JP3289643B2 - 方向性結合器 - Google Patents
方向性結合器Info
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Description
に、高周波信号による無線通信用機器等に用いられるス
トリップ線路を用いた方向性結合器に関する。
合器は、高周波機器に従来から用いられている。また、
積層型方向性結合器も、小型であるという利点から携帯
電話等の小型無線通信機器に広く用いられている。
送信回路部の構成の一例を図9に示す。変調回路部から
伝送されてきた高周波(マイクロ波)の送信信号は、送
信電力増幅器1で増幅された後、方向性結合器2、ロー
パスフィルタ3を経てアンテナ共用器4からアンテナ5
に供給され、該アンテナ5から空中に放射される。ま
た、アンテナ5で受信された受信信号は、アンテナ共用
器4から携帯電話の受信回路部に伝送される。
及びそれと並走する一端が抵抗Rで終端された副ストリ
ップ線路2bを有する。副ストリップ線路2bは、主ス
トリップ線路2aを送信電力増幅器1からローパスフィ
ルタ3に向かって伝送される送信信号に結合してそれに
比例する出力を取り出し、自動利得制御回路6に供給し
ている。自動利得制御回路6は、副ストリップ線路2b
から取り出された前記出力をモニタすると共に、送信電
力増幅器1のゲインを制御している。
増幅器1の高調波歪みを除去する目的で、方向性結合器
2とアンテナ共用器4との間に接続されている。そし
て、ローパスフィルタ3と方向性結合器2とは、従来よ
り、独立した個別の回路もしくは部品としてそれぞれ設
計され、携帯電話の送信回路部に組み込まれていた。
構成を有する携帯電話の送信回路部において、方向性結
合器2とローパスフィルタ3を独立した個別の部品とし
て組み込む場合、次のような不具合があった。
導体損失とからなる一定の挿入損失がある。一方、ロー
パスフィルタ3にも挿入損失がある。従って、方向性結
合器2とローパスフィルタ3の二つを同時に使用した場
合、各々の損失量が加算され、送信回路部全体の損失量
が大きくなる。送信回路部の損失は、消費電力の増加を
招き、バッテリ容量に制限のある携帯電話では、この損
失を無視することができないという問題があった。
ては、方向性結合器2やローパスフィルタ3の占有面積
を少しでも小さくしたい、あるいは、低価格化を志向す
るため機能あたりの価格を少しでも下げたい、といった
要求がますます高まっている。
ける損失が少なく、かつ、小型で安価な無線通信用機器
等を実現することができる方向性結合器を提供すること
にある。
成するため、本発明に係る方向性結合器は、 (a)高周波信号が伝送される主ストリップ線路と、 (b)主ストリップ線路に対向し、かつ、主ストリップ
線路と電磁気的に結合する少なくとも一つの副ストリッ
プ線路と、 (c)副ストリップ線路に対向したグランド電極と、 (d)グランド電極との間に静電容量を形成するコンデ
ンサ電極と、 (e)主ストリップ線路と副ストリップ線路とグランド
電極とコンデンサ電極の間にそれぞれ配置された誘電体
とを備え、 (f)主ストリップ線路と副ストリップ線路とは、誘電
体の厚み方向の互いに異なる位置に形成され、かつ、主
ストリップ線路は、副ストリップ線路よりも、誘電体の
厚み方向において、グランド電極と離れた位置に設けら
れており、 (g)グランド電極とコンデンサ電極とで形成された静
電容量と、主ストリップ線路が有するインダクタンスと
でLCローパスフィルタを構成していること、を特徴と
する。
周波信号の伝送線路として機能すると共に、LCローパ
スフィルタのインダクタンス素子としても機能する。従
って、従来の別部品のローパスフィルタが不要となり、
高周波信号の伝送の際に発生する損失は、従来と比較し
てローパスフィルタの挿入損失分だけ小さくなる。
に接続されたコンデンサをさらに備えることにより、主
ストリップ線路の有するインダクタンスとこの主ストリ
ップ線路に並列に接続されたコンデンサが並列共振回路
を構成し、通過帯域における損失が抑えられる。
ローパスフィルタが、所定のLC回路を複数段縦続接続
した構成を成している。複数段縦続接続された所定のL
C回路の各々は、遮断帯域において高周波信号を順次減
衰させる。
び副ストリップ線路と、グランド電極と、コンデンサ電
極と、誘電体とを積み重ねて積層体を構成し、この積層
体の端面部に複数の外部電極を形成したことを特徴とす
る。以上の構成により、無線通信用機器等における方向
性結合器の占有面積が更に小さくなる。
ストリップ線路と電気的に直列に接続され、かつ所定の
周波数をトラップするトラップ回路をさらに備えたこと
を特徴とする。ここに、トラップ回路としては、例えば
阻止帯域に共振周波数を有するLC並列共振トラップ回
路等が用いられる。以上の構成により、遮断帯域におけ
る方向性結合器のインピーダンスが大きくなる。
状又は螺旋形状のいずれか一方の形状にし、かつ並置さ
せることにより、直線形状の主及び副ストリップ線路を
用いた場合と比較して方向性結合器のサイズが小さくな
る。
トリップ線路がグランド電極に対向し、主ストリップ線
路と副ストリップ線路とは誘電体の厚み方向の互いに異
なる位置に形成され、かつ、主ストリップ線路は副スト
リップ線路よりも、誘電体の厚み方向において、グラン
ド電極と離れた位置に設けられていることを特徴とす
る。以上の構成により、主ストリップ線路は直接グラン
ド電極に対向しないため、主ストリップ線路とグランド
電極間に浮遊容量が発生しにくくなる。従って、主スト
リップ線路がLCローパスフィルタのインダクタンス素
子として機能した際のQ値が向上し、高域遮断特性が改
善される。
の実施形態について添付図面を参照して説明する。
態の方向性結合器は、図1に示すように、主ストリップ
線路11及び該主ストリップ線路11と電磁気的に結合
する副ストリップ線路12を有する。副ストリップ線路
12は、主ストリップ線路11に電磁気的に結合して主
ストリップ線路11を伝送する高周波信号の電力に比例
した出力を取り出すことができる。主ストリップ線路1
1は、その一端が入力外部電極13に接続されている。
主ストリップ線路11の他端は、コンデンサC1とイン
ダクタL1とを並列に接続してなる並列共振トラップ回
路15を介して出力外部電極14に接続されている。
ランド外部電極16との間にはコンデンサC2が接続さ
れ、他端とグランド電極16との間にはコンデンサC3
が接続されている。主ストリップ線路11が有するイン
ダクタンスとコンデンサC2,C3は、π型のLCロー
パスフィルタ17を構成している。主ストリップ線路1
1には、さらにコンデンサC4が並列に接続されてい
る。副ストリップ線路12は、その一端が結合出力外部
電極18に接続され、他端がアイソレーション外部電極
19に接続されている。
信回路部で使用される場合、ローパスフィルタ17の通
過帯域での方向性結合器の動作周波数をf0とすると、
歪み成分は、2f0及び3f0の周波数に集中する。ま
た、図1の方向性結合器において、主ストリップ線路1
1にコンデンサC4が並列に接続されていない基本的な
π型のLCローパスフィルタの場合、図2の実線51に
示すように、動作周波数f0での損失R1が大きくな
る。
主ストリップ線路11に並列にコンデンサC4を接続
し、主ストリップ線路11のインダクタンスと並列共振
させることにより、図2の一点鎖線52に示すように、
動作周波数f0における損失R2を小さくしている。ま
た、この並列共振の共振周波数がπ型のLCローパスフ
ィルタ17のカットオフ周波数を決定するので、その共
振周波数を2f0とすると共に、コンデンサC2,C3
はその静電容量をできるだけ小さい値とし、動作周波数
f0における損失を改善している。
デンサC4によるローパスフィルタ17の遮断帯域での
減衰特性の劣化を改善するためのもので、周波数3f0
で共振させるようにしている。この共振周波数3f
0は、方向性結合器の動作周波数f0から大きく離れてい
るため、動作周波数f0での損失には殆ど影響しない。
こうして、図1に示されている方向性結合器の減衰特性
は、図2の二点鎖線53に示すようになる。
ーダンスが50オームとなるように設定される。そし
て、入力外部電極13から見たとき、ローパスフィルタ
17は動作周波数f0で局部的に整合しているので、動
作周波数f0でのみ局部的に方向性結合器として機能す
る。
る方向性結合器の具体的な構成例について図3及び図4
を参照して説明する。方向性結合器は、主ストリップ線
路11、副ストリップ線路12等をそれぞれ表面に設け
た誘電体セラミックグリーンシート20を、上側及び下
側にそれぞれ保護用グリーンシート20を配置して積層
し、焼成してなるものである。主ストリップ線路11は
螺旋状パターンとして形成されると共に、副ストリップ
線路12も螺旋状パターンとして形成されている。これ
ら主ストリップ線路11と副ストリップ線路12は互い
にグリーンシート20を間に挟んで対向して配置されて
いる。主及び副ストリップ線路11,12を、螺旋形状
とすることにより、直線形状の主及び副ストリップ線路
を用いた場合と比較して、方向性結合器のサイズを小さ
くすることができる。
ーンシート20に設けたビアホール21aを介して引出
し電極41に接続され、他端には並列共振トラップ回路
15のコンデンサC1の一方の電極22が接続されてい
る。電極22は、並列共振トラップ回路15のインダク
タL1を介して引出し電極42に接続されている。並列
共振トラップ回路15のコンデンサC1の他方の電極2
3は、グリーンシート20を間に挟んで電極22に対向
して配置され、引出し電極43に接続されている。
ーンシート20を設けたビアホール21bを介して引出
し電極44に接続され、他端が引出し電極45に接続さ
れている。そして、第1グランド電極35が、グリーン
シート20を間に挟んで副ストリップ線路12に対向し
て配置されている。
て、第1及び第2コンデンサ電極25,26がグリーン
シート20を間に挟んで配置されている。第1コンデン
サ電極25と第1グランド電極35との間には静電容量
C21が形成され、第2コンデンサ電極26と第1グラ
ンド電極35との間には静電容量C31が形成されてい
る。また、第1及び第2コンデンサ電極25,26に対
向して、共通コンデンサ電極27がグリーンシート20
を間に挟んで配置されている。共通コンデンサ電極27
と第1コンデンサ電極25との間には静電容量C41が
形成され、共通コンデンサ電極27と第2コンデンサ電
極26との間には静電容量C42が形成されている。
て、第3及び第4コンデンサ電極28,29がグリーン
シート20を間に挟んで配置されている。共通コンデン
サ電極27と第3コンデンサ電極28との間には静電容
量C43が形成され、共通コンデンサ電極27と第4コ
ンデンサ電極29との間には静電容量C44が形成され
ている。第3及び第4コンデンサ電極28,29に対向
してさらに、第2グランド電極36が配置されている。
第2グランド電極36と第3コンデンサ電極28との間
には静電容量C22が形成され、第2グランド電極36
と第4コンデンサ電極29との間には静電容量C32が
形成される。
2等を設けられたグリーンシート20は、積み重ねら
れ、一体的に焼成され積層体とされる。このように積層
体を構成したことにより、無線通信用機器等における方
向性結合器の占有面積を更に小さくすることができる。
図4に示すように、この積層体の端面部には、入力外部
電極13、出力外部電極14、グランド外部電極16、
結合出力外部電極18及びアイソレーション外部電極1
9が形成される。入力外部電極13は、引出し電極13
と第1及び第3コンデンサ電極25,28に接続されて
いる。出力外部電極14は、引出し電極42,43と第
2及び第4コンデンサ電極26,29に接続されてい
る。グランド外部電極16は、グランド電極35,36
に接続されている。結合出力外部電極18は引出し電極
44に接続され、アイソレーション外部電極19は引出
し電極45に接続されている。
れているコンデンサC2を構成しており、C2=C21
+C22である。また、静電容量C31及びC32が、
図1のコンデンサC3を構成しており、C3=C31+
C32である。さらに、静電容量C41〜C44が、図
1のコンデンサC4を構成しており、C4=C41・C
42/(C41+C42)+C43・C44/(C43
+C44)である。
ップ線路12を間に配置して、直接第1グランド電極3
5と対向しないため、主ストリップ線路11と第1グラ
ンド電極35間に浮遊容量が発生しにくくなり、主スト
リップ線路11がLCローパスフィルタのインダクタン
ス素子として機能した際のQ値が向上し、優れた高域遮
断特性が得られる。
路11は、高周波信号の伝送路として機能すると共に、
ローパスフィルタ17のインダクタンス素子としても機
能する。従って、従来の別部品のLCローパスフィルタ
が不要となり、高周波信号の伝送の際に発生する損失
は、従来と比較して、ローパスフィルタの挿入損失分だ
け小さくなる。また、コンデンサC1〜C4はグリーン
シート20の厚みを変更するだけで静電容量を変更する
ことができる。
結合器において、f0=1907MHzのものを製作し
た。主及び副ストリップ線路11,12等の材料として
は銅ペーストを用い、誘電体セラミックグリーンシート
20の材料としては比誘電率10の低温焼結セラミック
材料を用いた。こうして製作された方向性結合器のLC
ローパスフィルタ特性を測定したところ、主ストリップ
線路11と副ストリップ線路12の結合度が約18dB
であった。また、動作周波数f0における損失が0.3
dBであり、そのうち結合損失が約0.05dBで、純
粋な損失は0.25dBであった。一方、従来の方向性
結合器は単体で0.2dBの損失(結合損を含まない)
がある。また、LCローパスフィルタ単体の損失は0.
25dB程度であるので、第1実施形態の方向性結合器
は、従来のものと比較して、約0.2dBの挿入損失の
改善がなされる。そして、2f0(=3815MHz)
及び3f0(=5732MHz)で40dB以上の減衰
を得た。
合出力外部電極18から出力される結合出力に対して、
アイソレーション外部電極19から出力されるアイソレ
ーション出力がどれだけ小さいかによって評価される。
そこで、図3及び図4に示した方向性結合器の特性を測
定したところ、アイソレーション外部電極19では約3
5dBのアイソレーション出力が得られ、約18dBの
方向性が確保されていた。
方向性結合器は、入力外部電極13と出力外部電極14
との間に、主ストリップ線路11a,11b及びコンデ
ンサC11〜C13からなる二つのπ型のLCローパス
フィルタ17a,17bが縦続接続された構成を有する
ものである。主ストリップ線路11a,11bと並行
に、副ストリップ線路12a,12bがそれぞれ配置さ
れている。これら副ストリップ線路12a,12bは、
結合出力外部電極18とアイソレーション外部電極19
との間に直列に接続されている。
リップ線路11a,11b,11c及びコンデンサC1
1〜C14からなる三つのπ型のLCローパスフィルタ
17a,17b,17cが縦続接続された構成を有する
ものである。主ストリップ線路11a,11b,11c
と並行に、副ストリップ線路12a,12b,12cが
それぞれ配置されている。これら副ストリップ線路12
a,12b,12cは、結合出力外部電極18とアイソ
レーション外部電極19との間に直列に接続されてい
る。
では、複数のLCローパスフィルタ17a,17b(も
しくは17a〜17c)が構成されているので、高域に
おける高周波信号の遮断特性をさらに改善することがで
きる。
結合器は、入力外部電極13と出力外部電極14との間
に接続した主ストリップ線路11と並行に、二つの副ス
トリップ線路12,12’を設けたものである。主スト
リップ線路11は、主ストリップ線路11が有するイン
ダクタンスと両端にそれぞれ接続されたコンデンサC
2,C3とで、π型のLCローパスフィルタを構成して
いる。副ストリップ線路12は、結合出力外部電極18
とアイソレーション外部電極19との間に接続され、副
ストリップ線路12’は、結合出力外部電極18’とア
イソレーション外部電極19’との間に接続されてい
る。
ップ線路12,12’の各々が主ストリップ線路11を
入力外部電極13側から出力外部電極14側に伝送され
る高周波信号にそれぞれ結合し、該高周波信号の電力に
比例する出力を取り出すことができる。
性結合器は、前記実施形態に限定するものではなく、そ
の要旨の範囲内で種々に変更することができる。例え
ば、図1において、コンデンサC2,C3のうちの一つ
を省略し、残るコンデンサと主ストリップ線路11とに
よりL型のローパスフィルタを構成するようにしてもよ
い。また、主及び副ストリップラインの形状は螺旋形状
の他に、直線形状又は図8に示すように蛇行形状の主及
び副ストリップライン61,62であってもよい。ま
た、4段以上のπ型もしくはL型のLCローパスフィル
タが縦続接続された構成を採用することもできる。ま
た、積層型のものに限る必要はなく、1枚の誘電体基板
の一方の面に主及び副ストリップ線路とコンデンサ電極
を設け、他方の面にグランド電極を設けてもよい。
によれば、主ストリップ線路は高周波信号の伝送線路と
して機能するとともにLCローパスフィルタのインダク
タンスとしても機能し、高周波信号の伝搬の際に発生す
る損失は主ストリップ線路によるもののみとなるので、
挿入損失が小さくなる。しかも、方向性結合器にLCロ
ーパスフィルタが形成されるので、別部品のLCローパ
スフィルタが不要になり、この方向性結合器を携帯電話
等に使用した場合、携帯電話等の小型化、低コスト化を
図ることができる。
に接続されたコンデンサをさらに備えることにより、主
ストリップ線路の有するインダクタンスとこの主ストリ
ップ線路に並列に接続されたコンデンサが並列共振回路
を構成し、通過帯域における損失を抑えることができ
る。
C回路を複数段縦続接続した構成を成すことにより、複
数段縦続接続された所定のLC回路の各々は、遮断帯域
において高周波信号を順次減衰させ、高帯域での減衰特
性をさらに改善させることができる。
ド電極と、コンデンサ電極と、誘電体とを積み重ねて積
層体を構成し、この積層体の端面部に複数の外部電極を
形成したものにあっては、無線通信用機器等における方
向性結合器の占有面積を更に小さくすることができる。
に接続され、かつ所定の周波数をトラップするトラップ
回路をさらに備えることにより、遮断帯域における方向
性結合器のインピーダンスを大きくすることができ、遮
断帯域での減衰特性を向上させることができる。
状又は螺旋形状のいずれか一方の形状にし、かつ並置さ
せることにより、直線形状の主及び副ストリップ線路を
用いた場合と比較して方向性結合器のサイズを小さくす
ることができる。
対向させ、主ストリップ線路と副ストリップ線路を誘電
体の厚み方向の互いに異なる位置に形成し、かつ、主ス
トリップ線路を副ストリップ線路よりも、誘電体の厚み
方向において、グランド電極と離れた位置に設けること
により、主ストリップ線路がグランド電極と対向しない
ため、主ストリップ線路とグランド電極間に発生してい
た浮遊容量が抑えられ、主ストリップ線路がLCローパ
スフィルタのインダクタンス素子として機能した際のQ
値が向上し、優れた高域遮断特性が得られる。
す等価回路図。
ィルタ特性を示すグラフ。
す分解斜視図。
斜視図。
ローパスフィルタを有する方向性結合器の回路図。
ローパスフィルタを有する方向性結合器の回路図。
す回路図。
Claims (6)
- 【請求項1】 高周波信号が伝送される主ストリップ線
路と、前記主ストリップ線路に対向し、かつ、 前記主ストリッ
プ線路と電磁気的に結合する少なくとも一つの副ストリ
ップ線路と、 前記副ストリップ線路に対向したグランド電極と、 前記グランド電極との間に静電容量を形成するコンデン
サ電極と、 前記主ストリップ線路と前記副ストリップ線路と前記グ
ランド電極と前記コンデンサ電極の間にそれぞれ配置さ
れた誘電体とを備え、前記主ストリップ線路と前記副ストリップ線路とは、前
記誘電体の厚み方向の互いに異なる位置に形成され、か
つ、前記主ストリップ線路は、前記副ストリップ線路よ
りも、前記誘電体の厚み方向において、前記グランド電
極と離れた位置に設けられており、 前記グランド電極とコンデンサ電極とで形成された静電
容量と、前記主ストリップ線路が有するインダクタンス
とでLCローパスフィルタを構成していること、 を特徴とする方向性結合器。 - 【請求項2】 前記主ストリップ線路に電気的に並列に
接続されたコンデンサをさらに備えたことを特徴とする
請求項1記載の方向性結合器。 - 【請求項3】 前記LCローパスフィルタが、所定のL
C回路を複数段縦続接続した構成を成していることを特
徴とする請求項1記載の方向性結合器。 - 【請求項4】 前記主及び副ストリップ線路と、前記グ
ランド電極と、前記コンデンサ電極と、前記誘電体とを
積み重ねて積層体を構成し、該積層体の端面部に複数の
外部電極を形成したことを特徴とする請求項1記載の方
向性結合器。 - 【請求項5】 前記主ストリップ線路と電気的に直列に
接続されかつ所定の周波数をトラップするトラップ回路
をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の方向性
結合器。 - 【請求項6】 前記主及び副ストリップ線路が蛇行形状
又は螺旋形状のいずれか一方の形状を有し、かつ、前記
主及び副ストリップ線路が並置されていることを特徴と
する請求項1記載の方向性結合器。
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---|---|---|---|
JP09424497A JP3289643B2 (ja) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | 方向性結合器 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP09424497A JP3289643B2 (ja) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | 方向性結合器 |
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JPH10290108A JPH10290108A (ja) | 1998-10-27 |
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JP09424497A Expired - Lifetime JP3289643B2 (ja) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | 方向性結合器 |
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