JP6662349B2 - 方向性結合器、高周波フロントエンドモジュール、および、通信機器 - Google Patents

Description

この発明は、周波数が異なる複数の高周波信号に対して電磁界結合する方向性結合器、および、当該方向性結合器を備えた高周波フロントエンドモジュールと通信機器に関する。

特許文献１には、複数の高周波信号に対応する方向性結合器が記載されている。特許文献１に記載の方向性結合器は、第１伝送ライン、第２伝送ライン、および、カップリングラインを備える。第１伝送ラインは、第１周波数の高周波信号を伝送する。第２伝送ラインは、第２周波数の高周波信号を伝送する。カップリングラインは、第１伝送ラインと第２伝送ラインとに結合する。

電気回路的に、第１伝送ラインと第２伝送ラインとは、カップリングラインの同じ箇所に結合している。

特開２００４−４０２５９号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、第１伝送ラインと第２伝送ラインとが近接して配置されているため、第１伝送ラインと第２伝送ラインとが結合してしまう。このため、一方の伝送ラインのインピーダンスが変化すると、他方の伝送ラインのインピーダンスも変化してしまい、カップリング性能の劣化に繋がってしまう。

また、特許文献１に構成では、第１伝送ラインと第２伝送ラインとでカップリングラインの同じ箇所に結合するため、それぞれの伝送ラインを伝送する高周波信号に対するカップリング線路長を最適にすることが容易ではない。

したがって、本発明の目的は、それぞれに異なる周波数の複数の高周波信号に対して、安定且つ高いカップリング性能を有する方向性結合器、および、当該方向性結合器を備える高周波フロントエンドモジュールと通信機器を提供することにある。

この発明の方向性結合器は、第１伝送ライン、第２伝送ライン、第１カップリングライン、第２カップリングライン、終端抵抗、カップリング信号出力端子、および、インピーダンス調整回路を備える。第１伝送ラインは、第１周波数の第１高周波信号を伝送する。第２伝送ラインは、第１周波数と異なる第２周波数の第２高周波信号を伝送する。第１カップリングラインは、第１伝送ラインに電磁界結合する。第２カップリングラインは、第１カップリングラインに直列接続し、第２伝送ラインに電磁界結合する。インピーダンス調整回路は、第１カップリングラインと第２カップリングラインの直列ラインに対して、第１周波数および第２周波数のインピーダンス整合を行う。

この構成では、第１カップリングラインと第２カップリングラインとが独立している構成において、インピーダンス調整回路によって、第１カップリングラインと第２カップリングラインとのインピーダンスが整合される。

この発明の方向性結合器は、第１伝送ライン、第２伝送ライン、第１カップリングライン、第２カップリングライン、終端抵抗、カップリング信号出力端子、および、インピーダンス調整回路を備える。第１伝送ラインは、第１周波数の第１高周波信号を伝送する。第２伝送ラインは、第１周波数と異なる第２周波数の第２高周波信号を伝送する。第１カップリングラインは、第１伝送ラインに電磁界結合する。第２カップリングラインは、第１カップリングラインに直列接続し、第２伝送ラインに電磁界結合する。終端抵抗は、第１カップリングラインにおける第２カップリングラインに接続する端部と反対側の端部に接続されている。カップリング信号出力端子は、第２カップリングラインにおける第１カップリングラインに接続する端部と反対側の端部に接続されている。インピーダンス調整回路は、第１カップリングラインと第２カップリングラインとの間に接続されている。

この構成では、第１カップリングラインと第２カップリングラインとが独立している。また、インピーダンス調整回路によって、第２カップリングラインの終端側のインピーダンスが整合される。

また、この発明の方向性結合器では、インピーダンス調整回路は、第１カップリングラインと第２カップリングラインとを接続する中間伝送ラインとグランド電位との間に接続されたインダクタ、キャパシタ、および、抵抗を備えることが好ましい。

この構成では、第２カップリングラインの終端側のインピーダンス整合と、第１カップリングラインからカップリング信号出力端子への伝送損失の抑制とが高精度に実現される。

また、この発明の方向性結合器では、第１周波数は、第２周波数よりも高いことが好ましい。

この構成では、第２カップリングラインの終端側のインピーダンス整合が容易になる。

また、この発明の方向性結合器では、次の構成であることが好ましい。方向性結合器は、第１伝送ライン、第２伝送ライン、第１カップリングライン、および、第２カップリングラインが形成され、複数の誘電体層を積層した積層基板を備える。積層基板は、第１伝送ラインと第２伝送ラインとが形成された第１誘電体層と、第１カップリングラインと第２カップリングラインとが形成された第２誘電体層と、を有する。第１伝送ラインと第２伝送ラインとは、積層基板を平面視して異なる位置に配置されている。第１カップリングラインは、平面視において第１伝送ラインに重なっている。第２カップリングラインは、平面視において第２伝送ラインに重なっている。

この構成では、第１伝送ラインと第１カップリングラインとが確実に電磁界結合し、第２伝送ラインと第２カップリングラインとが確実に電磁界結合する。

また、この発明の方向性結合器では、インピーダンス調整回路を構成する電子部品の少なくとも１つは、積層基板の表面に実装された実装型電子部品であることが好ましい。

この構成では、インピーダンス調整回路のインピーダンスを調整し易い。

また、この発明の方向性結合器では、次の構成であることが好ましい。終端抵抗は、積層基板の表面に実装された実装型電子部品である。第１カップリングラインは、積層基板の表層を形成する誘電体層の裏面に当接しており、積層基板に形成されたビア導体のみによって接続されている。

この構成では、積層基板で実現する方向性結合器において、第１カップリングラインの終端側のインピーダンスが正確に整合される。

また、この発明の方向性結合器は、第１カップリングラインと第２カップリングラインとの間、および、第１伝送ラインと第２伝送ラインとの間に、積層基板の裏面のグランド端子に接続するグランド用ビア導体を備えることが好ましい。

この構成では、第１カップリングラインと第２カップリングラインとの不要な電磁界結合、第１伝送ラインと第２伝送ラインとの不要な電磁界結合が抑制される。

また、この発明の高周波フロントエンドモジュールは、上述のいずれかに記載の方向性結合器と、第１伝送ラインに接続する第１フィルタと、第２伝送ラインに接続する第２フィルタと、を備える。

この構成では、カップリング性能の良好な高周波フロントエンドモジュールが実現される。

また、この発明の高周波フロントエンドモジュールでは、第１フィルタおよび第２フィルタの少なくとも一方に接続された高周波増幅回路を備えていてもよい。

この構成では、高周波増幅回路の制御がカップリング信号に基づいて行える。

また、この発明の通信機器は、上述の高周波フロントエンドモジュールと、第１伝送ラインに接続される第１アンテナと、第２伝送ラインに接続される第２アンテナと、カップリング信号出力端子から出力されるカップリング信号を用いて、高周波増幅回路を制御する制御ＩＣと、を備える。

この構成では、第１高周波信号または第２高周波信号の通信状態を適切に反映して高周波増幅回路が制御される。

この発明によれば、それぞれに異なる周波数の複数の高周波信号に対して、安定且つ高いカップリング性能を実現する。

本発明の実施形態に係る方向性結合器の回路図である。 （Ａ）は、本発明の実施形態に係る方向性結合器の第１高周波信号に対するスミスチャートであり、（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る方向性結合器の第２高周波信号に対するスミスチャートである。 （Ａ）は、第２高周波信号に対する方向性結合器の方向性（Ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ）を示すグラフであり、（Ｂ）は、第１高周波信号に対する挿入損失を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る通信機器の回路図である。 本発明の実施形態に係る通信機器を実現する積層基板モジュールの積み図である。 本発明の実施形態に係るインピーダンス調整回路の別の態様を示す回路図である。 本発明の実施形態に係る方向性結合器の別の態様を示す回路図である。

本発明の実施形態に係る方向性結合器、高周波フロントエンドモジュール、および、通信機器について、図を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る方向性結合器の回路図である。

方向性結合器１０は、以下の構成を備えることによって、第１周波数の高周波信号と第２周波数の高周波信号との複数の周波数の高周波信号に対して方向性結合器として作用する。第１高周波信号の周波数は、第２高周波信号の周波数よりも高い。例えば、第１高周波信号の周波数は５ＧＨｚ帯であり、第２高周波信号の周波数は２ＧＨｚ帯である。

方向性結合器１０は、カップリング回路１１、カップリング回路１２、終端抵抗１３、および、インピーダンス調整回路１４を備える。また、方向性結合器１０は、アンテナ端子ＰａＨ、アンテナ端子ＰａＬ、入出力端子ＰｉｏＨ、入出力端子ＰｉｏＬ、および、カップリング信号出力端子Ｐｃｐを備える。

カップリング回路１１は、伝送ライン１１Ｍとカップリングライン１１Ｓとを備える。伝送ライン１１Ｍとカップリングライン１１Ｓとは、電磁界結合している。カップリング回路１１は、第１周波数で方向性結合器として作用するように構成されている。伝送ライン１１Ｍが本発明の「第１伝送ライン」に対応し、カップリングライン１１Ｓが本発明の「第１カップリングライン」に対応する。

カップリング回路１２は、伝送ライン１２Ｍとカップリングライン１２Ｓとを備える。伝送ライン１２Ｍとカップリングライン１２Ｓとは、電磁界結合している。カップリング回路１２は、第２周波数で方向性結合器として作用するように構成されている。伝送ライン１２Ｍが本発明の「第２伝送ライン」に対応し、カップリングライン１２Ｓが本発明の「第２カップリングライン」に対応する。

伝送ライン１１Ｍは、入出力端子ＰｉｏＨと、アンテナ端子ＰａＨとの間に接続されている。アンテナ端子ＰａＨは、外部のアンテナＡＮＴＨに接続されている。

伝送ライン１２Ｍは、入出力端子ＰｉｏＬと、アンテナ端子ＰａＬとの間に接続されている。アンテナ端子ＰａＬは、外部のアンテナＡＮＴＬに接続されている。

カップリングライン１１Ｓの一方端は、終端抵抗１３を介して接地されている。終端抵抗１３は、例えば、５０Ω抵抗器である。言い換えれば、カップリングライン１１Ｓの一方端は、終端抵抗１３を介してグランド電位に接続されている。

カップリングライン１１Ｓの他方端は、中間伝送ライン１９を介して、カップリングライン１２Ｓの一方端に接続されている。なお、図１では、中間伝送ライン１９は長く記載しているが、第２高周波信号の波長と比較して、インピーダンス変化量として無視できる程度に短いことが好ましい。カップリングライン１２Ｓの他方端は、カップリング信号出力端子Ｐｃｐに接続されている。

インピーダンス調整回路１４は、インダクタ１４１、抵抗素子１４２、および、キャパシタ１４３を備える。インダクタ１４１と抵抗素子１４２との直列回路は、中間伝送ライン１９とグランド電位との間に接続されている。キャパシタ１４３は、中間伝送ライン１９とグランド電位との間に接続されている。言い換えれば、インダクタ１４１と抵抗素子１４２との直列回路と、キャパシタ１４３との並列回路は、中間伝送ライン１９とグランド電位との間に接続されている。

このような構成の方向性結合器１０は、互いに周波数が異なる第１高周波信号と第２高周波信号が伝送すると、各高周波信号にそれぞれ対応したカップリング信号を発生し、カップリング信号出力端子Ｐｃｐから出力する。

（第１高周波信号の送信）
第１高周波信号は、入出力端子ＰｉｏＨから入力され、伝送ライン１１Ｍを伝送して、アンテナ端子ＰａＨから出力され、アンテナＡＮＴＨから送信される。

第１高周波信号が入出力端子ＰｉｏＨから入力して伝送ライン１１Ｍを伝送すると、電磁界結合によって、カップリングライン１１Ｓに、第１高周波信号と同じ第１周波数の第１送信カップリング信号が伝送する。第１送信カップリング信号は、カップリング信号出力端子Ｐｃｐから出力される。第１送信カップリング信号の電力強度は、第１高周波信号の電力強度に依存する。

（第１高周波信号の受信）
一方、アンテナＡＮＴＨで受信した第１高周波信号は、アンテナ端子ＰａＨから入力され、伝送ライン１１Ｍを伝送して、入出力端子ＰｉｏＨから出力される。

第１高周波信号がアンテナ端子ＰａＨから入力して伝送ライン１１Ｍを伝送すると、電磁界結合によって、カップリングライン１１Ｓに第１受信カップリング信号が伝送する。第１受信カップリング信号は、終端抵抗１３に導かれ減衰する。したがって、第１受信カップリング信号は、カップリング信号出力端子Ｐｃｐから出力されない。

この際、カップリングライン１１Ｓには、終端抵抗１３が直接接続されている。このため、カップリングライン１１Ｓから終端抵抗１３の方向を視たインピーダンスは、第１受信カップリング信号（第１高周波信号）に対して整合している。したがって、第１受信カップリング信号は、終端抵抗１３で反射せず、カップリング信号出力端子Ｐｃｐから確実に出力されない。

（第２高周波信号の送信）
第２高周波信号は、入出力端子ＰｉｏＬから入力され、伝送ライン１２Ｍを伝送して、アンテナ端子ＰａＬから出力され、アンテナＡＮＴＬから送信される。

第２高周波信号が入出力端子ＰｉｏＬから入力して伝送ライン１２Ｍを伝送すると、電磁界結合によって、カップリングライン１２Ｓに、第２高周波信号と同じ第２周波数の第２送信カップリング信号が伝送する。第２送信カップリング信号は、カップリング信号出力端子Ｐｃｐから出力される。第２送信カップリング信号の電力強度は、第２高周波信号の電力強度に依存する。

（第２高周波信号の受信）
一方、アンテナＡＮＴＬで受信した第２高周波信号は、アンテナ端子ＰａＬから入力され、伝送ライン１２Ｍを伝送して、入出力端子ＰｉｏＬから出力される。

第２高周波信号がアンテナ端子ＰａＬから入力して伝送ライン１２Ｍを伝送すると、電磁界結合によって、カップリングライン１２Ｓに第２受信カップリング信号が伝送する。

ここで、カップリングライン１２Ｓと終端抵抗１３との間には、カップリングライン１１Ｓが接続されている。このため、この回路構成だけは、カップリングライン１２Ｓから終端抵抗１３の方向を視たインピーダンスは、第２受信カップリング信号（第２高周波信号）に対して整合していない。

このため、方向性結合器１０では、カップリングライン１２Ｓのカップリングライン１１Ｓ側に、インピーダンス調整回路１４を接続して、カップリングライン１２Ｓから終端抵抗１３側を視たインピーダンスを整合させる。インピーダンス調整回路１４のインピーダンスは、インダクタ１４１のインダクタンス、抵抗素子１４２の抵抗、および、キャパシタ１４３のキャパシタンスによって設定される。

これにより、第２受信カップリング信号は、終端抵抗１３に導かれ減衰する。したがって、第２受信カップリング信号は、カップリング信号出力端子Ｐｃｐから出力されない。

図２（Ａ）は、本発明の実施形態に係る方向性結合器の第１高周波信号に対するスミスチャートである。図２（Ａ）において、○は本願構成を示し、△は比較構成を示す。図２（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る方向性結合器の第２高周波信号に対するスミスチャートである。図２（Ｂ）において、●は本願構成を示し、▲は比較構成を示す。比較構成とは、方向性結合器１０に対してインピーダンス調整回路１４を備えない構成である。

図２（Ａ）に示すように、第１高周波信号に対しては、本願構成も比較構成も同様にインピーダンス整合されている。一方、図２（Ｂ）に示すように、第２高周波信号に対しては、比較構成ではインピーダンス整合されていないが、本願構成ではインピーダンス整合されている。

なお、インピーダンス調整回路１４を備えていても、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、第１高周波信号および第２高周波信号をカップリング信号出力端子Ｐｃｐに出力する伝送特性は劣化しない。図３（Ａ）は、第２高周波信号に対する方向性結合器の方向性（Ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ）を示すグラフであり、図３（Ｂ）は、第１高周波信号に対する挿入損失を示すグラフである。なお、図３（Ｂ）は、方向性結合器のカップリング信号出力端子に、第１高周波信号の周波数帯域を通過帯域とする帯域通過フィルタを接続した状態での挿入損失である。

本実施形態の構成を備えることによって、図３（Ａ）に示すように、第２高周波信号に対する方向性が向上しながら、図３（Ｂ）に示すように、第１高周波信号に対する挿入損失の劣化を抑制できる。

このように、方向性結合器１０は、周波数が異なる複数の高周波信号に対して、安定且つ高いカップリング性能を実現できる。また、方向性結合器１０では、第１高周波信号に対するカップリングライン１１Ｓと、第２高周波信号に対するカップリングライン１２Ｓとが独立して形成されている。これにより、カップリングライン１１Ｓの線路長を第１高周波信号に応じて設定することと、カップリングライン１２Ｓの線路長を第１高周波信号に応じて設定することとを、独立して行える。したがって、第１高周波信号に対する結合度と第２高周波信号に対する結合度とを、適切に調整でき、カップリング性能をさらに向上できる。

このような構成からなる方向性結合器１０は、次に示す高周波フロントエンドモジュールおよび通信機器に適用できる。図４は、本発明の実施形態に係る通信機器の回路図である。

図４に示すように、通信機器１は、方向性結合器１０を含む高周波フロントエンドモジュール２０、ＲＦＩＣ３０、ＢＢＩＣ（ベースバンドＩＣ）４０、アンテナＡＮＴＨ、および、アンテナＡＮＴＬを備える。

高周波フロントエンドモジュール２０は、方向性結合器１０、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）２１、ＢＰＦ（帯域通過フィルタ）２２、ＨＰＦ（高域通過フィルタ）２３、複合モジュール２４、および、ＢＰＦ（帯域通過フィルタ）２５を備える。複合モジュール２４は、ＤＰＸ（分波器）２４０、ＰＡ（パワーアンプ）２４１、および、ＬＮＡ（ローノイズアンプ）２４２を備える。高周波フロントエンドモジュール２０は、端子Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４、Ｐ２５を備える。図５において、ＤＰＸ（分波器）２４０は、デュプレクサである。

方向性結合器１０のアンテナ端子ＰａＬは、アンテナＡＮＴＬに接続しており、アンテナ端子ＰａＨは、アンテナＡＮＴＨに接続している。カップリング信号出力端子Ｐｃｐは、端子Ｐ２４に接続している。

入出力端子ＰｉｏＬは、ＢＰＦ２２に接続しており、ＢＰＦ２２は、ＬＰＦ２１に接続している。ＬＰＦ２１は、端子Ｐ２１に接続している。

入出力端子ＰｉｏＨは、ＢＰＦ２５に接続しており、ＢＰＦ２５は、複合モジュール２４のＤＰＸ２４０に接続している。ＤＰＸ２４０は、ＰＡ２４１とＬＮＡ２４２とのそれぞれに接続している。ＰＡ２４１は、ＨＰＦ２３に接続しており、ＨＰＦ２３は、端子Ｐ２２に接続している。ＬＮＡ２４２は、端子Ｐ２３に接続している。また、複合モジュール２４は、端子Ｐ２５に接続している。

高周波フロントエンドモジュール２０の端子Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３は、ＲＦＩＣ３０に接続しており、ＲＦＩＣ３０は、ＢＢＩＣ４０に接続している。高周波フロントエンドモジュール２０の端子Ｐ２４、Ｐ２５は、ＢＢＩＣ４０に接続している。

ＢＢＩＣ４０は、ベースバンド周波数での制御信号を発生し、ＲＦＩＣ３０および複合モジュール２４に出力する。ＲＦＩＣ３０への出力は、高周波信号の送受信制御に関するものである。複合モジュール２４への出力は、ＰＡ２４１の増幅率に関するものである。なお、ＤＰＸ２４０はスイッチであってもよく、ＤＰＸ２４０がスイッチであれば、複合モジュール２４への出力は、スイッチ制御信号も含む。

ＲＦＩＣ３０は、高周波信号の送受信制御を行う。

ＬＰＦ２１およびＢＰＦ２２は、第２高周波信号に対する不要波の除去を行う。ＨＰＦ２３およびＢＰＦ２５は、第１高周波信号に対する不要波の除去を行う。ＰＡ２４１およびＬＮＡ２４２は、第１高周波信号を増幅する。

（第１高周波信号の送信時）
ＢＢＩＣ４０から第１高周波信号の送信信号が出力されると、ＲＦＩＣ３０は、第１高周波信号を生成して端子Ｐ２２に出力する。ＨＰＦ２３は、第１高周波信号に対する不要波を除去する。ＰＡ２４１は、第１高周波信号を増幅して、ＤＰＸ２４０に出力する。ＢＰＦ２５は、ＤＰＸ２４０から出力された第１高周波信号の不要波を除去し、方向性結合器１０の入出力端子ＰｉｏＨに出力する。方向性結合器１０は、第１高周波信号をアンテナ端子ＰａＨから出力し、アンテナＡＮＴＨは、第１高周波信号を送信する。

この際、方向性結合器１０は、第１高周波信号のカップリング信号をカップリング信号出力端子Ｐｃｐから出力する。ＢＢＩＣ４０は、このカップリング信号に基づいて、ＰＡ２４１の増幅率を制御する制御信号を生成し、複合モジュール２４に出力する。ＰＡ２４１は、この制御信号に応じて、第１高周波信号の増幅率を決定する。

（第１高周波信号の受信時）
アンテナＡＮＴＨは、受信した第１高周波信号を、方向性結合器１０のアンテナ端子ＰａＨに出力する。方向性結合器１０は、第１高周波信号を、入出力端子ＰｉｏＨからＢＰＦ２５に出力する。ＢＰＦ２５は、第１高周波信号の不要波を除去し、ＤＰＸ２４０に出力する。ＤＰＸ２４０は、第１高周波信号をＬＮＡ２４２に出力する。ＬＮＡ２４２は、第１高周波信号を増幅して、端子Ｐ２３に出力する。ＲＦＩＣ３０は、端子Ｐ２３から入力された第１高周波信号を復調する。

（第２高周波信号の送信時）
ＢＢＩＣ４０から第２高周波信号の送信信号が出力されると、ＲＦＩＣ３０は、第２高周波信号を生成して端子Ｐ２１に出力する。ＬＰＦ２１およびＢＰＦ２２は、第２高周波信号に対する不要波を除去する。方向性結合器１０は、入出力端子ＰｉｏＬから入力された第２高周波信号をアンテナ端子ＰａＬから出力し、アンテナＡＮＴＬは、第２高周波信号を送信する。

（第２高周波信号の受信時）
アンテナＡＮＴＬは、受信した第２高周波信号を、方向性結合器１０のアンテナ端子ＰａＬに出力する。方向性結合器１０は、第２高周波信号を、入出力端子ＰｉｏＬからＢＰＦ２２に出力する。ＢＰＦ２２およびＬＰＦ２１は、第２高周波信号の不要波を除去し、端子Ｐ２１に出力する。ＲＦＩＣ３０は、端子Ｐ２１から入力された第２高周波信号を復調する。

このように、通信機器１は、環境等に応じて、増幅率を適宜調整した第１高周波信号を送信できる。これにより、通信機器１の通信特性は向上する。

次に、上述の回路構成を有する方向性結合器１０および高周波フロントエンドモジュール２０の構造について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施形態に係る通信機器を実現する積層基板モジュールの積み図である。図５では、積層基板の第４層の誘電体層Ｌｙ４、第６層の誘電体層Ｌｙ６から第１８層の誘電体層Ｌｙ１８の図示を省略している。また、図５では、第１層の誘電体層Ｌｙ１から第３層の誘電体層Ｌｙ３、および、第５層の誘電体層Ｌｙ５における導体パターンの一部の記載を省略している。

高周波フロントエンドモジュール２０は、積層基板と、該積層基板に実装された表面実装部品とによって構成されている。積層基板は、導体パターンが形成された複数の誘電体層を積層してなる。積層基板は、１９層の誘電体層Ｌｙ１−Ｌｙ１９によって形成されている。誘電体層Ｌｙ１−Ｌｙ１９は、積層基板の表面側からこの順で積層されている。なお、積層基板を形成する誘電体層の層数は、これに限るものではない。

積層基板の表層を形成する誘電体層Ｌｙ１には、ランド導体９１１、９１２、９１３、９４０を含む複数のランド導体が形成されている。これら複数のランド導体は、表面実装部品が実装される。ランド導体９１１、９４０には、表面実装部品からなる終端抵抗１３が実装されている。ランド導体９１２には、表面実装部品からなるインダクタ１４１が実装されている。ランド導体９１３には、表面実装部品からなる抵抗素子１４２が実装されている。なお、図示を省略しているが、上述の複合モジュール２４も、これに応じたランド導体に実装されている。

誘電体層Ｌｙ２には、線状の導体パターン９２１、９２２が形成されている。導体パターン９２１は、カップリングライン１１Ｓに対応しており、導体パターン９２２は、カップリングライン１２Ｓに対応する。導体パターン９２１と導体パターン９２２とは、誘電体層Ｌｙ２の表面における異なる位置（積層基板の平面視において異なる位置）に形成されている。

導体パターン９２１と導体パターン９２２とは、導体パターン９２３によって接続されている。導体パターン９２３は、中間伝送ライン１９に対応する。

導体パターン９２１（カップリングライン１１Ｓ）の延びる方向の一方端部（導体パターン９２３に接続する側と反対側の端部）は、ビア導体を介して終端抵抗１３の一方端子に接続されている。

導体パターン９２２（カップリングライン１２Ｓ）の延びる方向の一方端部（導体パターン９２３に接続する側と反対側の端部）は、ビア導体を介して、積層基板の裏面のカップリング信号出力端子Ｐｃｐに接続されている。

導体パターン９２３（中間伝送ライン１９）は、ビア導体を介して、インダクタ１４１に接続されている。インダクタ１４１と抵抗素子１４２とは、誘電体層Ｌｙ２に形成された導体パターンによって接続されている。抵抗素子１４２は、ビア導体を介して、積層基板の裏面のグランド端子ＰＧＮＤに接続されている。

誘電体層Ｌｙ３には、グランド導体９３１が形成されている。積層基板の平面視において、グランド導体９３１は、導体パターン９２１、９２２に重なっていない。さらに、グランド導体９３１は、導体パターン９２１と導体パターン９２２とを接続する導体パターン９２３（中間伝送ライン１９）に重なっている。このグランド導体９３１と導体パターン９２３（中間伝送ライン１９）とが誘電体層Ｌｙ２を挟んで対向する構造によって、キャパシタ１４３が形成される。そして、これらインダクタ１４１、抵抗素子１４２、および、キャパシタ１４３によって、方向性結合器１０のインピーダンス調整回路１４が実現される。

誘電体層Ｌｙ５には、線状の導体パターン９５１、９５２が形成されている。導体パターン９５１は、伝送ライン１１Ｍに対応しており、導体パターン９５２は、伝送ライン１２Ｍに対応する。導体パターン９５１と導体パターン９５２とは、誘電体層Ｌｙ５の表面における異なる位置（積層基板の平面視において異なる位置）に形成されている。

積層基板の平面視において、導体パターン９５１（伝送ライン１１Ｍ）と導体パターン９２１（カップリングライン１１Ｓ）とは、重なっている。これにより、導体パターン９５１（伝送ライン１１Ｍ）と導体パターン９２１（カップリングライン１１Ｓ）とは、電磁界結合し、第１高周波信号に対する方向性結合器として機能する。

積層基板の平面視において、導体パターン９５２（伝送ライン１２Ｍ）と導体パターン９２２（カップリングライン１２Ｓ）とは、重なっている。これにより、導体パターン９５２（伝送ライン１２Ｍ）と導体パターン９２２（カップリングライン１２Ｓ）とは、電磁界結合し、第２高周波信号に対する方向性結合器として機能する。

このように、方向性結合器１０および高周波フロントエンドモジュール２０は、積層基板によって実現できる。

さらに、本実施形態の構成では、インピーダンス調整回路１４を構成するインダクタ１４１および抵抗素子１４２は、積層基板の表面に実装された実装型電子部品である。これにより、インピーダンス調整回路１４のインピーダンスの調整は、素子値の異なるインダクタ１４１および抵抗素子１４２の付け替えで可能である。したがって、インピーダンス調整回路１４のインピーダンスを調整し易い。

また、本実施形態の構成では、終端抵抗１３は、積層基板の表面に実装された実装型電子部品である。カップリングライン１１Ｓは、積層基板の表層を形成する誘電体層Ｌｙ１の裏面に当接しており、積層基板に形成されたビア導体のみによって接続されている。

これにより、カップリングライン１１Ｓと終端抵抗１３は、極短くなり、カップリングライン１１Ｓの終端側のインピーダンスが正確に整合される。

また、本実施形態の構成では、図５に示すように、第１高周波信号用のカップリングライン１１Ｓと第２高周波信号用のカップリングライン１２Ｓとの間、および、第１高周波信号用の伝送ライン１１Ｍと第２高周波信号用の伝送ライン１２Ｍとの間に、積層基板の裏面のグランド端子ＰＧＮＤに接続するグランド用ビア導体ＶＨＧを備えている。

これにより第１高周波信号用のカップリングライン１１Ｓと第２高周波信号用のカップリングライン１２Ｓとの間の不要な電磁界結合、および、第１高周波信号用の伝送ライン１１Ｍと第２高周波信号用の伝送ライン１２Ｍとの間の不要な電磁界結合が抑制される。

なお、上述の説明では、インピーダンス調整回路１４として、インダクタ１４１および抵抗素子１４２の直列回路と、これに並列接続するキャパシタ１４３からなる回路を示した。しかしながら、インピーダンス調整回路は他の構成であってもよい。図６は、本発明の実施形態に係るインピーダンス調整回路の別の態様を示す回路図である。

図６に示すように、インピーダンス調整回路１４Ａは、インダクタ１４１Ａ、抵抗素子１４２Ａ、および、キャパシタ１４３Ａの直列回路である。インピーダンス調整回路１４Ａは、カップリングライン１１Ｓとカップリングライン１２Ｓとの接続点とグランド電位との間に接続されている。

また、上述の説明では、２種類の周波数に対するカップリングを行う方向性結合器を示したが、３種類以上の周波数に対するカップリングを行うことも可能である。図７は、本発明の実施形態に係る方向性結合器の別の態様を示す回路図である。

図７に示すように、方向結合器１０Ｂは、図１に示した方向性結合器１０に対して、カップリング回路１５、インピーダンス調整回路１６、入出力端子ＰｉｏＭ、アンテナ端子ＰａＭを追加した点において異なる。また、インピーダンス調整回路１４をインピーダンス調整回路１４Ｂに置き換えた点において異なる。

カップリング回路１５は、伝送ライン１５Ｍおよびカップリングライン１５Ｓとを備える。伝送ライン１５Ｍとカップリングライン１５Ｓとは、電磁界結合している。カップリング回路１５は、第３周波数で方向性結合器として作用するように構成されている。第３周波数は、第１周波数と第２周波数との間の周波数である。

伝送ライン１５Ｍは、入出力端子ＰｉｏＭと、アンテナ端子ＰａＭとの間に接続されている。アンテナ端子ＰａＭは、外部のアンテナＡＮＴＭに接続されている。

カップリングライン１５Ｓは、カップリングライン１１Ｓとカップリングライン１２Ｓとの間に接続されている。カップリングライン１５Ｓは、中間伝送ライン１９１を介して、カップリングライン１１Ｓに接続されており、中間伝送ライン１９２を介して、カップリングライン１２Ｓに接続されている。

インピーダンス調整回路１６は、中間伝送ライン１９１とグランド電位との間に接続されている。インピーダンス調整回路１６によって、カップリングライン１５Ｓの終端抵抗側のインピーダンスが整合される。インピーダンス調整回路１６は、インピーダンス調整回路１４と同様に、インダクタ、キャパシタ、抵抗素子を適宜接続することで実現される。

インピーダンス調整回路１４Ｂは、中間伝送ライン１９２とグランド電位との間に接続されている。インピーダンス調整回路１４Ｂによって、カップリングライン１２Ｓの終端抵抗側のインピーダンスが整合される。インピーダンス調整回路１４Ｂは、インピーダンス調整回路１４と同様に、インダクタ、キャパシタ、抵抗素子を適宜接続することで実現される。

このように、図７に示す態様では、周波数の異なる３種類の高周波信号に対する方向性結合器を実現でき、これら周波数が異なる３種類の高周波信号に対して、安定且つ高いカップリング性能を実現できる。

なお、４種類以上の高周波数に対しても、同様の概念を用いて方向性結合器を実現できる。

また、上述の説明では、相対的に周波数が高い高周波信号のカップリングラインを、相対的に周波数が低い高周波信号のカップリングラインよりも終端抵抗側に配置したが、この順は異なっていてもよい。ただし、相対的に周波数が高い高周波信号のカップリングラインを、相対的に周波数が低い高周波信号のカップリングラインよりも終端抵抗側に配置することで、終端抵抗側のインピーダンス整合を容易に行うことができる。

１：通信機器
１０、１０Ｂ：方向結合器
１１、１２、１５：カップリング回路
１１Ｍ、１２Ｍ、１５Ｍ：伝送ライン
１１Ｓ、１２Ｓ、１５Ｓ：カップリングライン
１３：終端抵抗
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１６：インピーダンス調整回路
１９、１９１、１９２：中間伝送ライン
２０：高周波フロントエンドモジュール
２１：ＬＰＦ
２２：ＢＰＦ
２３：ＨＰＦ
２４：複合モジュール
２５：ＢＰＦ
３０：ＲＦＩＣ
４０：ＢＢＩＣ
１４１、１４１Ａ：インダクタ
１４２、１４２Ａ：抵抗素子
１４３、１４３Ａ：キャパシタ
２４０：ＤＰＸ
２４１：ＰＡ
２４２：ＬＮＡ
９１１、９１２、９１３：ランド導体
９２１、９２２、９２３、９５１、９５２：導体パターン
９３１：グランド導体
ＡＮＴＨ、ＡＮＴＬ、ＡＮＴＭ：アンテナ
Ｌｙ１−Ｌｙ１９：誘電体層
Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４、Ｐ２５：端子
ＰａＨ、ＰａＬ、ＰａＭ：アンテナ端子
Ｐｃｐ：カップリング信号出力端子
ＰＧＮＤ：グランド端子
ＰｉｏＨ、ＰｉｏＬ、ＰｉｏＭ：入出力端子
ＶＨＧ：グランド用ビア導体

Claims (10)

1. 第１周波数の第１高周波信号が伝送する第１伝送ラインと、
   前記第１周波数と異なる第２周波数の第２高周波信号が伝送する第２伝送ラインと、
   前記第１伝送ラインに電磁界結合する第１カップリングラインと、
   前記第１カップリングラインに直列接続し、前記第２伝送ラインに電磁界結合する第２カップリングラインと、
   前記第１カップリングラインと前記第２カップリングラインの直列ラインに対して、前記第１周波数および前記第２周波数のインピーダンス整合を行うインピーダンス調整回路と、
   を備え、
   前記インピーダンス調整回路は、
   前記第１カップリングラインと前記第２カップリングラインとを接続する中間伝送ラインとグランド電位との間に接続されたインダクタ、キャパシタ、および、抵抗を備える、
   方向性結合器。
2. 第１周波数の第１高周波信号が伝送する第１伝送ラインと、
   前記第１周波数と異なる第２周波数の第２高周波信号が伝送する第２伝送ラインと、
   前記第１伝送ラインに電磁界結合する第１カップリングラインと、
   前記第１カップリングラインに直列接続し、前記第２伝送ラインに電磁界結合する第２カップリングラインと、
   前記第１カップリングラインにおける前記第２カップリングラインに接続する端部と反対側の端部に接続された終端抵抗と、
   前記第２カップリングラインにおける前記第１カップリングラインに接続する端部と反対側の端部に接続されたカップリング信号出力端子と、
   前記第１カップリングラインと前記第２カップリングラインとの間に接続されたインピーダンス調整回路と、
   を備え、
   前記インピーダンス調整回路は、
   前記第１カップリングラインと前記第２カップリングラインとを接続する中間伝送ラインとグランド電位との間に接続されたインダクタ、キャパシタ、および、抵抗を備える、
   方向性結合器。
3. 前記第１周波数は、前記第２周波数よりも高い、
   請求項１または請求項２に記載の方向性結合器。
4. 前記第１伝送ライン、前記第２伝送ライン、前記第１カップリングライン、および、前記第２カップリングラインが形成され、複数の誘電体層を積層した積層基板を備え、
   前記積層基板は、
   前記第１伝送ラインと前記第２伝送ラインとが形成された第１誘電体層と、
   前記第１カップリングラインと前記第２カップリングラインとが形成された第２誘電体層と、を有し、
   前記第１伝送ラインと前記第２伝送ラインとは、前記積層基板を平面視して異なる位置に配置されており、
   前記第１カップリングラインは、前記平面視において前記第１伝送ラインに重なり、
   前記第２カップリングラインは、前記平面視において前記第２伝送ラインに重なる、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の方向性結合器。
5. 前記インピーダンス調整回路を構成する電子部品の少なくとも１つは、前記積層基板の表面に実装された実装型電子部品である、
   請求項４に記載の方向性結合器。
6. 前記抵抗は、前記積層基板の表面に実装された実装型電子部品であり、
   前記第１カップリングラインは、前記積層基板の表層を形成する誘電体層の裏面に当接しており、前記積層基板に形成されたビア導体のみによって接続されている、
   請求項４または請求項５に記載の方向性結合器。
7. 前記第１カップリングラインと前記第２カップリングラインとの間、および、前記第１伝送ラインと前記第２伝送ラインとの間に、前記積層基板の裏面のグランド端子に接続するグランド用ビア導体を備える、
   請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の方向性結合器。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の方向性結合器と、
   前記第１伝送ラインに接続する第１フィルタと、
   前記第２伝送ラインに接続する第２フィルタと、
   を備える、高周波フロントエンドモジュール。
9. 前記第１フィルタおよび前記第２フィルタの少なくとも一方に接続された高周波増幅回路を備えた、
   請求項８に記載の高周波フロントエンドモジュール。
10. 請求項９に記載の高周波フロントエンドモジュールと、
    前記第１伝送ラインに接続される第１アンテナと、
    前記第２伝送ラインに接続される第２アンテナと、
    前記第１カップリングラインおよび前記第２カップリングラインに接続するカップリング信号出力端子から出力されるカップリング信号を用いて、前記高周波増幅回路を制御する制御ＩＣと、
    を備える、通信機器。

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