JP2014107668A - 移動通信端末用送受信モジュール、及び移動通信端末 - Google Patents

Abstract

【課題】チューナブルフィルタとキャンセラを組み合わせたチューナブル対応のデュプレクサは、一般的なデュプレクサと同等以上の送信−受信間アイソレーション特性を示す。さらに、アンテナインピーダンスが変動した場合、十分な送信−受信間アイソレーション特性を得ることが望まれる。
【解決手段】キャンセラが受信系に漏洩した送信信号レベルを検波する検波器と、インピーダンス変換器の入力側容量と出力側容量を調整する制御部を備え、送信信号レベルが所定値を上回った場合には送信信号レベルが低下するよう、制御部が入力側容量と出力側容量を調整することにより、アンテナインピーダンスが変動した場合の送信−受信間アイソレーションを向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は移動通信端末用送受信モジュール、及び移動通信端末に関する。特に、例えばWCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）方式やLTE（Long Term Evolution）方式等のワイヤレス通信システムに対応した移動通信端末用送受信モジュール、及び移動通信端末に関する。

携帯電話ではWCDMA方式、LTE方式が既に実用化されており、送受信同時動作のため、送信周波数と受信周波数はそれぞれ異なる帯域を使用している。これらの方式においては送受信帯域を分離するデュプレクサが用いられる。
非特許文献１にはデュプレクサの帯域外抑圧不足を補うため、受信帯の熱雑音をキャンセルする方法の記載がある。送信信号はノッチフィルタを用いて除去される。送信回路が発生する受信帯の熱雑音は振幅と位相が調整された後、デュプレクサとアンテナ端の間で合成される。これによって送信信号に与える影響を小さく抑えながら、受信帯の熱雑音をキャンセルしている。

WCDMA方式やLTE方式は複数の周波数Bandがあり、良好な高周波特性を得るために、携帯電話向けフロントエンドモジュール内にはそれぞれの周波数Bandごとにデュプレクサを備えている。更にLTE方式は、高速化を実現するMIMO(Multiple Input Multiple Output)技術を採用しているため、受信回路はアンテナの数だけ必要となる。よって今後の高速化に伴う受信回路規模増大が予想されるため、特許文献１にあるように、デュプレクサをチューナブルに切り替える技術が必要とされる。
特許文献１には、デュプレクサをチューナブルに切り替えるためのチューナブルフィルタ技術とキャンセラ技術の記載がある。複数の周波数バンドを選択的に通過させる可変特性を有するチューナブルフィルタの帯域外信号抑圧量不足を補償する技術としてキャンセラ技術がある。キャンセラは、チューナブルフィルタから出力される受信信号に含まれる送信信号の漏洩成分と受信帯の熱雑音の漏洩成分をキャンセルする。

特開２０１１−１２０１２０号公報

Adaptive Duplexer Implemented Using Single−Path and Multipath Feedforward Techniques With BST Phase Shifters ; IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 53, NO. 1 (JANUARY 2005) 3GPP TS 36.101 V9.6.0 (2010−12)

チューナブルフィルタの送信−受信間アイソレーション特性は、一般的なデュプレクサに対して劣るが、チューナブルフィルタとキャンセラを組み合わせたチューナブル対応のデュプレクサは、一般的なデュプレクサと同等以上の送信−受信間アイソレーション特性を示す。しかしながらアンテナインピーダンスが変動した場合、十分な送信−受信間アイソレーション特性を得ることが困難といった課題がある。
そこで本発明は、アンテナインピーダンスが変動した場合であっても十分な送信−受信間アイソレーション性能が得られる、チューナブル対応のデュプレクサを用いた移動通信端末用送受信モジュール、及び移動通信端末を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の一実施例においては、受信系に漏洩した送信信号レベルを検波する検波器と、キャンセラが有するインピーダンス変換器の入力側容量と出力側容量を調整する制御部を備え、受信系に漏洩した送信信号レベルが所定値を上回った場合には当該送信信号レベルが低減するよう、制御部が前記入力側容量と出力側容量を調整することにより、送信−受信間アイソレーションを向上させることを特徴としている。

本発明によれば、アンテナインピーダンスが変動した場合であっても、十分な送信−受信間アイソレーション性能を得ることができ、移動通信端末用送受信モジュール及びそれを用いた移動通信端末の基本性能を向上させることができるという効果がある。

第１の実施例における移動通信端末用送受信モジュールの構成例を示すブロック図である。 第１の実施例におけるインピーダンス変換器の回路図である。 第１の実施例におけるアンテナインピーダンス変動対策キャリブレーションのフローチャートである。 第１の実施例におけるアンテナインピーダンス変動が無い場合の送信−受信間アイソレーション特性を示す図である。 図４Ａにおける送信−受信間アイソレーションを示す図である。 第１の実施例におけるアンテナインピーダンス変動が有る場合の送信−受信間アイソレーション特性を示す図である。 図５Ａにおける抑圧量と送信−受信間アイソレーションを示す図である。 第１の実施例におけるアンテナインピーダンス変動によるTx(送信)端子のインピーダンス変化を示す図である。 第１の実施例におけるアンテナインピーダンス変動によるRx(受信)端子のインピーダンス変化を示す図である。 第１の実施例におけるアンテナインピーダンス変動が有る場合にキャリブレーション処理された後の送信−受信間アイソレーション特性を示す図である。 図７Ａにおける抑圧量と送信−受信間アイソレーションを示す図である。 第１の実施例における移動通信端末の構成例を示すブロック図である。 第２の実施例における移動通信端末用送受信モジュールの構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、第１の実施例における移動通信端末用送受信モジュールの構成例を示すブロック図である。本実施例の構成は、例えばWCDMA方式やLTE方式の移動通信端末用送受信モジュールを対象としているが、送信周波数と受信周波数にそれぞれ異なる帯域を割り当てて送受信同時動作する移動通信端末用送受信モジュールであれば、これに限定されるものではない。
チューナブルデュプレクサ７は、チューナブルフィルタ２、キャンセラ８、結合器３、検波回路４、制御部５、記憶部９で構成される。

まずチューナブルフィルタ２、キャンセラ８の構成、送信信号と受信信号の流れについて説明する。続いて制御部５を用いたキャンセラ８の動作原理、アンテナインピーダンスが変動した場合であっても送信−受信間アイソレーション(以下Tx−Rxアイソレーションと表記)性能を得るための仕組みについて結合器３、検波回路４、制御部５および記憶部９を用いて説明する。
チューナブルフィルタ２はアンテナ端子、送信端子(以下Tx端子と表記)、Rx端子(以下Rx端子と表記)の３端子を備えており、Txフィルタ２２とRxフィルタ２１で構成される。Tx端子はTxフィルタ２２の入力端子に相当し、Rx端子はRxフィルタ２１の出力端子に相当し、アンテナ端子はTxフィルタ２２の出力端子およびRxフィルタ２１の入力端子に相当する。

一方、キャンセラ８はRxフィルタ２１と同等の周波数特性を示すRxフィルタ８３、インピーダンス変換器８２、Txフィルタ２２と同等の周波数特性を示すTxフィルタ８１で構成される。Rxフィルタ８３の入力端子はTxフィルタ２２の入力端子と、Txフィルタ８１の出力端子はRxフィルタ２１の出力端子とそれぞれ接続される。
続いて送信信号と受信信号の流れについて説明する。RFIC６から出力される送信信号は、送信回路の一部であるPA (Power Amplifier)６２に入力され、所定の信号レベルまで増幅された後、チューナブルフィルタ２に入力される。チューナブルフィルタ２内のTxフィルタ２２では受信帯熱雑音は抑圧され、送信信号は低損失で通過する。チューナブルフィルタ２より出力された送信信号は、アンテナ１より外部へ放射される。

一方、アンテナ１より受信した受信信号は、チューナブルフィルタ２に入力される。チューナブルフィルタ２内のRxフィルタ２１では、送信信号の漏れ込みは抑圧され、受信信号は低損失で通過する。チューナブルフィルタ２より出力された受信信号は、受信回路の一部であるLNA(Low Noise Amplifier)６１を通過してRFIC６に入力される。尚、LNA６１は低雑音特性を有する増幅器であって、微弱な受信信号を所定値まで増幅させる。一方、PA６２は大振幅の信号を低歪みで出力する特性を有する増幅器であって、RFIC６から出力される信号を所定値まで増幅させる。

続いて制御部５を用いたキャンセラ８の動作原理について説明する。
キャンセラ８は受信系に漏洩する送信信号と受信帯雑音をキャンセルするため、受信系に漏洩する送信信号と受信帯雑音に対して同振幅・逆位相となるよう、キャンセラ８が有するRxフィルタ８３から出力される信号に対して信号処理を施して、受信信号と合成するようにしている。

図２は、第１の実施例におけるインピーダンス変換器８２の回路図である。図２に示すように、キャンセラ８が有するインピーダンス変換器８２はキャパシタ８０４と可変抵抗８０５を有する帰還回路と、インダクタ８０２、可変容量８０１および８０３を有する入力側整合回路８２０と、可変容量８１０および８１１を有する出力側整合回路８３０と、バイアス回路８０６と、ＭＯＳ８０８と、ＭＯＳ８０８のソース端子とＧＮＤ間のインダクタ８０９と、ＭＯＳ８０８のドレイン端子と電源間のインダクタ８０７で構成される。

制御部５は、RFIC６から入手した非特許文献２に記載の周波数Band情報、あるいは周波数チャネル情報に基づいて、チューナブルフィルタ２とキャンセラ８の設定を行う。具体的には、通過帯域と抑圧帯域が周波数Bandあるいは周波数チャネルに対応するよう、チューナブルフィルタ２が有するTxフィルタ２２およびRxフィルタ２１、キャンセラ８が有するRxフィルタ８３およびTxフィルタ８１の設定を行う。例えばTxフィルタ２２、Rxフィルタ２１、Rxフィルタ８３およびTxフィルタ８１が可変容量部を備えるならば、周波数Bandあるいは周波数チャネルに対応した容量値に設定すれば良い。

またTx−Rxアイソレーションが周波数Bandあるいは周波数チャネル毎に最大となるよう、キャンセラ８が有するインピーダンス変換器８２の入力側整合回路８２０と出力側整合回路８３０の定数設定を行う。具体的には、最適なインピーダンス条件となるよう、入力側整合回路８２０が有する可変容量８０１あるいは８０３、出力側整合回路８３０が有する可変容量８１０あるいは８１１を調整する。
インピーダンス変換器８２特有のばらつき(素子ばらつき、電源電圧、温度)によるTx−Rxアイソレーション性能の劣化を抑えるため、記憶部９に格納したキャリブレーションデータを読み出し、可変抵抗８０５、バイアス回路８０６の出力電圧、可変容量８０１、８０３、８１０および８１１を調整すると良い。

尚、入力側整合回路８２０と出力側整合回路８３０の構成は一例であって、これに限定されるものではない。
携帯電話等の移動通信端末では、通話時の端末の握り方あるいは机の上に配置する等の利用シーンによってアンテナインピーダンスが変動することは一般的に知られており、アンテナインピーダンスが変動した場合、チューナブルデュプレクサのTx−Rxアイソレーション性能が劣化し、課題となる。

そこでアンテナインピーダンスが変動した場合であってもTx−Rxアイソレーション性能を得るための仕組みについて結合器３、検波回路４、制御部５および記憶部９を用いて説明する。アンテナインピーダンスが変動した場合、インピーダンス変換器８２の入力側整合回路８２０と出力側整合回路８３０のインピーダンス条件が最適でなくなるため、Tx−Rxアイソレーション性能が劣化する。そのため、受信系に漏洩する送信信号と受信帯熱雑音のうち、送信信号レベルが所定値以上となり、非特許文献２に記載の妨害波試験時にLNA６１の出力端子において受信帯域に３次歪みが発生し、受信性能が劣化する可能性がある。インピーダンス条件が最適であるとは、Rxフィルタ２１から出力される(受信系に漏洩する)送信信号と受信帯雑音に対して、同振幅・逆位相となる信号をTxフィルタ８１が出力するために、インピーダンス変換器８２の入力インピーダンスと出力インピーダンスが所定値に設定され、Tx−Rxアイソレーションが最大となることを指す。

結合器３と検波回路４を用いて、Rxフィルタ２１から出力される送信信号と受信帯雑音のうち、送信信号の信号レベルを検波し、制御部５は取得した信号レベルの情報を記憶部９に格納し、送信信号の信号レベルが所定値以上であるかどうか判定を行い、所定値以上である場合には信号レベルが低下するよう、インピーダンス変換器８２の入力側整合回路８２０と出力側整合回路８３０のキャリブレーションを行う。具体的には入力側整合回路８２０が有する可変容量８０１あるいは８０３、出力側整合回路８３０が有する可変容量８１０あるいは８１１を調整する。調整とは、可変容量の容量値を所定値に設定することであって、例えば固定容量とＭＯＳスイッチの組み合わせが複数並んだ容量バンクに外部から直流電圧を印加してＭＯＳスイッチをＯＮ／ＯＦＦすることにより、所定の容量値を得ることができる。尚、記憶部９は複数の記憶領域を有しており、制御部５は取得した情報を、必要に応じて複数の記憶領域に振り分けて格納する。

図３は、第１の実施例におけるアンテナインピーダンス変動対策キャリブレーションのフローチャートである。アンテナインピーダンス変動用キャリブレーションを開始(Ａ３０１)するにあたって、まず制御部５は検波回路４の電源をONにする(Ａ３０２)。続いて、検波回路４は受信系に漏洩する送信信号の信号レベルを取得し(Ａ３０３)、制御部５は取得した信号レベルの情報を記憶部９の記憶領域１に格納し(Ａ３０４)、記憶領域１に格納した信号レベルの情報と規定値を比較する(Ａ３０５)。制御部５は、信号レベルの情報が規定値を上回った場合は（図中のYES）インピーダンス変換器８２の入力側整合回路８２０が有する可変容量８０１あるいは８０３を調整し(Ａ３０６)、信号レベルの情報が規定値を下回った場合は（図中のNO）アンテナインピーダンス変動用キャリブレーションを終了する(Ａ３２７)。

処理Ａ３０６の後、検波回路４は受信系に漏洩する送信信号の信号レベルを取得し(Ａ３０７)、制御部５は取得した信号レベルの情報を記憶部９の記憶領域２に格納し(Ａ３０８)、記憶領域２に格納した信号レベルの情報と記憶領域１に格納した信号レベルの情報を比較する(Ａ３０９)。制御部５は、記憶領域２に格納した信号レベルの情報が記憶領域１に格納した信号レベルの情報を上回った場合は（図中のNO）処理Ａ３０６に戻り、記憶領域２に格納した信号レベルの情報が記憶領域１に格納した信号レベルの情報を下回った場合は（図中のYES）記憶領域１に格納した信号レベルの情報を削除し、記憶領域２に格納した信号レベルの情報を記憶領域１に格納する(Ａ３１０)。

続いて、制御部５はインピーダンス変換器８２の入力側整合回路８２０が有する可変容量８０１あるいは８０３を調整し(Ａ３１１)、検波回路４は受信系に漏洩する送信信号の信号レベルを取得し(Ａ３１２)、制御部５は取得した信号レベルの情報を記憶部９の記憶領域２に格納し(Ａ３１３)、記憶領域２に格納した信号レベルの情報と記憶領域１に格納した信号レベルの情報を比較する(Ａ３１４)。制御部５は、記憶領域２に格納した信号レベルの情報が記憶領域１に格納した信号レベルの情報を下回った場合（図中のYES）、インピーダンス変換器８２の入力側整合回路８２０がさらに良好な状態となる可能性があるので、記憶領域２に格納した信号レベルの情報を記憶領域１に格納して(Ａ３１５)、処理Ａ３１１に戻る。一方、記憶領域２に格納した信号レベルの情報が記憶領域１に格納した信号レベルの情報を上回った場合（図中のNO）は、この時点でのインピーダンス変換器８２の入力側整合回路８２０が最も良好な状態とされたので、Ａ３１６に到る。

次いで処理Ａ３１６で、制御部５は出力側整合回路８３０が有する可変容量８１０あるいは８１１を調整する。その後、検波回路４は受信系に漏洩する送信信号の信号レベルを取得し(Ａ３１７)、制御部５は取得した信号レベルの情報を記憶部９の記憶領域３に格納し(Ａ３１８)、記憶領域３に格納した信号レベルの情報と記憶領域１に格納した信号レベルの情報を比較する(Ａ３１９)。制御部５は、記憶領域３に格納した信号レベルの情報が記憶領域１に格納した信号レベルの情報を上回った場合は（図中のNO）処理Ａ３１６に戻り、記憶領域３に格納した信号レベルの情報が記憶領域１に格納した信号レベルの情報を下回った場合は（図中のYES）記憶領域１に格納した信号レベルの情報を削除し、記憶領域３に格納した信号レベルの情報を記憶領域１に格納する(Ａ３２０)。

続いて、制御部５はインピーダンス変換器８２の出力側整合回路８３０が有する可変容量８１０あるいは８１１を調整し(Ａ３２１)、検波回路４は受信系に漏洩する送信信号の信号レベルを取得し(Ａ３２２)、制御部５は取得した信号レベルの情報を記憶部９の記憶領域３に格納し(Ａ３２３)、記憶領域３に格納した信号レベルの情報と記憶領域１に格納した信号レベルの情報を比較する(Ａ３２４)。制御部５は、記憶領域３に格納した信号レベルの情報が記憶領域１に格納した信号レベルの情報を下回った場合（図中のYES）、インピーダンス変換器８２の出力側整合回路８３０がさらに良好な状態となる可能性があるので、記憶領域３に格納した信号レベルの情報を記憶領域１に格納して(Ａ３２５)、処理Ａ３２１に戻る。一方、記憶領域３に格納した信号レベルの情報が記憶領域１に格納した信号レベルの情報を上回った場合（図中のNO）、この時点でのインピーダンス変換器８２の出力側整合回路８３０が最も良好な状態とされたので、制御部５は記憶領域１に格納した信号レベルの情報と規定値を比較する(Ａ３２６)。制御部５は、信号レベルの情報が規定値を上回った場合は（図中のYES）、目標としたアイソレーション特性を得られなかったので、処理Ａ３０６に戻り、信号レベルの情報が規定値を下回った場合は（図中のNO）、目標としたアイソレーション特性を得たため、アンテナインピーダンス変動用キャリブレーションを終了する(Ａ３２７)。

続いてアンテナインピーダンス変動が無い場合(アンテナインピーダンス50Ω)とアンテナインピーダンス変動がある場合(VSWR＝1.5)のTx−Rxアイソレーション特性について説明し、アンテナインピーダンス変動によるチューナブルフィルタ２のTx端子およびRx端子のインピーダンス変化、アンテナインピーダンス変動対策キャリブレーション処理後のTx−Rxアイソレーション特性について説明する。

まずアンテナインピーダンス変動が無い(アンテナインピーダンス50Ω)場合のTx−Rxアイソレーション特性について図４Ａと図４Ｂを用いて説明する。
図４Ａは、第１の実施例におけるアンテナインピーダンス変動が無い場合の送信−受信間アイソレーション特性を示す図である。
図４Ｂは、図４Ａにおける送信−受信間アイソレーションを示す図である。
非特許文献２に記載のBand17の送信帯域と受信帯域は、それぞれ704MHz〜716MHz(Ｂ１０１)と734MHz〜746MHz(Ｂ１０２)となっており、一方で最大チャネル帯域幅は10MHzとなっているため、送信帯チャネル帯域704MHz〜714MHz(Ｂ１０３)と受信帯チャネル帯域734MHz〜744MHz(Ｂ１０４)において性能を確認すると、チューナブルデュプレクサ７のTx−Rxアイソレーション(Ｂ１０６)は送信帯チャネル帯域では64.8dB以上、受信帯チャネル帯域では59.7dB以上となっている。尚、縦軸のGainはマイナス値となっているが、チャネル帯域の両端の周波数のうち、縦軸のGainが大きい方を読み取り、その絶対値をTx−Rxアイソレーションとしている。送信帯チャネル帯域では714MHzにおいて、受信帯チャネル帯域では744MHzにおいてGainが最大となる。一方、チューナブルフィルタ２のTx−Rxアイソレーション特性(Ｂ１０５)は送信帯チャネル帯域では39.6dB以上、受信帯チャネル帯域では41.7dB以上となっており、チューナブルフィルタ２のTx−Rxアイソレーション特性は、一般的なデュプレクサに対して劣るが、チューナブルフィルタ２とキャンセラ８を組み合わせたチューナブルデュプレクサ７は、デュプレクサと同等以上のTx−Rxアイソレーション特性を示すことがわかる。

アンテナインピーダンスが変動し、例としてVSWR(Voltage Standing Wave Ratio)が1から1.5に変化した場合のTx−Rxアイソレーション特性について図５Ａと図５Ｂを用いて説明する。
図５Ａは、第１の実施例におけるアンテナインピーダンス変動が有る場合の送信−受信間アイソレーション特性を示す図である。
図５Ｂは、図５Ａにおける抑圧量と送信−受信間アイソレーションを示す図である。
まずVSWRと特性インピーダンスについて説明し、続いてアンテナインピーダンス変動による特性への影響について説明する。VSWRは伝送線路における進行波と反射波の関係を示す数値であって、数式(1)のように定義される。

ＶＳＷＲ＝（１＋｜ρ｜）／（１−｜ρ｜） ・・・・・・・・（１）
ρ＝（ Ｚ−Ｚ_０ ）／（ Ｚ＋Ｚ_０ ）＝Ｖ_２ ／ Ｖ_１・・・・・（２）

伝送線路の特性インピーダンスＺ０とアンテナインピーダンスＺが一致した場合にVSWRは1となる。一方、アンテナインピーダンスが変動し、特性インピーダンスと一致しない場合には、伝送線路を逆向きに進行する反射波が発生する。進行波の電圧振幅V1と反射の電圧振幅V2の比をとったものが反射係数ρであって、反射係数ρは数式(2)のように定義される。また特性インピーダンスＺ０は伝送線路上に発生する電圧と電流の比を指す。

アンテナインピーダンスが変動し、VSWRが1.5となった場合の送信帯チャネル帯域704MHz〜714MHz(Ｂ１０３)と受信帯チャネル帯域734MHz〜744MHz(Ｂ１０４)において性能を確認すると、チューナブルデュプレクサ７のTx端子−アンテナ端子間特性(Ｂ１０８)では受信帯チャネル帯域の抑圧量46.2dB、アンテナ端子−Rx端子間特性(Ｂ１０９)では送信帯チャネル帯域の抑圧量40.4dBであるのに対して、Tx−Rxアイソレーション(Ｂ１０７)は送信帯チャネル帯域では56.3dB以上、受信帯チャネル帯域では56.5dB以上である。図４Ａ及び図４Ｂで示したアンテナインピーダンス変動が無い場合と比較して、送信帯チャネル帯域では8.5dB、受信帯チャネル帯域では3.2dBだけTx−Rxアイソレーションが劣化する。この劣化はアンテナインピーダンス変動により、チューナブルフィルタ２のTx端子とRx端子におけるインピーダンスが変動することに起因する。

チューナブルフィルタ２のTx端子およびRx端子のインピーダンス変動について図６Ａと図６Ｂを用いて説明する。
図６Ａは、第１の実施例におけるアンテナインピーダンス変動によるTx(送信)端子のインピーダンス変化を示す図である。
図６Ｂは、第１の実施例におけるアンテナインピーダンス変動によるRx(受信)端子のインピーダンス変化を示す図である。
図６Ａと図６Ｂにおいては、704MHzから744MHzの周波数におけるTx端子およびRx端子のインピーダンスを示している。上半円は誘導性領域、下半円は容量性領域を指し、インピーダンスの虚数成分(リアクタンス)が正の場合は誘導性領域、負の場合は容量性領域にいることを意味する。誘導性領域から容量性領域へシフトさせる場合は、容量を直列接続すれば良い。この容量は、インピーダンス変換器８２の入力側整合回路８２０が有する可変容量８０１と出力側整合回路８３０が有する可変容量８１１が直列接続された容量に相当する。

アンテナインピーダンス変動が無い(アンテナインピーダンス50Ω)場合のTx端子のインピーダンス(Ｃ１０１；破線)と、アンテナインピーダンス変動が有る(VSWR＝1.5)場合のTx端子のインピーダンス(Ｃ１０２；実線)を714MHzの周波数において比較した場合(図６Ａ)、リアクタンスが約7.4(Ｃ１０４、Ｃ１０３)、容量性領域から誘導性領域へシフトしている。そのため、インピーダンス変換器８２の入力側整合回路８２０が有する可変容量８０１の容量値を小さくすることにより、容量性領域に戻す必要がある。一方、アンテナインピーダンス変動が無い(アンテナインピーダンス50Ω)場合のRx端子のインピーダンス(Ｃ１０５；破線)と、アンテナインピーダンス変動が有る(VSWR＝1.5)場合のTx端子のインピーダンス(Ｃ１０６；実線)を734MHzの周波数において比較した場合(図６Ｂ)、リアクタンスが約5.6(Ｃ１０７、Ｃ１０８)、容量性領域から誘導性領域へシフトしている。そのため、インピーダンス変換器８２の出力側整合回路８３０が有する可変容量８１１の容量値を小さくすることにより、容量性領域に戻す必要がある。

アンテナインピーダンス変動によるチューナブルフィルタ２のTx端子とRx端子におけるインピーダンス変動を、図３に示すキャリブレーションフローを用いて補償した場合の特性を図７Ａと図７Ｂに示す。
図７Ａは、第１の実施例におけるアンテナインピーダンス変動が有る場合にキャリブレーション処理された後の送信−受信間アイソレーション特性を示す図である。
図７Ｂは、図７Ａにおける抑圧量と送信−受信間アイソレーションを示す図である。
チューナブルデュプレクサ７のTx端子−アンテナ端子間特性(Ｂ１１１)では受信帯チャネル帯域の抑圧量45.3dB、アンテナ端子−Rx端子間特性(Ｂ１１２)では送信帯チャネル帯域の抑圧量40.3dBであるのに対して、Tx−Rxアイソレーション(Ｂ１１０)は送信帯チャネル帯域では65.5dB以上、受信帯チャネル帯域では61.8dB以上である。キャリブレーション実施前(図５Ａ、図５Ｂ)と比較して、送信帯チャネル帯域では9.2dB、受信帯チャネル帯域では5.3dBだけTx−Rxアイソレーションが改善することがわかる。

本実施例を移動通信端末に適用したブロック図を図８に示す。
図８は、第１の実施例における移動通信端末の構成例を示すブロック図である。
移動通信端末１９は、アンテナ１、チューナブルデュプレクサモジュール７００、RFIC６、LNA７０５、PA７０６、制御部７０７、変復調部１４、CPU１５、メモリ１６、入力部１７、出力部１８より構成される。
チューナブルデュプレクサモジュール７００は、チューナブルフィルタ７０１、キャンセラ７０２で構成され、制御部７０７より制御される。

マルチバンドの例として非特許文献２に記載のBand1、4、7、17、5、8を受信する場合、便宜上1700M〜2600MHz帯のBand1、4、7をHigh Band 、700M〜900MHz帯のBand17、5、8をLow Bandと定義する。High BandであるBand1、4、7の送信帯域はそれぞれ1920MHz−1980MHz、1710MHz−1755MHz、2500MHz−2570MHz、受信帯域はそれぞれ2110MHz−2170MHz、2110MHz−2155MHz、2620MHz−2690MHz、最大チャネル帯域幅は全て20MHzである。一方、Low BandであるBand17、5、8の送信帯域はそれぞれ704MHz−716MHz、824MHz−849MHz、880MHz−915MHz、受信帯域はそれぞれ734MHz−746MHz、869MHz−894MHz、925MHz−960MHz、最大チャネル帯域幅はBand17では10MHz、Band5とBand8では20MHzである。

High Band利用時にはチューナブルフィルタ７０１のTx−Rxアイソレーションが良好であるのに対して、Low Band利用時にはチューナブルフィルタ７０１のTx−Rxアイソレーションが不足する場合がある。これはチューナブルフィルタ２に使用するインダクタのＱ値がLow Band利用時に低下することに起因する。インダクタのＱ値は数式(3)のように表されるため、High Band利用時はＱ値が高く、急峻なフィルタ特性を得ることにより、Tx−Rxアイソレーションが良好であっても、例えばBand17のように低い周波数帯ではＱ値が低下し、急峻なフィルタ特性を得ることが困難となる。

Ｑ＝ωＬ／Ｒ ・・・・・・・(3)

そこでLow Band利用時にはチューナブルフィルタ７０１のTx−Rxアイソレーション不足を補償するキャンセラ７０２が必要となる。

携帯電話のように低消費電流化が望まれる移動通信端末では、良好なTx−Rxアイソレーションが得られるHigh Band利用時にはキャンセラの電源をOFF、Tx−Rxアイソレーションが不足するLow Band利用時にはキャンセラの電源をONするといった運用が有効である。
以上のように、受信系に漏洩した送信信号レベルを検波する検波回路４と、インピーダンス変換器８２の入力側容量と出力側容量を調整する制御部５を備え、受信信号に含まれる送信信号のレベルが所定値を上回った場合には、送信信号レベルが低減するよう、制御部５が入力側容量と出力側容量を調整することにより、アンテナインピーダンス変動に伴うTx−Rxアイソレーションの劣化を補償することができる。

図９は、第２の実施例における移動通信端末用送受信モジュールの構成例を示すブロック図である。実施例１の図１との差異は2点あり、それは、検波回路３２が受信系に漏洩する送信信号ではなく、チューナブルフィルタ２のアンテナ端子における送信信号の進行波と反射波を検波している点と、キャンセラ８がLNA８８の入力段において、受信系に漏洩する送信信号と受信帯雑音に対して同振幅・逆位相の信号を合成するのではなく、同振幅・同位相の信号を合成する点である。
チューナブルデュプレクサモジュール７は、チューナブルフィルタ２、キャンセラ８、制御部５および記憶部９で構成される。

まずチューナブルフィルタ２、キャンセラ８の構成、送信信号と受信信号の流れについて説明する。続いて制御部５を用いたキャンセラ８の動作原理、アンテナインピーダンスが変動した場合であってもTx−Rxアイソレーション劣化を補償するための仕組みについて結合器３１、検波回路３２、キャンセラ整合回路３３、制御部５、記憶部９を用いて説明する。
チューナブルフィルタ２はアンテナ端子、Tx端子、Rx端子の３端子を備えており、Txフィルタ２２とRxフィルタ２１で構成される。Tx端子はTxフィルタ２２の入力端子に相当し、Rx端子はRxフィルタ２１の出力端子に相当し、アンテナ端子はTxフィルタ２２の出力端子およびRxフィルタ２１の入力端子に相当する。

一方、キャンセラ８はRxフィルタ２１と同等の周波数特性を示すRxフィルタ８３、Txフィルタ２２と同等の周波数特性を示すTxフィルタ８１、キャンセラ整合回路３３、差動増幅器８８で構成される。Rxフィルタ８３の入力端子はTxフィルタ２２の入力端子と接続される。Txフィルタ８１の出力端子とRxフィルタ２１の出力端子は、それぞれLNA８８の二つの入力端子に別個に接続される。
続いて送信信号と受信信号の流れについて説明する。RFIC６から出力される送信信号は、PA (Power Amplifier)６２に入力され、所定の信号レベルまで増幅された後、チューナブルフィルタ２に入力される。チューナブルフィルタ２内のTxフィルタ２２では受信帯熱雑音は抑圧され、送信信号は低損失で通過する。チューナブルフィルタ２より出力された送信信号は、アンテナ１より外部へ放射される。

一方、アンテナ１より受信した受信信号は、チューナブルフィルタ２に入力される。チューナブルフィルタ２内のRxフィルタ２１では、送信信号の漏れ込みは抑圧され、受信信号は低損失で通過する。チューナブルフィルタ２より出力された受信信号は、差動増幅器８８を通過してRFIC６に入力される。
続いてキャンセラ８の動作原理について説明する。

キャンセラ８は受信系に漏洩する送信信号と受信帯雑音をキャンセルするため、受信系に漏洩する送信信号と受信帯雑音に対して同振幅・同位相となるよう、キャンセラ整合回路３３のインピーダンスが、アンテナ整合回路３０とアンテナ１のインピーダンスを合成したインピーダンスとなるように調整している。そのため差動増幅器であるLNA８８の２つの入力端には、それぞれ同振幅・同位相の信号が入力されることになり、受信系に漏洩する送信信号と受信帯雑音をキャンセルすることができる。
続いてアンテナインピーダンス変動がある場合のTx−Rxアイソレーション劣化を補償するための動作について説明する。

アンテナインピーダンス変動により、送信信号の反射波が増加する。まず結合器３１と検波回路３２は送信信号の進行波と反射波を検波し、検波した結果に基づいて制御部５はアンテナインピーダンスを算出し、算出したアンテナインピーダンスの情報を記憶部９に格納する。PA６２とアンテナ１の間は特性インピーダンスＺ０になるよう、結合器３１とアンテナ整合回路３０が設計されていることが望ましい。続いて制御部５は、結合器３１からアンテナ側を見た場合のインピーダンスが所定のアンテナインピーダンスとなるよう、記憶部９に格納したアンテナインピーダンス情報に基づいてアンテナ整合回路３０を調整する。この場合の調整とは、例えば可変容量素子の容量値を所定値に設定することである。
続いて制御部５は、Rxフィルタ８３の出力端(Txフィルタ８１の入力端)におけるインピーダンスが所定のアンテナインピーダンスとなるよう、記憶部９に格納したアンテナインピーダンス情報に基づいてキャンセラ整合回路３３を調整する。この場合の調整とは、アンテナ整合回路３０と同様に、例えば可変容量素子の容量値を所定値に設定することである。アンテナ整合回路３０とキャンセラ整合回路３３の調整により、アンテナインピーダンス変動が有る場合であっても、結合器３１からアンテナ側を見た場合のインピーダンスが所定のアンテナインピーダンスに設定することができ、Rxフィルタ８３の出力端(Txフィルタ８１の入力端)におけるインピーダンスが所定のアンテナインピーダンスになる。このため、差動増幅器８８の２つの入力端にはそれぞれ同振幅・同位相の信号が入力されることになり、受信系に漏洩する送信信号と受信帯雑音をキャンセルすることができる。

以上のように、送信信号の進行波と反射波を検波するための結合器３１および検波回路３２と、検波した信号からアンテナインピーダンスを算出し、結合器３１からアンテナ側を見た場合のインピーダンスと、Rxフィルタ８３の出力端(Txフィルタ８１の入力端)におけるインピーダンスが所定のアンテナインピーダンスとなるよう、アンテナ整合回路３０とキャンセラ整合回路３３を調整する制御部５を備えることにより、アンテナインピーダンス変動に伴うTx−Rxアイソレーションの劣化を補償することができる。

１：アンテナ、２，７０１：チューナブルフィルタ、２１，８３：Rxフィルタ、２２，８１：Txフィルタ、８，７０２：キャンセラ、８２：インピーダンス変換器、５，７０７：制御部、６：RFIC、７，７００：チューナブルデュプレクサモジュール、９：記憶部、１４：変復調部、１５：CPU、１６：メモリ、１７：入力部、１８：出力部、１９：移動通信端末、６１，７０５：LNA、６２，７０６：PA、８０２，８０７，８０９：インダクタ、８０４：キャパシタ、８０１，８０３，８１０，８１１：可変キャパシタ、８０５：可変抵抗、８０６：バイアス回路、８０８：NMOSトランジスタ。

Claims (11)

1. 通信規格に基づく複数の周波数帯から選択された周波数帯の送信信号が、接続された送信回路から入力されて当該送信信号を接続されたアンテナに出力し、当該アンテナから前記通信規格に基づく複数の周波数帯から選択された周波数帯の受信信号が入力されて、接続された受信回路に出力する移動通信端末用送受信モジュールであって、
   前記送信回路から入力された送信信号が供給され前記複数の周波数帯の信号を選択的に通過させて前記アンテナに出力するＴｘ（送信）フィルタと、当該アンテナから入力された受信信号が供給され前記複数の周波数帯の信号を選択的に通過させて前記受信回路に出力するＲｘ（受信）フィルタとを有するチューナブルフィルタと、
   前記受信回路に出力する受信信号に含まれる前記送信信号成分を検波する検波回路と、
   前記送信回路から入力された送信信号が供給されて当該送信信号を処理した後に前記受信回路に出力する受信信号と合成し、前記検波回路において検波した前記送信信号成分に基づき入力側容量と出力側容量を調整して入出力インピーダンス変換するインピーダンス変換器を有するキャンセラ回路と、
   前記検波回路において検波した前記送信信号成分に基づき前記キャンセラ回路を、送信側から受信側に漏れ込む送信信号を低減するよう制御する制御部
   を有することを特徴とする移動通信端末用送受信モジュール。
2. 請求項１に記載の移動通信端末用送受信モジュールにおいて、
   前記制御部は、前記アンテナのインピーダンスが変動した際に前記キャンセラ回路が有する前記入力側容量又は出力側容量の値を調整する
   ことを特徴とする移動通信端末用送受信モジュール。
3. 請求項１に記載の移動通信端末用送受信モジュールにおいて、
   前記キャンセラ回路は、
   前記送信回路から供給された送信信号から前記受信信号における複数の周波数帯の信号成分を選択的に通過させ、前記チューナブルフィルタが有するＲｘフィルタと周波数特性が同等であるＲｘフィルタと、
   当該Ｒｘフィルタが出力した前記送信信号が供給されて当該送信信号を処理して出力するキャンセル部と、
   当該キャンセル部が出力した送信信号から当該送信信号における複数の周波数帯の信号成分を選択的に通過させて前記受信回路に出力する受信信号と合成する、前記チューナブルフィルタが有するＴｘフィルタと周波数特性が同等であるＴｘフィルタ
   を有することを特徴とする移動通信端末用送受信モジュール。
4. 通信規格に基づく複数の周波数帯から選択された周波数帯の送信信号が、接続された送信回路から入力されて当該送信信号を接続されたアンテナに出力し、当該アンテナから前記通信規格に基づく複数の周波数帯から選択された周波数帯の受信信号が入力されて、接続された受信回路に出力する移動通信端末用送受信モジュールであって、
   前記送信回路から入力された送信信号が供給され前記複数の周波数帯の信号を選択的に通過させて前記アンテナに出力するＴｘフィルタと、当該アンテナから入力された受信信号が供給され前記複数の周波数帯の信号を選択的に通過させて前記受信回路に出力するＲｘフィルタとを有するチューナブルフィルタと、
   当該チューナブルフィルタと前記アンテナとを仲介する、インピーダンス可変機能を有するアンテナ整合回路と、
   当該チューナブルフィルタと前記アンテナとを仲介し、当該アンテナに出力された送信信号を検出する結合器と、
   当該結合器が検出した送信信号に含まれる進行波成分と反射波成分を検波する検波回路と、
   前記送信回路から入力された送信信号が供給されて当該送信信号を処理した後、前記受信回路に出力する受信信号と合成する、インピーダンス可変機能を有するキャンセラ回路と、
   前記検波回路において検波された前記送信信号の進行波成分と反射波成分に基づき前記アンテナ整合回路と前記キャンセラ回路のインピーダンスを制御し、送信側から受信側に漏れ込む送信信号を低減するよう制御する制御部
   を有することを特徴とする移動通信端末用送受信モジュール。
5. 請求項４に記載の移動通信端末用送受信モジュールにおいて、
   前記キャンセラ回路は、
   前記送信回路から供給された送信信号から前記受信信号における複数の周波数帯の信号成分を選択的に通過させ、前記チューナブルフィルタが有するＲｘフィルタと周波数特性が同等であるＲｘフィルタと、
   当該Ｒｘフィルタが出力した送信信号から当該送信信号における複数の周波数帯の信号成分を選択的に通過させて前記受信回路に出力する受信信号と合成する、前記チューナブルフィルタが有するＴｘフィルタと周波数特性が同等であるＴｘフィルタと、
   前記Ｒｘフィルタと前記Ｔｘフィルタの接続部におけるインピーダンスを変化させるキャンセラ整合回路
   を有することを特徴とする移動通信端末用送受信モジュール。
6. 請求項５に記載の移動通信端末用送受信モジュールにおいて、
   前記制御部は、
   前記結合器における前記アンテナのインピーダンスが所定のアンテナインピーダンスであるよう前記アンテナ整合回路を制御し、
   前記Ｒｘフィルタと前記Ｔｘフィルタの接続部におけるインピーダンスが前記所定のアンテナインピーダンスであるよう前記キャンセラ回路のキャンセル整合回路を制御する
   ことを特徴とする移動通信端末用送受信モジュール。
7. 通信規格に基づく複数の周波数帯から選択された周波数帯の送信信号を送信し、前記通信規格に基づく複数の周波数帯から選択された周波数帯の受信信号を受信する移動通信端末であって、
   前記送信信号を送信し受信信号を受信するためのアンテナと、
   前記送信信号を生成する送信回路と、
   前記受信信号を処理する受信回路と、
   前記送信回路で生成された送信信号が供給され前記複数の周波数帯の信号を選択的に通過させて前記アンテナに出力するＴｘフィルタと、前記アンテナから入力された受信信号が供給され前記複数の周波数帯の信号を選択的に通過させて前記受信回路に出力するＲｘフィルタとを有するチューナブルフィルタと、
   前記受信回路に出力する受信信号に含まれる前記送信信号成分を検波する検波回路と、
   前記送信回路から入力された送信信号が供給されて当該送信信号を処理した後に前記受信回路に出力する受信信号と合成し、前記検波回路において検波した送信信号成分に基づき入力側容量と出力側容量を調整して入出力インピーダンス変換するインピーダンス変換器を有するキャンセラ回路と、
   前記検波回路において検波した送信信号成分に基づき前記キャンセラ回路を、送信側から受信側に漏れ込む送信信号を低減するよう制御する制御部
   を有することを特徴とする移動通信端末。
8. 請求項７に記載の移動通信端末であって、
   前記制御部は、前記アンテナのインピーダンスが変動した際に送信側から受信側に漏れ込む送信信号を低減するよう前記キャンセラ回路が有する前記入力側容量又は出力側容量を調整する
   ことを特徴とする移動通信端末。
9. 通信規格に基づく複数の周波数帯から選択された周波数帯の送信信号を送信し、前記通信規格に基づく複数の周波数帯から選択された周波数帯の受信信号を受信する移動通信端末であって、
   前記送信信号を送信し受信信号を受信するためのアンテナと、
   前記送信信号を生成する送信回路と、
   前記受信信号を処理する受信回路と、
   前記送信回路で生成された送信信号が供給され前記複数の周波数帯の信号を選択的に通過させて前記アンテナに出力するＴｘフィルタと、前記アンテナから入力された受信信号が供給され前記複数の周波数帯の信号を選択的に通過させて前記受信回路に出力するＲｘフィルタとを有するチューナブルフィルタと、
   当該チューナブルフィルタと前記アンテナとを仲介する、インピーダンス可変機能を有するアンテナ整合回路と、
   当該チューナブルフィルタと前記アンテナとを仲介し、当該アンテナに出力された送信信号を検出する結合器と、
   当該結合器が検出した送信信号に含まれる進行波成分と反射波成分を検波する検波回路と、
   前記送信回路から入力された送信信号が供給されて当該送信信号を処理した後、前記受信回路に出力する受信信号と合成する、インピーダンス可変機能を有するキャンセラ回路と、
   前記検波回路において検波された送信信号の進行波成分と反射波成分に基づき前記アンテナ整合回路と前記キャンセラ回路のインピーダンスを制御し、送信側から受信側に漏れ込む送信信号を低減するよう制御する制御部
   を有することを特徴とする移動通信端末。
10. 請求項９に記載の移動通信端末であって、
    前記キャンセラ回路は、
    前記送信回路から供給された送信信号から前記受信信号における複数の周波数帯の信号成分を選択的に通過させ、前記チューナブルフィルタが有するＲｘフィルタと周波数特性が同等であるＲｘフィルタと、
    当該Ｒｘフィルタが出力した送信信号から当該送信信号における複数の周波数帯の信号成分を選択的に通過させて前記受信回路に出力する受信信号と合成する、前記チューナブルフィルタが有するＴｘフィルタと周波数特性が同等であるＴｘフィルタと、
    前記Ｒｘフィルタと前記Ｔｘフィルタの接続部におけるインピーダンスを変化させるキャンセラ整合回路
    を有し、
    前記制御部は、
    前記結合器における前記アンテナのインピーダンスが所定のアンテナインピーダンスであるよう前記アンテナ整合回路を制御し、
    前記Ｒｘフィルタと前記Ｔｘフィルタの接続部におけるインピーダンスが前記所定のアンテナインピーダンスであるよう前記キャンセラ回路のキャンセル整合回路を制御する
    ことを特徴とする移動通信端末。
11. 請求項７又は請求項９に記載の移動通信端末において、
    前記制御部は、
    前記送信信号又は受信信号の周波数帯が所定の周波数よりも低い場合に、送信側から受信側に漏れ込む送信信号を低減するよう制御する
    ことを特徴とする移動通信端末。

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