JP2013183351A - Directional coupler - Google Patents
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Abstract
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)
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
The
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
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
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
≪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
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
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
2B,
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
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
The
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
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
An
An
An
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
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-
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
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
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
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
The resistors R1B, R2B, and R3B constitute an
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
Capacitances C1B and C2B and inductance L1B constitute
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (8)
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.
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