WO2017013927A1 - 方向性結合器および通信モジュール - Google Patents

方向性結合器および通信モジュール Download PDF

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WO2017013927A1
WO2017013927A1 PCT/JP2016/064255 JP2016064255W WO2017013927A1 WO 2017013927 A1 WO2017013927 A1 WO 2017013927A1 JP 2016064255 W JP2016064255 W JP 2016064255W WO 2017013927 A1 WO2017013927 A1 WO 2017013927A1
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哲也 岡元
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京セラ株式会社
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • 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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems

Definitions

  • the present invention relates to a directional coupler for monitoring an electric signal transmitted through a wiring, and a communication module including the directional coupler.
  • Electronic components used in communication devices include a filter for extracting a signal in a specific frequency band from an electric signal received by an antenna, an amplifier for amplifying the electric signal, and a direction for monitoring the electric signal transmitted through the wiring There is a sex coupler (coupler).
  • Japanese Patent No. 5327324 describes a directional coupler in which a low-pass filter connected to a sub-line that is electromagnetically coupled to a main line includes a capacitor and a coil.
  • Communication devices have various frequency bands used for communication, but some mounted components have characteristics that change depending on the frequency. In such a case, the mounted components must be changed for each frequency band.
  • the directional coupler described in Japanese Patent No. 5327324 uses a so-called LC-type low-pass filter including a capacitor and a coil, so that the frequency of the coupler output represented by the attenuation amount of the electric signal output from the sub-line. It is intended to realize a directional coupler capable of reducing a change due to the above and capable of dealing with a wide frequency band.
  • the directional coupler described in Japanese Patent No. 5327324 can reduce the change of the coupler output due to the frequency, the insertion loss represented by the attenuation amount of the electric signal output from the main line changes depending on the frequency. There is a risk that it will end.
  • the directional coupler of one embodiment of the present invention is used for a communication module including a switching element.
  • the directional coupler is input to a signal input terminal to which a predetermined first frequency band electric signal and a predetermined second frequency band electric signal higher than the first frequency band are input, and the signal input terminal.
  • the first signal transmission line for transmitting the electrical signal, the signal output terminal for outputting the electrical signal transmitted through the first signal transmission line, and the first signal transmission line are electromagnetically coupled, and are generated by the electromagnetic coupling.
  • a resistance connection terminal connected to an external termination resistor and a switching element disposed between the signal input terminal and the signal output terminal are electrically connected or disconnected by the switching element.
  • a second signal transmission line that is electrically interrupted by the switching element when a signal is input.
  • the communication module of one embodiment of the present invention is a switching element that is provided in the directional coupler and the second signal transmission line, and that conducts or cuts off the second signal transmission line, and is connected to the signal input terminal.
  • the second signal transmission line is electrically conducted, and when the electric signal of the second frequency band is input to the signal input terminal, A switching element that electrically cuts off the two-signal transmission line.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a configuration of a communication module 200.
  • FIG. It is a graph which shows the relationship between the frequency of an electric signal, and a coupler output. It is a graph which shows the relationship between the frequency of an electric signal, and insertion loss.
  • FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of a communication module 200A including a directional coupler 100A according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a communication module 200 including the directional coupler 100 according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the communication module 200.
  • the communication module 200 is mounted on a mobile phone device or a communication device used for mobile communication, and includes an IC (Integrated Circuit) chip 6 including a directional coupler (coupler) 100 and a switching element. It is comprised including.
  • IC Integrated Circuit
  • the directional coupler 100 includes a stacked structure in which a plurality of dielectric layers are stacked, specifically, a first dielectric layer 11, a second dielectric layer 12, and a third dielectric layer 13.
  • the fourth dielectric layer 14 includes a dielectric substrate having a stacked structure in which layers are stacked in this order from above.
  • conductor patterns corresponding to terminals are formed on the outer surface portions of the outermost first dielectric layer 11 and the fourth dielectric layer 14, and signal transmission is performed between the dielectric layers.
  • Conductor patterns corresponding to the lines are formed, and the through conductors that electrically connect the conductor patterns corresponding to the terminals formed on different dielectric layers and the conductor patterns corresponding to the signal transmission lines are provided on each dielectric layer. Is provided.
  • the first dielectric layer 11, the second dielectric layer 12, the third dielectric layer 13, and the fourth dielectric layer 14 are made of a dielectric material such as ceramics or resin, and each conductor pattern is made of tungsten, copper, or the like. It consists of metal materials such as.
  • the first dielectric layer 11 has a thickness of 35 ⁇ m
  • the second dielectric layer 12 has a thickness of 35 ⁇ m
  • the third dielectric layer 13 has a thickness of 70 ⁇ m
  • the fourth dielectric layer The layer thickness of the layer 14 is 210 ⁇ m.
  • the directional coupler 100 includes a first signal transmission unit SG1, a second signal transmission unit SG2, and a coupler unit CP.
  • the correspondence relationship between each circuit element shown in the equivalent circuit of FIG. 1 and each configuration shown in the exploded perspective view of FIG. 2 will be described, and the configuration of the directional coupler 100 of the present embodiment will be described in detail.
  • the first signal transmission unit SG1 includes a signal input terminal P1, a signal output terminal P2, and a first signal transmission line 1 disposed between these terminals.
  • the signal input terminal P1 is connected to, for example, an output terminal of a power amplifier and the like, and is a predetermined low frequency first frequency band electrical signal and a high frequency higher than the first frequency band and a predetermined second frequency band.
  • An electric signal is input.
  • the directional coupler 100 uses a frequency band ranging from the lowest frequency (lower limit value of the first frequency band) to the highest frequency (upper limit value of the second frequency band) of the electrical signal input to the signal input terminal P1 as the use frequency band. It is done.
  • the first frequency band is 0.699 to 0.960 GHz
  • the second frequency band is 1.427 to 2.690 GHz.
  • the directional coupler 100 uses a frequency band of 0.699 to 2.690 GHz ranging from 0.699 GHz which is the lower limit value of the first frequency band to 2.690 GHz which is the upper limit value of the second frequency band.
  • the signal input terminal P ⁇ b> 1 is provided on the lower surface 14 ⁇ / b> A of the fourth dielectric layer 14.
  • the first signal transmission line 1 transmits an electric signal input to the signal input terminal P1. As shown in FIG. 2, the first signal transmission line 1 is provided on the upper surface of the fourth dielectric layer 14 between the third dielectric layer 13 and the fourth dielectric layer 14 with a predetermined length. It is done.
  • the signal output terminal P2 is connected to, for example, an antenna and outputs an electric signal transmitted through the first signal transmission line 1 to the antenna. As shown in FIG. 2, the signal output terminal P ⁇ b> 2 is provided on the lower surface 14 ⁇ / b> A of the fourth dielectric layer 14.
  • the first end 1a of the first signal transmission line 1 is connected to the signal input terminal P1 through a through conductor penetrating the fourth dielectric layer 14.
  • the second end 1 b of the first signal transmission line 1 is connected to the signal output terminal P ⁇ b> 2 through a through conductor that penetrates the fourth dielectric layer 14.
  • the electric signal input from the signal input terminal P1 is transmitted from the first end 1a to the second end 1b of the first signal transmission line 1 and is output from the signal output terminal P2.
  • the coupler part CP includes a coupling output terminal P3, a resistance connection terminal P4, and a coupling line 2 disposed between these terminals.
  • the coupling line 2 is electromagnetically coupled to the first signal transmission line 1 and transmits an electric signal generated by the electromagnetic coupling.
  • the coupling line 2 is electromagnetically coupled to the first signal transmission line 1 and extracts a part of the electric signal transmitted through the first signal transmission line 1.
  • the coupled line 2 is provided on the upper surface of the third dielectric layer 13 and between the second dielectric layer 12 and the third dielectric layer 13 with a predetermined length.
  • the coupling line 2 and the first signal transmission line 1 are opposed to each other with the third dielectric layer 13 interposed therebetween, and are electromagnetically coupled.
  • each of the coupling line 2 and the first signal transmission line 1 is provided in a shape in which a linear conductor pattern is bent in the same direction at two bending points, and the stacking direction of the dielectric layers It is arranged so that it overlaps when seen.
  • the strength of electromagnetic coupling between the coupling line 2 and the first signal transmission line 1 is such that, for example, the length of one line is shortened, the area of the overlapping region is reduced when viewed in the stacking direction, or the overlapping area does not overlap.
  • the distance can be reduced by increasing the distance between the coupling line 2 and the first signal transmission line 1, that is, by increasing the thickness of the third dielectric layer 13.
  • the coupler output represented by the attenuation amount of the electric signal output from the coupling line 2 can be controlled. it can.
  • the coupled output terminal P3 is connected to the first end 2a of the coupled line 2 and outputs an electrical signal transmitted through the coupled line 2.
  • the electrical signal output from the combined output terminal P3 is input to an external circuit as a monitoring signal.
  • the coupled output terminal P ⁇ b> 3 is provided on the upper surface of the first dielectric layer 11.
  • the resistance connection terminal P4 is connected to the second end 2b of the coupled line 2 and to an external termination resistor Rt.
  • the external termination resistor Rt is connected to the ground conductor electrode GND3.
  • the resistance connection terminal P ⁇ b> 4 is provided on the upper surface of the first dielectric layer 11.
  • the first end 2a of the coupled line 2 is connected to the coupled output terminal P3 through a through conductor that penetrates the first dielectric layer 11 and a through conductor 24 that penetrates the second dielectric layer 12.
  • the second end 2 b of the coupled line 2 is connected to the resistance connection terminal P ⁇ b> 4 through a through conductor that penetrates the first dielectric layer 11 and a through conductor 23 that penetrates the second dielectric layer 12.
  • the second signal transmission line SG2 is disposed between the signal input terminal P1 and the signal output terminal P2 via the switching element of the IC chip 6, and is electrically connected or cut off by the switching element. 3 is included.
  • the second signal transmission line 3 is electrically connected by a switching element when an electric signal of a first frequency band of a low frequency is input to the signal input terminal P1, and the second frequency of the high frequency is input to the signal input terminal P1. When a band electrical signal is input, it is electrically interrupted by the switching element.
  • the second signal transmission unit SG2 is a signal input connection terminal 4a, which is a switching element connection terminal for switching electrical conduction or interruption of the second signal transmission line 3 by the switching element of the IC chip 6.
  • a first transmission line connection terminal 4b, a first ground terminal 4c, a signal output connection terminal 5a, a second transmission line connection terminal 5b, and a second ground terminal 5c are further included.
  • the second signal transmission line 3 is disposed between the first transmission line connection terminal 4b and the second transmission line connection terminal 5b.
  • the second signal transmission line 3 will be described later in detail, but the signal input connection terminal 4a, the first transmission line connection terminal 4b, the first ground terminal 4c, the signal output connection terminal 5a, The connection state for the first signal transmission line 1 is switched according to the connection switching operation between the switching terminals of the two transmission line connection terminals 5b and the second ground terminal 5c.
  • the second signal transmission line 3 is provided on the upper surface of the second dielectric layer 12 with a predetermined length between the first dielectric layer 11 and the second dielectric layer 12. It is done.
  • the second signal transmission line 3 is opposed to the coupling line 2 with the second dielectric layer 12 in between, and each of the second signal transmission line 3 and the coupling line 2 has two linear conductor patterns. It is provided in a shape bent in the same direction at the bending point, and is disposed so as to overlap when viewed in the stacking direction of the dielectric layers.
  • the signal input connection terminal 4a and the first transmission line connection terminal 4b form a pair and are connected to the switching element of the IC chip 6, and function as a pair of first switching element connection terminals.
  • the signal output connection terminal 5a and the second transmission line connection terminal 5b form a pair and are connected to the switching element of the IC chip 6 and function as a pair of first switching element connection terminals.
  • the signal input connection terminal 4 a is provided on the upper surface of the first dielectric layer 11, and penetrates through the first dielectric layer 11 and through conductor 21 penetrates the second dielectric layer 12. And the first end 1a of the first signal transmission line 1 through the through conductor 25 penetrating the third dielectric layer 13. Further, it is connected to the signal input terminal P1 through a through conductor penetrating the fourth dielectric layer 14.
  • the first transmission line connection terminal 4 b is provided on the upper surface of the first dielectric layer 11, and is connected to the first end 3 a of the second signal transmission line 3 through a through conductor penetrating the first dielectric layer 11. .
  • the signal output connection terminal 5a is provided on the upper surface of the first dielectric layer 11, and includes a through conductor that penetrates the first dielectric layer 11, a through conductor 22 that penetrates the second dielectric layer 12, and a third dielectric. It is connected to the second end 1 b of the first signal transmission line 1 through a through conductor 26 that penetrates the body layer 13. Further, it is connected to the signal output terminal P ⁇ b> 2 through a through conductor penetrating the fourth dielectric layer 14.
  • the second transmission line connection terminal 5 b is provided on the upper surface of the first dielectric layer 11 and is connected to the second end 3 b of the second signal transmission line 3 through a through conductor that penetrates the first dielectric layer 11. .
  • the signal input terminal P1 has a low frequency first frequency band. When an electric signal is input, it is electrically conducted by the switching element of the IC chip 6. When a high frequency electric signal in the second frequency band is input to the signal input terminal P1, it is electrically cut off by the switching element of the IC chip 6.
  • the connection state of the second signal transmission line 3 with respect to the first signal transmission line 1 is switched according to the switching operation.
  • the second signal transmission line 3 is connected between the signal input connection terminal 4a and the first transmission line connection terminal 4b and between the signal output connection terminal 5a and the second transmission line by the switching element of the IC chip 6.
  • the signal input terminal P1 and the signal output terminal P2 are connected in parallel to the first signal transmission line 1 and one of the electric signals input to the signal input terminal P1. Is transmitted to the signal output terminal P2.
  • the first transmission line connection terminal 4b and the first ground terminal 4c form a pair and are connected to the switching element of the IC chip 6, and function as a pair of second switching element connection terminals.
  • the second transmission line connection terminal 5b and the second ground terminal 5c form a pair and are connected to the switching element of the IC chip 6, and function as a pair of second switching element connection terminals.
  • the first ground terminal 4c is provided on the upper surface of the first dielectric layer 11, and is connected to the external ground conductor electrode GND1.
  • the second ground terminal 5c is provided on the upper surface of the first dielectric layer 11, and is connected to the external ground conductor electrode GND2.
  • the signal input connection terminal 4a is switched by the switching element of the IC chip 6. And the first transmission line connection terminal 4b and the signal output connection terminal 5a and the second transmission line connection terminal 5b are electrically disconnected. Further, a signal input connection is made between the first transmission line connection terminal 4b and the first ground terminal 4c and between the second transmission line connection terminal 5b and the second ground terminal 5c by a switching element of the IC chip 6. Conduction is made when the terminal 4a and the first transmission line connection terminal 4b and the signal output connection terminal 5a and the second transmission line connection terminal 5b are electrically disconnected.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the frequency of the electrical signal and the coupler output
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the frequency of the electrical signal and the insertion loss.
  • FIGS. 3 and 4 show the results of modeling the directional coupler 100 based on the first embodiment and simulating the frequency characteristics of the coupler output and insertion loss.
  • the coupler output is an attenuation amount which is a ratio A P3 / A P1 of the power (A P3 ) of the electric signal output from the combined output terminal P3 to the power (A P1 ) of the electric signal input to the signal input terminal P1. It is represented by
  • the insertion loss is an attenuation amount which is a ratio A P2 / A P1 of the electric power (A P2 ) of the electric signal output from the signal output terminal P2 to the electric power (A P1 ) of the electric signal input to the signal input terminal P1. It is represented by
  • a line segment 301 is connected between the signal input connection terminal 4a and the first transmission line connection terminal 4b and the signal output connection terminal 5a by the switching element of the IC chip 6. Between the first transmission line connection terminal 4b and the first ground terminal 4c, and between the second transmission line connection terminal 5b and the second ground terminal 5c. This shows the relationship between coupler output and frequency when is interrupted. That is, in the graph of FIG. 3, the line segment 301 indicates the relationship between the coupler output and the frequency when the second signal transmission line 3 is connected in parallel to the first signal transmission line 1. In the graph of FIG.
  • a line segment 302 is connected between the signal input connection terminal 4a and the first transmission line connection terminal 4b by the switching element of the IC chip 6, and the signal output connection. Between the terminal 5a and the second transmission line connection terminal 5b is cut off, between the first transmission line connection terminal 4b and the first ground terminal 4c, and between the second transmission line connection terminal 5b and the second ground terminal 5c.
  • This shows the relationship between the coupler output and the frequency when they are conducted. That is, in the graph of FIG. 3, a line segment 302 indicates the relationship between the coupler output and the frequency when the second signal transmission line 3 is connected to the ground conductor electrodes GND1 and GND2 and short-circuited.
  • a line segment 303 is connected between the signal input connection terminal 4a and the first transmission line connection terminal 4b by the switching element of the IC chip 6, and the signal output connection.
  • the terminal 5a and the second transmission line connection terminal 5b are electrically connected, the first transmission line connection terminal 4b and the first ground terminal 4c, and the second transmission line connection terminal 5b and the second ground terminal 5c. It shows the relationship between the insertion loss and the frequency when the gap is cut off. That is, in the graph of FIG. 4, a line segment 303 indicates the relationship between the insertion loss and the frequency when the second signal transmission line 3 is connected in parallel to the first signal transmission line 1. In the graph of FIG.
  • a line segment 304 is connected between the signal input connection terminal 4a and the first transmission line connection terminal 4b by the switching element of the IC chip 6, and the signal output connection. Between the terminal 5a and the second transmission line connection terminal 5b is cut off, between the first transmission line connection terminal 4b and the first ground terminal 4c, and between the second transmission line connection terminal 5b and the second ground terminal 5c.
  • This shows the relationship between the insertion loss and the frequency when the gap is conducted. That is, in the graph of FIG. 4, a line segment 304 indicates the relationship between the insertion loss and the frequency when the second signal transmission line 3 is connected to the ground conductor electrodes GND1 and GND2 and short-circuited.
  • the signal input connection terminal 4a and the first transmission are switched by the switching element of the IC chip 6.
  • the line connection terminal 4b and the signal output connection terminal 5a and the second transmission line connection terminal 5b are electrically connected, and the second signal transmission line 3 is connected to the first signal transmission line 1 in parallel.
  • the signal input connection terminal 4a and the first transmission line are connected by the switching element of the IC chip 6. The connection between the terminal 4b and the signal output connection terminal 5a and the second transmission line connection terminal 5b are blocked.
  • the electromagnetic coupling of the coupling line 2 becomes relatively weak, and when an electric signal in the first frequency band of low frequency is input,
  • the second signal transmission line 3 is connected in parallel to the first signal transmission line 1 so that the electromagnetic coupling of the coupling line 2 becomes stronger and the electromagnetic coupling of the coupling line 2 becomes relatively stronger.
  • the second signal transmission line 3 is not connected to the first signal transmission line 1 and the electromagnetic coupling of the coupling line 2 becomes weak.
  • the directionality of the directional coupler 100 is the ratio of the electric power (A P3 ) of the electric signal output from the combined output terminal P3 to the electric power (A P1 ) of the electric signal input to the signal input terminal P1.
  • a P3 / a P1 and coupler output is a ratio a of the relative signal output terminal of the electric signal input from the P2 power (a P2), of the electric signal output from the coupled output terminal P3 power (a P3) P3 /
  • the difference from the attenuation amount which is A P2 is represented by [A P3 / A P1 ⁇ A P3 / A P2 ].
  • a larger value of [A P3 / A P1 ⁇ A P3 / A P2 ] representing the directionality indicates that the directionality characteristic of the directional coupler 100 is better.
  • a low-frequency first frequency band electrical signal is input to the signal input terminal P1, and the signal input connection terminal 4a and the first transmission line are switched by the switching element of the IC chip 6.
  • the connection terminal 4b and between the signal output connection terminal 5a and the second transmission line connection terminal 5b, between the first transmission line connection terminal 4b and the first ground terminal 4c, and The second transmission line connection terminal 5b and the second ground terminal 5c are disconnected.
  • an electric signal in the second frequency band having a high frequency is input to the signal input terminal P1, and the signal input connection terminal 4a and the first transmission line connection terminal 4b are switched by the switching element of the IC chip 6.
  • Conduction is established between the line connection terminal 5b and the second ground terminal 5c.
  • the switching element of the IC chip 6 allows the signal input connection terminal 4a and the first transmission line connection terminal 4b to be connected and the signal output connection.
  • the connection between the terminal 5a and the second transmission line connection terminal 5b is interrupted, the connection between the first transmission line connection terminal 4b and the first ground terminal 4c, and the second transmission line connection terminal 5b and the second ground.
  • the second signal transmission line 3 is connected to the ground conductor electrodes GND1 and GND2 and short-circuited with the terminal 5c, the coupling capacitance between the second signal transmission line 3 and the coupling line 2 is reduced, and the direction [A P3 / A P1 -A P3 / A P2 ] representing the property can be suppressed from decreasing, and the directionality of the directional coupler 100 can be suppressed from decreasing.
  • the communication module 200 of the present embodiment is configured as described above, and can reduce the change in coupler output and the change in insertion loss due to frequency, and the first of the directional coupler 100. And an IC chip 6 including a switching element mounted on the upper surface of the dielectric layer 11.
  • the switching elements of the IC chip 6 are the signal input connection terminal 4a, the first transmission line connection terminal 4b, the first ground terminal 4c, the signal output connection terminal 5a, the second transmission line connection terminal 5b, and the second. Connected to the ground terminal 5c.
  • the switching element of the IC chip 6 is connected between the signal input connection terminal 4a and the first transmission line connection terminal 4b when an electric signal in the first frequency band having a low frequency is input to the signal input terminal P1.
  • the signal output connection terminal 5a and the second transmission line connection terminal 5b are electrically connected, the first transmission line connection terminal 4b and the first ground terminal 4c, and the second transmission line connection terminal 5b. And the second ground terminal 5c are interrupted.
  • the switching element of the IC chip 6 is connected between the signal input connection terminal 4a and the first transmission line connection terminal 4b when an electric signal in the second high frequency band is input to the signal input terminal P1, and
  • the signal output connection terminal 5a and the second transmission line connection terminal 5b are interrupted, the first transmission line connection terminal 4b and the first ground terminal 4c, and the second transmission line connection terminal 5b and the second transmission line connection terminal 5b. Conduction is established between the ground terminal 5c.
  • the communication module 200 includes a directional coupler 100 that can reduce changes in coupler output and insertion loss due to frequency. By mounting such a communication module 200 on a communication device, a communication device having good communication characteristics over a wide frequency band can be realized.
  • FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the communication module 200A including the directional coupler 100A according to the second embodiment of the present invention.
  • the directional coupler 100A is configured in the same manner as the directional coupler 100 except that the configuration of the switching element connection terminal in the second signal transmission unit SG2 is different from that of the second signal transmission unit SG2.
  • the communication module 200A is configured in the same manner as the communication module 200 except that the communication module 200A includes a directional coupler 100A having a second signal transmission unit SG2 having a different configuration of the switching element connection terminal.
  • the directional coupler 100A and the communication module 200A of the present embodiment have the same parts as the directional coupler 100 and the communication module 200 according to the first embodiment described above. Accordingly, in the following description and drawings, corresponding similar parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the second signal transmission unit SG2 of the directional coupler 100A of the present embodiment is a switching element connection terminal connected to the switching element of the IC chip 6, which is a signal input connection terminal 7a and first transmission line connection terminals 7b and 7c.
  • a second signal transmission line 3 disposed between the two.
  • the signal input connection terminal 7a and the first transmission line connection terminal 7b form a pair and are connected to the switching element of the IC chip 6 and function as a pair of first switching element connection terminals.
  • the signal output connection terminal 8a and the second transmission line connection terminal 8b form a pair and are connected to the switching element of the IC chip 6, and function as a pair of first switching element connection terminals.
  • the signal input connection terminal 7a is connected to the first end 1a of the first signal transmission line 1 and to the signal input terminal P1.
  • the first transmission line connection terminal 7 b is connected to the first end 3 a of the second signal transmission line 3.
  • the signal output connection terminal 8a is connected to the second end 1b of the first signal transmission line 1 and to the signal output terminal P2.
  • the second transmission line connection terminal 8 b is connected to the second end 3 b of the second signal transmission line 3.
  • the signal input terminal P1 has a low frequency first frequency band.
  • the switching element of the IC chip 6 is electrically conducted by the switching element of the IC chip 6, and when the electric signal of the second high frequency band of the high frequency is input to the signal input terminal P1, the switching element of the IC chip 6 Is electrically cut off.
  • the connection state of the second signal transmission line 3 with respect to the first signal transmission line 1 is switched according to the switching operation.
  • the second signal transmission line 3 is connected between the signal input connection terminal 7a and the first transmission line connection terminal 7b, and between the signal output connection terminal 8a and the second transmission line by the switching element of the IC chip 6.
  • the signal input terminal P1 and the signal output terminal P2 are connected in parallel to the first signal transmission line 1 and one of the electric signals input to the signal input terminal P1. Is transmitted to the signal output terminal P2.
  • the electromagnetic coupling of the coupling line 2 becomes relatively weak, and when an electric signal in the first frequency band of low frequency is input,
  • the second signal transmission line 3 is connected in parallel to the first signal transmission line 1, the electromagnetic coupling of the coupling line 2 becomes stronger, and the electromagnetic coupling of the coupling line 2 becomes relatively stronger.
  • the second signal transmission line 3 is not connected to the first signal transmission line 1 and the electromagnetic coupling of the coupling line 2 is weakened. Changes in insertion loss can be reduced.
  • the first transmission line connection terminal 7c and the first ground terminal 7d form a pair and are connected to the switching element of the IC chip 6, and a pair of second switching elements Functions as a connection terminal.
  • the second transmission line connection terminal 8c and the second ground terminal 8d form a pair and are connected to the switching element of the IC chip 6, and function as a pair of second switching element connection terminals.
  • the first transmission line connection terminal 7 c is connected to the first end 3 a of the second signal transmission line 3.
  • the second transmission line connection terminal 8 c is connected to the second end 3 b of the second signal transmission line 3.
  • the first ground terminal 7d is connected to the external ground conductor electrode GND1.
  • the second ground terminal 8d is connected to the external ground conductor electrode GND2.
  • a signal input connection terminal 7a is provided by a switching element of the IC chip 6. And the first transmission line connection terminal 7b and the signal output connection terminal 8a and the second transmission line connection terminal 8b are electrically disconnected. Further, a signal input connection is made between the first transmission line connection terminal 7c and the first ground terminal 7d and between the second transmission line connection terminal 8c and the second ground terminal 8d by a switching element of the IC chip 6. Conduction is made when the terminal 7a and the first transmission line connection terminal 7b and the signal output connection terminal 8a and the second transmission line connection terminal 8b are electrically disconnected.
  • the switching element of the IC chip 6 allows the signal input connection terminal 7a and the first transmission line connection terminal 7b to be connected and the signal output connection.
  • the connection between the terminal 8a and the second transmission line connection terminal 8b is interrupted, the connection between the first transmission line connection terminal 7c and the first ground terminal 7d, and the second transmission line connection terminal 8c and the second ground.
  • the coupling capacitance between the second signal transmission line 3 and the coupling line 2 is reduced, and the direction [A P3 / A P1 ⁇ A P3 / A P2 ] representing the property can be suppressed from decreasing, and the directionality of the directional coupler 100A can be suppressed from decreasing.
  • the communication module 200A of the present embodiment is configured as described above, and the directional coupler 100A that can reduce the change in the coupler output and the change in the insertion loss due to the frequency, and the IC chip 6 that includes the switching element. It is comprised including.
  • the switching elements of the IC chip 6 are the signal input connection terminal 7a, the first transmission line connection terminals 7b and 7c, the first ground terminal 7d, the signal output connection terminal 8a, and the second transmission line connection terminals 8b and 8c. And the second ground terminal 8d.
  • the switching element of the IC chip 6 is connected between the signal input connection terminal 7a and the first transmission line connection terminal 7b when the low frequency first frequency band electrical signal is input to the signal input terminal P1.
  • the signal output connection terminal 8a and the second transmission line connection terminal 8b are electrically connected, the first transmission line connection terminal 7c and the first ground terminal 7d, and the second transmission line connection terminal 8c and the second transmission line connection terminal 8b.
  • the ground terminal 8d is disconnected.
  • the switching element of the IC chip 6 is connected between the signal input connection terminal 7a and the first transmission line connection terminal 7b when an electric signal in the second high frequency band is input to the signal input terminal P1, and The signal output connection terminal 8a and the second transmission line connection terminal 8b are blocked, the first transmission line connection terminal 7c and the first ground terminal 7d, and the second transmission line connection terminal 8c and the second transmission line connection terminal 8b. Conduction is established between the ground terminal 8d.
  • the communication module 200A includes the directional coupler 100A that can reduce the change in the coupler output and the change in the insertion loss due to the frequency, the communication module 200A can be widely used by mounting the communication module 200A in the communication device. A communication apparatus having good communication characteristics over a wide frequency band can be realized.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
  • a switching means using a diode or MEMS, or a mechanical switching means such as a relay may be used instead of the IC chip 6, a switching means using a diode or MEMS, or a mechanical switching means such as a relay may be used.
  • the first signal transmission line 1, the second signal transmission line 3, and the coupling line 2 may be formed using wiring or a rewiring layer in the IC, or may be formed using a printed circuit board or the like.
  • the first signal transmission line 1, the second signal transmission line 3, and the coupling line 2 may not be arranged in different layers, but may be partially formed in the same layer and electromagnetically coupled.

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Abstract

方向性結合器は、信号入力端子と信号出力端子との間に配設される第１信号伝送線路と、結合出力端子と抵抗接続端子との間に配設され、第１信号伝送線路と電磁結合する結合線路と、ＩＣチップのスイッチング素子に接続されるスイッチング端子と、スイッチング素子によるスイッチング端子間の接続切替え動作に応じて第１信号伝送線路に対する接続状態が切り替えられる第２信号伝送線路と、を含んで構成される。第２信号伝送線路は、信号入力端子に低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によるスイッチング端子間の接続切替え動作に応じて、第１信号伝送線路１に並列接続される。

Description

方向性結合器および通信モジュール
　本発明は、配線を伝送する電気信号をモニタリングするための方向性結合器、および該方向性結合器を備える通信モジュールに関する。
　携帯電話装置や移動体通信に用いられる通信装置等の小型化・高密度化・低価格化に対する要求が高まる中、１つの部品に複数の機能を内蔵することで部品点数を減少させ、小型化・高密度化を実現している。
　通信装置で用いられる電子部品には、アンテナで受信した電気信号から特定の周波数帯域の信号を取り出すためのフィルタ、電気信号を増幅するためのアンプ、配線を伝送する電気信号をモニタリングするための方向性結合器（カプラ）などがある。
　特許第５３２７３２４号公報には、主線路と電磁気的に結合している副線路に接続されるローパスフィルタが、コンデンサとコイルとを含むことを特徴とする方向性結合器が記載されている。
　通信装置では、通信に使用する周波数帯域が様々であるが、搭載部品には、周波数によって特性が変化するものがあり、その場合、周波数帯域ごとに搭載部品を変更しなければならない。特許第５３２７３２４号公報記載の方向性結合器は、コンデンサとコイルとを含む、いわゆるＬＣ型のローパスフィルタを用いることで、副線路から出力される電気信号の減衰量で表されるカプラ出力の周波数による変化を低減し、広い周波数帯域に対応可能な方向性結合器を実現しようとするものである。
　特許第５３２７３２４号公報記載の方向性結合器は、カプラ出力の周波数による変化を低減することができるものの、主線路から出力される電気信号の減衰量で表される挿入損失が周波数によって変化してしまうという虞がある。
　本発明の一態様の方向性結合器は、スイッチング素子を備える通信モジュールに用いられる。方向性結合器は、予め定める第１周波数帯域の電気信号、および第１周波数帯域よりも高い、予め定める第２周波数帯域の電気信号が入力される信号入力端子と、前記信号入力端子に入力された電気信号を伝送する第１信号伝送線路と、前記第１信号伝送線路を伝送された電気信号を出力する信号出力端子と、前記第１信号伝送線路と電磁結合し、該電磁結合によって生じた電気信号を伝送する結合線路と、前記結合線路の第１端が接続され、前記結合線路を伝送された電気信号を出力する結合出力端子と、前記結合線路の第２端が接続されるとともに、外部の終端抵抗に接続される抵抗接続端子と、前記信号入力端子と前記信号出力端子との間にスイッチング素子を介して配設され、スイッチング素子によって電気的に導通または遮断される第２信号伝送線路であって、前記信号入力端子に前記第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によって電気的に導通され、前記信号入力端子に前記第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によって電気的に遮断される、第２信号伝送線路と、を含む。
　また本発明の一態様の通信モジュールは、前記方向性結合器と、前記第２信号伝送線路に設けられ、該第２信号伝送線路を導通または遮断させるスイッチング素子であって、前記信号入力端子に前記第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、前記第２信号伝送線路を電気的に導通させ、前記信号入力端子に前記第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、前記第２信号伝送線路を電気的に遮断させるスイッチング素子と、を含む。
本発明の第１実施形態に係る方向性結合器１００を備えた通信モジュール２００の等価回路図である。 通信モジュール２００の構成を示す分解斜視図である。 電気信号の周波数とカプラ出力との関係を示すグラフである。 電気信号の周波数と挿入損失との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る方向性結合器１００Ａを備えた通信モジュール２００Ａの等価回路図である。
　図１は本発明の第１実施形態に係る方向性結合器１００を備えた通信モジュール２００の等価回路図であり、図２は通信モジュール２００の構成を示す分解斜視図である。
　本実施形態の通信モジュール２００は、携帯電話装置や移動体通信に用いられる通信装置に搭載されるものであり、方向性結合器（カプラ）１００とスイッチング素子を備えるＩＣ（Integrated Circuit）チップ６とを含んで構成される。
　図２に示すように、方向性結合器１００は、複数の誘電体層が積層された積層構造、具体的には第１誘電体層１１、第２誘電体層１２、第３誘電体層１３、および第４誘電体層１４が、上からこの順に積層された積層構造を有する誘電体基板を含む。方向性結合器１００において、最外層の第１誘電体層１１および第４誘電体層１４の外表面部には端子に対応した導電体パターンが形成され、各誘電体層の間には信号伝送線路に対応した導電体パターンが形成され、異なる誘電体層に形成された端子に対応した導電体パターンと信号伝送線路に対応した導電体パターンとを電気的に接続する貫通導体が各誘電体層を貫通して設けられる。
　第１誘電体層１１、第２誘電体層１２、第３誘電体層１３、および第４誘電体層１４は、セラミックス、樹脂などの誘電体材料からなり、各導電体パターンは、タングステン、銅などの金属材料からなる。
　また、たとえば、第１誘電体層１１の層厚みは３５μｍであり、第２誘電体層１２の層厚みは３５μｍであり、第３誘電体層１３の層厚みは７０μｍであり、第４誘電体層１４の層厚みは２１０μｍである。
　図１の等価回路に示すように、方向性結合器１００は、第１信号伝送部ＳＧ１と第２信号伝送部ＳＧ２とカプラ部ＣＰとを含む。図１の等価回路で示した各回路素子と、図２の分解斜視図で示した各構成との対応関係について説明するとともに、本実施形態の方向性結合器１００の構成について詳細に説明する。
　（第１信号伝送部ＳＧ１）
　まず、第１信号伝送部ＳＧ１の構成について説明する。第１信号伝送部ＳＧ１は、信号入力端子Ｐ１と、信号出力端子Ｐ２と、これら両端子の間に配設される第１信号伝送線路１とを含む。
　信号入力端子Ｐ１は、たとえば、パワーアンプの出力端子などと接続され、予め定める低周波数の第１周波数帯域の電気信号、および第１周波数帯域よりも高い高周波数の、予め定める第２周波数帯域の電気信号が入力される。方向性結合器１００は、信号入力端子Ｐ１に入力される電気信号の最低周波数（第１周波数帯域の下限値）から最高周波数（第２周波数帯域の上限値）にわたる周波数帯域を使用周波数帯域として用いられる。本実施形態では、信号入力端子Ｐ１に入力される電気信号において、第１周波数帯域が０．６９９～０．９６０ＧＨｚであり、第２周波数帯域が１．４２７～２．６９０ＧＨｚであることに対応して、方向性結合器１００は、第１周波数帯域の下限値である０．６９９ＧＨｚから第２周波数帯域の上限値である２．６９０ＧＨｚにわたる、０．６９９～２．６９０ＧＨｚの周波数帯域を使用周波数帯域として用いられる。図２に示すように、信号入力端子Ｐ１は、第４誘電体層１４の下面１４Ａに設けられる。
　第１信号伝送線路１は、信号入力端子Ｐ１に入力された電気信号を伝送する。図２に示すように、第１信号伝送線路１は、第４誘電体層１４の上面であって、第３誘電体層１３と第４誘電体層１４との層間に所定の長さで設けられる。
　信号出力端子Ｐ２は、たとえば、アンテナなどと接続され、第１信号伝送線路１を伝送した電気信号をアンテナに出力する。図２に示すように、信号出力端子Ｐ２は、第４誘電体層１４の下面１４Ａに設けられる。
　第１信号伝送線路１の第１端１ａは、第４誘電体層１４を貫通する貫通導体を介して、信号入力端子Ｐ１と接続される。また、第１信号伝送線路１の第２端１ｂは、第４誘電体層１４を貫通する貫通導体を介して、信号出力端子Ｐ２と接続される。信号入力端子Ｐ１から入力された電気信号は、第１信号伝送線路１の第１端１ａから第２端１ｂまで伝送し、信号出力端子Ｐ２から出力される。
　（カプラ部ＣＰ）
　次に、カプラ部ＣＰの構成について説明する。カプラ部ＣＰは、結合出力端子Ｐ３と、抵抗接続端子Ｐ４と、これら両端子の間に配設される結合線路２とを含む。
　結合線路２は、第１信号伝送線路１と電磁結合し、該電磁結合によって生じた電気信号を伝送する。結合線路２は、第１信号伝送線路１と電磁結合して、第１信号伝送線路１を伝送する電気信号の一部を取り出す。図２に示すように、結合線路２は、第３誘電体層１３の上面であって、第２誘電体層１２と第３誘電体層１３との層間に所定の長さで設けられる。結合線路２と第１信号伝送線路１とは、第３誘電体層１３を挟んで対向しており、電磁的に結合される。本実施形態では、結合線路２と第１信号伝送線路１とは、それぞれ、直線状の導電体パターンが２つの屈曲点で同一方向に屈曲した形状に設けられており、誘電体層の積層方向に見たときに、重なるように配置されている。
　結合線路２と第１信号伝送線路１との電磁結合の強さは、たとえば、一方の線路の長さを短くしたり、積層方向に見たときに重なり領域の面積を小さくしたり、重ならないようにずらしたり、結合線路２と第１信号伝送線路１との距離を大きくする、すなわち第３誘電体層１３の厚みを厚くすることにより、小さくすることができる。このように、結合線路２と第１信号伝送線路１との電磁結合の強さを変化させることで、結合線路２から出力される電気信号の減衰量で表されるカプラ出力を制御することができる。
　結合出力端子Ｐ３は、結合線路２の第１端２ａが接続され、結合線路２を伝送した電気信号を出力する。結合出力端子Ｐ３から出力された電気信号は、モニタリング信号として外部回路に入力される。図２に示すように、結合出力端子Ｐ３は、第１誘電体層１１の上面に設けられる。
　抵抗接続端子Ｐ４は、結合線路２の第２端２ｂが接続されるとともに、外部の終端抵抗Ｒｔに接続される。外部の終端抵抗Ｒｔは、接地導体電極ＧＮＤ３に接続されている。図２に示すように、抵抗接続端子Ｐ４は、第１誘電体層１１の上面に設けられる。
　結合線路２の第１端２ａは、第１誘電体層１１を貫通する貫通導体と第２誘電体層１２を貫通する貫通導体２４とを介して、結合出力端子Ｐ３と接続される。また、結合線路２の第２端２ｂは、第１誘電体層１１を貫通する貫通導体と第２誘電体層１２を貫通する貫通導体２３とを介して、抵抗接続端子Ｐ４と接続される。
　（第２信号伝送部ＳＧ２）
　次に、第２信号伝送部ＳＧ２の構成について説明する。第２信号伝送部ＳＧ２は、ＩＣチップ６のスイッチング素子を介して信号入力端子Ｐ１と信号出力端子Ｐ２との間に配設され、スイッチング素子によって電気的に導通または遮断される第２信号伝送線路３を含む。第２信号伝送線路３は、信号入力端子Ｐ１に低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によって電気的に導通され、信号入力端子Ｐ１に高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によって電気的に遮断される。
　本実施形態では、第２信号伝送部ＳＧ２は、ＩＣチップ６のスイッチング素子による第２信号伝送線路３の電気的な導通または遮断を切り替えるためのスイッチング素子接続端子である、信号入力接続端子４ａ、第１伝送線路接続端子４ｂ、第１接地端子４ｃ、信号出力接続端子５ａ、第２伝送線路接続端子５ｂ、および第２接地端子５ｃを、さらに含む。第２信号伝送線路３は、第１伝送線路接続端子４ｂと第２伝送線路接続端子５ｂとの間に配設される。
　第２信号伝送線路３は、詳細については後述するが、ＩＣチップ６のスイッチング素子による、信号入力接続端子４ａ、第１伝送線路接続端子４ｂ、第１接地端子４ｃ、信号出力接続端子５ａ、第２伝送線路接続端子５ｂ、および第２接地端子５ｃの各スイッチング端子間の接続切替え動作に応じて第１信号伝送線路１に対する接続状態が切り替えられる。図２に示すように、第２信号伝送線路３は、第２誘電体層１２の上面であって、第１誘電体層１１と第２誘電体層１２との層間に所定の長さで設けられる。第２信号伝送線路３は、結合線路２と第２誘電体層１２を挟んで対向しており、第２信号伝送線路３と結合線路２とは、それぞれ、直線状の導電体パターンが２つの屈曲点で同一方向に屈曲した形状に設けられており、誘電体層の積層方向に見たときに、重なるように配置されている。
　信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとは、対を成してＩＣチップ６のスイッチング素子に接続され、一対の第１スイッチング素子接続端子として機能する。また、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとは、対を成してＩＣチップ６のスイッチング素子に接続され、一対の第１スイッチング素子接続端子として機能する。
　図２に示すように、信号入力接続端子４ａは、第１誘電体層１１の上面に設けられ、第１誘電体層１１を貫通する貫通導体、第２誘電体層１２を貫通する貫通導体２１、および第３誘電体層１３を貫通する貫通導体２５を介して第１信号伝送線路１の第１端１ａに接続される。さらに第４誘電体層１４を貫通する貫通導体を介して信号入力端子Ｐ１に接続される。第１伝送線路接続端子４ｂは、第１誘電体層１１の上面に設けられ、第１誘電体層１１を貫通する貫通導体を介して第２信号伝送線路３の第１端３ａに接続される。
　また、信号出力接続端子５ａは、第１誘電体層１１の上面に設けられ、第１誘電体層１１を貫通する貫通導体、第２誘電体層１２を貫通する貫通導体２２、および第３誘電体層１３を貫通する貫通導体２６を介して第１信号伝送線路１の第２端１ｂに接続される。さらに第４誘電体層１４を貫通する貫通導体を介して信号出力端子Ｐ２に接続される。第２伝送線路接続端子５ｂは、第１誘電体層１１の上面に設けられ、第１誘電体層１１を貫通する貫通導体を介して第２信号伝送線路３の第２端３ｂに接続される。
　信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間は、信号入力端子Ｐ１に低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって電気的に導通される。そして、信号入力端子Ｐ１に高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって電気的に遮断される。
　上記のような、ＩＣチップ６のスイッチング素子による、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間の接続切替え動作に応じて、第２信号伝送線路３は、第１信号伝送線路１に対する接続状態が切り替えられる。具体的には、第２信号伝送線路３は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が導通されたときに、信号入力端子Ｐ１と信号出力端子Ｐ２との間で、第１信号伝送線路１に並列接続され、信号入力端子Ｐ１に入力された電気信号の一部を信号出力端子Ｐ２に伝送する。
　第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとは、対を成してＩＣチップ６のスイッチング素子に接続され、一対の第２スイッチング素子接続端子として機能する。また、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとは、対を成してＩＣチップ６のスイッチング素子に接続され、一対の第２スイッチング素子接続端子として機能する。
　図２に示すように、第１接地端子４ｃは、第１誘電体層１１の上面に設けられ、外部の接地導体電極ＧＮＤ１に接続される。また、第２接地端子５ｃは、第１誘電体層１１の上面に設けられ、外部の接地導体電極ＧＮＤ２に接続される。
　第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が電気的に導通されたときに、遮断される。また、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が電気的に遮断されたときに、導通される。
　図３は電気信号の周波数とカプラ出力との関係を示すグラフであり、図４は電気信号の周波数と挿入損失との関係を示すグラフである。図３および図４は、第１実施形態に基づく方向性結合器１００をモデル化し、カプラ出力および挿入損失の周波数特性についてシミュレーションを行った結果を示す。
　０．１００～３．０００ＧＨｚの周波数帯域において解析を行い、信号入力端子Ｐ１に入力される電気信号の、低周波数の第１周波数帯域が０．６９９～０．９６０ＧＨｚであり、高周波数の第２周波数帯域が１．４２７～２．６９０ＧＨｚであると想定し、方向性結合器１００の使用周波数帯域を０．６９９～２．６９０ＧＨｚとした。
　カプラ出力とは、信号入力端子Ｐ１に入力される電気信号の電力（ＡＰ１）に対する、結合出力端子Ｐ３から出力される電気信号の電力（ＡＰ３）の比ＡＰ３／ＡＰ１である減衰量で表される。挿入損失とは、信号入力端子Ｐ１に入力される電気信号の電力（ＡＰ１）に対する、信号出力端子Ｐ２から出力される電気信号の電力（ＡＰ２）の比ＡＰ２／ＡＰ１である減衰量で表される。
　カプラ出力の周波数特性を示す図３のグラフにおいて、線分３０１は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が導通され、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間が遮断されたときの、カプラ出力と周波数との関係を示すものである。すなわち、図３のグラフにおいて、線分３０１は、第２信号伝送線路３が第１信号伝送線路１に並列接続されたときの、カプラ出力と周波数との関係を示すものである。また、カプラ出力の周波数特性を示す図３のグラフにおいて、線分３０２は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が遮断され、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間が導通されたときの、カプラ出力と周波数との関係を示すものである。すなわち、図３のグラフにおいて、線分３０２は、第２信号伝送線路３が接地導体電極ＧＮＤ１，ＧＮＤ２に接続されて短絡されたときの、カプラ出力と周波数との関係を示すものである。
　また、挿入損失の周波数特性を示す図４のグラフにおいて、線分３０３は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が導通され、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間が遮断されたときの、挿入損失と周波数との関係を示すものである。すなわち、図４のグラフにおいて、線分３０３は、第２信号伝送線路３が第１信号伝送線路１に並列接続されたときの、挿入損失と周波数との関係を示すものである。また、挿入損失の周波数特性を示す図４のグラフにおいて、線分３０４は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が遮断され、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間が導通されたときの、挿入損失と周波数との関係を示すものである。すなわち、図４のグラフにおいて、線分３０４は、第２信号伝送線路３が接地導体電極ＧＮＤ１，ＧＮＤ２に接続されて短絡されたときの、挿入損失と周波数との関係を示すものである。
　本実施形態の方向性結合器１００では、信号入力端子Ｐ１に低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が導通されて、第２信号伝送線路３が第１信号伝送線路１に並列接続される。また、方向性結合器１００では、信号入力端子Ｐ１に高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が遮断される。
　本実施形態の方向性結合器１００が上記のように構成されることによって、結合線路２の電磁結合が相対的に弱くなる、低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、第１信号伝送線路１に第２信号伝送線路３が並列接続されて、結合線路２の電磁結合が強くなり、結合線路２の電磁結合が相対的に強くなる。高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、第１信号伝送線路１に第２信号伝送線路３が接続されずに、結合線路２の電磁結合が弱くなる。カプラ出力の周波数特性を示す図３のグラフ、および、挿入損失の周波数特性を示す図４のグラフから明らかなように、周波数によるカプラ出力の変化を低減する（カプラ出力の最小値と最大値との差分ΔＡを小さくする）とともに、挿入損失の変化を低減することができる。
　ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が遮断されたときに、ＩＣチップ６のスイッチング素子に容量が存在し、方向性結合器１００の方向性が低下する場合がある。ここで、方向性結合器１００の方向性とは、信号入力端子Ｐ１に入力される電気信号の電力（ＡＰ１）に対する、結合出力端子Ｐ３から出力される電気信号の電力（ＡＰ３）の比ＡＰ３／ＡＰ１であるカプラ出力と、信号出力端子Ｐ２から入力される電気信号の電力（ＡＰ２）に対する、結合出力端子Ｐ３から出力される電気信号の電力（ＡＰ３）の比ＡＰ３／ＡＰ２である減衰量との差分、［ＡＰ３／ＡＰ１－ＡＰ３／ＡＰ２］で表される。方向性を表す［ＡＰ３／ＡＰ１－ＡＰ３／ＡＰ２］が大きい値であるほど、方向性結合器１００の方向性の特性がよいことを示す。
　そこで、本実施形態の方向性結合器１００では、信号入力端子Ｐ１に低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力され、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が導通されたときに、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間が遮断される。そして、方向性結合器１００では、信号入力端子Ｐ１に高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力され、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が遮断されたときに、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間が導通される。
　本実施形態の方向性結合器１００が上記のように構成されることによって、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が遮断されたときに、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間が導通され、第２信号伝送線路３が接地導体電極ＧＮＤ１，ＧＮＤ２に接続されて短絡されるので、第２信号伝送線路３と結合線路２との結合容量が小さくなり、方向性を表す［ＡＰ３／ＡＰ１－ＡＰ３／ＡＰ２］が小さくなることを抑制することができ、方向性結合器１００の方向性が低下することを抑制することができる。
　本実施形態の通信モジュール２００は、上記のように構成されて、周波数によるカプラ出力の変化と挿入損失の変化とを低減することができる方向性結合器１００と、方向性結合器１００の第１誘電体層１１の上面に実装されるスイッチング素子を備えるＩＣチップ６とを含んで構成される。
　通信モジュール２００において、ＩＣチップ６のスイッチング素子は、信号入力接続端子４ａ、第１伝送線路接続端子４ｂ、第１接地端子４ｃ、信号出力接続端子５ａ、第２伝送線路接続端子５ｂ、および第２接地端子５ｃに接続される。
　そして、ＩＣチップ６のスイッチング素子は、信号入力端子Ｐ１に低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が導通されたときに、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間を遮断させる。また、ＩＣチップ６のスイッチング素子は、信号入力端子Ｐ１に高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間を遮断させ、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間を導通させる。
　通信モジュール２００は、周波数によるカプラ出力の変化と挿入損失の変化とを低減することができる方向性結合器１００を備えて。このような通信モジュール２００を通信装置に搭載することによって、広範な周波数帯域にわたって良好な通信特性を有する通信装置を実現することができる。
　図５は、本発明の第２実施形態に係る方向性結合器１００Ａを備えた通信モジュール２００Ａの等価回路図である。方向性結合器１００Ａは、第２信号伝送部ＳＧ２におけるスイッチング素子接続端子の構成が前述した第２信号伝送部ＳＧ２と異なること以外は、方向性結合器１００と同様に構成される。また、通信モジュール２００Ａは、スイッチング素子接続端子の構成が異なる第２信号伝送部ＳＧ２を有する方向性結合器１００Ａを備えたこと以外は、通信モジュール２００と同様に構成される。このように本実施形態の方向性結合器１００Ａおよび通信モジュール２００Ａは、前述した第１実施形態に係る方向性結合器１００および通信モジュール２００と同様の部分を有する。したがって、以下の説明および図において、対応する同様の部分については同一の参照符号を付すとともに、説明を省略する。
　本実施形態の方向性結合器１００Ａの第２信号伝送部ＳＧ２は、ＩＣチップ６のスイッチング素子に接続されるスイッチング素子接続端子である、信号入力接続端子７ａ、第１伝送線路接続端子７ｂ，７ｃ、第１接地端子７ｄ、信号出力接続端子８ａ、第２伝送線路接続端子８ｂ，８ｃ、および第２接地端子８ｄと、第１伝送線路接続端子７ｂ，７ｃと第２伝送線路接続端子８ｂ，８ｃとの間に配設される第２信号伝送線路３と、を含む。
　信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとは、対を成してＩＣチップ６のスイッチング素子に接続され、一対の第１スイッチング素子接続端子として機能する。また、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとは、対を成してＩＣチップ６のスイッチング素子に接続され、一対の第１スイッチング素子接続端子として機能する。
　信号入力接続端子７ａは、第１信号伝送線路１の第１端１ａに接続されるとともに、信号入力端子Ｐ１に接続される。第１伝送線路接続端子７ｂは、第２信号伝送線路３の第１端３ａに接続される。
　また、信号出力接続端子８ａは、第１信号伝送線路１の第２端１ｂに接続されるとともに、信号出力端子Ｐ２に接続される。第２伝送線路接続端子８ｂは、第２信号伝送線路３の第２端３ｂに接続される。
　信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとの間、および、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとの間は、信号入力端子Ｐ１に低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって電気的に導通され、信号入力端子Ｐ１に高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって電気的に遮断される。
　上記のような、ＩＣチップ６のスイッチング素子による、信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとの間、および、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとの間の接続切替え動作に応じて、第２信号伝送線路３は、第１信号伝送線路１に対する接続状態が切り替えられる。具体的には、第２信号伝送線路３は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとの間、および、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとの間が導通されたときに、信号入力端子Ｐ１と信号出力端子Ｐ２との間で、第１信号伝送線路１に並列接続され、信号入力端子Ｐ１に入力された電気信号の一部を信号出力端子Ｐ２に伝送する。
　本実施形態の方向性結合器１００Ａが上記のように構成されることによって、結合線路２の電磁結合が相対的に弱くなる、低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、第１信号伝送線路１に第２信号伝送線路３が並列接続されて、結合線路２の電磁結合が強くなり、結合線路２の電磁結合が相対的に強くなる、高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、第１信号伝送線路１に第２信号伝送線路３が接続されずに、結合線路２の電磁結合が弱くなるので、周波数によるカプラ出力の変化を低減するとともに、挿入損失の変化を低減することができる。
　さらに、本実施形態の方向性結合器１００Ａにおいて、第１伝送線路接続端子７ｃと第１接地端子７ｄとは、対を成してＩＣチップ６のスイッチング素子に接続され、一対の第２スイッチング素子接続端子として機能する。また、第２伝送線路接続端子８ｃと第２接地端子８ｄとは、対を成してＩＣチップ６のスイッチング素子に接続され、一対の第２スイッチング素子接続端子として機能する。
　第１伝送線路接続端子７ｃは、第２信号伝送線路３の第１端３ａに接続される。また、第２伝送線路接続端子８ｃは、第２信号伝送線路３の第２端３ｂに接続される。
　第１接地端子７ｄは、外部の接地導体電極ＧＮＤ１に接続される。また、第２接地端子８ｄは、外部の接地導体電極ＧＮＤ２に接続される。
　第１伝送線路接続端子７ｃと第１接地端子７ｄとの間、および、第２伝送線路接続端子８ｃと第２接地端子８ｄとの間は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとの間、および、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとの間が電気的に導通されたときに、遮断される。また、第１伝送線路接続端子７ｃと第１接地端子７ｄとの間、および、第２伝送線路接続端子８ｃと第２接地端子８ｄとの間は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとの間、および、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとの間が電気的に遮断されたときに、導通される。
　本実施形態の方向性結合器１００Ａが上記のように構成されることによって、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとの間、および、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとの間が遮断されたときに、第１伝送線路接続端子７ｃと第１接地端子７ｄとの間、および、第２伝送線路接続端子８ｃと第２接地端子８ｄとの間が導通され、第２信号伝送線路３が接地導体電極ＧＮＤ１，ＧＮＤ２に接続されて短絡されるので、第２信号伝送線路３と結合線路２との結合容量が小さくなり、方向性を表す［ＡＰ３／ＡＰ１－ＡＰ３／ＡＰ２］が小さくなることを抑制することができ、方向性結合器１００Ａの方向性が低下することを抑制することができる。
　本実施形態の通信モジュール２００Ａは、上記のように構成されて、周波数によるカプラ出力の変化と挿入損失の変化とを低減することができる方向性結合器１００Ａと、スイッチング素子を備えるＩＣチップ６とを含んで構成される。
　通信モジュール２００Ａにおいて、ＩＣチップ６のスイッチング素子は、信号入力接続端子７ａ、第１伝送線路接続端子７ｂ，７ｃ、第１接地端子７ｄ、信号出力接続端子８ａ、第２伝送線路接続端子８ｂ，８ｃ、および第２接地端子８ｄに接続される。
　そして、ＩＣチップ６のスイッチング素子は、信号入力端子Ｐ１に低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとの間、および、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとの間が導通させ、第１伝送線路接続端子７ｃと第１接地端子７ｄとの間、および、第２伝送線路接続端子８ｃと第２接地端子８ｄとの間を遮断させる。また、ＩＣチップ６のスイッチング素子は、信号入力端子Ｐ１に高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとの間、および、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとの間を遮断させ、第１伝送線路接続端子７ｃと第１接地端子７ｄとの間、および、第２伝送線路接続端子８ｃと第２接地端子８ｄとの間を導通させる。
　通信モジュール２００Ａは、周波数によるカプラ出力の変化と挿入損失の変化とを低減することができる方向性結合器１００Ａを備えているので、このような通信モジュール２００Ａを通信装置に搭載することによって、広範な周波数帯域にわたって良好な通信特性を有する通信装置を実現することができる。
　なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、ＩＣチップ６の代わりに、ダイオードまたはＭＥＭＳを用いたスイッチング手段、あるいはリレーなどの機械的なスイッチング手段を用いても構わない。また、第１信号伝送線路１、第２信号伝送線路３、結合線路２をＩＣ内の配線や再配線層を用いて形成したり、プリント基板など用いて形成しても構わない。また、第１信号伝送線路１、第２信号伝送線路３、結合線路２を互いに異なる層に配置するのではなく、一部を同一層に形成し電磁結合させても構わない。
　１　第１信号伝送線路
　２　結合線路
　３　第２信号伝送線路
　４ａ，７ａ　信号入力接続端子
　４ｂ，７ｂ，７ｃ　第１伝送線路接続端子
　４ｃ，７ｄ　第１接地端子
　５ａ，８ａ　信号出力接続端子
　５ｂ，８ｂ，８ｃ　第２伝送線路接続端子
　５ｃ，８ｄ　第２接地端子
　６　ＩＣチップ
　１１　第１誘電体層
　１２　第２誘電体層
　１３　第３誘電体層
　１４　第４誘電体層
　２１～２６　貫通導体
　１００，１００Ａ　方向性結合器
　２００，２００Ａ　通信モジュール
　ＣＰ　カプラ部
　Ｐ１　信号入力端子
　Ｐ２　信号出力端子
　Ｐ３　結合出力端子
　Ｐ４　抵抗接続端子
　ＳＧ１　第１信号伝送部
　ＳＧ２　第２信号伝送部

Claims (5)

  1. 　スイッチング素子を備える通信モジュールに用いられる方向性結合器であって、
    　予め定める第１周波数帯域の電気信号、および第１周波数帯域よりも高い、予め定める第２周波数帯域の電気信号が入力される信号入力端子と、
    　前記信号入力端子に入力された電気信号を伝送する第１信号伝送線路と、
    　前記第１信号伝送線路を伝送された電気信号を出力する信号出力端子と、
    　前記第１信号伝送線路と電磁結合し、該電磁結合によって生じた電気信号を伝送する結合線路と、
    　前記結合線路の第１端が接続され、前記結合線路を伝送された電気信号を出力する結合出力端子と、
    　前記結合線路の第２端が接続されるとともに、外部の終端抵抗に接続される抵抗接続端子と、
    　前記信号入力端子と前記信号出力端子との間にスイッチング素子を介して配設され、スイッチング素子によって電気的に導通または遮断される第２信号伝送線路であって、
    　　前記信号入力端子に前記第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によって電気的に導通され、
    　　前記信号入力端子に前記第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によって電気的に遮断される、第２信号伝送線路と、を含むことを特徴とする方向性結合器。
  2. 　スイッチング素子による前記第２信号伝送線路の電気的な導通または遮断を切り替えるための一対の第１スイッチング素子接続端子であって、第１端子が前記信号入力端子または前記信号出力端子に接続され、第２端子が前記第２信号伝送線路に接続される、一対の第１スイッチング素子接続端子を、さらに含み、
    　前記一対の第１スイッチング素子接続端子の前記第１端子と前記第２端子との間は、
    　　前記信号入力端子に前記第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によって電気的に導通され、
    　　前記信号入力端子に前記第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によって電気的に遮断されることを特徴とする請求項１に記載の方向性結合器。
  3. 　スイッチング素子に接続される一対の第２スイッチング素子接続端子であって、第１端子が前記第２信号伝送線路に接続され、第２端子が接地される、一対の第２スイッチング素子接続端子を、さらに含み、
    　前記一対の第２スイッチング素子接続端子の前記第１端子と前記第２端子との間は、
    　　スイッチング素子によって前記一対の第１スイッチング素子接続端子の第１端子と前記第２端子との間が電気的に導通されたときに、遮断され、
    　　前記スイッチング素子によって前記一対の第１スイッチング素子接続端子の第１端子と第２端子との間が電気的に遮断されたときに、導通されることを特徴とする請求項２に記載の方向性結合器。
  4. 　前記第１周波数帯域は、０．６９９～０．９６０ＧＨｚであり、
    　前記第２周波数帯域は、１．４２７～２．６９０ＧＨｚであることを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の方向性結合器。
  5. 　請求項１～４のいずれか１つに記載の方向性結合器と、
    　前記第２信号伝送線路に設けられ、該第２信号伝送線路を導通または遮断させるスイッチング素子であって、
    　　前記信号入力端子に前記第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、前記第２信号伝送線路を電気的に導通させ、
    　　前記信号入力端子に前記第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、前記第２信号伝送線路を電気的に遮断させるスイッチング素子と、を含むことを特徴とする通信モジュール。
     
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