WO2012111598A1 - 方向性結合器 - Google Patents
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- 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
- 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
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Definitions
- the present invention relates to a directional coupler, and more particularly to a directional coupler used in a wireless communication device or the like that performs communication using a high-frequency signal.
- an attenuator composite coupler (hereinafter referred to as a coupler) described in Patent Document 1 is known.
- the coupler includes a main line and a sub line. Both ends of the main line are connected to the input terminal and the output terminal, respectively. Further, both ends of the sub line are connected to a detection terminal and a termination terminal, respectively. Further, an attenuator is provided between each end of the sub line and the detection terminal and the termination terminal.
- the coupler has a problem that the directionality deteriorates. More specifically, the output terminal of the coupler is connected to the transmission circuit of the wireless communication device.
- the transmission circuit includes a power amplifier having an output terminal having a relatively low impedance of about several ⁇ to 20 ⁇ . Therefore, the impedance of the main line connected to the transmission circuit needs to be set to a relatively low impedance of about several ⁇ to 20 ⁇ .
- an object of the present invention is to provide a directional coupler having good directionality.
- a directional coupler is electrically connected to a main line, a sub-line electromagnetically coupled to the main line, and one end of the main line, and the first high-frequency signal is An input terminal to be input, electrically connected to the other end of the main line, and electrically connected to a first output terminal from which the first high-frequency signal is output, and one end of the sub-line, the first line A second output terminal from which a second high-frequency signal having power proportional to the power of the high-frequency signal is output, a termination terminal electrically connected to the other end of the sub-line, and terminated, and the main line And a first capacitor electrically connected to at least one of one end of the main line and one end of the sub-line or the other end of the main line and the other end of the sub-line. It is characterized by that.
- a directional coupler having a good directionality is provided.
- FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a directional coupler 10a according to an embodiment of the present invention.
- the circuit configuration of the directional coupler 10a will be described.
- the directional coupler 10a is used in a predetermined frequency band.
- the predetermined frequency band is, for example, a signal having a frequency of 824 MHz to 915 MHz (GSM (registered trademark) 850/900) and a signal having a frequency of 1710 MHz to 1910 MHz (GSM (registered trademark) 1800/1900) are directionally coupled.
- GSM registered trademark
- GSM registered trademark
- the directional coupler 10a includes external electrodes (terminals) 14a to 14e, a main line M, a sub line S, attenuators A1 and A2, and capacitors C1 to C6 as a circuit configuration.
- the main line M and the sub line S are electromagnetically coupled.
- the external electrode 14a is an input terminal to which a high-frequency signal (first high-frequency signal) Sig1 is input, and is electrically connected to one end of the main line M.
- the external electrode 14 b is a first output terminal that outputs a high-frequency signal (first high-frequency signal) Sig 2, and is electrically connected to the other end of the main line M.
- the external electrode 14c is a second output terminal that outputs a detection signal (second high-frequency signal) Sig3 having power proportional to the power of the high-frequency signal Sig1, and is electrically connected to one end of the sub line S. .
- the external electrode 14d is a termination terminal that is terminated by a resistance value of 50 ⁇ or the like, and is electrically connected to the other end of the sub line S.
- the external electrode 14e is a ground terminal that is grounded, and is electrically connected to both ends of the main line M and both ends of the sub line S via attenuators A1 and A2.
- the capacitor C1 is electrically connected between one end of the main line M and one end of the sub line S. More specifically, one electrode of the capacitor C1 is connected to a signal line connecting one end of the main line M and the external electrode 14a, and the other electrode of the capacitor C1 is one end of the sub line S and the external electrode. 14c is connected to a signal line connecting to 14c.
- the capacitor C2 is electrically connected between the other end of the main line M and the other end of the sub line S. More specifically, one electrode of the capacitor C2 is connected to a signal line that connects the other end of the main line M and the external electrode 14b, and the other electrode of the capacitor C2 is connected to the other end of the sub line S. The signal line is connected to the external electrode 14d.
- the capacitor C5 is electrically connected between the external electrode 14e and one end of the main line M. More specifically, one electrode of the capacitor C5 is connected to a signal line that connects one end of the main line M and the external electrode 14a. In the present embodiment, one electrode of the capacitor C5 is connected closer to the external electrode 14a than one electrode of the capacitor C1. The other electrode of the capacitor C5 is connected to the external electrode 14e.
- the capacitor C6 is electrically connected between the external electrode 14e and the other end of the main line M. More specifically, one electrode of the capacitor C6 is connected to a signal line that connects the other end of the main line M and the external electrode 14b. In the present embodiment, one electrode of the capacitor C6 is connected closer to the external electrode 14b than one electrode of the capacitor C2. The other electrode of the capacitor C6 is connected to the external electrode 14e.
- the capacitor C3 is electrically connected between the external electrode 14e and one end of the sub line S. More specifically, one electrode of the capacitor C3 is connected to a signal line that connects one end of the sub line S and the external electrode 14c. The other electrode of the capacitor C3 is connected to the external electrode 14e.
- the capacitor C4 is electrically connected between the external electrode 14e and the other end of the sub line S. More specifically, one electrode of the capacitor C4 is connected to a signal line that connects the other end of the sub line S and the external electrode 14d. The other electrode of the capacitor C4 is connected to the external electrode 14e.
- the attenuator A1 is connected between one end of the sub line S and the external electrode 14c. More specifically, the attenuator A1 includes resistors R1 to R3. The resistors R1 and R3 are connected in series. That is, one end of the resistor R1 is connected to the external electrode 14c. However, one end of the resistor R1 is connected to the external electrode 14c at a position farther from the external electrode 14c than one electrode of the capacitor C3. The other end of the resistor R1 is connected to one end of the resistor R3. The other end of the resistor R3 is connected to one end of the sub line S. One end of the resistor R2 is connected to the other end of the resistor R1 and one end of the resistor R3. The other end of the resistor R2 is connected to the external electrode 14e.
- the attenuator A2 is connected between the other end of the sub line S and the external electrode 14d. More specifically, the attenuator A2 includes resistors R4 to R6. Resistors R4 and R6 are connected in series. That is, one end of the resistor R4 is connected to the external electrode 14d. However, one end of the resistor R4 is connected to the external electrode 14d at a position farther from the external electrode 14d than one electrode of the capacitor C4. The other end of the resistor R4 is connected to one end of the resistor R6. The other end of the resistor R6 is connected to the other end of the sub line S. One end of the resistor R5 is connected to the other end of the resistor R4 and one end of the resistor R6. The other end of the resistor R5 is connected to the external electrode 14e.
- the inventor of the present application provided capacitors C1 and C2 in the directional coupler 10a to strengthen the electric field coupling between the main line M and the subline S. As a result, it is possible to reduce the ratio of magnetic field coupling in the electromagnetic coupling between the main line M and the sub line S. As a result, the directionality of the directional coupler 10a is improved. Furthermore, in order to clarify the effect which the directional coupler 10a has, the inventor of the present application performed a first computer simulation described below.
- a signal input to the external electrode 14a is referred to as a high frequency signal Sig1
- a signal output from the external electrode 14b is referred to as a high frequency signal Sig2
- a signal output from the external electrode 14c is referred to as a detection signal Sig3, which is output from the external electrode 14d.
- This signal is called a high frequency signal Sig4.
- FIG. 2 is a graph showing the result of the first computer simulation.
- the horizontal axis indicates the capacitance values of the capacitors C1 and C2, and the vertical axis indicates the value of the ratio of the intensity of the detection signal Sig3 to the intensity of the high-frequency signal Sig4.
- the unit of the value of the ratio of the intensity of the detection signal Sig3 to the intensity of the high-frequency signal Sig4 is decibels.
- FIG. 2 shows that as the capacitance values of the capacitors C1 and C2 are increased from 0 pF, the value of the ratio of the intensity of the detection signal Sig3 to the intensity of the high-frequency signal Sig4 increases. That is, it can be seen that as the capacitance values of the capacitors C1 and C2 increase, the strength of the high-frequency signal Sig4 decreases and the strength of the detection signal Sig3 increases. Therefore, according to the first computer simulation, it is understood that the directivity of the directional coupler 10a is improved by increasing the capacitance values of the capacitors C1 and C2.
- the value of the ratio of the intensity of the detection signal Sig3 to the intensity of the high-frequency signal Sig4 is maximum when the capacitance values of the capacitors C1 and C2 are 0.2 pF, and decreases when the capacitance value is greater than 0.2 pF. This is because electric field coupling and magnetic field coupling are canceled and minimized in the high-frequency signal output to the terminal for termination at 0.2 pF.
- FIG. 3 is a graph showing the result of the second computer simulation.
- 6 is a graph showing the value (reflection characteristic) of the intensity ratio of the reflected signal (hereinafter simply referred to as a reflected signal).
- the horizontal axis indicates the capacitance values of the capacitors C5 and C6, and the vertical axis indicates the ratio of the intensity of the reflected signal to the intensity of the high-frequency signal Sig1.
- the unit of the value of the ratio of the intensity of the reflected signal to the intensity of the high frequency signal Sig1 is decibel.
- the ratio of the intensity of the reflected signal to the intensity of the high-frequency signal Sig1 decreases. That is, it can be seen that the intensity of the reflected signal decreases as the capacitance values of the capacitors C5 and C6 increase. Therefore, according to the second computer simulation, it is understood that the reflection characteristics of the directional coupler 10a are improved by increasing the capacitance values of the capacitors C5 and C6. This is because impedance matching between the main line M and the external circuit connected to the external electrode 14a and the external electrode 14b is taken.
- impedance matching is taken when the capacitance values of the capacitors C5 and C6 are 2.5 pF, and the value of the ratio of the intensity of the reflected signal to the intensity of the high-frequency signal Sig1 is minimized.
- impedance matching is lost, so the value of the ratio of the intensity of the reflected signal to the intensity of the high-frequency signal Sig1 is increased.
- the degree of coupling characteristic is a relationship between the value of the ratio of the intensity of the detection signal Sig3 to the intensity of the high-frequency signal Sig1 and the frequency of the high-frequency signal Sig1.
- the inventor of the present application provided capacitors C3 and C4 in the directional coupler 10a and provided low-pass filters at both ends of the sub line S in order to flatten the coupling degree characteristic of the directional coupler 10a.
- the frequency of the high-frequency signal Sig1 is increased, the high-frequency detection signal Sig3 is suppressed from being output from the external electrode 14c.
- the degree of coupling characteristic of the directional coupler 10a is flattened.
- the inventor of the present application performed a third computer simulation described below in order to clarify the effect of the directional coupler 10a.
- the inventor of the present application calculated the value of the ratio of the intensity of the detection signal Sig3 to the intensity of the high-frequency signal Sig1 of the external electrode 14a when the capacitance values of the capacitors C3 and C4 were changed.
- the high-frequency signal Sig1 a signal in the 800 MHz band and a signal in the 1900 MHz band were used.
- FIG. 4 is a graph showing the result of the third computer simulation.
- the horizontal axis indicates the capacitance values of the capacitors C3 and C4, and the vertical axis indicates the value of the ratio of the intensity of the detection signal Sig3 to the intensity of the high-frequency signal Sig1.
- the unit of the value of the ratio of the intensity of the detection signal Sig3 to the intensity of the high-frequency signal Sig1 is decibel.
- the intensity of the detection signal Sig3 with respect to the intensity of the high-frequency signal Sig1 is greater when the signal of the 1900 MHz band is used as the high-frequency signal Sig1 than when the signal of the 800-MHz band is used as the high-frequency signal Sig1. It can be seen that the value of the ratio increases. This means that the intensity of the detection signal Sig3 increases as the frequency of the high-frequency signal Sig1 increases. However, as the capacitance values of the capacitors C3 and C4 increase, the high-frequency signal Sig1 is between the case where a signal in the 1900 MHz band is used as the high-frequency signal Sig1 and the case where a signal in the 800-MHz band is used as the high-frequency signal Sig1.
- FIG. 5 is an external perspective view of the directional coupler 10a.
- FIG. 6 is an exploded perspective view of the directional coupler 10a.
- the normal direction of the semiconductor substrate 12 of the directional coupler 10a is defined as the z-axis direction
- the long side direction of the semiconductor substrate 12 when viewed in plan from the z-axis direction is defined as the x-axis direction
- the z-axis The short side direction of the semiconductor substrate 12 when viewed in plan from the direction.
- the x-axis, y-axis, and z-axis are orthogonal to each other.
- insulator layers 80, 82 and 84 to be described later are omitted.
- the directional coupler 10a includes a semiconductor substrate 12, conductor layers 16 (16a, 16b), 18 (18a, 18b), 20 (20a, 20b, 20c), 22 (22a, 22b, 22c). ), 24 (24a, 24b), 26 (26a, 26b), 28 (28a, 28b), 30 (30a, 30b), 40 (40a, 40b), 42, 44, 46 (46a, 46b), 48, 49 (49a, 49b), 50 (50a, 50b), 52 (52a, 52b), 54 (54a, 54b), 56 (56a, 56b), 58, 60 (60a, 60b), 62, 64, resistance layer 66 (66a to 66c), 68 (68a to 68c) and insulator layers 80, 82, and 84.
- the directional coupler 10a has a size of, for example, 0.8 mm ⁇ 0.6 mm ⁇ 0.1 mm.
- the semiconductor substrate 12 is a rectangular plate as shown in FIGS. 5 and 6, and is made of, for example, GaAs. Further, on the positive side of the semiconductor substrate 12 in the z-axis direction, as shown in FIG. 6, the insulator layer 80, the first conductor layer B1, the insulator layer 82, the second conductor layer B2, and the insulator layer. 84 and the third conductor layer B3 are laminated in this order from the positive direction side in the z-axis direction.
- the first conductor layer B1 is composed of conductor layers 62 and 64.
- the second conductor layer B2 includes conductor layers 16a, 18a, 20c, 22c, 24a, 26a, 28b, 30b, 40a, 46a, 49a, 50a, 52a, 54a, 56a, and 60a.
- the third conductor layer B3 includes conductor layers 16b, 18b, 20a, 20b, 22a, 22b, 24b, 26b, 28a, 30a, 40b, 42, 44, 46b, 48, 49b, 50b, 52b, 54b, 56b, 58, 60b.
- the first conductor layer B1, the second conductor layer B2, and the third conductor layer B3 are made of, for example, Au, Ag, Cu, or the like.
- the insulator layers 80, 82, 84 are made of a resin film such as a SiNx thin film or polyimide.
- the film thickness of the insulator layers 80, 82, 84 is, for example, 0.1 ⁇ m to 0.2 ⁇ m.
- the external electrode 14a is configured by overlapping the conductor layers 50a and 50b in the z-axis direction.
- the conductor layer 50b is provided on the semiconductor substrate 12 and has a rectangular shape.
- the conductor layer 50a is provided on the positive side in the z-axis direction with respect to the conductor layer 50b and has a rectangular shape.
- the conductor layer 50b is in contact with the conductor layer 50a through an opening provided in the insulator layer 84.
- the conductor layer 50a is exposed to the outside through the openings of the insulator layers 80 and 82.
- the external electrode 14 b is configured by overlapping the conductor layers 52 a and 52 b in the z-axis direction.
- the conductor layer 52b is provided on the semiconductor substrate 12 and has a rectangular shape.
- the conductor layer 52a is provided on the positive side in the z-axis direction with respect to the conductor layer 52b, and has a rectangular shape.
- the conductor layer 52b is in contact with the conductor layer 52a through an opening provided in the insulator layer 84.
- the conductor layer 52a is exposed to the outside through the openings of the insulator layers 80 and 82.
- the external electrode 14 c is configured by overlapping the conductor layers 54 a and 54 b in the z-axis direction.
- the conductor layer 54b is provided on the semiconductor substrate 12 and has a rectangular shape.
- the conductor layer 54a is provided on the positive side in the z-axis direction with respect to the conductor layer 54b, and has a rectangular shape.
- the conductor layer 54b is in contact with the conductor layer 54a through an opening provided in the insulator layer 84.
- the conductor layer 54a is exposed to the outside through the openings of the insulator layers 80 and 82.
- the external electrode 14d is configured by overlapping the conductor layers 56a and 56b in the z-axis direction.
- the conductor layer 56b is provided on the semiconductor substrate 12 and has a rectangular shape.
- the conductor layer 56a is provided on the positive side in the z-axis direction from the conductor layer 56b, and has a rectangular shape.
- the conductor layer 56b is in contact with the conductor layer 56a through an opening provided in the insulator layer 84.
- the conductor layer 56a is exposed to the outside through the openings of the insulator layers 80 and 82.
- the external electrode 14e is composed of a conductor layer 58 as shown in FIGS.
- the conductor layer 58 is provided on the semiconductor substrate 12 and has a rectangular shape.
- the conductor layer 58 is exposed to the outside through the openings of the insulator layers 80, 82, and 84.
- the main line M is configured by overlapping the conductor layers 16a and 16b in the z-axis direction.
- the conductor layer 16b is provided on the semiconductor substrate 12, and has a spiral shape that advances clockwise from the center while turning clockwise.
- the conductor layer 16a is provided on the positive side in the z-axis direction with respect to the conductor layer 16b, and has a spiral shape that advances clockwise from the center while turning clockwise.
- the conductor layer 16b is in contact with the conductor layer 16a through an opening provided in the insulator layer 84.
- the sub line S is configured by overlapping the conductor layers 18a and 18b in the z-axis direction.
- the conductor layer 18b is provided on the semiconductor substrate 12 and has a spiral shape that advances clockwise from the center while turning clockwise.
- the conductor layer 18a is provided on the positive side in the z-axis direction with respect to the conductor layer 18b, and has a spiral shape that advances clockwise from the center while turning clockwise.
- the conductor layer 18b is in contact with the conductor layer 18a through an opening provided in the insulator layer 84.
- main line M and the sub line S are turning in the same direction in a state of being adjacent to each other when viewed in plan from the z-axis direction (normal direction of the semiconductor substrate 12).
- the main line M is located outside the sub line S.
- the line width of the main line M is larger than the line width of the sub line S.
- the end on the center side of the conductor layer 16a is connected to the conductor layer 50a through the conductor layer 62. Thereby, one end of the main line M is connected to the external electrode 14a.
- the outer end of the conductor layer 16b is connected to the conductor layers 52a and 52b. Thereby, the other end of the main line M is connected to the external electrode 14b.
- the attenuator A1 is composed of resistance layers 66a to 66c. More specifically, the resistors R1 to R3 are configured by resistance layers 66a to 66c, respectively.
- the attenuator A2 is composed of resistance layers 68a to 68c. More specifically, the resistors R4 to R6 are constituted by resistance layers 68a to 68c, respectively.
- the resistance layers 66 and 68 are rectangular resistance films provided on the semiconductor substrate 12, and the conductor layers 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 40, 42, 44, 46, 48, 49, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, and 64 are made of a material having a resistance value higher than that of the material constituting the material.
- An example of such a material is TaN.
- the end of the conductor layer 18a on the center side is connected to the resistance layer 66c via the conductor layers 64, 60a, 60b, and 44.
- one end of the sub line S is connected to the resistor R3.
- the resistance layer 66c is connected to the resistance layer 66a through the conductor layer 42.
- the resistance layer 66a is connected to the conductor layers 54a and 54b via the conductor layers 40a and 40b.
- the resistor R3 and the external electrode 14c are connected via the resistor R1. That is, one end of the sub line S is connected to the external electrode 14c via the resistors R3 and R1.
- the resistance layer 66b is connected to the conductor layer 42.
- the conductor layer 42 is connected to the conductor layer 58.
- the resistor R2 is connected between the resistor R1 and the resistor R3 and between the external electrode 14e.
- the outer end of the conductor layer 18a is connected to the resistance layer 68c through the conductor layers 49a and 49b.
- one end of the sub line S is connected to the resistor R6.
- the resistance layer 68c is connected to the resistance layer 68a through the conductor layer 48.
- the resistance layer 68a is connected to the conductor layers 56a and 56b via the conductor layers 46a and 46b.
- the resistor R6 and the external electrode 14d are connected via the resistor R4. That is, the other end of the sub line S is connected to the external electrode 14d via the resistors R6 and R4.
- the resistance layer 68b is connected to the conductor layer 48.
- the conductor layer 48 is connected to the conductor layer 58.
- the resistor R5 is connected between the resistor R4 and the resistor R6 and between the external electrode 14e.
- the capacitor C1 is composed of conductor layers 20a to 20c and an insulator layer 84.
- the conductor layer 20a is connected to the conductor layer 50b and has a rectangular shape.
- the conductor layer 20b is connected to the conductor layer 54b and has a rectangular shape.
- the conductor layer 20c is opposed to the conductor layers 20a and 20b via the insulator layer 84, and has a rectangular shape. Thereby, capacitance is formed between the conductor layers 20a and 20c and between the conductor layers 20b and 20c. With the above configuration, the capacitor C1 is electrically connected to the external electrodes 14a and 14c.
- the capacitor C2 includes conductor layers 22a to 22c and an insulator layer 84.
- the conductor layer 22a is connected to the conductor layer 52b and has a rectangular shape.
- the conductor layer 22b is connected to the conductor layer 56b and has a rectangular shape.
- the conductor layer 22c is opposed to the conductor layers 22a and 22b via the insulator layer 84, and has a rectangular shape. As a result, capacitance is formed between the conductor layers 22a and 22c and between the conductor layers 22b and 22c. With the above configuration, the capacitor C2 is electrically connected to the external electrodes 14b and 14d.
- the capacitor C3 is composed of conductor layers 24a and 24b and an insulator layer 84.
- the conductor layer 24a is connected to the conductor layer 54a and has a rectangular shape.
- the conductor layer 24 b faces the conductor layer 24 a through the insulator layer 84 and is connected to the conductor layer 58. Thereby, a capacitance is formed between the conductor layers 24a and 24b.
- the capacitor C3 is electrically connected to the external electrodes 14c and 14e.
- the capacitor C4 is composed of conductor layers 26a and 26b and an insulator layer 84.
- the conductor layer 26a is connected to the conductor layer 56a and has a rectangular shape.
- the conductor layer 26 b faces the conductor layer 26 a through the insulator layer 84 and is connected to the conductor layer 58. As a result, a capacitance is formed between the conductor layers 26a and 26b.
- the capacitor C4 is electrically connected to the external electrodes 14d and 14e.
- the capacitor C5 is composed of conductor layers 28a and 28b and an insulator layer 84.
- the conductor layer 28a is connected to the conductor layer 50b and has a rectangular shape.
- the conductor layer 28b faces the conductor layer 28a via the insulator layer 84, and has a rectangular shape.
- the conductor layer 28 b is connected to the conductor layer 58 through the opening of the insulator layer 84. Thereby, a capacitance is formed between the conductor layers 28a and 28b.
- the capacitor C5 is electrically connected to the external electrodes 14a and 14e.
- the capacitor C6 is composed of conductor layers 30a and 30b and an insulator layer 84.
- the conductor layer 30a is connected to the conductor layer 52b and has a rectangular shape.
- the conductor layer 30b is opposed to the conductor layer 30a via the insulator layer 84, and has a rectangular shape.
- the conductor layer 30 b is connected to the conductor layer 58 through the opening of the insulator layer 84. Thereby, a capacitance is formed between the conductor layers 30a and 30b.
- the capacitor C6 is electrically connected to the external electrodes 14b and 14e.
- the configured directional coupler 10a is mounted on a circuit board by a conductive or non-conductive adhesive. And it connects with the electrode on a circuit board by wire bonding.
- the main line M, the sub line S, and the like are formed on the semiconductor substrate 12 by a thin film forming method such as vapor deposition. Therefore, the main line M, the sub line S, and the like are formed by a printing method. As compared with the above, the main line M, the sub line S, and the like can be formed more finely. As a result, according to the directional coupler 10a, it is possible to reduce the size of the element.
- the main line M is located outside the sub line S. This prevents external noise from entering the sub line S. Furthermore, since the line width of the main line M is larger than the line width of the sub line S, it is more effectively prevented that noise enters the sub line S from the outside.
- the output detected by the sub-line S may be set to about 1/100 of the power input to the main line M, and the detection output accuracy may deteriorate due to minute noise.
- the configuration of the detector 10a can suppress a decrease in detection accuracy.
- GaAs is used as the material of the semiconductor substrate 12 instead of Si. Since GaAs has a higher resistance than Si, the loss of the directional coupler 10a can be reduced.
- the external electrodes 14a to 14e are arranged symmetrically with respect to the central axis in the x-axis direction, so that the characteristics do not change even if the x-axis direction of the directional coupler 10a is changed. Specifically, even when the external electrode 14a that is an input terminal and the external electrode 14b that is an output terminal are interchanged, the external electrode 14c that outputs a detection signal and the external electrode 14d that is terminated are interchanged.
- the directional coupler 10a can be used without changing the design. As a result, the degree of freedom for mounting the directional coupler 10a is improved.
- the directional coupler according to the present invention is not limited to the directional coupler 10a shown in the embodiment, and can be changed within the scope of the gist thereof.
- FIG. 7 is a circuit diagram of an electronic component 10b according to another embodiment. As shown in FIG. 7, the other electrode of the capacitor C ⁇ b> 1 may be connected between the attenuator A ⁇ b> 1 and one end of the sub line S. Similarly, the other electrode of the capacitor C2 may be connected between the attenuator A2 and the other end of the sub line S.
- the capacitors C3 to C6 may not be provided.
- the present invention is useful for directional couplers, and is particularly excellent in that good directivity can be obtained.
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- Transmitters (AREA)
Abstract
良好な方向性を有する方向性結合器を提供することである。 主線路(M)と副線路(S)とは、互いに電磁気的に結合している。外部電極(14a)は、主線路(M)の一端に電気的に接続され、高周波信号(Sig1)が入力する。外部電極(14b)は、主線路(M)の他端に電気的に接続され、高周波信号(Sig2)が出力する。外部電極(14c)は、副線路(S)の一端に電気的に接続され、高周波信号(Sig1)の電力に比例する電力を有する検波信号(Sig3)が出力する。外部電極(14d)は、副線路(S)の他端に電気的に接続され、終端化される。コンデンサ(C1,C2)はそれぞれ、主線路(M)の一端と副線路(S)の一端との間、及び、主線路(M)の他端と副線路(S)の他端との間に電気的に接続されている。
Description
本発明は、方向性結合器に関し、より特定的には、高周波信号により通信を行う無線通信機器等に用いられる方向性結合器に関する。
従来の方向性結合器としては、例えば、特許文献1に記載のアッテネータ複合カプラ(以下、カプラと称す)が知られている。該カプラは、主線路及び副線路を備えている。主線路の両端はそれぞれ、入力端子及び出力端子に接続されている。また、副線路の両端はそれぞれ、検波用端子及び終端用端子に接続されている。更に、副線路の両端と検波用端子及び終端用端子との間にはそれぞれ、アッテネータが設けられている。以上のようなカプラでは、カプラに対する外部からの負荷変動が抑制される。
ところで、前記カプラは、方向性が悪化するという問題を有している。より詳細には、カプラの出力端子は、無線通信機器の送信回路に接続される。送信回路は、数Ω~20Ω程度の比較的に低いインピーダンスを有する出力端子を備えた電力増幅器を含んでいる。そのため、送信回路に接続される主線路のインピーダンスも、数Ω~20Ω程度の比較的に低いインピーダンスに設定される必要がある。
しかしながら、主線路のインピーダンスが低くなると、主線路に流れる電流が大きくなる。主線路に流れる電流が大きくなると、主線路が発生する磁界が強くなる。その結果、主線路と副線路とが強く磁界結合するようになる。そして、カプラにおいて磁界結合が強くなると、カプラの方向性が悪化してしまう。すなわち、終端用端子から出力される高周波信号の強度が大きくなってしまう。
そこで、本発明の目的は、良好な方向性を有する方向性結合器を提供することである。
本発明の一形態に係る方向性結合器は、主線路と、前記主線路と電磁気的に結合している副線路と、前記主線路の一端に電気的に接続され、第1の高周波信号が入力する入力端子と、前記主線路の他端に電気的に接続され、前記第1の高周波信号が出力する第1の出力端子と、前記副線路の一端に電気的に接続され、前記第1の高周波信号の電力に比例する電力を有する第2の高周波信号が出力する第2の出力端子と、前記副線路の他端に電気的に接続され、終端化される終端端子と、前記主線路の一端と前記副線路の一端との間、又は、該主線路の他端と該副線路の他端との間の少なくとも一方に電気的に接続されている第1のコンデンサと、を備えていること、を特徴とする。
本発明によれば、良好な方向性を有する方向性結合器を提供することである。
以下に、本発明の実施形態に係る方向性結合器について説明する。
(方向性結合器の回路構成)
以下に、本発明の一実施形態に係る方向性結合器の回路構成について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る方向性結合器10aの等価回路図である。
以下に、本発明の一実施形態に係る方向性結合器の回路構成について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る方向性結合器10aの等価回路図である。
方向性結合器10aの回路構成について説明する。方向性結合器10aは、所定の周波数帯域において用いられる。所定の周波数帯域とは、例えば、824MHz~915MHz(GSM(登録商標)850/900)の周波数を有する信号及び1710MHz~1910MHz(GSM(登録商標)1800/1900)の周波数を有する信号が方向性結合器10aに入力される場合には、824MHz~1910MHzである。
方向性結合器10aは、外部電極(端子)14a~14e、主線路M、副線路S、アッテネータA1,A2及びコンデンサC1~C6を回路構成として備えている。
主線路Mと副線路Sとは、電磁気的に結合している。外部電極14aは、高周波信号(第1の高周波信号)Sig1が入力する入力端子であり、主線路Mの一端に電気的に接続されている。外部電極14bは、高周波信号(第1の高周波信号)Sig2が出力する第1の出力端子であり、主線路Mの他端に電気的に接続されている。外部電極14cは、高周波信号Sig1の電力に比例する電力を有する検波信号(第2の高周波信号)Sig3が出力する第2の出力端子であり、副線路Sの一端に電気的に接続されている。外部電極14dは、50Ωの抵抗値等によって終端化される終端端子であり、副線路Sの他端に電気的に接続されている。外部電極14eは、接地される接地端子であり、主線路Mの両端及び副線路Sの両端にアッテネータA1,A2を介して電気的に接続されている。
コンデンサC1は、主線路Mの一端と副線路Sの一端との間に電気的に接続されている。より詳細には、コンデンサC1の一方の電極は、主線路Mの一端と外部電極14aとを接続する信号線に接続されており、コンデンサC1の他方の電極は、副線路Sの一端と外部電極14cとを接続する信号線に接続されている。
コンデンサC2は、主線路Mの他端と副線路Sの他端との間に電気的に接続されている。より詳細には、コンデンサC2の一方の電極は、主線路Mの他端と外部電極14bとを接続する信号線に接続されており、コンデンサC2の他方の電極は、副線路Sの他端と外部電極14dとを接続する信号線に接続されている。
コンデンサC5は、外部電極14eと主線路Mの一端との間に電気的に接続されている。より詳細には、コンデンサC5の一方の電極は、主線路Mの一端と外部電極14aとを接続する信号線に接続されている。本実施形態では、コンデンサC5の一方の電極は、コンデンサC1の一方の電極よりも外部電極14aの近くに接続されている。また、コンデンサC5の他方の電極は、外部電極14eに接続されている。
コンデンサC6は、外部電極14eと主線路Mの他端との間に電気的に接続されている。より詳細には、コンデンサC6の一方の電極は、主線路Mの他端と外部電極14bとを接続する信号線に接続されている。本実施形態では、コンデンサC6の一方の電極は、コンデンサC2の一方の電極よりも外部電極14bの近くに接続されている。また、コンデンサC6の他方の電極は、外部電極14eに接続されている。
コンデンサC3は、外部電極14eと副線路Sの一端との間に電気的に接続されている。より詳細には、コンデンサC3の一方の電極は、副線路Sの一端と外部電極14cとを接続する信号線に接続されている。また、コンデンサC3の他方の電極は、外部電極14eに接続されている。
コンデンサC4は、外部電極14eと副線路Sの他端との間に電気的に接続されている。より詳細には、コンデンサC4の一方の電極は、副線路Sの他端と外部電極14dとを接続する信号線に接続されている。また、コンデンサC4の他方の電極は、外部電極14eに接続されている。
アッテネータA1は、副線路Sの一端と外部電極14cとの間に接続されている。より詳細には、アッテネータA1は、抵抗R1~R3を含んでいる。抵抗R1,R3は、直列に接続されている。すなわち、抵抗R1の一端は、外部電極14cに接続されている。ただし、抵抗R1の一端は、コンデンサC3の一方の電極よりも外部電極14cから離れた位置において外部電極14cに接続されている。また、抵抗R1の他端は、抵抗R3の一端に接続されている。抵抗R3の他端は、副線路Sの一端に接続されている。抵抗R2の一端は、抵抗R1の他端及び抵抗R3の一端に接続されている。また、抵抗R2の他端は、外部電極14eに接続されている。
アッテネータA2は、副線路Sの他端と外部電極14dとの間に接続されている。より詳細には、アッテネータA2は、抵抗R4~R6を含んでいる。抵抗R4,R6は、直列に接続されている。すなわち、抵抗R4の一端は、外部電極14dに接続されている。ただし、抵抗R4の一端は、コンデンサC4の一方の電極よりも外部電極14dから離れた位置において外部電極14dに接続されている。また、抵抗R4の他端は、抵抗R6の一端に接続されている。抵抗R6の他端は、副線路Sの他端に接続されている。抵抗R5の一端は、抵抗R4の他端及び抵抗R6の一端に接続されている。また、抵抗R5の他端は、外部電極14eに接続されている。
(効果及びシミュレーション)
本願発明者は、方向性結合器10aの方向性を向上させるために、コンデンサC1,C2を方向性結合器10aに設けて、主線路Mと副線路Sとの間の電界結合を強くした。これにより、主線路Mと副線路Sとの間の電磁気的な結合の内の磁界結合の割合を低減することが可能となる。その結果、方向性結合器10aの方向性が向上する。更に、本願発明者は、方向性結合器10aが奏する効果をより明確にするために、以下に説明する第1のコンピュータシミュレーションを行った。
本願発明者は、方向性結合器10aの方向性を向上させるために、コンデンサC1,C2を方向性結合器10aに設けて、主線路Mと副線路Sとの間の電界結合を強くした。これにより、主線路Mと副線路Sとの間の電磁気的な結合の内の磁界結合の割合を低減することが可能となる。その結果、方向性結合器10aの方向性が向上する。更に、本願発明者は、方向性結合器10aが奏する効果をより明確にするために、以下に説明する第1のコンピュータシミュレーションを行った。
以下では、外部電極14aに入力する信号を高周波信号Sig1と呼び、外部電極14bから出力する信号を高周波信号Sig2と呼び、外部電極14cから出力する信号を検波信号Sig3と呼び、外部電極14dから出力する信号を高周波信号Sig4と呼ぶ。
本願発明者は、コンデンサC1,C2の容量値を変化させたときの検波信号Sig3の強度に対する高周波信号Sig4の強度の比の値を算出した。高周波信号Sig1として1900MHz帯域の信号を用いた。図2は、第1のコンピュータシミュレーションの結果を示したグラフであり、図1の方向性結合器10aにおいて、コンデンサC1,C2の容量値を変化させた場合における高周波信号Sig4の強度に対する検波信号Sig3の強度の比の値を示したグラフである。横軸は、コンデンサC1,C2の容量値を示し、縦軸は、高周波信号Sig4の強度に対する検波信号Sig3の強度の比の値を示している。なお、高周波信号Sig4の強度に対する検波信号Sig3の強度の比の値の単位は、デシベルを用いた。
図2によれば、コンデンサC1,C2の容量値を0pFから大きくしていくと、高周波信号Sig4の強度に対する検波信号Sig3の強度の比の値が大きくなっていることが分かる。すなわち、コンデンサC1,C2の容量値が大きくなると、高周波信号Sig4の強度が小さくなり、検波信号Sig3の強度が大きくなっていることが分かる。よって、第1のコンピュータシミュレーションによれば、コンデンサC1,C2の容量値が大きくなることにより、方向性結合器10aの方向性が向上することが分かる。なお、高周波信号Sig4の強度に対する検波信号Sig3の強度の比の値は、コンデンサC1,C2の容量値が0.2pFにおいて最大となっており、0.2pFより大きい場合には低下している。これは、0.2pFのときに、終端用端子に出力される高周波信号において、電界結合と磁界結合とが相殺され最小となるためである。
次に、本願発明者は、コンデンサC5,C6の容量値を変化させたときの外部電極14aにおける反射特性を算出した。高周波信号Sig1として1900MHz帯域の信号を用いた。図3は、第2のコンピュータシミュレーションの結果を示したグラフであり、図1の方向性結合器10aにおいて、コンデンサC5,C6の容量値を変化させた場合における高周波信号Sig1の強度に対する外部電極14aでの反射信号(以下、単に反射信号と称す)の強度の比の値(反射特性)を示したグラフである。横軸は、コンデンサC5,C6の容量値を示し、縦軸は、高周波信号Sig1の強度に対する反射信号の強度の比の値を示している。なお、高周波信号Sig1の強度に対する反射信号の強度の比の値の単位は、デシベルを用いた。
図3によれば、コンデンサC5,C6の容量値を0pFから大きくしていくと、高周波信号Sig1の強度に対する反射信号の強度の比の値が小さくなっていることが分かる。すなわち、コンデンサC5,C6の容量値が大きくなると、反射信号の強度が小さくなっていることが分かる。よって、第2のコンピュータシミュレーションによれば、コンデンサC5,C6の容量値が大きくなることにより、方向性結合器10aの反射特性が向上することが分かる。これは、主線路Mと外部電極14a及び外部電極14bに接続された外部回路との間のインピーダンスマッチングが取られるためである。したがって、コンデンサC5,C6の容量値が2.5pFであるときにはインピーダンスマッチングが取られて、高周波信号Sig1の強度に対する反射信号の強度の比の値は最小となっている。一方、コンデンサC5,C6の容量値が2.5pFより大きいときにはインピーダンスマッチングが崩れるので、高周波信号Sig1の強度に対する反射信号の強度の比の値は増加している。
ところで、方向性結合器10aでは、コンデンサC3,C4が設けられていないと、高周波信号Sig1の周波数が高くなると、検波信号Sig3の強度が強くなる。すなわち、結合度特性が右肩上がりとなる。結合度特性とは、高周波信号Sig1の強度に対する検波信号Sig3の強度の比の値と高周波信号Sig1の周波数との関係である。
そこで、本願発明者は、方向性結合器10aの結合度特性を平坦化するために、コンデンサC3,C4を方向性結合器10aに設けて、副線路Sの両端にローパスフィルタを設けた。これにより、高周波信号Sig1の周波数が高くなった場合に、外部電極14cから高い周波数の検波信号Sig3が出力されることが抑制される。その結果、方向性結合器10aの結合度特性が平坦化される。そして、本願発明者は、方向性結合器10aが奏する効果をより明確にするために、以下に説明する第3のコンピュータシミュレーションを行った。
本願発明者は、コンデンサC3,C4の容量値を変化させたときにおける外部電極14aの高周波信号Sig1の強度に対する検波信号Sig3の強度の比の値を算出した。高周波信号Sig1として800MHz帯域の信号及び1900MHz帯域の信号を用いた。図4は、第3のコンピュータシミュレーションの結果を示したグラフであり、図1の方向性結合器10aにおいて、コンデンサC3,C4の容量値を変化させた場合における高周波信号Sig1の強度に対する検波信号Sig3の強度の比の値を示したグラフである。横軸は、コンデンサC3,C4の容量値を示し、縦軸は、高周波信号Sig1の強度に対する検波信号Sig3の強度の比の値を示している。なお、高周波信号Sig1の強度に対する検波信号Sig3の強度の比の値の単位は、デシベルを用いた。
図4によれば、高周波信号Sig1として1900MHz帯域の信号が用いられた場合の方が、高周波信号Sig1として800MHz帯域の信号が用いられた場合よりも、高周波信号Sig1の強度に対する検波信号Sig3の強度の比の値が大きくなっていることが分かる。これは、高周波信号Sig1の周波数が高くなると、検波信号Sig3の強度が強くなっていることを意味している。ただし、コンデンサC3,C4の容量値が大きくなるにしたがって、高周波信号Sig1として1900MHz帯域の信号が用いられた場合と高周波信号Sig1として800MHz帯域の信号が用いられた場合との間において、高周波信号Sig1の強度に対する検波信号Sig3の強度の比の値の差が小さくなっていることが分かる。すなわち、コンデンサC3,C4が設けられることにより、方向性結合器10aの結合度特性が平坦化されていることが分かる。
(方向性結合器の具体的構成)
次に、方向性結合器10aの具体的構成について図面を参照しながら説明する。図5は、方向性結合器10aの外観斜視図である。図6は、方向性結合器10aの分解斜視図である。以下では、方向性結合器10aの半導体基板12の法線方向をz軸方向と定義し、z軸方向から平面視したときの半導体基板12の長辺方向をx軸方向と定義し、z軸方向から平面視したときの半導体基板12の短辺方向をy軸方向と定義する。なお、x軸、y軸、z軸は、互いに直交している。なお、図5では、後述する絶縁体層80,82,84は省略してある。
次に、方向性結合器10aの具体的構成について図面を参照しながら説明する。図5は、方向性結合器10aの外観斜視図である。図6は、方向性結合器10aの分解斜視図である。以下では、方向性結合器10aの半導体基板12の法線方向をz軸方向と定義し、z軸方向から平面視したときの半導体基板12の長辺方向をx軸方向と定義し、z軸方向から平面視したときの半導体基板12の短辺方向をy軸方向と定義する。なお、x軸、y軸、z軸は、互いに直交している。なお、図5では、後述する絶縁体層80,82,84は省略してある。
方向性結合器10aは、図6に示すように、半導体基板12、導体層16(16a,16b)、18(18a,18b),20(20a,20b,20c),22(22a,22b,22c),24(24a,24b),26(26a,26b),28(28a,28b),30(30a,30b),40(40a,40b),42,44,46(46a,46b),48,49(49a,49b),50(50a,50b),52(52a,52b),54(54a,54b),56(56a,56b),58,60(60a,60b),62,64、抵抗層66(66a~66c),68(68a~68c)及び絶縁体層80,82,84を備えている。方向性結合器10aは、例えば、0.8mm×0.6mm×0.1mmのサイズを有する。
半導体基板12は、図5及び図6に示すように、長方形状の板であり、例えば、GaAsからなる。また、半導体基板12のz軸方向の正方向側には、図6に示すように、絶縁体層80、第1の導体層B1、絶縁体層82、第2の導体層B2、絶縁体層84及び第3の導体層B3がz軸方向の正方向側からこの順に並ぶように積層されている。
第1の導体層B1は、導体層62,64により構成されている。第2の導体層B2は、導体層16a,18a,20c,22c,24a,26a,28b,30b,40a,46a,49a,50a,52a,54a,56a,60aにより構成されている。第3の導体層B3は、導体層16b,18b,20a,20b,22a,22b,24b,26b,28a,30a,40b,42,44,46b,48,49b,50b,52b,54b,56b,58,60bにより構成されている。第1の導体層B1、第2の導体層B2及び第3の導体層B3は、例えば、Au,Ag,Cu等により構成されている。また、絶縁体層80,82,84は、SiNx薄膜やポリイミド等の樹脂膜が用いられる。絶縁体層80,82,84の膜厚は、例えば、0.1μm~0.2μmである。
外部電極14aは、図5及び図6に示すように、導体層50a,50bがz軸方向に重なることにより構成されている。導体層50bは、半導体基板12上に設けられており、長方形状をなしている。また、導体層50aは、導体層50bよりもz軸方向の正方向側に設けられており、長方形状をなしている。また、導体層50bは、絶縁体層84に設けられている開口を介して導体層50aと接触している。導体層50aは、絶縁体層80,82の開口を介して外部に露出している。
外部電極14bは、図5及び図6に示すように、導体層52a,52bがz軸方向に重なることにより構成されている。導体層52bは、半導体基板12上に設けられており、長方形状をなしている。また、導体層52aは、導体層52bよりもz軸方向の正方向側に設けられており、長方形状をなしている。また、導体層52bは、絶縁体層84に設けられている開口を介して導体層52aと接触している。また、導体層52aは、絶縁体層80,82の開口を介して外部に露出している。
外部電極14cは、図5及び図6に示すように、導体層54a,54bがz軸方向に重なることにより構成されている。導体層54bは、半導体基板12上に設けられており、長方形状をなしている。また、導体層54aは、導体層54bよりもz軸方向の正方向側に設けられており、長方形状をなしている。また、導体層54bは、絶縁体層84に設けられている開口を介して導体層54aと接触している。また、導体層54aは、絶縁体層80,82の開口を介して外部に露出している。
外部電極14dは、図5及び図6に示すように、導体層56a,56bがz軸方向に重なることにより構成されている。導体層56bは、半導体基板12上に設けられており、長方形状をなしている。また、導体層56aは、導体層56bよりもz軸方向の正方向側に設けられており、長方形状をなしている。また、導体層56bは、絶縁体層84に設けられている開口を介して導体層56aと接触している。また、導体層56aは、絶縁体層80,82の開口を介して外部に露出している。
外部電極14eは、図5及び図6に示すように、導体層58により構成されている。導体層58は、半導体基板12上に設けられており、長方形状をなしている。また、導体層58は、絶縁体層80,82,84の開口を介して外部に露出している。
主線路Mは、導体層16a,16bがz軸方向に重なることにより構成されている。導体層16bは、半導体基板12上に設けられており、時計回りに旋回しながら中心から外側へと進行する渦巻状をなしている。導体層16aは、導体層16bよりもz軸方向の正方向側に設けられており、時計回りに旋回しながら中心から外側へと進行する渦巻状をなしている。また、導体層16bは、絶縁体層84に設けられている開口を介して導体層16aと接触している。
副線路Sは、導体層18a,18bがz軸方向に重なることにより構成されている。導体層18bは、半導体基板12上に設けられており、時計回りに旋回しながら中心から外側へと進行する渦巻状をなしている。導体層18aは、導体層18bよりもz軸方向の正方向側に設けられており、時計回りに旋回しながら中心から外側へと進行する渦巻状をなしている。また、導体層18bは、絶縁体層84に設けられている開口を介して導体層18aと接触している。
また、主線路M及び副線路Sは、z軸方向(半導体基板12の法線方向)から平面視したときに、隣り合った状態で同方向に旋回している。そして、主線路Mは、副線路Sよりも外側に位置している。更に、主線路Mの線幅は、副線路Sの線幅よりも太い。
導体層16aの中心側の端部は、導体層62を介して、導体層50aに接続されている。これにより、主線路Mの一端は、外部電極14aに接続されている。また、導体層16bの外側の端部は、導体層52a,52bに接続されている。これにより、主線路Mの他端は、外部電極14bに接続されている。
アッテネータA1は、抵抗層66a~66cにより構成されている。より詳細には、抵抗R1~R3はそれぞれ、抵抗層66a~66cにより構成されている。また、アッテネータA2は、抵抗層68a~68cにより構成されている。より詳細には、抵抗R4~R6はそれぞれ、抵抗層68a~68cにより構成されている。
抵抗層66,68は、半導体基板12上に設けられている長方形状の抵抗膜であり、導体層16、18,20,22,24,26,28,30,40,42,44,46,48,49,50,52,54,56,58,60,62,64を構成している材料よりも高い抵抗値を有する材料により構成されている。このような材料としては、例えば、TaNが挙げられる。
導体層18aの中心側の端部は、導体層64,60a,60b,44を介して、抵抗層66cに接続されている。これにより、副線路Sの一端は、抵抗R3に接続されている。また、抵抗層66cは、導体層42を介して抵抗層66aに接続されている。更に、抵抗層66aは、導体層40a,40bを介して導体層54a,54bに接続されている。これにより、抵抗R3と外部電極14cとは抵抗R1を介して接続されている。すなわち、副線路Sの一端は、抵抗R3,R1を介して外部電極14cに接続されている。
また、抵抗層66bは、導体層42に接続されている。導体層42は、導体層58に接続されている。これにより、抵抗R2は、抵抗R1と抵抗R3との間と、外部電極14eとの間に接続されている。
導体層18aの外側の端部は、導体層49a,49bを介して、抵抗層68cに接続されている。これにより、副線路Sの一端は、抵抗R6に接続されている。また、抵抗層68cは、導体層48を介して抵抗層68aに接続されている。更に、抵抗層68aは、導体層46a,46bを介して導体層56a,56bに接続されている。これにより、抵抗R6と外部電極14dとは抵抗R4を介して接続されている。すなわち、副線路Sの他端は、抵抗R6,R4を介して外部電極14dに接続されている。
また、抵抗層68bは、導体層48に接続されている。導体層48は、導体層58に接続されている。これにより、抵抗R5は、抵抗R4と抵抗R6との間と、外部電極14eとの間に接続されている。
コンデンサC1は、導体層20a~20c及び絶縁体層84により構成されている。導体層20aは、導体層50bに接続されており、長方形状をなしている。導体層20bは、導体層54bに接続されており、長方形状をなしている。導体層20cは、絶縁体層84を介して導体層20a,20bに対向しており、長方形状をなしている。これにより、導体層20a,20c間及び導体層20b,20c間に容量が形成されている。以上の構成により、コンデンサC1は、外部電極14a,14cに電気的に接続されている。
コンデンサC2は、導体層22a~22c及び絶縁体層84により構成されている。導体層22aは、導体層52bに接続されており、長方形状をなしている。導体層22bは、導体層56bに接続されており、長方形状をなしている。導体層22cは、絶縁体層84を介して導体層22a,22bに対向しており、長方形状をなしている。これにより、導体層22a,22c間及び導体層22b,22c間に容量が形成されている。以上の構成により、コンデンサC2は、外部電極14b,14dに電気的に接続されている。
コンデンサC3は、導体層24a,24b及び絶縁体層84により構成されている。導体層24aは、導体層54aに接続されており、長方形状をなしている。導体層24bは、絶縁体層84を介して導体層24aに対向しており、導体層58に接続されている。これにより、導体層24a,24b間に容量が形成されている。以上の構成により、コンデンサC3は、外部電極14c,14eに電気的に接続されている。
コンデンサC4は、導体層26a,26b及び絶縁体層84により構成されている。導体層26aは、導体層56aに接続されており、長方形状をなしている。導体層26bは、絶縁体層84を介して導体層26aに対向しており、導体層58に接続されている。これにより、導体層26a,26b間に容量が形成されている。以上の構成により、コンデンサC4は、外部電極14d,14eに電気的に接続されている。
コンデンサC5は、導体層28a,28b及び絶縁体層84により構成されている。導体層28aは、導体層50bに接続されており、長方形状をなしている。導体層28bは、絶縁体層84を介して導体層28aに対向しており、長方形状をなしている。また、導体層28bは、絶縁体層84の開口を介して導体層58に接続されている。これにより、導体層28a,28b間に容量が形成されている。以上の構成により、コンデンサC5は、外部電極14a,14eに電気的に接続されている。
コンデンサC6は、導体層30a,30b及び絶縁体層84により構成されている。導体層30aは、導体層52bに接続されており、長方形状をなしている。導体層30bは、絶縁体層84を介して導体層30aに対向しており、長方形状をなしている。また、導体層30bは、絶縁体層84の開口を介して導体層58に接続されている。これにより、導体層30a,30b間に容量が形成されている。以上の構成により、コンデンサC6は、外部電極14b,14eに電気的に接続されている。
以上のように、構成された方向性結合器10aは、導電性又は非導電性の接着剤により回路基板上に実装される。そして、ワイヤボンディングにより、回路基板上の電極と接続される。
方向性結合器10aによれば、半導体基板12上に蒸着等の薄膜形成方法により、主線路M及び副線路S等を形成するので、印刷法により主線路M及び副線路S等を形成する場合に比べて、主線路M及び副線路S等をより微細に形成することができる。その結果、方向性結合器10aによれば、素子の小型化を図ることが可能である。
また、主線路Mは、副線路Sよりも外側に位置している。これにより、副線路Sに外部からのノイズが侵入することが防止される。更に、主線路Mの線幅は、副線路Sの線幅よりも太いので、副線路Sに外部からノイズが侵入することがより効果的に防止される。特に、副線路Sで検知する出力は、主線路Mに入力される電力の1/100程度に設定されることがあり、微小なノイズにより検波出力精度が悪くなることがあるが、方向性結合器10aの構成により、検波精度の低下を抑制できる。
また、半導体基板12の材料に、SiではなくGaAsが用いられている。GaAsは、Siに比べて高抵抗であるので、方向性結合器10aの低損失化が図られる。
なお、外部電極14a~14eが、x軸方向の中心軸に対して線対称に配置されることにより、方向性結合器10aのx軸方向が入れ変わっても特性が変化しなくなる。具体的には、入力端子である外部電極14aと出力端子である外部電極14bとが入れ替わり、検波信号が出力される外部電極14cと終端化される外部電極14dとが入れ替わった場合であっても、設計変更することなく方向性結合器10aを使用できる。その結果、方向性結合器10aの実装の自由度が向上する。
(その他の実施形態)
本発明に係る方向性結合器は、前記実施形態に示した方向性結合器10aに限らず、その要旨の範囲内において変更可能である。
本発明に係る方向性結合器は、前記実施形態に示した方向性結合器10aに限らず、その要旨の範囲内において変更可能である。
図7は、その他の実施形態に係る電子部品10bの回路図である。図7に示すように、コンデンサC1の他方の電極は、アッテネータA1と副線路Sの一端との間に接続されていてもよい。同様に、コンデンサC2の他方の電極は、アッテネータA2と副線路Sの他端との間に接続されていてもよい。
また、方向性結合器10a,10bにおいて、コンデンサC3~C6は設けられていなくてもよい。
また、方向性結合器10a,10bにおいて、コンデンサC1,C2は、少なくともいずれか一方が設けられていればよい。
以上のように、本発明は、方向性結合器に有用であり、特に、良好な方向性を得ることができる点において優れている。
A1,A2 アッテネータ
C1~C6 コンデンサ
M 主線路
R1~R6 抵抗
S 副線路
10a,10b 方向性結合器
12 半導体基板
14a~14e 外部電極
16a,16b,18a,18b,20a,20b,20c,22a,22b,22c,24a,24b,26a,26b,28a,28b,30a,30b,40a,40b,42,44,46a,46b,48,49a,49b,50a,50b,52a,52b,54a,54b,56a,56b,58,60a,60b,62,64 導体層
66a~66c,68a~68c 抵抗層
80,82,84 絶縁体層
C1~C6 コンデンサ
M 主線路
R1~R6 抵抗
S 副線路
10a,10b 方向性結合器
12 半導体基板
14a~14e 外部電極
16a,16b,18a,18b,20a,20b,20c,22a,22b,22c,24a,24b,26a,26b,28a,28b,30a,30b,40a,40b,42,44,46a,46b,48,49a,49b,50a,50b,52a,52b,54a,54b,56a,56b,58,60a,60b,62,64 導体層
66a~66c,68a~68c 抵抗層
80,82,84 絶縁体層
Claims (9)
- 主線路と、
前記主線路と電磁気的に結合している副線路と、
前記主線路の一端に電気的に接続され、第1の高周波信号が入力する入力端子と、
前記主線路の他端に電気的に接続され、前記第1の高周波信号が出力する第1の出力端子と、
前記副線路の一端に電気的に接続され、前記第1の高周波信号の電力に比例する電力を有する第2の高周波信号が出力する第2の出力端子と、
前記副線路の他端に電気的に接続され、終端化される終端端子と、
前記主線路の一端と前記副線路の一端との間、又は、該主線路の他端と該副線路の他端との間の少なくとも一方に電気的に接続されている第1のコンデンサと、
を備えていること、
を特徴とする方向性結合器。 - 前記方向性結合器は、
接地される接地端子と、
前記接地端子と前記副線路の一端又は他端との間の少なくとも一方に電気的に接続されている第2のコンデンサと、
を更に備えていること、
を特徴とする請求項1に記載の方向性結合器。 - 前記方向性結合器は、
接地される接地端子と、
前記接地端子と前記主線路の一端又は他端との間の少なくとも一方に電気的に接続されている第3のコンデンサと、
を更に備えていること、
を特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方向性結合器。 - 前記副線路の一端と前記第2の出力端子との間、又は、該副線路の他端と前記終端端子との間の少なくとも一方に接続されているアッテネータを、
更に備えていること、
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の方向性結合器。 - 前記方向性結合器は、
基板を、
更に備えており、
前記主線路、前記副線路及び前記第1のコンデンサは、前記基板上に設けられている導体層により構成されていること、
を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の方向性結合器。 - 前記主線路及び前記副線路は、渦巻状の線状導体であること、
を特徴とする請求項5に記載の方向性結合器。 - 前記主線路及び前記副線路は、前記基板の主面の法線方向から平面視したときに、隣り合った状態で同方向に旋回していること、
を特徴とする請求項6に記載の方向性結合器。 - 前記主線路は、前記副線路よりも外側に位置していること、
を特徴とする請求項7に記載の方向性結合器。 - 前記主線路の線幅は、前記副線路の線幅よりも大きいこと、
を特徴とする請求項7又は請求項8のいずれかに記載の方向性結合器。
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- 2012-02-13 WO PCT/JP2012/053245 patent/WO2012111598A1/ja active Application Filing
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