定向耦合器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種定向耦合器，在該定向耦合器中，即使磁場(chǎng)耦合系數(shù)較低，也實(shí)現(xiàn)良好的定向。定向耦合器(1)具備主線路(2)、副線路(3)以及阻抗變換部(4、5)。主線路(2)連接在信號(hào)輸入端口(RFin)與信號(hào)輸出端口(RFout)之間。副線路(3)通過耦合電容和互感而與主線路(2)耦合。阻抗變換部(4、5)連接在耦合端口(CPL)與副線路(3)或者隔離端口(ISO)與副線路(3)之間，并且從副線路(3)觀察的阻抗與從端口側(cè)觀察的阻抗不同，且從副線路(3)觀察的阻抗相互一致。
【專利說明】定向耦合器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及被用于高頻信號(hào)的測(cè)定等用途的定向耦合器，尤其涉及傳輸線路型的定向I禹合器。

【背景技術(shù)】
[0002]以往，在高頻信號(hào)的測(cè)定等用途中使用定向耦合器。
[0003]圖7的(A)是移動(dòng)電話裝置等的RF(Radi0 Frequency:射頻)發(fā)送電路100的一般的框圖。RF發(fā)送電路100具備天線111、定向耦合器120A、發(fā)送電力放大器113、調(diào)制電路112以及檢波電路114。定向耦合器120A是傳輸線路型的定向耦合器，其具備主線路121和耦合線路(副線路)122。主線路121連接在天線111與發(fā)送電力放大器113之間。檢波電路114與定向耦合器120A的副線路122連接，基于來自與主線路121耦合的副線路122的信號(hào)控制發(fā)送電力放大器113。
[0004]圖7的⑶以及圖7的(C)是定向耦合器120A的等效電路圖。此處，將定向耦合器120A作為在主線路121與副線路122之間產(chǎn)生的互感M的磁場(chǎng)耦合系數(shù)(Km)為I的理想電路。主線路121的兩端與信號(hào)輸入端口 RFin以及信號(hào)輸出端口 RFout連接。信號(hào)輸入端口 RFin供發(fā)送電力放大器113連接。信號(hào)輸出端口 RFout供天線111連接。副線路122的兩端與耦合端口 CPL以及隔離端口 ISO連接。耦合端口 CPL供檢波電路114連接。隔離端口 ISO供終端電阻連接。主線路121與副線路122通過兩線路間的分布電容(耦合電容)C而相互電場(chǎng)耦合，并且通過互感M而相互磁場(chǎng)耦合。
[0005]如圖7的⑶所不，若從信號(hào)輸入端口 RFin被輸入信號(hào)SI,則由于電場(chǎng)f禹合,信號(hào)S2在副線路122向耦合端口 CPL的方向傳播，信號(hào)S3在副線路122向隔離端口 ISO的方向傳播。另外，由于磁場(chǎng)耦合，信號(hào)S4、信號(hào)S5在由副線路122與地線(GND)構(gòu)成的閉環(huán)上從隔離端口 ISO向耦合端口 CPL的方向傳播。流向耦合端口 CPL的信號(hào)S2、S4的相位一致，從I禹合端口 CPL輸出信號(hào)S2與信號(hào)S4的電力相加后的信號(hào)。另一方面,流向隔離端口ISO的信號(hào)S3、S5的相位反相，在隔離端口 ISO信號(hào)S3與信號(hào)S5的電力相互抵消。因此，能夠根據(jù)定向耦合器120A的耦合端口 CPL的輸出來檢測(cè)RF發(fā)送電路100的輸出電力。
[0006]另外，如圖7的(C)所示，若因來自天線的反射等而向信號(hào)輸出端口 RFout輸入信號(hào)S6，則由于電場(chǎng)耦合，信號(hào)S7在副線路122向耦合端口 CPL的方向傳播，信號(hào)S8在副線路122向隔離端口 ISO的方向傳播。另外，由于磁場(chǎng)耦合，信號(hào)S9、信號(hào)SlO從耦合端口CPL向隔離端口 ISO的方向傳播。流向隔離端口 ISO的信號(hào)S8、S10的相位一致，從隔離端口 ISO輸出信號(hào)S8與信號(hào)SlO的電力相加后的信號(hào)。另一方面,流向I禹合端口 CPL的信號(hào)S7、S9的相位反相，在耦合端口 CPL信號(hào)S7與信號(hào)S9的電力相互抵消。因此，耦合端口 CPL不受來自天線的反射等所產(chǎn)生的信號(hào)S6的影響，僅隔離端口 ISO受到來自天線的反射等所產(chǎn)生的信號(hào)S6的影響。通常，隔離端口 ISO與終端電阻連接，但是近年來，為了檢測(cè)來自天線的反射并控制RF發(fā)送電路，還會(huì)設(shè)置檢波電路。其中，在檢測(cè)來自天線的反射的情況下，各端口(信號(hào)輸入端口、信號(hào)輸出端口、耦合端口、隔離端口)的名稱和功能變得不同，但是在以下的說明中，保持原樣地使用與發(fā)送信號(hào)相對(duì)的各端口的名稱。
[0007]在像這樣在RF通信電路被利用的定向耦合器中，耦合電容C與電場(chǎng)耦合系數(shù)(Kc)對(duì)應(yīng)，互感M與磁場(chǎng)稱合系數(shù)(Km)對(duì)應(yīng)。在理想的定向稱合器中，電場(chǎng)稱合系數(shù)(Kc)與磁場(chǎng)率禹合系數(shù)(Km)均為I,能夠使由電場(chǎng)I禹合產(chǎn)生的信號(hào)與由磁場(chǎng)I禹合產(chǎn)生的信號(hào)在隔離端口、稱合端口完全地相互抵消。然而，在實(shí)際的定向f禹合器中，存在由引繞布線、弓I線等周圍電路產(chǎn)生的寄生電感，從而難以如上述那樣使磁場(chǎng)耦合系數(shù)(Km)為I。因此，難以使由電場(chǎng)耦合產(chǎn)生的信號(hào)與由磁場(chǎng)耦合產(chǎn)生的信號(hào)完全地相互抵消，從而難以實(shí)現(xiàn)定向耦合器的理想的定向。
[0008]通過與定向耦合器的磁場(chǎng)耦合系數(shù)(Km)的降低相配合地調(diào)整(降低)電場(chǎng)耦合系數(shù)(Kc),能夠使由電場(chǎng)I禹合產(chǎn)生的信號(hào)與由磁場(chǎng)I禹合產(chǎn)生的信號(hào)在隔離端口、I禹合端口完全地相互抵消。然而，為了使電場(chǎng)耦合系數(shù)(Kc)降低，需要進(jìn)行擴(kuò)大主線路與副線路之間的線路間隔等物理結(jié)構(gòu)的變更。因這樣的物理結(jié)構(gòu)的變更，會(huì)導(dǎo)致定向耦合器的大型化，或?qū)е麓艌?chǎng)耦合系數(shù)(Km)的進(jìn)一步的變動(dòng)、降低。因此，應(yīng)該極力避免電場(chǎng)耦合系數(shù)(Kc)的調(diào)整。
[0009]因此，存在代替與隔離端口連接的終端電阻而使用能夠調(diào)整阻抗的負(fù)載電路的情況(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。圖8的(A)是表示連接有負(fù)載電路的定向耦合器的構(gòu)成例的電路圖。該定向耦合器120B在隔離端口 ISO設(shè)置有負(fù)載電路123。負(fù)載電路123具備在隔離端口 ISO與接地電位之間并聯(lián)連接的電阻R、電感L以及電容C。在該負(fù)載電路123中，通過電阻R或電感L、電容C的調(diào)整，能夠變更阻抗，由此，能夠改善定向耦合器120B的定向。
[0010]此外，存在在定向耦合器的副線路附加設(shè)置衰減器的情況(例如，專利文獻(xiàn)2)。圖8的(B)是表示設(shè)置有衰減器的定向耦合器的構(gòu)成例的電路圖。對(duì)于該定向耦合器120C而言，為了消除由在耦合端口 CPL、隔離端口 ISO的不匹配而產(chǎn)生的影響，將衰減器124A、124B與耦合端口 CPL、隔離端口 ISO連接。
[0011]專利文獻(xiàn)1:日本特開平01 - 274502號(hào)公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)2:日本特開2009 - 044303號(hào)公報(bào)
[0013]當(dāng)在定向耦合器的隔離端口設(shè)置負(fù)載電路時(shí)，能夠針對(duì)來自信號(hào)輸入端口的輸入信號(hào)改善定向耦合器的定向。然而，不能對(duì)來自信號(hào)輸出端口的反射信號(hào)進(jìn)行檢波，也難以變更成能夠進(jìn)行針對(duì)反射信號(hào)的檢波的結(jié)構(gòu)。
[0014]這基于以下的理由。
[0015]理由I)即使將與連接于耦合端口的檢波電路相同結(jié)構(gòu)的檢波電路以與負(fù)載電路并聯(lián)的方式連接于隔離端口，也會(huì)因?yàn)橛韶?fù)載電路引起的反射，而在隔離端口無法得到天線反射信號(hào)的檢波所需的電力。
[0016]理由2)即使將與連接于隔離端口的負(fù)載電路相同結(jié)構(gòu)的負(fù)載電路以與檢波電路并聯(lián)的方式連接于耦合端口，也會(huì)因?yàn)橛韶?fù)載電路引起的反射，而在耦合端口無法得到發(fā)送信號(hào)的檢波所需的電力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種不論針對(duì)來自信號(hào)輸入端口的信號(hào)還是針對(duì)來自信號(hào)輸出端口的信號(hào)都能夠?qū)崿F(xiàn)檢波并能夠得到良好的定向的定向耦合器。
[0018]本發(fā)明的定向耦合器具備主線路、副線路、第一阻抗變換部以及第二阻抗變換部。主線路連接在信號(hào)輸入端口與信號(hào)輸出端口之間。副線路通過耦合電容以及互感與主線路耦合。副線路連接在耦合端口與隔離端口之間。第一阻抗變換部連接在耦合端口與副線路之間，并且從副線路觀察的阻抗與從耦合端口觀察的阻抗不同。第二阻抗變換部連接在隔離端口與副線路之間，并且從副線路觀察的阻抗與從隔離端口觀察的阻抗不同。
[0019]在該結(jié)構(gòu)中，通過設(shè)置第一阻抗變換部和第二阻抗變換部，能夠變更副線路的表觀負(fù)載。對(duì)于該負(fù)載的變更，由于電場(chǎng)耦合而在副線路產(chǎn)生的電流的振幅是獨(dú)立的，但是由于磁場(chǎng)耦合而在副線路產(chǎn)生的電流的振幅發(fā)生變動(dòng)。因此，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整該負(fù)載，能夠使由于磁場(chǎng)耦合而在副線路產(chǎn)生的電流的振幅與由于電場(chǎng)耦合而在副線路產(chǎn)生的電流一致，從而能夠改善定向I禹合器的定向。
[0020]優(yōu)選在上述定向耦合器中，從副線路側(cè)觀察各阻抗變換部時(shí)的阻抗比從端口側(cè)觀察各阻抗變換部時(shí)的阻抗小。
[0021]優(yōu)選在上述定向耦合器中，從副線路側(cè)觀察各阻抗變換部時(shí)的阻抗與從端口側(cè)觀察各阻抗變換部時(shí)的阻抗之比和磁場(chǎng)耦合系數(shù)與電場(chǎng)耦合常數(shù)之比大致相等。
[0022]優(yōu)選在上述定向耦合器中，主線路、副線路、第一阻抗變換部以及第二阻抗變換部通過薄膜工藝而形成。
[0023]優(yōu)選在上述定向耦合器中，具備在同一主表面上形成有主線路、副線路、第一阻抗變換部以及第二阻抗變換部的半絕緣性基板。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，通過將第一阻抗變換部與第二阻抗變換部設(shè)置于副線路的兩端，并調(diào)整從副線路觀察第一阻抗變換部以及第二阻抗變換部時(shí)的阻抗，從而能夠調(diào)整副線路的表觀負(fù)載。通過適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行該負(fù)載的調(diào)整，能夠改善定向耦合器的定向。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的定向耦合器的示意圖。一請(qǐng)將阻抗調(diào)整部修改成阻抗變換部。
[0026]圖2是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的定向耦合器的示意圖。一同上
[0027]圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施例的定向耦合器的構(gòu)成例的俯視圖。
[0028]圖4是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的定向耦合器的等效電路進(jìn)行說明的圖。
[0029]圖5是對(duì)與實(shí)施例進(jìn)行比較的定向耦合器的等效電路進(jìn)行說明的圖。
[0030]圖6是對(duì)與實(shí)施例進(jìn)行比較的定向耦合器的等效電路進(jìn)行說明的圖。
[0031]圖7是表示定向耦合器的以往構(gòu)成例的電路圖。
[0032]圖8是表示定向耦合器的以往構(gòu)成例的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033]以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的定向耦合器的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作進(jìn)行說明。
[0034]《第一實(shí)施方式》
[0035]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的定向耦合器I的示意圖。
[0036]定向耦合器I具備信號(hào)輸入端口 RFin、信號(hào)輸出端口 RFout、耦合端口 CPL以及隔離端口 ISO作為外部連接端子。在該定向耦合器I被用于RF發(fā)送電路的情況下，信號(hào)輸入端口 RFin供發(fā)送電力放大器連接。信號(hào)輸出端口 RFout供天線連接。耦合端口 CPL供檢波電路或者終端電阻連接。隔離端口 ISO供終端負(fù)載或者檢波電路連接。
[0037]另外，定向耦合器I具備主線路2、耦合線路(副線路)3以及阻抗變換部4、5作為內(nèi)部元件。主線路2連接在信號(hào)輸入端口 RFin與信號(hào)輸出端口 RFout之間。副線路3構(gòu)成為與主線路2的電場(chǎng)耦合系數(shù)Kc約為I，并且通過與該電場(chǎng)耦合系數(shù)Kc對(duì)應(yīng)地決定的分布電容(耦合電容)而與主線路2電容耦合。另外，副線路3構(gòu)成為與主線路2的磁場(chǎng)耦合系數(shù)Km比I小，并且通過與該磁場(chǎng)耦合系數(shù)Km對(duì)應(yīng)地決定的互感而與主線路2磁場(chǎng)耦八口 ο
[0038]阻抗變換部4連接在耦合端口 CPL與副線路3的第一端之間。對(duì)于該阻抗變換部4而言，從副線路3側(cè)觀察的阻抗Zl被設(shè)定為比從耦合端口 CPL側(cè)觀察的阻抗Zcpl小的規(guī)定值(Zcpl*Km/Kc)。阻抗變換部5連接在隔離端口 ISO與副線路3的第二端之間，并且從副線路3側(cè)觀察的阻抗Z2被設(shè)定為比從隔離端口 ISO側(cè)觀察的阻抗Ziso小的規(guī)定值(Ziso*Km/Kc)。
[0039]在該定向耦合器I中，由于主線路2與副線路3的磁場(chǎng)耦合而在副線路3產(chǎn)生電流(Im)。該電流Im與由主線路2和副線路3的線路寬度、線路厚度、主線路2與副線路3之間的線路間隔、周圍介電常數(shù)等物理結(jié)構(gòu)決定的磁場(chǎng)耦合系數(shù)Km、以及副線路3的表觀負(fù)載Z( = Z1、Z2)對(duì)應(yīng)。具體而言，將角頻率設(shè)為ω，將磁場(chǎng)耦合系數(shù)設(shè)為Km，將磁場(chǎng)耦合系數(shù)Km為I的理想電路的互感設(shè)為Mo，將主線路的電流設(shè)為I，將副線路的表觀負(fù)載設(shè)為Z，從而利用以下的公式I來決定由磁場(chǎng)耦合產(chǎn)生的電流Im。
[0040]公式I...Im = j*co*Km*Mo*I/(2*Z)
[0041]S卩，由磁場(chǎng)耦合產(chǎn)生的電流Im與副線路的表觀負(fù)載Z對(duì)應(yīng)地變動(dòng)。
[0042]另外，由于主線路2與副線路3的電場(chǎng)耦合而在副線路3產(chǎn)生電流(Ic)。該電流Ic與由主線路2和副線路3的線路寬度、線路厚度、主線路2與副線路3之間的線路間隔、周圍介電常數(shù)等物理結(jié)構(gòu)決定的電場(chǎng)耦合系數(shù)Kc對(duì)應(yīng)。具體而言，將角頻率設(shè)為ω，將電場(chǎng)耦合系數(shù)設(shè)為Kc，將電場(chǎng)耦合系數(shù)Kc為I的理想電路的耦合電容設(shè)為Co，將主線路的電壓設(shè)為V，從而利用以下的公式2來決定由電場(chǎng)耦合產(chǎn)生的電流Ic。
[0043]公式2...Ic = j*co*Kc*Co*V/2
[0044]S卩，相對(duì)于副線路的表觀負(fù)載Z獨(dú)立地決定由電場(chǎng)耦合產(chǎn)生的電流Ic。
[0045]對(duì)于從信號(hào)輸入端口 RFin被輸入的信號(hào)(RF發(fā)送電路中的發(fā)送信號(hào))，在稱合端口 CPL電流Im的相位和電流Ic的相位為同相，從而振幅相加。另一方面,在隔離端口 ISO電流Im的相位和電流Ic的相位為反相，從而振幅相互抵消。
[0046]另外，對(duì)于從信號(hào)輸出端口 RFout被輸入的信號(hào)(RF發(fā)送電路中的天線反射信號(hào))，在隔離端口 ISO電流Im的相位和電流Ic的相位為同相，從而振幅相加。另一方面，在耦合端口 CPL電流Im的相位和電流Ic的相位為反相，從而振幅相互抵消。
[0047]為了在隔離端口 ISO、耦合端口 CPL使電流Im與電流Ic完全相互抵消，需要電流Im的振幅與電流Ic的振幅一致。為此，需要使基于公式I和公式2的以下的公式3成立。
[0048]公式3...Im/1c = j*co*Km*Mo*I/(2*Z)/ ((*j* ω *Kc*Co*V)/2)
[0049]= Km*Mo*I/(Z*Kc*Co*V)
[0050]= I
[0051]此處，若磁場(chǎng)耦合系數(shù)Km與電場(chǎng)耦合系數(shù)Kc為1，并且考慮沒有阻抗變換部4、5的理想的定向耦合器中的電流Im與電流Ic之比，則將此時(shí)的副線路3的表觀負(fù)載設(shè)為Zo，從而基于公式3的以下的公式4成立。
[0052]公式4...Im/1c = Mo*I / (Co*V*Zo) = I
[0053]SP，以下的公式5成立。
[0054]公式5...Mo*I / (Co*V) = Zo
[0055]而且，若將公式5代入公式3，則以下的公式6成立。
[0056]公式6...Im/1c = Km*Mo*I/(Kc*Co*V*Z) = (Km/Kc) / (Z/Zo)
[0057]因此，在該定向耦合器I中，通過使設(shè)置有阻抗變換部4、5的情況下的副線路的表觀負(fù)載Z與沒有阻抗變換部4、5的理想電路的副線路的負(fù)載Zo之比(Z/Zo)和磁場(chǎng)耦合系數(shù)與電場(chǎng)稱合常數(shù)之比(Km/Kc)相等,能夠使電流Im與電流Ic相等。
[0058]該比(Z/Zo)和從副線路3側(cè)觀察阻抗變換部4、5時(shí)的阻抗(Zl、Z2)與從端口側(cè)觀察阻抗變換部4、5時(shí)的阻抗(Zcpl、Ziso)之比相等。因此，通過將從副線路3側(cè)觀察阻抗變換部4、5時(shí)的阻抗(Zl、Z2)調(diào)整為規(guī)定值(Zcpl*Km/Kc以及Ziso*Km/KC)，從而即使磁場(chǎng)耦合系數(shù)Km為任意值，也能夠相對(duì)于由電場(chǎng)耦合產(chǎn)生的電流Ic獨(dú)立地調(diào)整由磁場(chǎng)耦合產(chǎn)生的電流Im,以使得電流Im的振幅與電流Ic的振幅一致。因此,能夠改善定向I禹合器I的定向。
[0059]《第二實(shí)施方式》
[0060]圖2是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的定向耦合器11的示意圖。
[0061]該定向耦合器11具備主線路12、副線路13和阻抗變換部14、15作為內(nèi)部元件。定向I禹合器11與第一實(shí)施方式中不出的定向I禹合器結(jié)構(gòu)相同，但是副線路13的表觀負(fù)載不同。具體而言，從副線路13側(cè)觀察阻抗變換部14時(shí)的阻抗(Zl)比從耦合端口 CPL側(cè)觀察阻抗變換部14時(shí)的阻抗(Zcpl)小。另外，從副線路13側(cè)觀察阻抗變換部15時(shí)的阻抗(Z2)比從隔離端口 ISO側(cè)觀察阻抗變換部15時(shí)的阻抗(Ziso)小。
[0062]即使是這種結(jié)構(gòu)，也能夠利用副線路的表觀負(fù)載Z(Z1、12)的減少所引起的電流Im的增加來抵消磁場(chǎng)耦合系數(shù)Km降低為低于I所引起的電流Im的降低。因此，與未設(shè)置阻抗變換部14、15的情況相比,能夠改善定向I禹合器11的定向。
[0063]《實(shí)施例》
[0064]以下，對(duì)采用將電阻連接為L(zhǎng)字型的電阻電路來作為阻抗變換部的實(shí)施例進(jìn)行說明。此外，作為阻抗變換部，還能夠采用其他的結(jié)構(gòu)，例如能夠采用將電阻連接為η型、T字型且將各電阻的電阻值配置為非對(duì)稱的電阻電路等。
[0065]圖3是本發(fā)明的實(shí)施例的定向耦合器21的俯視圖。另外，圖4的(A)是定向耦合器21的等效電路圖。
[0066]如圖3所示，定向耦合器21具備半絕緣性的GaAs基板20。對(duì)于GaAs基板20而言，在主表面上形成有主線路22、副線路23、信號(hào)輸入電極(信號(hào)輸入端口)RFin、信號(hào)輸出電極(信號(hào)輸出端口)RFout、耦合電極(耦合端口)CPL、隔離電極(隔離端口)ISO、接地電極GND以及高電阻線R1、R2。主線路22與副線路23形成為相互的長(zhǎng)邊方向朝向同方向且相互并行。信號(hào)輸入電極RFin形成為與主線路22的一端連接。信號(hào)輸出電極RFout形成為與主線路22的另一端連接。耦合電極CPL形成為經(jīng)由高電阻線Rl與副線路23的一端連接。隔離電極ISO經(jīng)由高電阻線Rl與副線路23的另一端連接。接地電極GND分別經(jīng)由高電阻線R2與副線路23的兩端連接。
[0067]該定向稱合器21通過使用了晶片狀的GaAs基板20的半導(dǎo)體薄膜工藝而形成。在半導(dǎo)體薄膜工藝中，在通過蒸鍍、濺射或者電鍍等在晶片上形成電極材料之后，通過光刻工藝形成抗蝕劑膜，通過蝕刻除去不需要的電極材料?；蛘?，在先通過光刻工藝形成抗蝕劑膜的圖案之后，通過蒸鍍、濺射或者電鍍等使電極材料堆積在抗蝕劑膜圖案以外的部分，最后通過剝離(lift off)抗蝕劑膜而形成電極圖案。
[0068]更具體而言，在晶片狀的GaAs基板20上，一次形成構(gòu)成多個(gè)定向耦合器21的高電阻線R1、R2，之后，一次形成構(gòu)成多個(gè)定向耦合器21的主線路22、副線路23、信號(hào)輸入電極RFin、信號(hào)輸出電極RFout、耦合電極CPL、隔離電極ISO以及接地電極GND，并通過晶片分割，一次制造多個(gè)定向I禹合器21。
[0069]若如這樣使用半導(dǎo)體薄膜工藝來制造定向耦合器21，則能夠大幅度提高各電極的形狀精度，并且相對(duì)于輸入電力，即使是極端小至-30dB?-60dB的耦合量、隔離的輸出特性，也能夠穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)。因此，能夠成品率良好地實(shí)現(xiàn)定向耦合器21。另外，在使用半導(dǎo)體薄膜工藝的情況下，若使用一般的Si基板,則基板的損耗較大,定向稱合器21的插入損耗增加，但是通過使用如GaAs基板那樣的半絕緣性的基板，能夠減小插入損耗。另外，在半絕緣性的基板上，不僅能夠安裝定向耦合器，還能夠混裝其他有源元件，由此能夠促進(jìn)設(shè)備的小型化、廉價(jià)化等。
[0070]如圖4的(A)所示，定向耦合器21具備阻抗變換部24、25。阻抗變換部24、25分別是將高電阻線R1、R2連接為L(zhǎng)字型而成的電阻電路，具有阻抗變換的功能，并且還具有作為衰減器(Attenuator)的功能。
[0071]此處，使構(gòu)成主線路22的電感和構(gòu)成副線路23的電感分別為0.4nH，兩電感間的磁場(chǎng)耦合系數(shù)為0.7。另外，使分別配置于電感的兩側(cè)的構(gòu)成主線路22和副線路23的電容為0.08pF，電場(chǎng)耦合系數(shù)為1.0。使構(gòu)成高電阻線Rl的電阻值為27 Ω，構(gòu)成高電阻線R2的電阻值為64 Ω。
[0072]若為這樣的數(shù)值設(shè)定，則在與CPL、IS0端口連接的負(fù)載Zo為50Ω的情況下，從副線路23側(cè)觀察的表觀上的阻抗Z約為35 Ω，阻抗比Z/Zo約為0.7。即，和磁場(chǎng)耦合系數(shù)Km與電場(chǎng)耦合系數(shù)Kc之比0.7大致相等。因此，在該定向耦合器21中，對(duì)于由于電場(chǎng)耦合而在副線路23產(chǎn)生的電流與由于磁場(chǎng)耦合而在副線路23產(chǎn)生的電流而言，它們的振幅大致一致，從而能夠?qū)崿F(xiàn)良好的定向。
[0073]圖4的(C)是表示基于仿真的阻抗變換部24、25的特性的圖。在該阻抗變換部24、25的結(jié)構(gòu)中，阻抗變換部24、25還作為具有-6dB的衰減量的衰減器而發(fā)揮作用。
[0074]此處，對(duì)本實(shí)施例與比較例的輸出特性的差異進(jìn)行說明。圖5的㈧是第一比較例的定向耦合器31的等效電路圖，圖6的(A)是第二比較例的定向耦合器41的等效電路圖。
[0075]定向耦合器31是電場(chǎng)耦合系數(shù)Kc和磁場(chǎng)耦合系數(shù)Km均為I的理想電路且在副線路的兩端分別設(shè)置有一般的-6dB衰減器(Attenuator)的結(jié)構(gòu)。另外，定向耦合器41是電場(chǎng)耦合系數(shù)Kc為I而磁場(chǎng)耦合系數(shù)Km為0.7且在副線路的兩端分別設(shè)置有一般的-6dB衰減器(Attenuator)的結(jié)構(gòu)。
[0076]圖4的(B)是表示基于仿真的本實(shí)施例的定向耦合器21的輸出特性的圖。圖5的⑶是表示基于仿真的第一比較例的定向耦合器31的輸出特性的圖。圖6的⑶是表示基于仿真的第二比較例的定向耦合器41的輸出特性的圖。
[0077]其中，圖中所示的耦合特性是指在信號(hào)輸入端口 RFin與耦合端口 CPL之間的耦合度的頻率特性。隔離特性是指在信號(hào)輸入端口 RFin與隔離端口 ISO之間的耦合度(隔離)的頻率特性。插入損耗特性是指在信號(hào)輸入端口 RFin與信號(hào)輸出端口 RFout之間的耦合度(耦合損耗)的頻率特性。反射損耗特性是指在信號(hào)輸入端口 RFin的輸入輸出的耦合度(插入損耗)的頻率特性。定向特性是指相當(dāng)于隔離特性與耦合特性之間的差值的頻率特性。
[0078]在作為理想電路的定向耦合器31中，約2GHz時(shí)的定向?yàn)?0.05dB，耦合特性中的耦合量為-26.03dB。另一方面，在作為以往電路的定向耦合器41中，2GHz時(shí)的定向?yàn)?br> 9.54dB，耦合特性中的耦合量為-28.52dB。對(duì)于本實(shí)施例的定向耦合器21而言，2GHz時(shí)的定向?yàn)?4.74dB，耦合特性中的耦合量為-26.85dB。這樣，在作為理想電路的定向耦合器31中，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的定向，但是在作為以往電路的定向耦合器41中，僅能夠?qū)崿F(xiàn)較低的定向。對(duì)此，對(duì)于本實(shí)施例的定向耦合器21而言，盡管是與作為以往電路的定向耦合器41相同的磁場(chǎng)稱合系數(shù)Km,也能夠?qū)崿F(xiàn)比較高的定向。
[0079]這樣，可知:在本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，即使磁場(chǎng)耦合系數(shù)Km較低，通過設(shè)置阻抗變換部，也能夠調(diào)整副線路23的表觀負(fù)載,進(jìn)而改善定向I禹合器的定向。
[0080]能夠如以上所示的實(shí)施方式、實(shí)施例那樣地實(shí)施本發(fā)明，但是本發(fā)明的范圍并非由上述實(shí)施方式的記載限制。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書示出，并且旨在包括與權(quán)利要求書均等的含義以及范圍內(nèi)的所有的變更。
[0081]附圖標(biāo)記說明:CPL...耦合端口 ；IS0…隔離端口 ；RFin…信號(hào)輸入端口 ；RFout-信號(hào)輸出端口 ；1、11、21…定向耦合器；2、12、22…主線路；3、13、23…副線路；4、5、14、15、24、25…阻抗變換部；20...GaAs基板。
【權(quán)利要求】
1.一種定向I禹合器，其中，具備: 主線路，其連接在信號(hào)輸入端口與信號(hào)輸出端口之間； 副線路，其通過耦合電容和互感與所述主線路耦合，并且連接在耦合端口與隔離端口之間； 第一阻抗變換部，其設(shè)置在所述耦合端口與所述副線路之間，并且變換阻抗；以及 第二阻抗變換部，其設(shè)置在所述隔離端口與所述副線路之間，并且變換阻抗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向耦合器，其中， 對(duì)于所述第一阻抗變換部而言，從所述副線路側(cè)觀察的阻抗與從所述耦合端口側(cè)觀察的阻抗不同， 對(duì)于所述第二阻抗變換部而言，從所述副線路觀察的阻抗與從所述隔離端口觀察的阻抗不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的定向耦合器，其中， 對(duì)于所述第一阻抗變換部和所述第二阻抗變換部而言，從所述副線路側(cè)觀察的阻抗比從端口側(cè)觀察的阻抗小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的定向耦合器，其中， 對(duì)于所述第一阻抗變換部和所述第二阻抗變換部而言，從所述副線路側(cè)觀察的阻抗與從端口側(cè)觀察的阻抗之比和磁場(chǎng)耦合系數(shù)與電場(chǎng)耦合常數(shù)之比大致相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的定向耦合器，其中， 所述主線路、所述副線路、所述第一阻抗變換部以及所述第二阻抗變換部通過薄膜工藝而形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的定向耦合器，其中， 具備在同一主表面上形成有所述主線路、所述副線路、所述第一阻抗變換部以及所述第二阻抗變換部的半絕緣性基板。
【文檔編號(hào)】H01P5/18GK104137329SQ201380011786
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月2日
【發(fā)明者】向山和孝 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所