TWI500213B - Directional coupler - Google Patents

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TWI500213B
TWI500213B TW101105599A TW101105599A TWI500213B TW I500213 B TWI500213 B TW I500213B TW 101105599 A TW101105599 A TW 101105599A TW 101105599 A TW101105599 A TW 101105599A TW I500213 B TWI500213 B TW I500213B
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Inventor
Ikuo Tamaru
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Murata Manufacturing Co
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
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    • H01P5/184—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being strip lines or microstrips
    • H01P5/187—Broadside coupled lines

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Description

方向性耦合器
本發明係關於一種方向性耦合器，更特定而言，係關於使用於藉由高頻訊號進行通訊之無線通訊機器等之方向性耦合器。
作為習知方向性耦合器，已知例如專利文獻1揭示之方向性耦合器。該方向性耦合器係積層形成有線圈狀導體及地導體之複數個電介質層而構成。線圈狀導體係設有2個。一個線圈狀導體構成主線路，另一個線圈狀導體構成副線路。主線路與副線路彼此電磁耦合。又，地導體從積層方向挾持線圈狀導體。在地導體被施加接地電位。在以上之方向性耦合器，若高頻訊號輸入至主線路，則從副線路輸出具有與該高頻訊號之電力成正比之電力之高頻訊號。
然而，在專利文獻1揭示之方向性耦合器，具有主線路與副線路之耦合度隨著輸入至主線路之高頻訊號之頻率變高而變高(亦即，耦合度特性不平坦)之問題。因此，即使相同電力之高頻訊號輸入至主線路，若高頻訊號之頻率變動，則從副線路輸出之高頻訊號之電力亦會變動。因此，在連接於副線路之IC必需要具有根據高頻訊號之頻率修正高頻訊號之電力之功能。
專利文獻1：日本特開平8-237012號公報
因此，本發明之目的在於使方向性耦合器之耦合度特性接近平坦。
本發明一形態之方向性耦合器，係用在既定頻帶，其特徵在於，具備：第1端子至第4端子；主線路，係連接於該第1端子與該第2端子之間；副線路，係連接於該第3端子與該第4端子之間，且與該主線路電磁耦合；第1低通濾波器，包含連接於該第1端子與該主線路之間之第1線圈，具有在該既定頻帶，衰減量隨著頻率變高而增加之特性；第2低通濾波器，包含連接於該第2端子與該主線路之間之第2線圈，具有在該既定頻帶，衰減量隨著頻率變高而增加之特性；以及高通濾波器，在該第1線圈與該第1端子之間和該第2線圈與該第2端子之間與該主線路並聯，具有在該既定頻帶，衰減量隨著頻率變高而減少之特性。
根據本發明，能使方向性耦合器之耦合度特性接近平坦。
以下，說明本發明實施形態之方向性耦合器。
(方向性耦合器之電路構成)
以下，參照圖式說明一實施形態之方向性耦合器。圖1係一實施形態之方向性耦合器10的等效電路圖。
說明方向性耦合器10之電路構成。方向性耦合器10係用在既定頻帶。既定頻帶，例如在具有824MHz~894MHz(W-CDMA之BAND5)之頻率之高頻訊號及具有 2500MHz~2690MHz(W-CDMA之BAND7)之頻率之高頻訊號輸入至方向性耦合器10之情形，為824MHz~2690MHz。又，以下，將824MHz~894MHz(W-CDMA之BAND5)之頻帶稱為頻帶B1，將2500MHz~2690MHz(W-CDMA之BAND7)之頻帶稱為頻帶B2。
方向性耦合器10之電路構成具備外部電極(端子)14a~14f、主線路M、副線路S、低通濾波器LPF1,LPF2及高通濾波器HPF。主線路M係連接於外部電極14a,14b間。副線路S係連接於外部電極14c,14d間，且與主線路M電磁耦合。
又，低通濾波器LPF1係連接於外部電極14a與主線路M之間，具有在既定頻帶，衰減量隨著頻率變高而增加之特性。低通濾波器LPF1係包含電容器C1,C2及線圈L1之π型低通濾波器。線圈L1係連接於外部電極14a與主線路M之間。電容器C1係連接於線圈L1與外部電極14a之間和外部電極14e,14f之間。電容器C2係連接於主線路M與線圈L1之間和外部電極14e,14f之間。
又，低通濾波器LPF2係連接於外部電極14b與主線路M之間，具有在既定頻帶，衰減量隨著頻率變高而增加之特性。在方向性耦合器10，低通濾波器LPF1之特性與低通濾波器LPF2之特性相同。低通濾波器LPF2係包含電容器C3,C4及線圈L2之π型低通濾波器。線圈L2係連接於外部電極14b與主線路M之間。電容器C3係連接於線圈L2與外部電極14b之間和外部電極14e,14f之間。電容器C4 係連接於主線路M與線圈L2之間和外部電極14e,14f之間。
又，高通濾波器HPF在線圈L1與外部電極14a之間和線圈L2與外部電極14b之間與主線路M並聯，具有在既定頻帶，衰減量隨著頻率變高而減少之特性。高通濾波器HPF係藉由電容器C5構成。
在以上之方向性耦合器10，外部電極14a係用為輸入埠，外部電極14b係用為輸出埠。又，外部電極14c係用為耦合埠，外部電極14d係用為以50 Ω終端化之終端埠。又，外部電極14e,14f係用為接地之接地埠。此外，若對外部電極14a輸入高頻訊號，則該高頻訊號從外部電極14b輸出。再者，由於主線路M與副線路S電磁耦合，因此從外部電極14c輸出具有與高頻訊號之電力成正比之電力之高頻訊號。
根據具有以上電路構成之方向性耦合器10，如以下說明，能使耦合度特性接近平坦。圖2係顯示從圖1之方向性耦合器10移除低通濾波器LPF1,LPF2及高通濾波器HPF後之習知方向性耦合器之插入損耗特性及耦合度特性之圖表。圖3係顯示從圖1之方向性耦合器10移除高通濾波器HPF後之方向性耦合器之插入損耗特性及耦合度特性之圖表。圖4係顯示圖1之方向性耦合器10之插入損耗特性及耦合度特性之圖表。圖2至圖4係顯示模擬結果。此外，插入損耗特性係相對於從外部電極14a(輸入埠)輸入之高頻訊號之電力之從外部電極14b(輸出埠)輸出之高頻訊號之電 力之比(亦即，衰減量)之值及頻率之關係。耦合度特性係相對於輸入至外部電極14a(輸入埠)之高頻訊號之電力之從外部電極14c(耦合埠)輸出之高頻訊號之電力之比(亦即，衰減量)之值及頻率之關係。圖2至圖4中，縱軸表示插入損耗及耦合度，橫軸表示頻率。
在習知方向性耦合器，主線路與副線路之耦合度隨著高頻訊號之頻率變高而變高。因此，如圖2所示，在習知方向性耦合器之耦合度特性，隨著頻率變高，相對於從輸入埠輸入之高頻訊號之電力之從耦合埠輸出之高頻訊號之電力之比之值增加。因此，在頻帶B1之高頻訊號輸入至輸入埠之情形與頻帶B2之高頻訊號輸入至輸入埠之情形，即使此等之電力相同，從耦合埠輸出之高頻訊號之電力亦不同。
因此，在方向性耦合器10，在外部電極14a與主線路M之間連接有低通濾波器LPF1，在外部電極14b與主線路M之間連接有低通濾波器LPF2。低通濾波器LPF1,LPF2，具有在既定頻帶，衰減量隨著頻率變高而增加之插入損耗特性。因此，隨著從外部電極14a輸入之高頻訊號之頻率變高，透過低通濾波器LPF1,LPF2往連接於外部電極14e,14f之地端流動之高頻訊號之電力變大。因此，在頻率高之區域，通過主線路M之高頻訊號之電力與頻率低之區域之情形相較變小。其結果，如圖3所示，在方向性耦合器10，能使耦合度特性接近平坦。
然而，在從方向性耦合器10移除高通濾波器HPF後之 方向性耦合器，如圖3所示，隨著從外部電極14a輸入之高頻訊號之頻率變高，插入損耗特性之衰減量增加。因此，在頻帶B1之高頻訊號輸入至輸入埠之情形與頻帶B2之高頻訊號輸入至輸入埠之情形，即使此等之電力相同，從輸出埠輸出之高頻訊號之電力亦不同。
因此，在方向性耦合器10，高通濾波器HPF在線圈L1與外部電極14a之間和線圈L2與外部電極14b之間與主線路M並聯。高通濾波器HPF具有在既定頻帶，衰減量隨著頻率變高而減少之特性。藉此，若從外部電極14a輸入之高頻訊號之頻率變高，則高頻訊號幾乎不通過低通濾波器LPF1,LPF2及主線路M，而通過高通濾波器HPF。其結果，如圖4所示，在方向性耦合器10，與沒有高通濾波器HPF之情形相較，插入損耗特性變平坦。
(方向性耦合器之構成)
接著，參照圖式說明方向性耦合器10之具體構成。圖5係圖1之方向性耦合器10的外觀立體圖。圖6係圖1之方向性耦合器10之積層體12的分解立體圖。以下，將積層方向定義為z軸方向，將從z軸方向俯視時之方向性耦合器10之長邊方向定義為x軸方向，將從z軸方向俯視時之方向性耦合器10之短邊方向定義為y軸方向。此外，x軸、y軸、z軸彼此正交。
方向性耦合器10，如圖5及圖6所示，具備積層體12、外部電極14(14a~14f)、主線路M、副線路S、線圈L1,L2及電容器C1~C5。積層體12，如圖5所示，呈長方體狀， 如圖6所示，係藉由絕緣體層16(16a~16p)積層為從z軸方向之正方向側往負方向側依此順序並排而構成。絕緣體層16係電介質陶瓷，呈長方形。
外部電極14a,14e,14b，在積層體12之y軸方向之正方向側之側面，係設成從x軸方向之正方向側往負方向側依此順序並排。外部電極14c,14f,14d，在積層體12之y軸方向之負方向側之側面，係設成從x軸方向之正方向側往負方向側依此順序並排。
副線路S，如圖6所示，係藉由線路部20(20a,20b)及通孔導體b17構成，呈隨著從z軸方向之正方向側往負方向側逆時針旋轉之螺線狀。此處，在副線路S，將逆時針之上游側端部稱為上游端，將逆時針之下游側端部稱為下游端。線路部20a係設在絕緣體層16m上之線狀導體層，其上游端係連接於外部電極14d。線路部20b係設在絕緣體層16n上之線狀導體層，其下游端係連接於外部電極14c。通孔導體b17在z軸方向貫通絕緣體層16m，將線路部20a之下游端與線路部20b之上游端加以連接。藉此，副線路S係連接於外部電極14c,14d間。
主線路M，如圖6所示，係藉由線路部18(18a,18b)及通孔導體b6~b8,b14~b16構成，呈隨著從z軸方向之正方向側往負方向側順時針旋轉之螺線狀。亦即，主線路M與副線路S在相反方向旋轉。再者，主線路M所圍繞之區域，在從z軸方向俯視時，與副線路S所圍繞之區域重疊。亦即，主線路M與副線路S隔著絕緣體層16l對向。藉此， 主線路M與副線路S電磁耦合。此處，在主線路M，將順時針之上游側端部稱為上游端，將順時針之下游側端部稱為下游端。線路部18a係設在絕緣體層16k上之線狀導體層。線路部18b係設在絕緣體層16l上之線狀導體層。導通孔導體b8在z軸方向貫通絕緣體層16k，將線路部18a之下游端與線路部18b之上游端加以連接。又，通孔導體b6,b7在z軸方向貫通絕緣體層16i,16j，彼此連接。此外，通孔導體b7係連接於線路部18a之上游端。又，通孔導體b14~b16在z軸方向貫通絕緣體層16i~16k，彼此連接。此外，通孔導體b16係連接於線路部18b之下游端。
低通濾波器LPF1係藉由線圈L1及電容器C1,C2構成。線圈L1係藉由線路部22(22a~22d)及通孔導體b1~b5構成，呈隨著從z軸方向之正方向側往負方向側順時針旋轉之螺旋狀。此處，在線圈L1，將順時針之上游側端部稱為上游端，將順時針之下游側端部稱為下游端。線路部22a係設在絕緣體層16d上之線狀導體層，其上游端係連接於外部電極14a。線路部22b~22d係分別設在絕緣體層16e~16g上之線狀導體層。通孔導體b1在z軸方向貫通絕緣體層16d，將線路部22a之下游端與線路部22b之上游端加以連接。通孔導體b2在z軸方向貫通絕緣體層16e，將線路部22b之下游端與線路部22c之上游端加以連接。通孔導體b3在z軸方向貫通絕緣體層16f，將線路部22c之下游端與線路部22d之上游端加以連接。通孔導體b4,b5分別在z軸方向貫通絕緣體層16g,16h，彼此連接。此外，通孔導體 b4係連接於線路部22d之下游端。又，通孔導體b5係連接於通孔導體b6。藉此，線圈L1係連接於主線路M與外部電極14a之間。
電容器C1係藉由電容器導體層32a及接地導體層34構成。電容器導體層32a係設在絕緣體層16o，連接於外部電極14a。接地導體層34係設在絕緣體層16p，呈覆蓋絕緣體層16p之大致整面之長方形。藉此，電容器導體層32a與接地導體層34係隔著絕緣體層16o對向，在電容器導體層32a與接地導體層34之間產生電容。又，接地導體層34係連接於外部電極14e,14f。因此，電容器C1係連接於外部電極14a與外部電極14e,14f之間。亦即，電容器C1係連接於線圈L1與外部電極14a之間、與外部電極14e,14f之間。
電容器C2係藉由電容器導體層26a及接地導體層30a,30b構成。電容器導體層26a係設在絕緣體層16i，連接於通孔導體b5,b6。接地導體層30a,30b係分別設在絕緣體層16h,16j，呈覆蓋絕緣體層16h,16j之大致整面之長方形。藉此，電容器導體層26a與接地導體層30a,30b係隔著絕緣體層16h,16i對向，在電容器導體層26a與接地導體層30a,30b之間產生電容。又，接地導體層30a,30b係連接於外部電極14e,14f。因此，電容器C2係連接於線圈L1與主線路M之間、與外部電極14e,14f之間。
低通濾波器LPF2係藉由線圈L2及電容器C3,C4構成。低通濾波器LPF2，從z軸方向俯視時，具有相對於絕 緣體層16之長邊之垂直二等分線與低通濾波器LPF1呈線對稱之構造。
線圈L2係藉由線路部24(24a~24d)及通孔導體b9~b13構成，呈隨著從z軸方向之正方向側往負方向側逆時針旋轉之螺旋狀。此處，在線圈L2，將逆時針之上游側端部稱為上游端，將逆時針旋轉之下游側端部稱為下游端。線路部24a係設在絕緣體層16d上之線狀導體層，其上游端係連接於外部電極14b。線路部24b~24d係分別設在絕緣體層16e~16g上之線狀導體層。通孔導體b9在z軸方向貫通絕緣體層16d，將線路部24a之下游端與線路部24b之上游端加以連接。通孔導體b10在z軸方向貫通絕緣體層16e，將線路部24b之下游端與線路部24c之上游端加以連接。通孔導體b11在z軸方向貫通絕緣體層16f，將線路部24c之下游端與線路部24d之上游端加以連接。通孔導體b12,b13分別在z軸方向貫通絕緣體層16g,16h，彼此連接。此外，通孔導體b12係連接於線路部24d之下游端。又，通孔導體b13係連接於通孔導體b14。藉此，線圈L2係連接於主線路M與外部電極14b之間。
電容器C3係藉由電容器導體層32b及接地導體層34構成。電容器導體層32b係設在絕緣體層16o，連接於外部電極14b。接地導體層34係設在絕緣體層16p，呈覆蓋絕緣體層16p之大致整面之長方形。藉此，電容器導體層32b與接地導體層34係隔著絕緣體層16o對向，在電容器導體層32b與接地導體層34之間產生電容。又，接地導體層34 係連接於外部電極14e,14f。因此，電容器C3係連接於外部電極14b與外部電極14e,14f之間。亦即，電容器C3係連接於線圈L2與外部電極14b之間、與外部電極14e,14f之間。
電容器C4係藉由電容器導體層26b及接地導體層30a,30b構成。電容器導體層26b係設在絕緣體層16i，連接於通孔導體b13,b14。接地導體層30a,30b係分別設在絕緣體層16h,16j，呈覆蓋絕緣體層16h,16j之大致整面之長方形。藉此，電容器導體層26b與接地導體層30a,30b係隔著絕緣體層16h,16i對向，在電容器導體層26b與接地導體層30a,30b之間產生電容。又，接地導體層30a,30b係連接於外部電極14e,14f。因此，電容器C4係連接於線圈L2與主線路M之間、與外部電極14e,14f之間。
電容器C5係藉由電容器導體層36,38構成。電容器導體層36係設在絕緣體層16b，連接於外部電極14b。電容器導體層38係設在絕緣體層16c，連接於外部電極14a。電容器導體層36與電容器導體層38係隔著絕緣體層16b對向，在電容器導體層36與電容器導體層38之間產生電容。因此，電容器C5在線圈L1與外部電極14a之間和線圈L2與外部電極14b之間與主線路M並聯。
(效果)
根據以上之方向性耦合器10，能使耦合度特性接近平坦。更詳細而言，在方向性耦合器10，在外部電極14a與主線路M之間連接有低通濾波器LPF1，在外部電極14b與 主線路M之間連接有低通濾波器LPF2。低通濾波器LPF1,LPF2，具有在既定頻帶，衰減量隨著頻率變高而增加之插入損耗特性。因此，隨著從外部電極14a輸入之高頻訊號之頻率變高，透過低通濾波器LPF1,LPF2往連接於外部電極14e,14f之地端流動之高頻訊號之電力變大。因此，通過主線路M之高頻訊號之電力變小。其結果，如圖2所示，在方向性耦合器10，能使耦合度特性接近平坦。
再者，在方向性耦合器10，高通濾波器HPF在線圈L1與外部電極14a之間和線圈L2與外部電極14b之間與主線路M並聯。高通濾波器HPF具有在既定頻帶，衰減量隨著頻率變高而減少之特性。藉此，若從外部電極14a輸入之高頻訊號之頻率變高，則高頻訊號幾乎不通過低通濾波器LPF1,LPF2及主線路M，而通過高通濾波器HPF。其結果，如圖4所示，在方向性耦合器10，與沒有高通濾波器HPF之情形相較，插入損耗特性變平坦。
又，在方向性耦合器10，接地導體層30a,30b，如圖6所示，係設在線圈1,L2與主線路M及副線路S之間。因此，可抑制線圈L1,L2產生之電場及磁場對主線路M及副線路S造成影響、及主線路M及副線路S產生之電場及磁場對線圈L1,L2造成影響。
又，在方向性耦合器10，接地導體層34係設在絕緣體層16上設置之導體層之內、z軸方向之最負方向側(積層方向之最下側)。藉此，可抑制在方向性耦合器10內產生之電場及磁場洩漏至方向性耦合器10外，且可抑制電場及磁場 從方向性耦合器10外侵入方向性耦合器10內。
此外，在方向性耦合器10，電容器C5，如圖1所示，連接於較電容器C1更靠外部電極14a側，且連接於較電容器C3更靠外部電極14b側。然而，在方向性耦合器10，電容器C5，連接於較電容器C1更靠線圈L1側，且連接於較電容器C3更靠線圈L2側亦可。
又，低通濾波器LPF1,LPF2為π型低通濾波器，但為T型低通濾波器或L型低通濾波器亦可。
又，高通濾波器HPF為電容器C5，但為設置複數個電容器等其他形態之高通濾波器亦可。
如上述，本發明在方向性耦合器有用，尤其是在能使耦合度特性接近平坦之點優異。
C1~C5‧‧‧電容器
HPF‧‧‧高通濾波器
L1,L2‧‧‧線圈
LPF1,LPF2‧‧‧低通濾波器
M‧‧‧主線路
S‧‧‧副線路
b1~b17‧‧‧通孔導體
10‧‧‧方向性耦合器
12‧‧‧積層體
14a~14f‧‧‧外部電極
16a~16p‧‧‧絕緣體層
18a,18b,20a,20b,22a~22d,24a~24d‧‧‧線路部
26a,26b,32a,32b,36,38‧‧‧電容器導體層
30a,30b,34‧‧‧接地導體層
圖1係一實施形態之方向性耦合器的等效電路圖。
圖2係顯示從圖1之方向性耦合器移除低通濾波器及高通濾波器後之習知方向性耦合器之插入損耗特性及耦合度特性之圖表。
圖3係顯示從圖1之方向性耦合器移除高通濾波器後之方向性耦合器之插入損耗特性及耦合度特性之圖表。
圖4係顯示圖1之方向性耦合器之插入損耗特性及耦合度特性之圖表。
圖5係圖1之方向性耦合器之外觀立體圖。
圖6係圖1之方向性耦合器之積層體之分解立體圖。
C1~C5‧‧‧電容器
HPF‧‧‧高通濾波器
L1,L2‧‧‧線圈
LPF1,LPF2‧‧‧低通濾波器
M‧‧‧主線路
S‧‧‧副線路
10‧‧‧方向性耦合器
14a~14f‧‧‧外部電極

Claims (9)

  1. 一種方向性耦合器，係用在既定頻帶，其特徵在於，具備：第1端子至第4端子；主線路，係連接於該第1端子與該第2端子之間；副線路，係連接於該第3端子與該第4端子之間，且與該主線路電磁耦合；第1低通濾波器，包含連接於該第1端子與該主線路之間之第1線圈，具有在該既定頻帶，衰減量隨著頻率變高而增加之特性；第2低通濾波器，包含連接於該第2端子與該主線路之間之第2線圈，具有在該既定頻帶，衰減量隨著頻率變高而增加之特性；以及高通濾波器，在該第1線圈與該第1端子之間和該第2線圈與該第2端子之間與該主線路並聯，具有在該既定頻帶，衰減量隨著頻率變高而減少之特性；積層體，積層複數個絕緣體層而構成；該主線路、該副線路、該第1低通濾波器、該第2低通濾波器及該高通濾波器係藉由設在該絕緣體層上之導體層構成；設在該第1線圈及該第2線圈與該主線路及該副線路之間之導體層為保持於接地電位之第1接地導體層。
  2. 如申請專利範圍第1項之方向性耦合器，其中，該第1端子，係輸入訊號之輸入端子； 該第2端子，係輸出該訊號之第1輸出端子；該第3端子，係輸出具有與該訊號之電力成正比之電力之訊號之第2輸出端子；該第4端子，係終端化之終端端子。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之方向性耦合器，其中，該第1低通濾波器與該第2低通濾波器具有相同特性。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之方向性耦合器，其中，設在該絕緣體層上之導體層中、設在積層方向最下側之導體層為保持於接地電位之第2接地導體層。
  5. 如申請專利範圍第3項之方向性耦合器，其中，設在該絕緣體層上之導體層中、設在積層方向最下側之導體層為保持於接地電位之第2接地導體層。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之方向性耦合器，其中，該第1低通濾波器及該第2低通濾波器具有線對稱構造。
  7. 如申請專利範圍第3項之方向性耦合器，其中，該第1低通濾波器及該第2低通濾波器具有線對稱構造。
  8. 如申請專利範圍第4項之方向性耦合器，其中，該第1低通濾波器及該第2低通濾波器具有線對稱構造。
  9. 如申請專利範圍第5項之方向性耦合器，其中，該第1低通濾波器及該第2低通濾波器具有線對稱構造。
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