(57)【要約】【課題】結合度および方向性をより精密に調整できる方向性結合器を提供すること。【解決手段】互いに対向する第１主面および第２主面を有する誘電体１３、１４と、前記第１主面側において誘電体１３に接して設けられた主線路１１と、前記第１主面側において誘電体１４に接して設けられた副線路１２と、を備え、誘電体１３、１４は、主線路１１に接する第１部分Ａと、副線路１２に接する第２部分Ｂと、を有し、前記第１主面を平面視した場合、第１部分Ａと第２部分Ｂとの間には、主線路１１および副線路１２に交差する方向に沿って比誘電率が変化する第３部分Ｃが位置する。【選択図】図１Ｂ
2020178210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１主面および第２主面を有する誘電体と、
前記第１主面側において前記誘電体に接して設けられた主線路と、
前記第１主面側において前記誘電体に接して設けられた副線路と、を備え、
前記誘電体は、前記主線路に接する第１部分と、前記副線路に接する第２部分と、を有し、
前記第１主面を平面視した場合、前記第１部分と前記第２部分との間には、前記主線路および前記副線路に交差する方向に沿って比誘電率が変化する第３部分が位置する、
方向性結合器。
【請求項２】
前記誘電体は、誘電体基板であり、
前記誘電体基板上に配置され、前記主線路および前記副線路のうち前記副線路の少なくとも一部のみを覆う誘電体層と、
前記誘電体基板に被せられ、少なくとも前記主線路を収容する空間を形成する導体シールド膜と、をさらに備え、
前記主線路は、前記空間に露出している、
請求項１に記載の方向性結合器。
【請求項３】
前記誘電体は、誘電体基板であり、
前記誘電体基板上に配置され、前記主線路および前記副線路のうち前記副線路の少なくとも一部のみを覆う誘電体層と、
前記誘電体基板上に配置され、前記主線路および前記誘電体層を覆うモールド層と、をさらに備え、
前記誘電体層の比誘電率と前記モールド層の比誘電率とが異なる、
請求項１に記載の方向性結合器。
【請求項４】
前記モールド層の表面に形成された金属膜をさらに備える、
請求項３に記載の方向性結合器。
【請求項５】
前記副線路から前記主線路と前記副線路との間における前記誘電体層の端部までの距離が、前記副線路の長手方向における２つの部分で異なる、
請求項２から４の何れか１項に記載の方向性結合器。
【請求項６】
前記副線路は、第１副線路と第２副線路とを含み、
前記誘電体層は、前記第１副線路および前記第２副線路のうち、何れか一方の副線路の少なくとも一部のみを覆う、
請求項２から４の何れか１項に記載の方向性結合器。
【請求項７】
前記第１副線路および前記第２副線路は、平面視した場合に、前記主線路を挟んで互いに反対側に配置されている、
請求項６に記載の方向性結合器。
【請求項８】
前記第１副線路を前記副線路として用いるか、前記第２副線路を前記副線路として用いるかを、切り替える第１スイッチ回路を備える、
請求項６または７に記載の方向性結合器。
【請求項９】
前記副線路の第１端部を検出信号の出力用の第１ノードに接続しかつ第２端部を終端用の第２ノードに接続するか、前記副線路の前記第１端部を前記第２ノードに接続しかつ前記第２端部を前記第１ノードに接続するかを切り替える第２スイッチ回路を備える、
請求項１から８の何れか１項に記載の方向性結合器。
【請求項１０】
前記副線路の少なくとも一方の端部とグランド電極との間に接続された可変終端器をさらに備える、
請求項１から９の何れか１項に記載の方向性結合器。
【請求項１１】
前記副線路の少なくとも一方の端部と結合ポートとを結ぶ信号経路に接続された可変整合回路をさらに備える、
請求項１から１０の何れか１項に記載の方向性結合器。
【請求項１２】
前記副線路の少なくとも一方の端部と結合ポートとを結ぶ信号経路に接続された可変減衰器をさらに備える、
請求項１から１１の何れか１項に記載の方向性結合器。
【請求項１３】
前記副線路の少なくとも一方の端部と結合ポートとを結ぶ信号経路に接続された可変フィルタをさらに備える、
請求項１から１２の何れか１項に記載の方向性結合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性結合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
方向性結合器は、携帯端末装置などの無線機器において広く使われる基本的な素子である。例えば、特許文献１には、誘電体基板上に主線路と副線路とが、間隔を空けて、かつ、少なくとも一部が互いに平行となるように設けられた方向性結合器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３８０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
方向性結合器の結合度および方向性は、例えば、主線路と副線路との間の距離および各線路の幅を変更することで調整できる。しかしながら、主線路と副線路との間の距離および各線路の幅を変更すると、主線路および副線路のインピーダンスなど、結合度および方向性以外の特性も影響を受ける。そのため、当該影響を抑制する必要から、結合度および方向性を所望の値に調整しきれないことがある。言い換えれば、結合度および方向性の調整の自由度が制約されることがある。
【０００５】
そこで、本発明は、結合度および方向性をより精密に調整できる方向性結合器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る方向性結合器は、互いに対向する第１主面および第２主面を有する誘電体と、前記第１主面側において前記誘電体に接して設けられた主線路と、前記第１主面側において前記誘電体に接して設けられた副線路と、を備え、前記誘電体は、前記主線路に接する第１部分と、前記副線路に接する第２部分と、を有し、前記第１主面を平面視した場合、前記第１部分と前記第２部分との間には、前記主線路および前記副線路に交差する方向に沿って比誘電率が変化する第３部分が位置する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る方向性結合器によれば、主線路と副線路との間で比誘電率が変化する第３部分を用いて、主線路と副線路との間の電界分布を調整することにより、方向性結合器の結合度および方向性を調整することができる。
【０００８】
これにより、結合度および方向性の調整において、主線路と副線路との間の距離および各線路の幅を変更しないので、主線路および副線路のインピーダンスなど、結合度および方向性以外の特性への影響が小さくなる。その結果、結合度および方向性の調整の自由度が向上するので、結合度および方向性をより精密に調整できるようになる。結合度および方向性以外の特性についても、結合度および方向性の調整から独立することにより、目的の特性を得るための設計の自由度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】実施の形態１に係る方向性結合器の構造の一例を示す上面図
【図１Ｂ】実施の形態１に係る方向性結合器の構造の一例を示す側面図
【図２Ａ】実施の形態２に係る方向性結合器の構造の一例を示す上面図
【図２Ｂ】実施の形態２に係る方向性結合器の構造の第１例を示す側面図
【図２Ｃ】実施の形態２に係る方向性結合器の構造の第２例を示す側面図
【図３】実施の形態３に係る方向性結合器の構造の一例を示す上面図
【図４】実施の形態４に係る方向性結合器の構造の一例を示す上面図
【図５Ａ】実施の形態５に係る方向性結合器の構造の一例を示す上面図
【図５Ｂ】実施の形態５に係る方向性結合器の構造の一例を示す側面図
【図６】実施の形態５に係る方向性結合器の機能的な構成の一例を示す回路図
【図７Ａ】実施の形態５に係る可変インダクタの構成の一例を示す回路図
【図７Ｂ】実施の形態５に係る可変キャパシタの構成の一例を示す回路図
【図７Ｃ】実施の形態５に係る可変抵抗の構成の一例を示す回路図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の複数の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。
【００１１】
（実施の形態１）
実施の形態１に係る方向性結合器について説明する。
【００１２】
図１Ａおよび図１Ｂは、実施の形態１に係る方向性結合器の構造の一例を示す上面図および側面図である。図１Ｂは、図１ＡのＩＢ−ＩＢ線で示される断面に対応する。
【００１３】
図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、方向性結合器１は、主線路１１と、副線路１２と、誘電体１３、１４、１５と、グランド電極１６、１７と、で構成されている。
【００１４】
誘電体１３、１４はそれぞれグランド電極１６側の主面とグランド電極１７側の主面とを有する。ここで、誘電体１３、１４におけるグランド電極１７側の主面が「第１主面」の一例であり、グランド電極１６側の主面が「第２主面」の一例である。
【００１５】
主線路１１は誘電体１３のグランド電極１７側の主面上に形成され、副線路１２は誘電体１４のグランド電極１７側の主面上に形成され、主線路１１と副線路１２とは、互いに電磁気的に結合している。すなわち、誘電体１３、１４を１つの誘電体として考えるとき、主線路１１、および、副線路１２はいずれも、当該１つの誘電体の第１主面側において、当該１つの誘電体と接して設けられている。主線路１１および副線路１２は、同一面上に形成されていてもよい。主線路１１、副線路１２、および誘電体１３、１４は、誘電体１５によって覆われている。誘電体１３、１４、１５は、グランド電極１６、１７で挟まれている。
【００１６】
主線路１１と副線路１２とは、互いに電磁気的に結合している。
【００１７】
これにより、主線路１１を第１端部Ｔ３から第２端部Ｔ４へ伝搬する主信号である順方向の主信号の一部が、副線路１２の第２端部Ｔ２が終端された状態で、順方向の検出信号として副線路１２の第１端部Ｔ１から出力される。
【００１８】
また、主線路１１を第２端部Ｔ４から第１端部Ｔ３へ伝搬する主信号である逆方向の主信号の一部が、副線路１２の第１端部Ｔ１が終端された状態で、逆方向の検出信号として副線路１２の第２端部Ｔ２から出力される。
【００１９】
つまり、順方向の主信号に対する検出信号を得る場合、副線路１２の第２端部Ｔ２が終端用の端部であり第１端部Ｔ１が信号出力用の端部である。また、逆方向の主信号に対する検出信号を得る場合、副線路１２の第１端部Ｔ１が終端用の端部であり第２端部Ｔ２が信号出力用の端部である。
【００２０】
なお、順方向および逆方向の定義は上述とは逆でもよい。
【００２１】
方向性結合器１において、主線路１１の第１端部Ｔ３、第２端部Ｔ４、および副線路１２の第１端部Ｔ１、第２端部Ｔ２の各々に接続される回路は、特には限定されない。
【００２２】
一例として、端部Ｔ１〜Ｔ４は、それぞれ対応する外部端子に個別に接続されていてもよい（図示せず）。つまり、方向性結合器１は４端子素子として構成されていてもよい。また、後述するように、副線路１２の第１端部Ｔ１、第２端部Ｔ２のうち、終端用の端部は方向性結合器１の内部で終端され、信号出力用の端部は方向性結合器１の内部に設けられた機能回路に接続されていてもよい。
【００２３】
誘電体１３、および、１４の総体を１つの誘電体として考えるとき、当該１つの誘電体は、主線路１１に接する第１部分Ａと、副線路１２に接する第２部分Ｂを有している。また、誘電体１５は、主線路１１に接する第１部分Ａと、副線路に接する第２部分Ｂとを有している。ここで、方向性結合器１を平面視した場合、第１部分Ａと第２部分Ｂとの間には、主線路１１および副線路１２に交差する方向に沿って比誘電率が変化する第３部分Ｃとが位置している。
【００２４】
具体的に、誘電体１３の比誘電率と誘電体１４の比誘電率とは異なっている。誘電体１５の比誘電率は、誘電体１３、１４のいずれか一方の比誘電率と等しくてもよく、いずれの比誘電率とも異なっていてもよい。これにより、第３部分Ｃにおける比誘電率は、主線路１１から副線路１２へ向かって、第１部分Ａにおける比誘電率から第２部分Ｂにおける比誘電率へ変化する。
【００２５】
方向性結合器１において、第３部分Ｃは、誘電体１３、１４、１５の、主線路１１と副線路１２との間にある材料定数（つまり、材料の比誘電率と相関がある各種の物性値）の境界点である。
【００２６】
第３部分Ｃの位置に応じて主線路１１と副線路１２との間の電界分布を調整することにより、方向性結合器１の結合度および方向性を調整することできる。結合度および方向性の調整において、主線路１１と副線路１２との間の距離および各線路の幅を変更しないので、主線路１１および副線路１２のインピーダンスなど、結合度および方向性以外の特性への影響が、各線路の間の距離や各線路の幅を変更したときよりも小さくなりやすい。
【００２７】
これにより、結合度および方向性の調整の自由度が向上するので、結合度および方向性をより精密に調整できるようになる。結合度および方向性以外の特性についても、結合度および方向性の調整から一定程度独立することにより、目的の特性を得るための設計の自由度が向上する。
【００２８】
また、主線路１１と副線路１２との間の距離および各線路の幅を変更する場合であっても、さらに第３部分Ｃの位置を変更することで、線路間の距離や各線路の幅の変更のみでは調整しきれなかった結合度や方向性を、より精密に調整することができる。これにより、目的の特性を得るための設計の自由度が向上する。
【００２９】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る方向性結合器について説明する。
【００３０】
図２Ａは、実施の形態２に係る方向性結合器の構造の一例を示す上面図である。
【００３１】
図２Ｂ、図２Ｃは、図２Ａに示される方向性結合器２の構造の第１例および第２例を示す側面図である。図２Ｂ、図２Ｃは、図２ＡのＩＩＢ、ＩＩＣ−ＩＩＢ、ＩＩＣ線で示される断面に対応する。図２Ｂ、図２Ｃにおいて、方向性結合器２は方向性結合器２ａ、２ｂとしてそれぞれ参照される。
【００３２】
図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃに示されるように、方向性結合器２は、主線路２１および副線路２２が形成された誘電体基板２４と、誘電体基板２４に配置され、主線路２１および副線路２２のうち副線路２２のみを覆う誘電体層２３と、を備えている。
【００３３】
誘電体基板２４は、例えば、高周波用プリント配線板で構成された外部端子基板である。誘電体基板２４の、主線路２１および副線路２２が形成された主面とは反対側の主面に、外部接続端子２９が設けられている。ここで、誘電体基板２４における主線路２１および副線路２２が形成された主面が「第１主面」の一例であり、誘電体基板２４における外部接続端子２９が形成された主面が「第２主面」の一例である。すなわち、主線路２１、および、副線路２２はいずれも、誘電体基板２４の第１主面側において、誘電体基板２４と接して設けられている。
【００３４】
なお、誘電体基板２４は、半導体基板などの各種基板に誘電体層が１層以上積層された積層体であってもよい。誘電体基板２４が、半導体基板に複数の誘電体層が積層された積層体であった場合、複数の誘電体層のうち、主線路２１および副線路２２が形成された層における主線路２１および副線路２２が形成された主面を「第１主面」とし、半導体基板が有する主面のうち「第１主面」と対向し、かつ、「第１主面」から最も遠い主面を「第２主面」とする。
【００３５】
誘電体層２３は、例えば、ポリイミド系の感光性樹脂で構成されている。感光性樹脂で構成することで、誘電体層２３をフォトリソグラフにより高い精度でパターニングすることが可能になる。なお、誘電体層２３は、感光性樹脂には限られず、例えば、インクジェット印刷が可能な樹脂インクで構成されてもよい。感光性樹脂および樹脂インクには、誘電体フィラーが添加されていてもよい。
【００３６】
図２Ｂに示される方向性結合器２ａは、誘電体基板２４に被せられ、主線路２１、副線路２２および誘電体層２３を収容する空間２５を形成する金属キャップ２６をさらに備える。主線路２１は、空間２５に露出している。方向性結合器２ａは、金属キャップタイプのパッケージに実装された方向性結合器２の一例であり、金属キャップ２６は、導体シールドの一例である。
【００３７】
金属キャップ２６は、例えば、白洋で構成される。金属キャップ２６は、誘電体基板２４の側面に設けられスルーホールめっきが施された切り欠き部（図示せず）に、はんだなどの導電性接合材にて固定され、シールドとして機能する。
【００３８】
図２Ｃに示される方向性結合器２ｂは、主線路２１、副線路２２、および誘電体層２３を覆うモールド層２７をさらに備える。モールド層２７は、例えば、ポリイミド系の熱硬化樹脂で構成され、誘電体基板２４上に配置される。誘電体層２３の比誘電率とモールド層２７の比誘電率とは異なっている。モールド層２７は、平面視で、誘電体基板２４と同じ外形に設けられていてもよい。方向性結合器２ｂは、モールドタイプのパッケージに実装された方向性結合器２の一例である。
【００３９】
モールド層２７の表面には、金属膜２８が形成されていてもよい。金属膜２８は、例えば、チタン、銅およびニッケルのうちの１以上の金属またはその合金で構成された薄膜であり、スパッタリングによりモールド層２７の表面に成膜されもよい。金属膜２８は、モールド層２７の表面から誘電体基板２４の側面にかけて成膜され、例えば、誘電体基板２４の側面においてグランド電極に接続され（図示せず）、シールドとして機能する。
【００４０】
方向性結合器２、２ａ、２ｂにおいても、誘電体基板２４が主線路１１に接する第１部分Ａと、副線路１２に接する第２部分Ｂを有している。また、方向性結合器２、２ａ、２ｂを平面視した場合、第１部分Ａと第２部分Ｂとの間には、主線路１１および副線路１２に交差する方向に沿って比誘電率が変化する第３部分Ｃとが位置している。
【００４１】
具体的に、方向性結合器２ａにおいて、空間２５の比誘電率（空間２５に存在する空気の比誘電率）と誘電体層２３の比誘電率とは異なっている。また、方向性結合器２ｂにおいて、モールド層２７の比誘電率と誘電体層２３の比誘電率とは異なっている。これにより、第３部分Ｃにおける比誘電率は、主線路１１から副線路１２へ向かって、第１部分Ａにおける比誘電率から第２部分Ｂにおける比誘電率へ変化する。従って、方向性結合器２、２ａ、２ｂにおいても、第３部分Ｃの位置を調整することにより、方向性結合器２、２ａ、２ｂの結合度および方向性を調整することできる。
【００４２】
また、方向性結合器２、２ａ、２ｂによれば、主線路２１を誘電体基板２４上に設けることにより、主線路２１の損失を低減することができる。具体的に、主線路２１は誘電体層２３で覆われることなく、誘電体基板２４を構成する低い誘電正接の材料と低い実効誘電率による広い線路幅により、主線路２１の損失が低減される。
【００４３】
さらに、方向性結合器２、２ａ、２ｂによれば、主線路２１および副線路２２を形成した後に、誘電体層２３を形成することで第３部分Ｃの位置を調整して主線路２１と副線路２２との間の電界分布を調整できるので、方向性結合器の量産ばらつきによる結合度や方向性のずれを、誘電体基板２４を形成し直すことなく容易に補正できる。
【００４４】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る方向性結合器について説明する。
【００４５】
図３は、実施の形態３に係る方向性結合器の構造の一例を示す上面図である。
【００４６】
図３に示されるように、方向性結合器３は、主線路３１および副線路３２が形成された誘電体基板３４と、誘電体基板３４に配置され、主線路３１および副線路３２のうち副線路３２のみを覆う誘電体層３３と、を備えている。
【００４７】
方向性結合器３における主線路３１、副線路３２、誘電体層３３、および誘電体基板３４は、実施の形態２で説明した方向性結合器２の主線路２１、副線路２２、誘電体層２３、および誘電体基板２４にそれぞれ対応する。方向性結合器３は、図２Ａの方向性結合器２と比べて、対応する要素を構成する材料において同一であり、主線路３１、副線路３２の配置、および誘電体層３３の形状において相違する。
【００４８】
具体的に、方向性結合器３では、副線路３２から主線路３１と副線路３２との間における誘電体層３３の端部までの距離ｄ１、ｄ２が、副線路３２の長手方向における２つの部分３２ａ、３２ｂで異なっている。ここで、副線路３２から誘電体層３３の端部までの距離とは、副線路３２の端部から誘電体層３３の端部までの最短距離を意味し、副線路３２の端部と誘電体層３３の端部とが略平行な線分で表される区間においては、当該線分の間隔を意味する。
【００４９】
副線路３２の２つの部分３２ａ、３２ｂでは、副線路３２から主線路３１と副線路３２との間における誘電体層３３の端部までの距離ｄ１、ｄ２に応じて、主線路３１と副線路３２との間の電界分布が異なる。主線路３１と副線路３２との間の電界分布が方向性結合器３の結合度および方向性に影響する性質を利用して、距離ｄ１、ｄ２の調整により結合度および方向性の最適化を図ることができる。
【００５０】
図３の例では、副線路３２の部分３２ａにおいて、誘電体層３３の端部は副線路３２寄りにシフトさせた形状に加工されている。この部分において、主線路３１と副線路３２との間の電界分布が弱まり電界結合が減少することで、方向性結合器３の方向性が調整される。このようにして方向性を調整しても、副線路３２に接する誘電体層３３および誘電体基板３４の実効的な比誘電率は、部分３２ａを含む副線路３２の全体で大きくは変わらない。そのため、副線路３２の線路幅や線路長を変える必要はなく、事実上、方向性のみを調整できる。
【００５１】
なお、誘電体層３３は、フォトリソグラフまたはインクジェット印刷にて所望の形状に形成されてもよく、誘電体層３３の形成後に、非所望の部分をリューターまたはレーザー光で除去してもよい。
【００５２】
（実施の形態４）
実施の形態４に係る方向性結合器について説明する。
【００５３】
図４は、実施の形態４に係る方向性結合器の構造の一例を示す上面図である。
【００５４】
図４に示されるように、方向性結合器４は、主線路４１および副線路４２ａ、４２ｂが形成された誘電体基板４４と、誘電体基板４４に配置され、主線路４１および副線路４２ａ、４２ｂのうち副線路４２ａのみを覆う誘電体層４３と、を備えている。方向性結合器４では、副線路４２ａ、４２ｂは主線路４１を挟んで、反対側に形成されている。
【００５５】
方向性結合器４における主線路４１、副線路４２ａ、４２ｂ、誘電体層４３、および誘電体基板４４は、実施の形態２で説明した方向性結合器２の主線路２１、副線路２２、誘電体層２３、および誘電体基板２４にそれぞれ対応する。方向性結合器３は、図２Ａの方向性結合器２と比べて、対応する要素を構成する材料において同一であり、誘電体層４３で覆われた副線路４２ａと覆われない副線路４２ｂとを有する点で相違する。
【００５６】
図４の例では、誘電体層４３で覆われた副線路４２ａは、誘電体層４３の高い比誘電率による波長短縮効果および分布容量の増加で、電気長が増加するとともに線幅が縮小されている。これにより、副線路４２ａは、物理的な線路長が同等の副線路４２ｂと比べて、より低周波数の信号の検出に最適化される。誘電体層４３の誘電正接による損失増加や細線化による銅損由来の損失増加は、結合係数の一部に算入できるため不利にはならない。
【００５７】
また、図４の例では、副線路４２ａ、４２ｂがそれぞれ主線路４１を挟んで、互いに反対側に形成されている。これにより、副線路４２ａ、４２ｂの双方が主線路４１に対して同じ側（平面視した場合の主線路４１の左側か右側）にある場合に比べて、副線路４２ａと主線路４１との結合度、および、副線路４２ｂと主線路４１との結合度をともに良好に保つことができる。
【００５８】
例えば、副線路４２ａ、４２ｂの双方を主線路４１に対して同じ側に配置した場合、副線路４２ａ、４２ｂのうち主線路４１から遠い側に配置される副線路と主線路との結合度は主線路４１から近い側に配置される副線路と主線路との結合度に比べて極めて小さくなってしまう。
【００５９】
これに対して、副線路４２ａ、４２ｂがそれぞれ主線路４１を挟んで、互いに反対側に配置した場合には、副線路４２ａおよび４２ｂをともに主線路４１に近づけて配置しやすくなるため、副線路４２ａと主線路４１との結合度、および、副線路４２ｂと主線路４１との結合度をともに良好に保ちやすくなる。
【００６０】
（実施の形態５）
実施の形態５に係る方向性結合器について説明する。
【００６１】
図５Ａは、実施の形態５に係る方向性結合器の構造の一例を示す上面図である。
【００６２】
図５Ａおよび図５Ｂは、実施の形態５に係る方向性結合器の構造の一例を示す上面図および側面図である。図５Ｂは、図５ＡのＶＢ−ＶＢ線で示される断面に対応する。
【００６３】
図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、方向性結合器５は、主線路５１および副線路５２ａ、５２ｂが形成された誘電体基板５４と、誘電体基板５４に配置され、主線路５１および副線路５２ａ、５２ｂのうち副線路５２ａのみを覆う誘電体層５３と、を備えている。また、方向性結合器５は、各種の機能回路が形成された半導体チップ６０と、主線路５１、副線路５２ａ、５２ｂ、誘電体層５３、および半導体チップ６０を覆うモールド層５７と、外部接続端子５９と、を備えている。モールド層５７の表面には、金属膜５８が形成されていてもよい。
【００６４】
方向性結合器５における主線路５１、副線路５２ａ、５２ｂ、誘電体層５３、および誘電体基板５４は、実施の形態４で説明した方向性結合器４の主線路４１、副線路４２ａ、４２ｂ、誘電体層４３、および誘電体基板４４にそれぞれ対応する。また、方向性結合器５におけるモールド層５７、金属膜５８、および外部接続端子５９は、実施の形態２で説明した方向性結合器２ｂのモールド層２７、金属膜２８、および外部接続端子２９にそれぞれ対応する。
【００６５】
半導体チップ６０は、誘電体基板５４にフリップチップ実装されたチップサイズパッケージであってもよく、半導体チップ６０と誘電体基板５４との間にアンダーフィル樹脂が充填されていてもよい（図示せず）。
【００６６】
半導体チップ６０には、例えば、主信号の検出方向を切り替えるスイッチ回路、および方向性結合器の特性を調整するための各種の可変インピーダンス回路が形成されている。
【００６７】
図６は、方向性結合器５の機能的な構成の一例を示す回路図である。図６では、主線路５１および副線路５２ａ、５２ｂとともに、半導体チップ６０に形成された機能回路である、スイッチ回路６１、可変終端器６２、可変整合回路６３、可変減衰器６４、可変フィルタ６５、および制御回路６８が示されている。
【００６８】
また、主線路５１の第１端部Ｔ３および第２端部Ｔ４にそれぞれ接続された入力ポートＩＮおよび出力ポートＯＵＴ、および検出信号を出力するための結合ポートＣＰＬが示されている。入力ポートＩＮ、出力ポートＯＵＴ、および結合ポートＣＰＬは、外部接続端子５９によって構成される。
【００６９】
スイッチ回路６１は、（１）副線路５２ａの第１端部Ｔ１ａを第１ノードＮ１に接続しかつ第２端部Ｔ２ａを第２ノードＮ２に接続した状態、（２）副線路５２ａの第１端部Ｔ１ａを第２ノードＮ２に接続しかつ第２端部Ｔ２ａを第１ノードＮ１に接続した状態、（３）副線路５２ｂの第１端部Ｔ１ｂを第１ノードＮ１に接続しかつ第２端部Ｔ２ｂを第２ノードＮ２に接続した状態、（４）副線路５２ｂの第１端部Ｔ１ｂを第２ノードＮ２に接続しかつ第２端部Ｔ２ｂを第１ノードＮ１に接続した状態、の４つの状態を切り替える。
【００７０】
これにより、スイッチ回路６１は、副線路５２ａおよび５２ｂのうち、どちらの副線路を第１ノードＮ１、第２ノードＮ２に接続された副線路として用いるかを切り替える第１スイッチ回路として機能する。同時に、スイッチ回路６１は、用いる副線路において、第１端部を第１ノードＮ１に接続しかつ第２端部を第２ノードＮ２に接続するか、第１端部を第２ノードＮ２に接続しかつ第１端部を第１ノードＮ１に接続するか、を切り替える第２スイッチ回路として機能する。ここで、第１ノードＮ１は検出信号の出力用のノードであり、第２ノードＮ２は終端用のノードである。
【００７１】
制御回路６８は、スイッチ回路６１に含まれる各スイッチの状態を示すデータ信号を受信し（図示せず）、スイッチ回路６１に含まれる各スイッチを受信したデータ信号によって示される状態に切り替える。
【００７２】
方向性結合器５によれば、スイッチ回路６１の切り替えに応じて、主線路１１を順方向および逆方向のいずれの方向に伝搬する主信号に対する検出信号でも、検出信号の出力用の第１ノードＮ１に導くことができる。
【００７３】
可変終端器６２は、副線路５２ａ、５２ｂの終端用の端部を終端するための、抵抗およびリアクタンスが調整可能な終端回路であり、主に方向性結合器５の方向性の最適化に用いられる。可変終端器６２は、例えば、可変キャパシタＣ１と可変抵抗Ｒ１とが並列に接続された回路で構成され、第２ノードＮ２とグランドとの間に接続される。
【００７４】
可変整合回路６３は、副線路５２ａ、５２ｂの信号出力用の端部におけるインピーダンスを、回路の基準インピーダンス（いわゆる特性インピーダンス）に近づけるための回路であり、主に方向性結合器５の方向性の最適化に用いられる。可変整合回路６３は、例えば、第１ノードＮ１と結合ポートＣＰＬとを結ぶ信号経路に設けられ、信号経路の一部を構成する可変インダクタＬ１と、可変インダクタＬ１の一端とグランドとの間に接続された可変抵抗Ｒ２と、からなる。
【００７５】
可変減衰器６４は、副線路５２ａ、５２ｂの信号出力用の端部から得られる検出信号の通過損失を調整する回路であり、主に方向性結合器５の結合度の最適化に用いられる。可変減衰器６４は、例えば、第１ノードＮ１と結合ポートＣＰＬとを結ぶ信号経路に設けられ、信号経路の一部を構成する可変抵抗Ｒ３と、可変抵抗Ｒ３の一端とグランドとの間に接続された可変抵抗Ｒ４と、可変抵抗Ｒ３の他端とグランドとの間に接続された可変抵抗Ｒ５と、からなる。
【００７６】
可変フィルタ６５は、副線路５２ａ、５２ｂの信号出力用の端部から得られる検出信号の周波数特性を調整する回路であり、主に方向性結合器５の結合度の周波数特性の最適化に用いられる。可変フィルタ６５は、例えば、第１ノードＮ１と結合ポートＣＰＬとを結ぶ信号経路に設けられ、信号経路の一部を構成する可変インダクタＬ２と、可変インダクタＬ２と並列に接続された可変キャパシタＣ２と、可変インダクタＬ２の一端とグランドとの間に接続された可変キャパシタＣ３と、可変インダクタＬ２の他端とグランドとの間に接続された可変キャパシタＣ４と、からなる。
【００７７】
これらの可変要素に用いられる可変インダクタ、可変キャパシタおよび可変抵抗は、一例として次のように実現される。
【００７８】
図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、可変インダクタ、可変キャパシタおよび可変抵抗の構成の一例をそれぞれ示す回路図である。図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃに示される可変インダクタ、可変キャパシタおよび可変抵抗は、いずれも、固定の定数を有する複数の素子または素子の部分をスイッチで選択することにより実現されている。
【００７９】
このように実現された可変インダクタ、可変キャパシタおよび可変抵抗を用いた可変終端器６２、可変整合回路６３、可変減衰器６４、および可変フィルタ６５によれば、制御回路６８による制御に応じて、回路定数を容易に変更することができる。
【００８０】
方向性結合器５によれば、主線路および副線路が配置された誘電体における材料定数の境界点の位置に応じて主線路と副線路との間の電界分布を調整することに加えて、可変終端器６２、可変整合回路６３、可変減衰器６４、および可変フィルタ６５の回路定数を変更することによっても、方向性結合器５の結合度および方向性を調整することが可能になる。これにより、結合度および方向性の調整の自由度がさらに向上し、結合度および方向性をより精密に調整できる方向性結合器が得られる。
【００８１】
以上、本発明の方向性結合器について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、個々の実施の形態には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、結合度および方向性をより精密に調整できる方向性結合器として、携帯端末装置などの無線機器において広く利用できる。
【符号の説明】
【００８３】
１、２、２ａ、２ｂ、３、４、５  方向性結合器
１１、２１、３１、４１、５１主線路
１２、２２、３２、４２ａ、４２ｂ、５２ａ、５２ｂ  副線路
１３、１４、１５  誘電体
１６、１７  グランド電極
２３、３３、４３、５３  誘電体層
２４、３４、４４、５４  誘電体基板
２５  空間
２６  金属キャップ
２７、５７  モールド層
２８、５８  金属膜
２９、５９  外部接続端子
６０  半導体チップ
６１  スイッチ回路
６２  可変終端器
６３  可変整合回路
６４  可変減衰器
６５  可変フィルタ
６８  制御回路
Ａ  第１部分
Ｂ  第２部分
Ｃ  第３部分
Ｎ１  第１ノード
Ｎ２  第２ノード
ＩＮ  入力ポート
ＯＵＴ  出力ポート
ＣＰＬ  結合ポート
Ｔ１、Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ３  第１端部
Ｔ２、Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ、Ｔ４  第２端部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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