JP2014057207A - 方向性結合器および無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で広帯域に亘って良好な特性を有する小型低背なカプラを実現する。順方向のみならず逆方向についても良好な特性を得る。
【解決手段】主線路、副線路、入力ポート、出力ポート、結合ポート及びアイソレーションポートを備えたカプラで、副線路が、主線路との結合が強い第一結合部と、結合が弱く且つ第一結合部より結合ポート側に形成した第二結合部と、結合が弱く且つ第一結合部よりアイソレーションポート側に形成した第三結合部と、第一結合部と第二結合部との間に延在しλ／４以上の長さを有する非結合部である第一非結合部と、第一結合部と第三結合部との間に延在しλ／４以上の長さを有する非結合部である第二非結合部とを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、方向性結合器および無線通信装置に係り、特に、広範な周波数帯域に使用可能な方向性結合器を実現する技術に関する。

伝送線路上を伝搬する電力の一部を取り出すことを可能とする方向性結合器（Directional Coupler／以下単に「カプラ」と称する）は、携帯電話機や無線ＬＡＮ通信装置など各種の無線通信機器の送信回路を構成する上で不可欠な部品となっている。

例えば、カプラは送信信号のレベルが一定になるように制御する調整手段を構成するが、この調整手段は、利得を制御可能な電力増幅器（以下「ＰＡ」と言う）と、送信信号のレベルを検出するカプラと、自動出力制御回路（以下「ＡＰＣ回路」と言う）を備える。入力された送信信号は、ＰＡによって増幅された後、カプラを通して出力される。カプラは、ＰＡから出力された送信信号のレベルに対応したレベルのモニタ信号をＡＰＣ回路に出力する。ＡＰＣ回路は、モニタ信号のレベル（即ち送信信号のレベル）に応じてＰＡの出力が一定になるようにＰＡの利得を制御する。このようなＰＡのフィードバック制御により送信出力の安定化が図られる。

上記カプラは、電磁界結合するように互いに近接して配置した主線路と副線路を有し、送信信号を伝送する主線路は一端に入力ポートを、他端に出力ポートをそれぞれ備え、送信信号のレベルを検出する副線路は一端に結合ポートを、他端にアイソレーションポートをそれぞれ備えている。そして、主線路を伝送する送信信号の一部が副線路によって取り出され、結合ポートを通じモニタ信号としてＡＰＣ回路へ出力される。

一方、携帯電話機やスマートフォンに代表される携帯端末の通信周波数帯は国や地域ごとに異なるため、これらの周波数事情に柔軟に対応できるよう複数の周波数帯を利用可能な通信装置が近年提供されている。例えば、２つの周波数帯を利用可能なデュアルバンド方式や３つの周波数帯を利用可能なトリプルバンド方式、更には４つの周波数帯を利用可能なクアッドバンド方式等である。

具体的周波数帯としては、例えば、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications/登録商標）８００やＤＣＳ（Digital Communication System）、ＰＣＳ（Personal Communication System）、ＬＴＥ（Long Term Evolution）等の複数周波数帯に１つのコンポーネントで対応可能とするには、７００〜２．７ＧＨｚに亘る広帯域で安定した特性が得られるカプラを実現する必要がある。

また、複数の通信チャネルに対応するためにカプラの広帯域化を図る技術を開示するものとして下記特許文献がある。

特開２００７−１９４８７０号（特許第４５９９３０２号）公報 国際公開２０１０／０８２３４６号公報

ところで、送信信号として主線路を伝搬される電力と、副線路を通じて結合ポートに取り出される電力の比である結合度は、送信電力の高精度の制御（ＰＡの正確なフィードバック制御）を実現する点でその周波数特性は平坦であることが望ましく、一般には主線路と副線路の長さを使用周波数帯のλ／４（四分の一波長）程度に設定すればその周波数帯において平坦な結合度を得ることが出来る。

しかしながら、携帯電話機等の移動体無線機器で主に用いられる準マイクロ波帯のλ／４は数ｃｍにもなり、軽薄短小化が必要な携帯電話機等の移動体無線機器に使用するカプラにこの長さの結合線路を備えることはサイズの点から難しい。また、数ｃｍ以上の長い結合線路を使用すると挿入損失が大きくなり、電池寿命の短縮と言う移動体無線機器にとって好ましくない事態を生じる。このため、使用周波数帯のλ／４よりも短い結合線路のカプラが一般に使用されているが、このような結合線路の特性は周波数によって変動し、周波数が高くなるほど結合度が上昇してしまう傾向がある。

したがって従来、利用周波数帯が広範に及ぶ通信装置を構成する場合には、カプラを複数個備える必要があった。図１０は複数の周波数帯を利用可能な携帯電話機の送受信部の一例を示すブロック図であるが、この図に示すように従来のマルチバンド方式の携帯電話機では、利用周波数帯に対応して設けられた送信回路３０１，４０１のそれぞれにカプラ３１１，４１１を備えている。なお、同図において、符号１０１はアンテナ、１０２はアンテナ１０１を通じて受信した電波を受信回路１０３，１０４へ振り分けるとともに、送信回路３０１，４０１から入力された送信信号をアンテナ１０１に送り出すスイッチをそれぞれ示す。スイッチ１０２は、例えばダイプレクサや高周波スイッチを組み合わせることにより構成される。

一方、このようなマルチバンド方式の通信装置においてカプラを共通化する（例えば１つにする）ことが出来れば、送信回路内の部品点数を減らし、装置の製造コストを低減することが可能となる。また、携帯通信装置のより一層の小型化を図ることも出来る。さらに、カプラの結合度を平坦化することは、送信電力のより正確な誤差の少ない検出を行う点で好ましい。

他方、前記特許文献１に記載された発明は、カプラの広帯域化を図るものではある。しかしながらこの発明では、副線路の両端にローパスフィルタとなるコンデンサ等の回路素子を付加するものであるから、カプラを構成する部品（素子）点数が増えるうえに、付加する複数の回路素子の設定や調整が煩雑で難しいと言う問題がある。また、結合ポートについてインピーダンスを５０Ωとする要求がなされることがあるが、この特許文献１記載の発明のようにコンデンサを付加すると、結合ポートに関する当該要求を満たすことが難しくなる。

また、前記特許文献２に記載された発明は、広帯域と言っても精々２０４０〜２２４０ＭＨｚ程度の帯域幅であり（同文献段落００３４参照）、本発明が意図する７００〜２７００ＭＨｚに亘る帯域幅について適用することは出来ない。

さらに、無線通信装置においてアンテナとのマッチング（アンテナからの反射電力）を監視するために逆方向に伝搬する反射波をアイソレーションポートから取り出してモニタリングする場合があるが、このような反射波の検出を正確に行うには、主線路の入力ポートから出力ポートに向けた方向（以下この方向を「順方向」と言う）についてだけでなく、主線路の出力ポートから入力ポートに向けた方向（以下この方向を「逆方向」と言う）についてもカップリング特性（結合度の周波数特性）を平坦化することが望ましい。

なお、出願人は、広範な帯域幅に対応可能なカプラに関する提案（特願２０１２−０８３３７７）を先に行い、さらに検討を進める中で当該先の提案より一層良好な特性が得られるカプラを完成するに至り、本願と同日付で別に出願（特願２０１２−２００６４０）を行っている。しかしながら、この別出願に係るカプラは、順方向については先の提案より良好な特性が得られるものの、逆方向については順方向と同レベルの特性を期待することは出来ない。

したがって、本発明の目的は、回路素子を付加することなく簡易な構造で広帯域に亘って良好な特性を有する小型低背なカプラを実現することにあるが、特に、順方向のみならず逆方向についても良好な特性を得ることが出来るカプラを実現することにある。

前記課題を解決し目的を達成するため、本発明に係るカプラ（方向性結合器）は、高周波信号を伝送可能な主線路と、前記主線路に前記高周波信号を入力する入力ポートと、前記主線路から前記高周波信号を出力する出力ポートと、前記主線路と電磁界結合して前記高周波信号の一部を取り出す副線路と、前記副線路の一方の端部に備えられた結合ポートと、前記副線路の他方の端部に備えられたアイソレーションポートとを備えた方向性結合器であり、前記主線路および前記副線路間で電磁界結合を行う線路部分を結合部、当該電磁界結合を行わない線路部分を非結合部とそれぞれ称した場合に、前記副線路が、電磁界結合が強い第一結合部と、前記第一結合部より電磁界結合が弱く且つ前記第一結合部より前記結合ポートに近い側に形成した第二結合部と、前記第一結合部より電磁界結合が弱く且つ前記第一結合部より前記アイソレーションポートに近い側に形成した第三結合部と、前記第一結合部と前記第二結合部との間に延在し且つ使用周波数帯に対応した波長λの四分の一以上の長さを有する非結合部である第一非結合部と、前記第一結合部と前記第三結合部との間に延在し且つ使用周波数帯に対応した波長λの四分の一以上の長さを有する非結合部である第二非結合部とを有する。

本発明では、カップリング曲線（結合度の周波数特性曲線）を平坦化して広範な周波数帯域に使用可能なカプラを実現するが、このために本発明のカプラでは、副線路が主線路との電磁界結合の強い第一結合部と、これより電磁界結合が弱い第二結合部と第三結合部とを備え、各結合部間、すなわち、第二結合部と第一結合部との間と、第一結合部と第三結合部との間に、使用周波数帯に対応した波長λの四分の一（λ／４）以上の線路長を有する非結合部（第一非結合部と第二非結合部）を形成する。

そして、後に図面を参照しながら説明するように、下記（１）〜（３）を行うことにより使用周波数帯域内における結合度の周波数変動を抑制し、広帯域に亘って結合度が平坦なカプラを実現する。

（１）結合の強い上記第一結合部の結合強度を調整することによって使用周波数帯の下端周波数において要求される結合度の下限値（例えば後の実施形態では７００ＭＨｚにおける−２７ｄＢ）を満たすようにカプラ全体の結合度を調整する。
（２）結合の弱い上記第二結合部と第三結合部の結合強度を調整することにより使用周波数帯域内においてカップリング曲線を平坦化する。
（３）上記第一非結合部と第二非結合部のそれぞれの長さを、使用周波数帯域内の所定周波数、すなわち、使用周波数帯の下端周波数より高く且つ使用周波数帯の上端周波数以下の周波数（当該周波数を「設定周波数」と言う）に対応した波長λの四分の一以上の長さを有するものとすることにより、使用周波数帯域内に共振による減衰極を形成する。

なお、上記結合部の結合強度を調整には、例えば、結合部の長さ、結合部の線幅、および結合部（主線路の結合部と副線路の結合部）の間隔（平面から見たときの両者間の距離あるいは基板の積層方向の距離）のうちの１つ又は２以上を変更することにより行えば良い。より具体的には、結合を強くするには、結合部の長さを長くすること、線幅を広くすること、および両線路の間隔を狭くすること、のいずれか１つ又は２以上を行えば良く、結合を弱くするには、逆に、結合部の長さを短くすること、線幅を細くすること、および両線路の間隔を広くすること、のいずれか１つ又は２以上を行えば良い。

このような本発明では、特に、カプラ全体として対称な構造、すなわち、結合ポート側とアイソレーションポート側とで結合部と非結合部を対称に備えている。つまり、結合ポート側から見た場合に、副線路が、結合の弱い第二結合部と、結合の強い第一結合部と、これらの間に延在するλ／４以上の線路長を有する非結合線路部（第一非結合部）とを備えており、また、アイソレーションポート側から見た場合にも結合ポート側と同様に、副線路が、結合の弱い第三結合部と、結合の強い第一結合部と、これらの間に延在するλ／４以上の線路長を有する非結合線路部（第二非結合部）とを備えている。このため、本発明によれば、順方向について結合度を平坦化することが出来るだけでなく、逆方向についての結合度（主線路の出力ポートから入力する電力と、アイソレーションポートＰ４から出力される電力との比）の周波数特性も順方向と同様に平坦化することが出来る。

したがって、前述したように例えば、無線通信装置においてアンテナとのマッチング（アンテナからの反射電力）を検出・測定するために逆方向に伝搬する反射波をアイソレーションポートＰ４から取り出してモニタリングするような場合に、出力ポートから入力する高周波電力についてもその一部をアイソレーションポートを通じて正確に取り出し、順方向と同様に誤差の少ない検出を行うことが出来る。

また、本発明の一態様では、絶縁層を介して積層した複数の導体層を有する積層基板に上記主線路、副線路、入力ポート、出力ポート、結合ポートおよびアイソレーションポートを配置し、本発明に係る各部構成を備える。

この場合、副線路が、各々当該副線路の一部であり且つ結合ポートからアイソレーションポートに向け順に続く第一副線路部と第二副線路部と第三副線路部とを含み、積層基板の第一導体層に、主線路、第一副線路部および第三副線路部を配置し、主線路の少なくとも一部と第一副線路部の少なくとも一部とを互いに近接して配置することにより前記第二結合部を形成するとともに、主線路の少なくとも一部と第三副線路部の少なくとも一部とを互いに近接して配置することにより前記第三結合部を形成し、第一副線路部の一端部を結合ポートに接続し、第一副線路部の他端部を第一層間接続導体に接続し、第三副線路部の一端部をアイソレーションポートに接続し、第三副線路部の他端部を第二層間接続導体に接続する。

また、第一導体層とは異なる積層基板内の導体層である第二導体層に、第二副線路部を配置し、第二副線路部の一端部と第一副線路部の他端部とを第一層間接続導体により接続するとともに、第二副線路部の他端部と第三副線路部の他端部とを第二層間接続導体により接続し、第二副線路部の中間部を主線路に近接して配置することにより前記第一結合部を形成し、当該第二副線路部の中間部と第二副線路部の一端部との間の線路部分である第一中間線路部により、または、第二結合部と第一副線路部の他端部との間の線路部分と当該第一中間線路部とにより、前記第一非結合部を形成し、第二副線路部の中間部と第二副線路部の他端部との間の線路部分である第二中間線路部により、または、第三結合部と第三副線路部の他端部との間の線路部分と当該第二中間線路部とにより、前記第二非結合部を形成する。

さらに上記一態様に係るカプラでは、第一中間線路部と第二中間線路部は、略同一の長さを有し、且つ、共に第一副線路部および第三副線路部より長く、平面から見たときに積層基板の左側半分の領域を第一領域、積層基板の右側半分の領域を第二領域としたときに、第一領域および第二領域のうちの一方の中心部に第一層間接続導体を配置し、この第一層間接続導体を中心として渦を巻くように第一中間線路部を形成するとともに、第一領域および第二領域のうちの他方の中心部に第二層間接続導体を配置し、この第二層間接続導体を中心として渦を巻くように第二中間線路部を形成しても良い。

線路長が長くなる第一中間線路部と第二中間線路部とを積層基板にスペース効率良く配置し、良好な特性とともに小型低背化なカプラを得るためである。

また上記一態様に係るカプラでは、第一非結合部および第二非結合部のいずれか一方または双方の線路幅を、第一結合部を形成する副線路の中間部の線路幅より狭くしても良い。

本発明において副線路は、結合部に比べて非結合部（第一中間線路部および第二中間線路部）が長くなるが、上記のように副線路について結合部は線路幅を広く、非結合部は線路幅を狭くすれば、主線路との十分な結合を確保しながら、長い副線路を小さな面積で収容することが出来るからである。

また上記一態様に係るカプラでは、積層基板内で第二導体層より上層に配置し且つ第一非結合部と第二非結合部とを覆うように形成したグランド電極（「上部グランド」と言う）を備えても良い。また、積層基板内で第二導体層より下層に配置し且つ第一非結合部と第二非結合部とを覆うように形成したグランド電極（「下部グランド」と言う）を備えても良い。

このように第一非結合部と第二非結合部とを覆うようにグランド電極を設ければ、当該カプラを実装したときに、他の実装部品等の影響を受け難くすることができ、所期の良好な特性を実装後にも得ることが出来る。

なお、これら上部グランド及び下部グランドは、結合部への影響を避けるため、共に、平面から見たときに主線路の結合部、第一副線路部の結合部および第二副線路部の結合部と重ならないように形成することが好ましい。また、第二導体層が積層基板内で第一導体層より下層に位置する場合には、上部グランドを第一導体層に配置することが、積層数を減らしカプラを低背化する点で好ましい。

本発明に係る無線通信装置は、２以上の周波数帯の送信信号を生成可能で、且つ、これらの送信信号を増幅する電力増幅器と当該電力増幅器の出力を制御する自動出力制御回路とを含む送信回路と、前記２以上の周波数帯の受信信号を処理可能な受信回路と、前記送信信号および受信信号の送受信を行うアンテナと、当該アンテナと前記送信回路および前記受信回路との間に接続され、前記アンテナを通じて受信された受信信号の前記受信回路への伝送および前記送信回路から出力された送信信号の前記アンテナへの伝送を行うスイッチと、前記電力増幅器から出力される送信信号のレベルを検出してその検出信号を前記自動出力制御回路に出力するカプラとを備え、前記カプラから入力された前記検出信号に基づいて前記電力増幅器の出力を制御する無線通信装置であり、前記カプラが、前記アンテナと前記スイッチと間に接続され、且つ、前記本発明に係るいずれかのカプラである。

従来のマルチバンド無線通信装置では、前に述べたように周波数帯ごとにカプラを備える必要があったが、本発明のカプラによれば、広い帯域で結合度を平坦化することが出来るから、上記のようにカプラを一つにする（複数の使用周波数帯に共通のものとする）ことができ、部品点数を減らして製造コストを低減することが出来るとともに、当該通信装置を小型化することが可能となる。

なお、本発明に言う上記無線通信装置は、典型的には、携帯電話機やスマートフォン、無線通信機能を備えたＰＤＡ（Personal Digital Assistants）やタブレット型コンピュータなどの携帯端末装置であるが、これらに限られるものではなく、無線ＬＡＮ用の通信装置やブルートゥース（Bluetooth／登録商標）規格の通信装置などの無線通信が可能な各種の通信装置が含まれる。

本発明によれば、回路素子を付加することなく簡易な構造で広帯域に亘って平坦な結合度を有する小型低背なカプラを実現することができ、特に、順方向のみならず逆方向についても当該良好な特性を得ることが出来る。

本発明の他の目的、特徴および利点は、図面に基づいて述べる以下の本発明の実施の形態の説明により明らかにする。なお、以下の実施形態の説明では、本発明の前提となる先の提案に基づくカプラについてまず説明し、次に当該先の提案に係るカプラを用いて本発明の基礎となる技術事項について述べ、その後、本発明の実施形態について説明する。また、各図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。

図１は、本出願人による先の提案に係るカプラを概念的に示す回路図である。 図２Ａは、前記先の提案に基づくカプラを構成する積層基板の第１層（導体層）を示す平面図である。 図２Ｂは、前記先の提案に基づくカプラを構成する積層基板の第１絶縁層を示す平面図である。 図２Ｃは、前記先の提案に基づくカプラを構成する積層基板の第２層（導体層）を示す平面図である。 図２Ｄは、前記先の提案に基づくカプラを構成する積層基板の第２絶縁層を示す平面図である。 図２Ｅは、前記先の提案に基づくカプラを構成する積層基板の第３層（導体層）を示す平面図である。 図２Ｆは、前記先の提案に基づくカプラを構成する積層基板の第３絶縁層を示す平面図である。 図２Ｇは、前記先の提案に基づくカプラを構成する積層基板の第４層（導体層）を示す平面図である。 図２Ｈは、前記先の提案に基づくカプラを構成する積層基板の第４絶縁層を示す平面図である。 図２Ｉは、前記先の提案に基づくカプラを構成する積層基板の第５層（導体層）を示す平面図である。 図２Ｊは、前記先の提案に基づくカプラを構成する積層基板の第５絶縁層を示す平面図である。 図２Ｋは、前記先の提案に基づくカプラを構成する積層基板の第６層（導体層）を示す平面図（基板裏面側を透視状態で示している）である。 図３は、前記先の提案に基づくカプラの結合度の周波数特性を示す線図である。 図４は、前記先の提案に基づくカプラにおいて、２つの結合部のうちの一方の結合強度を弱めた状態を示す図（積層基板の第４層の平面図）である。 図５Ａは、前記図４のように結合度を弱めた場合におけるカプラの結合度の周波数特性を示す線図である。 図５Ｂは、前記図４のように結合度を弱めた場合におけるカプラの結合度の周波数特性を示す線図である。 図５Ｃは、前記図４のように結合度を弱めた場合におけるカプラの結合度の周波数特性を示す線図である。 図６は、本発明の一実施形態に係るカプラを概念的に示す回路図である。 図７Ａは、前記実施形態に係るカプラを構成する積層基板の第１層（導体層）を示す平面図である。 図７Ｂは、前記実施形態に係るカプラを構成する積層基板の第１絶縁層を示す平面図である。 図７Ｃは、前記実施形態に係るカプラを構成する積層基板の第２層（導体層）を示す平面図である。 図７Ｄは、前記実施形態に係るカプラを構成する積層基板の第２絶縁層を示す平面図である。 図７Ｅは、前記実施形態に係るカプラを構成する積層基板の第３層（導体層）を示す平面図である。 図７Ｆは、前記実施形態に係るカプラを構成する積層基板の第３絶縁層を示す平面図である。 図７Ｇは、前記実施形態に係るカプラを構成する積層基板の第４層（導体層）を示す平面図（基板裏面側を透視状態で示している）である。 図８は、前記実施形態に係るカプラの結合度の周波数特性を示す線図である。 図９は、本発明に係るカプラを備えたマルチバンド方式の携帯電話機の構成例を示すブロック図である。 図１０は、従来のマルチバンド方式の携帯電話機の構成例を示すブロック図である。

〔先の提案に係るカプラ〕
図１は、本出願人の先の提案（特願２０１２−０８３３７７）に基づいて構成したカプラ（以下単に「先のカプラ」と言うことがある）を示すものであるが、同図に示すようにこのカプラは、高周波電力を伝送する主線路１２と、当該主線路１２を伝送される高周波電力の一部を取り出す副線路１３とを備え、これら主線路１２と副線路１３を近接して配置することにより両線路１２，１３を電磁界結合させたものである。主線路１２は、一端に入力ポートＰ１を、他端に出力ポートＰ２をそれぞれ有し、副線路１３は、一端に結合ポートＰ３を、他端にアイソレーションポートＰ４をそれぞれ有する。

副線路１３は、異なる導体層に配置し且つビアホール（以下「ビア」と言う）Ｖ１で互いに電気的に接続した第一副線路部１３ａと第二副線路部１３ｂとからなり、副線路１３の一端部と他端部、即ち、第一副線路部１３ａの一端部と第二副線路部１３ｂの一端部の２箇所に主線路１２（主線路の結合部２２）と電磁界結合を行う結合部２３ａ，２４ａをそれぞれ形成する。また、副線路１３の長さは、主線路１２より長く、所定周波数（設定周波数）で共振が生じる長さを有するものとする。詳しくは次のとおりである。

当該カプラ１１は、使用周波数帯を７００ＭＨｚ（下端周波数）〜２．７ＧＨｚ（上端周波数）とし、この使用周波数帯の高域側（上端周波数より高い周波数領域）の近傍位置（本実施形態の場合３．２ＧＨｚ付近）に共振点を発生させて使用周波数帯域内の結合を平坦化する。

図３は当該先のカプラの結合度の周波数特性を示すものであるが、この図に示すように、使用周波数帯７００ＭＨｚ〜２．７ＧＨｚの高域側の設定周波数３．２ＧＨｚに副線路１３の共振による減衰極を生じさせるため、副線路１３の長さを、当該設定周波数３．２ＧＨｚで共振が生じる長さ（例えば当該周波数３．２ＧＨｚに対応する波長をλとし、ｎを正の整数とすると、（λ／４）×ｎの長さ）を有するものとする。なお、主線路１２は、副線路１３の長さより短く、副線路１３との電磁界結合を行うことが出来る（結合部２２を形成できる）長さとすれば良い。

一方、このように従来の一般的なカプラと比べて長い副線路１３を備えても、以下のように主線路１２と副線路１３のパターン形状および積層基板への配置を工夫することにより、カプラの大型化（平面形状の増大や積層数の増加）を招くことなく小型低背なカプラを実現することが出来る。

図２Ａ〜図２Ｋは、当該先の提案に基づいて構成したカプラの基板各層を示すもので、当該カプラは、複数の導体層を備えた長方形の平面形状を有する積層基板の内部配線層（導体層）に前述した主線路、副線路、各ポートおよび各グランドを配置する。なお、これら図２Ａ〜図２Ｋは当該基板の各層を上層（基板表面側）から下層（基板裏面側）に向け順に示している。またこれらの図のうち、図２Ａ、図２Ｃ、図２Ｅ、図２Ｇ、図２Ｉ及び図２Ｋは、導体パターンを配置した導体層（第１層〜第６層）を示し、図２Ｂは第１層と第２層との間の絶縁層（「第１絶縁層」と称する）を示している。また同様に、図２Ｄは第２層と第３層との間の絶縁層（第２絶縁層）を、図２Ｆは第３層と第４層との間の絶縁層（第３絶縁層）を、図２Ｈは第４層と第５層との間の絶縁層（第４絶縁層）を、図２Ｊは第５層と第６層との間の絶縁層（第５絶縁層）をそれぞれ示すものである。なお、後述の実施形態（図７Ａ〜図７Ｇ）についても同様である。

先のカプラでは、図２Ｅに示すように基板の第３層に、主線路１２と入力ポートＰ１と出力ポートＰ２と中間グランドＧ１を備える。入力ポートＰ１は、平面から見たときに当該第３層の左上角部に、出力ポートＰ２は右上角部にそれぞれ配置する。主線路１２は、基板の一側縁部に沿って（当該一側縁と平行に）入力ポートＰ１と出力ポートＰ２との間に直線状に延びる。

主線路１２の中間部２２は、副線路１３と電磁界結合を行う結合部とする。具体的には、当該中間部２２は、後に述べる第４層の第一副線路部１３ａの結合部２３ａならびに第２層の第二副線路部１３ｂの結合部２４ａと平面から見たときに重なるように配置してあり、これにより主線路１２と副線路１３の両端部とを電磁界結合させる。

また、中間グランドＧ１は、後に述べる第一副線路部１３ａの非結合部２３ｂと、第二副線路部１３ｂの非結合部２４ｂとの間に介在されるように、基板の四隅部および主線路を配置した基板一側縁部を除いて当該第３層の略全面に広がるように形成してある。

図２Ｇに示すように第４層には、結合ポートＰ３と第一副線路部１３ａを配置する。結合ポートＰ３は第４層の左下角部に配置し、この結合ポートＰ３を配置した基板の他側縁部から前記一側縁部へ第一副線路部１３ａを引き回し、基板一側縁部の中央部において当該第一副線路部１３ａが、前記第３層に配置した主線路１２と平面から見たときに重なるように配置することにより結合部２３ａを形成する。

そして、第４層において上記結合部２３ａに続いて第一副線路部１３ａを基板中心部へ向け渦巻状に巻き回し、主線路１２とは結合を行わない第一副線路部１３ａの非結合部２３ｂを形成する。基板中心部には第３絶縁層および第２絶縁層を貫通して第２層まで延びるビアＶ１を設け、第４層においてこのビアＶ１に、前記第一副線路部１３ａの非結合部２３ｂを接続する。

図２Ｃに示すように第２層には、アイソレーションポートＰ４と第二副線路部１３ｂを配置する。アイソレーションポートＰ４は第２層の右下角部に配置し、このアイソレーションポートＰ４を配置した基板の他側縁部から前記基板の一側縁部へ第二副線路部１３ｂを引き回し、基板一側縁部の中央部において当該第二副線路部１３ｂが、前記第３層に配置した主線路１２と平面から見たときに重なるように配置することにより結合部２４ａを形成する。

一方、当該第２層の中心部に配置した前記第４層から当該第２層まで延びるビアＶ１から、上記第二副線路部１３ｂの結合部２４ａに向け、次第に外方へ広がるように第二副線路部１３ｂを渦巻状に巻き回すことにより、主線路１２とは結合を行わない第二副線路部１３ｂの非結合部２４ｂを形成する。この第二副線路部１３ｂの非結合部２４ｂは、基板の一側縁部で前記結合部２４ａに続くこととなる。

さらに、図２Ａに示すように第１層には、当該導体層の略全面に広がるグランド電極（上部グランド）Ｇ２を、また、図２Ｉに示すように第５層には、当該導体層の略全面に広がるグランド電極（下部グランド）Ｇ３をそれぞれ設ける。これらのグランド電極Ｇ２，Ｇ３は、実装時に近接して配置される他の部品や部材の影響をカプラ１が受けることを防ぐものである。また、図２Ｋに示すように第６層には外部接続用の端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，ＴＧを備える。

〔本発明の基礎となる技術事項〕
上記先の提案に係るカプラによれば、前記図３に示すように、使用周波数帯域内（０．７ＧＨｚ〜２．７ＧＨｚ）における結合度の最小値は０．７ＧＨｚのときの−２６．９３ｄＢ、最大値は１．７ＧＨｚのときの−２３．１９ｄＢで、結合度の変動幅Δは３．７ｄＢとなり、従来から一般に求められてきた変動幅６ｄＢ以下を満たすことは可能である。しかしながら、更なる特性向上を目指した場合、例えば図３において符号Ｓ１で示すような変動幅３ｄＢ以下の要求を満たすことは出来ない。

そこで、本件発明者は更なる検討を重ねる中で、２つの結合部のうちの一方の結合強度を弱めることを試みた。具体的には、図４に示すように、第４層に配置した第一副線路部１３ａの結合部２３ａを基板中心部方向（図４の矢印Ａ方向）へずらすことにより主線路との結合強度を弱めた。

図５Ａ〜図５Ｃはそれぞれ、結合部２３ａを図４の符号２３ａ−１で示す位置、符号２３ａ−２で示す位置、および符号２３ａ−３で示す位置にずらした場合の結合度を示すものである。これらの線図から分かるように、結合を弱めると減衰極が浅くなり、結合を弱める度合い（結合部をずらす量）を大きくすればするほど減衰極がより浅くなってカプラ全体の結合度が平坦になっていく。本発明では、副線路の共振による減衰極を使用周波数帯域内に形成することに加えて、このような結合度の調整によるカップリング曲線の平坦化を利用し、広帯域に亘って結合度が平坦なカプラを実現する。以下、図６〜図８を参照して本発明の実施形態について説明する。

〔実施形態〕
図６に示すように本発明の一実施形態に係るカプラ１１は、前記先の提案に基づくカプラ１と同様に、一端に入力ポートＰ１を、他端に出力ポートＰ２をそれぞれ有して高周波電力を伝送する主線路１２と、一端に結合ポートＰ３を、他端にアイソレーションポートＰ４をそれぞれ有して主線路１２を伝送される高周波電力の一部を取り出す副線路１３とを備え、これら主線路１２と副線路１３を近接して配置することにより両線路１２，１３を電磁界結合させたものであるが、副線路１３が３箇所の結合部２３ａ，２４ａ，２５ａを有し、これら結合部２３ａ，２４ａ，２５ａの主線路１２との結合強度を異ならせるとともに、結合部２３ａ，２４ａ，２５ａの各間にλ／４以上の長さを有する線路部分（第一非結合部２６および第二非結合部２７）を備えた。より具体的には、次のとおりである。

本実施形態では、副線路１３は、当該副線路１３の一端部（結合ポートＰ３側の端部）を構成する第一副線路部１３ａと、当該副線路１３の他端部（アイソレーションポートＰ４側の端部）を構成する第三副線路部１３ｃと、これら第一副線路部１３ａと第三副線路部１３ｃとの間に延在する第二副線路部１３ｂとからなり、第一副線路部１３ａと第二副線路部１３ｂとを第一ビアＶ１により、第二副線路部１３ｂと第三副線路部１３ｃとを第二ビアＶ２でそれぞれ接続した。

また、副線路１３は、主線路１２と電磁界結合を行う３つ（３箇所）の結合部２３ａ，２４ａ，２５ａを上記第一副線路部１３ａ、第二副線路部１３ｂおよび第三副線路部１３ｃにそれぞれ備えるが、第二副線路部１３ｂに含まれる第一結合部２４ａは、副線路１３（第二副線路部１３ｂ）の長さ方向の中央に位置し、主線路１２とは異なる導体層に且つ平面から見たときに主線路１２と重なるように配置することにより主線路１２との強い結合を形成する。

一方、第一副線路部１３ａに含まれる第二結合部２３ａと、第三副線路部１３ｃに含まれる第三結合部２５ａは、主線路１２と同一の導体層において主線路１２に近接して配置することにより形成した結合部で、前記第一結合部２４ａに比べて主線路１２との結合が弱い。

また、副線路１３の第二結合部２３ａと第一結合部２４ａとの間は、主線路１２との結合を行わない非結合部（第一非結合部２６）とし、設定周波数に対応する波長λの四分の一以上の長さを有する線路とすることにより、共振を生じさせ、使用周波数帯域内に共振点（減衰極）を形成する。上記設定周波数としては、使用周波数帯域（本実施形態の場合、７００ＭＨｚ〜２．７ＧＨｚ）内で且つ上端周波数（本実施形態の場合、２．７ＧＨｚ）に近い周波数とすれば良い。なお、この点については、本発明に係るカプラの設計方法として、後にさらに詳しく述べる。また、副線路１３の第一結合部２４ａと第三結合部２５ａとの間も同様に、主線路１２との結合を行わない非結合部（第二非結合部２７）とし、上記設定周波数に対応する波長λの四分の一以上の長さを有する線路とする。

積層基板への配置構造は、次のとおりである。

図７Ａに示すように本実施形態のカプラ１１では、積層基板の第１層に主線路１２、第一副線路部１３ａ、第三副線路部１３ｃ、入力ポートＰ１、出力ポートＰ２、結合ポートＰ３、アイソレーションポートＰ４、および上部グランドＧ２を備える。

各ポートＰ１〜Ｐ４は基板の四隅に配置する。具体的には、入力ポートＰ１は基板の一側縁部の一端部（左上角部）に、出力ポートＰ２は基板の一側縁部の他端部（右上角部）にそれぞれ配置する。また、結合ポートＰ３は基板の他側縁部の一端部（左下角部）に、アイソレーションポートＰ４は基板の他側縁部の他端部（右下角部）にそれぞれ配置する。

主線路１２は、上記入力ポートＰ１と出力ポートＰ２を配置した基板の一側縁部に沿って入力ポートＰ１と出力ポートＰ２との間に直線状に延びるように配置する。

一方、平面から見たときの当該基板の左半分の領域を第一領域、右半分の領域を第二領域としたときに、第一領域の中心部に第一ビアＶ１を、第二領域の中心部に第二ビアＶ２をそれぞれ配置する。これら第一ビアＶ１および第二ビアＶ２は、第一絶縁層（図７Ｂ）を貫通して後に述べる第２層まで延びている。

そして、基板他側縁部の一端部（左下角部）に配置した結合ポートＰ３から、基板の左端部、基板の一側縁部、基板の中心部を経て、前記第一ビアＶ１まで巻き回すように第一副線路部１３ａを引き回す。このとき、基板一側縁部において当該第一副線路部１３ａを主線路１２と並行させる（平行に延在させる）ことにより、前記第二結合部２３ａを形成する。なお、これら互いに並行する第一副線路部１３ａと主線路１２との間隔を調整することにより当該第二結合部２３ａの結合強度を調整することが可能である（次に述べる第三結合部２５ａについても同様）。

同様に、基板他側縁部の他端部（右下角部）に配置したアイソレーションポートＰ４から、基板の右端部、基板の一側縁部、基板の中心部を経て、前記第二ビアＶ２まで巻き回すように第三副線路部１３ｃを引き回す。このとき、基板一側縁部において当該第三副線路部１３ｃと主線路１２とが近接して平行に延びるようにし、これにより当該第三副線路部１３ｃに前記第三結合部２５ａを形成する。

なお、上記第二結合部２３ａと第一ビアＶ１との間の線路部分（「第一接続線路部」と言う）２３ｂは、後に述べる第２層の第一渦巻状線路部２４ｂとともに第一非結合部２６を構成する。同様に、上記第三結合部２５ａと第二ビアＶ２との間の線路部分（「第二接続線路部」と言う）２５ｂは、後に述べる第２層の第二渦巻状線路部２４ｃとともに第二非結合部２７を構成する。

さらに、前記上部グランドＧ２は、上記主線路１２を配置した基板一側縁部や、各ポートＰ１〜Ｐ４を配置した基板角部、第一副線路部１３ａや第三副線路部１３ｃ、ビアＶ１，Ｖ２を配置した部分を除いて、第１層の略全面に広がるように形成する。この上部グランドＧ２は、平面から見たときに後に説明する第２層の第一渦巻状線路部２４ｂおよび第二渦巻状線路部２４ｃを覆うことにより、実装時に近接して配置される他の部品や部材の影響をカプラ１１が受けることを防ぐ機能を果たす（後述の下部グランドＧ３についても同様）。

図７Ｃに示すように第２層には、第二副線路部１３ｂを配置する。この第二副線路部１３ｂは、第一副線路部１３ａが接続された前記第一ビアＶ１から、第三副線路部１３ｃが接続された前記第二ビアＶ２まで、順に連続する、第一渦巻状線路部２４ｂと、第一結合部２４ａと、第二渦巻状線路部２４ｃとからなる。

第一結合部２４ａは、基板の一側縁部において当該基板の縁に沿って直線状に延びるように且つ第１層に配置した主線路１２と平面から見たときに重なり合うように配置してある。したがって、第一結合部２４ａは、前記第１層の第二結合部２３ａおよび第三結合部２５ａに比べて主線路１２との結合が強い。

なお、上記第一結合部２４ａは、先のカプラ１（図２Ｃ）と比べてもその長さが長く、主線路１２の略全長と重なり合うから、先のカプラ１の結合部２４ａ（図２Ｃ）より強い結合が得られる。したがって、本実施形態では、第二結合部２３ａと第三結合部２５ａについて主線路１２との結合を弱めても、カプラ全体としては主線路１２−副線路１３間の十分な結合を確保することが可能である。

また、主線路１２（結合部２２）および副線路１３の第一結合部２４ａは、いずれも副線路１３の非結合部に比べて線路幅が広く、逆に、副線路１３の非結合部は結合部２２，２４ａと比べて線路幅が狭い。これは、結合部２２，２４ａについては、短い線路長で効率良く結合を行う（強い結合を得る）一方で、線路長が長くなる非結合部（第一非結合部２６および第二非結合部２７）については、線路幅を狭くして小さな面積で長い線路を収容できるようにするためである。

一方、第一渦巻状線路部２４ｂは、第一領域において、その中心部に備えた第一ビアＶ１を中心として基板一側縁部の上記第一結合部２４ａまで渦巻状に広がる形状を有し、一端が当該第一ビアＶ１に、他端が第一結合部２４ａの一端にそれぞれ接続されている。この第一渦巻状線路部２４ｂは、前記第１層の第一接続線路部２３ｂとともに第一非結合部２６を構成する。同様に第二渦巻状線路部２４ｃも、第二領域においてその中心部に備えた第二ビアＶ２を中心として基板一側縁部の上記第一結合部２４ａまで渦巻状に広がる形状を有し、一端が当該第二ビアＶ２に、他端が第一結合部２４ａの他端にそれぞれ接続されている。この第二渦巻状線路部２４ｃは、前記第１層の第二接続線路部２５ｂとともに第二非結合部２７を構成する。

さらに、図７Ｅに示すように第３層には、当該導体層の略全面に広がるグランド電極（下部グランド）Ｇ３を備える。なお、この下部グランドＧ３は、主線路１２−副線路１３間の結合への悪影響を回避するため、平面から見たときに当該結合部（即ち主線路１２の結合部２２、副線路１３の第一結合部２４ａ、第二結合部２３ａおよび第三結合部２５ａ）を配置した領域Ｂを避けながら、第一非結合部２６を構成する第一渦巻状線路部２４ｂおよび第二非結合部２７を構成する第二渦巻状線路部２４ｃを覆うように形成してある。

また、図７Ｇに示すように第４層には外部接続用の端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，ＴＧを備える。すなわち、前記第１層に備えた各ポートＰ１〜Ｐ４の配置位置に対応するように（これらのポートＰ１〜Ｐ４の各直下位置に）、外部接続端子Ｔ１〜Ｔ４を配置し、基板を垂直に貫通するビアＶを介してこれら外部接続端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４と前記入力ポートＰ１，出力ポートＰ２，結合ポートＰ３およびアイソレーションポートＰ４とをそれぞれ接続する。

また、第４層の基板側縁部中央に備えた外部接続端子ＴＧは、グランド電極（上部グランドＧ２，下部グランドＧ３）用の端子であり、当該グランド用端子ＴＧと第３層の下部グランドＧ３とをビアＶを介して接続する。また、上部グランドＧ２とグランド用端子ＴＧとの接続は、第１絶縁層、第２層および第２絶縁層（図７Ｂ〜図７Ｄ）を垂直に貫通するように基板中心部に設けたビアＶにより上部グランドＧ２と下部グランドＧ３とを接続することにより行う。

図８は、本実施形態のカプラの結合度の周波数特性を示す線図である。この図から分かるように本実施形態によれば、使用周波数帯域内（７００ＭＨｚ〜２．７ＧＨｚ）における結合度の最小値は７００ＭＨｚのときの−２６．９５ｄＢ、最大値は１．５ＧＨｚのときの−２４．２０ｄＢで、結合度の変動幅Δは２．７５ｄＢとなり、変動幅３ｄＢ以下の要求を満たすことが可能となった。

図８を参照しながら、本発明に係るカプラの設計方法について説明する。なお、図８において、点Ｘ１〜Ｘ３はカップリング曲線上の点で、Ｘ１は使用周波数帯の下端周波数における結合度を、Ｘ２は使用周波数帯域内における結合度の極大値を、Ｘ３は使用周波数帯域内における結合度の極小値（共振による減衰極）をそれぞれ示しており、これら点に留意しながら要求仕様Ｓ１を満たすよう下記（１）〜（３）の操作を行えば良い。

（１）結合が強い第一結合部２４ａの結合強度を調整することによって使用周波数帯の下端周波数（実施形態では７００ＭＨｚ）における結合度の下限要求値（実施形態では−２７ｄＢ）を満たすようにカプラ全体の結合度を調整し、点Ｘ１が当該下限要求値を下回らないようにする。

（２）結合の弱い第二結合部２３ａおよび第三結合部２５ａの結合強度を調整することにより使用周波数帯域（実施形態では７００ＭＨｚ〜２．７ＧＨｚ）内におけるカップリング曲線の平坦化を図る。このとき、減衰極Ｘ３の深さ（結合度の値）が前記Ｘ１と略等しくなるように（実施形態では略−２７ｄＢとなるように）当該第二結合部２３ａおよび第三結合部２５ａの結合度の調整を行い、カップリング曲線を平坦化する。

なお、前記実施形態のカプラでは、順方向および逆方向双方について結合度を等しく平坦化するため、第二結合部２３ａの結合強度と第三結合部２５ａの結合強度を等しくしている。また、第二結合部２３ａおよび第三結合部２５ａの結合強度を下げると点Ｘ１も多少低下するが、カプラ全体としては結合が強い第一結合部２４ａの結合度が支配的となっているから、当該低下分は小さく、点Ｘ１の位置に対する影響は少ない（第一結合部２４ａによる点Ｘ１の調整時に多少の余裕を持たせるか、第一結合部２４ａを再度調整すれば良い）。

（３）第一非結合部２６および第二非結合部２７の長さを使用周波数帯域（７００ＭＨｚ〜２．７ＧＨｚ）内の所定周波数（設定周波数）に対応した波長λの四分の一以上の長さを有するものとすることにより、使用周波数帯の下端周波数（７００ＭＨｚ）より高く且つ使用周波数帯の上端周波数（２．７ＧＨｚ）以下の周波数位置に共振点（カップリング曲線における減衰極）Ｘ３を形成する。

なお、減衰極Ｘ３は、第一非結合部２６および第二非結合部２７の線路長を長くするほど低周波数側に移動するが、カプラを小型低背化する観点からは当該非結合部は短いほど好ましいから、前記実施形態では減衰極Ｘ３を上端周波数位置（２．７ＧＨｚ）に形成した。また、前記実施形態のカプラでは、順方向および逆方向双方について結合度を等しく平坦化するため、第一非結合部２６の長さと第二非結合部７の長さを等しくしている。

さらに、上記設定周波数は、使用周波数帯域内で上端周波数より低い周波数としても良いが、減衰極Ｘ３が低周波数側に寄り過ぎると、上端周波数における結合度が大きくなって当該上端周波数（２．７ＧＨｚ）における結合度が上限要求値（−２４ｄＢ）を超えてしまうから、当該上端周波数における結合度が上限要求値を超えない範囲で減衰極Ｘ３が使用周波数帯域内に形成されるように第一非結合部２６および第二非結合部２７の長さを調整することが好ましい。例えば、使用周波数帯の中心周波数（実施形態の場合１．７ＧＨｚ）と上端周波数（２．７ＧＨｚ）との間に、当該共振による減衰極Ｘ３が位置するように第一非結合部２６および第二非結合部２７の長さを調整すれば良い。

本実施形態の利点について述べれば次のとおりである。

先のカプラ１（図１〜図２Ｋ）では、カプラ本体部（主線路１２および副線路１３）を形成するために少なくとも３層の導体層（第２層〜第４層）が必要であったが、本実施形態のカプラ１１によれば、２層の導体層（第１層〜第２層）で当該カプラ本体部を形成することが出来る。また、先のカプラ１では、好ましい態様として上下に配置した副線路同士（中間線路部２３ｂ，２４ｂ同士）の干渉を防ぐ中間グランドＧ１を備えたが、本実施形態では第一非結合部２６および第二非結合部２７についてそれらの殆どの部分を１つの導体層（第２層）に配置するから上記のような中間グランドＧ１は不要である。したがって、本実施形態では、基板の積層数が少なくて済み、先の提案に係る構造よりカプラを低背化することが出来る。

さらに、本実施形態のカプラ１１は、入力ポートＰ１・結合ポートＰ３側から見たときと、出力ポートＰ２・アイソレーションポートＰ４側から見たときとで全く対称の構造（図６の中心線Ｃ参照）を有するから、逆方向の結合度も順方向と同様に平坦化することができ、例えば、逆方向に伝搬する（出力ポートＰ２から入力する）高周波電力についてもその一部をアイソレーションポートＰ４を通じて正確に取り出し、順方向と同様に誤差の少ない検出を行うことが可能である。

〔マルチバンド無線通信装置〕
上記実施形態によれば、結合度を広帯域に亘って平坦化することが出来るから、マルチバンド方式の無線通信装置におけるカプラの配設個数を減らすことが可能となる。

例えば、８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯の２つの通信周波数帯を利用可能なデュアルバンド方式の携帯電話機を構成することを考えた場合、従来であれば８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯とでは結合度が大きく変動してしまうため、各周波数帯（８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯）でそれぞれ結合度がほぼ等しくなるように調整した２つのカプラを各周波数帯の送信回路に各々設ける必要があったが（前記図１０参照）、前記実施形態のカプラ１１によれば両周波数帯（８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯）に亘って結合度を平坦にすることが出来るから、共通のカプラを１つ設ければ良く、部品点数を減らして送信回路を単純化することが出来る。

具体的には、図９に示すように前記実施形態のカプラによれば、アンテナ１０１とスイッチ１０２との間にカプラ１１（又は２１）を１つ設ければ良く、従来（図１０）と比べて送信回路２０１を簡素化することが出来る。

なお、ＰＡ２０２は第一の通信周波数帯（この例では８００ＭＨｚ帯）の送信信号を増幅し、ＰＡ２０３は第二の通信周波数帯（この例では２ＧＨｚ帯）の送信信号を増幅する。カプラ１１（又は２１）により得られたモニタ信号（送信信号のレベルに対応した信号）はＡＰＣ回路２０４に入力され、ＡＰＣ回路２０４が当該モニタ信号のレベル（即ち送信信号のレベル）に応じてＰＡ２０２およびＰＡ２０３の出力が一定になるようにＰＡ２０２とＰＡ２０３の利得を制御する。また、スイッチ１０２は、アンテナ１０１を通じて受信した電波を受信回路１０３，１０４へ振り分けるとともに、送信回路２０１から入力された送信信号をアンテナ１０１に送り出す機能を果たすもので、例えばダイプレクサや高周波スイッチを組み合わせることにより構成すれば良い。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことができることは当業者に明らかである。

例えば、本願明細書中において記載した周波数の数値は、一例を示すものであって、本発明ではこれら以外にも様々なものであって良い。また、使用周波数帯域内における減衰極の形成位置（設定周波数）についても、使用周波数帯の値（下端周波数の値や上端周波数の値）、帯域幅、要求される仕様等により上記以外の様々な値をとることがある。

また、積層基板の層番号（例えば「第１層」、「第１導体層」、「第２層」…）は、積層の順序（積層方向に関する相対的な位置関係）を表すものであって、必ずしも第１層が当該積層基板の最上層であることを意味するものではない（例えば第１層の上に更に絶縁層や導体層が積層されていても構わない）。さらに、基板各層の導体パターンの形状や大きさ、ポートＰ１〜Ｐ４や端子Ｔ１〜Ｔ４，ＴＧの位置、ビアＶ，Ｖ１，Ｖ２による接続構造等も図示した以外にも特許請求の範囲内で様々な変更が可能である。

また前記実施形態では、第一結合部２４ａを平面から見たときに主線路１２（結合部２２）と丁度重なるように配置したが、平面から見たときに第一結合部２４ａと主線路１２（結合部２２）とがずれていても（幅方向の一部が重なるか、あるいは、平面から見たときに両結合部間に隙間があっても）両線路が結合される限り本発明の範囲内である。

さらに、実施形態において第二結合部２３ａと第三結合部２５ａは、同一導体層内で主線路１２との結合を行ったが、第一結合部２４ａのように異なる導体層間で主線路１２と結合を行うようにすることも可能である。この場合、例えば前記図４に基づいて説明したように平面から見たときに副線路１３の当該結合部２３ａ，２５ａを主線路１２とずらして配置したり、あるいは当該結合部２３ａ，２５ａの線路幅を狭くしたり、当該結合部２３ａ，２５ａの線路長を短くするなどして結合強度を調整すれば良い。

１，１１ カプラ（方向性結合器）
１２ 主線路
１３ 副線路
１３ａ 第一副線路部
１３ｂ 第二副線路部
１３ｃ 第三副線路部
２２ 主線路の結合部
２３ａ 副線路の結合部（第二結合部）
２３ｂ 第一接続線路部
２４ａ 副線路の結合部（第一結合部）
２４ｂ 第一渦巻状線路部
２４ｃ 第二渦巻状線路部
２５ａ 副線路の結合部（第三結合部）
２５ｂ 第二接続線路部
２６ 第一非結合部
２７ 第二非結合部
１０１ アンテナ
１０２ スイッチ
１０３，１０４ 受信回路
２０１，３０１，４０１ 送信回路
２０２，２０３，３０２，４０２ ＰＡ（電力増幅器）
２０４，３０３，４０３ ＡＰＣ回路（自動出力制御回路）
Ｇ１ 中間グランド
Ｇ２ 上部グランド
Ｇ３ 下部グランド
Ｐ１ 入力ポート
Ｐ２ 出力ポート
Ｐ３ 結合ポート
Ｐ４ アイソレーションポート
Ｓ１ 要求仕様
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，ＴＧ 外部接続用端子
Ｖ ビアホール
Ｖ１ 第一ビア
Ｖ２ 第二ビア
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３ カップリング曲線上の点

Claims (12)

1. 高周波信号を伝送可能な主線路と、
   前記主線路に前記高周波信号を入力する入力ポートと、
   前記主線路から前記高周波信号を出力する出力ポートと、
   前記主線路と電磁界結合して前記高周波信号の一部を取り出す副線路と、
   前記副線路の一方の端部に備えられた結合ポートと、
   前記副線路の他方の端部に備えられたアイソレーションポートと
   を備えた方向性結合器であって、
   前記主線路および前記副線路間で電磁界結合を行う線路部分を結合部、当該電磁界結合を行わない線路部分を非結合部とそれぞれ称した場合に、
   前記副線路が、
   電磁界結合が強い第一結合部と、
   前記第一結合部より電磁界結合が弱く且つ前記第一結合部より前記結合ポートに近い側に形成した第二結合部と、
   前記第一結合部より電磁界結合が弱く且つ前記第一結合部より前記アイソレーションポートに近い側に形成した第三結合部と、
   前記第一結合部と前記第二結合部との間に延在し且つ使用周波数帯に対応した波長λの四分の一以上の長さを有する非結合部である第一非結合部と、
   前記第一結合部と前記第三結合部との間に延在し且つ使用周波数帯に対応した波長λの四分の一以上の長さを有する非結合部である第二非結合部と
   を有する
   ことを特徴とする方向性結合器。
2. 前記第一非結合部および前記第二非結合部を備えることにより、使用周波数帯の下端周波数より高く且つ使用周波数帯の上端周波数以下の周波数位置に共振点を形成した
   請求項１に記載の方向性結合器。
3. 前記共振点を、前記使用周波数帯の中心周波数以上で上端周波数以下の周波数位置に形成した
   請求項２に記載の方向性結合器。
4. 絶縁層を介して積層した複数の導体層を有する積層基板に、前記主線路、前記副線路、前記入力ポート、前記出力ポート、前記結合ポート、および、前記アイソレーションポートを備えた請求項１または２に記載の方向性結合器であって、
   前記副線路は、各々当該副線路の一部であり且つ前記結合ポートから前記アイソレーションポートに向け順に続く、第一副線路部と第二副線路部と第三副線路部とを含み、
   前記積層基板の第一導体層に、前記主線路、前記第一副線路部および前記第三副線路部を配置し、
   当該主線路の少なくとも一部と当該第一副線路部の少なくとも一部とを互いに近接して配置することにより前記第二結合部を形成するとともに、
   当該主線路の少なくとも一部と当該第三副線路部の少なくとも一部とを互いに近接して配置することにより前記第三結合部を形成し、
   前記第一副線路部の一端部を前記結合ポートに接続し、
   前記第一副線路部の他端部を第一層間接続導体に接続し、
   前記第三副線路部の一端部を前記アイソレーションポートに接続し、
   前記第三副線路部の他端部を第二層間接続導体に接続し、
   前記第一導体層とは異なる前記積層基板内の導体層である第二導体層に、前記第二副線路部を配置し、
   当該第二副線路部の一端部と前記第一副線路部の他端部とを前記第一層間接続導体により接続するとともに、
   当該第二副線路部の他端部と前記第三副線路部の他端部とを前記第二層間接続導体により接続し、
   当該第二副線路部の中間部を前記主線路に近接して配置することにより前記第一結合部を形成し、
   当該第二副線路部の中間部と前記第二副線路部の一端部との間の線路部分である第一中間線路部により、または、前記第二結合部と前記第一副線路部の他端部との間の線路部分と当該第一中間線路部とにより、前記第一非結合部を形成し、
   当該第二副線路部の中間部と前記第二副線路部の他端部との間の線路部分である第二中間線路部により、または、前記第三結合部と前記第三副線路部の他端部との間の線路部分と当該第二中間線路部とにより、前記第二非結合部を形成した
   方向性結合器。
5. 前記第一中間線路部と前記第二中間線路部は、略同一の長さを有し、且つ、共に前記第一副線路部および前記第三副線路部より長く、
   平面から見たときに前記積層基板の左側半分の領域を第一領域、積層基板の右側半分の領域を第二領域としたときに、
   第一領域および第二領域のうちの一方の中心部に前記第一層間接続導体を配置し、
   当該第一層間接続導体を中心として渦を巻くように前記第一中間線路部を形成するとともに、
   第一領域および第二領域のうちの他方の中心部に前記第二層間接続導体を配置し、
   当該第二層間接続導体を中心として渦を巻くように前記第二中間線路部を形成した
   請求項４に記載の方向性結合器。
6. 前記第一非結合部および前記第二非結合部のいずれか一方または双方の線路幅が、前記第一結合部を形成する副線路の中間部の線路幅より狭い
   請求項４または５に記載の方向性結合器。
7. 前記積層基板内で前記第二導体層より上層に配置し且つ前記第一非結合部と前記第二非結合部とを覆うように形成したグランド電極である上部グランドを備えた
   請求項４から６のいずれか一項に記載の方向性結合器。
8. 前記第二導体層は、前記積層基板内で前記第一導体層より下層に位置し、
   前記上部グランドを、前記第一導体層に配置した
   請求項７に記載の方向性結合器。
9. 前記上部グランドは、平面から見たときに前記主線路の結合部、前記副線路の第一結合部、第二結合部および第三結合部と重ならないように形成してある
   請求項７に記載の方向性結合器。
10. 前記積層基板内で前記第二導体層より下層に配置し且つ前記第一非結合部と前記第二非結合部とを覆うように形成したグランド電極である下部グランドを備えた
    請求項４から９のいずれか一項に記載の方向性結合器。
11. 前記下部グランドは、平面から見たときに前記主線路の結合部、前記副線路の第一結合部、第二結合部および第三結合部と重ならないように形成してある
    請求項１０に記載の方向性結合器。
12. ２以上の周波数帯の送信信号を生成可能で、且つ、これらの送信信号を増幅する電力増幅器と当該電力増幅器の出力を制御する自動出力制御回路とを含む送信回路と、
    前記２以上の周波数帯の受信信号を処理可能な受信回路と、
    前記送信信号および受信信号の送受信を行うアンテナと、
    当該アンテナと、前記送信回路および前記受信回路との間に接続され、前記アンテナを通じて受信された受信信号の前記受信回路への伝送および前記送信回路から出力された送信信号の前記アンテナへの伝送を行うスイッチと、
    前記電力増幅器から出力される送信信号のレベルを検出してその検出信号を前記自動出力制御回路に出力する方向性結合器と
    を備え、
    前記方向性結合器から入力された前記検出信号に基づいて前記電力増幅器の出力を制御する無線通信装置であって、
    前記方向性結合器は、前記アンテナと前記スイッチと間に接続され、且つ、前記請求項１から１１のいずれか一項に記載の方向性結合器である
    ことを特徴とする無線通信装置。

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