(57)【要約】【課題】消費電力ロスが小さく、小型化可能な方向性結合器を提供する。【解決手段】誘電体１５を介して積層した高周波信号が伝送される主線路となる電極１２と、副線路となる電極１３ａ，１３ｂと、グランド電極１４とを有し、前記主線路の一部と前記副線路の一部は電磁気的に結合しており、前記副線路は、非結合部分である電極１３ｂの幅の方が前記結合部分である電極１３ａの幅よりも大きいことを特徴とする方向性結合器である。【選択図】　図１
2004015281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体を介して積層した高周波信号が伝送される主線路と、副線路と、グランド電極とを有し、前記主線路の一部と前記副線路の一部は電磁気的に結合しており、前記副線路は、非結合部分における幅の方が前記結合部分における幅よりも大きいことを特徴とする方向性結合器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信機器等の高周波デバイスに用いられる方向性結合器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、方向性結合器は図８に示した模式図のように、主線路５と副線路６の一部を電気的に結合させた結合部分７が形成されている。これを移動体通信機器に組み込んだ場合、パワーアンプより出力された高周波信号はＰｏｒｔ１から入力、Ｐｏｒｔ２から出力される形で伝送され、Ｐｏｒｔ３から検出された信号によりパワーアンプの自動利得制御を行うという形で機能する。Ｐｏｒｔ４はこの移動体通信機器のＲＦ回路インピーダンスより、例えば５０Ωの終端抵抗８で終端されている。
【０００３】
一方、方向性結合器はパワーアンプで増幅された信号を扱うために、求められる特性として消費電力ロスが小さいことがある。
【０００４】
ここで、消費電力ロスを抑えるためには終端抵抗８に流れる電力を少なく、即ちアイソレーションを高めることと、Ｐｏｒｔ３のリターンロスを小さくすることが必要となる。
【０００５】
このため、従来の技術では主線路５と副線路６の結合部分７の長さを使用周波数の約λ／４になるように設計し、アイソレーションを確保していた。
【０００６】
また、副線路６の結合部分６ａと非結合部分６ｂについて、特性インピーダンスが回路インピーダンスとほぼ合うようにそれぞれの線幅を決定し（このとき結合部分６ａの線幅は非結合部分６ｂの線幅よりも小さくなる）、Ｐｏｒｔ３のリターンロスを小さくしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの構成によると、λ／４という線路長が障壁となり、方向性結合器を小型化できないという問題を有していた。
【０００８】
そこで本発明は、消費電力ロスが小さく、小型化可能な方向性結合器を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、誘電体を介して積層した高周波信号が伝送される主線路と、副線路と、グランド電極とを有し、前記主線路の一部と前記副線路の一部は電磁気的に結合しており、前記副線路は、非結合部分における幅の方が前記結合部分における幅よりも大きいものであり、λ／４よりはるかに小さい結合線路長で消費電力ロスが小さいものとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態における方向性結合器の分解上面図、図２は同上面図であり、所望の電極１１，１２，１３ａ，１３ｂ，１４を表面に形成した誘電体１５を重ね合わせて一体化し、外部端子２１，２２，２３，２４を設けて方向性結合器１０を形成している。
【００１１】
図１において破線で示すところは、実際には誘電体１５に貫通孔を設け、この貫通孔に電極を充填することにより、電極１１と電極１２とを電気的に接続している。
【００１２】
また、本発明の方向性結合器を図８に示す模式図で表わした場合、外部端子２１がＰｏｒｔ１に、外部端子２２がＰｏｒｔ２に、外部端子２３がＰｏｒｔ３に、外部端子２４がＰｏｒｔ４に相当することとなる。
【００１３】
さらに主線路５は、電極１２で構成され、副線路６は主線路５との結合部分６ａとなる電極１３ａと、非結合部分となる電極１３ｂにより構成されることとなる。
【００１４】
なお、１４はグランド電極で、グランド端子２５，２６に接続される。
【００１５】
インダクタンス特性を示す電極１２の線幅は、０．１ｍｍ、電極１３ａの線幅は０．２４ｍｍ、電極１３ｂの線幅は０．１６ｍｍとなるように設計されている。
【００１６】
さらに電極１３ａの長さは３．２ｍｍであり、例えばこれをＧＳＭ９００ＭＨｚ帯で使用したときのλ／４長（＝約３３ｍｍ）よりはるかに短い。
【００１７】
さて、本実施の形態の方向性結合器のＧＳＭ９００ＭＨｚ帯で使用したときのシミュレーション結果を図３、図４に示す。図において、Ｓ３１はこの方向性結合器の結合度、Ｓ４１はアイソレーション、Ｓ３３はＰｏｒｔ３におけるリターンロスを示す。９００ＭＨｚでの結合度２０．１ｄＢに対しアイソレーションは５０．０ｄＢ、リターンロスは３３．５ｄＢと非常に優れた方向性結合器特性を示している。
【００１８】
次に、比較例として図５に示すような構造の方向性結合器についても同様のシミュレーションを行った。図５においても所望の電極５１，５２，５３ａ，５３ｂ，５４を表面に形成した誘電体５５を重ね合わせて一体化し、外部端子５６，５７，５８，５９、グランド端子６０，６１を設けて方向性結合器を形成している。
【００１９】
この方向性結合器は、電極５３ａ，５３ｂからなる副線路６の特性インピーダンスをほぼ回路インピーダンスの５０Ωに合うようにして、リターンロスが小さくなるように設計しているものであり、副線路６の線幅は結合部分６ａとなる電極５３ａで０．２０ｍｍ、非結合部分６ｂとなる電極５３ｂで０．１２ｍｍである。その他、主線路５となる電極５２の形状、副線路６の長さなどは本実施の形態の方向性結合器と同じである。
【００２０】
この方向性結合器をＧＳＭ９００ＭＨｚ帯で使用したときのシミュレーション結果を図６、図７に示す。これによると、結合度２０．７ｄＢに対しアイソレーションは３７．９ｄＢ、リターンロスは３３．６ｄＢと実施の形態と比較して結合度、リターンロスについてはほぼ同じであるのに対し、アイソレーション特性が大きく劣っている。
【００２１】
即ち、本実施の形態では、使用信号周波数λの１／４よりはるかに短い結合線路長において、副線路６の結合部分６ａとなる電極１３ａの線幅を回路インピーダンスより決定される線幅より大きくすることでアイソレーション特性を確保し、これにより劣化したリターンロスを小さくするために副線路６の非結合部分６ｂとなる電極１３ｂの線幅を回路インピーダンスより決定される線幅より小さくしているものであり、これにより、方向性結合器の小型化、低消費電力ロスを実現しているものである。
【００２２】
以下、本発明のポイントについて説明する。
【００２３】
（１）実施の形態１では主線路５をインダクタンス特性としたが、これに限らず同様の効果が得られる。
【００２４】
（２）実施の形態１と同様に、主線路５にインダクタンス特性が発生する場合は、主線路５の結合部分をできるだけＰｏｒｔ１よりＰｏｒｔ２に近いところに設けた方が、より優れたアイソレーション特性が得られる。
【００２５】
（３）実施の形態１では副線路６の結合部分６ａの線幅を非結合部分６ｂの線幅の１．５倍としたが、これに限らず同様の効果が得られる。経験的にはこの値は１．２倍〜２倍が良い。
【００２６】
（４）実施の形態１では単独の方向性結合器を用いたが、例えばＬＰＦ付き方向性結合器等、方向性結合器を内蔵した高周波デバイスであれば、同様に適用できる。Ｐｏｒｔ４に接続した終端抵抗８も、チップ抵抗を実装するか、印刷する等の方法で高周波デバイスに内蔵してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上本発明によると、消費電力ロスが小さく、小型化可能な方向性結合器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における方向性結合器の分解上面図
【図２】本発明の実施の形態１における方向性結合器の上面図
【図３】本発明の実施の形態１における方向性結合器の特性を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における方向性結合器の特性を示す図
【図５】比較例の方向性結合器の分解上面図
【図６】比較例の方向性結合器の特性を示す図
【図７】比較例の方向性結合器の特性を示す図
【図８】本発明の実施の形態１及び一般的な方向性結合器の模式図
【符号の説明】
５　主線路
６　副線路
６ａ　結合部分
６ｂ　非結合部分
７　結合部分
８　終端抵抗
１１　電極
１２　電極
１３ａ　電極
１３ｂ　電極
１４　電極
１５　誘電体
２１　外部端子
２２　外部端子
２３　外部端子
２４　外部端子
【図１】
2004015281.tif 000003
【図２】
2004015281.tif 000004
【図３】
2004015281.tif 000005
【図４】
2004015281.tif 000006
【図５】
2004015281.tif 000007
【図６】
2004015281.tif 000008
【図７】
2004015281.tif 000009
【図８】
2004015281.tif 000010