(57)【要約】  方向性結合器は、信号入力端子と信号出力端子との間に配設される第１信号伝送線路と、結合出力端子と抵抗接続端子との間に配設され、第１信号伝送線路と電磁結合する結合線路と、ＩＣチップのスイッチング素子に接続されるスイッチング端子と、スイッチング素子によるスイッチング端子間の接続切替え動作に応じて第１信号伝送線路に対する接続状態が切り替えられる第２信号伝送線路と、を含んで構成される。第２信号伝送線路は、信号入力端子に低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によるスイッチング端子間の接続切替え動作に応じて、第１信号伝送線路１に並列接続される。
2017013927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を備える通信モジュールに用いられる方向性結合器であって、
予め定める第１周波数帯域の電気信号、および第１周波数帯域よりも高い、予め定める第２周波数帯域の電気信号が入力される信号入力端子と、
前記信号入力端子に入力された電気信号を伝送する第１信号伝送線路と、
前記第１信号伝送線路を伝送された電気信号を出力する信号出力端子と、
前記第１信号伝送線路と電磁結合し、該電磁結合によって生じた電気信号を伝送する結合線路と、
前記結合線路の第１端が接続され、前記結合線路を伝送された電気信号を出力する結合出力端子と、
前記結合線路の第２端が接続されるとともに、外部の終端抵抗に接続される抵抗接続端子と、
前記信号入力端子と前記信号出力端子との間にスイッチング素子を介して配設され、スイッチング素子によって電気的に導通または遮断される第２信号伝送線路であって、
前記信号入力端子に前記第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によって電気的に導通され、
前記信号入力端子に前記第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によって電気的に遮断される、第２信号伝送線路と、を含むことを特徴とする方向性結合器。
【請求項２】
スイッチング素子による前記第２信号伝送線路の電気的な導通または遮断を切り替えるための一対の第１スイッチング素子接続端子であって、第１端子が前記信号入力端子または前記信号出力端子に接続され、第２端子が前記第２信号伝送線路に接続される、一対の第１スイッチング素子接続端子を、さらに含み、
前記一対の第１スイッチング素子接続端子の前記第１端子と前記第２端子との間は、
前記信号入力端子に前記第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によって電気的に導通され、
前記信号入力端子に前記第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によって電気的に遮断されることを特徴とする請求項１に記載の方向性結合器。
【請求項３】
スイッチング素子に接続される一対の第２スイッチング素子接続端子であって、第１端子が前記第２信号伝送線路に接続され、第２端子が接地される、一対の第２スイッチング素子接続端子を、さらに含み、
前記一対の第２スイッチング素子接続端子の前記第１端子と前記第２端子との間は、
スイッチング素子によって前記一対の第１スイッチング素子接続端子の第１端子と前記第２端子との間が電気的に導通されたときに、遮断され、
前記スイッチング素子によって前記一対の第１スイッチング素子接続端子の第１端子と第２端子との間が電気的に遮断されたときに、導通されることを特徴とする請求項２に記載の方向性結合器。
【請求項４】
前記第１周波数帯域は、０．６９９〜０．９６０ＧＨｚであり、
前記第２周波数帯域は、１．４２７〜２．６９０ＧＨｚであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方向性結合器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の方向性結合器と、
前記第２信号伝送線路に設けられ、該第２信号伝送線路を導通または遮断させるスイッチング素子であって、
前記信号入力端子に前記第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、前記第２信号伝送線路を電気的に導通させ、
前記信号入力端子に前記第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、前記第２信号伝送線路を電気的に遮断させるスイッチング素子と、を含むことを特徴とする通信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線を伝送する電気信号をモニタリングするための方向性結合器、および該方向性結合器を備える通信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話装置や移動体通信に用いられる通信装置等の小型化・高密度化・低価格化に対する要求が高まる中、１つの部品に複数の機能を内蔵することで部品点数を減少させ、小型化・高密度化を実現している。【０００３】
通信装置で用いられる電子部品には、アンテナで受信した電気信号から特定の周波数帯域の信号を取り出すためのフィルタ、電気信号を増幅するためのアンプ、配線を伝送する電気信号をモニタリングするための方向性結合器（カプラ）などがある。【０００４】
特許第５３２７３２４号公報には、主線路と電磁気的に結合している副線路に接続されるローパスフィルタが、コンデンサとコイルとを含むことを特徴とする方向性結合器が記載されている。【０００５】
通信装置では、通信に使用する周波数帯域が様々であるが、搭載部品には、周波数によって特性が変化するものがあり、その場合、周波数帯域ごとに搭載部品を変更しなければならない。特許第５３２７３２４号公報記載の方向性結合器は、コンデンサとコイルとを含む、いわゆるＬＣ型のローパスフィルタを用いることで、副線路から出力される電気信号の減衰量で表されるカプラ出力の周波数による変化を低減し、広い周波数帯域に対応可能な方向性結合器を実現しようとするものである。【０００６】
特許第５３２７３２４号公報記載の方向性結合器は、カプラ出力の周波数による変化を低減することができるものの、主線路から出力される電気信号の減衰量で表される挿入損失が周波数によって変化してしまうという虞がある。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の一態様の方向性結合器は、スイッチング素子を備える通信モジュールに用いられる。方向性結合器は、予め定める第１周波数帯域の電気信号、および第１周波数帯域よりも高い、予め定める第２周波数帯域の電気信号が入力される信号入力端子と、前記信号入力端子に入力された電気信号を伝送する第１信号伝送線路と、前記第１信号伝送線路を伝送された電気信号を出力する信号出力端子と、前記第１信号伝送線路と電磁結合し、該電磁結合によって生じた電気信号を伝送する結合線路と、前記結合線路の第１端が接続され、前記結合線路を伝送された電気信号を出力する結合出力端子と、前記結合線路の第２端が接続されるとともに、外部の終端抵抗に接続される抵抗接続端子と、前記信号入力端子と前記信号出力端子との間にスイッチング素子を介して配設され、スイッチング素子によって電気的に導通または遮断される第２信号伝送線路であって、前記信号入力端子に前記第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によって電気的に導通され、前記信号入力端子に前記第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によって電気的に遮断される、第２信号伝送線路と、を含む。
【０００８】
また本発明の一態様の通信モジュールは、前記方向性結合器と、前記第２信号伝送線路に設けられ、該第２信号伝送線路を導通または遮断させるスイッチング素子であって、前記信号入力端子に前記第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、前記第２信号伝送線路を電気的に導通させ、前記信号入力端子に前記第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、前記第２信号伝送線路を電気的に遮断させるスイッチング素子と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る方向性結合器１００を備えた通信モジュール２００の等価回路図である。
【図２】通信モジュール２００の構成を示す分解斜視図である。
【図３】電気信号の周波数とカプラ出力との関係を示すグラフである。
【図４】電気信号の周波数と挿入損失との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る方向性結合器１００Ａを備えた通信モジュール２００Ａの等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は本発明の第１実施形態に係る方向性結合器１００を備えた通信モジュール２００の等価回路図であり、図２は通信モジュール２００の構成を示す分解斜視図である。
【００１１】
本実施形態の通信モジュール２００は、携帯電話装置や移動体通信に用いられる通信装置に搭載されるものであり、方向性結合器（カプラ）１００とスイッチング素子を備えるＩＣ（Integrated Circuit）チップ６とを含んで構成される。
【００１２】
図２に示すように、方向性結合器１００は、複数の誘電体層が積層された積層構造、具体的には第１誘電体層１１、第２誘電体層１２、第３誘電体層１３、および第４誘電体層１４が、上からこの順に積層された積層構造を有する誘電体基板を含む。方向性結合器１００において、最外層の第１誘電体層１１および第４誘電体層１４の外表面部には端子に対応した導電体パターンが形成され、各誘電体層の間には信号伝送線路に対応した導電体パターンが形成され、異なる誘電体層に形成された端子に対応した導電体パターンと信号伝送線路に対応した導電体パターンとを電気的に接続する貫通導体が各誘電体層を貫通して設けられる。
【００１３】
第１誘電体層１１、第２誘電体層１２、第３誘電体層１３、および第４誘電体層１４は、セラミックス、樹脂などの誘電体材料からなり、各導電体パターンは、タングステン、銅などの金属材料からなる。
【００１４】
また、たとえば、第１誘電体層１１の層厚みは３５μｍであり、第２誘電体層１２の層厚みは３５μｍであり、第３誘電体層１３の層厚みは７０μｍであり、第４誘電体層１４の層厚みは２１０μｍである。
【００１５】
図１の等価回路に示すように、方向性結合器１００は、第１信号伝送部ＳＧ１と第２信号伝送部ＳＧ２とカプラ部ＣＰとを含む。図１の等価回路で示した各回路素子と、図２の分解斜視図で示した各構成との対応関係について説明するとともに、本実施形態の方向性結合器１００の構成について詳細に説明する。
【００１６】
（第１信号伝送部ＳＧ１）
まず、第１信号伝送部ＳＧ１の構成について説明する。第１信号伝送部ＳＧ１は、信号入力端子Ｐ１と、信号出力端子Ｐ２と、これら両端子の間に配設される第１信号伝送線路１とを含む。
【００１７】
信号入力端子Ｐ１は、たとえば、パワーアンプの出力端子などと接続され、予め定める低周波数の第１周波数帯域の電気信号、および第１周波数帯域よりも高い高周波数の、予め定める第２周波数帯域の電気信号が入力される。方向性結合器１００は、信号入力端子Ｐ１に入力される電気信号の最低周波数（第１周波数帯域の下限値）から最高周波数（第２周波数帯域の上限値）にわたる周波数帯域を使用周波数帯域として用いられる。本実施形態では、信号入力端子Ｐ１に入力される電気信号において、第１周波数帯域が０．６９９〜０．９６０ＧＨｚであり、第２周波数帯域が１．４２７〜２．６９０ＧＨｚであることに対応して、方向性結合器１００は、第１周波数帯域の下限値である０．６９９ＧＨｚから第２周波数帯域の上限値である２．６９０ＧＨｚにわたる、０．６９９〜２．６９０ＧＨｚの周波数帯域を使用周波数帯域として用いられる。図２に示すように、信号入力端子Ｐ１は、第４誘電体層１４の下面１４Ａに設けられる。
【００１８】
第１信号伝送線路１は、信号入力端子Ｐ１に入力された電気信号を伝送する。図２に示すように、第１信号伝送線路１は、第４誘電体層１４の上面であって、第３誘電体層１３と第４誘電体層１４との層間に所定の長さで設けられる。
【００１９】
信号出力端子Ｐ２は、たとえば、アンテナなどと接続され、第１信号伝送線路１を伝送した電気信号をアンテナに出力する。図２に示すように、信号出力端子Ｐ２は、第４誘電体層１４の下面１４Ａに設けられる。
【００２０】
第１信号伝送線路１の第１端１ａは、第４誘電体層１４を貫通する貫通導体を介して、信号入力端子Ｐ１と接続される。また、第１信号伝送線路１の第２端１ｂは、第４誘電体層１４を貫通する貫通導体を介して、信号出力端子Ｐ２と接続される。信号入力端子Ｐ１から入力された電気信号は、第１信号伝送線路１の第１端１ａから第２端１ｂまで伝送し、信号出力端子Ｐ２から出力される。
【００２１】
（カプラ部ＣＰ）
次に、カプラ部ＣＰの構成について説明する。カプラ部ＣＰは、結合出力端子Ｐ３と、抵抗接続端子Ｐ４と、これら両端子の間に配設される結合線路２とを含む。
【００２２】
結合線路２は、第１信号伝送線路１と電磁結合し、該電磁結合によって生じた電気信号を伝送する。結合線路２は、第１信号伝送線路１と電磁結合して、第１信号伝送線路１を伝送する電気信号の一部を取り出す。図２に示すように、結合線路２は、第３誘電体層１３の上面であって、第２誘電体層１２と第３誘電体層１３との層間に所定の長さで設けられる。結合線路２と第１信号伝送線路１とは、第３誘電体層１３を挟んで対向しており、電磁的に結合される。本実施形態では、結合線路２と第１信号伝送線路１とは、それぞれ、直線状の導電体パターンが２つの屈曲点で同一方向に屈曲した形状に設けられており、誘電体層の積層方向に見たときに、重なるように配置されている。
【００２３】
結合線路２と第１信号伝送線路１との電磁結合の強さは、たとえば、一方の線路の長さを短くしたり、積層方向に見たときに重なり領域の面積を小さくしたり、重ならないようにずらしたり、結合線路２と第１信号伝送線路１との距離を大きくする、すなわち第３誘電体層１３の厚みを厚くすることにより、小さくすることができる。このように、結合線路２と第１信号伝送線路１との電磁結合の強さを変化させることで、結合線路２から出力される電気信号の減衰量で表されるカプラ出力を制御することができる。
【００２４】
結合出力端子Ｐ３は、結合線路２の第１端２ａが接続され、結合線路２を伝送した電気信号を出力する。結合出力端子Ｐ３から出力された電気信号は、モニタリング信号として外部回路に入力される。図２に示すように、結合出力端子Ｐ３は、第１誘電体層１１の上面に設けられる。
【００２５】
抵抗接続端子Ｐ４は、結合線路２の第２端２ｂが接続されるとともに、外部の終端抵抗Ｒｔに接続される。外部の終端抵抗Ｒｔは、接地導体電極ＧＮＤ３に接続されている。図２に示すように、抵抗接続端子Ｐ４は、第１誘電体層１１の上面に設けられる。
【００２６】
結合線路２の第１端２ａは、第１誘電体層１１を貫通する貫通導体と第２誘電体層１２を貫通する貫通導体２４とを介して、結合出力端子Ｐ３と接続される。また、結合線路２の第２端２ｂは、第１誘電体層１１を貫通する貫通導体と第２誘電体層１２を貫通する貫通導体２３とを介して、抵抗接続端子Ｐ４と接続される。
【００２７】
（第２信号伝送部ＳＧ２）
次に、第２信号伝送部ＳＧ２の構成について説明する。第２信号伝送部ＳＧ２は、ＩＣチップ６のスイッチング素子を介して信号入力端子Ｐ１と信号出力端子Ｐ２との間に配設され、スイッチング素子によって電気的に導通または遮断される第２信号伝送線路３を含む。第２信号伝送線路３は、信号入力端子Ｐ１に低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によって電気的に導通され、信号入力端子Ｐ１に高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、スイッチング素子によって電気的に遮断される。
【００２８】
本実施形態では、第２信号伝送部ＳＧ２は、ＩＣチップ６のスイッチング素子による第２信号伝送線路３の電気的な導通または遮断を切り替えるためのスイッチング素子接続端子である、信号入力接続端子４ａ、第１伝送線路接続端子４ｂ、第１接地端子４ｃ、信号出力接続端子５ａ、第２伝送線路接続端子５ｂ、および第２接地端子５ｃを、さらに含む。第２信号伝送線路３は、第１伝送線路接続端子４ｂと第２伝送線路接続端子５ｂとの間に配設される。
【００２９】
第２信号伝送線路３は、詳細については後述するが、ＩＣチップ６のスイッチング素子による、信号入力接続端子４ａ、第１伝送線路接続端子４ｂ、第１接地端子４ｃ、信号出力接続端子５ａ、第２伝送線路接続端子５ｂ、および第２接地端子５ｃの各スイッチング端子間の接続切替え動作に応じて第１信号伝送線路１に対する接続状態が切り替えられる。図２に示すように、第２信号伝送線路３は、第２誘電体層１２の上面であって、第１誘電体層１１と第２誘電体層１２との層間に所定の長さで設けられる。第２信号伝送線路３は、結合線路２と第２誘電体層１２を挟んで対向しており、第２信号伝送線路３と結合線路２とは、それぞれ、直線状の導電体パターンが２つの屈曲点で同一方向に屈曲した形状に設けられており、誘電体層の積層方向に見たときに、重なるように配置されている。
【００３０】
信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとは、対を成してＩＣチップ６のスイッチング素子に接続され、一対の第１スイッチング素子接続端子として機能する。また、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとは、対を成してＩＣチップ６のスイッチング素子に接続され、一対の第１スイッチング素子接続端子として機能する。
【００３１】
図２に示すように、信号入力接続端子４ａは、第１誘電体層１１の上面に設けられ、第１誘電体層１１を貫通する貫通導体、第２誘電体層１２を貫通する貫通導体２１、および第３誘電体層１３を貫通する貫通導体２５を介して第１信号伝送線路１の第１端１ａに接続される。さらに第４誘電体層１４を貫通する貫通導体を介して信号入力端子Ｐ１に接続される。第１伝送線路接続端子４ｂは、第１誘電体層１１の上面に設けられ、第１誘電体層１１を貫通する貫通導体を介して第２信号伝送線路３の第１端３ａに接続される。
【００３２】
また、信号出力接続端子５ａは、第１誘電体層１１の上面に設けられ、第１誘電体層１１を貫通する貫通導体、第２誘電体層１２を貫通する貫通導体２２、および第３誘電体層１３を貫通する貫通導体２６を介して第１信号伝送線路１の第２端１ｂに接続される。さらに第４誘電体層１４を貫通する貫通導体を介して信号出力端子Ｐ２に接続される。第２伝送線路接続端子５ｂは、第１誘電体層１１の上面に設けられ、第１誘電体層１１を貫通する貫通導体を介して第２信号伝送線路３の第２端３ｂに接続される。
【００３３】
信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間は、信号入力端子Ｐ１に低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって電気的に導通される。そして、信号入力端子Ｐ１に高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって電気的に遮断される。
【００３４】
上記のような、ＩＣチップ６のスイッチング素子による、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間の接続切替え動作に応じて、第２信号伝送線路３は、第１信号伝送線路１に対する接続状態が切り替えられる。具体的には、第２信号伝送線路３は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が導通されたときに、信号入力端子Ｐ１と信号出力端子Ｐ２との間で、第１信号伝送線路１に並列接続され、信号入力端子Ｐ１に入力された電気信号の一部を信号出力端子Ｐ２に伝送する。
【００３５】
第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとは、対を成してＩＣチップ６のスイッチング素子に接続され、一対の第２スイッチング素子接続端子として機能する。また、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとは、対を成してＩＣチップ６のスイッチング素子に接続され、一対の第２スイッチング素子接続端子として機能する。
【００３６】
図２に示すように、第１接地端子４ｃは、第１誘電体層１１の上面に設けられ、外部の接地導体電極ＧＮＤ１に接続される。また、第２接地端子５ｃは、第１誘電体層１１の上面に設けられ、外部の接地導体電極ＧＮＤ２に接続される。
【００３７】
第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が電気的に導通されたときに、遮断される。また、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が電気的に遮断されたときに、導通される。
【００３８】
図３は電気信号の周波数とカプラ出力との関係を示すグラフであり、図４は電気信号の周波数と挿入損失との関係を示すグラフである。図３および図４は、第１実施形態に基づく方向性結合器１００をモデル化し、カプラ出力および挿入損失の周波数特性についてシミュレーションを行った結果を示す。
【００３９】
０．１００〜３．０００ＧＨｚの周波数帯域において解析を行い、信号入力端子Ｐ１に入力される電気信号の、低周波数の第１周波数帯域が０．６９９〜０．９６０ＧＨｚであり、高周波数の第２周波数帯域が１．４２７〜２．６９０ＧＨｚであると想定し、方向性結合器１００の使用周波数帯域を０．６９９〜２．６９０ＧＨｚとした。
【００４０】
カプラ出力とは、信号入力端子Ｐ１に入力される電気信号の電力（ＡＰ１）に対する、結合出力端子Ｐ３から出力される電気信号の電力（ＡＰ３）の比ＡＰ３／ＡＰ１である減衰量で表される。挿入損失とは、信号入力端子Ｐ１に入力される電気信号の電力（ＡＰ１）に対する、信号出力端子Ｐ２から出力される電気信号の電力（ＡＰ２）の比ＡＰ２／ＡＰ１である減衰量で表される。
【００４１】
カプラ出力の周波数特性を示す図３のグラフにおいて、線分３０１は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が導通され、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間が遮断されたときの、カプラ出力と周波数との関係を示すものである。すなわち、図３のグラフにおいて、線分３０１は、第２信号伝送線路３が第１信号伝送線路１に並列接続されたときの、カプラ出力と周波数との関係を示すものである。また、カプラ出力の周波数特性を示す図３のグラフにおいて、線分３０２は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が遮断され、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間が導通されたときの、カプラ出力と周波数との関係を示すものである。すなわち、図３のグラフにおいて、線分３０２は、第２信号伝送線路３が接地導体電極ＧＮＤ１，ＧＮＤ２に接続されて短絡されたときの、カプラ出力と周波数との関係を示すものである。
【００４２】
また、挿入損失の周波数特性を示す図４のグラフにおいて、線分３０３は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が導通され、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間が遮断されたときの、挿入損失と周波数との関係を示すものである。すなわち、図４のグラフにおいて、線分３０３は、第２信号伝送線路３が第１信号伝送線路１に並列接続されたときの、挿入損失と周波数との関係を示すものである。また、挿入損失の周波数特性を示す図４のグラフにおいて、線分３０４は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が遮断され、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間が導通されたときの、挿入損失と周波数との関係を示すものである。すなわち、図４のグラフにおいて、線分３０４は、第２信号伝送線路３が接地導体電極ＧＮＤ１，ＧＮＤ２に接続されて短絡されたときの、挿入損失と周波数との関係を示すものである。
【００４３】
本実施形態の方向性結合器１００では、信号入力端子Ｐ１に低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が導通されて、第２信号伝送線路３が第１信号伝送線路１に並列接続される。また、方向性結合器１００では、信号入力端子Ｐ１に高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が遮断される。
【００４４】
本実施形態の方向性結合器１００が上記のように構成されることによって、結合線路２の電磁結合が相対的に弱くなる、低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、第１信号伝送線路１に第２信号伝送線路３が並列接続されて、結合線路２の電磁結合が強くなり、結合線路２の電磁結合が相対的に強くなる。高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、第１信号伝送線路１に第２信号伝送線路３が接続されずに、結合線路２の電磁結合が弱くなる。カプラ出力の周波数特性を示す図３のグラフ、および、挿入損失の周波数特性を示す図４のグラフから明らかなように、周波数によるカプラ出力の変化を低減する（カプラ出力の最小値と最大値との差分ΔＡを小さくする）とともに、挿入損失の変化を低減することができる。
【００４５】
ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が遮断されたときに、ＩＣチップ６のスイッチング素子に容量が存在し、方向性結合器１００の方向性が低下する場合がある。ここで、方向性結合器１００の方向性とは、信号入力端子Ｐ１に入力される電気信号の電力（ＡＰ１）に対する、結合出力端子Ｐ３から出力される電気信号の電力（ＡＰ３）の比ＡＰ３／ＡＰ１であるカプラ出力と、信号出力端子Ｐ２から入力される電気信号の電力（ＡＰ２）に対する、結合出力端子Ｐ３から出力される電気信号の電力（ＡＰ３）の比ＡＰ３／ＡＰ２である減衰量との差分、［ＡＰ３／ＡＰ１−ＡＰ３／ＡＰ２］で表される。方向性を表す［ＡＰ３／ＡＰ１−ＡＰ３／ＡＰ２］が大きい値であるほど、方向性結合器１００の方向性の特性がよいことを示す。
【００４６】
そこで、本実施形態の方向性結合器１００では、信号入力端子Ｐ１に低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力され、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が導通されたときに、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間が遮断される。そして、方向性結合器１００では、信号入力端子Ｐ１に高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力され、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が遮断されたときに、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間が導通される。
【００４７】
本実施形態の方向性結合器１００が上記のように構成されることによって、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が遮断されたときに、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間が導通され、第２信号伝送線路３が接地導体電極ＧＮＤ１，ＧＮＤ２に接続されて短絡されるので、第２信号伝送線路３と結合線路２との結合容量が小さくなり、方向性を表す［ＡＰ３／ＡＰ１−ＡＰ３／ＡＰ２］が小さくなることを抑制することができ、方向性結合器１００の方向性が低下することを抑制することができる。
【００４８】
本実施形態の通信モジュール２００は、上記のように構成されて、周波数によるカプラ出力の変化と挿入損失の変化とを低減することができる方向性結合器１００と、方向性結合器１００の第１誘電体層１１の上面に実装されるスイッチング素子を備えるＩＣチップ６とを含んで構成される。
【００４９】
通信モジュール２００において、ＩＣチップ６のスイッチング素子は、信号入力接続端子４ａ、第１伝送線路接続端子４ｂ、第１接地端子４ｃ、信号出力接続端子５ａ、第２伝送線路接続端子５ｂ、および第２接地端子５ｃに接続される。
【００５０】
そして、ＩＣチップ６のスイッチング素子は、信号入力端子Ｐ１に低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間が導通されたときに、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間を遮断させる。また、ＩＣチップ６のスイッチング素子は、信号入力端子Ｐ１に高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、信号入力接続端子４ａと第１伝送線路接続端子４ｂとの間、および、信号出力接続端子５ａと第２伝送線路接続端子５ｂとの間を遮断させ、第１伝送線路接続端子４ｂと第１接地端子４ｃとの間、および、第２伝送線路接続端子５ｂと第２接地端子５ｃとの間を導通させる。
【００５１】
通信モジュール２００は、周波数によるカプラ出力の変化と挿入損失の変化とを低減することができる方向性結合器１００を備えて。このような通信モジュール２００を通信装置に搭載することによって、広範な周波数帯域にわたって良好な通信特性を有する通信装置を実現することができる。
【００５２】
図５は、本発明の第２実施形態に係る方向性結合器１００Ａを備えた通信モジュール２００Ａの等価回路図である。方向性結合器１００Ａは、第２信号伝送部ＳＧ２におけるスイッチング素子接続端子の構成が前述した第２信号伝送部ＳＧ２と異なること以外は、方向性結合器１００と同様に構成される。また、通信モジュール２００Ａは、スイッチング素子接続端子の構成が異なる第２信号伝送部ＳＧ２を有する方向性結合器１００Ａを備えたこと以外は、通信モジュール２００と同様に構成される。このように本実施形態の方向性結合器１００Ａおよび通信モジュール２００Ａは、前述した第１実施形態に係る方向性結合器１００および通信モジュール２００と同様の部分を有する。したがって、以下の説明および図において、対応する同様の部分については同一の参照符号を付すとともに、説明を省略する。
【００５３】
本実施形態の方向性結合器１００Ａの第２信号伝送部ＳＧ２は、ＩＣチップ６のスイッチング素子に接続されるスイッチング素子接続端子である、信号入力接続端子７ａ、第１伝送線路接続端子７ｂ，７ｃ、第１接地端子７ｄ、信号出力接続端子８ａ、第２伝送線路接続端子８ｂ，８ｃ、および第２接地端子８ｄと、第１伝送線路接続端子７ｂ，７ｃと第２伝送線路接続端子８ｂ，８ｃとの間に配設される第２信号伝送線路３と、を含む。
【００５４】
信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとは、対を成してＩＣチップ６のスイッチング素子に接続され、一対の第１スイッチング素子接続端子として機能する。また、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとは、対を成してＩＣチップ６のスイッチング素子に接続され、一対の第１スイッチング素子接続端子として機能する。
【００５５】
信号入力接続端子７ａは、第１信号伝送線路１の第１端１ａに接続されるとともに、信号入力端子Ｐ１に接続される。第１伝送線路接続端子７ｂは、第２信号伝送線路３の第１端３ａに接続される。
【００５６】
また、信号出力接続端子８ａは、第１信号伝送線路１の第２端１ｂに接続されるとともに、信号出力端子Ｐ２に接続される。第２伝送線路接続端子８ｂは、第２信号伝送線路３の第２端３ｂに接続される。
【００５７】
信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとの間、および、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとの間は、信号入力端子Ｐ１に低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって電気的に導通され、信号入力端子Ｐ１に高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって電気的に遮断される。
【００５８】
上記のような、ＩＣチップ６のスイッチング素子による、信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとの間、および、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとの間の接続切替え動作に応じて、第２信号伝送線路３は、第１信号伝送線路１に対する接続状態が切り替えられる。具体的には、第２信号伝送線路３は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとの間、および、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとの間が導通されたときに、信号入力端子Ｐ１と信号出力端子Ｐ２との間で、第１信号伝送線路１に並列接続され、信号入力端子Ｐ１に入力された電気信号の一部を信号出力端子Ｐ２に伝送する。
【００５９】
本実施形態の方向性結合器１００Ａが上記のように構成されることによって、結合線路２の電磁結合が相対的に弱くなる、低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、第１信号伝送線路１に第２信号伝送線路３が並列接続されて、結合線路２の電磁結合が強くなり、結合線路２の電磁結合が相対的に強くなる、高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、第１信号伝送線路１に第２信号伝送線路３が接続されずに、結合線路２の電磁結合が弱くなるので、周波数によるカプラ出力の変化を低減するとともに、挿入損失の変化を低減することができる。
【００６０】
さらに、本実施形態の方向性結合器１００Ａにおいて、第１伝送線路接続端子７ｃと第１接地端子７ｄとは、対を成してＩＣチップ６のスイッチング素子に接続され、一対の第２スイッチング素子接続端子として機能する。また、第２伝送線路接続端子８ｃと第２接地端子８ｄとは、対を成してＩＣチップ６のスイッチング素子に接続され、一対の第２スイッチング素子接続端子として機能する。
【００６１】
第１伝送線路接続端子７ｃは、第２信号伝送線路３の第１端３ａに接続される。また、第２伝送線路接続端子８ｃは、第２信号伝送線路３の第２端３ｂに接続される。
【００６２】
第１接地端子７ｄは、外部の接地導体電極ＧＮＤ１に接続される。また、第２接地端子８ｄは、外部の接地導体電極ＧＮＤ２に接続される。
【００６３】
第１伝送線路接続端子７ｃと第１接地端子７ｄとの間、および、第２伝送線路接続端子８ｃと第２接地端子８ｄとの間は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとの間、および、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとの間が電気的に導通されたときに、遮断される。また、第１伝送線路接続端子７ｃと第１接地端子７ｄとの間、および、第２伝送線路接続端子８ｃと第２接地端子８ｄとの間は、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとの間、および、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとの間が電気的に遮断されたときに、導通される。
【００６４】
本実施形態の方向性結合器１００Ａが上記のように構成されることによって、ＩＣチップ６のスイッチング素子によって、信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとの間、および、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとの間が遮断されたときに、第１伝送線路接続端子７ｃと第１接地端子７ｄとの間、および、第２伝送線路接続端子８ｃと第２接地端子８ｄとの間が導通され、第２信号伝送線路３が接地導体電極ＧＮＤ１，ＧＮＤ２に接続されて短絡されるので、第２信号伝送線路３と結合線路２との結合容量が小さくなり、方向性を表す［ＡＰ３／ＡＰ１−ＡＰ３／ＡＰ２］が小さくなることを抑制することができ、方向性結合器１００Ａの方向性が低下することを抑制することができる。
【００６５】
本実施形態の通信モジュール２００Ａは、上記のように構成されて、周波数によるカプラ出力の変化と挿入損失の変化とを低減することができる方向性結合器１００Ａと、スイッチング素子を備えるＩＣチップ６とを含んで構成される。
【００６６】
通信モジュール２００Ａにおいて、ＩＣチップ６のスイッチング素子は、信号入力接続端子７ａ、第１伝送線路接続端子７ｂ，７ｃ、第１接地端子７ｄ、信号出力接続端子８ａ、第２伝送線路接続端子８ｂ，８ｃ、および第２接地端子８ｄに接続される。
【００６７】
そして、ＩＣチップ６のスイッチング素子は、信号入力端子Ｐ１に低周波数の第１周波数帯域の電気信号が入力されたときに、信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとの間、および、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとの間が導通させ、第１伝送線路接続端子７ｃと第１接地端子７ｄとの間、および、第２伝送線路接続端子８ｃと第２接地端子８ｄとの間を遮断させる。また、ＩＣチップ６のスイッチング素子は、信号入力端子Ｐ１に高周波数の第２周波数帯域の電気信号が入力されたときに、信号入力接続端子７ａと第１伝送線路接続端子７ｂとの間、および、信号出力接続端子８ａと第２伝送線路接続端子８ｂとの間を遮断させ、第１伝送線路接続端子７ｃと第１接地端子７ｄとの間、および、第２伝送線路接続端子８ｃと第２接地端子８ｄとの間を導通させる。
【００６８】
通信モジュール２００Ａは、周波数によるカプラ出力の変化と挿入損失の変化とを低減することができる方向性結合器１００Ａを備えているので、このような通信モジュール２００Ａを通信装置に搭載することによって、広範な周波数帯域にわたって良好な通信特性を有する通信装置を実現することができる。
【００６９】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、ＩＣチップ６の代わりに、ダイオードまたはＭＥＭＳを用いたスイッチング手段、あるいはリレーなどの機械的なスイッチング手段を用いても構わない。また、第１信号伝送線路１、第２信号伝送線路３、結合線路２をＩＣ内の配線や再配線層を用いて形成したり、プリント基板など用いて形成しても構わない。また、第１信号伝送線路１、第２信号伝送線路３、結合線路２を互いに異なる層に配置するのではなく、一部を同一層に形成し電磁結合させても構わない。
【符号の説明】
【００７０】
１  第１信号伝送線路
２  結合線路
３  第２信号伝送線路
４ａ，７ａ  信号入力接続端子
４ｂ，７ｂ，７ｃ  第１伝送線路接続端子
４ｃ，７ｄ  第１接地端子
５ａ，８ａ  信号出力接続端子
５ｂ，８ｂ，８ｃ  第２伝送線路接続端子
５ｃ，８ｄ  第２接地端子
６  ＩＣチップ
１１  第１誘電体層
１２  第２誘電体層
１３  第３誘電体層
１４  第４誘電体層
２１〜２６  貫通導体
１００，１００Ａ  方向性結合器
２００，２００Ａ  通信モジュール
ＣＰ  カプラ部
Ｐ１  信号入力端子
Ｐ２  信号出力端子
Ｐ３  結合出力端子
Ｐ４  抵抗接続端子
ＳＧ１  第１信号伝送部
ＳＧ２  第２信号伝送部
【図１】
2017013927.tif 000003
【図２】
2017013927.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017013927.tif 000006
【図５】
2017013927.tif 000007
【国際調査報告】
2017013927.tif 000008
2017013927.tif 000009