JP2016171398A - 方向性結合器および無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な結合度及びアイソレーション特性を有する生産性に優れたカプラを得る。
【解決手段】主線路、副線路、入力端子、出力端子、結合端子及びアイソレーション端子を積層構造体に備えたカプラで、主線路は、第一導体層に形成した第一主線路部と、第二導体層に形成した第二主線路部とを含み、第一主線路部と第二主線路部は入力端子と出力端子の間に並列に接続し、副線路は、第一導体層に形成した第一副線路部と、第二導体層に形成した第二副線路部とを含み、第一副線路部と第二副線路部は結合端子とアイソレーション端子の間に並列に接続し、第一主線路部と第一副線路部を近接配置して結合させ、第二主線路部と第二副線路部を近接配置して結合させた。第一主線路部と第二主線路部は同一の平面形状を有して平面から見て重なり、第一副線路部と第二副線路部は同一の平面形状を有して平面から見て重なっている。
【選択図】図２

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、方向性結合器を構成する積層構造体内の導体パターンを特有のものとすることにより方向性結合器の特性改善を図る技術に関する。

伝送線路上を伝搬する電力の一部を取り出す方向性結合器（Directional Coupler／以下単に「カプラ」と称することがある）は、携帯電話機や無線ＬＡＮ通信装置、ブルートゥース（Bluetooth／登録商標）規格の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。

具体的には、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」と言うことがある）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」と言うことがある）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備え、送信信号を伝送する主線路は一端に入力端子を、他端に出力端子をそれぞれ備え、送信信号のレベルを検出する副線路は一端に結合端子を、他端にアイソレーション端子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、結合端子を通じてモニタ信号としてＡＰＣ回路へ出力される。

またこのようなカプラは一般に、絶縁層を介在させつつ複数の導体層を積層した積層構造体内に主線路や副線路、各端子等を配置したチップ部品として提供される。

カプラの主要な特性としては挿入損失、結合度、アイソレーションおよび方向性が挙げられる。挿入損失はカプラによって生じる損失であり、低いことが望ましい。結合度は、順方向（主線路の入力端子から出力端子に向けた方向）に伝搬する電力と結合端子に取り出される電力の比である。アイソレーションは、逆方向（主線路の出力端子から入力端子に向けた方向）に伝搬する電力の結合端子への漏れの少なさの程度を示すもので、これは高い（漏れが小さい）ことが望ましい。方向性は、アイソレーションと結合度の差であり、高い（絶対値が大きい）ほど良好なカプラとされ、検出誤差が小さく良好なＡＰＣ回路を形成することが出来る。

また、このようなカプラに関連する文献として下記特許文献がある。

特開２００２−２８０８１０号公報

ところで、前述したＰＡのフィードバック制御では、ＰＡから出力される進行波電力（送信電力）をアンテナ等の後段の回路から生じる反射波成分から分離して検出できる能力がカプラの主要な機能として求められる。したがって、当該能力の高さ（進行波と反射波とを分離できる程度）を示す特性であるアイソレーションは出来るだけ高いことが正確な制御を行う上で望ましい。

また、電子部品としてカプラを提供するにあたっては、ユーザからの特性要求（当該カプラへの要求仕様）を満たす必要があり、良好な結合度を確保しながらアイソレーション特性について例えば周波数の低域側と高域側に設定された２つの要求仕様（後に述べる図９，図１１，図１３の符号Ｓ１，Ｓ２参照）を満足させる必要が生じることがある。

ところが、電子部品に対する近年の小型薄型化および高機能化の要請、ならびに量産時に品質精度にばらつき無く良好な生産性を実現する必要性から、結合度とアイソレーションの特性要求を同時に満足させることは必ずしも容易ではない。この点について具体的に述べれば次のとおりである。

図６は本発明の比較対象として構成したカプラ（比較例）を示す回路図であり、図７は当該比較例に係るカプラの水平断面図（各導体層および各絶縁層を示す平面図）である。これらの図に示すように比較例のカプラ１０は、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２間に接続した主線路１２と、結合端子Ｔ３とアイソレーション端子Ｔ４間に接続した副線路１３を電磁界結合させるように積層構造体内に備えたものである。積層構造体は、順に積層した第１導体層Ｍ１、第１絶縁層Ｉ１、第２導体層Ｍ２、第２絶縁層Ｉ２および第３導体層Ｍ３を有し、第１導体層Ｍ１に主線路１２と副線路１３を配置する。

なお、積層構造体内の各層の構造については、後述する実施形態のカプラ１１が主線路（主線路部１２ａ，１２ｂ）と副線路（副線路部１３ａ，１３ｂ）を配置した導体層を２層（第１導体層Ｍ１と第２導体層Ｍ２）備えているのに対して、比較例のカプラ１０は１層のみ（第１導体層Ｍ１）を備えている点で相違し、他の点は実施形態のカプラ１１と同様であり（同一又は相当する部分に同一の符号を付す）、後に実施形態の説明において各層の構造について詳しく述べるからここでの説明は省略する。

図８および図９は、上記比較例のカプラにおいて主線路および副線路（これらを合わせて「結合線路」または「両線路」と言うことがある）の線路長を変えた場合の結合度（図８）とアイソレーション（図９）の周波数特性をそれぞれ示す線図である。これらの同図中、黒色の破線は両線路が標準の線路長（６８０μｍ）を有する場合を、一点鎖線は標準の線路長から両線路を３０μｍ短くした場合を、灰色の破線は標準の線路長から両線路を３０μｍ長くした場合をそれぞれ示す。またこれら図８および図９（後述の図１０〜図１３も同様）では、後に述べる実施形態のカプラの特性（実線で示す）も併せて図示している。さらにアイソレーションの特性図には、低域側の要求仕様Ｓ１（２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚの周波数範囲で３５ｄＢ以上）と、高域側の要求仕様Ｓ２（５．１５ＧＨｚ〜５．８５ＧＨｚの周波数範囲で３２ｄＢ以上）を示した。

図８および図９から分かるように、結合線路を長くすると、結合度は高くなるが、アイソレーションの減衰極（共振点）は低域側（周波数が低い側）へ移動する。このため、結合度を高めるために線路長を長くすると、高域側（周波数が高い側）に設定されたアイソレーションに関する要求仕様Ｓ２を満たすことが難しくなる。逆に、結合線路を短くすればアイソレーションの減衰極が高域側へ移動して高域側の要求仕様Ｓ２は満たしやすくなるが、結合度が低下してしまう。このように、線路長の変更だけでは結合度とアイソレーションの双方を満足させることは難しい。

図１０および図１１は、比較例のカプラにおいて結合線路の厚さを変えた場合の結合度（図１０）とアイソレーション（図１１）の周波数特性をそれぞれ示す線図で、同図中、黒色の破線は両線路の厚さを５μｍとした場合を、一点鎖線は当該厚さを１０μｍとした場合を、灰色の破線（実線で示した実施形態と重なっている）は当該厚さを１５μｍとした場合をそれぞれ示す。

図１０および図１１から分かるように、結合線路を厚くすると、結合度は高くなり、アイソレーションの減衰極は、前述した線路長を変えた場合とは逆に高域側へ移動する（図１１中の二点鎖線の矢印参照）。したがって、結合線路の長さと厚さの両方を調整すればアイソレーションの減衰極の周波数位置を自由に設定して要求仕様Ｓ１，Ｓ２を満たすことが可能とも考えられる。

しかしながら、結合線路を厚くするには成膜に時間がかかり、製造効率が悪化する。また、膜厚が厚くなるほど個々の製品ごとの厚さのばらつきが大きくなり、製造歩留まりが低下する。このように結合線路を厚くするのにも製造面からの限界がある。

図１２および図１３は比較例のカプラにおいて結合線路の間隔を狭めた場合の結合度（図１２）とアイソレーション（図１３）の周波数特性をそれぞれ示す線図で、同図中、黒色の破線は当該間隔が１０μｍの場合を、一点鎖線は当該間隔を５μｍとした場合を、灰色の破線は２．５μｍとした場合をそれぞれ示す。なお、前記図８〜図１１では両線路の間隔は１０μｍとした。

図１２および図１３から分かるように、結合線路の間隔を狭めると、結合度は高くなり、アイソレーションの減衰極は高域側へ移動する。したがって線路間隔についても前述した厚さと同様に、両線路の長さと間隔の両方を調整すれば、結合度とアイソレーションの双方を自由に調整することが可能とも考えられる。

ところがこの場合も製造面からの限界がある。なぜなら、線路間隔を狭くするほど両線路間に短絡が生じるおそれが増大するからである。また図１３から分かるように線路間隔を狭くするほど減衰極の移動量が大きくなるから、周波数が高くなるほど高精度の調整が難しくなり、品質にばらつきが生じやすくなる。

一方、前記特許文献１（特開２００２−２８０８１０）に記載の発明は、カプラの小型化に伴って主線路と副線路（特に副線路）の自己インダクタンス値が十分でなくなるとアイソレーションが悪化する問題を解決するもので、副線路の線路幅を主線路の線路幅より相対的に小さくし、さらに挿入損失を抑えるために主線路の厚さを副線路より厚くする。しかしながらこの文献記載の発明は、結合度とアイソレーションを同時に調整できるものではない。またこの特許文献１記載の発明のように主線路の厚さを厚くすると、前述した製造上の問題、すなわち、成膜に時間がかかり製造効率が悪化するとともに、膜厚が厚くなるほど個々の製品ごとの厚さのばらつきが大きくなって製造歩留まりが低下する問題が生じ得る。

したがって、本発明の目的は、結合度およびアイソレーションを良好に調整可能な生産性に優れた新たなカプラ構造を得ることにある。

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、主線路の一端部に備えられて当該主線路に高周波信号を入力する入力端子と、主線路の他端部に備えられて当該主線路から高周波信号を出力する出力端子と、主線路と電磁界結合して高周波信号の一部を取り出す副線路と、副線路の一端部に備えられた結合端子と、副線路の他端部に備えられたアイソレーション端子とを、絶縁層を介して積層した複数の導体層を有する積層構造体に備えている。

また主線路は、複数の導体層のうちの第一導体層に形成した第一主線路部と、複数の導体層のうちの第二導体層に形成した第二主線路部とを含み、これら第一主線路部と第二主線路部を、互いに電気的に並列に入力端子と出力端子との間に接続する。一方、副線路は、第一導体層に形成した第一副線路部と、第二導体層に形成した第二副線路部とを含み、これら第一副線路部と第二副線路部を、互いに電気的に並列に結合端子とアイソレーション端子との間に接続する。そして、第一主線路部と第一副線路部とを互いに近接して配置することにより電磁界結合させるとともに、第二主線路部と第二副線路部とを互いに近接して配置することにより電磁界結合させる。

本発明のカプラでは、上記のように主線路と副線路を並列に接続した２つの線路部を含むように構成して各線路部同士を結合させるが、このような構造とすれば、後に実施形態の説明において示すように、個々の線路部の厚さを変えなくても両線路の厚さを厚くしたのと同等の結合度とアイソレーション特性を得ることが出来る。また、別々の導体層に配置した複数の線路部によって結合線路を構成するから、個々の線路部の厚さは厚くする必要が無く、このため前述した製造上の問題（成膜の長時間化や厚さのばらつき）が生じることを防ぐことが出来る。したがって、高精度なカプラを効率良く且つ歩留まり良く量産することが可能となる。さらに、主線路が並列に接続された複数本の線路部からなるから、挿入損失も低く抑えられる。

上記主線路部および副線路部の典型的な形態として、本発明の一態様では、第一主線路部と第二主線路部とが略同一の平面形状を有するものとし且つこれら第一主線路部と第二主線路部とが平面から見て重なるように配置する。また同様に、第一副線路部と第二副線路部とが略同一の平面形状を有するものとし且つこれら第一副線路部と第二副線路部とが平面から見て重なるように配置する。

さらに本発明または上記態様では、第一主線路部の入力端子側の端部と、第二主線路部の入力端子側の端部とを、積層構造体の積層方向に延びる第一層間接続導体によって電気的に接続し、第一主線路部の出力端子側の端部と、第二主線路部の出力端子側の端部とを、積層構造体の積層方向に延びる第二層間接続導体によって電気的に接続し、第一副線路部の結合端子側の端部と、第二副線路部の結合端子側の端部とを、積層構造体の積層方向に延びる第三層間接続導体によって電気的に接続し、第一副線路部のアイソレーション端子側の端部と、第二副線路部のアイソレーション端子側の端部とを、積層構造体の積層方向に延びる第四層間接続導体によって電気的に接続することがある。

また本発明の別の一態様では、アイソレーションの周波数特性において減衰極を形成し、この減衰極が高域側の要求仕様に係る周波数範囲内に位置するようにして低域側の要求仕様と高域側の要求仕様の双方を満足させる。このような態様によれば、アイソレーションが特に低下しやすい高い周波数領域において高いアイソレーションを得ることができ、当該カプラに求められる低域側の要求仕様と高域側の要求仕様の双方を良好に満たすことが可能となる。

なお、減衰極の周波数位置を調整するには、各線路部の厚さを調整すれば良いが、本発明または前記各態様によれば、結合線路を、別々の導体層に配置した複数の線路部によって構成するから、個々の線路部の厚さは変えないか或いは変えるにしてもさほど厚くする必要が無く、このため前記製造上の問題（成膜の長時間化や厚さのばらつき）が生じることを防ぐことも出来る。

本発明に係る無線通信装置は、送信信号を生成可能で、且つ、送信信号を増幅するＰＡ（電力増幅器）と当該ＰＡの出力を制御するＡＰＣ回路（自動出力制御回路）とを含む送信回路と、受信信号を処理可能な受信回路と、送信信号および受信信号の送受信を行うアンテナと、当該アンテナと送信回路および受信回路との間に接続され、アンテナを通じて受信された受信信号の受信回路への伝送および送信回路から出力された送信信号のアンテナへの伝送を行うスイッチと、ＰＡ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ＡＰＣ回路に出力するカプラとを備え、カプラから入力された検出信号に基づいてＰＡの出力を制御する無線通信装置であって、当該カプラとして前記本発明または各態様のいずれかのカプラを備える。

本発明によれば、結合度およびアイソレーションを良好に調整可能な生産性に優れた新たなカプラを実現することが出来る。

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、各図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。

図１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２は、前記実施形態に係るカプラを示す水平断面図（当該カプラを構成する積層構造体の各導体層および各絶縁層を示す平面図）である。 図３は、本発明に係る無線通信装置の一例を示すブロック図である。 図４は、前記実施形態に係るカプラの別の構成例を概念的に示す回路図である。 図５は、前記別の構成例のカプラを示す水平断面図（当該カプラを構成する積層構造体の各導体層および各絶縁層を示す平面図）である。 図６は、比較例に係るカプラを概念的に示す回路図である。 図７は、前記比較例に係るカプラを示す水平断面図（当該カプラを構成する積層構造体の各導体層および各絶縁層を示す平面図）である。 図８は、前記比較例に係るカプラにおいて主線路と副線路の線路長を変えた場合の結合度の周波数特性を示す線図である。 図９は、前記図８と同様に比較例のカプラにおいて主線路と副線路の線路長を変えた場合のアイソレーションの周波数特性を示す線図である。 図１０は、前記比較例に係るカプラにおいて主線路と副線路の厚さを変えた場合の結合度の周波数特性を示す線図である。 図１１は、前記図１０と同様に比較例に係るカプラにおいて主線路と副線路の厚さを変えた場合のアイソレーションの周波数特性を示す線図である。 図１２は、前記比較例に係るカプラにおいて主線路と副線路の間の間隔を狭めた場合の結合度の周波数特性を示す線図である。 図１３は、前記図１２と同様に比較例に係るカプラにおいて主線路と副線路の間の間隔を狭めた場合のアイソレーションの周波数特性を示す線図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係るカプラ１１は、送信信号を伝送する主線路と、この主線路に電磁界結合する副線路とを備えるが、主線路は入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に並列に接続した第一主線路部１２ａと第二主線路部１２ｂとからなり、副線路は結合端子Ｔ３とアイソレーション端子Ｔ４との間に並列に接続した第一副線路部１３ａと第二副線路部１３ｂとからなる。また、第一主線路部１２ａと第一副線路部１３ａを近接して配置することによりこれらを互いに電磁界結合させ、同様に第二主線路部１２ｂと第二副線路部１３ｂを近接して配置することによりこれらを電磁界結合させる。

上記主線路部１２ａ，１２ｂおよび副線路部１３ａ，１３ｂならびに各端子Ｔ１〜Ｔ４は、チップ状の電子部品として本実施形態のカプラ１１を構成するため、絶縁層を介在させつつ積層した複数の導体層を備える積層構造体内に配置する。

具体的には、当該積層構造体は図２に示すように長方形の平面形状を有し、順に積層された第１導体層Ｍ１、第１絶縁層Ｉ１、第２導体層Ｍ２、第２絶縁層Ｉ２、第３導体層Ｍ３、第３絶縁層Ｉ３および第４導体層Ｍ４を有する。なお、本実施形態に係るカプラ１１は、図２に示した各層以外にも、例えばグランド電極を備えた導体層など図示しない他の導体層や絶縁層を備えていても良い。

積層構造体の四隅（平面から見た場合の４つの角部）には、第１導体層Ｍ１から第４導体層Ｍ４までに亘って当該構造体を垂直に（積層構造体の積層方向に）貫いて延びる柱状の導電体を備える。これらの導電体は、各導体層Ｍ１〜Ｍ４に現れる端子部Ｔ１１〜Ｔ１４，Ｔ２１〜Ｔ２４，Ｔ３１〜Ｔ３４，Ｔ４１〜Ｔ４４と、絶縁層を貫くビアＶとを含んで柱状端子Ｔ１〜Ｔ４を構成するもので、図２において各層の左下の角部から反時計回りに隣り合う角部を第一から第四の角部とすると、これら４つの角部のうち第一の角部には柱状入力端子Ｔ１を、第二の角部には柱状出力端子Ｔ２を、第三の角部には柱状アイソレーション端子Ｔ４を、第四の角部には柱状結合端子Ｔ３を、それぞれ備える。

各柱状端子Ｔ１〜Ｔ４は、第１導体層Ｍ１、第２導体層Ｍ２、第３導体層Ｍ３および第４導体層Ｍ４において、端子部として現われる。すなわち第１から第４の各導体層Ｍ１〜Ｍ４において、第一の角部には入力端子部Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ１４が、第二の角部には出力端子部Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ２３，Ｔ２４が、第三の角部にはアイソレーション端子部Ｔ４１，Ｔ４２，Ｔ４３，Ｔ４４が、第四の角部には結合端子部Ｔ３１，Ｔ３２，Ｔ３３，Ｔ３４が、それぞれ現われている。各導体層の対応する端子部（例えば入力端子部Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ１４同士／他の端子部についても同様）は、絶縁層を垂直に貫く角形のビアＶによって電気的に接続する。

主線路を構成する第一主線路部１２ａと、副線路を構成する第一副線路部１３ａは、第１導体層Ｍ１に配置する。すなわち第一主線路部１２ａは、第１導体層Ｍ１の第一の角部から第１導体層Ｍ１の中心部に向け渦巻状に延びるように形成する。第一主線路部１２ａの一端は入力端子部Ｔ１１に、他端は第１導体層Ｍ１の中心部に配置した主線路引出用端子Ｔ５１（主線路を出力端子Ｔ２に接続するための端子）にそれぞれ接続する。

一方、第一副線路部１３ａは、第１導体層Ｍ１の第四の角部から第一の角部に向け引き回し、第一の角部から第一主線路部１２ａと同様に第１導体層Ｍ１の中心部に向け渦巻状に延びるように且つ第一主線路部１２ａと電磁結合させるため一定の間隔を隔てて第一主線路部１２ａの内側（内周側）を第一主線路部１２ａと並走する（第一主線路部１２ａと平行に延びる）ように形成する。

なお、このように第一副線路部１３ａを第一主線路部１２ａの内側に配置すれば、第一副線路部１３ａと端子部（出力端子部Ｔ２１、アイソレーション端子部Ｔ４１および結合端子部Ｔ３１）との間に第一主線路部１２ａが介在することとなるから第一副線路部１３ａと端子部Ｔ２１，Ｔ３１，Ｔ４１（特に影響の大きい出力端子部Ｔ２１）との不要な電磁結合を抑制することができ、アイソレーション特性の劣化を防ぐことが出来る（後述の第二副線路部１３ｂについても同様）。この点については先に出願を行っている（特願２０１５−３４０６６）。

第一副線路部１３ａは、第四の角部にある結合端子部Ｔ３１に一端を接続し、第１導体層Ｍ１の中心部に備えた前記主線路引出用端子Ｔ５１とは別の端子（副線路引出用端子）Ｔ６１に他端を接続する。

前記第一主線路部１２ａとともに主線路を構成する第二主線路部１２ｂ、ならびに、前記第一副線路部１３ａとともに副線路を構成する第二副線路部１３ｂは、第１絶縁層Ｉ１を介して積層した第２導体層Ｍ２に配置するが、第２導体層Ｍ２は第１導体層Ｍ１と同一の導体パターンを有している。したがって、第二主線路部１２ｂは第一主線路部１２ａと、また第二副線路部１３ｂは第一副線路部１３ａとそれぞれ同一の平面形状を有しており、平面（積層体の積層方向）から見て第一主線路部１２ａと第二主線路部１２ｂが丁度重なり、第一副線路部１３ａと第二副線路部１３ｂとが丁度重なる。また各端子部Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ３１，Ｔ３２，Ｔ４１，Ｔ４２，についても同様に第１導体層Ｍ１と第２導体層Ｍ２とで同一の平面形状を有し、平面から見て丁度重なることとなる。

なお、積層構造体の各層の厚さは、本実施形態では、第４導体層Ｍ４を除き、各導体層Ｍ１〜Ｍ３（したがって各主線路部１２ａ，１２ｂおよび各副線路部１３ａ，１３ｂも）および各絶縁層Ｉ１〜Ｉ３の厚さを総て５μｍとした。第４導体層Ｍ４の厚さは２０μｍである。

第１導体層Ｍ１の入力端子部Ｔ１１と第２導体層Ｍ２の入力端子部Ｔ１２は、ビアＶ（第一層間接続導体）によって接続する。これにより第一主線路部１２ａの入力端子側の端部と、第二主線路部１２ｂの入力端子側の端部とが電気的に接続される。同様に、第１導体層Ｍ１の主線路引出用端子Ｔ５１と第２導体層Ｍ２の主線路引出用端子Ｔ５２をビアＶ（第二層間接続導体）によって接続し、これにより第一主線路部１２ａの出力端子側の端部と、第二主線路部１２ｂの出力端子側の端部とを電気的に接続する。

さらに、第１導体層Ｍ１の結合端子部Ｔ３１と第２導体層Ｍ２の結合端子部Ｔ３２をビアＶ（第三層間接続導体）によって接続することより、第一副線路部１３ａの結合端子側の端部と、第二副線路部１３ｂの結合端子側の端部とを電気的に接続する。同様に、第１導体層Ｍ１の副線路引出用端子Ｔ６１と第２導体層Ｍ２の副線路引出用端子Ｔ６２をビアＶ（第四層間接続導体）によって接続することにより、第一副線路部１３ａのアイソレーション端子側の端部と、第二副線路部１３ｂのアイソレーション端子側の端部とを電気的に接続する。

各主線路部１２ａ，１２ｂと柱状出力端子Ｔ２、ならびに各副線路部１３ａ，１３ｂと柱状アイソレーション端子Ｔ４との接続は、第２絶縁層Ｉ２を間に挟んで積層した第３導体層Ｍ３において行う。すなわち、第３導体層Ｍ３の中心部には、第２導体層Ｍ２に配置した主線路引出用端子Ｔ５２と平面から見て同じ位置に主線路引出用端子Ｔ５３を同様に備え、これら第２導体層Ｍ２と第３導体層Ｍ３にそれぞれ備えた主線路引出用端子Ｔ５２，Ｔ５３同士を、第２絶縁層Ｉ２を垂直に貫くビアＶによって接続する。同様に、第３導体層Ｍ３の中心部において、第２導体層Ｍ２に配置した副線路引出用端子Ｔ６２と平面から見て同じ位置に副線路引出用端子Ｔ６３を備え、これら第２導体層Ｍ２と第３導体層Ｍ３にそれぞれ備えた副線路引出用端子Ｔ６２，Ｔ６３同士を、第２絶縁層Ｍ２を垂直に貫く別のビアＶによって接続する。

そして、第３導体層Ｍ３において一端を柱状出力端子Ｔ２（第３導体層Ｍ３の第二の角部に現れる出力端子部Ｔ２３）に接続した主線路用接続線路２１の他端を、第３導体層Ｍ３の中心部において前記主線路引出用端子Ｔ５３に接続する。また、第３導体層Ｍ３において一端を柱状アイソレーション端子Ｔ４（第３導体層Ｍ３の第三の角部に現れるアイソレーション端子部Ｔ４３）に接続した副線路用接続線路２２の他端を、第３導体層Ｍ３の中心部において前記副線路引出用端子Ｔ６３に接続する。

このような本実施形態のカプラによれば、図１０および図１１から分かるように、両線路の厚さを１５μｍに増大させた比較例（図１０および図１１において実施形態を示す実線と、厚さを１５μｍとした比較例を示す灰色の破線は重なっている）と同等の結合度を確保しながら、低域側要求仕様Ｓ１および高域側要求仕様Ｓ２を満たす良好なアイソレーション特性を実現することが出来る。しかも、各線路部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの厚さは５μｍであり特に厚くする必要はないから、前述した製造上の問題が生じることがなく、ばらつきの小さい高精度のカプラを効率良く生産することが出来る。また、主線路を並列に接続した２つの主線路部１２ａ，１２ｂで構成しているから、挿入損失も小さく抑えることが出来る。

図３は、本発明に係る無線通信装置の一例を示すブロック図である。同図に示すようにこの無線通信装置は、送信信号を生成する送信回路２０１と、受信信号を処理する受信回路１０３と、送信信号および受信信号の送受信を行うアンテナ１０１と、アンテナ１０１と送信回路２０１および受信回路１０３との間に接続されてアンテナ１０１を通じて受信された受信信号の受信回路１０３への伝送および送信回路２０１から出力された送信信号のアンテナ１０１への伝送を行うスイッチ１０２とを備えている。

送信回路２０１は、送信信号を増幅するＰＡ（電力増幅器）２０２と、ＰＡ２０２の出力を制御するＡＰＣ回路（自動出力制御回路）２０３と、ＰＡ２０２から出力される送信信号のレベルを検出するカプラ２０４を含み、当該カプラ２０４として前記実施形態に係るカプラを備えた。カプラ２０４は、ＰＡ２０２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ＡＰＣ回路２０３に出力する。ＡＰＣ回路２０３は、このカプラ２０４から入力された検出信号に基づいてＰＡ２０２の出力が一定になるようにＰＡ２０２の利得を制御する。

本装置ではカプラ２０４として、良好なアイソレーション特性を有する前記実施形態に係るカプラ１１を備えるから、ＰＡ２０２のより精度の高い出力制御が可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲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、前記実施形態では主線路と副線路を２本の線路部によりそれぞれ構成したが、本発明では、３本あるいは４本以上の線路部によって両線路を構成することも可能である。 図４〜図５は線路部を３本ずつ備えた例を示すもので、この例では、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に並列に接続した３本の主線路部（第一主線路部１２ａ、第二主線路部１２ｂおよび第三主線路部１２ｃ）と、結合端子Ｔ３とアイソレーション端子Ｔ４との間に並列に接続した３本の副線路部（第一副線路部１３ａ、第二副線路部１３ｂおよび第三副線路部１３ｃ）とを、第１導体層Ｍ１、第２導体層Ｍ２および第３導体層Ｍ３の各層においてそれぞれ結合させている。

また本発明の無線通信装置は、図３に示した例に限定されるものではなく、このほかにも例えば複数の周波数帯を利用可能なマルチバンド方式の装置を構成するなど様々な回路構成を採ることが可能である。

１０ 比較例のカプラ
１１ 実施形態のカプラ
１２ 主線路
１２ａ 第一主線路部
１２ｂ 第二主線路部
１２ｃ 第三主線路部
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
２１ 主線路用接続線路
２２ 副線路用接続線路
１０１ アンテナ
１０２ スイッチ
１０３ 受信回路
２０１ 送信回路
２０２ ＰＡ（電力増幅器）
２０３ ＡＰＣ回路（自動出力制御回路）
２０４ カプラ
Ｉ１ 第１絶縁層
Ｉ２ 第２絶縁層
Ｉ３ 第３絶縁層
Ｉ４ 第４絶縁層
Ｍ１ 第１導体層
Ｍ２ 第２導体層
Ｍ３ 第３導体層
Ｍ４ 第４導体層
Ｍ５ 第５導体層
Ｔ１ 入力端子
Ｔ２ 出力端子
Ｔ３ 結合端子
Ｔ４ アイソレーション端子
Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ１４，Ｔ１５ 入力端子部
Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ２３，Ｔ２４，Ｔ２５ 出力端子部
Ｔ３１，Ｔ３２，Ｔ３３，Ｔ３４，Ｔ３５ 結合端子部
Ｔ４１，Ｔ４２，Ｔ４３，Ｔ４４，Ｔ４５ アイソレーション端子部
Ｔ５１，Ｔ５２，Ｔ５３，Ｔ５４ 主線路引出用端子
Ｔ６１，Ｔ６２，Ｔ６３，Ｔ６４ 副線路引出用端子
Ｖ ビア

Claims (5)

1. 高周波信号を伝送可能な主線路と、
   前記主線路の一端部に備えられて当該主線路に前記高周波信号を入力する入力端子と、
   前記主線路の他端部に備えられて当該主線路から前記高周波信号を出力する出力端子と、
   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、
   前記副線路の一端部に備えられた結合端子と、
   前記副線路の他端部に備えられたアイソレーション端子とを、
   絶縁層を介して積層した複数の導体層を有する積層構造体に備えた方向性結合器であって、
   前記主線路は、前記複数の導体層のうちの第一導体層に形成した第一主線路部と、前記複数の導体層のうちの第二導体層に形成した第二主線路部とを含むとともに、
   これら第一主線路部と第二主線路部は、互いに電気的に並列に前記入力端子と前記出力端子との間に接続してあり、
   前記副線路は、前記第一導体層に形成した第一副線路部と、前記第二導体層に形成した第二副線路部とを含むとともに、
   これら第一副線路部と第二副線路部は、互いに電気的に並列に前記結合端子と前記アイソレーション端子との間に接続してあり、
   前記第一主線路部と前記第一副線路部とを、互いに近接して配置することにより電磁界結合させ、
   前記第二主線路部と前記第二副線路部とを、互いに近接して配置することにより電磁界結合させた
   ことを特徴とする方向性結合器。
2. 前記第一主線路部と前記第二主線路部とは、略同一の平面形状を有し、且つ、平面から見て重なるように配置されており、
   前記第一副線路部と前記第二副線路部とは、略同一の平面形状を有し、且つ、平面から見て重なるように配置されている
   請求項１に記載の方向性結合器。
3. 前記第一主線路部の入力端子側の端部と、前記第二主線路部の入力端子側の端部とが、前記積層構造体の積層方向に延びる第一層間接続導体によって電気的に接続され、
   前記第一主線路部の出力端子側の端部と、前記第二主線路部の出力端子側の端部とが、前記積層構造体の積層方向に延びる第二層間接続導体によって電気的に接続され、
   前記第一副線路部の結合端子側の端部と、前記第二副線路部の結合端子側の端部とが、前記積層構造体の積層方向に延びる第三層間接続導体によって電気的に接続され、
   前記第一副線路部のアイソレーション端子側の端部と、前記第二副線路部のアイソレーション端子側の端部とが、前記積層構造体の積層方向に延びる第四層間接続導体によって電気的に接続されている
   請求項１または２に記載の方向性結合器。
4. アイソレーションの周波数特性において減衰極を有し、
   当該減衰極が、高域側の要求仕様に係る周波数範囲内に位置し、
   これにより低域側の要求仕様と高域側の要求仕様の双方を満足させた
   請求項１から３のいずれか一項に記載の方向性結合器。
5. 送信信号を生成可能で、且つ、当該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、
   受信信号を処理可能な受信回路と、
   前記送信信号および前記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、前記請求項１から４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。