JP2005260877A - 高周波モジュール及び無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分波回路とスイッチ回路と結合回路との間の干渉を低減し、良好な特性を有する高周波モジュールを提供する。
【解決手段】複数の送受信系を切り分ける分波回路と、各送受信系を送信系と受信系に切り替えるスイッチ回路と、送信系の通過周波数での送信信号を増幅する電力増幅回路とを設けてなる高周波モジュールにおいて、分波回路ＤＩＰ１０を構成する素子ＬＧ１，ＬＤ１，ＬＧ２，ＬＤ２と、スイッチ回路を構成する素子ＬＧ３，ＬＤ３と、結合回路を構成する素子ＬＧ４，ＬＤ４とを多層基板１１〜１７内部に内層し、内層された前記素子間にグランド電極８，９を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、携帯電話機などの無線通信装置に用いられ、電力増幅回路、スイッチ回路、結合回路、分波回路等により構成されるマルチバンド送信用の高周波モジュール及びそれを搭載した無線通信装置に関するものである。

近年、１台の携帯電話機内に２つ以上の送受信系を実装するマルチバンド方式を採用した携帯電話機が提案されている。
このマルチバンド方式の携帯電話機は、地域性や使用目的等に合った送受信系を選択して送受信することができ、利便性の高い機器として期待されている。例えば、ＧＳＭ(Global System for Mobile communication)／ＤＣＳ(Digital Cellular System)の２方式を実装したデュアルバンド方式の携帯電話機が知られている。

図７は、ＧＳＭ／ＤＣＳ方式のデュアルバンド方式の携帯電話機の高周波回路部のブロック図を示す。 高周波回路部は、通過帯域の異なる２つの送受信系ＧＳＭ／ＤＣＳをそれぞれ分波し、各送受信系ＤＣＳ、ＧＳＭにおいてそれぞれ送信系ＴＸと受信系ＲＸとの切替を行う高周波スイッチモジュールＡＳＭ１を備える。高周波スイッチモジュールＡＳＭ１は、低域通過フィルタ、スイッチ回路、分波回路を含む。さらに、送受信系ＤＣＳの送信系ＤＣＳＴＸ、受信系ＤＣＳＲＸ、送受信系ＧＳＭの送信系ＧＳＭＴＸ、受信系ＧＳＭＲＸの各端子を備える。

送信系ＤＣＳＴＸ、ＧＳＭＴＸの端子は、それぞれ結合回路ＣＯＰ１００、２００、電力増幅回路ＡＭＰ１００、２００に接続される。電力増幅回路ＡＭＰ１００、２００は、電力高周波増幅用半導体素子と整合回路とからそれぞれ構成されている。
送信時には、電力増幅回路ＡＭＰ１００、又はＡＭＰ２００で増幅された送信信号は、結合回路ＣＯＰ１００又はＣＯＰ２００、さらに高周波スイッチモジュールＡＳＭ１を経由してアンテナＡＮＴから高周波信号として送信される。

一方、受信系ＤＣＳＲＸ、ＧＳＭＲＸの端子は、帯域通過フィルタＢＰＦ３００、４００及び低ノイズ増幅回路ＡＭＰ３００、４００に接続される。受信時には、アンテナＡＮＴで受信された高周波信号は、高周波スイッチモジュールＡＳＭ１を介して取り出され、帯域通過フィルタＢＰＦ３００、又はＢＰＦ４００にて受信帯域近傍の不要信号が除去された後、ＲＸ側低ノイズ増幅器ＡＭＰ３００、又はＡＭＰ４００にて増幅される。
特開平１１−２２５０８８号公報

今日、携帯電話機の小型化、高機能化への要求が強く、それに伴い電子部品の実装面積削減、消費電流の低減が要求されている。これらの要求を満たすために、電力増幅回路、スイッチ回路、結合回路、分波回路等を一体化した高周波モジュールが検討されている。
しかし、小型化、高機能化を進めるにあたって、多層基板内部に内層されるパターン数が増加し、近接することで、周波数帯の異なるパターン間の干渉が発生するという課題がある。特に、スイッチ、結合回路、分波回路間の干渉により、フィルタ機能で充分減衰されない高調波が残り、結果的に高周波モジュールのハーモニクス特性が悪化するという課題がある。

本発明は、スイッチ回路、結合回路、分波回路等を実装した誘電体基板内層パターン間の干渉を低減することにより、良好な特性を有する小型、低コストな高周波モジュール及びそれを搭載した無線通信装置を提供することを目的とする。

本発明の高周波モジュールは、分波回路と、スイッチ回路と、高周波増幅用半導体素子及び整合回路と、送信系の送信信号からモニタ信号を取り出すための結合回路とを備え、前記分波回路、前記スイッチ回路及び前記結合回路を構成する素子の少なくとも一部を多層基板内部に実装し、前記多層基板内部に実装された、前記分波回路を構成する素子、前記スイッチ回路を構成する及び前記結合回路を構成する素子のうち少なくとも２つが互いに異なる層に配置され、多層基板上方から見て素子の重なる箇所において、前記２つの異なる層間にグランド電位となる電極パターンを設けているものである。

このように、層間にグランド電極パターンを設け、上下の分波回路、スイッチ回路又は結合回路を完全に遮断することで、パターン間の干渉を低減し、高周波モジュールの特性を改善することができる。
さらに、本発明では、前記多層基板内部に実装された、前記分波回路を構成する素子、前記スイッチ回路を構成する素子及び前記結合回路を構成する素子のうち少なくとも２つが、多層基板上方から見て重ならない箇所において、前記素子間を隔てるグランド電位となるビアホール導体を設けていることが望ましい。このように、グランド電位となるビアホール導体を層間を貫通するように設け、遮断することで、パターン間の干渉を低減し、高周波モジュールの特性を改善することができる。

また、前記高周波回路モジュールを搭載することにより、通過帯域の異なる複数の送受信系の間で干渉の少ない、小型、低コストな無線通信装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の高周波モジュールは、１つの共通のアンテナ端子ＡＮＴと、そのアンテナ端子ＡＮＴに接続されるＧＳＭ９００方式（９００ＭＨｚ帯）、ＤＣＳ方式（１８００ＭＨｚ帯）の２つの送受信系から構成される。
図１に示すように、高周波モジュールＲＦＭ１０は、アンテナ端子ＡＮＴに対して通過帯域の異なる２つの送受信系ＧＳＭ９００とＤＣＳとを各送受信系に分ける分波回路ＤＩＰ１０と、各送受信系ＧＳＭ９００とＤＣＳとを、それぞれ、送信系ＴＸと受信系ＲＸとに切替えるスイッチ回路ＳＷ１１０、ＳＷ１２０とを備えている。

さらに、ＧＳＭ９００ＴＸ端子、ＤＣＳＴＸ端子への入力信号を増幅する電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０と、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力インピーダンス調整等を行う整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０と、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力に比例したモニタ信号を取り出す結合回路ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０と、結合回路ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０から取り出したモニタ信号に応じて電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０を制御する信号を出力する自動電力制御回路ＡＰＣ１０と、自動電力制御回路ＡＰＣ１０の出力信号に基づいて電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０を制御する制御回路ＣＯＮ１０とを備えている。

整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０は、それぞれ電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力インピーダンスである０．５〜２Ωを、３０〜５０Ωに変換し、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０と結合回路ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０間のインピーダンスを調整する機能と、電力増幅回路で発生する高調波成分を減衰する機能とを有する。
図２は、図１に示す高周波モジュールの要部を示す詳細な回路図である。

この図２によれば、アンテナ端子ＡＮＴは分波回路ＤＩＰ１０を介してスイッチ回路ＳＷ１１０、ＳＷ１２０に接続されている。アンテナ端子ＡＮＴから受信されたＧＳＭ９００方式の受信信号は、分波回路ＤＩＰ１０を経てＧＳＭ９００側の送受信系へ導かれ、ＤＣＳ方式の受信信号は、分波回路ＤＩＰ１０を経てＤＣＳ側の送受信系に導かれる。
ＧＳＭ９００側の回路構成について説明すると、スイッチ回路ＳＷ１１０の送信系ＴＸ側には、高周波モジュールの外部よりＧＳＭ９００ＴＸ端子を介して入力した信号を増幅する電力増幅回路ＡＭＰ１１０、電力増幅回路ＡＭＰ１１０の整合回路ＭＡＴ１０、整合回路ＭＡＴ１０と接続されている結合回路ＣＯＰ１０、結合回路ＣＯＰ１０の結合線路に接続される自動電力制御端子ＧＳＭMonitorが設けられている。

ＤＣＳ側の概略回路構成も、ＧＳＭ９００側の概略回路構成と同様であるから説明を省略する。
以下に、前記各回路の詳細について、まず、ＧＳＭ９００側の回路について説明する。
分波回路ＤＩＰ１０は、低域通過フィルタＬＰＦ００と、低域通過フィルタＬＰＦ１０とから形成されている。

低域通過フィルタＬＰＦ００は、インダクタＬＧ１、キャパシタＣＧ１などからなり、アンテナ端子からの信号を周波数によって送受信系ＧＳＭ９００と送受信系ＤＣＳとに分ける機能を有する。
低域通過フィルタＬＰＦ１０は、分布定数線路ＬＧ２、分布定数線路ＬＧ２に平行に配置されたキャパシタＣＧ１４、分布定数線路ＬＧ２とグランドとの間に形成されたキャパシタなどにより構成されている。この低域通過フィルタＬＰＦ１０は、電力増幅回路ＡＭＰ１１０及びスイッチ回路ＳＷ１１０が発生する高調波歪成分を低減させる。

スイッチ回路ＳＷ１１０は、低域通過フィルタＬＰＦ１０の端子を、ＧＳＭ９００の送信系端子、又はＧＳＭ９００の受信系端子に切替える。これにより、送受信の切替えを行う機能を持つ、また、送信時に送信信号が受信側に漏れる量を減衰する機能も併せ持つ。
スイッチ回路ＳＷ１１０は、直流カット用のキャパシタＣＧ２、ダイオードＤＧ１を通して、結合回路ＣＯＰ１０につながれている。また、キャパシタＣＧ２、分布定数線路ＬＧ３、キャパシタＣＧ４を通して受信系ＧＳＭ９００ＲＸにつながれている。

スイッチ回路ＳＷ１１０の切替えは、外部から制御電圧供給用端子ＧＳＭーＶｃに印加される電圧に応じて制御される。
ここで、スイッチ回路ＳＷ１１０の送受信時の動作を説明する。
送信時は、制御電圧供給用端子ＧＳＭ−Ｖｃに制御電圧２．６Ｖを印加することで、ダイオードＤＧ１、ＤＧ２がオン状態となり、ＡＭＰ１１０からの送信信号がＣＯＰ１０、ＳＷ１１０を通過し、ＡＮＴより送信される
受信時は、制御電圧供給用端子ＧＳＭ−Ｖｃに制御電圧０．２Ｖを印加することで、ダイオードＤＧ１、ＤＧ２がオフ状態となり、分波回路ＤＩＰ１０からのＧＳＭ受信信号は、スイッチ回路ＳＷ１１０の分布定数線路ＬＧ３を通り、ＧＳＭ−ＲＸ端子へ流れこむ。

電力増幅回路ＡＭＰ１１０は、初段、中段、後段の３段の高周波増幅用半導体素子より構成され、それぞれに対して電圧供給用バイアス線路ＬＧ７，ＬＧ８，ＬＧ９を介して電圧が供給され、この電圧をエネルギー源として、ＧＳＭ９００ＴＸ端子に入力された入力信号の増幅が行われる。さらに、電圧供給用バイアス線路ＬＧ７，ＬＧ８，ＬＧ９を高周波に対して４分の１波長のスタブとして機能させることで、高周波信号が直流電圧源に流れ込まないようにしている。

整合回路ＭＡＴ１０は、分布定数線路ＬＧ６、キャパシタＣＧ６，７から構成される。これにより低域通過フィルタを構成している。この低域通過フィルタは、電力増幅回路ＡＭＰ１１０の出力インピーダンス（０．５〜２Ω程度）と結合回路ＣＯＰ１０の入力インピーダンス（３０〜５０Ω程度）とのインピーダンス整合を行うとともに、電力増幅回路ＡＭＰ１１０から発生する不要信号を低減するという機能を有する。

キャパシタＣＧ５は電力増幅回路ＡＭＰ１１０の入力側にＤＣ成分が流れ込むことを防ぐ機能をもつ。
結合回路ＣＯＰ１０は分布定数線路ＬＧ４及びキャパシタＣＧ１３からなる低域通過フィルタを構成している。この低域通過フィルタにより、前記電力増幅回路ＡＭＰ１１０から発生する不要信号を低減することができる。なお、結合回路ＣＯＰ１０は、低域通過フィルタの機能を必ずしも持たせる必要はなく、キャパシタを設けずＧＳＭ帯域の周波数を通過させるための分布定数線路ＬＧ４だけで構成しても良い。

また、結合線路ＬＧ５を分布定数線路ＬＧ４に近接させて、容量結合、及び磁気結合を形成しており、これにより電力増幅回路ＡＭＰ１１０からの出力の一部をモニタ信号としてモニタ端子ＧＳＭMonitorに出力している。このモニタ信号は、自動電力制御回路Ｖapcに入力される。結合線路ＬＧ５のスイッチ回路ＳＷ１１０側には、終端抵抗ＲＧ２が接続されている。

自動電力制御回路Ｖapcは、入力されたモニタ信号に応じて、増幅回路ＡＭＰ１１０の制御信号を生成する。
次に、ＤＣＳ側の回路の詳細について、ＧＳＭ９００側の回路と異なるところのみ説明する。
分波回路ＤＩＰ１０のＤＣＳ側は、高域通過フィルタＨＰＦ２０及び低域通過フィルタＬＰＦ２０で形成されている。

高域通過フィルタＨＰＦ２０は、キャパシタＣＤ１，ＣＤ２及びインダクタＬＤ１からなるＴ回路で構成され、ＡＮＴ端子に入力したＥＳＤなどの高電圧サージからスイッチ回路ＳＷ１１０を保護する機能を有する。低域通過フィルタＬＰＦ２０は、電力増幅回路ＡＭＰ１２０及びスイッチ回路ＳＷ１２０が発生する高調波歪成分を低減させる機能を有するとともに、分波回路ＤＩＰ１０とスイッチ回路ＳＷ１２０の整合をとる機能を有する。

ＤＣＳ側回路のその他の構成は、ＧＳＭ９００側の回路と同様であるから、重複した説明は省略する。
次に、本発明の高周波モジュールＲＥＭ１０に含まれる各部品の実装状態を説明する。
高周波モジュールＲＥＭ１０は、誘電体層と導体層を交互に複数積層してなる多層基板の表面、及び多層基板の内部に実装される。実装形態は、独立したチップ部品の場合、多層基板の表面に実装され、導体回路パターンの場合、多層基板の表面及び内部に実装される。

本発明の高周波モジュールにおいては、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０は、図１に符号ＡＭＰ１００で示すように、高周波半導体集積回路素子（以下、ＭＭＩＣという。）によって形成される。このＭＭＩＣは、ＧａＡｓ（ガリウム−砒素）、ＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）又はＳｉ（シリコン）などの半導体材の基板上に、ＨＢＴ（ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ）構造又はＰ−ＨＥＭＴ構造（高移動度トランジスタ）が形成されたものである。小型化、高効率化を図る上では、ＧａＡｓ ＨＢＴ構造の半導体素子からなることが望ましい。

また、自動電力制御回路Ｖapcは、小型化を図る上で半導体集積回路素子（以下、ＡＰＣ−ＩＣ素子という。）として前記多層基板の上面に、実装することが望ましい。しかし、ＭＭＩＣ中に集積化することもできる。また、高周波モジュールの外部に別の電子部品として構成してもよい。
本発明の送信用高周波モジュールＲＥＭ１０では、前記以外の回路、すなわち分波回路ＤＩＰ１０、スイッチ回路ＳＷ１１０，ＳＷ１２０、出力整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０、結合回路ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０などについては、これらの回路を構成するキャパシタやインダクタ等の一部を、チップ部品（集中定数素子）として多層基板の上面に設けたり、これらの回路を構成するキャパシタ、分布定数線路等の一部を、多層基板上面又は内層に導体パターンとして形成して設けたりしている。

また、携帯電話機などにおいて、高周波モジュールの更なる小型化のために、図１のＧＳＭ９００―ＲＸ端子、ＤＣＳ―ＲＸ端子、に接続される、ＳＡＷフィルタ、ＦＢＡＲフィルタ等の帯域通過フィルタが（図示せず）、本実施例に示す高周波モジュールの内部に一体化されていても良い。
また、直列キャパシタＣＧ５，ＣＤ５は、多層基板上面の実装部品とすることにより、多層基板内蔵素子の電気的不具合をチェックする際に結合回路ＣＯＰ１０と整合回路ＭＡＴ１０とを別々に評価することが可能となる。

図３は、本発明に係る高周波モジュールの実装例を示す一部切欠斜視図である。
図３に示すように、高周波モジュールの中に、セラミックなどからなる同一寸法形状の誘電体層１１〜１７が積層されて多層基板Ａが構成されている。この多層基板Ａの上面及び側面は金属からなるシールドカバー１０で被覆され、さらに多層基板Ａの下面で該多層基板Ａの側面に近い部分には信号用端子パターン２２がＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）方式の電極として形成されている。

前記シールドカバー１０は、高周波モジュールの側面の所定位置に設けられた接地用の端面電極３５の少なくとも１箇所以上と半田などの導体で固定されている。
そして、最上層の誘電体層１１上には、各種のパターンのほか、ＭＭＩＣ、ＡＰＣ−ＩＣ素子などの高周波モノリシック半導体集積回路や、キャパシタ、インダクタなどのチップ部品（集中定数素子）２４が複数実装されている。

誘電体層１１〜１７は、ガラスエポキシ樹脂などの有機系誘電体基板に対して、銅箔などの導体によって配線導体層が形成されたもの、または、セラミック材料などの無機系誘電体基板に種々の配線導体層を誘電体基板と同時に焼成して形成されたものが用いられる。
前記セラミック材料としては、（１）Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣを主成分とする焼成温度が１１００℃以上のセラミック材料、（２）金属酸化物による混合物からなる１１００℃以下、特に１０５０℃以下で焼成される低温焼成セラミック材料、（３）ガラス粉末、あるいはガラス粉末とセラミックフィラー粉末との混合物からなる１１００℃以下、特に１０５０℃以下で焼成される低温焼成セラミック材料の群から選ばれる少なくとも１種が選択される。

前記（２）の混合物としては、ＢａＯ−ＴｉＯ₂系、Ｃａ−ＴｉＯ₂系、ＭｇＯ−ＴｉＯ₂系等のセラミック材料が用いられ、これらのセラミック材料に、ＳｉＯ２、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＣｕＯ、Ｌｉ₂Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃等の助剤を適宜添加したものが用いられる。（３）のガラス組成物としては、少なくともＳｉＯ₂を含み、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＰｂＯ、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１種以上を含有したものであって、具体的には、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−ＲＯ系、ＳｉＯ₂−ＢａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＲＯ系、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＲＯ系、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＲＯ系、さらにはこれらの系にＺｎＯ、ＰｂＯ、Ｐｂ、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂等を配合した組成物が挙げられる。また、ガラスとしては、焼成処理することによっても非晶質ガラスであるもの、また焼成処理によって、アルカリ金属シリケート、クォーツ、クリストバライト、コージェライト、ムライト、エンスタタイト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ディオプサイド、イルメナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライトやその置換誘導体の結晶を少なくとも１種を析出する結晶化ガラスなどが用いられる。

また、前記（３）におけるセラミックフィラーとしては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂（クォーツ、クリストバライト）、フォルステライト、コージェライト、ムライト、ＺｒＯ₂、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、マグネシア、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、ＭｇＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃などのチタン酸塩の群から選ばれる少なくとも１種が挙げられ、ガラス２０〜８０質量％、フィラー２０〜８０質量％の割合で混合されることが望ましい。

一方、配線導体層は、誘電体基板と同時焼成して形成するために、誘電体基板を形成するセラミック材料の焼成温度に応じて種々組み合わせられ、例えば、セラミック材料が前記（１）の場合、タングステン、モリブデン、マンガン、銅の群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする導体材料が好適に用いられる。また、低抵抗化のために、銅などとの混合物としてもよい。セラミック材料が前記（２）（３）の低温焼成セラミック材料を用いる場合、銅、銀、金、アルミニウムの群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする低抵抗導体材料が用いられる。

誘電体基板は、誘電率を高くすることで、小さな面積でも充分な静電容量を得ることができるため、ストリップライン長を短縮して、全体構造の小型化に供することができる。また、配線や線路などを低損失の低抵抗導体によって形成できることから、前記（１）（２）の低温焼成セラミック材料によって形成することが望ましい。
この多層基板Ａの具体的な製造方法を説明する。アルミナ、ムライト、フォルステライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラスなどをベースとして、公知の焼結助剤や高誘電率化に寄与するチタン酸塩などの化合物をこれに添加混合してセラミックグリーンシートを作成する。

セラミックグリーンシートの表面に導体層を形成する。導体層の形成方法は、前記金属を含有する導体ペーストをセラミックグリーンシートの表面に塗布したり、金属箔を貼付したりする。
上述した各回路を構成する導体パターンをそれぞれ形成した後、導体パターンが形成されたセラミックグリーンシートを積層し、所要の圧力と温度の下で熱圧着し、焼成する。この場合、各誘電体層１１〜１７には、複数の層にわたって形成された回路を厚み方向に接続するために、貫通孔に導体ペーストが充填してなるビアホール導体が適宣形成される。

そして、セラミックグリーンシートを、これらの導体層と同時焼結する。
なお、本発明の高周波モジュールにおいて、多層基板を構成する誘電体層の比誘電率は、１０以上、特に１５〜２５であることが望ましい。このように誘電体層を高誘電率化することで、各回路を構成する分布定数線路の長さを短縮するとともに、キャパシタ素子の対向面積を減少することができ、高周波モジュールの小型化を実現することが可能となる。

図４に、本発明の高周波モジュールを実装した多層基板の要部断面図を示す。
図４（ａ）において、スイッチ回路ＳＷ１１０，ＳＷ１２０の分布定数線路ＬＧ３が多層基板Ａの上面に形成され、複数の送受信系を切り分ける分波回路ＤＩＰ１０の低域通過フィルタＬＰＦ２０を構成する分布定数線路ＬＤ２が、誘電体層１３，１４間、及び誘電体層１４，１５間に内装されている。

そして、誘電体層１１，１２間には、干渉防止用接地パターン８が、分布定数線路ＬＤ２と分布定数線路ＬＧ３との間に設けられている。干渉防止用接地パターン８は、ビアホール導体９を通して、多層基板の下面の接地用端子パターン７と接続している。したがって、干渉防止用接地パターン８は接地電位に保たれるので、スイッチ回路ＳＷ１１０，ＳＷ１２０と、分波回路ＤＩＰ１０との間の干渉を防止する役割を果たす。そのため、ＧＳＭ（９００ＭＨｚ）帯で通信しているとき、ＧＳＭ（９００ＭＨｚ）帯の電力増幅回路ＡＭＰ１１０から放出される高調波不要成分が、分波回路ＤＩＰ１０のＧＳＭ側低域通過フィルタＬＰＦ１０で減衰される前に、直接ＤＣＳ側の低域通過フィルタＬＰＦ２０に入り込んで、ＤＣＳ帯を通過し、ＡＮＴ端子から高調波不要成分が放出されることを防止できる。

さらに、図４（ｂ）に示すように、多層基板の内層部分、誘電体層１３，１４間、誘電体層１４，１５間に結合回路ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０を構成する分布定数線路ＬＧ４，ＬＤ４と、分波回路ＤＩＰ１０の低域通過フィルタを構成する分布定数線路ＬＧ２，ＬＤ２が配置されている。
これらの分布定数線路ＬＧ４，ＬＤ４と、分布定数線路ＬＧ２，ＬＤ２との間には、誘電体層を貫通して設けられた接地ビアホール導体６が形成されている。この接地ビアホール導体６は、多層基板Ａの上面から下に延びて、多層基板下面の接地用端子パターン７に結合されている。

この接地ビアホール導体６により、送信時に、電力増幅回路ＡＭＰ１１０，１２０から放出される高周波成分が、直接低域通過フィルタＬＰＦ１０，２０に入り込んで、適切なフィルタ回路を経由せずにアンテナ端子ＡＮＴに放出されたり、受信端子に回り込んで受信信号に干渉したりするのを防止できる。
図５は、本発明による高周波モジュールの各誘電体層表面の導体パターン図である。１１〜１７は多層基板を形成する各誘電体層を示す。

図５（a）は誘電体層１１の表面、（b）は誘電体層１２の表面、（c）は誘電体層１３の表面、（d）は誘電体層１４の表面、（e）は誘電体層１５の表面、（f）は誘電体層１６の表面をそれぞれ示している。
図５において、（a）の表層に配置されているＧＳＭ帯域側のスイッチ回路ＳＷ１１０を構成する分布定数線路等のパターンと、（d）、（e）に示す分波回路ＤＩＰ１０のＤＣＳ帯域側回路の低域通過フィルタＬＰＦ２０を構成する分布定数線路等のパターンとの間の、誘電体層１２の表面に、（b）のように干渉防止用接地パターン８を設けている。

同様に図５において、（d）、（e）に示す結合回路ＣＯＰ１０を構成する分布定数線路等のパターンのパターン分波回路ＤＩＰ１０の低域通過フィルタＬＰＦ１０を構成する分布定数線路等のパターンとを互いに重ならない位置に配置し、これらのパターンの間に、（b）に示すように、２層目に設けた干渉防止用接地パターン８から裏面のグランド電極７まで貫通する接地ビアホール導体６を設けている。

以上の図４、図５では、スイッチ回路ＳＷ１１０と、分波回路ＤＩＰ１０との間に、干渉防止用接地パターン８を設けていたが、干渉防止用接地パターンの設置場所は、これに限られるものではない。
例えば、前記分波回路ＤＩＰ１０を構成する分布定数線路等のパターンと、前記結合回路ＣＯＰ１０，２０を構成する分布定数線路等のパターンとが互いに異なる誘電体層に配置されている場合に、多層基板上方から見て素子の重なる箇所において、前記２つの異なる誘電体層間に干渉防止用接地パターンを設けてもよく、また、前記スイッチ回路ＳＷ１１０，１２０を構成する分布定数線路等のパターンと前記結合回路ＣＯＰ１０，２０を構成する分布定数線路等のパターンとの間に干渉防止用接地パターンを設けても、干渉防止のために効果的である。

また、以上の図４、図５では、結合回路ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０と、分波回路ＤＩＰ１０との間に、接地ビアホール導体６を設けていたが、接地ビアホール導体の設置場所は、これに限られるものではない。
例えば、前記分波回路ＤＩＰ１０を構成する分布定数線路等のパターンとスイッチ回路ＳＷ１１０，１２０を構成する分布定数線路等のパターンとの間、前記スイッチ回路ＳＷ１１０，１２０を構成する分布定数線路等のパターンと結合回路ＣＯＰ１０，２０を構成する分布定数線路等のパターンとの間に設けても、干渉防止のために効果的である。

以上のように、本発明の構成によれば、分波回路、スイッチ回路、結合回路間の干渉を小さくすることができ、モジュール化する上で起こりうる可能性のある特性の悪化を防ぎ、特性の良好な高周波モジュールが実現できる。
なお、上記の実施例においてＤＣＳとＧＳＭの組み合わせによるマルチバンドで説明したが、本発明は他の通信系の組み合わせにおいても適用できる。

図６は、図５に示すグランド電極を設ける前後の、ＧＳＭ方式における結合回路ＣＯＰ１０の入力端子からアンテナ端子への通過波形を示す。
図６（a）のグラフは、図５に示した本発明の接地ビアホール導体６を設けた場合の通過特性図を示し、（b）のグラフは、接地ビアホール導体を設けない従来構成の通過特性図を示す。

f１はＧＳＭ方式の通過帯域の中心周波数を示し、f２はf１の２倍周波数での減衰量、f３はf１の３倍周波数での減衰量を示している。
図６（a）に示すように、本発明の実施により、（ｂ）と比べて、通過周波数の２倍周波数で１０ｄＢ、３倍周波数で７．７ｄＢ減衰特性が改善できた。
また、本発明の干渉防止用接地パターン８を設けることにより、電力増幅回路を動作させた時に発生する高調波においても、ＧＳＭ方式の通過帯域の２倍周波数で４ｄＢ、３倍周波数で２ｄＢの改善ができた。

特に、ＧＳＭ方式のスイッチ回路ＳＷ１１０とＤＣＳ方式の分波回路ＤＩＰ１０との間の干渉を低減することで、ＧＳＭ方式の２倍周波数におけるハーモニクス特性改善効果が高いといえる。このように、スイッチ部と分波回路、分波回路と結合回路との間にグランド電極を設けることで、各素子間の干渉が低減し、高周波モジュールのハーモニクス特性が改善できる。以上の説明では主として、ＧＳＭ方式の通過帯域の２倍、３倍周波数の特性改善の効果を説明したが、本発明はそれに限られたものではなく、マルチバンド対応携帯電話機に使用される通信方式に対して好適に利用できる。

本発明の高周波モジュールのブロック図である。 本発明の高周波モジュールの回路図である。 本発明の高周波モジュールの多層基板への実装例を示す一部切欠斜視図である。 本発明の高周波モジュールを実装した多層基板の要部断面図である。 本発明の高周波モジュールを実装した多層基板を構成する各誘電体層の導体パターン図である。 （ａ）は本発明の実施例にかかる結合回路からアンテナ端子への通過特性を示すグラフ、（b）は従来の形態による結合回路からアンテナ端子への通過特性を示すグラフである。 従来の高周波モジュールのブロック図である。

符号の説明

ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０ 電力増幅回路
ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０ 結合回路
ＤＩＰ１０ 分波回路
ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０ 整合回路
ＳＷ１１０、ＳＷ１２０ スイッチ回路
６ 接地ビアホール導体
７ 多層基板下面の接地用端子パターン
８ 干渉防止用接地パターン
１１〜１７ 誘電体層

Claims (5)

1. 複数の誘電体層が積層されてなる多層基板の表面及び内部に実装される高周波モジュールであって、
   アンテナ端子に接続され、通過帯域の異なる複数の送受信系を切り分ける分波回路と、
   前記分波回路に接続され、送受信系を送信系と受信系とに切り替えるスイッチ回路と、
   前記スイッチ回路に接続され各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する高周波増幅用半導体素子及び整合回路と、
   前記スイッチ回路と整合回路との間に設置され、送信系の送信信号からモニタ信号を取り出すための結合回路とを備え、
   前記分波回路、前記スイッチ回路及び前記結合回路を構成する素子の少なくとも一部を多層基板内部に実装し、
   前記多層基板内部に実装された、前記分波回路を構成する素子、前記スイッチ回路を構成する及び前記結合回路を構成する素子のうち少なくとも２つが互いに異なる層に配置され、
   多層基板上方から見て素子の重なる箇所において、前記２つの異なる層間にグランド電位となる電極パターンを設けたことを特徴とする高周波モジュール。
2. 前記多層基板内部に実装された、前記分波回路を構成する素子、前記スイッチ回路を構成する素子及び前記結合回路を構成する素子のうち少なくとも２つが、多層基板上方から見て重ならない箇所において、前記素子間を隔てるグランド電位となるビアホール導体を設けたことを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。
3. 前記分波回路を構成する素子を、前記スイッチ回路を構成する素子の直下に配置し、かつ前記分波回路と前記スイッチ回路の間にグランド電極パターンを設けた請求項１又は請求項２記載の高周波モジュール。
4. 前記結合回路を構成する素子と前記分波回路を構成する素子との間にグランド電位となるビアホール導体を設けたことを特徴とする請求項２記載の高周波モジュール。
5. 前記請求項１から請求項４のいずれかに記載の高周波回路モジュールを搭載したことを特徴とする携帯電話機などの無線通信装置。

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