[go: up one dir, main page]

JP2013183351A - Directional coupler - Google Patents

Directional coupler Download PDF

Info

Publication number
JP2013183351A
JP2013183351A JP2012046868A JP2012046868A JP2013183351A JP 2013183351 A JP2013183351 A JP 2013183351A JP 2012046868 A JP2012046868 A JP 2012046868A JP 2012046868 A JP2012046868 A JP 2012046868A JP 2013183351 A JP2013183351 A JP 2013183351A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coupling
reactance
directional coupler
compensation circuit
port
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012046868A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazutaka Mukoyama
和孝 向山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2012046868A priority Critical patent/JP2013183351A/en
Publication of JP2013183351A publication Critical patent/JP2013183351A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Transmitters (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a directional coupler in which a device area or an insertion loss can be prevented from being increased, while suppressing reduction in a coupling amount of coupling characteristics in spite of a configuration where compensation circuits and attenuators are provided.SOLUTION: A directional coupler 1 comprises a main line 2, a sub line 3, compensation circuits 6A and 6B and attenuators 5A and 5B. The compensation circuit 6A and 6B are connected to the sub line and compensate for a frequency deviation of a coupling amount between a coupling port and a signal input port. The attenuators 5A and 5B are connected between the sub line 3 and the compensation circuits 6A and 6B respectively and attenuate a signal to be passed. The compensation circuits 6A and 6B include resistors R connected in series between a signal line and a ground, and reactance circuits 4A and 4B connected between the resistors R and the attenuators 5A and 5B respectively.

Description

この発明は、高周波信号の測定などの用途に利用される方向性結合器に関し、特に伝送線路型の方向性結合器に関する。   The present invention relates to a directional coupler used for applications such as high-frequency signal measurement, and more particularly to a transmission line type directional coupler.

従来、高周波信号の測定などの用途に方向性結合器が用いられている。   Conventionally, directional couplers are used for applications such as high-frequency signal measurement.

図8(A)は、携帯電話装置等のRF(Radio Frequency)送信回路100の一般的なブロック図である。RF送信回路100は、アンテナ111、方向性結合器120A、送信電力増幅器113、変調回路112、および検波回路114を備えている。方向性結合器120Aは伝送線路型のものであり、主線路121と結合線路(副線路)122とを備えている。主線路121はアンテナ111と送信電力増幅器113との間に接続されている。検波回路114は方向性結合器120Aの副線路122に接続されていて、主線路121と結合する副線路122からの信号に基づいて送信電力増幅器113を制御する。   FIG. 8A is a general block diagram of an RF (Radio Frequency) transmission circuit 100 such as a mobile phone device. The RF transmission circuit 100 includes an antenna 111, a directional coupler 120A, a transmission power amplifier 113, a modulation circuit 112, and a detection circuit 114. The directional coupler 120 </ b> A is a transmission line type, and includes a main line 121 and a coupled line (sub line) 122. The main line 121 is connected between the antenna 111 and the transmission power amplifier 113. The detection circuit 114 is connected to the sub line 122 of the directional coupler 120A, and controls the transmission power amplifier 113 based on a signal from the sub line 122 coupled to the main line 121.

図8(B)は、方向性結合器120Aの実施例に係る等価回路図である。ここでは、方向性結合器120Aは、主線路121と副線路122との間に発生する相互インダクタンスの磁界結合係数Km、および、結合容量の電界結合係数Kc、が1の理想的な回路としている。主線路121と副線路122とは、両線路間の分布容量(結合容量)により互いに電界結合するとともに、相互インダクタンスにより互いに磁界結合する。主線路121の両端は信号入力ポートRFinと信号出力ポートRFoutとに接続されている。副線路122の両端はカップリングポートCPLとアイソレーションポートISOとに接続されている。なお、信号入力ポートRFinは、送信電力増幅器が接続されるものである。信号出力ポートRFoutは、アンテナが接続されるものである。カップリングポートCPLは、検波回路が接続されるものである。アイソレーションポートISOは、終端負荷が接続されるものである。   FIG. 8B is an equivalent circuit diagram according to the embodiment of the directional coupler 120A. Here, the directional coupler 120A is an ideal circuit in which the magnetic coupling coefficient Km of the mutual inductance generated between the main line 121 and the sub line 122 and the electric field coupling coefficient Kc of the coupling capacitance are 1. . The main line 121 and the sub line 122 are electrically coupled to each other by distributed capacitance (coupling capacitance) between both lines, and are magnetically coupled to each other by mutual inductance. Both ends of the main line 121 are connected to a signal input port RFin and a signal output port RFout. Both ends of the sub line 122 are connected to the coupling port CPL and the isolation port ISO. The signal input port RFin is connected to a transmission power amplifier. The signal output port RFout is connected to an antenna. The coupling port CPL is connected to a detection circuit. The isolation port ISO is connected to a termination load.

この方向性結合器120Aでは、信号入力ポートRFinから信号S1が入力されると、電界結合によって、副線路122でカップリングポートCPLの方向に信号S2が、アイソレーションポートISOの方向に信号S3が伝搬する。また、磁界結合によって、副線路122とグランドとによる閉ループでアイソレーションポートISOからカップリングポートCPLの方向に信号S4、信号S5が伝搬する。カップリングポートCPLに流れる信号S2,S4は位相が揃い、カップリングポートCPLからは信号S2と信号S4の電力を加算した信号が出力される。一方、アイソレーションポートISOに流れる信号S3,S5は位相が逆相であり、アイソレーションポートISOでは信号S3と信号S5の電力が打ち消し合うことになる。したがって、カップリングポートCPLの出力から、RF送信回路100の出力電力を検出することが可能である。   In the directional coupler 120A, when the signal S1 is input from the signal input port RFin, the signal S2 is transmitted in the direction of the coupling port CPL and the signal S3 is transmitted in the direction of the isolation port ISO by the sub-line 122 due to electric field coupling. Propagate. Further, due to the magnetic field coupling, the signals S4 and S5 are propagated from the isolation port ISO to the coupling port CPL in a closed loop of the sub line 122 and the ground. The signals S2 and S4 flowing through the coupling port CPL have the same phase, and a signal obtained by adding the powers of the signals S2 and S4 is output from the coupling port CPL. On the other hand, the signals S3 and S5 flowing through the isolation port ISO are out of phase, and the power of the signals S3 and S5 cancel each other out at the isolation port ISO. Therefore, it is possible to detect the output power of the RF transmission circuit 100 from the output of the coupling port CPL.

なお、通常は、アイソレーションポートISOには、終端抵抗が接続され、アンテナからの反射信号をグランドに逃がすように構成される。しかしながら近年では、アンテナからの反射を検出するために検波回路が設けられることもある。その場合、アンテナからの反射信号に対して、各ポート(信号入力ポートと信号出力ポート、カップリングポートとアイソレーションポート)の機能が逆に作用することになる。   Normally, a termination resistor is connected to the isolation port ISO so that a reflected signal from the antenna is released to the ground. However, in recent years, a detection circuit may be provided in order to detect reflection from the antenna. In that case, the function of each port (signal input port and signal output port, coupling port and isolation port) acts on the reflected signal from the antenna in reverse.

また、近年では、広帯域で方向性結合器を利用することに対する要望が大きくなっている。例えば、携帯電話システムで利用される700MHzから900MHzの信号に対して、単一の方向性結合器や検波回路を対応させることが求められている。   In recent years, there has been a growing demand for using directional couplers in a wide band. For example, a single directional coupler or detector circuit is required to correspond to a signal of 700 MHz to 900 MHz used in a mobile phone system.

図8(C)は、方向性結合器120Aにおける出力特性を示す図である。なお、図中に示す結合特性とは、信号入力ポートRFinとカップリングポートCPLとの間での結合量の周波数特性を指している。アイソレーション特性とは、信号入力ポートRFinとアイソレーションポートISOとの間での結合量(アイソレーション)の周波数特性を指している。挿入損失特性とは、信号入力ポートRFinと信号出力ポートRFoutとの間での結合量(挿入損失)の周波数特性を指している。反射損失特性とは、信号入力ポートRFinでの入出力の結合量(反射損失)の周波数特性を指している。方向性特性とは、アイソレーション特性と結合特性との差分にあたる周波数特性を指している。   FIG. 8C is a diagram showing output characteristics in the directional coupler 120A. The coupling characteristic shown in the figure indicates the frequency characteristic of the coupling amount between the signal input port RFin and the coupling port CPL. The isolation characteristic refers to a frequency characteristic of a coupling amount (isolation) between the signal input port RFin and the isolation port ISO. The insertion loss characteristic refers to the frequency characteristic of the coupling amount (insertion loss) between the signal input port RFin and the signal output port RFout. The reflection loss characteristic refers to the frequency characteristic of the input / output coupling amount (reflection loss) at the signal input port RFin. Directional characteristics refer to frequency characteristics corresponding to the difference between isolation characteristics and coupling characteristics.

この方向性結合器120Aでは、700MHzから900MHzにかけて、電磁界結合の周波数特性(例えば+6dB/Oct.)により、結合量が一定の割合で変化する結合特性を有している。具体的には、結合特性が、700MHzと900MHzとで約2.1dBの周波数偏差を有している。このように結合量に周波数偏差がある場合には、方向性結合器120Aとして、利用可能な周波数帯域を異ならせた数種のものを用意して、携帯電話システムの周波数帯域に応じて、検波回路の種類を異ならせる必要があり、単一の方向性結合器で対応することができない場合が生じる。   This directional coupler 120A has a coupling characteristic in which the coupling amount changes at a constant rate from 700 MHz to 900 MHz due to the frequency characteristics of electromagnetic coupling (for example, +6 dB / Oct.). Specifically, the coupling characteristic has a frequency deviation of about 2.1 dB between 700 MHz and 900 MHz. Thus, when there is a frequency deviation in the coupling amount, several types of directional couplers 120A with different available frequency bands are prepared, and detection is performed according to the frequency band of the mobile phone system. There is a case where the types of circuits need to be different and cannot be handled by a single directional coupler.

そこで、単一の構成の方向性結合器を広帯域に対応させるために、カップリングポートやアイソレーションポートに周波数特性の補償回路が接続されることがある(例えば、特許文献1参照)。
図9(A)は、補償回路が接続された方向性結合器の実施例に係る等価回路図である。この方向性結合器120Bは、カップリングポートCPLに補償回路123Aが接続され、アイソレーションポートISOにも補償回路123Bが接続されている。補償回路123A,123Bは、それぞれ、信号ラインとグランドとの間に接続されているキャパシタンスからなる。この補償回路123A,123Bは、カットオフ周波数以上で、減衰量が一定の割合(例えば−6dB/Oct.)で変化する減衰特性を有する。このような補償回路123A,123Bを設けることにより、特定の周波数帯域(700MHz〜900MHz)において、結合特性やアイソレーション特性を平坦化することができる。ただし、このような補償回路123A,123Bを接続することで、周波数によっては、補償回路123A,123Bと副線路122との間での信号の反射(不整合)が大きくなる。そこで、この方向性結合器120Bでは、補償回路123A,123Bと副線路122との間に、アッテネータ(減衰器)124A,124Bが接続されている。減衰器124A,124Bは、たとえば、−10dBの通過特性を有するものである。減衰器124A,124Bを設けることで、補償回路123A,123Bと副線路122との間で発生する信号の反射(不整合)の影響を低減することができる。
Therefore, in order to make the directional coupler having a single configuration compatible with a wide band, a compensation circuit for frequency characteristics may be connected to the coupling port or the isolation port (see, for example, Patent Document 1).
FIG. 9A is an equivalent circuit diagram according to the embodiment of the directional coupler to which the compensation circuit is connected. In the directional coupler 120B, the compensation circuit 123A is connected to the coupling port CPL, and the compensation circuit 123B is also connected to the isolation port ISO. Each of the compensation circuits 123A and 123B includes a capacitance connected between the signal line and the ground. The compensation circuits 123A and 123B have an attenuation characteristic in which the attenuation amount changes at a constant rate (for example, −6 dB / Oct.) At a cutoff frequency or higher. By providing such compensation circuits 123A and 123B, coupling characteristics and isolation characteristics can be flattened in a specific frequency band (700 MHz to 900 MHz). However, by connecting the compensation circuits 123A and 123B, signal reflection (mismatch) between the compensation circuits 123A and 123B and the sub line 122 increases depending on the frequency. Therefore, in the directional coupler 120B, attenuators (attenuators) 124A and 124B are connected between the compensation circuits 123A and 123B and the sub line 122. The attenuators 124A and 124B have, for example, a pass characteristic of −10 dB. By providing the attenuators 124A and 124B, the influence of signal reflection (mismatch) generated between the compensation circuits 123A and 123B and the sub line 122 can be reduced.

図9(B)は、方向性結合器120Bの出力特性を示す図である。この方向性結合器120Bでは、結合特性において、700MHzと900MHzとの間での結合量の周波数偏差が約1.0dB以下である。ただし、減衰器124A,124Bにより信号を減衰させているため、図8(C)に示す減衰器を設けない場合よりも、結合特性の結合量が約15dB低下して約36dBとなっている。   FIG. 9B is a diagram illustrating output characteristics of the directional coupler 120B. In this directional coupler 120B, in the coupling characteristics, the frequency deviation of the coupling amount between 700 MHz and 900 MHz is about 1.0 dB or less. However, since the signals are attenuated by the attenuators 124A and 124B, the coupling amount of the coupling characteristic is reduced by about 15 dB to about 36 dB compared with the case where the attenuator shown in FIG. 8C is not provided.

特開2009−044303号公報JP 2009-044303 A

前述の方向性結合器120Bでは、結合特性における結合量の周波数偏差を低減することができるが、結合特性における結合量自体が低下し、検波回路での正確な検波に必要な結合量(例えば、−25dB程度)を確保できないことがある。それを防ぐためには、主線路と副線路との間での相互インダクタンスや結合容量を大きくして、結合特性の結合量自体を大きくする必要がある。   In the directional coupler 120B described above, the frequency deviation of the coupling amount in the coupling characteristic can be reduced. However, the coupling amount itself in the coupling characteristic is lowered, and the coupling amount (for example, for accurate detection in the detection circuit) -25 dB) may not be ensured. In order to prevent this, it is necessary to increase the amount of coupling itself of the coupling characteristics by increasing the mutual inductance and the coupling capacitance between the main line and the sub line.

図10(A)は、主線路と副線路との間の結合量を大きくした方向性結合器120Cの実施例に係る等価回路図である。この方向性結合器120Cは、前述の方向性結合器120Bと比べ、主線路121や副線路122のリアクタンス値を5倍にしている。図10(B)は、方向性結合器120Cの出力特性を示す図である。この方向性結合器120Cでは、結合特性における700MHzと900MHzとでの結合量の周波数偏差が約1.0dB以下である。また、結合特性の結合量は約23dBである。このように、主線路や副線路のリアクタンス値を大きくすることで、結合特性における周波数偏差を低減しながら、結合量を大きくすることができる。   FIG. 10A is an equivalent circuit diagram according to the embodiment of the directional coupler 120C in which the coupling amount between the main line and the sub line is increased. In this directional coupler 120C, the reactance values of the main line 121 and the sub line 122 are five times that of the directional coupler 120B described above. FIG. 10B shows the output characteristics of the directional coupler 120C. In this directional coupler 120C, the frequency deviation of the coupling amount between 700 MHz and 900 MHz in the coupling characteristics is about 1.0 dB or less. Further, the coupling amount of the coupling characteristic is about 23 dB. As described above, by increasing the reactance values of the main line and the sub-line, it is possible to increase the coupling amount while reducing the frequency deviation in the coupling characteristics.

ただし、方向性結合器120Cでは、主線路121と副線路122との間の結合量を大きく増大させているために、挿入損失特性の劣化(挿入損失の増大)が起こることになる。また、そのような結合量を得るリアクタンス値を実現するためには、前述のようにリアクタンス値を5倍にする必要があり、その結果、主線路と副線路とが占めるデバイス面積が大幅に増加してしまう。   However, in the directional coupler 120C, since the coupling amount between the main line 121 and the sub line 122 is greatly increased, the insertion loss characteristic is deteriorated (insertion loss is increased). Moreover, in order to realize a reactance value for obtaining such a coupling amount, it is necessary to increase the reactance value by five times as described above, and as a result, the device area occupied by the main line and the sub-line is greatly increased. Resulting in.

そこで、この発明の目的は、補償回路と減衰器とを設ける構成であっても、結合特性における結合量の低下を抑制しながら、デバイス面積や挿入損失の増加を防ぐことができる方向性結合器を実現することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a directional coupler capable of preventing an increase in device area and insertion loss while suppressing a decrease in coupling amount in coupling characteristics even in a configuration in which a compensation circuit and an attenuator are provided. Is to realize.

この発明に係る方向性結合器は、主線路と、副線路と、補償回路と、減衰器と、を備えている。主線路は、信号入力ポートと信号出力ポートの間に接続されている。副線路は、カップリングポートとアイソレーションポートとの間に接続されていて、結合容量と相互インダクタンスとにより主線路に結合している。補償回路は、副線路に接続されていて、カップリングポートと信号入力ポートとの間での結合量の周波数偏差を補償する。減衰器は、副線路と補償回路との間に接続されていて、通過する信号を減衰させる。ここで、補償回路は、カップリングポートとグランドとの間に接続されている抵抗部と、抵抗部と減衰器との間に接続されているリアクタンス部と、を備えている。   The directional coupler according to the present invention includes a main line, a sub line, a compensation circuit, and an attenuator. The main line is connected between the signal input port and the signal output port. The sub line is connected between the coupling port and the isolation port, and is coupled to the main line by a coupling capacitance and a mutual inductance. The compensation circuit is connected to the sub line and compensates for the frequency deviation of the coupling amount between the coupling port and the signal input port. The attenuator is connected between the sub line and the compensation circuit, and attenuates the signal passing therethrough. Here, the compensation circuit includes a resistance unit connected between the coupling port and the ground, and a reactance unit connected between the resistance unit and the attenuator.

この構成では、補償回路にリアクタンス部を設けることで、信号入力ポートとカップリングポートとの間での結合量の周波数偏差を補償することができる。そして、補償回路に損失のある抵抗部を設けることで、補償回路と減衰器との間での信号の反射(不整合)を小さなものにできる。これにより、減衰量が小さな減衰器を用いても、補償回路での反射(不整合)の影響を抑えることができる。したがって、結合量を確保するために必要な、主線路や副線路のリアクタンス値が小さくなり、デバイス面積や挿入損失の増加を防ぐことができる。   In this configuration, by providing the reactance unit in the compensation circuit, it is possible to compensate for the frequency deviation of the coupling amount between the signal input port and the coupling port. Further, by providing a lossy resistor in the compensation circuit, signal reflection (mismatch) between the compensation circuit and the attenuator can be reduced. Thereby, even if it uses an attenuator with small attenuation amount, the influence of the reflection (mismatch) in a compensation circuit can be suppressed. Therefore, the reactance values of the main line and the sub line necessary for securing the coupling amount are reduced, and an increase in device area and insertion loss can be prevented.

上述の方向性結合器において、リアクタンス部は、共振回路を備えると好適である。   In the above-described directional coupler, the reactance unit preferably includes a resonance circuit.

上述の方向性結合器において、リアクタンス部は、共振回路の共振Qを調整する調整用リアクタンスを備えると好適である。   In the directional coupler described above, it is preferable that the reactance unit includes an adjustment reactance for adjusting the resonance Q of the resonance circuit.

上述の方向性結合器において、共振回路は、信号ラインに対して第一端が接続される第1のリアクタンスと、第1のリアクタンスの第二端とグランドとの間に接続される第2のリアクタンスとを備えていて、調整用リアクタンスは、第1のリアクタンスの第二端とグランドとの間に第一端が接続されていて、抵抗部は調整用リアクタンスの第二端とグランドとの間に接続されていると好適である。   In the directional coupler described above, the resonant circuit includes a first reactance having a first end connected to the signal line, and a second reactance connected between the second end of the first reactance and the ground. A first reactance is connected between the second end of the first reactance and the ground, and the resistance portion is between the second end of the adjusting reactance and the ground. It is preferable that it is connected to.

上述の方向性結合器において、第1のリアクタンスはキャパシタであり、第2のリアクタンスはインダクタであり、調整用リアクタンスはキャパシタであってもよい。   In the directional coupler described above, the first reactance may be a capacitor, the second reactance may be an inductor, and the adjustment reactance may be a capacitor.

上述の方向性結合器において、主線路、副線路、補償回路、および、減衰器は、要部が薄膜プロセスにより形成されていると好適である。   In the above-described directional coupler, it is preferable that the main line, the sub line, the compensation circuit, and the attenuator are formed by a thin film process.

上述の方向性結合器において、主線路、副線路、補償回路、および、減衰器が同一主面上に形成されている半絶縁性基板を備えると好適である。   In the directional coupler described above, it is preferable that the main line, the sub line, the compensation circuit, and the attenuator include a semi-insulating substrate formed on the same main surface.

この発明によれば、抵抗部を備える補償回路を方向性結合器に設けることにより、結合特性における結合量の周波数偏差を補償しながら、補償回路での信号の反射(不整合)を小さなものにできる。これにより、補償回路での信号の反射(不整合)を抑制するための減衰器の減衰量が小さい場合であっても、補償回路での反射(不整合)の影響を抑えることができる。したがって、結合量を確保するために必要な、主線路や副線路のリアクタンス値が小さくなり、デバイス面積や挿入損失の増加を防ぐことができる。   According to the present invention, by providing the directional coupler with a compensation circuit including a resistance unit, the signal reflection (mismatch) in the compensation circuit is reduced while compensating for the frequency deviation of the coupling amount in the coupling characteristics. it can. Thereby, even if the attenuation amount of the attenuator for suppressing the reflection (mismatch) of the signal in the compensation circuit is small, the influence of the reflection (mismatch) in the compensation circuit can be suppressed. Therefore, the reactance values of the main line and the sub line necessary for securing the coupling amount are reduced, and an increase in device area and insertion loss can be prevented.

本発明の第1の実施形態に係る方向性結合器の模式図である。It is a schematic diagram of the directional coupler which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の実施例に係る方向性結合器の平面図である。It is a top view of the directional coupler which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る方向性結合器の等価回路図である。It is an equivalent circuit schematic of the directional coupler which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る方向性結合器の出力特性図である。It is an output characteristic figure of the directional coupler which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る補償回路と比較形態に係る補償回路との等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the compensation circuit which concerns on the Example of this invention, and the compensation circuit which concerns on a comparison form. 本発明の実施例に係る補償回路と従来構成に係る補償回路との出力特性である。It is an output characteristic of the compensation circuit which concerns on the Example of this invention, and the compensation circuit which concerns on a conventional structure. 本発明の他の実施形態に係る補償回路について説明する図である。It is a figure explaining the compensation circuit which concerns on other embodiment of this invention. 方向性結合器の従来構成例を説明する図である。It is a figure explaining the example of a conventional structure of a directional coupler. 方向性結合器の従来構成例を説明する図である。It is a figure explaining the example of a conventional structure of a directional coupler. 方向性結合器の従来構成例を説明する図である。It is a figure explaining the example of a conventional structure of a directional coupler.

以下、本発明の実施形態に係る方向性結合器の概略構成および動作について説明する。   Hereinafter, a schematic configuration and operation of the directional coupler according to the embodiment of the present invention will be described.

図1は、本発明の実施形態に係る方向性結合器1の模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram of a directional coupler 1 according to an embodiment of the present invention.

方向性結合器1は、外部接続端子として、信号入力ポートRFinと信号出力ポートRFoutとカップリングポートCPLとアイソレーションポートISOとを備えている。この方向性結合器1は、RF送信回路に用いられる場合は、信号入力ポートRFinが、送信電力増幅器に接続される。そして、信号出力ポートRFoutが、アンテナに接続され、カップリングポートCPLが、検波回路または終端抵抗に接続され、アイソレーションポートISOが、終端負荷または検波回路に接続される。   The directional coupler 1 includes a signal input port RFin, a signal output port RFout, a coupling port CPL, and an isolation port ISO as external connection terminals. When this directional coupler 1 is used in an RF transmission circuit, the signal input port RFin is connected to a transmission power amplifier. The signal output port RFout is connected to the antenna, the coupling port CPL is connected to the detection circuit or the termination resistor, and the isolation port ISO is connected to the termination load or the detection circuit.

また、方向性結合器1は、内部要素として、主線路2と結合線路(副線路)3と減衰器5A,5Bと補償回路6A,6Bとを備えている。補償回路6A,6Bは、リアクタンス回路4A,4Bと抵抗Rとを備えている。抵抗Rは本実施形態における抵抗部に相当する。リアクタンス回路4A,4Bは、本実施形態におけるリアクタンス部に相当する。   The directional coupler 1 includes a main line 2, a coupled line (sub line) 3, attenuators 5A and 5B, and compensation circuits 6A and 6B as internal elements. The compensation circuits 6A and 6B include reactance circuits 4A and 4B and a resistor R. The resistor R corresponds to the resistor unit in this embodiment. The reactance circuits 4A and 4B correspond to the reactance unit in the present embodiment.

主線路2は、信号入力ポートRFinと信号出力ポートRFoutとの間に接続されている。副線路3は、主線路2との間の分布容量(結合容量)により主線路2と容量結合し、主線路2との間の相互インダクタンスにより主線路2と磁界結合する。
リアクタンス回路4A,4Bと抵抗Rとは、損失を有する補償回路6A,6Bを構成している。リアクタンス回路4Aは、カップリングポートCPLと、副線路3の第一端との間に接続されている。このリアクタンス回路4Aは、所定の減衰特性に設定されたものである。リアクタンス回路4Aの減衰特性は、所定の周波数帯域で、信号入力ポートRFinとカップリングポートCPLとの間での結合量の周波数偏差を補償するように設定される。リアクタンス回路4Bは、アイソレーションポートISOと、副線路3の第二端との間に接続されている。このリアクタンス回路4Bは、所定の減衰特性が設定されたものである。リアクタンス回路4Bの減衰特性は、所定の周波数帯域で、信号出力ポートRFoutとアイソレーションポートISOとの間での結合量の周波数偏差を補償するように設定される。
The main line 2 is connected between the signal input port RFin and the signal output port RFout. The sub line 3 is capacitively coupled to the main line 2 by a distributed capacitance (coupling capacity) between the sub line 3 and the main line 2 and is magnetically coupled to the main line 2 by a mutual inductance with the main line 2.
The reactance circuits 4A and 4B and the resistor R constitute compensation circuits 6A and 6B having losses. The reactance circuit 4A is connected between the coupling port CPL and the first end of the sub line 3. The reactance circuit 4A is set to a predetermined attenuation characteristic. The attenuation characteristic of the reactance circuit 4A is set so as to compensate for the frequency deviation of the coupling amount between the signal input port RFin and the coupling port CPL in a predetermined frequency band. The reactance circuit 4B is connected between the isolation port ISO and the second end of the sub line 3. The reactance circuit 4B has a predetermined attenuation characteristic set. The attenuation characteristic of the reactance circuit 4B is set so as to compensate for the frequency deviation of the coupling amount between the signal output port RFout and the isolation port ISO in a predetermined frequency band.

減衰器5Aは、リアクタンス回路4Aと、副線路3の第一端との間に接続されている。この減衰器5Aは、所定の減衰量を持ち、補償回路6Aからの反射信号を減衰させ、補償回路6Aの不整合の影響を低減する。減衰器5Bは、リアクタンス回路4Bと、副線路3の第二端との間に接続されている。この減衰器5Bは、所定の減衰量を持ち、補償回路6Bからの反射信号を減衰させ、補償回路6Bの不整合の影響を低減する。   The attenuator 5A is connected between the reactance circuit 4A and the first end of the sub line 3. The attenuator 5A has a predetermined attenuation, attenuates the reflected signal from the compensation circuit 6A, and reduces the influence of mismatch of the compensation circuit 6A. The attenuator 5B is connected between the reactance circuit 4B and the second end of the sub line 3. The attenuator 5B has a predetermined attenuation amount, attenuates the reflected signal from the compensation circuit 6B, and reduces the influence of mismatch of the compensation circuit 6B.

リアクタンス回路4Aとともに補償回路6Aを構成する抵抗Rは、リアクタンス回路4Aとグランド電位との間に接続されていて、補償回路6Aの挿入損失を増加させ、補償回路6Aの反射損失を減少させる。即ち、補償回路6Aの反射信号を小さくする。リアクタンス回路4Bとともに補償回路6Bを構成する抵抗Rは、リアクタンス回路4Bとグランド電位との間に接続されていて、補償回路6Bの挿入損失を増加させ、補償回路6Bの反射損失を減少させる。即ち、補償回路6Bの反射信号を小さくする。   The resistor R that constitutes the compensation circuit 6A together with the reactance circuit 4A is connected between the reactance circuit 4A and the ground potential, and increases the insertion loss of the compensation circuit 6A and decreases the reflection loss of the compensation circuit 6A. That is, the reflected signal of the compensation circuit 6A is reduced. The resistor R that constitutes the compensation circuit 6B together with the reactance circuit 4B is connected between the reactance circuit 4B and the ground potential, and increases the insertion loss of the compensation circuit 6B and decreases the reflection loss of the compensation circuit 6B. That is, the reflected signal of the compensation circuit 6B is reduced.

このような構成の方向性結合器1では、補償回路6A,6Bの反射が小さいので、減衰器5A,5Bとして、減衰量が比較的小さなものを採用することができる。そのため、信号入力ポートRFinとカップリングポートCPLとの間の結合量や、信号出力ポートRFoutとアイソレーションポートISOとの間の結合量は、減衰器5A,5Bによる影響が少なく、あまり低下することがない。したがって、主線路2や副線路3のリアクタンス値を大幅に増加させる必要が無く、方向性結合器1のデバイス面積や挿入損失が過大になることを防ぐことができる。   In the directional coupler 1 having such a configuration, since the reflections of the compensation circuits 6A and 6B are small, it is possible to employ the attenuators 5A and 5B having a relatively small attenuation. For this reason, the amount of coupling between the signal input port RFin and the coupling port CPL and the amount of coupling between the signal output port RFout and the isolation port ISO are less affected by the attenuators 5A and 5B, and are much reduced. There is no. Therefore, it is not necessary to significantly increase the reactance values of the main line 2 and the sub line 3, and it is possible to prevent the device area and insertion loss of the directional coupler 1 from becoming excessive.

≪実施例≫
次に、本実施形態に係る方向性結合器の実施例について説明する。
<Example>
Next, examples of the directional coupler according to this embodiment will be described.

図2は、本発明の実施例に係る方向性結合器11の平面図である。   FIG. 2 is a plan view of the directional coupler 11 according to the embodiment of the present invention.

方向性結合器11は、半絶縁性のGaAs基板10Aと誘電体膜10Bとを備えている。   The directional coupler 11 includes a semi-insulating GaAs substrate 10A and a dielectric film 10B.

図2(A)に示すGaAs基板10Aの主面上には、主線路12、副線路13、高抵抗ラインからなる抵抗R1A,R2A,R3A,R4A,R1B,R2B,R3B,R4B、および、電極17A〜17D,18A,18B,19A,19B,20A,20B,21A,21B,22A,22B,23A,23B,24A,24Bが形成されている。
また、図2(B)に示す誘電体膜10Bの主面上には、電極31A,31B,32A,32B,33A,33B,34A,34Bと、線路電極からなるインダクタL1A,L1Bと、が形成されている。
On the main surface of the GaAs substrate 10A shown in FIG. 2 (A), resistors R1A, R2A, R3A, R4A, R1B, R2B, R3B, R4B, and electrodes composed of a main line 12, a sub line 13, and a high resistance line, and electrodes 17A-17D, 18A, 18B, 19A, 19B, 20A, 20B, 21A, 21B, 22A, 22B, 23A, 23B, 24A, 24B are formed.
2B, electrodes 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A, and 34B and inductors L1A and L1B made of line electrodes are formed on the main surface of the dielectric film 10B shown in FIG. Has been.

主線路12と副線路13とは互いの長手方向が同方向(図2(A)中の左右方向)を向き、互いに並行するように形成されていて、互いの間に作用する相互インダクタンスと分布容量とにより結合している。   The main line 12 and the sub line 13 are formed so that the longitudinal directions of the main line 12 and the sub line 13 are in the same direction (left and right direction in FIG. 2A) and parallel to each other, and mutual inductance and distribution acting between each other. Coupled with capacity.

ここで、電極17Cは、信号入力ポートRFin端子を構成する。電極17Dは、信号出力ポートRFout端子を構成する。
また、電極17Aは、カップリングポートCPL端子を構成する。電極17Bは、アイソレーションポートISO端子を構成する。
Here, the electrode 17C constitutes a signal input port RFin terminal. The electrode 17D constitutes a signal output port RFout terminal.
The electrode 17A constitutes a coupling port CPL terminal. The electrode 17B constitutes an isolation port ISO terminal.

電極18Aは、グランドGND端子を構成する。電極18Bも、グランドGND端子を構成する。   The electrode 18A constitutes a ground GND terminal. The electrode 18B also constitutes a ground GND terminal.

副線路13とカップリングポートCPLとの間は、副線路13側から順に、抵抗R1A、電極19A、抵抗R3A、電極20Aを介して接続されている。また、副線路13とアイソレーションポートISOとの間は、副線路13側から順に、抵抗R1B、電極19B、抵抗R3B、電極20Bを介して接続されている。
抵抗R1Aと抵抗R3Aとの接続点にあたる電極19Aは、抵抗R2A、を介してグランドGNDに接続されている。また、抵抗R1Bと抵抗R3Bとの接続点にあたる電極19Bは、抵抗R2Bを介してグランドGNDに接続されている。
抵抗R3Aと電極17A(カップリングポートCPL)との接続点にあたる電極20Aは、電極21Aと電極31Aとが構成するキャパシタC1Aを介して電極32Aに接続されている。電極32Aは、電極33Aと電極22Aとが構成するキャパシタC2A、電極23A、抵抗R4Aを順に介して、また、電極33A、インダクタL1A、電極34A、電極24A、を順に介して、電極18A(グランドGND)に接続されている。
また、抵抗R3Bと電極17B(アイソレーションポートISO)との接続点にあたる電極20Bは、電極21Bと電極31Bとが構成するキャパシタC1Bを介して電極32Bに接続されている。電極32Bは、電極33Bと電極22Bとが構成するキャパシタC2B、電極23B、抵抗R4Bを順に介して、また、電極33B、インダクタL1B、電極34B、電極24B、を順に介して、電極18B(グランドGND)に接続されている。
The sub line 13 and the coupling port CPL are connected in order from the sub line 13 side via a resistor R1A, an electrode 19A, a resistor R3A, and an electrode 20A. Further, the sub line 13 and the isolation port ISO are connected in order from the sub line 13 side via a resistor R1B, an electrode 19B, a resistor R3B, and an electrode 20B.
An electrode 19A corresponding to a connection point between the resistor R1A and the resistor R3A is connected to the ground GND via the resistor R2A. An electrode 19B, which is a connection point between the resistor R1B and the resistor R3B, is connected to the ground GND through the resistor R2B.
An electrode 20A, which is a connection point between the resistor R3A and the electrode 17A (coupling port CPL), is connected to the electrode 32A via a capacitor C1A formed by the electrode 21A and the electrode 31A. The electrode 32A is connected to the electrode 18A (ground GND) through the capacitor C2A, the electrode 23A, and the resistor R4A formed by the electrode 33A and the electrode 22A in this order, and the electrode 33A, the inductor L1A, the electrode 34A, and the electrode 24A in order. )It is connected to the.
An electrode 20B, which is a connection point between the resistor R3B and the electrode 17B (isolation port ISO), is connected to the electrode 32B via a capacitor C1B formed by the electrode 21B and the electrode 31B. The electrode 32B is connected to the electrode 18B (ground GND) via the capacitor C2B, the electrode 23B, and the resistor R4B formed by the electrode 33B and the electrode 22B in this order, and the electrode 33B, the inductor L1B, the electrode 34B, and the electrode 24B. )It is connected to the.

この方向性結合器11は、ウェハ状のGaAs基板10Aを用いた半導体薄膜プロセスにより形成されている。半導体薄膜プロセスでは、蒸着、スパッタリング、またはメッキ等により、半導体材料に電極材を形成した後、フォトリソグラフィプロセスによりレジスト膜を形成し、不要な電極材をエッチングにより除去する。または、先にフォトリソグラフィプロセスによりレジスト膜のパターンを形成した後、蒸着、スパッタリング、またはメッキ等によりレジスト膜パターン以外の部分に電極材を堆積させ、最後にレジスト膜を剥離(リフトオフ)することによって電極パターンを形成する。   The directional coupler 11 is formed by a semiconductor thin film process using a wafer-like GaAs substrate 10A. In the semiconductor thin film process, after an electrode material is formed on a semiconductor material by vapor deposition, sputtering, plating, or the like, a resist film is formed by a photolithography process, and unnecessary electrode material is removed by etching. Alternatively, after a resist film pattern is first formed by a photolithography process, an electrode material is deposited on a portion other than the resist film pattern by vapor deposition, sputtering, plating, or the like, and finally the resist film is peeled off (lifted off). An electrode pattern is formed.

より具体的には、まず、ウェハ状のGaAs基板10Aの主面上に、抵抗R1A,R1B,R2A,R2B,R3A,R3B,R4A,R4Bとなる高抵抗ラインが一度に形成される。次に、ウェハ状のGaAs基板10Aの主面上に、主線路12、副線路13、電極17A〜17D,18A,18B,19A,19B,20A,20B,21A,21B,22A,22B,23A,23B,24A,24Bが一度に形成される。次に、ウェハ状のGaAs基板10Aの主面上に、誘電体膜10Bが成膜される。次に、誘電体膜10Bに、エッチングや電極充填処理などが施されて、ビア電極が形成される。次に、誘電体膜10Bの主面上に、電極31A,31B,32A,32B,33A,33B,34A,34BおよびインダクタL1A,L1Bとなる線路電極が一度に形成される。そして、ウェハ分割により、複数の方向性結合器11が一度に製造される。   More specifically, first, high resistance lines to be resistors R1A, R1B, R2A, R2B, R3A, R3B, R4A, and R4B are formed at a time on the main surface of the wafer-like GaAs substrate 10A. Next, on the main surface of the wafer-like GaAs substrate 10A, the main line 12, the sub line 13, the electrodes 17A to 17D, 18A, 18B, 19A, 19B, 20A, 20B, 21A, 21B, 22A, 22B, 23A, 23B, 24A, and 24B are formed at a time. Next, a dielectric film 10B is formed on the main surface of the wafer-like GaAs substrate 10A. Next, the dielectric film 10B is subjected to etching, electrode filling treatment, and the like to form a via electrode. Next, line electrodes to be electrodes 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A, 34B and inductors L1A, L1B are formed at a time on the main surface of the dielectric film 10B. A plurality of directional couplers 11 are manufactured at a time by dividing the wafer.

このように半導体薄膜プロセスを用いて方向性結合器11を製造すれば、各電極の形状精度を極めて高くでき、入力電力に対して−30dB〜−60dBと極めて小さい結合量やアイソレーションの出力特性であっても安定して実現することができる。そのため、方向性結合器11を歩留まり良く実現できる。また、半導体薄膜プロセスを用いる場合、一般的なSi基板を用いると基板の損失が大きく、方向性結合器11の挿入損失が増加するが、GaAs基板のような半絶縁性の基板を用いることで、挿入損失を小さくすることができる。また、半絶縁性の基板に、方向性結合器だけでなく他の能動素子を混載して、デバイスの小型化や低価格化などを進めることもできる。   Thus, if the directional coupler 11 is manufactured using the semiconductor thin film process, the shape accuracy of each electrode can be made extremely high, and the output characteristics of the coupling amount and the isolation that are extremely small as −30 dB to −60 dB with respect to the input power Even so, it can be realized stably. Therefore, the directional coupler 11 can be realized with a high yield. Further, when using a semiconductor thin film process, if a general Si substrate is used, the loss of the substrate is large and the insertion loss of the directional coupler 11 is increased. However, by using a semi-insulating substrate such as a GaAs substrate. Insertion loss can be reduced. Further, not only the directional coupler but also other active elements can be mixedly mounted on the semi-insulating substrate, and the device can be reduced in size and price.

図3は、方向性結合器11の等価回路図である。   FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the directional coupler 11.

方向性結合器11は、主線路12および副線路13がそれぞれ1.6nHのインダクタンスを有する。主線路12と副線路13との間の磁界結合係数Kmは1であり、これらの主線路12と副線路13との相互インダクタンスは1.6nHである。また、主線路12と副線路13とは、電界結合係数Kcが1であり、0.32pF×2の分布容量を有する。   In the directional coupler 11, the main line 12 and the sub line 13 each have an inductance of 1.6 nH. The magnetic field coupling coefficient Km between the main line 12 and the sub line 13 is 1, and the mutual inductance between the main line 12 and the sub line 13 is 1.6 nH. The main line 12 and the sub line 13 have an electric field coupling coefficient Kc of 1 and a distributed capacity of 0.32 pF × 2.

抵抗R1A,R2A,R3Aは、減衰器25Aを構成している。抵抗R1Aと抵抗R3Aとの抵抗値は、16.7Ωである。抵抗R2Aの抵抗値は、66.7Ωである。減衰器25Aは、副線路13とカップリングポートCPLとの間に接続されている。抵抗R1Aと抵抗R3Aとは、副線路13とカップリングポートCPLとの間に直列に接続されている。抵抗R2Aは、抵抗R1A,R3Aの接続点とグランド電位との間に接続されている。このように減衰器25Aは構成されていて、ここでは−6dBの減衰器として機能している。
また、抵抗R1B,R2B,R3Bは、減衰器25Bを構成している。抵抗R1Bと抵抗R3Bとの抵抗値は、16.7Ωである。抵抗R2Bの抵抗値は、66.7Ωである。減衰器25Bは、副線路13とアイソレーションポートISOとの間に接続されている。抵抗R1Bと抵抗R3Bとは、副線路13とアイソレーションポートISOとの間で直列に接続されている。抵抗R2Bは、抵抗R1B,R3Bの接続点とグランド電位との間に接続されている。このように減衰器25Bは構成されていて、ここでは−6dBの減衰器として機能している。
The resistors R1A, R2A, R3A constitute an attenuator 25A. The resistance value of the resistor R1A and the resistor R3A is 16.7Ω. The resistance value of the resistor R2A is 66.7Ω. The attenuator 25A is connected between the sub line 13 and the coupling port CPL. The resistor R1A and the resistor R3A are connected in series between the sub line 13 and the coupling port CPL. The resistor R2A is connected between the connection point of the resistors R1A and R3A and the ground potential. Thus, the attenuator 25A is configured and functions as a -6 dB attenuator here.
The resistors R1B, R2B, and R3B constitute an attenuator 25B. The resistance value of the resistor R1B and the resistor R3B is 16.7Ω. The resistance value of the resistor R2B is 66.7Ω. The attenuator 25B is connected between the sub line 13 and the isolation port ISO. The resistor R1B and the resistor R3B are connected in series between the sub line 13 and the isolation port ISO. The resistor R2B is connected between the connection point of the resistors R1B and R3B and the ground potential. Thus, the attenuator 25B is configured and functions as an attenuator of −6 dB here.

キャパシタンスC1A,C2AとインダクタンスL1Aとは、リアクタンス回路24Aを構成している。リアクタンス回路24Aは、減衰器25AとカップリングポートCPLとの接続点とグランド電位との間に接続されている。キャパシタンスC1AとインダクタL1Aとは、LC直列共振回路を構成していて、キャパシタンスC1Aは、減衰器25AとカップリングポートCPLとの接続点に接続され、インダクタL1Aは、キャパシタンスC1Aとグランド電位との間に接続されている。また、キャパシタンスC2Aは、キャパシタンスC1AとインダクタンスL1Aとの接続点に接続されている。抵抗R4Aは、キャパシタンスC2Aとグランド電位との間に接続されている。キャパシタンスC2Aは、LC直列共振回路の共振Qを調整するために設けられていて、本実施例における調整用リアクタンスに相当する。
キャパシタンスC1B,C2BとインダクタンスL1Bとは、リアクタンス回路24Bを構成している。リアクタンス回路24Bは、減衰器25BとアイソレーションポートISOとの接続点とグランド電位との間に接続されている。キャパシタンスC1BとインダクタL1Bとは、LC直列共振回路を構成していて、キャパシタンスC1Bは、減衰器25BとアイソレーションポートISOとの接続点に接続され、インダクタL1Bは、キャパシタンスC1Bとグランド電位との間に接続されている。また、キャパシタンスC2Bは、キャパシタンスC1BとインダクタンスL1Bとの接続点に接続されている。抵抗R4Bは、キャパシタンスC2Bとグランド電位との間に接続されている。キャパシタンスC2Bは、LC直列共振回路の共振Qを調整するために設けられていて、本実施例における調整用リアクタンスに相当する。
Capacitances C1A and C2A and inductance L1A constitute reactance circuit 24A. The reactance circuit 24A is connected between the connection point between the attenuator 25A and the coupling port CPL and the ground potential. The capacitance C1A and the inductor L1A constitute an LC series resonance circuit. The capacitance C1A is connected to a connection point between the attenuator 25A and the coupling port CPL, and the inductor L1A is between the capacitance C1A and the ground potential. It is connected to the. The capacitance C2A is connected to a connection point between the capacitance C1A and the inductance L1A. The resistor R4A is connected between the capacitance C2A and the ground potential. The capacitance C2A is provided to adjust the resonance Q of the LC series resonance circuit, and corresponds to the adjustment reactance in this embodiment.
Capacitances C1B and C2B and inductance L1B constitute reactance circuit 24B. The reactance circuit 24B is connected between the connection point between the attenuator 25B and the isolation port ISO and the ground potential. The capacitance C1B and the inductor L1B constitute an LC series resonance circuit. The capacitance C1B is connected to the connection point between the attenuator 25B and the isolation port ISO, and the inductor L1B is between the capacitance C1B and the ground potential. It is connected to the. Capacitance C2B is connected to a connection point between capacitance C1B and inductance L1B. The resistor R4B is connected between the capacitance C2B and the ground potential. The capacitance C2B is provided to adjust the resonance Q of the LC series resonance circuit, and corresponds to the adjustment reactance in this embodiment.

ここでは、リアクタンス回路24A,24Bは、いわゆる帯域阻止フィルタを構成していて、その帯域阻止フィルタの共振周波数は、利用対象周波数帯域(例えば700MHz〜900MHz)よりも、若干高い周波数となるように構成されている。そのため、この帯域阻止フィルタは容量性で動作することになる。   Here, the reactance circuits 24A and 24B constitute a so-called band rejection filter, and the resonance frequency of the band rejection filter is configured to be slightly higher than the frequency band to be used (for example, 700 MHz to 900 MHz). Has been. As a result, this band rejection filter operates capacitively.

図4は、本発明の実施例に係る方向性結合器11の出力特性を説明する図である。なお、図中に示す結合特性は、信号入力ポートRFinとカップリングポートCPLとの間での結合量の周波数特性を指している。アイソレーション特性は、信号入力ポートRFinとアイソレーションポートISOとの間での結合量(アイソレーション)の周波数特性を指している。挿入損失特性は、信号入力ポートRFinと信号出力ポートRFoutとの間での結合量(挿入損失)の周波数特性を指している。反射損失特性は、信号入力ポートRFinでの入出力の結合量(反射損失)の周波数特性を指している。方向性特性とは、アイソレーション特性と結合特性との差分にあたる周波数特性を指している。   FIG. 4 is a diagram illustrating the output characteristics of the directional coupler 11 according to the embodiment of the present invention. Note that the coupling characteristics shown in the figure indicate the frequency characteristics of the coupling amount between the signal input port RFin and the coupling port CPL. The isolation characteristic indicates the frequency characteristic of the coupling amount (isolation) between the signal input port RFin and the isolation port ISO. The insertion loss characteristic indicates the frequency characteristic of the coupling amount (insertion loss) between the signal input port RFin and the signal output port RFout. The reflection loss characteristic indicates the frequency characteristic of the input / output coupling amount (reflection loss) at the signal input port RFin. Directional characteristics refer to frequency characteristics corresponding to the difference between isolation characteristics and coupling characteristics.

この方向性結合器11では、700MHzから900MHzにかけて、信号入力ポートRFinとカップリングポートCPLとの結合量(結合特性)が安定していて、周波数偏差が1dB以下である。このように安定した周波数偏差の少ない結合特性であれば、方向性結合器11を、700MHz帯の携帯電話システムや、800MHz帯の携帯電話システムで、そのまま利用することができる。また、700MHzから900MHzにかけて、信号入力ポートRFinとカップリングポートCPLとの結合特性は、約−24dBよりも大きい。この結合量は、図8(C)や図10(B)で示した理想的な結合量に匹敵する大きさであり、また、図9(B)で示した従来例よりも十分に大きい結合量である。そのため、この方向性結合器11では、結合量を確保するために主線路12や副線路13のリアクタンス値を大きくする必要が無く、デバイス面積や挿入損失が過大になることを防ぐことができる。   In this directional coupler 11, the coupling amount (coupling characteristic) between the signal input port RFin and the coupling port CPL is stable from 700 MHz to 900 MHz, and the frequency deviation is 1 dB or less. With such a stable coupling characteristic with a small frequency deviation, the directional coupler 11 can be used as it is in a 700 MHz band mobile phone system or an 800 MHz band mobile phone system. Further, the coupling characteristic between the signal input port RFin and the coupling port CPL is greater than about −24 dB from 700 MHz to 900 MHz. This amount of coupling is comparable to the ideal amount of coupling shown in FIGS. 8C and 10B, and is sufficiently larger than the conventional example shown in FIG. 9B. Amount. Therefore, in this directional coupler 11, it is not necessary to increase the reactance values of the main line 12 and the sub-line 13 in order to ensure the amount of coupling, and it is possible to prevent the device area and insertion loss from becoming excessive.

なお、図8(C)で示したように、700MHzから900MHzにかけて、信号入力ポートRFinとカップリングポートCPLとの本来の結合量は逓増する周波数偏差を有している。そのような本来の結合特性を補償するために、ここでは、リアクタンス回路24A,24Bとして帯域阻止フィルタを構成し、その共振周波数を900MHz以上にして、帯域阻止フィルタが容量性で機能する周波数帯域、即ち、700MHzから900MHzにかけての通過量が逓減する周波数帯域を利用している。   As shown in FIG. 8C, the original coupling amount between the signal input port RFin and the coupling port CPL has a frequency deviation that gradually increases from 700 MHz to 900 MHz. In order to compensate for such inherent coupling characteristics, here, a band-stop filter is configured as the reactance circuits 24A and 24B, the resonance frequency thereof is set to 900 MHz or more, and the frequency band in which the band-stop filter functions capacitively, That is, a frequency band in which the passing amount from 700 MHz to 900 MHz is gradually used is used.

次に、補償回路単体の周波数特性について具体的に説明する。
図5(A)は本実施例に係る補償回路の等価回路図であり、図5(B)は、従来例に係る補償回路の等価回路図である。図6(A)は、本実施例に係る補償回路と従来例に係る補償回路との単体での挿入損失特性を示す図であり、図6(B)は、本実施例に係る補償回路と従来例に係る補償回路との単体での反射損失特性を示す図である。
Next, the frequency characteristics of the compensation circuit alone will be specifically described.
FIG. 5A is an equivalent circuit diagram of the compensation circuit according to this embodiment, and FIG. 5B is an equivalent circuit diagram of the compensation circuit according to the conventional example. FIG. 6A is a diagram illustrating the insertion loss characteristics of the compensation circuit according to the present embodiment and the compensation circuit according to the conventional example, and FIG. 6B illustrates the compensation circuit according to the present embodiment. It is a figure which shows the reflective loss characteristic in single unit with the compensation circuit which concerns on a prior art example.

図6(B)に示すように、本実施例での反射量は、700MHzから900MHzを含む全帯域で、従来例での反射量よりも小さい。一方、図6(A)より、本実施例での通過量は、700MHzから900MHzを含む全帯域で、従来例での通過量よりも大きい。これは、本実施例の補償回路が単一のリアクタンス成分のみではなく、損失を有する抵抗とリアクタンス成分とにより構成されていることによる。また、図6において示される特性は、所望の周波数帯域(700MHzから900MHz)で適切な通過量差が得られるように補償回路内の抵抗値およびリアクタンス値を設定した結果であり、この通過量差により、結合量の周波数偏差を補償している。   As shown in FIG. 6B, the amount of reflection in this embodiment is smaller than the amount of reflection in the conventional example in the entire band including 700 MHz to 900 MHz. On the other hand, from FIG. 6A, the passing amount in the present embodiment is larger than the passing amount in the conventional example in the entire band including 700 MHz to 900 MHz. This is because the compensation circuit of the present embodiment is configured not only by a single reactance component but also by a resistor having a loss and a reactance component. The characteristic shown in FIG. 6 is a result of setting the resistance value and the reactance value in the compensation circuit so that an appropriate passage amount difference is obtained in a desired frequency band (700 MHz to 900 MHz). Thus, the frequency deviation of the coupling amount is compensated.

したがって、本実施形態および本実施例に示すような、抵抗を有する補償回路を構成して、方向性結合器の結合特性を補償することにより、補償回路での反射(不整合)を抑制することができる。そして、補償回路と副線路との間に接続する減衰器として、減衰量の小さな構成を採用することが可能になる。そして、減衰量の小さな減衰器を用いることにより、主線路や副線路の構成するリアクタンスを抑制することが可能になり、その結果、デバイス面積の抑制と、方向性結合器の挿入損失の低減とを実現することが可能になる。また、本実施例では補償回路の通過量が従来例より大きいため、方向性結合器全体での結合量の低下を抑制することが可能となり、このことによっても、デバイス面積の抑制、方向性結合器の挿入損失低減とを実現することが可能となる。   Therefore, by configuring a compensation circuit having a resistance as shown in the present embodiment and this example and compensating the coupling characteristics of the directional coupler, reflection (mismatch) in the compensation circuit is suppressed. Can do. And it becomes possible to employ | adopt a structure with small attenuation amount as an attenuator connected between a compensation circuit and a subline. And by using an attenuator with a small attenuation amount, it becomes possible to suppress the reactance constituted by the main line and the sub line, and as a result, it is possible to reduce the device area and the insertion loss of the directional coupler. Can be realized. In addition, in this embodiment, since the passing amount of the compensation circuit is larger than that of the conventional example, it is possible to suppress a decrease in the coupling amount in the entire directional coupler, which also reduces the device area and directional coupling. It is possible to reduce the insertion loss of the device.

≪他の実施形態≫
次に、本発明の他の実施形態に係る方向性結合器について説明する。
<< Other Embodiments >>
Next, a directional coupler according to another embodiment of the present invention will be described.

図7は、他の実施形態に係る方向性結合器に設けることができる補償回路を示す等価回路図である。   FIG. 7 is an equivalent circuit diagram showing a compensation circuit that can be provided in a directional coupler according to another embodiment.

図7(A)に示す補償回路36Aは、信号経路とグランドとの間に直列に接続されたLC直列回路と抵抗Rとを備えている。このLC直列回路は帯域阻止フィルタとして機能するものである。このような回路構成であっても、補償回路36Aに損失を持たせることができる。   The compensation circuit 36A shown in FIG. 7A includes an LC series circuit and a resistor R connected in series between the signal path and the ground. This LC series circuit functions as a band rejection filter. Even with such a circuit configuration, the compensation circuit 36A can have a loss.

図7(B)に示す補償回路46Aは、信号経路に直列に接続されたLC直列回路と、そのLC直列回路とカップリングポートとの接続点とグランドとの間に接続された抵抗Rとを備えている。このLC直列回路は帯域通過フィルタとして機能するものである。このような帯域通過フィルタを構成する場合には、前述した帯域阻止フィルタを構成する場合とは逆に、LC直列回路の共振周波数を、方向性結合器が利用される周波数帯域よりも低くすることで、帯域通過フィルタを誘導性で機能させる。これにより、帯域通過フィルタを用いても、方向性結合器における本体の結合特性を補償することができる。また、LC直列回路とカップリングポートとの接続点とグランドとの間に抵抗Rを接続することで、補償回路46Aに損失を持たせることができる。   The compensation circuit 46A shown in FIG. 7B includes an LC series circuit connected in series to the signal path, and a resistor R connected between the connection point of the LC series circuit and the coupling port and the ground. I have. This LC series circuit functions as a band pass filter. When configuring such a band-pass filter, the resonant frequency of the LC series circuit should be lower than the frequency band in which the directional coupler is used, as opposed to configuring the band-stop filter described above. Thus, the bandpass filter functions inductively. Thereby, even if it uses a band pass filter, the coupling | bonding characteristic of the main body in a directional coupler can be compensated. Further, by connecting the resistor R between the connection point between the LC series circuit and the coupling port and the ground, the compensation circuit 46A can have a loss.

図7(C)に示す補償回路56Aは、信号経路に直列に接続されたLC並列回路と、そのLC並列回路とカップリングポートとの接続点とグランドとの間に接続された抵抗Rとを備えている。このような回路構成であっても、LC並列回路の共振周波数を適切に調整することで、方向性結合器における本体の結合特性を補償することができる。また、LC並列回路とカップリングポートとの接続点とグランドとの間に抵抗Rを接続することで、補償回路56Aに損失を持たせることができる。   The compensation circuit 56A shown in FIG. 7C includes an LC parallel circuit connected in series to the signal path, and a resistor R connected between the connection point of the LC parallel circuit and the coupling port and the ground. I have. Even with such a circuit configuration, the coupling characteristics of the main body in the directional coupler can be compensated by appropriately adjusting the resonance frequency of the LC parallel circuit. Further, by connecting the resistor R between the connection point between the LC parallel circuit and the coupling port and the ground, the compensation circuit 56A can have a loss.

図7(D)に示す補償回路66Aは、信号経路とグランドとの間に直列に接続されたLC並列回路と、そのLC並列回路に直列に接続された抵抗Rとを備えている。このLC並列回路は帯域通過フィルタとして機能するものである。このような回路構成であっても、LC並列回路の共振周波数を適切に調整することで、方向性結合器における本体の結合特性を補償することができる。また、LC並列回路に直列に抵抗Rを接続することで、補償回路66Aに損失を持たせることができる。   The compensation circuit 66A shown in FIG. 7D includes an LC parallel circuit connected in series between the signal path and the ground, and a resistor R connected in series to the LC parallel circuit. This LC parallel circuit functions as a band pass filter. Even with such a circuit configuration, the coupling characteristics of the main body in the directional coupler can be compensated by appropriately adjusting the resonance frequency of the LC parallel circuit. Further, by connecting the resistor R in series with the LC parallel circuit, the compensation circuit 66A can have a loss.

図7(E)に示す補償回路76Aは、信号経路とグランドとの間に直列にキャパシタンスC1と抵抗Rとを備えている。このような回路構成であっても、キャパシタンスC1の通過特性を適切に調整することで、方向性結合器における本体の結合特性を補償することができる。また、キャパシタンスC1とグランドとの間に抵抗Rを接続することで、補償回路76Aに損失を持たせることができる。   The compensation circuit 76A shown in FIG. 7E includes a capacitance C1 and a resistor R in series between the signal path and the ground. Even with such a circuit configuration, the coupling characteristic of the main body in the directional coupler can be compensated by appropriately adjusting the pass characteristic of the capacitance C1. Further, by connecting the resistor R between the capacitance C1 and the ground, the compensation circuit 76A can have a loss.

図7(F)に示す補償回路86Aは、信号経路に直列に接続されたインダクタンスL1と、そのインダクタンスL1とカップリングポートCPLとの接続点とグランドとの間に接続された抵抗Rとを備えている。このような回路構成であっても、インダクタンスL1の通過特性を適切に調整することで、方向性結合器における本体の結合特性を補償することができる。また、インダクタンスL1とカップリングポートCPLの接続点とグランドとの間に抵抗Rを接続することで、補償回路86Aに損失を持たせることができる。   A compensation circuit 86A shown in FIG. 7F includes an inductance L1 connected in series to the signal path, and a resistor R connected between a connection point between the inductance L1 and the coupling port CPL and the ground. ing. Even with such a circuit configuration, the coupling characteristic of the main body in the directional coupler can be compensated by appropriately adjusting the pass characteristic of the inductance L1. Further, by connecting the resistor R between the connection point of the inductance L1 and the coupling port CPL and the ground, the compensation circuit 86A can have a loss.

これらのような補償回路の構成であっても、本発明の方向性結合器は好適に実施することができる。   Even with such a configuration of the compensation circuit, the directional coupler of the present invention can be preferably implemented.

以上に示した実施形態や実施例のように本発明は実施できるが、本発明の範囲は上述の実施形態の記載に制限されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   Although the present invention can be implemented as in the embodiments and examples described above, the scope of the present invention is not limited to the description of the above-described embodiments. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1,11…方向性結合器
2,12…主線路
3,13…副線路
4A,4B,24A,24B…リアクタンス回路
5A,5B,25A,25B…減衰器
6A,6B,36A,46A,56A,66A,76A,86A…補償回路
10A…GaAs基板
10B…誘電体膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11 ... Directional coupler 2, 12 ... Main line 3, 13 ... Sub line 4A, 4B, 24A, 24B ... Reactance circuit 5A, 5B, 25A, 25B ... Attenuator 6A, 6B, 36A, 46A, 56A, 66A, 76A, 86A ... Compensation circuit 10A ... GaAs substrate 10B ... Dielectric film

Claims (8)

信号入力ポートと信号出力ポートの間に接続されている主線路と、
カップリングポートとアイソレーションポートとの間に接続されていて、結合容量と相互インダクタンスとにより前記主線路に結合している副線路と、
前記カップリングポートと前記副線路との間に接続されていて、前記カップリングポートと前記信号入力ポートとの間での結合量の周波数偏差を補償する補償回路と、
前記副線路と前記補償回路との間に接続されていて、通過する信号を減衰させる減衰器と、
を備え、
前記補償回路は、前記カップリングポートとグランドとの間に接続されている抵抗部と、前記抵抗部と前記減衰器との間に接続されているリアクタンス部と、を備える、方向性結合器。
A main line connected between the signal input port and the signal output port;
A sub-line connected between the coupling port and the isolation port and coupled to the main line by a coupling capacitance and a mutual inductance;
A compensation circuit that is connected between the coupling port and the sub-line and compensates for a frequency deviation of the coupling amount between the coupling port and the signal input port;
An attenuator connected between the sub line and the compensation circuit to attenuate a signal passing therethrough;
With
The compensation circuit includes a resistance unit connected between the coupling port and a ground, and a reactance unit connected between the resistance unit and the attenuator.
前記リアクタンス部は、共振回路を備える、請求項1に記載の方向性結合器。   The directional coupler according to claim 1, wherein the reactance unit includes a resonance circuit. 前記リアクタンス部は、前記共振回路の共振Qを調整する調整用リアクタンスを備える、請求項2に記載の方向性結合器。   The directional coupler according to claim 2, wherein the reactance unit includes an adjustment reactance for adjusting a resonance Q of the resonance circuit. 前記共振回路は、信号ラインに対して第一端が接続される第1のリアクタンスと、第1のリアクタンスの第二端とグランドとの間に接続される第2のリアクタンスとを備えていて、前記調整用リアクタンスは、前記第1のリアクタンスの第二端とグランドとの間に第一端が接続されていて、前記抵抗部は前記調整用リアクタンスの第二端とグランドとの間に接続されている、請求項3に記載の方向性結合器。   The resonant circuit includes a first reactance having a first end connected to the signal line, and a second reactance connected between the second end of the first reactance and the ground, The adjustment reactance has a first end connected between the second end of the first reactance and the ground, and the resistor is connected between the second end of the adjustment reactance and the ground. The directional coupler according to claim 3. 前記第1のリアクタンスはキャパシタであり、前記第2のリアクタンスはインダクタであり、前記調整用リアクタンスはキャパシタである、請求項4に記載の方向性結合器。   The directional coupler according to claim 4, wherein the first reactance is a capacitor, the second reactance is an inductor, and the adjustment reactance is a capacitor. 前記補償回路を第1の補償回路とし、前記減衰器を第1の減衰器として、
前記アイソレーションポートと前記副線路との間に接続されていて、前記アイソレーションポートと前記信号出力ポートとの間での結合量の周波数偏差を補償する第2の補償回路と、
前記副線路と前記第2の補償回路との間に接続されていて、通過する信号を減衰させる第2の減衰器と、
を備え、
前記第2の補償回路は、前記アイソレーションポートとグランドとの間に接続されている抵抗部と、前記抵抗部と前記第2の減衰器との間に接続されているリアクタンス部と、を備える、請求項1〜5のいずれかに記載の方向性結合器。
The compensation circuit is a first compensation circuit, and the attenuator is a first attenuator.
A second compensation circuit that is connected between the isolation port and the sub line and compensates for a frequency deviation of the coupling amount between the isolation port and the signal output port;
A second attenuator connected between the subline and the second compensation circuit for attenuating a passing signal;
With
The second compensation circuit includes a resistance unit connected between the isolation port and the ground, and a reactance unit connected between the resistance unit and the second attenuator. The directional coupler according to any one of claims 1 to 5.
前記主線路、前記副線路、前記補償回路、および、前記減衰器は、要部が薄膜プロセスにより形成されている、請求項1〜6のいずれかに記載の方向性結合器。   The directional coupler according to claim 1, wherein a main part of the main line, the sub line, the compensation circuit, and the attenuator is formed by a thin film process. 前記主線路、前記副線路、前記補償回路、および、前記減衰器が同一主面上に形成されている半絶縁性基板を備える、請求項1〜7のいずれかに記載の方向性結合器。   The directional coupler according to claim 1, further comprising a semi-insulating substrate in which the main line, the sub line, the compensation circuit, and the attenuator are formed on the same main surface.
JP2012046868A 2012-03-02 2012-03-02 Directional coupler Pending JP2013183351A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012046868A JP2013183351A (en) 2012-03-02 2012-03-02 Directional coupler

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012046868A JP2013183351A (en) 2012-03-02 2012-03-02 Directional coupler

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013183351A true JP2013183351A (en) 2013-09-12

Family

ID=49273713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012046868A Pending JP2013183351A (en) 2012-03-02 2012-03-02 Directional coupler

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013183351A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016176516A1 (en) * 2015-04-28 2016-11-03 Bird Technologies Group, Inc Thru-line directional power sensor having microstrip coupler
JP2018007234A (en) * 2016-07-07 2018-01-11 サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. High frequency switch circuit and apparatus
CN113589039A (en) * 2020-04-30 2021-11-02 株式会社村田制作所 Load detection circuit and amplification circuit
WO2021229957A1 (en) * 2020-05-09 2021-11-18 株式会社村田製作所 Directional coupler
CN116232308A (en) * 2023-05-05 2023-06-06 隔空(上海)智能科技有限公司 Phase temperature compensation circuit and device
JP2024038418A (en) * 2019-03-13 2024-03-19 キョーセラ・エイブイエックス・コンポーネンツ・コーポレーション Compact thin film surface mountable coupler with broadband performance
CN119051601A (en) * 2024-11-04 2024-11-29 北京中玮科技有限公司 Active compensation circuit

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10775419B2 (en) 2015-04-28 2020-09-15 Bird Technologies Group Inc. Thru-line directional power sensor having microstrip coupler
US11415605B2 (en) 2015-04-28 2022-08-16 Bird Technologies Group, Inc. Thru-line directional power sensor having microstrip coupler
CN107710503A (en) * 2015-04-28 2018-02-16 伯德技术集团股份有限公司 Direct circuit directive overrurrent relay sensor with microstrip coupler
US20180106838A1 (en) * 2015-04-28 2018-04-19 Bird Technologies Group Inc Thru-line directional power sensor having microstip coupler
WO2016176516A1 (en) * 2015-04-28 2016-11-03 Bird Technologies Group, Inc Thru-line directional power sensor having microstrip coupler
US10044341B2 (en) 2016-07-07 2018-08-07 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Radio frequency switch circuit and apparatus having built-in coupler
US10505517B2 (en) 2016-07-07 2019-12-10 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Radio frequency switch circuit and apparatus having built-in coupler
JP2018007234A (en) * 2016-07-07 2018-01-11 サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. High frequency switch circuit and apparatus
JP2024038418A (en) * 2019-03-13 2024-03-19 キョーセラ・エイブイエックス・コンポーネンツ・コーポレーション Compact thin film surface mountable coupler with broadband performance
CN113589039A (en) * 2020-04-30 2021-11-02 株式会社村田制作所 Load detection circuit and amplification circuit
US12273077B2 (en) 2020-04-30 2025-04-08 Murata Manufacturing Co., Ltd. Load detection circuit and amplifier circuit
WO2021229957A1 (en) * 2020-05-09 2021-11-18 株式会社村田製作所 Directional coupler
US12040528B2 (en) 2020-05-09 2024-07-16 Murata Manufacturing Co., Ltd. Directional coupler
CN116232308A (en) * 2023-05-05 2023-06-06 隔空(上海)智能科技有限公司 Phase temperature compensation circuit and device
CN119051601A (en) * 2024-11-04 2024-11-29 北京中玮科技有限公司 Active compensation circuit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9553349B2 (en) Directional coupler
US11190149B2 (en) Weakly coupled based harmonic rejection filter for feedback linearization power amplifier
JP5633574B2 (en) Directional coupler
US10128815B2 (en) Branching device
JP2013183351A (en) Directional coupler
US8421553B2 (en) Directional coupler
CN102132490B (en) Laminated balance filter
US8314663B2 (en) Directional coupler
US9979379B2 (en) Multiplexer, radio frequency front-end circuit, communication device, and multiplexer design method
US7671698B2 (en) Wide-band directional coupler
US12451855B2 (en) Filter device and radio-frequency front-end circuit including the same
EP1343218A2 (en) In-band group delay equalizer and distortion compensation amplifier
US12506239B2 (en) Dielectric filter
CN104541404B (en) Sending module
TWI837616B (en) Dielectric resonators, and dielectric filters and multiplexers using the same
CN215342185U (en) Matching circuit, matching circuit element, and communication device
US7812780B2 (en) Antenna architecture and LC coupler
CN117121291A (en) Dielectric filter and dielectric resonator