定向耦合器和高频电路模块的制作方法

专利名称：定向耦合器和高频电路模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及定向耦合器和高频电路模块，尤其涉及适用于在无线 通信装置内检测发送信号功率的定向耦合器和安装有该定向耦合器 的高频电路模块。
背景技术：
专利文献l公开了一种用于可靠且高精度地检测高频电路模块输 出的定向耦合器的例子。在该例中，通过将用于检测高频电路模块输 出的定向耦合器设定为主线路和副线路隔着电介质而相互重叠的结 构，并使主线路的线路宽度比副线路的线路宽度窄，且使主线路的两 侧边缘位于副线路两侧边缘的内侧，来使主线路的线路宽度的整个区 域可靠地与副线路相对。另外，专利文献2公开了一种定向性好、插入损耗或反射特性的 恶化等少、小型且高性能的定向耦合器的例子。在该例中，通过将主 线路和副线路的至少 一部分区域配置成使其侧部相互大致平行，而在 使主线路和副线路进行了分布参数型耦合的侧缘型的定向耦合器中， 使副线路的线路长度比主线路的线路长度长。另外，使主线路成为由 近似直线状的线路或在预定位置弯曲的近似直线状的线路构成且不 绕成螺旋状的结构，使副线路成为由在预定位置弯曲的近似直线状的 线路构成且绕成螺旋状的结构。另夕卜，专利文献3公开了 一种即使在小型化的情况下也可以不使 主线路和副线路的线路阻抗降低的定向耦合器的例子。在该例中，在 具有接地电极的基板上的 一个层内形成有由螺旋形图案构成的主线 路，进而隔着绝缘膜而在位于上层的 一个层内形成有由螺旋形图案构 成的副线3各。 专利文献1 专利文献2 专利文献3曰本特开2002 曰本特开2003 曰本特开平11—43813号公报 —133817号7>报 —284413号公报说明书第2/16页发明内容例如，在以手机为代表的无线通信装置中，为了检测发送信号功 率而采用着定向耦合器。在图7中示出与作为世界标准通信方式的GSM ( Global System for Mobile Communications:全球移动通信系统) 方式对应的手机的发送系统高频电路块的 一 例。该电路块的动作概况 如下。首先，在发送时，从高频发送电路模块90的发送信号输入端子 80输入的发送信号由功率放大器IC30内的功率放大器31进行放大并 由输出匹配电路40进行了阻抗变换后，经由定向耦合器10,并由低 通滤波器50除去不需要的高次谐波，通过单刀双掷(以下称「 SPDT: Single Pole Double Throw」)开关60/人与天线端子81连冲妻的天线70 发射。然后，在接收时，由天线70接收到的接收信号经由天线端子81 、 SPDT开关60、接收信号输出端子83而被传送到高频接收电路(未 图示)。SPDT开关60按照发送接收的定时并根据开关控制电路34 基于高频发送电路模块经由控制端子82而从逻辑电路部(未图示) 接收到的控制信号而产生的开关控制信号，来将连接切换到发送电路 侧和-接收电^各侧。在此，在以GSM为代表的数字手机系统中，为了避免与其他终 端的干扰，从基站向各手机终端发送指示使发送功率为所需最小限度 的功率控制信号。在手机中，为了根据该功率控制信号控制发送功率， 由定向耦合器10取出发送信号功率的一部分，由检波器33进行检波， 并一边参照所得到的检波电压一边通过偏压控制电路32调整功率放 大器31的增益以得到所需的发送功率。一般来说，定向耦合器是由具有两端的主线路和同样具有两端的 副线路构成的四端子电路，成为由与主线路电磁耦合的副线路将在主 线路的两端子之间通过的信号功率的一部分从其一侧的端子取出的 结构。定向耦合器的性能指标用耦合度和定向性来表示。前者用输入 到主线路的功率和由副线路取出的功率之比来定义，后者用主线路上 的行波(或反射波)分别呈现在副线路上的两端子的功率之比来定义。 耦合度越高在副线路侧取出的功率就越大，但由于主线路侧的损耗增 加因而需要抑制为必要的足够的量。定向性在如后文所述的只想分离并^r测行波这样的用途中越高越好。近年来，随着数据通信比率的增加或天线内置终端的增加，要求 手机不论天线的辐射阻抗如何都要提高输出 一 定发送功率这样的能 力即提高耐负荷变动性能。例如，在将手机放置在钢制桌上用于数据 通信或者用户手握天线部进行通话等情况下，天线的辐射阻抗会发生功率放大器侧的反射波。此时，当检测发送功率的定向耦合器不能对进行分离时，例如当来自天线的反射功率增加时判断为来自功率放大 器的输出增加而降低功率放大器的输出，其结果是将导致从天线发射 的功率过度降低，从而不能与基站进行通信。另外，由于天线的辐射 阻抗而4吏反射波的相位与行波的相位相反，所以当不能对行波和反射 波进行分离时，就会使所检测的功率随着反射功率的增加而减小，使 功率放大器的输出过度增加，将对其他终端产生影响。因此，要求定 向耦合器具有能够分离行波和反射波来进行检测的能力即高定向性。另外，还要求手机用的定向耦合器与其他面向手机的部件同样为 小型化。为了使定向耦合器成为小型，就需要提高每单位面积的耦合 度。而且为了使功率放大器的输出全部传送到天线，还要求低损耗。 除此以外，在使用陶瓷多层基板工序等来制造定向耦合器时，要求其 特性不会因各层的层间位置偏差等而发生大变化等。为满足如上所述的要求，例如在专利文轼l中提出了即使产生层间偏差也很难使耦合度发生改变的结构，在专利文献2中提出了定向
性优良、插入损耗或反射特性的恶化等较小的小型结构。进而，在专 利文献3中，提出了与由接地电极将主线路和副线路夹在中间的多层 结构相比不会使主线路和副线路的线路阻抗降低的实现小型化的结 构。图IO表示作为本发明的前提而研究的定向耦合器的结构例，(a) 为立体图，(b)为剖面图，(c)为从上面观察的透视图。图10的结 构例反映了专利文献1的特征。该定向耦合器包括主线路11和接地 面25,在主线路11的正下方的内层与主线路并行地设置有宽度比主 线路宽的副线路12。该图10的结构例是将主线路和副线路在多层基 板内筒单地层叠的结构，因此，以下将这种结构例称为层叠型。图11表示作为本发明的前提而研究的定向耦合器的另一种结构 例，(a)为立体图，(b)为剖面图，(c)为从上面观察的透视图。图 11的结构例反映了专利文献2或专利文献3的特征。该定向耦合器包 括主线路11和接地面25,在主线路11的正下方的内层设置有具有与 主线3各并行地相互重叠的部分、在主线^各的端部与主线路垂直的部分 以及在离开主线路的位置再次与主线路并行的部分的反J字形的线路 12a。在线路12a的更靠下的内层，设置有具有在离开主线路的位置 与主线^各并^f亍的部分、在主线^^的另一个端部与主线^各垂直的部分以 及与主线路并行地相互重叠的部分的J字形的线3各12b。线路12a和 线路12b由支柱(pier) 13连接而形成副线路。该图11的结构例是副 线路在主线路的正下方具有信号的输入输出端并具有与接地面平行 的线圈的螺旋状结构，因此，以下将这种结构称为横绕型。通过采用这种层叠型或横绕型的定向耦合器，能够获得一定程度 的耦合度。但是，随着手机的小型化也要求对定向耦合器进一步小型 化，需要实现在层叠型或横绕型的结构中不能达到的每单位面积的耦 合度的新的结构。因此，本发明的目的在于，实现定向耦合器的小型化、高频电路 模块的小型化。另外，本发明的另一目的是实现将每单位面积的耦合 度提高到超过以往的程度、易于实现较高的定向性、实现制造时的特性偏差也很小的定向耦合器。本发明的上述及其他的目的和新的特 征，根据本说明书的记述和附图得以明确。简单地说明在本申请所公开的发明中代表性的发明的概要，如下 所述。本发明的定向耦合器由主线路、副线路以及接地面构成，该定向耦合器的特征在于上述主线路和/或上述副线路形成至少一 圈以上的 线圏，上述线圈被配置成使垂直穿过该线圈的矢量的主要成分相对于 上述接地面为水平。通过将上述线圈配置成使垂直穿过该线圈的矢量 的主要成分相对于上述接地面为水平，可以高效率地从主线路和/或副 线路产生磁场，提高每单位面积的耦合度，从而实现小型化。在此，当在上述线圈中将上述主线路和/或上述副线路在各自线路 内以流过相同电流的方向并行流过的次数最多的第1区间配置在比除 此以外的第2区间离上述4妄地面远的位置、且当有助于上述主线路和 上述副线路的耦合的部分配置在至少与上述第1区间大致相同或离上 述接地面更远的位置时，由于产生磁场最强的位置距离上述接地面最 远，所以能够最大限度地扩大磁场的影响，而且，由于将有助于耦合 的部分也配置在最不容易受到接地面的影响的位置，因此能够进一步 提高每单位面积的耦合度。进而，当将有助于上述主线路的耦合的部分在离上述接地面比有 助于上述副线路的耦合的部分远的位置与有助于上速副线路的耦合 的部分重叠地配置时，可以使从有助于上述主线路的耦合的部分向接 地面侧观察时的定向耦合器的投影面积最小化，并且能够使有助于上 述主线路的耦合的部分具有一定的特性阻抗所需的宽度最大化，因此 能够减小通过损耗。而且，此时，当对有助于上述主线路的耦合的部 分的整体宽度和有助于上述副线路的耦合的部分的整体宽度设定差 值时，则具有即使上述主线路和上述副线路在制造时产生位置偏差时 也能抑制耦合度的变化的效果。在如上所述的本发明的定向耦合器中，只要采用上述主线路和上 述副线路形成在同一个多层基板上或内部并在安装该多层基板的母
基板上或内部配置有上述接地面的结构，就不需要在上述多层基板侧 形成接地面，因此能够通过减少上述多层基板的层数，以更低的价格 实现定向耦合器。进而，当构成为在包含接地面的模块基板的多个配线层形成如上 所述的本发明的定向耦合器并对安装在该模块基板上的功率放大器 的发送信号功率进行检波时，则能以小型实现高性能的高频电路模 块。简单地说明在本申请书所公开的发明中由代表性的发明取得的 效果，能够实现定向耦合器、高频电路模块的小型化。


图1是用于说明本发明实施例1的定向耦合器(纵绕型)的结构 的图，其中，(a)为立体图，(b)为剖面图，(C)为从上面观察的透 视图。图2是用于说明本发明实施例1的定向耦合器(纵绕型)的效果 的图，其中，(a)为耦合度的比较图，(b)为耦合度变化量的比较图。图3是用于说明本发明实施例2的定向耦合器的定向性的调整法 的图，其中，(a)为主线路宽度相关性的例，(b)为副线路间隔相关 性的例。图4是用于说明本发明实施例3的定向耦合器(纵绕并行型)的 结构的图，其中，(a)为立体图，(b)为剖面图，(c)为从上面观察 的透视图。图5是用于说明本发明实施例3的定向耦合器(纵绕并行型)的 效果的图，其中，(a)为耦合度的比较图，(b)为耦合度变化量的比 较图。图6是用于说明本发明实施例4的定向耦合器的结构的立体图。 图7是代表性的手机的发送系统高频电路块图。 图8是用于说明本发明实施例5的高频电路模块的图，其中，(a) 为布局图，(b)为剖面图。
图9是用于说明本发明实施例6的多频带高频电路模块的配置图。图10是用于说明作为本发明的前提而研究的定向耦合器(层叠 型)的结构的图，其中，(a)为立体图，(b)为剖面图，(c)为从上 面观察的透视图。图11是用于说明作为本发明的前提而研究的定向耦合器(横绕 型)的结构的图，其中，(a)为立体图，(b)为剖面图，(c)为从上 面观察的透视图。
具体实施方式
在以下的实施例中为方便起见，必要时分割为多个部分或实施例 来进行说明，但除特別指明的情况外，这些部分并不是互相没有关系 的，而是存在着一方为另一方的一部分或全部的变形例、详细说明、 补充说明等关系。而且在以下的实施例中，当提到要素的数量(包括 个数、数值、量、范围等)时，除特别指明的情况或在原理上明确地 被限定为特定的数量的情况等之外，并不限定于该特定的数量，也可 以是特定数量以上或以下。并且，在以下的实施例中，对于其构成要素(也包括步骤要素等)， 除特别指明的情况或从原理上考虑显然是必要的情况等之外，当然也 不一定是必要的。同样，在以下的实施例中，当提到构成要素等的形 状、位置关系等时，除特别指明的情况或在原理上考虑显然不是那样 的情况等之外，实际上其形状等中包括近似的或类似的形状等。这种 情况对上述数值和范围来说也是同样的。以下，根据附图来详细说明本发明的实施例。此外，在用于说明 实施例的全部附图中，对相同部件原则上标以相同的符号并省略对其 进行重复说明。[实施例1]图l表示本发明实施例1的定向耦合器的结构。图1 (a)为立体 图，图1 (b)为剖面图，图1 (c)为从上面观察时的透视图。从图1(b )可以看出，定向耦合器通过由4层的绝缘层21 ~ 24构成的多层 基板20形成。在本实施例1中，对多层基板使用了相对介电常数为 7.8、 tan5为0.002的玻璃陶瓷多层基板。各绝缘层的厚度分別为 150pm。在多层基板20的背面设置有接地面25。包括4妄地面的配线 导体的导电率为4x 107S/m,厚度为15pm。主线路ll设置在多层基 板的与设有接地面的背面相反一侧的表面上。副线路通过用支柱13a、 13b来连接与主线路并行而设置在主线路的正下方的内层的2条线路 12a、 12c和设置在比这2条线路更靠近接地面的层上的线路12b而形 成。此时的连接方法是^f吏流过线^各12a、 12c的电流方向相同的连接 方法，即由这些线^"构成的副线^各在主线^各11的正下方的内层形成 为具有信号的输入输出端的一圏的线圏(lo叩)。在此，从图1 (a)可以看出，副线路的线圈在垂直于接地面25 的方向画出线圏，因此垂直地穿过副线路的线圏的矢量的主要成分相 对于接地面25呈水平状态。在本实施例1中的主线^各11的宽度和副 线路12a、 12b 、 12c的宽度都是100pm,副线^各12a和12c的间隔 也是100pm。另夕卜，有助于主线路的耦合的线路长度即图1中所示出 的部分的线路长度为2mm。本实施例1的定向耦合器，由于副线路相 对于接地面沿纵向环绕，因此以下称为纵绕型。接着，根据图2说明本实施例1的纵绕型定向耦合器与图10和 图11中示出的层叠型和横绕型的定向耦合器相比较能取得怎样的效 果。图2 (a)为耦合度的比较图，图2 (b)为耦合度变化量的比较 图。这些曲线都是通过三维电磁场分析而求得的结果。为了进行该比 较，假定图1、图IO和图11的各结构例分别使用与图1结构相同的 多层基4反以相同的面积来实现。即，图10和图11中的主线路11的 宽度为100pm,图10中的副线路12的宽度为300/im。另夕卜，图11 中的副线路12a、 12b的宽度为100pm,各副线路12 a、. 12b中的与 主线路并行的部分和与主线路并行地相互重叠的部分的间隔为 IOO拜。根据图2(a)可以看出，虽然都是在相同的多层基板内以相同的
面积形成，但纵绕型与其他型式相比能够获得高出近3dB的耦合度。 这是因为在纵绕型中使垂直地穿过副线路线圏的磁场矢量的主要成 分相对于接地面呈水平状态从而能够使副线路有效地接受主线路产 生的磁场。在如图1 (a)那样的由主线路和接地面的组合形成的微波 传输带线路结构中，例如，使电流沿图1 (a)的实线箭头所示的方向 流过主线路时的电》兹场分布，与无接地面时在隔着接地面与主线^各相 对的位置流过与实线箭头方向相反的镜像电流时的电磁场分布相等 已众所周知。由主线路产生的磁场和由镜像电流产生的磁场，在主线 路和流过镜像电流的位置之间，在对接地面为水平的方向上存在着相 互增强的关系。在纵绕型中使副线路的线圈垂直于接地面，所以相对 于对接地面为水平的磁场灵敏度最高。因此，在具有高灵敏度的方向 上存在着强,兹场的纵绕型的结构，相对于由主线路和接地面构成的微: 波传输带线路结构，可以说是能够最有效地接受磁场的结构。进而，在图l的结构例中，在主线路的正下方的层形成副线路的 线路部分12a、 12c是并行的。因此，副线路形成的线圏换算为大约 1.5圏，所以能够使磁场灵敏度进一步提高。与此不同，在层叠型中， 只是主线路和副线路并行，因此为了提高磁场灵敏度就需要延伸线路 长度。而在横绕型中，副线路的线圈对接地面为水平状态，因此对垂 直于接地面的磁场灵敏度最高，但在有接地面时，由主线路产生的磁 场和由镜像电流产生的磁场，在垂直于接地面的方向上存在相互削弱 的关系，因此不能有效地检测磁场。在横绕型的情况下，只要接地面不存在，可以认为与接地面不存 在时的纵绕型呈现相近的特性，但现实的情况是几乎不能考虑接地面 不存在的结构。 一般在高频电路中，为了实现稳定的性能，设置用作 基准电位的接地面，与之相对地设置微波传输带线路或带状线路等传 输线路。在定向耦合器、高频滤波器等的芯片部件中也存在在部件内 不具备接地面的情况，但通常是因为在安装这些部件的母基板上或内 部存在接地面因而在组装好装置的状态下以某些形式存在接地面。另外，图1的结构是例如当取副线路内以流过相同电流的方向并行流过的次数最多的区间为第1区间(相当于线路12a、 12c)、除此 以外的区间为第2区间(相当于线路12b)时，将第1区间配置在远 离接地面的位置、且将有助于主线路和副线路的耦合的部分也配置在 远离上述接地面的位置的结构。通过将第1区间配置在远离接地面的 位置，能够最大限度地扩大磁场的影响，通过将有助于耦合的部分(即 主线路和副线路彼此靠近配置以进行电磁耦合的部分，在图1中相当 于主线路11和线路12a、 12c的部分)也配置在远离接地面的位置， 不容易受到接地面的影响。因此，例如如与在图1中在主线路ll的 上侧配置了接地面25的那样的结构等相比，能够进一步提高每单位 面积的耦合度。接着，根据图2(b)可以看出，虽然都是在相同的多层基板内以 相同的面积形成，但纵绕型与其他型式相比，在各层间产生位置偏差 时，耦合度的变化量最小。在纵绕型中将存在于主线路的正下方的层 的形成副线路的线路部分12a和12c并在一起的宽度比主线路的宽度 宽200|um。因此，在主线路向线路部分12a或12c的任何一个偏移时， 与偏离了的线路部分之间的电容性耦合减少，但与接近了的线路部分 之间的电容性耦合增加。由此，即使产生层间位置偏差，也能够将主 线路与剖线路整体之间的电容性耦合量的变化抑制得很小，因此作为 结果也能将耦合度变化量抑制得很小。与此不同，在层叠型中副线路的宽度比主线^各宽200jim,所以即 使产生若干层间位置偏差主线路也不会从副线路上脱离，因此耦合度 变化量小但比纵绕型差。但是，在横绕型中当存在层间位置偏差时磁 场耦合量、电容性耦合量都减低因而使耦合度大幅度降低，进而，根 据主线路接近或远离副线路的线圏中心而在电容性耦合量的变化产 生差别，因此根据位置偏差的方向在耦合度变化量上将产生差值。如上所述，当采用本实施例1的定向耦合器时，与层叠型或横绕 型的定向耦合器相比，能够提高每单位面积的耦合度，并能实现小型 化。而且，即使在制造时产生层间位置偏差耦合度变化量也很小，因 此能够随着可靠性和制造合格率的提高而实现低成本化等。[实施例2]本实施例2的定向耦合器利用实施例1的定向耦合器进一步进行 了定向性的调整。在本实施例2的定向耦合器的结构中，基板层数、 绝缘层、导体厚度和材料、副线路的线路宽度、有助于主线路的耦合 的线路长度与上述的实施例1的定向耦合器相同，主线路的线路宽度 或构成副线路的线路中并行部分的线路间隔等成为用于改善定向性 的参数。图3 (a)是表示耦合度和定向性的主线路宽度的相关性的曲线， 图3 (b)是表示耦合度和定向性与副线路间隔相关性的曲线。两种曲 线都是通过三维电磁场分析而求得的结果。图3 (a)是副线路间隔为 140pm时的结果，由此可以看出，随着使主线路宽度从260)am缩小 到200pm,耦合度一点点地减小，但定向性则逐步提高。在本实施例 2中，将定向性的目标取为25dB，因此，可以看出只要使主线路宽度 为200jnm就能以足够的裕量满足目标。接着，图3 (b)是主线路宽 度为200|im时的结果，由此可以看出，随着使副线路间隔从100pm 加宽到180pm，耦合度一点点地减小，但定向性则在副线路间隔为 140|im时具有峰值。如上所述，当采用本实施例2的定向耦合器时，除在实施例1中 所述的各种效果以外，进而通过用主线路的宽度和副线3各的间隔这2 个参数来调整定向性，能够很容易地获得实现较高的耐负荷变动性能 所需的定向性。一般来说，定向耦合器的定向性由主线路和副线路之间的磁场耦 合(电感性耦合)与电场耦合(电容性耦合)之间的平衡决定。对于 用本实施例2的定向耦合器使磁场耦合增加，只要增加副线路的线圈 面积或圏数即可，对于电场耦合增加，只要使主线路和副线路的重叠 宽度增加或减小主线路和副线路之间的绝缘层21的厚度即可。在本 实施例2中，其中着眼于能够比较容易地调整的线路宽度，但当然也 可以用其他的参数进行定向性的调整。[实施例3]
本实施例3的定向耦合器是进一步应用了如实施例1等所迷的纵 绕型结构的定向耦合器。图4示出本发明的实施例3中的定向耦合器的结构例，图4 (a)为立体图，图4 (b)为剖面图，图4 (c)为从 上面观察的透视图。构成本实施例3的定向耦合器的基板层数、绝缘 层、导体厚度和材料、主线路和副线路的宽度、有助于主线路的耦合 的线路长度等与实施例1的定向耦合器相同，本实施例3与实施例1 的不同点在于，如图4所示，在本实施例3中，将副线路的线路部分 12a与主线路11相互重叠地设置在主线路11的正下方的层，并将副 线路的线路部分12c与主线路11并行地设置在表层。线3各部分12a和12c通过支柱13a、 13b与设置在靠近接地面25 的层的线路12b相连接，作为整体形成具有与接地面接近垂直的线圏 的副线路。换句话说，垂直地穿过该线圈的矢量与相对于接地面的垂 直方向相比水平方向的分量成为主要成分。本实施例3的定向耦^^器 的副线路相对于接地面为纵绕，并且副线路的一部分在表层与主线路 并行，因此，以下称为纵绕并行型。此外，主线路11和线路部分12c 之间的间隔为lOOfim,所以从表层观察本实施例3的定向耦合器时的 投影面积与实施例1相同。图5表示该纵绕并行型和实施例1中所述的纵绕型的基于三维电 磁场分析结果的特性比较。从图5(a)可以看出，与纵绕型相比，纵 绕并行型的耦合度高。这是因为通过在表层设置副线路的线路部分 12c从而扩大了副线路构成的线圏的有效面积。与此不同，从图5(b) 可以看出，与纵绕型相比，纵绕并行型在产生了层间位置偏差时的耦 合度变化量大。但是，当与图2 (b)的结果进行比较时，则可以看出 纵绕并行型的耦合度变化量与层叠型的程度相同。可以认为，其原因 是主线路11与副线路的线路部分12a以相同的宽度相互重叠所以电 容性耦合量随层间位置偏差而变化，但由于主线路11与副线路的线 路部分12c位于同层所以不受层间位置偏差的影响，因此，当将两者 平均时就没有多大的耦合度变化量了 。如上所述，当采用本实施例3的定向耦合器时，与实施例1中所述的纵绕型的情况相比每单位面积的耦合度进一 步提高，能够实现更 加小型化。此外，本实施例3的定向耦合器，当在其实际使用上与实 施例1的定向耦合器相比时，对使用于对耦合度变化量有余裕的系统 的情况、或可以用层间位置偏差小的多层基板制造工序制造定向耦合 器的情况更为适合。 [实施例4]本实施例4的定向耦合器，将如实施例1等所述的纵绕型的结构应用于主线路和副线路。图6是表示本发明的实施例4的定向耦合器 的结构例的立体图。本实施例4的定向耦合器具有与接地面相对(未 图示)并行排列的2条线路12a、 12c、与上述2条线路并行地配置在 距离上述接地面比上述2条线路远的位置的3条线路lla、 llc、 lle、 配置在上述2条线路和上述接地面之间的l条线路12b、以及配置在 上述1条线路和上述接地面之间的另外的2条线^各llb、 lld。而且， 通过将上述2条线^各12a、 12c和上述1条线路12b用支柱14a、 14b 进行连接，以使在上述2条线路上流过的电流的方向相同，从而形成 副线路。进而，通过将上述3条线^各lla、 llc、 11e和上述2条线路 llb、 11d用支柱13a、 13b、 13c、 13d进行连接，以4吏在上述3条线 路上流过的电流的方向相同，从而形成主线路。通过形成这样的结构，能够实现使主线路和副线都具有垂直于 接地面的线圈、即具有较高的磁场耦合效率的结构。本实施例4中的 定向耦合器的耦合度，能够通过有助于主线路和副线路的耦合的部分 的长度(即主线路或副线路中的线圏的1圈的大小)、各线圈的圈数、 或主线路和副线路的间隔等进行调整。此时，例如垂直于线圏的线路 部分(在图6中，相当于阶梯状的线路llb、 lld、 12b中的台阶部分)， 由于无助于耦合因而不包括在线圈的1圏的大小之内。而且，在线圈 的圏数中，例如主线路也可以与图1同样地不形成线圏，即也包括圈 数为0的情况。此外，在本实施例4中，使主线路的长度比副线路的 长度长，这是因为设想到在匹配电路等中为了调整相位而需要较长的 线路等情况下通过将定向耦合器的主线路兼作该部分使用来谋求有
效利用模块面积。 [实施例5]本实施例5的高频电路模块，在图7中所示出的具有发送系统高 频电路块的功能的高频电路模块的模块基板(多层基板)内形成了如 实施例1等所述的纵绕型的定向耦合器。图8是表示本发明的实施例5的高频电路模块的结构例的图，图8 (a)为布局图，图8 (b)为图 8 (a)的A—A'剖面图。在图8 (a)、 (b)中，定向耦合器IO通过主 线路11和由线路12a~ 12c形成的副线路构成，并由多层基板20的 配线层形成。根据实施例1中说明过的每单位面积的耦合度的大小， 定向耦合器10的占有面积在高频电路模块90内仅限于很小的部分， 因此能以小型实现整个高频电路模块。另外，定向耦合器10的耦合度，对于模块基板制造时的层间偏 差其耦合度变化量很小，所以，能够通过缩小估计了耦合度变化量的 多余的耦合度裕量，将耦合度抑制得尽可能低。由此，不会从通过主 线路的功率放大器输出夺取过多的功率，因而能够改善整个高频电路 模块的发送功率效率。在此，定向耦合器10的主线^各11的两端分别与由传输线3各41 和由芯片电容42a~42c构成的输出匹配电路及低通滤波器50相连 接，副线路的两端分别与功率放大器IC30内的检波器及终端电阻15 相连接。只要定向耦合器10的定向性足够高，在主线路ll上从输出 匹配电路向低通滤波器50传送的信号功率的一部分，其大半就会出 现在副线路的检波器侧，在终端电阻15侧几乎不出现。另外，当在 天线侧引起了反射时，出现在副线路的反射波分量的大半出现在终端 电阻15侧，在^:波器侧几乎不出现。因此，例如通过用如实施例2 所述的方法调整定向性，能够以小型实现具备足够的定向性的定向耦 合器，并能够以小型实现高性能的高频电路模块。在此，示出了在具有接地面25的多层基板20上或内部形成定向 耦合器10的例子，但是，例如也可以制作具有主线路11和由线路 12a~ 12c构成的副线路的1个多层基板部件，并将其作为子基板安装
在作为母基板的多层基板20上。即使在这种情况下，由于子基板的副线路相对于作为母基板的多层基板20的接地面25为纵绕结构，因 此能够得到与实施例1等相同的效果。 [实施例6]本实施例6的高频电路模块是在与图7中示出的发送系统高频电 路部件的2个系统部分相当的多频带高频电路模块的模块基板内在2 个部位形成了实施例1等所述的纵绕型的定向耦合器的例子。图9是 表示本发明的实施例6的高频电路模块的结构例的布局图。在多频带 高频电路模块95中，安装有内部装有分别与2个系统的频率对应的 功率放大器的双频带功率放大器IC35,来自各个系统的功率放大器的 输出，通过各自的输出匹配电路并由低通滤波器50a、 50b除去高次 谐波，经由单刀四掷(Single Pole 4 Throw: SP4T )开关65而被导向 至天线端子(未图示)。SP4T开关65具有切换发送的2个系统和接收的2个系统各自与 天线之间的连接的作用。在发送的2个系统各自的输出匹配电路与低 通滤波器之间设有与各自的频率、需要的耦合量对应的定向耦合器 10a、 10b。通过形成这样的结构，基于与实施例5同样的理由，能以 小型实现多频带高频电路模块，而且能够实现较高的发送功率效率。 进而，定向耦合器10a、 10b分别被最优化以使它们在各自的频带上 具有较高的定向性，因此在两个频带上都能够得到较高的耐负荷变动 性能。以上，根据实施例说明了由本发明者完成的发明，但本发明并不 限定于上述实施例，在不脱离其主旨的范围内可以进行各种变更。例 如，在上述的实施例中示出了相对于线状的主线路具有纵绕型的副线 路的结构或相对于纵绕型的主线路具有纵绕型的副线路的结构等，但 根据情况也可以是相对于纵绕型的主线路具有线状的副线路这样的 结构。本发明的定向耦合器和高频电路模块特别适用于手机系统这样 的强烈要求小型化的无线通信系统，且本发明并不局限于此，例如也可以广泛地应用于无线LAN或RFID( Radio Fr叫uency Identification;射频识别)等各种无线通信系统的所有方面。
权利要求
1.一种定向耦合器，具有主线路、副线路和接地面，其特征在于上述主线路和/或上述副线路形成有至少一圈以上的线圈，上述线圈被配置为使垂直穿过该线圈的矢量的主要成分相对于上述接地面为水平状。
2. 根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于在上述线圈中将上述主线路和/或上述副线路按在其线路内流过 相同电流的方向而并行的次数最多的第1区间配置在比除此以外的第 2区间距离上述接地面远的位置上，且将有助于上述主线路和上述副 线3各的耦合的部分配置在与上述第1区间大致相同或者距离上述接地 面更远的4立置上。
3. 根据权利要求2所述的定向耦合器，其特征在于 有助于上述主线路的耦合的部分被配置为在距离上述接地面比有助于上述副线路的耦合的部分远的位置上与有助于上述副线路的 耦合的部分重叠。
4. 根据权利要求3所述的定向耦合器，其特征在于 对有助于上述主线路的耦合的部分的整体宽度和有助于上述副线路的耦合的部分的整体宽度设定差值。
5. 根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于 在上述主线路和上述接地面之间与上述主线路并行地设置有n条线路，在该n条线路和上述接地面之间设置有n-l条线路，通过连接 上述n条线路和上述n-l条线路以使在上述n条线路上流过的电流的 方向相同来形成上述副线路，其中n为2以上的整数。
6. 根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于 在距离上述接地面比上述副线路远的位置上与上述副线路并行地设置有m条线路，在上述副线路和上述接地面之间设置有m-l条 线路，通过连接上述m条线路和上述m-l条线路以使在上述m条线路上流过的电流的方向相同来形成上述主线路，其中m为2以上的整 数。
7. 根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于 上述主线路和上述副线路被形成在同 一个多层基板上或内部，在用于安装该多层基板的母基板上或内部配置有上述接地面。
8. —种定向耦合器，具有主线路、副线路和接地面， 该定向耦合器的特征在于与上述接地面相对地而设置有并行排列的n条线路，在距离上述 接地面比该n条线路远的位置上与上述n条线路并行地设置有m条线 路，在上述n条线路和与上述接地面之间设置有n-l条线路和m-l条 线路，通过将连接上述n条线路和上述n-l条线路进行连接以使在上 述n条线路上流过的电流的方向相同而来形成上述副线路，通过将连 接上述m条线^各和上述m-l条线路进行连接以4吏在上述m条线路上 流过的电流的方向相同而来形成上述主线3各，其中n和m分别为2 以上的整数。
9. 根据权利要求8所述的定向耦合器，其特征在于 上述主线路和上述副线路形成在同 一个多层基板上或内部，在用于安装该多层基板的母基板上或内部配置有上述接地面。
10. —种高频电路模块，其特征在于，包括 由接地面和多个配线层构成的模块基板；安装在上述模块基板上并对所输入的发送信号进行放大来输出 发送信号功率的功率放大器；形成在上述模块基板的多个配线层内，包括形成输入上述发送信 号功率的主线^各和与上述主线路进行电》兹耦合的副线路的定向耦合 器;以及安装在上述模块基板上，对从上述副线路上取出的信号进行检 波，并根据该检波后的信号的大小来调整上述功率放大器的增益的控 制部；上述主线路和/或上述副线路形成有至少 一 圏以上的线圏，上述线 圈被配置为使垂直穿过该线圈的矢量的主要成分相对于上述接地面 为水平状。
11. 根据权利要求IO所述的高频电路模块，其特征在于在上述主线路和上述接地面之间与上述主线路并行地设置有n条 线路，在该n条线路和上述接地面之间设置有n-l条线路，通过连接 上述n条线路和上述n-l条线路以使在上述n条线路上流过的电流的 方向相同来形成上述副线路，其中n为2以上的整数。
12, 根据权利要求IO所述的高频电路模块，其特征在于 在距离上述接地面比上述副线路远的位置上与上述副线路并行地设置有m条线路，在上述副线路和上述接地面之间设置有m-l条 线路，通过连接上述m条线路和上述m-l条线路以使在上述m条线 路上流过的电流的方向相同来形成上述主线路，其中m为2以上的整 数。
全文摘要
本发明提供一种定向耦合器以及高频电路模块，在多层基板(20)的表面设置主线路(11)，在背面设置接地面(25)，在主线路(11)的正下方的内层设置有与主线路并行的2条线路(12a、12c)，在比该2条线路更靠近接地面(25)的层内设置线路(12b)。而且通过用支柱(13a、13b)使线路(12a、12c)和线路(12b)连接，形成具有1圈的线圈形状且使垂直穿过该线圈的矢量的主要成分对接地面(25)为水平状态的副线路。每单位面积的耦合度高，易于实现高定向性且制造时的特性偏差小。
文档编号H01P5/18GK101150219SQ20071013614
公开日2008年3月26日 申请日期2007年7月19日 优先权日2006年9月20日
发明者冈部宽 申请人:株式会社瑞萨科技