【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信機器等の高周波デバイスに用いられる方向性結合器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、方向性結合器は図８に示した模式図のように、主線路５と副線路６の一部を電気的に結合させた結合部分７が形成されている。これを移動体通信機器に組み込んだ場合、パワーアンプより出力された高周波信号はＰｏｒｔ１から入力、Ｐｏｒｔ２から出力される形で伝送され、Ｐｏｒｔ３から検出された信号によりパワーアンプの自動利得制御を行うという形で機能する。Ｐｏｒｔ４はこの移動体通信機器のＲＦ回路インピーダンスより、例えば５０Ωの終端抵抗８で終端されている。
【０００３】
一方、方向性結合器はパワーアンプで増幅された信号を扱うために、求められる特性として消費電力ロスが小さいことがある。
【０００４】
ここで、消費電力ロスを抑えるためには終端抵抗８に流れる電力を少なく、即ちアイソレーションを高めることと、Ｐｏｒｔ３のリターンロスを小さくすることが必要となる。
【０００５】
このため、従来の技術では主線路５と副線路６の結合部分７の長さを使用周波数の約λ／４になるように設計し、アイソレーションを確保していた。
【０００６】
また、副線路６の結合部分６ａと非結合部分６ｂについて、特性インピーダンスが回路インピーダンスとほぼ合うようにそれぞれの線幅を決定し（このとき結合部分６ａの線幅は非結合部分６ｂの線幅よりも小さくなる）、Ｐｏｒｔ３のリターンロスを小さくしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの構成によると、λ／４という線路長が障壁となり、方向性結合器を小型化できないという問題を有していた。
【０００８】
そこで本発明は、消費電力ロスが小さく、小型化可能な方向性結合器を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、誘電体を介して積層した高周波信号が伝送される主線路と、副線路と、グランド電極とを有し、前記主線路の一部と前記副線路の一部は電磁気的に結合しており、前記副線路は、非結合部分における幅の方が前記結合部分における幅よりも大きいものであり、λ／４よりはるかに小さい結合線路長で消費電力ロスが小さいものとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態における方向性結合器の分解上面図、図２は同上面図であり、所望の電極１１，１２，１３ａ，１３ｂ，１４を表面に形成した誘電体１５を重ね合わせて一体化し、外部端子２１，２２，２３，２４を設けて方向性結合器１０を形成している。
【００１１】
図１において破線で示すところは、実際には誘電体１５に貫通孔を設け、この貫通孔に電極を充填することにより、電極１１と電極１２とを電気的に接続している。
【００１２】
また、本発明の方向性結合器を図８に示す模式図で表わした場合、外部端子２１がＰｏｒｔ１に、外部端子２２がＰｏｒｔ２に、外部端子２３がＰｏｒｔ３に、外部端子２４がＰｏｒｔ４に相当することとなる。
【００１３】
さらに主線路５は、電極１２で構成され、副線路６は主線路５との結合部分６ａとなる電極１３ａと、非結合部分となる電極１３ｂにより構成されることとなる。
【００１４】
なお、１４はグランド電極で、グランド端子２５，２６に接続される。
【００１５】
インダクタンス特性を示す電極１２の線幅は、０．１ｍｍ、電極１３ａの線幅は０．２４ｍｍ、電極１３ｂの線幅は０．１６ｍｍとなるように設計されている。
【００１６】
さらに電極１３ａの長さは３．２ｍｍであり、例えばこれをＧＳＭ９００ＭＨｚ帯で使用したときのλ／４長（＝約３３ｍｍ）よりはるかに短い。
【００１７】
さて、本実施の形態の方向性結合器のＧＳＭ９００ＭＨｚ帯で使用したときのシミュレーション結果を図３、図４に示す。図において、Ｓ３１はこの方向性結合器の結合度、Ｓ４１はアイソレーション、Ｓ３３はＰｏｒｔ３におけるリターンロスを示す。９００ＭＨｚでの結合度２０．１ｄＢに対しアイソレーションは５０．０ｄＢ、リターンロスは３３．５ｄＢと非常に優れた方向性結合器特性を示している。
【００１８】
次に、比較例として図５に示すような構造の方向性結合器についても同様のシミュレーションを行った。図５においても所望の電極５１，５２，５３ａ，５３ｂ，５４を表面に形成した誘電体５５を重ね合わせて一体化し、外部端子５６，５７，５８，５９、グランド端子６０，６１を設けて方向性結合器を形成している。
【００１９】
この方向性結合器は、電極５３ａ，５３ｂからなる副線路６の特性インピーダンスをほぼ回路インピーダンスの５０Ωに合うようにして、リターンロスが小さくなるように設計しているものであり、副線路６の線幅は結合部分６ａとなる電極５３ａで０．２０ｍｍ、非結合部分６ｂとなる電極５３ｂで０．１２ｍｍである。その他、主線路５となる電極５２の形状、副線路６の長さなどは本実施の形態の方向性結合器と同じである。
【００２０】
この方向性結合器をＧＳＭ９００ＭＨｚ帯で使用したときのシミュレーション結果を図６、図７に示す。これによると、結合度２０．７ｄＢに対しアイソレーションは３７．９ｄＢ、リターンロスは３３．６ｄＢと実施の形態と比較して結合度、リターンロスについてはほぼ同じであるのに対し、アイソレーション特性が大きく劣っている。
【００２１】
即ち、本実施の形態では、使用信号周波数λの１／４よりはるかに短い結合線路長において、副線路６の結合部分６ａとなる電極１３ａの線幅を回路インピーダンスより決定される線幅より大きくすることでアイソレーション特性を確保し、これにより劣化したリターンロスを小さくするために副線路６の非結合部分６ｂとなる電極１３ｂの線幅を回路インピーダンスより決定される線幅より小さくしているものであり、これにより、方向性結合器の小型化、低消費電力ロスを実現しているものである。
【００２２】
以下、本発明のポイントについて説明する。
【００２３】
（１）実施の形態１では主線路５をインダクタンス特性としたが、これに限らず同様の効果が得られる。
【００２４】
（２）実施の形態１と同様に、主線路５にインダクタンス特性が発生する場合は、主線路５の結合部分をできるだけＰｏｒｔ１よりＰｏｒｔ２に近いところに設けた方が、より優れたアイソレーション特性が得られる。
【００２５】
（３）実施の形態１では副線路６の結合部分６ａの線幅を非結合部分６ｂの線幅の１．５倍としたが、これに限らず同様の効果が得られる。経験的にはこの値は１．２倍〜２倍が良い。
【００２６】
（４）実施の形態１では単独の方向性結合器を用いたが、例えばＬＰＦ付き方向性結合器等、方向性結合器を内蔵した高周波デバイスであれば、同様に適用できる。Ｐｏｒｔ４に接続した終端抵抗８も、チップ抵抗を実装するか、印刷する等の方法で高周波デバイスに内蔵してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上本発明によると、消費電力ロスが小さく、小型化可能な方向性結合器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における方向性結合器の分解上面図
【図２】本発明の実施の形態１における方向性結合器の上面図
【図３】本発明の実施の形態１における方向性結合器の特性を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における方向性結合器の特性を示す図
【図５】比較例の方向性結合器の分解上面図
【図６】比較例の方向性結合器の特性を示す図
【図７】比較例の方向性結合器の特性を示す図
【図８】本発明の実施の形態１及び一般的な方向性結合器の模式図
【符号の説明】
５ 主線路
６ 副線路
６ａ 結合部分
６ｂ 非結合部分
７ 結合部分
８ 終端抵抗
１１ 電極
１２ 電極
１３ａ 電極
１３ｂ 電極
１４ 電極
１５ 誘電体
２１ 外部端子
２２ 外部端子
２３ 外部端子
２４ 外部端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a directional coupler used for a high-frequency device such as a mobile communication device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a directional coupler has a coupling portion 7 in which a part of a main line 5 and a part of a sub line 6 are electrically coupled as shown in the schematic diagram of FIG. When this is incorporated in a mobile communication device, a high-frequency signal output from a power amplifier is transmitted in a form input from Port 1 and output from Port 2, and automatic gain control of the power amplifier is performed based on a signal detected from Port 3. Works in shape. The port 4 is terminated with a terminating resistor 8 of, for example, 50Ω from the RF circuit impedance of the mobile communication device.
[0003]
On the other hand, since a directional coupler handles a signal amplified by a power amplifier, power loss may be small as a required characteristic.
[0004]
Here, in order to suppress the power consumption loss, it is necessary to reduce the power flowing through the terminating resistor 8, that is, to increase the isolation and to reduce the return loss of the Port3.
[0005]
For this reason, in the prior art, the length of the coupling portion 7 between the main line 5 and the sub line 6 is designed to be approximately λ / 4 of the used frequency to secure the isolation.
[0006]
Further, the line widths of the coupling portion 6a and the non-coupling portion 6b of the sub-line 6 are determined so that the characteristic impedance substantially matches the circuit impedance (at this time, the line width of the coupling portion 6a is equal to the line width of the non-coupling portion 6b). ), The return loss of Port 3 was reduced.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to this configuration, there is a problem that the line length of λ / 4 acts as a barrier and the directional coupler cannot be miniaturized.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide a directional coupler that has small power consumption loss and can be downsized.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a main line through which a high-frequency signal stacked via a dielectric is transmitted, a sub line, and a ground electrode, a part of the main line and a part of the sub line are The sub-line is electromagnetically coupled, the width at the non-coupling portion is larger than the width at the coupling portion, the coupling line length is much smaller than λ / 4, and the power consumption loss is small. It becomes.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded top view of the directional coupler according to the present embodiment, and FIG. 2 is a top view of the directional coupler. The dielectric 15 having desired electrodes 11, 12, 13a, 13b, and 14 formed on the surface is superposed. The directional coupler 10 is formed by integrating the external terminals 21, 22, 23, and 24.
[0011]
In FIG. 1, what is indicated by a broken line is that a through hole is actually provided in the dielectric 15 and the through hole is filled with an electrode, thereby electrically connecting the electrode 11 and the electrode 12.
[0012]
When the directional coupler of the present invention is represented by a schematic diagram shown in FIG. 8, the external terminal 21 corresponds to Port1, the external terminal 22 corresponds to Port2, the external terminal 23 corresponds to Port3, and the external terminal 24 corresponds to Port4. It will be.
[0013]
Further, the main line 5 is constituted by an electrode 12, and the sub line 6 is constituted by an electrode 13a serving as a coupling portion 6a with the main line 5 and an electrode 13b serving as a non-coupling portion.
[0014]
Reference numeral 14 denotes a ground electrode, which is connected to the ground terminals 25 and 26.
[0015]
The line width of the electrode 12 showing the inductance characteristic is designed to be 0.1 mm, the line width of the electrode 13a is 0.24 mm, and the line width of the electrode 13b is 0.16 mm.
[0016]
Further, the length of the electrode 13a is 3.2 mm, which is much shorter than the λ / 4 length (= about 33 mm) when this is used in the GSM 900 MHz band, for example.
[0017]
FIGS. 3 and 4 show simulation results when the directional coupler of the present embodiment is used in the GSM 900 MHz band. In the figure, S31 indicates the degree of coupling of the directional coupler, S41 indicates the isolation, and S33 indicates the return loss in Port3. The isolation degree is 50.0 dB and the return loss is 33.5 dB against the coupling degree of 20.1 dB at 900 MHz, which is an extremely excellent directional coupler characteristic.
[0018]
Next, the same simulation was performed for a directional coupler having a structure as shown in FIG. 5 as a comparative example. In FIG. 5 as well, a dielectric 55 having desired electrodes 51, 52, 53a, 53b, 54 formed on its surface is superposed and integrated, and external terminals 56, 57, 58, 59 and ground terminals 60, 61 are provided to provide a direction. Form a sex coupler.
[0019]
This directional coupler is designed so that the characteristic impedance of the sub-line 6 composed of the electrodes 53a and 53b substantially matches the circuit impedance of 50Ω, and the return loss is reduced. The line width is 0.20 mm for the electrode 53a serving as the connection portion 6a and 0.12 mm for the electrode 53b serving as the non-connection portion 6b. In addition, the shape of the electrode 52 serving as the main line 5, the length of the sub line 6, and the like are the same as those of the directional coupler of the present embodiment.
[0020]
Simulation results obtained when this directional coupler is used in the GSM 900 MHz band are shown in FIGS. According to this, the isolation is 37.9 dB and the return loss is 33.6 dB for the coupling degree of 20.7 dB, which is almost the same as the coupling degree and the return loss as compared with the embodiment. Is greatly inferior.
[0021]
That is, in the present embodiment, when the coupling line length is much shorter than 1/4 of the used signal frequency λ, the line width of the electrode 13a serving as the coupling portion 6a of the sub-line 6 is larger than the line width determined by the circuit impedance. In this case, the line width of the electrode 13b serving as the non-coupling portion 6b of the sub-line 6 is made smaller than the line width determined by the circuit impedance in order to secure the isolation characteristics and reduce the return loss deteriorated by this. Thus, the size of the directional coupler is reduced and low power consumption loss is realized.
[0022]
Hereinafter, the points of the present invention will be described.
[0023]
(1) In the first embodiment, the main line 5 has the inductance characteristic. However, the present invention is not limited to this, and similar effects can be obtained.
[0024]
(2) As in the first embodiment, when inductance characteristics occur in the main line 5, it is better to provide the coupling portion of the main line 5 as close to Port 2 as possible to Port 1 for better isolation characteristics. can get.
[0025]
(3) In the first embodiment, the line width of the coupling portion 6a of the sub-line 6 is set to 1.5 times the line width of the non-coupling portion 6b. However, the present invention is not limited to this, and similar effects can be obtained. Empirically, this value is preferably 1.2 to 2 times.
[0026]
(4) In the first embodiment, a single directional coupler is used. However, any high-frequency device having a built-in directional coupler, such as a directional coupler with an LPF, can be similarly applied. The terminating resistor 8 connected to the port 4 may also be built in the high-frequency device by mounting a chip resistor or printing.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a directional coupler that has small power consumption loss and can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded top view of a directional coupler according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a top view of a directional coupler according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is Embodiment 1 of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing characteristics of a directional coupler in Embodiment 1. FIG. 4 is a diagram showing characteristics of a directional coupler in Embodiment 1 of the present invention. FIG. 5 is an exploded top view of a directional coupler in a comparative example. FIG. 7 is a diagram illustrating characteristics of a directional coupler according to a comparative example. FIG. 7 is a diagram illustrating characteristics of a directional coupler according to a comparative example. FIG. 8 is a schematic diagram illustrating Embodiment 1 of the present invention and a general directional coupler. [Explanation of symbols]
Reference Signs List 5 Main line 6 Sub-line 6a Coupled part 6b Non-coupled part 7 Coupled part 8 Termination resistor 11 Electrode 12 Electrode 13a Electrode 13b Electrode 14 Electrode 15 Dielectric 21 External terminal 22 External terminal 23 External terminal 24 External terminal