JP6635089B2 - 双方向性結合器、モニタ回路、およびフロントエンド回路 - Google Patents

Description

本発明は、双方向性結合器、モニタ回路、およびフロントエンド回路に関する。

従来、周波数帯域が異なる複数の高周波信号を処理する方向性結合器が知られている（例えば、特許文献１）。

図１６は、特許文献１に開示される方向性結合器の構成の一例を示す斜視図である。なお、以下で用いる構成要素名および参照符号は、説明の便宜上、特許文献１のものとは異なる場合がある。

図１６の方向性結合器９は、第１主線路９１、第２主線路９２、第１副線路９３、第２副線路９４、およびグランド９６を備える。

第１主線路９１と第２主線路９２とは、グランド９６を介して配置されている。第１副線路９３と第２副線路９４とは、グランド９６を介して配置されるとともに、第１主線路９１および第２主線路９２とそれぞれ結合する。第１副線路９３および第２副線路９４は、互いの一端同士が接続されて１本の副線路９５を構成している。

第１主線路９１の一方端および他方端は、入力ポートＰ１および出力ポートＰ２を構成し、第２主線路９２の一方端および他方端は、入力ポートＰ３および出力ポートＰ４を構成している。副線路９５の一方端および他方端は、結合ポートＰ５およびアイソレーションポートＰ６を構成している。

方向性結合器９は、一例として、周波数帯域が異なる２つの送信信号を処理するデュアルバンド対応の携帯電話端末に設けられ、送信信号の強度のモニタに用いられる。

具体的に、２つの送信信号の一方および他方は、入力ポートＰ１、Ｐ３へそれぞれ供給され、第１主線路９１、第２主線路９２を伝搬して、出力ポートＰ２、Ｐ４からアンテナへ供給される。送信信号の強度に応じた第１のモニタ信号が、結合ポートＰ５から取り出される。第１のモニタ信号は、例えば、送信電力のフィードバック制御に用いられる。

特開２００２−１００９０９号公報

近年、方向性結合器には、順方向信号と逆方向信号の両方をモニタする双方向性結合器が求められている。ここで、順方向信号とは、主線路を入力ポートから出力ポートへ向かって伝搬する信号を言い、逆方向信号とは、主線路を出力ポートから入力ポートへ向かって伝搬する信号を言う。

双方向性結合器の基本的な構成は、４ポートの方向性結合器と等しい。したがって、特許文献１では言及されていないが、方向性結合器９でも、第１主線路９１および第２主線路９２を伝搬する逆方向信号（例えば、アンテナからの反射波）の強度に応じた第２のモニタ信号をアイソレーションポートＰ６から取り出すことはできる。

しかしながら、方向性結合器９を双方向性結合器として使用した場合、方向性結合器９の順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とは異なる。そのため、方向性結合器９を双方向性結合器として使用した場合、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが揃わず、順方向信号の方向性と逆方向信号の方向性が同等ではないという問題が生じる。

そこで、本発明は、２つの信号線路の各々において順方向信号と逆方向信号とをモニタ可能であり、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが両方とも良好な双方向性結合器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る双方向性結合器は、多層基板と、前記多層基板に設けられた第１主線路、第２主線路、および副線路と、を備え、前記副線路は、前記第１主線路と電磁界結合する部分である第１線路部と、前記第２主線路と電磁界結合する部分である偶数個の第２線路部とを有し、前記偶数個の第２線路部のうちの半数は、前記第１線路部と前記副線路の一方端との間に設けられ、前記偶数個の第２線路部のうちの他の半数は、前記第１線路部と前記副線路の他方端との間に設けられている。

この構成によれば、第１主線路との結合部である副線路の第１線路部の両側に、副線路の第２主線路との結合部である第２線路部を同数設けている。そのため、副線路上において、第１主線路との結合部を中心として、第２主線路との結合部を対称に配置することができる。結合部をこのように配置することによって、第１主線路から副線路の一方端および他方端までの電気的特性を揃え、また第２主線路から副線路の一方端および他方端までの電気的特性を揃えることができる。

これにより、順方向信号に対応する第１のモニタ信号の方向性および逆方向信号に対応する第２のモニタ信号の方向性を両方とも向上することが可能になる。その結果、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが両方とも改善された双方向性結合器が得られる。

また、前記第１線路部は、１対の第１線路部を含んでもよい。

この構成によれば、第１線路部を分割して配置することができるので、副線路のレイアウトの自由度が高まる。

また、前記副線路の電気長での中点と前記１対の第１線路部のうちの一方との間の電気長と、前記中点と前記１対の第１線路部のうちの他方との間の電気長とは、略等しくてもよい。

この構成によれば、副線路の第１主線路との結合部が、副線路上の電気長での対称位置に配置されるので、第１主線路から副線路の一方端および他方端までの電気的特性を、より正確に揃えることができる。その結果、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが、両方とも向上した双方向性結合器が得られる。

また、前記偶数個の第２線路部は１対の第２線路部であり、前記副線路の電気長での中点と前記１対の第２線路部のうちの一方との間の電気長と、前記中点と前記１対の第２線路部のうちの他方との間の電気長とは、略等しくてもよい。

この構成によれば、副線路の第２主線路との結合部が、副線路上の電気長での対称位置に配置されるので、第２主線路から副線路の一方端および他方端までの電気的特性を、より正確に揃えることができる。その結果、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが、両方とも向上した双方向性結合器が得られる。

また、前記偶数個の第２線路部は、１対の第２線路部であり、前記多層基板上の直線を挟んだ第１領域と第２領域とにおいて、前記副線路は前記直線を対称軸として線対称の形状に設けられ、前記１対の第２線路部の一方と他方とは、前記線対称での対応位置にあってもよい。

この構成によれば、副線路の形状の対称性に基づいて、第２主線路から副線路の一方端および他方端までの電気的特性を、より正確に揃えることができる。その結果、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが、両方とも向上した双方向性結合器が得られる。

また、前記多層基板上の直線を挟んだ第１領域と第２領域とにおいて、前記副線路は前記直線を対称軸として線対称の形状に設けられ、前記１対の第１線路部の一方と他方とは、前記線対称での対応位置にあってもよい。

この構成によれば、副線路の形状の対称性に基づいて、第１主線路から副線路の一方端および他方端までの電気的特性を、より正確に揃えることができる。その結果、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが、両方とも向上した双方向性結合器が得られる。

また、前記１対の第１線路部の一方と他方とが、インダクタで接続されていてもよい。

この構成によれば、副線路の中点に直列にインダクタを挿入することができるので、双方向性結合器の方向性をさらに向上できる。

また、前記副線路の前記第１線路部での幅と前記第２線路部での幅とが異なっていてもよい。

この構成によれば、副線路の幅に応じて、副線路と第１主線路および第２主線路の各々との結合を最適化することができる。

本発明の一態様に係るモニタ回路は、前記双方向性結合器を有する。

この構成によれば、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが両方とも向上した双方向性結合器を用いることで、順方向信号および逆方向信号の双方を高い精度でモニタするモニタ回路が得られる。

本発明の一態様に係るフロントエンド回路は、前記モニタ回路と、前記モニタ回路に接続されたアンテナ端子と、前記モニタ回路に接続されたフィルタと、を備える。

この構成によれば、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが両方とも向上した双方向性結合器を有するモニタ回路を用いることで、例えば、送信電力のフィードバック制御およびアンテナのマッチング調整を含む各種の制御を高い精度で行う、高性能な通信装置を構成できる。

本発明に係る双方向性結合器によれば、２つの信号線路の各々において順方向信号と逆方向信号とをモニタ可能であり、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが両方とも良好な双方向性結合器が得られる。

実施の形態１に係る双方向性結合器の等価回路の一例を示す回路図 実施の形態１に係る双方向性結合器の等価回路の一例を示す回路図 実施の形態１に係る双方向性結合器の構造の一例を示す平面図 実施の形態１に係る双方向性結合器の構造の一例を示す断面図 実施の形態１に係る双方向性結合器の立体構造の一例を示す分解斜視図 実施の形態２に係る双方向性結合器の等価回路の一例を示す回路図 実施の形態２に係る双方向性結合器の構造の一例を示す平面図 実施の形態３に係る双方向性結合器の等価回路の一例を示す回路図 実施の形態３に係る双方向性結合器の等価回路の一例を示す回路図 実施の形態３に係る双方向性結合器の構造の一例を示す平面図 実施の形態４に係る双方向性結合器の構造の一例を示す平面図 実施の形態５に係る双方向性結合器の等価回路の一例を示す回路図 実施の形態５に係る双方向性結合器の構造の一例を示す平面図 実施の形態６に係る方向性結合器を用いたモニタ回路の一例を示す回路図 実施の形態７に係る通信装置の機能的な構成の一例を示すブロック図 従来例に係る方向性結合器の構造の一例を示す斜視図 従来例に係る方向性結合器の等価回路の一例を示す回路図

（本発明の基礎となった知見）
図１６の方向性結合器９の順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが異なる要因について考察する。

図１７は、方向性結合器９の等価回路の一例を示す回路図である。図１７では、理解のため、副線路９５を直線状に表すとともに、副線路９５の電気長での中点Ｍを示している。

図１７に示されるように、方向性結合器９において、第１主線路９１と第１副線路９３とは、副線路９５の中点ＭとアイソレーションポートＰ６との間のみで結合している。また、第２主線路９２と第２副線路９４とは、副線路９５の中点Ｍと結合ポートＰ５との間のみで結合している。つまり、副線路９５の第１主線路９１との結合部および第２主線路９２との結合部は、副線路９５上で非対称に配置されている。

そのため、第１主線路９１から副線路９５の結合ポートＰ５までの電気的特性と、第１主線路９１から副線路９５のアイソレーションポートＰ６までの電気的特性とは異なる。これにより、第１主線路９１を伝搬する順方向信号に対応する第１モニタ信号と逆方向信号に対応する第２モニタ信号とが、第１主線路９１からの電気的特性が異なる結合ポートＰ５とアイソレーションポートＰ６とからそれぞれ取り出されることになる。その結果、方向性結合器９の第１主線路９１を伝搬する順方向信号および逆方向信号に対する特性差が生じる。

第２主線路９２についても同様のことが成り立つので、方向性結合器９では第２主線路９２を伝搬する順方向信号および逆方向信号に対しても特性差が生じる。

このように、結合部の配置の非対称性が、方向性結合器９の順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とを異ならせている主因と考えられる。

本発明者は、この考察に基づき、鋭意検討の結果、２つの主線路を有し、いずれの主線路についても順方向信号に対する特性と逆方向信号に対する特性とが等しい双方向性結合器を考案するに至った。

当該双方向性結合器は、多層基板と、前記多層基板に設けられた第１主線路、第２主線路、および副線路と、を備え、前記副線路は、前記第１主線路と電磁界結合する部分である第１線路部と、前記第２主線路と電磁界結合する部分である偶数個の第２線路部とを有し、前記偶数個の第２線路部のうちの半数は、前記第１線路部と前記副線路の一方端との間に設けられ、前記偶数個の第２線路部のうちの他の半数は、前記第１線路部と前記副線路の他方端との間に設けられているものである。

以下、本発明の複数の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさ又は大きさの比は、必ずしも厳密ではない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る双方向性結合器の等価回路の一例を示す回路図である。

図１に示されるように、双方向性結合器１は、第１主線路２１、第２主線路３１、および副線路５１を備える。

第１主線路２１の一方端および他方端は、入力ポートＩＮ１および出力ポートＯＵＴ１を構成し、第２主線路３１の一方端および他方端は、入力ポートＩＮ２および出力ポートＯＵＴ２を構成している。副線路５１の一方端および他方端は、フォワードポートＦＷＤおよびリバースポートＲＥＶを構成している。

副線路５１は、第１主線路２１と結合する部分である第１線路部５１１と、第２主線路３１と結合する部分である１対の第２線路部５１２ａ、５１２ｂとを有する。ここで、１対の第２線路部５１２ａ、５１２ｂは、偶数個の第２線路部の一例である。

第２線路部５１２ａは、副線路５１の第１線路部５１１とリバースポートＲＥＶとの間に設けられ、第２線路部５１２ｂは、副線路５１の第１線路部５１１とフォワードポートＦＷＤとの間に設けられている。第１線路部５１１は、第１主線路２１と略同一方向に延設され、１対の第２線路部５１２ａ、５１２ｂは、第２主線路３１と略同一方向に延設される。

図２は、図１の等価回路と同一の回路を表す回路図である。図２では、理解のため、副線路５１を直線状に表すとともに、副線路５１の電気長での中点Ｍを示している。第２主線路３１は、表記上、入力ポートＩＮ２側の半分区間と出力ポートＯＵＴ２側の半分区間とに分断されているが、実際にはＡ点同士で連続している。

図２から理解されるように、双方向性結合器１では、副線路５１の第１主線路２１との結合部である第１線路部５１１の両側に、副線路５１の第２主線路３１との結合部である第２線路部５１２ａ、５１２ｂを設けている。

そのため、副線路５１上において、第１主線路２１との結合部（第１線路部５１１）を中心として、第２主線路３１との結合部（第２線路部５１２ａ、５１２ｂ）を対称に配置することができる。

結合部をこのように配置することで、第１主線路２１からフォワードポートＦＷＤおよびリバースポートＲＥＶまでの電気的特性を揃えるとともに、第２主線路３１からフォワードポートＦＷＤおよびリバースポートＲＥＶまでの電気的特性を揃えることができる。

これにより、順方向信号に対応する第１のモニタ信号の方向性および逆方向信号に対応する第２のモニタ信号の方向性を両方とも向上することが可能になる。その結果、第１主線路２１および第２主線路３１のいずれについても、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが両方とも向上した双方向性結合器１が得られる。

なお、図２に示されるように、副線路５１における、中点Ｍと第２線路部５１２ａとの間の電気長Ｌ２ａと、中点Ｍと第２線路部５１２ｂとの間の電気長Ｌ２ｂとは、略等しくてもよい。

これにより、副線路５１において第２線路部５１２ａ、５１２ｂが、副線路５１上の電気長での対称位置に配置されるので、第２主線路３１からフォワードポートＦＷＤおよびリバースポートＲＥＶまでの電気的特性を、より正確に揃えることができる。その結果、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが、両方とも向上した双方向性結合器１が得られる。

双方向性結合器１の構造的な特徴について説明を続ける。

図３は、双方向性結合器１の構造の一例を示す平面図である。

図４は、双方向性結合器１の構造の一例を示す断面図であり、図３のＩＶ−ＩＶ断面線を矢印の方向に見た断面に対応する。

図３、４では、明確のため、構成要素ごとに異なる柄を付して示している。

図４に示されるように、双方向性結合器１は、基板１５の上方に形成され層間絶縁層１１、１２、１３、１４でそれぞれ分離された第１層金属配線６１、第２層金属配線６２、第３層金属配線６３、および、第１層金属配線６１と第２層金属配線６２とを接続するビア導体６４で構成されている。一例として、基板１５および層間絶縁層１１〜１４の積層体が多層基板１０に対応する。

第１層金属配線６１は層間絶縁層１１と層間絶縁層１２との界面に配置され、第２層金属配線６２は層間絶縁層１２と層間絶縁層１３との界面に配置され、第３層金属配線６３は層間絶縁層１３と層間絶縁層１４との界面に配置される。ビア導体６４は、層間絶縁層１２を貫通して設けられる。

副線路５１は、第１層金属配線６１、第２層金属配線６２、およびビア導体６４で形成される。第１主線路２１および第２主線路３１（図２には示さず）は、第３層金属配線６３で形成される。

一例として、基板１５は半導体基板であってもよい。この場合、双方向性結合器１は、周知の半導体プロセスを用いて、半導体基板上に層間絶縁層を介在しながら複数の配線層を形成することにより作製される。

他の一例として、基板１５および層間絶縁層１１、１２、１３、１４は、ＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミックス）材料で構成された基材層であってもよい。この場合、双方向性結合器１は、金属配線となる導体ペーストを配置した複数のセラミックグリーンシートを重ねて一体化し、焼成することにより作製される。

さらに他の一例として、基板１５および層間絶縁層１１、１２、１３、１４は、多層プリント配線基板の各層を構成する絶縁樹脂層であってもよい。この場合、双方向性結合器１は、金属配線としての配線パターンを配置した複数の絶縁樹脂層を積層し、ビア導体としてのスルーホールを設けてなる多層プリント配線基板として作製される。

図５は、双方向性結合器１の立体構造の一例を示す分解斜視図である。図５では、副線路５１の形状を分かりやすく示すために、層間絶縁層１２、１３、１４を省略し、第１主線路２１および第２主線路３１を実際の位置より上方に描いている。

図５に示されるように、第１主線路２１および第２主線路３１は、第１主線路２１を外側に配し第２主線路３１を内側に配したＵ字の略入れ子形状に形成され、副線路５１は、２箇所の立体交差部を有する２周の周回形状に形成されている。副線路５１は、フォワードポートＦＷＤから、まず内周を半周し、外周へ出て１周した後、内周へ入って半周して、リバースポートＲＥＶに至る。

図５に示されるように、副線路５１の内周のフォワードポートＦＷＤ側の半周区間に第２主線路３１と略同一方向に延設された第２線路部５１２ｂがあり、第２主線路３１の出力ポートＯＵＴ２側の半分区間と結合する。副線路５１の外周に第１主線路２１と略同一方向に延設された第１線路部５１１があり、第１主線路２１と結合する。副線路５１の内周のリバースポートＲＥＶ側の半周区間に第２主線路３１と略同一方向に延設された第２線路部５１２ａがあり、第２主線路３１の入力ポートＩＮ２側の半分区間と結合する。

また、図３および図５に示されるように、多層基板１０上の直線Ｓを挟んだ第１領域と第２領域とにおいて、副線路５１は直線Ｓを対称軸として線対称の形状に設けられ、第２線路部５１２ａ、５１２ｂは、前記線対称での対応位置にある。

これにより、副線路５１の形状の対称性に基づいて、第２主線路３１からフォワードポートＦＷＤおよびリバースポートＲＥＶまでの電気的特性を、より正確に揃えることができる。その結果、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが、両方とも向上した双方向性結合器１が得られる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、第１主線路、第２主線路、および副線路の変形例について説明する。

図６は、実施の形態２に係る双方向性結合器の等価回路の一例を示す回路図である。

図６に示されるように、双方向性結合器２は、第１主線路２２、第２主線路３２、および副線路５２を備える。

副線路５２は、第１主線路２２と結合する部分である第１線路部５２１と、第２主線路３２と結合する部分である１対の第２線路部５２２ａ、５２２ｂとを有する。ここで、１対の第２線路部５２２ａ、５２２ｂは、偶数個の第２線路部の一例である。

第２線路部５２２ａは、副線路５２の第１線路部５２１とリバースポートＲＥＶとの間に設けられ、第２線路部５２２ｂは、副線路５２の第１線路部５２１とフォワードポートＦＷＤとの間に設けられている。第１線路部５２１は、第１主線路２２と略同一方向に延設され、１対の第２線路部５２２ａ、５２２ｂは、第２主線路３２と略同一方向に延設される。

双方向性結合器２においても、双方向性結合器１と同様、副線路５２の第１主線路２２との結合部である第１線路部５２１の両側に、副線路５２の第２主線路３２との結合部である第２線路部５２２ａ、５２２ｂを設けている。

そのため、副線路５２上において、第１主線路２２との結合部（第１線路部５２１）を中心として、第２主線路３２との結合部（第２線路部５２２ａ、５２２ｂ）を対称に配置することができる。

結合部をこのように配置することで、第１主線路２２からフォワードポートＦＷＤおよびリバースポートＲＥＶまでの電気的特性を揃えるとともに、第２主線路３２からフォワードポートＦＷＤおよびリバースポートＲＥＶまでの電気的特性を揃えることができる。

これにより、順方向信号に対応する第１のモニタ信号の方向性および逆方向信号に対応する第２のモニタ信号の方向性を両方とも向上することが可能になる。その結果、第１主線路２２および第２主線路３２のいずれについても、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが両方とも改善された双方向性結合器２が得られる。

双方向性結合器２の構造的な特徴について説明を続ける。

図７は、双方向性結合器２の構造の一例を示す平面図である。図７の双方向性結合器２は、実施の形態１の双方向性結合器１と比べて、第１主線路２２と第２主線路３２の配置および副線路５２の形状において相違する。以下では、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付して、適宜説明を省略する。

図７に示されるように、第１主線路２２および第２主線路３２は、第１主線路２２を内側に配し第２主線路３２を外側に配したＵ字の略入れ子形状に形成され、副線路５２は、１箇所の立体交差部を有する２周の周回形状に形成されている。副線路５２は、フォワードポートＦＷＤから、まず外周を半周し、内周へ入って１周した後、外周へ出て半周して、リバースポートＲＥＶに至る。

図７に示されるように、副線路５２の外周のフォワードポートＦＷＤ側の半周区間に第２主線路３２と略同一方向に延設された第２線路部５２２ｂがあり、第２主線路３２の出力ポートＯＵＴ２側の半分区間と結合する。副線路５２の内周に第１主線路２２と略同一方向に延設された第１線路部５２１があり、第１主線路２２と結合する。副線路５２の外周のリバースポートＲＥＶ側の半周区間に第２主線路３２と略同一方向に延設された第２線路部５２２ａがあり、第２主線路３２の入力ポートＩＮ２側の半分区間と結合する。

また、図７に示されるように、多層基板１０上の直線Ｓを挟んだ第１領域と第２領域とにおいて、副線路５２は直線Ｓを対称軸として線対称の形状に設けられ、第２線路部５２２ａ、５２２ｂは、前記線対称での対応位置にある。

これにより、副線路５２の形状の対称性に基づいて、第２主線路３２からフォワードポートＦＷＤおよびリバースポートＲＥＶまでの電気的特性を、より正確に揃えることができる。その結果、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが、両方とも向上した双方向性結合器２が得られる。

（実施の形態３）
実施の形態３では、第１主線路、第２主線路、および副線路の変形例について説明する。

図８は、実施の形態３に係る双方向性結合器の等価回路の一例を示す回路図である。

図８に示されるように、双方向性結合器３は、第１主線路２３、第２主線路３３、および副線路５３を備える。

副線路５３は、第１主線路２３と結合する部分である１対の第１線路部５３１ａ、５３１ｂと、第２主線路３３と結合する部分である１対の第２線路部５３２ａ、５３２ｂとを有する。ここで、１対の第２線路部５３２ａ、５３２ｂは、偶数個の第２線路部の一例である。

第２線路部５３２ａは、第１線路部５３１ａとリバースポートＲＥＶとの間に設けられ、第２線路部５３２ｂは、第１線路部５３１ｂとフォワードポートＦＷＤとの間に設けられている。１対の第１線路部５３１ａ、５３１ｂは、第１主線路２３と略同一方向に延設され、１対の第２線路部５３２ａ、５３２ｂは、第２主線路３３と略同一方向に延設される。

図９は、図８の等価回路と同一の回路を表す回路図である。図９では、理解のため、副線路５３を直線状に表すとともに、副線路５３の電気長での中点Ｍを示している。第２主線路３３は、表記上、入力ポートＩＮ２側の半分区間と出力ポートＯＵＴ２側の半分区間とに分断されているが、実際にはＡ点同士で連続している。第１主線路２３は、表記上、入力ポートＩＮ１側の半分区間と出力ポートＯＵＴ１側の半分区間とに分断されているが、実際にはＢ点同士で連続している。

図９から理解されるように、双方向性結合器３では、副線路５３の第１主線路２３との結合部が１対の第１線路部５３１ａ、５３１ｂで構成され、当該結合部の両側に、副線路５３の第２主線路３３との結合部である第２線路部５３２ａ、５３２ｂを設けている。

そのため、副線路５３上において、第１主線路２３との結合部（第１線路部５３１ａ、５３１ｂ）を中心として、第２主線路３３との結合部（第２線路部５３２ａ、５３２ｂ）を対称に配置することができる。

結合部をこのように配置することで、第１主線路２３からフォワードポートＦＷＤおよびリバースポートＲＥＶまでの電気的特性を揃えるとともに、第２主線路３３からフォワードポートＦＷＤおよびリバースポートＲＥＶまでの電気的特性を揃えることができる。

また第１線路部を分割して１対の第１線路部５３１ａ、５３１ｂとして配置するので、副線路５３の形状の自由度が高まる。

これにより、順方向信号に対応する第１のモニタ信号の方向性および逆方向信号に対応する第２のモニタ信号の方向性を両方とも向上することが可能になる。その結果、第１主線路２３および第２主線路３３のいずれについても、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが両方とも改善された双方向性結合器３が得られる。

なお、図９に示されるように、副線路５３における、中点Ｍと第１線路部５３１ａとの間の電気長Ｌ１ａと、中点Ｍと第１線路部５３１ｂとの間の電気長Ｌ１ｂとは、略等しくてもよい。また、中点Ｍと第２線路部５３２ａとの間の電気長Ｌ２ａと、中点Ｍと第２線路部５３２ｂとの間の電気長Ｌ２ｂとは、略等しくてもよい。

これにより、副線路５３において、第１線路部５３１ａ、５３１ｂが、副線路５１上の電気長での対称位置に配置され、かつ第２線路部５３２ａ、５３２ｂが、副線路５１上の電気長での対称位置に配置される。そのため、第１主線路２３および第２主線路３３からフォワードポートＦＷＤおよびリバースポートＲＥＶまでの電気的特性を、より正確に揃えることができる。その結果、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが両方とも向上した双方向性結合器３が得られる。

双方向性結合器３の構造的な特徴について説明を続ける。

図１０は、双方向性結合器３の構造の一例を示す平面図である。図１０の双方向性結合器３は、図３の双方向性結合器１と比べて、第１主線路２３、第２主線路３３、および副線路５３の形状において相違する。以下では、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付して、適宜説明を省略する。

図１０に示されるように、第１主線路２３および第２主線路３３は、第１主線路２３を内側に配し第２主線路３３を外側に配した、開き角が異なるＶ字の略入れ子形状に形成されている。また、副線路５３は、立体交差を有しない１周の周回形状に形成されている。副線路５３は、フォワードポートＦＷＤから、第１主線路２３および第２主線路３３に沿いながら周回して、リバースポートＲＥＶに至る。

図１０に示されるように、副線路５３のフォワードポートＦＷＤから１／４周区間に第２主線路３３と略同一方向に延設された第２線路部５３２ｂがあり、第２主線路３３の出力ポートＯＵＴ２側の半分区間と結合する。副線路５１の次の１／４周区間に第１主線路２３と略同一方向に延設された第１線路部５３１ｂがあり、第１主線路２３の出力ポートＯＵＴ１側の半分区間と結合する。

副線路５１の次の１／４周区間に第１主線路２３と略同一方向に延設された第１線路部５３１ａがあり、第１主線路２３の入力ポートＩＮ１側の半分区間と結合する。副線路５１の残りの１／４周区間に第２主線路３３と略同一方向に延設された第２線路部５３２ａがあり、第２主線路３３の入力ポートＩＮ２側の半分区間と結合する。

また、図１０に示されるように、多層基板１０上の直線Ｓを挟んだ第１領域と第２領域とにおいて、副線路５３は直線Ｓを対称軸として線対称の形状に設けられ、第１線路部５３１ａ、５３１ｂ、第２線路部５３２ａ、５３２ｂは、それぞれ前記線対称での対応位置にある。

これにより、副線路５３の形状の対称性に基づいて、第１主線路２３および第２主線路３３からフォワードポートＦＷＤおよびリバースポートＲＥＶまでの電気的特性を、より正確に揃えることができる。その結果、順方向信号に対する方向性と逆方向信号に対する方向性とが両方とも向上した双方向性結合器３が得られる。

（実施の形態４）
実施の形態４では、副線路の変形例について説明する。

図１１は、実施の形態４に係る双方向性結合器の構造の一例を示す平面図である。図１１の双方向性結合器４は、実施の形態３の双方向性結合器３と比べて、副線路５４の形状において相違する。以下では、実施の形態３と同一の構成要素には同一の符号を付して、適宜説明を省略する。

図１１に示されるように、双方向性結合器４では、副線路５４の幅、つまり長手方向に交差する方向の寸法が、第１線路部５４１ａ、５４１ｂと第２線路部５４２ａ、５４２ｂとで異なる。図１１の例では、第２線路部５４２ａ、５４２ｂの幅は、第１線路部５４１ａ、５４１ｂの幅より大きい。

このように、副線路５４の幅を結合部ごとに設定することで、副線路５４の幅に応じて、副線路５４と第１主線路２３および第２主線路３３の各々との結合を最適化することができる。例えば、結合のための最適条件によっては、図１１の例とは逆に、第１線路部５４１ａ、５４１ｂの幅が、第２線路部５４２ａ、５４２ｂの幅より大きくてもよい。

（実施の形態５）
実施の形態５では、副線路の変形例について説明する。

図１２は、実施の形態５に係る双方向性結合器の等価回路の一例を示す回路図である。図１２の双方向性結合器５は、図８の双方向性結合器３と比べて、副線路５５にインダクタＬが挿入される点で相違する。副線路５５の中点に直列にインダクタＬを挿入することにより、双方向性結合器５の方向性を向上することができる。

インダクタＬは、例えば、配線パターンによって形成されてもよい。

図１３は、双方向性結合器５の構造の一例を示す平面図である。図１３に示されるように、双方向性結合器５の副線路５５は、図１１の双方向性結合器４の副線路５４に、第１線路部５４１ａ、５４１ｂ同士を接続するループ状の第３線路部５５３を追加して構成される。

第３線路部５５３が、インダクタＬとして機能することにより、双方向性結合器５の方向性を向上することができる。

（実施の形態６）
実施の形態６では、双方向性結合器を用いたモニタ回路について説明する。

図１４は、実施の形態６に係るモニタ回路の一例を示す回路図である。図１４のモニタ回路７０は、双方向性結合器７１、スイッチ７２、７３、および終端器７４を有する。

双方向性結合器７１には、実施の形態１〜５で説明した双方向性結合器１〜５のいずれかが用いられる。

スイッチ７２、７３は、１対の単極双投のスイッチであり、制御信号（図示せず）に従って連動する。

終端器７４は、制御信号（図示せず）に従って変更可能な可変複素インピーダンスであり、例えば、可変抵抗と可変インダクタとで構成される。

このように構成されるモニタ回路７０によれば、フォワードポートＦＷＤから取り出されるモニタ信号およびリバースポートＲＥＶから取り出されるモニタ信号のうち所望の一方をスイッチ７２、７３で選択し、終端器７４によって適した終端を施して、モニタ信号ＭＯＮとして出力することができる。

（実施の形態７）
実施の形態７では、実施の形態６に係るモニタ回路を用いた通信装置について、異なる２つの周波数帯域を用いて送受信動作を行うことができるデュアルバンド対応の通信装置の例で説明する。

図１５は、実施の形態７に係る通信装置１００の機能的な構成の一例を示すブロック図である。図１５に示されるように、通信装置１００は、ベースバンド信号処理回路１１０、ＲＦ信号処理回路１２０、およびフロントエンド回路１３０を備える。通信装置１００は、アンテナ２０１、２０２を用いて、マルチバンドでの送受信動作を行う。

ベースバンド信号処理回路１１０は、音声通話や画像表示などを行う応用装置／応用ソフトウェアで生成された送信データを送信信号に変換し、ＲＦ信号処理回路１２０へ供給する。当該変換は、データの圧縮、多重化、誤り訂正符号の付加を含んでもよい。また、ＲＦ信号処理回路１２０から受信した受信信号を受信データに変換し、応用装置／応用ソフトウェアへ供給する。当該変換は、データの伸長、多重分離、誤り訂正を含んでもよい。ベースバンド信号処理回路１１０は、ベースバンド集積回路（ＢＢＩＣ）チップで構成されてもよい。

ＲＦ信号処理回路１２０は、ベースバンド信号処理回路１１０で生成された送信信号を周波数帯域ごとの送信ＲＦ信号Ｔｘ１、Ｔｘ２に変換し、フロントエンド回路１３０へ供給する。当該変換は、信号の変調及びアップコンバートを含んでもよい。また、ＲＦ信号処理回路１２０は、フロントエンド回路１３０から受信した周波数帯域ごとの受信ＲＦ信号Ｒｘ１、Ｒｘ２を受信信号に変換し、ベースバンド信号処理回路１１０へ供給する。ＲＦ信号処理回路１２０は、高周波集積回路（ＲＦＩＣ）チップで構成されてもよい。

フロントエンド回路１３０は、パワーアンプ回路１３１、ローノイズアンプ回路１３２、モニタ回路１３３、デュプレクサ１３４、１３５、およびコントローラ１３６を有する。デュプレクサ１３４、１３５は、周波数帯域ごとのフィルタで構成されている。モニタ回路１３３は、デュプレクサ１３４、１３５、およびアンテナ端子ＡＮＴ１、ＡＮＴ２に接続されている。

パワーアンプ回路１３１は、ＲＦ信号処理回路１２０で生成された周波数帯域ごとの送信ＲＦ信号Ｔｘ１、Ｔｘ２を増幅し、整合を取って、デュプレクサ１３４へ供給する。パワーアンプ回路１３１における増幅ゲインおよび整合インピーダンスは可変であり、コントローラ１３６からの制御に応じて調整される。

デュプレクサ１３４は、パワーアンプ回路１３１から受信した周波数帯域ごとの送信ＲＦ信号Ｔｘ１、Ｔｘ２を送信アンテナ信号Ｔｘに合成して、モニタ回路１３３の入力ポートＩＮ１に供給する。

モニタ回路１３３は、送信アンテナ信号Ｔｘを、出力ポートＯＵＴ１からアンテナ端子ＡＮＴ１を介してアンテナ２０１へ伝搬するとともに、送信アンテナ信号Ｔｘの強度および送信アンテナ信号Ｔｘのアンテナ２０１からの反射波の強度を表すモニタ信号ＭＯＮを出力する。

モニタ回路１３３は、アンテナ２０２からの受信アンテナ信号Ｒｘを、アンテナ端子ＡＮＴ２を介して入力ポートＩＮ２で受信し、出力ポートＯＵＴ２からデュプレクサ１３５へ伝搬する。

モニタ回路１３３には、実施の形態６のモニタ回路７０が用いられる。

デュプレクサ１３５は、受信アンテナ信号Ｒｘから周波数帯域ごとの受信ＲＦ信号Ｒｘ１、Ｒｘ２を分離して、ローノイズアンプ回路１３２へ供給する。

ローノイズアンプ回路１３２は、デュプレクサ１３５から受信した周波数帯域ごとの受信ＲＦ信号Ｒｘ１、Ｒｘ２を増幅し、整合を取って、ＲＦ信号処理回路１２０へ供給する。

コントローラ１３６は、モニタ回路１３３から受信されたモニタ信号ＭＯＮに基づいてパワーアンプ回路１３１の増幅ゲインおよび整合インピーダンスを制御することにより、送信電力のフィードバック制御、およびアンテナ２０１のマッチング調整を行う。

フロントエンド回路１３０は、パワーアンプ回路１３１、ローノイズアンプ回路１３２、モニタ回路１３３、デュプレクサ１３４、１３５、およびコントローラ１３６を搭載した高周波モジュールで構成されてもよい。なお、コントローラ１３６は、フロントエンド回路１３０ではなく、ＲＦ信号処理回路１２０に含まれてもよい。

通信装置１００では、モニタ回路１３３に、順方向信号（送信信号）に対する方向性と逆方向信号（反射波）に対する方向性とがどちらも良好な双方向性結合器を用いるので、送信電力のフィードバック制御およびアンテナのマッチング調整を含む各種の制御を高い精度で行う、高性能な通信装置を構成できる。

以上、本発明の実施の形態に係る双方向性結合器、モニタ回路、およびフロントエンド回路について説明したが、本発明は、個々の実施の形態には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

本発明は、双方向性結合器および双方向性結合器を用いた通信装置に広く利用できる。

１〜５ 双方向性結合器
９ 方向性結合器
１０ 多層基板
１１〜１４ 層間絶縁層
１５ 基板
２１〜２３、９１ 第１主線路
３１〜３３、９２ 第２主線路
５１〜５５、９５ 副線路
６１ 第１層金属配線
６２ 第２層金属配線
６３ 第３層金属配線
６４ ビア導体
７０、１３３ モニタ回路
７１ 双方向性結合器
７２、７３ スイッチ
７４ 終端器
９１ グランド
９３ 第１副線路
９４ 第２副線路
１００ 通信装置
１１０ ベースバンド信号処理回路
１２０ ＲＦ信号処理回路
１３０ フロントエンド回路
１３１ パワーアンプ回路
１３２ ローノイズアンプ回路
１３４、１３５ デュプレクサ
１３６ コントローラ
２０１、２０２ アンテナ
５１１、５２１、５３１ａ、５３１ｂ、５４１ａ、５４１ｂ 第１線路部
５１２ａ、５１２ｂ、５２２ａ、５２２ｂ、５３２ａ、５３２ｂ、５４２ａ、５４２ｂ 第２線路部
５５３ 第３線路部

Claims (10)

1. 多層基板と、
   前記多層基板に設けられた第１主線路、第２主線路、および副線路と、を備え、
   前記副線路は、前記第１主線路と電磁界結合する部分である第１線路部と、前記第２主線路と電磁界結合する部分である偶数個の第２線路部とを有し、
   前記偶数個の第２線路部のうちの半数は、前記第１線路部と前記副線路の一方端との間に設けられ、前記偶数個の第２線路部のうちの他の半数は、前記第１線路部と前記副線路の他方端との間に設けられている、
   双方向性結合器。
2. 前記第１線路部は、１対の第１線路部を含む、
   請求項１に記載の双方向性結合器。
3. 前記副線路の電気長での中点と前記１対の第１線路部のうちの一方との間の電気長と、前記中点と前記１対の第１線路部のうちの他方との間の電気長とは、略等しい、
   請求項２に記載の双方向性結合器。
4. 前記偶数個の第２線路部は１対の第２線路部であり、
   前記副線路の電気長での中点と前記１対の第２線路部のうちの一方との間の電気長と、前記中点と前記１対の第２線路部のうちの他方との間の電気長とは、略等しい、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の双方向性結合器。
5. 前記偶数個の第２線路部は１対の第２線路部であり、
   前記多層基板上の直線を挟んだ第１領域と第２領域とにおいて、前記副線路は前記直線を対称軸として線対称の形状に設けられ、前記１対の第２線路部の一方と他方とは、前記線対称での対応位置にある、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の双方向性結合器。
6. 前記多層基板上の直線を挟んだ第１領域と第２領域とにおいて、前記副線路は前記直線を対称軸として線対称の形状に設けられ、前記１対の第１線路部の一方と他方とは、前記線対称での対応位置にある、
   請求項２または３に記載の双方向性結合器。
7. 前記１対の第１線路部の一方と他方とが、インダクタで接続されている、
   請求項２または３に記載の双方向性結合器。
8. 前記副線路の前記第１線路部での幅と前記第２線路部での幅とが異なっている、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の双方向性結合器。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の双方向性結合器を有するモニタ回路。
10. 請求項９に記載のモニタ回路と、
    前記モニタ回路に接続されたアンテナ端子と、
    前記モニタ回路に接続されたフィルタと、
    を備えるフロントエンド回路。

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