JP5787123B2 - Directional coupler and wireless communication device - Google Patents
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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。 The present invention relates to a directional coupler and a wireless communication apparatus, and more particularly to a technique for realizing a directional coupler that can be used in a wide frequency band.
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。 A directional coupler (Directional Coupler / hereinafter simply referred to as “coupler”) that can extract a part of electric power propagating on a transmission line is transmitted by various wireless communication devices such as mobile phones and wireless LAN communication devices. It is an indispensable part in constructing a circuit.
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。 For example, the coupler constitutes adjusting means for controlling the transmission signal level to be constant, and this adjusting means includes a power amplifier (hereinafter referred to as “PA”) capable of controlling the gain and the transmission signal level. A coupler for detection and an automatic output control circuit (hereinafter referred to as “APC circuit”) are provided. The input transmission signal is amplified by the PA and then output through the coupler. The coupler outputs a monitor signal having a level corresponding to the level of the transmission signal output from the PA to the APC circuit. The APC circuit controls the gain of the PA so that the output of the PA becomes constant according to the level of the monitor signal (that is, the level of the transmission signal). The transmission output is stabilized by such feedback control of the PA.
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。 The coupler has a main line and a sub line arranged close to each other so as to be electromagnetically coupled. The main line for transmitting a transmission signal has an input port at one end and an output port at the other end. The sub-line for detecting the level of each has a coupling port at one end and an isolation port at the other end. A part of the transmission signal transmitted through the main line is taken out by the sub line, and is output to the APC circuit as a monitor signal through the coupling port.
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。 On the other hand, since communication frequency bands of mobile terminals typified by mobile phones and smartphones differ depending on countries and regions, communication devices that can use a plurality of frequency bands have been provided in recent years to flexibly cope with these frequency situations. Yes. For example, there are a dual band method that can use two frequency bands, a triple band method that can use three frequency bands, and a quad band method that can use four frequency bands.
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。 Specific frequency bands include, for example, one for a plurality of frequency bands such as GSM (Global System for Mobile Communications / registered trademark) 800, DCS (Digital Communication System), PCS (Personal Communication System), LTE (Long Term Evolution), etc. In order to be compatible with components, it is necessary to realize a coupler capable of obtaining stable characteristics over a wide band ranging from 700 to 2.7 GHz.
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。 Further, the following patent document discloses a technique for increasing the bandwidth of a coupler to cope with a plurality of communication channels.
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。 By the way, the degree of coupling, which is the ratio of the power propagated through the main line as the transmission signal and the power taken out to the coupling port through the sub line, realizes highly accurate control of the transmission power (accurate feedback control of PA). It is desirable that the frequency characteristics be flat. In general, if the length of the main line and the sub line is set to about λ / 4 (quarter wavelength) of the used frequency band, the degree of coupling is flat in the frequency band. Can be obtained.
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。 However, the λ / 4 of the quasi-microwave band mainly used in mobile wireless devices such as mobile phones is several centimeters, and this is used as a coupler for mobile wireless devices such as mobile phones that need to be light and thin. Providing a long coupled line is difficult in terms of size. In addition, when a long coupled line of several centimeters or more is used, insertion loss increases, which causes an unfavorable situation for mobile radio equipment that shortens battery life. For this reason, a coupler with a coupling line shorter than λ / 4 in the operating frequency band is generally used, but the characteristics of such a coupling line vary depending on the frequency, and the degree of coupling tends to increase as the frequency increases. There is.
したがって従来、前述のように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34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。
Therefore, conventionally, when configuring a communication apparatus having a wide use frequency band as described above, it is necessary to provide a plurality of couplers. FIG. 34 is a block diagram showing an example of a transmission / reception unit of a mobile phone that can use a plurality of frequency bands. As shown in this figure, a conventional multiband mobile phone is provided corresponding to the use frequency band. The
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、送信電力のより簡便かつ検出誤差の少ない制御を行う点で好ましい。 On the other hand, if a common coupler (for example, one) can be used in such a multiband communication device, the number of parts in the transmission circuit can be reduced, and the manufacturing cost of the device can be reduced. . In addition, the mobile communication device can be further reduced in size. Further, flattening the coupling degree of the coupler is preferable in terms of performing control of transmission power more easily and with less detection error.
他方、前記特許文献記載の発明は、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。 On the other hand, the invention described in the above-mentioned patent document is intended to increase the bandwidth of the coupler. However, in the present invention, circuit elements such as a capacitor serving as a low-pass filter are added to both ends of the sub-line, so that the number of parts (elements) constituting the coupler is increased and a plurality of circuit elements to be added are set. There is a problem that adjustment is complicated and difficult.
したがって、本発明の目的は、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より簡易な構造で実現することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to realize a small and low-profile coupler having good characteristics over a wide band with a simpler structure.
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、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備えたカプラであって、前記副線路は前記主線路より長く、前記積層基板の第一導体層に前記主線路を配置し、前記第一導体層より下層の第二導体層に前記副線路の一部である第一副線路部を配置し、この第一副線路部の一端部を前記結合ポートおよび前記アイソレーションポートのうちの一方に接続し、前記第一導体層より上層の第三導体層に前記副線路の他の一部である第二副線路部を配置し、この第二副線路部の一端部を前記結合ポートおよび前記アイソレーションポートのうちの他方に接続し、前記第一副線路部の他端部と前記第二副線路部の他端部とを層間接続導体(例えばビアホール)により電気的に接続し、主線路および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、前記主線路の少なくとも一部と前記第一副線路部の一部とが互いに近接するように配置するとともに、前記主線路の少なくとも一部と前記第二副線路部の一部とが互いに近接するように配置することにより、前記主線路、前記第一副線路部の一端部および前記第二副線路部の一端部にそれぞれ結合部を形成し、前記第一副線路部の結合部と前記第二副線路部の結合部との間に延在する副線路の中間部を非結合部とした。 In order to solve the problems and achieve the object, a coupler (directional coupler) according to the present invention includes a main line capable of transmitting a high-frequency signal, an input port for inputting the high-frequency signal to the main line, and the main An output port for outputting the high-frequency signal from a line; a sub-line for extracting a part of the high-frequency signal by electromagnetic coupling with the main line; a coupling port provided at one end of the sub-line; A coupler provided on a laminated substrate having a plurality of conductor layers laminated via an insulating layer with an isolation port provided at the other end of the sub line, wherein the sub line is longer than the main line, The main line is disposed on the first conductor layer of the multilayer substrate, and a first sub line portion that is a part of the sub line is disposed on the second conductor layer below the first conductor layer. One end of the line portion is connected to the coupling port and the Connected to one of the isolation ports, a second sub-line portion that is another part of the sub-line is disposed on the third conductor layer above the first conductor layer, and the second sub-line portion One end is connected to the other of the coupling port and the isolation port, and the other end of the first sub-line and the other end of the second sub-line are connected by an interlayer connection conductor (for example, via hole) When a line portion that is electrically connected and performs electromagnetic field coupling between the main line and the sub-line is referred to as a “coupled portion”, and a line portion that does not perform the electromagnetic field coupling is referred to as a “non-coupled portion”, At least a part of the line and a part of the first subline part are arranged so as to be close to each other, and at least a part of the main line and a part of the second subline part are close to each other By arranging the main line, the first A coupling portion is formed at each of the one end portion of the line portion and the one end portion of the second sub-line portion, and the sub-portion extends between the coupling portion of the first sub-line portion and the coupling portion of the second sub-line portion. The middle part of the line was defined as a non-coupled part.
また、かかるカプラでは、上記結合部を形成するための好ましい態様として、主線路の少なくとも一部と、第一副線路部の一部と、第二副線路部の一部とが平面から見たときに重なるように配置し、これにより、主線路、第一副線路部の一端部および第二副線路部の一端部にそれぞれ上記結合部をする。 Further, in such a coupler, as a preferable aspect for forming the coupling portion, at least a part of the main line, a part of the first sub-line part, and a part of the second sub-line part are seen from a plane. It arrange | positions so that it may overlap sometimes, and, thereby, the said connection part is made to the one end part of the main line, the one end part of a 1st subline part, and the 2nd subline part, respectively.
本発明のカプラでは、副線路を、主線路を中心として上下2つの導体層に分けて配置するとともに、副線路の両端部、すなわち、主線路より下層に配置した第一副線路部の一端部と、主線路より上層に配置した第二副線路部の一端部とで主線路を挟むように主線路と副線路とを電磁界結合させるから、小型低背であるにもかかわらず、主線路と副線路の十分な結合を確保し、且つ副線路の長さを長くとることができ、この副線路の長さを調整することによってカップリング曲線(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ことが出来る。 In the coupler of the present invention, the sub line is divided into two upper and lower conductor layers with the main line as the center, and both ends of the sub line, that is, one end of the first sub line part disposed below the main line. And the main line and the sub-line are electromagnetically coupled so that the main line is sandwiched between one end of the second sub-line part disposed above the main line. The sub-line can be sufficiently long and the length of the sub-line can be increased. By adjusting the length of the sub-line, the coupling curve (frequency characteristic curve of the coupling degree) can be flattened. A coupler that can be used in a wide frequency band can be realized.
特に、本発明では好ましい態様として、使用周波数帯の下端周波数より高域側の設定周波数に対応した波長をλとし、nを正の整数とした場合に、副線路を略{(λ/4)×n}の長さを有するものとする。このような態様によれば、(1)使用周波数帯の上端周波数より高域側、または、(2)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(即ち下端周波数を除く使用周波数帯域内)、の所定の周波数位置(設定周波数)に共振による減衰極を形成することで、結合度の周波数変動(周波数が高くなるにつれ上昇する傾向)を抑え、広帯域に亘って結合度が平坦な良好な特性を有するカプラを実現することが出来る。 In particular, as a preferred aspect of the present invention, when the wavelength corresponding to the set frequency higher than the lower end frequency of the used frequency band is λ and n is a positive integer, the sub-line is substantially {(λ / 4) Xn}. According to such an aspect, (1) higher frequency than the upper end frequency of the used frequency band, or (2) higher than the lower end frequency of the used frequency band and less than or equal to the upper end frequency of the used frequency band (that is, excluding the lower end frequency) By forming an attenuation pole due to resonance at a predetermined frequency position (set frequency) within the frequency band), the frequency fluctuation of the coupling degree (the tendency to increase as the frequency increases) is suppressed, and the coupling degree can be achieved over a wide band. A coupler having good flat characteristics can be realized.
また、上記本発明のカプラでは、第一副線路部の長さと、第二副線路部の長さとを略等しくすることが好ましい。副線路の線路長が長くなっても、副線路を半分ずつバランス良く2層に分けて配置することにより、効率良く積層基板内に当該副線路を配置し、良好な特性とともに小型低背化を実現するためである。 In the coupler of the present invention, it is preferable that the length of the first sub line portion and the length of the second sub line portion are substantially equal. Even if the length of the sub-line becomes long, the sub-line is divided into two layers with good balance in half, so that the sub-line is efficiently arranged in the laminated substrate, and the small size and low profile with good characteristics are achieved. This is to realize.
また、上記本発明のカプラでは、積層基板の積層方向について第一副線路部の非結合部と第二副線路部の非結合部との間に介在されるようにグランド電極(以下「中間グランド」と言う)を備えても良い。このような構造によれば、上下に配置した副線路部同士が干渉することを防ぐことが出来る。この中間グランドは、主線路と同じ導体層(第一導体層)に備え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。 In the coupler of the present invention, the ground electrode (hereinafter referred to as “intermediate ground”) is interposed between the non-coupled portion of the first sub-line portion and the non-coupled portion of the second sub-line portion in the stacking direction of the multilayer substrate. May be provided). According to such a structure, it is possible to prevent interference between the sub-line portions arranged above and below. The intermediate ground is preferably provided in the same conductor layer (first conductor layer) as the main line from the viewpoint of reducing the number of laminated layers and reducing the height of the coupler.
なお、結合部については、主線路が上記中間グランドと同様の機能を奏する。すなわち本発明では、第一副線路部の結合部と第二副線路部の結合部との間には主線路が介在されるから、当該主線路が副線路との結合を行うと同時に、上下の副線路部同士の干渉を遮断する役割をも果たすこととなる。 As for the coupling part, the main line has the same function as the intermediate ground. That is, in the present invention, since the main line is interposed between the coupling part of the first sub-line part and the coupling part of the second sub-line part, the main line performs coupling with the sub-line and at the same time This also serves to block interference between the sub-line portions.
本発明ではさらに、第二副線路部の非結合部を覆うように第三導体層より上層にグランド電極(以下「上部グランド」と言う)を備えても良い。また同様に、第一副線路部の非結合部を覆うように第二導体層より下層にグランド電極(以下「下部グランド」と言う)を備えても良い。 In the present invention, a ground electrode (hereinafter referred to as “upper ground”) may be further provided above the third conductor layer so as to cover the uncoupled portion of the second sub line portion. Similarly, a ground electrode (hereinafter referred to as “lower ground”) may be provided below the second conductor layer so as to cover the uncoupled portion of the first sub-line portion.
このように主線路と副線路を配置したカプラ本体部(前記第一導体層から第三導体層)の上下面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。これら上部グランド及び下部グランドは、前記結合部への影響を避けるため、平面から見たときに前記主線路の結合部、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ることがないように配置することが好ましい。 If the ground electrodes are provided on the upper and lower surfaces of the coupler main body portion (from the first conductor layer to the third conductor layer) in which the main line and the sub line are arranged in this way, when the coupler is mounted, other mounting parts, etc. The expected good characteristics can be obtained even after mounting. The upper ground and the lower ground overlap with the coupling portion of the main line, the coupling portion of the first sub-line portion, and the coupling portion of the second sub-line portion when viewed from a plane in order to avoid the influence on the coupling portion. It is preferable to arrange so as not to occur.
また、当該上部グランドと下部グランドは、実装後の周囲の影響を排除する上記機能を有するだけでなく、結合度を調整する機能を果たすことも出来るものである。具体的には、本発明、特に前記副線路を(λ/4)×nの長さを有するものとした態様では、当該副線路が、副線路内に伝送される電力を電磁波として外部(周囲)へ放射するアンテナとしての機能をも果たしていると考えられる。一方、この副線路を覆うように配置した上部グランドと下部グランドは、副線路からの当該放射を抑制する働きをする。したがって、当該グランドと副線路との距離(積層方向についての上部グランドと第二副線路部との間隔、或いは下部グランドと第一副線路部との間隔)を調整すれば副線路から放射される電力量を変えることができ、結合度を調整することが出来る。例えば、後述の第3実施形態では上部グランドと第二副線路部との距離を第1実施形態より小さくすることにより副線路から外部へ放射される電力を抑制し、結合度の減衰量を調整した。 Further, the upper ground and the lower ground not only have the above-described function of eliminating the influence of surroundings after mounting, but also a function of adjusting the degree of coupling. Specifically, in the present invention, in particular, in an aspect in which the sub-line has a length of (λ / 4) × n, the sub-line is external (surrounding) using electric power transmitted in the sub-line as electromagnetic waves. It is thought that it also functions as an antenna that radiates to). On the other hand, the upper ground and the lower ground arranged so as to cover the sub line serve to suppress the radiation from the sub line. Therefore, if the distance between the ground and the sub-line (the distance between the upper ground and the second sub-line part in the stacking direction or the distance between the lower ground and the first sub-line part) is adjusted, the radiation is emitted from the sub-line. The amount of electric power can be changed, and the degree of coupling can be adjusted. For example, in the third embodiment to be described later, by reducing the distance between the upper ground and the second sub line portion from the first embodiment, the power radiated from the sub line to the outside is suppressed and the attenuation of the coupling degree is adjusted. did.
前記第一副線路部の非結合部および第二副線路部の非結合部は、典型的には、螺旋を描くように渦巻状にそれぞれ形成する。主線路より長い副線路を積層基板内にスペース効率良く配置するためである。 Typically, the uncoupled portion of the first subline portion and the uncoupled portion of the second subline portion are each formed in a spiral shape so as to draw a spiral. This is because the sub-line longer than the main line is arranged in the laminated substrate with good space efficiency.
また上記本発明のカプラでは、主線路および副線路の好ましい配置形態として、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を積層基板の一側縁部に沿って配置するとともに、前記層間接続導体を積層基板の中心部に配置し、第一副線路部の非結合部を、積層基板の一側縁部から積層基板の中心部に向け螺旋を描くように渦巻状に形成し、第二副線路部の非結合部を、積層基板の中心部から積層基板の一側縁部に向って且つ第一副線路部の螺旋と同じ回転方向に螺旋を描くように渦巻状に形成する。 In the coupler of the present invention, as a preferred arrangement form of the main line and the sub line, when viewed from the plane, the main line coupling part, the first sub line part coupling part and the second sub line part coupling part are Arranged along one side edge of the multilayer substrate, the interlayer connection conductor is arranged at the center of the multilayer substrate, and the uncoupled portion of the first sub-line portion is connected to the multilayer substrate from the one side edge of the multilayer substrate. It is formed in a spiral shape so as to draw a spiral toward the center, and the uncoupled portion of the second sub line portion is directed from the center portion of the multilayer substrate toward one side edge of the multilayer substrate and the spiral of the first sub line portion. Form a spiral to draw a spiral in the same rotational direction.
このような態様によれば、主副両線路を効率良く配置できることに加えて、上下層に重ねて配置する第一副線路部と第二副線路部をそれぞれ流れる信号の伝送方向が同一方向となるから、両副線路部同士が干渉し合って互いに伝送を妨げるような事態が生じることを防ぐことが出来る。 According to such an aspect, in addition to being able to arrange the main and sub lines efficiently, the transmission directions of the signals respectively flowing through the first sub line part and the second sub line part, which are arranged so as to overlap the upper and lower layers, are the same direction. Therefore, it is possible to prevent a situation in which the two sub-line portions interfere with each other and interfere with each other.
さらに、第一副線路部および第二副線路部について、これらの非結合部の線幅を結合部の線幅より小さくしても良い。本発明では、副線路は結合部に比べて非結合部が長くなるが、このように副線路について結合部は線路幅を太く、非結合部は細くすれば、主線路との十分な結合を確保しながら、長い副線路(非結合部)を小さな面積で収容することが出来る。 Further, for the first sub-line portion and the second sub-line portion, the line widths of these non-coupled portions may be made smaller than the line width of the coupled portions. In the present invention, the uncoupled portion of the sub-line is longer than the coupled portion.However, if the coupled portion has a large line width and the uncoupled portion is thin in this way, sufficient coupling with the main line is achieved. A long sub-line (non-coupled portion) can be accommodated in a small area while ensuring.
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って、前記カプラとして前記本発明に係るいずれかのカプラを使用し、当該カプラを前記アンテナと前記スイッチとの間に接続したものである。 A radio communication apparatus according to the present invention is capable of generating transmission signals of two or more frequency bands, and includes a power amplifier that amplifies these transmission signals and an automatic output control circuit that controls the output of the power amplifier. A circuit, a reception circuit capable of processing a reception signal of the two or more frequency bands, an antenna that transmits and receives the transmission signal and the reception signal, and the antenna is connected between the transmission circuit and the reception circuit, A switch for transmitting a reception signal received through the antenna to the reception circuit and a transmission signal output from the transmission circuit to the antenna, and detecting a level of the transmission signal output from the power amplifier And a coupler for outputting the detection signal to the automatic output control circuit, and an output of the power amplifier based on the detection signal input from the coupler A radio communication apparatus for controlling, using any of the coupler according to the present invention as the coupler, in which the coupler is connected between the switch and the antenna.
従来のマルチバンド無線通信装置では、前述のように周波数帯ごとにカプラを備える必要があったが、前記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出来る。 As described above, the conventional multiband wireless communication apparatus has to include a coupler for each frequency band. However, according to the coupler of the present invention, the degree of coupling can be flattened in a wide band. As described above, the number of components can be reduced to one (common to a plurality of use frequency bands), the number of components can be reduced, the manufacturing cost can be reduced, and the communication device can be downsized. I can do it.
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。 The wireless communication device referred to in the present invention is typically a mobile terminal device such as a mobile phone, a smartphone, a PDA (Personal Digital Assistants) or a tablet computer having a wireless communication function, but is not limited thereto. In addition, various communication devices capable of wireless communication, such as a wireless LAN communication device and a Bluetooth (registered trademark) standard communication device, are included.
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良好な特性を有する小型低背なカプラを実現することが出来る。 According to the present invention, it is possible to realize a small and low-profile coupler having a good characteristic over a wide band with a simple structure without adding circuit elements.
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。 Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from the following description of embodiments of the present invention described with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol shows the same or an equivalent part.
〔第1実施形態〕
図1に示すように本発明の第1の実施形態に係るカプラ11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。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the
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。
The sub-line 13 includes a first
本実施形態のカプラ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。
The
図3〜図8は本実施形態のカプラの周波数特性を示すものであり、図3は結合度を、図8は結合ポートP3側から見た副線路13のVSWR(電圧定在波比)をそれぞれ示すものである。これらの図に示すように、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。
3 to 8 show the frequency characteristics of the coupler of this embodiment. FIG. 3 shows the degree of coupling, and FIG. 8 shows the VSWR (voltage standing wave ratio) of the
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。また、上記使用周波数帯は、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く、上記共振点を形成する位置(設定周波数)も使用周波数帯の値(下端周波数の値や上端周波数の値)、使用周波数帯の帯域幅、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。
The
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、本発明によれば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。
On the other hand, even if the sub-line 13 is longer than that of a conventional general coupler as described above, according to the present invention, the pattern shape of the
図2A〜図2Kは、本実施形態に係るカプラを構成する積層基板の各層を示すものであり、本実施形態のカプラは、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(以下単に「基板」と言うことがある)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9A〜図9I)及び比較例(図21A〜図21E)についても同様である。 2A to 2K show each layer of the multilayer substrate constituting the coupler according to the present embodiment. The coupler according to the present embodiment has a rectangular planar shape including a plurality of conductor layers (hereinafter referred to as a multilayer substrate). The main line, the sub line, each port, and each ground described above are arranged in the internal wiring layer (conductor layer) of the substrate (sometimes simply referred to as “substrate”). 2A to 2K show the layers of the substrate in order from the upper layer (substrate front side) to the lower layer (substrate rear side). Of these drawings, FIGS. 2A, 2C, 2E, 2G, 2I and 2K show conductor layers (first to sixth layers) in which conductor patterns are arranged, and FIG. An insulating layer (referred to as a “first insulating layer”) between the first layer and the second layer is shown. Similarly, FIG. 2D shows an insulating layer (second insulating layer) between the second layer and the third layer, and FIG. 2F shows an insulating layer (third insulating layer) between the third layer and the fourth layer. 2H shows an insulating layer (fourth insulating layer) between the fourth layer and the fifth layer, and FIG. 2J shows an insulating layer (fifth insulating layer) between the fifth layer and the sixth layer. It is shown. The same applies to later-described embodiments (FIGS. 9A to 9I) and comparative examples (FIGS. 21A to 21E).
本実施形態のカプラでは、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)直線状に延びる中間部22と、当該中間部22の一端部と入力ポートP1との間に延びる入力ポートP1への接続端部と、当該中間部22の他端部と出力ポートP2との間に延びる出力ポートP2への接続端部とからなる。
In the coupler of the present embodiment, as shown in FIG. 2E, the
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の結合ポートP3への接続端部23aならびに第2層の第二副線路部13bのアイソレーションポートへの接続端部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。
The
また、これら入出力ポートP1,P2および主線路12により囲まれた第3層の中央部には、グランド電極(中間グランド)G1を配置する。この中間グランド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ものである。
A ground electrode (intermediate ground) G1 is disposed at the center of the third layer surrounded by the input / output ports P1 and P2 and the
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を配置した基板の一端部から他端部へ向け基板の一側縁部に沿って(当該一側縁と平行に)直線状に第一副線路部13aを延ばし、当該直線状の線路部分(結合ポートP3への接続端部23a)を、前記第3層に配置した主線路12の中間部22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とする。
As shown in FIG. 2G, the coupling port P3 and the first
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すことにより、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層に延びるビアV1を設け、このビアV1に、前記結合部23aとは反対側の第一副線路部13a(非結合部23b)の端部を接続する。なお、当該第一副線路部13aの非結合部23bは、結合部23aに比べ線幅を狭くしてある(次に述べる第二副線路部13bも同様)。より小さな面積で長い副線路13を収容することを可能とするためである。また同様のスペース効率の点から、第一副線路部13aと第二副線路部13bは略同一の長さとし、長い副線路13を2つの層(第4層と第2層)に均等に分けて配置している。
In the fourth layer, the first
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、前記第4層の第一副線路部13aとは逆に、アイソレーションポートP4を配置した基板の他端部から基板の一端部へ向け基板の一側縁部に沿って(当該一側縁と平行に)直線状に延びるように第二副線路部13bを形成し、当該直線状の線路部分(アイソレーションポートP4への接続端部24a)を、前記第3層に配置した主線路12の中間部22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とする。
As shown in FIG. 2C, the isolation port P4 and the second
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。
On the other hand, from the via V1 extending from the fourth layer to the second layer arranged in the center of the second layer, the second so as to gradually spread outward toward the
また、上記第二副線路部13bを巻き回す方向(第一副線路部13aと接続されるビアV1から結合部24aへ向かう回転方向)は、前記第一副線路部13aの回転方向(結合部23aから第二副線路部13bと接続されるビアV1に向かう回転方向)と同一の方向(この例の場合反時計回り)としてある。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は平面から見たときに略重なり合っているが、このように線路を巻き回す方向を揃えることにより、2層に分けて配置した副線路部13a,13b同士が干渉する(相互に信号伝送を阻害する)ことを防ぐことが出来る。また本実施形態では、このような副線路部13a,13b(非結合部23b,24b)同士の干渉を防ぐため更に、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前記第3層に中間グランドG1を備えた。
The direction in which the second
さらに本実施形態のカプラでは、図2Aに示すように第1層に、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を設ける。この上部グランドG2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本実施形態のカプラ11が受けることを防ぐもので、平面から見たときに前記結合部22,23a,24a(図2Aにおいて符号Aで示す)を避けつつ副線路13の非結合部23b,24bを覆うように形成する。また同様に、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を備える。この下部グランドG3も上部グランドG2同様、平面から見たときに前記結合部22,23a,24a(図2Iにおいて符号Aで示す)を避けつつ副線路13の非結合部23b,24bを覆うように形成してある。
Furthermore, in the coupler according to the present embodiment, as shown in FIG. 2A, a ground electrode (upper ground) G2 extending over substantially the entire surface of the conductor layer is provided in the first layer. The upper ground G2 prevents the
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。すなわち、前記各ポートP1〜P4の配置位置に対応するように(これらP1〜P4の各直下位置に)、外部接続端子T1〜T4を配置し、基板を略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,アイソレーションポートP4をそれぞれ接続する。 As shown in FIG. 2K, the sixth layer includes terminals T1, T2, T3, T4, and TG for external connection. That is, the external connection terminals T1 to T4 are arranged so as to correspond to the arrangement positions of the ports P1 to P4 (at positions immediately below the P1 to P4), and via vias V penetrating the substrate substantially vertically. These external connection terminals T1, T2, T3 and T4 are connected to the input port P1, output port P2, coupling port P3 and isolation port P4, respectively.
また、第6層の中央両側縁部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,中間グランドG1,下部グランドG3)用の端子であり、これらグランド用端子TGと第5層の下部グランドG3とをビアVを介して接続する。また、第3層の中間グランドG1は、第3絶縁層、第4層及び第4絶縁層(図2F〜図2H)を垂直に貫通するように基板中心部に設けたビアVにより第5層の下部グランドG3に接続し、この下部グランドG3を介して当該グランド端子TGに接続を行う。さらに、第1層の上部グランドG2は、第1絶縁層、第2層及び第2絶縁層(図2B〜図2D)を垂直に貫通するように基板中心部に設けたビアVにより第3層の中間グランドG1に接続することにより、中間グランドG1及び下部グランドG3を介してグランド端子TGに接続を行う。 Further, the external connection terminals TG provided at both side edges of the center of the sixth layer are terminals for ground electrodes (upper ground G2, intermediate ground G1, lower ground G3). These ground terminals TG and the fifth layer The lower ground G3 is connected via the via V. The intermediate ground G1 of the third layer is formed by the fifth layer by a via V provided in the center of the substrate so as to vertically penetrate the third insulating layer, the fourth layer, and the fourth insulating layer (FIGS. 2F to 2H). The lower ground G3 is connected to the ground terminal TG via the lower ground G3. Further, the upper ground G2 of the first layer is formed by a third layer by a via V provided in the center of the substrate so as to vertically penetrate the first insulating layer, the second layer, and the second insulating layer (FIGS. 2B to 2D). Is connected to the ground terminal TG via the intermediate ground G1 and the lower ground G3.
〔比較例〕
図28A〜図28Eは本実施形態の比較として従来構造のカプラを示すものである。これらの図に示すようにこのカプラは、積層基板の第1層に主線路52を、第2層に副線路53をそれぞれ配置し、これら主線路52と副線路53の各中間部62,63を平面から見たときに重なるようにパターン形成することにより結合させたものである。
[Comparative Example]
28A to 28E show a coupler having a conventional structure as a comparison with the present embodiment. As shown in these drawings, in this coupler, a
図29〜図33は当該比較例に係るカプラの周波数特性を示すものであるが、これらの図から明らかなように使用周波数帯700MHz〜2.7GHzにおける結合度の最小値は700MHzのときの25.79dBであり、最大値は2.7GHzのときの14.31dBであるから、結合度の変動幅Δは11.48dBとなり、一般的に必要とされる変動幅である6dB以下の規格を満たすことは全く出来ない。 29 to 33 show the frequency characteristics of the coupler according to the comparative example. As is clear from these figures, the minimum value of the coupling degree in the used frequency band of 700 MHz to 2.7 GHz is 25 at 700 MHz. .79 dB and the maximum value is 14.31 dB at 2.7 GHz. Therefore, the variation width Δ of the coupling degree is 11.48 dB, which satisfies the standard of 6 dB or less, which is a generally required variation width. I can't do that at all.
これに対し前記実施形態のカプラによれば、図3〜図8に示すように、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25.55dB、最大値は1.8GHzのときの21.51dBで、結合度の変動幅Δは4.04dBとなり、一般的に必要とされる変動幅である6dB以下の規格を満たすことが出来る。尚これは、3.2GHz付近で副線路を共振させることにより減衰極を形成することで使用周波数帯(700MHz〜2.7GHz)における結合度の上昇が抑えられ、当該使用周波数帯において結合度が平坦化されたためである。 On the other hand, according to the coupler of the above embodiment, as shown in FIGS. 3 to 8, the minimum value of the coupling degree within the use frequency band (700 MHz to 2.7 GHz) is 25.55 dB at 700 MHz, the maximum value. Is 21.51 dB at 1.8 GHz, and the fluctuation range Δ of the coupling degree is 4.04 dB, which satisfies the standard of 6 dB or less, which is a generally required fluctuation range. In addition, this increases the degree of coupling in the used frequency band (700 MHz to 2.7 GHz) by forming the attenuation pole by resonating the sub-line near 3.2 GHz, and the degree of coupling is suppressed in the used frequency band. This is because it has been flattened.
このように本実施形態のカプラによれば、副線路を共振が生じる長さを有するものとして使用周波数帯の高域側近傍位置に共振点(結合度の減衰極)を生じさせ、これにより使用周波数帯域内における結合度の変動を抑制して結合度を平坦化することが出来る。 As described above, according to the coupler of the present embodiment, the sub-line has a length that causes resonance, and a resonance point (attenuation pole of the degree of coupling) is generated at a position near the high frequency side of the used frequency band. It is possible to flatten the coupling degree by suppressing the fluctuation of the coupling degree in the frequency band.
また、上記結合度の要求仕様S1(図3)だけでなく、他の方向性(図5)、挿入損失(図6)及びVSWR(図7)に関する各要求仕様S2,S3,S4についてもこれらを十分に満たすことが出来る。 In addition to the required specification S1 (FIG. 3) for the coupling degree, these required specifications S2, S3, and S4 related to other directivity (FIG. 5), insertion loss (FIG. 6), and VSWR (FIG. 7) are also shown. Can be fully satisfied.
〔第2実施形態〕
図9A〜図9Iに示すように本発明の第2の実施形態に係るカプラは、前記第1実施形態のカプラと同様に副線路の両端部を主線路と結合させたものであるが、第1実施形態とは異なり、主線路12を直線状に短く形成したものである。
[Second Embodiment]
As shown in FIGS. 9A to 9I, the coupler according to the second embodiment of the present invention is one in which both ends of the sub-line are coupled to the main line in the same manner as the coupler of the first embodiment. Unlike the first embodiment, the
具体的には、第3層の左上角部に配置した入力ポートP1と、右上角部に配置した出力ポートP2とを一直線に結ぶように基板縁部に沿って主線路12を配置し、結合部22を形成した。なお、他の構造は前記第1実施形態と同様であるから相当部分に同一の符号を付して重複した説明を省略する。
Specifically, the
図10〜図15は本実施形態に係るカプラの周波数特性を示すものであるが、これらの図から明らかなように本実施形態によっても、前記比較例に比べて良好な特性を得ることが出来る。また、前記第1実施形態と比べて主線路12が短い本実施形態によれば、挿入損失を低く抑えることが出来る。
10 to 15 show the frequency characteristics of the coupler according to this embodiment. As is clear from these figures, this embodiment can also provide better characteristics than the comparative example. . Further, according to the present embodiment in which the
〔第3実施形態〕
本発明の第3の実施形態に係るカプラは、図16に示すように副線路の共振点を使用周波数帯域内(下端周波数より大きく上端周波数以下の範囲内)に位置せしめたものである。具体的にはこのカプラは、使用周波数帯域が700MHz〜3.5GHzであり、2.9GHz付近に副線路の共振による減衰極を形成した。
[Third Embodiment]
In the coupler according to the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 16, the resonance point of the sub-line is positioned within the use frequency band (in the range larger than the lower end frequency and lower than the upper end frequency). Specifically, this coupler has a usable frequency band of 700 MHz to 3.5 GHz, and an attenuation pole due to resonance of the sub line is formed in the vicinity of 2.9 GHz.
また、主線路や副線路等の形状や配置は前記第1実施形態(図2A〜図2K)と同様であるが、第1絶縁層の厚さを薄くすることにより(第1実施形態では5μmであったものを2μmとした)、第1層のグランド電極(上部グランド)G2と第2層の第二副線路部13bとの間の距離を小さくした。このように上部グランドG2を副線路13(第二副線路部13b)に近づけることで、前述のようにアンテナとしても機能する副線路13からの放射が抑えられ、共振点の減衰量を小さくすることで使用周波数帯域内における結合度の変動幅を小さく(6dB以下に)抑えることが可能となる。なお、下部グランドG3を第一副線路部13aに近づけても(或いは上部グランドG2と下部グランドG3の双方を副線路13に近づけても)同様の結果を得ることが出来る。
The shape and arrangement of the main line and the sub line are the same as those in the first embodiment (FIGS. 2A to 2K), but the thickness of the first insulating layer is reduced (in the first embodiment, 5 μm). The distance between the first-layer ground electrode (upper ground) G2 and the second-layer second
また、図17〜図19はそれぞれ、本実施形態に係るカプラの挿入損失、入力ポートにおけるVSWR、及び、結合ポートから見た副線路のVSWRを示すものである。 FIGS. 17 to 19 show the insertion loss of the coupler according to the present embodiment, the VSWR at the input port, and the VSWR of the sub line as viewed from the coupling port.
このように本発明では、副線路13の共振による減衰極を使用周波数帯域内(下端周波数より大きく上端周波数以下の範囲内)に形成しても良い。 As described above, in the present invention, the attenuation pole due to the resonance of the sub-line 13 may be formed in the use frequency band (in the range larger than the lower end frequency and lower than the upper end frequency).
〔第4実施形態〕
図20A〜図20Kに示すように本発明の第4の実施形態に係るカプラは、前記第1実施形態のカプラと同様に副線路13の両端部23a,24aを主線路12と結合させたものであるが、第1実施形態とは異なり、主線路12の結合部22と副線路13の結合部23a,24aとが平面から見たときに重なっていない。
[Fourth Embodiment]
As shown in FIGS. 20A to 20K, the coupler according to the fourth embodiment of the present invention is obtained by coupling both
具体的には、第4層の副線路の結合部23a(図20G)は主線路の結合部22(図20E)の斜め下方に位置するとともに、第2層の副線路の結合部24a(図20G)は主線路の結合部22(図20E)の斜め上方に位置し、これにより、平面から見たときに主線路の結合部22と副線路の結合部23a,24aとが平面から見たときに重ならないが互いに近接した(平面から見たときに両結合部の縁同士が接している)位置に配置されている。
Specifically, the
図21〜図26は本実施形態に係るカプラの周波数特性を示すものであるが、これらの図から明らかなように本実施形態によっても、前記比較例に比べて良好な特性を得ることが出来る。このように本発明では、前記第1実施形態のように主線路の結合部22と副線路の両端部23a,24aとを完全に重ね合わせるように配置しなくても、両線路12,13を近接させて配置することにより結合させ、良好な特性を得ることが可能である。
FIGS. 21 to 26 show the frequency characteristics of the coupler according to this embodiment. As is clear from these figures, this embodiment can also provide better characteristics than the comparative example. . As described above, in the present invention, both the
なお、上記第4実施形態では、両結合部(主線路の結合部22と副線路の結合部23a,24a)が平面から見たときに縁同士が接する位置関係としたが、例えば、両結合部が平面から見たときに前記第1実施形態のように完全には重ならないが幅方向の一部が重なるように配置することも可能であるし、結合が可能である限り平面から見たときに両結合部間に隙間があるような(上記第4実施形態より離れた)配置であっても良く、これらの構造も本発明の範囲内に含まれる。
Note that in the fourth embodiment, the two contact portions (the main
上記各実施形態によれば、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。 According to each of the above embodiments, the degree of coupling can be flattened over a wide band, and therefore the number of couplers disposed in a multiband wireless communication apparatus can be reduced.
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34参照)、本実施形態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。 For example, when considering the construction of a dual-band mobile phone that can use two communication frequency bands of 800 MHz band and 2 GHz band, the coupling degree greatly varies between the 800 MHz band and the 2 GHz band. Therefore, it was necessary to provide two couplers adjusted so that the degree of coupling was almost equal in each frequency band (800 MHz band and 2 GHz band) in the transmission circuit of each frequency band (see FIG. 34). According to the present embodiment, since the degree of coupling can be flattened over both frequency bands (800 MHz band and 2 GHz band), it is only necessary to provide one common coupler, and the number of components is reduced and the transmission circuit is simplified. Can be
具体的には、図27に示すように本発明によれば、アンテナ101とスイッチ102との間にカプラ11を1つ設ければ良く、従来(図34)と比べて送信回路201を簡素化することが出来る。なお、PA202は両周波数帯に亘って使用可能なものを使用し、カプラ11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)をAPC回路203に入力し、APC回路203がモニタ信号のレベル(即ち送信信号のレベル)に応じてPA202の出力が一定になるようにPA202の利得を制御する。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。
Specifically, as shown in FIG. 27, according to the present invention, one
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is obvious to those skilled in the art that various modifications can be made within the scope of the claims. is there.
11,311,411 カプラ
12,52 主線路
13,53 副線路
13a 第一副線路部
13b 第二副線路部
22,62 結合部(主線路の中間部)
23a 結合部(結合ポートへの接続端部)
23b 非結合部
24a 結合部(アイソレーションポートへの接続端部)
24b 非結合部
63 結合部(副線路の中間部)
101 アンテナ
102 スイッチ
103,104 受信回路
201,301,401 送信回路
202,302,402 PA(電力増幅器)
203,303,403 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,S2,S3,S4,S5 要求仕様
T1,T2,T3,T4,TG 外部接続用端子
V,V1 ビアホール
11, 311, 411
23a coupling part (connection end to coupling port)
23b
24b
DESCRIPTION OF
203, 303, 403 APC circuit (automatic output control circuit)
G1 Intermediate ground G2 Upper ground G3 Lower ground P1 Input port P2 Output port P3 Coupling port P4 Isolation port S1, S2, S3, S4, S5 Required specifications T1, T2, T3, T4, TG External connection terminal V, V1 Via hole
Claims (11)
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、
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備えた方向性結合器であって、
前記副線路は、前記主線路より長く、
前記積層基板の第一導体層に、前記主線路を配置し、
前記第一導体層より下層の第二導体層に、前記副線路の一部である第一副線路部を配置し、
この第一副線路部の一端部を前記結合ポートおよび前記アイソレーションポートのうちの一方に接続し、
前記第一導体層より上層の第三導体層に、前記副線路の他の一部である第二副線路部を配置し、
この第二副線路部の一端部を前記結合ポートおよび前記アイソレーションポートのうちの他方に接続し、
前記第一副線路部の他端部と前記第二副線路部の他端部とを層間接続導体により電気的に接続し、
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、
前記主線路の少なくとも一部と前記第一副線路部の一部とが互いに近接するように配置するとともに、前記主線路の少なくとも一部と前記第二副線路部の一部とが互いに近接するように配置することにより、前記主線路、前記第一副線路部の一端部および前記第二副線路部の一端部にそれぞれ結合部を形成する一方、
前記第一副線路部の結合部と前記第二副線路部の結合部との間に延在する副線路の中間部を、非結合部とし、
前記積層基板の積層方向について前記第一副線路部の非結合部と前記第二副線路部の非結合部との間に介在されるように配置したグランド電極である中間グランドを、前記第一導体層に備えた
ことを特徴とする方向性結合器。 A main line capable of transmitting high-frequency signals;
An input port for inputting the high-frequency signal to the main line;
An output port for outputting the high-frequency signal from the main line;
A sub-line for extracting a part of the high-frequency signal by electromagnetic coupling with the main line;
A coupling port provided at one end of the sub-line;
An isolation port provided at the other end of the sub-line,
A directional coupler provided in a laminated substrate having a plurality of conductor layers laminated via an insulating layer,
The sub line is longer than the main line,
The main line is disposed on the first conductor layer of the multilayer substrate,
In the second conductor layer below the first conductor layer, a first sub line portion that is a part of the sub line is disposed,
One end of the first subline portion is connected to one of the coupling port and the isolation port,
A second sub line portion that is another part of the sub line is disposed on the third conductor layer above the first conductor layer,
One end of the second subline portion is connected to the other of the coupling port and the isolation port,
The other end portion of the first sub-line portion and the other end portion of the second sub-line portion are electrically connected by an interlayer connection conductor,
When the line part that performs electromagnetic field coupling between the main line and the sub line is referred to as a coupling part, and the line part that does not perform the electromagnetic field coupling is referred to as a non-coupling part,
At least a part of the main line and a part of the first sub-line part are arranged so as to be close to each other, and at least a part of the main line and a part of the second sub-line part are close to each other While disposing the main line, one end portion of the first sub-line portion and one end portion of the second sub-line portion, respectively, a coupling portion is formed,
An intermediate portion of the sub-line extending between the coupling portion of the first sub-line portion and the coupling portion of the second sub-line portion is a non-coupling portion,
An intermediate ground is a ground electrode disposed to have so as to be interposed between the non-bonded portion of the second sub-line portion and the non-binding portion of the first sub-line portion for the stacking direction of the multilayer substrate, the first A directional coupler comprising a conductor layer .
請求項1に記載の方向性結合器。 By disposing at least a part of the main line, a part of the first sub-line part, and a part of the second sub-line part when viewed from a plane, the main line, The directional coupler according to claim 1, wherein the coupling portion is formed at one end portion of the first sub-line portion and one end portion of the second sub-line portion, respectively.
請求項1または2に記載の方向性結合器。 The directional coupler according to claim 1 or 2, wherein a length of the first sub line portion and a length of the second sub line portion are substantially equal.
請求項1から3のいずれか一項に記載の方向性結合器。 The directional coupler according to any one of claims 1 to 3 , further comprising an upper ground that is a ground electrode disposed in an upper layer than the third conductor layer so as to cover a non-coupled portion of the second sub-line portion. .
請求項4に記載の方向性結合器。 The upper ground, according to the coupling part, according to claim 4 which is formed so as not to overlap with the coupling portion of the coupling portion of the first sub-line portion and a second secondary line of the main line when viewed from the plane Directional coupler.
請求項1から5のいずれか一項に記載の方向性結合器。 The directional coupler according to any one of claims 1 to 5 , further comprising a lower ground that is a ground electrode disposed below the second conductor layer so as to cover a non-coupled portion of the first sub-line portion. .
請求項6に記載の方向性結合器。 The lower ground, according to claim 6, wherein the coupling portion of the main line, is formed so as not to overlap with the coupling portion of the coupling portion of the first sub-line portion and the second sub-line portion when viewed from the plane Directional coupler.
請求項1から7のいずれか一項に記載の方向性結合器。 The directional coupling according to any one of claims 1 to 7 , wherein the uncoupled portion of the first sub-line portion and the uncoupled portion of the second sub-line portion are each formed in a spiral shape so as to draw a spiral. vessel.
前記主線路の結合部、前記第一副線路部の結合部および前記第二副線路部の結合部を前記積層基板の一側縁部に沿って配置するとともに、
前記層間接続導体を前記積層基板の中心部に配置し、
前記第一副線路部の非結合部を、前記積層基板の一側縁部から前記積層基板の中心部に向け螺旋を描くように渦巻状に形成し、
前記第二副線路部の非結合部を、前記積層基板の中心部から前記積層基板の一側縁部に向って且つ前記第一副線路部の螺旋と同一の回転方向に螺旋を描くように渦巻状に形成した
請求項1から8のいずれか一項に記載の方向性結合器。 When viewed from the plane,
While arranging the coupling part of the main line, the coupling part of the first sub-line part and the coupling part of the second sub-line part along one side edge of the multilayer substrate,
The interlayer connection conductor is disposed in the center of the multilayer substrate,
A non-coupling portion of the first sub line portion is formed in a spiral shape so as to draw a spiral from one side edge portion of the multilayer substrate toward the center portion of the multilayer substrate,
The uncoupled portion of the second sub-line portion is drawn in a spiral in the same rotational direction as the spiral of the first sub-line portion from the center portion of the multilayer substrate toward one side edge portion of the multilayer substrate. The directional coupler according to any one of claims 1 to 8 , wherein the directional coupler is formed in a spiral shape.
請求項1から9のいずれか一項に記載の方向性結合器。 The directional coupler according to any one of claims 1 to 9 , wherein the first sub-line portion and the second sub-line portion have a line width of the non-coupling portion smaller than that of the coupling portion.
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10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。 A transmission circuit capable of generating transmission signals of two or more frequency bands, and including a power amplifier for amplifying the transmission signals and an automatic output control circuit for controlling the output of the power amplifier;
A receiving circuit capable of processing received signals in the two or more frequency bands;
An antenna for transmitting and receiving the transmission signal and the reception signal;
Transmission between the antenna and the transmission circuit and the reception circuit, and transmission of a reception signal received through the antenna to the reception circuit and transmission of a transmission signal output from the transmission circuit to the antenna Switch to do,
A directional coupler that detects a level of a transmission signal output from the power amplifier and outputs the detection signal to the automatic output control circuit;
A wireless communication device that controls an output of the power amplifier based on the detection signal input from the directional coupler,
The directional coupler, which is connected between the antenna and said switch, and a wireless communication device, characterized in that the directional coupler according to any one of the claims 1 to 10.
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