(57)【要約】【課題】同時に異なる複数の周波数帯域の信号に対して方向性を向上させることができる方向性結合器及び通信ユニットを提供すること。【解決手段】方向性結合器は、第１周波数帯域の第１信号及び第２周波数帯域の第２信号を第１ポートから第２ポートに通す主線路と、主線路と電磁結合された副線路であって、第１信号に応じた第１結合信号及び第２信号に応じた第２結合信号を出力する第３ポートと、第４ポートと、を有する副線路と、第４ポートに接続され、第１結合信号の出力に用いられる第１終端回路と、第４ポートに接続され、第２結合信号の出力に用いられる第２終端回路と、第４ポートと第１終端回路との間に設けられた第１フィルタ回路と、を備え、第１フィルタ回路は、第１結合信号を通過させ、第２結合信号を減衰させる周波数特性を有する。【選択図】図１
2019062309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１周波数帯域の第１信号及び第２周波数帯域の第２信号を第１ポートから第２ポートに通す主線路と、
前記主線路と電磁結合された副線路であって、前記第１信号に応じた第１結合信号及び前記第２信号に応じた第２結合信号を出力する第３ポートと、第４ポートと、を有する副線路と、
前記第４ポートに接続され、前記第１結合信号の出力に用いられる第１終端回路と、
前記第４ポートに接続され、前記第２結合信号の出力に用いられる第２終端回路と、
前記第４ポートと前記第１終端回路との間に設けられた第１フィルタ回路と、
を備え、
前記第１フィルタ回路は、前記第１結合信号を通過させ、前記第２結合信号を減衰させる周波数特性を有する、
方向性結合器。
【請求項２】
前記方向性結合器は、前記第４ポートと前記第２終端回路との間に設けられた第２フィルタ回路をさらに備え、
前記第２フィルタ回路は、前記第２結合信号を通過させ、前記第１結合信号を減衰させる周波数特性を有する、
請求項１に記載の方向性結合器。
【請求項３】
前記第１フィルタ回路は、共振周波数が前記第２周波数帯域に含まれるＬＣ並列共振回路を有し、
前記第２フィルタ回路は、共振周波数が前記第１周波数帯域に含まれるＬＣ並列共振回路を有する、
請求項２に記載の方向性結合器。
【請求項４】
前記方向性結合器は、
前記第４ポートに接続された第３終端回路及び第４終端回路と、
第１スイッチ回路及び第２スイッチ回路と、
をさらに備え、
前記主線路は、第３周波数帯域の第３信号及び第４周波数帯域の第４信号を前記第１ポートから前記第２ポートに通し、
前記副線路は、前記第３信号に応じた第３結合信号及び前記第４信号に応じた第４結合信号を前記第３ポートから出力し、
前記第１スイッチ回路は、前記第１結合信号を前記第１終端回路に供給し、前記第３結合信号を前記第３終端回路に供給し、
前記第２スイッチ回路は、前記第２結合信号を前記第２終端回路に供給し、前記第４結合信号を前記第４終端回路に供給し、
前記第３終端回路は、前記第３結合信号の出力に用いられ、
前記第４終端回路は、前記第４結合信号の出力に用いられる、
請求項２又は３に記載の方向性結合器。
【請求項５】
前記方向性結合器は、
前記第４ポートに接続された第３終端回路と、
前記第４ポートと前記第３終端回路との間に設けられた第３フィルタ回路と、
をさらに備え、
前記主線路は、第３周波数帯域の第３信号を前記第１ポートから前記第２ポートに通し、
前記副線路は、前記第３信号に応じた第３結合信号を前記第３ポートから出力し、
前記第１フィルタ回路は、前記第１結合信号を通過させ、前記第２結合信号及び前記第３結合信号を減衰させる周波数特性を有し、
前記第２フィルタ回路は、前記第２結合信号を通過させ、前記第１結合信号及び前記第３結合信号を減衰させる周波数特性を有し、
前記第３フィルタ回路は、前記第３結合信号を通過させ、前記第１結合信号及び前記第２結合信号を減衰させる周波数特性を有する、
請求項２に記載の方向性結合器。
【請求項６】
前記方向性結合器は、
前記第１結合信号が出力される第１出力ポートと、
前記第２結合信号が出力される第２出力ポートと、
前記第３ポートと前記第１出力ポートとの間に設けられ、前記第１結合信号を通過させ、前記第２結合信号を減衰させる周波数特性を有する第３フィルタ回路と、
前記第３ポートと前記第２出力ポートとの間に設けられ、前記第２結合信号を通過させ、前記第１結合信号を減衰させる周波数特性を有する第４フィルタ回路と、
をさらに備える、
請求項２から４のいずれか一項に記載の方向性結合器。
【請求項７】
前記方向性結合器は、
前記第３フィルタ回路と前記第１出力ポートとの間に設けられた第１負荷と、
前記第４フィルタ回路と前記第２出力ポートとの間に設けられた第２負荷と、
をさらに備え、
前記第１負荷及び第２負荷によって前記主線路と前記副線路の結合量が調整される、
請求項６に記載の方向性結合器。
【請求項８】
前記方向性結合器は、
前記第１フィルタ回路及び前記第３フィルタ回路の接続先を、それぞれ、前記第１終端回路又は前記第１出力ポートに切り替える第３スイッチ回路と、
前記第２フィルタ回路及び前記第４フィルタ回路の接続先を、それぞれ、前記第２終端回路又は前記第２出力ポートに切り替える第４スイッチ回路と、
をさらに備え、
前記第４ポートは、前記第１信号の反射信号に応じた第１反射結合信号及び前記第２信号の反射信号に応じた第２反射結合信号を出力し、
前記第１結合信号又は前記第２結合信号を出力させる動作モードの場合、
前記第３スイッチ回路は、前記第１フィルタ回路の出力を前記第１終端回路に接続し、前記第３フィルタ回路の出力を前記第１出力ポートに接続し、前記第４スイッチ回路は、前記第２フィルタ回路の出力を前記第２終端回路に接続し、前記第４フィルタ回路の出力を前記第２出力ポートに接続し、
前記第１反射結合信号又は前記第２反射結合信号を出力させる動作モードの場合、
前記第３スイッチ回路は、前記第１フィルタ回路の出力を前記第１出力ポートに接続し、前記第３フィルタ回路の出力を前記第１終端回路に接続し、前記第４スイッチ回路は、前記第２フィルタ回路の出力を前記第２出力ポートに接続し、前記第４フィルタ回路の出力を前記第２終端回路に接続し、
前記第１終端回路は、前記第１結合信号及び前記第１反射結合信号の出力に用いられ、
前記第２終端回路は、前記第２結合信号及び前記第２反射結合信号の出力に用いられる、
請求項６に記載の方向性結合器。
【請求項９】
前記第２終端回路は、前記第１結合信号及び前記第２結合信号の出力に用いられる、
請求項１に記載の方向性結合器。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の方向性結合器と、
低雑音増幅器と、
を備え、
前記第１信号及び前記第２信号は、それぞれ、アンテナにより受信された第１受信信号及び第２受信信号を含み、
前記第１結合信号及び前記第２結合信号は、それぞれ、前記低雑音増幅器に供給される、
通信ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性結合器及び通信ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の移動体通信機においては、例えば送信信号の増幅器とアンテナの間などに方向性結合器が設けられている。例えば特許文献１には、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号の伝送路となる主線路と、当該主線路と結合された副線路を有し、当該副線路の一方のポートに、複数の素子を含む終端部が設けられた方向性結合器が開示されている。当該方向性結合器では、ＲＦ信号の周波数に応じて終端部に含まれる複数の素子の接続を切り替えることにより、終端部の終端条件を調整し、結合器の方向性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１５８３１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、キャリアアグリゲーション技術に見られるように、移動体通信機において同時に異なる複数の周波数帯域のＲＦ信号の送受信を行う技術が開発されている。しかしながら、特許文献１に開示される方向性結合器では、スイッチのオン及びオフにより終端部に含まれる複数の素子の接続が切り替えられる。このため、当該構成では、同時に異なる複数の周波数帯域のＲＦ信号が主線路に供給された場合、各ＲＦ信号の周波数帯域に応じて終端回路の終端条件を調整することができず、方向性が劣化するおそれがある。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、同時に異なる複数の周波数帯域の信号に対して方向性を向上させることができる方向性結合器及び通信ユニット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】
かかる目的を達成するため、本発明の一側面に係る方向性結合器は、第１周波数帯域の第１信号及び第２周波数帯域の第２信号を第１ポートから第２ポートに通す主線路と、主線路と電磁結合された副線路であって、第１信号に応じた第１結合信号及び第２信号に応じた第２結合信号を出力する第３ポートと、第４ポートと、を有する副線路と、第４ポートに接続され、第１結合信号の出力に用いられる第１終端回路と、第４ポートに接続され、第２結合信号の出力に用いられる第２終端回路と、第４ポートと第１終端回路との間に設けられた第１フィルタ回路と、を備え、第１フィルタ回路は、第１結合信号を通過させ、第２結合信号を減衰させる周波数特性を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、同時に異なる複数の周波数帯域の信号に対して方向性を向上させることができる方向性結合器及び通信ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る方向性結合器における各経路の伝送特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図６Ａ】第１比較例に係る方向性結合器におけるアイソレーションのシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図６Ｂ】第１比較例に係る方向性結合器における方向性のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図７Ａ】本発明の第４実施形態に係る方向性結合器におけるアイソレーションのシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の第４実施形態に係る方向性結合器における方向性のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。
【図９】本発明の第６実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る方向性結合器における各経路の伝送特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第７実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の第７実施形態に係る方向性結合器における各経路の伝送特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１３】本発明の第８実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。
【図１４】本発明の第９実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。
【図１５】本発明の第１０実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。
【図１６Ａ】第２比較例に係る方向性結合器における結合度のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１６Ｂ】本発明の第１０実施形態に係る方向性結合器における結合度のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１７】本発明の第１実施形態に係る方向性結合器を備える通信ユニットの構成例を示す図である。
【図１８】本発明の第１実施形態に係る方向性結合器の変形例を備える通信ユニットの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１０】
図１は、本発明の第１実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。図１に示される方向性結合器１００Ａは、例えば携帯電話等の移動体通信機に搭載され、基地局に送信される無線周波数（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号の信号レベルを検出するために用いられる。あるいは、方向性結合器１００Ａは、基地局に送信される送信信号と、基地局から受信される受信信号の分配に用いられる。方向性結合器１００Ａは、例えば、２Ｇ（第２世代移動通信システム）、３Ｇ（第３世代移動通信システム）、４Ｇ（第４世代移動通信システム）、５Ｇ（第５世代移動通信システム）、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）−ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）、ＬＴＥ−ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｒｏ等の通信規格の信号を対象とする。また、ＲＦ信号の周波数は、例えば数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ程度である。また、後述するように、方向性結合器１００Ａはキャリアアグリゲーション技術に対応することができ、同時に異なる複数の周波数帯域のＲＦ信号を結合させて出力することができる。なお、方向性結合器１００Ａが対象とする信号の通信規格及び周波数はこれらに限られない。
【００１１】
具体的に、方向性結合器１００Ａは、例えば主線路１１０、副線路１２０、フィルタ回路１３０，１４０、終端回路１５０，１６０及びポートＰ１〜Ｐ４を備える。
【００１２】
主線路１１０は、ポートＰ１（第１ポート）からポートＰ２（第２ポート）に異なる周波数帯域のＲＦ信号を通す線路である。当該ＲＦ信号は、例えば電力増幅器（不図示）により増幅された送信信号であってもよく、あるいはアンテナにより受信された受信信号であってもよい。主線路１１０に供給されるＲＦ信号の周波数帯域は特に限定されないが、以下では一例として、ハイバンドに含まれる周波数帯域（第１周波数帯域）の信号ＲＦ１（第１信号）と、ローバンドに含まれる周波数帯域（第２周波数帯域）の信号ＲＦ２（第２信号）と、が供給されるものとして説明する。ハイバンドの信号ＲＦ１とローバンドの信号ＲＦ２は、同時に主線路１１０に供給され得る。なお、主線路１１０には、ポートＰ２からポートＰ１に信号ＲＦ１，ＲＦ２の反射信号が供給されることがある。主線路１１０に供給される信号の周波数帯域の組み合わせは例示であり、ハイバンド及びローバンドに限られない。例えば、ハイバンドとローバンドに代えてハイバンドとミドルバンドの信号が主線路１１０に供給されてもよい。
【００１３】
副線路１２０は、主線路１１０と電磁結合され、主線路１１０とともに結合器を構成する線路である。副線路１２０は、ポートＰ１に対応するポートＰ３（第３ポート）と、ポートＰ２に対応するポートＰ４（第４ポート）と、を有する。ポートＰ３からは、ハイバンドの信号ＲＦ１に応じた結合信号ＣＰ１（第１結合信号）と、ローバンドの信号ＲＦ２に応じた結合信号ＣＰ２（第２結合信号）が出力される。ポートＰ３から出力された結合信号ＣＰ１，ＣＰ２には、方向性結合器１００Ａの後段の回路において様々な処理が施される。図１においては図示が省略されているが、ポートＰ３の先には、例えば信号レベルを検出する検波回路が備えられていてもよい。
【００１４】
フィルタ回路１３０（第１フィルタ回路）は、ポートＰ４と終端回路１５０との間に設けられる。フィルタ回路１３０は、ハイバンドの結合信号ＣＰ１を通過させ、ローバンドの結合信号ＣＰ２を減衰させる周波数特性を有する。他方、フィルタ回路１４０（第２フィルタ回路）は、ポートＰ４と終端回路１６０との間に設けられる。フィルタ回路１４０は、ローバンドの結合信号ＣＰ２を通過させ、ハイバンドの結合信号ＣＰ１を減衰させる周波数特性を有する。これにより、方向性結合器１００Ａでは、異なる複数の周波数帯域の信号ＲＦ１，ＲＦ２が同時に主線路１１０に供給されても、フィルタ回路１３０，１４０によって結合信号ＣＰ１，ＣＰ２が周波数帯域に応じて振り分けられて、終端回路１５０，１６０によって終端される。
【００１５】
終端回路１５０（第１終端回路）は、所定のインピーダンス値Ｚ１を有し、フィルタ回路１３０を経由してポートＰ４を接地に接続する。終端回路１５０は、ハイバンドの結合信号ＣＰ１の出力に用いられる。他方、終端回路１６０（第２終端回路）は、所定のインピーダンス値Ｚ２を有し、フィルタ回路１４０を経由してポートＰ４を接地に接続する。終端回路１６０は、ローバンドの結合信号ＣＰ２の出力に用いられる。
【００１６】
ここで、ポートＰ３からは、結合信号ＣＰ１，ＣＰ２に加えて、漏れ出したＲＦ信号ＲＦ１，ＲＦ２の反射信号も出力される。また、ポートＰ３には、結合信号ＣＰ１，ＣＰ２がポートＰ４からフィルタ回路１３０，１４０及び終端回路１５０，１６０を経由して接地において反射されて再びポートＰ４戻ってくる戻り信号もまた供給される。従って、終端回路１５０，１６０のインピーダンス値Ｚ１，Ｚ２は、当該ポートＰ３に漏れ出る反射信号の位相と、当該戻り信号の位相が、逆位相となるような値であることが好ましい。以下、このときのインピーダンス値を「適切なインピーダンス値」とも呼ぶ。終端回路１５０，１６０が適切なインピーダンス値を有する場合、ポートＰ３に漏れ出る反射信号が戻り信号によって打ち消されるため、アイソレーション（ｄＢ）が向上する。従って、アイソレーションから結合度を引いた値により表される指標である方向性（ｄＢ）もまた向上する。
【００１７】
ここで、適切なインピーダンス値は、終端される経路を通る信号の周波数に応じて異なる。特に、アイソレーションと周波数帯域の帯域幅はトレードオフの関係にあるため、仮に複数の異なる周波数帯域の信号が１つの終端回路を共用する構成である場合、当該複数の信号の周波数が離れるほどアイソレーションの劣化が顕著となる。
【００１８】
この点、本実施形態では、上述の通りフィルタ回路１３０，１４０を備えることにより、スイッチのオン及びオフの切り替えによらずに、結合信号ＣＰ１，ＣＰ２を周波数に応じて振り分けて各終端回路１５０，１６０の経路に供給することができる。これにより、各終端回路１５０，１６０におけるインピーダンス値Ｚ１，Ｚ２を、周波数に応じた適切なインピーダンス値に設定することができる。従って、キャリアアグリゲーションのように同時に複数の異なる周波数帯域の信号が主線路１１０に供給される場合であっても、当該複数の周波数帯域の信号の各々の方向性を向上させることができる。
【００１９】
また、本実施形態は、特許文献１に開示されている構成のようにスイッチ等の能動素子を用いずに構成されるため、製造コストを削減することができる。
【００２０】
なお、図１においては方向性結合器１００Ａが２つの周波数帯域の信号ＲＦ１，ＲＦ２を対象とする例が示されているが、方向性結合器１００Ａが対象とする信号の周波数帯域は３つ以上であってもよい。その場合、周波数帯域の個数に合わせてフィルタ回路及び終端回路の組み合わせを増やせばよい。
【００２１】
図２は、本発明の第２実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。なお、図１に示される方向性結合器１００Ａと同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、以降に示す実施形態では、方向性結合器１００Ａと共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
【００２２】
図２に示される方向性結合器１００Ｂは、方向性結合器１００Ａに比べてフィルタ回路１３０，１４０の代わりにマルチプレクサ２００を備える。
【００２３】
マルチプレクサ２００（第１フィルタ回路）は、ポートＰ４と終端回路１５０，１６０との間に設けられる。マルチプレクサ２００は、ポートＰ４と終端回路１５０との間において、ハイバンドの結合信号ＣＰ１を通過させ、ローバンドの結合信号ＣＰ２を減衰させる周波数特性を有する。また、マルチプレクサ２００は、ポートＰ４と終端回路１６０との間において、ローバンドの結合信号ＣＰ２を通過させ、ハイバンドの結合信号ＣＰ１を減衰させる周波数特性を有する。
【００２４】
上述の構成によっても、方向性結合器１００Ｂは方向性結合器１００Ａと同様の効果を得ることができる。なお、マルチプレクサに代えてデュプレクサが用いられてもよい。
【００２５】
図３は、本発明の第３実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。図３に示される方向性結合器１００Ｃは、図１に示される方向性結合器１００Ａに比べてフィルタ回路１４０を備えず、終端回路１５０，１６０に代えて終端回路３００，３１０を備える。
【００２６】
フィルタ回路１３０（第１フィルタ回路）は、上述の通りハイバンドの結合信号ＣＰ１を通過させ、ローバンドの結合信号ＣＰ２を減衰させる周波数特性を有する。従って、終端回路３００（第１終端回路）が設けられた側の経路には、ハイバンドの結合信号ＣＰ１は供給されるが、ローバンドの結合信号ＣＰ２は供給されない。他方、終端回路３１０（第２終端回路）が設けられた側の経路には、ハイバンドの結合信号ＣＰ１及びローバンドの結合信号ＣＰ２が供給される。
【００２７】
すなわち、終端回路３００はハイバンドの結合信号ＣＰ１のみの出力に用いられる。他方、終端回路３１０はハイバンドの結合信号ＣＰ１及びローバンドの結合信号ＣＰ２の双方の出力に用いられる。従って、終端回路３１０のインピーダンス値Ｚ４は、ローバンドの結合信号ＣＰ２に対して適切なインピーダンス値であればよい。他方、終端回路３００のインピーダンス値Ｚ３は、終端回路３１０のインピーダンス値Ｚ４との合成値がハイバンドの結合信号ＣＰ１に対して適切なインピーダンス値となるような値であればよい。
【００２８】
上述の構成によっても、方向性結合器１００Ｃは方向性結合器１００Ａと同様の効果を得ることができる。また、方向性結合器１００Ｃは方向性結合器１００Ａに比べてフィルタ回路１４０を備えないため、より少ない要素によって構成することができる。
【００２９】
なお、本実施形態では方向性結合器１００Ｃがハイバンドを通過させるフィルタ回路１３０を備える構成が示されているが、フィルタ回路１３０に代えてローバンドを通過させるフィルタ回路１４０を備える構成であってもよい。
【００３０】
図４は、本発明の第４実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。図４に示される方向性結合器１００Ｄは、図１に示されるフィルタ回路１３０，１４０及び終端回路１５０，１６０の具体的な構成例（フィルタ回路１３１，１４１及び終端回路１５１，１６１）を示している。
【００３１】
フィルタ回路１３１は、インダクタＬ１，Ｌ２及びキャパシタＣ１を備える。インダクタＬ１及びキャパシタＣ１は並列接続され、ＬＣ並列共振回路を構成する。当該ＬＣ並列共振回路は、ポートＰ４と終端回路１５１との間に直列接続される。当該ＬＣ直列共振回路の共振周波数が、減衰させるべきローバンドの周波数帯域に含まれるように、インダクタＬ１及びキャパシタＣ１の定数が設定される。これにより、フィルタ回路１３１は、ローバンドの信号に対してインピーダンスが非常に高くなる（理想的にはオープンとなる）ため、ローバンドの結合信号ＣＰ２を減衰させることができる。インダクタＬ２は、ＬＣ並列共振回路の出力と接地との間に接続され、ローバンドの信号をさらに減衰させる。
【００３２】
フィルタ回路１４１は、インダクタＬ３，Ｌ４及びキャパシタＣ２，Ｃ３を備える。インダクタＬ３及びキャパシタＣ２は並列接続され、ＬＣ並列共振回路を構成する。当該ＬＣ並列共振回路は、ポートＰ４と終端回路１６１との間に直列接続される。当該ＬＣ直列共振回路の共振周波数が、減衰させるべきハイバンドの周波数帯域に含まれるように、インダクタＬ３及びキャパシタＣ２の定数が設定される。これにより、フィルタ回路１４１は、ハイバンドの信号に対してインピーダンスが非常に高くなる（理想的にはオープンとなる）ため、ハイバンドの結合信号ＣＰ１を減衰させることができる。インダクタＬ４及びキャパシタＣ３は直列接続され、ＬＣ直列共振回路を構成する。当該ＬＣ直列共振回路は、ＬＣ並列共振回路の出力と接地との間に接続され、ハイバンドの信号をさらに減衰させる。なお、当該ＬＣ直列共振回路の共振周波数を、例えばハイバンドの基本波よりもさらに高い周波数とすることにより、高周波の信号を広い帯域において減衰させることができる。
【００３３】
終端回路１５１は、抵抗素子Ｒ１及びキャパシタＣ４を備える。抵抗素子Ｒ１及びキャパシタＣ４は、それぞれ、フィルタ回路１３１の出力と接地との間に接続される。抵抗素子Ｒ１及びキャパシタＣ４の合成インピーダンス値Ｚ１が適切な値となるように、抵抗素子Ｒ１及びキャパシタＣ４の定数が設定される。
【００３４】
終端回路１６１は、抵抗素子Ｒ２及びキャパシタＣ５を備える。抵抗素子Ｒ２及びキャパシタＣ５は、それぞれ、フィルタ回路１４１の出力と接地との間に接続される。抵抗素子Ｒ２及びキャパシタＣ５の合成インピーダンス値Ｚ２が適切な値となるように、抵抗素子Ｒ２及びキャパシタＣ５の定数が設定される。
【００３５】
上述の構成により、方向性結合器１００Ｃは、方向性結合器１００Ａと同様の効果を得ることができる。
【００３６】
なお、フィルタ回路１３１，１４１及び終端回路１５１，１６１の構成は一例であり、これに限定されない。例えばフィルタ回路１３１において、インダクタＬ２に代えてＬＣ直列共振回路が用いられてもよいし、フィルタ回路１４１において、ＬＣ直列共振回路に代えてインダクタが用いられてもよい。また、例えば終端回路１５１，１６１おいて、抵抗素子及びキャパシタの組み合わせに代えて、インダクタ及びキャパシタを用いた共振回路が用いられてもよい。この場合、当該共振回路の共振周波数を、通過させるべき信号の周波数帯域に合わせることにより、さらにアイソレーションを向上させることができる。
【００３７】
図５は、本発明の第４実施形態に係る方向性結合器における各経路の伝送特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。図５に示されるグラフは、方向性結合器１００ＤにおけるポートＰ４にローバンドからハイバンドを含む周波数の信号を供給した場合における、フィルタ回路１３１，１４１をそれぞれ含む各経路の伝送特性（すなわち、ＳパラメータＳ21）を示す。なお、ここでの周波数帯域は、ローバンドが０．６ＧＨｚ〜１ＧＨｚ程度を含み、ミドルバンドが１．５ＧＨｚ〜２．７ＧＨｚ程度を含み、ハイバンドが３．４ＧＨｚ〜３．８ＧＨｚ程度を含む場合が想定されている。当該グラフにおいて、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸は伝送特性（ｄＢ）を示す。当該シミュレーションにおいては、ポートＰ４に供給された信号をハイバンド及びミドルバンドと、ローバンドの２経路に分けるように各素子の定数が設定されている。
【００３８】
図５に示されるように、フィルタ回路１３１を含む経路では、ローバンドの周波数帯域の信号が大きく減衰され、ミドルバンド及びハイバンドの周波数帯域の信号は大部分が通過している。一方、フィルタ回路１４１を含む経路では、ローバンドの周波数帯域の信号の大部分が通過し、ミドルバンドの周波数帯域及びハイバンドの周波数帯域の信号が大きく減衰されている。このことから、フィルタ回路１３１，１４１が信号の振り分けの機能を果たしていることが分かる。
【００３９】
図６Ａは、第１比較例に係る方向性結合器におけるアイソレーションのシミュレーション結果の一例を示す図であり、図６Ｂは、第１比較例に係る方向性結合器における方向性のシミュレーション結果の一例を示す図である。また、図７Ａは、本発明の第４実施形態に係る方向性結合器におけるアイソレーションのシミュレーション結果の一例を示す図であり、図７Ｂは、本発明の第４実施形態に係る方向性結合器における方向性のシミュレーション結果の一例を示す図である。ここで、第１比較例とは、方向性結合器１００Ｄに比べてフィルタ回路１３１，１４１及び終端回路１５１，１６１を備えず、各ポートＰ１〜Ｐ４が５０Ωの抵抗素子により終端された構成である。図６Ａ及び図７Ａにおいて、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸は方向性結合器のアイソレーション（ｄＢ）（すなわち、ポートＰ３に漏れ出た反射信号のレベル）を示す。また、図６Ｂ及び図７Ｂにおいて、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸は方向性結合器の方向性（ｄＢ）（すなわち、アイソレーションから結合度を引いた値）を示す。
【００４０】
図６Ａに示されるように、第１比較例では、特に２ＧＨｚ付近にかけてアイソレーションが悪化して−４０ｄＢ程度に近くなり、反射波の結合信号の漏れが比較的大きいことが分かる。また、図６Ｂに示されるように、０．７ＧＨｚ〜３ＧＨｚの領域において方向性もおおよそ２０〜２５ｄＢ程度に留まっている。
【００４１】
一方、図７Ａに示されるように、方向性結合器１００Ｄでは、ローバンドに含まれる０．８ＧＨｚ付近とミドルバンドに含まれる２ＧＨｚ付近において、アイソレーションは−６５ｄＢ及び−５５ｄＢ程度であり、大きく改善されている。また図７Ｂに示されるように、アイソレーションに伴い方向性も当該周波数付近において３０ｄＢを超え、大きく向上している。これは、方向性結合器１００Ｄでは、終端回路１５１，１６１がそれぞれ適切なインピーダンス値に設定されたからであると考えられる。
【００４２】
図８は、本発明の第５実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。図８に示される方向性結合器１００Ｅは、図４に示される方向性結合器１００Ｄに比べて終端回路１５２，１６２及びスイッチ回路４００，４１０をさらに備える。なお、図８においては、方向性結合器１００ＥのうちポートＰ４以降の構成のみが示されている。以下の図９及び図１１においても同様である。
【００４３】
本実施形態では、信号ＲＦ１とは異なる周波数帯域（第３周波数帯域）のハイバンドの信号ＲＦ３（第３信号）と、信号ＲＦ２とは異なる周波数帯域（第４周波数帯域）のローバンドの信号ＲＦ４（第４信号）がさらに主線路（不図示）に供給される。この場合、ポートＰ３からは、結合信号ＣＰ１，ＣＰ２に加えて、ハイバンドの信号ＲＦ３に応じた結合信号ＣＰ３（第３結合信号）と、ローバンドの信号ＲＦ４に応じた結合信号ＣＰ４（第４結合信号）が出力される。
【００４４】
終端回路１５２（第３終端回路）はポートＰ４に接続され、ハイバンドの結合信号ＣＰ３をポートＰ３から出力する場合に用いられる。終端回路１５２のインピーダンス値は、結合信号ＣＰ３の周波数帯域に対して適切なインピーダンス値となるように設定される。他方、終端回路１６２（第４終端回路）はポートＰ４に接続され、ローバンドの結合信号ＣＰ４をポートＰ３から出力する場合に用いられる。終端回路１６２のインピーダンス値は、結合信号ＣＰ４の周波数帯域に対して適切なインピーダンス値となるように設定される。なお、終端回路１５２に含まれる抵抗素子Ｒ３及びキャパシタＣ６と、終端回路１６２に含まれる抵抗素子Ｒ４及びキャパシタＣ７は、それぞれ、終端回路１５１，１６１と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
【００４５】
スイッチ回路４００（第１スイッチ回路），４１０（第２スイッチ回路）は、いずれもＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ−Ｔｈｒｏｗ）スイッチである。スイッチ回路４００は、ハイバンドの結合信号ＣＰ１，ＣＰ３の周波数帯域に応じて、結合信号ＣＰ１の出力の場合はポートＰ４を終端回路１５１に接続し、結合信号ＣＰ３の出力の場合はポートＰ４を終端回路１５２に接続する。スイッチ回路４１０は、ローバンドの結合信号ＣＰ２，ＣＰ４の周波数帯域に応じて、結合信号ＣＰ２の出力の場合はポートＰ４を終端回路１５２に接続し、結合信号ＣＰ４の出力の場合はポートＰ４を終端回路１６２に接続する。
【００４６】
上述の構成によっても、方向性結合器１００Ｅは、方向性結合器１００Ａと同様の効果を得ることができる。また、方向性結合器１００Ｅは、スイッチ回路４００，４１０を備えることにより、方向性結合器１００Ｄに比べて終端回路１５１，１５２，１６１，１６２のインピーダンス値をさらに細かく設定することができる。これにより、各周波数帯域における方向性をさらに向上させることができる。
【００４７】
図９は、本発明の第６実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。図９に示される方向性結合器１００Ｆは、ハイバンド及びローバンドに加え、ミドルバンドの周波数帯域（第３周波数帯域）の信号（第３信号）にも対応する点において方向性結合器１００Ａ〜１００Ｅと異なる。本実施形態では、ポートＰ３からハイバンドの結合信号ＣＰ１及びローバンドの結合信号ＣＰ２に加え、ミドルバンドの結合信号ＣＰ５（第３結合信号）が出力されるものとして説明する。
【００４８】
具体的に、方向性結合器１００Ｆは、例えばポートＰ４の後段にフィルタ回路５００，５１０，５２０，５３０，５４０及び終端回路１５０，１６０，５５０を備える。なお、以下の説明において、フィルタ回路５００〜５４０のうち図４に示されるフィルタ回路１３１，１４１と同様の構成のフィルタ回路については、説明の便宜上、各素子に同様の符号を付して説明を省略する。各素子に付された符号が同一であることは、必ずしも当該素子の定数が同一であることを意味しない。
【００４９】
フィルタ回路５００，５１０は、ポートＰ４と終端回路１５０との間（すなわち、ハイバンドの結合信号ＣＰ１を通す線路）に設けられる。フィルタ回路５００（第１フィルタ回路）は、例えばキャパシタＣ８及びインダクタＬ５を備える。キャパシタＣ８はポートＰ４と終端回路１５０との間を接続する線路に直列接続され、インダクタＬ５はキャパシタＣ８の出力側の一端と接続との間に接続される。これにより、フィルタ回路５００は、ハイバンドの信号を通過させ、ミドルバンド及びローバンドの信号を減衰させるハイパスフィルタ回路として機能する。フィルタ回路５１０は、例えばインダクタＬ６及びキャパシタＣ９を備える。インダクタＬ６及びキャパシタＣ９は並列接続され、ＬＣ並列共振回路を構成する。当該ＬＣ直列共振回路の共振周波数が、減衰させるべきミドルバンドの周波数帯域に含まれるように、インダクタＬ６及びキャパシタＣ９の定数が設定される。これにより、ミドルバンドの結合信号ＣＰ２をさらに減衰させることができる。このように、フィルタ回路５００，５１０を経由することにより、ハイバンドの結合信号ＣＰ１のみが当該経路を通過することとなる。
【００５０】
フィルタ回路５２０，５３０は、ポートＰ４と終端回路５５０との間（すなわち、ミドルバンドの結合信号ＣＰ５を通す線路）に設けられる。フィルタ回路５２０は、図４に示されるフィルタ回路１４１と同様の構成である。フィルタ回路５２０は、ミドルバンドの信号及びローバンドの信号を通過させ、ハイバンドの信号を減衰させる周波数特性を有する。フィルタ回路５３０は、図４に示されるフィルタ回路１３１と同様の構成である。フィルタ回路５３０は、ハイバンドの信号及びミドルバンドの信号を通過させ、ローバンドの信号を減衰させる周波数特性を有する。このように、フィルタ回路５２０，５３０を経由することにより、ミドルバンドの結合信号ＣＰ５のみが当該経路を通過することとなる。なお、フィルタ回路５２０とフィルタ回路５３０は併せて第３フィルタ回路の一具体例を構成する。
【００５１】
フィルタ回路５４０（第２フィルタ回路）は、ポートＰ４と終端回路１６０との間（すなわち、ローバンドの結合信号ＣＰ２を通す線路）に設けられる。フィルタ回路５４０は、図４に示されるフィルタ回路１４１と同様の構成である。フィルタ回路５４０は、ローバンドの信号を通過させ、ハイバンドの信号及びミドルバンドの信号を減衰させる周波数特性を有する。これにより、ローバンドの結合信号ＣＰ２のみが当該経路を通過することとなる。
【００５２】
終端回路５５０（第３終端回路）は、ポートＰ４に接続され、ミドルバンドの結合信号ＣＰ５をポートＰ３から出力する場合に用いられる。すなわち、終端回路５５０のインピーダンス値Ｚ５は、結合信号ＣＰ５の周波数帯域に対して適切なインピーダンス値となるように設定される。
【００５３】
上述の構成により、方向性結合器１００Ｆは、フィルタ回路５００〜５４０を備えることにより、スイッチ素子を用いずに結合信号ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ５を周波数に応じて振り分けて終端回路１５０，１６０，５５０の経路に供給することができる。従って、方向性結合器１００Ｆによると、３つの周波数帯域の信号の各々の方向性を向上させることができる。
【００５４】
なお、フィルタ回路５００とフィルタ回路５１０、及びフィルタ回路５２０とフィルタ回路５３０の順序は特に限定されず、逆であってもよい。また、各フィルタ回路５００〜５４０の構成は例示であり、これに限定されない。
【００５５】
図１０は、本発明の第６実施形態に係る方向性結合器における各経路の伝送特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１０に示されるグラフは、方向性結合器１００ＦにおけるポートＰ４にローバンドからハイバンドを含む周波数の信号を供給した場合における、各経路の伝送特性を示す。なお、ここでの周波数帯域は、ローバンドが０．６ＧＨｚ〜１ＧＨｚ程度を含み、ミドルバンドが１．５ＧＨｚ〜２．７ＧＨｚを含み、ハイバンドが３．４ＧＨｚ〜３．８ＧＨｚ程度を含む場合が想定されている。当該グラフにおいて、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸は伝送特性（ｄＢ）を示す。当該シミュレーションにおいては、ポートＰ４に供給された信号を、ハイバンド、ミドルバンド、及びローバンドの３経路に分けるように各フィルタ回路の素子の定数が設定されている。
【００５６】
図１０に示されるように、フィルタ回路５００，５１０を備えるハイバンド用の経路では、ローバンド及びミドルバンドの周波数帯域の信号が大きく減衰され、ハイバンドの周波数帯域の信号は大部分が通過している。また、フィルタ回路５２０，５３０を備えるミドルバンド用の経路では、ローバンド及びハイバンドの周波数帯域の信号が大きく減衰され、ミドルバンドの周波数帯域の信号は大部分が通過している。また、フィルタ回路５４０を備えるローバンド用の経路では、ハイバンド及びミドルバンドの周波数帯域の信号が大きく減衰され、ローバンドの周波数帯域の信号は大部分が通過している。このことから、フィルタ回路５００〜５４０が３つの周波数帯域の振り分けの機能を果たしていることが分かる。
【００５７】
図１１は、本発明の第７実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。図１１に示される方向性結合器１００Ｇは、図９に示される方向性結合器１００Ｆと同様に３つの周波数帯域の信号に対応するが、経路の構成が方向性結合器１００Ｆと異なっている。
【００５８】
具体的には、方向性結合器１００Ｇでは、ポートＰ４に接続されたフィルタ回路５２０においてハイバンドの信号が減衰され、ミドルバンド及びローバンドの信号は通過する。そして、フィルタ回路５２０から出力されたミドルバンド及びローバンドの信号が、さらにフィルタ回路５３０及びフィルタ回路５４０においてミドルバンドとローバンドに分けられる。なお、ハイバンド用の経路は方向性結合器１００Ｆと同様であるため、説明を省略する。
【００５９】
このように、周波数帯域に応じて経路を分ける方法は特に限られず、図９に示されるようにポートＰ４に３つの経路がそれぞれ接続されていてもよいし、図１１に示されるようにポートＰ４から分岐が続いていてもよい。
【００６０】
上述の構成によっても、方向性結合器１００Ｇは方向性結合器１００Ｆと同様の効果を得ることができる。また、方向性結合器１００Ｇでは、ローバンドの信号が２つのフィルタ回路５２０，５４０を通過することとなる。従って、方向性結合器１００Ｇは、方向性結合器１００Ｆに比べて、フィルタ回路の個数を増やさずにローバンドの経路において他の周波数帯域の信号をより減衰させることができる。
【００６１】
図１２は、本発明の第７実施形態に係る方向性結合器における各経路の伝送特性のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１２に示されるグラフは、図１０と同様に、方向性結合器１００ＧにおけるポートＰ４にローバンドからハイバンドを含む周波数の信号を供給した場合における、各経路の伝送特性を示す。
【００６２】
図１２に示されるように、ハイバンド及びミドルバンド用の経路の伝送特性は、図１０に示される伝送特性と大きく変わらない。一方、ローバンド用の経路の伝送特性は、図１０に比べて特に３ＧＨｚ以上の領域において減衰量が大きいことが分かる。これは、上述の通り、本実施形態においてはローバンドの信号がフィルタ回路５２０も経由するからであると考えられる。このことから、フィルタ回路５００〜５４０が３つの周波数帯域の振り分けの機能を果たしていることが分かる。
【００６３】
図１３は、本発明の第８実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。図１３に示される方向性結合器１００Ｈは、図４に示される方向性結合器１００Ｄに比べて、ポートＰ３側もフィルタ回路により周波数帯域に応じて信号を振り分けられる点において異なる。
【００６４】
具体的に、方向性結合器１００Ｈは、例えばポートＰ５，Ｐ６及びフィルタ回路６００，６１０をさらに備える。
【００６５】
ポートＰ５（第１出力ポート）は、ポートＰ３からフィルタ回路６００を経由してハイバンドの結合信号ＣＰ１が出力されるポートである。他方、ポートＰ６（第２出力ポート）は、ポートＰ３からフィルタ回路６１０を経由してローバンドの結合信号ＣＰ２が出力されるポートである。
【００６６】
フィルタ回路６００（第３フィルタ回路）は、ポートＰ３とポートＰ５との間に設けられ、ハイバンドの結合信号ＣＰ１を通過させ、ローバンドの結合信号ＣＰ２を減衰させる周波数特性を有する。他方、フィルタ回路６１０（第４フィルタ回路）は、ポートＰ３とポートＰ６との間に設けられ、ローバンドの結合信号ＣＰ２を通過させ、ハイバンドの結合信号ＣＰ１を減衰させる周波数特性を有する。なお、フィルタ回路６００，６１０の構成については、それぞれ、フィルタ回路１３１，１４１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６７】
このように、方向性結合器１００Ｈでは、結合信号ＣＰ１，ＣＰ２が出力されるポートＰ３側にもフィルタ回路６００，６１０が設けられている。これにより、結合信号ＣＰ１，ＣＰ２を周波数帯域に応じて分けて出力することができる。
【００６８】
図１４は、本発明の第９実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。図１４に示される方向性結合器１００Ｉは、図１３に示される方向性結合器１００Ｈに比べて、主線路１１０を通る進行波及び反射波の双方向の信号を結合させて出力できる点において異なる。
【００６９】
具体的に、方向性結合器１００Ｉは、方向性結合器１００Ｈに比べてスイッチ回路７００，７１０をさらに備える。
【００７０】
スイッチ回路７００（第３スイッチ回路），７１０（第４スイッチ回路）は、２入力を２出力のいずれかに接続するスイッチである。具体的には、スイッチ回路７００は、フィルタ回路１３１及びフィルタ回路６００の接続先を、それぞれ、終端回路１５１又はポートＰ５に切り替える。他方、スイッチ回路７１０は、フィルタ回路１４１及びフィルタ回路６１０の接続先を、それぞれ、終端回路１６１又はポートＰ６に切り替える。
【００７１】
本実施形態において、主線路１１０は、ポートＰ１からポートＰ２に信号ＲＦ１，ＲＦ２を通すと同時に、ポートＰ２からポートＰ１に信号ＲＦ１，ＲＦ２の反射信号を通す。そして、ポートＰ３からは信号ＲＦ１，ＲＦ２の結合信号ＣＰ１，ＣＰ２が出力され、ポートＰ４からは信号ＲＦ１，ＲＦ２の反射信号の結合信号ＣＰ１ｘ（第１反射結合信号），ＣＰ２ｘ（第２反射結合信号）が出力される。このように、方向性結合器１００Ｉによると、双方向の結合信号を出力することができる。
【００７２】
具体的には、信号ＲＦ１，ＲＦ２の結合信号を出力させる動作モード（フォワード）の場合、スイッチ回路７００は、フィルタ回路１３１の出力を終端回路１５１に接続し、フィルタ回路６００の出力をポートＰ５に接続する。また、スイッチ回路７１０は、フィルタ回路１４１の出力を終端回路１６１に接続し、フィルタ回路６１０の出力をポートＰ６に接続する。これにより、ハイバンドの結合信号ＣＰ１は、ポートＰ３からフィルタ回路６００及びスイッチ回路７００を経由してポートＰ５から出力される。終端側のポートＰ４はフィルタ回路１３１及びスイッチ回路７００を経由して終端回路１５１に接続される。また、ローバンドの結合信号ＣＰ２は、ポートＰ３からフィルタ回路６１０及びスイッチ回路７１０を経由してポートＰ６から出力される。終端側のポートＰ４はフィルタ回路１４１及びスイッチ回路７１０を経由して終端回路１６１に接続される。
【００７３】
一方、信号ＲＦ１，ＲＦ２の反射信号の結合信号を出力させる動作モード（リバース）の場合、スイッチ回路７００は、フィルタ回路１３１の出力をポートＰ５に接続し、フィルタ回路６００の出力を終端回路１５１に接続する。また、スイッチ回路７１０は、フィルタ回路１４１の出力をポートＰ６に接続し、フィルタ回路６１０の出力を終端回路１６１に接続する。これにより、ハイバンドの反射信号の結合信号ＣＰ１ｘは、ポートＰ４からフィルタ回路１３１及びスイッチ回路７００を経由してポートＰ５から出力される。終端側のポートＰ３はフィルタ回路６００及びスイッチ回路７００を経由して終端回路１５１に接続される。また、ローバンドの反射信号の結合信号ＣＰ２ｘは、ポートＰ４からフィルタ回路１４１及びスイッチ回路７１０を経由してポートＰ６から出力される。終端側のポートＰ３はフィルタ回路６１０及びスイッチ回路７１０を経由して終端回路１６１に接続される。
【００７４】
すなわち、本実施形態においては、終端回路１５１，１６１がフォワード及びリバースにおいて共用される。従って、終端回路１５１は、ハイバンドの結合信号ＣＰ１，ＣＰ１ｘのいずれの出力においても用いられ、終端回路１６１は、ローバンドの結合信号ＣＰ２，ＣＰ２ｘのいずれの出力においても用いられる。
【００７５】
上述の構成によっても、方向性結合器１００Ｉは、方向性結合器１００Ｈと同様の効果を得ることができる。また、方向性結合器１００Ｉはスイッチ回路７００，７１０を備えることにより、双方向の信号の出力を行うことができる。
【００７６】
図１５は、本発明の第１０実施形態に係る方向性結合器の構成例を示す図である。なお、図１５においては、方向性結合器１００ＪのうちポートＰ３以降の構成のみが示されている。図１５に示される方向性結合器１００Ｊは、フィルタ回路の後段に負荷を備える点において方向性結合器１００Ｈと異なる。
【００７７】
具体的に、方向性結合器１００Ｊは、例えばフィルタ回路６００，６０１，６１０，６１１及び負荷８００，８１０を備える。なお、本実施形態においては、ポートＰ３から出力される２つの周波数帯域の信号が、ハイバンド及びローバンドに代えてミドルバンド及びローバンドの信号であるものとして説明する。
【００７８】
フィルタ回路６０１は、フィルタ回路６００の後段に設けられる。フィルタ回路６０１は、フィルタ回路６００のうちインダクタＬ２を備えないが、フィルタ回路６００とともにローバンドの信号を減衰させる回路である。
【００７９】
フィルタ回路６１１は、フィルタ回路６１０の後段に設けられる。フィルタ回路６１１は、フィルタ回路６１０のうちインダクタＬ４及びキャパシタＣ３を備えないが、フィルタ回路６１０とともにミドルバンドの信号を減衰させる回路である。
【００８０】
負荷８００（第１負荷）は、フィルタ回路６０１とポートＰ５との間に設けられる。負荷８００は、例えばインダクタＬ７及び抵抗素子Ｒ５を備える。インダクタＬ７及び抵抗素子Ｒ５はフィルタ回路６０１とポートＰ５との間の線路において直列接続される。
【００８１】
負荷８１０（第２負荷）は、フィルタ回路６１１とポートＰ６との間に設けられる。負荷８１０は、例えばインダクタＬ８及び抵抗素子Ｒ６を備える。インダクタＬ８及び抵抗素子Ｒ６はフィルタ回路６１１とポートＰ６との間の線路において直列接続される。
【００８２】
本実施形態においては、周波数帯域に応じて負荷８００，８１０に含まれるインダクタＬ７，Ｌ８及び抵抗素子Ｒ５，Ｒ６の定数を設定し、負荷８００，８１０のインピーダンスを調整することにより、主線路１１０と副線路１２０の結合量を調整することができる。具体的には、周波数に応じた結合量の偏差が小さくなるように負荷８００，８１０のインピーダンスが調整される。これにより、例えば方向性結合器１００ＪがＲＦ信号の検波に用いられる場合、結合信号の信号レベルの偏差が小さくなるため、検波の精度を向上させることができる。
【００８３】
なお、ポートＰ５及びポートＰ６が接続されて、一つの出力ポートからミドルバンド及びローバンドの信号が出力される構成であってもよい。
【００８４】
図１６Ａは、第２比較例に係る方向性結合器における結合度のシミュレーション結果の一例を示す図であり、図１６Ｂは、本発明の第１０実施形態に係る方向性結合器における結合度のシミュレーション結果の一例を示す図である。ここで、第２比較例とは、図１５に示される方向性結合器１００Ｊのうち、フィルタ回路６００，６０１，６１０，６１１及び負荷８００，８１０を備えず、ポートＰ３から結合信号が直接出力される構成である。図１６Ａ及び図１６Ｂに示されるグラフにおいて、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸はポートＰ１とポートＰ３（方向性結合器１００ＪにおいてはポートＰ５及びポートＰ６が接続された出力ポート）の結合度（ｄＢ）を示している。
【００８５】
図１６Ａに示されるように、第２比較例においては、周波数に応じて結合度が緩やかにカーブを描く特性を有する。例えば周波数が０．８ＧＨｚ〜２．８ＧＨｚの領域においては、結合度に−２７ｄＢ〜−２２ｄＢ程度の幅がある。
【００８６】
一方、図１６Ｂに示されるように、方向性結合器１００Ｊにおいては、第２比較例に比べて平均的な結合度は低下するものの、特性は横ばいとなっている。周波数が０．８ＧＨｚ〜２．８ＧＨｚの領域における結合度は−３４ｄＢ〜−３２ｄＢ程度であり、第２比較例に比べて幅が小さいことが分かる。このように方向性結合器１００Ｊによると、出力される結合信号のレベルの偏差を抑制することができる。
【００８７】
図１７は、本発明の第１実施形態に係る方向性結合器を備える通信ユニットの構成例を示す図である。図１７に示される通信ユニット１０００Ａは、例えば携帯電話等における送信信号と受信信号の分配を方向性結合器１００Ａによって実現する構成例である。
【００８８】
具体的に、通信ユニット１０００Ａは、例えばＲＦＩＣ１１００、電力増幅器１２００、低雑音増幅器１３００及び方向性結合器１００Ａを備える。
【００８９】
ＲＦＩＣ１１００は、アンテナ（不図示）から送信する送信信号Ｔｘの生成や、アンテナから受信される受信信号Ｒｘの処理等を行う回路である。
【００９０】
電力増幅器（ＰＡ：Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１２００は、ＲＦＩＣ１１００において生成された送信信号Ｔｘの電力を、送信に必要なレベルまで増幅して出力する。当該送信信号Ｔｘは、方向性結合器１００ＡにおけるポートＰ２からポートＰ１を経由して、アンテナに供給される。
【００９１】
低雑音増幅器（ＬＮＡ：Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１３００は、アンテナから受信された複数の周波数帯域の受信信号Ｒｘ（第１受信信号及び第２受信信号）の電力を増幅してＲＦＩＣ１１００に出力する。
【００９２】
本実施形態において、方向性結合器１００Ａは、受信信号Ｒｘの低雑音増幅器１３００への供給に用いられる。具体的には、主線路１１０において、ポートＰ１に受信信号Ｒｘが供給されるとともに、ポートＰ２に送信信号Ｔｘが供給される。そして、ポートＰ３から受信信号Ｒｘの結合信号が出力される。このとき、ポートＰ４は、上述の通りフィルタ回路１３０，１４０により周波数帯域に応じて振り分けられて終端回路１５０，１６０に接続される。また、ポートＰ４からは送信信号Ｔｘの結合信号が出力されるが、当該送信信号の結合信号は終端回路１５０，１６０によって接地に流れる。すなわち、終端回路１５０，１６０は、受信信号Ｒｘの結合信号の出力において終端回路として機能すると同時に、送信信号Ｔｘの結合信号を接地に流す機能を有する。
【００９３】
上述の構成により、通信ユニット１０００Ａによると、１本の主線路１１０に送信信号Ｔｘ及び受信信号Ｒｘが供給される場合に、受信信号に応じた信号のみを取り出すことができる。これにより、例えばデュプレクサやサーキュレータを用いることなく受信信号を取り出すことができる。
【００９４】
さらに、本実施形態では周波数帯域ごとにフィルタ回路１３０，１４０と終端回路１５０，１６０との組み合わせを備えることにより、複数の周波数帯域において高いアイソレーションを実現し、送信信号の受信経路への漏れを抑制することができる。従って、通信ユニット１０００Ａによると、同一の周波数帯域の信号の送受信を同時に行う場合に、高い受信精度を実現することができる。
【００９５】
なお、終端回路１５０，１６０は、それぞれ異なる周波数帯域の周波数に対してインピーダンス値が適切となるように調整されてもよく、又は一方の終端回路１５０が所定の周波数帯域の送信信号の周波数に対して適切となるように調整され、他方の終端回路１６０が当該所定の周波数帯域の受信信号の周波数に対して適切となるように調整されてもよい。このように、送信信号及び受信信号の各々の周波数に対して適切となるように調整されたフィルタ回路と終端回路の組み合わせを備えることにより、各フィルタ回路の通過帯域を比較的狭くすることができ、高いアイソレーションを実現することができる。
【００９６】
また、通信ユニット１０００Ａに適用される方向性結合器は方向性結合器１００Ａに限られず、他の様々な実施形態の方向性結合器を適用可能である。例えば、方向性結合器１００Ａに代えて図１３に示される方向性結合器１００Ｈが適用されてもよい。この場合、通信ユニットが低雑音増幅器を２つ備え、図１３に示されるポートＰ５，Ｐ６が当該２つの低雑音増幅器にそれぞれ接続されることにより、異なる周波数帯域の信号を同時に受信することが可能となる。
【００９７】
図１８は、本発明の第１実施形態に係る方向性結合器の変形例を備える通信ユニットの構成例を示す図である。図１８に示される通信ユニット１０００Ｂは、図１７に示される通信ユニット１０００Ａと同様に、送信信号と受信信号の分配を、方向性結合器１００Ａの変形例である方向性結合器１００Ａ´によって実現する構成例である。
【００９８】
具体的に、通信ユニット１０００Ｂは、通信ユニット１０００Ａに比べてアナログキャンセル回路１４００及び加算器１５００をさらに備える。また、方向性結合器１００Ａに代えて方向性結合器１００Ａ´を備える。
【００９９】
方向性結合器１００Ａ´は、方向性結合器１００Ａに比べて、終端回路１５０，１６０の各々の出力が、接地に接続される代わりにアナログキャンセル回路１４００に接続される。
【０１００】
アナログキャンセル回路１４００には、ポートＰ４からフィルタ回路１３０，１４０及び終端回路１５０，１６０をそれぞれ経由して、送信信号Ｔｘの結合信号が供給される。そして、アナログキャンセル回路１４００は、当該供給された信号の位相が、ポートＰ３から供給される信号に含まれる送信信号の位相と、加算器１５００において逆位相となるような信号を生成し、加算器１５００に供給する。
【０１０１】
加算器１５００は、ポートＰ３から供給される受信信号Ｒｘの結合信号（送信信号Ｔｘの成分を含む）と、アナログキャンセル回路１４００から出力される信号とを加算し、低雑音増幅器１３００に出力する。
【０１０２】
すなわち、ポートＰ３から出力される受信信号Ｒｘの結合信号には、ポートＰ３側に漏れ出た送信信号Ｔｘが含まれている。本実施形態においては、当該ポートＰ３側に漏れ出た送信信号Ｔｘの成分と、アナログキャンセル回路１４００によって生成された送信信号の逆位相の信号とが加算器１５００において打ち消される。これにより、受信信号Ｒｘの結合信号に含まれた送信信号Ｔｘの成分を取り除くことができる。
【０１０３】
上述の構成により、通信ユニット１０００Ｂは、ポートＰ４から出力される送信信号Ｔｘの結合信号を利用して、受信経路に漏れ込んだ送信信号Ｔｘの成分を取り除くことができる。従って、通信ユニット１０００Ｂによると、通信ユニット１０００Ａに比べてさらに受信精度が向上する。
【０１０４】
なお、図１８に示されるように、ＲＦＩＣ１１００がデジタルキャンセル回路１６００を備え、当該デジタルキャンセル回路１６００によって増幅後の受信信号に含まれる送信信号の成分がデジタル処理によってさらに打ち消されてもよい。
【０１０５】
また、図１８において、送信信号の結合信号が終端回路１５０，１６０からアナログキャンセル回路１４００にそれぞれ供給される代わりに、終端回路１５０，１６０の出力がひとつにまとめられてアナログキャンセル回路１４００に供給されてもよい。
【０１０６】
また、アナログキャンセル回路１４００は、加算器１５００に供給する送信信号のレベルが、ポートＰ３から加算器１５００に供給される受信信号に含まれる送信信号のレベルと略同レベルとなるように制御して、加算器１５００に供給してもよい。
【０１０７】
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。方向性結合器１００Ａ（１００Ａ´）〜１００Ｉは、信号ＲＦ１，ＲＦ２をポートＰ１からポートＰ２に通す主線路１１０と、主線路１１０と電磁結合された副線路１２０であって、信号ＲＦ１に応じた結合信号ＣＰ１及び信号ＲＦ２に応じた結合信号ＣＰ２を出力するポートＰ３と、ポートＰ４と、を有する副線路１２０と、ポートＰ４に接続され、結合信号ＣＰ１の出力に用いられる終端回路１５０と、ポートＰ４に接続され、結合信号ＣＰ２の出力に用いられる終端回路１６０と、ポートＰ４と終端回路１５０との間に設けられたフィルタ回路１３０と、を備え、フィルタ回路１３０は、結合信号ＣＰ１を通過させ、結合信号ＣＰ２を減衰させる周波数特性を有する。これにより、スイッチのオン及びオフの切り替えによらずに結合信号ＣＰ１，ＣＰ２を周波数に応じて振り分けることができる。従って、各終端回路１５０，１６０におけるインピーダンス値Ｚ１，Ｚ２を、周波数に応じた適切なインピーダンス値に設定することができる。ゆえに、同時に複数の異なる周波数帯域の信号が主線路１１０に供給される場合であっても、当該複数の周波数帯域の信号の各々の方向性を向上させることができる。
【０１０８】
また、方向性結合器１００Ａ（１００Ａ´），１００Ｄ〜１００Ｊは、ポートＰ４と終端回路１６０との間に、結合信号ＣＰ２を通過させ、結合信号ＣＰ１を減衰させる周波数特性を有するフィルタ回路１４０をさらに備える。これにより、結合信号ＣＰ１，ＣＰ２を周波数に応じて振り分けることができる。従って、複数の周波数帯域の信号の各々の方向性を向上させることができる。
【０１０９】
また、方向性結合器１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｈ〜１００Ｊにおいて、フィルタ回路１３１は、共振周波数がローバンドの周波数帯域に含まれるＬＣ並列共振回路を有し、フィルタ回路１４１は、共振周波数がハイバンドの周波数帯域に含まれるＬＣ並列共振回路を有する。これにより、フィルタ回路１３１，１４１は、それぞれ、ローバンド及びハイバンドの信号に対してインピーダンスが非常に高くなるため、ローバンド及びハイバンドの結合信号ＣＰ２，ＣＰ１を減衰させることができる。
【０１１０】
また、方向性結合器１００Ｅは、ポートＰ４に接続された終端回路１５２，１６２と、スイッチ回路４００，４１０と、をさらに備え、主線路１１０は、さらに異なる周波数帯域の信号ＲＦ３，ＲＦ４をポートＰ１からポートＰ２に通し、副線路１２０は、信号ＲＦ３に応じた結合信号ＣＰ３及び信号ＲＦ４に応じた結合信号ＣＰ４をポートＰ３から出力し、スイッチ回路４００は、結合信号ＣＰ１を終端回路１５１に供給し、結合信号ＣＰ３を終端回路１５２に供給し、スイッチ回路４１０は、結合信号ＣＰ２を終端回路１６１に供給し、結合信号ＣＰ４を終端回路１６２に供給し、終端回路１５２は、結合信号ＣＰ３の出力に用いられ、終端回路１６２は、結合信号ＣＰ４の出力に用いられる。これにより、方向性結合器１００Ｅでは、方向性結合器１００Ｄに比べて終端回路１５１，１５２，１６１，１６２のインピーダンス値をさらに細かく設定することができる。従って、方向性結合器１００Ｅでは各周波数帯域における方向性をさらに向上させることができる。
【０１１１】
また、方向性結合器１００Ｆ，１００Ｇは、ポートＰ４に接続された終端回路５５０と、ポートＰ４と終端回路５５０との間に設けられたフィルタ回路５２０，５３０と、をさらに備え、主線路１１０は、さらに異なる周波数帯域の信号ＲＦ５をポートＰ１からポートＰ２に通し、副線路１２０は、当該周波数帯域の信号に応じた結合信号ＣＰ５をポートＰ３から出力し、フィルタ回路５００，５１０は、併せて結合信号ＣＰ１を通過させ、結合信号ＣＰ２，ＣＰ５を減衰させる周波数特性を有し、フィルタ回路５４０は、結合信号ＣＰ２を通過させ、結合信号ＣＰ１，ＣＰ５を減衰させる周波数特性を有し、フィルタ回路５２０，５３０は、併せて結合信号ＣＰ５を通過させ、結合信号ＣＰ１，ＣＰ２を減衰させる周波数特性を有する。これにより、スイッチのオン及びオフの切り替えによらずに結合信号ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ５を周波数に応じて振り分けることができる。従って、方向性結合器１００Ｆ，１００Ｇによると、３つの周波数帯域の信号の各々の方向性を向上させることができる。
【０１１２】
また、方向性結合器１００Ｈ〜１００Ｊは、結合信号ＣＰ１が出力されるポートＰ５と、結合信号ＣＰ２が出力されるポートＰ６と、ポートＰ３とポートＰ５との間に設けられ、結合信号ＣＰ１を通過させ、結合信号ＣＰ２を減衰させる周波数特性を有するフィルタ回路６００と、ポートＰ３とポートＰ６との間に設けられ、結合信号ＣＰ２を通過させ、結合信号ＣＰ１を減衰させる周波数特性を有するフィルタ回路６１０と、をさらに備える。これにより、結合信号ＣＰ１，ＣＰ２を周波数帯域に応じて分けて出力することができる。
【０１１３】
また、方向性結合器１００Ｊは、フィルタ回路６００とポートＰ５との間に設けられた負荷８００と、フィルタ回路６１０とポートＰ６との間に設けられた負荷８１０と、をさらに備え、負荷８００及び負荷８１０によって主線路１１０と副線路１２０の結合量が調整される。これにより、周波数に応じた結合量の偏差を小さくすることができる。従って、例えば方向性結合器１００ＪがＲＦ信号の検波に用いられる場合、検波の精度を向上させることができる。
【０１１４】
また、方向性結合器１００Ｉは、フィルタ回路１３１及びフィルタ回路６００の接続先を、それぞれ、終端回路１５１又はポートＰ５に切り替えるスイッチ回路７００と、フィルタ回路１４１及びフィルタ回路６１０の接続先を、それぞれ、終端回路１６１又はポートＰ６に切り替えるスイッチ回路７１０と、をさらに備え、ポートＰ４は、信号ＲＦ１の反射信号に応じた結合信号ＣＰ１ｘ及び信号ＲＦ２の反射信号に応じた結合信号ＣＰ２ｘを出力する。これにより、方向性結合器１００Ｉでは、進行波及び反射波の双方向の信号の出力を行うことができる。
【０１１５】
また、方向性結合器１００Ｃは、フィルタ回路１４０を備えず、終端回路３１０が結合信号ＣＰ１，ＣＰ２の双方の出力に用いられる。これにより、方向性結合器１００Ｃは、方向性結合器１００Ａに比べて少ない要素によって構成することができる。
【０１１６】
また、通信ユニット１０００Ａ，１０００Ｂは、方向性結合器１００Ａ，１００Ａ´と低雑音増幅器１３００と、を備え、信号ＲＦ１及び信号ＲＦ２は、それぞれ、アンテナにより受信された受信信号Ｒｘを含み、結合信号ＣＰ１，ＣＰ２は、それぞれ、低雑音増幅器１３００に供給される。これにより、１本の主線路１１０に送信信号Ｔｘ及び受信信号Ｒｘが供給される場合に、ポートＰ３から受信信号Ｒｘに応じた信号が出力される。従って、通信ユニット１０００Ａ，１０００Ｂによると、デュプレクサやサーキュレータを用いずに、受信信号を取り出すことができる。また、周波数帯域ごとにフィルタ回路と終端回路の組み合わせを備えることにより、複数の周波数帯域において高いアイソレーションを実現することができる。従って、同一の周波数帯域の信号の送受信を同時に行う場合に、高い受信精度を実現することができる。
【０１１７】
以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更又は改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１１８】
１００Ａ〜１００Ｊ，１００Ａ´…方向性結合器、１１０…主線路、１２０…副線路、１３０，１３１，１４０，１４１，５００，５１０，５２０，５３０，５４０，６００，６０１，６１０，６１１…フィルタ回路、１５０，１５１，１５２，１６０，１６１，１６２，３００，３１０，５５０…終端回路、２００…マルチプレクサ、４００，４１０，７００，７１０…スイッチ回路、８００，８１０…負荷、１０００Ａ，１０００Ｂ…通信ユニット、１１００…ＲＦＩＣ、１２００…電力増幅器、１３００…低雑音増幅器、１４００…アナログキャンセル回路、１５００…加算器、１６００…デジタルキャンセル回路、Ｐ１〜Ｐ６…ポート、Ｌ１〜Ｌ８…インダクタ、Ｃ１〜Ｃ９…キャパシタ、Ｒ１〜Ｒ６…抵抗素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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