JP2008085987A

JP2008085987A - インピーダンス整合方法およびそれを用いた信号処理回路を製造する方法、信号処理回路、無線装置

Info

Publication number: JP2008085987A
Application number: JP2007174213A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Baba; 清一馬場
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2008-04-10
Also published as: US20080136728A1

Abstract

【課題】インピーダンスの整合状態を安定させること。
【解決手段】アンテナ１０は、所定の周波数帯の信号を送受信する。高周波信号処理部２０は、アンテナ１０で送受信される信号に対して、信号処理を実行する。信号経路は、アンテナ１０と高周波信号処理部２０とを接続する。信号経路は、その途中の一点において、少なくともインダクタンス成分とキャパシタンス成分とがそれぞれ含まれた複数の支線経路に分岐し、他の一点において、分岐したそれぞれの支線経路が集結するように構成される。複数の支線経路の数は、高周波信号処理部２０からアンテナ１０に至る経路におけるインピーダンスが、周波数帯において、高周波信号処理部２０のインピーダンスと整合するように調整される。
【選択図】図１

Description

本発明は、アナログ回路技術に関し、特に、高周波アナログ回路でのインピーダンスを整合するインピーダンス整合方法およびそれを用いた信号処理回路を製造する方法、信号処理回路、無線装置に関する。

近年、データ通信の高速化を実現するために、ＵＷＢ（ＵｌｔｒａＷｉｄｅＢａｎｄ）に代表される様々な高速データ通信方式が提唱されている。高速データ通信においては、通信機器に搭載される種々の回路がブロードバンド化に対応できなければならない。ブロードバンド化とは、使用する周波数帯が広帯域にわたっていることを指し、狭帯域の処理に比べ困難な点が多い。

例えば、ＵＷＢに使用されるＬＮＡ（ＬｏｗＮｏｉｓｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）は、広帯域なインピーダンス整合を実現することが要求される。このインピーダンス整合は、ＬＮＡからアンテナまでに配置された信号線路のインピーダンスに依存する。一般的に、信号線路はＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）内にパッケージ化され、複数のリードピンやボンディングワイヤ等が配備される。したがって、これらの信号線路に起因するインピーダンスを考慮して、ＩＣを設計する必要があった。従来、ＩＣ、特に、信号線路に含まれるボンディングワイヤのインピーダンスの値を調整することによって、インピーダンス整合を実現していた（たとえば、特許文献１参照）。
特表２００４−５１９９４１号公報

一般的に、信号線路に含まれるボンディングワイヤ等は、周波数に応じて特性が大きく変動する寄生成分を有することが知られている。ここで、使用周波数帯が広帯域となる場合、ボンディングワイヤ等の寄生成分は周波数に大きく依存して変動するため、インピーダンスの整合状態が安定しないといった課題がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、安定したインピーダンス整合が実現できるインピーダンス整合方法およびそれを用いた信号処理回路を製造する方法、信号処理回路、無線装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の信号処理回路は、所定の周波数帯の信号を送受信するアンテナと、アンテナで送受信される信号に対して、信号処理を実行する高周波信号処理部と、アンテナと高周波信号処理部とを接続する信号経路と、を備える。信号経路は、その途中の一点において、少なくともインダクタンス成分とキャパシタンス成分とがそれぞれ含まれた複数の支線経路に分岐し、他の一点において、分岐したそれぞれの支線経路が集結するように構成され、複数の支線経路の数は、高周波信号処理部からアンテナに至る経路におけるインピーダンスが、周波数帯において、高周波信号処理部のインピーダンスと整合するように、調整される。

「複数の支線経路の数は、・・・調整される」は、信号経路の数を調整して設計することを含み、また、信号の周波数帯に応じて、高周波信号処理部に接続される信号経路の数が変更されることを含み、たとえば、処理対象の信号の周波数帯が切り替わる信号処理回路の場合、処理対象の信号の周波数帯の切り替わりに応じて、高周波信号処理部に接続される信号経路の数が変更されることを含む。また、支線経路は、たとえば、高周波信号処理部を含むＩＣのリードピンや、高周波信号処理部を含むＩＣに付着されたボンディングワイヤや、高周波信号処理部を含むＩＣ内の電極パッドなどを含んでもよい。

この態様によると、高周波信号処理部との間でインピーダンスが整合されるように、周波数帯に応じて、支線経路の数を調整することによって、回路規模の増加を抑えつつ、安定的なインピーダンス整合が容易に実現できる。

高周波信号処理部は、実数成分と、実数成分に比べて０に近い虚数成分とを含むインピーダンスを有してもよい。支線経路の数は、高周波信号処理部からアンテナに至る経路での周波数帯におけるインピーダンスの虚数成分が０に近くなり、かつ、その実数成分が高周波信号処理部のインピーダンスの実数成分に近くなるように、調整されてもよい。

この態様によると、高周波信号処理部からアンテナに至る経路での周波数帯におけるインピーダンスの虚数成分が０に近くなり、かつ、その実数成分が高周波信号処理部のインピーダンスの実数成分に近くなるように、支線経路の数が調整されることによって、所望の周波数帯においては、周波数に依存せずに、安定的なインピーダンス整合が容易に実現できる。

支線経路の数は、高周波信号処理部からアンテナに至る経路に含まれるインダクタンス成分とキャパシタンス成分により決定される当該信号経路での反射損失が０に近くなるように、調整されてもよい。この場合、高周波信号処理部からアンテナに至る経路に含まれるインダクタンス成分とキャパシタンス成分により決定される当該信号経路での反射損失が０に近くなるように、支線経路の数が調整されることによって、良好なインピーダンス整合を容易に実現できる。

信号処理回路は、信号経路中のうちのアンテナに接続し分岐された支線経路が集結した点の後段に、一端において接続され、他端において接地された少なくとも１以上のキャパシタンス素子をさらに備えてもよい。高周波信号処理部からアンテナに至る経路におけるインピーダンスが、周波数帯において、高周波信号処理部のインピーダンスと整合するように、支線経路の数とキャパシタンス素子の数とが調整されてもよい。この場合、高周波信号処理部のインピーダンスと整合するように、支線経路の数とキャパシタンス素子の数とを調整することによって、設計の自由度を向上でき、安定的なインピーダンス整合された信号処理回路を容易に設計できる。

本発明の別の態様は、無線装置である。この装置は、信号処理回路と、信号処理回路に接続され、無線通信を実行する通信実行部と、を備える。この場合、安定的にインピーダンスが整合された信号処理回路を備えることによって、良好な通信が実現できる。

本発明のさらに別の態様は、インピーダンス整合方法である。この方法は、所定の周波数帯の信号を送受信するアンテナと、アンテナで送受信される信号に対して、信号処理を実行する高周波信号処理部と、アンテナと高周波信号処理部とを接続する信号経路と、を備えた信号処理回路において、高周波信号処理部のインピーダンスと、高周波信号処理部からアンテナに至る経路におけるインピーダンスとを周波数帯において整合するインピーダンス整合方法であって、周波数帯を決定するステップと、信号経路の途中の一点において、少なくともインダクタンス成分とキャパシタンス成分とがそれぞれ含まれた複数の支線経路に分岐し、他の一点において、分岐したそれぞれの支線経路が集結するように、信号経路を構成するステップと、決定するステップによって決定された周波数帯に応じて、高周波信号処理部からアンテナに至る経路での周波数帯におけるインピーダンスの虚数成分が０に近くなり、かつ、その実数成分が一定になるように、複数の支線経路の数を調整するステップと、調整するステップを実施した後に、高周波信号処理部からアンテナに至る経路での周波数帯におけるインピーダンスに近くなるように、高周波信号処理部のインピーダンスを調整するステップと、を含む。

本発明のさらに別の態様は、信号処理回路を製造する方法である。この方法は、所定の周波数帯の信号を送受信するアンテナと、アンテナで送受信される信号に対して、信号処理を実行する高周波信号処理部と、アンテナと高周波信号処理部とを接続する信号経路と、を備えた信号処理回路であって、高周波信号処理部のインピーダンスと、高周波信号処理部からアンテナに至る経路におけるインピーダンスとを周波数帯においてインピーダンスが整合された信号処理回路を製造する方法であって、周波数帯を決定するステップと、信号経路の途中の一点において、少なくともインダクタンス成分とキャパシタンス成分とがそれぞれ含まれた複数の支線経路に分岐し、他の一点において、分岐したそれぞれの支線経路が集結するように信号経路を構成するステップと、決定するステップによって決定された周波数帯に応じて、高周波信号処理部からアンテナに至る経路での周波数帯におけるインピーダンスの虚数成分が０に近くなり、かつ、その実数成分が一定になるように、支線経路の数を調整するステップと、調整するステップを実施した後に、高周波信号処理部に対し、高周波信号処理部からアンテナに至る経路での周波数帯におけるインピーダンスに近くなるように、高周波信号処理部のインピーダンスを調整するステップと、を含む。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を製造方法、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、安定的なインピーダンス整合が実現できる。

本発明の実施形態を具体的に説明する前に、まず、概要について述べる。本発明の実施形態にかかる無線装置は、所望の周波数帯において、安定的に良好なインピーダンス整合状態を保つ特性を有する。また、本実施形態の無線装置は、ＵＷＢなどの広帯域通信に好適となる。

一般的に、ＵＷＢを適用した無線装置には、マイクロ波帯低雑音増幅器が搭載されている。マイクロ波帯低雑音増幅器では、良好な利得、雑音指数、入力整合等を実現することが望ましい。しかしながら、設計段階において、マイクロ波帯低雑音増幅器に接続されたリードピン、ボンディングワイヤ等のアセンブリに起因する寄生成分を考慮しなければ、所望の特性を得ることができない。

ところが、ＵＷＢなどの超広帯域を使用する通信方式を想定した低雑音増幅器の設計では、超広帯域にわたって入力整合を満たす必要があり、ＬＣラダー型増幅器や分布定数型増幅器が回路構成として使用される。これらの回路構成では、増幅器からアンテナに至る経路におけるインピーダンスが周波数に依存して変化しないように、たとえば、５０オーム一定となるように設計する必要がある。しかしながら、アセンブリに起因するリアクタンス成分を含めた設計することは難しい。

そこで、本実施形態は、現実的なアセンブリ形態であっても、広帯域にわたって良好な増幅器動作が得られるようにするものである。具体的には、増幅器を基点としたアンテナ側のインピーダンスの周波数依存性を低減し、周波数によらず、ほぼ一定になるように設計する。詳細は後述するが、増幅器とアンテナの間に配置されるＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号経路（以下、「信号経路」と表記する）を複数設けたり、信号経路中の電極パッドに調整用キャパシタンスを追加する。これにより、インピーダンスの虚数成分を小さくし、インピーダンスの周波数依存性を小さくできる。そうすると、使用帯域でのインピーダンスが大きく変化しなくなるため、ほぼ一定にできる。さらに、インピーダンスを純抵抗化することによって、増幅器との間のインピーダンス整合を容易に実現することができる。なお、以下においては、説明の便宜上、受信系統についてのインピーダンス整合について説明し、送信系統については説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態にかかる無線装置１００の構成例を示す図である。無線装置１００は、アンテナ１０と、信号経路４００と、高周波信号処理部２０とベースバンド信号処理部４０と制御部７０を含む。アンテナ１０は、図示しない通信相手の無線装置から送信された信号を受信する。信号経路４００は、アンテナ１０からの信号を高周波信号処理部２０に伝える。高周波信号処理部２０は、信号経路４００からの信号に対し、所定の高周波信号処理を実行する。ベースバンド信号処理部４０は、高周波信号処理部２０によって処理された信号に対し、復調処理などを実行する。制御部７０は、高周波信号処理部２０とベースバンド信号処理部４０のそれぞれの動作を制御する。

図２は、図１の高周波信号処理部２０と信号経路４００の構成例を示す図である。信号経路４００と高周波信号処理部２０は、アンテナ１０とベースバンド信号処理部４０との間に設置され、複数のアナログ素子がパッケージ化されたＲＦＩＣ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）であってもよい。本実施例では、高周波信号処理部２０は、増幅回路３０を含む。本図では、増幅回路３０のみを図示しているが他の構成が含まれていてもよい。信号経路４００は、容量部２８で代表される第１容量部２８ａ〜第ｍ容量部２８ｍとを含む。容量部２８の個数は、ｍ個となる。また、信号経路４００は、支線経路４１０で代表される第１支線経路４１０ａ〜第ｎ支線経路４１０ｎを含む。図示するごとく、信号経路４００は、その途中の一点において、少なくともインダクタンス成分とキャパシタンス成分とがそれぞれ含まれた複数の支線経路４１０に分岐し、他の一点において、分岐したそれぞれの支線経路４１０が集結するように構成される。

それぞれの支線経路４１０は、リードピン２２で代表される第１リードピン２２ａ〜第ｎリードピン２２ｎと、ボンディングワイヤ２４で代表される第１ボンディングワイヤ２４ａ〜第ｎボンディングワイヤ２４ｎと、電極パッド２６で代表される第１電極パッド２６ａ〜第ｎ電極パッド２６ｎと、を含む。リードピン２２とボンディングワイヤ２４と電極パッド２６の個数は、それぞれｎ個となる。なお、説明の便宜上、高周波信号処理に関する他の構成、たとえば、発振器やフィルタなどは図示を省略した。

図示するごとく、アンテナ１０は、信号経路４００を介して、高周波信号処理部２０と接続される。信号経路４００に含まれる支線経路４１０の数は、処理対象の信号の有する周波数帯に応じて、調整される。詳細は後述する。容量部２８は、高周波信号処理部２０における静電破壊を防止するために備えられてもよい。容量部２８の数は、処理対象の信号の有する周波数帯に応じて、調整されてもよい。高周波信号処理部２０に含まれる増幅回路３０は、信号経路４００を経て受信した信号の振幅を増幅し、ベースバンド信号処理部４０に伝える。

一般に、チップ内の増幅器からアンテナ側をみたときのインピーダンスは周波数に対して一定とはならず、信号経路４００中のボンディングワイヤ、リードピンなどの寄生成分の影響により、強い周波数依存性を有する。そこで、複数のリードピン、ボンディングワイヤ、パッド電極などを組み合わせた場合における寄生成分の影響を最小にすることで、広帯域整合に適した回路を提供する。

本実施形態の無線装置１００におけるインピーダンス整合は、以下の手順により実施される。
（１）等価回路を求め、回路全体のインピーダンスを導出するための式を導く。
（２）等価回路係数を導出し、（１）で導いた式に代入する。
（３）（２）で求めた式における周波数特性を目的関数として、信号経路４００の数ｎと容量部２８の数ｍを最適化する。
（４）（３）で求めた信号経路４００の数ｎと容量部２８の数ｍとを（２）で求めた式に代入し、増幅回路３０からアンテナ１０に至る経路におけるインピーダンスを求める。さらに、増幅回路３０のインピーダンスを、求めたインピーダンスの値に設定する。

後述する図４において図２の等価回路の説明を明瞭にするために、その比較対象として、図２の高周波信号処理部２０を簡易に構成した場合、すなわち、支線経路４１０が１つである場合について、素子レベルの等価回路を示す。図３は、図２の支線経路４１０の第１等価回路２００の構成例を模式的に示す図である。第１等価回路２００は、第１インダクタ５０と、第１キャパシタンス５２と、第２インダクタ５４と、第２キャパシタンス５６と、第１抵抗５８と、第３キャパシタンス６０とを含む。

第１インダクタ５０と第１キャパシタンス５２は、図２のリードピン２２の等価回路を示す。第２インダクタ５４は、図２のボンディングワイヤ２４の等価回路を示す。第２キャパシタンス５６と第１抵抗５８は、図２の電極パッド２６の等価回路を示す。第３キャパシタンス６０は、容量部２８の等価回路を示す。なお、各々の等価回路は、電磁界シミュレーションや試料測定による等価回路解析などにより、求められる。ここで、第１インダクタ５０は、寄生インダクタンスとして、Ｌｐを有する。第１キャパシタンス５２は、寄生キャパシタンスとして、Ｃｐを有する。第２インダクタ５４は、寄生インダクタンスとして、Ｌｗを有する。第２キャパシタンス５６は、寄生キャパシタンスとして、Ｃｓを有する。第１抵抗５８は、抵抗値として、Ｒｓを有する。第３キャパシタンス６０は、寄生キャパシタンスとして、Ｃｅｓｄを有する。

図示するごとく、リードピン２２は、寄生成分として、インダクタンスＬｐとキャパシタンスＣｐとを含む。具体的なＬｐとＣｐの値は、電磁界シミュレータなどによる解析により、それらの形状等から計算できる。本実施形態において処理対象としている信号の周波数帯は、マイクロ波帯であるため、リードピン２２は長さが短いものが使用されるため、Ｌｐは、小さな値となる。また、ボンディングワイヤ２４の主な寄生成分は、インダクタンスＬｗとなる。このＬｗも、Ｌｐ等と同様に、その形状から計算できる。なお、近似式を用いて、Ｌｗの値を算出してもよい。

つぎに、図２に示すような、アンテナ１０から高周波信号処理部２０に至る支線経路４１０が複数存在する場合についての等価回路を示す。図４は、図２の高周波信号処理部２０の第２等価回路３００の構成例を示す模式的に示す図である。第２等価回路３００は、図２に図示した信号経路４００および容量部２８の個数を複数にした場合の等価回路である。また、第２等価回路３００では、それぞれの寄生インダクタンスまたは寄生キャパシタンスをＺで表現している。

図４に破線で図示するごとく、Ｚ０は、図２のアンテナ１０のインピーダンスを示す。また、Ｚ１は、リードピン２２のインピーダンスを示す。また、Ｚ２は、図２のボンディングワイヤ２４のインピーダンスを示す。また、Ｚ３は、図２の電極パッド２６のインピーダンスを示す。また、Ｚ４は、図２の容量部２８のインピーダンスを示す。なお、前述したごとく、リードピン２２のインダクタンスＬｐの値は比較的小さいため、簡略化のために、無視するものとした。また、図４において、Ｙ’、Ｙ’’、Ｚ’’’、Ｙｔｏｔａｌは、それぞれ、図示する位置を基準とした図中左側の回路のアドミッタンス、もしくは、インピーダンスを示す。

ここで、アンテナ１０の基準インピーダンスをＲ、リードピン２２の寄生キャパシタンスをＣｐ、ボンディングワイヤ２４の寄生インダクタンスをＬｗ、電極パッド２６の寄生成分をそれぞれＣｓおよびＲｓ、容量部２８の寄生キャパシタンスをＣｅｓｄとすれば、Ｙ０〜Ｙ４またはＺ０〜Ｚ４は、以下のように書ける。なお、Ｙ０〜Ｙ４は、Ｚ０〜Ｚ４のそれぞれのアドミッタンスを示す。

以下に、図４に示す第２等価回路３００をもとに、Ｙ’、Ｙ’’、Ｚ’’’（Ｙ’’’）、および、Ｙｔｏｔａｌを示す。

ここで、式（１）〜式（５）を式（１０）に代入することにより、高周波信号処理部２０からアンテナ１０側をみたアドミッタンスＹｔｏｔａｌないしはインピーダンスＺｔｏｔａｌは、周波数（ω＝２πｆ）の関数として、以下のように導出される。

ここで、式（１４）において、所望の周波数帯におけるＩｍ（Ｙｔｏｔａｌ）が０になり、かつ、式（１３）において、所望の周波数帯におけるＲｅ（Ｙｔｏｔａｌ）の微分値が０となるように、係数ｎ、ｍを調整する。Ｉｍ（Ｙｔｏｔａｌ）が０となることにより、アドミッタンスＹｔｏｔａｌを純アドミッタンス化できる。これにより、増幅回路３０の寄生成分を抵抗成分に設定するだけで、インピーダンス整合が実現できることとなる。また、Ｒｅ（Ｙｔｏｔａｌ）の微分値が０となることにより、アドミッタンスＹｔｏｔａｌの周波数依存性を排除できる。すなわち、周波数が変化しても、アドミッタンスＹｔｏｔａｌが変化せず、一定となる。また、これらの特性を満たす周波数が広帯域にわたって存在する場合、無線装置１００は、広帯域な整合特性を得ることができる。

つぎに、等価回路定数を求める。具体例を用いて説明する。図２に図示したリードピン２２は、インダクタンスＬｐと対接地容量Ｃｐとで等価回路を表現でき、電磁界シミュレータによる解析でその形状から直接計算できる。また、ボンディングワイヤ２４の主な寄生成分は、インダクタンスＬｗである。これも電磁界シミュレータを用いてその形状から計算できるが、近似式を用いたインダクタンス値を算出してもよい。これらの等価回路定数を以下に示す。
リードピン２２のインダクタンス（Ｌｐ）＝０．２ｎＨ・・・（式１５）
リードピン２２の対接地容量（Ｃｐ）＝０．１３ｐＦ・・・（式１６）
ボンディングワイヤ２４のインダクタンス（Ｌｗ）＝２．０ｎＨ・・・（式１７）

つぎに、Ｓｉ半導体基板に形成された電極パッド２６は、接地電位との間に基板容量Ｃｓと基板抵抗Ｒｓが直列接続で挿入された寄生成分が存在し、Ｓパラメータ評価により、測定、抽出ができる。なお、本実施形態において、複数の電極パッド２６のそれぞれの電極パッド面積は、同一としている。
電極パッド２６の基板容量（Ｃｓ）＝０．１８ｐＦ・・・（式１８）
電極パッド２６の基板抵抗（Ｒｓ）＝５５０Ω ・・・（式１９）

容量部２８は、高周波信号処理部２０の静電破壊保護回路（以下、「ＥＳＤ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＳｔａｔｉｃＤｉｓｃｈａｒｇｅ）」と表記する）として機能する。ＥＳＤは、ダイオードやＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のダイオード接続を用いて電極パッド２６に装荷される。後述する例においては、ＦＥＴのダイオード接続を用いている。また、ＥＳＤとして、対接地容量Ｃｅｓｄを等価回路として与えた。なお、ＥＳＤを装荷しない場合は、同等の容量で代替可能である。
単位ＥＳＤの対接地容量（Ｃｅｓｄ）＝０．０５ｐＦ（式２０）

ここで、式（１５）〜式（２０）に示した寄生成分、等価回路定数を式（１３）、式（１４）に与えたときの周波数特性を示す。図５は、図１の無線装置１００における第１の周波数特性の例を示す図である。横軸は周波数、縦軸はアドミッタンスＹｔｏｔａｌを示す。また、第１の周波数特性の例では、アドミッタンスＹｔｏｔａｌの実数成分を実線で示し、虚数成分を破線で示した。また、ｎ＝１、ｍ＝２としている。

図示するごとく、アドミッタンスＹｔｏｔａｌの実数成分は、おおむね、＋０．００４から＋０．０２の範囲となる。また、虚数成分は、−０．００７から−０．００１の範囲となる。ここで、図１に示す無線装置１００において使用される周波数が３〜５ＧＨｚであると仮定すると、アドミッタンスＹｔｏｔａｌの実数成分は、ほぼ一定の＋０．０１から＋０．０１５の範囲となる。また、虚数成分は、０に近い−０．００７から−０．００１の範囲となる。

以上のように、無線装置１００に支線経路４１０を１つ設け、さらに、容量部２８を２個設けるだけで、高周波信号処理部２０からアンテナ１０に至る経路のインピーダンスの周波数依存性をほぼ解消できる。また、高周波信号処理部２０のインピーダンスを＋０．０１から＋０．０１５の範囲となるように調整することによって、インピーダンス整合が実現できることを示している。また、高周波信号処理部２０からアンテナ１０に至る経路のインピーダンスは周波数の変動に対して安定しているため、インピーダンスの整合状態が安定することとなる。

もう１つ例を示す。図６は、図１の無線装置１００における第２の周波数特性の例を示す図である。図５と同様に、アドミッタンスＹｔｏｔａｌの実数成分を実線で示し、虚数成分を破線で示した。なお、第２の周波数特性の例では、ｎ＝２、ｍ＝４としている。

図示するごとく、アドミッタンスＹｔｏｔａｌの実数成分は、おおむね、＋０．０１４から＋０．０２４の範囲となる。また、虚数成分は、−０．００４から＋０．００２の範囲となる。ここで、図１に示す無線装置１００において使用される周波数が３〜５ＧＨｚであると仮定すると、アドミッタンスＹｔｏｔａｌの実数成分は、ほぼ一定の＋０．０２３から＋０．０２４の範囲となり、また、虚数成分は、０に近い−０．００１から＋０．００１の範囲となる。

以上のように、無線装置１００に支線経路４１０を２つ設け、さらに、容量部２８を４個設けるだけで、高周波信号処理部２０からアンテナ１０に至る経路のインピーダンスの周波数依存性をより解消できる。また、高周波信号処理部２０のインピーダンスを＋０．０２３から＋０．０２４の範囲となるように調整することによって、インピーダンス整合が実現できることを示している。この場合、高周波信号処理部２０のインピーダンスは、抵抗成分とできるため、調整が容易となる。また、高周波信号処理部２０からアンテナ１０に至る経路のインピーダンスは周波数の変動に対して安定しているため、インピーダンスの整合状態がより安定することとなる。図５に示した例と比べると、図６に示す例のほうが、虚数成分は０に近く、また、所望の周波数帯における実数成分の範囲はほぼ一定となるため、図６のｎ＝２、ｍ＝４のほうが最適な条件となる。

図７は、図１の無線装置１００においてインピーダンス整合をするためのフローチャートである。まず、無線装置１００において使用する周波数帯を決定する（Ｓ１０）。つぎに、図４のように、等価回路を導出する（Ｓ１２）。導出した等価回路をもとに、式（１３）、式（１４）のように、周波数の関数で示される条件式を導出する（Ｓ１４）。さらに、式（１６）〜式（２０）で示されるような等価回路定数を導出し（Ｓ１６）、Ｓ１４で導出した条件式に代入する。つぎに、アドミッタンスの実数成分がωの関数とならないように、かつ、虚数成分が０に近くなるように、最適な支線経路４１０の数ｍと、容量部２８の数ｎとを導出する（Ｓ１８）。最後に、導出された支線経路４１０の数と、容量部２８の数とを式（１３）に代入して得たインピーダンスの値を高周波信号処理部２０におけるインピーダンスとなるように調整する（Ｓ２０）。なお、Ｓ１４とＳ１６の実施順序は逆でもよい。

本発明の実施形態によると、高周波信号処理部２０との間でインピーダンスが整合されるように、周波数帯に応じて、支線経路４１０の数を調整することによって、回路規模を増加させずに、安定的なインピーダンス整合が容易に実現できる。また、高周波信号処理部２０からアンテナに至る経路での周波数帯におけるインピーダンスの虚数成分が０に近くなり、かつ、その実数成分が高周波信号処理部のインピーダンスの実数成分に近くなるように、支線経路の数を調整することによって、所望の周波数帯においては、周波数に依存せずに、安定的なインピーダンス整合が容易に実現できる。また、虚数成分を０に近くすることによって、整合すべきインピーダンスが純抵抗化されるため、高周波信号処理部２０のインピーダンスの調整が簡易となる。また、高周波信号処理部２０からアンテナに至る経路での周波数帯におけるインピーダンスが高周波信号処理部２０のインピーダンスと整合するように、支線経路４１０の数と容量部２８の数とを調整することによって、設計の自由度を向上でき、安定的なインピーダンス整合された信号処理回路を容易に設計できる。また、インピーダンスが整合された信号処理回路を備えることによって、良好な通信が実現できる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施形態において、支線経路４１０の数と容量部２８の数を調整することによるインピーダンスの整合について説明した。しかしながらこれにかぎらず、たとえば、ボンディングワイヤ２４の長さや、電極パッド２６のパッド面積、あるいは、容量部２８の素子サイズをあわせて調整してもよい。これらを調整することによっても、インピーダンスを調整することが可能となるため、より柔軟に、最適な支線経路４１０の数と容量部２８の数を導出することができ、また、インピーダンス整合状態を実現できる。また、無線装置１００に受信系統におけるインピーダンス整合について説明したが、これにかぎらず、送信系統やローカル信号用増幅器等にも同様に適用でき、広帯域かつ整合状態のすぐれた高周波装置を実現できることはいうまでもない。

また、等価回路のインピーダンスの実数成分が一定となり、かつ、虚数成分が０に近くなるように、支線経路４１０の数と容量部２８の数を調整することについて説明した。ここで、最適な支線経路４１０の数と容量部２８の数とを導出するための目的関数として、高周波信号処理部２０からアンテナ１０に至る経路に含まれるインダクタンス成分とキャパシタンス成分により決定される信号経路４００での反射損失を用いてもよい。この場合の目的関数は、反射損失が０に近くなるように、設定されればよい。反射損失は、たとえば、以下のように決定されてもよい。このような態様をとることによって、より良好なインピーダンス整合が実現できる。

また、本実施形態では、図１に示す無線装置１００について説明したが、図８に示すような無線装置５００であってもよい。図８（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態の変形例である無線装置５００の構成例を示す図である。図８（ａ）に示す無線装置５００は、アンテナ１０と切替スイッチ８０と、第１信号経路４００ａと第１増幅回路３０ａとを含む受信系統回路と、第２信号経路４００ｂと第２増幅回路３０ｂとを含む送信系統回路とを含む。図示するごとく、切替スイッチ８０が、アンテナ１０と信号経路４００との間に挿入されていてもよい。また、切替スイッチ８０が第１増幅回路３０ａと第２増幅回路３０ｂに接続され、アンテナ１０と切替スイッチ８０の間に１系統の信号経路が挿入されてもよい。これにより、送受信処理を切替えられる。
図８（ｂ）に示す無線装置５００は、アンテナ１０と信号経路４００とフィルタ８２と増幅回路３０とを含む。この図では、フィルタ８２は、信号経路４００と増幅回路３０との間に挿入されている場合を示したが、アンテナ１０と信号経路４００の間に挿入されていてもよい。これにより、不要な帯域を除去できる。
図８（ｃ）に示す無線装置５００は、アンテナ１０と信号経路４００と可変減衰器８４と増幅回路３０とを含む。この図では、可変減衰器８４は、信号経路４００と増幅回路３０との間に挿入されている場合を示したが、アンテナ１０と信号経路４００の間に挿入されていてもよい。これにより、ダイナミックレンジを調整できる。
図８（ｄ）に示す無線装置５００は、アンテナ１０と信号経路４００とバラン（Ｂａｌｕｎ）８６と増幅回路３０とを含む。バラン８６とは、平衡−非平衡変換装置を意味する。図示するごとく、バラン８６から出力された２つの信号は、それぞれ、信号経路４００と増幅回路３０を介して、ベースバンド信号処理部４０に出力される。これにより、外部雑音の影響を低減できる。
以上のように、図８の無線装置５００に示すような態様であっても、図１に示す無線装置１００と同様の効果を奏することはいうまでもない。

本発明の実施形態にかかる無線装置の構成例を示す図である。図１の高周波信号処理部と信号経路の構成例を示す図である。図２の支線経路の第１等価回路の構成例を模式的に示す図である。図２の高周波信号処理部の第２等価回路の構成例を示す模式的に示す図である。図１の無線装置における第１の周波数特性の例を示す図である。図１の無線装置における第２の周波数特性の例を示す図である。図１の無線装置においてインピーダンス整合をするためのフローチャートである。図８（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態の変形例である無線装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１０アンテナ、２０高周波信号処理部、２２リードピン、２４ボンディングワイヤ、２６電極パッド、２８容量部、３０増幅回路、４０ベースバンド信号処理部、５０第１インダクタ、５２第１キャパシタンス、５４第２インダクタ、５６第２キャパシタンス、５８第１抵抗、６０第３キャパシタンス、７０制御部、１００無線装置、２００第１等価回路、３００第２等価回路、４００信号経路、４１０支線経路、５００無線装置。

Claims

所定の周波数帯の信号を送受信するアンテナと、
前記アンテナで送受信される信号に対して、信号処理を実行する高周波信号処理部と、
前記アンテナと前記高周波信号処理部とを接続する信号経路と、
を備え、
前記信号経路は、その途中の一点において、少なくともインダクタンス成分とキャパシタンス成分とがそれぞれ含まれた複数の支線経路に分岐し、他の一点において、分岐したそれぞれの支線経路が集結するように構成され、
前記複数の支線経路の数は、前記高周波信号処理部から前記アンテナに至る経路におけるインピーダンスが、前記周波数帯において、前記高周波信号処理部のインピーダンスと整合するように、調整されることを特徴とする信号処理回路。
前記高周波信号処理部は、実数成分と、前記実数成分に比べて０に近い虚数成分とを含むインピーダンスを有し、
前記支線経路の数は、前記高周波信号処理部から前記アンテナに至る経路での前記周波数帯におけるインピーダンスの虚数成分が０に近くなり、かつ、その実数成分が前記高周波信号処理部のインピーダンスの実数成分に近くなるように、調整されることを特徴とする請求項１に記載の信号処理回路。
前記支線経路の数は、前記高周波信号処理部から前記アンテナに至る経路に含まれるインダクタンス成分とキャパシタンス成分により決定される当該信号経路での反射損失が０に近くなるように、調整されることを特徴とする請求項１または２に記載の信号処理回路。
前記信号経路中のうちの前記アンテナに接続し分岐された支線経路が集結した点の後段に、一端において接続され、他端において接地された少なくとも１以上のキャパシタンス素子をさらに備え、
前記支線経路の数と前記キャパシタンス素子の数は、前記高周波信号処理部から前記アンテナに至る経路におけるインピーダンスが、前記周波数帯において、前記高周波信号処理部のインピーダンスと整合するように、調整されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の信号処理回路。
請求項１から４のいずれかに記載の信号処理回路と、
前記信号処理回路に接続され、無線通信を実行する通信実行部と、
を備えることを特徴とする無線装置。
所定の周波数帯の信号を送受信するアンテナと、前記アンテナで送受信される信号に対して、信号処理を実行する高周波信号処理部と、前記アンテナと前記高周波信号処理部とを接続する信号経路と、を備えた信号処理回路において、前記高周波信号処理部のインピーダンスと、前記高周波信号処理部から前記アンテナに至る経路におけるインピーダンスとを前記周波数帯において整合するインピーダンス整合方法であって、
前記周波数帯を決定するステップと、
前記信号経路の途中の一点において、少なくともインダクタンス成分とキャパシタンス成分とがそれぞれ含まれた複数の支線経路に分岐し、他の一点において、分岐したそれぞれの支線経路が集結するように、前記信号経路を構成するステップと、
前記決定するステップによって決定された周波数帯に応じて、前記高周波信号処理部から前記アンテナに至る経路での前記周波数帯におけるインピーダンスの虚数成分が０に近くなり、かつ、その実数成分が一定になるように、前記複数の支線経路の数を調整するステップと、
前記調整するステップを実施した後に、前記高周波信号処理部から前記アンテナに至る経路での前記周波数帯におけるインピーダンスに近くなるように、前記高周波信号処理部のインピーダンスを調整するステップと、
を含むことを特徴とするインピーダンス整合方法。
所定の周波数帯の信号を送受信するアンテナと、前記アンテナで送受信される信号に対して、信号処理を実行する高周波信号処理部と、前記アンテナと前記高周波信号処理部とを接続する信号経路と、を備えた信号処理回路であって、前記高周波信号処理部のインピーダンスと、前記高周波信号処理部から前記アンテナに至る経路におけるインピーダンスとを前記周波数帯においてインピーダンスが整合された信号処理回路を製造する方法であって、
前記周波数帯を決定するステップと、
前記信号経路の途中の一点において、少なくともインダクタンス成分とキャパシタンス成分とがそれぞれ含まれた複数の支線経路に分岐し、他の一点において、分岐したそれぞれの支線経路が集結するように前記信号経路を構成するステップと、
前記決定するステップによって決定された周波数帯に応じて、前記高周波信号処理部から前記アンテナに至る経路での前記周波数帯におけるインピーダンスの虚数成分が０に近くなり、かつ、その実数成分が一定になるように、前記支線経路の数を調整するステップと、
前記調整するステップを実施した後に、前記高周波信号処理部に対し、前記高周波信号処理部から前記アンテナに至る経路での前記周波数帯におけるインピーダンスに近くなるように、前記高周波信号処理部のインピーダンスを調整するステップと、
を含むことを特徴とする信号処理回路を製造する方法。