[发明专利]定向耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及定向耦合器，尤其涉及传输线路型的定向耦合器的特性改善。

背景技术

以往，定向耦合器被用于高频信号的测定等用途（例如，参照专利文献1。）。

图1（A）是手机装置等的RF发送电路100的框图。RF发送电路100具备天线111、定向耦合器120A、发送电力放大器113、调制电路112以及自动增益控制电路114。定向耦合器120A是传输线路型的定向耦合器，具备主线路121和耦合线路（副线路）122。主线路121连接在天线111和发送电力放大器113之间。自动增益控制电路114与定向耦合器120A的副线路122连接并基于来自与主线路121耦合的副线路122的信号来控制发送电力放大器113。

图1（B）是定向耦合器120A的等价电路图。这里，定向耦合器120A是主线路121与副线路122之间的互感M的耦合系数为1的理想电路。主线路121具有信号输入端口RFin和信号输出端口RFout，副线路122具有耦合端口CPL和隔离端口ISO。主线路121与副线路122通过两线路间的分布电容C而相互电场耦合并通过互感M而相互磁场耦合。

在主线路121中，若从信号输入端口RFin被输入信号S1，则由于基于耦合电容C的电场耦合，信号S2在副线路122向耦合端口CPL的方向传播、S3信号在副线路122向隔离端口ISO的方向传播。另外，由于基于互感M的磁场耦合，信号S4、信号S5在由副线路122和地线（GND）构成的闭环上从隔离端口ISO向耦合端口CPL的方向传播。

在该理想等价电路中，流向耦合端口CPL的信号S2、S4相对于信号S1都是＋90°的相位，相位对准。因此，从耦合端口CPL输出对信号S2和信号S4的电力进行相加后的信号。另一方面，对流向隔离端口ISO的信号S3、S5而言，信号S3相对于信号S1是＋90°的相位，信号S5相对于信号S1是－90°的相位，信号S3和信号S5为相反相位。因此，在隔离端口ISO中，信号S3和信号S5的电力相互抵消而不输出信号。

图2是举例说明定向耦合器120A的频率特性和隔离特性的图。在图2（A）所示的频率特性中，持续整个频带的插入损失几乎为0，此外与耦合端口CPL的耦合量相比，隔离端口ISO的隔离极小，可以得到较高的定向。此外图2（B）所示的隔离特性是用极坐标显示从隔离端口ISO输出的信号的特性，与频率无关系总是几乎为0。

专利文献1:日本特开2009－044303号公报

在上述理想定向耦合器120A中，互感M的耦合系数为1，在隔离端口ISO，由电场耦合引起的信号和由磁场耦合引起的信号为逆相而相互抵消。然而，在实际的定向耦合器中，难以像上述一样使互感M的耦合系数为1，通常存在由引绕布线、引线等引起的寄生电感。

图3是对在实际的定向耦合器120B中的寄生电感的影响进行说明的图。在图3（A）中示出定向耦合器120B的等价电路。在该定向耦合器120B中，在主线路121的信号输出端口RFout产生寄生电感L1，在副线路122的耦合端口CPL产生寄生电感L2。在图3（B）、图3（C）中示出使寄生电感L1＝0.5nH、L2＝1.0nH=的情况下的定向耦合器120B的频率特性和隔离特性。在该情况下，在副线路122中，由电场耦合产生的信号和由磁场耦合产生的信号都发生相位延迟，并且在隔离端口ISO产生用两信号的相加无法抵消的信号。而且，无法确保足够的隔离、定向。此外，有时在信号输入端口RFin、隔离端口ISO也产生寄生电感，对这些寄生电感而言，几乎不会使定向耦合器的隔离特性、定向恶化，这里视为不发生这些。

然而，公知有通过在高频电路将与寄生电感串联谐振的串联电容进行连接而抑制寄生电感的影响的技术。于是，在上述定向耦合器120B中也考虑将寄生电感L1、L2与串联电容连接。

图4是对将寄生电感与串联电容连接的构成的定向耦合器120C进行说明的图。在定向耦合器120C中，在主线路121中插入电感L1（＝0.5nH）和以所希望的频率（约2.0GHz）进行串联谐振的串联电容C1（=14pF），在副线路122插入电感L2（＝1.0nH）和以所希望的频率（约2.0GHz）进行串联谐振的串联电容C2（=6pF）。在该情况下，在各寄生电感和串联电容串联谐振的频率（约2.0GHz）下改善了隔离和定向。