschlossene Anschluss als ein isolierter Anschluss verwendet werden kann, und umgekehrt. Die Phasenverschiebungseinrichtungen der zehnten Ausführungsform unterscheiden sich in der Konfiguration jedoch von denjenigen der neunten Ausführungsform.
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Unter Bezugnahme auf 16 bildet die aus den Komponenten R1, C1 und L1 bestehende Schaltung eine Phasenverschiebungseinrichtung 530. In gleicher Weise bildet die aus den Komponenten R2, C2 und L2 bestehende Schaltung eine Phasenverschiebungseinrichtung 532. Der Richtkoppler 110 ist dem Richtkoppler 109 der neunten Ausführungsform ähnlich, mit der Ausnahme, dass die invertierenden Verstärker 430 und 432 durch die Phasenverschiebungseinrichtungen 530 und 532 ersetzt sind.
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Der Richtkoppler 110 der zehnten Ausführungsform weist darüber hinaus kapazitive Elemente auf, die die gleichen Funktionen haben wie die Anpassungskapazitäten Cp1 und Cp2 der ersten Ausführungsform. Die Kapazitätswerte der kapazitiven Elemente Cp1 und Cp2 in dieser Ausführungsform können ebenfalls so sein, dass Cp1 und Cp2 mit den Induktivitäten Lw1 bzw. Lw2 mitschwingen, so dass die gekoppelte Leitung über ein breites Band verbesserte Reflexionsverlusteigenschaften aufweist, wenn Leistung von dem Eingangsanschluss 12 zu dem Ausgangsanschluss 16 über tragen wird (d. h., wenn der Anschluss 19 als der gekoppelte Anschluss und der Anschluss 23 als der isolierte Anschluss verwendet wird). Gleichermaßen können die Kapazitätswerte der kapazitiven Elemente Cp3 und Cp4 in dieser Ausführungsform auch so sein, dass Cp3 und Cp4 mit Lw1 bzw. Lw2 mitschwingen, so dass die gekoppelte Leitung über ein breites Band verbesserte Reflexionsverlusteigenschaften aufweist, wenn Leistung von dem Ausgangsanschluss 16 zu dem Eingangsanschluss 12 übertragen wird (d. h., wenn der Anschluss 23 als der gekoppelte Anschluss und der Anschluss 19 als der isolierte Anschluss verwendet wird). Die Einbindung der Phasenverschiebungseinrichtungen und Dämpfungsglieder gestattet es darüber hinaus, dass der Richtkoppler eine verbesserte Richtwirkung über ein breites Band aufweist.
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Elfte Ausführungsform
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Ein Richtkoppler gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem Richtkoppler 108 der achten Ausführungsform (siehe 13 und 14) dahingehend, dass die kapazitiven Elemente Cp1 und Cp2 durch variable Kapazitätselemente Cpv1 und Cpv2 ersetzt sind. Im Ergebnis hat der Richtkoppler der vorliegenden Ausführungsform die Vorteile des Richtkopplers 103 der dritten Ausführungsform sowie die Vorteile des Richtkopplers 108. Darüber hinaus können in dem Richtkoppler jeder oben beschriebenen Ausführungsform einige oder alle der kapazitiven Anpassungselemente (Cp1, Cp2, etc.) durch variable Kapazitätselemente ersetzt werden.
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Wie oben beschrieben wurde, sind die Richtkoppler der ersten bis elften Ausführungsformen derart aufgebaut, dass mit der gekoppelten Leitung 20 verbundene kapazitive Komponenten mit parasitären induktiven Komponenten Lw1 und Lw2 mitschwingen, die Drähte (oder Verbindungselemente) aufweisen, die zwischen dem Chip und dem Modulsubstrat angeschlossen sind und Übertragungsleitungen auf dem Modulsubstrat etc. aufweisen. Dieses verhindert eine Steigerung in dem Reflexionsverlust in der gekoppelten Leitung 20 und verbessert dadurch ihre Reflexionsverlusteigenschaften über ein breites Band. Richtkoppler eines der in Verbindung mit den Ausführungsformen beschriebenen Typen können daher als die Richtkoppler in einem mehrbandfähigen Anschluss verwendet werden. Dieses ermöglicht es, dass die gekoppelten Leitungen dieser Richtkoppler in Serie miteinander geschaltet werden, da die gekoppelten Leitungen verbesserte Reflexionsverlusteigenschaften aufweisen. In dem Fall eines mehrbandfähigen Anschlusses, bei dem die gekoppelten Leitungen der Richtkoppler in Serie miteinander geschaltet sind, kann die Wellenerfassungsschaltung in anderen Worten noch gute Erfassungseigenschaften aufweisen, wenn diese Richtkoppler von einem der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschriebenen Typen sind.
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Es ist zu beachten, dass in der Beschreibung und den Zeichnungen der ersten bis elften Ausführungsformen zur Vereinfachung gleiche Bezugszeichen manchmal verwendet werden, um gleiche oder entsprechende Widerstände, Induktivitäten und kapazitive Elemente zu bezeichnen. Beispielsweise werden die Bezugszeichen Cp1, Cp2, Cp3 und Cp4 dazu verwendet, kapazitive Anpassungselemente in einigen Ausführungsformen zu bezeichnen. Dieses bedeutet jedoch nicht notwendigerweise, dass die von dem gleichen Bezugszeichen bezeichneten kapazitiven Elemente beispielsweise den gleichen Kapazitätswert haben. Das bedeutet, dass jede Komponente jeden geeigneten Widerstands-, Induktivitäts- oder Kapazitätswert haben kann, der von der Schaltungskonfiguration der Ausführungsform bestimmt wird, in der er verwendet wird. Beispielsweise können die Werte der kapazitiven Elemente in den Ausführungsformen derart gewählt sein, dass die gekoppelte Leitung 20 gute Reflexionsverlusteigenschaften über ein breites Band aufweist.
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Offensichtlich sind viele Abwandlungen und Änderungen der vorliegenden Erfindung im Lichte der oben beschriebenen Lehre möglich. Es versteht sich daher, dass die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche auch in anderer Weise ausgeführt werden kann, als es konkret beschrieben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007-194870 [0009]
- JP 2009-874 [0051, 0071]
